Chọn biện pháp thi công tầng hầm: 10 yếu tố và 2 bài toán thực tế

Năm 2022, tôi cùng đồng nghiệp xây dựng một buổi đào tạo nội bộ cho đội ngũ giám sát về lựa chọn, thiết kế và lưu ý thi công phần ngầm. Lý do rất thực tế: giám sát trẻ năng động, nhưng nhiều bạn chưa hình dung hết rủi ro của phần hầm và hậu quả nếu sự cố xảy ra. Bài này tóm tắt những ý chính.

1. Sáu dạng biện pháp, không có dạng nào “tốt nhất”

**Đào mở vát taluy** — nhanh, rẻ khi đất tốt, mặt bằng rộng

**Đào mở có tường chắn** (cọc vây) — gọn mặt bằng

Tường chắn và hệ chống — **Tường chắn + hệ chống** — cứng, hợp dự án xây chen

Tường chắn và neo đất — **Tường chắn + neo đất** — hố đào thoáng, thi công nhanh

**Semi top-down** — sàn hầm làm hệ chống, có lỗ mở để đào

**Full top-down** — phần thân lên song song khi phần hầm còn đang đào

Biện pháp	Mạnh ở	Yếu ở
Đào mở vát taluy	Nhanh, rẻ khi đất tốt, mặt bằng rộng	Khối lượng đào và lấp lớn
Đào mở + tường chắn	Gọn mặt bằng	Chỉ phù hợp hố nông
Tường chắn + hệ chống	Tăng độ cứng hệ chắn, hợp dự án xây chen	Vướng không gian đào; kém hiệu quả khi hố rộng
Tường chắn + neo đất	Thoáng, thi công nhanh	Kém với đất yếu, nước ngầm cao; neo kém chất lượng gây lún lớn
Semi top-down	Chuyển vị tường nhỏ, an toàn cho nhà lân cận	Tiến độ chậm, vận chuyển ngang thủ công
Full top-down	Chuyển vị nhỏ, đáp ứng tiến độ tổng	Chi phí cao (kingpost, cọc đỡ kết cấu phía trên)

2. Mười yếu tố quyết định

Khách quan: địa chất · ảnh hưởng công trình lân cận · giải pháp kết cấu · quy mô và chiều sâu đào · mặt bằng hiện trạng · điều kiện thi công.
Chủ quan: chi phí · tiến độ · mong muốn chủ đầu tư · năng lực nhà thầu.

Mỗi yếu tố “bỏ phiếu” cho một hoặc vài phương án. Phương án được nhiều yếu tố quan trọng ủng hộ nhất sẽ được đưa vào thiết kế chi tiết.

3. Hai bài toán thực tế

	Dự án A	Dự án B
Quy mô	2 hầm, 31 tầng nổi	2 hầm, 25 tầng nổi
Tường chắn	Barrette 600 mm, sâu 18,5–21,5 m	Tường vây 600 mm, dài 18 m
Đáy đào sâu nhất	−13,3 m (bể xử lý nước thải)	−14,35 m (hố móng bể)
Địa chất	Sét dẻo cứng 7–9 m trên cát bụi dày ~32 m	Bùn nhão 4,5 m, á sét dẻo mềm, cát pha, sét dẻo cứng
Nước ngầm	−3,0 m	−0,8 m, dao động theo thủy triều
Lân cận	3 mặt giáp nhà dân 1–4 tầng, 1 mặt đường lớn	Nhà dân 1–4 tầng, nhà kho, hẻm và đường chính

Dự án A: địa chất khá tốt nên các yếu tố kỹ thuật chấp nhận cả semi top-down lẫn bottom-up; chi phí và tiến độ nghiêng hẳn về bottom-up.

Dự án B: lớp bùn nhão và mực nước ngầm gần mặt đất làm rủi ro chuyển vị tường và lún nhà lân cận tăng mạnh. Semi top-down được chọn: sàn tầng trệt và sàn B1 thi công trước để làm hệ chống, có lỗ mở để đào đất bên dưới.

4. Thiết kế xong, cần kiểm tra những gì?

Với dự án B, chúng tôi dùng Plaxis cho các mặt cắt hố đào và Etabs cho hệ sàn và kingpost chịu tải thi công.

**Mô hình Plaxis** mặt cắt 1-1: các lớp đất, tường vây, sàn hầm và tải trọng thi công

Biến dạng Plaxis — **Tổng biến dạng nền** khi đào đến đáy móng — tập trung ở phía có lớp đất yếu

Kết quả nội lực tường vây — **Nội lực tường vây** (bên có đất yếu): chuyển vị ngang lớn nhất ≈ 13 cm, mômen ≈ 809 kNm/m, lực cắt ≈ 594 kN/m. Phía còn lại chỉ ≈ 4 cm — một phép so sánh cho thấy địa chất ảnh hưởng mạnh thế nào.

Mô hình Etabs — **Mô hình 3D Etabs** hệ sàn semi top-down tựa trên kingpost

Nội lực sàn T1 — **Nội lực sàn tầng trệt** dưới tải thi công — vùng đỏ quanh lỗ mở cần gia cường

Danh mục kiểm tra: (1) ổn định tổng thể hố đào · (2) chuyển vị tường vây · (3) khả năng chịu lực và nứt tường vây · (4) lún nền công trình lân cận · (5) chống cát sôi · (6) số giếng hạ mực nước ngầm · (7) chịu lực kingpost · (8) gia cường dầm, sàn · (9) hệ shoring gia cường lỗ mở · (10) gối đỡ bê tông.

5. Các ngưỡng quan trắc nên nhớ

**Khoan giếng quan trắc** mực nước ngầm ngoài tường vây

Loadcell đo lực neo — **Loadcell** đo lực trong neo đất

**Mốc quan trắc** dịch chuyển móng cẩu tháp

Chuyển vị ngang tường chắn: vượt giá trị cảnh báo thì phát cảnh báo; vượt giá trị dừng thì dừng thi công và tìm phương án xử lý.
Lún nhà lân cận (theo TCVN 9381:2012): đáng lo khi tốc độ lún trên 2 mm/tháng kéo dài 2 tháng mà không có dấu hiệu dừng, hoặc nhà lún lệch, nghiêng quá giới hạn.
Mực nước ngầm ngoài tường vây: hạ ≥ 0,5 m so với chu kỳ đầu thì cảnh báo; hạ ≥ 1 m thì dừng hoặc giảm số giếng bơm.
Neo đất: cường độ thiết kế lấy bằng 0,65 lần lực kéo đứt tối thiểu của cáp (BS 8081); thường xuyên kiểm tra các neo bị chùng.

6. Khi công trường không giống bản vẽ

**Tường vây phình, lộ thép** sau khi đào — cần đục tẩy và xử lý trước khi thi công tiếp

Cừ rò nước — **Cừ không khít mép** — nước và đất nền bên ngoài tràn vào hố đào

**Đào đất quanh kingpost** dưới sàn — tuyệt đối tránh để máy đào va vào cột chống

Điều tôi muốn mọi giám sát nhớ: mọi thay đổi biện pháp đều phải được định lượng bằng số liệu kỹ thuật. Hiểu kỹ thuật để làm an toàn, không phải để dùng kỹ xảo.

Góc nghiên cứu

Khi Plaxis gặp số liệu quan trắc

Ở cả hai dự án, mô hình Plaxis được lập một lần trước khi đào, còn số liệu quan trắc chỉ được so với ngưỡng cố định. Nếu ghép hai nguồn này lại, sau mỗi giai đoạn đào ta có thể hiệu chỉnh ngược thông số đất (đặc biệt là lớp bùn nhão, vốn bất định nhất) bằng cập nhật Bayes, rồi dự báo chuyển vị cho giai đoạn kế tiếp.

Khi đó, “ma trận 10 yếu tố” sẽ có thêm một yếu tố mà hiện nay chưa ai đo được: mức độ tin cậy của chính mô hình thiết kế.

In 2022, a colleague and I built an in-house training course for site supervisors on choosing, designing and executing basement works. The motivation was practical: our young supervisors were energetic, but many had not yet fully grasped the risks of deep excavation and what happens when something goes wrong. This article summarises the key points.

1. Six methods — none of them is “the best”

**Open cut with slopes** — fast and cheap in good soil with plenty of space

Open cut with retaining wall — **Retaining wall** (secant/contiguous piles) — saves space

Wall with steel struts — **Wall + steel strutting** — stiff, suits tight urban sites

Wall with ground anchors — **Wall + ground anchors** — clear excavation, fast progress

Method	Strengths	Weaknesses
Open cut with slopes	Fast, cheap in good soil and open sites	Large excavation and backfill volumes
Open cut + retaining wall	Compact footprint	Only for shallow pits
Wall + strutting	Stiffer system, suits infill sites	Obstructs digging; less efficient for wide pits
Wall + ground anchors	Open working space, fast	Poor in soft soil and high groundwater; bad anchors cause large settlement
Semi top-down	Small wall deflection, protects neighbours	Slower; manual horizontal transport
Full top-down	Small deflection, shortest overall programme	Costly king posts and piles carrying the superstructure

2. Ten deciding factors

Objective: ground conditions · impact on neighbours · structural system · excavation size and depth · existing site layout · construction conditions.
Subjective: cost · schedule · client preference · contractor capability.

Each factor “votes” for one or more methods; the option backed by the most important factors goes forward to detailed design.

3. Two real cases

	Project A	Project B
Size	2 basements, 31 storeys	2 basements, 25 storeys
Retaining wall	600 mm barrettes, 18.5–21.5 m deep	600 mm diaphragm wall, 18 m long
Deepest excavation	−13.3 m (wastewater tank)	−14.35 m (tank pit)
Ground	7–9 m stiff clay over ~32 m silty sand	4.5 m very soft mud, soft sandy clay, clayey sand, stiff clay
Groundwater	−3.0 m	−0.8 m, tidal
Neighbours	Houses (1–4 storeys) on three sides, busy road on one	Houses (1–4 storeys), a warehouse, a lane and a main road

Project A: good ground meant both semi top-down and bottom-up were technically acceptable; cost and schedule tipped the balance towards bottom-up.

Project B: the soft mud and near-surface, tidal groundwater sharply raised the risk of wall deflection and neighbour settlement. Semi top-down was chosen: the ground and B1 slabs were cast first as struts, with openings left for excavation below.

4. What to check once the design is done

For Project B we used Plaxis for the excavation sections and Etabs for the slabs and king posts under construction loads.

**Plaxis model** of section 1-1: soil layers, wall, basement slabs and surcharge

Plaxis displacements — **Total ground displacement** at final excavation — concentrated on the soft-soil side

Wall results — **Wall response** on the soft-soil side: max. deflection ≈ 13 cm, bending moment ≈ 809 kNm/m, shear ≈ 594 kN/m. The opposite wall moved only ≈ 4 cm — a vivid reminder of how much the ground controls the result.

**3D Etabs model** of the semi top-down slabs on king posts

Ground slab results — **Ground-slab internal forces** under construction loads — red zones around openings need strengthening

Checklist: (1) overall excavation stability · (2) wall deflection · (3) wall capacity and cracking · (4) settlement of neighbouring buildings · (5) sand boiling · (6) number of dewatering wells · (7) king-post capacity · (8) beam and slab strengthening · (9) shoring around slab openings · (10) concrete bearing blocks.

5. Monitoring thresholds worth remembering

**Drilling a monitoring well** for groundwater outside the wall

Anchor load cell — **Load cell** measuring ground-anchor force

**Survey marker** on a tower-crane foundation

Wall deflection: above the alert level, raise an alert; above the stop level, stop work and find a remedy.
Neighbour settlement (per Vietnamese standard TCVN 9381:2012): a concern when the rate exceeds 2 mm/month for two consecutive months without slowing, or when differential settlement and tilt exceed limits.
Groundwater outside the wall: alert when it drops ≥ 0.5 m below the baseline; stop or reduce pumping when it drops ≥ 1 m.
Ground anchors: design capacity = 0.65 × minimum breaking load of the strand (BS 8081); inspect slack anchors regularly.

6. When the site doesn’t match the drawings

**Bulging wall with exposed rebar** — must be trimmed and repaired before proceeding

Leaking sheet piles — **Poorly interlocked sheet piles** — water and soil flow into the pit

Digging around king posts — **Excavating around king posts** under the slab — never let the excavator hit a post

What I want every supervisor to remember: any change to the method must be quantified with engineering data. Understand the engineering to work safely — not to find shortcuts.

Research angle

When Plaxis meets monitoring data

In both projects the Plaxis model was built once, before excavation, while monitoring data were only compared with fixed thresholds. Combining the two would let us back-analyse soil parameters after each stage — especially the soft mud, the most uncertain layer — using Bayesian updating, and forecast wall deflection for the next stage.

The “10-factor matrix” would then gain a factor nobody measures today: how much we can trust the design model itself.

Nội dung thể hiện kinh nghiệm và quan điểm cá nhân, được khái quát hóa và không đại diện cho bất kỳ công ty, chủ đầu tư hay dự án cụ thể nào. This article reflects personal experience and opinion, generalised for sharing; it does not represent any specific company, client or project.