Lựa chọn hệ ván khuôn leo cho thi công kết cấu bao che nhà cao tầng

1. Giới thiệu

Thi công các công trình cao tầng đòi hỏi có hệ giàn giáo bao che chắc chắn và an toàn. Hệ giáo lưới bao che truyền thống, càng lên cao thì khả năng mất an toàn do ảnh hưởng bởi thời tiết (gió to, chuyển vị) có thể xảy ra những sai sót và tai nạn không mong muốn (rơi rớt vật dụng, đồ dạc, công nhân ra ngoài biển lắp giáo, lưới…). Tâm lý công nhân không an tâm khi là việc ngoài biên với hệ lưới bao che mỏng manh. Khi công trình sử dụng ván khuôn truyền thống và giàn giáo bao che chiếm một khoảng không gian trên mặt bằng thi công. Giai đoạn sau số lượng vật tư càng tăng cao, gây khó khăn trong công tác sắp xếp, quản lý, bảo quản và bàn giao thiết bị. Việc lắp dựng giàn giáo bao che đòi hỏi quá nhiều nhân lực và tiêu tốn thời gian, ảnh hưởng không nhỏ đến việc tối ưu tiến độ thi công.

Hiện nay, hầu hết các hệ thống giàn giáo bao che tại Việt Nam được thi công theo cách truyền thống là dùng thanh I (gác trên hệ sàn bằng cách định vị bu lông chờ sẵn trên mặt sàn hoặc dùng bu lông nở khoan cấy vào dầm biên, liên kết thanh I vào dầm biên bằng bản mã).

Mặc dù đây là phương pháp thi công phổ biến nhưng chưa phải giải pháp hiệu quả tối ưu vì tốn kém nhiều chi phí, thời gian và quan trọng hơn hết là không thực hiện được đối với các vị trí cột biên. Để thay thế và khắc phục toàn bộ các nhược điểm của cách thi công cũ, giải pháp sử dụng hệ ván khuôn leo giúp đơn giản hóa các thao tác thi công, tiết kiệm về thời gian, chi phí và có thể sử dụng cho tất cả các vị trí của công trình.

Công nghệ ván khuôn tự leo đã được sử dụng rộng rãi để xây dựng các công trình bê tông cốt thép đúc tại chỗ có chiều cao lớn trên thế giới. Công nghệ xây dựng tiên tiến này đặc biệt hiệu quả đối với công trình xây dựng có tường và sàn được xây dựng độc lập như hầm chứa, cầu, cầu tài, hố thang máy và tường nhà cao tầng. Một ví dụ điển hình về hiệu quả của việc áp dụng ván khuôn leo trên các tòa nhà cao tầng là việc sử dụng ván khuôn tự leo của hãng Doka để xây dựng Tháp Burj Khalifa, Dubai, Các tiểu Vương quốc Ả Rập Thống nhất.

Ngoài việc đổ bê tông cho các kết cấu thẳng đứng, ván khuôn có thể được sử dụng để xây dựng các cấu trúc có độ nghiêng tối đa bình thường là 25⁰. Sự khác biệt so với ván khuôn thông thường là ván khuôn leo không phải dựng lên nhiều lần. Ngoài ra, không cần thiết phải sử dụng hệ thống giàn giáo để nâng đỡ từ mặt đất đến vị trí đang thi công, vì thế giúp đẩy nhanh tiến độ thi công. Sử dụng hệ ván khuôn tự leo cũng tăng tính an toàn và thuận tiện cho người lao động khi làm việc tại độ cao lớn, giảm chi phí lao động và giảm thời gian hoạt động của cần trục trong quá trình xây dựng. Sau khi sử dụng ván khuôn, nó thậm chí có thể được thu hồi lại hoàn toàn, được tân trang lại và được sử dụng lại cho các dự án khác, có cấu trúc giống hệt hoặc có nhiều phần tương tự.

Ở Việt Nam hiện nay, hệ ván khuôn leo được cung cấp bởi các công ty từ Hàn Quốc, Trung Quốc, Đức… có thể kể đến một số hãng đã cung cấp hệ ván khuôn này tại Việt Nam đó là: Kumkang Kind, Doka, Peri và một số công ty khác. Một số công trình tiêu biểu tại Việt Nam đã sử dụng hệ thống ván khuôn leo như: Saigon Times Square Building Nguyễn Huệ, Lotte Center Hà Nội, Trung tâm Hành chính Đà Nẵng, Landmark 81, The Sun Avenue TP.HCM, chung cư Pega Suite…

2. Hệ ván khuôn leo

2.1. Phân loại hệ thống ván khuôn leo

Hệ thống ván khuôn leo có thể được phân loại dựa trên độ thẳng đứng của công trình như: hệ thống ván khuôn leo thi công theo phương ngang hoặc theo phương nghiêng và phương thẳng đứng. Ngoài ra, hệ thống ván khuôn này còn được phân loại theo khả năng vận hành như: hệ ván khuôn leo CFS (hệ ván khuôn được vận hành bằng cẩu tháp), hệ ván khuôn tự động hoặc tự leo ACFS/SCFS (Hệ ván khuôn được vận hành độc lập với cẩu tháp), hệ ván khuôn leo bán tự động SACFS/SSCFS (hệ ván khuôn được vận hành bằng cẩu  tháp đến độ cao nhất định).

Hệ thống ván khuôn leo được vận hành bằng cẩu tháp, được tối giản hệ khung, số lượng sàn thao tác để giảm trọng lượng. Hệ thống này được vận hành nhờ sự hỗ trợ của cẩu tháp nên thời gian thi công có thể bị gián đoạn khi nâng và tháo ván khuôn.

Hệ thống ván khuôn leo tự động được vận hành nhờ hệ thống kích thủy lực và ray trượt. Việc bố trí nhiều kích thủy lực, khung nâng, sàn thao tác khiến cho hệ thống trở nên cồng kềnh nên đòi hỏi các biện pháp liên kết vào bê tông phải được tính toán và kiểm tra kỹ.

2.2. Cấu tạo của hệ thống ván khuôn leo tự động

1. Khung nâng, 2. Hệ thống kích thủy lực, 3. Thiết bị ray leo, 4.Thang ray, 5.Ván khuôn, 6.Đế neo, 7.Sàn đổ bê tông, 8.Khung chính, 9.Thanh chống xiên, 10.Sàn thao tác chính, 11.Sàn thao tác bên dưới

Hệ thống ván khuôn leo tự động bao gồm ván khuôn 5 được gắn trên khung thép cố định và liên kết với khung chính 8 bằng bu lông. Khung chính được lắp ráp trên sàn chính 10 bằng các khớp nối, khớp trượt hoặc con lăn. Các thanh chống xiên 9 giữ ổn định cho hệ khung.

Hệ sàn thao tác gồm sàn đổ bê tông 7, sàn thao tác chính 10 và các sàn thao tác bên dưới 11. Trong quá trình thi công, công nhân đứng trên sàn thao tác để kiểm soát việc di chuyển, điều chỉnh hệ thống ván khuôn, đổ bê tông và hoàn thiện bề mặt bê tông sau khi đổ.

Hệ thống leo đảm bảo việc nâng, hạ và treo ván khuôn khi di chuyển và cố định với kết cấu bê tông đã đạt cường độ để đổ lớp bê tông tiếp theo, bao gồm khung nâng 1, thiết bị ray leo 3, thanh ray 4, đế leo 6 và hệ thống kích thủy lực 2 trong đó bao gồm xi lanh thủy lực, van thủy lực…

3. Tiêu chí lựa chọn

Việc lựa chọn hệ ván khuôn leo để thay thế giáo ngoài là lựa chọn hợp lý, bởi:

- Dễ dàng lắp đặt, chỉ lắp đặt 1 lần và có hệ thống tự nâng, hạ tích hợp với hệ thống giám sát an toàn để đảm bảo sự ổn định và an toàn trong công trường, (tiết kiệm thời gian và tiền bạc)

- Không sử dụng cần trục tháp nên tiến độ công việc được đẩy nhanh (Tiết kiệm thời gian và tiền bạc)

- Không gian làm việc hoàn toàn khép kín, giảm thiểu rủi ro do đồ vật rơi và tai nạn tại công trường (Sự an toàn)

- Hầu hết các cấu kiện, vật liệu của hệ thống ván khuôn đều có kích thước tiêu chuẩn, có thể tái sử dụng cho các dự án khác nhau (Tiết kiệm tiền)

Tiêu chí đưa ra để lựa chọn hệ ván khuôn leo là độ bền vững, an toàn, chất lượng, thời gian thi công và giá thành. Cụ thể hóa những lý do và tiêu chí lựa chọn hệ ván khuôn leo trên, một số so sánh định tính và định lượng giữa các loại ván khuôn như Bảng 1:

Căn cứ theo Bảng 1, hệ thống ván khuôn leo có lợi thế so với hệ ván khuôn tường thông thường. Việc so sánh theo chỉ số bền vững, an toàn, chất lượng, thời gian thi công và giá thành đã được đưa ra giữa ván khuôn thông thường và các hệ ván khuôn leo khác nhau, để đánh giá ưu điểm của các hệ thống ván khuôn leo.

Căn cứ các so sánh, các hệ thống ván khuôn leo tự động có thể có các lợi thế so với hệ thống ván khuôn khác về chất lượng và tính bền vững nhưng lại kém an toàn hơn so với hệ ván khuôn leo (CFS), hệ ván khuôn leo (SACFS/SSCFS). Do đó, hệ thống ván khuôn leo tự động (ACFS/SCFS) không được khuyến khích sử dụng khi công trường nằm trong khu vực dân cư đông đúc, dự án thiếu đội ngũ kỹ thuật lành nghề…Tuy nhiên, nếu các điều kiện trên được đảm bảo thì việc sử dụng hệ thống ván khuôn này sẽ rút ngắn thời gian thi công và sẽ tăng hiệu quả công việc.

Các yếu tố ảnh hưởng đến việc lựa chọn và vận hành các hệ thống ván khuôn khác nhau để xây dựng lõi tường của các tòa nhà cao tầng thu được từ khảo sát được đa ra trong Bảng 1:

4. Kết luận

Ở Việt Nam, công nghệ ván khuôn leo được áp dụng khá phổ biến trong việc thi công các công trình bê tông như đập nước, ống khói, trụ cầu… Tuy nhiên, việc sử dụng hệ thống ván khuôn này cho nhà cao tầng còn khá hạn chế, trên thực tế chỉ mới được áp dụng tại một số dự án có quy mô lớn

Hệ thống ván khuôn leo được chứng minh là rất hiệu quả so với ván khuôn thông thường trên các yếu tố như chi phí, thời gian, chất lượng, an toàn và bền vững. Do đó, công nghệ ván khuôn leo sẽ dần thay thế hệ giáo ngoài để thi công nhà cao tầng trong các dự án sắp tới ở Việt Nam.