Tổng quan nghiên cứu

Việc xây dựng nhà cao tầng tại các đô thị lớn như Hà Nội ngày càng phát triển mạnh mẽ, kéo theo nhu cầu xây dựng tầng hầm để tối ưu hóa không gian sử dụng. Theo ước tính, các công trình nhà cao tầng tại Hà Nội thường có từ 2 đến 5 tầng hầm nhằm phục vụ các mục đích như gara xe, kho chứa, kỹ thuật và sinh hoạt cộng đồng. Tuy nhiên, điều kiện địa chất yếu, phức tạp với nhiều lớp đất sét và đất yếu tại Hà Nội đặt ra thách thức lớn trong thi công tầng hầm, đặc biệt là việc đảm bảo ổn định cho tường chắn đất và neo đất trong quá trình thi công.

Luận văn tập trung nghiên cứu ứng dụng tường trong đất có neo trong thi công xây dựng tầng hầm nhà cao tầng tại thành phố Hà Nội, nhằm cải thiện khả năng làm việc của kết cấu tường chắn, giữ ổn định mái đào và đảm bảo an toàn cho công trình cũng như các công trình lân cận. Phạm vi nghiên cứu bao gồm các công trình xây dựng tầng hầm tại khu nhà ở cán bộ nhân viên Ban Cơ yếu Chính phủ, đường Khuất Duy Tiến, quận Thanh Xuân, Hà Nội, trong giai đoạn từ năm 2017 đến 2018.

Mục tiêu cụ thể của nghiên cứu là áp dụng công nghệ thi công tường trong đất có neo bằng phương pháp phun phụt hiện đại, phân tích ảnh hưởng của các thông số neo đến momen và chuyển vị tường chắn, từ đó đề xuất biện pháp thi công tối ưu, phù hợp với điều kiện địa chất đặc thù của Hà Nội. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa khoa học và thực tiễn quan trọng, góp phần nâng cao hiệu quả thi công, giảm thiểu rủi ro và chi phí xây dựng tầng hầm nhà cao tầng tại các đô thị lớn.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai khung lý thuyết chính: lý thuyết tường chắn đất và lý thuyết neo đất trong địa kỹ thuật. Tường chắn đất là kết cấu xây dựng nhằm giữ ổn định đất giữa hai độ cao khác nhau, thường áp dụng tại các vùng địa hình có độ dốc lớn hoặc nơi có cảnh quan nhân tạo cần cải tạo. Neo đất là hệ thống neo kéo hoặc neo nén được đặt trong lớp đất chịu tải nhằm ổn định và hạn chế chuyển vị quá mức của kết cấu tường chắn.

Ba khái niệm chuyên ngành quan trọng được sử dụng gồm:

  • Tường trong đất có neo: hệ kết cấu kết hợp giữa tường chắn và hệ neo đất để tăng cường ổn định.
  • Bầu neo và dây neo: cấu tạo chính của neo đất, trong đó bầu neo truyền lực từ dây neo vào đất xung quanh.
  • Phương pháp phun phụt (grouting): kỹ thuật bơm vữa xi măng vào đất qua lỗ khoan để gia cố đất và neo đất.

Ngoài ra, luận văn áp dụng các mô hình tính toán như phương pháp giải tích Sachipana và phương pháp phần tử hữu hạn để phân tích ứng xử của tường chắn có neo trong quá trình thi công.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính bao gồm số liệu khảo sát địa chất kỹ thuật tại khu vực nghiên cứu, số liệu thi công thực tế và kết quả thí nghiệm neo đất. Cỡ mẫu nghiên cứu gồm hơn 1000 neo được thi công và kiểm tra tại công trình khu nhà ở cán bộ nhân viên Ban Cơ yếu Chính phủ, Hà Nội.

Phương pháp phân tích kết hợp giữa phân tích lý thuyết và mô phỏng số học bằng phần mềm Plaxis 8.2, cho phép mô hình hóa chi tiết sự biến dạng và ứng suất trong tường chắn đất có neo. Quá trình nghiên cứu được thực hiện trong khoảng thời gian từ tháng 1/2017 đến tháng 12/2018, bao gồm khảo sát, thiết kế, thi công và đánh giá kết quả.

Quy trình thi công neo đất được mô tả chi tiết qua các bước: khoan lỗ neo, đặt ống thép chờ, bơm vữa xi măng, lắp đặt dây neo, căng kéo neo và kiểm tra chất lượng neo theo tiêu chuẩn ASTM A416-2. Các thiết bị thi công hiện đại như máy khoan MGY60, máy bơm vữa áp lực cao và kích thủy lực được sử dụng để đảm bảo chất lượng thi công.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Hiệu quả ổn định của tường trong đất có neo: Kết quả mô phỏng và thí nghiệm cho thấy việc sử dụng neo đất làm giảm chuyển vị ngang của tường chắn trung bình khoảng 30-40% so với tường không neo, đồng thời giảm mô men uốn trong thân tường từ 15-20%. Điều này giúp tăng độ ổn định và an toàn cho công trình trong quá trình thi công tầng hầm.

  2. Ảnh hưởng của chiều dài và lực căng neo: Neo có chiều dài tự do từ 15 đến 24 m và lực căng neo thiết kế khoảng 22.800 kN được áp dụng tại công trình. Số liệu thực tế cho thấy neo dài hơn và lực căng lớn hơn giúp phân bố lực đều hơn, giảm áp lực đất tác động lên tường chắn, từ đó giảm nguy cơ biến dạng và hư hỏng.

  3. Chất lượng thi công và kiểm tra neo: Qua thí nghiệm kéo neo với lực thử 1,15 lần lực sử dụng, tất cả neo đều đạt yêu cầu về độ giãn và chuyển vị (Ae < L/10^4). Tỷ lệ neo đạt chất lượng trên 98%, đảm bảo an toàn cho công trình. Việc kiểm soát chất lượng nghiêm ngặt trong từng công đoạn thi công là yếu tố then chốt.

  4. Ứng dụng công nghệ phun phụt và hệ khớp nối CWS: Công nghệ phun phụt vữa xi măng giúp gia cố đất xung quanh neo hiệu quả, tăng cường khả năng chịu lực của neo. Hệ thống khớp nối CWS giữa các panel tường chắn tạo điều kiện thuận lợi cho thi công, giảm rò rỉ nước và tăng độ kín khít của tường chắn.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của hiệu quả ổn định tường trong đất có neo là do neo đất tạo ra lực kéo ngược lại áp lực ngang của đất, giúp giảm áp lực đất tác động lên tường chắn. Kết quả này phù hợp với các nghiên cứu trong ngành địa kỹ thuật xây dựng tầng hầm tại các đô thị lớn trên thế giới.

So sánh với các công trình tương tự tại Việt Nam như tòa nhà Vietcombank Hà Nội và Keangnam Landmark Tower, việc áp dụng neo đất với chiều dài và lực căng tương đương đã chứng minh tính khả thi và hiệu quả. Việc sử dụng phần mềm Plaxis 8.2 để mô phỏng cũng giúp dự báo chính xác ứng xử của kết cấu, hỗ trợ thiết kế và thi công an toàn.

Việc áp dụng công nghệ phun phụt và hệ khớp nối CWS là điểm mới trong nghiên cứu, giúp nâng cao chất lượng thi công và giảm thiểu rủi ro thấm nước, biến dạng tường chắn. Các biểu đồ chuyển vị và mô men uốn được trình bày trong luận văn minh họa rõ ràng sự giảm áp lực đất và chuyển vị tường khi sử dụng neo đất.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Tăng cường áp dụng neo đất trong thi công tầng hầm nhà cao tầng: Chủ đầu tư và nhà thầu nên ưu tiên sử dụng hệ tường trong đất có neo để đảm bảo ổn định công trình, giảm thiểu rủi ro lún và biến dạng. Thời gian áp dụng trong giai đoạn thiết kế và thi công từ đầu dự án.

  2. Sử dụng công nghệ phun phụt vữa xi măng hiện đại: Áp dụng kỹ thuật phun phụt để gia cố đất xung quanh neo, nâng cao khả năng chịu lực và độ bền của neo đất. Chủ thể thực hiện là nhà thầu thi công với sự giám sát chặt chẽ của tư vấn thiết kế.

  3. Đầu tư thiết bị thi công và kiểm tra chất lượng neo hiện đại: Trang bị máy khoan neo, máy bơm vữa áp lực cao và thiết bị kéo neo thủy lực để đảm bảo thi công chính xác, đồng thời thực hiện thí nghiệm kéo neo theo tiêu chuẩn ASTM để kiểm soát chất lượng. Thời gian thực hiện trong suốt quá trình thi công.

  4. Đào tạo và nâng cao trình độ nhân lực thi công: Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu về kỹ thuật thi công tường trong đất có neo, kỹ thuật phun phụt và kiểm tra neo cho đội ngũ kỹ sư, công nhân nhằm nâng cao tay nghề và đảm bảo an toàn lao động.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Chủ đầu tư và nhà thầu xây dựng: Nắm bắt các giải pháp kỹ thuật thi công tầng hầm an toàn, hiệu quả, giúp tối ưu chi phí và tiến độ thi công.

  2. Kỹ sư thiết kế kết cấu và địa kỹ thuật: Áp dụng các phương pháp tính toán và mô hình hóa tường chắn đất có neo, lựa chọn thông số neo phù hợp với điều kiện địa chất thực tế.

  3. Các cơ quan quản lý xây dựng và quy hoạch đô thị: Tham khảo các tiêu chuẩn, quy trình thi công và kiểm soát chất lượng công trình tầng hầm nhà cao tầng tại các đô thị lớn.

  4. Giảng viên và sinh viên ngành xây dựng, địa kỹ thuật: Là tài liệu tham khảo chuyên sâu về công nghệ thi công tường trong đất có neo, phương pháp phân tích và ứng dụng thực tiễn trong xây dựng.

Câu hỏi thường gặp

  1. Neo đất là gì và vai trò của nó trong thi công tầng hầm?
    Neo đất là hệ thống neo kéo hoặc neo nén đặt trong lớp đất để ổn định tường chắn, hạn chế chuyển vị quá mức. Vai trò chính là giữ ổn định mái đào, giảm áp lực đất tác động lên tường chắn, đảm bảo an toàn cho công trình trong quá trình thi công.

  2. Phương pháp phun phụt vữa xi măng có ưu điểm gì?
    Phun phụt giúp gia cố đất xung quanh neo, tăng cường khả năng chịu lực và độ bền của neo đất. Kỹ thuật này còn giúp giảm rò rỉ nước, tăng độ kín khít của tường chắn, phù hợp với điều kiện địa chất yếu như tại Hà Nội.

  3. Làm thế nào để kiểm tra chất lượng neo đất?
    Chất lượng neo được kiểm tra bằng thí nghiệm kéo neo với lực thử 1,15 lần lực sử dụng, đo chuyển vị và độ giãn của neo. Neo đạt yêu cầu khi chuyển vị nhỏ hơn L/10^4 (L là chiều dài tự do neo) và không có dấu hiệu phá hoại.

  4. Tại sao phải sử dụng hệ khớp nối CWS trong thi công tường chắn?
    Hệ khớp nối CWS giúp liên kết các panel tường chắn một cách kín khít, dễ dàng tháo lắp, giảm rò rỉ nước và tăng độ ổn định cho tường chắn trong quá trình thi công và vận hành công trình.

  5. Phần mềm Plaxis 8.2 được sử dụng như thế nào trong nghiên cứu?
    Plaxis 8.2 là phần mềm mô phỏng phần tử hữu hạn dùng để phân tích biến dạng và ứng suất trong tường chắn đất có neo. Phần mềm giúp dự báo chính xác ứng xử kết cấu, hỗ trợ thiết kế và đánh giá hiệu quả biện pháp thi công.

Kết luận

  • Nghiên cứu đã chứng minh hiệu quả của tường trong đất có neo trong việc giảm chuyển vị và mô men uốn của tường chắn, đảm bảo an toàn thi công tầng hầm nhà cao tầng tại Hà Nội.
  • Công nghệ phun phụt vữa xi măng và hệ khớp nối CWS được áp dụng thành công, nâng cao chất lượng thi công và độ bền kết cấu.
  • Phương pháp tính toán kết hợp giải tích và mô phỏng phần tử hữu hạn giúp dự báo chính xác ứng xử của tường chắn có neo.
  • Kiểm soát chất lượng neo nghiêm ngặt với thí nghiệm kéo neo đảm bảo neo đạt tiêu chuẩn kỹ thuật.
  • Đề xuất áp dụng rộng rãi biện pháp tường trong đất có neo trong các công trình tầng hầm tại các đô thị lớn, đồng thời nâng cao năng lực thi công và quản lý chất lượng.

Tiếp theo, cần triển khai áp dụng các giải pháp đề xuất vào các dự án thực tế, đồng thời nghiên cứu mở rộng về công nghệ neo đất mới và mô hình tính toán nâng cao. Quý độc giả và các chuyên gia được khuyến khích tham khảo và áp dụng kết quả nghiên cứu để nâng cao hiệu quả thi công xây dựng tầng hầm nhà cao tầng.