Phương án kết cấu của một công trình được quyết định trước tiên bởi nền đất bên dưới, không phải bởi hình dáng tòa nhà bên trên. Cùng một thiết kế kiến trúc, đặt trên hai khu đất khác nhau về địa chất, có thể cho ra hai phương án móng và hai hệ chịu lực hoàn toàn khác.
Điều kiện địa chất quyết định phương án kết cấu vì nền đất là nơi tiếp nhận toàn bộ tải trọng công trình. Kết cấu bên trên chỉ làm nhiệm vụ gom tải rồi truyền xuống đất, nên đặc điểm của nền, gồm sức chịu tải, độ lún và chiều sâu lớp đất cứng, sẽ định hình cách truyền tải đó phải diễn ra thế nào.
Điều kiện địa chất, nền ổn định sẽ cho phép giải pháp kết cấu gọn và tiết kiệ, trường hợp nền yếu buộc phải có giải pháp phức tạp và tốn kém hơn để giữ an toàn.
Đây là lý do địa chất phải được coi là dữ liệu đầu vào, không phải một chi tiết kỹ thuật xử lý sau cùng. Khi chưa biết đất bên dưới thuộc loại gì, mọi con số về tiết diện cột, dầm hay số tầng đều mới chỉ là giả định.
Một phương án kết cấu vẽ ra trước khi có báo cáo khảo sát địa chất luôn tiềm ẩn rủi ro phải làm lại từ đầu.
Trong quy trình thiết kế của Song Anh, tiếp nhận thông tin đầu vào, trong đó có số liệu địa chất, là bước đầu tiên, đứng trước cả bước đề xuất phương án kết cấu và mô hình tính toán.
Nguyên tắc xuyên suốt là đảm bảo an toàn trước, tối ưu tiết diện và vật liệu sau. Để thấy địa chất chi phối phương án ra sao, trước hết cần biết một cuộc khảo sát cung cấp những dữ liệu gì.
Khảo sát địa chất công trình cung cấp bức tranh các lớp đất theo chiều sâu, sức chịu tải của từng lớp, cao độ mực nước ngầm và vị trí lớp mang tải. Đây là bộ số liệu để kỹ sư kết cấu chọn phương án kết cấu và phương án móng phù hợp, thay vì suy đoán theo kinh nghiệm chung chung.
Với nhà cao tầng, tức công trình trên chín tầng theo TCVN 9363:2012, công tác khảo sát địa kỹ thuật phải làm rõ địa tầng, tính chất cơ lý của đất đá và đặc điểm địa chất thủy văn của khu đất.
Việc khảo sát được thực hiện theo từng giai đoạn tương ứng với các bước thiết kế, để mức độ chi tiết của dữ liệu theo kịp mức độ chi tiết của phương án.
Điểm quan trọng nhất mà báo cáo khảo sát phải chỉ rõ là lớp mang tải, tức lớp đất đủ cứng để gánh phần lớn tải trọng công trình.
Vị trí và chiều sâu của lớp này gần như định đoạt loại móng sẽ dùng. Nếu lớp mang tải nằm nông, giải pháp có thể rất gọn; nếu nằm sâu dưới nhiều lớp đất yếu, tải trọng buộc phải được truyền xuống bằng cọc.
Bên cạnh địa tầng, báo cáo còn ghi các chỉ tiêu cơ lý như số SPT từ thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn, sức kháng xuyên tĩnh CPT, lực dính, góc ma sát trong và mô đun biến dạng của đất. Những con số này đi thẳng vào tính toán sức chịu tải và độ lún.
Cao độ mực nước ngầm, thay đổi theo mùa, cũng được xác định vì nó ảnh hưởng đến cả kết cấu lẫn biện pháp thi công.
Khi bộ dữ liệu này sai hoặc thiếu, phương án kết cấu sẽ lệch từ gốc, và không phần mềm nào bù lại được. Có dữ liệu rồi, quyết định đầu tiên và tốn kém nhất là chọn phương án móng.
Địa chất chi phối phương án móng theo một quy luật rõ: nền càng tốt và lớp đất cứng càng gần mặt đất thì móng càng đơn giản, nền càng yếu và lớp mang tải càng sâu thì giải pháp càng phức tạp.
Đây là mắt xích nối trực tiếp giữa dữ liệu khảo sát và chi phí phần ngầm mà chủ đầu tư nhìn thấy trên dự toán.
Trong thực tế thiết kế, ba nhóm giải pháp thường được cân nhắc theo đặc điểm nền. Việc chọn nhóm nào không dựa vào cảm tính mà dựa vào số liệu địa chất đối chiếu với tải trọng công trình.
Khi lớp đất tốt nằm gần mặt và tải trọng không quá lớn, kỹ sư ưu tiên móng nông. Móng đơn hoặc móng băng phù hợp với công trình thấp tầng trên nền ổn định.
Khi nền yếu tương đối đồng đều và tải trọng ở mức trung bình, móng bè trải rộng toàn bộ đáy công trình giúp phân bố áp lực, giảm lún lệch. Nhóm giải pháp này tiết kiệm hơn đáng kể so với móng sâu, nên luôn được xem xét trước nếu địa chất cho phép.
Khi lớp mang tải nằm sâu dưới tầng đất yếu dày, tải trọng phải được truyền xuống bằng móng cọc, gồm cọc ép, cọc đóng hoặc cọc khoan nhồi, thiết kế theo TCVN 10304:2014. Đây là phương án kết cấu phần ngầm phổ biến cho nhà cao tầng trên nền yếu.
Một nghiên cứu ứng dụng công bố trên tạp chí chuyên ngành cho thấy trên cùng khu đất yếu ở đồng bằng sông Hồng, khối nhà 22 tầng phải dùng cọc khoan nhồi, trong khi các khối nhà thấp 4 đến 5 tầng dùng giải pháp móng nổi tiết kiệm khoảng 40 đến 50 phần trăm chi phí so với cọc.
Kết quả này lý giải vì sao ở những vùng có tầng đất yếu dày tới 40 đến 50 mét như đồng bằng sông Hồng và sông Cửu Long, chi phí nền móng có thể chiếm phần lớn ngân sách phần ngầm. Nhưng móng mới chỉ là một nửa câu chuyện; địa chất còn tác động ngược lên hệ kết cấu bên trên.
Nền đất không chỉ định hình móng mà còn là ràng buộc điều chỉnh hệ kết cấu thân công trình. Trên nền đất yếu, nguy cơ lún không đều giữa các phần công trình kéo theo yêu cầu tăng độ cứng tổng thể, bố trí khe lún và đôi khi giới hạn số tầng khả thi về mặt kinh tế.
Lún lệch là rủi ro đáng ngại nhất. Khi hai khối công trình có tải trọng chênh nhau đặt trên nền không đồng nhất, chúng lún khác nhau, sinh nội lực phụ có thể gây nứt kết cấu.
Kỹ sư xử lý bằng cách tách khe lún, thêm giằng móng hoặc chọn hệ khung vách đủ cứng để kiểm soát biến dạng. Những quyết định này thuộc về phương án kết cấu tổng thể, không nằm riêng ở phần móng.
Địa chất còn tác động qua tải trọng động đất. Theo TCVN 9386:2012, tác động động đất lên công trình phụ thuộc gia tốc nền của khu vực và loại nền đất, trong đó nền yếu có xu hướng khuếch đại dao động, làm tăng tải ngang tính toán.
Nền càng mềm, hệ chịu lực ngang càng phải mạnh hơn để giữ chuyển vị đỉnh trong giới hạn. Toàn bộ những tác động này được kiểm chứng bằng mô hình trên phần mềm như ETABS, nơi kỹ sư khai báo tĩnh tải, hoạt tải, gió và động đất rồi phân tích nội lực, kiểm tra ổn định.
Phần mềm chỉ hỗ trợ tính toán số liệu, còn việc chọn phương án kết cấu và tối ưu tiết diện sau cùng vẫn thuộc về kinh nghiệm của kỹ sư. Ngoài lún và động đất, một ràng buộc địa chất nữa thường bị xem nhẹ là nước ngầm và tầng hầm.
Mực nước ngầm cao tạo ra áp lực đẩy nổi lên phần ngầm, đồng thời đặt ra yêu cầu chống thấm và biện pháp thi công hố đào, nên nó ảnh hưởng trực tiếp đến phương án kết cấu tầng hầm và chi phí phần ngầm.
Với các dự án có một hoặc nhiều tầng hầm, đây là yếu tố phải tính từ đầu chứ không thể để đến khi đào mới xử lý.
Khi nước ngầm dâng cao hơn đáy tầng hầm, bản đáy chịu lực đẩy ngược từ dưới lên, buộc kỹ sư cân nhắc tăng đối trọng, dùng cọc chịu kéo hoặc neo để chống đẩy nổi.
Tường vây và hệ chống thấm phải được thiết kế đồng bộ với kết cấu để ngăn nước thấm vào tầng hầm trong suốt vòng đời công trình. Trường hợp nước ngầm mang tính ăn mòn, độ bền vật liệu móng cũng cần được xem xét kỹ lưỡng.
Vì cao độ nước ngầm thay đổi theo mùa, báo cáo khảo sát ghi rõ mức cao nhất để thiết kế thiên về an toàn. Bỏ qua yếu tố này là một trong những lý do khiến dự toán trông gọn gàng trên giấy nhưng phát sinh mạnh khi thi công phần ngầm.
Tất cả các ràng buộc địa chất kể trên chỉ kiểm soát được nếu chúng bước vào phương án ngay từ giai đoạn thiết kế.
Đưa dữ liệu địa chất vào phương án kết cấu ngay từ bước thiết kế cơ sở giúp chủ đầu tư kiểm soát chi phí phần ngầm, tránh phát sinh khi thi công và giữ được số tầng cùng công năng như kỳ vọng ban đầu.
Khi phương án móng và hệ chịu lực được chốt trên nền số liệu địa chất đáng tin, dự án tránh được phần lớn những lần đổi tiết diện, đổi giải pháp giữa chừng vốn kéo theo chi phí và chậm tiến độ.
Tư vấn thiết kế kết cấu chuẩn xác ngay từ đầu giúp chủ đầu tư kiểm soát chi phí, hạn chế rủi ro thi công, giảm phát sinh và hỗ trợ vận hành lâu dài.
Để làm được điều đó, địa chất, kết cấu và dự toán cần được đặt trong một hồ sơ thống nhất ngay từ giai đoạn ý tưởng.
Nếu chủ đầu tư, ban quản lý dự án đang chuẩn bị triển khai dự án cao tầng và cần phương án kết cấu bám sát điều kiện nền đất thực tế thay vì giả định, đội ngũ Song Anh sẵn sàng đồng hành từ khâu đọc số liệu địa chất đến hồ sơ thiết kế thi công hoàn chỉnh.
——————————————
CÔNG TY CỔ PHẦN TƯ VẤN ĐẦU TƯ XÂY DỰNG SONG ANH (SA)
.png)
Toà nhà Gia Định - 566 Quốc Lộ 13, Phường Hiệp Bình, (Thủ Đức) TP.HCM
Hotline: 0962 860 220
.png)
Email: songanh.cm1@gmail.com
.png)
Website: sa-corp.vn
