Công nghệ

Nghiên Cứu Sự Làm Việc Đồng Thời Của Cọc Với Móng Nông Có Gia Cố Nền Đất Phía Dưới Bằng Top Base

 Phần kết cấu móng nhà nhiều tầng gồm có nhiệu bộ phận phục vụ các chức năng khác nhau như cọc và tường chắn đất, kết cấu đài cọc và đáy tầng hầm, cọc chịu tải… tất cả các bộ phận này đều có khả năng chịu tại khá tốt. Nhưng trong thực tế thiết kế móng hiện nay chỉ xem xét riêng rẽ sự làm việc của các bộ phận này cho một chức năng chính mà không xem xét sự làm việc đồng thời của tất cả các bộ phận này như vốn có. Hơn nữa hầu hết các nhà thiết kế nền móng đều bỏ qua một số yếu tố có khả năng giảm tải trọng của công trình tương đối lớn như khối lượng đất đào bỏ đi trong khi thi công các tầng hầm, do đó gây ra sự tốn kém lớn trong thiết kế và thi công phần móng nhà nhiều tầng.

        Nhà nhiều tầng (Trên 15 tầng), hiện đang được xây dựng rất nhiều trên các đô thị lớn của Việt Nam để đáp ứng nhu cầu ở, sinh hoạt, thương mại đang tăng lên nhanh chóng của xã hội. Nhà nhiều tầng thường có vài tầng để phục vụ các chức năng để xe, hoặc nơi cung cấp các dịch vụ thiết yếu cho cư dân trong Tòa nhà. Chính vì vậy phần kết cấu móng nhà nhiều tầng gồm có nhiều bộ phận đáp ứng các chức năng khác nhau của công trình là:

-  Tường trong đất để giữ thành hố đào khi thi công tường và là tường tầng hầm,

-  Móng bè có đáy tầng hầm dưới cùng,

-  Cọc móng…

       Quan điểm thiết kế phổ biến hiện nay là xem xét riêng rẽ sự làm việc của các bộ phận này, coi chúng chỉ tồn tại cơ học bên cạnh nhau, chứ không xem xét sự làm việc đồng thời như một hệ kết cấu thống nhất. Thiên về an toàn, và để đơn giản cho công tác thiết kế thì người thiết kế kết cấu móng nhà nhiều tầng thường có xu hướng bỏ qua cả những đại lượng có ảnh hưởng lớn đến sự làm việc của móng như: trọng lượng khối đất đào của các tầng hầm, và sự làm việc chịu tải trọng thằng đứng cửa tường chắn đất, của nền đất dưới móng bè… do đó gây ra sự tồn kém lớn trong thiết kế và thi công móng nhà nhiều tầng.

       Từ 1994 đến 2005, Chúng tôi đã tham gia tích cực vào quá trình phát triển các công nghệ thi công nền móng như:

-   Hạ cọc bằng bùa thủy lực,

-   Cọc khoan nhồi đường kính lớn,

-   Thi công cọc tường vây, cọc barrette

-   Thực hiện công tác kiểm định sức chịu tải của cọc đóng, cọc nhồi lên đến 2000-3000 t… đáp ứng như cầu làm kết cấu móng cho các tòa nhà cao 20-30 tầng của Việt Nam.

Trong quá trình này, từ chỗ làm thầu phụ cho các Công ty kỹ thuật nền móng của nước ngoài như bachy Soletanche (Pháp), Soilmec, Rodio (Italia), B+B (Đức) … Chúng tôi đã nắm vững công việc thiết kế và thi công, kiểm định chất lượng của các loại cọc đóng, cọc nhồi, cọc barrette, .v.v…

-  Từ 2007 trong quá trình tiếp nhận CGCN về Top base từ công ty TBS (Hàn Quốc), được chứng kiến các công trình đến 30 tầng với 3 tầng hầm đã thi công tại Seoul không cần sử dụng cọc mà chỉ sử dụng hệ móng bè trên nền gia cố bằng Top-Base tại đáy tầng hầm bảo đảm chịu lực, chúng tôi đã trăn trở suy nghĩ tìm cách thiết kế về thi công móng sao cho an toàn, đơn giản và tiệt kiệm cho các dự án nhà nhiều tầng tại Việt Nam.

Thi công nền móng Top-Base

-   Hệ gia cố nền Top Base khi ứng dụng tại các công trình đến 11 tầng tại Hà Nội, Hải Phòng, Thanh Hóa… Cho thấy khả năng huy động sức chịu tải của nền đất dưới móng nông gấp 2-3 lần so với nền đất không được gia cố. Qua đó có thể nhận xét, với các công trình thấp tầng, ngay cả trên đất khá yếu như tại Hải Phòng, Thanh Hóa hay cả nền đất yếu và rất yếu ở các tỉnh miền Nam, các tỉnh Đồng Bằng Sông Cửu Long thì vẫn có thể sử dụng Top base đã thay thế 100% số lượng cọc nếu chiều cao công trình dưới 30m.

        Với các công trình có số tầng nhiều hơn 10 tầng, nều đặt móng vào nền móng có sức chịu tải trung bình và yếu, đô lún cố kết của móng có thể lên đến hàng chục cm, thời gian kết thúc lún kéo dài vài năm nên sẽ không thể sử dụng giải pháp Top-Base và móng nông thuần túy. Tìm hiểu trong kinh nghiệm thiết kế móng của nước ngoài, chúng tôi được biết:

        Trên cơ sở nhận thức mới về sự ưu việt khi xem xét sự làm việc đồng thời giữa móng nông và các ma sát theo lý thuyết cọc giảm lún, chúng tôi đề xuất đưa giải pháp gia cố nền móng Top-Base vào gia cố nền đất phía dưới đáy móng nông của hệ móng phối hợp làm việc giữa cọc và móng này. Đề xuất này có ý nghĩa quan trọng trong thực tế bởi vì dễ dàng đạt được một điều kiện tiên quyết để có thể áp dụng lý thuyết cọc giảm lún là “… chỉ riêng nền đất dưới móng nông đã phải đủ khả năng chịu tải của công trình…”, khi đó được áp dụng lí thuyết cọc giảm lún, trong đó cho phép thay thế hệ số an toàn thường áp dụng trong thiết kế cọc từ 2,5 – 3,5 bằng hệ số 1. 

Chúng tôi đã áp dụng cách tiếp cận mới trên đây cho một số công trình và thu được kết quả như sau:

  • Các công trình đã thiết kế móng theo để xuất của Chúng tôi:

Tên công trình

Địa điểm

Quy mô

Thời điểmthiết kế

Thi côngmóng

Tòa nhàOcean View Manor

Phước Tỉnh Vũng Tàu

24 tầng, một tầng hầm, DT hầm 2000m2

6-8/2009

8-12/2009

Tòa nhà LICOGI 18.1

Thành phố Hạ Long Quảng Ninh

18 tầng, một tầng hầm, diện tích hầm 1600m2

9-11/2009

5-7/2010

Tòa nhà 97 Láng Hạ

Thành Phố Hà Nội

27 tầng, ba tầng hầm, diện tích hầm 2400m2

8-10/2009

Chờ giấy phép XD

Tòa nhà trụ sở Tổng Cty Constrexim

39 Nguyễn Đình Chiểu Hà Nội

16 tầng, hai tầng hầm, diện tích hầm 900m2

7-9/2009

3-5/2010

Tòa nhà trụ sở Phía Nam Cty Hà Đô

60A Trường Sơn TP.HCM

16 tầng, hai tầng hầm, diện tích hầm 1200m2

4-6/2010

7-9/2010

Bệnh viện Yên Phúc

Đường – quận Hà Động, Hà Nội

9 tầng, một tầng hầm, diện tích tầng hầm 2500m2

2-4/2010

6-9/2010

1. Các hiệu quả kinh tế kỹ thuật đạt được

Tên công trình

Tóm tắt phương án cũ

Phương án do Vitec Phương Nam đề xuất

Hiệu quả kinh tế kỹ thuật

Số tiền tiết kiệm được trực tiếp từ thay đổi thiết kế

Tòa nhà Ocean view Manor

Sử dụng trên 400 cọc ống

 

Ø 400, sâu 40m

Móng bè trên nền top base và 74 cóc ống

 

Ø 400 và sâu 24m

Thi công nhanh, giảm nhiều khó khăn khi hạ cọc trong đất cát chặt

Trên 10 tỷ VNĐ

Tòa nhà LICOGI 18.1

Sử dụng trên 400 cọc vuông 30×30, sâu 40m

Sử dụng móng băng trên nền top base cùng làm việc với 110 cọc ép vuông 30×30 sâu 35cm

Giảm mạnh số lượng cọc với thời gian thi công

Trên 3 tỷ VNĐ

Tòa nhà 97 Láng Hạ

Sử dụng 128 cọc khoan nhồi sâu 55m, trong đó có 72 cọc đk 1500mm

Sử dụng 65 cọc khoan nhồi sâu 35m, đk 1200mm, bố trí top base dưới đáy móng bè

   

 Tòa nhà trụ sở Tổng Cty Constrexim sử dụng gần 100 cọc khoan nhồi d 1000, sâu 40m, sử dụng 20 cọc khoan nhồi sâu 35m, d 1000mm, bố trí Top-base dưới đáy móng bè có sườn quay xuống Tiết kiệm trên 5 tỷ VNĐ.

Tòa nhà trụ sở Phía Nam Cty Hà Đô do DA Group ( HQ ) thiết kế, sử dụng trên 100 cọc khoan nhồi d 1000 sâu 40m, sử dụng hệ cọc khoan nhồi làm cọc tường vây cùng chịu tải với móng bè trên nền gia cố top base, không cần bố trí cọc độc lập. Tiết kiệm hơn 10 tỷ VNĐ.

Tòa nhà chung cư 11 tầng công ty Tecco Miền Trung sử dụng trên 400 cọc vuông 30×30, sâu 40m, sử dụng móng băng trên nền Top-base cùng làm việc với 90 cọc ép vuông 30×30 sâu 24m, Giảm mạnh số lượng cọc và thời gian thi công.

Bệnh viện Yên Phúc sử dụng trên 200 cọc vuông 30×30, sâu 40m, sử dụng móng bè trên nền Top-base cùng làm việc với 40 cọc nhồi d 600 sâu 26m, giảm mạnh số lượng cọc và thời gian thi công.

        Như vậy hiệu quả kinh tế kỹ thuật đã khá rõ. Tuy nhiên khi ứng dụng hệ móng bè cọc cho nhà nhiều tầng, một vấn đề thường xuyên phải thảo luận là cơ chế nào bảo đảm cho sự làm việc đồng thời của nền đất dưới móng nông và móng cọc vì có sự khác biệt rất lớn về độ cứng giữa các pha chịu tải này. Dười đây chúng tôi đề xuất hai hình thức chính để bảo đảm cơ chế kiểm soát sự làm việc đồng thời này:

-   Đối với nhà không quá cao ( dưới 40m, không có yêu cầu đặc biệt nghiêm ngặt về quản lý độ lún của công trình) sẽ sử dụng cọc giảm lún với sơ đồ cọc ma sát để làm việc đồng thời với móng nông. Chúng ta đều biết, cọc ma sat có thể phát triển lún tới 10% đường kính cọc trước khi cọc bị coi là mất khả năng chịu tải (theo tiêu chuẩn BS8004:1986), như vậy ban đầu tải trọng từ công trình truyền tải qua móng nông xuống cọc, cọc sẽ phát triển độ lún, trong quá trình cọc lún => nền đất dưới móng nông sẽ bị nén xuống, cố kết lại  và cùng tham gia chịu lực với cọc => nên tải trọng thực tế truyền vào cọc giảm đi, hệ móng nông và cọc như vậy tương tác và thực sự làm việc đồng thời với nhau. Để tăng thêm khả năng chịu tải của hệ móng cọc kết hợp, chúng ta có thể làm tăng sức chịu tải của nền bằng biện pháp gia cố nền bằng top-base, khi đó sức chịu tải của toàn bộ hệ móng đó sẽ được tăng lên và độ lún của hệ móng tổng thể sẽ giảm xuống.

-    Đối với nhà tương đối cao ( trên 40m, hoặc có yêu cầu đặc biệt nghiêm ngặt về quản lý độ lún của công trình) sẽ sủ dụng cọc giảm lún với sơ đồ cọc chống (cọc không lún), nhưng bổ sung phần tử kiềm soát lún được lắp đặt sẵn trên đỉnh cọc để bảo đảm sự làm việc đồng thời của cọc chống với móng nông. Như vậy trên đỉnh cọc chống đã có phần tử kiểm soát lún chế tạo sẵn và được kiểm định theo đúng tải trọng và độ lún của móng nông mà người thiết kế móng mong muốn có. Khi chịu tải trọng từ công trình truyền xuống, các phần tử đàn hồi được đặt trên đầu cọc sẽ tiếp nhận tải trọng này và lún xuống, độ lún tối đa của phần tử đàn hồi (độ lún hệ móng) sẽ được tác giả thiết kế kiểm soát và định dạng trước.

      Trong quá trình các phần tử đàn hồi lún xuống, đồng nghĩa với việc hoàn toàn bộ hệ móng cũng lún xuống theo. Khi đó nền đất dưới móng bị nén và cố kết lại, như vậy có nghĩa rằng hệ móng và nền đã cùng làm việc & tham gia chịu lực với hệ cọc.

       Để làm tăng sức chịu tải của hệ móng cọc hỗn hợp, chúng ta cần làm tăng sức chịu của nền bằng phương pháp gia cố nền Top-Base, khi đó sực chịu tải của toàn bộ hệ móng sẽ tăng lên.

       Tóm lại, với một cách tiếp cận mới và triệt để ứng dụng các công nghệ thi công mới (Top-Base Method), áp dụng một cấu tạo hợp lý (sử dụng phần tử kiểm soát lún chế tạo sẵn) cho kết cấu móng nông làm việc đồng thời với cọc, chúng ta có thể đưa đến hiệu quả kinh tế kỹ thuật khá cao cho công tác thiết kế và thi công nền móng ở Việt Nam.

 

Nghiên Cứu Sự Làm Việc Đồng Thời Của Cọc Với Móng Nông Có Gia Cố Nền Đất Phía Dưới Bằng Top Base

Nghiên Cứu Sự Làm Việc Đồng Thời Của Cọc Với Móng Nông Có Gia Cố Nền Đất Phía Dưới Bằng Top Base

Nghiên Cứu Sự Làm Việc Đồng Thời Của Cọc Với Móng Nông Có Gia Cố Nền Đất Phía Dưới Bằng Top Base

Nghiên Cứu Sự Làm Việc Đồng Thời Của Cọc Với Móng Nông Có Gia Cố Nền Đất Phía Dưới Bằng Top Base

Nghiên Cứu Sự Làm Việc Đồng Thời Của Cọc Với Móng Nông Có Gia Cố Nền Đất Phía Dưới Bằng Top Base

Nghiên Cứu Sự Làm Việc Đồng Thời Của Cọc Với Móng Nông Có Gia Cố Nền Đất Phía Dưới Bằng Top Base