Đánh giá hiệu quả kinh tế kỹ thuật phương án cọc Hyper-Mega và cọc khoan nhồi ứng dụng cho công trình nhà cao tầng
1. Lý do chọn đề tài
Cọc Hyper-Mega (gọi tên theo phương pháp thi công Hyper-Mega) đã được Công ty Japan Pile nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi tại Nhật Bản. Về cơ bản, đây vẫn là phương án móng cọc ma sát, sử dụng cọc bê tông li tâm dự ứng lực (gồm các đoạn cọc trơn và cọc có đốt nối với nhau để làm tăng khả năng chịu lực) với các ưu điểm vượt trội như: sử dụng cọc bê tông ly tâm ứng suất trước, có phần mở rộng mũi cọc làm tăng sức chịu tải cọc, đưa vào trong lỗ khoan đã được lấp đầy hỗn hợp vữa xi măng đất tương thích với mọi kiều kiện địa chất, địa tầng, giảm thiểu ảnh hưởng đối với môi trường và công trình lân cận, rút ngắn thời gian thi công và hạ giá thành móng công trình. Trên địa bàn thành phố Đà Nẵng, dự án Chung cư cao cấp F-Home nằm tại số 16 Lý Thường Kiệt, quận Hải Châu đang triển khai thi công loại cọc nói trên cho móng của công trình.
Việc đánh giá hiệu quả kinh tế kỹ thuật phương án cọc Hyper-Mega và cọc khoan nhồi ứng dụng cho công trình nhà cao tầng sẽ cho thấy hiệu quả của 2 phương án, nhằm giúp cho chủ đầu tư, các đơn vị tư vấn thiết kế có cái nhìn tổng quan về loại cọc Hyper-Mega so với cọc truyền thống, từ đó quyết định lựa chọn giải pháp kết cấu móng hợp lý cho công trình, là đề tài có tính thiết thực, mang ý nghĩa khoa học và thực tiễn.
Từ những lý do trên, học viên chọn đề tài: “Đánh giá hiệu quả kinh tế kỹ thuật phương án cọc Hyper-Mega và cọc khoan nhồi ứng dụng cho công trình nhà cao tầng”.
2. Mục tiêu nghiên cứu
– So sánh giải pháp thiết kế, thi công cọc Hyper-Mega và cọc khoan nhồi.
– Đánh giá hiệu quả kinh tế kỹ thuật của cọc Hyper-Mega so với cọc khoan nhồi, nhằm đưa ra kiến nghị việc sử dụng một cách hiệu quả cọc Hyper-Mega cho công trình nhà cao tầng.
3. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu
– Đối tượng nghiên cứu: Nghiên cứu hiệu quả kinh tế kỹ thuật của cọc khoan nhồi và cọc Hyper-Mega, ứng dụng cho công trình nhà nhiều tầng.
– Phạm vi nghiên cứu: Sử dụng số liệu tính toán móng cọc Hyper-Mega để tính toán, thiết kế móng cọc khoan nhồi cho một công trình cụ thể tại Đà Nẵng, làm cơ sở để so sánh.
4. Phương pháp nghiên cứu
– Nghiên cứu lý thuyết: Tìm hiểu các tài liệu, các mô hình tính toán cọc Hyper-Mega, cọc khoan nhồi theo một số tiêu chuẩn hiện hành và các tài liệu chuyên khảo.
- – Áp dụng tính toán trên công trình thực để so sánh đánh giá hiệu quả kinh tế kỹ thuật công trình sử dụng cọc Hyper-Mega và cọc khoan nhồi.
- 5. Cấu trúc luận văn
Mở đầu:
Chương 1: Tổng quan về thiết kế, thi công cọc Hyper-mega và cọc khoan nhồi
Chương 2: Cơ sở lý thuyết tính toán, thi công và nghiệm thu cọc theo công nghệ Hyper-Mega và cọc khoan nhồi.
Chương 3: Đánh giá hiệu quả kinh tế kỹ thuật phương án cọc Hyper-Mega và cọc khoan nhồi cho công trình nhà cao tầng cụ thể đã được xây dựng để so sánh các phương án.
Kết luận và kiến nghị
Tài liệu tham khảo
TỔNG QUAN VỀ THIẾT KẾ, THI CÔNG CỌC
1.1. TỔNG QUAN VỀ GIẢI PHÁP MÓNG CỌC CHO CÁC CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG Ở NƯỚC TA
1.1.1. Lịch sử hình thành phát triển
Từ xa xưa, con người đã sử dụng cọc gỗ để xây dựng các công trình trên mặt hồ, dùng thân cây để làm móng nhà trên nền đất yếu,… với những phương tiện thô sơ. Cùng với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, móng cọc ngày càng được cải tiến, hoàn thiện và đa dạng về chủng loại cũng như phương pháp thi công phù hợp với yêu cầu cho từng loại công trình xây dựng.
1.1.2. Tình hình sử dụng móng cọc ở Việt Nam
Với đặc điểm địa tầng có lớp đất yếu trên mặt khá dày, móng cọc được ứng dụng rất rộng rãi trong kết cấu móng của các công trình xây dựng, từ dân dụng, công nghiệp, thủy lợi, giao thông, …. Công nghệ và thiết bị thi công móng cọc thời gian qua cũng đã được phát triển, vật liệu chế tạo cọc đáp ứng cơ bản yêu cầu kỹ thuật. Kinh nghiệm về công tác tư vấn, thi công ở nước ta đã được nâng cao, chất lượng thi công đã được cải thiện đáng kể.
1.1.3. Khái niệm móng cọc
Móng cọc là loại móng sâu khi tính sức chịu tải theo đất nền có kể đến thành phần ma sát xung quanh móng với đất, có chiều sâu chôn móng khá lớn so với bề rộng móng, thường dùng khi tải trọng công trình lớn và lớp đất tốt nằm sâu dưới lòng đất. Móng cọc gồm hai bộ phận chính là cọc và đài cọc.
1.1.4. Một số ưu điểm và phạm vi sử dụng móng cọc
– Truyền tải trọng đến những lớp đất chịu lực cao, giảm được biến dạng và lún không đều cho các công trình có điều kiện địa chất địa hình phức tạp, có tải trọng lớn, lớp đất nền bên trên là loại đất yếu có khả năng chịu lực kém mà các phương án móng nông không thể đáp ứng được như vùng có đất yếu hoặc công trình trên sông, biển.
– Độ lún của móng cọc nhỏ gần như không đáng kể nên ít gây biến dạng cho công trình, các thông số cọc và đài móng (chiều sâu, đường kính, kích thước, cao trình…) dễ dàng thay đổi phù hợp với địa chất, kết cấu và mỹ quan công trình.
– Sử dụng móng cọc làm giảm chi phí vật liệu, giảm khối lượng công tác đất, giảm được ảnh hưởng của nước ngầm đến công tác thi công, tiến độ thi công nhanh, chất lượng đảm bảo. Đảm bảo điều kiện kinh tế, giá thành tốt hơn so với các loại móng khác trên nền đất yếu.
Phạm vi sử dụng: Móng cọc được sử dụng rộng rãi trong các công trình dân dụng công nghiệp, cầu đường, thủy lợi thủy điện.
1.2. TỔNG QUAN VỀ THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG CỌC HYPER-MEGA
1.2.1. Tổng quan về cọc bê tông ly tâm dự ứng lực
Tại khu vực phía Bắc và phía Nam với đặc điểm địa tầng có lớp đất yếu trên mặt khá dày, cọc ly tâm ứng suất trước được ứng dụng rộng rãi và dần thay thế cho cọc bê tông đúc sẵn tiết diện đặc không ứng suất trước vì những ưu điểm vượt trội của nó như chất lượng và giá thành sản phẩm tốt hơn do giảm trọng lượng bê tông (do cọc rỗng), giảm được tối đa lượng cốt thép mà vẫn đảm bảo khả năng chịu lực của cọc dẫn đến giảm giá thành của công trình
a. Ưu điểm: Các thông số kĩ thuật của cọc đảm bảo do cọc sản xuất trong nhà máy. Giảm tiết diện cọc và tăng sức chịu tải của cọc theo vật liệu. Có khả năng chống nứt, chống uốn cao, chống ăn mòn trong môi trường xâm thực cao. Giảm thiểu công tác bê tông tại hiện trường. Tiến độ thi công nhanh. Đáp ứng kịp thời tiến độ cho những dự án có quy mô lớn.
b. Nhược điểm: Kỹ thuật chế tạo phức tạp, chi phí đầu tư dây chuyền sản xuất cọc lớn. Chiều dài cọc lớn gây khó khăn cho cẩu lắp, xếp kho và vận chuyển.
1.2.2. Tổng quan về công nghệ thi công cọc Hyper-Mega
a. Công nghệ thi công cọc Hyper-Mega
Công nghệ thi công cọc Hyper-Mega đã được tập đoàn Tập đoàn Japan Pile (Nhật bản) nghiên cứu, áp dụng phổ biến tại Nhật Bản và đã chuyển giao công nghệ cho Công ty Cổ phần Đầu tư Phan Vũ để thực hiện tại Việt Nam [3]. Về bản chất đây là phương án móng cọc ma sát sử dụng cọc bê tông li tâm ứng suất trước, gồm các đoạn cọc trơn và cọc có đốt (mở rộng thân cọc) để làm tăng lực ma sát nhưng biện pháp hạ cọc gồm nhiều công đoạn khác nhau.
Qua phân tích trên phương diện kỹ thuật và tính kinh tế của phương án cho thấy phương án này khắc phục được nhược điểm của phương án móng cọc ép hay đóng cọc là không ảnh hưởng đến công trình lân cận và chi phí thì không quá cao như phương án cọc khoan nhồi.
* Ưu điểm:
– Cọc được thiết kế, chế tạo theo công nghệ Nhật Bản trên dây chuyền công nghiệp tại nhà máy nên chất lượng tin cậy hơn cọc nhồi vữa bê tông. Hiệu quả sử dụng vật tư tối ưu, không có cọc thừa, giá thành sản phẩm rẻ hơn các loại cọc thông thường có cùng khả năng chịu lực nên tiết kiệm chi phí đầu tư.
– Giảm chấn động, tiếng ồn, do đó giảm thiểu ảnh hưởng môi trường và hư hỏng các công trình lân cận. Tiến độ thi công nhanh hơn so với phương án cọc nhồi bê tông cốt thép và cọc ép khoan dẫn, chất lượng nền móng cao, dễ kiểm định.
– Tương thích với mọi kiều kiện địa chất, địa tầng, đảm bảo cao độ mũi cọc đồng nhất tăng tính ổn định công trình. Mỗi hàn đầu nối cọc có chất lượng cao, nối cọc nhanh chóng, kinh tế và đảm bảo khả năng chịu lực.
* Nhược điểm: Phương pháp này đòi hỏi mặt bằng thi công để bố trí thiết bị và chiều sâu hạ cọc bị giới hạn so với cọc nhồi bê tông cốt thép; công nghệ thi công phức tạp hơn; khó kiểm soát chất lượng vữa bơm; đòi hỏi cơ sở hạ tầng để chế tạo và vận chuyển, chi phí đầu tư thiết bị công nghệ ban đầu lớn.
b. Quy trình thi công
– Định vị tim cọc
– Khoan tạo lỗ và mở rộng mũi
– Chèn vữa hông cọc và mũi cọc
– Hạ cọc và neo cọc.
1.3. TỔNG QUAN VỀ THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG CỌC KHOAN NHỒI
1.3.1. Tổng quan về cọc khoan nhồi
Công nghệ khoan cọc nhồi áp dụng thích hợp với các loại nền đất đá, kể cả vùng có hang castơ, địa chất nền đất là đất yếu hoặc có địa tầng thay đổi phức tạp. Thích hợp cho nền móng công trình có tải trọng lớn như nhà cao tầng có tầng ngầm, các công trình cầu đảm bảo yêu cầu lún rất ít hay hầu như không lún.
a. Ưu điểm
– Khả năng chịu tải trọng lớn, được đúc ngay tại vị trí thiết kế, đã khoan lỗ sẵn trong đất nền, rút bớt công đoạn đúc sẵn cọc, chờ đủ cường độ mới hạ cọc, không xây dựng: bãi đúc, lắp dựng ván khuôn, chế tạo mặt bích hoặc mối nối cọc, công đoạn vận chuyển, cẩu lắp và đóng cọc khá phức tạp. Có khả năng mở rộng đường kính và chiều dài cọc đến mức tối đa. Tận dụng hết khả năng chịu lực theo vật liệu, do đó giảm được số lượng cọc móng và cũng như cọc ống, giảm thời gian thi công và tiết kiệm vật liệu.
– Thi công ít gây tiếng ồn, chấn động mạnh, làm ảnh hưởng tới môi trường sinh hoạt xung quanh, thích hợp cho việc xây chen ở các đô thị lớn, khắc phục các nhược điểm trong điều kiện thi công hiện nay.
– Cọc khoan nhồi có khả năng sử dụng trong mọi loại địa tầng khác nhau dễ dàng vượt qua được những chướng ngại vật. Cho phép kiểm tra trực quan các lớp địa tầng bằng mẫu đất lấy lên từ hố đào, đánh giá khả năng chịu lực của nền đất dưới đáy hố khoan, trước khi quyết định đổ bê tông tạo hình cho cọc.
b. Nhược điểm
– Công nghệ thi công đòi hỏi kỹ thuật thuật cao, biện pháp kiểm tra chất lượng bê tông trong cọc thường phức tạp gây nhiều tốn kém. Việc khối lượng bê tông thất thoát trong quá trình thi công do thành lỗ khoan không bảo đảm và dễ bị sập hố khoan trước khi đổ bê tông gây ảnh hưởng xấu đến chất lượng thi công cọc.
– Ma sát thân cọc có phần giảm đi đáng kể so với cọ đóng và cọc ép do công nghệ khoan tạo lỗ. Chất lượng bê tông cọc thường thấp vì không được đầm, thực tế gặp không ít trường hợp cọc nhồi bị khuyết tật nghiêm trọng. Khi cọc đã thi công xong nếu phát hiện ra khuyết tật trầm trọng thì việc xử lý gặp rất nhiều khó khăn và tốn kém chi phí.
1.3.2. Tổng quan về công nghệ thi công cọc khoan nhồi
1.3.2.1. Cọc khoan nhồi có sử dụng ống vách: được sử dụng khi thi công những cọc nằm kề sát với công trình có sẵn hoặc do những điều kiện địa chất đặc biệt với ưu điểm: không bị sập thành hố khoan khi thi công, công trình ít bị bẩn vì không phải sử dụng dung dịch Bentonite, chất lượng cọc cao. Tuy nhiên nhược điểm là máy thi công lớn, cồng kềnh, khi máy làm việc thì gây rung và tiếng ồn lớn và rất khó thi công đối với cọc có độ dài trên 30m.
1.3.2.2. Cọc khoan nhồi không dùng ống vách
Có 2 phương pháp dùng cọc khoan nhồi không sử dụng ống vách:
a. Phương pháp khoan thổi rửa (phản tuần hoàn): Máy đào sử dụng guồng xoắn để phá đất, dung dịch Bentonite được bơm xuống hố để giữ vách hố đào. Mùn khoan và dung dịch được máy bơm và máy nén khí đẩy từ đáy hố khoan lên đưa vào bể lắng để lọc tách dung dịch Bentonite tái sử dụng. Công việc đặt cốt thép và đổ bê tông tiến hành bình thường. Phương pháp này có ưu điểm là giá thiết bị rẻ, thi công đơn giản, giá thành hạ tuy nhiên nhược điểm là tốc độ khoan chậm, chất lượng và độ tin cậy chưa cao.
b. Phương pháp khoan gầu: Gầu khoan có dạng thùng xoay cắt đất và đưa ra ngoài, vách hố khoan được giữ ổn định nhờ dung dịch Bentonite. Quá trình tạo lỗ được thực hiện trong dung dịch Bentonite. Phương pháp này có ưu điểm là thi công nhanh, việc kiểm tra chất lượng dễ dàng thuận tiện, đảm bảo vệ sinh môi trường và ít ảnh hưởng đến các công trình lân cận và có nhược điểm là phải sử dụng các thiết bị chuyên dụng giá đắt quy trình công nghệ thi công chặt chẽ.
1.3.2.3. Quy trình thi công cọc khoan nhồi
– Công tác chuẩn bị
– Dung dịch khoan (Bentonite)
– Công tác tạo lỗ khoan
– Công tác gia công và hạ cốt thép
– Xử lí cặn lắng đáy lỗ khoan trước khi đổ bê tông
– Đổ bê tông
– Rút ống vách và vệ sinh đầu cọc
– Kiểm tra và nghiệm thu
1.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG 1
Công nghệ thi công cọc khoan nhồi hiện nay đang được sử dụng rộng phù hợp với các công trình có tải trọng lớn tuy nhiên vẫn còn nhiều nhược điểm như công nghệ thi công đòi hỏi kỹ thuật thuật cao, biện pháp kiểm tra chất lượng bê tông trong cọc thường phức tạp, khối lượng bê tông thất thoát trong quá trình thi công do thành lỗ khoan không bảo đảm và dễ bị sập hố khoan trước khi đổ bê tông gây ảnh hưởng xấu đến chất lượng thi công cọc và khả năng làm việc của cọc.
Công nghệ thi công cọc Hyper-Mega với việc sử dụng cọc bê tông ly tâm ứng suất trước, có phần mở rộng mũi cọc làm tăng sức chịu tải cọc, đưa vào trong lỗ khoan đã được lấp đầy hỗn hợp vữa xi măng đất. Công nghệ thi công này tương thích với mọi kiều kiện địa chất, địa tầng, giảm thiểu ảnh hưởng đối với môi trường và công trình lân cận, không bị ảnh hưởng nước ngầm và kiểm soát chất lượng thi công tốt.
Năm 2015, Nhà nước đã ban hành Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN 7201:2015 Khoan hạ cọc bê tông ly tâm – thi công và nghiệm thu, tuy nhiên việc thiết kế, cung cấp và thi công hiện nay vẫn thuộc độc quyền của nhà cung cấp.
Trong các phần nghiên cứu tiếp theo của luận văn, trên cơ sở tính toán một công trình nhà nhiều tầng đã được thiết kế và thi công theo phương án cọc Hyper-Mega sẽ được sử dụng như một ví dụ minh họa thực tế để so sánh hiệu quả kinh tế kỹ thuật so với phương án thi công cọc khoan nhồi để cho cái nhìn tổng quan đối với việc ứng dụng cọc Hyper-Mega cho công trình nhà cao tầng.
CHƯƠNG 2
SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN, THI CÔNG VÀ NGHIỆM THU
CỌC HYPER-MEGA VÀ CỌC KHOAN NHỒI
2.1. CỌC HYPER-MEGA: TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ, THI CÔNG VÀ NGHIỆM THU
2.1.1. Tiêu chuẩn thiết kế cọc bê tông ly tâm ứng lực trước theo TCVN 7888:2014
2.1.1.1 Các quy định hướng dẫn theo tiêu chuẩn
a. Phân loại
* Theo chủng loại và mã ký hiệu sản phẩm: Loại thường (PC), loại cường độ cao (PHC) và (NPH).
* Theo chỉ tiêu cơ lý: Giá trị mômen uốn nứt, giá trị ứng suất hữu hiệu tính toán, mômen uốn nứt và khả năng bền cắt.
* Theo hình dạng và kích thước đường kính ngoài (Dmm)
– Hình dạng: Cọc thân thẳng (PC, PHC) và thân đốt (NPH).
– Đường kính ngoài (Dmm): Cọc PC, PHC, NPH có các loại: 300; 350; 400; 450; 500; 600; 700; 800; 900; 1000; 1100; 1200.
b. Hình dạng, kích thước cơ bản và kí hiệu
* Hình dạng, kích thước cơ bản
– Cọc PC, PHC có hình trụ tròn rỗng, đường kính ngoài và chiều dày thành cọc không đổi tại mọi tiết diện của thân cọc.
– Cọc NPH có đốt trên thân cọc.
* Kí hiệu: Trên mỗi sản phẩm cọc được kí hiệu bằng các chữ và số viết tắt theo trình tự sau: Tên cọc; loại cọc; Đường kính ngoài (mm); Chiều dài cọc (m); Mã hiệu tiêu chuẩn áp dụng.
c. Yêu cầu về kích thước và mức sai lệch kích thước: Kích thước danh nghĩa, Sai lệch kích thước cọc, Chiều dày lớp bê tông bảo vệ cốt thép,…
2.1.1.2. Thiết kế cọc bê tông ly tâm ứng suất trước
a. Tiết diện và vật liệu cọc
b. Tính toán cọc
c. Tính toán sức chịu tải cọc
– Sức chịu tải của cọc theo vật liệu
– Sức chịu tải của cọc theo đất nền
2.1.2. Thi công và nghiệm thu cọc bê tông ly tâm: Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 7201:2015
a. Quy định chung
Thi công hạ cọc cần tuân thủ theo bản vẽ thiết kế và biện pháp thi công. Cần định vị các trục móng từ các mốc chuẩn theo đúng quy định hiện hành. Có các biện pháp chống hư hỏng cọc trong quá trình chuyên chở, bảo quản và nâng hạ.
b. Vật liệu cọc
Vật liệu chế tạo và cọc bê tông ly tâm thành phẩm được nghiệm thu theo TCVN 7888:2014 đồng thời phải tuân thủ các yêu cầu của thiết kế
c. Phương pháp hạ cọc
Hình 2.10. Phương pháp khoan hạ cọc [4]
d. Thiết bị và máy thi công
Thiết bị và máy thi công đủ khả năng hạ cọc vào nền đất theo yêu cầu của thiết kế một cách an toàn và tin cậy.
e. Giám sát và nghiệm thu
Công tác giám sát và nghiệm thu tiến hành theo trình tự thi công và tuân thủ các quy định về quản lý chất lượng hiện hành.
2.2. MÓNG CỌC KHOAN NHỒI: TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ, THI CÔNG VÀ NGHIỆM THU
2.2.1. Tiêu chuẩn thiết kế móng cọc khoan nhồi: TCVN 10304:2014
2.2.1.1. Các quy định hướng dẫn theo tiêu chuẩn: Móng cọc cần được tính toán thiết kế trên cơ sở các kết quả khảo sát, các số liệu đặc trưng về chức năng, cấu trúc công nghệ, các điều kiện sử dụng, tải trọng, hiện trạng các công trình có sẵn.
2.2.1.2. Những chỉ dẫn cơ bản về tính toán
2.2.1.3. Thiết kế móng cọc
– Xác định sức chịu tải của cọc theo vật liệu
– Xác định sức chịu tải của cọc theo các chỉ tiêu cơ lý đất, đá
2.2.2. Tiêu chuẩn Thi công và nghiệm thu móng cọc khoan nhồi TCVN 9395-2012
* Cọc khoan nhồi là loại cọc được ứng dụng rộng rãi và phổ biến ở nước ta. Do vậy đối với việc thi công và nghiệm thu cọc khoan nhồi, trong nghiên cứu luận văn này áp dụng thực hiện theo TCVN 9395-2012.
2.3. KẾT LUẬN CHƯƠNG 2
Chương 2 này đã giới thiệu các tiêu chuẩn thiết kế, thi công và nghiệm thu của 2 loại cọc: cọc Hyper-Mega theo TCVN 7888 – 2014 và TCVN 7201:2015 và cọc bê tông cốt thép đúc sẵn TCVN 10304: 2014 và TCVN 9395-2012.
Đối với cọc Hyper-Mega trước đây về thiết kế và công nghệ thi công đều phụ thuộc vào các tiêu chuẩn chuyển giao từ phía công ty Japan Pile. Hiện nay, Nhà nước đã ban hành tiêu chuẩn TCVN 7888 – 2014 liên quan đến cọc bê tông ly tâm ứng lực trước, nhưng tiêu chuẩn này chỉ tập trung vào cơ sở tính toán khả năng chịu lực cũng như thí nghiệm kiểm tra đối với cọc bê tông ly tâm ứng lực trước và Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN 7201:2015 Khoan hạ cọc bê tông ly tâm – thi công và nghiệm thu, tuy nhiên việc thiết kế và thi công hiện nay vẫn thuộc độc quyền của nhà cung cấp.
Hiệu quả kinh tế kỹ thuật giữa cọc Hyper-Mega và cọc khoan nhồi đối với công trình nhà cao tầng hiện nay vẫn chưa được xem xét đánh giá một cách cụ thể. Để làm rõ vấn đề nêu trên, trong nội dung nghiên cứu chương 3, tác giả sẽ sử dụng các kết quả thiết kế móng cọc Hyper-Mega cho một công trình cụ thể để làm cơ sở so sánh hiệu quả kinh tế kỹ thuật với móng cọc khoan nhồi sẽ được thiết kế lại cho công trình này để có cở sở đề xuất xem xét áp dụng nhiều hơn nữa phương pháp thi công mới này trong các công trình Nhà cao tầng trên địa bàn thành phố Đà Nẵng.
CHƯƠNG 3
ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KINH TẾ KỸ THUẬT PHƯƠNG ÁN MÓNG CỌC HYPER-MEGA VÀ CỌC KHOAN NHỒI THÔNG QUA CÔNG TRÌNH NHÀ CAO TẦNG
3.1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Như đã giới thiệu tại Chương 1, để có cơ sở xem xét và đánh giá hiệu quả kinh tế kỹ thuật của phương án cọc Hyper-Mega và cọc khoan nhồi ứng dụng cho công trình nhà cao tầng nhằm giúp cho chủ đầu tư, đơn vị tư vấn thiết kế có cái nhìn tổng quan về loại cọc Hyper-Mega so với cọc truyền thống, từ đó đưa ra quyết định giúp chủ đầu tư lựa chọn giải pháp kết cấu móng hợp lý cho công trình, trong nội dung Chương 3 dưới đây sẽ sử dụng các thông số địa chất và số liệu tính toán tải trọng chân cột của công trình Chung cư cao cấp F.Home tại thành phố Đà Nẵng (xem hình 3.1) làm số liệu đầu vào để thực hiện nghiên cứu.
Dự án Chung cư cao cấp F.Home được xây dựng trên khu đất có diện tích đất là 4.105m2 với 02 bolck nhà đối xứng gồm: 27 tầng (gồm: 25 tầng nổi, 01 tầng lửng và 01 tầng hầm). Diện tích đất dự án: 4.105 m2, tổng diện tích sàn xây dựng: 78.000 m2, tổng số căn hộ: 650 căn.
Căn cứ theo hồ sơ thiết kế của công trình, Tại vị trí trục 4-C, với giá trị nội lực tại chân cột: Mô men M: 114,64 (Tm); Lực dọc N: 1.637 (T) và Lực cắt Q: 20,8 (T)
3.3. KẾT QUẢ TÍNH TOÁN MÓNG
3.3.1. Các tiêu chuẩn áp dụng
3.3.2 Cơ sở tính toán
3.3.3. Thông số địa chất công trình: Hồ sơ khảo sát địa chất gồm nhiều lỗ khoan. Trong nghiên cứu này sẽ sử dụng thông số địa chất lỗ khoan HK1 được giới thiệu tại Bảng 3.1 và Mặt cắt địa chất lỗ khoan HK1 được biểu diễn trên Hình 3.3
3.3.4. Kết quả tính toán phương án móng sử dụng Cọc Hyper Mega (ví dụ 1)
Bảng 3.2. Thông số cọc PHC D800 và NPH D800-600
3.3.4.2. Sức chịu tải cọc theo vật liệu
Loại cọc PHC-D800 VÀ NPH 800-600 thiết kế và sản xuất: PHAN VU CORP
3.3.4.3. Sức chịu tải của cọc theo đất nền
Bảng 3.4. Bảng tính sức chịu tải cọc theo đất nền [7]
| Công nghệ thi công | Đường kính | Hố khoan | Chiều dài (m) | Cao độ đầu cọc (m) | Sức chịu tải ngắn hạn (Tấn) | Sức chịu tải dài hạn (Tấn) |
| Hyper Mega | Φ800 | HK1 | 37 | -3 | 1.234 | 507 |
* Chọn cọc thiết kế Ptk= 500 T
3.3.4.4. Bản vẽ thiết kế, khối lượng dự toán chi phí
a. Bản vẽ thiết kế
b. Khối lượng dự toán kinh phí
* Khối lượng vật liệu của 1 cấu kiện móng (M1)
Bảng 3.5. Khối lượng vật liệu móng cọc Hyper-Mega
| TT | NỘI DUNG | ĐƠN VỊ | SỐ LƯỢNG | KHỐI LƯỢNG | TỔNG CỘNG |
| 1 | PHC D800 loại A(15m) +B(15m)+NPH D800-600-A(7m) | m3 | 4 | 2,48 | 9,92 |
| 2 | Đài cọc 3,7m x 3,7m x 2(m) | m3 | 1 | 27,38 | 27,38 |
| Tổng cộng | m3 | 37,30 |
* Dự toán kinh phí toàn công trình ( n= 316 cọc, L=37m)
* Chi phí bình quân sản xuất cung ứng và thi công 01 tim cọc tại công trình
* Dự toán kinh phí tính cho 01 cấu kiện móng M1
Bảng 3.7. Dự toán 1 cấu kiện móng cọc Hyper-Mega (M1)
ĐVT: 1.000 VNĐ
| TT | NỘI DUNG | ĐƠN VỊ | SỐ LƯỢNG | ĐƠN GIÁ | THÀNH TIỀN |
| I | Phần cọc | 596.484 | |||
| 1 | – Sản xuất, cung cấp và thi công cọc đại trà PHC D800 loại A(15m)+B(15m)+NPH D800-600-A(7m). | Tim | 4 | 149.121 | 596.484 |
| II | Đài cọc | 96.632 | |||
| 1 | Sản xuất, thi công bê tông cốt thép đài cọc | m3 | 1 | 96.632 | 96.632 |
| III | Tổng cộng sau thuế (I+II) | 693.116 |
3.3.5. Kết quả tính toán phương án móng sử dụng cọc khoan nhồi (ví dụ 2)
3.3.5.1. Bảng thông số cọc khoan nhồi
Bảng 3.9. Thông số cọc khoan nhồi.
| Hình dáng | Kích thước (mm) | Chiều dài (m) | Số lượng thép | Đường kính (mm) | Bê tông | Cốt thép | Thi công | C.Đ cọc (m) | Phần cọc ngàm trong đài (m) | Cơ lý |
| Tròn | 800 | 44 | 12 | 18 | B30 | AIII | Nhồi | -5 | 0,1 | HK-1 |
3.3.5.2. Sức chịu tải của cọc theo vật liệu: (áp dụng công thức theo TCVN 10304:2014)
526,9 (T)
3.3.5.3. Sức chịu tải của cọc theo đất nền
a. Sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cơ lý đất nền (theo SNHIP 2.02.03.85, TCVN 10304:2014 và TCXDVN 205:1998)
Sức chịu tải tiêu chuẩn của cọc theo đất nền được tính theo công thức:
893,64T
Sức chịu tải tính toán cho phép của cọc theo đất nền tính theo công thức:
510,65T
b. Sức chịu tải của cọc theo xuyên tiêu chuẩn SPT (công thức Meyerhof – Phụ lục G3.1-TCVN 10304:2014)
Sức chịu tải cực hạn của cọc (Rc,u) xác định theo công thức:= 574,2T
c. Sức chịu tải của cọc theo xuyên tiêu chuẩn SPT (công thức của Viện Kiến trúc Nhật Bản Phụ lục G.3.2-TCVN 10304:2014)
Sức chịu tải cực hạn của cọc (Rc,u) xác định theo công thức:
1.023T
d. Sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cường độ của đất nền (Phụ lục G.2-TCVN 10304:2014)
Sức chịu tải cực hạn của cọc (Rc,u) xác định theo đất tính theo công thức:
= 1.233T
3.3.5.4. Tính toán lựa chọn đài móng
– Sức chịu tải của cọc theo vật liệu cọc: Pvl = 526 (T)
– Sức chịu tải của cọc theo số liệu địa chất:Pk = 500 (T)
– Sức chịu tải cho phép: P(T)=MIN(Pvl,Pk)= 500(T)
– Số lượng cọc sơ bộ: n=β*Ntt/P= 3,9 => Chọn số cọc bố trí: n= 4
3.3.5.5. Bản vẽ thiết kế, khối lượng dự toán chi phí
a. Bản vẽ thiết kế
b. Khối lượng dự toán kinh phí
* Khối lượng vật liệu
Bảng 3.12. Khối lượng vật liệu 1 cấu kiện móng cọc khoan nhồi
ĐVT: M3
| STT | NỘI DUNG | ĐƠN VỊ | SỐ LƯỢNG | KHỐI LƯỢNG | TỔNG CỘNG |
| 1 | Cọc khoan nhồi D800 L=44M | m3 | 4 | 88,42 | 88,42 |
| 2 | Đài cọc 3,7×3,7×2(m) | m3 | 1 | 27,38 | 27,38 |
| Cộng | m3 | 115,80 |
* Dự toán kinh phí tính cho toàn bộ công trình ( 316 cọc)
* Chi phí bình quân sản xuất cung ứng và thi công 01 tim cọc
* Dự toán kinh phí tính cho 01 cấu kiện móng M1
Bảng 3.15. Chi phí sản suất, thi công 1 cấu kiện móng cọc
ĐVT: 1.000 VNĐ
| STT | NỘI DUNG | ĐƠN VỊ | SỐ LƯỢNG | ĐƠN GIÁ | THÀNH TIỀN |
| I | Phần cọc | 892.800 | |||
| 1 | Sản xuất và thi công cọc khoan nhồi D800 | Tim | 4 | 223.200 | 892.800 |
| II | Đài cọc | 96.632 | |||
| 1 | Sản xuất, thi công bê tông cốt thép đài cọc | m3 | 1 | 96.632 | 96.632 |
| III | Tổng cộng sau thuế (I+II) | 989.432 |
3.4. ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KINH TẾ KỸ THUẬT CỦA 2 PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ MÓNG CỌC HYPER-MEGA VÀ KHOAN NHỒI
3.4.1. Số liệu tổng hợp kết quả tính toán ví dụ 1,2
Bảng 3.16. Bảng tổng kết quả tính toán 2 phương án móng cọc
| TT | Nội dung | Phương án cọc Hyper-Mega D800 (4 cọc – L= 37m) | Phương án cọc khoan nhồi D800 (4 cọc – L= 44m) |
| I | KL vật liệu bê tông và côt thép (m3) | 17,64 | 115,80 |
| 1 | Phần cọc | 17,64 | 88,42 |
| II | Giá trị kinh tế (1.000 VNĐ) | 596.484 | 892.800 |
| 1 | Phần cọc | 596.484 | 892.800 |
| III | Thời gian thi công (ngày) | ||
| 1 | Thời gian thi công (trung bình) 1 CK móng M1 | 1 | 2 |
| 2 | Thời gian thi công toàn bộ công trình | 121 | 197 |
Biểu đồ 3.1. Biểu đồ so sánh khối lượng vật liệu sản xuất cọc
Biểu đồ 3.2. Biểu đồ so sánh chỉ tiêu kinh tế
Biểu đồ 3.3. Biểu đồ so sánh thời gian thi công
3.5. KẾT LUẬN CHƯƠNG 3
Qua các số liệu tính toán đối với phương án thiết kế móng cọc Hyper-Mega so với phương án móng cọc khoan nhồi tại các ví dụ tính toán nêu trên cho kết quả nhận xét như sau:
Cả 2 phương án móng cọc Hyper-Mega và cọc khoan nhồi đều đảm bảo được yêu cầu kỹ thuật, tuy nhiên mỗi phương pháp thi công đều có những ưu và nhược điểm nhất định về mặt kỹ thuật, tùy thuộc vào đặc điểm tải trọng, tính chất của công trình, đặc điểm địa chất, địa hình, các công trình lân cận và các yêu cầu về điều kiện thi công khác, mục tiêu đầu tư của chủ đầu tư mà lựa chọn biện pháp và phương án móng cho phù hợp.
– Về chất lượng và khối lượng vật liệu: Phương án móng sử dụng cọc Hyper-Mega có tổng khối lượng vật liệu nhỏ hơn nhiều so với phương án sử dụng cọc khoan nhồi do kiểm soát chất lượng vật liệu và quy trình sản xuất cọc tại nhà máy; theo dõi được thông số thực hiện trong quá trình thi công khoan và hạ cọc và tăng khả năng chịu tải mũi cọc cũng như ma sát thành cọc gấp nhiều lần so với phương pháp ép cọc nhờ độ sâu khoan và dung dịch vữa xi măng; độ tin cậy cao. Do vậy tiết kiệm khối lượng vật liệu và thời gian sản xuất gia công tại hiện trường so với phương án cọc khoan nhồi.
– Giá thành sản xuất, vận chuyển, khoan hạ cọc: Hiện nay do khả năng sản xuất cọc Hyper-Mega chỉ tập trung tại các khu vực thành phố lớn ở phía Nam và phía Bắc nước ta nên làm tăng chi phí vận chuyển thiết bị thi công, vận chuyển cọc đúc sẵn đối với các công trình ở xa, ảnh hưởng đến giá thành và thời gian thi công công trình tại khu vực miền Trung do khối lượng và kích thước cọc lớn phải vận chuyển bằng đường biển, thời gian cập cảng lưu kho vận chuyển sẽ khó khăn hơn so với việc thi công cọc khoan nhồi truyền thống dẫn đến ảnh hưởng một phần chi phí vận chuyển, chi phí tổng giá thành đối với các công trình ở xa.
– Về tiến độ thi công: Do cấu kiện cọc Hyper Mega được sản xuất tại nhà máy có công nghệ tiên tiến, tính mô đun đồng bộ cao nên kiểm soát được tiến độ sản xuất cọc và thời gian vận chuyển cọc đến công trình, các công tác thi công ngoài công trường ít hơn, sử dụng ít nhân công nên công tác quản lý đảm bảo an toàn lao động tốt hơn, chất lượng dễ kiểm soát, sản phẩm công trình đạt chất lượng so với yêu cầu thiết kế cao hơn phương án sử dụng cọc khoan nhồi. Do vậy tổng thời công thi công tại công trình nhanh hơn.
– Về môi trường: Cọc Hyper-Mega được gia công chế tạo sẵn tại nhà máy nên thuận lợi đối với mặt bằng xây dựng công trình chật hẹp, phù hợp với các công trình trong thành phố và giảm thiểu tiếng ồn và chấn động đến các công trình lân cận trong quá trình thi công
Qua phân tích trên phương diện kỹ thuật và tính kinh tế của phương án cho thấy phương án cọc Hyper-Mega khắc phục được nhược điểm của phương án móng cọc khoan nhồi là thời gian thi công nhanh hơn, chất lượng và độ tin cậy cao, chi phí tiết kiệm và hạn chế ảnh hưởng nhiều đến môi trường.
KẾT LUẬN KIẾN NGHỊ
1. KẾT LUẬN
Trên số liệu tính toán thiết kế, phân tích các ưu nhược điểm của 2 phương án sử dung cọc Hyper-Mega và cọc khoan nhồi ứng dụng vào móng công trình nhà cao tầng đã xác định chi tiết các chỉ tiêu nhằm giúp xây dựng, tư vấn phương án hiệu quả sử dụng đối với từng khu vực xây dựng, điều kiện địa chất thủy văn, yêu cầu về điều kiện thi công, mục tiêu đầu tư của nhà chủ đầu tư.
Đối với phương án móng cọc Hyper-Mega với các ưu điểm như tương thích với các điều kiện địa chất, địa tầng, đảm bảo cao độ cọc được đồng nhất, tăng độ ổn định công trình, biện pháp thi công giảm thiểu rung động, tiếng ồn do đó giảm thiểu ảnh hưởng môi trường và các công trình lân cận. Các cấu kiện cọc bê tông ly tâm được gia công chế tạo sẵn tại nhà máy nên chất lượng ổn định hơn so với cọc khoan nhồi với các chỉ tiêu kỹ thuật, thuận lợi cho việc lựa chọn chủng loại, chỉ tiêu chất lượng cơ lý, hình dạng kích thước cọc để tính toán thiết kế phương án móng hợp lý, giúp hạn chế những bất ổn trong quá trình thi công, làm cho cấu kiện làm việc theo đúng thiết kế, sử dụng hiệu quả vật tư tối ưu không có cọc thừa nên tiết kiệm chi phí đồng thời kết hợp sử dụng cọc Nodular có đốt để gia tăng sức chống mũi và ma sát hông, mở rộng đường kính hố khoan tại các vị trí tối ưu để gia tăng sức chịu tải của cọc (đặc biệt là sức chống mũi) và tiến độ thi công đảm bảo hơn so với cọc khoan nhồi.
Tuy nhiên phương án cọc Hyper-Mega cũng có khuyết điểm là chiều dài cọc và kích thước cọc cũng bị giới hạn so với cọc khoan nhồi truyền thống do cọc được sản xuất trong nhà máy.
Tổng chi phí giá thành đối với phương án móng công trình bằng cọc Hyper-Mega và bằng cọc khoan nhồi phụ thuộc vào 3 yếu tố chính là chi phí gia công sản xuất cọc tại nhà máy, chi phí cự ly vận chuyển từ nơi sản xuất đến công trình xây dựng và công nghệ thi công xây dựng. Vì vậy để có phương án đầu tư tối ưu đối với dự án nhà cao tầng cần xem xét đến vị trí, mặt bằng xây dựng dự án, điều kiện địa chất xây dựng và yêu cầu đảm bảo an toàn cho các công trình lân cận, các yêu cầu của chủ đầu tư.
2. KIẾN NGHỊ
Để ứng dụng rộng rãi móng cọc Hyper-Mega nhằm tận dụng các ưu điểm của loại cọc này so với cọc khoan nhồi, loại cọc bê tông ly tâm cần đầu tư phát triển mạng lưới nhà máy, công nghệ thi công, tư vấn tính toán thiết kế tối ưu đối với công trình nhà cao tầng sử dụng loại cọc bê tông ly tâm theo phương pháp Hyper-Mega.
Trong phạm vi nghiên cứu của đề tài chỉ mới phân tích tính toán so sánh hai phương án móng đối với một công trình, chưa phân tích nghiên cứu tính toán các công trình có chiều cao tầng khác nhau, các công trình được xây dựng tại những nơi có địa chất phức tạp (lớp đất đá nằm ở giữa 2 lớp đất yếu) để ứng dụng hiệu quả trong thiết kế, thi công xây dựng công trình, nhằm đảm bảo tối ưu hóa các phương án móng sử dụng hiệu quả, kinh tế, tăng chất lượng kết cấu công trình so với yêu cầu của thiết kế.
E:\DỮ LIỆU COP CỦA CHỊ YẾN\LUAN VAN DUY TAN\LUAN VAN DUY TAN\TRAN THANH QUANG
