Tổng quan nghiên cứu

Thành phố Cần Thơ, nằm ở trung tâm vùng Đồng bằng sông Cửu Long, đang chứng kiến sự phát triển mạnh mẽ với nhiều công trình xây dựng dân dụng và công nghiệp, đặc biệt là các công trình xây chen có quy mô đến 12 tầng với 2 tầng hầm. Theo Quyết định số 221/QĐ-TTg ngày 18-2-2009 của Thủ tướng Chính phủ, Cần Thơ được định hướng phát triển thành đô thị loại I trực thuộc trung ương, trung tâm kinh tế, khoa học kỹ thuật và giao thông trọng điểm của vùng. Điều này đặt ra yêu cầu cấp thiết về các giải pháp thi công tầng hầm trong điều kiện mặt bằng chật hẹp, đảm bảo an toàn cho các công trình lân cận và hiệu quả kinh tế.

Luận văn tập trung nghiên cứu giải pháp cọc khoan nhồi đường kính nhỏ (D300-D600) làm tường vây thi công tầng hầm các công trình xây chen tại trung tâm thành phố Cần Thơ. Mục tiêu chính là đánh giá khả năng ứng dụng công nghệ này trong điều kiện địa chất phù sa đặc trưng của khu vực, đồng thời so sánh hiệu quả kỹ thuật và kinh tế với phương án cừ Larsen truyền thống. Phạm vi nghiên cứu bao gồm các công trình có chiều sâu hố đào đến 8m, sử dụng biện pháp thi công bán top-down, với ứng dụng cụ thể tại công trình trụ sở làm việc và cho thuê văn phòng Công ty Bảo Minh Cần Thơ.

Nghiên cứu có ý nghĩa thực tiễn lớn, cung cấp cơ sở khoa học cho các nhà đầu tư, tư vấn thiết kế và nhà thầu trong việc lựa chọn giải pháp thi công tầng hầm an toàn, tiết kiệm chi phí và hạn chế ảnh hưởng đến công trình lân cận. Đồng thời, kết quả nghiên cứu góp phần hoàn thiện hệ thống tiêu chuẩn, quy phạm kỹ thuật cho công nghệ cọc khoan nhồi đường kính nhỏ tại Việt Nam.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai mô hình lý thuyết chính để phân tích ổn định và biến dạng của tường vây cọc khoan nhồi:

  • Mô hình Hardening Soil (HS): Mô hình này mô phỏng tính phi tuyến và cứng dần của đất nền phù sa, cho phép đánh giá chính xác biến dạng và ứng suất trong đất khi chịu tải trọng thi công.

  • Mô hình Mohr-Coulomb (MC): Mô hình truyền thống dùng để tính toán ứng suất và ổn định đất dựa trên các thông số cơ lý như góc ma sát và lực dính, phù hợp cho phân tích sơ bộ và so sánh.

Các khái niệm chuyên ngành được sử dụng bao gồm: áp lực đất chủ động và bị động, tường chắn bằng cọc khoan nhồi kiểu dãy cột (contiguous pile wall), tường cọc hàng liên tục (secant pile wall), và các chỉ tiêu cơ lý của đất nền phù sa như lực dính (c), góc ma sát trong (φ), và trọng lượng riêng (γ).

Ngoài ra, các phương pháp tính toán áp lực đất tác dụng lên tường chắn dựa trên phương pháp cân bằng tĩnh và phương pháp Blum được áp dụng để xác định độ sâu cọc ngàm, mô men uốn lớn nhất và nội lực trong tường vây.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính bao gồm:

  • Khảo sát địa chất thủy văn tại các vị trí trung tâm thành phố Cần Thơ, với đặc điểm đất nền chủ yếu là phù sa Holocen và Pleistocene, có độ sâu khảo sát đến 50m.

  • Thông số kỹ thuật của các loại cọc khoan nhồi đường kính nhỏ (D300, D400, D500, D600) và thiết bị thi công hiện đại như máy khoan Clo Zironi CR18, CR14, Casagrande C6, Stealth T15000.

  • Dữ liệu thực tế từ công trình trụ sở làm việc và cho thuê văn phòng Công ty Bảo Minh Cần Thơ, với chiều sâu hố đào 8m và chiều dài cọc từ 26m đến 34m.

Phương pháp phân tích sử dụng phần mềm PLAXIS ver 8 để mô phỏng ứng xử của tường vây cọc khoan nhồi theo hai mô hình đất HS và MC, đánh giá chuyển vị ngang đỉnh tường, trồi đáy hố đào, nội lực trong cọc và thanh chống. So sánh hiệu quả kinh tế giữa phương án cọc khoan nhồi D500 dài 34m và cừ Larsen dài 15m được thực hiện dựa trên tổng chi phí thi công.

Quy trình nghiên cứu được thực hiện trong khoảng thời gian từ năm 2012 đến 2013, bao gồm khảo sát thực địa, thu thập số liệu, mô phỏng tính toán và phân tích kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Chuyển vị ngang đỉnh tường vây: Mô hình Hardening Soil cho kết quả chuyển vị ngang đỉnh tường cọc khoan nhồi nhỏ hơn khoảng 15% so với mô hình Mohr-Coulomb, thể hiện độ chính xác cao hơn trong dự báo biến dạng thực tế.

  2. Trồi đáy hố đào: Độ trồi đáy hố đào khi sử dụng cọc khoan nhồi đường kính nhỏ được kiểm soát tốt, với giá trị trồi đáy dưới 5mm, đảm bảo an toàn cho công trình lân cận trong điều kiện thi công xây chen.

  3. Nội lực trong tường cọc và thanh chống: Nội lực lớn nhất trong cọc và thanh chống được xác định rõ ràng, giúp thiết kế kết cấu phù hợp, đảm bảo an toàn chịu lực trong quá trình thi công và sử dụng.

  4. Hiệu quả kinh tế: So sánh chi phí thi công giữa phương án cọc khoan nhồi D500 dài 34m và cừ Larsen dài 15m cho thấy phương án cọc khoan nhồi tiết kiệm khoảng 20-25% tổng chi phí, đồng thời giảm thiểu rủi ro ảnh hưởng đến công trình lân cận.

Thảo luận kết quả

Kết quả mô phỏng cho thấy mô hình Hardening Soil phù hợp hơn trong việc mô phỏng đất nền phù sa đặc trưng của Cần Thơ, do tính phi tuyến và cứng dần của đất được phản ánh chính xác hơn so với mô hình Mohr-Coulomb. Chuyển vị ngang và trồi đáy hố đào thấp chứng tỏ giải pháp cọc khoan nhồi đường kính nhỏ có khả năng kiểm soát biến dạng đất hiệu quả, giảm thiểu nguy cơ gây hư hại cho các công trình liền kề.

So với các nghiên cứu tại các đô thị lớn như Hà Nội và TP. Hồ Chí Minh, kết quả tại Cần Thơ tương đồng về hiệu quả kỹ thuật và kinh tế, khẳng định tính ứng dụng rộng rãi của công nghệ này trong điều kiện địa chất phù sa và mặt bằng chật hẹp. Việc sử dụng cọc khoan nhồi đường kính nhỏ còn giúp giảm thiểu tác động rung động và tiếng ồn trong quá trình thi công, một ưu điểm quan trọng trong khu vực đô thị đông dân cư.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ chuyển vị ngang, biểu đồ nội lực trong cọc và thanh chống, cũng như bảng so sánh chi phí thi công giữa các phương án, giúp trực quan hóa hiệu quả và độ an toàn của giải pháp.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Áp dụng rộng rãi công nghệ cọc khoan nhồi đường kính nhỏ: Khuyến khích các nhà đầu tư và nhà thầu sử dụng giải pháp này cho các công trình xây chen có tầng hầm tại Cần Thơ trong vòng 3-5 năm tới nhằm nâng cao hiệu quả thi công và giảm thiểu rủi ro.

  2. Hoàn thiện hệ thống tiêu chuẩn và quy phạm: Cơ quan quản lý xây dựng cần phối hợp với các viện nghiên cứu để xây dựng tiêu chuẩn thiết kế và thi công cụ thể cho cọc khoan nhồi đường kính nhỏ, đảm bảo tính pháp lý và chất lượng công trình trong 2 năm tới.

  3. Đào tạo và nâng cao năng lực thi công: Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu về kỹ thuật thi công cọc khoan nhồi đường kính nhỏ cho đội ngũ kỹ sư và công nhân xây dựng tại địa phương, nhằm nâng cao tay nghề và đảm bảo an toàn thi công.

  4. Ứng dụng phần mềm mô phỏng tiên tiến: Khuyến khích sử dụng các phần mềm phân tích địa kỹ thuật hiện đại như PLAXIS để thiết kế và đánh giá biện pháp thi công, giúp tối ưu hóa giải pháp và giảm thiểu chi phí phát sinh.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Nhà đầu tư xây dựng: Có thể sử dụng kết quả nghiên cứu để lựa chọn giải pháp thi công tầng hầm phù hợp, đảm bảo an toàn và tiết kiệm chi phí cho dự án.

  2. Đơn vị tư vấn thiết kế: Áp dụng các mô hình tính toán và phương pháp phân tích trong luận văn để thiết kế kết cấu móng và tường vây chính xác, phù hợp với điều kiện địa chất Cần Thơ.

  3. Nhà thầu thi công: Tham khảo quy trình thi công, biện pháp kiểm soát chất lượng và các giải pháp kỹ thuật nhằm nâng cao hiệu quả và an toàn trong thi công tầng hầm công trình xây chen.

  4. Cơ quan quản lý xây dựng: Sử dụng luận văn làm cơ sở khoa học để hoàn thiện hệ thống tiêu chuẩn, quy phạm và hướng dẫn kiểm tra, nghiệm thu các công trình sử dụng công nghệ cọc khoan nhồi đường kính nhỏ.

Câu hỏi thường gặp

  1. Cọc khoan nhồi đường kính nhỏ có ưu điểm gì so với cọc truyền thống?
    Cọc khoan nhồi đường kính nhỏ có thiết bị thi công nhỏ gọn, phù hợp với mặt bằng chật hẹp, chịu tải lớn, ít ảnh hưởng đến công trình lân cận và chi phí thi công cạnh tranh.

  2. Phương pháp mô hình đất nào phù hợp để tính toán tường vây cọc khoan nhồi?
    Mô hình Hardening Soil được đánh giá phù hợp hơn do phản ánh chính xác tính phi tuyến và cứng dần của đất nền phù sa, giúp dự báo biến dạng và nội lực chính xác hơn.

  3. Chi phí thi công cọc khoan nhồi đường kính nhỏ so với cừ Larsen như thế nào?
    Theo nghiên cứu, phương án cọc khoan nhồi D500 dài 34m tiết kiệm khoảng 20-25% chi phí so với cừ Larsen dài 15m, đồng thời giảm thiểu rủi ro ảnh hưởng đến công trình lân cận.

  4. Có những rủi ro nào khi thi công tầng hầm trong khu vực xây chen?
    Rủi ro chính gồm lún, nứt, sụp đổ công trình lân cận do chuyển vị đất, rung động khi thi công, và sự cố mất ổn định thành hố đào nếu biện pháp chống giữ không phù hợp.

  5. Làm thế nào để kiểm soát chất lượng cọc khoan nhồi đường kính nhỏ?
    Kiểm soát chất lượng thông qua các phương pháp thử tải, siêu âm xác định tính đồng nhất bê tông, kiểm tra kích thước và vị trí cọc, đồng thời giám sát chặt chẽ quy trình thi công.

Kết luận

  • Cọc khoan nhồi đường kính nhỏ là giải pháp kỹ thuật hiệu quả, an toàn và kinh tế cho thi công tầng hầm các công trình xây chen tại trung tâm thành phố Cần Thơ.
  • Mô hình Hardening Soil cho kết quả tính toán chính xác hơn so với mô hình Mohr-Coulomb trong điều kiện địa chất phù sa đặc trưng.
  • Giải pháp cọc khoan nhồi giúp kiểm soát tốt chuyển vị ngang và trồi đáy hố đào, giảm thiểu ảnh hưởng đến công trình lân cận.
  • So sánh kinh tế cho thấy phương án cọc khoan nhồi tiết kiệm chi phí đáng kể so với phương án cừ Larsen truyền thống.
  • Đề xuất hoàn thiện tiêu chuẩn kỹ thuật, đào tạo nhân lực và ứng dụng phần mềm mô phỏng để nâng cao hiệu quả và độ an toàn trong thi công.

Next steps: Triển khai áp dụng giải pháp tại các dự án xây dựng tầng hầm mới, đồng thời phối hợp xây dựng tiêu chuẩn kỹ thuật và tổ chức đào tạo chuyên sâu trong vòng 1-2 năm tới.

Call to action: Các nhà đầu tư, tư vấn và nhà thầu xây dựng tại Cần Thơ nên cân nhắc áp dụng công nghệ cọc khoan nhồi đường kính nhỏ để tối ưu hóa hiệu quả thi công và đảm bảo an toàn công trình.