“Hướng dẫn kỹ thuật phòng ngừa sự cố công trình khi đào hố móng sâu trong vùng đất yếu “

Tài liệu Bộ xây dựng
   1. Phạm vi áp dụng

Hướng dẫn này áp dụng cho việc phòng ngừa sự cố tại các công trình hiện hữu lân cận hố đào khi thi công móng hoặc tầng hầm.

 Công trình hiện hữu được coi là lân cận hố đào khi nằm trên mặt bằng có kích thước tính từ mép hố đào tới vị trí công trình gần hố đào nhất như sau:

- Bằng 2 lần chiều sâu đào đối với công trình xây dựng trên mặt đất;

- Bằng 1 lần chiếu sâu đào đối với đường ống , tuyến cáp, tuy nen kỹ thuật ngầm.

2. Sự cố và nguyên nhân của sự cố

2.1. Việc thi công hố đào có thể gây ra sự cố hoặc hư hỏng đối với các công trình lân cận, biểu hiện như sau :

2.1.1. Sự cố: Sập đổ công trình hoặc một bộ phân công trình; sụt nền; gãy cấu kiện chịu lực chính, đứt đường ống, đường cáp hoặc hệ thống thiết bị công trình; nghiêng, lún công trình hoặc nứt, võng kết cấu chịu lực chính quá mức cho phép;

2.1.2. Hư hỏng: nứt, tách nền; nứt tường hoặc kết cấu bao che, ngăn cách, hư hỏng cục bộ nhưng chưa tới mức gián đoạn hoạt động các đường ống, đường cáp hoặc hệ thống thiết bị công trình; nghiêng, lún công trình hoặc nứt, võng kết cấu chịu lực chính nhưng chưa tới mức cho phép;

2.1.3 Các biểu hiện nêu trên có thể xuất hiện ngay từ khi bắt đầu thi công kết cấu chống giữ thành hố đào như đóng cừ, thi công cọc, làm tường cừ barrette hoặc xuất hiện trong quá trình đào đất hố móng.

2.2. Nguyên nhân dẫn đến sự cố, hư hỏng trên có thể do các yếu tố sau:

 2.2.1 Chấn động phát sinh khi thi công

 Các chấn động phát sinh khi rung hạ cừ, hạ ống vách để khoan cọc nhồi có thể gây lún móng của các công trình lân cận tựa trên một số loại đất rời, kém chặt hoặc gây hư hỏng kết cấu bằng các tác động trực tiếp lên chúng;

 2.2.2. Chuyển vị của đất

 2.2.2.1 Các chuyển vị thẳng đứng (lún hoặc trồi) và chuyển vị ngang của đất xảy ra khi thi công tường cừ hố đào (thường là cừ ván thép, cọc hoặc barrette), khi đào đất hố móng, khi hút nước ra khỏi hố đào hoặc khi thu hồi cừ ván thép.

2.2.2.2. Khi rung hoặc ép tường cừ chế tạo sẵn thì bề mặt đất có xu hướng nâng lên và đất bị đẩy ra xa. Ngược lại khi thi công cọc khoan nhồi hoặc barrette thì bề mặt đất  xung quanh bị lún xuống và đất dịch chuyển ngang hướng về vị trí khoan tạo lỗ.

2.2.2.3. Khi thi công đào đất hố móng, đất nền ở khu vực xung quanh bị lún xuống và chuyển dịch ngang về phía hố đào. Mức độ lún và chuyển vị ngang phụ thuộc vào độ sâu đào, đặc điểm của đất nền, kết cấu chống đỡ và qui trình đào đất. Chuyển dịch lớn thường phát sinh khi thi công hố đào sâu trong đất yếu.

2.2.2.4. Khi bơm hút nước để thi công hố đào, mực nước ngầm  bị hạ thấp làm tăng độ lún của đất nền ở khu vực xung quanh. Mức độ lún phụ thuộc vào mức độ hạ mực nước ngầm, đặc điểm của đất nền và thời gian thi công.    

2.2.2.5. Khi thu hồi cừ ván thép, đất chuyển dịch vào các khe rỗng do cừ để lại gây ra lún khu vực xung quanh tường cừ.

 2.2.3. Mất ổn định 

 Hố đào có thể bị mất ổn định do hệ thống chống đỡ không đủ khả năng chịu lực hoặc do hiện tượng trượt sâu. Trong trường hợp này các công trình liền kề hố đào bị chuyển vị lớn và có thể bị sập đổ ngay.

            2.2.4. Sụt đất

            Hiện tượng sập cục bộ thành rãnh đào và hố khoan khi thi công tường cừ và cọc bằng phương pháp đổ tại chỗ có thể để lại các hốc nhỏ trong đất. Các hốc với qui mô lớn hơn được hình thành khi đất bị cuốn trôi theo dòng chảy của nước vào hố móng qua khe hở giữa các tấm cừ hoặc qua các khuyết tật trên kết cấu cừ. Khi vòm đất phía trên các hốc này bị sập sẽ gây ra hiện tượng sụt nền hoặc sự cố của các công trình trên nó. Hiện tượng này có khả năng xảy ra khi hút nước hố đào để thi công móng, tầng hầm trong nền cát bão hòa nước.

3. Biện pháp phòng ngừa sự cố

          3.1. Yêu cầu chung

            3.1.1 Thi công hố đào làm tầng ngầm hoặc móng của công trình là công việc phức tạp, cần được quản lý, giám sát và thực thi một cách chặt chẽ ở tất cả các bước từ khảo sát, thiết kế biện pháp thi công, thi công tới xử lý các tình huống phát sinh khi thi công. 

3.1.2 Các công trình đông người, công trình quan trọng về văn hóa hoặc chính trị nằm trong phạm vi ảnh hưởng của hố đào cần được chủ động chống đỡ, gia cố từ trước khi thi công hố đào.

            3.2. Khảo sát phục vụ thiết kế biện pháp thi công

            3.2.1. Khối lượng và độ sâu khảo sát địa kỹ thuật phục vụ thiết kế biện pháp thi công hố đào phải phù hợp với yêu cầu của các tiêu chuẩn TCVN 4419:1987 -  Khảo sát cho Xây dựng. Nguyên tắc cơ bản; TCVN 160:1987 - Khảo sát Địa kỹ thuật phục vụ cho thiết kế và thi công móng cọc ; TCXD 194 : 1997 Nhà cao tầng- Công tác khảo sát địa kĩ thuật ; TCXD 205:1998 Móng cọc - Tiêu chuẩn thiết kế.

Khi lập đề cương khảo sát địa kỹ thuật cần tham khảo các số liệu đã có ở khu vực lân cận công trình. Nếu không có đủ số liệu thì phải bố trí một số điểm khảo sát dọc theo biên của hố đào với khoảng cách ban đầu không lớn hơn 30 m/điểm. Mật độ khảo sát cần bố trí không lớn hơn 20m/điểm khi có một trong các điều kiện sau đây:

a)         Độ sâu đào lớn (trên 2 tầng ngầm hoặc trên 6 m);

b)        Điều kiện đất nền có nhiều biến động về tính chất và về bề dày các lớp đất;

c)        Trong phạm vi đào có các lớp cát bão hòa nước và mực nước ngầm cao;

d)        Các công trình ở khu vực lân cận đã bị lún, nứt.

Kết quả khảo sát ngoài phục vụ thiết kế móng thông thường cần cung cấp thêm các số liệu về:

a)            Nước trong đất, bao gồm cả nước mặt và sự biến động của mực nước ngầm theo các mùa trong năm;

b)           Các chỉ tiêu về tính thấm của các lớp đất, trong đó tính thấm của các lớp đất rời cần xác định bằng thí nghiệm hiện trường;

c)           Các chỉ tiêu đặc thù khác (nếu có) xác định theo yêu cầu của phương pháp tính toán thiết kế biện pháp thi công.

Sau khi kết thúc khảo sát, các lỗ khoan phải được lấp lại bằng vật liệu có khả năng chống thấm.

3.2.2.  Việc khảo sát hiện trạng các công trình trên mặt đất lân cận hố đào cần đảm bảo phân loại được các công trình đó theo tầm quan trọng và mức độ nhạy cảm đối với chuyển vị của đất nền. Phạm vi khảo sát là các công trình ở vị trí tính bằng 2 lần độ sâu đào đất kể từ mép hố đào. Các thông tin thu thập gồm :

a)    Loại công trình, vị trí và khoảng cách đến hố đào;

b)    Cao độ và đặc điểm của kết cấu móng ;

c)    Qui mô và đặc điểm kết cấu : mặt bằng, số tầng, loại kết cấu ( khối xây, thép, bê tông cốt thép ), tình trạng nghiêng, lún công trình,  nứt kết cấu  ( thể hiện trên bản vẽ vị trí, bề rộng nếu có );

       3.2.3.  Các đường ống, tuyến cáp, tuy nen kỹ thuật ngầm cần được khảo sát trong phạm vi mặt bằng kích thước bằng 1 lần độ sâu đào đất kể từ các thiết bị kỹ thuật này tới mép hố đào. Các thông tin cần thu thập gồm : Đặc điển, độ sâu, kích thước và khoảng cách của chúng đến hố đào.

           3.3. Thiết kế biện pháp thi công

            3.3.1   Khi thiết kế biện pháp thi công, không sử dụng kết cấu chống đỡ thành hố đào bằng các loại cừ không có liên kết cách nước như các loại cọc nhồi, cọc đóng hoặc cọc ép thông thường. Ưu tiên sử dụng cọc barrette trong điều kiện đất yếu, có nước ngầm, đặc biệt khi làm 2 tầng hầm trở lên. Có thể sử dụng cừ ván thép để thi công 2 tầng hầm trong điều kiện đất tốt hoặc 1 tầng hầm trong điều kiện đất yếu, có nước ngầm.

3.3.2 Tính toán độ ổn định của hệ thống chống đỡ thành hố đào cho tầng ngầm phải kể đến áp lực đất, tải trọng của công trình ở khu vực lân cận và các tải trọng khác có thể phát sinh trong quá trình thi công. Áp lực đất tác dụng lên tường chống giữ thành hố đào lấy bằng áp lực đất ở trạng thái nghỉ, đối với các lớp đất yếu áp dụng hệ số áp lực ngang K=1.0.

3.3.3.  Độ sâu hạ cừ phải đảm bảo sự ổn định của thành hố đào, trong đó trọng tâm là ổn định trượt. Trường hợp nền cát nằm dưới mực nước ngầm thì cần hạ cừ đến lớp đất có khả năng cách nước nằm dưới độ sâu đào lớn nhất. Việc tạo lớp cách nước ở đáy hố đào hoặc ép bù nước ngoài hố đào cần được xem xét trong thiết kế thi công khi phải duy trì cao độ mực nước ngầm để bảo vệ các công trình lân cận. 

3.3.4. Khi thiết kế biện pháp thi công phải thực hiện việc đánh giá ảnh hưởng của nó tới các công trình lân cận và đề ra biện pháp hạn chế các ảnh hưởng bất lợi, bao gồm:

a)        Chấn động ở khu vực lân cận khi thi công tường cừ chế tạo sẵn, tường cừ   barrette hoặc cọc của công trình (nếu có). Khi hạ cừ chế tạo sẵn nên chọn biện pháp ép tĩnh để hạn chế chấn động;

b)        Chuyển vị (lún hoặc trồi và chuyển vị ngang) khi thi công tường cừ chế tạo sẵn. Nên ưu tiên sử dụng cừ thép để giảm thiểu chuyển vị của đất nền khi hạ và rút cừ. Trường hợp cừ bố trí quá gần công trình lân cận thì không nên thu hồi cừ sau khi kết thúc thi công phần ngầm;

c)        Chuyển vị (lún và chuyển vị ngang) của khu vực xung quanh ứng với mỗi giai đoan thi công đào đất. Để hạn chế chuyển vị có thể áp dụng biện pháp tăng cường độ cứng của hệ thống chống đỡ thành hố đào như:

- Sử dụng tường cừ có độ cứng chống uốn cao, ưu tiên sử dụng tường trong đất;

- Sử dụng hệ giằng và thanh chống ngang có đủ độ cứng;