Đánh giá nguyên nhân và sự cố ảnh hưởng đến chất lượng của kết cấu trong quá trình thi công hầm, hố đào [Phần 2]

33

2. Các sự cố xảy ra trong giai đoạn thi công đào đất, thi công kết cấu hầm

Tùy vào năng lực thiết bị thi công, chiều sâu kết cấu hố đào và đặc điểm địa chất nơi xây dựng công trình mà các công nghệ biện pháp thi công hố đào, hầm, công trình ngầm có thể áp dụng tại Việt Nam và trên thế giới như: Công nghệ thi công top-down, semi top-down, bottom-up… kết hợp với hệ kết cấu tường vây barrette, tường vây cừ thép larsen, tường vây cọc khoan nhồi secant piles, cọc xi măng đất và hệ chống thép hình hoặc neo đất nhằm giữ ổn định thành vách hố đào [2].

Các công nghệ biện pháp trên đều có những ưu-nhược điểm và những khó khăn gặp phải trong trong quá trình thi công. Do đó, trước khi lựa chọn biện pháp thi công chủ đạo cần được được phân tích, tính toán nhằm hạn chế nhất những sai sót và sự cố xảy ra về mặt kỹ thuật ảnh hưởng đến chất lượng kết cấu cũng như chi phí tiến độ của dự án [3].

2.1. Xuất hiện đá mồ côi, tầng đá trong quá trình đào

Tại các tầng địa chất trong khi đào xuất hiện rải rác đá mồ côi kích thước lớn hoặc tầng lớp đá gốc,  gây khó khăn cản trở đến công việc di chuyển máy móc, thi công kết cấu, đào đất và vận chuyển chúng. Vì vậy, để đảm bảo đào xuống cao độ theo thiết kế thì cần phải có giải pháp phá hủy, đục phá lớp đá này [2].

Có thể sử dụng biện pháp phá nổ để phá hủy lớp đá gốc, đá cứng hoặc sử dụng “bột nở tách đá Sino-crack” kết hợp các biện pháp đục thủ công.

Hình 3: Sử dụng bột nở Sino-crack để tách đá

2.2. Ảnh hưởng bởi chất lượng tường vây

Kết cấu tường vây trong thi công hầm có thể là tường vây barrette, tường vây cừ thép larsen, tường vây cọc khoan nhồi secant piles, cọc xi măng đất…[2]. Tuy nhiên, ở đây chúng ta sẽ đề cập đến sự cố ảnh hưởng bởi chất lượng tường vây dạng kết cấu BTCT (tường vây bằng cọc barrette, cọc secant pile… được sử dụng rổng rãi trong các công nghệ thi công hầm, các hố đào, tầng hầm sâu).

2.2.1. Tường vây BTCT bị phình

Tường vây bị phình thường gặp khi khối lượng bê tông thực tế vượt quá khối lượng bê tông lý thuyết theo tính toán bị gây ra bởi các sự cố như sạt lở thành vách hố đào, hang castơ.

Ngoài phần bê tông bị phình ra, thì tường vây bị phình có thể kéo theo kết cấu thép lồng thép của tường bị lệch ảnh hưởng đến độ thẳng đứng của tường vây và liên kết giữa các tấm (cọc) BTCT với nhau.

Hình 4: Tường vây bị phình

Sự cố xảy ra sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng kết cấu, quá trình đào đất và thi công các hệ văng chống, neo trên tường vây. Do đó cần phải có biện pháp xử lý trong giai đoạn đào đất nhằm đảm bảo ổn định.

2.2.2. Tường vây BTCT bị hư hỏng, khuyết tật

Ở đây, tường vây bị khuyết tật do trong quá trình thi công các tấm tường (cọc) bị sự cố sạt lở thành hố đào khoan, không xử lý cặn lắng, bê tông bị trộn lẫn tạp chất. 1 số dạng bê tông tường vây bị khuyết tật, hư hỏng như:

– Bị khuyết tật 1 phần bề mặt, lộ lớp thép chủ bên ngoài.

– Bị khuyết tật toàn phần hư hỏng xuyên tấm, thủng xuyên tấm tường (cọc).

Hình 5: Tường vây bị hư hỏng, thủng xuyên tấm

Đối với những kết cấu tường vây bị hư hỏng thủng xuyên tâm thì sự cố xảy ra dường như ngay lập tức ở những nơi địa chất yếu, nước ngầm mạnh, hố đào sâu.

Sự cố không những gây ảnh hưởng đến chất lượng kết cấu và liên kết tường vây, mà còn có thể gây chuyển vị tường, sạt lún nền đất phía ngoài và nguy hiểm hơn là gây sụp đổ phá hủy các công trình lân cận.

Khi gặp những sự cố chất lượng tường vây như vậy thì ngay lập tức phải có giải pháp ngăn chặn rò rỉ bùn cát, nước qua tường cọc vây vào hố đào. Sử dụng ngay lập tức các bao cát, hoặc chặn đất sét và đổ bê tông bịt kín phía ngoài, hoặc sử dụng vữa xi măng đất, bùn hóa học, bơm phụt vữa và các vật liệu khác để bịt kín các lỗ hở…[2].

Sau đó tiến hành các biện pháp xử lý đổ bù cùng với chống thấm tường vây như đổ bù bằng vữa không co ngót sika grout, hỗn hợp sika grout + đá mi, sử dụng bê tông sụt kết hợp với sika grout đổ bù hoặc bê tông xòe, bê tông tự lèn…. Tùy vào kích thước tường vây bị hư hỏng cũng như sự khẩn cấp của vị trí cần xử lý để lựa chọn giải pháp.

Như vậy, những sự cố liên quan đến chất lượng tường vây có tác động rất lớn đến kết cấu và gây nhiều khó khăn trong đoạn thi công hầm cũng như các công tác chống thấm.

2.3. Chuyển vị tường vây Barrette

Chuyển vị tường vây xảy ra trong quá trình thi công đào đất, ở từng giai đoạn đào và độ sâu của hố đào bởi các nguyên nhân chủ quan và khách quan:

– Do hố đào sâu, áp lực của mạch nước ngầm cao, xuất hiện các dòng chảy mạnh tác động trực tiếp vào tường vây dầm bo đỉnh gây chuyển vị.

– Chất lượng thi công tương vây kém, bê tông không đồng nhất, lẫn bùn và tạp chất như đã phân tích ở trên.

– Tường vây gặp đá sớm, không đảm bảo chiều sâu so với thiết kế, không được phân tích tính toán gia cường bổ sung bởi thiết kế.

– Vị trí của tường vây bị sai lệch so với thiết kế, liên kết ngàm giữa các tấm liền kề không còn
tác dụng, băng cản nước bị mất. Tường vây mất khả năng liên kết với nhau thành 1 hệ chịu tải dẫn đến bị chuyển vị và xuất hiện các vết nứt dọc theo tường vây.

Hình 6: Xuất hiện các vết nứt dọc theo vị trí liên kết giữa các tấm tường vây

– Hệ văng chống, neo không đảm bảo khả năng chịu tải theo tính toán;

– Tải trọng động do máy móc thiết bị di chuyển, áp lực phía ngoài tường vây gây ra chuyển vị.

– Do sự thay đổi trạng thái ứng suất – biến dạng của nền đất phía trong và ngoài tường vây.

– Thiết kế tính toán biện pháp cho từng giai đoạn thi công đào đất không đảm bảo hệ số an toàn, chưa phân tích được hết các yếu tố ảnh hưởng cũng như đặc điểm địa chất thủy văn, các số liệu báo cáo khảo sát địa chất không phản ánh đúng thực tế.

– Công tác quản lý thi công, kiểm soát chất lượng không đảm bảo và thời gian thi công đào đất, kết cấu phần hầm quá lâu so với yêu cầu trong tính toán cũng là nguyên nhân chính gây chuyển vị.

– Dầm bo đỉnh tường vây bị biến dạng, nứt (hình trên) không đảm bảo được khả năng liên kết.

Việc tường vây bị chuyển vị sẽ gây ra những sự cố rất lớn ảnh hưởng đến sự ổn định của kết cấu, cũng như các vấn đề an toàn cho công trình thi công và lân cận. Do đó, trước khi thi công cần bố trí quan trắc nhằm theo dõi độ dịch chuyển, hướng và tốc độ dịch chuyển, độ lệch của tường vây barrette theo thời gian nhằm đánh giá mức độ, dự báo diễn biến của các dịch chuyển, đánh giá độ ổn định của công trình trong quá trình thi công.

Biểu đồ 1: Biểu đồ đo chuyển vị tường vượt quá giới hạn cho phép.

Thông qua quan trắc ở hiện trường, có thể so sánh số liệu với lý thuyết tính toán và có các biện pháp xử lý nếu cần thiết. Đồng thời, đưa ra các những cảnh báo, báo động khi tường vây chuyển vị vượt quá giới hạn cho phép hoặc hiện tượng chuyển dịch bất thường (nếu có), từ đó có các giải pháp xử lý cho những vấn đề về dịch chuyển tường vây gây ra như: hạ tải phía ngoài tường vây, sử dụng các phương án chống tạm bổ sung hoặc lấp đất hố đào để ổn định tường vây.

2.4. Hệ văng chống thép hình và hệ neo tường vây không đảm bảo chất lượng

Các giải pháp tăng cường ổn định cho tường vây trong thi công hố đào tầng hầm sẽ phụ thuộc vào lựa chọn các biện pháp công nghệ thi công top-down, semi top-down, hay bottom-up; các kết quả tính toán phân tích giải pháp và đặc điểm vị trí địa chất thủy văn.

Ở đây chúng ta sẽ đề cập đến những sự cố xảy ra đối với hệ văng chống bằng thép hình và hệ khoan neo đối với tường vây barrette được sử dụng rộng rãi trong biện pháp công nghệ thi công bottom-up và semi top-down.

2.4.1. Sự cố liên quan đến hệ văng chống thép hình

– Trong quá trình lập biện pháp thì công, phân tích và tính toán, các số liệu đầu vào không chính xác như số liệu địa chất, tải trọng tác dụng…. Các mô hình phân tích mô phỏng nội lực, sự ổn định của nền đất, kết cấu hệ tường vây và phân tích chuyển vị theo từng giai đoạn thi công không phù hợp.

– Hệ văng công chịu được tải trọng bản thân, khi phân chia nhịp quá lớn giữa các cọc kingpost.

– Tường vây bị chuyển vị vượt quá giới hạn cho phép trong tính toán, tác động phá hủy kích thủy lực.

Hình 7: Sự cố phá hủy kích thủy lực ở hệ văng chống

– Quá trình thi công, giai đoạn thi công đào và việc lắp đặt hệ văng chống không tuân thủ theo biện pháp tính toán. Lực căng kích không đủ theo yêu cầu.

2.4.2. Sự cố liên quan đến hệ khoan neo

Các nguyên nhân khách quan và chủ quan gây nên sự cố của hệ khoan neo cũng tương tự như hệ văng chống ở trên. Tuy nhiên, 1 số sự cố đặc thù của khoan neo có thể xảy ra như:

– Lực căng kích đầu neo không đạt, bị tụt lực kích hoặc độ giãn dài của bầu neo vượt quá giới hạn cho phép, không đảm bảo được góc khoan khi khoan lỗ neo.

– Khi có các công trình lân cận tại vị hố đào và vị trí khoan neo thì việc khoan neo sẽ ảnh hưởng rất lớn đến kết cấu các công trình lân cận có thể gây chuyển vị, lún nứt, phá hủy kết cấu hoặc không đảm bảo chiều sâu khoan. Do đó khi lựa chọn phương án này cần phải khảo sát và tính toán kiểm tra hiện trạng các công trình xung quanh, đồng thời phải dùng hệ khoan 2 lòng double ống sinh ống khoan ngoài giữ thành vách khoan và cần bên trong lấy phôi đất ra (tránh ảnh hưởng đến việc áp lực khoan,rung động khoan tác động đến công trình lân cận).

Hình 8: Phá hủy bê tông tường vây tại vị trí đầu neo

– Lực căng kéo cáp neo tại bracket đầu neo gây phá hủy tường vây cục bộ gây ảnh hưởng lớn đến tường vây và khả năng làm việc của neo (hình 8).

2.5. Xuất hiện vết nứt trên lỗ mở kết cấu dầm sàn tầng hầm

Những sự cố này thường xảy tra trong công nghệ thi công semi top-dow ở những vị trí kích thước lỗ mở lớn gây ra các hiện tướng nứt kết cấu dầm, sàn và làm giảm khả năng chịu lực của kết cấu.

Ngoài ra sự cố xảy ra bởi các nguyên nhân do sai sót trong quá trình tính toán thiết kế, quá trình tổ chức thi công như đã phân tích ở trên.

2.6. Sạt lún nền đất phía ngoài tường vây

Sự thay đổi đột ngột của mực nước ngầm phía ngoài tường vây, nước ngầm chảy qua các lỗ khoan neo hoặc các vị trí tường vây bị hư hỏng gây xáo trộn nền đất, xói mòn và thay đổi áp lực lỗ rỗng gây ra sự cố, sự cố còn xảy nhanh hơn khi phía ngoài có tác động của tải trọng hoặc các công trình lân cận.

Hình 9: Áp lực nước ngầm theo các lỗ neo chảy vào hố đào

Việc tường vây barrette bị chuyển vị vào trong hố đào làm ảnh hưởng nghiêm trọng đến sự ổn định của địa chất các khu vực lân cận. Gây ra những sự cố sạt lún nền đất phía ngoài.

Hình 10: Sạt lún nền đất phía ngoài hố đào

Do đó để có thể theo dõi, cảnh báo và kịp thời đưa ra các giải pháp xử lý nhằm đảm bảo sự ổn định của nền đất phía ngoài thì phải bố trí các điểm quan  trắc mực nước ngầm trong và ngoài tường vây trong quá trình bơm hạ mực nước ngầm theo thời gian và đo áp lực nước theo thời gian. Quan trắc lún mặt đất, nền đường xung quanh hố đào.

Biểu đồ 2: Biểu đồ quan trắc lún mặt đất và công trình lân cận

Song song với việc tăng tần suất quan trắc thì cần tiến hành ngay các biện pháp gia cố sửa chữa khi sự cố có dấu hiệu xảy ra như: Xử lý các vị trí tường vây bị nước chảy thấm vào, bơm phụt vữa gia cố nền đất các khe bị nứt lún, thi công bố sung thép cừ Larsen phía ngoài tường vây hoặc khoan phụt các hàng cọc xi măng đất tiếp giáp phía ngoài nhằm hạn chế nước ngầm chảy vào trong hố đào.

2.7. Nghiêng, nứt các công trình khu vực lân cân

Khi sự cố tường vây barrette bị chuyển vị, xuất hiện lún nứt nền đất phía ngoài hố đào thì sự cố nguy hiểm tiếp theo có thể xảy ra khi có các công trình lân cận là nghiêng nứt hoặc sụp đổ.

Hình 11: Sự cố nghiêng nứt công trình lân cận

Trên thực tế sự cố này đã xảy ra ở nhiều công trình và gây ra nhiều thiệt hại lớn về tài sản và con người. Do đó cần phải có các biện pháp gia cố xử lý tạm thời nhằm đảm bảo ổn định trước khi xử lý triệt để.

Vì vậy, khi thi công hố đào, tầng hầm ở vị trí tiếp giáp với các công trình lân cận thì phải tính toán các giải pháp thi công và các biện pháp đề phòng xử lý sự cố, cùng với việc lựa chọn nhà thầu chuyên nghiệp. Đồng thời cũng bố trí quan trắc chuyển vị nghiêng công trình lân cận từ giai đoạn trước khi đào đất.

Biểu đồ 3: Biểu đồ quan trắc độ nghiêng công trình lân cận

2.8. Xuất hiện hiện tượng đẩy nổi khi thi công móng, sàn đáy

Hiện tượng đẩy nổi trong hố đào, tầng hầm xảy ra khi thi công sàn đáy bởi tác dụng của áp lực nước dưới đáy hố đào. Ở những vị trí áp lực mực nước ngầm lớn, lớp địa chất cát chảy, bùn lầy xuất hiện dưới đáy hố đào sẽ gây ra những khó khăn và sự cố trong các công tác thi công. Ảnh hưởng đến chất lượng kết cấu và gây nứt, biến dạng, phá hủy các cấu kiện liên quan.

Do đó, trong thiết kế thi công đều tính toán đến sự đẩy nổi, áp lực đẩy nổi và lực chống đẩy nổi trong tầng hầm, hố đào. Đồng thời trong quá trình thi công cần có các biện pháp xử lý, đảm bảo địa chất dưới đáy hố đào ổn định như: hạ mực nước ngầm xuống dưới cao độ móng sàn đá và  gia cố nền địa chất sình lầy bằng cọc cừ tràm, xi măng hóa bùn lầy hoặc rải lớp đệm cát, base thay thế…

Noi Nguyen