Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Trong tiến trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa, ngành công nghiệp giữ vai trò mũi nhọn thúc đẩy tăng trưởng kinh tế. Để đáp ứng nhu cầu mở rộng năng lực sản xuất cơ khí tại khu vực miền Trung, dự án Nhà máy Cơ khí được quy hoạch xây dựng tại Khu công nghiệp Hòa Khánh, quận Liên Chiểu, thành phố Đà Nẵng. Đây là công trình trọng điểm nhằm tạo đòn bẩy phát triển kinh tế địa phương và giải quyết việc làm cho lực lượng lao động trong khu vực.
Công trình được thiết kế theo dạng nhà công nghiệp một tầng nhiều nhịp với hệ kết cấu hỗn hợp gồm kết cấu móng bê tông cốt thép đổ tại chỗ và khung thép tiền chế lắp ghép. Để đưa công trình vào vận hành đúng kế hoạch, nhiệm vụ đặt ra cho đồ án là thiết kế giải pháp tổ chức thi công toàn diện, đồng bộ từ khâu chuẩn bị mặt bằng, thi công phần ngầm (đào đất, đổ bê tông móng và giằng móng) đến lắp dựng phần kết cấu thân và mái.
Nhiệm vụ nghiên cứu và thiết kế cụ thể bao gồm:
- Phân tích đặc điểm kiến trúc, kết cấu và điều kiện tự nhiên - hiện trường xây dựng của công trình tại KCN Hòa Khánh.
- Thiết kế biện pháp kỹ thuật và tổ chức thi công dây chuyền công tác đào đất, lựa chọn tổ hợp máy đào và xe vận chuyển.
- Thiết kế biện pháp kỹ thuật và tổ chức thi công dây chuyền bê tông móng đơn, móng giằng, tính toán cốp pha, cốt thép và thiết bị trộn/bơm/đầm.
- Lập giải pháp kỹ thuật lắp ghép cấu kiện khung thép (cột thép, dầm vì kèo, khung cửa trời, hệ xà gồ, hệ giằng mái), tính toán chọn cần trục và thiết bị treo buộc chuyên dụng.
Phạm vi nghiên cứu:
- Không gian: Khu đất xây dựng tại Khu công nghiệp Hòa Khánh, quận Liên Chiểu, thành phố Đà Nẵng.
- Thời gian và tiến độ: Tổng thời hạn thi công định mức yêu cầu là 180 ngày.
- Quy mô công trình: Nhà công nghiệp 1 tầng gồm 4 nhịp (kích thước nhịp $L_1 = 21\text{ m}, L_2 = 30\text{ m}, L_3 = 21\text{ m}$), chiều cao cột $H = 8\text{ m}$, bước cột $6\text{ m}$, số bước cột $n = 23$, tổng chiều dài nhà $L = 140\text{ m}$ (bao gồm 2 trục khe lún $1\text{ m}$).
Cơ sở lý thuyết và phương pháp
Khung lý thuyết và tiêu chuẩn áp dụng
Đồ án vận dụng lý thuyết tổ chức thi công công trình xây dựng theo phương pháp dây chuyền chuyên môn hóa, nguyên lý cơ giới hóa đồng bộ công tác đất - bê tông và kỹ thuật lắp ghép kết cấu thép khẩu độ lớn. Các tính toán định mức và kiểm tra ổn định dựa trên hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành:
- Tiêu chuẩn thi công đất: Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN 4447:2012 "Công tác đất - Quy phạm thi công và nghiệm thu" để xác định độ dốc mái taluy tự nhiên ($m$), khoảng cách an toàn và độ ổn định hố móng.
- Hệ thống định mức dự toán xây dựng: Thông tư 12/2021/TT-BXD và Định mức 1776 (các mã hiệu định mức AB.1144 cho công tác đào đất thủ công, AF.07, AE.6, AF.24, AF.5, AF.033 cho công tác bê tông - cốt thép - ván khuôn, AB.65120 cho công tác đắp đất đầm cóc).
Phương pháp nghiên cứu và tính toán
- Phương pháp giải tích kỹ thuật: Xác định thể tích hình học hố đào, thể tích kết cấu móng chóp cụt, kiểm toán sức căng dây cáp treo buộc và lựa chọn biểu đồ tính năng cần trục.
- Phương pháp thi công dây chuyền: Chia mặt bằng thành các phân đoạn thi công cân bằng khối lượng, xác định nhịp dây chuyền ($K_{ij}$), ghép sát các quá trình thành phần có xét đến gián đoạn công nghệ ($t_{cn}$) do chờ bê tông đạt cường độ $25\text{ daN/cm}^2$.
- Phương pháp tổ hợp máy móc: Tính toán năng suất thực tế theo chu kỳ ca làm việc của máy đào gầu nghịch, máy trộn bê tông, máy bơm bê tông và cần trục tự hành bánh xích.
Nguồn dữ liệu đầu vào
- Số liệu địa chất công trình: Đất thịt, đất cát pha, điều kiện địa chất thủy văn bình thường, cao trình nền tự nhiên $-0,39\text{ m}$ so với cốt $\pm 0,00$.
- Cự ly vận chuyển vật tư: Cấu kiện thép $9\text{ km}$, xi măng $11\text{ km}$, cát $0\text{ km}$ (tại chỗ), cự ly đổ đất thừa nội bộ $0\text{ km}$ và đổ ra bãi ngoài $9\text{ km}$.
Nội dung chính theo từng chương
Chương 1: Đặc điểm kinh tế - kỹ thuật và biện pháp tổ chức thi công tổng quát của công trình
Chương 1 tổng hợp các thông số kỹ thuật đầu vào của công trình nhà máy cơ khí, đồng thời vạch ra chiến lược tổ chức thi công tổng thể. Công trình có quy mô nhà công nghiệp 1 tầng, chiều dài $140\text{ m}$, gồm 23 bước cột $6\text{ m}$, chiều cao cột $H = 8\text{ m}$, kết cấu bao che bằng tường gạch ống câu gạch thẻ dày 180–200 mm, diện tích cửa chiếm 30%.
Tác giả xác định 3 công tác trọng điểm mang tính quyết định đến tiến độ và giá thành xây lắp:
- Công tác đất hố móng.
- Công tác bê tông cốt thép móng và giằng móng.
- Công tác cẩu lắp kết cấu khung thép tiền chế.
Từ đó, danh mục công việc tổng thể được xác lập gồm 5 giai đoạn: công tác chuẩn bị mặt bằng; thi công phần ngầm; thi công phần thân; thi công phần mái; và công tác hoàn thiện (tôn nền, trát tường, lắp đặt điện nước, vệ sinh công nghiệp).
| Thông số thiết kế |
Giá trị quy định |
| Kích thước nhịp nhà |
$L_1 = 21\text{ m}; L_2 = 30\text{ m}; L_3 = 21\text{ m}$ |
| Chiều cao cột biên và cột giữa |
$H = 8\text{ m}$ |
| Khoảng cách bước cột |
$6\text{ m}$ ($n = 23$ bước) |
| Tổng chiều dài nhà |
$L = 140\text{ m}$ |
| Bê tông nền |
Cấp độ bền B20, chiều dày $H_n = 220\text{ mm}$ |
| Thời hạn xây dựng yêu cầu |
$180\text{ ngày}$ |
Chương 2: Thiết kế biện pháp thi công đào đất và bê tông móng
Chương này tập trung tính toán khối lượng đào đắp, kiểm tra phương án đào đất và tổ chức dây chuyền công tác đất. Độ sâu đặt móng được chọn ở mức $H_m = 1,8\text{ m}$. Dựa trên loại đất cát pha, chiều sâu hố đào tính từ mặt đất tự nhiên là $H = 1,57\text{ m}$ (đã bao gồm lớp bê tông lót dày $100\text{ mm}$). Tra bảng tiêu chuẩn TCVN 4447:2012, tác giả nội suy ra hệ số mái dốc $m = 0,253$, tương ứng bề rộng chân mái dốc $B = 0,4\text{ m}$.
Kết quả kiểm tra khoảng cách đỉnh mái dốc giữa hai hố móng cạnh nhau theo phương dọc ($S = 1,9\text{ m} \div 3,6\text{ m}$) và phương ngang ($S = 3,1\text{ m} \div 3,6\text{ m}$) đều thỏa mãn điều kiện độc lập ($S > 0$), do đó tác giả lựa chọn phương án đào hố móng độc lập theo phương dọc nhà.
| Hạng mục khối lượng |
Khối lượng ($m^3$) |
Phương pháp thực hiện |
| Đào đất hố móng |
1.132,10 |
Đào máy sâu 1,4 m kết hợp sửa thủ công 0,11 m |
| Đào rãnh giằng móng |
424,84 |
Đào máy giằng GM ($0,7\text{ m}$), đào tay GM1 ($0,11\text{ m}$) |
| Tổng thể tích đất đào |
1.556,30 |
Máy đào phối hợp thủ công |
| Thể tích kết cấu móng chiếm chỗ |
676,94 |
Bê tông lót ($42,56$) + móng ($603,29$) + giằng ($31,09$) |
| Thể tích đất để lại đắp hoàn trả |
1.055,99 |
Đất nguyên thổ đầm lèn |
| Thể tích đất thừa vận chuyển đi |
500,94 |
Tương đương $417,45\text{ m}^3$ đất tơi vận chuyển |
Lựa chọn tổ hợp máy móc và tổ chức dây chuyền:
- Máy đào: Chọn 1 máy đào gầu nghịch thủy lực EO-4321 với dung tích gầu $q = 0,55\text{ m}^3$, năng suất tính toán $V_{ca} = 74,3\text{ m}^3/\text{ca}$.
- Phương tiện vận chuyển: Chọn 8 xe ben THACO FD650 4WD tải trọng 6,4 tấn, năng suất vận chuyển đạt $110,95\text{ m}^3/\text{ca}$.
- Tổ chức dây chuyền: Mặt bằng chia thành 5 phân đoạn. Dây chuyền đào máy và dây chuyền sửa thủ công có nhịp $k_1 = k_2 = 1\text{ ngày}$, gián đoạn an toàn 1 ngày. Tổng thời gian hoàn thành công tác đào đất là $T = 7\text{ ngày}$ với 22 công nhân bậc 3/7.
Chương 3: Thiết kế biện pháp thi công bê tông móng
Chương 3 giải quyết giải pháp thi công bê tông cốt thép cho móng đơn, hệ giằng móng và công tác lấp đất đợt 2.
1. Thi công bê tông móng đơn
Quá trình thi công móng đơn gồm 7 bước công nghệ: đổ bê tông lót $\rightarrow$ lắp dựng cốt thép $\rightarrow$ ghép cốp pha thành $\rightarrow$ đổ bê tông đáy và vát $\rightarrow$ ghép cốp pha cổ móng $\rightarrow$ đổ bê tông cổ móng $\rightarrow$ tháo cốp pha. Mặt bằng được chia làm 4 phân đoạn.
| Thông số kỹ thuật móng |
Giá trị tính toán |
Thiết bị thi công chính |
| Khối lượng bê tông lót |
$42,56\text{ m}^3$ |
Máy trộn nghiêng đổ SB-101 ($150\text{ lít}$, $N = 7\text{ m}^3/\text{ca}$) |
| Khối lượng bê tông móng |
$603,288\text{ m}^3$ |
01 máy bơm CIFA ($60\text{ m}^3/\text{h}$) + 05 xe bồn KA85 ($8\text{ m}^3$) |
| Khối lượng cốp pha móng |
$1.532,16\text{ m}^2$ |
Gia công tại hiện trường |
| Khối lượng cốt thép móng |
$36.197\text{ kg}$ |
Định mức thép $60\text{ kg/m}^3$ |
| Đầm bê tông |
— |
05 máy đầm dùi I-21 (năng suất $14,7\text{ m}^3/\text{ca}$) |
| Thời gian thi công dây chuyền |
16 ngày |
Xét gián đoạn chờ bê tông đạt $25\text{ daN/cm}^2$ |
2. Thi công bê tông giằng móng
Giằng móng chạy dọc chu vi nhà (GM tiết diện $500 \times 250\text{ mm}$ đặt trên khối gạch block $600 \times 400\text{ mm}$) và dọc các trục giữa (GM1 tiết diện $400 \times 250\text{ mm}$). Dây chuyền gồm 6 quá trình thành phần được chia trên 5 phân đoạn:
- Lực lượng thi công: 7 thợ bê tông lót, 27 thợ xây block gạch, 16 thợ cốt thép, 22 thợ ván khuôn, 15 thợ đổ bê tông giằng và 10 thợ tháo dỡ ván khuôn.
- Tổng gián đoạn công nghệ và kỹ thuật là $t_{gđ} = 4,5\text{ ngày}$. Tổng thời gian hoàn thành dây chuyền giằng móng là $T = 19,5\text{ ngày}$.
3. Lấp đất đợt 2
Sau khi tháo cốp pha giằng móng, tiến hành đắp đất hố móng đợt 2 với khối lượng $V_{\text{lấp 2}} = 703,79\text{ m}^3$. Áp dụng định mức 1776 (mã hiệu AB.65120), công trình sử dụng 7 máy đầm cóc (yêu cầu độ chặt $K = 0,9$) và 11 nhân công bậc 3/7, thi công liên tục trong 4 ngày (tiêu hao $27,06\text{ ca máy}$ và $43,56\text{ công}$).
Chương 4: Thiết kế biện pháp thi công lắp ghép các cấu kiện nhà
Chương 4 tính toán thiết bị và biện pháp công nghệ phục vụ lắp ghép khung thép nhà công nghiệp một tầng:
1. Lắp dựng cột thép
- Phương pháp lắp: Sử dụng phương pháp kéo lê chân cột trên xe gòng di động, điểm treo buộc và mặt móng bố trí cùng trên bán kính quay của cần trục (góc hợp bởi cột và phương ngang là $45^\circ$). Sơ đồ di chuyển máy đi dọc giữa các nhịp 1, 3, 5.
- Trọng lượng cấu kiện: Cột biên $Q_{CB} = 0,3759\text{ tấn}$, cột giữa $Q_{CG} = 0,5638\text{ tấn}$ (chiều cao cột $8\text{ m}$).
- Thiết bị treo buộc: Cáp mềm $6 \times 36 \times 1$ đường kính $D = 9\text{ mm}$, sức bền đứt $3.900\text{ kg} > S = 1.690\text{ kg}$ (hệ số an toàn $K = 6$).
- Chọn máy cẩu: Cần trục tự hành bánh xích MKG-16M với chiều dài tay cần $L = 15\text{ m}$ (không mỏ phụ), bán kính làm việc $R = 5,4\text{ m}$. Khả năng nâng cho phép $[Q] = 9,4\text{ tấn}$, chiều cao nâng $[H] = 15\text{ m}$. Hệ số sử dụng sức nâng $k_{sn} = 0,06$ (đối với cột biên) và $0,04$ (đối với cột giữa).
2. Lắp dựng dầm vì kèo, khung cửa trời, xà gồ và tôn mái
- Phương pháp cẩu lắp: Áp dụng phương pháp nâng bổng kết hợp khuếch đại dầm vì kèo và khung cửa trời thành khối lớn dưới mặt đất trước khi cẩu.
- Thông số nâng: Trọng lượng tổ hợp nâng $Q_{ck} = 3,953\text{ tấn}$. Thiết bị treo buộc sử dụng đòn treo mã hiệu 15946R-11 ($[Q] = 25\text{ tấn}$, trọng lượng đòn treo $G = 1,75\text{ tấn}$, chiều cao treo $h_{tr} = 3,6\text{ m}$), dây cáp cẩu $D = 20\text{ mm}$. Chiều cao nâng yêu cầu tại đầu cần $H_đ = 17,14\text{ m}$.
- Chọn máy cẩu: Cần trục XKG-30 (CKG-30) có chiều dài tay cần chính $L = 20\text{ m}$ và tay cần phụ (mỏ phụ) dài $5\text{ m}$, vị trí đứng máy $R = 6\text{ m}$, sức nâng cho phép $[Q] = 20\text{ tấn}$, chiều cao nâng $[H] = 19,4\text{ m}$, hệ số sử dụng sức nâng $k_{sn} = 0,2$.
- Lắp đặt hệ xà gồ và hệ giằng: Xà gồ thép định hình C125x50x15 (dày 2 mm, trọng lượng $4,004\text{ kg/m}$, nhịp $6\text{ m}$) được cẩu lắp theo từng bó 25 thanh (trọng lượng $600,6\text{ kg}$) bằng cáp cẩu đơn $D = 9\text{ mm}$. Hệ giằng mái gồm 64 thanh thép tròn $\varnothing20$ dài $7,5\text{ m}$, 64 thanh $\varnothing20$ dài $8,5\text{ m}$, 80 thanh chống thép C150x50x15 và 1.496 thanh giằng xà gồ $\varnothing12$ dài $1,3\text{ m}$.
Kết quả và đóng góp
Đồ án đã thiết lập hệ thống giải pháp kỹ thuật và tổ chức thi công hoàn chỉnh cho dự án nhà máy cơ khí tại KCN Hòa Khánh:
- Tối ưu hóa phương án đào đất: Phân tích định lượng khoảng cách mái dốc hố móng ($1,9\text{ m} \div 3,8\text{ m}$) chứng minh tính khả thi của phương án đào hố độc lập, tiết kiệm khối lượng đào đắp không cần thiết so với đào mương hay đào toàn bộ mặt bằng.
- Cân bằng dây chuyền sản xuất: Xác lập tiến độ thi công phân đoạn liên tục: công tác đào đất móng ($7\text{ ngày}$), bê tông móng đơn ($16\text{ ngày}$), bê tông giằng móng ($19,5\text{ ngày}$), lấp đất đợt 2 ($4\text{ ngày}$), đảm bảo kiểm soát chất lượng đóng rắn bê tông với thời gian gián đoạn kỹ thuật tiêu chuẩn (đạt cường độ $25\text{ daN/cm}^2$).
- Lựa chọn máy móc chuẩn xác: Tổ hợp máy thi công được kiểm toán chi tiết về mặt cơ học: máy đào EO-4321 kết hợp 8 xe ben THACO FD650 4WD; cần trục MKG-16M ($L = 15\text{ m}$) lắp cột và cần trục XKG-30 ($L = 20\text{ m} + 5\text{ m}$) lắp dàn mái, xà gồ.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
- Phạm vi tính toán: Thuyết minh tập trung giải quyết chi tiết các công tác chủ đạo (đất, móng, lắp ghép khung thép), chưa trình bày chi tiết tiến độ thi công của các công tác hoàn thiện (xây tường bao che, láng nền, hệ thống cơ điện M&E).
- Điều kiện thời tiết: Kế hoạch tiến độ chưa mô hình hóa các hệ số ảnh hưởng bất lợi của khí hậu khu vực Duyên hải Nam Trung Bộ (mùa mưa bão tại Đà Nẵng) lên năng suất ca của máy đào và máy cẩu.
- Hướng phát triển: Tích hợp mô hình thông tin công trình (BIM 4D/5D) để mô phỏng xung đột không gian đứng máy và tối ưu hóa biểu đồ nhân lực toàn dự án theo thời gian thực.
Giá trị tham khảo
Tài liệu là nguồn tư liệu thực tế có giá trị chuyên môn cao đối với:
- Sinh viên chuyên ngành Kỹ thuật Xây dựng, Kỹ thuật Công trình Xây dựng và Quản lý Xây dựng khi thực hiện đồ án môn học Tổ chức thi công, Đồ án Lắp ghép công trình và Đồ án Tốt nghiệp Kỹ sư Xây dựng.
- Kỹ sư hiện trường và cán bộ kỹ thuật thi công tham khảo quy trình phân tích hố móng, tính toán chọn cáp treo buộc, đòn treo và biểu đồ tính năng cần trục bánh xích cho nhà công nghiệp khẩu độ lớn.
Câu hỏi thường gặp
1. Tại sao công trình chọn phương án đào hố móng độc lập thay vì đào rãnh móng hay đào mở toàn bộ?
Dựa trên chiều sâu hố đào $H = 1,57\text{ m}$ và hệ số mái dốc $m = 0,253$, tác giả đã tính toán khoảng cách lưu không giữa đỉnh mái dốc của hai hố đào cạnh nhau theo phương dọc nhà đạt từ $1,9\text{ m}$ đến $3,6\text{ m}$, và theo phương ngang nhà đạt từ $3,1\text{ m}$ đến $3,6\text{ m}$. Khoảng cách này đủ rộng để máy đào vận hành ổn định mà không gây sạt lở lấn sang hố bên cạnh, giúp giảm thiểu khối lượng đào đất thừa.
2. Tổ hợp máy đào và phương tiện vận chuyển đất thừa được tính toán như thế nào?
Công trình sử dụng 01 máy đào gầu nghịch thủy lực EO-4321 (dung tích gầu $q = 0,55\text{ m}^3$, năng suất $74,3\text{ m}^3/\text{ca}$) phối hợp với 8 xe ben THACO FD650 4WD (tải trọng $6,4\text{ tấn}$, năng suất vận chuyển $110,95\text{ m}^3/\text{ca}$). Chu kỳ xe chạy một chuyến với cự ly $9\text{ km}$ là $65,76\text{ phút}$, đáp ứng yêu cầu vận chuyển $500,94\text{ m}^3$ đất thừa đi đổ trong 5 ca làm việc.
3. Yêu cầu kỹ thuật về thời gian gián đoạn công nghệ khi thi công bê tông móng là gì?
Để đảm bảo chất lượng liên kết và độ bền kết cấu, công tác lắp cốt thép chỉ được tiến hành khi lớp bê tông lót đạt cường độ $25\text{ daN/cm}^2$ (nghỉ 1 ngày); công tác lắp ván khuôn cổ móng tiến hành sau khi bê tông đáy móng đạt $25\text{ daN/cm}^2$ (nghỉ 1 ngày); và tháo ván khuôn sau khi bê tông cổ móng đạt $25\text{ daN/cm}^2$ (nghỉ 1 ngày).
4. Vì sao cần trục XKG-30 được chọn để thi công lắp dựng kết cấu mái?
Tổ hợp dàn mái và khung cửa trời sau khi khuếch đại có trọng lượng $3,953\text{ tấn}$ và yêu cầu chiều cao nâng tại đầu cần lên tới $H_đ = 17,14\text{ m}$. Cần trục XKG-30 có tay cần chính $20\text{ m}$ và mỏ phụ $5\text{ m}$, tại bán kính $R = 6\text{ m}$ cung cấp sức nâng $[Q] = 20\text{ tấn}$ và chiều cao nâng $[H] = 19,4\text{ m}$, hoàn toàn thỏa mãn yêu cầu kỹ thuật và cho phép lắp đặt đồng thời dầm, cửa trời, xà gồ và tôn mái.
Kết luận
Đồ án tốt nghiệp đã giải quyết trọn vẹn và khoa học bài toán tổ chức thi công xây dựng Nhà máy Cơ khí tại Khu công nghiệp Hòa Khánh, thành phố Đà Nẵng. Bằng việc kết hợp chặt chẽ giữa tính toán cơ giới hóa đồng bộ và phương pháp tổ chức thi công dây chuyền chuyên môn hóa, tác giả đã thiết lập các giải pháp thi công khả thi cho công tác đất, móng bê tông và lắp dựng kết cấu thép. Toàn bộ các thông số kỹ thuật, lựa chọn máy móc và bố trí nhân lực đều đáp ứng đầy đủ các yêu cầu kỹ thuật chuyên ngành và khung tiến độ 180 ngày của công trình.
