Khi thi công tầng hầm cho các công trình nhà cao tầng, một vấn đề phức tạp đặt ra là giải pháp thi công hố đào sâu trong khu đất chật hẹp liên quan đến các yếu tố kỹ thuật và môi trường. Các giải pháp chống đỡ thành hố đào thường được áp dụng là: tường cừ thép, tường cừ cọc xi măng đất, tường cừ barrette. Yêu cầu chung của tường cừ là phải đảm bảo về cường độ cũng như độ ổn định dưới tác dụng của áp lực đất và các loại tải trọng do được cắm sâu vào đất, neo trong đất hoặc được chống đỡ từ trong lòng hố đào theo nhiều cấp khác nhau. Việc thi công tầng hầm luôn đi đôi với việc thi công đất vì tầng hầm nằm dưới đất, sau đây là những biện pháp phổ biến khi thi công tầng hầm mà nhà thầu thi công  thường áp dụng.

1. Phương pháp đào đất trước rồi thi công nhà từ dưới lên.

– Đây là phương pháp cổ điển và rất phổ biến được áp dụng khi chiều sâu hố đào không lớn.

 – Theo phương pháp này thì toàn bộ hố đào được đào đến độ sâu đặt móng, có thẻ dùng thủ công hay cơ giới tùy thuộc vào độ sâu hố đào, tình hình địa chất thủy văn, khối lượng đất cần đào, khả năng cung cấp máy móc thiết bị và nhân lực của đơn vị thi công. Sau khi đào xong người ta tiến hành làm nhà theo trình tự thông thường từ dưới lên trên, thi công theo phương pháp này thường gây ra mất ổn định thành hố đào.

 – Hiện tượng mất ổn định thành hố đào là do trạng thái cân bằng của nền đất bị phá vỡ. Khi đất nèn ổn định tại một điểm trong lòng đất tồn tại các giá trị ứng suất theo 3 phương pháp x, y, z. Khi đào đất thành phần ứng suất ở thành hố đào theo phương ngang bị triệt tiêu, do vậy, mất đi sự cân bằng ban đầu và lúc này xuất hiện các mặt trượt đẩy đất vào trong hố đào. Nếu cạnh hố đào còn có các tải trọng khác chẳng hạn như các công trình có sẵn hoặc thiết bị máy móc thi công thì giá trị dịch chuyển này sẽ tăng lên.

 – Nếu hố đào được bảo vệ bằng tường cừ đất sẽ tác dụng lên tường cừ một áp lực, dưới tác dụng của áp lực này tường cừ sẽ bị dịch chuyển, giá trị dịch chuyển ngang của tường cừ phụ thuộc vào nhiều yếu tó và quan trọng nhất là chiều sâu của hố đào, độ cứng của tường cừ, chất lượng đất nền, thời gian đào đất trong hố, cách bố trí và thời gian lắp đặt hệ chống đỡ.

Hình 1. Tường chắn sử dụng cọc bê tông cốt thép ván gỗ và thanh giằng

 – Chuyển vị ngang của tường cừ gây ra hiện tượng lún sụt vùng chung quanh hố đào, vì vậy việc sử dụng tường cừ để bảo vệ hố đào cần phải được tính toán và thiết kế đầy đủ. Nội dung chính trong việc tính toán và thiết kế tường cừ là xác định độ ổn định ủa tường cừ, thực chất là phải xác định chiều dài của các tấm cừ, chiều sâu của cừ ngàm trong đất, độ cứng của cừ và tính toán các thiết bị chống hoặc neo.

Hình 2. Tường chắn sử dụng cọc thép và ván gỗ hoặc tấm bê tông đúc sẵn 

 – Người ta cũng có thể thay thế tường cừ bằng các cọc bê tông hoặc cọc thép đóng thưa sau đó ghép ván hoặc phun vữa bê tông giữa hai cọc để giữ đất, dùng cọc khoan nhòi khoan liền nhau để tạo thành vách để ổn định thành hố đào.

Ưu khuyết điểm của phương pháp:

+ Ưu điểm:

• Thi công đơn giản
•  Độ chính xác cao
• Giải pháp kiến trúc và giải pháp kết cấu không phức tạp vì việc xây dựng phần ngầm cũng tương tự như phần nổi của nhà.
• Xử lý chống thấm và lắp đặt mạng lưới kỹ thuật dễ dàng.
• Làm khô móng để thi công công cũng không có gì phức tạp.

+ Nhược điểm:

• Khi chiều sâu hố móng lớn đặc biệt nếu lớp đất bề mặt yếu thì rất khó khăn trong thi công.
•  Nếu không dùng tường cừ thì yêu cầu mặt bằng phải rất lớn mới đủ để mở rộng taluy cho hố đào, mặt khác xét về thời gian thi công cũng bất lợi vì thi công thường kéo dài bị ảnh hưởng nhiều bởi các yếu tố thời tiết.
• Nhược điểm quan trọng nhất của phương pháp này là rất dễ gây lún nứt, nguy hiểm cho các công trình lân cận, nhất là trong thành phố đối với các các công trình xây chen.

Phạm vi ứng dụng của phương pháp:

Người ta đã tổng kết việc thi công tầng hầm theo phương pháp cổ điển tức là đào đất trước rồi thi công từ dưới lên và đã rút ra kết luận là:

+ Đào đất theo độ dốc tự nhiên chỉ nên áp dụng khi hố đào không sâu, với đất dính (đất có góc ma sát trong lớn), có mặt bằng thi công rộng rãi.

+ Dùng cán cừ không chống hoặc neo:

• Sử dụng một đợt ván cừ, khi hố đào sâu ván cừ không đủ dài, công trình có yêu cầu mở rộng bên trên trên để dễ thi công hoặc thi công đào đất thủ công

Hình 3. Thi công hạ cừ bằng máy thủy lực

Hình 4. Thi công hạ cừ bằng máy ép rung

Hình 5. Tường chắn và hệ neo trong đất

+ Ván cừ có chống hoặc neo: Trường hợp vách đất thẳng đứng và áp lực đất vào tường lớn.

• Dùng chống trong trường hợp hệ thóng ít ảnh hưởng đến việc thi công phầm ngầm.
• Dùng neo trong trường hợp chiều sâu hố móng lớn, tường cừ dễ mất ổn định và yêu cầu thủ công đòi hỏi phải có một mặt bằng thoáng ít bị cản trở.

2. Phương pháp thi công tường tầng hầm nhà làm tường chắn đất

– Đây là một công nghệ thi công tường trong đất.

 – Trước khi thi công đào đát người ta tiến hành thi công phần tường bao của tầng hầm trước sau đó mới đào đất trong lòng tường bao này đến đáy của tầng hầm.

 – Trường hợp móng của công trình là cọc khoan nhồi thì người ta cũng tiến hành thi công cọc khoan nhồi đồng thời với thi công tường bao.

 – Phương pháp này không đòi hỏi phải có tường chắn hay các hàng để giữ vách hố đào, tuy nhiên điều kiện để áp dụng phương pháp này công trình phải thiết kế để tường bao tầng hầm chịu được tải trọng áp lực đất và phải áp dụng công nghệ thi công cọc barette.

 – Vì lực tác dụng của đất lên tường bao rất lớn nên để ổn định cho tường bao người ta thường áp dụng các giải pháp sau đây:

• Dùng hệ dầm và cột chống văn giữa các tường đối diện hệ dầm này thường làm bằng thép hình gồm các xà ngang, dầm văng và cột chống. Áp lực đất truyền lên tường, tường truyền lên dầm văng. Cột có nhiệm vụ giữ cho dầm văng ổn định.

– Phương pháp này đơn giản, tốn vật liệu làm dầm, xà ngang, cột chống tuy nhiên sau khi sử dụng ta có thể thu hồi để tái sử dụng 100%.

– Nhược điểm của phương pháp này là chiếm không gian trong hố đào, đặc biệt là khi chiều ngang công trình lớn thì hệ trống văng trở nên rất phức tạp ảnh hưởng lớn đến thi công.

• Dùng neo giữ tường: Phương pháp này áp dụng đối với công trình có mặt bằng lớn, hố móng sâu và yêu cầu thi công cần một không gian rỗng rãi trong hố đào. Neo có thể ngay trên mặt đất hoặc neo ngầm, có thể một hoặc nhiều lớp neo. Khi đào đất đến đâu người ta khoan qua tường để chôn neo sâu vào lòng đất, khi neo chắc người ta dùng kích để kéo căng các sợi cáp neo và cố định neo vào tường.

Hình 6. Thiết bị thi công neo bằng công nghệ bơm phụt vữa xi măng

 – Với phương pháp này tương được giữ bằng các cáp neo ứng lực trước nên hầu như ổn định hoàn toàn, bầu neo và ống tạo neo được bao bọc bởi một lớp vữa bê tông bảo vệ nên sử dụng được lâu dài.

– Cả 2 trường hợp neo và chống đều thi công song song với đào đất, đào đến đâu đặt neo và dựng chống đến đó. Với cách làm như vậy tường bao hầm như không chuyển vị, áp lực đất tác dụng lên tường là áp lực tĩnh.

3. Phương pháp thi công từ trên xuống

– Để khắc phục tình trạng thi công công trình bị kéo dài, người ta đã đưa ra phương pháp thi công công vừa làm tầng hầm theo cách làm từ trên xuống, vừa đồng thời phải làm phần thân nhà từ dưới lên, lấy mặt đất làm mốc khởi hành vừa đi lên trên, vừa tiến xuống dưới đó là bản chấn của phương pháp Top-down.

Trình tự thi công như sau:

• Bước 1: Thi công tường trong đất và cọc khoan nhồi trước, như trong phương pháp thi công tường nhà làm tường chắn đất.
• Bước 2: Đổ bê tông sàn trệt ngay trên mặt đất tự nhiên, sàn tầng trệt được tỳ lên tường trong đất và cột tầng hầm.

 – Người ta lợi dụng lỗ cầu thang máy, cầu thang bộ, giếng trời để làm cửa đào đất và vận chuyển đất lên, đồng thời để thông gió chiếu sáng cho việc đào đất và thi công các tầng dưới.

 – Khi bê tông đạt cường độ yêu cầu người ta tiến hành đào đất qua các lỗ sàn cho đến cốt của sàng tầng hầm 1, dừng lại để đặt cốt thép, đổ bê tông.

 – Đồng thời với việc thi công các tầng hầm người ta tiến hành thi công phần thân từ dưới lên.

 – Khi thi công đến sàn tầng dưới cùng người ta tiến hành đổ bê tông đáy tầng hầm liền với đầu cọc khoan nhồi. Đó cũng là phần bản móng của nhà, bản này làm nhiệm vụ chống thấm và chịu lực đẩy nổi Archimet.

+ Ưu điểm của phương pháp thi công từ trên xuống:

• Tiến độ thi công nhanh do tiến hành song song phần thân và phần ngầm.
• Chống vách đất được giải quyết triệt để vì tường trong đất và các hệ kết cống công trình có độ bền và ổn định cao, không phải chi phí cho các hệ thống chống phụ.
• Không tốn hệ thống giáo chống, cốp pha cho kết cấu dầm sàn tầng hầm vì sàn thi công ngay trên mặt đất.

+ Nhược điểm:

• Kết cấu cột tầng hầm phức tạp
• Khi thi công rất khó khăn trong liên kết giữa dầm sàn với cột tường ở tầng hầm.
• Thi công đào đất trong không gian kín trong tầng hầm rất chật chội và khó cơ giới hóa.
• Điều kiện thi công trong hầm kín ảnh hưởng nhiều đến sức khỏe và năng suất của công nhân và đòi hỏi nhất thiết phải có hệ thống thông giớ và chiếu sáng nhân tạo đảm bảo.