Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển đô thị nhanh chóng tại các thành phố lớn của Việt Nam, đặc biệt là Hải Phòng, việc sử dụng không gian dưới mặt đất ngày càng trở nên cấp thiết. Theo ước tính, quỹ đất hạn chế và giá đất tăng cao đã thúc đẩy nhu cầu xây dựng các công trình nhà cao tầng có tầng hầm nhằm tối ưu hóa diện tích sử dụng. Theo tiêu chuẩn Việt Nam, tầng hầm là yêu cầu bắt buộc đối với nhà cao tầng, đồng thời đảm bảo các chức năng như gara ô tô, khu kỹ thuật, không gian sinh hoạt công cộng và các mục đích an ninh quốc phòng. Tuy nhiên, điều kiện địa chất tại Hải Phòng với nền đất yếu, mực nước ngầm cao và nhiều công trình xây dựng liền kề đặt ra thách thức lớn trong thi công tầng hầm.

Mục tiêu nghiên cứu là ứng dụng công nghệ tường trong đất có neo nhằm gia cố và ổn định hố móng sâu trong thi công xây dựng tầng hầm nhà cao tầng tại Hải Phòng. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào điều kiện địa chất đặc thù của thành phố, với các công trình tầng hầm có chiều sâu từ 16 đến 20 mét, sử dụng tường bê tông cốt thép dạng cọc Barrette và hệ thống neo đất để đảm bảo an toàn kết cấu và hạn chế ảnh hưởng đến công trình lân cận. Nghiên cứu có ý nghĩa khoa học và thực tiễn lớn, cung cấp cơ sở kỹ thuật và tài liệu tham khảo cho ngành xây dựng công trình ngầm tại các đô thị có điều kiện địa chất phức tạp.

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 kỹ thuật xây dựng công trình ngầm, bao gồm:

  • Lý thuyết tường trong đất: Phân loại tường trong đất theo tiêu chí kết cấu (tường trọng lực, tường công xôn, tường cứng, tường mềm) và đặc điểm làm việc của tường bê tông cốt thép đổ tại chỗ, thường dày 600-800 mm, chịu tải trọng lớn và chống thấm hiệu quả.

  • Lý thuyết neo đất: Neo đất là kết cấu chịu kéo nằm trong đất, tăng ổn định vách hố đào và mái dốc. Cấu tạo gồm đầu neo, dây neo và bầu neo, với khả năng điều chỉnh lực neo để thích ứng với biến dạng và tải trọng thực tế.

  • Mô hình tính toán tường trong đất có neo: Sử dụng các sơ đồ tính toán như sơ đồ tựa tự do, ngàm hoàn toàn và ngàm từng phần; phương pháp đồ thị đường đàn hồi theo E.K Iakobi và Blima-Lomeiera; phương pháp phần tử hữu hạn để mô phỏng kết cấu tường trên nền đàn hồi, tính toán nội lực, mô men uốn và lực neo trong quá trình thi công.

Các khái niệm chính bao gồm áp lực đất chủ động và bị động, mô men uốn trong tường, lực kéo neo, độ sâu hạ tường, và ảnh hưởng của biến dạng đất và kết cấu đến phân bố tải trọng.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng kết hợp phương pháp lý thuyết và thực nghiệm, bao gồm:

  • Nguồn dữ liệu: Tài liệu lý thuyết về tường trong đất và neo đất; hồ sơ thiết kế, thi công, quan trắc của các công trình tầng hầm tại Hải Phòng và Hà Nội; dữ liệu khảo sát địa chất và mực nước ngầm tại Hải Phòng; các tiêu chuẩn kỹ thuật Việt Nam và quốc tế liên quan.

  • Phương pháp phân tích: Áp dụng các mô hình tính toán giải tích và số, trong đó phương pháp phần tử hữu hạn được sử dụng để mô phỏng kết cấu tường trong đất có neo trên nền đàn hồi, phân tích nội lực và biến dạng trong quá trình thi công. Phân tích so sánh các sơ đồ tính toán truyền thống và hiện đại để đánh giá hiệu quả và độ chính xác.

  • Timeline nghiên cứu: Quá trình nghiên cứu kéo dài trong 2 năm, bao gồm khảo sát thực địa, thu thập dữ liệu, phân tích mô hình, thí nghiệm kiểm tra neo đất và đánh giá kết quả ứng dụng công nghệ tường trong đất có neo tại công trình Trung tâm Hội nghị Thành phố Hải Phòng.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Hiệu quả của tường trong đất có neo trong điều kiện địa chất Hải Phòng: Tường bê tông cốt thép dạng Barrette với chiều sâu 16-20 m kết hợp hệ thống neo đất giúp ổn định hố móng sâu, giảm chuyển vị ngang của tường xuống dưới 10 mm, đảm bảo an toàn cho các công trình lân cận. So với phương pháp không neo, lực tác dụng lên tường giảm khoảng 25-30%.

  2. Phân bố nội lực và mô men uốn trong tường: Phương pháp đồ thị đường đàn hồi và phần tử hữu hạn cho thấy mô men uốn lớn nhất tập trung tại vị trí neo, với giá trị mô men uốn tăng khoảng 15% khi neo được căng trước. Lực kéo neo đạt trung bình 1500 kN, phù hợp với thiết kế neo cường độ cao.

  3. Ảnh hưởng của mực nước ngầm và loại đất: Mực nước ngầm ổn định ở độ sâu 1,2-1,5 m, không gây ăn mòn bê tông với bề dày tường ≥ 0,6 m. Đất yếu phân bố đến độ sâu 20 m, chủ yếu là đất sét dẻo mềm, ảnh hưởng lớn đến áp lực đất tác dụng lên tường. Việc sử dụng dung dịch Bentonite trong thi công giúp giữ ổn định thành hố đào, giảm thiểu sạt lở.

  4. So sánh các phương pháp tính toán: Phương pháp phần tử hữu hạn cho kết quả nội lực và chuyển vị gần sát với số liệu thực tế đo đạc tại công trình, sai số dưới 10%. Phương pháp giải tích truyền thống có xu hướng đánh giá áp lực đất cao hơn, đảm bảo an toàn nhưng có thể gây lãng phí vật liệu.

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu khẳng định tính khả thi và hiệu quả của công nghệ tường trong đất có neo trong thi công tầng hầm nhà cao tầng tại Hải Phòng. Việc áp dụng hệ thống neo giúp giảm áp lực đất lên tường, hạn chế biến dạng và chuyển vị, đồng thời tăng độ ổn định kết cấu trong điều kiện nền đất yếu và mực nước ngầm cao. So với các nghiên cứu trong nước và quốc tế, kết quả phù hợp với các công trình tương tự tại Hà Nội và TP. Hồ Chí Minh, đồng thời bổ sung dữ liệu thực nghiệm cho điều kiện địa chất đặc thù của Hải Phòng.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ phân bố mô men uốn và lực neo theo chiều sâu tường, bảng so sánh chuyển vị tường giữa các phương pháp thi công có và không có neo, cũng như biểu đồ đặc tính dung dịch Bentonite trong quá trình thi công.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Áp dụng rộng rãi công nghệ tường trong đất có neo trong thi công tầng hầm nhà cao tầng tại Hải Phòng nhằm đảm bảo an toàn kết cấu và giảm thiểu ảnh hưởng đến công trình lân cận. Thời gian triển khai: ngay trong các dự án xây dựng mới.

  2. Tăng cường đào tạo và nâng cao năng lực kỹ thuật cho đội ngũ thi công, đặc biệt về công nghệ neo đất và kiểm soát chất lượng bê tông Barrette, nhằm giảm thiểu sai sót và đảm bảo tiến độ. Chủ thể thực hiện: các nhà thầu xây dựng và cơ sở đào tạo kỹ thuật.

  3. Sử dụng phần mềm mô phỏng phần tử hữu hạn để thiết kế và điều chỉnh kết cấu tường trong đất có neo, giúp tối ưu vật liệu và đảm bảo an toàn. Thời gian áp dụng: trong giai đoạn thiết kế và thi công.

  4. Xây dựng hệ thống quan trắc và kiểm tra chất lượng liên tục trong quá trình thi công, bao gồm kiểm tra lực neo, chuyển vị tường và chất lượng bê tông bằng phương pháp siêu âm. Chủ thể thực hiện: đơn vị tư vấn giám sát và chủ đầu tư.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Kỹ sư thiết kế công trình ngầm và nhà cao tầng: Nghiên cứu cung cấp cơ sở lý thuyết và phương pháp tính toán chi tiết, giúp thiết kế kết cấu tường trong đất có neo phù hợp với điều kiện địa chất phức tạp.

  2. Nhà thầu thi công xây dựng: Tham khảo quy trình thi công tường Barrette và neo đất, các thiết bị thi công hiện đại, cũng như kỹ thuật kiểm tra chất lượng vật liệu và kết cấu.

  3. Chuyên gia địa kỹ thuật và tư vấn giám sát: Sử dụng dữ liệu khảo sát địa chất, phân tích áp lực đất và mô hình tính toán để đánh giá an toàn công trình và đề xuất giải pháp gia cố phù hợp.

  4. Các nhà quản lý dự án và chủ đầu tư: Hiểu rõ về công nghệ thi công tầng hầm, các yêu cầu kỹ thuật và biện pháp kiểm soát chất lượng nhằm đảm bảo hiệu quả đầu tư và an toàn công trình.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao phải sử dụng tường trong đất có neo khi xây dựng tầng hầm?
    Tường trong đất có neo giúp gia cố hố móng sâu, giảm chuyển vị tường và áp lực đất, đảm bảo an toàn cho công trình và các công trình lân cận, đặc biệt trong điều kiện nền đất yếu và mực nước ngầm cao như tại Hải Phòng.

  2. Neo đất có cấu tạo và chức năng như thế nào?
    Neo đất gồm đầu neo, dây neo và bầu neo, chịu lực kéo trong đất để giữ ổn định vách hố đào. Lực neo được truyền qua ma sát giữa neo và đất, có thể điều chỉnh lực neo để thích ứng với biến dạng và tải trọng.

  3. Phương pháp tính toán nào được sử dụng để thiết kế tường trong đất có neo?
    Các phương pháp bao gồm giải tích (sơ đồ tựa tự do, ngàm), đồ thị đường đàn hồi, phương pháp phần tử hữu hạn. Phương pháp phần tử hữu hạn được đánh giá cao về độ chính xác và khả năng mô phỏng thực tế.

  4. Dung dịch Bentonite có vai trò gì trong thi công tường Barrette?
    Dung dịch Bentonite giữ ổn định thành hố đào, chống sạt lở và ngăn nước ngầm xâm nhập trong quá trình đào đất, đảm bảo an toàn và chất lượng thi công.

  5. Làm thế nào để kiểm tra chất lượng neo đất sau khi thi công?
    Sử dụng thiết bị kéo thử neo với lực thử đạt 1,15 lần lực sử dụng, đo chuyển vị neo và lực kéo tối đa đến phá hoại để đánh giá sức chịu tải và độ an toàn của neo.

Kết luận

  • Nghiên cứu đã chứng minh hiệu quả của công nghệ tường trong đất có neo trong thi công tầng hầm nhà cao tầng tại Hải Phòng, phù hợp với điều kiện địa chất nền đất yếu và mực nước ngầm cao.
  • Phương pháp phần tử hữu hạn là công cụ tính toán chính xác, hỗ trợ thiết kế và điều chỉnh kết cấu tường trong đất có neo.
  • Quy trình thi công tường Barrette kết hợp neo đất và sử dụng dung dịch Bentonite đảm bảo ổn định hố móng và chất lượng công trình.
  • Đề xuất áp dụng công nghệ này rộng rãi, đồng thời tăng cường đào tạo và kiểm soát chất lượng thi công để nâng cao hiệu quả và an toàn.
  • Các bước tiếp theo bao gồm triển khai áp dụng trong các dự án xây dựng mới, phát triển hệ thống quan trắc và nghiên cứu mở rộng ứng dụng cho các điều kiện địa chất khác.

Hành động ngay hôm nay để nâng cao chất lượng và an toàn công trình tầng hầm nhà cao tầng tại Hải Phòng!