Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Trong nền kinh tế quốc dân, xây dựng cơ bản giữ vai trò chủ chốt ở khâu cuối cùng của quá trình tạo lập cơ sở vật chất - kỹ thuật và tài sản cố định thông qua các hình thức xây mới, cải tạo, mở rộng và hiện đại hóa. Hoạt động xây dựng sử dụng nguồn vốn đầu tư lớn, tiêu hao nhiều tài nguyên, nhân lực và máy móc thiết bị thi công. Do đó, việc thiết kế tổ chức thi công hợp lý có ý nghĩa quyết định nhằm tránh tình trạng ứ đọng vốn, giảm thiểu hao hụt vật tư và bảo đảm chất lượng công trình.
Mục tiêu cốt lõi của đồ án thiết kế tổ chức thi công là xác lập giải pháp tổng thể và chi tiết nhằm chuyển biến hồ sơ thiết kế kỹ thuật thành công trình thực tế với thời gian thi công ngắn nhất, bảo đảm chất lượng kỹ thuật, tối ưu hóa chi phí sản xuất, đồng thời bảo đảm an toàn lao động và vệ sinh môi trường.
Văn bản xác định 5 nhiệm vụ trọng tâm của công tác thiết kế tổ chức thi công:
- Nhiệm vụ công nghệ: Đề xuất các giải pháp công nghệ thực thi công tác xây lắp phù hợp với đặc điểm kết cấu, khối lượng công việc và điều kiện mặt bằng.
- Nhiệm vụ kỹ thuật: Lựa chọn quy trình, quy phạm, thông số máy móc thiết bị thi công phù hợp với tiêu chuẩn kỹ thuật; bảo đảm cung cấp nguồn lực đồng bộ và liên tục.
- Nhiệm vụ tổ chức: Phân chia và phối hợp các quá trình sản xuất trên công trường theo phương pháp dây chuyền, phân đoạn và phân đợt; lập biện pháp an toàn và bảo vệ môi trường đô thị.
- Nhiệm vụ kinh tế: Tối ưu hóa giá thành thi công từng hạng mục và toàn bộ công trình trên cơ sở bảo đảm tiến độ, thẩm mỹ và an toàn.
- Nhiệm vụ định hướng thực hiện: Xác lập tài liệu làm căn cứ định hướng chỉ đạo thi công, đánh giá kết quả theo từng giai đoạn và kiểm soát rủi ro.
Đối tượng nghiên cứu của đồ án là công trình Nhà làm việc A1 và Nhà làm việc A2 thuộc dự án xây dựng công trình đô thị tại thành phố Hà Nội. Phạm vi nghiên cứu bao gồm việc tính toán khối lượng, lựa chọn công nghệ, thiết kế biện pháp kỹ thuật và tổ chức thi công cho các phần việc chính: công tác đất, công tác bê tông cốt thép móng, kết cấu bê tông cốt thép phần thân, công tác xây tường, lập tổng tiến độ và thiết kế tổng mặt bằng thi công trong khung thời gian thiết kế năm 2024.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp
Đồ án vận dụng hệ thống lý thuyết về tổ chức sản xuất xây dựng, lý thuyết thi công theo phương pháp dây chuyền chuyên môn hóa, phương pháp phân đoạn và phân kỳ công nghệ đối với công trình bê tông cốt thép toàn khối. Các tính toán kỹ thuật và nghiệm thu tuân thủ tiêu chuẩn quốc gia:
- Tiêu chuẩn áp dụng: TCVN 4447 – 2012 "Công tác đất - Quy phạm thi công và nghiệm thu".
- Hệ thống định mức sử dụng: Hệ thống định mức kinh tế kỹ thuật xây dựng cơ bản và định mức nội bộ doanh nghiệp (định mức đào đất thủ công: 0,7 công/$\text{m}^3$; định mức ca máy hàn: 0,81 ca/tấn; định mức ca máy cắt uốn thép: 0,35 ca/tấn).
Phương pháp nghiên cứu và giải quyết vấn đề trong đồ án bao gồm:
- Phương pháp bóc tách và tính toán khối lượng: Dựa trên hồ sơ thiết kế hình học móng, cột, dầm, sàn và tường xây để tính toán khối lượng bê tông ($\text{m}^3$), ván khuôn ($\text{m}^2$), cốt thép (tấn) và khối lượng đất đào ($\text{m}^3$).
- Phương pháp tính toán thông số kỹ thuật máy xây dựng: Xác định năng suất kỹ thuật và năng suất định mức của máy đào gầu nghịch, xe ô tô tự đổ, cần trục tự hành bánh lốp, máy trộn bê tông, máy đầm bàn và máy đầm dùi.
- Phương pháp so sánh kinh tế - kỹ thuật: Thiết lập các phương án tổ chức thi công dây chuyền khác nhau (thay đổi số lượng phân đoạn), tính toán thời gian thi công ($T$) và giá thành quy ước ($G = T + GT + C_k$) để lựa chọn phương án tối ưu.
Nguồn dữ liệu sử dụng trong đồ án gồm: hồ sơ bản vẽ thiết kế kiến trúc và kết cấu Nhà A1 (mặt đứng, mặt bằng tầng 2, mặt cắt móng); số liệu khảo sát địa chất công trình (nền đất sét pha nửa rắn cấp II, hệ số mái dốc tự nhiên $m = 0,5$, mực nước ngầm nằm sâu); số liệu khảo sát khí hậu khu vực Hà Nội (nhiệt độ trung bình $23,9^\circ\text{C}$, độ ẩm trung bình $85,5%$, mùa mưa bão từ tháng 7 đến tháng 9).
Nội dung chính theo từng chương
Phần mở đầu: Vai trò, nhiệm vụ và nội dung của đồ án thiết kế tổ chức thi công
Trình bày vai trò của ngành xây dựng cơ bản đối với sự phát triển kinh tế quốc dân. Phân tích ý nghĩa của công tác thiết kế tổ chức thi công trong việc liên tục hóa quá trình xây lắp, nâng cao hiệu quả sử dụng vốn và mặt bằng. Xác lập 5 nhóm mục tiêu và nhiệm vụ kỹ thuật - công nghệ - tổ chức - kinh tế làm kim chỉ nam cho các chương tính toán tiếp theo.
Chương 1: Giới thiệu chung
Phân tích vị trí xây dựng tại khu vực đô thị Hà Nội với các điều kiện tiếp giáp: phía Đông giáp công trình hiện hữu, phía Tây giáp đường liên khu, phía Nam giáp đường nội bộ, phía Bắc giáp nhà trẻ hiện có. Dự án gồm 2 hạng mục nhà làm việc chính (Nhà A1 và Nhà A2) có quy mô 5 tầng, diện tích xây dựng mỗi nhà $580\text{ m}^2$, tổng diện tích sàn $2.900\text{ m}^2$, cùng các hạng mục phụ trợ như nhà để xe ($1.024\text{ m}^2$), nhà bảo vệ ($8\text{ m}^2$), sân thể thao, bể chứa nước ngầm, trạm xử lý nước và trạm biến áp. Kết cấu công trình sử dụng khung dầm bê tông cốt thép chịu lực đổ toàn khối mác M250#, thép cốt gồm nhóm AI ($d < 10\text{ mm}$), AII ($10 \le d < 18\text{ mm}$) và AIII ($d \ge 18\text{ mm}$).
Tác giả đề xuất phương hướng thi công tổng quát: áp dụng phương pháp dây chuyền, chia công trình làm 3 giai đoạn chính gồm Phần ngầm (đào đất máy kết hợp sửa thủ công, đổ bê tông lót M100, thi công bê tông móng M300 bằng bơm); Phần thân (thi công theo 2 đợt: đợt 1 đổ cột, đợt 2 thi công dầm, sàn, thang bằng cốp pha thép và giáo chống PAL); Phần hoàn thiện và mái (kết hợp hoàn thiện từ trên xuống và từ dưới lên).
Chương 2: Tính toán khối lượng các công tác chủ yếu
Chương này thực hiện bóc tách khối lượng chi tiết cho toàn bộ các công tác xây lắp chính của hai khối nhà A1 và A2.
| Hạng mục công việc | Đơn vị tính | Khối lượng Nhà A1 | Tổng khối lượng (Nhà A1 + A2) |
|---|---|---|---|
| Đào đất bằng máy | $\text{m}^3$ | 640,60 | 1.500,70 |
| Đào và sửa đất thủ công | $\text{m}^3$ | 109,75 | 219,50 |
| Bê tông móng (đài, giằng, cổ cột) | $\text{m}^3$ | 120,85 | 241,70 |
| Bê tông lót móng | $\text{m}^3$ | 12,85 | 25,70 |
| Cốt thép móng | kg | 4.713,07 | 9.426,13 |
| Ván khuôn móng | $\text{m}^2$ | 386,71 | 773,43 |
| Bê tông cột phần thân (tầng 1-5) | $\text{m}^3$ | 86,53 | 173,05 |
| Cốt thép cột | tấn | 10,39 | 20,77 |
| Ván khuôn cột | $100\text{ m}^2$ | 10,82 | 21,63 |
| Bê tông dầm sàn cầu thang (tầng 1-5) | $\text{m}^3$ | 416,60 | 833,20 |
| Cốt thép dầm sàn cầu thang | tấn | 39,58 | 79,15 |
| Ván khuôn dầm sàn cầu thang | $100\text{ m}^2$ | 38,75 | 77,49 |
| Xây tường chiều dày 110 mm | $\text{m}^3$ | - | 72,25 |
| Xây tường chiều dày 220 mm | $\text{m}^3$ | - | 1.298,94 |
Chương 3: Tổ chức thi công các công tác chính
Tác giả thiết kế biện pháp kỹ thuật và tổ chức chi tiết cho từng công tác:
- Công tác đào đất: Lựa chọn máy đào gầu nghịch SK75SR-3 (dung tích gầu $q = 0,35\text{ m}^3$, năng suất định mức $N_{\text{đm}} = 333,32\text{ m}^3/\text{ca}$). Thời gian đào máy cho 2 nhà là 4 ngày (1 ca/ngày). Bố trí tổ đội 23 công nhân sửa thủ công hố móng trong 7 ngày (161 công). Đất thải được vận chuyển bằng 5 xe ô tô tự đổ tải trọng 7 tấn về bãi thải cách 5 km. Chi phí thi công đào đất gồm: chi phí trực tiếp $T = 71.850.000$ đồng, chi phí gián tiếp $GT = 7.328.700$ đồng, chi phí khác $C_k = 2.000.000$ đồng (tổng chi phí $81.178.700$ đồng).
- Công tác bê tông móng: Thiết kế so sánh 2 phương án tổ chức thi công dây chuyền:
- Phương án 1: Chia mặt bằng làm 4 phân đoạn thi công. Thời gian thi công $T = 9$ ngày. Giá thành quy ước: $132.680.000$ đồng (chi phí trực tiếp $120.000.000$ đồng, chi phí gián tiếp $12.680.000$ đồng).
- Phương án 2: Chia mặt bằng làm 6 phân đoạn thi công. Thời gian thi công $T = 10$ ngày. Giá thành quy ước: $170.780.000$ đồng (chi phí trực tiếp $154.000.000$ đồng, chi phí gián tiếp $15.780.000$ đồng).
- Lựa chọn: Chọn Phương án 1 do tối ưu hơn về thời gian và tiết kiệm chi phí.
- Lựa chọn thiết bị cơ giới thi công:
- Cần trục tự hành bánh lốp TADANO TR-100M (sức nâng lớn nhất 10 tấn, chiều dài cần 23,2 m) phục vụ vận chuyển cốt thép và ván khuôn móng.
- 1 máy trộn bê tông mini CKNL-100L (dung tích thùng 100 lít, năng suất $12,54\text{ m}^3/\text{ca}$) đổ bê tông lót.
- 1 máy đầm bàn PC60 (công suất 1 kW, năng suất $15,4\text{ m}^3/\text{ca}$).
- 4 máy đầm dùi chạy điện UB-47 (công suất 1,5 kW, năng suất $64,8\text{ m}^3/\text{ca}$).
- 1 xe bơm bê tông Putzmeister-32Z-12L phục vụ đổ bê tông thương phẩm móng.
- 2 máy hàn xoay chiều SAKURA BX1-315 ($23\text{ kW}$) và 1 máy uốn liên hợp GUTE GQW-40 ($5\text{ kW}$).
- Công tác thi công phần thân: Quy trình thi công phân tầng theo 2 đợt. Cột sử dụng cốp pha thép định hình liên kết gông khóa, kiểm tra độ thẳng đứng bằng máy kinh vĩ. Dầm và sàn sử dụng cốp pha thép kết hợp đà giáo PAL chịu lực. Bê tông cột đổ bằng cần trục tháp; bê tông dầm sàn đổ bằng máy bơm tĩnh. Quy định tháo ván khuôn cột sau 2 ngày và tháo ván khuôn dầm sàn khi bê tông đạt tối thiểu $75%\text{ R}_{28}$.
Chương 4: Thiết kế tổng tiến độ
Lập và thuyết minh tổng tiến độ thi công công trình, thể hiện mối quan hệ ràng buộc giữa các dây chuyền chuyên môn hóa từ phần ngầm, kết cấu thân đến hoàn thiện.
Chương 5: Tính toán cơ sở hạ tầng và thiết kế tổng mặt bằng thi công
Tính toán nhu cầu cung cấp điện, nước phục vụ thi công; bố trí mạng lưới đường giao thông công trường, lán trại tạm, kho bãi tập kết vật tư và vị trí đặt máy thi công; đánh giá hệ số sử dụng tổng mặt bằng.
Chương 6: Tính toán giá thành các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật
Xác định chi phí xây dựng trực tiếp ($C_{\text{XD}}$), chi phí gián tiếp, chi phí khác; thiết lập biểu đồ phát triển giá thành và tổng hợp các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của phương án thi công.
Kết quả và đóng góp
Đồ án đã lượng hóa và thiết lập toàn bộ các chỉ tiêu kỹ thuật - kinh tế cho việc tổ chức xây dựng cụm công trình nhà làm việc đô thị:
- Xác định chính xác khối lượng thi công chủ yếu: $1.500,70\text{ m}^3$ đất đào máy, $241,70\text{ m}^3$ bê tông móng, $173,05\text{ m}^3$ bê tông cột, $833,20\text{ m}^3$ bê tông dầm sàn, $1.298,94\text{ m}^3$ tường xây 220 mm.
- Lựa chọn thành công phương án thi công móng tối ưu (Phương án 1 - 4 phân đoạn) giúp rút ngắn thời gian thi công xuống 9 ngày (so với 10 ngày của Phương án 2) và giảm chi phí từ $170.780.000$ đồng xuống còn $132.680.000$ đồng.
- Tính toán và lựa chọn đồng bộ hệ thống máy móc cơ giới chuyên dụng (máy đào SK75SR-3, cẩu tự hành TADANO TR-100M, máy bơm Putzmeister-32Z-12L, giáo PAL).
- Đóng góp thực tiễn của đồ án là xây dựng giải pháp tổ chức thi công dây chuyền phù hợp với điều kiện mặt bằng thi công nội đô Hà Nội (kiểm soát tiếng ồn, vệ sinh môi trường, bảo đảm an ninh trật tự do tiếp giáp khu dân cư và nhà trẻ).
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
- Hạn chế: Các tính toán chuyên sâu về tổ chức và so sánh kinh tế - kỹ thuật trong thuyết minh tập trung chủ yếu vào 2 khối nhà làm việc A1, A2; các hạng mục phụ trợ (nhà để xe, trạm xử lý nước, bể ngầm, trạm biến áp) mới dừng ở mức xác định diện tích quy hoạch mà chưa lập biện pháp tổ chức thi công chi tiết.
- Hướng nghiên cứu tiếp: Mở rộng thiết kế chi tiết biện pháp thi công cho toàn bộ các hạng mục phụ trợ và hạ tầng kỹ thuật ngoài nhà; nghiên cứu ứng dụng phần mềm chuyên ngành để mô phỏng tiến độ thi công 4D và quản lý dòng tiền theo thời gian thực.
Giá trị tham khảo
Đồ án là tài liệu tham khảo phù hợp cho:
- Sinh viên chuyên ngành Kỹ thuật Xây dựng, Kinh tế và Quản lý Xây dựng khi thực hiện đồ án môn học Tổ chức thi công hoặc Đồ án tốt nghiệp kỹ sư/cử nhân.
- Cán bộ kỹ thuật và chỉ huy trưởng công trình tham khảo phương pháp tính toán năng suất máy đào, máy trộn, máy đầm, cũng như quy trình lập bảng so sánh kinh tế - kỹ thuật giữa các phương án phân chia phân đoạn thi công bê tông móng và kết cấu thân.
Câu hỏi thường gặp
1. Công trình có quy mô kiến trúc và đặc điểm kết cấu như thế nào? Công trình gồm 2 khối nhà chính A1 và A2 cao 5 tầng, diện tích xây dựng mỗi nhà $580\text{ m}^2$, tổng diện tích sàn $2.900\text{ m}^2$. Kết cấu chịu lực là khung dầm bê tông cốt thép toàn khối, bê tông kết cấu mác M250#, cốt thép sử dụng nhóm AI ($d < 10\text{ mm}$), AII ($10 \le d < 18\text{ mm}$) và AIII ($d \ge 18\text{ mm}$).
2. Giải pháp và thông số đào đất hố móng được xác định ra sao? Hố móng sâu $1,6\text{ m}$, đào mở taluy với hệ số dốc $m = 0,5$ trên nền đất sét pha nửa rắn cấp II. Tác giả sử dụng máy đào gầu nghịch SK75SR-3 dung tích gầu $0,35\text{ m}^3$ (đào $1.500,70\text{ m}^3$ trong 4 ngày) kết hợp tổ đội 23 công nhân sửa thủ công ($219,50\text{ m}^3$ trong 7 ngày), vận chuyển đất bằng 5 xe ô tô tự đổ 7 tấn cự ly 5 km.
3. Tại sao tác giả lựa chọn Phương án 1 trong công tác thi công bê tông móng? Phương án 1 (chia mặt bằng làm 4 phân đoạn) có thời gian thi công 9 ngày và tổng chi phí quy ước $132.680.000$ đồng, trong khi Phương án 2 (chia làm 6 phân đoạn) mất 10 ngày và chi phí lên tới $170.780.000$ đồng. Phương án 1 giúp tiết kiệm $38.100.000$ đồng và rút ngắn 1 ngày thi công.
4. Thiết bị cẩu lắp phục vụ thi công móng có thông số kỹ thuật gì? Tác giả lựa chọn cần trục tự hành bánh lốp TADANO TR-100M (xuất xứ Nhật Bản) có sức nâng tối đa 10 tấn, chiều dài cần 23,2 m, tốc độ di chuyển $49\text{ km/h}$ và chân chống dạng chữ H để vận chuyển cốt thép và ván khuôn móng.
5. Công nghệ thi công kết cấu phần thân được phân chia thành mấy đợt? Mỗi tầng nhà được chia thành 2 đợt thi công: Đợt 1 thi công toàn bộ cột, vách (lắp cốt thép $\rightarrow$ ghép ván khuôn $\rightarrow$ đổ bê tông bằng cẩu tháp $\rightarrow$ tháo ván khuôn sau 2 ngày); Đợt 2 thi công dầm, sàn, cầu thang bộ (lắp ván khuôn đáy dầm, cốt thép dầm $\rightarrow$ ván khuôn sàn và thành dầm $\rightarrow$ cốt thép sàn $\rightarrow$ đổ bê tông bằng máy bơm tĩnh $\rightarrow$ tháo dỡ ván khuôn khi đạt tối thiểu $75%\text{ R}_{28}$).
Kết luận
Đồ án môn học "Tổ chức và xây dựng công trình đô thị" đã thiết kế hoàn chỉnh phương án tổ chức thi công cho cụm công trình nhà làm việc 5 tầng tại Hà Nội. Bằng việc áp dụng phương pháp thi công dây chuyền và so sánh hiệu quả kinh tế - kỹ thuật giữa các phương án phân đoạn, tác giả đã lựa chọn được giải pháp tối ưu về thời gian, chi phí và trang thiết bị cơ giới cho các công tác đất, móng và kết cấu thân. Văn bản cung cấp các số liệu tính toán chi tiết, đáp ứng đầy đủ các yêu cầu kỹ thuật thi công xây dựng hiện hành.