NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT CƠ LÝ ĐẤT NỀN VÀ ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN NỀN MÓNG HỢP LÝ PHỤC VỤ XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DÂN DỤNG

Hải Phòng, một trong những thành phố lớn nhất cả nước và là tam giác tăng trưởng kinh tế của vùng duyên hải Bắc Bộ, đang trải qua quá trình đô thị hóa mạnh mẽ. Sự xuất hiện ồ ạt các công trình kiến trúc cao tầng như nhà ở, trung tâm thương mại, văn phòng, khách sạn, nhà máy… đã làm thay đổi diện mạo thành phố. Điều này tạo ra cơ hội mới cho ngành xây dựng, đặc biệt là trong việc thiết kế và thi công các công trình quy mô lớn, cao tầng, đòi hỏi tiếp cận công nghệ tiên tiến trên thế giới. Tuy nhiên, việc xây dựng trên nền đất yếu và địa chất phức tạp của Hải Phòng dẫn đến chi phí xử lý nền móng rất cao, có thể lên tới 40% tổng giá thành công trình. Vì vậy, việc lựa chọn giải pháp móng hợp lý là vấn đề then chốt, đòi hỏi kinh nghiệm và kiến thức chuyên sâu của các kỹ sư kết cấu.

Tiết kiệm chi phí và hiệu quả cao trong đầu tư xây dựng là mục tiêu hàng đầu. Các chủ đầu tư đặc biệt quan tâm đến việc giảm giá thành công trình, trong đó chất lượng khảo sát và thiết kế đóng vai trò quyết định. Nhóm nghiên cứu đã tiến hành thu thập hồ sơ thiết kế của nhiều công trình tại Hải Phòng, khảo sát địa chất tại nhiều vị trí để dựng lên bức tranh cấu tạo địa tầng và tính toán nhiều giải pháp móng khác nhau cho các công trình có số tầng khác nhau. Giá thành của các loại móng (cọc tre, cọc ép, cọc đóng, cọc khoan nhồi) rất khác nhau. Vì vậy, cần xác định giải pháp móng tối ưu cho từng quy mô công trình để đảm bảo an toàn và tiết kiệm nhất, cân nhắc giữa các yếu tố kỹ thuật, môi trường và chi phí.

Việc lựa chọn giải pháp nền móng phụ thuộc vào quy mô và số tầng của công trình. Công trình thấp tầng, tải trọng nhẹ có thể dùng móng nông, móng gia cố cọc tre; công trình cao hơn có thể dùng móng cọc ép, cọc đóng, hoặc cọc khoan nhồi. Tuy nhiên, với đặc thù địa chất phức tạp của Hải Phòng, việc lựa chọn phương án tối ưu không hề đơn giản. Nghiên cứu này hướng tới việc cung cấp cho các nhà thiết kế một công cụ hỗ trợ trong việc lựa chọn giải pháp móng ngay từ bước thiết kế cơ sở, giúp khái toán mức đầu tư cho phần móng một cách chính xác hơn. Khi có số liệu khảo sát chi tiết ở bước thiết kế kỹ thuật, người kỹ sư chỉ cần tính toán chi tiết và quyết định chính xác các thông số nền móng, đảm bảo các điều kiện kỹ thuật, vệ sinh môi trường và giá thành hợp lý nhất.

Phạm vi nghiên cứu tập trung vào các quận nội thành của thành phố Hải Phòng, bao gồm Lê Chân, Ngô Quyền, Hồng Bàng, Hải An, Dương Kinh và huyện đảo Cát Hải. Độ sâu khảo sát địa chất được thực hiện từ mặt đất tự nhiên đến độ sâu 60m. Việc tập trung vào các khu vực này là do đây là những nơi có tốc độ xây dựng nhà ở và văn phòng cao tầng đang rất mạnh mẽ. Quận Dương Kinh, một quận mới được thành lập từ huyện Kiến Thụy, cũng được chú trọng do sự tập trung của các khu công nghiệp và khu văn phòng thương mại dọc đường 353. Thị trấn Cát Bà, một địa điểm du lịch nổi tiếng, cũng nằm trong phạm vi nghiên cứu, dự đoán sẽ có nhiều công trình cao tầng được xây dựng trong tương lai. Khu vực Ngã Năm sân bay Cát Bi thuộc quận Ngô Quyền cũng là một điểm nhấn với nhiều khu chung cư cao cấp và trung tâm thương mại.

Đề tài nghiên cứu giải pháp nền móng cho các công trình dân dụng, cụ thể là nhà ở và văn phòng làm việc. Quy mô công trình được xét đến có mức tải trọng từ 5 đến 21 tầng, với kết cấu khung, dầm sàn bê tông cốt thép đổ tại chỗ. Khoảng cách và nhịp của lưới cột nằm trong phạm vi từ 5 đến 7m. Để đảm bảo tính thực tế và giảm khối lượng tính toán, đề tài không đi sâu vào tính toán chi tiết tải trọng công trình. Thay vào đó, tải trọng được xác định dựa trên tham khảo hồ sơ thiết kế kỹ thuật của các công trình đã được Sở Xây dựng Hải Phòng thẩm định và cấp phép xây dựng trong khu vực nghiên cứu. Điều này giúp giảm thiểu thời gian và chi phí khảo sát, tập trung vào việc đánh giá hiệu quả của các giải pháp móng khác nhau.

Nghiên cứu tập trung vào việc tính toán khả năng chịu tải của các giải pháp móng cọc bê tông cốt thép, cọc khoan nhồi và cọc ống. Đề tài cũng nghiên cứu và khuyến nghị các giải pháp nền móng cho các công trình dân dụng và công nghiệp có quy mô khác nhau, trên các dạng nền tự nhiên trong khu vực nghiên cứu. Các giải pháp móng được xem xét bao gồm móng nông và móng sâu (móng cọc ống, móng cọc bê tông cốt thép, móng cọc khoan nhồi). Việc lựa chọn các phương án kỹ thuật trong thiết kế, cũng như việc giảm chi phí cho phần móng, là một trong những mục tiêu chính của nghiên cứu. Mục tiêu là tìm ra giải pháp tối ưu về mặt kỹ thuật, vệ sinh môi trường và đặc biệt là giá thành.

Thành phố Hải Phòng nằm ở tọa độ địa lý từ 20°30’ đến 21°01’ vĩ độ Bắc và 106°25’ đến 107°10’ kinh độ Đông, cách Hà Nội 102km về phía Đông Nam. Thành phố có diện tích tự nhiên 1.519 km² và dân số khoảng 1.677.000 người, bao gồm 7 quận nội thành và 8 huyện, trong đó có 2 huyện đảo. Trung tâm đô thị phát triển chủ yếu dọc theo các sông Cấm, sông Lạch Tray và sông Tam Bạc. Đặc điểm trầm tích hệ thứ tư ở Hải Phòng có bề dày lớn và biến đổi mạnh từ phía Đông sang phía Tây Nam. Các lớp đất phía trên thường là đất yếu, bất lợi cho xây dựng công trình. Hệ thứ tư bao gồm các trầm tích của tầng Thái Bình (đất sét pha, cát pha), tầng Vĩnh Phúc (cát hạt nhỏ đến hạt trung), và tầng Hà Nội (cuội, sạn).

Dựa trên đặc điểm phân bố, tính chất cơ lý và thủy văn của đất đá thuộc các hệ tầng, khu vực nghiên cứu được phân chia thành các mô hình nền đất tự nhiên. Việc phân loại này phục vụ cho thiết kế nền móng, giúp mô hình hóa nền đất thành các mô hình cơ học phù hợp với phương pháp tính toán. Độ sâu nghiên cứu phải được trải sâu tới độ sâu ảnh hưởng của tải trọng công trình. Hai loại nước ngầm chính được đề cập: nước tồn tại trong lỗ hổng của đất sét pha, cát pha thuộc hệ tầng Thái Bình, Vĩnh Phúc và lớp cuội, sạn hệ tầng Hà Nội; và nước nằm trong các hệ thống khe nứt của đới phong hóa vật lý của đá cát kết, sạn kết, cuội kết, và trong các hang động karst của đá vôi hệ tầng Cát Bà, Đồ Sơn.

Các công trình nhà ở, văn phòng cao tầng tập trung chủ yếu ở 5 quận nội thành: Lê Chân, Ngô Quyền, Hồng Bàng, Hải An, Dương Kinh và huyện đảo Cát Hải (chủ yếu ở Cát Bà). Đề tài tập trung nghiên cứu địa chất tại 5 quận nội thành và Cát Bà. Mô hình nền đất điển hình (B-1) được xây dựng dựa trên tổng hợp mặt cắt địa chất từ nhiều hố khoan khảo sát ở khu vực này, lựa chọn một hố khoan đại diện. Các khu vực khác như khu vực dạng nền B-2-b (quận Lê Chân, Ngô Quyền, Hồng Bàng) và B-3-b (quận Hải An với các khu đô thị mới) cũng được đề cập, với đặc điểm địa chất và khuyến nghị về lựa chọn giải pháp móng cọc riêng biệt. Khu vực dạng nền B-1, ví dụ như thị trấn Cát Bà, được dự báo sẽ có nhiều công trình cao tầng trong tương lai.

Đề tài nghiên cứu đã phân tích các giải pháp nền móng được áp dụng cho các công trình nhà ở tại Hải Phòng từ năm 1975 đến nay, chia thành các nhóm công trình theo số tầng. Đối với nhà 2-5 tầng, móng nông với nền gia cố cọc tre (độ dài 3m, mật độ 25-30 cọc/m²) hoặc móng bè đệm cát được sử dụng phổ biến. Đa số công trình 2-3 tầng với giải pháp này hoạt động ổn định, độ lún trong giới hạn cho phép. Tuy nhiên, đối với nhà 5 tầng, một số công trình sử dụng móng băng hoặc móng bè trên đệm cát hoặc cọc tre lại xuất hiện hiện tượng lún quá mức hoặc lún lệch, ảnh hưởng đến công trình lân cận và hệ thống kỹ thuật. Đối với nhà 6-8 tầng, móng cọc ép với tiết diện nhỏ (0.2x0.2m hoặc 0.25x0.25m), sâu 15-20m, cho thấy kết quả ổn định. Nhà 9-11 tầng thường sử dụng móng cọc tiết diện 0.35x0.35m, sâu 36-40m, cũng cho kết quả tốt về độ lún.

Dựa trên phân tích, đề tài đưa ra khuyến nghị về lựa chọn giải pháp móng cọc tối ưu cho các công trình ở Hải Phòng, tùy thuộc vào số tầng. Đối với công trình dưới 9 tầng, cọc đường kính nhỏ hơn (35x35cm) với chiều sâu hợp lý (34m) có thể được xem xét. Công trình từ 9 tầng trở lên, nên sử dụng cọc khoan nhồi đường kính lớn (80-120cm) với độ sâu lớn hơn (50-55m) đặt vào lớp đá phong hóa. Đối với khu vực dạng nền B-1, có thể sử dụng cọc ma sát đường kính 25x25cm, sâu 25m, hoặc cọc chống đường kính 60-80cm, sâu 30-35m. Việc lựa chọn chiều sâu cọc tối ưu được nhấn mạnh để giảm chi phí, bằng cách tìm chiều sâu cho khả năng chịu tải trên 1 mét dài cọc là lớn nhất, tức là giá thành cho 1 tấn chịu tải nhỏ nhất. Cọc bê tông cốt thép được ưu tiên vì vật liệu sẵn có và công nghệ thi công phát triển.

Để tính toán sức chịu tải của cọc, đề tài sử dụng phương pháp thí nghiệm nén tĩnh, theo tiêu chuẩn ngành TCXD 190-1996. Quy trình gia tải được thực hiện theo hai chu kỳ, với việc tăng tải trọng từng cấp đến tải trọng thí nghiệm lớn nhất (150-200% tải trọng thiết kế). Độ lún của cọc được theo dõi chặt chẽ để đảm bảo độ ổn định. Đề tài cũng xem xét các yếu tố như sức kháng bên và sức kháng mũi của cọc, tuy nhiên, việc tính toán được thực hiện trên cơ sở nguyên tắc gần đúng, bỏ qua sức chịu tải của lớp đất dưới đài cọc, coi toàn bộ tải trọng được cọc tiếp nhận. Cuối cùng, chi phí xây dựng cho từng phương án móng được tính toán để so sánh hiệu quả kinh tế.