Tốc độ là một trong những yếu tố có tính quyết định trong xây dựng hiện nay. Các nhà thầu bê tông ở thành phố New York đã đưa vấn đề này thành một chủ đề đặc biệt : một kỷ lục trong xây dựng nhà cao tầng bằng bê tông cốt thép đó là chu trình đổ mỗi sàn chỉ trong 2 ngày. Ngược lại, các nhà thầu bê tông ở California trong việc thi công bê tông các sànnhà cao tầng chỉ đạt được tốc độ trung bình 8 ngày/sàn. Điều gì gây ra sự khác nhau lớn như vậy? Có phải các nhà thầu California thi công quá chậm so với các nhà thầu ở New York? Dưới đây trình bày những vấn đề có liên quan tới thi công nhà cao tầng ở vùng động đất California, có nhiều điểm khác so với những vùng không động đất.
Thiết kế ở các khu vực động đất
Khi quan sát những ngôi nhà cao tầng được xây dựng ở Nam California phát hiện thấy điểm khác nhau lớn đó là gia cường bằng thép. Nếu quan sát cột bê tông ở Chicago so với cột ở San Francisco, thì số thanh cốt thép dọc có thể không khác nhau, nhưng nút buộc nhiều hơn và dày hơn gần nhau hơn. Đó là nhận xét của ông S.K.Ghosh- là một trong những chuyên gia đầu ngành về thiết kế động đất và là chủ tịch của S.K.Ghosh Associates, Palatine, bang Illinois. Cốt thép được buộc trong toàn lô nhiều hơn trong các khu vực động đất.
Thiết kế các ngôi nhà bê tông ở Mỹ theo quy định của Quy chuẩn ACI 318 Những yêu cầu của quy chuẩn xây dựng đối với bê tông kết cấu. Chương 21, Các điều khoản đặc biệt đối với thiết kế động đất gồm những điều khoản tính đến những yêu cầu tối thiểu đối với công trình bê tông đổ tại chỗ và đúc sẵn, có khả năng tồn tại trong hàng loạt xeri những dao động thuộc diện phản xạ không đàn hồi mà không gây phá hoại về độ bền. Nói cách khác, khi động đất làm rung lắc ngôi nhà, và ngôi nhà bắt đầu biến dạng do chuyển động, thì nó vẫn tiếp tục đứng vững. Trong động đất, các tòa nhà bê tông được thiết kế để trở thành dạng mềm dẻo. Theo chương 21 thì: Khi kết cấu bê tông đổ tại chỗ hoàn hảo hay bê tông đúc sẵn phản ứng lại chuyển động mạnh của đất, thì độ cứng hiệu quả của nó giảm đi và sự tiêu hao năng lượng của nó tăng lên.
Độ mềm dẻo trước hết kèm theo với cốt thép, tạo ra cho kết cấu bê tông khả năng biến dạng trong giai đoạn đàn hồi trong khi vẫn duy trì được khả năng chịu lực trọng trường bản thân. Nhà thiết kế cần nhận thức được những yêu cầu, đồng thời cũng phải trải nghiệm trong việc áp dụng những yêu cầu đó. Nói cách khác, trong thi công bộ khung bê tông , thì việc tìm hiểu kỹ các mối nối rầm-cột là rất quan trọng. Nó có thể dày tới mức mà bê tông không thể đổ vào được, bởi vậy cần phải nghĩ tới điều đó trước khi bắt tay vào công việc. Với việc thi công có kinh nghiệm, thì một ngôi nhà bê tông có thể xây cao 30 tầng mà không xảy ra vấn đề gì, nhưng khi tay nghề còn kém thì thậm chí xây dựng ngôi nhà 12 tầng cũng gặp phải vấn đề đối với các mối nối rầm-cột quá dày. Nhà thầu phải làm việc kết hợp với kỹ sư, bởi vì người kỹ sư trong suy nghĩ phải thực hiện công việc nào đó tại công trường và nhà thầu lại thường có ý tưởng hay hơn về cần phải làm việc đó như thế nào. Hoặc nhà thầu có thể muốn tăng tốc độ thi công, và người kỹ sư cần phải tính đến điều đó nhưng vẫn phải đảm bảo ngôi nhà đáp ứng mọi yêu cầu của quy chuẩn xây dựng.
| ' border=0 src='/image/images?img_id=com.vportal.portlet.vcms.model.VcmsArticle.5096.831' /> |
| Màn cốt thép dày trong thi công Trung tâm Nghệ thuật ở Orange County, California |
Thi công nhà chịu động đất
Việc lắp đặt và công tác cốt thép chiếm chủ đạo trong thi công ở những vùng động đất mạnh. Về chi tiết bắt đầu tăng thêm các mức độ phức tạp khác nhau. Những vấn đề như độ dài và vị trí của các miếng đệm, hoặc các miếng đệm bố trí kiểu chữ chi bên trên 2 hoặc 3 sàn, nảy sinh các vấn đề khi cốt thép cao tới 60 feet 20 m. Số lượng các thanh thép, kích thước các thanh, nếu sử dụng các bộ nối, nếu có các miếng đệm hàn- thì tất cả đều tăng thêm thời gian cho quá trình thi công. Các kỹ sư không muốn tất cả các miếng đệm trong các cột lại ở trong một sàn, bởi vậy họ tiến hành bố trí chúng theo hình chữ chi. Nếu điều đó diễn ra bên trên 2 sàn, thì điều quá khó diễn ra khi tiến tới sàn thứ 3, có thể tiến hành dựng các cột cao tới 40 – 60 feet. Bởi vậy cần phải chống đỡ chúng trong không khí bằng các giằng và cáp, mà sau đó lại làm nảy sinh vấn đề tháo dỡ các giằng và cáp này thông qua các sàn trung gian.
Yếu tố chính trong việc xác định kích thước yêu cầu của cần cẩu trên công trình đó là trọng lượng của xe chở cốt thép thanhểu.Trên công trình Cung hòa nhạc Segerstrom và nhiều công trình khác ở California, điều cơ bản là phải đạt được tốc độ tương đương với chu trình tổ chức thi công 8 ngày. Họ đã cố gắng tăng tối đa việc sử dụng cần cẩu. Mỗi lần họ có thể nâng được một xe chở 8 cột. Họ đã tìm kiếm các giải pháp nhằm giảm tối thiểu những cao điểm điểm pic, bởi vì thời gian cẩu rất có ý nghĩa đối với mỗi người trên công trường. Đôi khi các xe chở thép thanh quá nặng nên không thể nâng được, bởi vậy thường dùng loại xe nhiều ngăn, sau đó chất riêng các thanh vào từng ngăn. Tất cả những việc làm trên đều ảnh hưởng tới thời gian của chu trình thi công.
| ' border=0 src='/image/images?img_id=com.vportal.portlet.vcms.model.VcmsArticle.5096.832' /> |
| Các thanh thép đặt chéo tăng thêm khả năng chống động đất trong tường chịu cắt |
Lắp đặt mọi thứ vào các khuôn luôn là vấn đề khó khăn.Ván khuôn ở California trông cũng giống như vậy, nhưng việc đưa các nút buộc vào đó dường như là không thể. Nhiều lần đã phải xử lý kỹ thuật đối với hệ thanh. Đôi khi họ đặt các nút buộc vào vị trí, rồi đặt thanh vào xung quanh chúng. Rất nhiều những nút buộc được bọc ngoài bằng bê tông trang trí kiến trúc, bởi vậy hình thức các mối nối phải được lặp lại, đầu chỗ buộc có thể tạo ra lực đẩy.
Bê tông dùng để thi công vị trí cốt thép dày không phải dạng đặc biệt, nhưng phải lỏng. Một số nhà thầu ở California sử dụng hỗn hợp bê tông tự đầm SCC. Các hỗn hợp phải có cấp phối sao cho đạt được cường độ nén 5.000 psi đôi khi đối với cột cao hơn, kết hợp với phụ gia giảm nước mạnh HRWR và sử dụng kích thước hạt cốt liệu lớn nhất bằng 3/8 inch 8 mm để cho chúng có thể xen vào giữa các thanh cốt thép.
Một trong những giải pháp được áp dụng để lắp đặt các mỗi nối phức tạp đó là nhờ sự trợ giúp của hệ CAD thiết kế trên máy tính. Họ tạo ra các bản vẽ CAD đối với bất kỳ thứ gì cần thiết họ nghĩ ra. Nó phục vụ cho việc quy hoạch định hướng, chỉ ra vị trí đặt cần cẩu tháp, các vị trí sẽ đổ bê tông xung quanh cần cẩu. Công việc do 80 – 100 người làm, việc phát hiện trước các vấn đề giúp cho nhà thầu tiết kiệm được nhiều tiền của.
Các chuyên gia về CAD đã tạo ra các bản vẽ 2-D và 3-D. Thí dụ, trên 1 móng , mỗi kiểu móng được đánh ký hiệu, các cấp của công trường được đánh ký hiệu, vị trí của cấp cũng được đánh ký hiệu.
Để đảm bảo các công trình phức tạp đạt tới mức đơn giản có thể, họ đã thể hiện các bản vẽ màu độ dày của bê tông. Các bản vẽ chi tiết chỉ rõ các bộ phận giống như ở ngoài công trường. Những người thi công có thể nhìn rõ và nắm được các chi tiết một cách nhanh hơn. Họ cung cấp các bản vẽ cho các nhà thầu cơ khí và điện, bởi vậy có thể giải quyết được những vướng mắc trước khi thi công.
Một yếu tố khác làm chậm thi công các ngôi nhà chống động đất đó là việc giám sát. Trước khi một công việc bất kỳ được chuẩn bị sẵn sàng, thì các nhân viên giám sát tiến hành kiểm tra chi tiết và ký biên bản. Trong hầu hết các phần của đất nước, các nhà thầu được phép bắt đầu đổ bê tông trên một phía của công trình trước khi hoàn thành việc lắp đặt cốt thép.
Nhiều nhà thầu ở các khu vực động đất California sử dụng các hệ ván khuôn. Nhà thầu Largo sử dụng ván khuôn của Peri trên công trình Cung hòa nhạc Segestrom; nhà thầu Morley sử dụng titan để làm các ván tấm phẳng trên công trình Orange County. Trong một số trường hợp, các hệ ván khuôn leo đã được sử dụng. Các ván khuôn tự leo có một số vấn đề liên quan tới các neo thanh cốt thép. Do các bộ leo được chế tạo thành từng đơn vị, nên khó thích hợp với các vị trí trên mặt bằng, các neo tiêu chuẩn thường to hơn các thanh nối.
Điều gì sẽ xảy ra nếu động đất tác động lên công trình trong thời gian thi công? Phần lớn mọi người cho rằng sự bất ngờ xảy ra động đất là chậm tới mức khiến cho họ không kịp lên kế hoạch được. Các bộ phận nằm ngang đã liên kết với nhau và tạo thành một váchdiaphragm cứng. Trong các khuôn không có nhiều khối lượng và cốt thép, bởi vậy lực không lớn. Khi trận động đất Northridge xảy ra, đã không có vấn đề gì đối với công trình đang thi công, trên thực tế động đất xảy ra theo chu kỳ 100 năm, bởi vậy khả năng xảy ra động đất trong quá trình ghép ván khuôn nói chung có thể bỏ qua.
Tuy nhiên, điều đó không phải khi nào cũng đúng, có một số điều phải tính đến khi thiết kế ván khuôn trong trường hợp động đất nhằm đảm bảo an toàn chống lật, như giằng các đơn vị leo, hạn chế mất các bộ phận của ván khuôn, lưu giữ các công cụ và thiết bị trong các hộp liên kết chặt với các sàn thao tác hoặc với ván khuôn, lắp các rào bảo vệ...
Sử dụng bê tông nhiều hơn
Mặc dù tất cả những khó khăn nêu trên, bê tông vẫn được sử dụng rộng rãi trong xây dựng ở California. Sau tất cả những vấn đề xảy ra đối với các hệ khung nhà bằng thép trong trận động đất Northridge, các kỹ sư đã bắt đầu tìm kiếm các giải pháp bê tông nhiều hơn. Những thiết kế mối nối thép kết cấu mới đã được phê chuẩn lại, nhưng chúng lại quá phức tạp và đắt tiền, giá thép lại tăng quá cao.
Một số người khác coi bê tông đóng vai trò tích cực hơn phụ thuộc vào kiểu nhà. Ngày nay xây dựng nhà ở đang chiếm tỷ trọng lớn ở California, bê tông sẽ chi phí ít hơn nhằm đạt được chỉ tiêu chống cháy theo yêu cầu. Với không gian văn phòng, mức độ cháy thấp hơn, bởi vậy các nhà phát triển thường sử dụng thép nhiều hơn.
Tại sao các nhà thầu ở các vùng động đất cao ở California không xây dựng nhanh như các nhà xây dựng ở New York ? Mặc dù họ lắp đặt các ván khuôn rất nhanh, nhưng một số ngày đã phải dành cho cốt thép, lắp đặt chúng vào vị trí hoàn hảo, phối hợp với các kỹ sư kết cấu, kiểm tra lại mọi thứ vào đúng vị trí, tất cả đã được kiểm tra hoàn hảo trước khi tiến hành đổ bê tông. Tất nhiên, không có nguyên nhân nào thuộc về sản xuất kém hiệu quả. Trên thực tế, họ đã nỗ lực tìm kiếm những giải pháp cải tiến và kỹ thuật hiệu quả nhằm bù vào những khó khăn do thi công ở vùng động đất. Họ làm việc theo chu trình trung bình 8 ngày/sàn.
Đinh Bá Lô
Theo T/C Concrete Construction, Mỹ N6/2006