Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển đô thị nhanh chóng tại Hải Phòng, việc thi công các công trình nhà cao tầng có tầng hầm ngày càng phổ biến. Theo thống kê, nhiều công trình cao từ 10 đến 30 tầng với 1-2 tầng hầm đã được xây dựng nhằm đáp ứng nhu cầu đỗ xe và hệ thống kỹ thuật. Tuy nhiên, tình trạng xây chen và thi công hố đào sâu diễn ra phổ biến đã gây ra nhiều ảnh hưởng tiêu cực đến các công trình lân cận, đặc biệt là các nhà thấp tầng với kết cấu tường gạch chịu lực trên nền đất yếu.

Vấn đề an toàn trong thi công hố đào sâu trở nên cấp thiết khi các sự cố như lún, nghiêng, nứt tường xảy ra phổ biến, gây thiệt hại về tài sản và ảnh hưởng đến môi trường xây dựng. Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là phân tích ảnh hưởng của các loại đất và các loại tường gia cố vách hố đào (tường cừ thép, tường bê tông cốt thép thi công theo phương pháp Top-Down) đến độ lún và chuyển vị công trình lân cận tại Hải Phòng. Nghiên cứu cũng nhằm đề xuất các giải pháp kỹ thuật và quản lý nhằm hạn chế ảnh hưởng tiêu cực, đảm bảo an toàn cho các công trình xung quanh.

Phạm vi nghiên cứu tập trung vào các công trình nhà tường gạch chịu lực trên nền móng băng, các công trình giao thông và hạ tầng tại Hải Phòng trong giai đoạn thi công hố đào sâu. Ý nghĩa nghiên cứu được thể hiện qua việc cung cấp cơ sở khoa học cho thiết kế và quản lý thi công hố đào, góp phần giảm thiểu rủi ro sự cố công trình, nâng cao chất lượng và hiệu quả xây dựng đô thị.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình cơ bản trong cơ học đất và kết cấu nền móng, bao gồm:

  • Mô hình nền Winkler: Mô hình nền đàn hồi cục bộ, dùng để mô phỏng tương tác giữa công trình và đất nền thông qua phản lực tỉ lệ thuận với độ lún tại điểm tiếp xúc. Đây là cơ sở cho phương pháp dầm trên nền đàn hồi tính toán độ lún công trình lân cận.

  • Mô hình phần tử hữu hạn (Finite Element Method - FEM): Sử dụng phần mềm chuyên dụng như Plaxis để mô phỏng chuyển vị đất nền và công trình theo từng giai đoạn thi công, áp dụng các mô hình đất nền như Mohr-Coulomb, Hardening-Soil, Soft-Soil dựa trên mô hình Cam-Clay.

  • Lý thuyết về ảnh hưởng của hố đào sâu đến công trình lân cận: Bao gồm các yếu tố ảnh hưởng như độ sâu hố đào (Hk), khoảng cách từ công trình đến hố đào (L), độ sâu chôn móng công trình (h), loại đất nền, loại kết cấu tường chắn và phương pháp gia cố thành hố đào (neo trong đất, thanh chống thép, sàn bê tông cốt thép).

Các khái niệm chính được sử dụng gồm: độ lún công trình, chuyển vị ngang, áp lực nước lỗ rỗng, trạng thái cân bằng giới hạn, hệ số phản lực nền đàn hồi, và các phương pháp thi công hố đào như Top-Down, đào mở, semi-Top-Down.

Phương pháp nghiên cứu

Luận văn sử dụng kết hợp các phương pháp nghiên cứu sau:

  • Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Tổng hợp, phân tích các lý thuyết cơ bản về cơ học đất, kết cấu nền móng, và các phương pháp tính toán độ lún công trình lân cận.

  • Phương pháp phân tích đánh giá: So sánh các phương pháp thi công hố đào, các loại kết cấu tường chắn và ảnh hưởng của chúng đến độ lún, chuyển vị công trình lân cận dựa trên số liệu thực tế và mô hình tính toán.

  • Phương pháp lấy ý kiến chuyên gia: Thu thập ý kiến từ các chuyên gia, nhà khoa học trong lĩnh vực xây dựng và địa kỹ thuật thông qua các báo cáo khoa học, hội thảo chuyên ngành.

  • Phương pháp so sánh thực nghiệm và lý thuyết: Sưu tầm và phân tích số liệu quan trắc độ lún công trình thực tế tại Hải Phòng, so sánh với kết quả tính toán theo mô hình dầm trên nền đàn hồi và mô hình phần tử hữu hạn để đánh giá độ chính xác và hiệu quả của các phương pháp.

  • Cỡ mẫu và timeline nghiên cứu: Nghiên cứu tập trung vào các công trình nhà cao tầng có tầng hầm tại Hải Phòng, với số liệu quan trắc từ nhiều công trình thực tế trong khoảng thời gian gần đây. Quá trình nghiên cứu kéo dài khoảng 1-2 năm, bao gồm khảo sát hiện trường, thu thập số liệu, phân tích và đề xuất giải pháp.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Ảnh hưởng của khoảng cách và độ sâu hố đào đến độ lún công trình lân cận: Kết quả phân tích cho thấy độ lún công trình tăng khi khoảng cách từ công trình đến hố đào (L) giảm và độ sâu hố đào (Hk) tăng. Ví dụ, khi tỷ số (Hk - h)/L tăng từ 0,5 lên 2, độ lún công trình có thể tăng từ khoảng 3 mm lên đến 20 mm, tùy thuộc vào loại đất và phương pháp gia cố.

  2. Ảnh hưởng của loại đất nền: Đất loại III (đất cát xốp, đất sét dẻo mềm) gây ra độ lún công trình lớn hơn gấp 3-5 lần so với đất loại I (đất cát chặt) và loại II (đất sét nửa cứng). Cụ thể, độ lún có thể đạt tới 15-25 mm trên đất yếu, trong khi chỉ khoảng 4-7 mm trên đất bền hơn.

  3. Ảnh hưởng của phương pháp gia cố thành hố đào: Gia cố bằng neo trong đất tạo ra độ lún công trình lớn nhất, trong khi phương pháp Top-Down với sàn bê tông cốt thép giảm độ lún đáng kể, chỉ khoảng 40%-70% so với neo. Thanh chống thép hình và tường cừ thép có ảnh hưởng trung gian, với bán kính vùng ảnh hưởng lần lượt là 3Hk và 4Hk.

  4. So sánh kết quả tính toán và quan trắc thực tế: Kết quả đo đạc thực tế tại một số công trình cho thấy độ lún công trình lân cận dao động từ 5 cm đến 15 cm, phù hợp với dự báo của mô hình dầm trên nền đàn hồi và mô hình phần tử hữu hạn khi xét đến điều kiện địa chất và phương pháp thi công cụ thể.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của sự khác biệt độ lún giữa các công trình là do điều kiện địa chất đa dạng và phương pháp gia cố thành hố đào khác nhau. Đất yếu làm giảm khả năng chịu lực và tăng biến dạng, trong khi các phương pháp gia cố như neo trong đất tạo ra ứng suất tập trung lớn hơn, dẫn đến độ lún cao hơn. Phương pháp Top-Down với sàn bê tông cốt thép giúp phân phối tải trọng đều hơn và hạn chế chuyển vị ngang của tường chắn, từ đó giảm thiểu ảnh hưởng đến công trình lân cận.

So với các nghiên cứu trước đây, kết quả luận văn khẳng định vai trò quan trọng của việc lựa chọn phương pháp thi công và gia cố phù hợp với điều kiện địa chất cụ thể. Việc kết hợp số liệu thực tế với mô hình tính toán giúp nâng cao độ tin cậy của dự báo và hỗ trợ thiết kế giải pháp kỹ thuật hiệu quả.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ quan hệ độ lún với tỷ số (Hk - h)/L theo từng loại đất và phương pháp gia cố, cũng như bảng so sánh độ lún thực tế và tính toán tại các công trình tiêu biểu.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Áp dụng phương pháp thi công Top-Down với sàn bê tông cốt thép: Khuyến nghị sử dụng phương pháp này cho các công trình có hố đào sâu trên nền đất yếu nhằm giảm thiểu độ lún và chuyển vị công trình lân cận. Thời gian áp dụng trong giai đoạn thiết kế và thi công, chủ thể thực hiện là nhà thầu và tư vấn thiết kế.

  2. Tăng cường khảo sát địa chất chi tiết trước thi công: Đề xuất thực hiện khảo sát địa chất đầy đủ, xác định chính xác các lớp đất yếu và mực nước ngầm để lựa chọn phương án gia cố phù hợp. Thời gian khảo sát nên thực hiện trước khi thiết kế, chủ thể là đơn vị khảo sát và chủ đầu tư.

  3. Sử dụng hệ thống quan trắc chuyển vị và lún công trình lân cận: Lắp đặt các trạm quan trắc để theo dõi biến dạng trong quá trình thi công, kịp thời phát hiện và xử lý sự cố. Thời gian theo dõi liên tục trong suốt quá trình thi công, chủ thể là nhà thầu và đơn vị giám sát.

  4. Xây dựng quy định quản lý chất lượng thi công hố đào sâu: Cơ quan quản lý nhà nước cần ban hành các quy định cụ thể về quản lý chất lượng thi công, kiểm soát biện pháp thi công và gia cố thành hố đào nhằm hạn chế ảnh hưởng đến công trình lân cận. Thời gian triển khai trong vòng 1-2 năm, chủ thể là các cơ quan quản lý xây dựng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà thiết kế kết cấu và địa kỹ thuật: Luận văn cung cấp cơ sở khoa học và phương pháp tính toán độ lún công trình lân cận, giúp thiết kế giải pháp gia cố và thi công phù hợp với điều kiện địa chất và yêu cầu kỹ thuật.

  2. Nhà thầu xây dựng và thi công công trình ngầm: Thông tin về các phương pháp thi công hố đào sâu, ưu nhược điểm và ảnh hưởng đến công trình lân cận giúp nhà thầu lựa chọn công nghệ thi công an toàn, hiệu quả.

  3. Cơ quan quản lý xây dựng đô thị: Nghiên cứu cung cấp dữ liệu và đề xuất chính sách quản lý chất lượng thi công hố đào, giúp xây dựng quy định và giám sát thi công nhằm giảm thiểu rủi ro sự cố công trình.

  4. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành xây dựng, địa kỹ thuật: Luận văn là tài liệu tham khảo quý giá về lý thuyết, phương pháp nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn trong lĩnh vực thi công công trình ngầm và ảnh hưởng đến công trình lân cận.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao thi công hố đào sâu lại ảnh hưởng đến công trình lân cận?
    Thi công hố đào làm thay đổi trạng thái ứng suất và áp lực nước trong đất nền, gây chuyển vị, lún và biến dạng đất xung quanh, từ đó ảnh hưởng đến móng và kết cấu công trình lân cận. Ví dụ, việc bơm hút nước ngầm có thể làm giảm áp lực nước lỗ rỗng, dẫn đến lún cố kết đất nền.

  2. Phương pháp thi công nào giảm thiểu ảnh hưởng đến công trình lân cận nhất?
    Phương pháp Top-Down với sàn bê tông cốt thép được đánh giá cao vì giúp phân phối tải trọng đều, giảm chuyển vị ngang của tường chắn và hạn chế độ lún công trình lân cận so với các phương pháp khác như neo trong đất hay thanh chống thép.

  3. Làm thế nào để xác định vùng ảnh hưởng của hố đào đến công trình lân cận?
    Vùng ảnh hưởng được xác định dựa trên tỷ số (Hk - h)/L, trong đó Hk là độ sâu hố đào, h là độ sâu móng công trình, L là khoảng cách từ công trình đến hố đào. Bán kính vùng ảnh hưởng thay đổi theo phương pháp gia cố, ví dụ 2Hk với tường trong đất, 3Hk với thanh chống thép.

  4. Có thể áp dụng kết quả nghiên cứu này cho các khu vực khác ngoài Hải Phòng không?
    Kết quả có thể áp dụng cho các khu vực có điều kiện địa chất tương tự và công trình có đặc điểm kết cấu tương đương, tuy nhiên cần điều chỉnh tham số theo đặc điểm địa chất và quy định địa phương.

  5. Làm sao để giám sát và phòng ngừa sự cố trong quá trình thi công hố đào?
    Cần lắp đặt hệ thống quan trắc chuyển vị, lún và mực nước ngầm, thực hiện khảo sát địa chất đầy đủ, tuân thủ quy trình thi công và biện pháp gia cố đã thiết kế, đồng thời có kế hoạch xử lý kịp thời khi phát hiện dấu hiệu bất thường.

Kết luận

  • Luận văn đã phân tích chi tiết ảnh hưởng của các loại đất và phương pháp gia cố thành hố đào đến độ lún công trình lân cận tại Hải Phòng, với số liệu thực tế và mô hình tính toán phù hợp.
  • Phương pháp Top-Down với sàn bê tông cốt thép được xác định là giải pháp hiệu quả nhất trong việc giảm thiểu ảnh hưởng tiêu cực đến công trình xung quanh.
  • Đặc điểm địa chất yếu làm tăng đáng kể độ lún và chuyển vị công trình, đòi hỏi khảo sát kỹ lưỡng và lựa chọn biện pháp gia cố phù hợp.
  • Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học cho thiết kế, thi công và quản lý chất lượng thi công hố đào sâu, góp phần nâng cao an toàn công trình.
  • Đề xuất tiếp theo là xây dựng quy định quản lý thi công hố đào, tăng cường quan trắc và áp dụng các giải pháp kỹ thuật phù hợp nhằm giảm thiểu rủi ro sự cố trong xây dựng đô thị.

Hành động tiếp theo: Các nhà thiết kế, nhà thầu và cơ quan quản lý nên phối hợp triển khai áp dụng các giải pháp và quy định được đề xuất để đảm bảo an toàn và hiệu quả thi công hố đào sâu tại Hải Phòng và các khu vực tương tự.