Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh đô thị hóa nhanh chóng và sự gia tăng dân số tại các thành phố lớn như Hà Nội, nhu cầu xây dựng nhà cao tầng ngày càng trở nên cấp thiết. Theo ước tính, diện tích đất xây dựng ngày càng hạn hẹp, trong khi giá đất tăng cao, đòi hỏi các giải pháp xây dựng tận dụng tối đa không gian theo chiều cao và chiều sâu. Nhà cao tầng không chỉ giúp tăng mật độ sử dụng đất mà còn đóng vai trò quan trọng trong phát triển kinh tế đô thị. Tuy nhiên, một trong những thách thức lớn nhất trong xây dựng nhà cao tầng là xử lý nền móng, đặc biệt là trong điều kiện địa chất phức tạp và mặt bằng thi công chật hẹp.

Luận văn tập trung nghiên cứu và lựa chọn giải pháp xử lý nền móng cho công trình chung cư CT2 Ngô Thì Nhậm, quận Hà Đông, một công trình cao 24 tầng với 3 tầng hầm sâu khoảng 14,05m. Mục tiêu chính là đề xuất biện pháp xử lý nền móng sâu đảm bảo tính ổn định, an toàn, hiệu quả kinh tế và phù hợp với điều kiện thi công tại Việt Nam. Phạm vi nghiên cứu bao gồm khảo sát thực tế, phân tích địa chất, đánh giá các phương pháp xử lý nền móng hiện đại như cọc khoan nhồi, tường barrette và ứng dụng mô hình tính toán bằng phần mềm Plaxis 2D.

Ý nghĩa của nghiên cứu thể hiện qua việc nâng cao chất lượng và độ bền vững của công trình, giảm thiểu ảnh hưởng đến các công trình lân cận, đồng thời tối ưu chi phí và tiến độ thi công. Kết quả nghiên cứu góp phần hoàn thiện cơ sở khoa học và thực tiễn trong lĩnh vực xây dựng công trình thủy và nhà cao tầng tại Việt Nam.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu nền móng công trình, tập trung vào:

  • Lý thuyết móng sâu và móng nông: Phân biệt giữa móng nông truyền tải trọng qua diện tích đáy móng và móng sâu truyền tải trọng qua ma sát bên và diện tích đáy móng, phù hợp với các loại đất yếu và công trình cao tầng.
  • Mô hình tính toán biến dạng nền móng bằng phương pháp phần tử hữu hạn (FEM): Sử dụng phần mềm Plaxis 2D để mô phỏng quá trình thi công và đánh giá biến dạng, ứng suất trong nền đất và kết cấu móng.
  • Khái niệm về cọc khoan nhồi và tường barrette: Là các giải pháp móng sâu có khả năng chịu tải trọng lớn, thích hợp cho nhà cao tầng với điều kiện thi công chật hẹp và địa chất phức tạp.
  • Lý thuyết áp lực đất và tính toán tường chắn: Áp dụng các công thức xác định áp lực chủ động, bị động của đất, mômen uốn và lực cắt trong tường chắn có hoặc không có neo ứng suất trước.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính bao gồm kết quả khảo sát địa chất công trình CT2 Ngô Thì Nhậm do Trung tâm nghiên cứu Địa kỹ thuật - Trường Đại học Mỏ Địa chất thực hiện, với các chỉ tiêu cơ lý đất nền như độ ẩm tự nhiên, khối lượng thể tích, góc ma sát trong, lực dính, độ lún và các thông số cơ học khác.

Phương pháp phân tích gồm:

  • Khảo sát thực địa và thu thập số liệu địa chất: Xác định các lớp đất nền, đặc tính cơ lý và điều kiện thủy văn.
  • Phân tích so sánh các phương pháp xử lý nền móng: Đánh giá ưu nhược điểm của cọc khoan nhồi, cọc barrette, cọc ép, cọc cát, cọc xi măng đất và các loại cọc truyền thống.
  • Mô phỏng tính toán bằng phần mềm Plaxis 2D: Thực hiện mô hình tính toán biến dạng phẳng theo phương pháp phần tử hữu hạn, mô phỏng trình tự thi công tường vây, sàn tầng hầm và đào hố móng.
  • Kiểm tra ổn định và chuyển vị của mái hố móng: Đánh giá độ an toàn và khả năng chịu lực của hệ thống móng trong quá trình thi công và khai thác.

Cỡ mẫu nghiên cứu là toàn bộ công trình chung cư CT2 Ngô Thì Nhậm với kích thước móng 25x27m, chiều sâu cọc khoan nhồi 54m, chiều dày tường vây 0,6m. Phương pháp chọn mẫu dựa trên đặc điểm công trình điển hình cho nhà cao tầng tại khu vực Hà Đông, Hà Nội.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Hiệu quả của cọc khoan nhồi và tường barrette trong xử lý nền móng sâu: Hệ thống cọc khoan nhồi D1500 dài 54m và tường barrette dày 0,6m đã đảm bảo chịu tải trọng lớn từ công trình 24 tầng và 3 tầng hầm. Khối lượng bê tông tường và cọc khoảng 2000m³, đất đào vận chuyển khoảng 6500m³, cho thấy quy mô thi công lớn và phức tạp.

  2. Đặc điểm địa chất phức tạp với nhiều lớp đất yếu: Các lớp đất nền gồm sét pha dẻo, cát trung chặt vừa, sét pha có độ dẻo cao với chiều dày thay đổi từ 7 đến 51m, cùng các lớp cát thô và cuội sỏi rất chặt. Các chỉ tiêu cơ lý như độ ẩm tự nhiên từ 34,8% đến 39,2%, góc ma sát trong từ 7° đến 9°, lực dính từ 0,11 đến 0,15 kg/cm², cho thấy nền đất yếu và cần xử lý chuyên sâu.

  3. Mô hình tính toán Plaxis 2D cho thấy biến dạng và ổn định tốt: Kết quả mô phỏng biến dạng phẳng theo trình tự thi công cho thấy chuyển vị ngang của tường barrette và biến dạng nền đất nằm trong giới hạn cho phép, hệ số ổn định mái hố móng đạt khoảng 2,18, đảm bảo an toàn trong thi công và khai thác.

  4. So sánh các phương pháp xử lý nền móng: Cọc khoan nhồi và tường barrette vượt trội về khả năng chịu tải và giảm ảnh hưởng đến công trình lân cận so với cọc ép, cọc cát hay cọc xi măng đất. Tuy nhiên, chi phí thi công và kiểm tra chất lượng cao hơn, đòi hỏi công nghệ và tay nghề cao.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của hiệu quả xử lý nền móng sâu là do sự kết hợp giữa cọc khoan nhồi có tiết diện lớn, chiều dài sâu và tường barrette liên tục tạo thành hệ móng vững chắc, chịu được tải trọng lớn và hạn chế lún lệch. So với các nghiên cứu trong nước và quốc tế, kết quả này phù hợp với xu hướng áp dụng công nghệ móng sâu hiện đại cho nhà cao tầng tại các đô thị lớn.

Việc sử dụng phần mềm Plaxis 2D giúp mô phỏng chính xác quá trình thi công và đánh giá biến dạng nền móng, từ đó tối ưu thiết kế và biện pháp thi công. Biểu đồ chuyển vị ngang và mômen uốn trong tường barrette minh họa rõ ràng sự phân bố ứng suất và khả năng chịu lực của hệ thống móng.

Tuy nhiên, nhược điểm của phương pháp cọc khoan nhồi là chi phí cao và khó kiểm tra chất lượng trong quá trình thi công, đòi hỏi thiết bị hiện đại và đội ngũ kỹ thuật có kinh nghiệm. Ngoài ra, quá trình thi công phụ thuộc nhiều vào điều kiện thời tiết và địa chất thực tế, cần có biện pháp quản lý chặt chẽ để đảm bảo an toàn và tiến độ.

Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa thực tiễn lớn, góp phần nâng cao chất lượng công trình, giảm thiểu rủi ro lún lệch và ảnh hưởng đến các công trình lân cận trong khu vực đô thị đông dân cư.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Áp dụng rộng rãi giải pháp móng sâu kết hợp cọc khoan nhồi và tường barrette cho các công trình nhà cao tầng tại các đô thị lớn, đặc biệt ở những khu vực có nền đất yếu và mặt bằng thi công chật hẹp. Thời gian triển khai trong vòng 1-2 năm cho các dự án tương tự.

  2. Nâng cao năng lực kiểm tra chất lượng cọc khoan nhồi bằng các phương pháp siêu âm, PP truyền tia gamma và thử tải cọc để đảm bảo chất lượng thi công, giảm thiểu rủi ro hỏng hóc. Chủ thể thực hiện là các đơn vị tư vấn và nhà thầu thi công.

  3. Đào tạo và nâng cao trình độ kỹ thuật cho đội ngũ thi công nhằm đáp ứng yêu cầu kỹ thuật cao của phương pháp móng sâu, đồng thời áp dụng công nghệ thi công hiện đại để giảm thiểu ảnh hưởng đến công trình lân cận và môi trường.

  4. Sử dụng phần mềm mô phỏng FEM như Plaxis 2D trong thiết kế và giám sát thi công để dự báo biến dạng, ứng suất và tối ưu biện pháp thi công, đảm bảo an toàn và hiệu quả kinh tế. Thời gian áp dụng song song với giai đoạn thiết kế và thi công.

  5. Khuyến khích nghiên cứu và phát triển các công nghệ xử lý nền móng mới phù hợp với điều kiện địa chất Việt Nam, giảm chi phí và tăng tính bền vững cho công trình.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Kỹ sư thiết kế và tư vấn xây dựng: Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học và thực tiễn để lựa chọn giải pháp móng phù hợp cho nhà cao tầng, đặc biệt trong điều kiện nền đất yếu và mặt bằng thi công hạn chế.

  2. Nhà thầu thi công công trình: Tham khảo quy trình thi công, biện pháp kiểm soát chất lượng và các kỹ thuật thi công móng sâu như cọc khoan nhồi, tường barrette nhằm nâng cao hiệu quả và an toàn thi công.

  3. Các cơ quan quản lý xây dựng và quy hoạch đô thị: Hiểu rõ các yêu cầu kỹ thuật và tác động môi trường của các giải pháp xử lý nền móng sâu, từ đó xây dựng chính sách và quy định phù hợp.

  4. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành xây dựng công trình thủy và dân dụng: Tài liệu tham khảo quý giá về lý thuyết, phương pháp nghiên cứu và ứng dụng thực tế trong xử lý nền móng công trình cao tầng.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao phải sử dụng cọc khoan nhồi và tường barrette cho nhà cao tầng?
    Cọc khoan nhồi và tường barrette có khả năng chịu tải trọng lớn, phù hợp với nền đất yếu và điều kiện thi công chật hẹp. Chúng giúp giảm lún lệch và ảnh hưởng đến công trình lân cận, đảm bảo an toàn và bền vững cho nhà cao tầng.

  2. Phần mềm Plaxis 2D được sử dụng như thế nào trong nghiên cứu?
    Plaxis 2D mô phỏng biến dạng phẳng theo phương pháp phần tử hữu hạn, giúp đánh giá ứng suất, chuyển vị và ổn định của nền móng trong quá trình thi công, từ đó tối ưu thiết kế và biện pháp thi công.

  3. Những khó khăn chính khi thi công cọc khoan nhồi là gì?
    Khó kiểm tra chất lượng cọc trong quá trình thi công, chi phí kiểm tra cao, yêu cầu thiết bị hiện đại và tay nghề cao. Ngoài ra, quá trình thi công phụ thuộc vào điều kiện thời tiết và địa chất phức tạp.

  4. Làm thế nào để kiểm soát chất lượng cọc khoan nhồi?
    Sử dụng các phương pháp kiểm tra không phá hủy như siêu âm, PP truyền tia gamma và thử tải cọc. Đồng thời, giám sát chặt chẽ quá trình thi công và vật liệu sử dụng.

  5. Giải pháp xử lý nền móng nào phù hợp cho công trình có mặt bằng thi công chật hẹp?
    Cọc khoan nhồi kết hợp tường barrette là giải pháp tối ưu do thi công ít gây rung động, không ảnh hưởng đến công trình lân cận và phù hợp với không gian hạn chế.

Kết luận

  • Cọc khoan nhồi và tường barrette là giải pháp móng sâu hiệu quả, phù hợp với nhà cao tầng có tải trọng lớn và nền đất yếu tại các đô thị lớn như Hà Nội.
  • Mô hình tính toán bằng Plaxis 2D cho thấy hệ thống móng đảm bảo ổn định, biến dạng nằm trong giới hạn cho phép, đáp ứng yêu cầu kỹ thuật và an toàn.
  • Đặc điểm địa chất phức tạp đòi hỏi lựa chọn giải pháp xử lý nền móng phù hợp, kết hợp công nghệ thi công hiện đại và kiểm soát chất lượng nghiêm ngặt.
  • Nghiên cứu góp phần nâng cao hiệu quả kinh tế và kỹ thuật trong xây dựng công trình cao tầng, đồng thời giảm thiểu ảnh hưởng đến môi trường và công trình lân cận.
  • Đề xuất áp dụng rộng rãi giải pháp móng sâu kết hợp cọc khoan nhồi và tường barrette, đồng thời phát triển công nghệ và đào tạo nhân lực để đáp ứng yêu cầu ngày càng cao của ngành xây dựng.

Hành động tiếp theo: Các đơn vị thiết kế và thi công nên áp dụng kết quả nghiên cứu vào thực tiễn, đồng thời tiếp tục nghiên cứu cải tiến công nghệ xử lý nền móng để nâng cao chất lượng công trình.