Tài liệu Kiểm soát những tác động của sự dịch chuyển đất trong xây dựng hầm đô thị

Trung tâm Nghiên cứu và Ứng dụng Kỹ thuật Xây dựng (CERA) - Đại học SPKT TP. HCM. Số 1 Võ Văn Nguyễn Đức Toản, June 2001 Ngân - Q. Thủ Đức - TP. HCM Kiểm soát những tác động của sự dịch chuyển đất trong xây dựng hầm đô thị Tác giả: Brian Brenner, David L. Druss & Beatrice J. Nessen Tư vấn Bechtel/Parsons Brinckerhoff, Boston, Massachusetts, USA Biên dịch: KS. CN. Nguyễn Đức Toản Bài đã đăng trên Tạp chí Cầu Đường Việt Nam tháng 6 năm 2001 Tóm tắt: Tham luận này nhìn lại các vấn đề quản lý và kỹ thuật liên quan đến xây dựng gây ra sự di chuyển đất trong quá trình đào hầm trong thành phố. 1. GIỚI THIỆU Các kỹ sư và nhà quy hoạch ở Bostơn (Mỹ) hiện đang làm việc tại một trong những công trình hầm khó khăn nhất đất nước. Dự án khổng lồ Hầm/Đường trục chính Trung tâm bao gồm xây dựng một hầm ngầm cao tốc 810 làn qua trung tâm lịch sử, đông đúc của Boston, cùng với xây dựng một công trình vượt cảng mới có các đường dẫn và các giao cắt phức tạp. Vấn đề "địa hình khó khăn" được đề cập bởi bài báo này liên quan tới nhiều thách thức về mặt tổ chức và kỹ thuật gặp phải khi xây dựng một hầm sâu theo phương pháp đào-và-lấp qua khu đô thị đông dân. Những điểm bàn đến bao gồm các tác động gây bởi việc đào hầm ở khu buôn bán kinh doanh của Bôxtơn. Các nhà thiết kế và các nhà thầu thi công phải làm việc trong điều kiện hạn chế: một mặt phải thoả mãn các chủ tài sản kế bên và nhiều tổ chức khác, vì họ yêu cầu việc xây dựng không được gây ra bất cứ hậu quả nào cho xung quanh, mặt khác thực tế xây dựng dự án lại khó có thể cho phép tiến hành mà không gây ra một sự xáo trộn nào. Các vấn đề được đề cập bao gồm: • • • Xem xét các phương pháp dự đoán chuyển dịch đất do đào và tác động của nó tới các công trình kế cận. Phương pháp thi công làm giảm nhẹ sự chuyển dịch đất. Các vấn đề liên quan đến việc kiểm soát dịch đất hố đào và các tác động của nó. Một phần bài báo nói về cơ cấu tổ chức của dự án Hầm/Đường trục chính Trung tâm, có thể được mô tả như sau: Dự án được thiết kế và thi công bởi Phòng Đường bộ Massachusetts (PĐM). Vốn đầu tư cho hầu hết các phần của dự án được cấp bởi Cục Đường bộ Liên bang theo Đạo luật Đường bộ Liên bang. Nghĩa là Chính phủ Liên bang cấp 90% vốn thiết kế và thi công trong khi đó Cộng đồng Massachusetts lo phần còn lại. PĐM đã thuê liên doanh Bechtel/Parsons Brinckerhoff làm Tư vấn giám sát, chịu trách nhiệm thiết kế sơ bộ, duyệt thiết kế cuối cùng, và giám sát xây dựng. Việc thiết kế cuối cùng của nhiều đoạn tuyến hầm được thực hiện bởi hơn 20 nhà Tư vấn Thiết kế Đoạn tuyến (TVTKĐT). Công việc của họ được kiểm tra và điều phối bởi Bechtel/Parsons Brinckerhoff. Ngoài ra, còn có bốn nhà Tư vấn Địa chất Khu vực (TVĐCKV) được giao nhiệm vụ lấy mẫu đất, thử vật liệu, và lập báo cáo kỹ thuật chi tiết khuyến cáo các nhà thiết kế cuối cùng về các vấn đề địa chất. Mỗi một nhà TVTKĐT đối với các hợp đồng hầm tuyến chính đều có một nhóm các hãng thiết kế, trong số đó nhiều hãng có tư vấn địa chất riêng của họ. Chúng ta hãy bắt đầu bằng việc xem xét các nhân tố đa dạng gây trượt đất khi đào. 2. CÁC NGUYÊN NHÂN GÂY DỊCH CHUYỂN ĐẤT TRONG KHI ĐÀO Các nguyên nhân gây dịch đất ngoài phạm vi hố đào có thể phân làm hai loại chung: 1) Biến dạng của các thành phần của hệ chống vách. 2) Biến dạng của đất do do tương tác của khối đất xung quanh và nước ngầm đối với các hoạt động đào. Để đơn giản, hai loại này sẽ được gọi tương ứng là biến dạng trong và biến dạng ngoài. Page 1 of 16 Nguyễn Đức Toản, June 2001 Nguồn biến dạng bên trong chủ yếu liên quan đến sự làm việc của hệ tường chắn. Trong quá trình đào, tường bị biến dạng uốn giữa các điểm gối và như một côngxon ở phía trên điểm gối trên cùng. Các thanh giằng chịu kéo, hoặc các thanh chống chịu nén. Nguyên nhân biến dạng ngoài liên quan tới sự làm việc của toàn bộ khối đất và kết quả của sự cố kết. 2.1. Nguồn biến dạng trong Áp lực ngang. Độ lớn của áp lực ngang - áp lực đất và áp lực thủy tĩnh - tác động lên hệ chống là một nhân tố quan trọng ảnh hưởng đến dịch đất khi đào. Trong bài báo này, hệ chống bao gồm các tường, các bộ phận liên kết và các thanh giằng. Lý thuyết áp lực ngang của đất là một chủ đề cho các nghiên cứu rộng rãi trong vài thập kỷ qua. Nhiều phương pháp tính áp lực đất đã được đưa ra. Song không thể coi một lý thuyết đơn lẻ nào là chính xác, vì tính không đồng nhất của khối đất (giữa các điều kiện mô hình hóa và thực tế), và vì không thể đo áp lực đất với sự chính xác đầy đủ trong quá trình xây dựng. Hơn nữa, các điều kiện địa chất liên quan tới sự thấm nước ngầm, và độ lớn áp lực thủy tĩnh của nó, cũng gây ra những khó khăn tương tự khi tiến hành mô hình hóa sự làm việc giữa kết cấu/khối đất. Độ lớn áp lực đất nói chung tỷ lệ nghịch với cường độ đất, đặc biệt là khi sử dụng các thông số Coulomb và Rankine. Lịch sử hình thành ứng suất của khối đất cũng ảnh hưởng đến độ lớn của các hệ số áp lực đất ngang, đặc biệt là đối với đất sét. Độ lớn áp lực đất tỷ lệ lớn với mức độ đàn hồi của hệ tường chống. Đối với một hệ chống không đàn hồi về mặt lý thuyết, thông số dừng Ko (góc ma sát của các vật thể rời - N.D) áp dụng để tính toán áp lực đất. Tuy nhiên, khi hệ chống bị biến dạng đàn hồi, hệ số áp lực đất tiến tới trị số âm, hay là điều kiện Ka. Nói chung sẽ là không thực tế nếu thiết kế một hệ chống tạm không đàn hồi. Việc thiết kế với điều kiện dừng, do đó, thường được áp dụng khi thiết kế các kết cấu dùng lâu dài. Tuy vậy, trong khi thực tế thì ta có thể chờ đợi một hệ chống tạm thời tương đối cứng, nhưng có thể cần phải áp dụng một hệ số áp lực đất nằm giữa giá trị dừng và điều kiện chủ động. Việc quyết định giá trị một hệ số như vậy đòi hỏi có sự xem xét kỹ lưỡng. Trong trường hợp dùng tường chống không thấm, áp lực thủy tĩnh có thể lớn hơn áp lực đất. Do đó, sự phân bố áp lực thủy tĩnh dọc theo chiều dài tường chắn có ảnh hưởng lớn đến toàn bộ hợp lực tác dụng lên tường chắn. Dạng biểu đồ áp lực thủy tĩnh được quy định bởi khả nămg thấm của tường chắn và các điều kiện thấm gây ra do sự bơm hút nước trong hố đào. Tổ hợp của một tường không thấm và giả thiết không có sự thấm nước vào hố đào sẽ cho ta trường hợp áp lực thủy tĩnh lớn nhất tác dụng lên tường. Áp lực sẽ tăng lên tỷ lệ với chiều sâu, từ mực nước ngầm thiết kế tới chân tường. Khi giả thiết là có thấm nước, độ lớn phân bố áp lực sẽ giảm đáng kể so với trường hợp có thấm nước, đặc biệt là khi đào càng sâu. Một phân tích về thấm nước có thể được thực hiện để đánh giá phân bố áp lực trạng thái ổn định dọc theo chiều dài tường chắn. Áp lực ngang tác dụng lên hệ chống sẽ gây biến dạng đàn hồi cho các bộ phận của hệ. Tường dịch vào trong, gây ra một phạm vi chuyển dịch ngang và đứng của khối đất ngoài hố đào. Giai đoạn đầu của hầu hết các hố đào kiểu đào-và-lấp đều làm cho tường bị hẫng côngxon. Tình trạng này tồn tại cả trước và sau khi lắp đặt hệ giằng đầu tiên. Ở trạng thái ban đầu, các lớp đất trung gian đóng vai trò là điểm ngàm công-xon. Chiều dài có hiệu của công-xon vượt quá chiều sâu đào vì điểm cố định không thể xảy ra tại bề mặt đã đào. Chiều sâu ngàm được quy định bởi cường độ đất và độ cứng của tường. Sau khi lắp liên kết giằng đầu tiên, chiều dài hẫng giảm đi nhiều. Nhưng, độ lún bên ngoài hố đào xảy ra ở giai đoạn trước đó không thể hồi phục được. Nghĩa là, trong khi đào theo giai đoạn, độ lún của đất được dần dần tích lũy. Ở các giai đoạn sau của quá trình đào, tường làm việc như một dầm liên tục, các điểm nối thanh giằng được coi là các gối. Lúc này biến dạng của tường phần nào trở thành một hệ số của chiều dài nhịp giữa các điểm giằng. Về điều kiện hẫng, điều kiện mà ảnh hưởng tới độ lớn của biến dạng chính là trạng thái tồn tại ngay trước khi lắp thanh giằng, trong đó chiều dài nhịp có hiệu lớn hơn khoảng cách đứng giữa các lớp thanh giằng. Kết quả là, đất bị biến dạng dưới đáy hố đào trước khi lớp thanh giằng tiếp theo được lắp ráp. Hiện tượng này, trong đó đất nền biến dạng cùng với tải trọng tường, được gọi là "hiệu ứng trồi" và được trình bày kỹ hơn dưới đây. Nói chung có hai loại giằng - trong và ngoài. Các thanh giằng trong, thường gồm các thanh chống và bộ phận gia cố ngang, làm việc chịu nén. Các thanh giằng ngoài làm bằng các thanh néo (dây néo) hoặc cọc neo và chịu kéo. Các thanh chống ngang biến dạng do co ngắn đàn hồi. Biến dạng co ngắn đàn hồi của thanh chống có thể được giảm đi bằng cách gia tải trước (sẽ bàn đến sau). Dù sao thì, co ngắn đàn hồi tính được của một thanh chống thường không thể hiện được phần lớn tổng biến dạng của hệ chống. Vì các thanh chống ngang chịu nén, Page 2 of 16 Nguyễn Đức Toản, June 2001 chúng cần có tiết diện lớn để chống uốn. Diện tích mặt cắt tăng lên sẽ cho ta độ co ngắn tính toán khá bé. Các thanh néo (dây néo) và cọc neo là các dạng giằng liên kết ngoài. Trong vùng nội đô, việc áp dụng các loại giằng này bị hạn chế vì có xung đột về khoảng trống với các công trình ngầm hiện có kề cận với tuyến hầm. Cơ cấu cơ bản về gia tải trước và kiểm soát biến dạng là tương tự với giằng bên trong, mặc dù các thanh giằng ngoài làm việc chịu kéo hơn là chịu nén. Ngoài ra, do có tiết diện khá nhỏ (cáp), biến dạng đàn hồi có xu hướng lớn hơn so với các thanh giằng trong. Hiệu ứng trồi. Khi thi công hầm theo cách đào-và-lấp ở nơi đất khả nén, “hiệu ứng phình” thường là nguồn gây biến dạng duy nhất lớn nhất và khó kiểm soát nhất. Khi lớp đất nền ngay dưới hố đào làm việc như là một phản lực với tải trọng tường, khối đất này nằm trong trạng thái nén. Tường tác dụng lên nó như một dạng áp lực đất bị động. Kết quả là khối đất biến dạng và làm cho tường chuyển dịch vào phía trong. Độ lún cứ tích lũy theo quá trình đào vì không thể hồi phục được. Tình trạng trở nên khó giải quyết hơn nếu lớp đất chịu nén mở rộng tới độ sâu ngoài phạm vi cao độ đào cuối cùng. Các biện pháp để hạn chế biến dạng này có những hạn chế tại những độ sâu mà tại đó chúng vẫn còn khả thi về mặt kinh tế và kỹ thuật. 2.2. Nguồn biến dạng ngoài Cố kết do Thấm và Bơm nước. Tác động của sự thấm nước lên áp lực thủy tĩnh đã được trình bày ở trên. Tuy vậy, việc thấm vào hố đào có một tác động trực tiếp hơn đối với biến dạng ở ngoài phạm vi hố đào. Khi lớp đất nén nằm trong mặt cắt đứng hố đào, lún cố kết sẽ xảy ra nếu cột áp thủy tĩnh thay đổi. Việc thoát nước cho tầng ngậm nước nông nằm trên lớp đất chịu nén, hoặc sự hạ áp của tầng thấm được nằm bên dưới lớp đất chịu nén, đều có khả năng gây ra lún. Trong trường hợp đầu, sự thoát nước gây ra mất mát sức nổi do vậy làm tăng áp lực thẳng đứng tác dụng lên lớp đất chịu nén. Trường hợp sau tạo ra một gradient thấm hướng xuống dưới, do đó làm giảm áp lực lỗ rỗng trong lớp đất chịu nén ở trên. Độ lớn của lún cố kết thực ra là một hàm số của bề dày, tốc độ cố kết hoặc trương nở, và lịch sử hình thành ứng suất của lớp đất khả nén; mức độ và hướng của sự tụt nước ngầm, và tính thấm của tầng ngậm nước đã được tháo nước. đặt các giếng bơm bên ngoài hố đào, hố thu và bơm đặt bên trong hố đào, hoặc áp dụng cả hai. Nhưng nếu cần duy trì mực nước ngầm bên ngoài hố đào thì không được phép đặt các giếng bơm bên ngoài. Sự hạ thấp áp suất, một dạng thức tháo khô, được yêu cầu khi cần đề phòng sự nâng thủy tĩnh của cao độ lòng hố đào. Một điều kiện như vậy có thể xảy ra khi một tầng đất tương đối chống thấm nằm trong giới hạn đào được đỡ bởi một tầng tương đối dễ thấm nằm bên dưới. Nếu trọng lượng của lớp đất không thấm còn lại nhỏ hơn áp lực thủy tĩnh tác dụng lên đáy lớp, thì sự nâng lên có thể xảy ra. Để tránh điều này, phải làm một loạt giếng hạ áp xuyên qua lớp thấm nằm bên dưới để tạo ra sự giảm áp. Dù vậy, nếu các tường hố đào không xuyên sâu tới lớp không thấm nằm bên dưới lớp dễ thấm, việc hạ áp suất sẽ có tác dụng vượt ra khỏi phạm vi hố đào, như thế gây nên khả năng lún cố kết. Cần lưu ý rằng tốc độ hạ thấp mực nước ngầm trong khi làm hầm không phải luôn luôn làm cân bằng lún bất lợi, đặc biệt là trong nội thành. Tầng khả nén có thể đã được tiền cố kết do quá trình hạ mực nước ngầm trong lịch sử hoặc hiện tại đang diễn ra. Mực nước ngầm đã có thể bị nén xuống do các hoạt động xây dựng trước đó. Còn có những lý do khác đang gây ra sự hạ mực nước ngầm trong vùng đã cho, như các hầm nằm bên cạnh, duy trì hoạt động các hố thu nước nền móng, hay các tuyến phục vụ công cộng nằm dưới sâu, tại đó lớp vật liệu móng dạng hạt hoặc đắp trả đã thay thế cho lớp đất ít thấm hơn. Sự ổn định hố đào. Khi làm hầm qua đất yếu, một mục tiêu thiết kế quan trọng là ổn định hố đào. Sự ổn định theo nghĩa này nói tới khả năng của hệ tường chắn chống lại sự quay của tường và biến dạng đất tổng thể đi kèm với các biến dạng cắt quay lớn (hay sự phá hỏng cắt) của đất. Biến dạng gây ra từ tình huống như vậy có xu hướng phát triển theo chiều đi xuống (lún), bên ngoài và lên trên (bùng nền) trong phạm vi hố đào. Hình dạng của hố đào và hệ tường chắn cần phải thỏa mãn hai chế độ ổn định. Hố đào phải được thiết kế với hệ số an toàn đủ để chống lại sự bùng nền. Bài toán này đã được Terzaghi phân tích (năm 1949) và sau đó được cải tiến bởi Bjurrum và Eide (1956), được minh họa như Hình 2. Hệ số an toàn cho chế độ này về cơ bản là một hàm số của cường độ chống cắt của đất và chiều sâu đào. Chiều sâu chân tường dưới cao độ đáy hố đào không ảnh hưởng lớn tới tính ổn định cho tới khi cao độ mũi đạt tới đỉnh của một lớp đất cứng. Tháo nước hầu như không thể tránh được khi làm hầm theo cách đào-và-lấp. Rất hiếm trường hợp mà nước đọng trong hố đào, dù ở bất kỳ giai đoạn thi công nào, lại được cho phép. Việc tháo nước được thực hiện nhờ Page 3 of 16 Nguyễn Đức Toản, June 2001 B Điều kiện thứ hai cần phải thoả mãn là ổn định toàn bộ hay tổng thể. Ổn định tổng thể, vì phụ thuộc vào trường hợp bùng nền có tính cục bộ hơn, đưa đến việc phân tích các cung trượt bắt đầu từ đáy hố móng, vòng qua dưới chân tường và đi lên cắt mặt đất tại một điểm khá xa tường chắn (xem Hình 3). Trong trường hợp này cung trượt xảy ra trong một khối đất lớn hơn nhiều so với trường hợp bùng nền mang tính cục bộ hơn. B 2 2 D D.s Pv 45 B 2 2 Hình 2 - Sự bùng nền (Bjerrum và Eide, 1956) Lún mặt Tường bị quay Thanh neo Mặt trượt Lớp đất dính Hình 3 - Ổn định tổng thể Cả hai điều kiện ổn định trên đều có khả năng gây biến dạng lớn. Ngay cả khi phá hoại không xảy ra, nếu hệ số an toàn thấp sẽ tạo sự phát triển tương đối lớn các biến dạng cắt. Để giữ cho biến dạng nằm trong phạm vi chấp nhận được và tránh trượt lớn, điều quan trọng là phải có các biện pháp thiết kế và đề phòng thích hợp khi thi công. Ví dụ, tại vùng đất sét nhạy cảm, cần dùng hệ số an toàn lớn hơn so với các trường hợp tạm thời thông thường, tính tới sự chùng biến dạng (ứng suất). Trong quá trình xây dựng, các công việc bên trong hố móng mà có thể gây phá hoại đất nền, chẳng hạn như đóng cọc, cần phải tránh hoặc được kiểm soát cẩn thận. 3. CÁC PHƯƠNG PHÁP DỰ ĐOÁN BIẾN DẠNG Xét các chế độ dịch đất, nhiệm vụ đặt ra là dự đoán nó sẽ xảy ra ở mức độ nào khi xây dựng hầm. Mức độ và vị trí trượt đất bên ngoài hố đào rất quan trọng, vì nó Page 4 of 16 Nguyễn Đức Toản, June 2001 trực tiếp ảnh hưởng đến các công trình dọc theo dải đất dành cho tuyến hầm. Biến dạng đất quá nhiều hay tụt mực nước ngầm khá lớn có thể dẫn tới hư hỏng nghiêm trọng và tính an toàn của các công trình hiện có. Điều này lại càng có ý nghĩa đối với các công trình lịch sử cũ. Khả năng của chúng ta về dự báo dịch đất đã được nâng cao rất nhiều nhờ có các mô hình tương tác đấtkết cấu phức tạp, cùng với các phần mềm và phần cứng máy tính để thực hiện sự phân tích tính toán. Mặc dù máy tính ngày càng mạnh hơn và các công cụ tính toán càng chính xác hơn, các dữ liệu về đất mà các tính toán dựa vào lại có tính tin cậy chưa cao và không đầy đủ so với bản chất chặt chẽ của các mô hình toán học. 3.1. Kinh nghiệm trước đây Do thiếu các phương pháp chính xác thích đáng để dự đoán biến dạng đất, các kỹ sư và nhà quy hoạch phải dựa vào kinh nghiệm có sẵn để đánh giá sự làm việc của hố đào. Dù sao, tính thích dụng của dữ liệu có sẵn bị hạn chế bởi các nguyên nhân: • • Các kết quả thực nghiệm từ công trình khác hiếm khi có sự tương quan trực tiếp với dự án hiện tại đang đặt ra. Dữ liệu thực nghiệm đôi khi bao gồm các báo cáo về biến dạng đất xét đến tất cả các nguyên nhân. Ví dụ, một hố đào có thể đã bị chuyển vị ngang tường đáng kể bởi vì nhà thầu đã lắp ráp không chính xác một thanh chống ngang. Hầu hết các báo cáo không phân biệt một cách chi tiết các nhân tố riêng biệt gây ra biến dạng đất. Do đó, nếu chỉ dựa vào kinh nghiệm trước đó như vậy, thật khó tiến hành các nghiên cứu thông số để thử nghiệm các biện pháp khác nhau nhằm hạn chế chuyển dịch đất. 3.2. Các phương pháp bán kinh nghiệm Các nghiên cứu gần đây đã cố gắng kết hợp kinh nghiệm có trước với phân tích chung hệ tường và thanh chống. Tác giả Clough và O’Rourke đã đưa ra một kết quả nghiên cứu, trong đó những quan trắc về biến dạng của một số hố đào, được lập thành bảng và so sánh với độ cứng của tường chắn, và tương quan giữa hệ số an toàn với sự bùng nền. Hình 4, lấy từ nghiên cứu đó, minh họa một vài kết quả từ việc ứng dụng phương pháp ấy. Đối với hố đào trong đất sét mềm tới cứng vừa, hình vẽ đã so sánh chuyển vị ngang tường lớn nhất đã tiêu chuẩn hoá với độ cứng của hệ tường, được tính theo: EI / γ W h 4 trong đó E là môđun đàn hồi của tường, I là mômen chống uốn, h là khoảng cách trung bình giữa các lớp thanh chống. Các đường cong khác thể hiện quan hệ giữa các hệ số an toàn khác nhau với độ bùng nền FS, trong đó FS được định nghĩa là: Nc s / (γ D + p) với D là chiều sâu hố đào, γ là tỷ trọng đất sét, s là cường độ chống cắt không thoát nước của đất sét tại đáy hố đào, p là tải trọng đất mặt, Nc là hệ số phụ thuộc kích thước hố móng. Nghiên cứu và hình vẽ đi kèm trên đây là kết quả của sự kết hợp các phân tích tương tác tường-đất với các tính toán chuyển vị tường quan trắc từ các hố đào thực tế. Từ hình vẽ này, có thể rút ra một số điểm về sự làm việc chung của một hệ tường chống hố đào: • Chuyển vị của tường mềm bị quy định chủ yếu bởi độ cứng của nó. Khi tường trở nên cứng hơn, sẽ có một sự giảm nhỏ chuyển vị tường. Điều này có nghĩa, cách thức quy định biến dạng đất thay đổi từ các tác động lớn về mặt kết cấu của độ cứng hệ tường đến các tác động lớn về mặt địa chất của sự chuyển dịch khối đất, tức là "hiệu ứng bùng nền". • Đối với hệ tường rất cứng, khi thay đổi các bộ phận kết cấu của tường chắn và hệ giằng, sẽ ít có thêm sự giảm nhỏ chuyển vị tường. Phương pháp mô tả bởi Clough và O’Rourke cho ta một cách kết hợp giữa điều tra thực nghiệm có trước với sự phân tích đánh giá của một hố đào nhất định. Dù vậy, vẫn có những hạn chế: • Một lần nữa, việc xem xét các hố đào trước đó lại có xu hướng gộp mọi nguyên nhân gây chuyển vị tường. Do đó, phương pháp này không phân tích các yếu tố riêng phần như phân kỳ xây dựng, trình độ tay nghề kém, và các vấn đề dịch tường khác. • Phép phân tích này so sánh dữ liệu hố đào thực tế với các thông số đất nhận được từ sự phân tích ngược từ hình vẽ có một số giả thiết chung về hệ tường chắn hố đào. Các giả thiết chung này có thể chưa thích hợp cho mọi loại hố đào. Ví dụ, các mô hình có chân tường ăn sâu một khoảng nhất định dưới hố móng đất mềm. Không có sự tính đến các trường hợp tường ngàm vào tầng cứng như đá hoặc tảng sét cát cuội lăn do băng tan. Năm 1992, O’Rourke đưa ra cách giải quyết ngàm tường ngăn vào tầng cứng để giải quyết hạn chế trên. Page 5 of 16 Nguyễn Đức Toản, June 2001 Việc dự báo tường sẽ chuyển vị bao nhiêu thực ra chỉ là một phần công việc. Các công trình kế bên bị ảnh hưởng không chỉ bởi độ chuyển vị tường mà còn bởi khối đất sẽ dịch chuyển bao nhiều đằng sau tường. Lún lệch là mối quan tâm chính. Một tòa nhà có thể lún đều vài in-sơ và ít bị hư hại. Nhưng, lún lệch giữa các điểm gối móng có thể gây ra ứng suất lớn cho tường, sàn, dầm và các mối nối kết cấu, sinh ra sự cố và, trong trường hợp xấu nhất, sụp đổ. Một lần nữa, về bản chất, phương pháp này lại mang tính tổng quát, và được sinh ra từ việc thống kê nhiều dự án, với tất cả các chuyển vị được gộp lại với nhau. Các tác giả nhận xét rằng các kết quả nên được sử dụng thận trọng. 3.3. Phân tích tương tác Kết cấu - đất Dự báo chuyển vị đất và tường bằng phân tích tính toán kỹ lưỡng là một sự phát triển tương đối mới. Các phương trình cần để tiến hành các tính toán đó đã có trong nhiều năm, nhưng chỉ gần đây mới được máy tính cấp cho sinh lực để có được lời giải thực tế. Trong thực tế, các ví dụ về loại công việc này bên ngoài giới học viện chỉ có thể tìm thấy trong vòng mười năm trở lại đây với sự bùng nổ máy tính cá nhân và sự phát triển các chương trình phần mềm phân tích tương tác tường-đất để chạy trên chúng. Dạng chuyển dịch là một hàm của loại tường chắn, loại đất và tính phân lớp, các bước thi công và các nhân tố khác. Một điều cũng cần xem xét khi xét sự ảnh hưởng của dịch đất lên kết cấu hiện có là vị trí và chiều sâu của các bộ phận nền móng của nó. ChuyÓn vÞ t−êng max/chiÒu s©u ®μo, % Các phương pháp bán thực nghiệm hiện có các giả thiết chung về việc đất dịch chuyển ra sao phía sau tường chắn. Ví dụ, Clough và O'Rourke đề nghị rằng tỷ số giữa chuyển vị đất thẳng đứng lớn nhất và chuyển vị ngang tường lấy là 1. Hình 5, nhận được từ Clough và O'Rourke, tổng kết các dạng lún đề nghị cho một loạt các điều kiện tổng quát. Dựa vào một chuyển vị ngang tường tính toán được, các hình vẽ này có thể được dùng để tính ra chuyển vị đứng. Các công trình hiện có dọc theo dải đất dành cho hầm có thể được thử nghiệm để biết ứng xử của chúng dưới các độ lún dự báo này. Đối với phân tích này, đất và tường được mô hình hóa như một khối. Khối này được phân thành các phần tử riêng rẽ có tính chất đàn hồi hoặc không. Dùng phương pháp phần tử hữu hạn hoặc sai phân hữu hạn để tính toán ứng suất và biến dạng cho mỗi vật liệu trong mô hình. Mô hình này sẽ dự báo chuyển vị tường và đất bằng cách tái tạo các trạng thái ứng suất gây bởi quá trình xây dựng. 3 2.5 2 Hệ số an toàn chống bùng nền 1.5 1.0 1 1.1 1.4 0.5 0 0.9 2.0 3.0 10 100 EI/yh4: §é cøng hÖ thèng 1000 3000 Hình 4 - Đường cong thiết kế cho Chuyển dịch tường lớn nhất (Clough và O'Rourke, 1990) Page 6 of 16 ChuyÓn vÞ ngang t−êng lín nhÊt (mm) Nguyễn Đức Toản, June 2001 60 50 40 30 20 10 0 1 3 5 7 9 11 13 15 17 ChiÒu s©u (m) Hình 5 - Ảnh hưởng của Độ cứng Tường (Rough và O'Rourke, 1990) Việc ứng dụng chương trình SOILSTRUCT là một ví dụ về phép phân tích này. SOILSTRUCT có các mô hình đàn hồi có sẵn cho tường và các bộ phận liên kết, quan hệ hyperbolic giữa ứng suất và biến dạng để lập mô hình làm việc của khối đất, và khả năng tái tạo sự thi công theo giai đoạn. Nhờ đó, các kỹ sư đặt ra các giả thiết về tiến trình đào, bao gồm chiều sâu mỗi cấp đào và lắp đặt thanh giằng. Mô hình này lần lượt khử kích hoạt các khối đất và gia tải thêm cho hệ liên kết. Khối đất đằng sau tường tác động lại phương án thi công đã mô hình hoá dựa trên các tính chất vật liệu thành phần đã được nhập vào chương trình. Mặt khác, sự phân tích kỹ lưỡng tương tác tường-đất cũng không phải là phương thuốc bách bệnh khi đánh giá chuyển dịch đất, lý do là vì: • • Phân tích tương tác đất-tường có các ưu điểm sau so với phương pháp kinh nghiệm và bán thực nghiệm: • • • Phân tích được tùy biến theo hiện trường. Không cần các giả thiết chung. Có thể tạo các phương án phụ thuộc tham số. Ví dụ, nhà thiết kế có thể thử các kích cỡ và vị trí các thành giằng bên trong khác nhau, các độ cứng tường chắn khác nhau, và các thông số khác nhằm hoàn thiện thiết kế và giảm chuyển vị tường. Mô hình này sẽ dự báo các kết quả cho mỗi điều kiện riêng biệt. Phép phân tích tương tác tường-đất sẽ dự báo một trường biến dạng đất phía sau tường chắn. Mức độ (độ lớn) và vị trí biến dạng đất có thể được xem xét để biết sự tác động tới công trình thực tế trong dải đất dành cho hầm. Các kết quả chuyển vị có tính đặc thù hơn này chính là một ưu điểm so với phương pháp tính toán thực nghiệm và bán thực nghiệm có tính dè dặt và chung chung. • Mức độ phân tích thường tốt hơn dữ liệu đầu vào của nó. Với mục đích đánh giá chuyển vị đất, các thông số địa chất rất khó đo lường với độ tin cậy cao. Phương pháp phần tử hữu hạn và sai phân hữu hạn dùng cho mục đích này rất dễ mắc (dễ nhạy cảm với) vấn đề máy tính "rác vào, rác ra"1. Sự phân tích tương tác tường-đất rất phức tạp và đòi hỏi sự thông dịch cẩn thận. Không nghi ngờ gì nữa, các phần mềm tương lai sẽ tân tiến hơn, nhưng quả là ngày ấy chưa đến để có được một sự tính toán tương tác tường-đất theo phương pháp phần tử hữu hạn một cách dễ dàng, không phiền phức. Mô hình có thể tinh vi hơn, song nó vẫn tiềm ẩn một sự đơn giản hóa toán học so với những gì xảy ra trong thực tế. Thiếu sót điển hình là những xem xét về độ cứng theo chiều dọc (phân tích 3 chiều), mô hình hóa chính xác sự chùng thanh chống, và các yếu tố khác. Có lẽ quan trọng nhất, không ai có thể đạt tới được sự mô hình hóa một cách hiệu quả cách thức thi công lõng bõng đầy nước. Cũng như trong các lĩnh vực khác, sự ngu muội của con người vẫn chưa tìm ra cách biến nó thành các thuật toán toán học. 3.4. Phân tích Cố kết Phần trước đã nói về phân tích hệ tường chống và chuyển vị tường. Như chúng ta đã thấy, sự cố kết cũng 1 Dữ liệu vào vô nghĩa hoặc không thích hợp sẽ cho ra kết quả vô nghĩa hoặc không thích hợp - N.D Page 7 of 16 Nguyễn Đức Toản, June 2001 có thể gây ra biến dạng lớn phía sau tường chắn. Ngoài độ lún này, tác động của việc bơm nước có thể làm lộ ra các bộ phận móng mà trước đây chúng nằm dưới mực nước ngầm. Các kết cấu tựa trên móng cọc gỗ đặc biệt dễ bị hư hại trong mức nước ngầm hạ xuống. Các cọc gỗ lộ ra trong không khí và vi khuẩn là những nhân tố gây mục nát nhanh chóng và hao hụt tiết diện. Khi phân tích, cần phân biệt giữa hai loại hệ tường chống: kín nước và không kín nước. Hệ tường như các cọc chống, cọc ván thép được xem là không kín nước. Các loại tường này cho phép rò rỉ lớn và không tin cậy khi cần duy trì mực nước ngầm phía sau tường chắn. Các tường vữa và tường bêtông dạng cọc ống chống được xem là kín nước, mặc dù đây là một thuật ngữ tương đối vì luôn luôn có một lượng thấm nước nào đó. Trong những vùng nước ngầm cao và cần phải duy trì trong khi thi công, cần phải định rõ loại tường kín nước. Vấn đề lúc này trở thành đánh giá xem cần phải tháo nước bao nhiêu cho thi công và nó có hậu quả gì đối với khu vực bên ngoài hố đào. Để xác định các tác động của sự cố kết bên ngoài hố đào, cần phân tích dự đoán lượng tháo nước và cố kết sinh ra. Phương pháp cổ điển phải chuẩn bị một phân tích thấm hai chiều đối với dòng nước bên dưới tường chắn. Phân tích được thực hiện bằng cách vẽ lưới đường thấm, hay gần đây hơn, nhờ áp dụng các chương trình phần tử hữu hạn hay sai phân hữu hạn để giải các phương trình cơ bản của chất lỏng (Brenner, 1984). Sự tụt áp suất cột nước gây ra bên ngoài tường chắn dẫn tới sự cố kết của một lớp đất khả nén và chuyển vị do cố kết. Đối với phân tích này, một mức tháo nước ngầm được giả thiết trong lòng hố đào. Có thể thử liên hệ mức nước cần tháo và sự điều chỉnh tháo nước với sự phân kỳ xây dựng thực tế. Tuy nhiên, sự tinh chỉnh này thường không được dùng đến trong khi thiết kế vì sự phân kỳ có thể thay đổi khi bắt đầu thi công. 3.5. Các Yếu tố Phân tích Bổ sung Sự áp dụng Tường Vữa trong Kết cấu Hầm Hoàn thiện. Một xu hướng gần đây trong làm hầm theo lối cắt-lấp trong thành phố là sử dụng tường chắn như là một phần của kết cấu vỏ hầm. Khi một tường chắn cứng như tường vữa được lựa chọn vì độ cứng và độ chống thấm của nó, thì nó cũng được dùng luôn làm một bộ phận vỏ hầm. Việc dùng tường vây theo cách này gây ra phức tạp trong tính toán mà đáng lẽ đã không cần xét tới đối với tường vây tạm thời. Hãy xét bài toán tính toán chuyển vị đất, cũng cần phải tính tới các giai đoạn thi công phụ như việc nối bản đáy với bản nắp. Iffland (1980) minh họa một loạt các giai đoạn thi công và áp lực đất sinh ra cho một bài toán hầm giả định. Việc chất tải có thể thực hiện lên mô hình kết cấu để dự báo chuyển vị tường. Cách tiếp cận khác có thể là tiến hành phân tích đầy đủ tương tác công trình-đất của quá trình thi công phân kỳ. Với bài toán này, phần mềm máy tính có thể tính toán tải trọng đất rất hiệu quả trong khi phân kỳ xây dựng. Có lẽ không cần thiết phải sử dụng các phép gần đúng cho áp lực đất trong mỗi giai đoạn xây dựng. Tuy vậy, các điều kiện trước đó về phân tích tương tác kết cấu-đất vẫn có thể đúng. Trình độ Thi công Kém. Khi cố gắng đánh giá chuyển động đất đằng sau tường chắn hầm, với trình độ thi công tốt đã là rất khó dự báo chính xác. Hầu như là không thể xác định được các tác động của việc thi công tồi. Có thể kể ra các mặt thi công kém như: • • • Các thanh giằng không liên kết khít khao, hay tiến hành gia tải không đúng cách. Chậm trễ trong việc lắp ráp hệ thanh giằng, hay đào quá nhiều trước khi lắp thanh giằng. Tháo hút nước không đúng hoặc quá nhiều. Giai đoạn phân tích dự án thường được dựa vào để cung cấp một "trường hợp cơ sở" cho việc dự báo chuyển vị đất. Một cách để đối phó với kỹ thuật thi công kém là dự đoán chuyển vị một cách dè dặt (cẩn trọng). Mặc dầu vậy, không thể quá dè dặt đến mức các kết quả dự báo có thể gây phương hại không cần thiết đến ngân quỹ và tiến độ của dự án. Các dự báo về chuyển dịch đất chấp nhận được có xét tới khả năng thi công tồi luôn là một vấn đề gây tranh cãi. Đánh giá các Công trình Hiện có Việc phân tích sẽ không đầy đủ nếu thiếu một đánh giá về các tác động của chuyển vị đất đối với các công trình lân cận dọc theo tuyến hầm. Phân tích về chuyển vị tường chắn và hố đào sẽ cho phép ta đánh giá được phạm vi chuyển dịch đất sau tường chắn. Có thể tác dụng giá trị chuyển dịch này lên mô hình các công trình nhà cửa hiện có để biết trước được hậu quả. Ví dụ, đối với một dạng khung nhà và nền móng nhất định, một số điểm gối nhất định có thể bị uốn dựa vào phân tích chuyển vị tường. Do vậy các tác động lên kết cấu nhà cửa có thể được định lượng. Phép phân tích cũng cần xét tới các tác động không dễ định lượng, như điều kiện của một tòa nhà hiện tại mà nó phải chịu đựng biến dạng. Có thể phân biệt "hư hại về mặt kết cấu" và "hư hại về mặt kiến trúc". Hư hại về kết cấu do hố đào bên cạnh bao gồm hư hỏng đáng Page 8 of 16 Nguyễn Đức Toản, June 2001 kể hoặc sụp đổ đối với các bộ phận kết cấu chính của ngôi nhà. Hư hại về kiến trúc chủ yếu là về tính thẩm mỹ: bề mặt bị nứt, cửa không còn thẳng đứng, v.v... Hư hại về kiến trúc có thể dễ dàng xử lý được sau khi hoàn thành xây dựng. Dù sao, đối với công trình lịch sử, ngay cả việc gây nên hư hại về kiến trúc cũng không được phép. Boscardin và Cording (1989) đã có các nghiên cứu phân tích tác động của chuyển dịch đất bên dưới công trình nhà cửa. Các nghiên cứu của họ đã cố gắng lượng hóa nhiều thông số liên quan đến chuyển động đất, và họ đã so sánh các kết quả áp dụng phương pháp của họ vào một số công trình xây dựng hầm. 3.6. Dự báo Chuyển động Đất trong Dự án Hầm/Đường trục Trung tâm Tại Dự án Hầm/Đường trục chính Trung tâm, trách nhiệm của Tư vấn Địa chất Khu vực là đưa ra các khuyến cáo ban đầu cho các nhà thiết kế cuối cùng về các vấn đề chuyển động đất. Ví dụ, Tư vấn Địa chất Khu vực (TVĐCKV) của khu vực đông dân của dự án, có đặc điểm là nhà cửa kế bên dày đặc nhất, đã đưa ra các khuyến nghị sau đây để tính toán chuyển vị đất: - Độ lớn và phân bố chuyển vị đất do hoạt động đào có thể ước lượng nhờ phân tích phần tử hữu hạn hay phương pháp bán thực nghiệm đã tóm tắt bởi Clough và O'Rourke (1990). Chúng tôi đề nghị dùng phương pháp bán thực nghiệm để đánh giá ban đầu chuyển vị đất và tác động có thể của nó lên các công trình kế bên. Tại các vị trí quan trọng đòi hỏi có sự phân tích chi tiết hơn về chuyển vị đất và đánh giá các biện pháp đặc biệt để giảm chuyển vị đất, việc dùng phương pháp phần tử hữu hạn là hợp lý. - Vì vậy, cách làm tốt nhất là trước hết dùng phương pháp bán thực nghiệm để loại ra các khu vực có vấn đề, sau đó nghiên cứu các bộ phận này kỹ hơn bằng phân tích phần tử hữu hạn. Dựa trên khuyến cáo này, trách nhiệm của Tư vấn Thiết kế Khu vực là tính toán chuyển vị cho các thiết kế hầm đặc biệt. - Cố kết đã được phân tích bằng việc giả thiết có được sự tháo nước hoàn toàn bên ngoài hố đào và tiến hành phân tích cố kết một chiều của lớp đất sét; và nhờ phân tích thấm hai chiều. Trong trường hợp thứ nhất, các nhà thiết kế đã phát hiện một lớp rất dễ thấm gồm sét cát cuội lăn và đá dăm tại chân tường chắn. Điều này dẫn đến một giả thuyết thận trọng rằng: tác động của việc bơm nước trong lòng hố móng có thể được cảm nhận hầu như là ở ngay bên ngoài hố móng trong lớp này, do đó gây ra sự giảm áp tại đáy lớp đất sét nằm phía trên lớp sét tảng lăn. 4. CÁC PHƯƠNG PHÁP THI CÔNG NHẰM GIẢM CHUYỂN DỊCH ĐẤT Đối mặt với thách thức về thiết kế và thi công một hầm đào-và-lấp trong một khu vực xây dựng dày đặc, nhà thiết kế và nhà thầu cần xem xét nhiều phương pháp để hạn chế chuyển dịch đất. Trong phần trước, chúng ta đã xét cách tiếp cận để đánh giá chuyển dịch đất. Theo kết quả phân tích, chuyển dịch đất có thể cần phải bị hạn chế để bảo vệ các công trình hiện có. Các phương pháp hạn chế chuyển dịch đất cần phải xét đến hai nguyên nhân chính, chuyển dịch tường và chuyển dịch do cố kết. Các phương pháp giải quyết vấn đề bao gồm: • • • • • • Làm tường cứng hơn, sâu hơn, hay ít thấm hơn Dùng các thanh giằng cứng hơn hoặc số lượng nhiều hơn Gia tải trước các thanh giằng Các phương pháp phân kỳ thi công Áp dụng các phương pháp cổ điển ít hơn Gia cố cho các công trình hiện tại 4.1. Thi công Tường Chắn Điểm khởi đầu cho hầu hết các kế hoạch đào móng là giả thiết các mái dốc hố đào khi không có tường chắn. Trong vùng đô thị, điều này thường là không thực tế, bởi vì ngay cả với một độ dốc rất đứng cũng có thể làm tăng đáng kể chiều rộng dải đất dành cho hầm và tác động đến mọi thứ xung quanh. Do đó, cần làm các tường đứng. Loại tường chắn rẻ nhất là loại tường cọc cừ dạng chống và tường hộ bảo vệ mái dốc. Công việc đào tiến triển sâu dần và các lớp tường hộ kế tiếp được lắp đặt. Các cọc chống có thể liên kết với các thanh chống ngang, với các liên kết góc hay được giữ bởi các thanh neo. Thật không may, tường cọc chống và tường hộ không được cứng lắm, và chúng có chiều hướng bị rò rỉ. Tính mềm dẻo của tường có thể sinh ra chuyển dịch đất ngang không cho phép đằng sau tường. Thiếu độ kín nước có thể dẫn đến hạ nước ngầm bên ngoài hố móng, tạo nên lún cố kết. Để khắc phục những vấn đề này, có thể làm tường chống có độ mềm dẻo ít hơn. Đó là tường được làm Page 9 of 16 Nguyễn Đức Toản, June 2001 dày từ 0,6 - 1,2 m bằng phương pháp hào vữa. Phương pháp khác bao gồm làm cọc tiếp tuyến hay tường bằng cọc nhồi, chúng có thể được khoan hay đào bằng hào vữa. Ta sẽ có một tường cứng hơn nhiều và kín nước hơn loại cọc chống và tường hộ hay cọc ván thép. Tường vữa với một chiều dày nhất định có giằng chống thích hợp sẽ đủ cứng nếu chuyển dịch phía sau hố đào được quy định bởi "hiệu ứng bùng nền" dưới chân hố đào. Tường chắn bằng vữa có hai loại: tường vữa bêtông thông thường và tường bêtông dạng cọc ống chống. Tường bêtông cọc ống có các đoạn thép chôn trong bêtông và cứng hơn một tường vữa bêtông cốt thép thông thường có cùng độ dày. Tuy thế, sẽ không có hiệu quả lớn nếu phải tăng thêm độ cứng của tường để làm giảm chuyển dịch đất bên ngoài hố móng. Như chúng ta đã biết, chuyển dịch đất bị khống chế nhiều hơn bởi hiệu ứng "bùng" và ít hơn bởi độ võng của tường phía trên hố đào khi tường được gia cứng thêm. Tác động của cố kết có thể giảm nhẹ nhờ dùng một tường chống sâu hơn. Tường sâu hơn làm việc như một ngưỡng cắt, làm giảm lượng tụt áp bên ngoài hố đào. Một tường sâu hơn cũng giúp giảm hiệu ứng bùng nền và sự "phình" tường. Trong một hố đào qua đất yếu mà phía dưới có sét cứng hoặc đá, khi tường được ngàm vào lớp địa chất cứng, chuyển vị tường sẽ giảm đi. 4.2. Sử dụng Thanh chống Nhiều hơn hay Cứng hơn Bằng cách tăng số lượng và kích thước các thanh chống, chuyển dịch tường có thể được hạn chế. Chuyển vị tường giữa các thanh chống được quy định bởi độ cứng chống uốn của tường và chiều dài nhịp, l, giữa các điểm chống. Mức độ uốn tỷ lệ nghịch với lũy thừa bậc 4 của l. Nếu nhịp là quá lớn, việc giảm khoảng cách sẽ làm giảm đáng kể sự uốn. Mặc dù vậy, có một giới hạn thực tế về mặt có thể giảm khoảng cách tới bao nhiêu để có thể thi công được. Mặt khác, tại một điểm nhất định, các chế độ uốn khác như "phình" dưới tường sẽ kiểm soát sự tính toán chuyển vị. Giới hạn thực tế cho khoảng cách đứng của các thanh chống là 3,6 - 4,6 m. Khi được chất tải, các thanh chống sẽ biến dạng nén. Thiết kế giả thiết rằng thanh chống sẽ không bị oằn khi nén. Do đó, biến dạng được quy định bởi độ cứng dọc trục, AE/L, trong đó A là diện tích mặt cắt ngang thanh chống, E là môđun đàn hồi, và L là chiều dài chịu nén. Có thể giảm uốn nhờ tăng diện tích mặt cắt ngang. Về mặt này, cũng lại có hạn chế nhất định. Một điều quan tâm khi thiết kế hệ chống là mối nối vào tường. Hansen (1981) đã đề nghị một cách để mô hình hóa sự trượt tại điểm nối. Một cách khác là gia tải trước thanh chống. Một điều quan trọng khi quyết định vị trí thanh chống là hiệu ứng dầm chìa. Tường bị hẫng kể từ lớp thanh chống trên cùng. Nếu đoạn hẫng quá lớn, sẽ có thể xảy ra sự chuyển dịch tường lớn nhất tại phía đỉnh tường. 4.3. Gia tải trước cho Thanh chống Thông thường người ta hay gia tải trước cho thanh giằng tại những nơi cần hạn chế dịch chuyển tường. Gia tải trước tạo một lực nén vào đất tương ứng với diện tích xung quanh thanh chống. Tải đặt trước truyền vào đất theo cùng cách mà áp lực đất truyền lên thanh chống. Gia tải trước sẽ có ích lợi nhiều nhất trong trường hợp lớp đất khả nén nằm bên cạnh hố móng và độ cứng thanh chống lớn hơn nhiều so với độ cứng của đất. Độ lớn biến dạng, hay tổng chuyển vị hướng ra ngoài của tường chắn, cần có để phát triển và duy trì lực kháng của đất, có thể lớn hơn nhiều so với độ co ngắn đàn hồi tính toán của thanh chống. Do vậy, nguyên nhân biến dạng được giảm nhẹ nhờ quá trình gia tải trước được thể hiện ở sự nén của đất, co ngắn đàn hồi của thanh chống, và sự loại bỏ sự "chùng" của toàn hệ thống. Có thể thực hiện gia tải trước bằng chêm và kích thủy lực. Thường thì, người ta quy định dùng một tải trọng khoảng 50% toàn bộ tải trọng thanh chống tính toán để gia tải trước. 4.4. Các Phương pháp Phân kỳ Xây dựng Chuyển dịch tường trong khi đào đất chủ yếu là do ứng xử cục bộ của khối đất bị chia cắt qua tầng lớp. Song, hố đào cũng còn có độ cứng theo chiều dọc. Bằng cách giới hạn chiều dài đào đất, độ cứng theo chiều dọc của tường và đất có thể được huy động để giảm sự chuyển dịch tường vào phía trong. Cũng thế, việc cẩn thận tạo các bậc thềm thi công trong giai đoạn giằng chống cũng rất có ích. Ví dụ, khi đào ga điện ngầm Shot Tower ở Baltimore, việc đào tiến hành ở giữa hành lang (rãnh cắt) thăm dò, có hai bậc thềm tạo bằng vật liệu tại chỗ để lại sát tường bêtông dạng cọc ống chống. Sau đó Nhà thầu đào các hào ở bên mỗi tường vữa để lắp đặt lớp thanh chống tiếp theo thấp hơn. Sau khi gia tải trước hệ thanh chống, các thềm đất còn lại được phá bỏ. Bằng cách này, các bậc thềm được giữ nguyên càng lâu càng tốt nhằm hạn chế chuyển vị tường. Page 10 of 16 Nguyễn Đức Toản, June 2001 Mặt khác, việc dựa vào các bậc thềm tạm thời có thể sinh ra chuyển vị tường chắn phụ thêm. Để hạn chế chuyển vị, việc thay thế các bậc đánh cấp đỡ tường sau khi nó đã dịch vào trong sẽ không có hiệu quả. Cũng vậy, các thanh chống cần được lắp đặt đúng lúc trong quá trình đào. Việc chậm trễ có thể gây thêm chuyển dịch tường. 4.5. Các Phương pháp Khác Trong một vài dự án, đã áp dụng các phương pháp tương đối độc đáo để hạn chế dịch tường. Khối đất bên ngoài hố đào có thể được làm lạnh theo một thủ tục đắt tiền và phức tạp. Có thể lắp các thanh chống vào tường ván trước khi bắt đầu đào. Điều này làm được nhờ thao tác nổ mìn (khai mỏ) hay làm các tường vữa vuông góc với tường ván chính. Để giảm thiểu tác dụng của cố kết, có thể tăng mực nước ngầm bên ngoài hố đào bằng cách bơm nước từ bên trong hố đào. Hơn nữa, thay vì làm tường chắn sâu hơn, có thể ngăn chặn nước bằng bơm vữa áp lực vào chân tường. 4.7. Vai trò của việc Thăm dò Địa chất Một chương trình thăm dò địa chất là một phần quan trọng của kế hoạch giảm thiểu tác động của thi công ngầm. Mục tiêu cơ bản của chương trình là khoan đủ số lỗ khoan nhằm cung cấp một chân dung rõ ràng thể hiện các điều kiện đất. Khoảng cách giữa các lỗ khoan được quyết định bởi tính đồng nhất của các điều kiện địa chất. Hiểu được quá trình địa chất trong quá trình thành tạo đất sẽ tạo dễ dàng để có được sự nội suy tin cậy về tính chất đất giữa các lỗ khoan cách nhau hợp lý. Tuy nhiên, trong nội đô, mức độ thay đổi do con người đối với môi trường nền đất có thể tạo ra các điều kiện rất khó phán đoán. Các lỗ thăm dò cũng cần hướng tới việc đạt được các thông số đặc biệt cần để thực hiện các phân tích các tác động tới công trình lân cận. Ví dụ, khi có lún cố kết, cần phải lấy các mẫu không phá hủy của các lớp đất khả nén trong phạm vi mặt cắt để có được các thông số cần cho sự phân tích cố kết. Các mẫu này cần lấy càng gần các công trình hiện tại bị ảnh hưởng càng tốt. Ngoài ra, cần có các lỗ khoan đại diện trong khu vực dự đoán bị ảnh hưởng của thi công, chứ không chỉ trong phạm vi tuyến hầm. 4.6. Gia cố các Công trình Hiện có 4.8. Khí cụ đo kiểm Địa chất Gia cố móng được xem là phương sách cuối cùng khi cố gắng giảm nhẹ dịch đất do thi công. Nguyên tắc cơ bản là nhằm gia cường hay thay thế một hệ móng của công trình hiện tại để nó không còn nhạy cảm với chuyển dịch đất dự đoán sau tường nữa. Có nhiều cách để thực hiện việc này, như dùng cọc mini, hố kích, bơm vữa bên dưới tòa nhà, v.v... Đối với các tòa nhà cổ, có thể cần thiết phải tiến hành các chỉnh sửa kết cấu nổi trên mặt đất. Ví dụ, các mối nối tường với sàn có thể được gia cường và liên kết với nhau bằng cáp. Quyết định gia cường được dựa trên dự báo mức độ chuyển dịch tường, vị trí hình học của công trình hiện tại, loại và chiều sâu chôn móng của nó. Quyết định này cần được hỗ trợ bởi một sự đánh giá về kết cấu và tính toán kết cấu hiện tại. Quyết định gia cường không được tiến hành một cách khinh suất: • • • Quá trình gia cố, tự nó, có thể dẫn tới chuyển dịch bên dưới công trình và gây hư hại nhẹ. Việc gia cường là tốn thời gian và đắt đỏ. Việc gia cường làm tăng thêm khối lượng công việc trong phạm vi dải đất dành cho hầm và có thể gây chậm tiến độ xây dựng hầm. Sự trang bị máy móc địa chất cho ta phương tiện để kiểm soát hiệu quả sự làm việc của hệ tường chống trong khi thi công. Sự lập kế hoạch cẩn thận trong quá trình thiết kế là một yếu tố thành công cho chương trình đo kiểm. Các thiết bị lựa chọn và định vị cần nhất quán với các vấn đề thiết kế và thi công. Chương trình đo kiểm cần được lập để cung cấp sự cảnh báo trước đầy đủ về các tác động có hại, nhằm có những biện pháp phòng chống. Lắp đặt và điều khiển hệ thống trang thiết bị đo cần bắt đầu tốt trước khi khởi công xây dựng. Trong khi làm như vậy, có thể định lượng và lập hồ sơ cho những thay đổi hay dao động đang xảy ra của các điều kiện. Điều này giúp các kỹ sư phân biệt các tác động lâu dài với các tác động gây ra do xây dựng một khi việc xây hầm bắt đầu. Việc kiểm tra trước xây dựng như thế nói chung áp dụng cho mức nước ngầm, các dao động và lún nhà cửa. Việc lắp đặt các thiết bị chỉ được tiến hành bởi những người chuyên môn. Tốt nhất, việc lắp đặt các thiết bị phải được thực hiện dưới một hợp đồng riêng biệt tách khỏi thi công hầm, trong đó có thể áp dụng một quá trình lựa chọn dựa trên trình độ tay nghề. Nếu chính sách đấu thầu không cho phép thực hiện sự lựa chọn này, và việc lắp đặt các thiết bị cần phải gộp với các Page 11 of 16 Nguyễn Đức Toản, June 2001 hạng mục bỏ thầu của hợp đồng xây dựng, thì một bản quy định kỹ thuật sẽ trở thành một chìa khóa cho một chương trình có chất lượng. Cũng cần phải đưa vào những điều khoản trình độ tay nghề nghiêm ngặt đối với nhân sự chịu trách nhiệm về những công việc liên quan đến thiết bị. Tính hiệu quả toàn bộ của một chương trình đo kiểm bằng thiết bị, dù sao, cuối cùng xoay quanh việc tập hợp và báo cáo dữ liệu một cách kịp thời. Chương trình kiểm soát phải được thực hiện bởi những nhân viên có trách nhiệm và có tay nghề. Điều quan trọng là quá trình báo cáo phải làm dễ dàng cho sự truyền tải kịp thời các kết quả về bộ phận xử lý số liệu. Quá trình báo cáo phải được hiểu biết cặn kẽ và tuân thủ nhất quán bởi tất cả các bên liên quan. những bất ngờ chỉ được áp dụng một khi chúng có thể thi hành một cách hiệu quả và hiệu nghiệm khi đã xúc tiến thi công. Mối quan hệ hợp đồng giữa nhà thầu và chủ công trình là chìa khóa cho sự thành công của phương pháp quan trắc. Phương pháp chỉ có thể thực hiện có hiệu quả trong một môi trường hợp tác lẫn nhau. Các điều khoản trong tài liệu hợp đồng phải nhất quán với các mục tiêu của phương pháp. Cần phải đưa vào những điều khoản cho phép có sự điều chỉnh linh hoạt cần thiết. Ngoài ra, cần có một cơ cấu rõ ràng về việc thanh toán (chi trả) hợp tình hợp lý cho nhà thầu trong việc thực thi các biện pháp giảm nhẹ. Cuối cùng, sự thành công của phương pháp đòi hỏi sự tham gia (liên đới) liên tục của các kỹ sư thiết kế, những người có trình độ chuyên sâu để phân tích và hiểu các kết quả đo, và đưa ra các lời khuyên trong quá trình xây dựng. 4.9. Phương pháp Quan trắc Một khi việc đánh giá các tác động tiềm tàng của thi công đã hoàn tất, cần phải lựa chọn các biện pháp giảm nhẹ cần tiến hành khi thiết kế và thi công. Có thể phân các biện pháp ấy thành bốn dạng: gia cứng hệ chống hố đào, phân kỳ việc đào có kiểm soát, cải tạo đất, và gia cường hoặc chống đỡ các công trình lân cận. Khi thấy các tác động không mong muốn là không thể tránh được, thì các biện pháp giảm nhẹ bắt buộc được áp dụng trong khi thiết kế hệ chống đối với dạng biện pháp thứ nhất, hoặc trở thành các thủ tục bắt buộc được quy định trong hồ sơ đấu thầu đối với ba dạng biện pháp còn lại. Cũng tồn tại các tác động khác, mà các phân tích chỉ ra rằng chúng vẫn còn nằm trong mức độ cho phép. Do đó, cũng như trong đa số các phân tích địa chất, vẫn tồn tại một mức độ bất định (không tin cậy). Đối với những trường hợp này, có thể cần thiết phải trì hoãn lại việc thực thi các biện pháp giảm nhẹ cho tới thời điểm mà sự cần thiết đã trở nên hiển nhiên, nhờ đó tránh được những lãng phí ngân quỹ không cần thiết. Đó là bản chất của cái gọi là "phương pháp quan trắc". Sự làm việc của hệ chống hố đào và phản hồi từ các kết cấu xung quanh được kiểm soát trong khi thi công, và được so sánh với sự phản hồi đã được mô hình hóa ban đầu khi thiết kế. Khi các kết quả đo đạc chỉ ra sự cần thiết, thì một hay nhiều hơn các biện pháp định trước sẽ được thi hành. Quyết định biện pháp nào được thực thi trên cơ sở bắt buộc đối với một biện pháp đối phó với những bất ngờ không phải bao giờ cũng dễ dàng. Rất nhiều yếu tố phải được xem xét. Trong số đó là độ tin cậy của các phân tích địa chất, hậu quả của sự phòng chống các tác động không thành công, và hạn chế ngân sách. Những biện pháp được xem như những công việc ứng phó với 5. KIỂM SOÁT CÁC CHUYỂN DỊCH ĐẤT VẤN ĐỀ Một khía cạnh quan trọng của Dự án Hầm/Đường trục Trung tâm là đường đào cắt một vệt qua một trong những khu bất động sản có lịch sử lâu đời nhất của nước Mỹ. Khối lượng công việc xây dựng hầm đối với một dự án duy nhất trong một thành phố cổ, có mật độ xây dựng dày đặc như Bôxtơn, là chưa có tiền lệ. Cũng chưa có tiền lệ như vậy, là những mối lo về bảo vệ các tòa nhà dọc theo dải đất dành cho hầm. Trong phần này, chúng tôi đề cập Dự án đã giải quyết những thách thức (khó khăn) về kiểm soát chuyển dịch đất do đào đất ra sao. Các vấn đề bao gồm: • Đánh giá các công trình lịch sử • Các cách xác định những tiêu chuẩn thi công chặt chẽ nhằm hạn chế chuyển vị tường chắn • Sự đo đạc theo dõi bằng thiết bị 5.1. Đánh giá các công trình lịch sử Thách thức của việc đáp ứng các yêu cầu về hạn chế tác động đối với các kết cấu dọc theo dải đất thi công hầm đã khiến phải áp dụng một phương cách giải quyết độc đáo và mẫu mực cho các dự án tiếp sau. Phương cách này được dựa trên quy trình tư vấn 106 thiết lập để bảo vệ các công trình lịch sử bởi Phần 106 của Luật Bảo tồn Quốc gia 1966. Biên bản Ghi nhớ về Hầm/Đường trục Trung tâm số 106, được ký năm 1984 bởi Cục Đường bộ Liên bang, Phòng Đường bộ Massachusetts, Hội các Viên chức Bảo tồn Lịch sử Bang Massachusetts, Ủy ban Mốc ranh giới Boston, Page 12 of 16 Nguyễn Đức Toản, June 2001 và Hội đồng Cố vấn về Bảo tồn Lịch sử, đã quy định việc bổ nhiệm một Chuyên gia Bảo tồn Dự án, để tiên lượng sự phát triển của các biện pháp nhằm giảm nhẹ những tác động có hại lên các công trình lịch sử hiện tại. Nó quy định rằng các biện pháp giảm nhẹ phải được đưa vào Tiêu chuẩn Kỹ thuật thi công. Ủy ban thành lập bởi Phòng Đường bộ Massachusetts năm 1988 để hoạt động như như một Chuyên viên Bảo quản Dự án gồm có Công ty quy hoạch bảo tồn và kiến trúc McGinley Hart and Associates, hỗ trợ bởi một kỹ sư kết cấu, một kỹ sư địa chất và một nhà tư vấn phụ về lịch sử kiến trúc. Ủy ban Bảo tồn Dự án thực thi các trách nhiệm giám sát của nó bằng việc đánh giá các nguy cơ gây hại tiềm ẩn cho các công trình lịch sử và bằng cách kiểm tra tài liệu thiết kế để đảm bảo rằng đã có đủ các biện pháp giảm nhẹ. Nhiệm vụ đánh giá các công trình lịch sử đã được tiến hành theo hai giai đoạn. Trước tiên, Ủy ban Bảo tồn Dự án tiến hành một đánh giá sơ bộ để sàng lọc tất cả 420 nguồn lịch sử nêu trong tài liệu Thuyết minh Tác động Môi trường Cuối cùng của Dự án, nhằm xác định xem công trình nào có thể bị thi công tác động. Sự đánh giá này dựa trên những khảo sát bên ngoài tòa nhà, hồ sơ kỹ thuật, thông tin địa chất có sẵn, và các đề nghị thiết kế. Các nhân tố được xem xét khi phân loại các nguy cơ tiềm tàng đối với kết cấu bao gồm: • tình trạng chung của tòa nhà • hệ kết cấu của tòa nhà • các điều kiện đất có thể • khoảng cách từ khu vực thi công tới công trình lịch sử dọc theo tuyến hầm Dựa trên đánh giá sơ bộ này, Cơ quan 106 đồng ý rằng, 150 công trình lịch sử đã được phân loại là có nguy cơ hư hại từ trung bình đến cao do thi công có thể đòi hỏi một sự đánh giá và kiểm tra kỹ hơn, để đảm bảo rằng có được các biện pháp giảm thiệt hại đưa vào các tài liệu thiết kế và thi công. Trong giai đoạn thứ hai, hiện đang được tiến hành, Ủy ban Bảo tồn Dự án đang đánh giá chi tiết hơn 150 công trình này, bằng việc xem xét kết quả đánh giá sơ bộ, dữ liệu bổ sung về điều kiện ngầm và nền móng nhận được từ các nghiên cứu địa chất tại hiện trường, và điều tra bên trong các tòa nhà. Ủy ban Bảo tồn Dự án cũng đã xem lại hệ thống phân loại dựa trên các phương pháp mới nhất về đánh giá khả năng chuyển dịch đất do thi công của các tác giả Clough-O'Rourke (1990) và Boscordin-Cording (1989). Kết quả phân tích được lập thành bảng và đồ thị, định lượng hóa các chuyển dịch tiềm tàng. Những báo cáo đánh giá này được chuẩn bị cho mỗi thiết kế bộ phận riêng biệt, và cung cấp cho tư vấn thiết kế bộ phận trong vòng 30 ngày sau thông báo bắt đầu, như là một tài liệu hướng dẫn nguồn để hoàn thiện thiết kế cuối cùng. Mục đích là khiến cho nhà thiết kế của từng bộ phận của dự án nhận thức được các điều kiện và tính nhạy cảm đã được phân loại của các công trình lịch sử trong khu vực thiết kế của họ. Sự tham gia đầu tiên của Ủy ban Bảo tồn Dự án vào thiết kế xảy ra trong khi dự thảo Báo cáo Thiết kế Sơ bộ. Báo cáo này là cơ sở cho Thiết kế Hoàn thiện sau đó. Sự kiểm tra của Ủy ban Bảo tồn Dự án đối với 75% và 100% tài liệu thiết kế cuối cùng trình duyệt giúp đảm bảo rằng các biện pháp giảm thiệt hại đầy đủ đã được đưa vào trong tài liệu thiết kế và thi công. Việc kiểm tra là một quá trình lặp đi lặp lại, trong đó Ủy ban Bảo tồn Dự án và mỗi nhà Thiết kế Bộ phận làm việc với nhau để giải quyết các vấn đề thuộc về sự làm giảm nhẹ các tác động thi công có thể đối với công trình lịch sử. Mục tiêu là nhằm giải quyết mọi vấn đề nêu lên bởi Ủy ban Bảo tồn Dự án về vấn đề này. Quá trình kiểm tra đã tạo ra một số bổ sung cho các tiêu chuẩn thiết kế thuộc về dự án, cũng như các chỉnh sửa đặc biệt đối với bộ phận thiết kế. Ví dụ, do nhận xét của Ủy ban Bảo tồn Dự án, Dự án đã đưa ra các tiêu chuẩn nhạy cảm hơn đối với biến dạng xoắn góc cho phép, và đối với các giới hạn cho phép của dao động áp dụng cho các tòa nhà cũ. Một chỉ dẫn của Dự án về biến dạng xoắn góc cho phép đã được đưa ra, với mức độ để bảo vệ các bộ phận kiến trúc của một tòa nhà cũ khỏi bất kỳ cái gì vượt quá sự hư hại nhỏ nhất. Các tiêu chuẩn về dao động dựa trên loại kết cấu của mỗi tòa nhà, và đảm bảo sự bảo vệ cho các bộ phận kết cấu và kiến trúc của một tòa nhà. Các tiêu chuẩn cho phép này tạo ra một khung sườn để nhà Thiết kế Bộ phận sẽ định ra các biện pháp bảo vệ nhà thích hợp trong thiết kế cuối cùng. Vai trò giám sát của Ủy ban Bảo tồn Dự án được thực thi nhờ quy trình tư vấn 106. Các cuộc họp tư vấn định kỳ được tổ chức với Cục Đường bộ Liên bang, Hội các Viên chức Bảo tồn Lịch sử Bang Massachusetts, và Ủy ban Mốc ranh giới Boston, tại đó Ủy ban Bảo tồn Dự án báo cáo về kết quả kiểm tra thiết kế và các vấn đề giảm nhẹ thiệt hại của họ. Khi hoàn thành mỗi một bản thiết kế cuối cùng của khu vực, Ủy ban Bảo tồn Dự án sẽ tổng kết bằng văn bản các kết quả thẩm định của họ và mô tả các biện pháp giảm thiệt hại ghi trong thiết kế. Báo cáo này được trình bởi Phòng Đường bộ Massachusetts và Cục Đường bộ Liên bang cho Cơ quan 106 để chứng minh bằng tư liệu sự tuân thủ Biên bản Ghi nhớ. Ủy ban Bảo tồn Dự án cũng hỗ trợ Dự án trong khi thi công. Ủy ban Bảo tồn sẽ sẵn sàng tư vấn kịp thời khi một tình huống gây hư hại tiềm tàng xảy ra trong khi Page 13 of 16 Nguyễn Đức Toản, June 2001 thi công. Ủy ban Bảo tồn sẽ được cung cấp các dữ liệu đo đạc được tại hiện trường về các tòa nhà cũ để luôn được thông báo về tình hình xây dựng. Nếu thấy xuất hiện một giá trị ngưỡng trong quá trình kiểm tra, Ủy ban Bảo tồn Dự án sẽ được yêu cầu kiểm tra và nhận xét về biện pháp sửa chữa đưa ra bởi Nhà thầu. Dự án có thể yêu cầu Ủy ban Bảo tồn Dự án giúp đỡ đánh giá mức độ hư hại đối với một kết cấu lịch sử, nếu nó xảy ra, và đưa ra lời khuyên về các biện pháp giảm thiệt hại thích hợp. Trên cơ sở nhận xét của Ủy ban Bảo tồn, Dự án cũng làm việc với các cơ quan di tích của địa phương và của bang để đảm bảo rằng, tới một mức độ cho phép, nếu cần sửa chữa nhà sẽ được thực hiện theo đúng Hướng dẫn của Bộ trưởng Nội vụ về Sửa chữa các Công trình Lịch sử. Vai trò của Ủy ban Bảo tồn Dự án cung cấp một phương tiện cho việc thực thi bảo tồn di tích trong quá trình thiết kế và thi công. Tính độc lập của các kỹ sư thiết kế của Ủy ban Bảo tồn tạo ra một nhịp cầu giữa Dự án và Cơ quan 106. Sự cam kết của Dự án về bảo vệ di tích lịch sử được phản ánh ở chính tầm quan trọng gắn với các chức năng của Ủy ban Bảo tồn Dự án và sự kết hợp vai trò của Ủy ban Bảo tồn với quá trình lập tài liệu thiết kế cuối cùng và thi công. 5.2. Các Tiêu chuẩn Xây dựng Tại Dự án Hầm/Trục chính Trung tâm, các nhà Tư vấn Thiết kế Bộ phận chịu trách nhiệm lập ra các giới hạn cho phép đối với biến dạng nhà cửa, sự tụt mực nước ngầm, chuyển dịch ngang của tường và các thông số khác. Các giới hạn này được gọi là các Giá trị Hồi đáp, được lập ra từ những giá trị ngưỡng và giá trị giới hạn. Giá trị ngưỡng thể hiện cấp độ báo động tại đó cần phải tiến hành các biện pháp giảm nhẹ thiệt hại. Giá trị giới hạn thể hiện biến dạng cho phép lớn nhất, hoặc một đại lượng khác, được phép xảy ra. Cần chống lại sự vượt quá Giá trị Giới hạn bằng các biện pháp giảm nhẹ thích hợp. Tài liệu hợp đồng cần bao gồm các yêu cầu đối với Nhà thầu phải đệ trình một kế hoạch làm việc trong trường hợp đại lượng đo kiểm tra đã đạt tới hay vượt quá giá trị ngưỡng. Kế hoạch hành động này phải được trình lên trước khi bắt đầu các hoạt động đào đất. Giá trị Hồi đáp được lập bởi Tư vấn Thiết kế Bộ phận, dựa trên tính toán kết cấu của họ đối với các công trình có thể bị ảnh hưởng bởi thi công, dựa trên các tính toán địa chất, và những xem xét thiết kế. Những giới hạn này được đưa vào phần 'đo đạc kiểm tra instrumentation' của Tiêu chuẩn Kỹ thuật của hợp đồng. Tư vấn Giám sát đưa ra chỉ dẫn cho nhà thiết kế cuối cùng đối với một số giá trị ngưỡng nhất định. Hướng dẫn về tiêu chuẩn rung động và biến dạng góc cho phép đã được biên soạn, có xét đến cam kết bảo vệ đặc biệt thông qua Biên bản Ghi nhớ 106 đối với các công trình lịch sử. Cả hai hướng dẫn về dao động và biến dạng xoắn góc đều được lập ra để hạn chế thiệt hại về kiến trúc cũng như về kết cấu. 5.3. Cung cấp thiết bị/Đo đạc kiểm tra Việc đo kiểm địa chất tạo ra một phương tiện nhờ đó công tác đào đất và tác động của nó có thể được kiểm soát. Chương trình đo kiểm tạo nên nguồn số liệu duy nhất về các Giá trị Hồi đáp. Đã có những nỗ lực lớn để lập kế hoạch và thực hiện chương trình đo kiểm cho Dự án Hầm/Trục Trung tâm. Sở dĩ cần có nỗ lực đó là vì vai trò quan trọng của chương trình, cũng như vì cần phải làm cho sự thực hiện chương trình mang tính nhất quán toàn dự án được nhận thức rõ. Bước đầu tiên là đặt ra mục tiêu và hướng dẫn cho chương trình, chấp nhận được đối với Tư vấn Giám sát, Phòng Đường bộ Massachusetts và Cục Đường bộ Liên bang. Hướng dẫn về chương trình đã được soạn thành tài liệu "Báo cáo Cơ bản về Đo kiểm Địa chất". Báo cáo này tóm tắt các mục tiêu của chương trình, phân công trách nhiệm hàng loạt nhiệm vụ sinh ra, và mô tả làm thế nào thực hiện được chương trình đo kiểm. Chính sách đấu thầu phổ biến quy định rằng việc lắp đặt thiết bị và theo dõi kiểm tra phải được bao gồm trong hồ sơ đấu thầu xây dựng. Một yếu tố quan trọng của chương trình đo kiểm Hầm/Trục Trung tâm là sự áp dụng quy định cả hai bên đều chịu trách nhiệm kiểm soát thiết bị đo. Cả Nhà thầu thi công và Tư vấn Bechtel/Parsons Brinckerhoff đều có trách nhiệm thu thập số liệu. Nhà thầu xây dựng phải tập hợp và báo cáo số liệu theo trách nhiệm của mình đối với thiết kế và công tác hệ chống hố đào tạm thời. Chương trình kiểm soát của Bechtel/Parsons Brinckerhoff có vai trò như một biện pháp đảm bảo chất lượng và như một trợ giúp cho chương trình của Nhà thầu. Bởi vì không thể thực hiện được một quá trình lựa chọn riêng biệt đối với các công tác đo kiểm khi thi công, nên cũng cần phải cố gắng khá nhiều trong việc chuẩn bị một Tiêu chuẩn Kỹ thuật cho việc đo đạc địa chất. Tiêu chuẩn Kỹ thuật bao gồm các yêu cầu về chuyên môn rất nghiêm ngặt đối với các công việc đo kiểm. Ngoài ra, cũng có những điều khoản tương đối chi tiết về lắp đặt thiết bị. Page 14 of 16 Nguyễn Đức Toản, June 2001 Một khía cạnh quan trọng của quy định kỹ thuật về đo kiểm đối với việc bảo vệ các công trình kế cận là những điều khoản về xử lý số liệu. Quy định kỹ thuật về đo kiểm đưa ra các giá trị ngưỡng cho các thiết bị đã được chọn. Khi các giá trị này đạt tới hay bị vượt quá, Nhà thầu thi công sẽ phải thực hiện kế hoạch hành động đã định trước được vạch ra nhằm chống lại sự vượt quá thêm nữa. Kế hoạch hành động nhằm giảm nhẹ tác hại được Nhà thầu đệ trình trước khi bắt đầu công việc tại một khu vực nhất định. 5.4. Các Phương pháp Phân loại Tác động lên Công trình Hiện tại Trong Phần 3, chúng ta đã bàn về một số cách phân tích tác động có thể của thi công đối với các công trình hiện có. Bây giờ hãy xem xét các cách quản lý thông tin: Ủy ban Bảo tồn Dự án đã thiết lập một cơ sở dữ liệu riêng về các công trình lịch sử. Trong cơ sở dữ liệu này có thông tin về mỗi tòa nhà cũ: chủ nhân, địa chỉ, kiến trúc, tên tòa nhà, phân loại di tích, số liệu kỹ thuật còn lưu giữ và cần tới, điều kiện ngoại thất hiện tại, điều kiện địa chất, các kết quả kiểm tra, và xếp loại đánh giá. Cơ sở dữ liệu này có thể được vận dụng để cung cấp nhiều báo cáo, trong đó có việc liệt kê các tòa nhà theo phân loại tác động có thể xảy ra. Dữ liệu cũng được sử dụng để vẽ bản đồ cho mỗi thiết kế bộ phận, được mã hóa màu đối với mỗi cấp hạng phân loại tác động. Các bản đồ tổng kết dưới dạng biểu đồ về khả năng xảy ra các tác dộng xây dựng trước khi lập thiết kế cuối cùng và biện pháp giảm nhẹ. 5.5. Phối hợp với các Chủ tài sản kế bên Mục đích của mọi hoạt động mô tả trong bài báo này dự báo chuyển dịch đất, giảm nhẹ chuyển dịch có thể trong quá trình thi công, và quản lý các kết quả - là nhằm giảm nhỏ các tác động lên các công trình hiện có nằm gần với rãnh đào hầm. Không có gì ngạc nhiên, các chủ nhân tòa nhà thỉnh thoảng lại muốn đề đạt ý kiến để bảo vệ ngôi nhà của họ. Các công trình dọc dải đất dành cho dự án Hầm/Đường trục chính Trung tâm có rất nhiều tình trạng và dạng kết cấu khác nhau, với độ phức tạp khó có thể thấy ở bất kỳ dự án hầm nào khác. Các công trình hiện tại gồm có các cao ốc chọc trời hiện đại tiếp giáp trực tiếp với rãnh đào sâu, hàng chục công trình lịch sử như chợ Fanueil Hall cổ kính, và nhiều dạng nhà cửa khác nằm giữa hai thái cực này. Kết cấu móng thay đổi từ móng cọc và móng bè hiện đại, cho tới các cọc gỗ rất cũ xưa. Trong khi nhiệm vụ của Tư vấn Thiết kế Bộ phận là dự báo và đánh giá các tác động lên công trình hiện tại, thì một số chủ công trình cũng đã thuê riêng tư vấn cho họ để đánh giá một cách độc lập các kế hoạch kỹ thuật của Dự án nhằm bảo vệ lợi ích của chính họ. 6. ĐỊA HÌNH KHÓ KHĂN Cho tới lúc này, chúng ta đã thảo luận vấn đề chuyển dịch liên quan đến đào đất thi công, như các dạng dịch chuyển, làm sao để dự đoán dịch đất, và phương pháp quản lý trong Dự án Hầm/Đường trục chính Trung tâm. Trong phần này, chúng ta bàn về sự phân chia các vấn đề của dự án và thi công tương tự. Các mục bàn bao gồm: o o o Quy định kỹ thuật về các tiêu chuẩn thi công chặt chẽ nhưng hợp lý, đặc biệt là đối với các công trình lịch sử Các vấn đề về trách nhiệm giải trình của các nhà thiết kế Phản ứng của các chủ tài sản dọc tuyến hầm Từ phần thảo luận này, chúng ta sẽ thấy rằng đối với việc xử lý dịch chuyển do đào đất, thì một vùng đô thị cổ, đông đúc nhất định sẽ tạo nên thách thức về "địa hình khó khăn" cho các nhà thiết kế và xây dựng hầm. 6.1. Các Tiêu chuẩn Thi công Chặt chẽ Để bảo vệ các kết cấu hiện có, có rất nhiều tranh cãi về loại dịch chuyển đất nào đằng sau một rãnh đào là có thể chấp nhận được. Một quan điểm cực đoan là không cho phép bất cứ hư hại nào, về kiến trúc hay về kết cấu, xảy ra với các công trình lịch sử. Quan điểm này đòi hỏi tuyệt đối không được có sự chuyển vị tường hay chuyển dịch đất nào trong khi đào. Kết quả là không một dự án hầm nào có thể xây dựng được trên thực tế. Rõ ràng là, việc đào mà không có hạn chế nào về chuyển vị tường sẽ là không thể chấp nhận được đối với sự bảo vệ công trình lịch sử. Câu trả lời cho tình thế lưỡng nan này là một hình thức thỏa hiệp. Ví dụ, các hướng dẫn trong Dự án Hầm/Đường trục chính Trung tâm cho phép có các giá trị lún lệch nhất định. Hướng dẫn khởi điểm này sau đó phải được xác nhận bằng sự phân tích sâu sắc hơn về dịch chuyển đất và kiểm tra về mặt kết cấu các công trình lịch sử liên quan. Page 15 of 16 Nguyễn Đức Toản, June 2001 6.2. Sự giải trình Thiết kế Cũng như nhiều mặt khác của thiết kế ngày nay, vấn đề trách nhiệm cần được tính đến. Trong trường hợp này, vấn đề xoay quanh việc quyết định ai sẽ chịu trách nhiệm nếu đất dịch chuyển trong khi thi công và gây ra thiệt hại. Mục đích của giai đoạn phân tích và thiết kế là đưa ra các nhận định hợp lý và các bước cứu chữa để đối phó với chuyển vị tường và tác động lên kết cấu hiện có. Các nhận định quá bảo thủ (quá cẩn trọng) có thể gây lãng phí và chậm trễ không cần thiết cho dự án. Vấn đề là ở chỗ, nhà thiết kế có thể nghĩ rằng anh ta/cô ta cần phải nhận định (dự báo) sao cho càng cẩn thận càng tốt để khỏi bị chịu trách nhiệm về sau. Do đó, nếu nhà thầu không cẩn thận và tường chắn chuyển dịch quá nhiều, nhà thiết kế sẽ chính thức được biết đến như là có trình độ nhận định rất tồi. Vấn đề càng trở nên xấu hơn do rất khó phân biệt một cách rõ ràng nguyên nhân và hậu quả. Sự phân tích của nhà thiết kế có một số giả thiết nhất định mà nhà thầu có thể tranh cãi rằng đáng lẽ chúng không nên có. Một vấn đề còn gai góc hơn là quyết định tình trạng của một tòa nhà hiện tại và nền móng trước khi bắt đầu khởi công một dự án đặc biệt. Những sự thiếu chắc chắn đó càng làm tăng nhận thức của nhà thiết kế về các nguy cơ đi liền với xây dựng hầm đô thị. Không có một giải pháp dễ dàng, áp dụng cứng nhắc cho các vấn đề chung về trách nhiệm giải trình. Một phần của đáp án là buộc tất cả các bên bàn thảo với nhau về mục tiêu cuối cùng của dự án. Tóm lại, đây là một ý tưởng mang tên "Cùng chơi", một khái niệm đang nhận được sự chấp nhận ngày càng tăng trong ngành thiết kế và thi công. 6.3. Làm việc với các Chủ sở hữu nhà cửa Các mối lo về đào đất xây hầm đô thị càng lớn hơn do hầm được xây dựng ngay cạnh các công trình hiện có chứ không phải ở vùng hoang vu. Các chủ sở hữu có quyền lo ngại sao cho các tài sản của họ được bảo vệ đầy đủ. Ở dự án Hầm/Trục chính Trung tâm, một số chủ tài sản đã thuê cho riêng họ các đội kỹ sư để kiểm tra các kế hoạch của dự án một cách độc lập. Hiểu được sự cần thiết phải làm việc chặt chẽ với các chủ nhà đất láng giềng và các nhóm có lợi ích kinh doanh, Dự án Hầm/Trục Trung tâm đã thiết lập một chương trình giảm nhẹ thiệt hại thi công tích cực (chủ động), trong đó có một phần chi tiết về các quan hệ với cộng đồng. Các nhà lập kế hoạch giảm thiểu thiệt hại thi công cùng các nhân viên liên lạc cộng đồng làm việc với các chủ đất láng giềng, cả trong giai đoạn thiết kế và thi công, để đảm bảo rằng việc đình hoãn thi công sẽ là nhỏ nhất, và rằng các mối lo của cộng đồng sẽ phải được giải thích kịp thời. Các cuộc họp được tổ chức với các chủ tài sản riêng rẽ, cũng như các chủ đất và nhóm lợi ích láng giềng để tóm tắt cho họ biết về thiết kế, các nỗ lực giảm gây hại và để thảo luận các vấn đề kỹ thuật. Trong khi thi công, các nhà thiết kế giảm gây hại phải có mặt ngoài hiện trường và làm việc với các chủ đất bên cạnh thông qua Kỹ sư Thường trú và các nhà thầu. Các dự án hầm tương lai phải được khuyến cáo rằng nên làm theo cách khảo sát nghiên cứu kỹ lưỡng của dự án Hầm/Trục Trung tâm, về chuyển dịch đất và nhiều vấn đề khác. Sẽ là rất tốt nếu bàn bạc với các chủ công trình hiện tại trong quá trình tiền thiết kế và thiết kế sơ bộ, và nếu coi họ là một bộ phận của cuộc chơi trong quá trình thẩm định chính thức các đề án kỹ thuật. Bởi vì hầu hết các chủ công trình luôn được lợi từ việc xây dựng thành công đường hầm, do vậy, vì lợi ích cao nhất của mỗi bên, hãy đưa họ vào thành một bộ phận của một nỗ lực chung toàn đội. 7. KẾT LUẬN Có thể trong tương lai, các vùng đô thị sẽ trở nên phát triển và đông đúc hơn nữa. Sẽ có một đòi hỏi rất lớn để có thể sử dụng một cách hiệu quả không gian chưa phát triển còn lại. Kỹ thuật làm hầm tạo cơ hội để cải thiện dòng giao thông và việc sử dụng chung toàn không gian đô thị. Dự án Hầm/Đường trục Trung tâm của thành phố Boston có thể coi là một ví dụ về dạng phát triển này. Kinh nghiệm của dự án về quản lý chuyển dịch đất do thi công là một minh họa về các bước cần thực hiện để giải quyết vấn đề khó khăn này. 8. LỜI CẢM ƠN Các tác giả xin cảm ơn Cục Đường bộ Liên bang Mỹ, Phòng Đường bộ Massachusetts và Tư vấn Giám sát của nó, công ty Bechtel/Parsons Brinckerhoff, vì sự giúp đỡ của họ đối với quá trình soạn tài liệu này./. Nguyễn Đức Toản Biên dịch từ cuốn "Transportation Facilities through Difficult Terrain" ĐC hiện nay: Viện KHCN GTVT Tel: 091-262 3597 Email: [email protected] Page 16 of 16