Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh đô thị hóa nhanh chóng, các công trình nhà cao tầng ngày càng phát triển, kéo theo nhu cầu thi công hố móng sâu để đảm bảo kết cấu vững chắc. Tại tỉnh Sóc Trăng, thuộc vùng Đồng bằng sông Cửu Long, nền đất yếu, bao hòa nước với chiều dày lớn tạo ra nhiều thách thức trong thi công hố móng sâu. Theo ước tính, việc thi công hố móng sâu trên đất yếu có thể gây ra biến dạng đất nền, ảnh hưởng đến ổn định công trình và các công trình lân cận. Luận văn thạc sĩ này tập trung phân tích ổn định hố móng sâu nhà cao tầng tại Sóc Trăng, nhằm đánh giá ảnh hưởng của quá trình thi công đến biến dạng và ổn định công trình, đồng thời so sánh các phương pháp tính toán hệ số an toàn để lựa chọn giải pháp phù hợp.

Mục tiêu nghiên cứu bao gồm: áp dụng phương pháp phần tử hữu hạn kết hợp các phương pháp truyền thống để phân tích ổn định hố móng sâu; xác định mức độ ảnh hưởng đến công trình lân cận do thi công hố móng sâu; đề xuất giải pháp hạn chế ảnh hưởng tiêu cực; so sánh kết quả tính toán hệ số an toàn theo các phương pháp khác nhau. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào công trình Trụ sở Ngân hàng TMCP Công thương Việt Nam Chi nhánh Sóc Trăng, với dữ liệu khảo sát địa chất, thủy văn và số liệu quan trắc thực tế trong giai đoạn thi công. Ý nghĩa nghiên cứu thể hiện qua việc nâng cao độ chính xác trong tính toán ổn định hố móng sâu, góp phần đảm bảo an toàn thi công và khai thác công trình, đồng thời giảm thiểu rủi ro cho các công trình lân cận.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết cơ bản về áp lực đất và phân tích ổn định hố móng sâu, bao gồm:

  • Lý thuyết áp lực đất Rankine và Coulomb: Xác định áp lực đất chủ động, bị động và tĩnh tác động lên tường chắn đất. Lý thuyết Rankine giả định tường chắn thay thế một phần đất bán vô hạn, trong khi Coulomb xét đến ma sát giữa đất và tường, mặt trượt đất hình thành qua các mặt phẳng cụ thể.

  • Phương pháp phân tích ổn định hố móng: Gồm phương pháp hệ số cường độ, hệ số tải trọng và hệ số kích thước để xác định hệ số an toàn chống đẩy vào và chống trồi của hố móng. Các phương pháp này dựa trên cân bằng lực, momen và phân tích ứng suất trong đất.

  • Phân tích phá hoại hố móng: Bao gồm phá hoại đẩy vào và phá hoại trồi, sử dụng các phương pháp như Terzaghi, Bjerrum và Eide, phương pháp cung trượt để xác định mặt phá hoại và hệ số an toàn tương ứng.

Các khái niệm chính được sử dụng gồm: áp lực đất chủ động, áp lực đất bị động, hệ số an toàn, mặt phá hoại, chuyển vị ngang tường chắn, và mô hình đất nền (Hardening Soil, Soft Soil).

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính bao gồm số liệu khảo sát địa chất thủy văn, các thông số cơ lý đất nền tại công trình Ngân hàng TMCP Công thương Việt Nam Chi nhánh Sóc Trăng, cùng số liệu quan trắc chuyển vị và biến dạng trong quá trình thi công. Cỡ mẫu dữ liệu địa chất được thu thập từ các lỗ khoan HK1, HK2, HK3 với các chỉ tiêu cơ lý như độ dính, góc ma sát trong, trọng lượng đơn vị, hệ số thấm.

Phương pháp phân tích gồm:

  • Phương pháp giải tích truyền thống: Tính toán áp lực đất theo lý thuyết Rankine và Coulomb, phân tích cân bằng lực và momen để xác định hệ số an toàn chống đẩy vào và chống trồi.

  • Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM): Sử dụng phần mềm Plaxis 2D để mô phỏng quá trình thi công hố móng sâu, phân tích chuyển vị ngang của tường vây cừ Larsen và cọc bê tông, đánh giá biến dạng đất nền và hệ số an toàn qua các giai đoạn thi công.

Phương pháp chọn mẫu dựa trên khảo sát thực tế tại công trình, lựa chọn mô hình đất phù hợp với đặc điểm địa chất vùng Đồng bằng sông Cửu Long. Timeline nghiên cứu kéo dài khoảng 2 năm, từ thu thập số liệu, mô phỏng, phân tích đến so sánh kết quả và đề xuất giải pháp.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Ảnh hưởng của chiều sâu chôn tường và bề rộng hố móng đến ổn định: Kết quả mô phỏng cho thấy chiều sâu chôn tường càng lớn thì hệ số an toàn chống đẩy vào càng giảm, trong khi bề rộng hố móng ảnh hưởng đến phân bố áp lực đất và chuyển vị tường chắn. Ví dụ, với chiều sâu chôn tường khoảng 13 m, hệ số an toàn đạt khoảng 1.2 theo phương pháp Terzaghi, phù hợp với tiêu chuẩn an toàn thi công.

  2. So sánh hệ số an toàn theo các phương pháp: Phương pháp phần tử hữu hạn cho kết quả hệ số an toàn cao hơn khoảng 10-15% so với phương pháp truyền thống, phản ánh khả năng mô phỏng chính xác biến dạng và ứng suất trong đất nền. Hệ số an toàn theo phương pháp Bjerrum và Eide thấp hơn so với Terzaghi, cho thấy sự khác biệt trong giả thiết mặt phá hoại.

  3. Chuyển vị ngang tường vây và biến dạng đất nền: Mô phỏng Plaxis 2D cho thấy chuyển vị ngang tường vây cừ Larsen trong các giai đoạn thi công dao động từ 5 đến 15 mm, phù hợp với số liệu quan trắc thực tế. Biến dạng đất nền xung quanh hố móng có xu hướng tăng dần theo độ sâu đào, đặc biệt tại các vị trí gần chân tường.

  4. Ảnh hưởng của hạ mực nước ngầm: Việc bơm hạ mực nước ngầm trong hố móng gây ra sự thay đổi áp lực nước lỗ rỗng, làm tăng nguy cơ sụt lún và phá hoại đất nền. Kết quả phân tích cho thấy áp lực nước do thấm có thể chiếm tới 30-40% tổng áp lực tác động lên tường chắn, cần được kiểm soát chặt chẽ trong thi công.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của các biến dạng và giảm hệ số an toàn là do đặc điểm nền đất yếu, có lớp đất sét dẻo và cát pha bảo hòa nước, cùng với việc hạ mực nước ngầm không đồng đều. So sánh với các nghiên cứu tại các đô thị lớn như Hà Nội và TP. Hồ Chí Minh, kết quả tại Sóc Trăng tương đồng về xu hướng ảnh hưởng của chiều sâu chôn tường và áp lực đất.

Việc sử dụng phần mềm Plaxis 2D giúp mô phỏng chính xác hơn các hiện tượng biến dạng phức tạp, đồng thời cho phép đánh giá ảnh hưởng của từng giai đoạn thi công. Biểu đồ chuyển vị ngang tường và hệ số an toàn theo thời gian thi công có thể được trình bày để minh họa rõ ràng sự thay đổi ổn định hố móng.

Kết quả cũng nhấn mạnh tầm quan trọng của việc lựa chọn phương pháp tính toán phù hợp, bởi các phương pháp truyền thống có thể đánh giá thấp hoặc cao hơn thực tế nếu không xét đến các yếu tố địa chất đặc thù và điều kiện thi công. Do đó, việc kết hợp phương pháp phần tử hữu hạn với các phương pháp truyền thống là cần thiết để đảm bảo an toàn và hiệu quả thi công.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Áp dụng phương pháp phần tử hữu hạn trong thiết kế và kiểm tra ổn định hố móng sâu: Động từ hành động là "triển khai", mục tiêu là nâng cao độ chính xác tính toán hệ số an toàn, thời gian áp dụng trong giai đoạn thiết kế và thi công, chủ thể thực hiện là các đơn vị tư vấn thiết kế và nhà thầu thi công.

  2. Kiểm soát chặt chẽ quá trình hạ mực nước ngầm: Đề xuất "giám sát" và "điều chỉnh" mực nước ngầm để hạn chế biến dạng đất nền, giảm nguy cơ sụt lún, áp dụng trong suốt quá trình thi công, chủ thể là đơn vị thi công và tư vấn giám sát.

  3. Tăng cường quan trắc chuyển vị và biến dạng trong quá trình thi công: "Thiết lập" hệ thống quan trắc liên tục để phát hiện sớm các dấu hiệu bất ổn, mục tiêu giảm thiểu rủi ro, thời gian thực hiện liên tục trong thi công, chủ thể là chủ đầu tư và đơn vị giám sát.

  4. Lựa chọn kết cấu tường vây phù hợp với điều kiện địa chất: "Tư vấn" sử dụng tường cừ Larsen hoặc tường bê tông cốt thép có khả năng chịu lực và chống thấm tốt, áp dụng trong thiết kế, chủ thể là đơn vị thiết kế và nhà thầu thi công.

  5. Đào tạo và nâng cao năng lực kỹ thuật cho cán bộ thi công và giám sát: "Tổ chức" các khóa đào tạo về kỹ thuật thi công hố móng sâu và quản lý rủi ro, mục tiêu nâng cao chất lượng thi công, thời gian định kỳ hàng năm, chủ thể là các cơ sở đào tạo và doanh nghiệp xây dựng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các kỹ sư thiết kế kết cấu và địa kỹ thuật: Luận văn cung cấp cơ sở lý thuyết và phương pháp tính toán ổn định hố móng sâu, giúp họ lựa chọn phương pháp phù hợp và thiết kế an toàn cho công trình trên nền đất yếu.

  2. Nhà thầu thi công công trình ngầm và hố móng sâu: Tham khảo các phân tích về ảnh hưởng thi công đến biến dạng đất nền và công trình lân cận, từ đó áp dụng các biện pháp thi công an toàn, kiểm soát mực nước ngầm hiệu quả.

  3. Chủ đầu tư và quản lý dự án xây dựng: Hiểu rõ các rủi ro liên quan đến thi công hố móng sâu, đánh giá các giải pháp kỹ thuật và giám sát thi công nhằm đảm bảo tiến độ và an toàn công trình.

  4. Các nhà nghiên cứu và sinh viên chuyên ngành kỹ thuật xây dựng, địa kỹ thuật: Tài liệu tham khảo quý giá về lý thuyết áp lực đất, phương pháp phân tích ổn định hố móng sâu, ứng dụng phần mềm mô phỏng phần tử hữu hạn trong thực tế.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao phải phân tích ổn định hố móng sâu trên đất yếu?
    Phân tích giúp đánh giá nguy cơ biến dạng, sụt lún và phá hoại công trình trong quá trình thi công và khai thác, từ đó đề xuất giải pháp kỹ thuật phù hợp để đảm bảo an toàn và bền vững.

  2. Phương pháp phần tử hữu hạn có ưu điểm gì so với phương pháp truyền thống?
    Phương pháp phần tử hữu hạn mô phỏng được biến dạng và ứng suất phức tạp trong đất nền, cho kết quả chính xác hơn, đặc biệt trong điều kiện địa chất không đồng nhất và thi công nhiều giai đoạn.

  3. Ảnh hưởng của hạ mực nước ngầm đến ổn định hố móng như thế nào?
    Hạ mực nước ngầm làm thay đổi áp lực nước lỗ rỗng, gây nén đất và chuyển vị, có thể dẫn đến sụt lún và phá hoại kết cấu tường chắn nếu không kiểm soát tốt.

  4. Làm thế nào để lựa chọn chiều sâu chôn tường phù hợp?
    Chiều sâu chôn tường được xác định dựa trên phân tích hệ số an toàn chống đẩy vào và chống trồi, kết hợp các phương pháp tính toán truyền thống và mô phỏng phần tử hữu hạn, đảm bảo an toàn theo tiêu chuẩn kỹ thuật.

  5. Các biện pháp nào giúp hạn chế ảnh hưởng thi công hố móng sâu đến công trình lân cận?
    Bao gồm kiểm soát mực nước ngầm, sử dụng kết cấu tường vây phù hợp, giám sát chuyển vị và biến dạng liên tục, áp dụng công nghệ thi công hiện đại và đào tạo nhân lực kỹ thuật.

Kết luận

  • Luận văn đã phân tích chi tiết ổn định hố móng sâu nhà cao tầng trên nền đất yếu tại Sóc Trăng, sử dụng kết hợp phương pháp phần tử hữu hạn và các phương pháp truyền thống.
  • Kết quả cho thấy chiều sâu chôn tường và bề rộng hố móng ảnh hưởng lớn đến hệ số an toàn và biến dạng đất nền.
  • Phương pháp phần tử hữu hạn cho kết quả chính xác hơn, phù hợp với điều kiện địa chất phức tạp và thi công nhiều giai đoạn.
  • Việc kiểm soát mực nước ngầm và giám sát chuyển vị trong thi công là yếu tố then chốt đảm bảo an toàn công trình.
  • Đề xuất áp dụng các giải pháp kỹ thuật và quản lý thi công nhằm nâng cao hiệu quả và giảm thiểu rủi ro trong xây dựng hố móng sâu trên nền đất yếu.

Tiếp theo, các đơn vị thiết kế và thi công nên triển khai áp dụng phương pháp phần tử hữu hạn trong quy trình thiết kế và giám sát thi công, đồng thời tăng cường đào tạo kỹ thuật cho cán bộ liên quan. Để biết thêm chi tiết và nhận tư vấn chuyên sâu, quý độc giả vui lòng liên hệ với các chuyên gia địa kỹ thuật và kỹ thuật xây dựng uy tín.