Tổng quan nghiên cứu

Trong lĩnh vực địa kỹ thuật xây dựng, việc gia cường đất nền yếu là một thách thức lớn nhằm đảm bảo an toàn và hiệu quả kinh tế cho công trình. Theo báo cáo ngành, tỷ lệ công trình xây dựng trên nền đất yếu chiếm khoảng 30-40% tổng số công trình tại các vùng đồng bằng và đô thị lớn như Thành phố Hồ Chí Minh. Đề tài “Nghiên cứu giải pháp gia cường đất nền sử dụng móng nêm” tập trung vào phát triển và kiểm chứng một giải pháp móng mới nhằm nâng cao sức chịu tải và giảm độ lún nền đất yếu. Mục tiêu chính của nghiên cứu là xây dựng cơ sở lý thuyết cho giải pháp móng nêm, thực hiện thí nghiệm hiện trường để đánh giá hiệu quả, đồng thời ứng dụng giải pháp này cho công trình dân dụng tải trọng nhỏ và vừa tại xã Hiệp Phước, huyện Nhà Bè, TP. Hồ Chí Minh trong giai đoạn năm 2021. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc cung cấp giải pháp kỹ thuật nền móng tối ưu, thân thiện môi trường và tiết kiệm chi phí, góp phần nâng cao chất lượng và độ bền vững của các công trình xây dựng trên nền đất yếu.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai lý thuyết chính: nguyên lý truyền ứng suất trong vật rắn có chiều dày hữu hạn và cơ chế gia tăng diện truyền tải của móng nêm. Móng nêm được cấu thành từ các nêm bê tông hình nón ngược, đá dăm và móng kết hợp, tạo thành hệ thống tương tác chặt chẽ với đất nền. Ba khái niệm trọng tâm bao gồm: (1) đặc tính gia tăng diện truyền tải do hình dạng nêm, giúp tăng diện tích tiếp xúc và phân bố áp lực; (2) đặc tính tiêu giảm áp lực theo phương đứng và triệt tiêu lực ngang nhờ hình dạng nêm; (3) đặc tính gia tăng độ cố kết của nền đất yếu nhờ biên thoát nước hình thành giữa các nêm và đất nền. Ngoài ra, tiêu chuẩn TCVN 9362-2012 về thiết kế nền nhà và công trình được áp dụng để phân tích sức chịu tải và biến dạng nền móng.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp kết hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm hiện trường. Nguồn dữ liệu chính bao gồm kết quả khảo sát địa chất tại xã Hiệp Phước, huyện Nhà Bè với hố khoan sâu 12 mét, xác định các chỉ tiêu cơ lý của đất như độ ẩm, hệ số rỗng, góc ma sát trong, lực dính đơn vị. Thí nghiệm hiện trường được tiến hành trên móng đơn kích thước 1x1 m, chiều cao 25 cm, đặt sâu 1.5 m so với cao trình tự nhiên. Phương pháp gia tải tĩnh theo tiêu chuẩn TCVN 9354-2012 được áp dụng với chu kỳ gia tải gồm nhiều cấp áp lực từ 30 đến 250 kPa, giữ tải ổn định từ 4 đến 32 giờ để quan sát độ lún và biến dạng theo thời gian. Cỡ mẫu là một móng đơn thực nghiệm, được chọn nhằm kiểm chứng cơ sở lý thuyết và đánh giá tính khả thi của giải pháp móng nêm. Phân tích dữ liệu sử dụng biểu đồ quan hệ tải trọng - độ lún, xác định ứng suất giới hạn, ứng suất cho phép và mô đun biến dạng đất nền.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Gia tăng diện truyền tải: Móng nêm với các nêm đường kính 500 mm đã tăng diện tích truyền tải từ 1963.5 cm² lên 3297 cm², tức tăng gấp đôi diện tích tiếp xúc với đất nền, giúp giảm áp lực tập trung và nâng cao sức chịu tải.

  2. Giảm áp lực và triệt tiêu lực ngang: Hình dạng nêm làm giảm áp lực theo phương đứng còn 50% áp lực ban đầu và triệt tiêu phần lớn lực ngang giữa các nêm lân cận, góp phần ổn định nền móng.

  3. Gia tăng độ cố kết nền đất yếu: Móng nêm tạo biên thoát nước hiệu quả, giúp nước trong đất nền bão hòa thoát ra nhanh, tăng độ cố kết và sức chịu tải của nền đất theo thời gian.

  4. Kết quả thí nghiệm hiện trường: Tại cấp tải trọng 200 kPa, độ lún của móng là 40 mm, với các cấp tải từ 60 đến 200 kPa, độ lún tăng dần từ 6.67 mm đến 18.13 mm. Ứng suất giới hạn của đất nền xác định là 163 kPa, ứng suất cho phép khoảng 0.32 lần ứng suất giới hạn, phù hợp với tiêu chuẩn TCVN 9362-2012. Mô đun biến dạng đất nền được xác định theo phương pháp tấm nén phẳng, cho thấy đất nền có khả năng chịu biến dạng trong giới hạn cho phép.

Thảo luận kết quả

Kết quả thí nghiệm hiện trường khẳng định cơ sở lý thuyết về nguyên lý làm việc của móng nêm, đặc biệt là hiệu quả gia tăng diện truyền tải và giảm áp lực lên đất nền. So với các nghiên cứu trước đây về móng cọc nêm và móng top-base, giải pháp móng nêm có ưu điểm vượt trội nhờ hình dạng nêm tam giác và sự tương tác chặt chẽ giữa các nêm và đá dăm. Biểu đồ độ lún theo tải trọng và thời gian minh họa rõ ràng quá trình biến dạng đàn hồi và dẻo của đất nền, cho phép xác định chính xác ứng suất giới hạn và ứng suất cho phép. So sánh với các phương pháp gia cố truyền thống, móng nêm không chỉ nâng cao sức chịu tải từ 1.5 đến 2.5 lần mà còn giảm độ lún từ 1/2 đến 1/4 lần, phù hợp với các công trình dân dụng tải trọng nhỏ và vừa. Việc áp dụng tiêu chuẩn TCVN 9362-2012 giúp đảm bảo tính khoa học và thực tiễn trong thiết kế móng. Kết quả cũng cho thấy giải pháp móng nêm có tiềm năng ứng dụng rộng rãi tại các vùng đất yếu, đặc biệt là khu vực Đồng bằng Sông Cửu Long.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Triển khai áp dụng móng nêm cho công trình dân dụng tải trọng nhỏ và vừa tại các khu vực có nền đất yếu như xã Hiệp Phước trong vòng 1-2 năm tới nhằm nâng cao hiệu quả kỹ thuật và kinh tế.

  2. Phát triển hướng dẫn thiết kế và thi công móng nêm dựa trên cơ sở lý thuyết và kết quả thực nghiệm, tích hợp vào tiêu chuẩn xây dựng quốc gia để chuẩn hóa quy trình, dự kiến hoàn thành trong 3 năm.

  3. Tăng cường đào tạo và chuyển giao công nghệ cho các đơn vị thi công và thiết kế nhằm đảm bảo chất lượng thi công và ứng dụng hiệu quả giải pháp móng nêm, thực hiện liên tục trong giai đoạn 2024-2026.

  4. Mở rộng nghiên cứu đa dạng kích thước móng và điều kiện địa chất khác nhau để hoàn thiện cơ sở dữ liệu và nâng cao tính ứng dụng của giải pháp, tiến hành trong 3-5 năm tới.

  5. Khuyến khích sử dụng vật liệu địa phương và thân thiện môi trường trong thi công móng nêm nhằm giảm chi phí và tác động môi trường, áp dụng song song với các giải pháp kỹ thuật.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Kỹ sư thiết kế và thi công nền móng: Luận văn cung cấp cơ sở lý thuyết và thực nghiệm chi tiết giúp họ lựa chọn giải pháp móng phù hợp, tối ưu chi phí và đảm bảo an toàn công trình.

  2. Nhà quản lý dự án xây dựng: Tham khảo để đánh giá hiệu quả kỹ thuật và kinh tế của giải pháp móng nêm, từ đó đưa ra quyết định đầu tư hợp lý cho các công trình trên nền đất yếu.

  3. Giảng viên và sinh viên ngành địa kỹ thuật xây dựng: Tài liệu nghiên cứu chuyên sâu, cập nhật các phương pháp gia cố nền móng hiện đại, phục vụ giảng dạy và nghiên cứu khoa học.

  4. Cơ quan quản lý và ban hành tiêu chuẩn xây dựng: Cung cấp dữ liệu khoa học và thực tiễn để xây dựng hoặc điều chỉnh tiêu chuẩn thiết kế, thi công móng nền đất yếu phù hợp với điều kiện Việt Nam.

Câu hỏi thường gặp

  1. Móng nêm khác gì so với móng cọc nêm và móng top-base?
    Móng nêm sử dụng các nêm bê tông hình tam giác ngược kết hợp với đá dăm, tạo hệ thống tương tác chặt chẽ hơn, gia tăng diện truyền tải và giảm áp lực hiệu quả hơn so với móng cọc nêm và top-base vốn dùng cọc hình phễu hoặc nón cụt.

  2. Giải pháp móng nêm phù hợp với loại công trình nào?
    Phù hợp với công trình dân dụng và công nghiệp tải trọng nhỏ đến vừa, đặc biệt là nhà từ 2 đến 4 tầng xây dựng trên nền đất yếu như tại xã Hiệp Phước, huyện Nhà Bè.

  3. Phương pháp thí nghiệm hiện trường được thực hiện như thế nào?
    Thí nghiệm sử dụng móng đơn kích thước 1x1 m, gia tải tĩnh theo nhiều cấp áp lực từ 30 đến 250 kPa, giữ tải ổn định từ 4 đến 32 giờ, đo độ lún và biến dạng theo tiêu chuẩn TCVN 9354-2012.

  4. Hiệu quả kinh tế của móng nêm so với các giải pháp truyền thống?
    Móng nêm giúp giảm chi phí vật liệu và thi công nhờ tận dụng vật liệu phổ thông, giảm thời gian thi công và tăng tuổi thọ công trình, đồng thời giảm chi phí xử lý nền đất yếu.

  5. Có thể áp dụng móng nêm cho các vùng địa chất khác ngoài Đồng bằng Sông Cửu Long không?
    Có thể, tuy nhiên cần nghiên cứu bổ sung về điều kiện địa chất và kích thước móng phù hợp để đảm bảo hiệu quả kỹ thuật và an toàn công trình.

Kết luận

  • Đề tài đã xây dựng thành công cơ sở lý thuyết và thực nghiệm cho giải pháp móng nêm, chứng minh hiệu quả gia tăng diện truyền tải và giảm áp lực lên nền đất yếu.
  • Thí nghiệm hiện trường tại xã Hiệp Phước cho thấy móng nêm chịu tải tốt với độ lún trong giới hạn cho phép, phù hợp tiêu chuẩn TCVN 9362-2012.
  • Giải pháp móng nêm có tiềm năng ứng dụng rộng rãi cho công trình dân dụng và công nghiệp tải trọng nhỏ và vừa trên nền đất yếu.
  • Đề xuất hoàn thiện hướng dẫn thiết kế, thi công và mở rộng nghiên cứu đa dạng điều kiện địa chất để nâng cao tính ứng dụng.
  • Khuyến khích các đơn vị xây dựng và quản lý dự án áp dụng giải pháp nhằm nâng cao hiệu quả kỹ thuật, kinh tế và thân thiện môi trường trong xây dựng nền móng.

Hành động tiếp theo là triển khai áp dụng thực tế và phát triển tiêu chuẩn thiết kế móng nêm, đồng thời mở rộng nghiên cứu để hoàn thiện giải pháp. Đề nghị các chuyên gia, kỹ sư và nhà quản lý quan tâm nghiên cứu và ứng dụng giải pháp này nhằm nâng cao chất lượng công trình xây dựng trên nền đất yếu.