## Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh đô thị hóa nhanh chóng tại thành phố Hạ Long, tỉnh Quảng Ninh, nhu cầu xây dựng các công trình dân dụng, đặc biệt là các công trình có tầng hầm tại chân sườn dốc ngày càng tăng cao. Theo ước tính, diện tích đất xây dựng hạn chế đã thúc đẩy việc phát triển các công trình trên địa hình phức tạp như sườn dốc, đồi núi. Việc đào hố sâu để xây dựng hầm nhà tại chân sườn dốc đặt ra nhiều thách thức về ổn định địa chất và an toàn công trình. Đặc biệt, điều kiện địa chất tại Hạ Long rất đa dạng với các lớp đất sét kết, cát kết phong hóa mạnh có tính trương nở lớn khi bão hòa nước, làm suy giảm khả năng kháng cắt và dễ gây mất ổn định mái đất khi gặp thời tiết bất lợi.

Mục tiêu nghiên cứu là đề xuất các giải pháp tường chắn kết hợp hệ chống đỡ phù hợp nhằm ổn định hố đào sâu tại chân sườn dốc ở thành phố Hạ Long, đảm bảo an toàn thi công và bền vững công trình. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào các biện pháp ổn định hố đào sâu tại các công trình có tầng hầm, dựa trên điều kiện địa chất, địa hình và thủy văn đặc thù của khu vực từ năm 2020 đến 2022. Nghiên cứu có ý nghĩa khoa học trong việc phát triển cơ sở lý thuyết tính toán ổn định hố đào sâu, đồng thời mang lại giá trị thực tiễn khi áp dụng các giải pháp tiết kiệm chi phí và nâng cao hiệu quả thi công tại các công trình xây dựng ở vùng sườn dốc.

## Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

### Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn áp dụng các lý thuyết cơ bản về áp lực đất lên tường chắn, bao gồm:

- Lý thuyết áp lực đất Coulomb và Rankine, giúp xác định các hệ số áp lực đất chủ động và bị động trong điều kiện đất rời và đất dính.
- Lý thuyết về áp lực lên tường chắn có neo/chống, phân tích sự tương tác giữa tường chắn và hệ neo đất nhằm tăng cường ổn định hố đào.
- Mô hình phần tử hữu hạn (FEM) sử dụng phần mềm Plaxis để mô phỏng và tính toán ứng suất, biến dạng của hệ kết cấu tường chắn kết hợp neo/chống trong điều kiện địa chất phức tạp.

Các khái niệm chính bao gồm: áp lực đất chủ động và bị động, neo đất (ground anchors), đinh đất (soil nails), tường cọc khoan nhồi, tường vây (secant pile wall), và hệ số an toàn ổn định hố đào.

### Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính bao gồm số liệu địa chất công trình, địa chất thủy văn thu thập từ các hố khoan tại khu vực chân sườn dốc thành phố Hạ Long, với cỡ mẫu khoảng 10 vị trí khảo sát tiêu biểu. Phương pháp phân tích kết hợp:

- Nghiên cứu tài liệu trong và ngoài nước về các giải pháp ổn định hố đào sâu.
- Thống kê và phân tích đặc điểm địa chất, địa hình, thủy văn tại khu vực nghiên cứu.
- Mô hình hóa số bằng phần mềm Plaxis để tính toán ứng suất, chuyển vị và kiểm tra ổn định hố đào với các phương án tường chắn và neo đất khác nhau.
- Thời gian nghiên cứu từ 2020 đến 2022, bao gồm khảo sát hiện trường, thu thập số liệu, mô phỏng và đánh giá kết quả.

Phương pháp chọn mẫu khảo sát dựa trên tiêu chí đại diện cho các điều kiện địa chất đa dạng và mức độ phức tạp của sườn dốc tại Hạ Long.

## Kết quả nghiên cứu và thảo luận

### Những phát hiện chính

1. **Đặc điểm địa chất phức tạp:** Các lớp đất sét kết, cát kết phong hóa có độ ẩm tự nhiên trung bình từ 16% đến 27%, lực dính đơn vị dao động từ 0.019 đến 0.371 kG/cm², góc ma sát trong từ 12° đến 18°, tạo nên điều kiện địa chất không ổn định, dễ gây sụt trượt khi đào sâu.

2. **Hiệu quả của tường cọc khoan nhồi và tường vây:** Tường cọc khoan nhồi phù hợp với khu vực có đá sớm hoặc địa chất biến thiên lớn, giúp giảm chuyển vị ngang của nền xuống dưới 10 mm, tăng hệ số an toàn lên trên 1.5. Tường vây thích hợp cho khu vực đất mềm, không gặp đá, giúp hạn chế biến dạng và tăng ổn định hệ kết cấu.

3. **Vai trò của neo đất và đinh đất:** Sử dụng neo đất với lực căng thiết kế khoảng 480 kN và khoảng cách neo 2.2 m giúp cân bằng áp lực đất trên và dưới sườn dốc, giảm chuyển vị ngang của tường chắn đến 30% so với không sử dụng neo. Đinh đất ổn định mái dốc phía trên hố đào, giảm nguy cơ sụt trượt và biến dạng mái đất.

4. **Mô hình phần tử hữu hạn Plaxis:** Mô phỏng cho thấy phương án kết hợp tường cọc khoan nhồi, neo đất và đinh đất đạt hiệu quả ổn định cao nhất, với chuyển vị ngang tổng thể dưới 15 mm và hệ số an toàn chung trên 1.4, đảm bảo an toàn thi công và bền vững công trình.

### Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của sự mất ổn định hố đào sâu tại chân sườn dốc là do điều kiện địa chất đa dạng, áp lực đất không cân bằng giữa phần trên và dưới sườn dốc, cùng ảnh hưởng của thủy văn và mưa lớn. So với các nghiên cứu trước đây, việc kết hợp neo đất và đinh đất trong hệ chống đỡ tường chắn là giải pháp tối ưu, vừa tăng cường khả năng chịu lực, vừa giảm biến dạng và thời gian thi công.

Kết quả mô hình FEM phù hợp với số liệu quan trắc thực tế, cho thấy tính chính xác và tin cậy cao. Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ chuyển vị ngang theo từng bước thi công và bảng so sánh hệ số an toàn giữa các phương án thiết kế, giúp minh họa rõ ràng hiệu quả của từng giải pháp.

## Đề xuất và khuyến nghị

1. **Áp dụng tường cọc khoan nhồi kết hợp neo đất:** Thực hiện thi công tường cọc khoan nhồi tại các khu vực có đá sớm hoặc địa chất biến thiên, kết hợp neo đất với lực căng thiết kế khoảng 480 kN, khoảng cách neo 2.2 m để đảm bảo ổn định hố đào sâu. Thời gian áp dụng trong giai đoạn thi công đào đất.

2. **Sử dụng đinh đất để ổn định mái dốc:** Triển khai đinh đất tại mái dốc phía trên hố đào nhằm giảm nguy cơ sụt trượt, tăng hệ số an toàn mái dốc. Chủ thể thực hiện là nhà thầu thi công địa kỹ thuật, theo dõi và điều chỉnh trong suốt quá trình thi công.

3. **Áp dụng mô hình phần tử hữu hạn trong thiết kế:** Khuyến khích sử dụng phần mềm Plaxis hoặc tương đương để mô phỏng và tính toán chi tiết các phương án thiết kế, nâng cao độ chính xác và tin cậy của kết quả. Thời gian áp dụng từ giai đoạn thiết kế đến giám sát thi công.

4. **Tăng cường quan trắc và thu thập số liệu thực tế:** Lắp đặt thiết bị quan trắc lún, biến dạng ngang tại các công trình để theo dõi diễn biến ổn định hố đào, từ đó điều chỉnh biện pháp thi công kịp thời. Chủ thể là chủ đầu tư và đơn vị tư vấn giám sát.

## Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. **Kỹ sư xây dựng và địa kỹ thuật:** Nắm bắt các giải pháp ổn định hố đào sâu tại chân sườn dốc, áp dụng vào thiết kế và thi công các công trình có tầng hầm trên địa hình phức tạp.

2. **Chủ đầu tư và nhà thầu thi công:** Hiểu rõ các biện pháp kỹ thuật, lựa chọn giải pháp phù hợp nhằm đảm bảo an toàn, tiết kiệm chi phí và rút ngắn thời gian thi công.

3. **Giảng viên và sinh viên ngành kỹ thuật xây dựng:** Tài liệu tham khảo bổ ích cho nghiên cứu, giảng dạy về địa kỹ thuật, thiết kế nền móng và thi công hố đào sâu.

4. **Các cơ quan quản lý xây dựng và quy hoạch:** Cung cấp cơ sở khoa học để ban hành các quy định, tiêu chuẩn kỹ thuật phù hợp với điều kiện địa chất đặc thù của vùng sườn dốc.

## Câu hỏi thường gặp

1. **Tại sao phải ổn định hố đào sâu tại chân sườn dốc?**  
Ổn định hố đào sâu giúp ngăn ngừa sụt trượt, mất ổn định mái đất, đảm bảo an toàn cho công trình và người lao động trong quá trình thi công.

2. **Giải pháp neo đất có ưu điểm gì?**  
Neo đất giúp cân bằng áp lực đất, tăng khả năng chịu lực của tường chắn, giảm biến dạng và thời gian thi công so với các biện pháp truyền thống.

3. **Phần mềm Plaxis được sử dụng như thế nào trong nghiên cứu?**  
Plaxis mô phỏng ứng suất, biến dạng và chuyển vị của hệ kết cấu tường chắn và neo đất, giúp đánh giá hiệu quả các phương án thiết kế một cách chính xác.

4. **Đinh đất có vai trò gì trong ổn định mái dốc?**  
Đinh đất gia cố mái dốc, giảm nguy cơ sụt trượt và biến dạng, đặc biệt hiệu quả trong điều kiện địa chất yếu và có độ nghiêng lớn.

5. **Làm thế nào để lựa chọn loại tường chắn phù hợp?**  
Căn cứ vào điều kiện địa chất, độ sâu hố đào và yêu cầu kỹ thuật, tường cọc khoan nhồi phù hợp với địa chất có đá sớm, tường vây thích hợp cho đất mềm và không gặp đá.

## Kết luận

- Nghiên cứu đã làm rõ đặc điểm địa chất phức tạp và thách thức trong ổn định hố đào sâu tại chân sườn dốc thành phố Hạ Long.  
- Đề xuất giải pháp kết hợp tường cọc khoan nhồi, neo đất và đinh đất là phương án tối ưu, nâng cao hệ số an toàn và giảm biến dạng công trình.  
- Mô hình phần tử hữu hạn Plaxis chứng minh tính hiệu quả và độ tin cậy của các giải pháp thiết kế.  
- Khuyến nghị áp dụng các biện pháp thi công và quan trắc phù hợp để đảm bảo an toàn và tiết kiệm chi phí.  
- Tiếp tục nghiên cứu mở rộng, thu thập số liệu thực tế và phát triển công thức tính toán phù hợp với điều kiện Việt Nam là bước tiếp theo cần thực hiện.

Hãy áp dụng các giải pháp này để nâng cao hiệu quả và an toàn trong thi công các công trình hầm nhà tại chân sườn dốc, góp phần phát triển bền vững đô thị tại các vùng địa hình phức tạp.