Hướng dẫn đồ án kỹ thuật thi công bê tông toàn khối nhà nhiều tầng/Thiết kế biện pháp thi công

Lựa chọn phương pháp vận chuyển đứng

Trong việc lựa chọn phương tiện vận chuyển đứng, trước tiên là phải ưu tiên cho công tác vận chuyển bê tông. Bởi vì công tác bê tông là công tác chính trong dây truyền công nghệ bê tông cốt thép toàn khối. Nó đòi hỏi tính thi công liên tục cao để đảm bảo sự toàn khối, nên việc vận chuyển vữa bê tông cũng đòi hỏi phải được ưu tiên hàng đầu. Thường có hai phương pháp vận chuyển đứng trong thi công nhà nhiều tầng:

• Một là, sử dụng phương tiện vận chuyển chuyên dụng cho công tác bê tông (chỉ dùng vận chuyển bê tông): máy bơm bê tông, vận thăng kết hợp xe cải tiến, … Còn các công tác khác: cốp pha và cốt thép, thì được vận chuyển bằng phương tiện vận chuyển đứng đa dụng như: cần trục, tời điện, ...
• Hai là, dùng chung một loại phương tiện vận chuyển đứng đa dụng để phục vụ vận chuyển cho cả ba công tác: bê tông, cốp pha và cốt thép.

Lựa chọn sơ bộ cần trục tháp theo quy mô của công trình:

• Loại cần trục tháp trụ tháp quay-chạy trên ray-đối trọng thấp, thích hợp cho các công trình có dạng mặt bằng chạy dài, số tầng không nhiều lắm.
• Loại cần trục tháp tự hành cũng tương tự như loại cần trục tháp trụ tháp quay-chạy trên ray-đối trọng thấp, thích hợp cho các công trình có dạng mặt bằng chạy dài, số tầng không nhiều lắm.
• Loại cần trục tháp cần quay-trụ tháp cố định-đối trọng trên, thích hợp cho cả các công trình dạng tháp cao tầng lẫn nhà nhiều tầng thông thường, nhưng dạng mặt bằng của tất cả các công trình đó là hình chữ nhật ngắn hoặc gần vuông.
• Loại cần trục tháp tự leo trong lồng thang máy, thích hợp cho các công trình tháp cao tầng mặt bằng có dạng tập trung (vuông vức). Cần trục tháp sẽ được bố trí ở giữa lõi công trình.

Lựa chọn sơ bộ máy bơm bê tông:

• Loại máy bơm bê tông di động thích hợp cho các công trình nhà nhiều tầng số tầng không nhiều lắm.
• Các công trình nhà cao tầng thường phải sử dụng máy bơm bê tông tĩnh.

Dùng cần trục tháp vận chuyển hỗn hợp phục vụ cho cả ba công tác: cốp pha, cốt thép và bê tông.

Sau khi đã lựa chọn sơ bộ loại cần trục tháp, cần tiến hành lựa chọn chi tiết các thông số cần trục, là sức trục, chiều cao nâng vật và tầm với, theo các thông số tương ứng mà công trình đòi hỏi cần trục tháp phải đáp ứng. Đối với tất cả các loại cần trục tháp, thông số chiều cao nâng vật thường độc lập tương đối với hai thông số cơ bản khác là sức trục và tầm với, được lựa chọn đồng thời với sức trục. Thông số sức trục là thông số chính được lựa chọn, trước thông số tầm với, theo nhu cầu vận chuyển công tác bê tông (công tác chính). Thông số tầm với là thông số phụ thuộc vào sức trục, sẽ được kiểm tra sau khi chọn lựa và bố trí được cần trục.

Ở đây, trọng lượng nâng yêu cầu (sức trục yêu cầu), mà việc thi công công trình đòi hỏi cần trục tháp phải đáp ứng, chính là trọng lượng lớn nhất của một lần vận chuyển bê tông, tức là trọng lượng một hộc vận chuyển (tức là thùng đổ bê tông hay còn gọi là phễu đổ bê tông (concrete hopper hay concrete bucket)) chứa đầy vữa bê tông (kể cả bì), đổ vào cốp pha mà cốp pha vẫn chịu đựng được theo thiết kế. Như vậy, việc chọn loại thùng đổ bê tông, theo dung tích thùng, cần phải tương ứng với tải trọng đổ bê tông. Trong phần thiết kế cốp pha, chúng ta đã sơ bộ lựa chọn thùng đổ thông qua một dải phân bố dung tích thùng theo tải trọng đổ bê tông tiêu chuẩn dùng để thiết kế cốp pha, (như sau: thùng cỡ nhỏ V < 0,2 m³ tương ứng với tải trọng đổ bằng 200 kG/m²; thùng cỡ vừa V = 0,2-0,8 m³ tương ứng với tải trọng đổ bằng 400 kG/m²; thùng cỡ lớn, trên 0,8 m³, V = 0,8-1,0 m³ tương ứng với tải trọng đổ bằng 600 kG/m²). Đến lúc này cần phải lựa chọn chính xác một cỡ thùng đổ bê tông trong dải phân bố đó, và dùng nó để tính trọng lượng nâng yêu cầu (sức trục yêu cầu). Do đó, sức trục yêu câu chính là trọng lượng (cả bì) của thùng đổ bê tông, đã được chọn như trên, chứa đầy vữa bê tông, được vận chuyển đến đổ ở góc xa nhất của mặt bằng công trình so với vị trí đứng của cần trục (tức là tầm với yêu cầu). Các loại thùng đổ bê tông (phễu đổ bê tông) phải tra theo các kích cỡ của các nhà cung cấp máy xây dựng. Ở Việt Nam, có thể tham khảo các hãng như: Hòa Phát,... (xem thêm phần ví dụ một số loại thùng đổ thông dụng cho đổ cột, dầm, sàn nhà nhiều tầng).

Trong phương pháp vận chuyển này, các công tác cốp pha và cốt thép không được lấy làm công tác chính để lựa chọn thông số cần trục. Trọng lượng mỗi mã cẩu phục vụ cho các công tác này được lấy tương ứng với trọng lượng một mẻ vận chuyển bê tông (trọng lượng cả bì của một thùng đổ bê tông đầy vữa). Khối lượng vận chuyển các công tác này trong mỗi ca, được phân bố xen kẽ với khối lượng vận chuyển của công tác bê tông trong ca đó. Chiều cao nâng vật yêu cầu của việc thi công công trình chính là chiều cao công tác yêu cầu để đưa hộc bê tông vào đổ ở tầng mái của nhà.

Như vậy, sau khi chọn sơ bộ loại cần trục tháp, việc tiếp theo trong chọn lựa cần trục tháp là xác định hai thông số sức trục và chiều cao nâng của cần trục theo 2 điều kiện sau:

Q_ct = Q_min ≥ Q_yc = k₁k₂Vγ_b

H_ct = H_max ≥ H_yc = H_c.tácmax = H_nhà + h₁ + h₂ + h₃

• H_nhà là cao độ cốp pha sàn mái. (m)
• Q_ct là thông số sức trục của cần trục tháp được chọn lựa, chính là bằng tải trọng nâng nhỏ nhất mà cần trục có khả năng cẩu được khi vị trí xe con nằm tại đầu mút tay cần Q_min. (tấn)
• H_ct là thông số chiều cao nâng của cần trục tháp được lựa chọn. (m)
• h₁ là chiều cao đưa thùng chứa bê tông qua lan can giáo công tác tầng mái vào vị trí đổ. (m)
• h₂ là chiều cao thùng chứa vữa. (m)
• h₃ chiều cao thiết bị treo buộc thùng đổ vào móc cẩu (quang treo). (m)
• V là dung tích thùng đổ. (m³)
• k₁ là hệ số đầy vơi, k₁ = 0,90-0,95. Điều 6.3.3. tiêu chuẩn TCVN 4453:1995 nói rằng: "Khi dùng thùng treo để vận chuyển hỗn hợp bê tông thì hỗn hợp bê tông đổ vào thùng treo không vượt quá 90-95% dung tích thùng."
• k₂ là hệ số trọng lượng vỏ thùng, có thể lấy k₂ = 1,2-1,3 hoặc tính trực tiếp qua tỷ số giữa trọng lượng thùng vữa bê tông kể cả bì trên trọng lượng tịnh vữa bê tông.
• γ_b là trọng lượng riêng của vữa bê tông, γ_b = 2,5 tấn/m³.

Từ đó ta có được một nhóm cần trục tháp đáp ứng được hai thông số yêu cầu trên (sơ tuyển). Tiếp theo tiến hành bố trí từng cần trục đã sơ tuyển trên (với các thông số chế tạo của chúng), trong mặt bằng thi công, theo điều kiện tầm với như sau:

• Trong trường hợp cần trục tháp trụ tháp quay-đối trọng dưới-chạy trên ray và các loại cần trục tháp tự hành khác, ta có: R_ctmax = R(Q_min) ≥ R_yc = B_nhà + B_máy.

• R_yc là tầm với tới điểm xa nhất của công trình đòi hỏi cần trục phải đảm bảo phục vụ được. Trong trường hợp cần trục chạy trên ray, cần trục có thể di chuyển tịnh tiến song song công trình trên ray tới điểm đứng trực diện với điểm góc xa nhất của công trình. Do đó, R_yc chính là khoảng cách từ điểm phục vụ xa nhất đó đến trục ray (trục bố trí máy): R_yc = B_nhà + B_máy.
• B_nhà là kích thước bề ngang nhà. (m)
• B_máy là khoảng cách từ trục bố trí máy đến trục định vị biên của nhà ở phía gần cần trục nhất. Trường hợp cần trục tháp loại trụ tháp quay-đối trọng thấp, do phải đảm bảo tránh va chạm đối trọng vào giáo công tác phía mặt công trình, khi cần trục quay lộn cần ra phía sau để cẩu vật liệu, thì B_máy = B_giáo + L_at + R_đtr
• B_giáo là khoảng cách từ mép ngoài giáo công tác đến trục định vị biên của công trình, có kể đến bề nửa bề dầy của kết cấu biên nhà, thường bằng khoảng 1,5-1,8 m.
• L_at là khoảng khe hở an toàn giữa vị trí đối trọng khi quay vào trong phía công trình hay khoảng hở giữa trụ tháp cố định với mép công trình, thường bằng khoảng 0,8-1,2 m.
• R_đtr là khoảng cách mép ngoài đối trọng đến tâm cần trục (tâm ray). Đây là một thông số cần trục được tra theo lý lịch máy.

Loại cần trục tháp tự hành cũng được lựa chọn tương tự như loại cần trục tháp trụ tháp quay-chạy trên ray-đối trọng thấp.

Khi R_ctmax = R_yc, thì mọi điểm trên trục định vị biên dọc nhà nằm ở phía xa cần trục đều là điểm phục vụ xa nhất, với tầm với lớn nhất. Tay cần của cần trục khi phục vụ cho các điểm này phải vuông góc với đường trục ray. Đường ray phải được kéo dài suốt dọc chiều dài của nhà.

Còn khi R_ctmax > R_yc, thì chỉ có 2 điểm góc xa của mặt bằng nhà mới là những điểm phục vụ xa nhất. Tay cần của cần trục tháp dài hơn tầm với yêu cầu, nên không cần thiết phải bố trí ray ra tới hai trục đầu hồi nhà, chỉ cần bố trí ray lui vào, tới các vị trí đứng mà cần trục vẫn vươn tới các điểm phục vụ xa nhất đó với bán kính quay bằng R_ctmax. Chiều dài mỗi đoạn ray có thể bớt đi được ở hai trục đầu hồi, so với khi R_ctmax = R_yc, được tính theo công thức: L_{bớt ray} = ${\sqrt {R_{ctmax}^{2}-(B_{nha}+B_{may})^{2}}}$ - L_máy/2

• Trong trường hợp cần trục tháp trụ tháp cố định-tay cần quay-đối trọng trên, thì B_máy = L_at + B_tr.máy

và R_ctmax = R(Q_min) ≥ R_yc = ${\sqrt {L_{nha}^{2}/4+(B_{nha}+B_{may})^{2}}}$

• L_nhà = L_nhà là kích thước bề dài nhà.
• B_tr.máy là nửa bề rộng đế trụ tháp. Đây là một thông số cần trục được tra theo lý lịch máy.

• Trong trường hợp cần trục tháp tự leo trong lồng thang máy:

Vị trí đứng của cần trục tháp đã được xác định là ở giữa lõi công trình. Tầm với yêu cầu đối với cần trục lại phụ thuộc vào vị trí tập kết vật liệu cốt thép, thiết bị cốp pha tại chân công trình và vị trí trạm trộn bê tông trên mặt bằng công trường.

Dùng máy bơm để vận chuyển bê tông, cần trục tháp vận chuyển cốp pha và cốt thép

Ở phương pháp này, công tác bê tông được ưu tiên vận chuyển bằng phương tiện chuyên dụng. Cần trục tháp được san bớt nhiệm vụ, chỉ còn vận chuyển cho hai công tác cốp pha và cốt thép. Việc xác định sức trục yêu cầu đối với cần trục tháp có khác biệt với phương pháp trên.

Trọng lượng của một mẻ cẩu cốp pha hay cốt thép phụ thuộc vào việc thiết kế sức chứa của sàn đón vật liệu (nếu dùng cốp pha rời), hoặc là trọng lượng của cấu kiện cốp pha tấm lớn (nếu dùng cốp pha tấm lớn như: cốp pha bay,...).

Điều 2.4. tiêu chuẩn TCXD 200-1997 Nhà cao tầng: kỹ thuật về bê tông bơm nói rằng: Hỗn hợp bơm bê tông có kích thước hạt tối đa không lớn hơn 0,33 đường kính trong nhỏ nhất của ống dẫn đối với đá dăm và 0,4 đối với sỏi.

Cốt liệu lớn dùng cho vữa bê tông thông thường có đường kính lớn nhất thường khoảng 10-40 mm thích hợp với các loại đường kính ống bơm từ 125-150 mm trở lên, theo điều 3.2. tiêu chuẩn TCXD 200-1997.

Theo cuốn Hỏi đáp thiết kế và thi công kết cấu nhà cao tầng-tập II, của tác giả người Trung Quốc-Triệu Tây An, thì quan hệ giữa đường kính ống bơm tối thiểu với đường kính cốt liệu lớn nhất được lựa chọn theo bảng sau:

Đường kính cốt liệu max	Đường kính nhỏ nhất của ống
20 mm 25 mm 40 mm (riêng với sỏi)	100 mm (4" = 4 inches) 100 mm (4" = 4 inches) 125 mm (5" = 5 inches)

Đường ống bơm đặt thẳng đứng, ống bơm thu nhỏ tiết diện dạng hình côn, ống cong đổi hướng gây ra những cản trở trong vận chuyển vữa hơn so với đường ống thẳng đặt nằm ngang (giảm áp lực, giảm vận tốc lưu chuyển, có thể gây tắc,...). Để lựa chọn ống bơm bê tông, các loại ống này được quy đổi từng đơn vị chiều dài (1 mét) ra một số lượng mét ống thẳng đặt nằm ngang nhất định, sao cho tương đương về độ tổn hao áp lực bơm và vận tốc lưu chuyển vữa. Trong cuốn Hỏi đáp thiết kế và thi công kết cấu nhà cao tầng-tập II, Triệu Tây An đưa ra một bảng quy đổi tương đương về ống ngang của các loại ống trên như sau:

Loại ống	Đơn vị chuyển đổi	Đường kính của ống	Chiều dài ống ngang quy đổi
Ống đứng hướng lên Ống đứng hướng lên Ống đứng hướng lên Ống thu nhỏ hình côn Ống thu nhỏ hình côn Ống thu nhỏ hình côn Ống cong (cút) 90 độ Ống cong (cút) 90 độ Ống mềm cao su	1 m ống đứng 1 m ống đứng 1 m ống đứng 1 m ống côn 1 m ống côn 1 m ống côn 1 cút bán kính R = 5 m 1 cút bán kính R = 10 m 1 thanh 3-5 m	100 mm (4" = 4 inches) 125 mm (5" = 5 inches) 150 mm (6" = 6 inches) 175 mm (7") --> 150 mm (6") 150 mm (6") --> 125 mm (5") 125 mm (5") --> 100 mm (4") - - -	4 m ống ngang 5 m ống ngang 6 m ống ngang 4 m ống ngang 7" 10 m ống ngang 6" 20 m ống ngang 5" 12 m ống ngang 9 m ống ngang 30 m ống ngang

Lựa chọn bơm bê tông sơ bộ theo năng lực bơm tối đa: n_máyQ_{ca max}k_sd = 8n_máyQ_maxk_sd > Q_yc = Q_tầng

• n_máy là số lượng máy bơm cùng loại sử dụng cho công trình (máy)
• Q_max là năng suất tối đa của máy có thể thực hiện được (là thông của máy bơm) (m³/h)
• Q_{ca max} là sức bơm lớn nhất của máy bơm. (m³)
• k_sd là hệ số sử dụng máy bơm, k_sd = 0,4-0,8
• Q_yc là khối lượng bê tông mà công trình yêu cầu hệ thống máy bơm đáp ứng trong ca làm việc (8 tiếng). (m³)
• Q_tầng là khối lượng bê tông của một tầng sàn. (m³)

Lựa chọn, bố trí thiết bị máy móc phụ trợ và phối hợp chúng với các máy móc chủ đạo

Lựa chọn máy trộn

Việc lựa chọn máy trộn cần phải tương thích với máy móc chủ đạo (máy vận chuyển theo phương đứng) về dung tích hiệu dụng và năng lực. Dung tích hiệu dụng thùng đổ bê tông thường phải là bội số hoặc tốt nhất là bằng với dung tích trộn hiệu dụng của máy trộn. Nếu khối lượng của mẻ đổ bằng bội số của mẻ trộn, thì cần trục phải mất thêm thời gian chờ đợi giữa các lần xả máy trộn, để giảm thời gian này thì cần nhiều hơn một máy trộn cùng loại.

Sau khi chọn được máy trộn theo dung tích hiệu dụng, cần bố trí máy trộn trong tầm hoạt động của cần trục tháp nhưng nằm gần bãi tập kết vật liệu: cát, đá, xi măng, sao cho khoảng cách vận chuyển từ nơi trộn đến nơi đổ là nhỏ nhất, để tăng năng suất của cần trục.

Tính năng suất cần trục tháp

Năng suất ca làm việc của cần trục tháp là tích số giữa tải trọng nâng trung bình của cần trục tháp với số lần làm việc hữu hiệu của cần trục tháp trong một ca làm việc. N_ca = (k_qQ)(k_tgn) = (k_qQ)(k_tg(8*3600/T_ck)) (tấn/ca)

T_ck = t_nạp + t_nâng + 2t_dichuyển + 2t_quay + 2t_tầmvới + t_xả + t_hạ

• Q là tải trọng nâng một lần làm việc cần trục tháp, tức là trọng lượng của một mã cẩu trung bình. (tấn)
• t_nâng = (H_nhà + h₁)/v_nâng là thời gian nâng vật cẩu (thùng chứa vữa, cấu kiện cốt thép hay cốp pha). (s)
• t_hạ = (H_nhà + h₁)/v_hạ là thời gian hạ vật cẩu (thùng chứa vữa, cấu kiện cốt thép hay cốp pha). (s)
• t_dichuyển = l₀/v_dichuyển là thời gian di chuyển cần trục tháp trên ray.
• t_quay = α/(n_quay×60) là thời gian quay tay cần từ vị nâng (cửa xả của máy trộn, kho bãi gia công cốp pha và cốt thép) đến vị trí hạ (vị trí đổ bê tông, sàn đón vật liệu). (s)
• t_tầmvới = l₁/v_tầmvới là thời gian thay đổi tầm với (thời gian di chuyển xe con trên cánh tay cần). (s)
• t_xả là thời gian xả hàng của cần trục tháp (thời gian trút bê tông vào khuôn hay thời gian hạ cấu kiện cốp pha hoặc cốt thép). (s)
• t_nạp là thời gian lắp một mẻ cẩu vào cần trục, bao gồm các thời gian: xả bê tông từ máy trộn vào thùng đổ bê tông, treo thùng đổ vào móc cẩu. (s)
• v_nâng là vận tốc nâng của cần trục tháp, được tra theo lý lịch máy. (m/s)
• v_hạ là vận tốc hạ của cần trục tháp, được tra theo lý lịch máy. (m/s)
• v_dichuyển là vận tốc di chuyển cần trục tự hành hay tịnh tiến trên ray. (m/s)
• n_quay là vận tốc quay của cần trục tháp. (vòng/phút)
• v_tầmvới là vận tốc di chuyển xe con trên cánh tay cần. (m/s)
• k_tg là hệ số sử dụng thời gian.
• k_q là hệ số sử dụng sức trục.
• l₀ là quãng đường di chuyển cần trục tháp trên ray. Việc tính năng suất nên tính toán với vị trí đứng của cần trục nằm ở trung tâm nhà (đặc biệt là loại cần trục chạy trên ray). Khi đó quãng đường di chuyển cần trục trên ray đến vị trí phục vụ xa nhất là nửa chiều dài của hệ thống ray. l₀ = (L_nhà - 2L_{bớt ray})/2. Các loại cần trục tháp cố định tại một vị trí mặt bằng thì l₀ = 0. (m)
• l₁ là quãng đường di chuyển xe con trên cánh tay cần của cần trục tháp, để cẩu bê tông từ máy trộn đến vị trí đổ, cốp pha và cốt thép từ bãi gia công vào vị trí lắp đặt. Quãng đường này bằng hiệu số giữa tầm với phục vụ tại vị trí xa nhất R_max = R_yc với tầm với tại vị trí nâng (là tầm với nhỏ nhất trong các tầm với đến các vị trí đặt máy trộn, kho bãi gia công cốp pha hay cốt thép, khi cần trục đứng ở trung tâm nhà). (m)
• α là góc quay tay cần lớn nhất từ vị trí nâng đến vị trí hạ để phục vụ được cho mọi điểm của mặt bằng công trình. Góc này thường được lấy bằng góc hợp bởi vị trí tay cần thẳng góc với công trình, khi cần trục nằm ở trung tâm nhà, với hướng tay cần khi cần trục quay ra phía máy trộn hay kho bãi gia công cốp pha hoặc cốt thép (là góc quay lớn nhất trong 3 góc quay cần trục phục vụ cho các công tác cốp pha, cốt thép và bê tông).

Trong thực tế hoạt động của cần trục, có thể tăng năng suất vận chuyển của cần trục bằng cách đồng thời cùng thực hiện nhiều động tác di động của các bộ phận cần trục một lúc (ví dụ như: đồng thời vừa nâng mã cẩu, vừa quay tay cần, vừa di chuyển xe con và tịnh tiến cần trục trên ray). Tuy nhên khi thiết kế biện pháp, phải sử dụng năng suất nhỏ nhất khi các thao tác cần trục được thực hiện độc lập và tuần tự.

Tính toán khối lượng các công tác cốp pha, cốt thép và bê tông cho mỗi tầng nhà (điển hình)

Theo yêu cầu của từng công tác chuyên môn trong thi công bê tông toàn khối, và theo công nghệ thi công, mà phải tiến hành tính toán khối lượng công tác cho phù hợp. Các công tác đổ bê tông, thì tính toán khối tích của các kết cấu bê tông theo đơn vị tính là m³. Các công tác lắp dựng cốt thép thì tính theo trọng lượng kết cấu cốt thép, đơn vị tính là tấn. Các công tác cốp pha thì tính theo diện tích bề mặt sử dụng cốp pha, đơn vị tính là m².

Tùy theo các công nghệ thi công khác nhau: một đợt, 2 đợt, 3 đợt hay 2 đợt đặc biệt, thì có thể gộp hay tách riêng khối lượng của các công tác chuyên môn thành khối lượng công tác chuyên môn quy đổi (bằng hệ số tỷ lệ định mức).

Tuy nhiên, khối lượng công tác của công việc đúc bê tông của các kết cấu giao nhau, dù thi công theo công nghệ nào, cũng phải được phân chia theo vị trí mạch ngừng nằm ngang, để phù hợp với biện pháp thi công và định mức lao động cho từng loại kết cấu bê tông cốt thép. Kết cấu cột hay tường thì được tính khối lượng công tác đúc bê tông tới cao độ đáy dầm chính, (không kể đến phần cột hay vách, giao với dầm và sàn). Kết cấu dầm chính và dầm phụ phải được tính khối lượng công tác đúc bê tông tới cao độ nách dầm, (phần dầm giao với sàn không được kể đến, vì phần này có biện pháp thi công và định mức lao động giống với việc đúc bê tông sàn). Kết cấu sàn được tính khối lượng công tác đúc bê tông với toàn bộ diện tích sàn tầng với bề dầy của sàn, (kể cả phần sàn giao với các kết cấu dầm chính, dầm phụ, cột và tường).

Phân chia phân khu thi công bê tông

Việc phân đoạn thi công sàn sườn toàn khối lần lượt được xác định theo những điều kiện sau:

• Kích thước của phân khu bê tông phải đảm bảo cho việc đúc bê tông trong phân khu được liên tục, đảm bảo tính toàn khối của kết cấu, phù hợp với năng lực của máy móc (đặc biệt là các máy thi công chủ đạo) và nhân lực thi công.

L_pk ≤ (k₁(T₀ - T_ck - T_đ)${\sqrt {V/h}}$)/T_ck (1)

Trong đó:

• V là dung tích hiệu dụng của thùng (khi dùng cần trục) hoặc xe bồn (khi dùng máy bơm bê tông) vận chuyển vữa bê tông đổ vào khuôn

• T₀ là thời gian bắt đầu ninh kết của vữa bê tông, tính từ khi vữa bê tông ra khỏi trạm trộn. Thời gian này phụ thuộc vào điều kiện thời tiết môi trường đổ bê tông (nhiệt độ môi trường), mùa hè thì thời gian này ngắn, mùa đông thì dài, và thường trong khoảng 1,0-2,25 giờ đối với bê tông không phụ gia dùng xi măng Poóc lăng (chính là thời gian ngừng nghỉ cho phép khi đổ bê tông).

• T_ck là thời gian chu kỳ vận chuyển một mẻ vữa (là lượng vữa vận chuyển bằng thùng hoặc xe vận chuyển bê tông), từ nơi trộn đến khi đổ vào khuôn.
• T_đ là thời gian đầm xong một mạch đầm ở vị trí tiếp giáp giữa hai mẻ đổ.

• δ_s = h là chiều dầy trung bình quy đổi của kết cấu sàn hay sàn sườn bê tông toàn khối, δ_s = (V_s + V_dĐ_s/Đ_d)/LB

• V_s là tổng khối lượng bê tông sàn của mỗi tầng (m³)

• V_d là tổng khối lượng bê tông dầm của mỗi tầng (m³)

• Đ_s là định mức lao động cho công tác đổ bê tông sàn (m³/công)

• Đ_d là định mức lao động cho công tác đổ bê tông dầm (m³/công)

• L là chiều dài nhà (m)

• B là chiều rộng nhà (m)

• k₁ là hệ số vận chuyển vữa bê tông không đồng đều (hệ số đầy vơi), k₁ = 0,9-0,95

• L_pk là kích thước phân khu bê tông dọc theo hướng đổ bê tông chính (là hướng phát triển của hàng các mẻ đổ bê tông - hướng của luống bê tông), lớn nhất có thể đạt được mà vẫn đảm bảo điều kiện thi công bê tông liên tục.

• Tổng khối lượng các công tác đổ bê tông, lắp dựng cốt thép, lắp cốp pha trong mỗi một tầng (cũng là tổng khối lượng vật liệu và thiết bị để thi công mỗi tần mà cần trục tháp phải vận chuyển) phải được chia thành các phần khối lượng phân khu phù hợp với năng lực thi công của máy móc (đặc biệt là các máy thi công chủ đạo) và nhân lực, làm việc trong một ngày hoặc ca làm việc.

n_pkQ^yc_pk = n_pk*1,0*N_Ca ≥ (Q^BT_Tầng*k₂) + Q^CT_Tầng + G^CP_Tầng = (V^BT_Tầng*γ_b*k₂) + Q^CT_Tầng + (Q^CP_Tầng*g_CP) = (C^BT_Tầng*γ_b*k₂)/Đ_BT + C^CT_Tầng/Đ_CT + (C^CP_Tầng*g_CP)/Đ_CP

Từ đó số phân khu được xác định theo công thức:

n_pk ≥ (V^BT_Tầng*k₂*γ_b)/N_Ca + Q^CT_Tầng/N_Ca + G^CP_Tầng/N_Ca = (C^BT_Tầng*γ_b*k₂)/(Đ_BT*1,0*N_Ca) + C^CT_Tầng/(Đ_CT*1,0*N_Ca) + (C^CP_Tầng*g_CP)/(Đ_CP*1,0*N_Ca) (2)

Trong đó:

• Q^yc_pk là tổng khối lượng yêu cầu cần trục tháp vận chuyển trên các phân khu công tác trong một ca làm việc của cần trục tháp (tấn).
• N_Ca là năng suất hiệu dụng của cần trục trong một ca làm việc hỗn hợp ((tấn/ca)
• V^BT_Tầng là tổng khối lượng thể tích công tác đổ bê tông của mỗi tầng (m³).
• Q^BT_Tầng là tổng khối lượng công tác đổ bê tông của mỗi tầng (cần cần trục vận chuyển) (tấn).
• k₂ là hệ số kể đến trọng lượng tăng thêm của vỏ thùng đổ vào mỗi mẻ đổ trong một ca làm việc.
• Q^CT_Tầng là tổng khối lượng công tác cốt thép của mỗi tầng (tấn).
• G^CP_Tầng là tổng trọng lượng cốp pha của mỗi tầng (tấn).
• g_CP là tỷ trọng giữa trọng lượng toàn bộ cốp pha của tầng quy ra trên diện tích bề mặt ván khuôn (tấn/m²).
• Q^CP_Tầng là tổng trọng lượng công tác cốp pha của mỗi tầng (diện tích bề mặt ván khuôn) (m²).
• Đ_BT là định mức lao động trung bình quy đổi của công việc đổ bê tông (thường lấy định mức bê tông sàn, vì khối lượng công tác là lớn) (công/m³).
• Đ_CT là định mức lao động trung bình quy đổi của công việc lắp đặt cốt thép (thường lấy định mức cốt thép sàn, vì khối lượng công tác là lớn) (công/tấn).
• Đ_CP là định mức lao động trung bình quy đổi của công việc lắp dựng cốp pha (thường lấy định mức cốp pha sàn, vì khối lượng công tác là lớn) (công/m²).

Khi đổ bê tông bằng bơm bê tông chuyên dụng, thì điều kiện (2) trở thành việc xác định số lượng phân khu (phân đoạn) thi công bê tông cốt thép sàn sườn toàn khối như sau: n_pk = Q^BT_Tầng/N^BT_Ca.

Điều kiện (1) trên được xem xét với giả thiết kích thước mặt sàn công trình theo cả hai phương mặt bằng là vô hạn. Nhưng thực tế kích thước công trình là có giới hạn. Trường hợp bề ngang nhà B > B_pk, thì kích thước phân khu hoàn toàn được xác định theo hai điều kiện trên, L_pk và B_pk lần lượt nằm dọc theo chiều dọc và chiều ngang nhà, mỗi phân khu có 2 cạch phải để mạch ngừng: một mạch dọc nhà, một mạch ngang nhà. Trong trường hợp, bề ngang của nhà B < B_pk vừa được chọn theo điều kiện (2), thi xoay hướng đổ chính vuông góc lại, sao cho hướng của hàng các mẻ đổ chạy song song với bề ngang nhà. Khi đó, có 2 khả năng xảy ra:

• B > L_pk, thì phải bố trí thêm một mạch ngừng dọc nhà (như khi B > B_pk), và mỗi ca đổ bê tông (8 tiếng) có khoảng 3-8 hàng mẻ đổ.
• B ≤ L_pk, thì lựa chọn L_pk = B, mỗi phân khu chỉ có một phía cạnh phải để mạch ngừng, và lúc này kích thước lớn nhất của phân khu dọc theo chiều dài nhà lại là B_{pk max} = N^BT_Ca/(δ_sB).

• Vị trí mạch ngừng giữa các phân đoạn thi công phải đảm bảo bố trí đúng quy phạm thi công (TCVN 4453:1995), tránh những chỗ chịu lực xung yếu của kết cấu sàn sườn bê tông toàn khối.

Mạch ngừng theo phương đứng trong sàn sườn được để như sau:

Các vùng có thể bố trí mạch ngừng đứng, cắt qua dầm chính (gạch chéo đỏ) và cắt qua dầm phụ (gạch chéo xanh).

• Khi hướng đổ bê tông song song với dầm phụ, tức mạch ngừng cắt qua dầm phụ, thì mạch ngừng có thể bố trí tại bất kỳ tiết diện nào nằm trong đoạn 1/3 chính giữa của nhịp dầm phụ L_dp đồng thời cũng là nhịp bản theo phương dầm phụ L_b1 (nhịp bản chính là nhịp dầm phụ). Ở các vị trí này lực cắt trong cả bản và dầm phụ đều nhỏ.
• Khi hướng đổ bê tông song song với dầm chính, tức là mạch ngừng cắt qua dầm chính, thì mạch ngừng có thể bố trí tại bất kỳ tiết diện nào, mà: vừa nằm trong đoạn 1/2 chính giữa nhịp dầm chính L_dc, vừa nằm trong đoạn 1/2 chính giữa nhịp bản theo phương dầm chính L_b2 (nhịp bản có thể không trùng với nhịp dầm chính). Ở các vị trí này lực cắt trong cả bản và dầm chính đều nhỏ. Tuy nhiên, tùy theo mặt bằng kết cấu mà vùng để được mạch ngừng trong trường hợp này có thể không có, và nếu có thì mạch ngừng lại cắt qua nhịp làm việc chính của hê thống kết cấu, cho nên cần hạn chế để mạch ngừng kiểu này, hãy cố gắng đổ bê tông song song dầm phụ để mạch ngừng cắt qua dầm phụ.

Mạch ngừng phải cấu tạo thẳng đứng, vuông góc với trục dầm, và được tạo thành nhờ khuôn mạch ngừng loại thành đứng.

Mạch ngừng nằm ngang trong hệ dầm liền sàn (sàn sườn): Khi phải bố trí mạch ngừng theo phương ngang, thì mạch ngừng thường được đặt ở dầm tại vị trí dưới nách dầm (nơi tiếp giáp giữa dầm với sàn) khoảng 20 - 30 mm. Trong trường hợp dầm cao > 800 mm, nếu đúc bê tông liên tục thì để tránh sự co ngót ban đầu của vữa bê tông, khi đổ bê tông tới cách nách dầm 20 - 30 mm, ta cần phải tạm nghỉ để bê tông kịp co ngót rồi mới đổ tiếp tới sàn, nhưng cũng không lâu quá thời điểm bắt đầu ninh kết của bê tông. Do vậy sẽ không hình thành mạch ngừng nằm ngang, việc đúc bê tông không được coi là gián đoạn.

Mạch ngừng nằm ngang trong các kết cấu đứng (cột, vách,...) và giữa các kết cấu đứng với sàn sườn: về nguyên tắc có thể để tại bất kỳ tiết diện nào của kết cấu đứng, vì các nội lực có thể có trong các kết cấu đứng là mô men uốn (thì trung tính với mạch ngừng), còn lực cắt (gây trượt dọc bề mặt mạch ngừng, có hại cho phần kết cấu tại mạch ngừng) và lực nén dọc (gây ra lực ma sát ngăn cản sự trượt dọc theo bề mặt mạch ngừng, có lợi cho phần kết cấu tai vị trí mạch ngừng) thì sẽ triệt tiêu ảnh hưởng của nhau. Do đó, để thuận tiện cho thi công, thường để loại mạch ngừng tại vị trí chân kết cấu đứng (ngay trên mặt sàn) và vị trí ngọn của kết cấu đứng (vị trí tiết diện dưới đáy dầm chính).

Các yêu cầu kỹ thuật về mạch ngừng thi công sàn sườn bê tông toàn khối trên, được luật hóa ở các điều 6.6.5 và 6.6.7 trong Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 4453:1995. Điều 6.6.7 nêu rằng:

• Khi đổ bê tông tấm sàn có sườn theo hướng song song với dầm phụ thì mạch ngừng thi công bố trí trong khoảng 1/3 đoạn giữa nhịp của dầm.
• Khi đổ bê tông theo hướng song song với dầm chính thì mạch ngừng thi công bố trí trong hai khoảng giữa của nhịp dầm và sàn (mỗi khoảng 1/4 nhịp).

Tới đây, kích thước phân khu lại được hạn chế lại, một cách chính xác hơn: mỗi phân khu nằm lọt giữa các vị trí mạch ngừng đứng, với khoảng cách nhỏ hơn các kích thước đã được xác định theo điều kiện (1) và (2) ở trên.

• Số lượng phân khu phải là tối thiểu, để giảm tối đa số lượng mạch ngừng-nơi kết cấu bê tông toàn khối bị giảm yếu.

• Tổng khối lượng bê tông của các phân khu có độ chênh lệch không quá 25%, đảm bảo năng lực thi công của máy móc và nhân lực ổn định. Nguyên tắc này đảm bảo có thể tổ chức thi công theo phương pháp dây chuyền nhịp nhàng (nhịp dây chuyền hằng số k = const). Nếu khối lượng các phân khu vượt hơn điều kiện này thì vẫn có thể tổ chức theo dây chuyền nhưng là dây chuyền không nhịp nhàng.

• Chiều dài của mạch ngừng phải bố trí ngắn nhất, độ gấp khúc của mạch ngừng là nhỏ nhất.

• Hình dạng của các phân đoạn phải đảm bảo ổn định trong giai đoạn thi công, ngay cả khi phân đoạn còn đứng riêng lẻ.

Tuy nhiên, nếu số lượng phân đoạn (phân khu) đủ lớn, tức là lớn hơn số dây chuyền đơn vị (công việc chuyên môn) (kể cả các dây chuyền "chờ đợi công nghệ"), thì có thể tổ chức thi công theo phương pháp dây chuyền. Còn nếu lượng phân đoạn không đủ lớn thì tổ chức thi công theo sơ đồ mạng (tức là Phương pháp Đường găng (còn gọi là phương pháp tổ chức theo công việc trọn gói)) hay tổ chức thi công theo phương pháp tổ chức theo tổ đội lao động chuyên nghiệp.

Điều kiện tháo dỡ cốp pha

Tháo dỡ cốp pha tạo hình (cốp pha không chịu lực)

Theo điều 3.6.2 TCVN 4453:1995, khuôn đúc bê tông tạo hình (tức cốp pha tạo hình hay cốp pha không chịu lực sau khi bê tông đã đóng rắn) có thể được tháo dỡ khi cường độ thực tế của cấu kiện bê tông lúc đó đạt 50 (kG/cm²) trở lên. Thường thì cường độ thực tế của bê tông có thể đạt tới giá trị 50 (kG/cm²) vào khoảng 1 đến 2 ngày sau khi đổ, tùy vào mùa thi công.

Tháo dỡ cốp pha chịu lực

Điều kiện tháo dỡ cốp pha chịu lực khi có chất tải.

Khuôn đúc bê tông (cốp pha) thuộc nhóm cốp pha đáy nằm (là nhóm cốp pha chịu lực), trong giai đoạn phát triển cường độ của các kết cấu bê tông, thì phải hoàn toàn chịu lực thay cho kết cấu bê tông phần trọng lượng bản thân của kết cấu bê tông (phần tải trọng thường xuyên đã được kể đến khi tính toán kết cấu cốp pha) và có thể cả các tải trọng thi công các tầng bên trên truyền xuống (các tải trọng chất thêm (ngoài tải trọng tổ hợp khi thiết kế cốp pha), nếu không phải là tầng mái). Đối với loại cốp pha đáy nằm (cốp pha chịu lực), nếu không phải chịu các tải trọng chất thêm do thi công các tầng trên truyền xuống, thì đến thời điểm kết cấu bê tông cốt thép đạt tới giá trị cường độ mà có thể tự chịu được trọng lượng bản thân của chính kết cấu bê tông cốt thép đó, là có thể được phép tháo dỡ cốp pha đáy nằm (cốp pha chịu lực) này. Giá trị cường độ này gọi là cường độ tối thiểu để tháo dỡ cốp pha chịu lực khi không chất tải thêm, R^th.d_t.th. Giá trị này được xác định theo hệ số α (tính theo % cường độ thiết kế của kết cấu bê tông R^th.k), phụ thuộc vào độ lớn của nhịp và sơ đồ tính của kết cấu bê tông cốt thép được chế tạo: R^th.d_t.th = α(%)*R^th.k. điều kiện tháo khuôn chiu lực là cường độ bê tông tại thời điểm tháo: R^th.d ≥ α(%)*R^th.k.

• Đối với kết cấu bê tông nhịp nhỏ (L < 2m) thì α = 50%, R^th.d_t.th = 50(%)*R^th.k. (nhưng ≥ 80 kG/cm²)
• Đối với kết cấu bê tông nhịp trung bình (2m ≤ L ≤ 8m) thì α = 70%, R^th.d_t.th = 70(%)*R^th.k.
• Đối với kết cấu bê tông nhịp lớn (L > 8m) thì α = 90%, R^th.d_t.th = 90(%)*R^th.k.
• Đối với sơ đồ kết cấu dạng con-son thì α = 100%, R^th.d_t.th = 100(%)*R^th.k.

Viêc chất tải toàn bộ lên kết cấu bê tông đã tháo dỡ cốp pha chỉ được phép thực hiện khi bê tông đã đạt đến giá trị cường độ thiết kế, giá trị này thường phải sau 28 ngày tính từ lúc đúc thì mới đạt được.

Nhưng trong thi công nhà nhiều tầng, việc thi công lên cao cần đảm bảo được tiến hành liên tục cả khi bê tông chưa đạt đủ cường độ thiết kế. Việc thi công tầng trên sẽ truyền tải trong xuống chất thêm cho tầng dưới, phần tải trọng này khi bê tông chưa đủ cường độ chịu thêm chúng, thì phải được cốp pha chịu. Do đó, trong trường hợp này, đến thời điểm bê tông đạt cường độ tự chịu trọng lượng bản thân của chúng, cốp pha vẫn phải được duy trì một phần để chịu phần tải trọng chất thêm do thi công các tầng trên, thay cho bê tông, cho đến khi bê tông đạt đến giá trị cường độ thiết kế. Như vậy đến thời điểm bê tông đạt cường độ tháo dỡ tối thiểu ở trên, thì vẫn có thể tháo dỡ cốp pha, nhưng không tháo hết hoàn toàn, mà tháo từng phần rồi lắp dựng giáo chống lại một phần với khoảng cách thưa hơn gọi là các cột chống "an toàn", duy trì cho đến khi bê tông sàn sườn đat đến cường độ thiết kế thì mới tháo hết toàn bộ. Đối với dầm có nhịp > 4m, thì để lại ván đáy và các cột chống "an toàn" với khoảng cách 3m. Đối với sàn thì giữ lại hệ đà ngang và các chống "an toàn" chống lại đúng vào vị trí cũ (vị trí có cột chống tầng trên chống vào), với mật độ chống "an toàn" bằng 50% lượng giáo chống làm việc khi chưa tháo, nhưng khoảng cách chống "an toàn" phải < 3m.

Tuy nhiên, tại phân khu bê tông sàn sườn đã đạt cường độ tháo dỡ tối thiểu, nhưng ngay bên trên nó là phân khu sàn sườn tầng trên sắp hoặc đang được đúc thì toàn bộ hệ cốp pha chịu lực bên dưới chúng phải để lại nguyên vẹn không được tháo dỡ, cho đến khi phân khu sàn sườn tầng dưới đạt đến cường độ thiết kế.

Đối với nhà nhiều tầng chạy dài nhiều đơn nguyên, số lượng phân đoạn thi công bê tông sàn sườn toàn khối trong một tầng thường lớn. Mỗi phân đoạn thường được đúc bê tông trong một ngày. Nên thời gian để đúc xong một tầng thường kéo dài, từ phân đoạn đầu tiên đến phân đoạn cuối cùng cách nhau một khoảng thời gian lâu. Nên việc tháo dỡ cốp pha chịu lực không phụ thuộc nhiều vào số lượng tầng cốp pha làm việc, vì khi đúc bê tông phân đoạn cuối trong một tầng thì bê tông ở phân đoạn đầu của tầng đã đạt tới một giá trị cường độ khá lớn. Chỉ cần một số lượng tầng cốp pha đang làm việc rất nhỏ (có thể từ 1-2 tầng) cũng đảm bảo chịu được các tải trọng chất thêm do việc thi công tầng trên, do tầng bên dưới các phân đoạn bê tông sàn sườn hầu như đã đạt đến cường độ thiết kế. Khi đó, chỉ cần tuân thủ các yêu cầu về tháo dỡ cốp pha chịu lực như bên trên, mà không cần xem xét tới điều kiện an toàn "2 tầng rưỡi" dưới đây.

Đối với nhà cao tầng dạng tháp, mặt bằng tập trung, số lượng phân khu trên một tầng ít (thường ≤ 4 phân đoạn). Khi bê tông sàn sườn đạt tới được cường độ thiết kế để có thể tháo dỡ hoàn toàn cốp pha chịu lực của một tầng, thì số lượng các tầng bên trên đã và đang được thi công chồng lên tầng chuẩn bị tháo cốp pha đó là khá lớn, tải trọng chất thêm lên cốp pha cần tháo dỡ cũng khá lớn. Trong trường hợp này phải xem xét thêm một điều kiện tháo dỡ cốp pha nữa được gọi là điều kiện an toàn "2 tầng rưỡi", như sau: Cốp pha chỉ được phép bắt đầu tháo dỡ và chống "an toàn" lại tại tầng thứ 3 bên dưới kể từ tầng đang thi công đúc bê tông sàn sườn, khi cường độ bê tông của tầng thứ 3 này đạt tới cường độ tối thiểu có thể tháo dỡ cốp pha chịu lực, và chỉ được phép tháo toàn bộ cốp pha của một phân đoạn tại tầng thứ 3 này khi cường độ bê tông sàn sườn đã đạt tới cường đô thiết kế. Như vậy, bên dưới tầng đang đúc bê tông sàn sườn phải có ít nhất 2 tầng cốp pha hoàn chỉnh liên tiếp liền ngay bên dưới và một tầng cốp pha được chống lại "an toàn" (2 tầng rưỡi cốp pha).

Thời điểm để bê tông sàn sườn toàn khối đạt tới cường độ tối thiểu để có thể tháo dỡ được cốp pha chiu lực phụ thuộc vào các yếu tố sau: mùa thi công (yếu tố thời tiết của môi trường khi tháo), điều kiện dưỡng hộ tại hiện trường, và điều kiện có hay không sử dụng phụ gia. Tiêu chuẩn TCVN 4453-1995, đưa ra biểu thời điểm để bể tông đạt cường độ tháo dỡ tối thiểu (không chất tải thêm), cho bê tông không sử dụng phụ gia, tại bảng 3, TCVN 4453-1995.

Tham khảo chương 2

• Tiêu chuẩn Việt Nam, Kỹ thuật thi công và nghiệm thu kết cấu bê tông và bê tông cốt thép, TCVN 4453:1995.
• Quy phạm Thủy lợi, Kỹ thuật thi công và nghiệm thu kết cấu bê tông và bê tông cốt thép, QPTL-D6-78.
• Construction Methods and Management, S.W.Nunnally.
• Thi công bê tông cốt thép, Lê Văn Kiểm, nhà xuất bản Xây dựng.
• Hỏi đáp thiết kế và thi công kết cấu nhà cao tầng, tập II, Triệu Tây An, nhà xuất bản Xây dựng.
• Kỹ thuật thi công-Tập 1, Đỗ Đình Đức-Lê Kiều.
• Kỹ thuật xây dựng 1-Công tác đất và thi công bê tông toàn khối của Lê Kiều, Nguyễn Duy Ngụ, Nguyễn Đình Thám-nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật-1998.
• Hoàn thiện lý thuyết thiết kế cốp pha và biện pháp thi công sàn sườn bê tông cốt thép toàn khối, Doãn Hiệu, Đề tài nghiên cứu cấp trường số 84/2008KH ĐHXD, trường Đại học Xây dựng.