CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỐ ĐÀO SÂU VÀ BỂ NGẦM 1. Tổng quan về tình hình xây dựng hố đào sâu trên thế giới và ở Việt Nam 1. Trên thế giới Công trình có tầng hầm đã được xây dựng từ lâu trên thế giới, hầu hết các công trình nhà cao tầng đều có tầng hầm. Độ sâu cũng như số tầng hầm phụ thuộc vào điều kiện địa chất, công nghệ và công năng sử dụng của công trình.
Đa phần các công trình đều có từ 1 đến 3 hoặc 4 tầng hầm, cá biệt có những công trình vì yêu cầu công năng sử dụng có đến 5÷10 tầng hầm. Đa số các công trình nhà cao tầng có tầng hầm sâu tập trung chủ yếu ở các nước phát triển như: Mỹ, Philipin, Australia, Đài Loan… Tuy nhiên, trong những năm gần đây, các nước đang phát triển cũng xây dựng nhà cao tầng có tầng hầm sâu ngày càng nhiều như: Singapore, Thailand,… cho thấy sự cần thiết cũng như xu thế phát triển tất yếu của công trình nhà cao tầng có nhiều tầng hầm. Vì công trình có nhiều tầng hầm đã được xây dựng rất lâu trên thế giới nên quy trình công nghệ, thiết bị dùng để xây dựng công trình có nhiều tầng hầm cũng rất phát triển với nhiều công nghệ hiện đại, tiên tiến. Việc lựa chọn công nghệ xây dựng tùy thuộc vào từng đặc điểm cụ thể của công trình.
Một số công nghệ, giải pháp chống đỡ thường được sử dụng phổ biến để xây dựng công trình có nhiều tầng hầm trên thế giới: tường cừ thép, tường cừ bằng cọc nhồi bêtông cốt thép (BTCT), tường cừ bằng cọc xi măng đất, tường cừ BTCT thi công bằng công nghệ tường trong đất hoặc các tấm BTCT đúc sẵn… Hầu như các thành phố lớn trên thế giới, do cần tiết kiệm đất đai và giá đất ngày càng cao nên đã tìm cách cải tạo hoặc xây mới các đô thị của mình 5 với ý tưởng chung là triệt để khai thác và sử dụng không gian dưới mặt đất cho nhiều mục đích khác nhau về kinh tế, xã hội, văn hóa và môi trường. Một số ngành công nghiệp do yêu cầu của dây chuyền công nghệ ( như nhà máy luyện kim, cán thép, làm phân bón.) cũng đã đặt một phần không nhỏ dây chuyền đó nằm sâu dưới mặt đất. Các trạm bơm lớn, công trình thủy điện cũng cần đặt sâu vào lòng đất nhiều bộ phận chức năng của mình với diện tích đến hàng vài chục ngàn mét vuông và sâu đến hàng trăm mét. Hướng xây dựng “ thành phố theo chiều thẳng đứng” rất ưu việt trong những thập niên tới.
Nhật Bản xem hướng phát triển đô thị bằng cách đi sâu vào lòng đất là một trong những biện pháp giải tỏa sự đông đúc mật độ dân cư của họ cùng với 2 giải pháp là lên cao và lấn biển. Ở Tokyo đã có quy định khi xây nhà cao tầng phải có ít nhất 5-8 tầng hầm. Ở Thượng Hải (Trung Quốc) thường thấy có 2-3 tầng hầm dưới mặt đất ở các tòa nhà cao tầng, có nhà đã thiết kế đến 5 tầng hầm, kích thước mặt bằng lớn nhất đã lên đến 274x187m, diện tích khoảng 51.000m2, hố móng sâu nhất tới 32m.1: Một công trình ngầm tại Trung Quốc( Nguồn: Internet) 6 Một gara lớn có kích thước 156x54x27m gồm 7 tầng được xây dựng đầu tiên ở Mátcơva, có sức chứa 2000 ô tô con mà nếu làm trên mặt đất cần 50. Để xây dựng công trình này, người ta đã phải đào 274.000m3 đất, 4000m3 bê tông đổ tại chỗ và 19.500m3 bê tông đúc sẵn.2: Hố móng sâu tòa nhà Lotte Tower Super Tower ở Hàn Quốc Ở Genever (Thụy Sĩ) xây dựng bằng phương pháp giếng chìm 1 gara ngầm 7 tầng hình tròn cho 530 ô tô con, đường kính gara là 57m, sâu 28m, sàn trên cùng cách mặt đường 3m.
Các tầng được xếp theo đường xoắn ốc với độ nghiêng không lớn lắm. Một giếng chìm có kết cấu thành mỏng, gồm nhiều đoạn đúc sẵn có đường kính 37.8m đã hạ vào trong đất có điều kiện địa chất công trình và địa chất thủy văn hết sức phức tạp vào năm 1972 tại Mikahilovski (Nga) (Theo Nguyễn Bá Kế, 2012) Mặc dù công trình có nhiều tầng hầm đã được xây dựng từ lâu trên thế giới với nhiều những công nghệ khác nhau, tuy nhiên, do mức độ khó khăn, phức tạp, ẩn chứa nhiều rủi ro nên việc thi công tầng hầm công trình trên thế giới đã xảy ra không ít sự cố, tai nạn mà điển hình là sự cố công trình trạm 7 bơm nước thải Bangkok – TháiLan có kích thước 20,3m đường kính, sâu 20,2m, bị sập ngày 17 – 8 –1997 khi vừa hoàn tất công tác đào và lắp đặt hệ thanh chống. Kết cấu của công trình gồm hệ tường vây liên kết (diaphragm wall) giữ vai trò như tường chắn khi thi công đào sâu và giữ vai trò tường hầm sau khi đúc bê tông các bản sàn hầm. Đặc biệt là công trình này có kích thước hoàn toàn giống một công trình tương tự đã thi công thành công ở Frankfurt - Đức.
Thực trạng về thi công và ổn định hố đào sâu ở Việt Nam Trong những năm gần đây ở nước ta, tại các thành phố lớn như Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh cũng bắt đầu sử dụng các tầng hầm dưới các nhà cao tầng với hố đào có chiều sâu đến hàng chục mét và chiều sâu của tường trong đất đến trên 40m, tổng số có đến trên 10 công trình.1: Các công trình ngầm đã thi công tại Việt Nam(Nghiêm Hữu Hạnh, 2012) Đơn vị Đặc điểm thi TT Tên công trình Thiết kế thi công công tầng hầm Bachy - Tường barrette Văn phòng và chung Soletanche 1 CDCC - Đào hở, chống cư 27 Láng Hạ Cty XD số 1 bằng dàn thép HN Trụ sở kho bạc NN 32 - Tường barrette 2 CDCC Delta Cát Linh - Top – down Toà nhà 70-72 Bà - Tường barrette 3 CDCC Delta Triệu - Top – down VP và Chung cư 47 Đông - Tường barrette 4 VNCC Huỳnh Thúc Kháng Dương - Top – down 5 Toà nhà Vincom 191 VNCC Delta - Tường barrette 8 Bà Triệu - Top – down Chung cư cao tầng 25 Cty XD số 1 - Tường barrette 6 VNCC Láng hạ HN - Top – down TT Viễn thông VNPT Bachy - Tường barrette 7 CDC 57 Huỳnh Thúc Kháng Soletanche - Không chống - Tường barrette Toà nhà tháp đôi HH4 TCty XD 8 CDC - Đào hở, chống Mỹ Đình Sông Đà bằng dàn thép Trụ sở văn phòng 59 Cty KT& XD- Cty XD số - Tường barrette 9 Quang Trung Hội KTS 1, HN - Top – down - Tường bê tông Ocean Park số 1 Đào Tr. ĐH KT Cty XD số thường 10 Duy Anh HN 1, HN - Cọc xi măng đất Khách sạn Sun Way - Tường barrette 11 19 Phạm Đình Hổ - Neo trong đất Toà nhà tháp Viet- Indochine - Tường barrette 12 combank Group - Neo trong đất Pacific Place 83 Lý Archrtype, Cty XD - Tường barrette 13 Thường Kiệt Pháp Sông Đà 2 - Top – down Như đã trình bày ở trên, việc thi công công trình ngầm vẫn gặp rất nhiều những rủi ro. Ở Việt Nam, sự cố công trình ngầm tại tòa cao ốc Pacific nằm trên đường Minh Khai, Phường Bến Nghé, Quận 1, Thành phố Hồ Chí Minh là một sự cố điển hình trong việc xây dựng công trình ngầm tại Việt Nam. 9 Tòa cao ốc Pacific được cấp phép xây dựng tháng 2/2005, diện tích mặt bằng 1.45m, gồm ba tầng hầm và 1 tầng kỹ thuật (chiều sâu 11.8m); 1 trệt và 20 tầng lầu; tổng diện tích sàn xây dựng là trên 22.
Tuy nhiên trong quá trình thi công, chủ đầu tư cao ốc Pacific đã điều chỉnh thiết kế (tuy chưa được Sở Xây dựng thành phố cho phép) lên thành sáu tầng hầm (chiều sâu 21.1m), một tầng trệt, 21 lầu, tổng diện tích sàn xây dựng lên tới hơn 41.000m2 với hệ khung gồm 16 cột có tiết diện 1400x1400 mm và sàn ngang. Công trình sử dụng móng bè BTCT đặt trên 65 cọc barrette kích thước 2. Theo thiết kế, hệ tường vây gồm 50 tấm panel kích thước từ 2.7m, dày 1m sâu 45m nhưng khi thi công Công ty Pacific đã thay đổi thành 24 panel kích thước 2. Gioăng cách nước giữa các tấm panel không được chỉ định chiều dài trong thiết kế nên đơn vị thi công chỉ đặt đến đáy tầng hầm, tức khoảng 22m.
Thi công các tầng ngầm theo phương pháp “bán ngược” (semi top- down) sử dụng hệ chống đỡ ngang là hệ dầm sàn BTCT dày 230mm và 250mm tựa lên cột biên tạo ra hệ chống ngang phía trong tường vây. Do không có hệ quan trắc để theo dõi diễn biến (lực và chuyển vị/biến dạng) của hệ kết cấu chống giữ hố đào và công trình chung quanh nên những thông tin sau đây chủ yếu thu thập từ các phương tiện truyền thông và người chứng kiến lúc xảy ra sự cố. - Tháng 5/2007, công trình bắt đầu thi công sàn tầng hầm, đến tháng 10/2007 thi công được bốn tầng hầm và bắt đầu thi công tầng hầm thứ 5. Trước khi xảy ra sự cố đã thi công xong các panel tường vây, cọc barrette và thi công đổ bê tông đến sàn tầng trệt tại các trục 1-3 và 6-8.
Phần khoảng hở từ trục 3 đến trục 6 sử dụng các thanh thép I400 để làm hệ thanh chống đỡ tường vây. 10 - Ngày 9/10/2007, khoảng 18 giờ 30 khi đang đào đất để chuẩn bị đổ bê tông móng thì ở vị trí tiếp giáp tường vây tại cao trình âm 21m so với cốt nền tầng trệt của công trình Pacific, tường vây xuất hiện lỗ thủng rộng 30-35 cm, dài 168 cm. Do áp lực mạnh của nước ngầm tại vị trí lỗ thủng nên gây tràn nước và lôi đất phía ngoài tường vào trong tầng ngầm, do đó khoảng 19 giờ thì dãy nhà trụ sở Viện Khoa học Xã hội vùng Nam Bộ gồm 1 trệt 2 lầu bất ngờ đổ sập, bị vùi sâu dưới lòng đất hơn 10m; phần còn lại của khu nhà cũng có nguy cơ đổ sập.3: Sụt nhà để xe và nứt nhà vệ sinh tại tòa nhà bên cạnh cao ốc Pacific Ngoài sự cố của cao ốc Pacific, một sự cố xảy ra trong quá trình thi công công trình, thì sự cố sau khi công trình đi vào sử dụng cũng gặp rất nhiều trong thực tế. Ví dụ như các sự cố ngập nước tầng hầm là sự cố phổ biến hay xảy ra nhất khi công trình ngầm đưa vào sử dụng.4: Ngập nước tại tầng hầm (Nguồn: Internet) Qua sự cố về công trình ngầm trên, ta thấy rằng việc thi công công trình ngầm luôn có thể gặp phải những sự cố gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến tài sản và tính mạng con người.