Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Đồ án tốt nghiệp này thuộc ngành Kỹ thuật Xây dựng, tập trung vào lĩnh vực thi công công trình dân dụng. Đây là dạng đồ án thiết kế kỹ thuật — tác giả không đặt câu hỏi nghiên cứu theo nghĩa hàn lâm mà thực hiện đầy đủ các tính toán và lập biện pháp thi công cho một công trình cụ thể theo quy trình kỹ thuật tiêu chuẩn.

Công trình được chọn làm đối tượng là nhà dân dụng 3 tầng nằm trên sườn đồi, địa bàn tỉnh Lâm Đồng, thành phố Đà Lạt, diện tích mặt bằng 150 m². Đặc điểm địa hình đồi dốc tạo ra nhiều yêu cầu kỹ thuật đặc thù: khối lượng đào đất sườn đồi lớn, phải thiết kế tường chắn đất nhiều tầng và cần phân chia phân đoạn, phân đợt thi công hợp lý để đảm bảo an toàn và tiến độ.

Nhiệm vụ đồ án bao gồm các phần chính:

  1. Tổng quan công trình và xác định thông số đề bài
  2. Tính toán khối lượng và lập biện pháp thi công đào đất, chọn máy thi công
  3. Tính toán và lập biện pháp thi công bê tông (phân đợt, phân đoạn)
  4. Lập bảng thống kê khối lượng cốt thép
  5. Thiết kế và tính toán cốp pha cho các kết cấu: móng, cột, tường chắn, dầm sàn
  6. Lập tiến độ thi công và tổng bình đồ công trường
  7. Lập biện pháp an toàn lao động cho từng công tác

Phạm vi không gian: toàn bộ công trình 3 tầng, diện tích 150 m², gồm 17 móng đơn, hệ tường chắn đất dài 81 m, hệ cột—dầm—sàn cho 3 tầng.

Thông số kỹ thuật cơ bản theo đề bài:

Thông số Giá trị
Bước cột 5 m
Tiết diện cột (Lc × Hc) 55 × 55 cm
Chiều cao dầm chính 1.000 mm
Chiều cao dầm phụ 650 mm
Cao móng 65 + 40 cm
Số bước cột 16
Cấp đất Cấp I

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung tiêu chuẩn và văn bản kỹ thuật áp dụng

Đồ án sử dụng hệ thống tiêu chuẩn Việt Nam và định mức sau:

  • TCVN 4447-2012 — Công tác đất: phân cấp đất đá (Phụ lục B), độ dốc mái đất (Bảng 11), hệ số tơi xốp ban đầu (Phụ lục C, Bảng C.1)
  • Định mức 24/2005 — Căn cứ tính toán hệ số đầm nén và thể tích đất nguyên thổ cần đắp
  • TCVN 4453:1995 — Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép toàn khối: kiểm tra điều kiện võng cốp pha (Phụ lục A, mục A.3)
  • ASTM A500 Steel-07 Grade B — Tiêu chuẩn thép hộp dùng cho sườn đứng và cây chống

Phương pháp thực hiện

Đồ án thuộc dạng thiết kế kỹ thuật với phương pháp tính toán phân tích — tổng hợp:

  • Tính toán khối lượng: áp dụng công thức hình học cho từng bộ phận kết cấu (hố đào dạng rãnh, móng hình chữ nhật khuyết, tường chắn, cột, dầm, sàn)
  • Chọn máy và tính năng suất: tra bảng thông số kỹ thuật máy đào, xe tải, đầm cóc, xe trộn bê tông, máy bơm bê tông, sau đó tính toán năng suất theo công thức chu kỳ
  • Kiểm tra kết cấu cốp pha: theo bài toán cơ học kết cấu — coi ván khuôn làm việc như dầm liên tục hoặc dầm đơn giản, kiểm tra điều kiện bền và điều kiện võng
  • Phân đợt — phân đoạn: căn cứ thể tích từng cấu kiện và năng suất đổ bê tông (170 m³/ca) để chia phân đoạn hợp lý

Nguồn dữ liệu

Tất cả thông số đầu vào xuất phát từ đề bài được giao (bước cột, tiết diện cột, cấp đất, số bước cột), catalogue thiết bị của các hãng (CIFA, KOMATSU, TEKCOM, Đông Dương, Thép Hòa Phát) và hệ thống tiêu chuẩn Việt Nam nêu trên.


Nội dung chính theo từng chương

Chương 1 — Tổng quan công trình

Chương này trình bày các số liệu đề bài và mô tả sơ bộ công trình: nhà dân dụng 3 tầng trên sườn đồi tại Đà Lạt, diện tích 150 m², bước cột 5 m, 16 bước cột. Chương cung cấp sơ đồ mặt cắt ngang và mặt bằng công trình làm căn cứ cho toàn bộ các tính toán tiếp theo.

Chương 2 — Thi công đào đất

Đây là chương trọng tâm đầu tiên với nội dung tính toán đầy đủ.

Tính khối lượng đào đất: Đất tại khu vực thi công được xác định là đất cát pha, cấp I. Theo TCVN 4447-2012, hệ số mái dốc m = 0,67 ứng với chiều sâu hố móng 1.600 mm. Do bước cột 5,8 m nhỏ hơn khoảng cách để tách rời hố móng, tác giả chọn phương án đào rãnh thông nhau theo chiều dọc công trình thay vì đào hố móng riêng lẻ.

Thành phần khối lượng đào Thể tích
Rãnh móng (V1) 633,2 m³ (tham khảo)
Móng tường chắn (V2) 5,94 m³
Đào sườn đồi (V3) 6.804 m³
Tổng thể tích đào (V) ≈ 7.443 m³
Thể tích đất tươi xốp ban đầu (K₀ = 1,26) 7.983,6 m³
Thể tích đất đắp lại (V'đắp) 4.938,1 m³
Thể tích đất thừa vận chuyển đi 10.058,2 m³

Chọn máy thi công: Tác giả phân tích ưu nhược điểm của máy đào gầu thuận và gầu nghịch, kết luận chọn máy đào gầu nghịch EO4123 (dung tích gầu q = 0,825 m³) là phù hợp nhất vì địa hình hố đào nông—hẹp và máy có thể đứng trên bờ đào xuống. Năng suất máy đào tính theo chu kỳ với tck = 18,5 s, Kd = 1,2, Kt = 1,2, Ktg = 0,4, kết quả năng suất ≈ 61 m³/ca. Để vận chuyển đất đi, chọn 3 xe KOMATSU HM-300 (dung tích thùng 12,9 m³, cự li 2 km, tốc độ 20 km/h).

Đầm đất: Chọn đầm cóc TQ HCD 90 (kích thước 325 × 280 mm, vận tốc di chuyển 1,5 tấn), năng suất đầm P = 9 m²/h. Bố trí 4 máy đầm trước khi đổ bê tông lót, 10 máy đầm sau khi đổ bê tông móng.

Biện pháp thi công: Toàn bộ quá trình đào được chia làm 4 đợt, thực hiện từ ngoài vào trong, mỗi đợt có hình chiếu đứng và hình chiếu cạnh minh họa.

Chương 3 — Công tác bê tông

Chương trình bày 4 nguyên tắc đổ bê tông (khống chế chiều cao rơi tối đa 2,5 m, đổ từ trên xuống, đổ từ xa về gần, đổ thành nhiều lớp đối với khối lớn) và lựa chọn phương án đổ bê tông thương phẩm INSEE bằng xe bơm cần.

Thiết bị đổ bê tông:

  • Xe trộn vận chuyển: CIFA RHS 110 (dung tích chứa bê tông 10 m³, lưu lượng bơm 400 lít/phút)
  • Máy bơm bê tông cần: CIFA KRZ 24 (công suất 99 m³/giờ, chiều cao bơm tối đa 24 m, tầm xa tối đa 20,4 m, trọng lượng 19.000 kg)

Năng suất đổ bê tông: Mỗi ca 8 giờ bơm được 17 xe × 10 m³ = 170 m³/ca (bị giới hạn bởi năng suất giao bê tông, không phải năng suất bơm).

Toàn bộ công trình được phân thành 11 đợt đổ bê tông, từ bê tông lót móng đến dầm sàn tầng mái. Mỗi đợt lại phân thành các phân đoạn để đảm bảo không tạo mạch ngừng kỹ thuật bất lợi. Tổng thể tích bê tông từng đợt được trình bày chi tiết, ví dụ: đợt 3 (tường chắn tầng trệt) = 400 m³, đợt 5 (dầm sàn tầng 1) = 315,89 m³, đợt 11 (dầm sàn tầng mái) = 268 m³.

Chương 4 — Công tác cốt thép

Chương cung cấp bảng tổng hợp khối lượng bê tông và cốt thép theo định mức quy đổi:

Loại kết cấu Định mức cốt thép
Móng 80 kg/m³ bê tông
Cột 100 kg/m³ bê tông
Sàn, tường, dầm 120 kg/m³ bê tông

Từ đó lập bảng khối lượng cốt thép cho 11 đợt thi công, ví dụ: đợt 3 (tường chắn tầng trệt) — 400 m³ bê tông, 48 tấn thép; đợt 5 (dầm sàn tầng 1) — 315,89 m³ bê tông; đợt 9 (tường chắn tầng 2) — 208 m³ bê tông, 24,96 tấn thép.

Chương 5 — Công tác cốp pha

Lựa chọn cốp pha gỗ ép phủ phim TEKCOM PolyCore Extra (kích thước 1.500 × 1.240 mm, độ dày 12–21 mm, lực tách lớp 0,85–2 MPa, số lần tái sử dụng 7–15 lần, keo chịu nước 100% WBP–Phenolic). Sườn đứng và cây chống dùng thép hộp Hòa Phát sản xuất theo ASTM A500 Steel-07 Grade B.

Tổng diện tích cốp pha toàn công trình: Scp = 134,5 × 100 m² = 13.450 m² (theo bảng tổng hợp 10 đợt cốp pha).

Tác giả thực hiện kiểm tra kết cấu cho bốn hệ cốp pha chính:

  • Cốp pha móng: ván thành rộng 65 cm, khoảng cách sườn đứng l cm, kiểm tra điều kiện bền và võng; bố trí 6 sườn đứng thép hộp và thanh chống xiên góc 45°
  • Cốp pha cột: cột tầng 1 cao 4 m, tải tổng hợp qtt = 2.115 × 1,5 kG/m², khoảng cách sườn đứng 275 mm, gông ngang cách nhau 70 cm; chống xiên dùng thanh chống Đông Dương FA.3050 (tải trọng an toàn 1.350 kg, chiều cao tối đa 5.000 mm)
  • Cốp pha tường chắn: thiết kế tương tự, có phần tính riêng theo chiều cao tường chắn 4 m mỗi tầng
  • Cốp pha dầm sàn: dầm chính tiết diện 400 × 1.000 mm và 400 × 1.500 mm, dầm phụ tiết diện 200 × 650 mm; tính diện tích theo công thức trừ phần giao nhau với cột và dầm khác

Chương 6 — Tiến độ thi công

Chương trình bày trình tự và mối quan hệ giữa các công tác, thống kê khối lượng cốt thép — bê tông — cốp pha cho từng đợt thi công, từ đó lập tiến độ và điều chỉnh để đảm bảo thi công liên tục. Cách thức đổ bê tông, đầm bê tông, tháo dỡ cốp pha và bảo dưỡng bê tông được quy định về trình tự và thời gian.

Chương 8 — An toàn lao động

Chương phân tích ý nghĩa an toàn lao động theo bốn khía cạnh: chính trị, pháp lý, khoa học và tính quần chúng. Biện pháp an toàn được trình bày riêng cho từng công tác:

  • Ván khuôn: an toàn khi chế tạo, lắp dựng và tháo dỡ
  • Cốt thép: an toàn khi cắt thép, hàn thép và lắp dựng cốt thép
  • Bê tông: an toàn tại khu vực làm việc, khi sử dụng dụng cụ—vật liệu, vận chuyển, đổ—đầm và dưỡng hộ bê tông
  • Máy móc: quy định an toàn khi sử dụng thiết bị cơ giới

Kết quả và đóng góp

Kết quả chính

Đồ án hoàn thành đầy đủ các tính toán kỹ thuật cho công trình nhà 3 tầng trên sườn đồi Đà Lạt:

Hạng mục Kết quả
Tổng thể tích đất đào ≈ 7.443 m³
Thể tích đất thừa vận chuyển đi (cự li 2 km) 10.058,2 m³
Số xe vận chuyển đất 3 xe KOMATSU HM-300
Năng suất máy đào ≈ 61 m³/ca
Năng suất đổ bê tông 170 m³/ca
Tổng diện tích cốp pha 13.450 m² (134,5 × 100 m²)
Số đợt đổ bê tông 11 đợt
Số đợt đào đất 4 đợt

Giải pháp kỹ thuật tác giả đề xuất

  • Chọn phương án đào rãnh thông nhau thay vì đào hố móng riêng lẻ do bước cột nhỏ (5,8 m)
  • Sử dụng máy đào gầu nghịch EO4123 đứng trên bờ, đào dọc đổ bên — phù hợp với địa hình sườn đồi và hố đào nông—hẹp
  • Sử dụng bê tông thương phẩm INSEE kết hợp xe bơm cần CIFA KRZ 24, tránh rủi ro trộn tại chỗ và đảm bảo tiến độ theo từng đợt
  • Phân chia 11 đợt đổ bê tông theo trình tự móng — tường chắn — cột — dầm sàn từ tầng thấp đến tầng cao, phù hợp điều kiện thi công trên sườn đồi
  • Chọn cốp pha TEKCOM PolyCore Extra có thể tái sử dụng 7–15 lần để giảm chi phí vật liệu trong công trình nhiều tầng lặp lại

Đóng góp của đồ án

Đồ án cung cấp một quy trình tính toán thi công hoàn chỉnh cho loại hình công trình đặc thù — nhà dân dụng nhiều tầng trên địa hình đồi dốc — bao gồm tổ hợp giải pháp thi công đất (đào sườn đồi khối lượng lớn + đào móng) và thi công bê tông tường chắn nhiều tầng song song với kết cấu chính của công trình.


Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Văn bản không nêu tường minh phần hạn chế. Dựa trên phạm vi đồ án, có thể nhận thấy một số giới hạn khách quan:

  • Tính toán cốt thép chỉ dừng ở mức quy đổi theo định mức (kg/m³ bê tông) mà không thiết kế chi tiết từng thanh thép theo tải trọng thực tế
  • Số liệu năng suất máy đào (Ktg = 0,4) và các hệ số được chọn theo tra bảng tiêu chuẩn, chưa có kiểm chứng thực địa tại địa bàn Đà Lạt
  • Đồ án chưa trình bày phần thiết kế tổng bình đồ công trường (Chương 7 được đề cập trong mục lục nhưng nội dung không có trong fulltext cung cấp)
  • Phân tích kinh tế và so sánh các phương án thi công thay thế không được thực hiện trong phạm vi đồ án

Hướng mở rộng tiềm năng: áp dụng phần mềm lập tiến độ (Primavera, MS Project) để tối ưu hóa tiến độ; thiết kế chi tiết cốt thép tường chắn bằng phần mềm phân tích kết cấu; xem xét các giải pháp neo đất hoặc cừ larsen thay thế tường chắn truyền thống.


Giá trị tham khảo

Đồ án này có giá trị tham khảo cho:

  • Sinh viên ngành Kỹ thuật Xây dựng và Kỹ thuật Công trình đang thực hiện đồ án tốt nghiệp về biện pháp thi công, đặc biệt là công trình trên địa hình phức tạp
  • Sinh viên năm 3–4 đang học các môn Thi công I, Thi công II, Tổ chức và Quản lý thi công — có thể tham khảo cách lập quy trình tính toán và tra bảng tiêu chuẩn TCVN 4447-2012, TCVN 4453:1995
  • Kỹ sư xây dựng mới ra trường muốn ôn lại quy trình chọn máy đào, tính năng suất, phân đợt đổ bê tông và thiết kế cốp pha theo tiêu chuẩn Việt Nam

Các phần đáng tham khảo nhất:

  • Cách phân tích để chọn máy đào phù hợp (Chương 2) — quy trình từ phân tích địa hình đến tra thông số và tính năng suất
  • Phương pháp phân đợt—phân đoạn đổ bê tông 11 đợt (Chương 3) — có thể áp dụng cho công trình dân dụng nhiều tầng tương tự
  • Kiểm tra cốp pha cột theo bài toán dầm liên tục (Chương 5) — ví dụ tính toán cụ thể có đầy đủ tải trọng, sơ đồ tính và kiểm tra bền—võng

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao tác giả chọn phương án đào rãnh thông nhau thay vì đào từng hố móng riêng lẻ? Do bước cột công trình là 5,8 m, các hố móng kề nhau có phần trùng nhau khi tính toán mái dốc an toàn. Đào từng hố riêng sẽ không khả thi về mặt bố trí không gian, vì vậy tác giả chọn đào rãnh thông nhau chạy dài theo chiều dọc công trình.

2. Thể tích đất thừa phải vận chuyển đi là bao nhiêu và được tính như thế nào? Thể tích đất thừa là 10.058,2 m³ (dạng tươi xốp). Con số này được tính bằng cách lấy tổng thể tích đất tươi xốp ban đầu (7.983,6 m³, nhân hệ số K₀ = 1,26) trừ đi thể tích đất đắp xốp cần giữ lại (phần lấp tường chắn và lấp hố móng, tính theo Định mức 24/2005 với hệ số đầm nén K = 0,9).

3. Vì sao tác giả chọn máy bơm bê tông CIFA KRZ 24 thay vì phương án đổ thủ công hoặc dùng cẩu tháp? Đây là công trình 3 tầng trên sườn đồi với 11 đợt đổ bê tông. Máy bơm CIFA KRZ 24 có chiều cao bơm tối đa 24 m và tầm xa 20,4 m, đáp ứng yêu cầu vươn tới các vị trí khác nhau trong mặt bằng 150 m². Hơn nữa, tác giả lựa chọn bê tông thương phẩm INSEE, vốn yêu cầu thiết bị bơm chuyên dụng và không thể áp dụng phương án đổ thủ công cho khối lượng lớn (nhiều đợt trên 150 m³).

4. Cốp pha cột được kiểm tra theo điều kiện tải trọng nào và kết quả ra sao? Tải tổng hợp tính toán cho ván khuôn cột là qtt = 2.115 × 1,5 kG/m², bao gồm áp lực ngang của vữa bê tông (tính với chiều cao đầm H = 0,7 m, γ = 2.500 kG/m³), tải trọng động do đổ bê tông (Pđ1 = 400 kG/m²) và do đầm rung (Pđ2 = 200 kG/m²), có nhân hệ số tổ hợp 0,9. Khoảng cách sườn đứng được xác định là 275 mm, khoảng cách gông ngang là 70 cm — tất cả đều thỏa điều kiện bền và điều kiện võng theo tính toán.

5. Tổng diện tích cốp pha toàn công trình là bao nhiêu và được phân bổ như thế nào? Tổng diện tích cốp pha là 13.450 m² (134,5 × 100 m²), phân bổ thành 10 đợt: đợt lớn nhất là cốp pha dầm sàn tầng 1, 2 và 3 (mỗi đợt khoảng 2.005 m²), tiếp theo là cốp pha tường chắn mỗi tầng (650 m²/đợt). Cốp pha TEKCOM có thể tái sử dụng 7–15 lần, vì vậy lượng vật liệu thực tế mua vào ít hơn tổng diện tích nêu trên.


Kết luận

Đồ án tốt nghiệp này thực hiện đầy đủ quy trình thiết kế biện pháp thi công cho công trình nhà dân dụng 3 tầng trên sườn đồi tại Đà Lạt, bao quát từ công tác đất (tổng lượng đào ≈ 7.443 m³, vận chuyển đất thừa 10.058,2 m³ đi xa 2 km) đến công tác bê tông (11 đợt, năng suất 170 m³/ca), thiết kế cốp pha (tổng 13.450 m²) và biện pháp an toàn lao động. Điểm đặc trưng của đồ án là phải xử lý đồng thời khối lượng đào sườn đồi lớn (6.804 m³), hệ tường chắn đất dài 81 m trải dài qua 3 tầng, và hệ kết cấu dầm—sàn—cột lặp lại theo từng tầng. Toàn bộ tính toán được thực hiện theo hệ tiêu chuẩn Việt Nam hiện hành (TCVN 4447-2012, TCVN 4453:1995) kết hợp với catalogue thiết bị thực tế, tạo nên tài liệu tham chiếu có tính ứng dụng cho công trình dân dụng trên địa hình đồi dốc.