Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong lĩnh vực kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp, việc lập biện pháp kỹ thuật và tổ chức thi công là giai đoạn then chốt nhằm cụ thể hóa đồ án thiết kế kết cấu thành hiện thực, đảm bảo tính an toàn chịu lực, chất lượng công trình và tiến độ thực hiện. Đề tài "Đồ án thi công" được thực hiện bởi sinh viên Hoàng Vĩnh Phúc (MSSV: 81800599), dưới sự hướng dẫn của TS. Nguyễn Thái Hiệp tại Khoa Kỹ thuật Công trình, Trường Đại học Tôn Đức Thắng (thực hiện vào tháng 12 năm 2022).

Mục tiêu nghiên cứu và nhiệm vụ thiết kế kỹ thuật của đồ án bao gồm:

  1. Tính toán khối lượng đào đất hố móng và lựa chọn máy móc cơ giới phục vụ công tác đào đất phù hợp với điều kiện địa chất và quy mô hố đào.
  2. Thiết kế, tính toán và kiểm tra khả năng chịu lực, độ võng, độ ổn định của hệ thống cốp pha cho toàn bộ các cấu kiện chịu lực chính của công trình (móng, cột, sàn, dầm).
  3. Xác định phương án thi công bê tông toàn khối, lựa chọn thiết bị bơm, vận chuyển bê tông thương phẩm và phân chia đợt, phân đoạn thi công.
  4. Lập kế hoạch tổ chức thi công, xác định trình tự các công tác thi công phần thô, lập tiến độ và đánh giá biểu đồ nhân lực.
  5. Quy hoạch và bố trí tổng mặt bằng thi công công trường (nhà tạm, lán trại, kho bãi).

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đồ án là một công trình nhà nhiều tầng kết cấu bê tông cốt thép toàn khối với các thông số hình học và kỹ thuật cụ thể:

Thông số kỹ thuật Ký hiệu / Quy cách Giá trị thiết kế
Số tầng công trình $N$ 7 tầng
Chiều cao mỗi tầng $H$ 3.400 mm (3,4 m)
Chiều cao đỉnh cột tầng 7 $H_{\text{đỉnh}}$ 23,8 m
Lưới cột theo phương ngang (bước cột) $B$ 8 bước $\times$ 6.000 mm (tổng 48 m)
Lưới cột theo phương dọc (nhịp) $L$ 5 nhịp $\times$ 8.000 mm (tổng 40 m)
Kết cấu móng Móng bè Chiều cao $h_1 = 0,6$ m; độ sâu đặt móng $h_2 = 3,5$ m
Hàm lượng cốt thép móng $\mu$ 120 kg/m³ bê tông
Đà kiềng $b_1 \times h_1$ $700 \times 1.400$ mm
Tiết diện cột $a \times b$ $600 \times 400$ mm
Chiều dày bản sàn $h_s$ 150 mm
Tiết diện dầm theo nhịp $b_2 \times h_2$ $300 \times 550$ mm
Tiết diện dầm theo bước cột $b_3 \times h_3$ $300 \times 600$ mm
Mác bê tông sử dụng Mác B30 (bê tông thương phẩm)
Địa chất và mặt bằng Cấp đất Đất cấp II (đất sét chắc), diện tích công trường hệ số 4
Tỷ lệ diện tích cửa / tường $S_{\text{cửa}} / S_{\text{tường}}$ 0,15 (tường 200 trên dầm biên, tường 100 trên dầm giữa)

Cơ sở lý thuyết và phương pháp tính toán

Đồ án áp dụng hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật xây dựng hiện hành của Việt Nam kết hợp với các lý thuyết cơ học kết cấu, sức bền vật liệu và công nghệ thi công xây dựng:

  • Tiêu chuẩn cốp pha và bê tông: TCVN 4453:1995 (Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép toàn khối - Quy phạm thi công và nghiệm thu) làm căn cứ xác định các hệ số vượt tải do chấn động ($n = 1,3$), hệ số vượt tải trọng lượng bản thân ($n = 1,2$), tải trọng người và thiết bị thi công, áp lực ngang của vữa bê tông mới đổ và quy định vị trí mạch ngừng thi công.
  • Tiêu chuẩn vật liệu gỗ: TCVN 1072:1971 về phân nhóm và chỉ tiêu cơ lý của gỗ tự nhiên (sử dụng gỗ nhóm VI để làm ván khuôn).
  • Tiêu chuẩn tải trọng gió: TCVN 2737:1995 (Tải trọng và tác động) để xác định áp lực gió tiêu chuẩn ($W_o = 83\text{ daN/m}^2$, dạng địa hình C, công trình loại IIA) tác dụng lên hệ thanh chống xiên và cáp giằng cột tại các cao độ khác nhau.
  • Phương pháp tính toán kết cấu cốp pha: Áp dụng sơ đồ tính dầm đơn giản chịu tải trọng phân bố đều hoặc tải trọng tập trung để kiểm tra điều kiện bền (theo ứng suất uốn lớn nhất $\sigma \le [\sigma]$), điều kiện độ võng ($f \le [f]$) và kiểm tra ổn định thanh chịu nén (dựa trên hệ số uốn dọc $\varphi$ và độ mảnh $\lambda$).
  • Phương pháp tính toán năng suất cơ giới: Xác định năng suất kỹ thuật và năng suất thực tế của máy đào gầu nghịch dựa trên dung tích gầu, hệ số đầy gầu, hệ số tơi của đất, thời gian chu kỳ và các hệ số sử dụng thời gian.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Thi công đào đất

Nội dung chương tập trung vào việc tính toán khối lượng công tác đất và lựa chọn máy thi công hố móng sâu:

  • Thông số hố đào: Đất thuộc cấp II (đất sét chắc). Chiều sâu đào thực tế là $H = 3,6$ m (bao gồm 3,5 m chiều sâu móng cộng thêm 0,1 m lớp bê tông lót bảo vệ đáy móng). Mái dốc hố đào mở rộng với bề rộng taluy chọn $B = 2$ m.
  • Khối lượng đào đất: Tổng khối lượng đất đào được xác định theo công thức hình chóp cụt đáy chữ nhật là $V = 7.899,6\text{ m}^3$. Do khối lượng $V < 20.000\text{ m}^3$, công trường không cần thiết kế đường dốc chuyên dụng cho phương tiện lên xuống đáy hố móng.
  • Lựa chọn và tính toán thông số máy đào:
    • Chọn máy đào gầu nghịch dẫn động thủy lực nhãn hiệu KOBELCO SK210LC-8, dung tích gầu $q = 0,8\text{ m}^3$ (bề rộng vệt xe $C = 2,99$ m).
    • Các hệ số tính toán năng suất: Hệ số đầy gầu $K_d = 0,95$ (đất cấp II khô), hệ số tơi của đất $K_t = 1,1 \div 1,4$, hệ số quay cần $K_{\text{quay}} = 1,0$, hệ số đổ đất $K_{vt} = 1,1$ (đổ lên phương tiện vận tải), hệ số sử dụng thời gian $K_{tg} = 0,8$.
    • Bề rộng hố đào một bên theo phương ngang chọn $6$ m.
  • Kế hoạch thời gian thi công đào đất:
    • Khối lượng đào được xác định tương ứng với năng suất ca máy (ca 8 giờ làm việc).
    • Số ca máy cần thiết để hoàn thành công tác đào đất: $n = 9$ ca.
    • Tổng thời gian hoàn thành công tác đào móng: $9\text{ ca} \times 8\text{ giờ/ca} = 72\text{ giờ}$.

Chương 2: Phương án cấu tạo cốp pha

Chương này trình bày chi tiết việc cấu tạo, xác định tải trọng tác động, lập sơ đồ tính và kiểm tra điều kiện chịu lực, độ võng, độ ổn định cho từng bộ phận cốp pha:

[Ván khuôn phủ phim/gỗ] ---> [Sườn ngang / Sườn đứng] ---> [Dầm gánh / Gông ti thép] ---> [Cột chống / Cáp giằng]

1. Cốp pha móng

  • Cấu tạo và vật liệu: Ván gỗ tự nhiên nhóm VI kết hợp hệ sườn ngang, nẹp đứng bằng thép hộp CCT42 ($50 \times 50 \times 2$ mm), thanh chống xiên và chống ngang bằng thép hộp $50 \times 50 \times 2$ mm. Chiều cao dầm móng tính toán $1,7$ m.
  • Kiểm tra kỹ thuật: Ván đáy và ván thành được tính toán với sơ đồ dầm đơn giản tựa lên sườn ngang; nẹp đứng cao bằng mép móng ($h = 1,4$ m). Thanh chống ngang dài $300$ mm, góc nghiêng thanh chống xiên $45^\circ$. Cả ván gỗ, sườn ngang, thanh chống ngang và thanh chống xiên đều thỏa mãn điều kiện bền và điều kiện ổn định.

2. Cốp pha cột

  • Cấu tạo: Ván khuôn gỗ phủ phim dày $20$ mm, hệ sườn đứng thép hộp $50 \times 50 \times 2$ mm, sườn ngang (gông cột) thép hộp $50 \times 50 \times 2$ mm, ti gông M12, thanh chống xiên ống thép và cáp giằng ổn định.
  • Khoảng cách bố trí: Theo phương cạnh dài cột bố trí khoảng cách sườn đứng $300$ mm; theo phương cạnh rộng bố trí khoảng cách sườn đứng $200$ mm. Khoảng cách giữa các gông sườn ngang là $0,8$ m.
  • Tải trọng gió và ổn định đỉnh cột: Tính toán với cao trình đỉnh cột tầng 7 ở cao độ $+23,8$ m. Cây chống tăng sử dụng ống thép $\phi 60 \times 1$ mm; cáp giằng cột biên và cột góc sử dụng cáp thép xây dựng đường kính $d = 6$ mm với hệ số an toàn $k = 3,5$.

3. Cốp pha sàn

  • Cấu tạo: Ván ép phủ phim/gỗ dày $15$ mm chịu tải trọng bản sàn dày $150$ mm, tải trọng người và thiết bị, tải trọng đầm rung.
  • Khoảng cách hệ đỡ: Sườn đỡ cốp pha dùng thép hộp $50 \times 50 \times 2$ mm đặt cách nhau $0,4$ m; dầm gánh sườn đỡ dùng thép hộp $50 \times 100 \times 2$ mm với nhịp $1,2$ m; hệ cột chống dùng ống thép $\phi 60 \times 3$ mm bố trí mạng lưới cách nhau $1,2 \times 1,2$ m. Mọi bộ phận đều thỏa mãn độ võng và độ ổn định chịu nén dọc trục.

4. Cốp pha dầm

  • Cấu tạo: Áp dụng cho dầm chính ($300 \times 600$ mm) và dầm phụ ($300 \times 550$ mm). Ván đáy dày $20$ mm tựa lên sườn ngang cách nhau $0,25$ m; dầm đỡ sườn ngang dùng thép hộp $50 \times 100 \times 2$ mm dài $1$ m (khoảng cách cây chống dầm là $0,5$ m).
  • Ván thành và dầm biên: Ván thành dày $20$ mm có sườn đứng đặt cách nhau $0,4$ m, liên kết bằng ti thép M12 (tiết diện thực $A_{bn} = 84,3\text{ mm}^2$). Dầm biên bổ sung hệ thanh chống xiên và chống ngang bằng thép hộp $50 \times 50 \times 2$ mm nhằm chống lật và đảm bảo ổn định hình học khi đổ bê tông.

Chương 3: Phương án thi công

Chương 3 thiết lập quy trình công nghệ đổ bê tông toàn khối và lựa chọn thiết bị cơ giới chuyên dụng:

  • Phân chia đợt thi công theo chiều cao: Được chia thành 5 đợt nối tiếp:
    1. Thi công bê tông móng.
    2. Thi công bê tông nền.
    3. Thi công bê tông cột từng tầng.
    4. Thi công bê tông dầm, sàn từng tầng.
    5. Thi công bê tông sàn mái.
  • Nguyên tắc phân đoạn và bố trí mạch ngừng:
    • Phân đoạn mặt bằng được xác định nhằm đảm bảo tính liên tục của khối đổ, tránh ngừng mạch tại các vị trí xung yếu chịu lực lớn.
    • Mạch ngừng thi công dầm, sàn bố trí tại vị trí có lực cắt và mômen uốn nhỏ, trong khoảng $1/3 \div 1/4$ nhịp giữa theo quy định tại mục 6.7 của TCVN 4453:1995.
    • Cột có chiều cao $H = 3,4$ m (< 5 m) được đổ bê tông liên tục. Khi đổ dầm bản toàn khối với cột, thực hiện đổ bê tông cột trước rồi dừng lại $1 \div 2$ giờ để bê tông co ngót ban đầu mới tiếp tục đổ dầm sàn; mạch ngừng cột cách đáy dầm $2 \div 3$ cm.
  • Lựa chọn thiết bị thi công bê tông:
    • Xe bơm bê tông: Sử dụng xe bơm cần Hyundai Everdigm ECP41CX-5 có tầm vươn cần bơm và bán kính làm việc đáp ứng chiều cao công trình 7 tầng ($23,8$ m) và mặt bằng $48 \times 40$ m.
    • Xe vận chuyển bê tông: Sử dụng xe bồn trộn HOWO-CNHTC-CIMC dung tích thùng trộn $10\text{ m}^3$ để vận chuyển bê tông thương phẩm từ trạm trộn đến công trường.

Chương 4: Kế hoạch tổ chức thi công

Nội dung chương bao gồm việc lập danh mục và tính toán khối lượng các công tác xây lắp chính, thiết lập tiến độ thi công và biểu đồ nhân lực:

  • Danh mục các công tác chính: Đào hố móng; thi công bê tông lót; cốt thép và cốp pha móng; đổ bê tông móng; gia công lắp dựng cốt thép, cốp pha cột; đổ bê tông cột; lắp dựng cốp pha, cốt thép dầm sàn; đổ bê tông dầm sàn; tháo dỡ cốp pha; công tác xây tường bao (tường 200 mm dầm biên, tường 100 mm dầm giữa) và công tác trát hoàn thiện tường.
  • Điều phối tiến độ theo phương pháp dây chuyền, sắp xếp thi công xen kẽ, nhịp nhàng giữa các tổ đội chuyên môn (tổ coffa, cốt thép, bê tông, xây trát) nhằm tối ưu hóa biểu đồ nhân lực và giảm thiểu thời gian gián đoạn.

Chương 5: Lập tổng mặt bằng thi công

Quy hoạch tổng mặt bằng phục vụ quá trình thi công xây lắp:

  • Thiết kế và bố trí nhà tạm công trường, khu nhà điều hành ban chỉ huy, lán trại công nhân.
  • Bố trí hệ thống kho bãi tập kết vật tư (bãi gia công cốt thép, kho ván khuôn cốp pha, kho xi măng, bãi tập kết gạch xây).
  • Quy hoạch mạng lưới đường giao thông nội bộ phục vụ xe bơm bê tông Hyundai Everdigm và xe bồn HOWO $10\text{ m}^3$ di chuyển, quay đầu an toàn.

Kết quả và giải pháp kỹ thuật

Đồ án đã tính toán hoàn chỉnh phương án tổ chức thi công cho công trình quy mô 7 tầng với các kết quả cụ thể:

[Khối lượng đào đất: 7.899,6 m3] ---> [9 ca máy KOBELCO SK210LC-8 (72h)]
[Hệ cốp pha liên hợp Gỗ - Thép CCT42] ---> [Kiểm tra bền, võng, ổn định: ĐẠT]
[Bơm bê tông Hyundai ECP41CX-5 + Bồn HOWO 10m3] ---> [Đổ liên tục, mạch ngừng 1/3-1/4 nhịp]
  • Về công tác đất: Tính toán chính xác khối lượng đào móng bè $V = 7.899,6\text{ m}^3$ với mái dốc taluy rộng $2$ m; xác định thời gian hoàn thành 9 ca máy (72 giờ) bằng 01 máy đào KOBELCO SK210LC-8 gầu $0,8\text{ m}^3$.
  • Về giải pháp cốp pha:
    • Xác lập giải pháp cốp pha liên hợp: Ván gỗ phủ phim kết hợp hệ khung xương thép hộp mác CCT42 ($50 \times 50 \times 2$ mm và $50 \times 100 \times 2$ mm).
    • Kiểm tra ứng suất và độ võng của tất cả các cấu kiện móng, cột, dầm, sàn đều nằm trong giới hạn cho phép theo TCVN 4453:1995.
    • Đảm bảo ổn định tổng thể cho hệ cột tầng điển hình và tầng mái trước tải trọng gió thông qua hệ thanh chống xiên ống thép $\phi 60$ và cáp giằng thép đường kính $6$ mm.
  • Về công nghệ bê tông: Lựa chọn phương án thi công bằng bê tông thương phẩm mác B30, phối hợp giữa trạm trộn bên ngoài, xe vận chuyển HOWO $10\text{ m}^3$ và xe bơm cần Hyundai Everdigm ECP41CX-5.

Hạn chế và phạm vi áp dụng

  • Điều kiện địa chất thủy văn: Số liệu tính toán giả định lớp đất sét chắc cấp II đồng nhất trên toàn bộ chiều sâu đào $3,6$ m; phương án chưa xét đến ảnh hưởng của mực nước ngầm phức tạp hoặc các biện pháp hạ mực nước ngầm chuyên sâu.
  • Phạm vi kết cấu: Đồ án áp dụng cho hệ kết cấu khung bê tông cốt thép toàn khối bước nhịp lớn ($6 \times 8$ m) có móng bè và đà kiềng kích thước $700 \times 1.400$ mm. Các kết quả tính toán cốp pha và máy đào gắn liền với thông số hình học và tải trọng riêng của công trình này.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo cho sinh viên chuyên ngành Kỹ thuật Xây dựng, Kỹ thuật Công trình Xây dựng và Quản lý Xây dựng khi thực hiện đồ án môn học Kỹ thuật thi công, Đồ án Tổ chức thi công hoặc Khóa luận tốt nghiệp:

  • Tham khảo phương pháp tính toán thể tích hố đào hình chóp cụt và quy trình chọn máy đào gầu nghịch theo năng suất ca.
  • Tham khảo đầy đủ các bước tính toán kiểm tra bền, độ võng và độ ổn định của hệ cốp pha gỗ - thép hộp cho các loại cấu kiện: móng bè, đà kiềng, cột, dầm chính, dầm phụ, dầm biên và bản sàn.
  • Tham khảo cách lựa chọn thiết bị bơm bê tông cần, xe bồn và nguyên tắc phân chia đợt, phân đoạn, bố trí mạch ngừng thi công theo TCVN 4453:1995.

Câu hỏi thường gặp

1. Khối lượng đào đất hố móng của công trình là bao nhiêu và thời gian hoàn thành trong bao lâu?
Tổng khối lượng đào đất hố móng là $7.899,6\text{ m}^3$ (chiều sâu đào $H = 3,6$ m bao gồm cả $0,1$ m bê tông lót, mái taluy rộng $2$ m). Thời gian thi công là 9 ca máy (mỗi ngày 1 ca 8 giờ), tương đương tổng thời gian 72 giờ làm việc của máy đào KOBELCO SK210LC-8.

2. Hệ cốp pha cột trong đồ án sử dụng vật liệu và quy cách cấu tạo như thế nào?
Cốp pha cột sử dụng ván ép phủ phim dày $20$ mm. Hệ sườn đứng dùng thép hộp $50 \times 50 \times 2$ mm bố trí cách nhau $300$ mm (theo cạnh dài $600$ mm) và $200$ mm (theo cạnh ngắn $400$ mm). Hệ gông ngang dùng thép hộp $50 \times 50 \times 2$ mm cách nhau $0,8$ m liên kết bằng ti ren M12. Hệ ổn định gồm thanh chống xiên ống thép $\phi 60 \times 1$ mm và cáp giằng thép đường kính $6$ mm.

3. Cốp pha sàn và dầm được đỡ bởi hệ thanh chống và xà gồ có kích thước ra sao?
Đối với cốp pha sàn dày $150$ mm: Ván gỗ dày $15$ mm tựa trên sườn đỡ thép hộp $50 \times 50 \times 2$ mm (khoảng cách $0,4$ m), dầm gánh sườn đỡ dùng thép hộp $50 \times 100 \times 2$ mm (nhịp $1,2$ m), cây chống đứng bằng ống thép $\phi 60 \times 3$ mm bố trí lưới $1,2 \times 1,2$ m. Đối với cốp pha dầm ($300 \times 600$ mm): Ván đáy dày $20$ mm tựa trên sườn ngang thép hộp $50 \times 50 \times 2$ mm (khoảng cách $0,25$ m), dầm đỡ sườn ngang thép hộp $50 \times 100 \times 2$ mm tựa trên cây chống dầm cách nhau $0,5$ m.

4. Thiết bị cơ giới được lựa chọn phục vụ công tác bê tông gồm những loại nào?
Công trình sử dụng bê tông thương phẩm mác B30, được vận chuyển bằng xe bồn trộn HOWO-CNHTC-CIMC dung tích $10\text{ m}^3$ và thi công đổ bê tông bằng xe bơm cần Hyundai Everdigm ECP41CX-5.

5. Vị trí mạch ngừng thi công dầm và sàn được quy định ở đâu?
Theo quy định tại mục 6.7 của TCVN 4453:1995, mạch ngừng thi công dầm và sàn được bố trí ở vị trí có lực cắt và mômen uốn nhỏ, nằm trong khoảng $1/3 \div 1/4$ đoạn giữa nhịp của dầm và bản sàn.

Kết luận

Đồ án thi công của sinh viên Hoàng Vĩnh Phúc đã hoàn thành việc thiết kế biện pháp kỹ thuật và tổ chức thi công cho công trình bê tông cốt thép toàn khối quy mô 7 tầng ($48 \times 40$ m). Các nội dung từ tính toán $7.899,6\text{ m}^3$ đất đào móng, kiểm toán an toàn hệ cốp pha gỗ - khung thép hộp CCT42 đến giải pháp đổ bê tông thương phẩm bằng xe bơm cần Hyundai Everdigm ECP41CX-5 đều được thực hiện chi tiết, tuân thủ các tiêu chuẩn xây dựng TCVN 4453:1995, TCVN 1072:1971 và TCVN 2737:1995. Kết quả của đồ án cung cấp giải pháp kỹ thuật thi công hoàn chỉnh, đáp ứng yêu cầu chịu lực, an toàn và tổ chức mặt bằng xây dựng thực tế.