Giới thiệu dự án
Trong bối cảnh đô thị hóa nhanh tại các trung tâm kinh tế lớn như Hà Nội, nhu cầu xây dựng các công trình dân dụng nhiều tầng trên nền địa chất phức tạp xen kẹt trong khu dân cư đông đúc ngày càng gia tăng. Theo thống kê của ngành Xây dựng, các sự cố liên quan đến biến dạng công trình lân cận, lún nứt nền móng và sập đổ hệ đà giáo cốp pha chiếm hơn 35% tổng số rủi ro thi công phần ngầm và kết cấu thô. Do đó, việc lập và tối ưu hóa giải pháp kỹ thuật thi công toàn diện đóng vai trò quyết định đến chất lượng, an toàn và hiệu quả kinh tế của toàn bộ dự án.
Đồ án Kỹ thuật Thi công I giải quyết bài toán thiết kế biện pháp thi công tổng thể cho công trình dân dụng 7 tầng kết cấu bê tông cốt thép (BTCT) toàn khối tại Hà Nội. Công trình có quy mô mặt bằng $41{,}4\text{ m} \times 19{,}2\text{ m}$ (gồm 9 nhịp phương X kích thước $4{,}6\text{ m}$; các nhịp phương Y lần lượt là $5{,}0\text{ m}$, $3{,}9\text{ m}$ và $5{,}3\text{ m}$), chiều cao tổng thể $25{,}6\text{ m}$ (Tầng 1: $4{,}3\text{ m}$; Tầng 2-6: $3{,}6\text{ m}$; Tầng mái: $3{,}3\text{ m}$).
MẶT CẮT CÔNG TRÌNH TỔNG THỂ
+25.60 m ------------------------------------------------------------- [MÁI: 3.3m]
+22.30 m ------------------------------------------------------------- [TẦNG 7: 3.6m]
+18.70 m ------------------------------------------------------------- [TẦNG 6: 3.6m]
+15.10 m ------------------------------------------------------------- [TẦNG 5: 3.6m]
+11.50 m ------------------------------------------------------------- [TẦNG 4: 3.6m]
+7.90 m ------------------------------------------------------------- [TẦNG 3: 3.6m]
+4.30 m ------------------------------------------------------------- [TẦNG 2: 3.6m]
±0.00 m ============================================================= [TẦNG 1: 4.3m]
-1.40 m -----------------[ĐÁY ĐÀI MÓNG]-------------------------------
-7.00 m ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ [MỰC NƯỚC NGẦM TỰ NHIÊN] ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~
-24.00 m =================[MŨI CỌC BÊ TÔNG D450]=======================
Vấn đề cốt lõi đặt ra bao gồm:
- Thi công hệ móng sâu chịu tải trọng thiết kế lớn ($P_{tk} = 135\text{ tấn/cọc}$) xuyên qua địa tầng yếu (lớp cát pha dày $1{,}5\text{ m}$, cát hạt nhỏ $13{,}5\text{ m}$, sét pha dẻo mềm $1{,}5\text{ m}$ và cắm vào lớp cuội sỏi $>15\text{ m}$) trong điều kiện hạn chế rung động đối với công trình lân cận.
- Quản lý khối lượng đào đắp $683{,}6\text{ m}^3$ trên mặt bằng chật hẹp, tối ưu hóa phối hợp cơ giới và thủ công nhằm không phá vỡ cấu trúc đất đáy móng.
- Thiết kế hệ thống ván khuôn - cây chống chịu lực cho hệ khung dầm sàn phức tạp (dầm chính $300 \times 550\text{ mm}$, $300 \times 500\text{ mm}$; dầm phụ $220 \times 500\text{ mm}$; sàn dày $120\text{ mm}$; cột $300 \times 400\text{ mm}$ và $350 \times 400\text{ mm}$), kiểm soát tải trọng gió ở độ cao lớn ($W_0 = 0{,}95\text{ kN/m}^2$) và rút ngắn chu kỳ luân chuyển ván khuôn theo sơ đồ $2{,}5$ tầng.
Mục tiêu kỹ thuật của đề tài:
- Xác lập phương án thi công cọc ép trước bằng robot thủy lực tự hành Sunward ZYJ 600B cho 222 tim cọc tròn ly tâm D450 dài $24\text{ m}$, đáp ứng lực ép thiết kế $P_{ep} \ge 578{,}6\text{ tấn}$.
- Thiết kế quy trình đào đất phân khoang tối ưu, kết hợp máy đào gầu nghịch EO-3322D ($0{,}63\text{ m}^3$) và thủ công sửa đáy móng đến cao độ $-1{,}2\text{ m}$.
- Tính toán kiểm tra bền và biến dạng võng cho hệ cốp pha định hình thép, đà ngang - đà dọc gỗ nhóm V ($10 \times 12\text{ cm}$) kết hợp hệ giáo chống PAL và cây chống đơn Lenex V1.
- Xây dựng quy trình thí nghiệm nén tĩnh cọc theo tiêu chuẩn chuyên ngành, đảm bảo kiểm soát chất lượng móng trước khi thi công đại trà.
- Thiết lập tiến độ thi công và giải pháp an toàn lao động, vệ sinh môi trường đô thị đạt chuẩn quốc gia.
Phạm vi nghiên cứu tập trung vào biện pháp kỹ thuật thi công giai đoạn kết cấu phần ngầm (cọc, đất, móng) và phần thân (ván khuôn, giàn giáo tầng điển hình) của công trình BTCT cấp độ bền B20, cốt thép CI ($R_s = 225\text{ MPa}$) và CII ($R_s = 280\text{ MPa}$).
Phân tích và thiết kế giải pháp
Phân tích hiện trạng
Quá trình thi công móng sâu và kết cấu khung BTCT trong đô thị đòi hỏi phải đánh giá toàn diện các phương án công nghệ hiện hữu để lựa chọn giải pháp khả thi nhất.
| Giải pháp công nghệ |
Ưu điểm |
Nhược điểm |
Đánh giá tính phù hợp |
| Búa đóng cọc Diesel |
Năng lượng xung kích lớn, giá thành ca máy thấp, tốc độ hạ cọc nhanh. |
Gây tiếng ồn $>110\text{ dB}$, chấn động mạnh gây nứt công trình lân cận, dễ vỡ đầu cọc. |
Không khả thi trong khu đô thị mới giáp công trình hiện hữu. |
| Ép cọc cơ khí tải đối trọng rời |
Chi phí đầu tư thiết bị thấp, công nghệ quen thuộc. |
Chiếm dụng mặt bằng lớn, di chuyển đối trọng cồng kềnh, nguy cơ lật giàn ép cao, năng suất thấp. |
Hạn chế, khó đáp ứng lực ép lớn $P_{max} = 578{,}6\text{ tấn}$. |
| Ép cọc Robot thủy lực tự hành (Sunward ZYJ 600B) |
Lực ép lên tới $600\text{ tấn}$, êm ái, không rung chấn, tự định vị di chuyển cơ động, ép ôm tự động. |
Trọng lượng bản thân lớn ($600\text{ tấn}$), yêu cầu mặt bằng chịu tải tốt trước khi di chuyển máy. |
Tối ưu nhất, đáp ứng đầy đủ yêu cầu chịu tải và an toàn đô thị. |
| Đào đất cơ giới 100% |
Năng suất rất cao, rút ngắn tối đa tiến độ thi công. |
Răng gầu dễ làm xáo động kết cấu đất nguyên thổ đáy móng, nguy cơ va chạm gãy đầu cọc ép. |
Không an toàn, vi phạm quy phạm kỹ thuật nền móng. |
| Đào kết hợp Máy (EO-3322D) + Thủ công |
Máy đào nhanh đến đáy giằng ($-0{,}85\text{ m}$), công nhân sửa thủ công $35\text{ cm}$ đến cốt bê tông lót ($-1{,}2\text{ m}$). |
Cần điều phối nhịp nhàng giữa máy và tổ đội nhân công. |
Tối ưu kỹ thuật, bảo toàn nguyên vẹn nền đất chịu lực. |
Yêu cầu kỹ thuật theo thang phân loại MoSCoW:
- Must Have: Lực ép danh định máy ép $P_{may} \ge 578{,}6\text{ tấn}$; Thí nghiệm nén tĩnh tối thiểu 3-4 cọc thử theo TCXDVN 269:2002; Chiều dày lớp đất bảo vệ đáy móng đào thủ công $\ge 10\text{ cm}$; Độ võng cốp pha $f \le [f] = L/400$.
- Should Have: Sử dụng ván khuôn định hình kim loại liên hợp phụ kiện góc để tái sử dụng luân chuyển $\ge 20$ lần; Bơm bê tông thương phẩm kết hợp xe chuyển trộn rút ngắn thời gian đổ.
- Could Have: Ứng dụng phụ gia trương nở chèn đầu cọc; Cảm biến tải trọng điện tử hiển thị trực tiếp áp lực kích thủy lực.
- Won't Have: Không thi công ép sau hay sử dụng hệ kích nhồi thủ công trong đài móng.
+-----------------------------------------------------------------------------------+
| TIÊU CHUẨN KỸ THUẬT ÁP DỤNG |
+-----------------------------------------------------------------------------------+
| • TCVN 9394:2012 : Đóng và ép cọc - Tiêu chuẩn thi công và nghiệm thu |
| • TCVN 4447:2012 : Công tác đất - Tiêu chuẩn thi công và nghiệm thu |
| • TCVN 4453:1995 : Kết cấu BTCT toàn khối - Quy phạm thi công và nghiệm thu |
| • TCXDVN 269:2002: Cọc - Phương pháp thí nghiệm hiện trường bằng tải trọng tĩnh |
+-----------------------------------------------------------------------------------+
Thiết kế hệ thống
Giải pháp kỹ thuật thi công được tổ chức thành chuỗi liên hoàn từ xử lý phần ngầm đến lắp dựng kết cấu phần thân.
graph TD
A["Mặt bằng hiện trạng & Định vị mốc trắc đạc"] --> B["Thí nghiệm nén tĩnh 4 cọc thử (TCXDVN 269:2002)"]
B --> C["Ép cọc đại trà 222 tim cọc (Sunward ZYJ 600B)"]
C --> D["Đào đất cơ giới đến cốt -0.85m (Máy xúc EO-3322D)"]
D --> E["Đào thủ công 35cm + Đập đầu cọc cốt -1.2m"]
E --> F["Bê tông lót & Cốt thép Đài - Giằng móng"]
F --> G["Lắp dựng Cốp pha & Đổ BT Đài M1, M2, Giằng GM"]
G --> H["Bảo dưỡng, tháo cốp pha móng & Đắp đất đầm cóc"]
H --> I["Lắp dựng Cốp pha Cột (Gông thép lg=80cm, Lenex V1)"]
I --> J["Lắp dựng Cốp pha Dầm - Sàn (Giáo PAL, Đà gỗ V)"]
J --> K["Nghiệm thu BTCT & Đổ bê tông theo chu kỳ 2.5 tầng"]
Thông số vật liệu và thiết bị chính:
- Bê tông: Cấp độ bền B20 (tương đương Mác 250), dung trọng $\gamma_{bt} = 25\text{ kN/m}^3$.
- Cốt thép: Thép tròn trơn CI ($R_s = 225\text{ MPa}$), thép gân CII ($R_s = 280\text{ MPa}$), hàm lượng thép $\mu = 1{,}5%$.
- Máy ép cọc Robot Sunward ZYJ 600B: Lực ép cực đại $6000\text{ kN}$ ($600\text{ tấn}$), công suất ép $37\text{ kW}$, công suất cẩu $22\text{ kW}$, kích thước di chuyển bước $3{,}6\text{ m}$, tốc độ ép $0{,}6 \div 6{,}45\text{ m/phút}$.
- Máy đào xúc EO-3322D: Dung tích gầu $q = 0{,}63\text{ m}^3$, bán kính đào cực đại $R = 7{,}5\text{ m}$, chiều sâu đào $H = 4{,}4\text{ m}$, chu kỳ quay $t_{ck} = 17\text{ s}$.
- Xe vận chuyển: Xe ben Howo 3 chân tải trọng $13\text{ tấn}$; Xe vận tải cọc Hyundai $15\text{ tấn}$.
- Hệ cốp pha - cây chống: Ván khuôn thép định hình bản rộng $200\text{ mm}$, $300\text{ mm}$ ($E = 2{,}1 \times 10^4\text{ kN/cm}^2$, $R = 21\text{ kN/cm}^2$, $W = 5{,}1 \div 6{,}57\text{ cm}^3$, $J = 28{,}46\text{ cm}^4$); Khung giáo tam giác PAL; Cây chống đơn Lenex V1 (sức chịu tải $1700 \div 2200\text{ kG}$); Đà ngang/dọc gỗ nhóm V $10 \times 12\text{ cm}$ ($E = 1{,}1 \times 10^3\text{ kN/cm}^2$, $[\sigma] = 1{,}5\text{ kN/cm}^2$).
Methodology
Biện pháp thi công áp dụng theo phương pháp dây chuyền công nghệ tuần tự và phân đoạn nhịp nhàng, tối ưu hóa theo phương pháp Đường găng (Critical Path Method - CPM).
+------------------------------------------------------------------------------------+
| TIẾN ĐỘ THI CÔNG TRỌNG ĐIỂM (WBS) |
+------------------------------------------------------------------------------------+
| [Tuần 1] : Chuẩn bị mặt bằng, định vị giác móng, thí nghiệm nén tĩnh 4 cọc thử. |
| [Tuần 2-5]: Ép cọc đại trà 222 tim cọc bằng Robot ZYJ 600B (25.87 ca máy). |
| [Tuần 6] : Đào đất máy EO-3322D (1.06 ca) + Đào thủ công + Đập đầu cọc. |
| [Tuần 7] : Thi công bê tông lót, cốt thép, ván khuôn và đổ bê tông đài/giằng. |
| [Tuần 8] : Tháo cốp pha móng, lấp đất hố móng đợt 1 & 2 đầm cóc kỹ thuật. |
| [Tuần 9-14]: Thi công BTCT phần thân theo chu kỳ ván khuôn 2.5 tầng (10 ngày/sàn).|
+------------------------------------------------------------------------------------+
Quản trị rủi ro thi công:
- Rủi ro dịch chuyển/đẩy trồi cọc khi ép cụm dày: Áp dụng sơ đồ ép cọc từ giữa tim công trình tỏa ra hai phía biên; duy trì khoảng cách cọc tối thiểu $3D = 1350\text{ mm}$.
- Rủi ro sạt lở hố móng do mưa: Đào vách đứng có mái dốc ổn định kết hợp đào rãnh thu nước tạm xung quanh hố móng về hố thu nước và bơm cưỡng bức ra hệ thống thoát nước đô thị.
- Rủi ro mất ổn định cốp pha do áp lực vữa tươi và gió bão: Bố trí khoảng cách gông cột $l_g = 80\text{ cm} \le 145{,}18\text{ cm}$, neo giữ tăng đơ cáp thép neo chân cột $d = 6\text{ mm}$ ($F = 0{,}283\text{ cm}^2$), kiểm định hệ giằng chéo giáo PAL.
Implementation và kết quả
Development process
1. Quy trình tính toán lựa chọn thiết bị ép cọc
Tải trọng tính toán đầu cọc: $P_{tk} = 135\text{ tấn}$.
Lực ép nhỏ nhất bảo đảm cọc chịu tải:
$$P_{e,min} = 2 \times P_{tk} = 2 \times 135 = 270\text{ tấn} \quad (\text{đồ án lựa chọn cận an toàn } 405\text{ tấn})$$
Lực ép danh định tối thiểu của thiết bị ép (khi huy động $70%$ công suất danh định máy):
$$P_{ep} \ge \frac{P_{e,max}}{0{,}7} = \frac{405}{0{,}7} = 578{,}6\text{ tấn}$$
Máy ép thủy lực Sunward ZYJ 600B có sức ép danh định $600\text{ tấn} > 578{,}6\text{ tấn}$, hoàn toàn thỏa mãn điều kiện làm việc ổn định không cần gia tải phụ tải.
Số lượng cọc toàn công trình:
- Móng M1 ($2{,}3 \times 2{,}3\text{ m}$): 24 đài $\times$ 4 cọc = 96 cọc.
- Móng M2 ($2{,}3 \times 3{,}65\text{ m}$): 21 đài $\times$ 6 cọc = 126 cọc.
- Tổng số cọc: 222 cọc ($L_{coc} = 24\text{ m}$, gồm đoạn mũi $14\text{ m}$ + đoạn thân $10\text{ m}$). Tổng chiều dài ép: $5328\text{ m}$.
- Định mức ép cọc ước tính: $25{,}87\text{ ca máy} \to$ Lựa chọn 1 máy ép Robot tự hành thi công trọn gói trong 26 ca làm việc.
- Vận chuyển cọc: Sử dụng xe tải Hyundai $15\text{ tấn}$, chở 9 đoạn cọc/chuyến ($1{,}58\text{ tấn/đoạn}$) $\to$ Tổng số chuyến: $666 / 9 = 74\text{ chuyến}$.
2. Kỹ thuật đào đất và điều phối phương tiện
Khối lượng đất cần đào:
- Đào máy (từ mặt đất tự nhiên đến $-0{,}85\text{ m}$): $348{,}57\text{ m}^3$.
- Đào thủ công sửa hố móng (từ $-0{,}85\text{ m}$ đến $-1{,}2\text{ m}$): $232{,}37\text{ m}^3$.
- Đào đất hệ giằng móng: $102{,}66\text{ m}^3$.
- Tổng thể tích đào: $V_{\text{đào}} = 348{,}57 + 232{,}37 + 102{,}66 = 683{,}6\text{ m}^3$.
Năng suất máy đào gầu nghịch EO-3322D:
$$N = q \times \frac{k_d}{k_t} \times n_{ck} \times K_{tg} = 0{,}63 \times \frac{0{,}9}{1{,}2} \times 192{,}51 \times 0{,}7 = 65{,}69\text{ m}^3/\text{h}$$
Năng suất 1 ca ($8\text{ giờ}$): $N_{ca} = 65{,}69 \times 8 = 525{,}5\text{ m}^3/\text{ca}$.
Số ca máy đào cần thiết:
$$n = \frac{V_{\text{máy}}}{N_{ca}} = \frac{348{,}57 + 210{,}53}{525{,}5} \approx 1{,}06\text{ ca} \to \text{Bố trí 1 máy đào xúc trong 1-2 ngày}.$$
Nhu cầu xe Howo 3 chân $13\text{ tấn}$ phục vụ cự ly đổ $100\text{ m}$:
- Thời gian một chu kỳ xe: $t_c' = \frac{0{,}1}{15} + \frac{0{,}1}{20} + 0{,}01 + 0{,}013 = 0{,}035\text{ h}$.
- Số lượng xe phối thuộc liên tục: $n_{xe} = \frac{N \times 0{,}035}{Q \times 0{,}9} + 1 \approx 1\text{ xe}$.
3. Kiểm nghiệm cơ học hệ ván khuôn - cây chống
Đoạn mã Python mô phỏng kiểm tra bền và biến dạng võng cho ván khuôn cột và đáy dầm:
import math
def verify_formwork_column():
# Tải trọng tính toán tác dụng lên ván khuôn cột (kN/m2)
gamma_bt = 25.0 # kN/m3
H_calc = 0.5 # m
q1_tc = gamma_bt * H_calc
q2_tc, q3_tc = 2.0, 4.0
q_tc_bt = q1_tc + max(q2_tc, q3_tc)
q_tt_bt = (q1_tc * 1.3) + (max(q2_tc, q3_tc) * 1.3)
# Tải trọng gió tại cao độ tầng 4-7
q_gio_tt = 0.3694 # kN/m2
q_gio_tc = 0.3078 # kN/m2
q_tt = q_tt_bt + q_gio_tt # ~ 21.82 kN/m2
q_tc = q_tc_bt + q_gio_tc # ~ 16.81 kN/m2
# Kiểm tra ván khuôn rộng b = 300mm
b = 0.3 # m
qb_tt = q_tt * b # 6.546 kN/m
qb_tc = q_tc * b # 5.043 kN/m
R = 21.0 # kN/cm2 (thép)
W = 6.57 # cm3
E = 2.1e4 # kN/cm2
J = 28.46 # cm4
# Khoảng cách gông cho phép theo độ bền
lg_max_strength = math.sqrt((10 * R * W) / (qb_tt / 100)) # quy đổi qb_tt sang kN/cm
# Chọn khoảng cách gông thực tế lg = 80 cm
lg_chosen = 80.0 # cm
# Kiểm tra độ võng
f = (qb_tc / 100 * (lg_chosen**4)) / (128 * E * J)
f_allow = lg_chosen / 400.0
return {
"lg_max_calc_cm": lg_max_strength,
"lg_chosen_cm": lg_chosen,
"actual_deflection_cm": f,
"allowable_deflection_cm": f_allow,
"is_safe": (lg_chosen <= lg_max_strength) and (f <= f_allow)
}
res = verify_formwork_column()
print(f"Khoảng cách gông cho phép: {res['lg_max_calc_cm']:.2f} cm | Chọn: {res['lg_chosen_cm']} cm")
print(f"Độ võng: {res['actual_deflection_cm']:.4f} cm <= Cho phép: {res['allowable_deflection_cm']:.4f} cm -> {'ĐẠT' if res['is_safe'] else 'KHÔNG ĐẠT'}")
Testing và validation
1. Quy trình thí nghiệm nén tĩnh cọc thử (TCXDVN 269:2002)
Trước khi thi công đại trà, tiến hành nén tĩnh tại hiện trường 4 cọc tại các vị trí địa chất đại diện:
- Gia tải trước: Ép trước $5% P_{tk}$ trong 10 phút để ổn định đầu cọc và kích nén.
- Cấp gia tải: Tăng tải từng cấp $25% \to 50% \to 75% \to 100% \to 125% \to 150% \to 200% P_{tk}$ ($270\text{ tấn}$).
- Thời gian giữ tải: Giữ cấp $100%$ và $200%$ trong tối thiểu $6\text{ giờ}$; các cấp trung gian giữ $1\text{ giờ}$.
- Tiêu chí ổn định lún: Tốc độ lún đầu cọc không vượt quá $0{,}2\text{ mm/h}$ sau 2 giờ quan trắc liên tiếp.
- Kết quả nghiệm thu: Độ lún dư sau khi giảm tải về $0%$ không vượt quá giới hạn thiết kế ($< 5\text{ mm}$), xác nhận chiều sâu ngàm cọc $24\text{ m}$ vào lớp sỏi cuội đạt khả năng chịu lực an toàn.
BIỂU ĐỒ NÉN TĨNH GIA TẢI CỌC THỬ TIÊU CHUẨN
Tải trọng (% Ptk)
200% | +-----------+ (Giữ 6h)
150% | +-----------+ +-----+
125% | +-----+ +-----+
100% | +-----+ (Giữ 6h) +-----+
75% | +-----+ +-----+
50% | +-----+ +-----+
25% +--+ +--+
0% +-----------------------------------------------------------------------------------+--> Thời gian (h)
2. Kết quả kiểm định cơ học hệ kết cấu ván khuôn phần thân
| Cấu kiện kiểm tra |
Tải trọng tính toán ($q^{tt}$) |
Mômen uốn ($M_{max}$) |
Ứng suất thực tế ($\sigma$) |
Ứng suất cho phép ($[\sigma]$) |
Độ võng tính toán ($f$) |
Độ võng cho phép ($[f]$) |
Kết luận |
| Ván khuôn cột ($300 \times 400$) |
$21{,}82\text{ kN/m}^2$ |
$4{,}19\text{ kN}\cdot\text{m}$ |
$11{,}84\text{ kN/cm}^2$ |
$21{,}0\text{ kN/cm}^2$ |
$0{,}027\text{ cm}$ |
$0{,}200\text{ cm}$ |
Đạt an toàn |
| Ván đáy dầm ($300 \times 550$) |
$34{,}23\text{ kN/m}^2$ |
$0{,}37\text{ kN}\cdot\text{m}$ |
$7{,}25\text{ kN/cm}^2$ |
$18{,}9\text{ kN/cm}^2$ |
$0{,}016\text{ cm}$ |
$0{,}150\text{ cm}$ |
Đạt an toàn |
| Ván thành dầm ($300 \times 550$) |
$27{,}95\text{ kN/m}^2$ |
$0{,}55\text{ kN}\cdot\text{m}$ |
$10{,}85\text{ kN/cm}^2$ |
$18{,}9\text{ kN/cm}^2$ |
$0{,}021\text{ cm}$ |
$0{,}150\text{ cm}$ |
Đạt an toàn |
| Đà ngang dầm (Gỗ $10 \times 12$) |
$6{,}38\text{ kN}$ (tập trung) |
$192{,}8\text{ kN}\cdot\text{cm}$ |
$0{,}80\text{ kN/cm}^2$ |
$1{,}50\text{ kN/cm}^2$ |
$0{,}042\text{ cm}$ |
$0{,}250\text{ cm}$ |
Đạt an toàn |
| Đà dọc dầm (Gỗ $10 \times 12$) |
$3{,}23\text{ kN}$ (gối tựa) |
$74{,}83\text{ kN}\cdot\text{cm}$ |
$0{,}31\text{ kN/cm}^2$ |
$1{,}50\text{ kN/cm}^2$ |
$0{,}058\text{ cm}$ |
$0{,}300\text{ cm}$ |
Đạt an toàn |
| Ván khuôn sàn ($h_s = 12\text{ cm}$) |
$15{,}08\text{ kN/m}^2$ |
$0{,}54\text{ kN}\cdot\text{m}$ |
$12{,}63\text{ kN/cm}^2$ |
$18{,}9\text{ kN/cm}^2$ |
$0{,}0065\text{ cm}$ |
$0{,}150\text{ cm}$ |
Đạt an toàn |
| Cây chống đơn Lenex V1 |
$P_{max} = 7{,}01\text{ kN}$ |
- |
$7{,}01\text{ kN}$ |
$58{,}10\text{ kN}$ (PAL) / $17\text{ kN}$ (V1) |
- |
- |
Đạt ổn định |
Kết quả đạt được
- Hoàn thành đầy đủ hồ sơ thiết kế kỹ thuật thi công cho 100% các hạng mục phần ngầm và phần thân.
- Tối ưu hóa số lượng thiết bị thi công: Sử dụng duy nhất 1 máy ép Robot Sunward ZYJ 600B và 1 máy đào gầu nghịch EO-3322D phối hợp cùng xe Howo $13\text{ tấn}$, loại bỏ thời gian chết giữa các khâu.
- Hệ cốp pha thép định hình kết hợp gỗ đỡ nhóm V và giáo PAL bảo đảm độ võng sàn thực tế cực nhỏ ($0{,}0065\text{ cm} \ll 0{,}15\text{ cm}$), giúp bề mặt bê tông hoàn thiện đạt độ phẳng thẩm mỹ cao, giảm đáng kể khối lượng trát hoàn thiện.
- Đề xuất chu trình công nghệ ván khuôn 2,5 tầng cho phép tháo dỡ sớm ván khuôn sàn dưới và chống chuyển tiếp, rút ngắn chu kỳ thi công mỗi tầng xuống chỉ còn 8-10 ngày.
Đổi mới và đóng góp
- Ứng dụng công nghệ ép cọc Robot thủy lực tự hành (Sunward ZYJ 600B): Thay thế giải pháp ép tải đối trọng truyền thống bằng công nghệ ép ôm thủy lực tự hành, tăng độ chính xác định vị tim cọc với độ lệch tâm $< 10\text{ mm}$, loại bỏ hoàn toàn ô nhiễm tiếng ồn và hạn chế tối đa rủi ro mất an toàn lao động do xếp dỡ đối trọng gang/bê tông.
- Quy trình đào đất phân khoang hỗn hợp: Thiết lập sơ đồ đào rãnh song song kết hợp đào dọc đổ bên cho máy xúc EO-3322D đến cốt $-0{,}85\text{ m}$ và chuyển tiếp thủ công $35\text{ cm}$ cuối cùng. Giải pháp này giúp giữ nguyên trạng cấu trúc đất chịu lực tự nhiên, đồng thời giảm $40%$ khối lượng nhân công đào đất thủ công so với phương pháp cổ truyền.
- Mô hình ván khuôn luân chuyển $2{,}5$ tầng đồng bộ: Tối ưu hóa số lượng cây chống và cốp pha dầm sàn giữa các tầng, cho phép luân chuyển ván khuôn liên tục mà vẫn bảo đảm khả năng chịu lực của bê tông B20 đang trong giai đoạn phát triển cường độ.
| Chỉ số so sánh |
Phương pháp truyền thống (Ép tải cơ khí + Cốp pha gỗ phủ phim) |
Giải pháp đề xuất đồ án (Robot ZYJ 600B + Cốp pha thép & Giáo PAL) |
Mức độ cải thiện (%) |
| Năng suất ép cọc |
$6 \div 8\text{ cọc/ca}$ |
$10 \div 14\text{ cọc/ca}$ |
Tăng 50% |
| Chi phí nhân công đào đất |
100% nhân công hoàn thiện đáy móng |
Cơ giới hóa $80%$, thủ công $20%$ |
Giảm 38% |
| Độ cứng võng cốp pha sàn |
$f \approx 0{,}10 \div 0{,}12\text{ cm}$ |
$f = 0{,}0065\text{ cm}$ |
Tăng độ cứng vững 94% |
| Mức độ ồn và rung chấn |
Tiếng ồn $>90\text{ dB}$, chấn động nền |
Tiếng ồn $<65\text{ dB}$, không rung chấn |
Giảm thiểu 70% |
| Hệ số quay vòng ván khuôn |
$4 \div 6\text{ lần}$ (Gỗ) |
$20 \div 30\text{ lần}$ (Thép định hình) |
Tăng tuổi thọ 400% |
Ứng dụng thực tế và triển khai
Tình huống ứng dụng thực tế
Giải pháp kỹ thuật của đồ án áp dụng trực tiếp cho các công trình nhà ở cao tầng, tòa nhà văn phòng, khách sạn có quy mô 5-15 tầng xây dựng trong các khu đô thị mới hoặc khu dân cư hiện hữu có mật độ xây dựng cao tại các thành phố lớn (Hà Nội, TP.HCM, Đà Nẵng).
SƠ ĐỒ BỐ TRÍ TỔNG MẶT BẰNG THI CÔNG
========================= [ĐƯỜNG QUỐC LỘ ĐÔ THỊ] =========================
| | | |
[CỔNG VÀO CÔNG TRƯỜNG] [CỔNG XUẤT VẬT TƯ]
| | | |
+---------v-v----------------------------------------------v-v---------+
| [BÃI TẬP KẾT CỌC D450] [TRẠM BIẾN ÁP & BỂ NƯỚC THI CÔNG] |
| |
| +------------------------------------+ |
| [ĐƯỜNG VẬN | KHỐI NHÀ CHÍNH (41.4x19.2m) | [BÃI CỐP |
| CHUYỂN MÁY | • Robot ZYJ 600B di chuyển | PHA & THÉP] |
| XÚC & HOWO] | • Trục 1 -> Trục 10 | |
| +------------------------------------+ |
| |
| [KHU VĂN PHÒNG ĐIỀU HÀNH] [BÃI ĐỔ ĐẤT TẠM TRONG CÔNG TRƯỜNG] |
+----------------------------------------------------------------------+
========================= [KHU DÂN CƯ / CÔNG TRÌNH LÂN CẬN] ==============
Yêu cầu triển khai hạ tầng & Lộ trình thực hiện
- Mặt bằng: San ủi mặt bằng phẳng, đầm nén sơ bộ bề mặt với lớp đá dăm $15\text{ cm}$ tại đường di chuyển máy ép để chịu áp lực $600\text{ tấn}$.
- Hệ thống cấp điện/nước: Trạm biến áp thi công công suất tối thiểu $100\text{ kVA}$ (phục vụ tổng công suất động cơ máy ép $59\text{ kW}$ và các máy cắt, uốn thép, đầm dùi); mạng lưới cấp nước dự phòng giếng khoan và bể chứa $30\text{ m}^3$.
- Lộ trình thực hiện:
- Giai đoạn 1 (Tuần 1): Trắc đạc, định vị, khoan hạ cọc thử và nén tĩnh.
- Giai đoạn 2 (Tuần 2-5): Huy động Robot Sunward ZYJ 600B ép cọc đại trà 222 tim cọc.
- Giai đoạn 3 (Tuần 6-8): Đào đất, thi công đài giằng móng, chống thấm và lấp đất tôn nền.
- Giai đoạn 4 (Tuần 9-16): Thi công khung BTCT tầng 1 đến tầng mái theo công nghệ luân chuyển cốp pha 2,5 tầng.
Phân tích chi phí - lợi ích
- Tiết kiệm chi phí vận hành: Việc sử dụng 1 máy ép robot thay vì 2-3 dàn ép cơ khí giảm $25%$ chi phí nhiên liệu và $50%$ chi phí nhân công vận hành giàn ép.
- Hiệu quả vòng quay vốn: Rút ngắn tiến độ thi công phần kết cấu thô khoảng 20 ngày giúp chủ đầu tư sớm đưa công trình vào khai thác, giảm chi phí lãi vay ngân hàng trong thời gian xây dựng.
Hạn chế và hướng phát triển
Hạn chế kỹ thuật
- Trọng lượng thiết bị ép Robot Sunward ZYJ 600B rất lớn ($600\text{ tấn}$), đòi hỏi chi phí gia cố đường tạm trên nền đất cát pha yếu trước khi đưa máy vào vị trí.
- Khả năng ép biên và ép góc bị giới hạn bởi kích thước bao của máy (khoảng cách ép biên $600\text{ mm}$, ép góc $1100\text{ mm}$), đòi hỏi phải bổ sung cọc dẫn hoặc kích phụ đối với các tim cọc sát tường nhà lân cận.
- Ván khuôn kim loại có trọng lượng đơn vị lớn, đòi hỏi công nhân phải có tay nghề cao và cần cẩu hỗ trợ khi vận chuyển lên các tầng cao ($>20\text{ m}$).
Hướng nghiên cứu & Mở rộng tương lai
- Tích hợp mô hình thông tin công trình (BIM 4D/5D) vào quy trình quản lý tiến độ và kiểm soát xung đột hình học giữa hệ đà giáo PAL với cốt thép dầm sàn.
- Nghiên cứu ứng dụng bê tông tự lèn (Self-Compacting Concrete - SCC) nhằm giảm tải trọng rung động đầm dùi lên ván khuôn dầm cột.
- Lắp đặt các cảm biến đo biến dạng (Strain Gauge) và áp lực không dây (IoT) gắn trên ván khuôn cột để giám sát trực tiếp áp lực ngang của bê tông tươi theo thời gian thực.
Đối tượng hưởng lợi
ĐỐI TƯỢNG HƯỞNG LỢI
┌─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ [SINH VIÊN & HỌC VIÊN CAO HỌC] │
│ • Nắm vững phương pháp tính toán cốp pha - cây chống theo chuẩn TCVN │
│ • Tham khảo biểu mẫu tính toán máy ép cọc, máy đào và phối hợp vận chuyển │
├─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┤
│ [KỸ SƯ HIỆN TRƯỜNG & CHỈ HUY TRƯỞNG] │
│ • Áp dụng ngay quy trình công nghệ ép cọc Robot và kiểm soát nén tĩnh │
│ • Bản tra cứu kích thước, khoảng cách gông cột, đà ngang dầm an toàn │
├─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┤
│ [NHÀ THẦU XÂY DỰNG & CHỦ ĐẦU TƯ] │
│ • Tối ưu hóa định mức ca máy, giảm 35% thời gian thi công phần ngầm │
│ • Đảm bảo tuyệt đối an toàn kết cấu và công trình lân cận │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘
- Sinh viên ngành Xây dựng Dân dụng & Công nghiệp: Cung cấp tài liệu mẫu chuẩn mực về phương pháp tính toán kiểm tra chịu lực ván khuôn, lựa chọn máy xây dựng và tổ chức tổng mặt bằng theo đúng giáo trình Kỹ thuật Thi công I & II.
- Kỹ sư thiết kế và Chỉ huy trưởng công trường: Cung cấp bộ thông số thực nghiệm, công thức kiểm tra nhanh và quy trình kiểm soát chất lượng ép cọc theo TCVN 9394:2012 và TCVN 4453:1995.
- Doanh nghiệp xây lắp: Tài liệu tham khảo tin cậy để lập Biện pháp thi công (Method Statement) trong hồ sơ dự thầu các dự án nhà cao tầng đô thị.
Câu hỏi thường gặp
1. Yêu cầu kỹ thuật mặt bằng để máy ép Robot Sunward ZYJ 600B vận hành an toàn là gì?
Mặt bằng thi công cần được san gạt bằng phẳng (độ dốc $< 2%$), bóc lớp bùn hữu cơ mặt và rải lớp đá dăm đầm chặt dày tối thiểu $15 \div 20\text{ cm}$ nếu gặp lớp cát pha yếu. Cường độ chịu tải của nền đất tạm phải đạt tối thiểu $12 \div 15\text{ T/m}^2$ để tránh nguy cơ lún nghiêng lật máy trong quá trình di chuyển và ép cọc.
2. Khi nào thì được phép dừng ép một tim cọc theo TCVN 9394:2012?
Cọc được công nhận là ép xong khi thỏa mãn đồng thời hai điều kiện:
- Mũi cọc đạt chiều sâu thiết kế trong khoảng $L_{min} \le L \le L_{max}$ ($24\text{ m}$ cắm vào tầng cuội sỏi).
- Lực ép trước khi dừng $(P_{ep}){KT}$ nằm trong giới hạn $(P{ep}){min} \le (P{ep}){KT} \le (P{ep}){max}$ (tức $405\text{ tấn} \le P{ep} \le 578{,}6\text{ tấn}$) và được duy trì với vận tốc xuyên không quá $1\text{ cm/s}$ trên đoạn ngấu tối thiểu $3D$ ($1350\text{ mm}$).
3. Tại sao phải đào đất hố móng kết hợp giữa cơ giới và thủ công?
Máy xúc gầu nghịch EO-3322D có năng suất cao nhưng răng gầu dễ làm phá vỡ cấu trúc đất nguyên thổ ở đáy móng và dễ va quệt làm gãy thân cọc bê tông đã ép. Do đó, chỉ đào máy đến cao trình đáy giằng móng ($-0{,}85\text{ m}$), để lại lớp đất bảo vệ dày $35\text{ cm}$ để công nhân đào gọt thủ công đến đúng cao trình đáy lớp bê tông lót ($-1{,}2\text{ m}$).
4. Quy trình luân chuyển ván khuôn $2{,}5$ tầng hoạt động như thế nào?
Quy trình này duy trì ván khuôn và hệ chống hoàn chỉnh cho 2 tầng liên tiếp. Khi đổ bê tông tầng 3, sàn tầng 1 đã đạt cường độ cho phép tháo dỡ ván khuôn sớm nhưng vẫn phải bố trí các cây chống đơn điều chỉnh (chống lại điểm giữa dầm sàn) để truyền tải trọng thi công xuống móng an toàn mà không gây nứt võng sàn tầng dưới.
5. Chi phí đầu tư hệ giáo PAL và ván khuôn thép có đắt hơn cốp pha gỗ truyền thống không?
Chi phí đầu tư ban đầu của ván khuôn thép định hình và giáo PAL cao hơn khoảng 1,8 lần so với ván gỗ ép phủ phim. Tuy nhiên, hệ cốp pha thép có số lần luân chuyển từ 20 đến 30 lần (so với 4-6 lần của gỗ), giúp tổng chi phí khấu hao vật tư trên mỗi $m^2$ sàn xây dựng giảm hơn $45%$ tính trên toàn bộ vòng đời dự án.
Kết luận
Đồ án Kỹ thuật Thi công I do sinh viên Nguyễn Văn Long thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS. Đào Minh Hiếu (Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội) đã xây dựng thành công một giải pháp công nghệ thi công toàn diện, chuẩn xác và mang tính ứng dụng thực tiễn cao cho công trình 7 tầng BTCT tại Hà Nội. Bằng việc kết hợp chặt chẽ giữa lý thuyết cơ học kết cấu với các tiêu chuẩn xây dựng hiện hành (TCVN 9394:2012, TCVN 4447:2012, TCVN 4453:1995), đồ án đã chứng minh tính tối ưu vượt trội của công nghệ ép cọc Robot tự hành Sunward ZYJ 600B, giải pháp đào đất phân khoang hỗn hợp và hệ thống cốp pha thép - giáo PAL luân chuyển $2{,}5$ tầng.
Các kết quả tính toán chi tiết về độ bền, độ võng của hệ ván khuôn cột, dầm, sàn cùng với tiến độ điều phối máy móc đào đắp logic là nguồn tài liệu kỹ thuật giá trị cho sinh viên chuyên ngành xây dựng, đồng thời là cẩm nang thực hành hữu ích cho các kỹ sư công trường trong việc tổ chức thi công các công trình cao tầng an toàn, chất lượng và hiệu quả.
