Trong bài báo này, chúng tôi muốn trình bày một số bài học kinh nghiệm về thiết kế vài thi công tường cừ bảo vệ hố đào sâu khi sử dụng cọc ván thép và tường trong đất để xây dựng các tấng hầm nền đất yếu tại các đô thị Việt nam để bạn đoc tham khảo .

I. NHỮNG BẢI HỌC KINH NGHIỆM VỀ CỌC VÁN THÉP

Chúng tôi chỉ nêu một số công trình đáng chú ý như sau:

1. Nhà văn phòng ở Quận Hai Bà Trưng –Hà Nội

Công trình ( Xây Chen ) có diện tích mặt bằng 7,15m* 22,90m,cao 8 tầng, có 1 tầng hầm, mặt tiền ở mặt phố, xây ngay sát ngôi nhà cũ 4 tầng, có kết cấu khung, móng băng với cốt đáy móng khoảng -1,2m.

Để làm móng cọc ép và tầng hầm cho ngôi nhà mới, người ta đã dùng cọc ván thép U200 dài 6m ép thành tường cừ xung quanh chu vi móng và tầng hầm.

Trong khi ép cọc chỉ cách tường nhà cũ 0,5m, đã thấy có tác động ảnh hưởng đến móng và độ ổn định của công trình cũ liền kề. Sau khi thi công xong tường vây hố móng, người ta đào hố, hút nước để thi công đài cọc và tầng hầm.

Theo số liệu quan trắc lún từ 22/10/2007 đến ngày 28/02/2008 thì độ lún của nhà cũ về phía hố đào ( để xây tầng hầm của nhà mới ) đạt tới 5cm làm cho ngôi nhà lún nghiêng, tách hẳn khỏi nhà liền kề có sẵn ở trên mái 15cm. Do đó công trình mới chưa làm xong móng và tầng hầm, đã phải ngừng thi công cho đến nay để tìm giải pháp xử lí.

Nguyên nhân của sự cố này là do thi công ép cọc ván thép làm tường cừ đã chấn động đến nền và móng cũ, mặt khác khi bơm hút nước trong hố đào đã làm cho nền đất của móng cũ lún thêm. Độ lún của nhà không đều làm cho nó nghiêng về phía hố đào của công trình đang xây dựng tầng hầm .

2. Nhà văn phòng trên đường Hà Nội – Hà Đông

Đây là ngôi nhà theo thiết kế là 15 tầng, có 2 tầng hầm. Để bảo vệ thành hố đào sâu khoảng 10m, người ta làm tường cừ bằng cọc lắc xen sâu khoảng 16m với hệ thanh chống bằng thép hình để ổn định thành hố đào

Trong quá trình thi công ép cọc lắc xen và bơm hút nước trong hố móng đã làm cho nền đất dưới móng nông của một số nhà ở 4 tầng gần đó bị lún không đều và gây nứt tường nhà, phải ngừng thi công để xử lí.

Nguyên nhân có thể là chân của tường cừ chưa đặt được vào tầng đất sét dẻo cứng cách nước mà đặt vào tầng cát pha chứa nước, bảo hòa nước. Trong khi đó, thì mực nước dưới đất ngoài hố móng chỉ cách mặt đất khoảng 1m. Như vậy khi bơm hút nước trong hố móng, đã hạ mức nước chênh lệnh gần một chục mét làm cho áp lực nước lỗ rỗng trong đất thay đổi và làm cho nền đất dưới móng bị lún. Ở đây cần nói thêm rằng, tường vây bằng cọc lắc xen cũ không kín nước. Như vậy nước ở trong và ngoài hố đào thông với nhau qua chân tường vây và thấm qua bản thân tường vây .

Như vậy, tuy chưa có sự cố lớn, nhưng cũng là bài học kinh nghiệm khi sử dụng cọc lắc xen và bơm hạ mực nước dưới đất.

3. Thi công hầm đường bộ qua nút giao thông Ngã tư Sở - Hà Nội

Ở đây có vấn đề rút cọc lắc xen , để thi công hầm, người ta phải dùng tường cừ bằng cọc lắc xen để bảo vệ tạm thời thành hố đào. Nhưng do thi công sát nhà dân, nên khi rút cọc lắc xen có nguy cơ làm cho nhà dân bị nứt, do đó đành phải để lại không rút lên nữa. Như vậy là có thêm một bài học kinh nghiệm nữa để dự báo khi thiết kế, nên sử dụng cọc lắc xen như thế nào cho hiệu quả và an toàn

4. Thi công tầng hầm Cao Ốc Residence ( Tp Hồ Chí Minh )

Công trình có 1 tầng hầm, 1 tầng trệt và 11 lầu . Theo thông tin từ bài báo của tác giả Trần Văn Xuân ( ĐH Bách Khoa Tp HCM ), thì khi đào ở độ -8m dưới đáy hố móng, phát hiện nước ngầm phun lên rất mạnh cuốn theo cát hạt nhỏ. Hậu quả là ngày 31/10/2007 hè đường Nguyễn Siêu có hố sụt rộng 4*4m và sâu khoảng 3-4m và chung cư Casaco ( Đường Thi Sách , Q1) bị lún nghiêm trọng .

Nguyên nhân cũng có thể là dùng cọc lắc xen làm tường vây không ngăn được nước, nên khi hút nước để thi công tầng hầm, thì cột nước chênh áp ngoài thành hố đào tạo nên áp lực lớn đẩy nước luồn qua chân tường vây đẩy trồi đáy móng lên. Nước dưới đất được thoát ra như bình thông nhau, cuốn theo đất cát làm sụt lún nền các công trình xung quanh gần đó ( trong phạm vi “phểu” hạ thấp mực nước )

Trước tình trạng đó, người ta đã phải khẩn cấp lấp ngay các hố đào sâu và hố sụt tạo cân bằng áp lực để tránh tình trạng sụt lún tiếp. Đồng thời lắp đặt các trạm quan trắc dịch chuyển, lún và động thái nước dưới đất để tránh các rủi ro có thể xảy ra

5. Cao ốc văn phòng Bến Thành TSC – 186 Lê Thánh Tôn, TPHCM:

Công trình này có diện tích mặt bằng 10*40m và 2 tầng hầm .Tháng 11/2007, trong khi đào hố móng sâu, thì nước ngầm ở đáy hố phun lên rất mạnh, làm phồng trồi đáy hố làm xê dịch tường cừ bằng cọc lắc xen khoảng 8cm. Đất nền bị sụt lún làm nứt đường hẻm lân cận và nghiêng tường ngăn. Do đó buộc phải ngừng thi công và dùng biện pháp khoan giếng bơm hạ nước ngầm.

Như vậy ở đây lại xảy ra trường hợp dùng tường cừ bằng cọc ván thép không hơp lí. Chân tường cừ đang đặt ở lớp cát pha bảo hòa nước nên khi có chênh áp lực bơm hút nước trong hố đào thì nước phun mạnh từ đáy hố lên kéo theo đất cát và gây sụt lún

Tóm lại , cả 5 trường hợp sự cố trên đều do việc thiết kế và thi công tường cừ bằng cọc lắc xen không tốt tạo ra tình trạng chênh áp lực nước lớn giữa trong va ngoài hố đào sâu , nước phun mạnh từ đáy hố lên làm hỏng hố đào, đồng thới nước cuốn theo đất cát làm hỏng nền của các công trình lân cận và gây ra sự cố lún sụt nghiêm trọng.

II. NHỮNG BÀI HỌC KINH NGHIỆM VỀ “ TƯỜNG TRONG ĐẤT”

Cụm từ “tường trong đất” có lẽ cũng cần giải thích thêm, vì nó còn mới đối với nhiều người. Tường trong đất có tiếng Pháp là PAROI MOULÉE DANS LE SOL, tiếng Anh là DIAPHRAGM WALL , tiếng Nga là CTEHABRPYHTE. Có người còn gọi là tường Barét, cũng được nhưng không đúng thông lệ quốc tế và không đúng lắm. Thực ra thì tường trong đất cấu tạo bởi những Barét nối với nhau thành bức tường bằng bêtông cốt thép ở trong đất . Để chống thấm, giữa các Barét phải có giooăng chống thấm.

Dùng giải pháp tường trong đất để xây dựng tầng hầm cho nhà cao tầng là hợp lý. Khi xây dựng công trình có 2, 3 tầng hầm trở lên, trên nền đất yếu, trong các đô thị, thì giải pháp tường trong đất là tốt nhất

Công nghệ tường trong đất đã được Công Ty Bachy Soletanche thực hiện cho công trình nhà cao tầng SaiGon Centre ( 3 tầng hầm ) từ năm 1994 đầu tiên ở Việt Nam. Sau đó là nhà cao tầng Harbour View (2 tầng hầm ), San Woan (2 tầng hầm), Vietcombank Hà Nội ( 2 tầng hầm), Số 7 Láng Hạ ( 2 tầng hầm ) ….Và hiện nay thì nhiều Công ty Việt Nam đang sử dụng công nghệ tường trong đất để xây dựng tầng hầm khá phổ biến .Tuy nhiên có nhiều công trình ít khuyết tật, có thể nghiệm thu được, nhưng cũng không ít các dự án có những sai phạm rất đáng tiếc, cần phải rút kinh nghiệm

Thí dụ, tài liệu khảo sát địa chất công trình, địa chất thủy văn thiếu các dữ liệu để thiết kế và có độ tin cậy rất thấp, thiết kế chưa hợp lý và thi công chưa tốt, còn nhiều khuyết tật

Có lẽ trước tiên, chúng tôi xin nêu một bài học đắt giá nhất trong thời gian vừa qua, đó là sự cố công trình tầng hầm PACIFIC tại TP Hồ chí Minh

III. VỀ SỰ CỐ TẦNG HẦM PACIFIC

Có thể nói, từ tháng 10 năm 2007 đến nay, báo chí cũng đã viết nhiều về sự cố công trình này, chúng tôi chỉ xin bổ sung một số ý kiến mong được làm rõ thêm

1. Mô tả sự cố công trình

Công trình cao ốc Pacific có 5 tầng hầm, 1 tầng trệt và 18 tầng lầu. Tường tầng hầm bằng bêtông cốt thép, dày 1m, thi công bằng công nghệ tường trong đất, khi đào đất để thi công tầng hầm thứ 5 thì phát hiện một lỗ thủng lớn ở tường tầng hầm có kích thước 0,2m x 0,7m, dòng nước rất mạnh kéo theo nhiều đất cát chảy từ ngoài vào qua lỗ thủng của tường tầng hầm. Công nhân đã dùng hết cách, nhưng không thể bịt được lỗ thủng. Nước kéo theo đất cát chảy ào ào vào tầng hầm, công nhân phải thoát khỏi tầng hầm để tránh tai nạn có thể xảy ra.

Sự cố công trình này đã làm sụp đổ hoàn toàn công trình Viện nghiên cứu Khoa học xã hội Nam Bộ ngay bên cạnh, tòa nhà Sở Ngoại Vụ cũng bị lún nứt nghiêm trọng, Cao ốc YOCO 12 tầng và các tuyến đường xung quanh công trình Pacific cũng có nguy cơ bị lún nứt.

2. Nguyên nhân sự cố:

Theo chúng tôi, nguyên nhân chủ yếu của sự cố này là chất lượng thi công tường tầng hầm không tốt. Lỗ thủng lớn ở tường tầng hầm có thể là do đổ bê tông không đúng quy trình và dùng Bentonite không đúng yêu cầu gây sạt lỡ đất ở hố đào. Đất cát sạt lỡ lẫn với Bentonite chèn vào bêtông làm cho bêtông bị rời xốp tạo nên lỗ thủng. Đất bên ngoài tầng hầm là cát pha bão hoà nước, là loại cát chảy, nên phải dùng loại Bentonite đặc biệt có dung trọng d = 1.15g/cm³ chứ không được dùng loại thông thường cho đất loại sét có d = 1.04g/ cm³

Mặt khác, mực nước dưới đất bên ngoài tầng hầm rất cao (ở cốt – 1.5m), lỗ thủng ở tường tầng hầm nằm ở độ sâu 20m, tức là có cột nước với áp lực lớn chênh nhau đến 18,5 mét. Với một cốt nước, có áp lực 18.5atm như vậy, chứa đầy trong tầng các bồi tích hạt nhỏ và các pha bão hòa nước, thì khi có lỗ thủng ở tầng hầm cho nó thoát, dòng chảy sẽ rất mạnh kéo theo đất cát chảy vào tầng hầm đồng thời làm rỗng xốp, làm xói lỡ và phá hoại đất nền của móng các công trình lân cận, khiến cho các công trình đó bị biến dạng, bị sụt lún, thậm chí bị phá hoại.

Đó là nguyên nhân sự cố công trình, một bài học đắt giá. Còn biện pháp xử lý về mặt quản lý và biện pháp khắc phục về mặt kỹ thuật thì có lẽ cần có ý kiến tập thể của một hội đồng bao gồm các nhà quản lý và các chuyên gia kỹ thuật.

IV. KẾT LUẬN & KIẾN NGHỊ

Từ các bài học kinh nghiệm nói trên, chúng tôi có một số ý kiến như sau:

A. Về mặt kỹ thuật:

1. Phải nâng cao chất lượng công tác khảo sát địa chất công trình và địa chất thủy văn để đảm bảo có đầy đủ số liệu tin cậy về cấu tạo địa tầng, các chỉ tiêu cơ lý, động thái và tính chất hóa học của nước dưới đất cho việc xử lý nền móng và thiết kế cũng như thi công các phần ngầm trong công trình xây dựng.

2. Nếu dùng cọc ván thép hoặc cọc lắc xen để làm tường cừ chống giữ thành hố đào sâu thì phải chú ý:

• Chỉ nên dùng cọc lắc xen cho hố đào có chiều sâu nhỏ hơn 10m, ví dụ cho 1 đến 2 tầng hầm
• Phải cắm được chân của tường vây vào tầng đất loại sét (sét hoặc sét pha) tốt (dẻo cứng, nửa cứng) để đảm bảo không cho nước dưới đất xâm nhập vào tầng hầm
• Nên dùng cọc lắc xen tốt, không bị cong vênh để tránh nước thấm vào hố đào qua tường vây. Cần cân nhắc xem khi nào thì dùng cọc ván thép làm tường cừ tạm thời hay vĩnh viễn để tránh trường hợp khi rút tường cừ lên sẽ làm lún nứt các công trình xung quanh

3. Nếu dùng tường trong đất làm tường tầng hầm thì cần chú ý những điều sau đây:

• Tường trong đất dùng cho công trình có hố đào sâu trên 10m là cần thiết và hiệu quả (ví dụ như nhà cao tầng có từ 2 tầng hầm trờ lên).
• Chân tường trong đất phải đặt vào tầng đất loại sét (sét, sét pha) tốt, có trạng thái dẻo cứng, nửa cứng và cứng để đảm bảo ổn định cho tầng hầm và chống thấm tốt cho hố đào sâu và cho tầng hầm
• Khi thi công tường trong đất, phải dùng Bentonite thích hợp để tránh sạt lở hố đào. Nếu nền đất loại cát nhỏ và cát pha bão hòa nước thì phải dùng loại Bentonite đặc biệt có dung trọng d = 1.15g/cm³
• Phải thực hiện nghiêm túc qui trình thi công bêtông để đảm bảo chất lựơng , tránh khuyết tật và bêtông xấu. Phải có giooăng chống thấm tốt giữa các barét, và chất lượng bêtông tốt ,đặc chắc với mác ≥300 của từng barét thì mới đảm bảo chống thấm tốt cho công trình ngầm .
• Khi mặt bằng hẹp thì có thể dùng phương pháp chống đở bằng khung thép hình, bằng phương pháp Tops down toàn phần để đảm bảo ổn định cho tường tầng hầm .Khi mặt bằng tầng hầm lớn thì có thể dùng phương pháp Tops down từng phần hoặc dùng neo trong đất để ổn định tường tầng hầm .

Khi dùng phương pháp Tops down , phải chú ý đặt ống vách tạm thời khi đổ bêtông dưới cốt đáy tầng hầm cuối cùng (sâu nhất) ít nhất là 2m và hàn cố định thanh thép hình (Kingpods) vào khung lồng cốt thép của cọc khoan nhồi, hoặc tốt nhất là cọc Barét đến 1/3 chiều dài cọc để đảm bảo bê tông tốt cho cọc và định vị chính xác cho thép hình (Kingpods).

• Khi bơm hút hạ mực nước ngầm phải chủ ý đảm bảo ổn định của các công trình lân cận.
• Phải kiểm tra chất lượng bê tông (tốt nhất là dùng phương pháp sonic) đầy đủ số lượng theo tiêu chuẩn (≥25 %) để phát hiện được các khuyết tật bêtông (nếu có), có biện pháp xử lý kịp thời .

B. Về mặt quản lý :

Cần cân nhắc khi cấp phép cho việc xây dựng công trình ngầm trên nền đất yếu trong các đô thị, nhất là các công trình ngầm có chiều sâu trên 10m, hoặc nhà cao tầng có 3 tầng hầm trở lên.

Chủ đầu tư phải chịu trách nhiệm trong việc đấu thầu hoặc chỉ định thầu để chọn được các pháp nhân khảo sát, thiết kế và thi công có đủ năng lực về nhân sự, về trang thiết bị, về trình độ và kinh nghiệm, về thành tích tốt trong quá khứ để đảm bảo chất lượng công trình, tránh những rủi ro đáng tiếc có thể xảy ra.

Phải nghiêm túc thực hiện chỉ thị của Bộ trưởng Bộ Xây dựng số 07/2007/CT.BXD về tăng cường quản lý chất lượng và bảo đảm an toàn khi xây dựng tầng hầm nhà cao tầng. Có 2 vấn đề phải đặc biệt chú ý:

• Phải có tư vấn độc lập đủ trình độ và kinh nghiệm thẩm định thiết kế, biện pháp thi công phần ngầm của công trình để đảm bảo chất lượng và an toàn. Ví dụ: các chuyên gia đầu ngành về địa kỹ thuật, về kết cấu công trình và về thi công).
• Phải đảm bảo chất lượng và an toàn không những cho bản thân công trình mà phải đảm bảo an toàn và ổn định cho các công trình lân cận.

Tóm lại: trên đây là những bài học kinh nghiệm giúp cho những nhà quản lý, các nhà tư vấn, các nhà thầu và những ai quan tâm đến công việc khảo sát, thiết kế và thi công các công trình ngầm và tầng hầm nhà cao tầng đảm bảo chất lượng và an toàn. Chúng tôi xin phép nêu lên để mong được bạn đọc tham khảo.

GS.TSKH Nguyễn Văn Quảng - KS. Nguyễn Tráng

Công ty APAVE Việt Nam & Đông Nam Á