TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT

KIẾN TRÚC VÀ XÂY DỰNGHƯỚNG ĐẾN PHÁT TRIỂN BỀN VỮNG

KỶ YẾU HỘI THẢO KHOA HỌC

DOI: 10.37550/tdmu.CFR/2021.03.221

1

MỤC LỤC

Lời nói đầu ...................................................................................................................................... 1

XÅY D NG VÀ QUÂN LÝ NHÀ N ỚC TRONG LÏNH VỰC XÂY DỰNG

A Simulation Study on Improvement of Volumetric Efficiency for Small Engine with

Properly Re-Designed Intake Port. Huynh Giang Luong - Viet Hung Le - Van An Vo -

Hong Thao Pham - Thanh Cong Huynh ........................................................................................ 7

Bố trí công trình đèn chiếu sáng ở các nút giao thông trong đô thị. Trần Minh Phụng -

Lê Minh Quang - Phú Thị Tuyết Nga - Đặng Thị Phương Chi ......................................... 16

Chế tạo bê tông thoát nƣớc dùng cho lớp phủ mặt các công trình hạ tầng kỹ thuật

khu dân cƣ/khu đô thị. Nguyễn Tuấn Cường - Trần Hữu Bằng ......................................... 23

Giải pháp in 3D áp dụng cho công trình xây dựng. Ngô Đình Nguyên Khôi ..................... 34

Dao động tự do của tấm FG SANDWICH trên nền đàn hồi hai tham số dựa theo lý

thuyết biến dạng cắt hàm sin nghịch đảo. Nguyễn Ngọc Hưng .......................................... 46

Đánh giá khả năng sử dụng cát thải trong quá trình sản xuất cao lanh trên địa bàn thị

xã Tân Uyên vào trong lĩnh vực xây dựng. Phan Thành Nhân - Trần Văn Phê ................ 53

Intoc – giải pháp chống thấm công nghệ Việt. Đỗ Thành Tích - Đỗ Thành Tín ................ 57

Giải pháp nâng cao hiệu quả kinh tế thi công bằng cách kết hợp nhiều loại ván

khuôn cho công trình xây dựng dân dụng. Bùi Việt Thi - Đỗ Thị Ngọc Tam ..................... 66

Khảo sát địa chất công trình cho xây dựng công trình ngầm. Nguyễn Ngọc Huệ -

Lê Minh Quang ................................................................................................................... 77

Mỹ học trong thiết kế hình dáng kết cấu nhịp cầu vƣợt. Trần Minh Phụng -

Lê Minh Quang - Phú Thị Tuyết Nga - Đặng Thị Phương Chi ........................................... 82

Một số giải pháp thiết kế lan can ban công, lô gia và cửa sổ chung cƣ cao

tầng. Võ Thanh Hùng .......................................................................................................... 92

Một số giải pháp móng cho công trình gỗ. Trần Minh Phụng - Lê Minh Quang ............. 101

Nghiên cứu áp dụng mô hình thông tin (BIM) trong quản lý thi công dự án cầu đƣờng -

hạ tầng tại Việt Nam. Trần Văn Thắng - Nguyễn Tuấn Dũng - Nguyễn Quang Phúc -

Lê Văn Phúc - Trần Hữu Bằng ................................................................................................... 109

Nghiên cứu cƣờng độ kháng thành của cọc khoan nhồi khi phụt vữa dọc thân cọc.

Lê Thành Trung ................................................................................................................ 117

Nghiên cứu sử dụng nano carbon làm phụ gia để cải thiện cƣờng độ cho bê tông nhựa.

Võ Hồng Lâm .................................................................................................................... 127

Nghiên cứu sử dụng nano SiO2 điều chế từ tro trấu làm tăng một số chỉ tiêu cơ

lý bê tông xi măng. Trần Hữu Bằng - Nguyễn Hải Linh - Phú Thị Tuyết Nga ................. 136

2

Những trở ngại khi áp dụng công nghệ xây dựng mới với ngành xây dựng Việt Nam.

Nguyễn Thanh Bình - Võ Thanh Hùng .............................................................................. 145

Phân tích dao động tự do dầm composite lớp dùng hàm dạng hybrid.

Nguyễn Ngọc Dương - Nguyễn Văn Hậu ............................................................................ 151

Phƣơng pháp Proper Generalized Decomposition cho bài toán dòng chảy nhớt

không nén. Lê Quốc Cường - Đỗ Thị Ngọc Tam............................................................... 159

Phƣơng pháp đẳng hình học dựa trên trích xuất Bézier cho phân tích dao động tự

do của tấm vật liệu áp điện biến đổi chức năng có lỗ rỗng. Nguyễn Thị Bích Liễu .......... 169

So sánh xử lý nền đất yếu có chiều dày lớn bằng phƣơng pháp đóng cừ

tràm và phƣơng pháp đóng cọc CDM. Đỗ Thị Ngọc Tam ................................................ 192

So sánh hiệu quả sử dụng của dàn thép thông thƣờng theo TCVN 5575:2012 và dàn

thép dùng thanh thành mỏng theo tiêu chuẩn S/NZS 4600:1996 c) trong kết cấu

mái nhà nhịp nhỏ. Trần Văn Phê ...................................................................................... 200

Sử dụng cọc vít cho móng công trình thấp tầng. Nguyễn Kế Tường - Nguyễn Viết Hùng -

Nguyễn Minh Hùng - Phạm Thành Hiệp - Nguyễn Thị Hằng .................................................. 214

Tính toán kết cấu mái dây mềm hai lớp trên gối cố định chịu tác dụng của tải trọng

phân bố đều có xét đến biến dạng của dây chủ. Phan Thành Nhân - Phạm Thành An .... 221

Tính toán ổn định hệ chắn đất tƣờng vây DW500 công trình ngầm khu vực

Thành phố Hồ Chí Minh. Trần Hữu Bằng - Nguyễn Hải Linh ......................................... 226

Tính toán cấu kiện chịu uốn xoắn theo TCVN 5574:2012 và ACI318M-08.

Đỗ Thị Ngọc Tam .............................................................................................................. 235

Tính toán hệ số tập trung cƣờng độ ứng suất cho tấm chữ nhật có vết nứt chịu kéo

ở hai đầu bằng phƣơng pháp phần tử hữu hạn mở rộng. Nguyễn Nhựt Phi Long -

Hồ Sỹ Hùng - Trần Văn Điền - Trần Thiện Huân ............................................................. 247

Ứng dụng phƣơng pháp phân tích thứ bậc AHP trong lựa chọn dự án đầu

tƣ xây dựng công trình. Lê Hải Quân ............................................................................... 255

Xu thế phát triển vật liệu xây dựng trong tƣơng lai. Nguyễn Xuân Mãn

- Nguyễn Duyên Phong - Phạm Mạnh Hào - Đào Văn Tuyết ........................................... 264

Quản lý nhà nƣớc về trật tự xây dựng trên địa bàn Quận 7 Thành phố Hồ Chí Minh:

Thực trạng và giải pháp. Nguyễn Quang Giải - Nguyễn Hải Linh - Nguyễn Thùy Dương .... 273

I N TRU C, QUY HOÄCH VÙNG VÀ ĐÔ THÐ

Mối liên kết không gian nội – ngoại thất trong công trình kiến trúc. Phạm Minh Sơn .... 280

Thiết kế khung khái niệm phát triển đô thị thông minh bền vững tại Việt Nam.

Trần Đình Hiếu - Phạm Mạnh Hùng ................................................................................ 291

Thiết kế cửa sổ tròn thông minh. Ngô Bảo - Lê Minh Quang - Phạm Văn Thư ............... 302

Thiết kế tủ bếp di động. Ngô Bảo - Trần Thị Vinh ........................................................... 310

Tìm hiểu kiến trúc công nghiệp xanh tại Việt Nam. Nguyễn Đức Trọng ......................... 316

Hạn chế đảo nhiệt đô thị bằng giải pháp trồng cây lạc dại trên mái nhà, trong

giá thể lá cao su Tường Thị Thu Hằng .............................................................................. 322

3

Nghiên cứu sản xuất vật liệu xanh (composite) từ phế liệu nhựa và phế

phẩm nông nghiệp Đặng Mai Thành ................................................................................ 329

Áp dụng hệ thống hạ tầng xanh vào quy hoạch xây dựng đô thị. Huỳnh Kim Pháp ........ 335

Đô thị “siêu khối” superblock) – mẫu mô hình đô thị lý tƣởng hậu Covid-19.

Hoàng Anh .................................................................................................................................. 344

Các giải pháp quản lý quy hoạch xây dựng hƣớng đến phát triển bền vững cho khu

vực vùng ven Thành phố Hồ Chí Minh. Huỳnh Kim Pháp - Hoàng Huy Thịnh .............. 355

Quá trình phát triển vƣờn trên mái. Cù Thị Ánh Tuyết - Hoàng Huy Thịnh ..................... 367

Quan điểm văn hóa về khả năng thích ứng với lũ lụt trong đô thị. Cù Thị Ánh Tuyết –

Hoàng Huy Thịnh ........................................................................................................................ 379

4

5

LỜI NÓI ĐÆU

Kiến trúc và xây dựng hƣớng đến phát triển bền vững là chủ đề đƣợc quan tâm và

nghiên cứu hiện nay, nhằm thực hiện mục tiêu xây dựng và phát triển kiến trúc, đô thị Việt

Nam hƣớng đến phát triển bền vững và tiên tiến. Trên quan điểm phát triển, kiến trúc bền

vững bao gồm từ việc chọn địa điểm, thiết kế, thi công xây dựng công trình cho đến vận hành,

sửa chữa và tái sử dụng công trình. Trong thiết kế, xây dựng công trình thì kiến trúc bền vững

là công trình đƣợc thực hiện bằng tập hợp các giải pháp thiết kế kỹ thuật kiến trúc sáng tạo,

thân thiện với thiên nhiên và môi trƣờng, sử dụng hiệu quả năng lƣợng, tài nguyên nƣớc, vật

liệu, hài hòa kiến trúc với cảnh quan và sinh thái tự nhiên, tạo ra điều kiện sống tốt nhất cho

ngƣời sử dụng. Đây luôn là điều kiện bắt buộc theo suốt quá trình thực hiện và đƣợc giám sát

để đƣợc chứng nhận đó là công trình bền vững hay là kiến trúc bền vững, chúng đều là công

trình xây dựng mà thực tế đã có đƣợc hiệu quả lớn nhất là tác động của công trình đến sức

khỏe của con ngƣời và môi trƣờng xung quanh là nhỏ nhất trong suốt vòng đời của công trình.

Tiêu chí quan trọng nhất của công trình bền vững là công trình tự tạo năng lƣợng tái tạo, trong

đó công trình năng lƣợng bằng không là công trình có năng lƣợng thực sự tiêu thụ và mức

phát thải các bon thấp nhất, thậm chí là bằng không. Ở khía cạnh công tác quy hoạch phát

triển đô thị cần thực hiện theo chiến lƣợc:“Nương theo và hài hòa với tự nhiên để phát triển”,

đô thị cần đƣợc quan niệm là một thành phần trong hệ thống của các hệ sinh thái.

Tiếp nối Hội thảo lần thứ hai vào năm 2020, Hội thảo năm 2021 hƣớng tới tìm ra các

phƣơng pháp tính toán, giải pháp kết cấu, ứng dụng công nghệ - kỹ thuật trong lĩnh vực xây

dựng, thiết kế và sản xuất vật liệu trên nhiều lĩnh vực ngành nghề. Các báo cáo khoa học của

hội thảo đƣợc tập hợp từ các giảng viên, các nhà nghiên cứu trong khoa, trong trƣờng, các

trƣờng ở khu vực Thành phố Hồ Chí Minh và một số nơi khác và đặc biệt có sự hợp tác với

doanh nghiệp INTOC - giải pháp chống thấm công nghệ Việt.

Kiến trúc và xây dựng hướng đến phát triển bền vững là kỷ yếu hội thảo khoa tập hợp

nhiều báo cáo tham luận của các tác giả khác nhau, nên có những dữ liệu đƣợc sử dụng trích

dẫn từ nhiều nguồn khác nhau và luận điểm khoa học có thể trùng lặp hoặc mâu thuẫn. Tuy

nhiên, trên tinh thần tôn trọng quan điểm của từng tác giả và để tạo điều kiện mở rộng ý kiến

trao đổi với bạn đọc, Ban Tổ chức hội thảo cố gắng giữ nguyên các nội dung bài viết để bạn

đọc nghiên cứu và tham khảo. Mặc dù đã rất cố gắng, nhƣng vì nhiều lý do, việc biên tập,

xuất bản cuốn kỷ yếu khó tránh khỏi những hạn chế và thiếu sót nhất định. Chúng tôi mong

nhận đƣợc ý kiến đóng góp của Quý bạn đọc.

TS.KTS Trần Đình Hiếu

Trưởng Khoa Kiến trúc Trường Đại học Thủ Dầu Một

6

7

A SIMULATION STUDY ON IMPROVEMENT OF VOLUMETRIC

EFFICIENCY FOR SMALL ENGINE WITH PROPERLY

RE-DESIGNED INTAKE PORT

Huynh Giang Luong1,

Viet Hung Le2, Van An Vo

3,

Hong Thao Pham1, Thanh Cong Huynh

4

1. Nguyen Tat Thanh University, 2. Ho Chi Minh City University of Technology and Education,

3. Ho Chi Minh City University of Technology, 4. Vietnam National University Ho Chi Minh City.

Abstract

To realize the measure for improvement of volumetric efficiency for small engine in

agricultural purposes, the intake port of a small engine is properly re-designed in order

to minimize the friction loss and pressure drop of intake air mass flow. In this work, the

geometry helical profile and the measured parameters of current intake port of small

diesel engine with single cylinder are mainly estimated. This research engine, which is

made in Vietnam, is requyred to improve its volumetric efficiency. Three re-designed

intake port with five setting parameters are proposed for improving the volumetric

efficiency of engine using ANSYS-ICE and specific operating conditions. The obtained

results showed that the volumetric efficiency and swirl ratio are enhanced under the

considered conditions.

1. Introduction

Engine performance characteristics are significantly affected by volumetric efficiency that

is defined as the volume of air delivered to the cylinder relative to the volume available in the

cylinder per engine cycle. Lower volumetric efficiency could lead to the limit of engine torque by

the lower mass of air in the cylinder. To measure how effectively the engine is working as an air

pump, or how well it takes in and expels the air and fuel. Relative to the amount of air in the

cylinder, the requyred amount of fuel is very small and therefore the major challenge for the

engine is the intake and exhausting of the air. Thus, volumetric efficiency, used to improve the

quality of intake airflow in the cylinder, is really considered as an important factor for

development of combustion engine. The pumping performance of just the inlet ports and valves

can be determined by considering the density in the intake plenum as opposed to atmospheric

density. An un-boosted, spark ignition engine typically has a maximum volumetric efficiency

between 80-90% whilst the volumetric efficiency is higher for diesel engine.

Regarding to this topic, the turbulent movement created by this flow significantly

affects the quality of the mixture formation of the engine, especially in engines. The

characteristic of the airfield in the combustion chamber at the time of fuel injection directly

affects the combustion process and is the dominant factor for the efficiency and pollution

level of direct injection engines. Accurately combining fuel injection parameters, piston top

8

shape, compression ratio, and intake manifold profile are important considerations in new

engine design. The researches have shown that the engine having single orifice injector and

injection pressure value less than 800 bar is ideal with helical type intake-port (Eugene and

Carsten, 2012; Shuisheng and Siwei, 2012; Mandloi and Verma 2009; Kulkarni et al., 2005).

Pesic et al (2013) studied the deals with the problems of experimental determination of intake

airflow using orifice plates and the influence of orifice plate diameter on the experimental

results of the measurements and found the influence of the intake pipe length on volumetric

efficiency (S.K. Sabale et al., 2013).

In terms of increasing, the volumetric efficiency and therefore the performance of a

particular engine under wide-open throttle conditions efforts are made to increase the mass

flow of air through the engine. This can be achieved by: boosting with a turbocharger or

supercharger, optimized fuel injection, proper intake/exhaust pressure ratio, internal exhaust

gas recirculation, compression ratio, minimized frictional losses, minimized flow

restrictions or inlet valves/port design. Under full throttle conditions, a major restriction to air

flow is the inlet valves and the inlet port, specifically the cross sectional area of the port/valve

and the distance between the valve head and the cylinder head. Therefore, for high mass flow

a large valve diameter and lift are requyred in addition to fast opening and closing speeds.

For reciprocating combustion engine, the helical intake manifold of the engine is not only

an important detail but also very difficult to design and fabricate. For the helical intake manifold,

the profile of the details not only curves in complicated curves in three-dimensional space but also

has a transition from a square profile at the inlet to a circular profile at the position where the

airflow goes inside the engine cylinder. This creates many difficulties in rendering to ensure

smoothness in areas where there is a transition from a square profile to a circular profile. The 3D

modelling of the smooth, high-quality helical intake manifold is very significant in ensuring the

continuity of the airflow when entering the engine combustion chamber. It is completely possible

to use CFD technology for digital development of helical intake manifold because of the rapid

development of technology in design field. CFD technology not only can get a large amount of

result being able to gain in the experiment such as swirl ratio, mass-flow-rate, pressure and

temperature field, but it also accurately identify the unreasonable geometrical part of the helical

intake port and optimize the structure (Kang Xiu-ling et al., 2003).

Recently, Och et al (2016) developed a mathematical algorithm using differential

evolution for optimization of volumetric efficiency in order to improve the gas exchange

process of a single-cylinder compression ignition naturally aspirated engine. Calculation were

carried out using a parallized computational code consisting of (i) a one-dimensional model

for the unsteady compressible gas flow taking place in intake and exhaust ducts; (ii) a single-

zone combustion model for the in-cylinder processes; and (iii) an optimization routine based

on the differential evolution technique. The authors found that in the first one, the intake duct

length was the only optimization variable and it was found that optimal inlet duct lengths vary

becoming shorter as engine speed is increased while. In the second set of calculations, both

intake and exhaust duct lengths have been taken as the optimization variables, and the

resulting optimal intake duct lengths were quyte similar to those of the first set. In the third set

of calculations, the crank angles defining valve synchronism were the optimization variables.

It was found that optimal valve timing produced a gain in volumetric efficiency, which is

similar to that obtained with optimal duct lengths.

9

The helical intake port of research engine is parameters with 2D/3D port structure and

modelized with help to CAD designing software and CAE tool. By this digital helical intake port

modeling, 3D design and modeling time is much reduced, only about 2-3 working days, while

ensuring smoothness at transition areas. In addition, synchronizing the design parameters with the

"Design Table" command in Solidworks software helps to change the profile of the helical intake

manifold model corresponding to each main parameter of helical intake port structure set that

occurs continuously and almost immediately without rebuilding 3D models in Solidworks.

Therefore, promoting the process of improving the helical intake manifold‟s profile takes place

continuously, and perform many tests by simulation method, as a database for the construction of

algorithms to optimize the helical intake manifold‟s profile of this engine in the future. Thus, the

main objective of this work is to evaluate the numerical measure to figure out the best volumetric

efficiency and swirl ratio via the proper re-designing process of intake port.

2. Materials and Methods

2.1. Re-designed helical intake port for improving volumetric efficiency

Volumetric efficiency (VE)

2.100%

airmassflowVE

AirDensity Displacement EngineSpeed

(1)

where:

Vtheoretical: is the volume that the air can load to the maximum inside the cylinder,

Vtheoretical = Vh = 839 (cm3).

Vactual: is the actual volume of air loaded into the cylinder at the end of the intake

stroke - the beginning of the compression stroke.

In fact, Ansys - ICE simulation results do not directly export Vactual values. However, if

the actual volume flow rate into the engine cylinder (the results obtained from the Ansys -

ICE simulation) is integrated over time, it is possible to determine the value of Vactual.

0

( ).t

actualV v t dt (2)

Taking the approximation integral of equation (2) by the trapezoidal rule:

1

0

1 10

( ). . 2.2

t p ni

actual j jk jn

j k

tV v t dt v v v

(3)

Equation (1) can be re-written as follow:

1

0

1 1

2.2

100%

p ni

j jk jn

j k

h

tv v v

VEV

(4)

where:

t: time step (s).

v: volume flow rate (m3/s) obtained from the Ansys - ICE simulation.

10

p: number of times having un-equal timestep.

Figure 1 shows the cross section of helical intake port of research engine. The current

helical intake manifold is described by 09 sections at different positions and these sections are

connected by curves located on the upper and lower parting plans. The helical intake manifold

design drawing of small diesel engine. Modeling by Solidworks software: We only have a 3D

rendering method that uses the Loft command to join the sections together with 2D design as

above. The limitation of this rendering is heavily dependent on how the software interpolates

when creating blocks of sections and takes a great amount of time.

Center line of intake valve

Center line of cylinder head

A

B

Fig 1. The cross section of helical intake port

As shown in Fig. 1, a nouve method is proposed to parameterize the helical intake

manifold model based on the important dimensions in the design drawing of the current

engine‟s helical intake manifold.

A: is the circle equation as:

2 2 2

1(x a) ( )y b X (5)

B: is the helical equation as:

2 2

2 2

2 2cos( ).cos sin( ).sin

3 3 5 25; ,

9 182 2cos( ).sin sin( ).cos

3 3

X Xx t t

t tt

X Xy t t

t t

(6)

11

Table 1. Five structuring parameters of helical intake port

Designing variable Constraints Note

X1 15 ≤ X1 ≤ 18

The radius of circle equation (5): The lower limit and upper limit

values ensure that when the geometry of the helical intake

manifold changes according to the parameter, the original

structure of the cylinder head remains unchanged. (coefficients a

and b in the circle equation 1 are the center coordinates of this

circle and can be changed when X1 changes but it must ensure

tangential conditions at the intersection of arcs).

X2 102 ≤ X2 ≤ 105

The coefficient of helical equation (6): The lower limit and upper

limit values ensure that when the geometry of the helical intake

manifold changes according to the parameter, the original

structure of the cylinder head remains unchanged.

X3 11 ; 12 ; 13

Upper inclination angle: The upper and lower limit values ensure

that when the geometry of the helical intake manifold changes

with the parameter, the original structure of the cylinder head

remains unchanged.

X4 2 ; 3 ; 4

Lower inclination angle: The inclination angle for the mold escape

in the casting process is usually the positive integer values, and

negligibly affects the loading process

X5 40 ; 41 ; 42

The diameter of the intake valve: it must be a positive integer

value to ensure processing aspect; the lower limit value ensures

the minimum airflow to ensure the maximum power of the engine

is 16.5 Hp; The upper limit value ensures the original structure of

the cylinder head remains unchanged.

2.2. Determination of model improvement options

When the main parameter values (X1, X2, X3, X4, X5) change, the geometric profile of

the helical intake manifold also changes. For a given set of parameter values, we can identify

a specific case of the helical intake manifold. According to the results of Table 2, there are

many cases of helical intake. But within the scope of this study, the authors only propose four

options of helical intake (four sets of parameters) to be evaluated, compared with the existing

engine‟s helical intake by NSYS – ICE (internal combustion engine) module. Options are

selected based on the following criteria:

– The selected parameter values must ensure that the helical intake model in Solidworks

software is done.

– The parameter values selected must be within the surveyed boundary condition,

ensuring that the original structure of the cylinder headremains unchanged.

– The parameter sets are randomly selected, but make sure that the entire volume of the

new option has to be greater than the entire volume of the current helical intake manifold.

Table 2. Four proposed cases of simulation parameters

Cases X1 X2 X3 X4 X5

Case 1 17 103 12.5 3.5 40

Case 2 17.25 104.25 12.5 3.5 40

Case 3 15.75 102.75 11.5 2.5 40

Case 4 18 104.7 12.27 4 40

In Table 2, Case 1: it is the case that the helical intake manifold is constructed according

to the parametric method, ensuring that the 3D model is similar to the design and manufacturing

12

drawings of the current helical intake manifold of researched engine. Case 2, Case 3, Case 4:

are the cases of the helical intake manifold built by the numerical method, proposed for

improvement. Besides, case 5: it is the case of the existing helical intake manifold constructed

by the loft method of sections according to the design drawing of the engine being studied. The

volume of helical intake manifold in case 5 and case 1 is not more than 1.5% different. The

comparison of volumetric flow rate for five case studied are shown in Fig. 2.

Fig 2. Comparison of volumetric flow rate for case studies

2.3. Simulation process using ANSYS-ICE module (ANSYS User Guide)

In order to set up a simulation problem in ANSYS – ICE module, the necessary factors

are the 3D geometric model of the helical intake manifold, valve profile according to the

crank angle (as shown in Fig. 4 and Fig. 5). Then, the next steps to establish 01 simulation

model are as follows:

– Entering valve profile data according to the crank angle. Data is entered in the ".prof"

format. Relevant data such as crank radius and connecting rod length are also entered for the

ICE model.

– Setting up 3D models for simulation. Next, choose the format of special surfaces such

as the inlet and outlet face of the airflow, intake and exhaust valve seat, and the intake and

exhaust valve body.

Fig 3. Simulation model and initial

conditions

Fig 4. Meshed geometry of intake port

– Meshing the decomposed geometry.

– Setting up the simulation (ICE Solver Setup)

– Entering boundary conditions (Boundary Conditions)

– Setting up the monitors (Monitor Definitions)

– Creating values for initialization (Initializations)

13

– Setting up the contours need to be followed (Post Processing)

– Running the solution (Setup and Solution)

– Obtaining the results (Results).

2.4. Swirl ratio

In diesel eongine with direct injection type, during the injection, nearly all gas mixture

is enclosed by that indentation. Additionally, squeezing all gas into small confined volume

creates a “squysh” phenomena which amplifies swirling motion and turbulence properties.

The smaller the combustion chamber active area the smaller the heat flux will be. This is why

it is favourable to make more spherical combustion chamber as sphere has the best volume to

surface ratio. The swirling motion of the gas is defined by axial swirl and radial swirl called

“tumble”. In order to estimate the swirl ratio, an axis of rotation have to be known.

3. Results and discussion

3.1. Re-design of helical intake port

Helical intake valve built by parameter method is much smoother than the original

intake manifold built by the old method.

Fig 5. Helical intake manifold with proper re-designed with proposed measure

3.2. Volumetric efficiency

The volumetric efficiency of helical intake manifolds built by parameter method is higher

than loft methods of sections according to the paths on the two parting plans (old method). Case 5

gives the highest results, an 8.6% increase compared to the existing helical intake model (Case 1).

Because it is the smoothness at the transition positions between the sections when the helical

intake is rendered by the parameter method, which reduces the local energy loss in the intake

manifold, thereby increasing the volume of air loaded into the engine cylinder.

Fig 6. Comparision of volumetric efficiency for five cases

14

3.3. Swirl ratio

Swirl ratio as a function of engine crank angle is derived from ANSYS – ICE model for

the intake and compression of the engine according to the crank angle as shown in Fig. 7.

Fig 7. Swirl ratio according to crank angle of cases

As shown in the figure, the swirl ratio of case 5 is the highest. 8.15% increase compared

to the existing helical intake manifold (case 1). Thus, in addition to reducing the local energy

loss on the intake manifold, the case 5 also creates a more reasonable helical shape, in

accordance with the design of intake valve and piston top of the researched engine. All of

these contribute to improving the value of the swirl ratio.

4. Conclusion

A novel measure is presented to enhance the volumetric efficiency of a small engine

with single cylinder. The obtained results showed that the volumetric efficiency could be

increased with proper change of designing variables of intake port.

Five different designing variables are numerically evaluated to figure out the best

volumetric efficiency under the suitable profile of intake port. The volumetric efficiency and

swirl ratio are considered as the output parameters for five considered cases. In this specific

conditions, the best case is found at (X1, X2, X3, X4, X5) = (18.00, 104.70, 12.27, 4.00, 40.00)

where both volumetric efficiency and swirl ratio are obtained.

REFERENCES

1. ANSYS User Guide.

2. Eugene, V. and Carsten, O. (2012), Multi-Objective Adjoint Optimization of Intake Port

Geometry, SAE paper 2012-01-0905.

3. Heywood J. B. (2018), Internal combustion engine fundamentals, McGraw-Hill, Inc., USA, 2nd

Edition.

15

4. Kang Xiu-ling, Fu Guang-qi, Zu Bing-feng, Xu Yu-liang and Liu Jie. (2003), Study and analysis

on intake port of 4-valve engine [J], Chinese Internal Combustion Engine Engineering, 21(3),

261-264.

5. Khalighi, B. (1990), Intake-generated swirl and tumble motions in a 4-valve engine with various

intake configurations-flow visualization and particle tracking velocimetry, SAE paper, no. 900059.

6. Kulkarni, Y., Mone, M., Desai, A., Markandeya, S., Nayak, N., Aghav, Y., Sohi, N. and Dani, A.

(2005), Optimization of Inlet Port Performance on Emission Compliance of Naturally Aspirated

DI Engine, SAE paper 2005-26-010.

7. Mandloi, P. and Verma G. (2009), Design Optimization of an In - Cylinder Engine Intake Port,

Nafems World Congress.

8. Pesic, R. B., et al., 2013, Aspects of Volumetric Efficiency Measurement for reciprocating

engines, THERMAL SCIENCE: Vol. 17, No. 1, pp. 35-48.

9. S.K. Sabale, S.B. Sanap (2013), Design and Analysis of Intake Port of Engine for Target Value of

Swirl, American Journal of Mechanical Engineering, 01 (05), 138-142.

10. Shuisheng, J. and Siwei, Z. (2012), Parameter Analysis of Helical Intake Port Numerical Design,

Energy Procedia, (16), 558-563.

11. SOLIDWORKS User Guide.

12. Sungjun Yoon, Seungpil Lee, Hyuckmo KWon, Joonkyu Lee, Sungwook Park (2018), Effects of

the swirl ratio and injector hole number on the combustion and emission characteristics of a light

duty engine, Applied Thermal Engineering, (142), 68-78.

16

BỐ TRÍ CÔNG TRÌNH ĐÈN CHIẾU SÁNG Ở CÁC NÚT

GIAO THÔNG TRONG ĐÔ THÐ

Trần Minh Phụng1,

Lê Minh Quang1, Phú Thị Tuyết Nga

1, Đặng Thị Phương Chi

2

1 Trường Đại học Thủ Dầu Một, 2. Trường Đại học Giao thông Vận tải TPHCM.

Tóm tắt

Trong bài báo này, chúng tôi trình bày một số nguyên tắc bố trí đ n chiếu sáng tại một

số loại nút giao thông trong đô thị và cơ sở tính toán sao cho phù hợp với quy luật

chuyển động của dòng xe khi vào nút giao thông. Đồng thời, chúng tôi cũng phân tích

một số công trình đ n chiếu sáng tại các nút giao thông trong đô thị nước ta, từ đó đề

xuất một số giải pháp để đảm bảo an toàn cho phương tiện giao thông và nâng cao hiệu

suất sử dụng thiết bị chiếu sáng trong đô thị.

1. T ng qu n về chiếu sáng đường đô thị

Ngày nay, việc chiếu sáng công trình đô thị là một vấn đề rất đƣợc quan tâm, đặc biệt là

tại các nút giao thông trong đô thị, giúp cho quá trình giao thông đƣợc an toàn và đô thị đẹp

hơn vào ban đêm. Trong ngành kiến trúc và xây dựng các kiến trúc sƣ thƣờng chú trọng về

chiếu sáng nghệ thuật, còn trong ngành điện công nghiệp các kỹ sƣ lại chú trọng hơn về hiệu

năng sử dụng thiết bị chiếu sáng. Qua quá trình tham khảo các quy trình thiết kế đƣờng đô thị

và thiết kế chiếu sáng công trình giao thông của TCXDVN 104:2007, TCXDVN 333-2005,

BS-5489, AASHTO, dựa trên các quy luật chuyển động của dòng xe khi lƣu thông trên

đƣờng, mà đặt biệt là khi xe vào nút giao thông, chúng tôi tập hợp một số hình thức bố trí đèn

chiếu sáng tại các nút giao thông sao cho đảm bảo các tiêu chuẩn kỹ thuật trong thiết kế

đƣờng đô thị.

Hình 1. Một số dạng bố trí cột và đ n đường trong đô thị

17

Hình 2. Sơ đồ bố trí cột và đ n đường so le hai bên đường trong đô thị

Tùy theo bề rộng mặt đƣờng mà ngƣời ta bố trí các cột đèn nhƣ sau: bố trí một bên, bố

trí so le hai bên đƣờng, bố trí đối xứng hai bên đƣờng và bố trí trên dải phân cách giữa đƣờng.

Ở các nút giao ngã ba, ngã tƣ và nút giao hình xuyến thƣờng sử dụng cột có chiều cao 10m

hoặc 12m và khoảng cách giữa các trụ đèn tham khảo trong Bảng 1.

Bảng 1. Tiêu chuẩn khoảng cách (S) bố trí cột và đ n đường trong đô thị theo BS-5489

2. Cơ sở bố trí cột và đèn đường tại các nút gi o thông trong đô thị

2.1. Bố trí cột và đèn đường tại các ngã ba (chữ T), ngã tư (chữ +).

a. Nút giao chữ T trên đường thẳng

Các vị trí bố trí cột và đèn chiếu sáng điển hình cho các mối nối chữ T đƣợc thể hiện

trong Hình 3. Bốn bộ đèn đƣợc đƣợc bố trí tại các vị trí A, B, C, D liên kết trực tiếp với

đƣờng giao nhau.

18

Hình 3. Sơ đồ bố trí cột và đ n đường tại nút giao chữ T trên đường thẳng

– Đèn chiếu sáng A cho thấy phần cuối của con đƣờng phụ cho xe cộ đi lại dọc theo nó

và ngƣời đi bộ băng qua đƣờng.

– Đèn chiếu sáng B cho thấy cả nơi giao nhau với đƣờng phụ để lƣu thông trên đƣờng

chính và một phƣơng tiện đang chờ ở phần đƣờng phụ.

– Đèn chiếu sáng C cho thấy các chuyển động rẽ đối với giao thông trên đƣờng lớn.

– Đèn chiếu sáng D cho biết tình trạng giao thông của đƣờng phụ đối với giao thông đi

vào từ đƣờng chính.

b. Các nút giao chữ T khi uốn cong

Đây là giải pháp bố trí cột và đèn chiếu sáng cho nút giao thông chữ T với đƣờng chính

cong. Sơ đồ bố trí cột và đèn chiếu sáng điển hình cho điểm nối chữ T trên khúc cua đƣợc thể

hiện trong Hình 4.

Hình 4. Sơ đồ bố trí cột và đ n đường tại nút giao chữ T trên đường cong

1- Đ n chiếu sáng, 2- Đường chính, 3- Đường phụ,

S- Khoảng cách bố trí đ n trên đường thẳng

c. Các nút giao chữ T so le

Nếu khoảng cách giữa hai nút giao chữ T (X) và chữ T (Y) ở hai phía đối diện của

đƣờng chính xa nhau thì xem chúng là độc lập với nhau nhƣ trong trƣờng hợp đầu tiên đối với

các khu vực xung đột riêng biệt. Nếu chúng ở gần nhau thì đƣợc coi là một khu vực cần phải

bố trí thêm đèn chiếu sáng ở vị trí A và B (Hình 5).

19

Hình 5. Sơ đồ bố trí cột và đ n đường tại nút giao chữ T so le liên tiếp

d. Ngã tư

Các vị trí cột và đèn chiếu sáng bố trí điển hình cho nút giao đƣợc thể hiện trong Hình

6. Đèn chiếu sáng dùng để chiếu sáng giao thông qua hƣớng rẽ.

Hình 6. Sơ đồ bố trí cột và đ n đường tại nút giao ngã tư

2.2. Bố trí cột và đèn đường tại các nút giao chữ Y

a. Các nút giao chữ Y có đường chính thẳng

Các vị trí cột và đèn chiếu sáng bố trí điển hình so le tại các điểm nối Y đƣợc thể hiện

trong Hình 7. Các đèn chiếu sáng nhằm mục đích làm rõ hơn đƣờng giao nhau giống nhƣ đối

với đƣờng giao nhau chữ T. Đèn chiếu sáng A thể hiện rõ hơn nút giao khi xe di chuyển dọc

theo đƣờng phụ đến nút giao. Cột đèn chiếu sáng trên phần đƣờng tách làn trên đƣờng chính

phải bố trí cách nút giao <1/2S.

20

Hình 7. Sơ đồ bố trí cột và đ n đường tại nút giao chũ Y có đường chính thẳng

b. Các nút giao chữ Y có đường phụ thẳng

Ngã ba có thể đƣợc chiếu sáng khi khúc cua với đèn chiếu sáng ở đƣờng chính dọc theo

lề đƣờng bên ngoài và tại các khoảng cách thiết kế đƣờng chính đƣợc thu hẹp một cách thích

hợp. Các vị trí đèn đƣợc bố trí so le nhƣ thể hiện trong Hình 8.

Hình 8. Sơ đồ bố trí cột và đ n đường tại nút giao chữ Y có đường phụ thẳng

c. Các nút giao chữ Y có đảo hình tam giác

Trong một số giao lộ có giao thông từ đƣờng phụ có thể bị ngăn cách với giao thông

trên đƣờng lớn bởi đảo hình tam giác, nơi đƣờng nhỏ tiếp cận đƣờng chính ở góc tù 135 và

nơi đƣờng phụ nối với đƣờng chính đƣờng ở góc nhọn 45. Phƣơng pháp bố trí đèn chiếu

sáng thể hiện nhƣ trên Hình 9.

Hình 9. Sơ đồ bố trí cột và đ n đường tại nút giao chữ Y có đảo hình tam giác

21

2.3. Bố trí cột và đèn đường tại các nút giao hình xuyến

a. Vòng xoay đảo giao thông trung tâm

Dựa trên quy luật chuyển động của dòng xe khi vào nút giao thông hình xuyến 3 nhánh

và hình xuyến 4 nhánh, các vị trí đèn chiếu sáng đƣợc bố trí điển hình cho đảo giao thông

trung tâm bùng binh) và trên các đƣờng nhánh vào và ra nút nhƣ Hình 10.

Hình 10. Sơ đồ bố trí cột và đ n đường tại nút giao hình xuyến

1- Đ n chiếu sáng, 2- Đảo giao thông (bùng binh)

3. Phân tích một số hình thức chiếu sáng tại các nút giao thông

Sau đây chúng tôi đƣa ra một số hình thức bố trí đèn chiếu sáng tại một số nút giao

thông thực tế để phân tích:

3.1. Bố trí đèn chiếu sáng tại nút giao ngã ba của dự án Tuấn Điền Phát- Bàu Bàng-

Bình Dương

Theo nhƣ chủ đầu tƣ công bố, khu Dân cƣ Tuấn Điền Phát mở ra nhằm đáp ứng nhu cầu

về nhà ở cho công nhân viên, cán bộ, công chức, chuyên gia nƣớc ngoài sinh sống và làm việc

trong khu công nghiệp Becamex Bàu Bàng. Tại nút ngã ba này đèn chiếu sáng bố trí quá xa

cửa vào nên khi xe từ hƣớng chính rẽ phải vào đƣờng nhánh có tiềm ẩn nguy cơ mất an toàn

giao thông về đêm. Cần bố trí thêm đèn chiếu sáng gần cửa vào đƣờng nhánh.

Hình 11. Nút giao ngã ba của dự án Tuấn Điền Phát - Bàu Bàng - Bình Dương

22

3.2. Bố trí đèn chiếu sáng tại nút giao thông hình xuyến Mỹ Phước - Bình Dương

Đây là nút giao thông hình xuyến, phƣơng tiện giao thông qua nút cao nhƣng tại các

nhánh rẽ phải lại thiếu đèn chiếu sáng để dẫn dòng, dẫn hƣớng, vì vậy khi xe ra khỏi nút giao

có nguy cơ mất an toàn giao thông về đêm cao. Cần bố trí thêm một số đèn chiếu sáng tại các

nhánh rẽ và nhánh nhập nhƣ trên Hình 10.

Hình 12. Nút giao thông hình xuyến Mỹ Phước-Bình Dương

4. Kết luận và kiến nghị

Thiết kế chiếu sáng công trình đƣờng đô thị, đặt biệt là tại các nút giao thông trong đô

thị, nhằm mục đích đảm bảo an toàn giao thông và làm đô thị đẹp hơn vào ban đêm. Ngƣời

thiết kế ngoài các kiến thức về kỹ thuật điện cần phải hiểu rõ về các quy luật chuyển động của

dòng xe khi lƣu thông trên đƣờng, đặc biệt là khi vào nút giao thông. Khi chƣa có các tài liệu

hƣớng dẫn chuyên ngành thì cần tham khảo các quy trình thiết kế đƣờng đô thị, thiết kế chiếu

sáng công trình giao thông nhƣ các tiêu chuẩn TCXDVN 104:2007, TCXDVN 333-2005, BS-

5489, AASHTO. Thông qua bài báo này chúng tôi gửi đến các đọc giả một số hình thức bố trí

đèn chiếu sáng tại các nút giao thông hiệu quả, tiết kiệm và đảm bảo các tiêu chuẩn kỹ thuật

trong thiết kế đƣờng đô thị.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. AASHTO (2015), Roadway Lighting Design Guide, American Association of State Highway and

Transportation Officials, Washington, DC.

2. Bộ Xây dựng (2007), Tiêu chuẩn Đƣờng đô thị-Yêu cầu thiết kế, Tiêu chuẩn TCXDVN 104:

2007.

3. Bộ Xây dựng(2005), Tiêu chuẩn Thiết kế chiếu sáng, Tiêu chuẩn TCXDVN 333-2005,

4. BS 5489-1:2003 Code of practice for the design of road lighting, BRITISH STANDARD 2003

5. FHWA (2011), European Road Lighting Technologies, Report No. FHWA-PL-01-034,

Washington, DC.

6. ISEBRANDS, H. et al (2016), Safety Impacts of Street Lighting at Isolated Rural Intersections,

Minnesota Department of Transportation, Part II, MN/RC-2006-35.

7. Nguyễn Xuân Vinh (2010), Thiết kế đường đô thị, NXB Xây dựng.

8. Trần Minh Phụng, Lê Minh Quang (2018), Hạ tầng kỹ thuật đô thị, NXB Xây dựng.

23

CHẾ TÄO B TÔNG THOÁT N ỚC DÙNG CHO LỚP PHỦ MẶT

CÁC CÔNG TRÌNH HÄ TÆNG KỸ THUẬT HU DÅN C / HU ĐÔ THÐ

Nguyễn Tuấn Cường1, Trần Hữu Bằng

2

1. Phân hiệu Trường Đại học Giao thông Vận tải tại TP Hồ Chí Minh,

2. Trường Đại học Thủ Dầu Một.

Tóm tắt

Hiện nay, tốc độ đô thị hóa tại Việt Nam tăng nhanh gắn liền với nhu cầu phát triển hạ

tầng đô thị. Các công trình kết cấu hạ tầng (đường sá, sân bãi, ...) chiếm dụng bề mặt tự

nhiên, làm giảm năng lực tiêu thoát tự nhiên, tăng lưu lượng dòng chảy bề mặt và giảm

thẩm thấu của nước xuống đất, giảm khả năng bổ sung tại chỗ nguồn nước ngầm cũng

như gây đơn điệu cảnh quan, bức xạ nhiệt do bê tông hóa. Nhiều đô thị có hệ thống thoát

nước thường xuyên bị quá tải mặc dù đã được quan tâm đầu tư. Trong phạm vi báo cáo

này, nhóm tác giả thực hiện nghiên cứu chế tạo loại bê tông rỗng vừa có khả năng thấm

nước cao vừa đáp ứng yêu cầu kỹ thuật về cường độ (Phương N.V. và nnk., 2019), đồng

thời đưa ra các biện pháp bảo trì đảm bảo tính thấm theo yêu cầu (Hoàng Văn Huệ,

2009). Từ đó, đề xuất các ứng dụng của bê tông rỗng cho giải pháp thoát nước mặt các

công trình hạ tầng kỹ thuật trong đô thị, khu dân cư (Cao Xuân Thi, 2017).

1. Đặt vấn đề

Hiện nay, tốc độ đô thị hóa tại Việt Nam tăng nhanh gắn liền với nhu cầu phát triển hạ tầng

đô thị. Các công trình kết cấu hạ tầng đƣờng sá, sân bãi, ...) chiếm dụng bề mặt tự nhiên, làm

giảm năng lực tiêu thoát tự nhiên, tăng lƣu lƣợng dòng chảy bề mặt và giảm thẩm thấu của nƣớc

xuống đất, giảm khả năng bổ sung tại chỗ nguồn nƣớc ngầm cũng nhƣ gây đơn điệu cảnh quan,

bức xạ nhiệt do bê tông hóa Phƣơng N.V. và nnk., 2019). Nhiều đô thị có hệ thống thoát nƣớc

thƣờng xuyên bị quá tải mặc dù đã đƣợc quan tâm đầu tƣ. Một số dự án đã và đang đƣợc triển

khai bằng nguồn vốn vay ODA tại các thành phố lớn nhƣ Hà Nội, TP Hồ Chí Minh, Hải Phòng,

Đà Nẵng, Vinh,... Nguồn vốn đầu tƣ này lên tới hàng tỷ USD, tuy nhiên hiệu quả của nó cũng chỉ

đáp ứng tỷ lệ nhỏ (khoảng 1/6) so với yêu cầu hiện nay Hoàng Văn Huệ, 2009).

Trƣớc tình trạng ngập lụt và ô nhiễm môi trƣờng ngày càng diễn ra nghiêm trọng tại các

đô thị Việt Nam nhƣ hiện nay, việc áp dụng giải pháp thoát nƣớc mặt bền vững là hết sức cần

thiết. Thoát nƣớc mặt bền vững chủ yếu là giải pháp thay thế bề mặt phủ không thấm nƣớc

thành những bề mặt phủ có khả năng thấm, lƣu giữ và chứa nƣớc. Gần đây, bê tông thoát nƣớc

BTTN) đƣợc xem là một trong những “ứng dụng thực tế quản lý tốt nhất” trong việc thu và

làm sạch nƣớc mƣa trên thế giới. Bê tông thoát nƣớc, còn đƣợc gọi là bê tông thấm nƣớc hoặc

bê tông không sử dụng cốt liệu nhỏ, là vật liệu phủ bề mặt thân thiện với môi trƣờng Phƣơng

N.V. và nnk., 2019; Hoàng Văn Huệ, 2009). Một cách tổng quan, BTTN bao gồm: xi măng,

nƣớc, cốt liệu thô đá) cỡ hạt đồng nhất, và ít/không sử dụng cốt liệu nhỏ (cát), dẫn đến cấu trúc

lỗ rỗng lớn và hệ thống các lỗ rỗng liên kết với nhau giữa các cốt liệu (Hình 1).

24

a. Mặt đƣờng BTTN, nƣớc thoát

theo phƣơng đứng

b. Mặt đƣờng bê tông thông

thƣờng, nƣớc chảy tràn trên mặt

theo mái đƣờng

c. Đặc điểm cấu trúc BTTN

d. BTTN tại một khu công viên ở

Auckland, New Zealand

(Nguồn: merzconstruction.co.nz)

e. Mặt đƣờng đi bộ sử dụng

BTTN tại một khu dân cƣ ở New

York

(Nguồn: ny-engineers.com)

f. Mặt đƣờng BTTN ở Florida, Mỹ

(Nguồn: customconcrete.biz)

g. Bề mặt BTTN tại một bãi đỗ xe

ở Canada

(Nguồn: concreteconstruction.net)

h. Bề mặt BTTN tại một quảng

trƣờng ở Trung Quốc

(Nguồn: pinterest.com)

i. Mặt đƣờng xe chạy trƣớc nhà bằng

BTTN ở Concord, CA

(Nguồn: bayareapervious

concrete.com)

Hình 1. Bê tông thoát nước

Hiện nay, ở Mỹ, Nhật và các nƣớc châu Âu,… đã và đang có rất nhiều nghiên cứu về

BTTN: thiết kế thành phần cấp phối và nghiên cứu các đặc tính cơ lý cũng nhƣ độ bền của loại

vật liệu thân thiện môi trƣờng và phát triển bền vững này. Tuy nhiên, vấn đề tối ƣu hóa quá trình

thiết kế và ứng dụng đại trà của bề mặt phủ bằng BTTN vẫn là quá trình cơ lý hóa phức tạp và

chƣa phổ biến do phụ thuộc vào những nguyên lý thiết kế, các điều kiện đặc thù của địa phƣơng,

các đặc tính của vật liệu cũng nhƣ các cơ sở pháp lý. Vì vậy, việc tiếp tục nghiên cứu phát triển

các dạng kết cấu bề mặt phủ sử dụng BTTN vẫn đang là hƣớng nghiên cứu quan trọng trong lĩnh

vực xây dựng tại nhiều quốc gia Neithalath, 2004; Francis, 1965; Nader Ghafoori, 1995;

Malhotra VM; Ghafoori và nnk, 1995; Lian và nnk, 2010; Paul, 2004; lalea Kia, 2017).

Ở Việt Nam, mặc dù cũng đã có một số đề tài đƣợc tiến hành nghiên cứu về bê tông

rỗng nhƣng hầu hết các đề tài đó mới chỉ là bƣớc đầu, mở ra phƣơng hƣớng tiếp cận và điều

25

kiện áp dụng vẫn còn hạn chế (Cao Xuân Thi, 2017; Trần Hồng Hải, 2017; Chánh và nnk.,

2016; Lê Thái Bình, 2013; Vũ Việt Hƣng, 2019). Một trong những thách thức lớn khi triển

khai đại trà kết cấu mặt phủ bằng BTTN là kết cấu phải đáp ứng các yêu cầu nhƣ: đảm bảo

cƣờng độ và độ bền, tăng cƣờng khả năng tự thấm nƣớc mƣa, dễ thi công, bảo dƣỡng, sửa

chữa và giá thành hợp lý… Tuy nhiên, ở Việt Nam hiện vẫn chƣa có các tiêu chuẩn hay các

hƣớng dẫn kỹ thuật để lựa chọn và kiểm tra vật liệu cũng nhƣ biện pháp thi công, bảo trì, bảo

dƣỡng về loại vật liệu này. Trong phạm vi bài báo này, nhóm tác giả trình bày một số kết quả

nghiên cứu về chế tạo loại bê tông xi măng rỗng (dùng các cỡ đá 1.18-9.5mm và cỡ đá 1.18-

4.75mm) có khả năng thấm cao và lƣu giữ nƣớc; đồng thời đƣa ra các biện pháp bảo trì, bảo

dƣỡng để đảm bảo tính thấm theo yêu cầu. Từ đó, đề xuất các ứng dụng của bê tông rỗng cho

giải pháp thoát nƣớc mặt các công trình hạ tầng kỹ thuật trong đô thị, khu dân cƣ.

2. Thiết kế thành phần cấp phối và chế tạo mẫu bê tông thoát nước

2.1. Vật liệu và thành phần cấp phối

Trong nghiên cứu này, thành phần cấp phối của BTXMR đƣợc thiết kế dựa trên nguyên

lý thể tích đặc tuyệt đối và theo các chỉ dẫn của Báo cáo ACI 522R-10 của Viện bê tông Hoa

Kỳ (ACI Committee 522, 2010). Khung cấu trúc lỗ rỗng trong bê tông cho phép nƣớc thấm

qua từ bề mặt xuống các lớp bên dƣới đƣợc hình thành bởi các cốt liệu đá có cùng kích cỡ hạt

1.18-9.5mm cho cấp phối hạt to, và kích cỡ hạt 1.18 ÷ 4.75mm cho cấp phối hạt nhỏ (Hình 4,

5) đƣợc bao bọc, kết dính vừa đủ bởi lớp hồ xi măng với thể tích hồ xi măng thiết kế là

22,5%). Bảng 1 thể hiện các đặc tính cơ bản của đá và biểu đồ thành phần hạt đƣợc trình bày

ở Hình 2, 3. Xi măng poóclăng hỗn hợp PCB-40 của Công ty Cổ phần Phát triển Sài Gòn

đƣợc sử dụng với khối lƣợng riêng là 3,15g/cm3 và để cải thiện tính công tác của bê tông khi

đổ, phụ gia siêu dẻo giảm nƣớc lignosulfonat đƣợc hòa tan với nƣớc trộn bê tông, với hàm

lƣợng 1% khối lƣợng xi măng. Theo đó, thành phần cấp phối thiết kế của BTXMR với độ

rỗng tối thiểu là 10% đƣợc thể hiện trong Bảng 2. Trong nghiên cứu BTTN, nhóm nghiên cứu

Trƣờng Đại học Giao thông Vận tải đã đề xuất sử dụng 2 cỡ cột liệu thô:

+ Đá cỡ 1.18 ÷ 9.5mm cho cấp phối CP 9.5: cho bề mặt thô hơn kém thẩm mỹ, thoát

nƣớc nhanh, ít tắc nghẽn, ít bảo trì.

+ Đá cỡ 1,18 ÷ 4.75mm cho cấp phối CP 4.75: cho bề mặt mịn, thẩm mỹ hơn, thích hợp

cho đi bộ (không lọt gót giày cao gót), nhƣng dễ bị nghẽn, bảo trì nhiều hơn. Ở các khu đô thị

sạch sẽ hơn, đƣờng ít bùn cát, ngƣời đi bộ nhiều thì cấp phối này áp dụng tốt.

Bảng 1. Đặc tính cơ bản của cỡ đá 1.18÷9.5mm và 1.18÷4.75mm

Đặc tính Đơn vị Cỡ đá 1.18-9.5mm Cỡ đá 1,18 – 4.75mm

Kích cỡ hạt mm 1.18-9.50 1.18 – 4.75

Bề mặt - Xù xì trung bình Xù xì trung bình

Hình dáng hạt - Góc cạnh Góc cạnh

Khối lƣợng riêng g/cm3 1.61 1.54

Tỷ trọng riêng - 2.67 2.67

Độ hút nƣớc % 0.80 0.85

Độ rỗng % 39.7 42.3

Thành phần cấp phối CP 9.5 và CP 4.75 đƣợc ghi ở Bảng 2.

26

Bảng 2. Thành phần cấp phối CP 9.5 và CP 4.75 (kg/m3)

Cấp phối Xi măng (XM)

Nước (N) Đá (Đ) Phụ gia siêu

dẻo

CP 9.50 366 110 1575 1% KL XM

CP4.75 480 134 1630 1% KL XM

Thành phần hạt của cỡ cốt liệu 1.18 ÷ 9.5mm và cỡ 1.18 † 4.75mm đƣợc trình bày ở Hình 2,

3. Nhận thấy rằng cốt liệu sử dụng trong nghiên cứu này có thành phần cấp phối tƣơng đối tốt,

hầu nhƣ nằm trong đƣờng bao giới hạn của tiêu chuẩn ASTM C33/C33M-16 (TCVN 3118:1993).

Với thành phần cấp phối này, các hạt cốt liệu có thể lèn lại với nhau với độ chặt vừa tạo ra cấu

trúc khung chịu lực cho bê tông vừa đảm bảo không lấp đầy các lỗ rỗng của BTTN.

Hình 2. Thành phần hạt của cốt liệu

1.18-9.5mm (ASTM C33/C33M-16)

(TCVN 3118:1993)

Hình 3. Thành phần hạt của cốt liệu

1.18-4.75 mm (ASTM C33/C33M-16)

(TCVN 3118:1993)

Hình 4. Cốt liệu cỡ hạt 1.18-9.5 mm Hình 5. Cốt liệu cỡ hạt 1.18-4.75 mm

2.2. Chế tạo mẫu và bảo dưỡng

Quá trình trộn bê tông đƣợc thực hiện bằng máy trộn bê tông. Đầu tiên trộn toàn bộ đá,

xi măng và một phần nƣớc (khoảng 10%) trong 2 phút nhằm tạo một lớp xi măng bao phủ

đồng đều bề mặt các hạt cốt liệu đá Hình 6.a). Sau đó, đổ toàn bộ lƣợng nƣớc còn lại và trộn

trong thời gian 2 phút. Dừng máy và vét thành máy trộn khoảng 30 giây. Kiểm tra độ đồng

đều và điều chỉnh lƣợng phụ gia cho bê tông đạt đƣợc độ nhớt và độ sụt nhƣ yêu cầu (Hình

6.b). Tiếp tục cho máy trộn thêm 2 phút nữa trƣớc khi đổ bê tông vào khuôn.

Quá trình đổ và đầm bê tông vào khuôn đƣợc tiến hành nhƣ sau: Đổ bê tông vào khuôn

hình lập phƣơng 150 × 150 × 150 mm đã đƣợc bôi chất bôi trơn trƣớc đó để tránh bê tông bị

27

dính vào thành và thuận lợi trong quá trình tháo khuôn. Chia làm 3 lớp và đầm 25 lần trên

mỗi lớp bằng đầm Proctor tiêu chuẩn Hình 7.a). Sau khi đầm xong 3 lớp tiến hành xử lý mặt

mẫu và hoàn thiện bề mặt (Hình 7.b). Sau khi kết thúc quá trình đầm và hoàn thiện bề mặt,

tiếp theo các mẫu bê tông đƣợc đánh dấu, ký hiệu và bảo dƣỡng trong điều kiện nhiệt độ

phòng và phủ một lớp vải ẩm bên trên để tránh mất nƣớc trong bê tông trong vòng 24 giờ

Hình 7.c). Sau đó tiến hành tháo khuôn và bảo dƣỡng mẫu trong nƣớc. Những mẫu kiểm tra

cƣờng độ nén đƣợc bảo dƣỡng đến 7, 14, 28 ngày; những mẫu kiểm tra độ rỗng, độ thoát

nƣớc đƣợc bảo dƣỡng đến 28 ngày rồi tiến hành thí nghiệm.

(a)

(b)

Hình 6. Quá trình trộn bê tông và đo độ sụt

(a) (b) (c) Hình 7. Quá trình đầm và bão dưỡng mẫu bê tông rỗng thoát nước

3. Thí nghiệm xác định các tính chất cơ lý điển hình củ bê tông thoát nước

3.1. Độ rỗng hở của bê tông thoát nước

Trên cơ sở tham khảo tiêu chuẩn ASTM C1754/C1754M-12 [19] về thí nghiệm xác

định khối lƣợng riêng và độ rỗng của bê tông rỗng sau khi đã hóa cứng, tiến hành xác định

theo các công thức sau:

Khối lƣợng riêng: khối lượng riêng = V

A (1)

Trong đó: A - Khối lƣợng khô của mẫu kg); V - Thể tích của mẫu m3)

Độ rỗng đƣợc xác định dựa trên sự sai lệch giữa tổng thể tích của mẫu và phần thể tích

thay đổi khi ngâm mẫu trong nƣớc:

Độ rỗng = 100

V P

B-A - 1

w (2)

Trong đó: B: Khối lƣợng cân trong nƣớc của mẫu kg); PW: Khối lƣợng riêng của nƣớc

(kg/m3).

28

Theo công thức (1) và (2), khối lƣợng riêng và độ rỗng trung bình của các mẫu bê tông

đƣợc xác định lần lƣợt là 2.155 kg/m3 và 12 %. Có thể thấy rằng, các giá trị đạt đƣợc nằm

trong phạm vi thƣờng gặp khi đối chiếu tham khảo với các nghiên cứu khác.

Khả năng thấm

Tính thấm là một trong những đặc tính quan trọng của bê tông xi măng rỗng (BTXMR).

Trong bài báo này, khả năng thấm của mẫu bê tông 500×500×100 mm đƣợc tính toán với

chiều cao mực nƣớc thay đổi trong phạm vi từ 10-15mm so với bề mặt trên của mẫu (Hình 8),

và tiến hành theo hƣớng dẫn của Tiêu chuẩn ASTM C1701/C1701M-17a (2017) về thí

nghiệm xác định khả năng thấm của BTXMR tại hiện trƣờng với trƣờng hợp chiều cao mực

nƣớc gần nhƣ không thay đổi.

)4(3600t

2D

KM I

Trong đó, I: Khả năng thấm của

mẫu bê tông (mm/s); M: Lƣợng nƣớc

thấm qua mẫu (kg); D: Đƣờng kính

trong của ống chứa nƣớc (mm); t:

Thời gian cần thiết để lƣợng nƣớc

thấm qua mẫu (s); K: 4.583.666.000

(hệ đơn vị SI).

Theo đó, có thể thấy bê tông xi

măng rỗng có hệ số thấm khoảng 5-

12mm/s (trung bình 9mm/s).

Hình 8. Thí nghiệm xác định hệ số thấm:

chiều cao mực nước 10-15mm

3.2. Cường độ chịu nén

Cƣờng độ nén 7 và 28 ngày tuổi của mẫu bê tông đƣợc xác định dựa theo TCVN

3118:1993 (TCVN 3118:1993) về thí nghiệm xác định cƣờng độ nén của mẫu bê tông hình

lập phƣơng 150×150×150mm:

Cƣờng độ nén = )3(MPaF

Pmax

Trong đó: Pmax: tải trọng nén phá hoại của mẫu N); F: diện tích nén (mm2)

Hình 9. Thí nghiệm nén mẫu BTXMR 150×150×150mm

29

Bảng 3. Kết quả thí nghiệm cường độ chịu nén và khả năng thấm của CP 9.5 và CP 4.75

CP Cỡ đá mm Độ rỗng thầm % Cường độ nén MPa Khả năng thấm mm/s

CP 9,5 9,5 12 22 3,15

CP 4,75 4,75 15.8 25 1,37

Nhận xét:

+ Cấp phối CP 9.5: cỡ hạt đá lớn hơn nên độ rỗng nhỏ, nhƣng kích thƣớc lỗ rỗng lớn và

tính đồng nhất kém hơn nên cƣờng độ giảm so với CP 4.75 và khả năng thấm cao hơn cấp

phối CP 4.75 do kích thƣớc lỗ rỗng liên thông lớn và tính liên thông giữa các lỗ rỗng tốt hơn.

+ Cấp phối CP 4.75: cỡ hạt đá nhỏ hơn nên độ rỗng lớn, nhƣng kích thƣớc lỗ rỗng nhỏ,

phân bố có tính đồng nhất hơn nên cƣờng độ tăng so với CP 9.5 và khả năng thấm giảm (lỗ

rỗng nhỏ, tính liên thông kém).

4. Đề xuất các biện pháp bảo trì đảm bảo tính thấm theo yêu cầu và ứng

dụng củ bê tông thoát nước

4.1. Các biện pháp bảo trì đảm bảo tính thấm theo yêu cầu

Mục tiêu chính của việc bảo trì, bảo dƣỡng là ngăn chặn kết cấu mặt phủ bê tông rỗng

không bị tắc nghẽn bởi các loại hạt mịn. Vì vậy, để đảm bảo tính thấm nhƣ ban đầu thì kết cấu

phải đƣợc làm sạch thƣờng xuyên và đƣợc phục hồi khi bị tắc nghẽn. Một số nghiên cứu

(National Ready Mixed Concrete Association, 2006) đã chỉ ra rằng các hạt cát có nhiều khả

năng đƣợc giữ lại trên bề mặt, trong khi các hạt cặn có kích thƣớc nhỏ hơn nhƣ đất sét thì dễ

bị lắng đọng ở đáy lớp bê tông rỗng làm tính thấm giảm dần. Tuy nhiên, khi lớp bê tông rỗng

bị tắc nghẽn thì lớp này trở thành lớp bảo vệ cho các lớp phía dƣới tránh khỏi sự lắng đọng

của các hạt cặn. Vì vậy, công tác bảo trì, bảo dƣỡng là chủ yếu khôi phục tính thấm của lớp bề

mặt (lớp bê tông rỗng). Bảo trì kết cấu mặt phủ là trách nhiệm của chủ sở hữu công trình và

phải đƣợc lập kế hoạch bảo trì. Giải pháp bảo trì tốt nhất trƣớc hết là giải pháp có tính phòng

ngừa, giữ cho bề mặt kết cấu đƣợc sạch sẽ. Cần ngăn chặn không cho dòng chảy nƣớc mƣa

trên bề mặt phủ mang theo những hạt cặn dễ làm tắc nghẽn lỗ rỗng, cụ thể:

– Các khu vực liền kề với bãi đất trồng, vƣờn hoa, tiểu cảnh v.v. phải có biện pháp ngăn

chặn sự rửa trôi đất trên bề mặt.

– Không đƣợc đổ trực tiếp vật liệu xây dựng trên bề mặt phủ bê tông rỗng.

Khi lập kế hoạch bảo trì, bƣớc đầu tiên là phải xác định tốc độ thấm của bê tông rỗng tại

hiện trƣờng trƣớc khi đƣa kết cấu vào sử dụng. Phép đo ban đầu này là cơ sở ghi lại hiệu suất tối

ƣu về khả năng thấm của lớp bê tông rỗng và là cơ sở để so sánh kết quả kiểm tra khả năng thấm

trong quá trình bảo trì, bảo dƣỡng trong tƣơng lai. Các điểm kiểm tra ban đầu đƣợc đánh dấu, ghi

chú trong nhật ký bảo trì để đảm bảo các thử nghiệm trong tƣơng lai có kết quả tại cùng một vị trí.

Dựa vào kết quả của các đợt kiểm tra về khả năng thấm, xác định chu kỳ bảo trì thích hợp.

Đối với mặt đƣờng bê tông rỗng có thể chia ra các cấp độ bảo trì nhƣ sau:

1. Bảo trì định kỳ: kiểm tra định kỳ hàng tháng đối với lớp bề mặt bằng trực quan và

đảm bảo bề mặt kết cấu là sạch, thoát nƣớc tốt giữa các trận mƣa. Nếu ở những vị trí bị đọng

tạo thành vũng nƣớc thì đó là dấu hiệu cho thấy bề mặt phủ đã đến lúc phải đƣợc làm sạch.

Việc vệ sinh bảo dƣỡng định kỳ sẽ đƣợc thực hiện bằng máy hút bụi hoặc máy quét

chân không với chu kỳ bảo dƣỡng thƣờng 6 tháng/lần. Nếu bề mặt vỉa hè đã bị tắc nghẽn đến

30

nỗi việc quét chân không không thể khôi phục đƣợc tính thấm thì có thể cần xử lý ở mức độ

cao hơn. Khi đó, có thể áp dụng kỹ thuật rửa bề mặt bê tông rỗng bằng nƣớc sạch với áp suất

thấp, sau đó là dùng máy hút bụi.

Trong một số trƣờng hợp, sự phát triển của rêu cũng là một vấn đề. Khi đó, có thể sử

dụng bột soda rắc lên bề mặt, sau đó sử dụng máy hút bụi trong khoảng vài tuần. Cũng có thể

làm chậm sự phát triển của rêu hoặc loại bỏ rêu bằng nƣớc vôi. Tuy nhiên, khi sử dụng các

hóa chất này ở những khu vực nền đất có khả năng thấm tốt thì phải đánh giá tác động của

chúng đối với chất lƣợng nƣớc ngầm.

2. Bảo trì đột xuất: đối với những khu vực không đƣợc bảo trì và làm sạch định kỳ thì

kết cấu bê tông rỗng dễ bị tắc nghẽn bởi các hạt cặn theo thời gian. Thông thƣờng tốc độ thấm

trung bình bị giảm 25% so với giá trị ban đầu (National Ready Mixed Concrete Association,

2006). Trong trƣờng hợp này, cách bảo trì tốt nhất là kết hợp giữa kỹ thuật rửa bề mặt bằng áp

lực nƣớc (áp suất 860 kPa đến 3,450 kPa) và hút bụi đồng thời. Tuy nhiên, tránh rửa bề mặt

với áp lực nƣớc quá cao vì sẽ làm giảm sự kết dính của xi măng và cốt liệu, gây bong bật vật

liệu của kết cấu mặt phủ. Mặt khác, áp suất của nƣớc rửa bề mặt cao có thể đẩy các hạt cặn đi

sâu vào trong các tầng lớp vật liệu tiếp theo nằm phía dƣới lớp bê tông rỗng.

Việc sử dụng hóa chất để tẩy rửa, làm sạch bề mặt bê tông rỗng cũng đƣợc đề cập

nhƣng phải hết sức thận trọng để ngăn ngừa tác hại đến tầng chứa nƣớc, các vi sinh vật trong

môi trƣờng đất. Ngoài ra, đối với những khu vực bị hƣ hỏng hoặc không thể khôi phục đƣợc

khả năng thấm nƣớc thì cần đƣợc thay thế kết cấu mặt phủ.

4.2. Các ứng dụng

Trên cơ sở tham khảo thiết kế mẫu của Sở GTVT và UBND TP HCM (Quyết định

1762/QĐ-SGTVT ngày 18/06/2009; Quyết định 09/2014/QĐ-UBND ngày 20/02/2014) và

các kết quả nghiên cứu khác (Permeable pavements, 2015), nhóm nghiên cứu đề xuất các ứng

dụng của BTXMR cho đƣờng nội bộ và vỉa hè cho khu dân cƣ/ đô thị nhằm đảm bảo thoát

nƣớc mặt bền vững nhƣ thể hiện trong Hình 10.

(a) (b)

(c) (d)

Hình 10. Kết cấu đường nội bộ (c, d) và vỉa h đường (a, b): Sở GTVT và UBND TP

HCM (trái) và đề xuất (phải)

31

a) KC Đ thấm toàn bộ xuống nền

b) KC Đ thấm một phần xuống nền – không lớp lót

c) KC Đ thấm một phần xuống nền– ống thoát nƣớc đảo ngƣợc

d) KC Đ không thấm xuống nền – ống thoát nƣớc đục lỗ và lớp lót không thấm

Hình 11. Cấu tạo hệ thống thoát nước

BTTN

Lớp đệm

Lớp chứa nước

Đất nền

BTTN

BTTN

BTTN

Lớp đệm

Lớp chứa nước

Đất nền

Lớp đệm

Lớp chứa nước

Đất nền

Lớp đệm

Lớp chứa nước

Đất nền

Ống thoát nước (nếu có)

Chứa nước để chờ thấm

Ống thoát nước

Ống thoát nước

Lớp lót chống thấm

32

4.3. Đề xuất giải pháp cấu tạo cho hệ thống thoát nước tương thích

Ngoài các quy định về cấu tạo hệ thống thoát nƣớc trong KC Đ theo Quyết định 3230,

cần xem xét các chú ý sau:

Ngoài thiết kế kết cấu, kỹ sƣ phải thiết kế hệ thống mặt đƣờng để đạt đƣợc các mục tiêu

quản lý nƣớc mƣa, đồng thời xem xét các đặc điểm của địa điểm cụ thể. Các mục tiêu quản lý

nƣớc mƣa có thể bao gồm thiết kế để loại bỏ chất gây ô nhiễm đƣợc chọn hoặc giảm lƣu

lƣợng và/hoặc tốc độ nƣớc mƣa cực đại cơn bão thiết kế). Các đặc điểm của khu vực thiết kế,

nói chung bao gồm: điều kiện thủy văn, tính thấm của đất, độ sâu của nƣớc ngầm, các công

trình dƣới mặt đất tức là giếng, hệ thống tự hoại) và ngân sách dự án. Các yếu tố này sẽ xác

định loại mặt đƣờng thấm phù hợp và thiết kế kết cấu/vật liệu cần thiết cho mỗi ứng dụng.

Theo đó, ngƣời thiết kế sẽ xác định các chi tiết cho mặt cắt của hệ thống mặt đƣờng.

Các hệ thống mặt đƣờng BTXMR có thể đƣợc thiết kế để thấm toàn bộ, một phần hoặc

không thấm nƣớc mƣa từ lớp móng đá trữ nƣớc vào nền đất. Các thiết kế thấm nƣớc toàn bộ

hoặc một phần với việc cung cấp nƣớc cho đất bên dƣới đƣợc xem một cách tự nhiên để quản

lý nƣớc mƣa thay vì xả trực tiếp nƣớc mƣa vào hệ thống thoát nƣớc đƣờng ống.

5. Kết luận và kiến nghị

Để áp dụng giải pháp thoát nƣớc mặt bền vững trong các đô thị, nhóm tác giả đã thực

hiện nghiên cứu chế tạo loại bê tông rỗng có khả năng thấm cao và lƣu giữ nƣớc thay thế cho

lớp mặt phủ bê tông truyền thống (bê tông chặt, độ rỗng nhỏ). Trong đó cấp phối CP 9.5 thoát

nƣớc tốt, ít tắc nghẽn và ít bảo trì trong khai thác hơn cấp phối CP 4.75 nhƣng để mỹ quan,

phục vụ tốt cho khu vực dân cƣ đô thị có đông ngƣời đi bộ thì cấp phối CP 4.75 có nhiều ƣng

hơn nhƣng cấp phối CP 4.75 dễ bị tắc nghẽn hơn trong quá trình khai thác do kích thƣớc lỗ

rỗng liên thông nhỏ dễ bị các hạt nhỏ rơi vào bịt lại. Từ đó, nhóm tác giả đƣa ra các biện pháp

bảo trì, bảo dƣỡng để đảm bảo tính thấm theo yêu cầu và cũng đề xuất các ứng dụng của bê

tông rỗng cho các kết cấu mặt phủ đô thị nhƣ vỉa hè, bãi đậu xe và mặt đƣờng nội bộ trong đô

thị, khu dân cƣ để đảm bảo thoát nƣớc mặt bền vững.

Tuy nhiên, để có thể ứng dụng kết quả nghiên cứu một cách đại trà thì các cơ quan chức

năng, các nhà quản lý, quy hoạch, thiết kế, thi công và những đơn vị có liên quan cần phải

nhận thức đƣợc tầm quan trọng của giải pháp thoát nƣớc mặt bền vững. Ngoài ra, cần thiết lập

hệ thống chỉ dẫn thiết kế, thi công và bảo trì, bảo dƣỡng khi ứng dụng bê tông thoát nƣớc cho

lớp phủ mặc các công trình hạ tầng kỹ thuật khu dân cƣ/khu đô thị.

TÀI LIỆU THAM KHÂO

1. ACI Committee 522. Report on Pervious Concrete. Farmington Hills, USA: American Concete

Institute; 2010.

2. Alalea Kia, Hong S. Wong CRC. Clogging in permeable concrete: A review 2017:221–33.

3. ASTM C1701/C1701M-17a. Standard Test Method for Infiltration rate of In Place Pervious

Concrete 2017.

33

4. ASTM C1754/C1754M-12. Standard Test Method for Density and Void Content of Hardened

Pervious Concrete 2012.

5. ASTM C33/C33M-16. Standard Specification for Concrete aggregrates 2016.

6. Cao Xuân Thi (2017). Chế tạo bê tông rỗng thoát nước dùng làm gạch lát vỉa hè, nền đường.

7. Chánh NV, Duy NH, Phạm H, Huân N, Kỹ K, Xây T, et al (2016). Kỹ thuật bê tông rỗng dùng xây

dựng lề đường và công trình công cộng n.d.:102-7.

8. Francis AM (1965), Early concrete buildings in Britain. Concr Constr Eng; 60:73-5.

9. Ghafoori N, Dutta S (1995), Development of no-fines concrete pavement applications. J Transp

Eng 1;121:283–8. https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-947X(1995)121:3(283).

10. Hoàng Văn Huệ (2009) Hiện trạng thoát nƣớc ở các đô thị. Tạp chí Xây dựng Việt Nam (Số 6) 35-

40.

11. Lê Thái Bình (2013), Nghiên cứu ứng dụng bê tông thấm nước trong các công trình xây dựng ở

Việt Nam. Tuyển tập Hội nghị Khoa học Thƣờng niên, 51-3.

12. Lian C, Zhuge Y (2010), Optimum mix design of enhanced permeable concrete - An experimental

investigation. Constr Build Mater; 24:2664-71. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2010.04.057.

13. Malhotra VM. No-Fines Concrete - Its Properties and Applications*. ACI J Proc n.d.;73.

https://doi.org/10.14359/11104.

14. Nader Ghafoori SD (1995), Laboratory Investigation of compacted no-fines concrete for paving

materials. Mater Civ Eng; 7:1.

15. National Ready Mixed Concrete Association. Pervious Concrete Pavement Maintenance and

Operations Guide, 2006.

16. Neithalath N (2004), Development and Characterization of Acoustically Efficient Cementitious

Materials. J Control Release, 269.

17. Paul D. Tennis, Michael L. Leming and DJA (2004), Pervious concrete pavement. Portl Cem

Assoc. https://doi.org/10.3141/2113-02.

18. Permeable pavements, The ASCE, 2015.

19. Phƣơng NV, Nam TH, Hải PT, Cẩn KV, Ngọc NT (2019), Nghiên cứu giải pháp thiết kế thoát

nƣớc mƣa trên đƣờng phố theo hƣớng bền vững. Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng -

ĐHXD;13:73-85. https://doi.org/10.31814/stce.nuce2019-13(2v)-08.

20. Quyết định 09/2014/QĐ-UBND ngày 20/02/2014 ban hành Quy định về thi công xây dựng công

trình thiết yếu trong phạm vi bảo vệ kết cấu hạ tầng giao thông đƣờng bộ trên địa bàn TPHCM.

21. Quyết định 1762/QĐ-SGTVT ngày 18/06/2009 về việc ban hành Quy định về thực hiện công tác

đầu tƣ xây dựng, cải tạo, nâng cấp, chỉnh trang, quản lý vỉa hè và tăng mảng xanh, cây xanh

đƣờng phố trên địa bàn TPHCM.

22. TCVN 3106:1993 - Tiêu chuẩn Việt Nam về hỗn hợp bê tông nặng - Phƣơng pháp thử độ sụt .

23. TCVN 3118:1993 - Tiêu chuẩn Việt Nam về bê tông nặng - Phƣơng pháp xác định cƣờng độ nén.

24. Trần Hồng Hải (2017), Kết quả nghiên cứu và ứng dụng kỹ thuật bảo trì kết cấu bê tông rỗng thoát

nƣớc: Tổng hợp kết quả nghiên cứu quốc tế và các đề xuất nâng cao hiệu quả ở Việt Nam. Tạp chí

Khoa học Công nghệ Xây dựng - ĐHXD;11:67-75.

25. Vũ Việt Hƣng 2019), Nghiên cứu sử dụng bê tông xi măng rỗng thoát nƣớc mặt cho đƣờng nội bộ

và vỉa hè đƣờng. Tạp chí Xây dựng Việt Nam,124.

34

GIÂI PHÁP IN 3D ÁP DỤNG CHO CÔNG TRÌNH XÅY DỰNG

Ngô Đình Nguyên Khôi1

1. Trường Đại học Thủ Dầu Một.

Tóm tắt

Xây dựng đóng vai trò quan trọng trong xã hội loài người, tạo nên những cơ sở hạ tầng

phục vụ và nâng cao chất lượng cuộc sống. Ngành xây dựng đã sẵn sàng để đón nhận

một làn sóng kỹ thuật mới gọi là công nghệ in 3D vào việc thi công các công trình xây

dựng từ nhà ở… đến cầu đường. Công nghệ in 3D trong xây dựng trên thế giới ngày

càng phát triển mạnh mẽ. Tại Việt Nam, nhiều cơ sở hạ tầng vẫn chưa hoàn thiện, vì

vậy, công nghệ in 3D trong xây dựng sẽ có cơ hội để áp dụng rộng rãi. Với ưu điểm là

tiết kiệm chi phí, nhân lực, thời gian thi công nhanh, công nghệ in 3D dự kiến sẽ phát

triển mạnh mẽ trong tương lai không xa. Qua bài viết tác giả mong muốn cung cấp

những thông tin cơ bản về lịch sử hình thành, phát triển, áp dụng giải pháp công nghệ

in 3D cho công trình xây dựng.

1. Đặt vấn đề

Công nghệ in 3D đƣợc nhen nhóm từ những năm 1950. Những phát triển ban đầu trong

giai đoạn 1995-2000 phải kể đến là hai phƣơng pháp của Joseph Pegna và Behrohk

Khoshnevis: kỹ thuật tạo cát và xi măng sử dụng hơi nƣớc để liên kết các bộ phận rắn và

phƣơng pháp ép đèn, tạo hình bằng gốm mới. Hai phƣơng pháp này đƣợc đánh giá là vƣợt

qua những kỹ thuật thời đó (Công ty CP Game & Công nghệ Digitalfuture, 2021).

Thế hệ thứ nhất (2000-2010) đánh dấu giai đoạn mang công nghệ in 3D vào các công

trình xây dựng với nhiều thành công rực rỡ. Các nhà sáng chế không ngừng mang đến những

kỹ thuật, cỗ máy mới khiến cho công nghệ ngày càng hoàn thiện và đƣợc công nhận bởi đông

đảo mọi ngƣời.

Thế hệ thứ hai từ 2010 đến hiện tại là giai đoạn phát triển cực mạnh của công nghệ in

3D trong xây dựng. Ngày càng có nhiều tòa nhà, công trình đƣợc xây dựng dựa trên công

nghệ này trên toàn thế giới.

Từ đầu thế kỷ XX, tự động hóa sản xuất đã phát triển ở hầu hết các lĩnh vực. Ứng dụng

tự động hóa trong xây dựng gặp trở ngại bởi phƣơng pháp xây dựng, số lƣợng các sản phẩm

hoàn thiện rất nhỏ so với các ngành khác, các thiết bị đắt tiền làm giảm tính hấp dẫn về kinh

tế và những hạn chế về vật liệu để có thể tự động hóa trong sản xuất. Ngành Xây dựng hiện

nay cũng phải đối mặt với nhiều vấn đề nhƣ năng suất lao động thấp, tỷ lệ tai nạn lao động

cao, tính phức tạp của việc giám sát quá trình thi công, thiếu công nhân lành nghề,…

Ngày nay, với sự áp dụng khoa học – kỹ thuật tiên tiến vào công cuộc công nghiệp hóa,

35

hiện đại hóa, không ngoại lệ chúng ta đã và đang đón nhận một kỹ thuật mới – công nghệ in

3D trong xây dựng vào việc thi công các công trình dân dụng từ cầu cống đến các loại kiến

trúc đòi hỏi sự tinh xảo và chuyên nghiệp hơn.

Ngoài lĩnh vực kỹ thuật chế tạo, mới đây công nghệ in 3D đã vƣợt ra ngoài khuôn khổ

của các máy in, việc in 3D để tạo nên một cây cầu hay một công trình xây dựng không còn là

câu chuyện của tiểu thuyết. Công nghệ in 3D trong xây dựng đang rút ngắn thời gian, giảm

bớt chi phí, tạo nên chất lƣợng tốt hơn, đẹp hơn và gần nhƣ không có chất thải của vật liệu

xây dựng hay giàn giáo. Việc sử dụng công nghệ này cũng giúp công nhân bảo vệ đƣợc sức

khỏe của mình vì họ không phải tiếp xúc nhiều với môi trƣờng làm việc bụi bặm và độc hại

nhƣ ở các quy trình xây dựng thông thƣờng.

Có thể thấy, ngành Xây dựng là một trong những ngành tiêu thụ nhiều nhất tài nguyên

không tái tạo và nguyên vật liệu tự nhiên trên thế giới. Công nghệ in 3D đã giúp cho việc mở

rộng không gian phát triển năng động cho nhiều lĩnh vực sản xuất. In 3D giúp cho công nghệ

mới phát triển trong phòng thí nghiệm đạt đƣợc tầm cao mới. Công nghệ in 3D là tên gọi

chung của các công nghệ sản xuất sản phẩm dựa trên dữ liệu của mô hình số hoặc C D) theo

phƣơng pháp đắp dần các lớp vật liệu. Các công nghệ tổng hợp từng lớp có thể là sự đột phá

đối với các cấu trúc đƣợc làm từ vật liệu gốc xi măng.

Nhu cầu nhà ở và các dự án giao thông đang rất phát triển ở Việt Nam hiện nay. Việc

ứng dụng công nghệ in 3D để xây dựng trong thời gian ngắn nhất chính là tâm điểm của

ngành xây dựng nói riêng và của thế giới công nghệ nói chung. Đây cũng chính là điều mà

các nhà thầu rất hài lòng so với việc thời gian thi công xây dựng kéo dài, phụ thuộc vào tay

nghề của thợ xây và vào thời tiết. Tuy nhiên bởi do giá thành của công nghệ này và việc

chuyển giao công nghệ còn gặp nhiều khó khăn nên công nghệ in 3D tại Việt Nam vẫn chƣa

ứng dụng phổ biến.

Để sử dụng công nghệ đắp dần trong xây dựng, cần phải phát triển và nghiên cứu các

vật liệu mới sử dụng cho in 3D. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu hiện đang gặp khó khăn trong

việc lựa chọn vật liệu. Sự tƣơng tác cơ bản của công nghiệp 4.0 thiết kế – vật liệu – công

nghệ) chƣa đƣợc ứng dụng nhiều trong ngành Xây dựng.

Trở ngại lớn nhất đối với việc phổ biến công nghệ in 3D là việc thiếu các tiêu chuẩn

quốc gia về sản xuất theo phƣơng pháp đắp dần, đặc biệt là các tiêu chuẩn về yêu cầu chung

và riêng của vật liệu, kết cấu, công nghệ, thiết bị, kiểm soát chất lƣợng, quản lý các tính năng

và quy trình sản xuất theo phƣơng pháp đắp dần. Hiện nay, Việt Nam chƣa có các hệ thống

tiêu chuẩn quốc gia về vấn đề này phân loại vật liệu, yêu cầu về chất lƣợng nguyên liệu, kết

cấu, công nghệ, thiết bị, thống nhất các định dạng mô hình máy tính).

2. Nội dung chính

2.1. Tổng quan về công nghệ in 3D Bộ Xây dựng, 2021)

Thuật ngữ công nghệ sản xuất đắp dần “additive manufacturing” đã xuất hiện từ hơn hai

thập kỷ qua. Năm 1986, thiết bị tạo ra các vật thể 3D theo phƣơng pháp khắc hình lập thể

(stereolithography) đã đƣợc cấp bằng sáng chế. Cho đến nay, công nghệ in 3D đã và đang

đƣợc ứng dụng trong nhiều ngành sản xuất. Đã có nhiều dự báo về mức độ phát triển của công

nghệ in 3D trong nhiều công trình nghiên cứu trong thập kỷ qua. Hiện nay, các nghiên cứu

36

khoa học nhằm giải quyết các vấn đề của công nghệ in 3D trong xây dựng đang đƣợc thực

hiện tại nhiều viện nghiên cứu trên toàn thế giới. Đã có rất nhiều bằng sáng chế đƣợc cấp cho

các sản phẩm vữa xây dựng dành cho các máy in 3D), máy in và công nghệ in 3D.

Máy in 3D (Nguồn: Bộ Xây dựng, 2021)

2.2. Các công nghệ in 3D trong xây dựng

Hiện nay, các công nghệ in 3D từ in 3D các mẫu và tạo mẫu nhanh, tới chế tạo các sản

phẩm hoàn thiện cho các ngành công nghiệp khác nhau) ngày càng thu hút nhiều nhà đầu tƣ.

Tính hấp dẫn của các công nghệ in 3D đƣợc nâng cao bởi nhiều yếu tố: mức độ tự động hóa

sản xuất cao, cải thiện chất lƣợng sản phẩm, đẩy nhanh quá trình xây dựng, khả năng tối ƣu

hóa các mô hình C D, giảm phế thải sản xuất. Những yếu tố đó là cơ sở để chuyển đổi thành

công sang khái niệm “các nhà máy số” trong tƣơng lai. Cuộc cách mạng số xem xét công

nghệ số trong thiết kế, chế tạo, thử nghiệm, cũng nhƣ in 3D các chi tiết, phụ kiện và chế phẩm

nói chung.

2.2.1. Công nghệ in the phương pháp tạo lớp: có thể chia ra hai nhóm – Bed Deposition

và Direct Deposition.

Bed Deposition là loại công nghệ sử dụng vật liệu dạng bột tại vị trí làm việc. Việc tạo

hình sản phẩm theo từng lớp nhờ nguồn nhiệt – laser (SLM), chùm electron (EBM) hay ánh

sáng DLP, SL ) hoặc chất kết dính Binder Jetting), phù hợp với mô hình C D. Phần bột

thừa đƣợc loại bỏ, sàn làm việc đƣợc thay thế, và quy trình đƣợc lặp lại.

Direct Deposition là phƣơng pháp tạo hình, trong đó vật liệu đƣợc cấp trực tiếp tới vị trí

xây dựng phù hợp với mô hình C D.

Thông thƣờng, chi phí cho công tác cốp pha chiếm từ 35-60% tổng chi phí của kết cấu

bê tông. Khả năng xây dựng các kết cấu bê tông không cần cốp pha là một lợi thế quan trọng

vì giảm đƣợc chi phí, đẩy nhanh tiến độ thi công, tạo ra sự linh hoạt về kiến trúc, cũng nhƣ

tạo thuận lợi cho việc lắp đặt các thiết bị tiện ích. Công nghệ in 3D đƣợc xếp vào nhóm công

nghệ xanh, do quá trình sản xuất hầu nhƣ không phát sinh phế thải. Khả năng tự động hóa cao

và robot hóa quá trình sản xuất cho phép việc thực hiện dự án trong môi trƣờng khắc nghiệt

mà không gây tác hại đến sức khỏe của ngƣời lao động.

2.2.2. Công nghệ Contour Crafting (CC): Một trong những ngƣời đầu tiên đƣa ra ý

tƣởng về tự động hóa quá trình xây dựng là GS Joseph Pena - Khoa Chế tạo Máy, Trƣờng Đại

học Stanford Mỹ). Ông là ngƣời đề xuất sử dụng vật liệu gốc xi măng cho giải pháp đắp lớp

37

trong xây dựng. GS Berokh Hoshnevis Đại học Nam California, Mỹ) là ngƣời đã đề xuất ý

tƣởng hiện thực hóa công nghệ in 3D trong xây dựng. Vào giữa thập niên 90 thế kỷ XX, ông

đã đề xuất công nghệ cải tiến Contour Crafting CC). CC là một trong các công nghệ xây

dựng bằng in 3D, có thể sử dụng để thi công các công trình quy mô lớn. GS B. Hoshnevis

khẳng định CC cho phép in vài công trình với mỗi lần chạy và có thể sử dụng các vật liệu

polymer, đất sét làm đồ gốm và bê tông. Trong quá trình đùn vật liệu, các tay bay đƣợc lắp ở

đầu vòi cấp vật liệu giúp cho bề mặt sản phẩm đƣợc phẳng phiu. Chiều cao mỗi lớp đƣợc giới

hạn bởi kích thƣớc của bay. Ngoài ra, cần lựa chọn làm sao để khi trải lớp trên thì lớp dƣới đã

đóng rắn và có đủ cƣờng độ chịu tải. Sử dụng công nghệ CC cho phép thiết kế các hệ thống

thông tin liên lạc trong khoang rỗng của tƣờng, gắn các thiết bị đặc biệt vào khung, có thể tự

động hóa việc lắp đặt.

Một thời gian sau công bố công nghệ CC của Hoshnevis, một công nghệ khác đã đƣợc

giới thiệu với thế giới – công nghệ in bê tông concrete printing – CP). CP lần đầu tiên đƣợc

Richard Baswell và các cộng sự tại Đại học Loughborough Vƣơng quốc nh) giới thiệu vào

năm 2009 để trình diễn những khả năng tiềm tàng của công nghệ này. Kể từ đó, công nghệ đã

nhanh chóng thu hút một lƣợng “tín đồ” đáng kể trong lĩnh vực xây dựng. Về bản chất, công

nghệ này tƣơng tự CC, có nghĩa là phun từng lớp vữa xây dựng. Khác biệt căn bản so với CC

là: trong công nghệ CP không có các bay trên máy đùn, điều này giúp thực hiện các đƣờng

viền chu tuyến phức tạp hơn về mặt hình học. Chính nhờ đặc điểm này, CP đƣợc xem là giải

pháp tiềm năng nhất trong xây dựng, bởi vì việc tạo ra các tòa nhà/công trình đồng dạng đang

trở thành một xu hƣớng ngày càng đƣợc ƣu tiên và có nhu cầu nhiều hơn. Nhƣợc điểm: do

không có các bay trên máy đùn, sẽ cần phải gia công bề mặt của công trình đƣợc in.

2.2.3. Công nghệ Dshape: (tác giả là Enrico Dini – Tập đoàn Monolith, nh) về mặt lý

thuyết có sự khác biệt rõ rệt so với các công nghệ in 3D khác. Quá trình in bằng công nghệ

này đƣợc chia thành 3 giai đoạn:

– Tạo mô hình 3D của công trình;

– Xây dựng công trình;

– Thực hiện bƣớc gia công cuối cùng.

Khác với các phƣơng pháp đƣợc mô tả ở trên, máy đùn cấp vữa xây dựng ở dạng chƣa

hoàn chỉnh và chất kết dính cho cát hay các vật liệu dạng bột khác. Ở giai đoạn in, một lớp vật

liệu dày 5-10 mm đƣợc trải đều lên khu vực cần in. Sau đó, sử dụng chất kết dính phủ lên trên

bề mặt. Tiếp theo, một lớp vật liệu có bề dày cần thiết lại đƣợc rải đều, và quá trình này đƣợc

lặp đi lặp lại cho đến khi công đoạn in hoàn tất.

Công nghệ DShape gần nhƣ tƣơng đồng với công nghệ Binder Jetting. Một ví dụ điển

hình của DShape là bức tƣợng điêu khắc “Radiolarias” đƣợc in từ năm 2009. Vật liệu cho bức

tƣợng là sa thạch nhân tạo và vữa có bổ sung oxit magne đƣợc sử dụng làm chất kết dính. Vật

liệu tạo ra đủ cƣờng độ để chịu đƣợc khối lƣợng toàn bộ kết cấu và hoàn toàn vô hại đối với

môi trƣờng xung quanh. Bởi tất cả các vật liệu đều tự nhiên và chỉ qua sơ chế không đáng kể

nên sản phẩm cuối cùng rất tự nhiên. Hiện tại, khả năng áp dụng công nghệ này cho vật liệu

đá mặt trăng moonstone) – regolith đang đƣợc xem xét. Dự kiến với các kết quả nghiên cứu

tích cực trong lĩnh vực hàng không vũ trụ, DShape trong tƣơng lai sẽ đƣợc ứng dụng để in các

công trình trong không gian. Nhƣợc điểm căn bản khi ứng dụng công nghệ Dshape trong xây

dựng là chỉ có thể in các công trình có kích thƣớc nhỏ. Hạn chế này liên quan đến các đặc tính

38

của cát và các vật liệu tƣơng tự đƣợc sử dụng để in. Nhƣ vậy có thể kết luận: với trình độ

công nghệ hiện nay, công nghệ Dshape sẽ phù hợp để in các yếu tố trang trí khác nhau hơn là

để xây các tòa nhà/công trình.

2.3. Các thành phần cấp phối để in 3D trong xây dựng

Hiện nay, các vật liệu đƣợc ứng dụng cho công nghệ in 3D khá phong phú, bao gồm các

loại polymer và cao su khác nhau, bột thép, hợp kim titan, niken, nhôm, đồng, ceramic,

composite nano, composite sinh học. Phần lớn các vật liệu này đƣợc sử dụng trong chế tạo

máy, hàng không và công nghiệp ô tô, sản xuất hàng tiêu dùng và thiết bị y tế. Riêng trong

xây dựng, các công nghệ in 3D vẫn chƣa đƣợc ứng dụng rộng rãi, theo đó, các vật liệu ứng

dụng hiện mới đang trong giai đoạn nghiên cứu. Về mặt lý thuyết, công nghệ in 3D hiện nay

chƣa cho phép xây các tƣờng chịu lực và các công trình quan trọng. Xi măng thƣờng cần một

khoảng thời gian khá dài để đóng rắn nên không thể đáp ứng các yêu cầu của việc in 3D. Hỗn

hợp vật liệu cần có tính lƣu biến, tức là giảm độ chảy khi đổ và tăng độ chảy trong trạng thái

nghỉ. Một giải pháp vật liệu khả thi cho việc in 3D là sử dụng bê tông huỳnh - hỗn hợp gồm

có lƣu huỳnh và cốt liệu. Hỗn hợp này sẽ đƣợc nung nóng vƣợt qua giới hạn chảy của lƣu

huỳnh. Sau khi đƣợc làm nguội, bê tông lƣu huỳnh sẽ đạt cƣờng độ mong muốn mà không

cần nhiều thời gian để đóng rắn.

Loại bê tông xi măng thông thƣờng không đáp ứng yêu cầu về vật liệu cho máy in 3D.

Để tối ƣu quy trình in 3D cần có hai điều kiện: sự cố kết của các lớp giảm nếu khoảng thời

gian in giữa hai lớp tăng; vật liệu cần đóng rắn đủ để chịu tải trọng của lớp in tiếp theo mà

không bị biến dạng. Nhu cầu bảo dƣỡng các lớp in trƣớc sẽ làm giảm tốc độ xây dựng. Việc

so sánh hai hạn chế trên dẫn đến nghịch lý trong việc tối ƣu hóa tốc độ in. Quãng cách thời

gian giữa hai lần in liên tiếp phải đủ dài để đảm bảo cƣờng độ cần thiết, song cũng phải đủ

ngắn để đảm bảo sự cố kết giữa các lớp.

Khả năng của các lớp vật liệu đƣợc in có thể gánh đƣợc trọng lƣợng riêng của từng lớp

tỷ lệ thuận với giới hạn biến dạng. Khi in các lớp vật liệu xây tƣờng, lớp đầu tiên sẽ chịu tải

trọng lớn nhất. Để đảm bảo sự ổn định của tƣờng trong quá trình in, giới hạn biến dạng phải

đủ để chịu tải trọng đó. Mặt khác, hỗn hợp vật liệu cùng phải đủ độ chảy để máy đùn hoạt

động đƣợc. Để phát triển kết cấu, cần đảm bảo độ lƣu động của hỗn hợp khi đùn và độ ổn

định của kết cấu khi in các lớp vật liệu. Ứng suất biến dạng của vật liệu gốc xi măng tăng theo

thời gian nghỉ. Theo các nhà khoa học của Pháp, ứng suất biến dạng thay đổi tuyến tính

model Roussel) trong 40 phút đầu tiên, và trong thời gian dài hơn nếu nhƣ độ chảy của hỗn

hợp cao hơn mô hình Perrault). Để thí nghiệm, các nhà khoa học đã lựa chọn cấp phối gồm:

50% xi măng; 25% đá vôi; 25% metakaolin; tỷ lệ nƣớc/xi măng là 0,41. Polycarboxylate đƣợc

sử dụng làm phụ siêu hóa dẻo, tỷ lệ với khối lƣợng xi măng là 0,3%. Giới hạn chảy ban đầu

của vật liệu khá lớn, lên tới 4kPa, tức là trong giới hạn chảy của vật liệu đƣợc nghiên cứu tại

Trƣờng Đại học Nam California dành cho công nghệ CC.

Việc bổ sung đá vôi sẽ tăng độ bền nén và uốn, đồng thời tăng tính linh động của bê

tông – điều này rất quan trọng cho công tác đùn bê tông. Metakaolin giúp cải thiện các thuộc

tính của hỗn hợp và bê tông. Các phân tử metakaolin nhỏ chen giữa các hạt xi măng tạo ra sự

ổn định của cấu trúc hỗn hợp, giảm tách nƣớc và làm cho vi cấu trúc đồng nhất hơn.

Metakaolin khi đƣợc đƣa vào xi măng sẽ làm tăng cƣờng độ và độ bền của bê tông. Ngoài ra,

việc thay thế một phần xi măng bằng metakaolin trong bê tông sẽ giúp giảm thể tích các lỗ

rỗng, làm tăng tính kháng băng giá của bê tông. Thời gian hóa dẻo của các polycarboxylat cao

39

hơn 3-4 lần so với sulfomelanine, sulfonaphthalene formaldehydes hoặc lignosulfonates. Điều

này không chỉ làm tăng độ lƣu động của hỗn hợp bê tông trong các giai đoạn sớm, mà còn

duy trì tính chất này trong một thời gian dài hơn, có tác động tích cực làm tăng thời gian bơm

hỗn hợp qua máy đùn. Hiện nay, các nhà khoa học của Đại học Loughborough đặc biệt quan

tâm đến việc lựa chọn và nghiên cứu các đặc tính của hỗn hợp bê tông cho máy in 3D. Nhóm

nghiên cứu đã trình diễn một kết cấu có kích thƣớc 1×2×0,8m đƣợc làm từ một loại hỗn hợp

bê tông đặc biệt, có thể bơm và đùn rất dễ dàng. Thành phần hỗn hợp mới đƣợc nhóm công

bố một phần, trong đó tỷ lệ cấp phối nhƣ sau: 54% cát, 36% chất kết dính xi măng hoạt hóa,

và 10% nƣớc. Theo đánh giá của các nhà nghiên cứu: cƣờng độ của vật liệu thu đƣợc tƣơng

đƣơng 95% cƣờng độ bê tông thông thƣờng.

Các nhà khoa học nh cũng tham gia thiết kế cấp phối bê tông với các đặc tính phù hợp

để in 3D năng suất cao. Cấp phối tối ƣu gồm cát và chất kết dính theo tỷ lệ 3: 2 trong đó chất

kết dính bao gồm 70% xi măng, 20% tro bay, 10% vi hạt oxit silic) và 1,2kg sợi

polypropylene cho mỗi mét khối bê tông. Tỷ lệ nƣớc/xi măng là 0,26. Chất siêu hóa dẻo và

chất làm chậm đông kết đƣợc bổ sung với liều lƣợng tƣơng ứng 1 và 0,5% theo khối lƣợng.

Việc bổ sung vi hạt oxit silic vào thành phần bê tông đƣa tới một cấu trúc đặc chắc hơn của bê

tông, cải thiện cƣờng độ uốn và giảm tính thẩm thấu. Những tƣơng tác tích cực giữa các sợi

polypropylene và tro bay giúp bê tông có tính co ngót thấp khi nung sấy. Hơn nữa, sợi

polypropylene tuy làm giảm năng lực xây xếp của bê tông, song chất siêu dẻo lại làm vữa đủ

độ dẻo để đùn. Hỗn hợp bê tông nói trên đƣợc in bằng một vòi phun đƣờng kính 9mm, có thể

phun tuần tự 61 lớp trong một phiên mà không có biến dạng đáng kể của các lớp dƣới cùng.

Hỗn hợp đảm bảo chất lƣợng đùn trong 100 phút. Cƣờng độ chịu nén của bê tông vƣợt quá sự

mong đợi – 110 MPa ở 28 ngày tuổi.

Tập đoàn Winsun của Trung Quốc – một trong những ngƣời khổng lồ thế giới trong lĩnh

vực in 3D – đã áp dụng thành công loại cấp phối có khả năng kháng bào mòn Crazy Magic Stone

với cƣờng độ lớn hơn cƣờng độ của đá tự nhiên tới 4-5 lần. Các đặc tính cơ học cao đạt đƣợc do

sự có mặt của cát thạch anh đã đƣợc xử lý và các sợi xơ đặc biệt. Winsun cũng sử dụng rộng rãi

thạch cao có bổ sung sợi thủy tinh (Glass Fiber Reinforced Gypsum-GFRG). GFRG chứa 3-25%

xơ sợi độ dài từ 1-13cm, đƣờng kính từ 5,8-100micron. Tỷ lệ nƣớc/thạch cao trong ngƣỡng từ

0,25-0,60. Sợi thủy tinh tăng sức kháng nứt của cấp phối, khiến cấp phối dẻo hơn và đạt khả năng

xây xếp thuận lợi hơn. Trong các vật liệu tổng hợp sử dụng sợi thủy tinh, ứng suất bền kéo dồn

vào các sợi, do đó tăng đáng kể sức đề kháng kéo và kháng uốn của vật liệu.

2.4. Công nghệ in nhà 3D có ưu điểm gì so với phương pháp xây dựng truyền thống?

Về thời gian xây dựng: Việc xây dựng nhà theo phƣơng pháp in 3D thƣờng nhanh hơn

rất nhiều lần so với phƣơng pháp xây dựng nhà truyền thống. Thông thƣờng, thời gian thi

công chỉ mất khoảng 7 đến 10 ngày, khâu thiết kế sẽ chiếm phần lớn thời gian.

Nhân công ít: Công nghệ in 3D trong xây dựng sử dụng rất ít nhân công. Chỉ cần 1 đến

2 ngƣời thực hiện công việc giám sát khi máy in 3D bắt đầu hoạt động. Tất cả nhân công sẽ

đƣợc tập trung trong khâu chuẩn bị vật liệu và thiết kế. Khi quá trình sản xuất đƣợc thực hiện

hàng loạt theo các bản thiết kế đã có sẵn thì vấn đề nhân công sẽ đƣợc giải quyết một cách

hiệu quả.

Đa dạng vật liệu: In 3D đƣợc bắt đầu bằng vật liệu nhựa, tuy nhiên tại thời điểm này

bạn hoàn toàn có thể sử dụng đa dạng vật liệu, ngay cả kim loại thép. Với sự phát triển không

40

ngừng của công nghệ, bạn còn có thể phối hợp cùng lúc nhiều loại vật liệu lại với nhau giúp

cho ngôi nhà thể hiện đƣợc nhiều tính chất hơn.

Không chỉ dừng lại ở đó, việc sử dụng vật liệu đa dạng còn cho phép ngƣời dùng xây

dựng đƣợc ngôi nhà trong điều kiện thời tiết khắc nghiệt, đáp ứng đƣợc mọi điều kiện của yếu

tố môi trƣờng.

Tiết kiệm chi phí: Không giống với phƣơng pháp xây dựng truyền thống, công nghệ in

3D có thời gian thi công ngắn, sử dụng nguồn nhân lực ít. Chính vì vậy mà việc xây nhà bằng

công nghệ in 3D giúp gia chủ tiết kiệm đƣợc nhiều chi phí hơn.

3. Một số ứng dụng công nghệ in 3D trong công trình xây dựng

Trong lĩnh vực xây dựng kỹ thuật in 3D có hai phƣơng thức hoạt động là in từng bộ

phận rồi mới lắp ráp và in hoàn chỉnh một ngôi nhà theo một khối nhất định (Công ty TNHH

Thiết bị Công nghiệp và Giáo dục Tân Tiến, 2021). Cụ thể:

3.1. In từng bộ phận nhà 3D lắp ráp:

Phƣơng pháp in từng bộ phận nhà 3D lắp ráp đƣợc nhiều ngƣời áp dụng hơn. Bởi

phƣơng pháp này khá linh động, không cần phải sử dụng đến máy in 3D có kích thƣớc lớn.

Việc áp dụng phƣơng pháp in các bộ phận của ngôi nhà rồi mới lắp ráp lại với nhau giống với

việc xếp hình vậy. Hiện nay, đã có rất nhiều ngôi nhà đƣợc xây dựng thành công bằng phƣơng

pháp này. Mặc dù nó sẽ tốn khá nhiều thời gian trong việc thiết kế từng bộ phận, tuy nhiên có

thể sử dụng linh hoạt và sản xuất đƣợc cùng lúc nhiều chi tiết.

3.2. In nhà 3D thành một khối bằng máy in 3D:

Phƣơng pháp này khá phức tạp, do đó để có thể in hoàn chỉnh đƣợc một căn nhà cần

phải trang bị thêm cho mình một chiếc máy in có thể bao quát đƣợc hết căn nhà này. Trên

thực tế có nhiều máy in dài đến 40m và có chiều cao lên đến 6m đã đƣợc lắp đặt, xây dựng.

Để in toàn bộ ngôi nhà theo cách này thì giai đoạn lắp đặt máy in 3D thƣờng khá phức tạp,

tuy nhiên khi tạo thành một khối hoàn chỉnh, ngôi nhà sẽ chắc chắn hơn. Ngoài ra, cũng

không cần phải ghép các bộ phận lại với nhau, nhờ vậy mà có thể tiết kiệm đƣợc nguồn nhân

lực cho quá trình lắp ráp.

3.3. Một số công trình tiêu biểu được xây dựng bằng công nghệ in 3D

3.3.1. In 3D cầu đường

MX3D, một công ty công nghệ in 3D tại Hà Lan triển khai dự án in toàn bộ một cây cầu

bằng thép khẩu độ 15m bắc qua một kinh đào tại thủ đô msterdam, tạo nên một nguyên mẫu

cho phƣơng pháp in 3D bằng các robot làm việc tự động theo phần mềm lập trình sẵn. Kỹ

thuật in 3D sử dụng phƣơng pháp liên kết từng lớp mỏng bột kim loại bằng tia laser. Cầu in

3D bằng robot ở Amsterdam là công trình phối hợp giữa kiến trúc sƣ Joris Laarman, Công ty

Công nghệ in MX3D, Công ty Phần mềm Autodesk và Công ty Xây dựng Heijmans. Bằng

việc sử dụng các chất liệu kim loại từ sắt, thép không rỉ đến nhôm, đồng, thau, các cánh tay

robot phối hợp liên tục để in ra các kết cấu phức tạp của cây cầu một cách dễ dàng, bắt đầu từ

hai bờ tiến vào giữa cho đến khi chiếc cầu đƣợc nối liền trong vòng hai tháng (Tổng hội Xây

dựng Việt Nam, 2021).

41

“World's first 3D-printed bridge opens to cyclists in Netherlands” the Guardian (Nguồn: The Guardian, 2020).

Cầu bê tông in 3D làm theo mẫu cầu An Tế tại Thượng Hải, Trung Quốc

Nhóm nghiên cứu của giáo sư Xu Weiguo tại Đại học Thanh Hoa chỉ mất 450 giờ để in 3D

cầu bê tông mới. Chi phí cũng chỉ bằng 2/3 bình thường nhờ giảm được tiền nguyên vật liệu

và kỹ thuật xây dựng (Nguồn: Blogin3D.com, 2021)

3.3.2. In 3D xây nhà ở, văn phòng

Đặc điểm của công nghệ in 3D trong xây dựng là giải pháp không dùng khung và áp

dụng tƣờng chịu lực, tƣờng, sàn, mái, cầu thang đều dùng tấm 3D – hai bên đƣợc phun bê

tông đá. Nhà đƣợc xây dựng bằng công nghệ in 3D hoàn toàn bằng bê tông cốt thép, cốt liệu

nhỏ, kết cấu chịu lực không gian 3 chiều (không sử dụng tôn, gạch và gỗ). Thi công đơn giản

không cần các thiết bị hiện đại. Giá thành xây dựng thấp hơn công nghệ cổ truyền từ 10-20%,

đồng thời vẫn đảm bảo tuổi thọ. Đặc biệt, có khả năng chịu lực rất cao: một vài kết quả đƣợc

nghiên cứu, thử nghiệm với các sản phẩm này: bão và lốc xoáy trên 300km/giờ - nhà không

sập, động đất đến 7 độ Richter - tƣờng không nứt. Trọng lƣợng nhẹ, phù hợp xây dựng trên

nền đất yếu (HaloTech, 2021).

42

Công trình nhà ở tại Trung Quốc (Nguồn: HaloTech, 2021)

Ngôi nhà 5 tầng được xây dựng bằng công nghệ in 3D tại Thượng Hải-Trung Quốc

(Nguồn: HaloTech, 2021)

Dự án nhà thương mại làm bằng bê tông in 3D ở Hà Lan (Nguồn: Vietnam BIM Network, 2021)

43

Eindhoven Hà Lan) vốn nổi tiếng là một thành phố hiện đại, đồng thời cũng là nơi đầu

tiên trên thế giới có một dự án nhà ở thƣơng mại đƣợc làm hoàn toàn từ bê tông in 3D. Các

thành phần của ngôi nhà đầu tiên sẽ đƣợc in 3D tại Đại học Công nghệ Eindhoven, với mục

tiêu là các thành phần từ ngôi nhà thứ năm trở đi sẽ đƣợc in trực tiếp tại công trƣờng. Sự đa

dạng về hình dáng và màu sắc của công trình sẽ đƣợc máy in 3D thể hiện, qua đó giảm đi tác

hại tới môi trƣờng cũng nhƣ lƣợng khí thải CO2. Đó là ví dụ tiêu biểu về lợi ích mà bê tông in

3D có thể đem lại cho ngành công nghiệp xây dựng (Vietnam BIM Network, 2021).

Ngôi nhà nhỏ nổi trên sông đƣợc in bằng máy 3D chỉ trong 48 giờ và đƣợc thiết kế để

tồn tại 100 năm. Nhà điêu khắc Michal Trpak phối hợp cùng một công ty xây dựng sẽ in ngôi

nhà đầu tiên bằng công nghệ in 3D tại Cộng hòa Séc. Ngôi nhà mang tên Prvok nổi trên một

cái phao nhƣng cũng có thể đặt trên đất liền. Cấu trúc này đƣợc xây dựng chỉ trong 48 giờ,

nhanh gấp bảy lần so với việc xây nhà theo phƣơng pháp truyền thống và có thể tiết kiệm tới

50% chi phí xây dựng so với các tòa nhà thông thƣờng. So với các tòa nhà xây bằng gạch, nhà

in 3D cũng tạo ra ít khí thải CO2 hơn (Báo Nhân dân, 2020).

Nhà nổi in 3D mang tên Prvok (Nguồn: Báo Nhân dân, 2020).

Ngôi nhà đầu tiên đƣợc áp dụng bằng phƣơng pháp in 3D đã đƣợc xây dựng thành công

từ Công ty pis Cor. Chi phí xây dựng căn nhà này chƣa đến 11.000 đô la. Thay bằng việc

xây dựng các tòa nhà trên nền móng truyền thống, công ty này đã sử dụng một chiếc máy in

3D di động để có thể tạo ra các bức tƣờng bê tông vững chãi. Sau đó, liên kết chúng lại thành

một thiết kế hoàn chỉnh.

Ngôi nhà đầu tiên được áp dụng bằng công nghệ in 3D từ công ty Apis Cor

(Nguồn: Telegraph, 2020)

44

Khi đã hoàn thành, chiếc máy in sẽ đƣợc lấy ra khỏi ngôi nhà, các nhà thầu sẽ tiến hành

hoàn thiện ngôi nhà. pis Cor đã chứng minh việc áp dụng máy in 3D trong xây dựng hoàn

toàn thân thiện với môi trƣờng, rút ngắn thời gian thi công với kết quả bất ngờ. Một ví dụ điển

hình là ngôi nhà rộng 37 mét vuông có hình dạng cong đặc biệt đƣợc xây dựng thành công từ

việc xây nhà bằng công nghệ in 3D. Thiết kế cong đặc trƣng của căn nhà này đã chứng minh

cho tính năng vƣợt trội của máy in 3D là có thể in đƣợc nhiều loại vật liệu xây dựng khác nhau

dƣới bất kỳ một hình dạng nào. Bên trong ngôi nhà đƣợc áp dụng công nghệ in 3D trong xây

dựng có đầy đủ các tiêu chuẩn so với ngôi nhà đƣợc xây dựng theo phƣơng pháp truyền thống.

Công trình văn phòng in 3D tại Dubai (Nguồn: Inhabitat, 2020)

3.4. Thực tế về công nghệ in 3D trong xây dựng ở Việt Nam

Nhu cầu nhà ở hay các dự án giao thông đang rất phát triển tại Việt Nam. Nhu cầu sử

dụng một công nghệ để làm việc đó trong thời gian nhanh nhất là tâm điểm của ngành xây

dựng nói riêng và thế giới công nghệ nói chung. Đây là điều mà các chủ đầu tƣ rất hài lòng so

với thời gian thi công lâu, phụ thuộc vào thời tiết, vào tay nghề của thợ xây trong phƣơng

pháp xây dựng truyền thống. Tuy nhiên, do giá thành và việc chuyển giao công nghệ còn khá

nhiều khó khăn nên công nghệ này chƣa đƣợc sử dụng phổ biến tại thị trƣờng Việt Nam. Hy

vọng rằng, trong tƣơng lai, chúng ta sẽ có những ngôi nhà thông minh, tiện nghi, những công

trình quy mô, hoành tráng từ công nghệ in 3D. Các trở ngại chính cần giải quyết trƣớc mắt để

đảm bảo sự phát triển các công nghệ in 3D trong xây dựng là: thiếu cơ sở pháp lý; cần phát

triển thị trƣờng vật liệu xây dựng dành cho in 3D; giá thành thiết bị rất cao, do chƣa có sự sản

xuất hàng loạt.

4. Kết luận

Công nghệ in 3D trong xây dựng đang đƣợc áp dụng nhiều ở các thành phố lớn và hứa

hẹn một sự phát triển mạnh mẽ không ngừng. Không chỉ ngành xây dựng thế giới, ngay cả tại

Việt Nam, công nghệ hiện đại này sẽ góp phần định hƣớng lại ngành và đem đến những giải

pháp tuyệt vời hơn trong xây dựng.

Việc ứng dụng công nghệ in 3D cho công trình xây dựng chính là nhu cầu của ngành xây

dựng nói riêng và của thế giới công nghệ nói chung. Đây cũng chính là điều mà các nhà thầu rất

hài lòng so với việc thời gian thi công xây dựng lâu, bị phụ thuộc vào tay nghề của thợ xây và vào

45

thời tiết. Tuy nhiên, do giá thành của công nghệ này và việc chuyển giao công nghệ còn gặp phải

nhiều khó khăn nên công nghệ in 3D tại Việt Nam vẫn chƣa ứng dụng phổ biến.

Hiện nay ở Việt Nam chƣa có máy in 3D để xây nhà, tuy nhiên, các kiến trúc sƣ và

chuyên gia ngành xây dựng có thể sử dụng in 3D để tạo mô hình thiết kế cho công trình của

mình. (In 3D mô hình kiến trúc giúp tiết kiệm đáng kể thời gian, chi phí và mô hình sẽ chân

thực, sống động hơn rất nhiều so với phƣơng pháp tạo mẫu thủ công truyền thống. Mô hình

3D chuyên nghiệp sẽ giúp đánh giá chuẩn xác thiết kế và đƣa ra những chỉnh sửa phù hợp).

TÀI LIỆU THAM HÂO

1. Báo Nhân dân (2021), Nhà nổi in 3D hoàn thành trong 48 giờ, truy cập 07/2/2021,

https://nhandan.com.vn/khoa-hoc/nha-noi-in-3d-hoan-thanh-trong-48-gio-ton-tai-mot-the-ky-460850.

2. Blogin3D.com (2021), Kỷ nguyên xây nhà với công nghệ in 3D, truy cập 12/2/2021,

https://blogin3d.com/cong-nghe-in-3d-be-tong-ky-nguyen-xay-nha-voi-may-in-3d.html.

3. Bộ Xây dựng 2021), Công nghệ in 3D trong xây dựng, truy cập 12/2/2021, https://moc.gov.vn/vn/tin-

tuc/1145/52213/cong-nghe-in-3d-trong-xay-dung.aspx.

4. Công ty CP Game & Công nghệ Digitalfuture (2021), Công nghệ in 3D trong xây dựng – kỷ nguyên

xây nhà với máy in, truy cập 24/01/2021, https://digitalfuture.vn/cong-nghe-in-3d-trong-xay-dung.

5. Công ty TNHH Thiết bị Công nghiệp và Giáo dục Tân Tiến (2021), Công nghệ in 3D trong xây dựng,

truy cập 08/2/2021, https://aie.com.vn/cong-nghe-in-3d-trong-xay-dung/.

6. HaloTech (2021), Công nghệ in 3D trong xây dựng, truy cập 12/2/2021, https://mayin3d.com.vn/cong-

nghe-in-3d-trong-xay-dung.html.

7. Inhabitat (2020), Dubai debuts world's first fully 3D-printed building, p27-30.

8. Telegraph (2020), The world’s first 3D-printed house, truy cập 11/12/2020,

https://www.telegraph.co.uk/travel/ultratravel/the-next-big-thing/10110195/The-worlds-first-3D-

printed-house.html.

9. The Guardian (2020), World's first 3D-printed bridge opens to cyclists in Netherlands, p36-38.

10. Tổng hội Xây dựng Việt Nam 2021), Công nghệ in 3D vào ngành xây dựng, truy cập 11/2/2021,

https://tonghoixaydungvn.vn/tabid/169/catid/142/item/6904/cong-nghe-in-3d-vao-nganh-xay-

dung.aspx.

11. Vietnam BIM Network (2021), Công nghệ in 3D phát kiến thay đổi ngành xây dựng, truy cập

11/2/2021, https://vietnambim.net/ngoai-bim/cong-nghe-in-3d-phat-kien-thay-doi-nganh-xay-

dung.html.

46

DAO ĐỘNG TỰ DO CỦA TÇM FG SANDWICH

TR N NỀN ĐÀN HỒI HAI THAM SỐ DỰA THEO LÝ THUYẾT

BIẾN DÄNG CẮT HÀM SIN NGHÐCH ĐÂO

Nguyễn Ngọc Hưng1

1.Trường Đại học Thủ Dầu Một.

Tóm tắt

Bài báo này giới thiệu một mô hình số phân tích dao động tự do của tấm vật liệu chức

năng dạng sandwich với các thuộc tính vật liệu thay đổi hàm số mũ theo chiều dày tấm.

Tấm này có đặc điểm vượt trội so với tấm sandwich thông thường là thỏa mãn điều kiện

ứng suất tại mặt tiếp giáp của các lớp vật liệu khác nhau. Lý thuyết biến dạng cắt hàm

sin nghịch đảo (R-QSDT) được hiệu chỉnh để phù hợp với phương pháp nội suy Moving

Kriging (MK). Các ví dụ số được trình bày trong bài báo này được so sánh kết quả của

các nghiên cứu đã công bố trước đó nhằm kiểm chứng sự chính xác của mô hình phân

tích được đề xuất.

1. Giới thiệu

Vật liệu composite là loại vật liệu bao gồm hai hoặc nhiều vật liệu khác nhau đƣợc ghép

chồng lại. Nhằm mục đích tạo ra vật liệu mới có tính ƣu việt hơn vật liệu cũ về khả năng chịu

lực, nhiệt, chịu uốn,…hoặc thẩm mỹ. Vật liệu này tuy có nhiều ƣu điểm nhƣng cũng có nhƣợc

điểm trong phân tích tính cơ học của nó. Tấm sandwich là tấm có các lớp vật liệu khác nhau

đƣợc xếp chồng lên nhau. Đây là nguyên nhân làm cho ứng suất tại vị trí tiếp giáp của các lớp

vật liệu phức tạp, gây khó khăn trong qua trình tính toán. Gần đây, các nhà nghiên cứu thƣờng

sử dụng vật liệu chức năng có tính chất thay đổi theo độ dày để giải quyết vấn đề này. Bằng

cách tại các vị trí tiếp xúc, thay vì sử dụng vật liệu thông thƣờng có tính chất vật lý khác nhau

hoàn toàn thì bây giờ đƣợc sử dụng với vật liệu chức năng sao cho luôn đảm bảo vị trí tiếp

xúc có cùng tính chất vật liệu. Khi đó, các vị trí tiếp xúc không còn có sự nhảy vọt về tính

chất vật liệu mà sẽ biến đổi dần dần đến khi mặt còn lại sẽ là vật liệu khác. Loại tấm dạng nhƣ

trên đƣợc gọi là tấm sandwich với các vật liệu theo từng lớp không còn là vật liệu đồng nhất

mà là vật liệu chức năng. Bài báo này nghiên cứu tấm sandwich đƣợc cấu tạo bởi vật liệu

chức năng đƣợc gọi là tấm FG sandwich.

Một số tác giả đã phân tích ứng xử của tấm sandwich trên nền đàn hồi dựa trên các

phƣơng pháp số. Sobhy 2013) đã trình bày lời giải chính xác của lực tới hạn và dao động tự

nhiên của tấm dựa trên lý thuyết biến dạng cắt hình sin với các điều kiện biên khác nhau.

kavci 2016) đã sử dụng lý thuyết biến dạng cắt hyperbol và lý thuyết biến dạng cắt thông

thƣờng để phân tích tần số dao động của tấm sandwich. Li et al. 2017) đã sử dụng lý thuyết

biến dạng cắt bậc 1 (FSDT) kết hợp với phƣơng pháp Fourier-Ritz để nghiên cứu dao động

47

của các tấm sandwich dày với điều kiện biên thông thƣờng. Dao động tự do và phân tích

chuyển của các tấm sandwich FG sử dụng các điều kiện biên khác nhau đƣợc Singh và Harsha

(2018) phát triển từ lý thuyết biến dạng cắt nghịch đảo hyperbol.

2. Tấm FG s nwich

Xét một tấm FG sandwich có dạng hình chữ nhật có kích thƣớc 2 cạnh là a, b và có độ

dày là h nhƣ hình 1. Mặt dƣới và trên của tấm hoàn toàn là kim loại và gốm. Mặt

phẳng xy nằm ở giữa tấm. Chiều dƣơng của trục z hƣớng lên trên. Trong bài báo này, hệ số

Possion‟s đƣợc xem là không đổi của 2 loại vật liệu. Ngƣợc lại, môđun đàn hồi E , khối

lƣợng riêng đƣợc xem là thay đổi liên tục theo chiều dày z tấm FG sandwich. Theo đó,

P z là môđun đàn hồi E z hoặc khối lƣợng riêng z đƣợc xác định nhƣ sau:

b t bP z P P P V z Với 0.5n

V z z h (1)

Trong đó chỉ số t và b đại diện cho thành phần trên và dƣới tƣơng ứng;

0.5 /n

V z z h là thể tích thành phần; n là chỉ số của hàm mũ, thể hiện sự gia tăng tỷ lệ

của phần thể tích; z là biến tọa độ theo chiều dày 0.5 0.5h z h .

(a) (b) (c)

Hình 1. Tấm FG sandwich: (a)Hình dạng tấm trong hệ trục Đề cát; (b) Tấm loại A;

(c) Tấm loại B.

2.1. Tấm FG sandwich (loại A) có vật liệu chính đồng nhất và lớp vỏ vật liệu chức năng

Tấm FG sandwich loại A bao gồm phần lõi là tấm có vật liệu đồng nhất và đƣợc bao

phủ bởi 2 lớp vật liệu chức năng có bề mặt kim loại nhiều ở vị trí 1z z , 4z z và bề mặt phi

kim nhiều ở 2z z và 3z z , nhƣ đƣợc mô tả ở hình 1b. Thể tích thành phần của lớp vỏ là vật

liệu chức năng FGM đƣợc tính nhƣ sau:

(1) 11 2

2 1

, , ;

n

c

z zV z z z z

z z

(2)

2 31 , , ;cV z z z z (3) 43 4

4 3

, ,c

z zV z z z z

z z

(2a,b,c)

Trong đó 2 1z z và 3 4z z là bề dày của lớp vỏ ở dƣới và lớp vỏ ở trên. Chỉ số độ dày

cho mỗi lớp đƣợc định nghĩa nhƣ sau 4 3 3 2 2 1/ /z z z z z z ví dụ nhƣ: 2/1/2; 2/2/1; …

2.2. Tấm FG sandwich (loại B) có vật liệu chức năng ở giữa và hai lớp vỏ vật liệu

đồng nhất

Theo nhƣ hình 1.c tấm FG sandwich loại B bao gồm lõi chính ở giữa là tấm vật liệu

chức năng và có hai lớp vỏ là vật liệu đồng nhất. Do đó thể tích thành phần của tấm FG

48

sandwich này đƣợc tính nhƣ sau:

(1)

1 20, , ,cV z z z z

(2) 22 3

3 2

, , ,

n

c

z zV z z z z

z z

(3)

3 41, ,cV z z z z

3(a,b,c

)

Trong đó ( ) , 1,2,3i

cV i là thể tích thành phần tại lớp thứ i ; 3 2z z là bề dày lõi chính.

2.3. Kết hợp R-QSDT với phương pháp nội suy không phần tử Galerkin

Giả thuyết miền là miền con của 2R là miền chứa chuyển vị tại giữa tấm. Chuyển tại

giữa tấm theo phƣơng z 0z là khác nhau. Trong có gồm có 2 chuyển vị ngang ,u và

chuyển vị thẳng đứng w chứa , ,x y z . Có thể điều chỉnh dạng này thành 4 ẩn (Zenkour, 2013)

nhƣ sau:

0( ) ( ) ( ) ( )b su x,y,z = u x,y z w x,y x f z w x,y x (4)

0( , , ) ( , ) ( , ) ( )b sv x y z v x y z w x y y f z w x,y y (5)

( ) ( ) ( ) ( )b sw x,y,z = w x,y w x,y g z (6)

Chúng ta có thể chuyển công thức ở trên sang dạng ma trận nhƣ sau:

0 1 2 3= z f z g z u u u u u ;

0 0 0 ,T

b= u v wu 1 0 ,T

b b= w x w y u 3 0 0T

s= wu và 2 0T

s s= w x w y u .

Mối quan hệ ứng suất chuyển vị đƣợc trình bày nhƣ sau:

0 1 2 3;T

x y xy z z f g ε ε ε ε ε

T

xz yz sf g γ ε

(7a,b)

Khi

0

0

0

0 0

,

0

u x

v y

u y v x

ε

2 2

2 2

1 2,

2

0

b

b

b

w x

w y

w x y

ε

2 2

2 2

2 2,

2

0

s

s

s

w x

w y

w x y

ε 3

0

0,

0

sw

ε s

s

s

w x

w y

ε (8a,e)

Trong đó 2

21sinz h

f ze và g f , khi f và g là đạo hàm bậc nhất theo biến z.

Nguyên lý làm việc đơn giản của tấm vật liệu chức năng trên nền đàn hồi có 2 tham số

đƣợc biểu diễn nhƣ sau:

2/22

/2 2

...

1 00 ; ( ) , ,

0 12 1

T T s T

s s b s s b s b s w b s

hh

T s s

s ij ij

h h

d d w gw k w gw d w gw k w gw d

E zd z dz D f g G dz

ε D ε ε D ε

u mu D D G

(9a,b,c,d)

Trong đó wk và sk tƣơng ứng là độ cứng mô đun biến dạng đàn hồi của Winkler và độ

cứng mô đun biến dạng cắt của nền đàn hồi.

0 1 2 3 0 1 2 3, ,T T TT x y ε ε ε ε ε u u u u u ;

2

2 2 2

2

, , , , , , , , , 1, , , , , , , , ,

h

ij ij ij ij ij ij ij ij ij ij ij

h

A B D C E F L H O P z z f g zf zg f fg g Q dz

49

,

A B C E

B D F LD

C F H O

E L O P

1 0

1 0,

0 0 1 2 2 01 2 1

0 1

Q=E z

1 2 4 5

2 3 6 7

4 6 8 9

5 7 9 10

I I I I

I I I I

I I I I

I I I I

m (10)

và 2

2 2 2

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

2

, , , , , , , , , 1, , , , , , , , ,

h

h

I I I I I I I I I I z z z f g zf zg f fg g dz

Theo nhƣ hàm nội suy (MK), một hàm chƣa biết hu x có thể đƣợc trình bày bởi vector

theo dạng dựa trên điểm 1,xi xi n trong miền hỗ trợ x khi mà xn là tổng số những

điểm có trong miền hỗ trợ x đƣợc trình bày nhƣ sau:

( ) ( ) ( ) ( )u x p x A r x B u xh T T hoặc 1 1 1

( ) ( ) ; ( ) ( ) ( )xn m n

h

I I I j jI k kI

I j k

x p A r B

u x u x x x (11)

Trong đó ( )I x là hàm dạng của nội suy động , 1

1 1,T T

A P R P P R 1( ) B R I PA ; I là

ma trận đơn vị; vectors 1 2( ) ( ) ... ( )T

mp p pp x x x x và 1 2( ) ( , ), , ,.... ,T

nx R R R r x x x x x x là

đa thức với m dựa trên hàm cơ bản và hàm tƣơng quan. Trong nghiên cứu này, tác giả sử

dụng hàm đa thức để làm ổn định hàm dạng MK. Trong mặt phẳng làm việc dựa trên phƣơng

pháp không lƣới nội suy động MK, miền chuyển vị của tấm có thể trình bày T

h h h h h

b su v w w u và T

I I I bI sIu v w wu . Thay thế phƣơng trình (11) vào phƣơng trình

(8), ta nhận đƣợc:

0

1

nm

I I

I

ε B u , 1

1

1

nb

I I

I

ε B u , 2

2

1

nb

I I

I

ε B u 3

3

1

nb

I I

I

ε B u 1

ns

s I I

I

ε B u (12a,b,c,d,e)

Trong đó

, , ,

,, , ,1 2 3

,, , , ,

0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 0

0 0 00 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 0; ; ; ;

0 0 00 0 0 00 0 0 0 2 0 0 0 0 2

0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

I x I xx I xx

I xI y I yy I yym b b b s

I I I I I

I yI y I x I xy I xy

I

B B B B B (13a,b,c,d,e)

với

0

0

1

,n

I I

I

u N u 1

1

1

,n

I I

I

u N u 2

2

1

,n

I I

I

u N u 0

3

1

n

I I

I

u N u (14a,b,c,d)

và

0

0 0 0

0 0 0 ,

0 0 0

I

I I

I

N ,

1

,

0 0 0

0 0 0 ,

0 0 0 0

I x

I I y

N ,

2

,

0 0 0

0 0 0

0 0 0 0

I x

I I y

N 3

0 0 0 0

0 0 0 0

0 0 0

I

I

N (15a,b,c,d)

Kết quả số

Ví dụ 1: phân tích dao động tự do của tấm hình chữ nhật FG sandwich loại ) với 4 cạnh

tựa đơn đƣợc tạo bởi nhôm Al và gốm 2ZnO đƣợc đặt lên nền đàn hồi đƣợc xem nhƣ là bài toán

50

chuẩn để so sánh độ chính xác với các phƣơng pháp khác. Mô đun đàn hồi khối lƣợng riêng của

nhôm tƣơng ứng là 70mE GPa và 32707m kg m . Tƣơng tự nhƣ nhôm tính chất của gốm là

151cE GPa và 33000c kg m . Cả hai nhôm và gốm đƣợc xem là vật liệu có cùng hệ số Poisson

0.3 . Hai tham số hệ số nền đàn hồi đƣợc cho tƣơng ứng nhƣ sau 4

w w cK k a D và 2

s s cK k a D

với 3 212 1c cD E h .

Bảng 1. So sánh tần số dao động tự do không thứ nguyên đầu tiên của tấm hình chữ nhật

FG sandwich 2Al ZrO (loại A)

a

h n wK

sK 2 1 2 1 1 1 2 2 1 1 2 1

Akavci

(2016) Bài báo

Akavci

(2016) Bài báo

Akavci

(2016) Bài báo

Akavci

(2016) Bài báo

5

0

0 0 1.1912 1.2028 1.1912 1.2028 1.1912 1.2028 1.1912 1.2028

(-0.98)a (-0.98) (-0.98) (-0.98)

10 10 1.5135 1.5202 1.5135 1.5202 1.5135 1.5202 1.5135 1.5202

(-0.45) (-0.45) (-0.45) (-0.45)

102 10

2 3.0908 3.0941 3.0908 3.0941 3.0908 3.0941 3.0908 3.0941

(-0.11) (-0.11) (-0.11) (-0.11)

2

0 0 0.9318 0.9211 0.9541 0.9333 0.9755 0.9665 0.9927 0.9836

(1.15) (2.19) (0.92) (0.92)

10 10 1.3341 1.3279 1.3469 1.3334 1.3611 1.3554 1.3713 1.3655

(0.46) (1.01) (0.42) (0.43)

102 102 2.6823 2.6852 2.7579 2.7608 2.7937 2.7973 2.8476 2.8506

(-0.11) (-0.11) (-0.13) (-0.11)

10

0 0 0.8791 0.8685 0.8969 0.8721 0.9215 0.9111 0.9356 0.9233

(1.21) (2.77) (1.13) (1.31)

10 10 1.3045 1.2987 1.3119 1.2970 1.3274 1.3216 1.3339 1.3271

(0.45) (1.14) (0.44) (0.51)

102 10

2 2.5044 2.5070 2.6178 2.6206 2.6707 2.6746 2.7495 2.7523

(-0.11) (-0.11) (-0.14) (-0.11)

102

0

0 0 1.3404 1.3003 1.3404 1.3003 1.3404 1.3003 1.3404 1.3003

(2.99) (2.99) (2.99) (2.99)

10 10 1.6590 1.6275 1.6590 1.6275 1.6590 1.6275 1.6590 1.6275

(1.90) (1.90) (1.90) (1.90)

102 10

2 3.3694 3.3570 3.3694 3.3570 3.3694 3.3570 3.3694 3.3570

(0.37) (0.37) (0.37) (0.37)

2

0 0 1.0182 0.9880 1.0428 1.0036 1.0695 1.0374 1.0885 1.0557

(2.97) (3.76) (3.00) (3.01)

10 10 1.4300 1.4095 1.4444 1.4173 1.4623 1.4399 1.4740 1.4508

(1.43) (1.88) (1.53) (1.58)

102 10

2 3.3344 3.3287 3.3283 3.3196 3.3300 3.3232 3.3261 3.3189

(0.17) (0.26) (0.20) (0.22)

10

0 0 0.9602 0.9319 0.9758 0.9373 1.0062 0.9768 1.0191 0.9891

(2.96) (3.95) (2.92) (2.95)

10 10 1.3967 1.3783 1.4029 1.3772 1.4219 1.4022 1.4278 1.4074

(1.32) (1.83) (1.39) (1.43)

102 10

2 3.3480 3.3434 3.3332 3.3255 3.3327 3.3273 3.3225 3.3168

(0.14) (0.23) (0.16) (0.17)

51

Tần

số

dao

độ

ng

tự nhiên đầu

tiê

n

aCác số trong ngoặc đơn biểu thị phần trăm sai số của kết quả bài báo với kết quả

Akavci

Gradient index, n

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

First

no

rmaliz

ed

natu

ral fr

equencie

s,

1.15

1.20

1.25

1.30

1.35

1.40

1.45

2-1-2

2-1-1

1-1-1

2-2-1

1-2-1

1-8-1

Chỉ số hàm số mũ n (a) Gradient index, n

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

First

no

rmalized

natu

ral fr

equencie

s,

4.55

4.60

4.65

4.70

4.75

4.80

4.85

4.90

4.95

5.00

5.05

5.10

2-1-2

2-1-1

1-1-1

2-2-1

1-2-1

1-8-1

Chỉ số hàm số mũ n (b)

Gradient index, n

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

First

no

rmaliz

ed

natu

ral fr

equencie

s,

4.45

4.50

4.55

4.60

4.65

4.70

4.75

4.80

4.85

4.90

4.95

2-1-2

2-1-1

1-1-1

2-2-1

1-2-1

1-8-1

Chỉ số hàm số mũ n c) Gradient index, n

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

First

no

rma

lize

d n

atu

ral fr

eq

ue

ncie

s,

1.55

1.60

1.65

1.70

1.75

1.80

2-1-2

2-1-1

1-1-1

2-2-1

1-2-1

1-8-1

Chỉ số hàm số mũ n d)

Hình 2. Ảnh hưởng của các tham số nền đến tần số dao động với nhiều kích thước tấm

khác nhau 5a h : (a) 0s wK K ; (b) 210s wK K ; (c)

210 , 0s wK K ;

(d) 20, 10s wK K

Tần số dao động tự do không thứ nguyên đƣợc chuẩn hóa bởi 2

0 0a h E với

0 1E GPa và 3

0 1kg m . Bảng 1 cho thấy kết quả so sánh tần số dao động tự do đầu tiên bởi

phƣơng pháp R-QSDT với 17 17 nút cách đều nhau với kết quả đƣợc tạo ra bởi lý thuyết cắt

quasi-3D hyperbolic kavci, 2016) ở dạng bảng. Từ bảng so sánh cho thấy rằng kết quả của

phƣơng pháp đƣợc trình bày có sự phù hợp tốt hơn kết quả của kavci, bất kể tỷ lệ chiều dài,

độ dày tấm, thông số hệ số nền hoặc chỉ số n của tấm FG. Điều đáng chú ý là chỉ số hàm mũ

n của các lớp vật liệu chức năng tăng dẫn đến tần số dao động tự do của tấm giảm.

Ví dụ 2: Các hệ số đàn hồi của nền ảnh hƣởng lên dao động tự do tấm hình chữ nhật FG

sandwich loại B) 2 3Al Al O với tỷ lệ 5a h đƣợc nghiên cứu. Modun đàn hồi và khối lƣợng

riêng của nhôm cho tƣơng ứng nhƣ sau 380cE GPa và 33800c kg m . Sự thay đổi tần số dao

động tự do của tấm FG sandwich đƣợc biểu thị ở Hình 2a-d. Quan sát biểu đồ thấy rằng tần

số dao động tự do của tấm tăng lên với các điều kiện của tấm tăng lên. Khi chỉ số hàm số mũ

n của lớp vật liệu chức năng tăng lên đồng thời hệ số cắt của nền sK tăng giá trị dẫn đến tần

Tần

số

dao

độ

ng

tự nhiên đầu

tiê

n

Tần

số

dao

độ

ng

tự nhiên đầu

tiê

n

Tầ

n số

dao

độ

ng

tự nhiên đầu

tiê

n

52

số dao động tự nhiên cũng tăng lên. Từ Hình 2c-d có thể kết luận rằng ảnh hƣởng độ cứng hệ

số nền wK của Winkler đến dao động tự nhiên của tấm là không đáng kể.

3. Kết luận

Bài báo này trình bày về phƣơng pháp không lƣới dựa trên R_QSDT áp dụng tính toán

dao động tự do của tấm FG sandwich đƣợc đặt trên nền đàn hồi hai tham số. Độ chính xác của

phƣơng pháp này đƣợc so sánh với kết quả đã có trƣớc đó với sự khác nhau của tỷ lệ cạnh/độ

dày a h , chỉ số hàm mũ n của vật liệu FG, các thông số hệ số nền sK và wK . Có thể nhận

thấy rằng tần số tự nhiên của tấm tăng lên cùng với sự tăng lên chỉ số hàm mũ n vật liệu FG

đồng thời sự tăng lên của mô đun độ cứng chống cắt sK . Mô đun độ cứng nền đàn hồi wK của

Winkler có ảnh hƣởng không đáng kể đến tần số dao động tự nhiên của tấm FG sandwich.

TÀI LIỆU THAM HÂO

1. Akavci S.S. (2016), Mechanical behavior of functionally graded sandwich plates on elastic

foundation, Comp. Part B: Eng., 96, 136-152.

2. Li H., Pang F., Wang X., and Li S. (2017), Benchmark solution for free vibration of moderately

thick functionally graded sandwich sector plates on two-parameter elastic foundation with general

boundary conditions, Shock and Vib., 35 pages.

3. Pasternak P (1954), On a new method of analysis of an elastic foundation by means of two

foundation constants, Gosudarstvennoe izdatelstvo literaturi po stroi- telstvu i arkhitekture,

Moscow.

4. Singh S. J. and Harsha S. P. (2018), Exact solution for free vibration and buckling of sandwich S-

FGM plates on pasternak elastic foundation with various boundary conditions, Int. J. Struct. Stab.

and Dyn. 19 (3).

5. Singh S.J., Harsha S.P. (2019), Nonlinear dynamic analysis of sandwich S-FGM plate resting on

pasternak foundation under thermal environment, Euro. J. Mech. - A/Solids,76, 155-179.

6. Sobhy M (2013), Buckling and free vibration of exponentially graded sandwich plates resting on

elastic foundation under various boundary conditions. Comp. Struct., (99), 76–87.

7. Tossapanon P., Wattanasakulpong N. (2017), Flexural vibration analysis of functionally graded

sandwich plates resting on elastic foundation with arbitrary boundary conditions: Chebyshev

collocation technique, J. Sand. Struct. & Mat.

8. Vu T.V., Curiel-Sosa J.L., Bui T.Q. (2018), A refined sin hyperbolic shear deformation theory for

sandwich FG plates by enhanced meshfree with new correlation function, Int. J. Mech. and

Mat., 15, 647-669.

9. Zenkour A.M. (2013), A simple four-unknown refined theory for bending analysis of functionally

graded plates, Appl. Math. Model. 37 9041-9051.

53

ĐÁNH GIÁ HÂ NĂNG SỬ DỤNG CÁT THÂI TRONG QUÁ TRÌNH

SÂN XUÇT CAO LANH TR N ĐÐA BÀN THÐ XÃ TÅN UY N VÀO

TRONG LÏNH VỰC XÅY DỰNG

Phan Thành Nhân1, Trần Văn Phê

1

1.Trường Đại học Thủ Dầu Một.

Tóm tắt

Ngành sản xuất cao lanh ở Bình Dương có quy mô phát triển tương đối lớn nhưng nguồn

cát thải ra từ quá trình sản xuất chưa được tận dụng vào các sản xuất ngành khác. Trong

khi đó, ngành xây dựng đang khan hiếm các nguyên liệu sản xuất vữa xây dựng, bê tông.

Bài báo này trình bày một số kết quả thực nghiệm xác định các tính chất cơ lý và hóa học

của loại cát thải này, từ đó đánh giá khả năng sử dụng chúng vào lĩnh vực xây dựng.

1. Đặt vấn đề

Hiện nay, lĩnh vực xây dựng đang phát triển rất mạnh mẽ. Quá trình này đòi hỏi một số

lƣợng lớn vật liệu xây dựng cung cấp cho thị trƣờng nhƣ xi măng, thép xây dựng, cát xây dựng,…

Tuy nhiên, nguồn cung cấp cát sông cho lĩnh vực xây dựng đang ngày càng khan hiếm. Trong

UBND tỉnh Bình Dƣơng, 2020) các tác giả đã đánh giá: “nguồn cát xây dựng của tỉnh Bình

Dƣơng ở hồ Dầu Tiếng và sông Sông Bé có trữ lƣợng là 2,5 triệu tấn, với trữ lƣợng này không đủ

cung cấp cho thị trƣờng, trong thời gian tới cần đẩy mạnh công tác tìm kiếm, thăm dò đánh giá trữ

lƣợng cát trên các hệ thống suối lớn, đồng thời cần áp dụng công nghệ xay nghiền đá thành cát

phục vụ nhu cầu xây dựng đang rất cao của tỉnh”. Điều này đòi hỏi phải có những nghiên cứu tìm

kiếm các nguồn vật liệu khác nhằm thay thế cho nguồn cát sông trong việc sản xuất vữa, bê tông.

Bên cạnh các nghiên cứu về sử dụng cát nghiền Vũ Hoàng Tùng, Hồ Thanh Sự, 2019; Hoàng

Hồng Vân và nnk., 2018), các nghiên cứu sử dụng các nguồn cát khác cũng đƣợc thực hiện, có

thể kể đến các nghiên cứu của tác giả Trần Đức Trung và các cộng sự 2013) trong bài báo

“Nghiên cứu sử dụng các mịn thay thế cát thô chế tạo bê tông tự lèn cƣờng độ cao” về việc sử

dụng cát mịn phối hợp với hỗn hợp phụ gia khoáng hoạt tính xỉ lò cao – tro trấu để chế tạo bê

tông tự lèn có cƣờng độ nén lớn hơn 60Mpa, “Nghiên cứu sử dụng cát đụn tại chỗ làm đƣờng bê

tông xi măng trên đảo Phú Quốc” của tác giả Hoàng Minh Đức và cộng sự (2017) trình bày về

ảnh hƣởng của tỷ lệ xi măng/nƣớc và hệ số dƣ vữa tới tính chất của hỗn hợp bê tông và bê tông sử

dụng các đụn Phú Quốc.

Thị xã Tân Uyên, tỉnh Bình Dƣơng là một trong các huyện, thị đƣợc quy hoạch phát triển

ngành sản xuất cao lanh. Theo UBND tỉnh Bình Dƣơng, 2020), “cao lanh đang đƣợc khai thác

tại 2 mỏ Đất Cuốc và Tân Lập huyện Tân Uyên với tổng trữ lƣợng khoảng 20,2 triệu tấn”. Quá

trình tách chiết cao lanh từ khoáng sẽ thải loại một lƣợng vật liệu dạng hạt – đƣợc gọi là cát thải

trong quá trình sản xuất cao lanh. Lƣợng cát này chiếm khoảng 50%-60% khối lƣợng thể tích của

khoáng. Hiện nay, các doanh nghiệp sản xuất cao lanh thƣờng sử dụng lƣợng cát này vào mục

54

đích tái lập mặt bằng khai thác. Cách làm này chƣa tận dụng hết tiềm năng kinh tế của chủng loại

cát này và làm chậm quá trình tái lập mặt bằng, có thể dẫn đến mất an toàn ở khu vực khai thác.

Do đó, việc đánh giá khả năng sử dụng cát thải trong quá trình sản xuất cao lanh trên địa bàn thị

xã Tân Uyên vào lĩnh vực xây dựng sẽ giải quyết đƣợc một phần nguồn cung cát xây dựng, gia

tăng lợi ích cho các doanh nghiệp sản xuất cao lanh. Bài báo này đánh giá khả năng sử dụng cát

thải trong quá trình sản xuất cao lanh trên địa bàn thị xã Tân Uyên vào lĩnh vực xây dựng trên các

mặt tính chất hóa học và tính chất cơ lý của loại vật liệu này.

2. Vật liệu và phương pháp

2.1 Vật liệu: Nghiên cứu này sử dụng cát thải từ quá trình sản xuất cao lanh của các doanh

nghiệp trên địa bàn thị xã Tân Uyên nhƣ: Công ty khoáng sản Bình Dƣơng, Doanh nghiệp tƣ

nhân khoáng sản Phƣớc Nhân, Công ty TNHH MTV chế biến khoáng sản Nhật Tân. Các doanh

nghiệp này đƣợc khai thác tại mỏ khoáng sản Đất Cuốc – Tân Uyên – Bình Dƣơng.

2.2. Phương pháp thí nghiệm

a. Về tính chất cơ lý: Trong nghiên cứu này, cát thải trong quá trình sản xuất cao lanh đƣợc

xác định 04 đặc tính cơ lý là: thành phần hạt, khối lƣợng riêng, khối lƣợng thể tích khô và khối

lƣợng thể tích bão hòa nƣớc. Trong đó, thành phần hạt của vật liệu đƣợc xác định theo hƣớng dẫn

của tiêu chuẩn TCVN 7572-2:2006 bằng cách xác định lƣợng sót tích lũy của vật liệu trên bộ sàng

tiêu chuẩn; các đặc tính về khối lƣợng riêng, khối lƣợng thể tích và khối lƣợng thể tích bão hòa

nƣớc đƣợc xác định theo hƣớng dẫn của tiêu chuẩn TCVN 7572-4:2006.

b. Về tính chất hóa học: Trong nghiên cứu này, cát thải trong quá trình sản xuất cao

lanh đƣợc xác định hai đặc tính hóa học là phản ứng kiềm – silic và hàm lƣợng clorua có

trong vật liệu. Trong đó, đặc tính phản ứng kiềm - silic đƣợc xác định theo hƣớng dẫn của tiêu

chuẩn TCVN 7572-14:2006 bằng phƣơng pháp xác định hàm lƣợng silic đioxit hòa tan (Sc) và

độ giảm kiềm (Rc). Đặc tính hàm lƣợng clorua đƣợc xác định theo hƣớng dẫn của tiêu chuẩn

TCVN 7572-15:2006 bằng cách xác định lƣợng kết tủa clorua hòa tan bằng một lƣợng bạc

nitrat dƣ, chuẩn lƣợng bạc nitrat không phản ứng đƣợc xác định bằng amoni sunfoxyanua

hoặc kali sunfoxyanua với chỉ thị sắt (III) amôni sunfat.

3. Kết quả thí nghiệm

3.1. Kết quả xác định thành phần hạt

Bảng 1. Kết quả thí nghiệm xác định thành phần hạt (Trần Văn Phê và nnk., 2020)

Kích thƣớc lỗ

sàn (mm)

Khối lƣợng g ) Lƣợng sót tích lũy trên

sàn (%) Mẫu 1 Mẫu 2 Mẫu 3 Mẫu TB

2,5 46 63 51 53,33 5,33

1,25 244 202 176 207,33 26,06

0,63 324 423 375 374 63,46

0.315 218 188 230 212 84,66

0,14 89 70 90 83 92,96

Đáy 77 51 72 66,66

Rơi vãi 2 3 6 3,66

55

Từ kết quả ở Bảng 1, biểu đồ thành phần hạt của vật liệu cát thải từ quá trình sản xuất

cao lanh trên địa bàn thị xã Tân Uyên đƣợc thể hiện ở Hình 1.

Hình 1. Biểu đồ thành phần hạt của vật liệu cát thải từ quá trình sản xuất cao lanh trên

địa bàn thị xã Tân Uyên (Trần Văn Phê và nnk, 2020)

Kết quả thành phần hạt của cát thải từ quá trình sản xuất cao lanh cho thấy hàm lƣợng

hạt sót sàng 0,315mm là hơn 80%, hàm lƣợng hạt sót sàng 2,5mm là hơn 5% nên loại cát này

là loại cát có thành phần cỡ hạt thô và chỉ phù hợp để sử dụng làm cốt liệu nhỏ cho bê tông.

Nếu muốn sử dụng vật liệu này cho vữa xây dựng thì cần phải điều chỉnh lại thành phần hạt,

tăng hàm lƣợng hạt mịn và giảm hàm lƣợng hạt thô.

3.2. Kết quả xác định khối lượng riêng, khối lượng thể tích khô và khối lượng thể

tích bão hòa nước

Bảng 2. Kết quả thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ lý của cát thải trong quá trình sản xuất

cao lanh (Trần Văn Phê và nnk., 2020)

STT Chỉ tiêu Đơn vị Kết quả thí nghiệm

Mẫu 1 Mẫu 2 Trung bình

1 Khối lƣợng riêng g/cm3 1,6 1,3 1,45

2 Khối lƣợng thể tích khô g/cm3 3,24 2,61 2,92

3 Khối lƣợng thể tích bão hòa nƣớc g/cm3 1,99 1,86 1,93

3.3. Kết quả xác định phản ứng kiềm – silic

Hình 2. Giản đồ phân vùng ảnh hưởng kiềm – silic của cốt liệu (Trần Văn Phê và nnk., 2020)

56

Từ giản đồ cho thấy, độ giảm kiềm của cát thải là 116mmol/L và hàm lƣợng SiO2 hòa

tan có giá trị là 10,5mmol/L nên cát thải nằm trong vùng cốt liệu vô hại.

3.4. Kết quả xác định hàm lượng clorua

Bảng 3. Kết quả thí nghiệm xác định các chỉ tiêu hóa học của cát thải trong quá trình sản

xuất cao lanh (Trần Văn Phê và nnk., 2020)

STT Tính chất Giá trị Đơn vị

1 Lƣợng mất khi nung (MKN) 0.06 %

2 Hàm lƣợng bụi, bùn, sét 7.93 %

3 Hàm lƣợng Clorua (Cl-) <0.01 %

4 Silic dioxit hòa tan (SC) 10.5 mmol/l

5 Độ giảm kiềm (RC) 116 mmol/l

Hàm lƣợng clorua của cát thải có giá trị < 0,01%. Có thể thấy rằng, hàm lƣợng clorua

trong cát thải nhỏ hơn giá trị quy định tại TCVN 7570:2006 đối với bê tông dùng cho các kết

cấu bê tông cốt thép (0,05%) và bê tông cốt thép ứng lực trƣớc (0,01%).

4. Kết luận và kiến nghị

Tận dụng cát thải từ quá trình sản xuất cao lanh vào trong lĩnh vực xây dựng là một giải

pháp hợp lý, đáp ứng đƣợc tình hình khan hiếm cát xây dựng hiện nay trên địa bàn thị xã Tân

Uyên. Cát thải có các chỉ tiêu cơ bản nhƣ tạp chất hữu cơ, hàm lƣợng Cl- , khả năng phản ứng

kiềm – silic đều phù hợp với TCVN 7570:2006. Thành phần hạt của cát thải nằm trong miền

giới hạn của tiêu chuẩn. Tuy nhiên, hàm lƣợng bùn, bụi sét của cát thải cao (7,93%) nên có

thể ảnh hƣởng đến các đặc tính cơ học của vữa xây dựng và bê tông. Do đó, để có thể sử dụng

cát thải từ quá trình sản xuất cao lanh vào trong lĩnh vực xây dựng cần có các nghiên cứu ảnh

hƣởng của loại cát này đến cƣờng độ kéo, nén của vữa và bê tông hoặc có các giải pháp nhằm

làm giảm hàm lƣợng bùn sét còn tồn dƣ trong cát.

TÀI LIỆU THAM HÂO

1. Hoàng Hồng Vân và các cộng sự 2018), “Nghiên cứu ảnh hƣởng của hỗn hợp cát nhân tạo và cát thiên

nhiên đến tính chất cơ bản của bê tông”, Tạp chí khoa học Kiến trúc – Xây dựng, số 31,tr. 90-97.

2. Hoàng Minh Đức, Nguyễn Kim Thịnh 2017), “Nghiên cứu sử dụng cát đụn tại chỗ làm đƣờng bê

tông xi măng trên đảo Phú Quốc”, Tạp chí Khoa học công nghệ Xây dựng, số 3, tr. 37-43.

3. Trần Đức Trung, Bùi Danh Đại, Lƣu Văn Sáng 2013), “Nghiên cứu sử dụng các mịn thay thế cát

thô chế tạo bê tông tự lèn cƣờng độ cao”, Tạp chí Khoa học công nghệ Xây dựng, số 15, tr. 84-92.

4. Trần Văn Phê, Lƣu Hoài Nam, Cái Trung Tín (2020), “Đánh giá khả năng sử dụng cát thải trong

quá trình sản xuất cao lanh trên địa bàn thị xã Tân Uyên, tỉnh Bình Dương vào trong xây dựng

dựa trên tính chất cơ lý”, Báo cáo tổng kết Đề tài nghiên cứu khoa học.

5. Trần Văn Phê, Nguyễn Văn Đợi, Lƣu Hoài Nam (2020), “Đánh giá khả năng sử dụng cát thải

trong quá trình sản xuất cao lanh trên địa bàn thị xã Tân Uyên, tỉnh Bình Dương vào trong xây

dựng dựa trên tính chất hóa học”, Báo cáo tổng kết Đề tài nghiên cứu khoa học.

6. Vũ Hoàng Tùng, Hồ Thanh Sự 2019), “Khảo sát hoạt tính cƣờng độ của cát nghiền và ảnh hƣởng

của nó đến tính chất vữa cát nghiền – xi măng OPC FiCO”, Tạp chí Khoa học và Công nghệ, số

133, tr. 91-95.

57

INTOC – GIÂI PHÁP CHỐNG THÇM CÔNG NGHỆ VIỆT

Đỗ Thành Tích 1, Đỗ Thành Tín

1

1. Công ty chống thấm INTOC

Tóm tắt

Trong lĩnh vực xây dựng, thấm nước qua kết cấu là vấn đề rất phổ biến và nan giải.

Hiện tại, có rất nhiều loại vật liệu chống thấm được sử dụng, tuy nhiên, ở một số nơi,

phương pháp chống thấm chưa thật sự hiệu quả. Trong thực tế tỷ lệ thấm rất cao, cho

dù các sản phẩm được sử dụng đa phần là nhập khẩu từ các nước phát triển, với công

nghệ được cho là “tiên tiến” nhất. Bài viết này sẽ cung cấp thông tin cho thấy tình

trạng thấm thực tế trong và ngoài nước nghiêm trọng hơn chúng ta biết rất nhiều.

1. Tình hình chống thấm nước qua kết cấu công trình xây dựng

Tình trạng thấm nƣớc qua kết cấu công trình ở Việt Nam và trên thế giới đang rất phổ

biến, gây thiệt hại và lãng phí. Bài viết này sẽ cung cấp nhiều ví dụ cụ thể về thấm nƣớc qua

kết cấu công trình kèm theo thiệt hại. Chúng tôi sẽ phân tích và nêu một số nguyên nhân vì

sao tình trạng thấm lại phổ biến và nghiêm trọng đến vậy, kèm theo đó là một quy tắc quan

trọng nhất để không chọn sai giải pháp chống thấm. Sau đó, chúng tôi xin phép giới thiệu

công nghệ chống thấm thƣơng hiệu “INTOC”, một trong những công nghệ phù hợp với quy

tắc nói trên để ngƣời tiêu dùng và các chuyên gia lựa chọn.

2. Tình trạng thấm nước qua kết cấu công trình trong thực tế

Nhƣ đã trình bày ở trên, tại Việt Nam, tình trạng thấm nƣớc qua kết cấu công trình đang

rất phổ biến. Theo khảo sát của Trƣờng Đại học Bách Khoa, ĐHQG TP HCM vào năm 2016

đăng trên Tạp chí Xây Dựng 12-2016 của Bộ Xây Dựng), tỷ lệ thấm công trình dân dụng

dƣới 10 năm tuổi tại TP HCM là 84.35%, và tỷ lệ thấm tầng hầm dƣới 10 năm tuổi tại TP

HCM là 78.30% (Nguyễn Duy Hƣng và nnk., 2016). Một số công trình với chi phí chống

thấm dƣới 300 triệu VND, sau khi bị thấm phải sửa chữa với chi phí trên 1 tỷ VND. Lý do là

phải loại bỏ lớp chống thấm cũ, lớp bề mặt và vữa, chi phí vận chuyển xà bần, chi phí nhân

công; ngoài ra chƣa tính đến sự ảnh hƣởng sinh hoạt, chi phí cho sự ngƣng hoạt động kinh

doanh để sửa chữa vấn nạn thấm. Dƣới đây là một số ví dụ điển hình:

58

Hình 1. Xử lý chống thấm lại nhiều lần tại Chùa Q.S. Hà Nội (Đỗ Thành Tín, 2021)

Hình 2. Sân thượng Ủy ban Nhân dân huyện Bình Chánh (TPHCM) (Đỗ Thành Tín, 2020)

59

Hình 3. Tại một công trình hầm với công nghệ hiện đại, tường Barrete dày 1,5 mét vẫn phải

sử dụng mương dẫn + bơm nước + tường che chắn (Đỗ Thành Tín, 2018)

Hình 4. Cũng tại công trình hầm nói trên, tại hạng mục TBM, bị thấm nhiều vị trí và hiện tại

cần xử lý bằng cách bơm foam trương nở (Đỗ Thành Tín, 2018)

Vì sao tình trạng thấm nƣớc qua kết cấu hiện nay đang phổ biến? Theo chúng tôi, do

thiếu thông tin về vật liệu, lý thuyết chống thấm nƣớc qua kết cấu chƣa ổn, dẫn đến các chọn

công nghệ chống thấm sai.

Tình trạng thấm ở các nƣớc phát triển hiện nay đƣợc một số cá nhân, đơn vị tổng kết

nhƣ sau:

a. Theo tiến sĩ Phan Ngọc nh, đã học tập, đang sống và làm việc tại Pháp: “Tại Pháp,

có địa phƣơng tỷ lệ thấm các tầng mái lên đến 99%” (Đỗ Thành Tín, 2020).

b. Bob Vila – chƣơng trình truyền hình chuyên tƣ vấn cải tạo nhà tại nƣớc Mỹ, nói

thẳng: “Không có cái gọi là chống thấm tầng hầm. Mấu chốt là giảm lƣợng nƣớc chảy vào và

bơm nƣớc ra trƣớc khi nó ảnh hƣởng tới nhà bạn” (Sarah Monzon & Bob Vila, 2015).

c. Nghiên cứu của Đại học Minnesota ở Mỹ đƣa ra kết luận: mƣơng dẫn là giải pháp

cuối cùng để giải quyết thấm ở tầng hầm, khi các biện pháp trƣớc đó không thành công John

Carmody và nnk., 2021).

d. Sở Tài nguyên Thiên nhiên bang Missouri, nƣớc Mỹ: “Rất ít và thậm chí, không có

tầng hầm nào chống thấm đƣợc” và gợi ý ngƣời dân cần sử dụng mƣơng dẫn bơm nƣớc sau

khi bị thấm vào (The Missouri Department of Natural Resources, 2021)

https://dnr.mo.gov/geology/wrc/waterproblems.htm?/env/wrc/waterproblems.htm.

60

3. Khác biệt của công nghệ chống thấm INTOC so với các công nghệ khác

a. Thay đổi các giải pháp chống thấm hiện có trên thế giới vốn phức tạp và tốn kém

bằng công nghệ hoàn toàn khác biệt dẫn đến kết quả khả quan nhƣ:

– Sân thƣợng trồng cây không cần trải vải lót nhiều lớp;

– Hồ bơi trên cao không cần làm hai đáy để hứng nƣớc thấm;

– Chống thấm thuận và nghịch tầng hầm khô ráo không cần làm mƣơng dẫn nƣớc thấm

+ bơm nƣớc + tƣờng che chắn...

Lý do: Sau khi dùng công nghệ INTOC thì không còn nước thấm qua kết cấu.

b. Nhiều công trình đã chống thấm vẫn bị thấm, bị khách hàng than phiền. Nhƣng công

nghệ INTOC đã đƣợc đông đảo chuyên gia, khách hàng uy tín đánh giá cao và xác nhận hiệu

quả suốt 20 năm qua.

c. Điểm khác biệt dễ nhận thấy nhất của công nghệ INTOC là đối với các tầng hầm thấm

trên diện rộng – nhất là vách hầm bằng tƣờng Barrette, công nghệ trên thế giới hiện nay

không thể chống thấm khô ráo tức thời, chƣa tính việc không thấm đƣợc lâu dài, trong khi đó

công nghệ INTOC đã xử lý hoàn toàn khô ráo lâu dài cho đến nay hàng loạt các trƣờng hợp

nhƣ vậy, trong đó có những trƣờng hợp đã từng chống thấm theo công nghệ khác 4-5 lần, kéo

dài nhiều năm vẫn không thành công. Công nghệ INTOC đã thực hiện và duy trì sự an toàn

cho những công trình đã làm trên 20 năm qua.

Một số công trình tiêu biểu nhƣ sau:

– Hồ bơi lớn – tầng 5 KS. REX, Q1: đã xử lý nhiều năm không hiệu quả, lần cuối chống

thấm bằng composit vẫn không ngăn đƣợc nƣớc thấm. Sau đó INTOC đƣợc mời đến để chống

thấm và đã hiệu quả 7 năm qua Đỗ Thành Tín, 2020)

Hình 5. Chống thấm hồ bơi ks REX, Quận 1

– Nhà máy lắp ráp xe hơi FORD VN, tỉnh Hải Dương: Hai năm trƣớc Phòng Vật liệu

NM Ford đã loại bỏ hồ sơ INTOC tham gia xử lý chống thấm vì không tin tƣởng sản phẩm

VN. Sau 2 năm thi công bằng nhiều loại chống thấm ngoại nhập nhƣng đều không hiệu quả,

cuối cùng họ phải thử với công nghệ INTOC và chúng tôi đã chống thấm thành công khô ráo

hoàn toàn sau 4 ngày thi công. Thời gian tính đến nay đã gần 4 năm không hề bị thấm (Đỗ

Thành Tín, 2020).

61

Hình 6. Nhà máy lắp ráp xe hơi FORD VN, tỉnh Hải Dương

– Vách hầm Barrette - Trung tâm Thương mại GigaMall: Công trình gần sông (cầu

Bình Lợi) - đã có 5 đơn vị thi công mẫu bằng sản phẩm ngoại nhƣng không thể ngăn đƣợc

nƣớc thấm qua kết cấu. Sau đó với công nghệ INTOC toàn bộ vách hầm đã hoàn toàn khô ráo

(Đỗ Thành Tín, 2020).

62

Hình 7. Vách hầm Barrette – Trung tâm Thương mại GigaMal

63

4. Nguyên lý hoạt động của công nghệ chống thấm INTOC

– Sản phẩm vật liệu chống thấm của INTOC pha trộn theo công thức:

1kg Intoc-04 (hoặc Intoc-04N) + 3kg nước + 8kg xi măng.

– Dung dịch hỗn hợp này tạo thành một lớp hồ dầu chống thấm trát trên bề mặt kết cấu

cần chống thấm.

– Đặc điểm của dung dịch trên có các tính chất kỹ thuật:

a) Xi măng có tính “đẩy nƣớc”, kỵ nƣớc.

b) Cùng hệ số co dãn với bê tông.

c) Bền theo kết cấu công trình.

d) Không gây hậu quả nặng nề:

– Nứt bề mặt: không ảnh hƣởng chất lƣợng chống thấm.

– Nứt xuyên bê tông: chỉ cần xử lý tại vị trí vết nứt này, không cần đục toàn bộ bề mặt

bê tông.

5. Nguyên lý chống thấm của INTOC

Từ nguyên lý Pascal, áp suất (p) tác dụng bằng lực thủy tĩnh F) chia cho diện tích (S)

tác dụng: p = F/S

Vậy, áp lực thủy tĩnh do nƣớc tác dụng lên kết cấu nhƣ sau:

F = p.S

Trong đó, p: là áp suất nƣớc tại độ sâu cột nƣớc;

S: là diện tích lỗ rỗng của kết cấu;

F: lực thủy tĩnh của nƣớc tác dụng lên bề mặt (S) khu vực có lỗ rỗng.

Chống thấm nước là triệt tiêu lực thủy tĩnh F, sao cho F=0

Từ công thức F=p.S ta nhận thấy tại một độ sâu nhất định thì p=.h; là trọng lƣợng thể

tích của nƣớc, h là chiều cao cột nƣớc tác dụng; tại một vị trí nhất định trên bề mặt kết cấu,

lực thủy tĩnh F chỉ phụ thuộc vào diện tích S. Vậy lực thấm thể hiện dƣới hai dạng:

a. Lỗ thủng S lớn, nên lực F lớn, nên nƣớc phun mạnh thành vòi (Hình 8)

Hình 8. Nước thấm phun thành vòi

64

b. Lỗ thủng S nhỏ, lực F nhỏ, nƣớc thấm thành vùng rộng, nhỏ giọt, ẩm ƣớt (Hình 9).

Lỗ thủng càng rất nhỏ thì lực thấm càng rất nhỏ và vật liệu chống thấm INTOC làm biến

mất các lỗ thủng, S→0 và S=0→F=0.

Hình 9. Nước thấm trong quá trình xử lý theo công nghệ INTOC

Nhận xét về nguyên lý chống thấm:

Việc chống thấm phức tạp hay không thì không phụ thuộc vào độ sâu của tầng hầm, chỉ

phụ thuộc vào diện tích lỗ rỗng thấm.

Lớp vật liệu chống thấm của INTOC sẽ làm triệt tiêu S, dẫn đến triệt tiêu lực F, làm bề

mặt sau khi chống thấm được khô ráo.

Hình 10. Công nghệ chống thấm của INTOC

6. Kết luận

Hiện nay thấm nƣớc qua kết cấu công trình đang rất phổ biến và gây ra nhiều lãng phí

cho xã hội. Chúng tôi giới thiệu một phƣơng pháp lựa chọn sản phẩm chống thấm hiệu quả,

đó là hãy dựa vào hiệu quả thực tế sau nhiều năm tại các công trình thực tế. Công nghệ

INTOC giới thiệu trong bài nghiên cứu là một ví dụ đã có nhiều kết quả thực tế, để cùng giúp

ngƣời tiêu dùng và các chuyên gia yên tâm đẩy lùi vấn nạn thấm nƣớc qua kết cấu, tiết kiệm

thời gian, công sức, chống lãng phí cho xã hội.

65

TÀI LIỆU THAM KHÂO

1. Đỗ Thành Tín (2018), Tại một công trình ngầm Metro [online]. Available at:

<https://www.chongthamintoc.com.vn/vi-du-tham/metro>

2. Đỗ Thành Tín (2018), Tại một công trình ngầm Metro [online]. Available at:

<https://www.chongthamintoc.com.vn/vi-du-tham/metro>

3. Đỗ Thành Tín (2020), Khách sạn REX [online]. Available at <

https://www.chongthamintoc.com.vn/cong-trinh/rex-hotel>

4. Đỗ Thành Tín (2020), Nhà máy xe hơi FORD [online]. Available at <

https://www.chongthamintoc.com.vn/cong-trinh/ford-vietnam>

5. Đỗ Thành Tín (2020), Tiến sĩ Phan Ngọc Anh phát biểu về tình trạng thấm tại Pháp [online].

Available at: < https://www.chongthamintoc.com.vn/tinh-trang-tham-tai-phap-pnao>

6. Đỗ Thành Tín (2020), Trung tâm thương mại GIGAMALL [online]. Available at <

https://www.chongthamintoc.com.vn/cong-trinh/gigamall>

7. Đỗ Thành Tín (2020), Uỷ ban nhân dân Huyện Bình Chánh [online]. Available at:

<https://www.chongthamintoc.com.vn/cong-trinh/UBND-huyen-binh-chanh>

8. Đỗ Thành Tín (2021). Chùa Quán Sứ - Hà Nội. [online]. Available at:

<https://www.chongthamintoc.com.vn/cong-trinh/chua-quan-su-HN>

9. John Carmody, Brent Anderson, and Richard Stone (2021), Moisture in basements causes and

solutions [online]. Available at <https://extension.umn.edu/moisture-and-mold-indoors/moisture-

basements-causes-and-solutions>

10. Nguyễn Duy Hƣng, Lê Hoài Long, và Nguyễn Minh Tâm (2016), Khảo sát tình trạng thấm dột ở

các công trình xây dựng dân dụng, Tạp chí Xây dựng, 12, tr.26-29.

11. Sarah Monzon & Bob Vila (2015), Bob Vila Radio: Basement Waterproofing [online]. Available

at <https://www.bobvila.com/articles/bob-vila-radio-basement-waterproofing/>

12. The Missouri Department of Natural Resources, Basement and Yard Water Problems [online].

Available at: < https://dnr.mo.gov/geology/wrc/waterproblems.htm?/env/wrc/waterproblems.htm>

66

GIÂI PHÁP NÅNG CAO HIỆU QUÂ INH TẾ -

THI CÔNG BẰNG CÁCH ẾT HỢP NHIỀU LOÄI VÁN HUÔN

CHO CÔNG TRÌNH XÅY DỰNG DÅN DỤNG

Bùi Việt Thi1, Đỗ Thị Ngọc T m

1

1.Trường Đại học Thủ Dầu Một.

Tóm tắt

Hiện nay tại các công trình xây dựng, ván khuôn là một thiết bị không thể thiếu. Sử dụng

ván khuôn không hợp lý sẽ ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt kết cấu của bê tông, đồng thời

tiến độ thi công cũng sẽ bị ảnh hưởng, gây thiệt hại đến lợi ích của nhà thầu và chủ đầu tư.

Trong bài báo này, chúng tôi trình bày giải pháp kết hợp các loại ván khuôn lại với nhau và

sử dụng một cách hợp lý nhằm giảm khuyết tật bê tông và giá thành xây dựng. Hơn nữa,

giải pháp này sẽ đẩy nhanh tiến độ thi công công trình. Dựa trên định mức, đơn giá, kết

quả tính toán thực tế và điều kiện thi công chúng ta sẽ so sánh được các loại ván khuôn, từ

đó, lựa chọn ván khuôn phù hợp để thi công, mang lại hiệu quả kinh tế trong xây dựng.

1. Giới thiệu

Ván khuôn là một khuôn hoặc hộp mở chứa bê tông tƣơi đƣợc đổ và nén. Khi bê tông đƣợc

thi công xong, ván khuôn đƣợc tháo dỡ và một khối rắn đƣợc tạo ra theo hình dạng của mặt trong

của ván khuôn. Việc lựa chọn ván khuôn phù hợp để thi công rất quan trọng vì nó không chỉ ảnh

hƣởng đến kỹ thuật mà còn ảnh hƣởng đến giá thành thi công. Để giảm chi phí ván khuôn cho các

kết cấu bê tông, kỹ sƣ cần xem xét rất nhiều yếu tố khi thiết kế, chế tạo nhƣ: chế tạo các kích

thƣớc mô-đun thông dụng để có sử dụng nhiều lần, sử dụng vật liệu ván khuôn tiết kiệm nhất để

giảm chi phí ban đầu và mang lại hiệu quả kinh tế cho nhà thầu,… Trong thực tế, có nhiều loại vật

liệu đƣợc sử dụng làm ván khuôn nhƣ gỗ, thép, nhựa,… mỗi loại vật liệu có ƣu và nhƣợc điểm

riêng. Ở đây, bài báo sẽ đƣa ra giải pháp là kết hợp các loại vật liệu này để làm ván khuôn cho các

bộ phận công trình và đánh giá mức độ hiệu quả kinh tế của nó.

2. Một số loại ván khuôn đ ng được áp dụng ph biến ở Việt N m hiện n y

2.1. Ván khuôn thép định hình

Ván khuôn thép định hình đƣợc chế tạo gia công cơ khí từ những khung thép định hình

nhƣ thép hộp, thép u… và căng bề mặt bằng tấm thép mỏng. Do đó, điều đầu tiên cần quan

tâm là loại vật liệu chế tạo và giá thành chế tạo ra sản phẩm này. Theo thống kê, giá thành chế

tạo ván khuôn loại này dao động từ 1,5-2,0 triệu/m2 tùy chiều dày lớp tôn căng mặt và mật độ

lớp xƣơng chịu lực.

Phƣơng pháp thi công: Do bị giới hạn về trọng lƣợng (khá nặng) nên ván khuôn thép

thƣờng đƣợc chế tạo các với diện tích nhỏ có kích thƣớc 1500mm×300mm, 2000mm×400mm.

67

Trong quá trình thi công sẽ cần nhiều nhân công để ghép những tấm nhỏ thành một diện tích lớn

và đòi hỏi phải có hệ thống giàn giáo dày, chắc chắn để đảm bảo khả năng chịu tải của công trình.

Với những tấm có kích thƣớc lớn đòi hỏi phải có cẩu phục vụ thì cần tính thêm chi phí cẩu vào

đơn giá.

Vận chuyển và bảo quản: Do có trọng lƣợng lớn nên việc vận chuyển, bốc dỡ loại ván

khuôn này thƣờng nặng nhọc và tốn kém hơn. Hơn nữa, do vật liệu là sắt có khả năng dính

bám bê tông, vữa xây dựng rất cao nên khi lắp đặt cần phải xử lý bề mặt, đồng thời tồn tại

những biến dạng móp méo, vênh, cong… do quá trình tháo dỡ, vận chuyển và việc phải gia

công xử lý lại cũng rất tốn kém.

Mỹ quan khối đổ: Do những hạn chế về độ phẳng của bề mặt từng tấm và khi tổ hợp

nhiều tấm nhỏ, khả năng bám dính bề mặt giữa bê tông và ván khuôn thép cao hơn so với

những thể loại ván khuôn khác nên nhìn chung mỹ quan khối đổ không đƣợc đảm bảo và cần

thêm nhân công sửa chữa mài, đục, chát bù... Mặt khác còn phát sinh thêm vật tƣ và nhân

công trát trần để tạo mặt phẳng trƣớc khi bả matiz hoặc sơn.

Lắp đặt và tháo dỡ: Việc lắp đặt, tháo dỡ trở nên khó khăn hơn vì bề mặt bám dính sắt

và bê tông và hệ thống chốt khóa, nối cũng phức tạp. Với một diện tích sàn lớn thì việc sử

dụng ván khuôn sắt dƣờng nhƣ bất khả thi và không hiệu quả.

Hình 1. Ván khuôn thép (Phước Anh Minh, 2020) (Nguồn: https://phuocanhminh.com/uu-diem-nhuoc-diem-cac-loai-cop-pha/)

2.2. Ván khuôn gỗ ván ép

Ván khuôn gỗ ván ép đƣợc sản xuất từ nguyên liệu gỗ tự nhiên qua quá trình chế biến

tạo nên những tấm có kích thƣớc định hình và tính chất cơ lý, bề mặt đƣợc đảm bảo. Theo đó,

nhà sản xuất có thể tạo ra những tấm gỗ kích thƣớc lớn nhƣ 2400mm × 1200mm với các tính

chất cơ lý, hóa học đồng đều hơn; bề mặt phẳng hơn và đƣợc phủ lớp chống dính, lớp film

cứng và bóng tốt hơn. Theo thống kê giá thành chế tạo 1m2 ván khuôn loại này dao động từ

125.000-175.000 đồng/m2 tùy chiều dài.

Phƣơng pháp thi công: Do có thể chế tạo đƣợc loại ván khuôn này với kích thƣớc lớn,

độ đồng đều cao và đặc biệt tạo ra đƣợc cạnh thẳng nên việc thi công lắp ghép cực kỳ dễ dàng

và nhanh chóng. Đồng thời, với bề mặt đã đƣợc phủ lớp phim cứng và bóng nên khả năng

chống bám dính tốt, mặt bê tông sau khi tháo ván khuôn phẳng, đẹp, không tốn thêm chi phí

trát trần. Ngoài ra, do có thể sử dụng đƣợc nhiều hình thức liên kết nhƣ đóng đinh, khoan bắt

vít, cƣa tay,… nên việc tổ hợp các tấm ván khuôn này sẽ đơn giản và thực hiện dễ dàng.

68

Vận chuyển và bảo quản: Các lớp gỗ trong một tấm đƣợc liên kết bằng lớp keo có khả năng

dính bám tốt, không bị biến dạng trong nƣớc nên với điều kiện độ ẩm cao, chịu nƣớc thì việc bảo

quản loại ván khuôn này không quá khó khăn và tốn kém nhƣ các loại ván khuôn khác.

Mỹ quan khối đổ: Bề mặt phẳng, lớp phủ chống dính tốt và kích thƣớc lớn, đồng đều là

những điểm nổi bật nhất ở loại ván khuôn này. Do đó, việc sử dụng ván khuôn gỗ ép công

nghiệp trong thi công xây dựng cho phép tạo ra bề mặt phẳng, đảm bảo mỹ quan.

Lắp đặt và tháo dỡ: Việc lắp đặt, tháo dỡ trở nên dễ dàng hơn vì bề mặt có độ phẳng tốt,

đặc biệt là diện tích mỗi tấm lớn, độ đồng đều cao do đó khi thi công diện tích sàn lớn đã tạo

nên những ƣu thế vƣợt trội. Ngoài việc thi công nhanh, việc tổ hợp xà gồ, giàn giáo cũng đơn

giản hơn, đồng thời việc lắp đặt và tháo dỡ cũng thuận lợi hơn rất nhiều.

Hình 2. Ván khuôn gỗ ván ép phim (Phước Anh Minh, 2020) (Nguồn: https://phuocanhminh.com/uu-diem-nhuoc-diem-cac-loai-cop-pha/)

2.3. Ván khuôn nhựa tổng hợp

Đây là loại ván khuôn sản xuất công nghiệp với độ chuẩn kích thƣớc rất cao, đa dạng về

kích thƣớc, hình dạng và đang đƣợc sử dụng phổ biến ở các nƣớc phƣơng Tây. Nhìn chung,

loại ván khuôn này có đặc điểm giống với ván khuôn gỗ công nghiệp nhƣng có ƣu điểm vƣợt

trội hơn do trọng lƣợng nhẹ hơn, khả năng luân chuyển tái sử dụng lâu hơn và hiện cũng đang

đƣợc sử dụng phổ biến ở Việt Nam. Tuy nhiên, khi lắp dựng hệ cột và dầm thì hệ thống chốt

khóa, nối cũng tƣơng đối phức tạp.

Hình 3. Ván khuôn nhựa (Phước Anh Minh, 2020) (Nguồn: https://phuocanhminh.com/uu-diem-nhuoc-diem-cac-loai-cop-pha/)

69

Bảng 1 đƣa ra so sánh về ƣu, nhƣợc điểm của từng loại ván khuôn (theo La Đại Triều

(2017), kết quả này đƣợc tổng hợp qua quá trình thi công thực tế và tham khảo từ nhà sản

xuất):

Bảng 1. Bảng so sánh tổng hợp các loại ván khuôn

Các đặc điểm chính Gỗ ván ép phim Thép Nhựa (FUVI)

Số lần sử dụng 4-5 lần 80-200 lần Khoảng 50 lần

Chất lƣợng bề mặt Tốt nhƣng giảm nhanh theo số

lần sử dụng

Tốt nhƣng giảm do bị gỉ

và biến dạng

Tốt

Trọng lƣợng Trung bình (5-10kg/m2) Nặng (+/- 31kg/ m

2) Nặng (+/- 21kg/ m

2)

Tốc độ quay vòng Chậm Chậm Nhanh

Chi phí bảo dƣỡng Phụ thuộc vào thời tiết, cƣa, cắt Cao Thấp

Khả năng tái chế Không có khả năng tái chế,

thành chất thải phải xử lý

Ít có khả năng tái chế Thu hồi ít nhất 20%

giá trị

Lƣu giữ Cần nhà kho tránh mƣa, nắng Cần nhà kho tránh mƣa,

nắng

Có thể để ngoài trời,

không cần nhà kho

Mỗi loại ván khuôn có ƣu và nhƣợc điểm riêng, ta dựa vào đặc tính kỹ thuật và mức độ

hao phí của từng loại mà kết hợp chúng lại với nhau để ra lời giải tối ƣu nhất về kinh tế.

3. Ví dụ áp dụng

Tính toán hệ khung xƣơng chịu lực khi lắp đặt ván khuôn để đảm bảo độ bền và độ

võng cho công tác thi công, sau đó tính toán đơn giá lắp đặt cho các trƣờng hợp sau:

– Sàn dày 130mm, kích thƣớc 4.5m×6m

– Dầm 600mm×800mm, 300mm×400mm

– Cột 900mm×900mm, 300mm×300mm

Xét bài toán trên khi sử dụng các loại ván khuôn gỗ, thép Hòa Phát và ván khuôn nhựa

Fuvi để thi công.

3.1 Kết cấu hệ khung chịu lực ván khuôn

Căn cứ vào cƣờng độ vật liệu, trọng lƣợng bản thân vật liệu, tải trọng thi công, chúng

tôi tính toán và chọn hệ khung xƣơng chịu lực theo điều kiện bền, cứng và ổn định nhƣ hình

4, 5 và theo bảng 2, 3, 4, 5, 6.

Hình 4. Cấu tạo hệ khung chịu lực của ván khuôn sàn và dầm

70

Hình 5. Cấu tạo hệ khung chịu lực của ván khuôn cột

Bảng 2. Cấu tạo hệ chịu lực cho ván khuôn sàn

STT Ván khuôn gỗ phủ phim dày 18mm Ván khuôn thép Ván khuôn nhựa

1 Xà gồ 50×50×1.8 a400 Xà gồ 60×60×1.2 a750 Xà gồ 50×50×1.2 a300

2 Xà gồ 50×100×1.8 a1200 Xà gồ 50×100×1.8 a1200 Xà gồ 50×100×1.8 a1200

3 Cây chống đứng d49×2 a1200 Cây chống đứng d49×2 a1200 Cây chống đứng d49×2 a1200

4 Giằng ngang d42×2 a1000 Giằng ngang d42×2 a1000 Giằng ngang d42×2 a1000

Bảng 3. Cấu tạo hệ chịu lực cho dầm 600mm×800mm

STT Ván khuôn gỗ phủ phim dày 18mm Ván khuôn thép Ván khuôn nhựa

1 Xà gồ 60×60×1.8 a300 xƣơng dọc

đáy dầm

Không cần xƣơng dọc đáy

dầm

Xà gồ 50×50×1.8 a200 xƣơng

dọc đáy dầm

2 Xà gồ 50×100×2 a1200 phƣơng

ngang đáy dầm

Xà gồ 50×100×2 a1200

phƣơng ngang đáy dầm

Xà gồ 50×100×2 a1200

phƣơng ngang đáy dầm

3 Xà gồ 50×50×1.8 a400 phƣơng dọc

cạnh bên dầm

Xà gồ 50×100×2,5 a800

phƣơng dọc cạnh bên dầm

Xà gồ 50×100×1.8 a200

phƣơng dọc cạnh bên dầm

4 Cây chống đứng d49×2 a1200 Cây chống đứng d49x2 a1200 Cây chống đứng d49×2 a1200

Giằng ngang d42×2 a1000 Giằng ngang d42×2 a1000 Giằng ngang d42×2 a1000

Bảng 4. Cấu tạo hệ chịu lực cho dầm 300mm×400mm

STT Ván khuôn gỗ phủ phim dày 18mm Ván khuôn thép Ván khuôn nhựa

1 Không cần xƣơng dọc đáy dầm

Không cần xƣơng dọc đáy

dầm

Xà gồ 50×50×1.2 a150 xƣơng

dọc đáy dầm

2 Xà gồ 50×100×1,8 a1200 phƣơng

ngang đáy dầm

Xà gồ 50×100×1,8 a1200

phƣơng ngang đáy dầm

Xà gồ 50×100×1,2 a1200

phƣơng ngang đáy dầm

3 Xà gồ 50×50×1.8 a400 phƣơng dọc

cạnh bên dầm

Xà gồ 50×50×1.8 a400

phƣơng dọc cạnh bên dầm

Xà gồ 50×50×1.2 a200 phƣơng

dọc cạnh bên dầm

4 Cây chống đứng d49×2 a1200 Cây chống đứng d49×2a1200 Cây chống đứng d49×2 a1200

5 Giằng ngang d42×2 a1000 Giằng ngang d42×2 a1000 Giằng ngang d42×2 a1000

71

Bảng 5. Cấu tạo hệ chịu lực cho cột 900mmx900mm

STT Ván khuôn gỗ phủ phim dày

18mm

Ván khuôn thép Ván khuôn nhựa

1 Xà gồ 50×50×1.8 a300 xƣơng dọc

cột

Xà gồ 50×100×1.8 a900

xƣơng dọc cột

Xà gồ 40×40×1.8 a200 xƣơng

dọc cột

2 Xà gồ 50×100×1,5 a1000 phƣơng

ngang cột

Xà gồ 50×100×1,5 a1000

phƣơng ngang cột

Xà gồ 50×100×1,5 a1000

phƣơng ngang cột

3 Cây chống đứng d49×2 Cây chống đứng d49×2 Cây chống đứng d49×2

Bảng 6. Cấu tạo hệ chịu lực cho cột 300mmx300mm

STT Ván khuôn gỗ phủ phim dày 18mm Ván khuôn thép Ván khuôn nhựa

1 Xà gồ 40×40×1.4 a300 xƣơng dọc

cột

Xà gồ 50×50×1.5 a300

xƣơng dọc cột

Xà gồ 40×40×1.4 a150 xƣơng

dọc cột

2 Xà gồ 40×40×1,4 a1000 phƣơng

ngang cột

Xà gồ 40×40×1,4 a1000

phƣơng ngang cột

Xà gồ 40×40×1,4 a1000 phƣơng

ngang cột

3 Cây chống đứng d49×2 Cây chống đứng d49×2 Cây chống đứng d49×2

3.2. Chi phí sử dụng các loại ván khuôn

3.2.1. Hệ số luân chuyển và hao hụt ván khuôn và cây chống (K)

Theo Định mức 1784 (Bộ Xây dựng, 2007) thì:

– Thép dùng làm ván khuôn đúc bê tông tại chỗ cho các loại kết cấu phải luân chuyển

80 lần, không bù hao hụt (h = 0%);

– Hao hụt thép tấm trong khâu thi công: 5%;

– Hao hụt thép hình trong khâu thi công: 2.5%.

Hệ số luân chuyển và hao hụt trong thi công (theo Thông tƣ 04/2010/TT-BXD) (Bộ Xây

dựng, 2010) nhƣ sau:

– Đối với vật liệu thép tấm:

Hệ số luân chuyển: Klc= (hx(n-1)+2)/2n =( 0%x(80-1)+2)/2x80=0.0125

Trong đó:

h: tỷ lệ đƣợc bù hao hụt từ lần thứ hai trở đi;

n: số lần sử dụng vật liệu luân chuyển (n > 1);

Khh: định mức tỷ lệ hao hụt vật liệu đƣợc phép trong thi công:

Khh = 1 + Ktc = 1 + 5% = 1.05

Vậy hệ số luân chuyển và hao hụt của thép là: K=Klc*Khh=0.0125*1.05=0.013125.

– Đối với ván khuôn nhựa và ván khuôn gỗ:

Tính toán tƣơng tự, hệ số luân chuyển cho ván khuôn nhựa K=0.021 và ván khuôn gỗ là

K=0.21.

3.2.2. Tính toán chi phí sử dụng ván khuôn

Căn cứ theo định mức của Nhà nƣớc (Bộ Xây dựng, 2007) và đơn giá công bố của Sở

Xây dựng Bình Dƣơng về vật tƣ và nhân công (Bùi Mạnh Hùng, 2013; Quyết định số

3736/QĐ-UBND ngày 27/12/2018 UBND tỉnh Bình Dƣơng; Ủy ban Nhân dân tỉnh Bình

Dƣơng, 2017) chúng tôi đã tính ra đơn giá cho các trƣờng hợp thi công ván khuôn nhƣ sau:

72

Bảng 7.1. Bảng tính giá trị vật tư khi lắp đặt ván khuôn gỗ cho sàn (4.5m×6m)

STT Tên hạng mục Đơn

vị

Khối

lượng

Hệ số luân

chuyển và

hao phí

Khối lượng

một lần sử

dụng

Đơn

giá

(VNĐ)

Thành

tiền

(VNĐ)

1 Ván khuôn m2 27 0,21 5,67 131.013 742.845

2 Xà gồ 50×50×1.8 a400 kg 196,128 0,013125 2,57418 14.280 36.759

3 Xà gồ 50×100×1.8 a1200 kg 124,11 0,013125 1,62894375 14.280 23.261

4 Cây chống đứng d49×2a1200 kg 278,16 0,013125 3,65085 14.280 52.134

5 Giằng ngang d42×2 a1000 kg 348,0372 0,013125 4,56798825 14.280 65.231

6 Que hàn kg 1,755 1 1,755 22.000 38.610

T ng cộng (VNĐ) 958.840

Đơn giá 1m2 (VNĐ) 35.513

Bảng 7.2. Bảng tính giá trị vật tư khi lắp đặt ván khuôn gỗ cho sàn (4.5m×6m)

– chi phí đầu tư ban đầu

STT tên hạng mục Đơn vị Khối lượng

Hệ số hao

phí Đơn giá (đ)

Thành

tiền (đ)

1 Ván khuôn m2 27 1,05 131.013 3.714.223

2 Xà gồ 50×50×1.8 a400 kg 196,128 1,05 14.280 2.940.743

3 Xà gồ 50×100×1.8 a1200 kg 124,11 1,05 14.280 1.860.905

4

Cây chống đứng

d49×2a1200 kg 278,16 1,05 14.280 4.170.731

5 Giằng ngang d42×2 a1000 kg 348,0372 1,05 14.280 5.218.470

6 Que hàn kg 1,755 1 22.000 38.610

T ng cộng (đ) 17.943.683

Đơn giá 1m2 (đ) 664.581

Tƣơng tự ta sẽ tính đƣợc giá trị vật tƣ khi lắp đặt ván khuôn xây dựng nhƣ bảng 8.1, 8.2.

Bảng 8.1. Bảng tính giá trị vật tư khi lắp đặt ván khuôn

STT

Tên hạng mục

Đơn vị

Khối lượng

Đơn giá vật tư (VNĐ) Ghi

chú Gỗ Thép Nhự

1 Ván khuôn cột to 900×900 m2 1 33.012 13.411 17.673

2 Ván khuôn cột nhỏ 300×300 m2 1 33.917 15.587 17.861

3 Ván khuôn dầm to 600×800 m2 1 32.111 12.489 15.993

4 Ván khuôn dầm nhỏ 300×400 m2 1 33.042 13.987 16.599

5 Ván khuôn sàn m2 1 35.513 16.056 18.529

Bảng 8.2. Bảng tính giá trị vật tư khi lắp đặt ván khuôn – Chi phí đầu tư ban đầu

Stt

Tên hạng mục

Đơn vị

Khối

lượng

Đơn giá vật tư (VNĐ) Ghi

chú Gỗ Thép Nhự

1 Ván khuôn cột to 900×900 m2 1 464.520 959.922 989.049

2

Ván khuôn cột nhỏ

300×300 m2 1 536.903 1.133.965 1.004.056

3 Ván khuôn dầm to 600×800 m2 1 392.450 886.130 854.643

3

Ván khuôn dầm nhỏ

300×400 m2 1 466.927 1.006.012 903.075

4 Ván khuôn sàn m2 1 664.581 1.171.485 1.035.891

73

Bảng 9. Bảng tính giá trị thi công khi lắp đặt ván khuôn

Stt

Tên hạng mục

Đơn vị

Khối lượng

Đơn giá thi công (VNĐ) Ghi

chú Gỗ Thép Nhự

1 Ván khuôn cột to 900×900 m2 1 89.893 114.847 74.554

2 Ván khuôn cột nhỏ 300×300 m2 1 90.798 117.023 74.742

3 Ván khuôn dầm to 600×800 m2 1 86.337 81.158 70.219

4 Ván khuôn dầm nhỏ 300×400 m2 1 87.268 82.656 70.825

5 Ván khuôn sàn m2 1 89.265 76.609 72.281

4. Nhận xét và kết luận

4.1 Nhận xét

Về hệ khung xƣơng chịu lực khi lắp dựng ván khuôn: dữ liệu trong bảng 2, 3, 4, 5 chứng tỏ

rằng hệ xƣơng đỡ trực tiếp dƣới ván khuôn sẽ bố trí dày đặc dần ứng với ván khuôn thép, gỗ và

nhựa. Hệ khung xƣơng này càng dày đặc khi cấu kiện thi công có kích thƣớc càng lớn. Đặc biệt,

với ván khuôn nhựa, khi cấu kiện lớn (áp lực lớn) thì hệ chịu lực trực tiếp dƣới ván khuôn sẽ rất

dày, điều này sẽ gây khó khăn và có thể sẽ không thực hiện đƣợc vì độ võng quá lớn.

Về giá thành thi công thì ván khuôn nhựa là nhỏ nhất, kế đến là gỗ và cuối cùng là thép.

Riêng thi công sàn khi dùng ván khuôn thép có chi phí nhỏ hơn ván khuôn gỗ nhƣng sau khi

tháo ván khuôn bề mặt rất xấu và phải tốn thêm chi phí trát trần.

Đối với cột, dầm có tiết diện vừa và nhỏ, khi xét về mặt giá thành thi công thì chi phí

ván khuôn gỗ sẽ lớn hơn ván khuôn nhựa nhƣng nếu tính chi phí đầu tƣ ban đầu thì ván khuôn

gỗ là thấp nhất nên nhà thầu có thể sử dụng ván khuôn gỗ. Ngoài ra, khi thi công cột ta sẽ chờ

thép râu để tạo liên kết giữa cột và tƣờng. Nếu sử dụng ván khuôn gỗ thì thép râu sẽ đƣợc đặt

một cách dễ dàng bằng cách cấy trên bề mặt ván khuôn và đóng đinh. Còn nếu sử dụng khuôn

thép và nhựa thì không thể đặt trực tiếp nhƣ vậy đƣợc mà phải thêm chi phí để khoan cấy thép

và sử dụng phụ gia kết dính giữa thép và bê tông sau khi tháo ván khuôn.

Đối với dầm có tiết diện thay đổi thì sử dụng ván khuôn gỗ sẽ dễ dàng hơn so với ván

khuôn thép và nhựa vì chúng ta có thể sử dụng cƣa để cắt theo đúng tiết diện, kích thƣớc nhƣ

mong muốn và dùng đinh để đóng, thi công rất nhanh thay vì phải hàn ảnh hƣởng đến quá

trình thi công tháo dỡ ván khuôn. Do đó đối với cột, dầm có tiết diện vừa và nhỏ, ta có thể sử

dụng ván khuôn gỗ thi công cột sẽ hiệu quả về kinh tế và đảm bảo về mặt kỹ thuật hơn. Khi

xét đồng thời về khả năng chịu lực, kỹ thuật thi công, giá thành thi công và chi phí đầu tƣ ban

đầu thì ta thấy rằng ván khuôn nhƣạ sẽ phù hợp cấu kiện sàn; ván khuôn gỗ sẽ phù hợp với

cấu kiện cột, dầm có tiết diện vừa và nhỏ, hay cấu kiện có hình dạng phức tạp nhƣ cầu thang,

mái vòm cong… Đặc biệt, ván khuôn thép sẽ rất phù hợp với cấu kiện to, có áp lực lớn, và

điều kiện thi công phức tạp dƣới nƣớc).

4.2. Kết luận

Trong quá trình thi công, tùy vào điều kiện thực tế chúng ta sẽ kết hợp các loại ván

khuôn trên để đạt đƣợc hiệu quả thi công là tốt nhất. Chúng tôi có đề xuất cụ thể nhƣ sau:

dùng ván khuôn nhựa cho kết cấu sàn, dùng ván khuôn gỗ cho kết cấu cầu thang, vòm cong,

dầm, cột có tiết diện vừa và nhỏ và dùng ván khuôn thép cho kết cấu cột, dầm có tiết diện lớn.

74

5. Một vài hình ảnh thực tế sử dụng kết hợp nhiều loại ván khuôn tại công

trình “Nhà khách, nhà nghỉ sĩ qu n, nhà nghỉ lực lượng Ban Chỉ huy Quân

sự thị xã Thuận An”

Hình 6. Sử dụng kết hợp giữa ván khuôn nhựa và ván khuôn gỗ

Hình 7. Sử dụng ván khuôn gỗ để đóng cầu thang và bậc thang

75

Hình 8. Sử dụng ván khuôn gỗ để thi công vách tầng hầm

Hình 9. Sử dụng ván khuôn gỗ cho cột, không cần phải khoan cấy râu thép và sử dụng

phụ gia liên kết

76

Hình 10. Sử dụng cây chống và xà gồ thép cho dầm và sàn

TÀI LIỆU THAM HÂO

1. Bộ Xây dựng (2007), Công văn số 1776/BXD-VP ngày 16/8/2007 về việc Công bố Định mức dự

toán xây dựng công trình - Phần Xây dựng.

2. Bộ Xây dựng (2007), Công văn số 1784/BXD-VP ngày 16/8/2007 về việc Công bố Định mức vật

tƣ trong xây dựng.

3. Bộ Xây dựng (2010), Thông tƣ số: 04/2010/TT-BXD.

4. Lã Đại Triều (2017), Nghiên cứu sử dụng ván khuôn nhôm thay thế các loại ván khuôn truyền

thống, Luận văn Thạc sĩ, Trƣờng Đại học Dân lập Hải Phòng.

5. Phƣớc Anh Minh (2020), So sánh ưu điểm và nhược điểm của các loại cốp pha, truy cập ngày

22/6/2020, https://phuocanhminh.com/uu-diem-nhuoc-diem-cac-loai-cop-pha/.

6. UBND tỉnh Bình Dƣơng 2018), Quyết định số 3736/QĐ-UBND ngày 27/12/2018 của UBND

tỉnh Bình Dƣơng về công bố đơn giá xây dựng công trình trên địa bàn tỉnh Bình Dƣơng-Phần xây

dựng đặc thù. Mức lƣơng tối thiểu vùng: 2.500.000 đồng/tháng.

7. Bùi Mạnh Hùng (2013), Ván khuôn và giàn giáo trong thi công xây dựng, NXB Xây dựng.

8. UBND tỉnh Bình Dƣơng 2017), Bảng giá ca máy và thiết bị thi công - tỉnh Bình Dƣơng 2017.

9. Sở Xây dựng Bình Dƣơng (2020), Công bố giá vật liệu xây dựng tỉnh Bình Dƣơng tháng 1, 2, 3

của Quý 1 năm 2020”.

77

HÂO SÁT ĐÐA CHÇT CÔNG TRÌNH CHO XÅY DỰNG

CÔNG TRÌNH NGÆM

Nguyễn Ngọc Huệ1, Lê Minh Quang

1

1.Trường Đại học Thủ Dầu Một.

Tóm tắt

Từ trước đến nay, ở Việt Nam, một số công trình ngầm đã từng được xây dựng trong

các lĩnh vực giao thông vận tải, thủy điện, khai thác khoáng sản, nhưng trong lĩnh vực

xây dựng hạ tầng kỹ thuật đô thị, xây dựng dân dụng và công nghiệp, kho bãi v.v. thì

chúng ta mới tiến hành một số ít công trình. Chính vì vậy mà ở nước ta kinh nghiệm về

khảo sát, quy hoạch thiết kế, thi công cũng như giám sát thi công trong xây dựng công

trình ngầm còn rất hạn chế. Theo đà phát triển đi lên của các hoạt động kinh tế - xã hội

của đất nước, xây dựng công trình ngầm với nhiều mục đích công năng khác nhau chắc

chắn sẽ là xu thế rõ ràng. Điều đó bắt buộc chúng ta phải quan tâm đến những vấn đề

chuyên môn đặc thù liên quan đến xây dựng công trình ngầm. Một trong số đó là khảo

sát địa chất công trình với mục tiêu và nhiệm vụ được đặt ra là thu thập và xác lập hồ

sơ dữ liệu về các căn cứ địa chất công trình làm cơ sở cho quy hoạch, thiết kế, thi công

và giám sát thi công xây dựng công trình ngầm.

1. Mở đầu

Điều kiện địa chất là một trong những yếu tố chủ yếu ảnh hƣởng đến sự ổn định của công

trình ngầm. Quy hoạch chọn địa điểm, thiết kế và thi công công trình ngầm phải dựa trên cơ sở

đánh giá định tính sự ổn định của công trình. Trong quá trình khảo sát địa chất công trình, điều

quan trọng chủ yếu là phải dự báo đánh giá sự ổn định của đá vây quanh công trình sau khi đã xây

dựng xong, nhằm mục đích cung cấp dữ liệu cho thiết kế và thi công công trình. Có hai yếu tố chủ

yếu ảnh hƣởng đến sự ổn định của công trình là yếu tố địa chất và yếu tố xây dựng gồm thiết kế

và thi công. Đối với yếu tố địa chất cần chú ý đến đặc trƣng kết cấu của thể đá nguyên trạng,

cƣờng độ chịu lực của thể đá nguyên trạng và hoạt động của nƣớc ngầm.

2. Phân tích những yếu tố ảnh hưởng đến n định công trình ngầm

2.1. Cường độ của đất đá

Thể đá nguyên trạng đƣợc hiểu là một khối đá với kích thƣớc bất kỳ còn đang hiện diện

trong môi trƣờng tự nhiên của nó. Đặc trƣng kết cấu của thể đá nguyên trạng chỉ các bề mặt

xuyên cắt trong nó, gồm các bề mặt phân cách địa tầng các lớp đất - đá), bề mặt khe nứt, bề

mặt đứt gãy. Các bề mặt xuyên cắt này làm cho thể đá nguyên trạng mất đi tính nguyên khối

liền khối) ở những mức độ khác nhau. Để đánh giá định lƣợng mức độ nguyên khối ngƣời ta

78

đƣa ra hệ số nguyên khối KV và dựa vào đó để đánh giá trạng thái nguyên khối của thể đá

nguyên trạng. Cƣờng độ của thể đá nguyên trạng đƣợc đánh giá dựa vào cƣờng độ kháng nén

ở trạng thái bão hòa của đá kết hợp với đánh giá mức độ nguyên khối của nó.

Bảng 1. Phân cấp mức độ cứng rắn của đá dựa theo giá trị cường độ kháng đơn trục ở

trạng thái bão hòa của đá fr

fr (MPa) > 120 120 - 70 70 - 30 30 - 15 15 - 5 < 5

Mức độ

cứng rắn

Đá cứng Đá mềm

Rất cứng Cứng Tƣơng đối

cứng

Tƣơng đối

mềm

Mềm Rất mềm

Bảng 2. Phân cấp mức độ nguyên khối của thể đá nguyên trạng dựa theo hệ số nguyên khối

KV = (VP/V’P)

Kv > 0,75 0,75 -0,55 0,55-0,35 0,35 -0,15 <0,15

Mức độ nguyên

khối

Nguyên khối Tƣơng đối

nguyên khối

Tƣơng đối vỡ

vụn

Vỡ vụn Rất vỡ vụn

Ghi chú: VP – tốc độ sóng đàn hồi dọc đo tại hiện trƣờng của đá m/s);

V‟P – tốc độ sóng đàn hồi dọc của mẫu đá khô đo trong phòng thí nghiệm.

Trạng thái ứng suất ban đầu của môi trƣờng đất - đá là một trong những yếu tố cần phải

xét đến khi thiết kế và thi công xây dựng công trình ngầm. Trạng thái ứng suất ban đầu gồm

có ứng suất địa tĩnh và ứng suất kiến tạo, chúng hiện diện trong môi trƣờng đất - đá tự nhiên

trƣớc khi công trình đƣợc khởi công.

Ứng suất địa tĩnh là do trọng lƣợng bản thân của đất - đá tạo nên, đƣợc đặc trƣng bằng

ba giá trị ứng suất chính, một theo phƣơng thẳng đứng Z và hai theo phƣơng nằm ngang X

và Y, trong đó tính Z, X và Y nhƣ sau:

n

i

iiZ h1

,

trong đó: i – dung trọng của lớp đất thứ i T/m3); hi – chiều dày của lớp đất - đá thứ i. m).

zyx K 0 ; trong đó 0K – hệ số áp lực hông.

Ứng suất kiến tạo gây nên bởi lực kiến tạo phát sinh từ các vận động địa chất nội lực

trong vỏ trái đất. Môi trƣờng đất - đá sau khi đã hình thành, trong suốt quá trình tồn tại nó

luôn trải qua nhiều kỳ vận động địa chất nhƣ vận động nâng hạ mặt đất, vận động tạo núi.

Ứng suất kiến tạo theo phƣơng thẳng đứng và phƣơng nằm ngang đều có giá trị khác nhau,

đồng thời trên mặt phẳng nằm ngang thƣờng xuất hiện ứng suất chính lớn nhất và nhỏ nhất,

giá trị của chúng không bằng nhau. Một lần xảy ra vận động địa chất sẽ tạo nên ứng suất kiến

tạo hiện diện bên trong địa tầng, về sau chúng có thể biến đổi và giải thoát gây nên các hiện

tƣợng địa chất trong công trình ngầm, tạo nên những biến dạng dị thƣờng hoặc hiện tƣợng

phụt mảnh đá, gây mất ổn định của công trình.

2.2. Tác động của nước ngầm

Tác động của nƣớc ngầm đối với sự ổn định của công trình ngầm là gây ra áp lực thủy

tĩnh tác dụng lên các kết cấu khung vỏ chống đỡ, làm giảm cƣờng độ chịu lực của đất - đá vây

quanh, gây ra biến dạng và mất ổn định cho đất - đá vây quanh; gây ra các hiện tƣợng dẫn đến

79

sự uy hiếp đối với sự ổn định của công trình ngầm nhƣ hiện tƣợng phong hóa phát triển, hiện

tƣợng ăn mòn hóa học tạo nên hang động trong đất - đá vây quanh. Công trình ngầm trong

nền đất có thể xuất hiện áp lực thủy động, từ đó gây ra các hiện tƣợng cát chảy, xói ngầm,

đồng thời nƣớc ngầm thấm vào trong không gian của công trình ngầm, gây khó khăn cho thi

công và những hoạt động sau này của công trình.

3. Phương pháp và nội dung khảo sát đị chất công trình cho xây dựng

công trình ngầm

Khi khảo sát địa chất công trình cho xây dựng công trình ngầm cần đặc biệt chú ý nghiên

cứu địa mạo, tức là nghiên cứu các đặc trƣng hình thái của địa hình và quá trình động lực làm biến

đổi địa hình. Bởi vì các đặc trƣng địa mạo sẽ chi phối việc quy hoạch chọn nơi đặt cửa vào và

đƣờng trục của công trình ngầm, cao độ của nó, tiết diện và chiều dài của công trình. Ở trong môi

trƣờng đá cửa vào thƣờng đƣợc chọn nơi địa tầng có lớp đá dày và đá có cƣờng độ cao, độ dốc địa

hình cao, không nhỏ hơn 450, không đƣợc chọn những nơi có vách đá cao dễ sạt lở, có hiện tƣợng

trƣợt, đá đổ, lũ đá. Những nơi ứng suất kiến tạo cao thì đƣờng trục công trình phải chọn theo

hƣớng song song với phƣơng của ứng suất chính trên mặt phẳng nằm ngang. Đƣờng trục công

trình phải giao cắt nhau với đƣờng phƣơng của địa tầng hoặc đƣờng phƣơng của đứt gãy thành

một góc lớn, không nhỏ hơn 400, đồng thời bố trí dọc theo đƣờng đỉnh của khối núi, không đƣợc

bố trí cắt qua vùng trũng thấp hoặc các khe hẻm. Trƣờng hợp bất khả kháng phải bố trí đƣờng trục

công trình đi qua những đơn nguyên địa mạo kém ổn định thì bắt buộc phải có biện pháp gia cố,

thoát nƣớc hoặc thiết kế kết cấu chống đỡ.

Thiết kế và thi công xây dựng công trình ngầm có những vấn đề chuyên môn mang tính

đặc thù của nó, vì vậy khảo sát địa chất công trình cho xây dựng công trình ngầm cũng có

những mục đích và yêu cầu riêng. Về phƣơng pháp, thƣờng áp dụng đầy đủ các phƣơng pháp

nhƣ đo vẽ thực địa, khoan đào, thăm dò địa vật lý, thí nghiệm trong phòng và hiện trƣờng, kể

cả phƣơng pháp quan trắc hiện trƣờng.

Đo vẽ thực địa nghiên cứu các bề mặt kết cấu, các tổ chức khe nứt, vị trí thế nằm các

đứt gãy, kích thƣớc và trạng thái gắn kết và mức độ chứa nƣớc của đứt gãy, của khe nứt,

nghiên cứu các đặc trƣng địa mạo và các hiện tƣợng địa chất ngoại sinh, hình thái và sự ổn

định của địa hình.

Phƣơng pháp khoan đào kết hợp địa vật lý nghiên cứu đặc trƣng địa tầng, sự phân bố

của địa tầng và môi trƣờng đất - đá, bề dày của tầng phủ và đới phong hóa, xác minh quy luật

của các đứt gãy, các tổ hợp khe nứt, các lớp kẹp mềm yếu và các hang động.

Phƣơng pháp thí nghiệm trong phòng nghiên cứu các tính chất cơ - lý của đất và đá,

những tính chất đặc trƣng riêng nhƣ hệ số hóa mềm của đá, tính chất ăn mòn tạo hang động,

tính trƣơng nở, tính lún ƣớt.

Thí nghiệm hiện trƣờng nghiên cứu các đặc trƣng cơ học của thể đá nguyên trạng và của

các bề mặt kết cấu, nghiên cứu phạm vi phát triển của đới xáo động trong đá vây quanh và

trạng thái ứng suất tự nhiên, các đặc trƣng sóng đàn hồi của thể đá nguyên trạng, nghiên cứu

địa nhiệt và khả năng chứa khí cháy và khí độc trong môi trƣờng đất - đá.

80

Phƣơng pháp quan trắc theo dõi diễn biến lâu dài của các hiện tƣợng biến dạng và ứng

suất trong đất - đá vây quanh, áp lực đất - đá và hoạt động của nƣớc ngầm, sự xuất hiện của

khí cháy và khí độc.

4. Những vấn đề cần lưu ý

Xây dựng công trình ngầm thƣờng đối mặt với nhiều vấn đề phức tạp và nghiêm trọng

nhƣ sự ổn định của đất - đá xung quanh công trình, các hiện tƣợng cơ học và địa chất dị

thƣờng, áp lực đất đá biến động, ứng suất địa tĩnh bất thƣờng, tháo khô và chống thấm phức

tạp, ảnh hƣởng của khí cháy và khí độc. Vì vậy quy hoạch, thiết kế, thi công công trình ngầm

đòi hỏi phải chặt chẽ, chất lƣợng cao; đi theo đó khảo sát địa chất công trình cũng phải đòi hỏi

đặc biệt, chủ trì đề án khảo sát phải giao trách nhiệm cho chuyên gia có đầy đủ hiểu biết về kỹ

thuật khảo sát, về thí nghiệm cả trong phòng và hiện trƣờng, thí nghiệm cả đất và đá, có kinh

nghiệm trong đánh giá và dự báo những ảnh hƣởng của các hiện tƣợng địa chất, dự báo những

hiện tƣợng nguy hiểm có thể xảy ra, biết phối hợp với chuyên gia quy hoạch thiết kế đƣa ra

những ý kiến giúp quy hoạch và thiết kế công trình đạt kết quả tốt nhất. Nhiệm vụ khảo sát

địa chất công trình cho công trình ngầm nên giao cho những đơn vị có đầy đủ năng lực về

thiết bị, về phƣơng pháp và kinh nghiệm thực tế. Quan tâm đến kết quả khảo sát địa chất công

trình là nhằm đảm bảo hiệu quả kinh tế - kỹ thuật trong xây dựng công trình ngầm. Những

thất bại của một số công trình xây dựng có phần ngầm ở Thành phố Hồ Chí Minh trong thời

gian qua cho thấy những khiếm khuyết trong khảo sát địa chất nhƣ không đánh giá ảnh hƣởng

của nƣớc ngầm và không đƣa ra những khuyến cáo về giải pháp kỹ thuật giữ ổn định công

trình. Một điều đáng quan tâm nữa là phải có sự kết hợp giữa chuyên gia quy hoạch thiết kế

công trình với chuyên gia về khảo sát địa chất, đây là một nguyên tắc đƣợc đƣa ra trong các

tài liệu chuyên môn về xây dựng công trình ngầm nhằm đảm bảo cho phƣơng án khảo sát đạt

đƣợc hiệu quả cao, bảo đảm kết quả khảo sát đã thực hiện đạt mục đích làm cơ sở chắc chắn

cho quy hoạch, thiết kế và thi công công trình. Hiện nay ở Việt Nam phổ biến tình trạng nhà

đầu tƣ giao trọn gói khảo sát và thiết kế cho đơn vị thiết kế, từ đó đơn vị thiết kế tự đề ra đề

cƣơng khảo sát một cách tiết kiệm nhất nhƣng không chú ý đến những yêu cầu kỹ thuật thực

tế của công trình xây dựng đối với kết quả khảo sát, từ đó vừa không đảm bảo chắc chắn cho

sự ổn định của công trình và có thể gây ra lãng phí lớn trong thiết kế và thi công. Ngoài khảo

sát để phục vụ cho quy hoạch thiết kế còn phải chú ý đến khảo sát và thi công. Vấn đề này đặc

biệt quan trọng đối với xây dựng công trình ngầm. Môi trƣờng địa chất và môi trƣờng đất đá

thƣờng không đồng nhất và không đẳng hƣớng khi chịu tác động của yếu tố khách quan, nó sẽ

biến đổi và thể hiện sự biến đổi thông qua các hiện tƣợng mất ổn định. Kết quả khảo sát bao

giờ cũng dựa trên những dữ liệu hạn chế để đƣa ra những đánh giá dự báo. Vì vậy, mức độ

chắc chắn của những dự báo là có hạn và cần phải đƣợc kiểm chứng bằng những thăm dò dự

báo trƣớc thi công. Do đó, ngoài việc phải tiến hành khảo sát địa chất công trình để phục vụ

thi công công trình thì đối với xây dựng công trình ngầm cần phải khảo sát trƣớc thi công

nhằm kiểm chứng những đánh giá dự báo đất nền đã đƣợc đƣa ra trong khảo sát ở giai đoạn

trƣớc, đồng thời dự báo những vấn đề phải đối mặt sắp tới trong thi công. Với điều kiện địa

chất công trình nhƣ địa bàn tỉnh Bình Dƣơng, nơi mà phần lớn diện tích đƣợc cấu tạo bởi các

đất trầm tích cổ và trầm tích hiện đại thì trong khảo sát và đánh giá địa chất công trình cần đặc

biệt chú ý đến những vấn đề nhƣ sau:

81

Về mặt địa chất nên chọn chôn móng công trình đi qua những lớp có nền đất tốt, có lớp

đất cƣờng độ cao và ổn định, không chứa nƣớc, địa tầng nằm ngang và đơn giản. Nhƣ vậy sẽ

đạt đƣợc mục đích: công trình ổn định, chi phí tài chính cho xây dựng hợp lý, việc thi công

đơn giản.

Khi khảo sát cần lƣu ý lập nhiều mặt cắt địa chất công trình ở nhiều phân đoạn công

trình nhằm phản ánh chi tiết cấu tạo đất đá và các tính chất cơ lý của chúng cũng nhƣ điều

kiện địa chất thủy văn. Khoảng cách giữa các hố khoan khảo sát khoảng từ 100-200 mét;

nhƣng sẽ khoan dày hơn nếu tuyến công trình đi qua sông, kênh rạch, đứt gãy nhằm làm rõ

những nơi địa tầng kém ổn định để đề ra các giải pháp gia cố.

Công tác giám sát thi công phải đặc biệt chú ý đến đặc điểm công trình thi công trong

điều kiện đô thị, các công trình hiện hữu trên mặt đất sẽ chịu ảnh hƣởng nghiêm trọng. Nếu

thi công đào hở thì phải chú ý mái dốc sụt lở sẽ tác động đến các công trình hiện hữu nằm

gần. Nếu thi công đào ngầm có thể gây ra hiện tƣợng mặt đất sụt lún không đều, các công

trình hiện hữu sẽ không an toàn. Nếu tồn tại mạng lƣới hạ tầng kỹ thuật đô thị thì thi công sẽ

gặp nhiều trở ngại; nếu tuyến công trình cắt qua sông thì cần phải dựa vào đặc điểm địa hình,

địa mạo và cấu tạo địa chất cụ thể để chọn tuyến tránh nơi nƣớc sâu, cấu tạo địa chất phức

tạp, đặc biệt chú ý đến điều kiện địa chất thủy văn.

Một trong những vấn đề cốt lõi trong xây dựng công trình ngầm là chống thấm bởi vì

khi cắt qua sông không thể tiến hành thoát nƣớc, nƣớc từ sông hồ ập vào nên lƣợng nƣớc rất

lớn. Ngoài ra trong khảo sát cần phải làm rõ địa hình dƣới nƣớc bằng các phƣơng pháp khoan

và địa vật lý.

TÀI LIỆU THAM HÂO

1. n Young Xơn 2002), Thiết kế công trình ngầm, NXB Xây dựng.

2. B.N. Whitetaker and R.C. Frith (1990), Tunnelling Design Stability and Construction, London

IMM.

3. Đỗ Nhƣ Tráng 1997), Áp lực đất đá và tính toán kết cấu công trình ngầm Tài liệu đào tạo sau đại

học), H. Học viện Kỹ thuật Quân sự.

4. Lê Văn Thƣởng, Đinh Xuân Bảng, Nguyễn Tiến Cƣờng, Phí Văn Lịch 1981), Cơ sở thiết kế công

trình ngầm, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.

5. Nguyễn Ngọc Huệ (2000), “Tính toán ảnh hƣởng của neo đến sự xuất hiện của áp lực đất đá và

chuyển vị của biên hầm”. Tạp chí Khoa học và Kỹ thuật - Học viện Kỹ thuật Quân sự . Số 98,

trang 70 - 76.

6. Trần Thanh Giám, Tạ Tiến Đạt 2002), Tính toán thiết kế công trình ngầm, NXB Xây dựng.

82

MỸ HỌC TRONG THIẾT KẾ HÌNH DÁNG KẾT CÇU

NHÐP CÆU V ỢT

Trần Minh Phụng1, Lê Minh Quang

1, Phú Thị Tuyết Nga

1, Đặng Thị Phương Chi

2

1. Trường Đại học Thủ Dầu Một, 2. Trường Đại học Giao thông Vận tải TP HCM.

Tóm tắt

Trong bài báo này chúng tôi trình bày một số nguyên tắc thiết kế hình dáng kết cấu nhịp

cầu vượt trên các tuyến đường giao thông và cơ sở thiết kế mỹ học cho kết cấu nhịp cầu

sao cho có tính mỹ thuật cao. Đồng thời, chúng tôi phân tích một số công trình cầu vượt

trên các tuyến đường giao thông ở nước ta, từ đó đề xuất một số giải pháp để nâng cao

tính thẩm mỹ của những công trình cầu vượt xây dựng mới trong tương lai của nước ta.

1. Giới thiệu về mỹ học trong thiết kế công trình cầu

Thiết kế cầu là một quá trình đòi hỏi sử dụng các kiến thức khoa học, công nghệ và

đánh giá mỹ thuật cho giải pháp thiết kế tốt nhất của công trình cầu. Mỗi trong số ba lĩnh vực

này mang lại một giá trị khác biệt đối với quá trình thiết kế. Khoa học đóng góp kỹ năng phân

tích kết cấu và hình học. Công nghệ kết hợp kiến thức thực tế về công trình cầu thiết kế để tìm

kiếm sự hoàn hảo của thiết kế đó; ví dụ, loại kết cấu, sử dụng vật liệu, kinh tế. Tính thẩm mỹ

là sự thúc đẩy khoa học và công nghệ kết hợp để thiết kế thành một tác phẩm hoàn hảo về kết

cấu, kinh tế và vẻ đẹp, để tạo ra sự xuất sắc về thiết kế có hiệu ứng tổng hợp của nó.

Hình 1. Ba thành phần tạo nên sự xuất sắc trong thiết kế

(M.P Burke, JK, PE. & J Montonqj 1993)

Trong suốt quá trình thiết kế, có rất nhiều cơ hội để tính thẩm mỹ đƣợc trình bày. Vì

thẩm mỹ là những cảm xúc chứ không phải là những công thức đƣợc tính toán. Khoa học và

công nghệ cung cấp rất ít hoặc không giúp đƣợc gì về những nhận định nghệ thuật này. Chúng

tôi hy vọng rằng những kiến thức về mỹ thuật sau đây sẽ nâng cao mức độ nhận thức về tầm

83

quan trọng của thẩm mỹ và là cầu nối giữa các nhà thiết kế công trình cầu với các nhà thiết kế

mỹ thuật để đƣa ra quyết định tốt nhất sao cho công trình cầu trở thành một tác phẩm hoàn

hảo về mặt kỹ thuật, kinh tế và thẩm mỹ.

2. Các cơ sở mỹ học trong thiết kế công trình cầu

Các nguyên tắc cơ bản của thiết kế mỹ học liên quan đến các ý tƣởng hình ảnh cơ bản

tập hợp bởi các phản ứng của cảm xúc, những phản ứng cảm xúc này thƣờng rất tinh tế. Việc

nghiên cứu các nguyên tắc cơ bản về thiết kế thẩm mỹ bao gồm việc xem xét mối quan hệ

trực quan của một công trình cầu và vị trí của nó, cũng nhƣ khối lƣợng, hình dạng và hình

thức của kết cấu. Khái niệm trực quan đƣợc sử dụng để phát triển, mô tả và thể hiện ý tƣởng

trực quan này là: các yếu tố thiết kế trực quan và tính chất của thẩm mỹ. Các yếu tố thiết kế

trực quan xác định nhận thức trực quan. Các yếu tố này bao gồm các đƣờng nét, hình dạng,

hình thức bố trí, màu sắc và kết cấu. Chúng có thể đƣợc sử dụng để nói rõ các khái niệm trực

quan. Chất lƣợng thẩm mỹ là kết quả của việc sử dụng các yếu tố thiết kế trực quan và đƣợc

sử dụng để mô tả bố cục hình ảnh. Tính thẩm mỹ bao gồm tỷ lệ, nhịp điệu, trật tự, hài hòa,

cân bằng, tƣơng phản, quy mô và sự thống nhất.

2.1 Các nguyên tắc thiết kế thẩm mỹ

Không có tham số thiết kế duy nhất nào kiểm soát các đặc tính vật lý chung của một cây

cầu. Một cây cầu hoàn hảo là sự kết hợp của các thông số thiết kế đƣợc sử dụng đồng thời để

bổ sung cho nhau. Các nhà thiết kế có thể giải thích rằng những thông số thiết kế có thể đem

đến cho công trình cầu tính thẩm mỹ cao chính là các yếu tố thiết kế. Yếu tố thiết kế thẩm mỹ

chính yếu tố cơ sở về hình ảnh mà đó chính là sự cân bằng của sự xuất hiện công trình cầu

đƣợc xây dựng. Các nhà thiết kế nên tập trung phát triển các giải pháp thiết kế tốt nhất cho

các thông số thiết kế này trƣớc khi xem xét các phƣơng pháp trực quan khác. Để tìm giải pháp

thiết kế tốt nhất, các nhà thiết kế phải xem xét các mục tiêu thẩm mỹ đã nêu trƣớc đây khi

thực hiện các quyết định liên quan đến các thông số thiết kế này.

Các yếu tố thiết kế thẩm mỹ chính bao gồm:

Hình dạng và kiểu kiến trúc thƣợng tầng của công trình cầu

Hình học theo phƣơng dọc và phƣơng ngang và của công trình cầu

Mối quan hệ của công trình cầu với môi trƣờng xung quanh

Vị trí và hình dạng của công trình cầu

Vị trí và hình dạng mố cầu

Sự tƣơng tác giữa công trình cầu với môi trƣờng xung quanh

Hình 2. Các từ viết tắt được sử dụng trong các hướng dẫn này

84

Trong đó:

L- Tổng chiều dài cầu

C- Chiều dài cầu

S- Chiều dài nhịp

D- Tổng chiều sâu của kiến trúc thƣợng tầng

P - Chiều cao lan can đầu lan can đến đáy bản mặt cầu)

E - Chiều cao dầm cầu (chiều cao kết cấu nhịp cầu)

G - Chiều cao từ đáy kết cấu nhịp so với mặt đất

V- Chiều cao từ đáy kết cấu nhịp so với mặt đƣờng dƣới cầu

K - Khoảng cách từ mép đƣờng đến mặt mố

H - Chiều cao của mặt mố tiếp xúc (từ mái dốc ở mặt mố đến đáy của cấu trúc thƣợng

tầng)

T - Chiều cao của trụ (từ đƣờng đất hoặc cao độ mặt nƣớc bình thƣờng đến đỉnh của trụ)

M - Chiều dài của mũ trụ

N - Chiều cao của thân trụ (từ mặt đất hoặc cao độ mặt nƣớc bình thƣờng đến đáy của

mũ trụ)

W - Chiều dày của thân trụ

B - Chiều rộng của thân trụ

A - Khoảng cách của các cột làm thân trụ

2.2. Cơ sở thiết kế chung

Tất cả các công trình cầu tạo ra không chỉ đơn thuần là một công trình giao thông, mà

nó còn là một tác phẩm thẩm mỹ trong tổng thể hạ tầng giao thông trong khu vực. Kỹ sƣ thiết

kế phải chịu trách nhiệm về thẩm mỹ này. Khi một cây cầu đƣợc xây dựng thì nó là một đối

tƣợng đƣợc tạo ra trong môi trƣờng. Mọi ngƣời nhìn thấy nó và phản hồi những gì họ thấy.

Đôi khi, những cây cầu trở thành biểu tƣợng của cộng đồng: cầu Tràng Tiên trên sông Hƣơng

ở Huế, cầu Rồng trên sông Hàn ở Đà Nẵng,… Những cây cầu này trở thành biểu tƣợng đẹp

của cộng đồng.

2.2.1. Tính thẩm mỹ và giá thành

Chất lƣợng thẩm mỹ thƣờng gắn liền với những cây cầu đáp ứng hiệu quả khai thác

công trình và một kết cấu hiệu quả thƣờng là một kết cấu kinh tế. Việc chi nhiều tiền chƣa hẳn

đã cho ra đời một cây cầu đẹp.

Ấn tƣợng thị giác bao trùm đƣợc tạo ra bởi các hình dạng của cấu trúc bản thân từ các

bộ phận cấu thành của cầu. Một số cây cầu đƣợc coi là có tính thẩm mỹ nhất do chúng đáp

ứng đƣợc những yêu cầu mong muốn về tối ƣu kết cấu, tối ƣu giá thành, có khả năng khai

thác cao và có thẩm mỹ cao.

2.2.2. Xác định sự xuất hiện

Các yếu tố quan trọng nhất quyết định đến sự xuất hiện của một cây cầu là hình dạng và vị

trí trong môi trƣờng, bao gồm kết cấu thƣợng tầng (kết cấu nhịp) và kết cấu hạ tầng (mố trụ cầu).

Chính việc thiết kế các yếu tố này làm nên sự thành công về mặt thẩm mỹ. Ngƣời ta sẽ phản ứng

nhƣ thế nào phụ thuộc vào những gì họ nhìn thấy lần đầu tiên. Ấn tƣợng đầu tiên rất quan trọng.

85

Tiếp theo là màu của các yếu tố chính, hình dạng và bố cục của các chi tiết. Do đó nó là các yếu tố

quyết định quan trọng nhất của một cây cầu theo thứ tự quan trọng của chúng nhƣ sau:

1. Hình dạng theo phƣơng dọc và ngang và mối quan hệ của chúng với địa hình xung

quanh và cấu trúc nhƣ: cây cầu cao bao nhiêu, liệu nó cong theo một hoặc hai mặt phẳng và

những gì xung quanh nó đƣợc nhìn thấy.

2. Các loại kết cấu thƣợng tầng: vòm, dầm, giàn, khung, v.v.

3. Vị trí đặt cầu.

4. Vị trí đặt mố, trụ cầu, hình dạng và chiều cao tiếp xúc với đất nền.

5. Hình dạng kiến trúc thƣợng tầng, đặc biệt là tỷ lệ chiều cao/chiều dài nhịp.

6. Hình dạng kết cấu nhịp cầu.

7. Hình dạng kết cấu mố trụ cầu.

8. Chi tiết hệ lan can.

9. Màu sắc và kết cấu bề mặt.

10. Trang trí trên cầu và xung quanh.

Năm yếu tố quyết định đầu tiên thƣờng đƣợc coi là các quyết định mang tính kỹ thuật

nghiêm ngặt. Tuy nhiên, chúng cũng là những quyết định không thể tránh khỏi về mặt thẩm

mỹ. Năm yếu tố cuối cùng là những điều thƣờng đƣợc nghĩ đến khi nói về tính thẩm mỹ của

cây cầu. Tuy nhiên, tính thẩm mỹ gần nhƣ là không thể cho các quyết định liên quan đến năm

yếu tố cuối cùng, khi mà các quyết định kém đƣợc đƣa ra trong năm lần đầu tiên - mặc dù

thƣờng cố gắng thực hiện. Tốt nhất là ta phải đƣa ra quyết định tốt nhất có thể về năm yếu tố

đầu tiên, và sau đó sử dụng năm quyết định cuối cùng để nhấn mạnh và cải thiện những yếu tố

tích cực đã đƣợc tạo ra

Hình 3. Lựa chọn của nhà thiết kế: loại cầu nào nên đi ở đây?

2.2.3. Quan điểm về cố định và di chuyển

Khi ngƣời thiết kế phát triển ý tƣởng thẩm mỹ của mình cho một công trình cầu, thì suy

nghĩ đầu tiên phải là vị trí của ngƣời xem cầu. Cần xét đến tác động của cây cầu đối với

khung cảnh xung quanh công trình cầu.

Đối với một cây cầu bắc qua thung lũng hoặc công viên, ngƣời xem sẽ là những ngƣời

sử dụng công viên trên những con đƣờng mòn hoặc đƣờng bên dƣới. Đối với một cầu cạn trên

86

đƣờng phố thì đây sẽ là những ngƣời đi bộ và những ngƣời lái xe trên đƣờng phố. Một cây

cầu bắc qua một siêu xa lộ có lối vào hạn chế là ngoại lệ thì nó có thể sẽ chỉ đƣợc nhìn thấy

bởi ngƣời sử dụng đƣờng cao tốc trong một chiếc xe với tốc độ nhanh (hình 4). Đối với một

số cây cầu lớn phạm vi nhìn thấy nó có thể bao gồm vài kilomet vuông, và toàn bộ cộng đồng

trong tầm nhìn của cây cầu. Bản thân cây cầu tạo ra những góc nhìn mới với môi trƣờng xung

quanh. Một cây cầu bắc qua một con sông lớn hoặc ở lối vào một thị trấn có thể đƣợc coi nhƣ

một biểu tƣợng.

Hình 4. Khu vực tập trung của người lái xe ở tốc độ đường cao tốc

2.3. Thiết kế hình học của cầu

Tiên đề cơ bản trong thiết kế hình học là: tổng thể bằng tổng các phần của nó. Đó là yêu

cầu để tạo ra một cấu trúc hấp dẫn, miễn là các yếu tố đó có liên quan đến nhau. Trong thiết

kế có một triết lý là nếu ta thiếu sự chú ý đến các chi tiết không phù hợp với phần còn lại của

cấu trúc có thể làm giảm vẻ ngoài tổng thể. Thiết kế hình học cầu là những yếu tố quyết định

chính đến sự xuất hiện của công trình cầu trong tƣơng lai và nên đƣợc giải quyết ở các giai

đoạn ban đầu của một dự án. Tiêu chí thiết kế thƣờng cho phép đủ linh hoạt để cải thiện sự

xuất hiện của một cây cầu. Giải pháp là tiếp xúc sớm với các tiêu chuẩn thiết kế các hạng mục

khác đƣờng, chiếu sáng, giao thông, cảnh quan), bởi vì ở giai đoạn đầu, các sửa đổi có ít tác

động hơn.

2.3.1. Hình học

Hình 5. Cầu vượt Ô Đông Mác -Nguyễn Khoái và cầu vượt Đại Cồ Việt - Trần Khắc Chân

(Sở Giao Thông Vận Tải Hà Nội 2013)

Trong kết cấu cầu các kết cấu dọc và ngang đƣợc tạo thành từ các đƣờng cong và tiếp

tuyến dài, liên tục sẽ trông đẹp hơn so với các liên kết đƣợc tạo thành từ các đoạn ngắn, rời

rạc. Hình học đƣờng cao tốc bao gồm kết nối một loạt các tiếp tuyến với các đƣờng cong. Tạo

87

ra cả liên kết ngang và dọc, các nhà thiết kế tìm kiếm tính kinh tế bằng cách giảm thiểu đào

đất trong khi đáp ứng khoảng cách tầm nhìn và các yêu cầu thiết kế khác bao gồm cả an toàn

và hiệu suất. Căn chỉnh dọc và ngang đƣợc tạo thành từ các đƣờng cong dài, liên tục và các

tiếp tuyến nhƣ cầu vƣợt Ô Đông Mác - Nguyễn Khoái - Hà Nội sẽ trông đẹp hơn so với các

liên kết tạo thành từ ngắn, rời rạc phân đoạn cầu vƣợt Đại Cồ Việt - Trần Khắc Chân - Hà Nội

(hình 5) trông gấp khúc và làm gián đoạn luồng hình ảnh của đƣờng.

2.3.2. Bố cục

Bố cục là vấn đề giải quyết các kết cấu nhỏ để giảm thiểu sự gián đoạn đến sự liên tục

của công trình cầu. Khi tỷ số độ mảnh của nhịp giữa chính) đƣợc thiết lập (S/G) cho nhịp

chính, nó sẽ đƣợc giữ không đổi. Tỷ lệ của các yếu tố chính của cây cầu là yếu tố quyết định

tác động trực quan đến công trình cầu.

Hình 6. Nhấn mạnh tỷ lệ ngang trong vị trí cầu tàu

Hình 7. Các tỷ lệ với chiều cao

2.3.3. Hình dáng kết cấu nhịp

Tính liên tục của kết cấu nhịp cầu đƣợc cải thiện bằng cách làm cho các dầm thanh

mảnh hơn. Tính liên tục trực quan làm cho dầm dƣờng nhƣ dài hơn, vì thông qua thị giác

đánh giá độ mỏng tƣơng đối bằng cách so sánh chiều dài với chiều cao của dầm. Một dầm có

vẻ dài hơn cũng sẽ có vẻ mảnh mai hơn hình 8 và hình 9).

Hình 8. Kết cấu nhịp thanh mảnh tốt hơn kết cấu nhịp thô dày

88

Hình 9. Tính liên tục trực quan làm cho dầm có vẻ mảnh mai hơn

Hình 10. Sử dụng các nhịp thon mảnh để chuyển tiếp giữa các dầm có độ cao khác nhau

Tạo các vuốt trên dầm cầu sẽ làm cho cây cầu có vẻ thanh mảnh hơn. Đông thời cũng

nâng cao khoảng tĩnh không dƣới cầu trong khi đó dầm liên tục sẽ làm giảm độ cao trung bình

của chúng.

Hình 11. Các vuốt ở dầm thể hiện sự chuyển tiếp của các lực trong cây cầu

Chiều dài các đƣờng chuyển tiếp nên chọn giữa 20% và 40% chiều dài nhịp. Các đoạn

vuốt phải đủ dài để tƣơng ứng với chiều dài nhịp. Điều này không phải lúc nào cũng có thể

đạt đƣợc vì nó có thể xâm phạm đến khoảng tĩnh thông dƣới cầu. Đây là một ví dụ về lý do tại

sao cần có sự tham gia sớm của thiết kế mỹ học trong quá trình thiết kế công trình cầu.

Hình 12. Ảnh hưởng của góc gập ngắn và dài

Chiều cao của đoạn vuốt không đƣợc vƣợt quá hai lần chiều cao của giữa dầm và cũng

không đƣợc nhỏ hơn 1,3 lần chiều cao của giữa dầm. Nếu chiều cao của vuốt cao hơn hai lần

độ cao của giữa dầm thì nó trông quá mỏng manh và phần vuốt trông sẽ quá nặng. Ngƣợc lại

sẽ không thể nhận thấy đƣợc độ cao của vuốt.

Hình 13. Các giới hạn được đề xuất cho độ cao của một vuốt

89

Góc ở các vuốt nên nằm trong khoảng từ 135 đến 160 (hình 14).

Hình 14. Ảnh hưởng của các góc gập khác nhau tại điểm chịu lực

Các vuốt hình dạng bụng cá làm cho các vết lõm nặng hơn trông gƣợng gạo và nên

tránh. (Hình 15)

Hình 15. Trọng lượng trực quan của kết cấu nhịp được thêm vào bởi vuốt hình bụng cá.

Đối với một số cầu có loại trụ thấp thì bề dày của trụ phải tƣơng ứng với chiều cao của

kết cấu nhịp, chiều dài nhịp và chiều cao trụ (Hình 16).

Hình 16. Chiều dài nhịp liên quan đến chiều sâu của cấu trúc thượng tầng

Các nhà thiết kế thƣờng định hình hóa để giữ cho độ dày của cột và trục cầu giống nhau

trong một số cầu khác nhau do mục đích kinh tế. Điều này có thể giúp tiết kiệm đƣợc một số

chi phí, nhƣng phải cân nhắc với việc giảm chất lƣợng hình ảnh. Nên nhớ rằng việc tiết kiệm

chi phí này chỉ là tạm thời trong khi chất lƣợng hình ảnh giảm đi sẽ duy trì trong cả vòng đời

của các cây cầu.

3. Đánh giá một số công trình cầu thực tế

Cầu vƣợt tại nút giao Thân Cửu Nghĩa Tiền Giang) bố trí sơ đồ kết cấu nhịp có chiều

dài các nhịp nhƣ nhau, chiều cao nhịp không thay đổi. Xét về mặt giải pháp thi công thì đơn

giản, không phức tạp, về mặt giá thành thì không cao. Nhƣng xét về mặt thẩm mỹ thì công

trình cầu này có bố cục đơn điệu, thiếu sự duyên dáng, mà trong tƣơng lai đây là một nút giao

90

rất sầm uất với hàng ngàn lƣợng phƣơng tiện giao thông qua lại mỗi ngày nên hình dáng cầu

cần phải có tính thẩm mỹ.

Hình 17. Cầu vượt tại nút giao Thân Cửu Nghĩa - Tiền Giang (Công ty Cổ phần BOT Trung

Lương - Mỹ Thuận 2020)

Cầu vƣợt nút giao 319 với cao tốc TP.HCM -Long Thành-Dầu Giây bố trí sơ đồ kết cấu

nhịp hài hòa theo nhịp điệu nhịp chính dài và các nhịp biên ngắn dần tƣơng ứng với chiều cao

của trụ cầu. Ngoài ra chiều cao dầm cũng thay đổi tạo sự mềm mại, thanh mảnh cho kết cấu

nhịp. Tuy nhiên, giải pháp thi công phức tạp hơn và giá thành cũng cao hơn. Nhƣng trong

tƣơng lai đây là một nút giao rất sầm uất với hàng ngàn lƣợng phƣơng tiện giao thông qua lại

mỗi ngày cần nên hình dáng cầu cần phải có tính mỹ thuật cao là hợp lý.

Hình 18. Cầu vượt nút giao 319 với cao tốc TP HCM -Long Thành-Dầu Giây (Công ty CP

Đầu tư Phát triển Cường Thuận IDICO 2020)

4. Kết luận và kiến nghị

Thiết kế công trình cầu là rất khó, nó đòi hỏi ngƣời thiết kế phải tuân thủ các quy chuẩn

kỹ thuật thiết kế sao cho công trình cầu đảm bảo đủ khả năng chịu lực trong trƣờng hợp khai

thác bình thƣờng cũng nhƣ bất lợi nhất mà công trình vẫn ổn định. Ngƣời thiết kế còn phải

chọn loại kết cấu sao cho khả thi trong thi công đồng thời khai thác vận hành công trình an

toàn và đạt hiệu quả cao. Nhƣng không phải lúc nào ta cũng đặt các mục tiên này là trên hết

mà xem nhẹ hoặc phớt lờ tính thẩm mỹ của công trình cầu. Vì công trình cầu là một công

trình công cộng phục vụ cho cả cộng đồng, mỗi ngày có hàng nghìn phƣơng tiện giao thông

và ngƣời đi qua nó, nhìn nó, rồi bình phẩm về nó. Nếu công trình cầu có tính mỹ thuật cao thì

nó mang lại nhiều giá trị khác lớn hơn mong đợi nhƣ: sự thanh thoát của công trình, sự hài

hòa với môi trƣờng xung quanh, điểm nhấn kiến trúc trong khu vực. Để các công trình cầu

91

xây dựng sau này có tính thẩm mỹ cao thì việc thiết kế mỹ học công trình cầu phải đƣợc tham

gia từ rất sớm cùng với việc thiết kết cấu của dự án. Một công trình có tính thẩm mỹ cao

không nhất thiết là lúc nào giá thành cũng cao. Nếu chúng ta biết kết hợp nhịp nhàng các lĩnh

vực khoa học, công nghệ và mỹ thuật thì sẽ cho ra một tác phẩm hoàn hảo.

TÀI LIỆU THAM KHÂO

1. Bộ Giao thông Vận tải (2017), Tiêu chuẩn Thiết kế cầu đƣờng bộ, tiêu chuẩn TCVN 11823-

1:2017.

2. Burke, M. P., Jr., P.E., and J. Montoney. Science - Technology - Aesthetics: The Three

Aspects of Design Excellence. Presented at American Concrete Institute's Spring

Convention, Vancouver, British Columbia, 1993.

3. Công ty Cổ phần BOT Trung Lƣơng - Mỹ Thuận 2020. Chạy thực nghiệm thông tuyến

cao tốc Trung Lƣơng - Mỹ Thuận. https:// baoxaydung.com.vn/chay-thuc-nghiem-thong-

tuyen-cao-toc-trung-luong-my-thuan-296203.html

4. Công ty CP Đầu tƣ Phát triển Cƣờng Thuận IDICO. Dự án nút giao 319 kết nối cao tốc

TP.HCM - Long Thành - Dầu Giây. Truy cập ngày 20/04/2021. www.baogiaothong.vn/

cuoi-thang-6-thong-xe-nut-giao-319-ket-noi-cao-toc-long-thanh-d502849.html

5. Gauvreau 2005), P. “Engineering and Urban Design: Who Leads Whom?” 1st CSCE Specialty

Conference on Infrastructure Technologies, Management and Policy. Montreal: Canadian Society

for Civil Engineering.

6. Gauvreau, P 1998), “The Three Myths of Bridge esthetics”. In Developments in Short and

Medium Span Bridge Engineering 2002, Canadian Society for Civil Engineering, 2002.

7. Gauvreau, P. 2007), “Innovation and esthetics in Bridge Engineering”. Canadian Civil Engineer

23.5 (Winter 2006-2007): 10-12.

8. Gottemoeller, Frederick. Bridgescape: The Art of Designing Bridges. New York: John Wiley &

Sons.

9. Lê Văn Dƣơng, Lê Đình Lục, Lê Hồng Vân 2008), Giáo trình Mĩ học đại cương, NXB Giáo Dục.

10. Leonhardt (1982), F. Bridges: Aesthetics and Design, Deutsche Verlags-Anstalt (MIT Press,

Cambridge, Massachusetts).

11. Mock, Elizabeth B (1949). The Architecture of Bridges. New York: The Museum of Modern Art.

12. Sở GTVT Hà Nội. Thành phố Hà Nội đã thông xe cầu vƣợt tại nút giao thông đƣờng Đại

Cồ Việt - Trần Khát Chân sau 9 tháng thi công 30/08/2013. Truy cập ngày 18/04/2021

https// tuoitre.vn/chinh-thuc-thong-xe-cau-vuot-dai-co-viet---tran-khat-chan-566328.htm

13. Trần Minh Phụng, Lê Minh Quang 2008), Hạ tầng kỹ thuật đô thị, NXB Xây dựng.

14. Trần Minh Phụng, Lê Minh Quang 2021), Thi công lắp ráp kết cấu nhịp cầu thép, NXB Xây

dựng.

92

MỘT SỐ GIÂI PHÁP THIẾT KẾ LAN CAN BAN CÔNG, LÔ GIA

VÀ CỬA SỔ CHUNG C CAO TÆNG

Võ Thanh Hùng1

1. Trường Đại học Thủ Dầu Một.

Tóm tắt

Trong thời gian gần đây, tình trạng trẻ em bị rơi, ngã từ lan can của ban công, lô gia

của chung cư cao tầng xảy ra liên tục và để lại hậu quả nghiêm trọng. Trước thực trạng

này, tác giả đã nghiên cứu và đưa ra một số giải pháp thiết kế lan can ban công, lô gia

nhằm đảm bảo an toàn tính mạng cho trẻ em.

1. Dẫn nhập

Trong các công trình chung cƣ cao tầng, ban công và lô gia là những không gian phụ trợ

trong căn hộ. Ban công và lô gia đều là những không gian thoáng nằm ở mặt ngoài ngôi nhà.

Tuy là diện tích phụ nhƣng ban công, lô gia lại đảm nhận nhiều vai trò và chức năng khác

nhau:

– Sử dụng để làm nơi nghỉ ngơi hóng mát, ngắm cảnh hoặc phơi đồ. Tuy nhiên, hiện

nay, ban công và lô gia có thể đƣợc cải tạo thành nhiều không gian sử dụng đẹp và đầy ấn

tƣợng.

– Là những không gian đƣợc thiết kế cho các công trình nhà cao tầng, nhà chung cƣ. Vì

tiếp xúc gần nhất với thiên nhiên nhƣ nắng, gió, không khí nên ban công và lô gia có nhiều

mục đích sử dụng giống nhau để tăng công năng cho gia đình khá hiệu quả nhƣ là thiết kế

thành góc thƣ giãn, trồng rau, sân phơi, góc học tập, làm không gian ăn uống, quầy bar,…

– Giúp tạo hình kiến trúc cho công trình, tạo điểm nhấn và tránh sự nhàm chán đơn điệu

của chung cƣ cao tầng.

– Là nơi để giải quyết phần nào cho việc thoát ngƣời và giải cứu ngƣời trong tai nạn

cháy chung cƣ cao tầng.

Tuy có nhiều vai trò và chức năng trong chung cƣ cao tầng, nhƣng trải qua thực tế sử

dụng, tại khu vực ban công, lô gia đã xảy ra những sự cố đáng tiếc đe dọa đến tính mạng của

trẻ em, xuất phát từ giải pháp thiết kế, xây dựng ban công, lô gia và vấn đề nghiêm trọng nhất

là lan can, một vấn đề đơn giản nhƣng lại là khu vực gây thảm kịch nghiêm trọng trong các vụ

việc trẻ em bị rơi, ngã từ tầng cao chung cƣ cao tầng qua các ban công, lô gia.

93

Hình 1. Các thiết kế ban công, lô gia có chi tiết bàn ghế, vật dụng được sắp xếp dễ tạo điều

kiện cho trẻ em leo tr o, gây nguy cơ dẫn đến việc rơi, ngã của trẻ từ trên cao (Công ty cổ

phần Morehome,2021)

2. Nguyên nhân tai nạn, thực tế lan can tại các công trình có sự cố và quy

chuẩn hiện hành thiết kế lan can ban công, lô gia

2.1. Các nguyên nhân ảnh hưởng đến tai nạn và trách nhiệm của các bên liên quan

Qua các vụ tai nạn rơi, ngã từ ban công, lô gia, cửa sổ chung cƣ cao tầng, đặc biệt là đối

với trẻ em thƣờng do một hoặc nhiều nguyên nhân khác nhau:

– Do ý thức sinh hoạt và tâm lý của ngƣời dân. Bên cạnh việc xác định nguyên nhân chủ

yếu gây mất an toàn cho trẻ thì sự chăm sóc và quan tâm của các bậc làm cha và mẹ cũng là

điều cần nhắc đến. “Nhiều nghiên cứu khoa học tâm lý tại các quốc gia trên thế giới cho thấy,

ngƣời sử dụng, đặc biệt là trẻ em khi trong tình trạng nghịch ngợm hoặc hoảng loạn (nhất là

khi để bị nhốt một mình trong căn hộ) thƣờng có diễn biến tâm lý rất phức tạp bất thƣờng, sẽ

nhanh chóng dẫn đến manh động và mất kiểm soát lý trí, dẫn đến các tai nạn rơi ngã từ cửa

sổ, ban công, lô gia chung cƣ cao tầng” Đặng Tiên Phong và Phạm Hoàng Phƣơng, 2021).

– Các giải pháp thiết kế và thi công ban công, lô gia chƣa đảm bảo yêu cầu. Vấn đề này

cũng cần nghiên cứu kỹ để đƣa ra đƣợc các giải pháp khắc phục.

Các yếu tố kỹ thuật ảnh hƣởng đến an toàn cho chung cƣ cao tầng liên quan đến nhiều

bên trong quá trình thiết kế, cấp phép và thi công xây dựng công trình.

Trách nhiệm của các bên liên quan:

– Cơ quan quản lý nhà nƣớc về các vấn đề xây dựng: 1) Các quy chuẩn, tiêu chuẩn,

thông tƣ, nghị định áp dụng trong thiết kế hồ sơ; 2) Thẩm tra, thẩm định hồ sơ thiết kế công

trình theo từng bƣớc; 3) Nghiệm thu chất lƣợng công trình trƣớc khu đƣa vào sử dụng và cấp

giấy chứng nhận an toàn đảm bảo chất lƣợng trƣớc khi đƣa vào sử dụng.

– Chủ đầu tƣ là cá nhân hoặc tổ chức luôn là ngƣời có trách nhiệm lớn nhất. Theo đó,

họ sẽ phải chịu hoàn toàn trách nhiệm trƣớc pháp luật về việc đảm bảo chất lƣợng và tiến độ

thi công. Đồng thời, báo cáo mọi chi phí về vốn đầu tƣ theo quy định của pháp luật. Có quyền

quyết định và thực hiện thuê các bên đối tác, nhân công để hoàn thiện từng khâu trong chu

trình xây dựng dự án. Ngoài việc theo dõi tiến độ thi công, chủ đầu tƣ còn có thể yêu cầu đơn

94

vị nhà thầu dừng thi công và khắc phục ngay hậu quả khi có vi phạm xảy ra. Chẳng hạn nhƣ

sai phạm về tiêu chuẩn chất lƣợng công trình, an toàn lao động hay vệ sinh môi trƣờng.

– Đơn vị tƣ vấn thiết kế là tổ chức chịu trách nhiệm về chất lƣợng hồ sơ thiết kế công

trình chung cƣ cao tầng, trong đó có việc đảm bảo tuân thủ và áp dụng đúng các Quy chuẩn

và Tiêu chuẩn của nhà nƣớc.

– Đơn vị thi công là cá nhân hoặc tổ chức chịu trách nhiệm chính khi thi công hoàn

thành công trình phải tuân thủ xây dựng đúng các nội dung trong hồ sơ thiết kế

– Đơn vị tƣ vấn giám sát xây dựng là cá nhân hoặc tổ chức chịu chịu trách nhiệm về

giám sát quá trình thi công hoàn thành công trình xây dựng có đúng với hồ sơ thiết kế và các

quy định về chất lƣợng hay không.

2.2. Thực tế lan can ban công, lô gia tại các chung cư cao tầng

Tòa nhà 60B Nguyễn Huy Tưởng, Thanh Xuân, Hà Nội

Ngày 28/02/2021, bé gái 3 tuổi đƣợc cứu sống một cách hy hữu khi trèo ra ngoài, bám cheo

leo và rơi từ tầng 12 chung cƣ số 60B Nguyễn Huy Tƣởng (quận Thanh Xuân, Hà Nội). Chiều

cao lan can 1,5 m nhƣng gia đình đã lắp tấm lƣới bảo vệ (rào sắt) cao khoảng 1,5m ở lan can.

Hình 2. Hình ảnh em bé tr o qua lan can (Báo Vietnamnet.vn, 2021)

Chung cư Phú Hòa, Thủ Dầu Một, Bình Dương

Thiết kế lan can của chung cƣ Phú Hòa kết hợp tƣờng và các thanh sắt dọc. Chiều cao

lan can sắt cao 1,4m.

Hình 3. Chung cư Phú Hòa (Công ty

Cổ phần Xây dựng Tư vấn Đầu tư

Bình Dương – Biconsi, 2021)

95

Chung cư Bcons, Đông Hòa, Dĩ An, Bình Dương

Thiết kế lan can của chung cƣ Bcons sử dụng các thanh sắt dọc có khoảng cách 100mm.

Chiều cao lan can sắt và gờ bê tông cao 1,4m

Hình 4. Lan can Chung cư Bcons (Tác giả)

Hiện nay, các công trình xây dựng đều tuân thủ theo Quy chuẩn QCXDVN

05:2008/BXD về Nhà ở và công trình công cộng - An toàn sinh mạng và sức khỏe, các công

trình không tuân thủ theo quy chuẩn chắc chắn sẽ không đƣợc các đơn vị giám sát, cũng nhƣ

chủ đầu tƣ nghiệm thu.

2.3. Quy chuẩn thiết kế lan can ban công, lô gia

Để đảm bảo an toàn cho ngƣời sử dụng nhà ở trong đó có nhà chung cƣ cao tầng, Bộ

Xây dựng đã ban hành các quy chuẩn và tiêu chuẩn Quốc gia nhƣ sau:

– Quy chuẩn Kỹ thuật Quốc gia QCVN 04:2019/BXD về Nhà chung cƣ do Bộ Xây

dựng ban hành. Tại khoản 2.2.12 quy định: “Rào, lan can ban công và lô gia, bao gồm cả

chiều cao từ sàn đến mặt dƣới lỗ cửa/bậu cửa sổ trong nhà chung cƣ, nhà chung cƣ hỗn hợp

không đƣợc nhỏ hơn 1,4 m. Các vị trí khác tuân thủ QCXDVN 05:2008/BXD”.

– Quy chuẩn Xây dựng Việt Nam QCXDVN 05:2008/BXD về Nhà ở và công trình

công cộng - An toàn sinh mạng và sức khỏe. Theo khoản 3.4.1.7 thì lan can cầu thang phải

tuân thủ các điều kiện sau:

+ Vế thang, chiếu tới, chiếu nghỉ phải có lan can bảo vệ ở các cạnh hở.

+ Đối với công trình có trẻ em dƣới 5 tuổi lui tới, lan can cần đảm bảo các yêu cầu sau:

* Khe hở của lan can không đút lọt quả cầu có đƣờng kính 100mm;

* Không có cấu tạo để trẻ em dễ trèo qua lan can.

+ Chiều cao tối thiểu của lan can đƣợc quy định ở Bảng 1.

Bảng 1. Chiều cao tối thiểu của lan can (Bảng 3.2 QCXDVN 05:2008/BXD)

Công trình Vị trí Chiều c o tối thiểu (mm)

Ở, cơ quan, trƣờng học, công

sở và các công trình công

cộng

Lô-gia và sân thƣợng ở các vị trí cao từ 9

tầng trở lên.

1400

Vế thang, đƣờng dốc 900

Các vị trí khác 1100

Nơi tập trung đông ngƣời 530mm trƣớc ghế ngồi cố định 800

Vế thang, đƣờng dốc 900

Các vị trí khác 1100

96

– Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN 4319:2012 về Nhà và công trình công cộng – Nguyên tắc

cơ bản để thiết kế. Theo khoản 6.4.3 thì: ở tất cả nơi có tiếp giáp với bên ngoài nhƣ ban công,

hành lang ngoài, hành lang bên trong, giếng trời bên trong, mái có ngƣời lên, cầu thang ngoài

nhà….) phải bố trí lan can bảo vệ và đảm bảo các yêu cầu sau:

+ Lan can phải làm bằng vật liệu kiên cố, vững chắc, chịu đƣợc tải trọng ngang, đƣợc

tính toán theo quy định trong TCVN 2737;

+ Chiều cao lan can không nhỏ hơn 1,1m tính từ mặt sàn hoàn thiện đến phía trên tay vịn;

+ Trong khoảng cách 0,1 m tính từ mặt nhà hoặc mặt sàn của lan can không đƣợc để hở;

+ Khoảng cách thông thủy giữa các thanh đứng không lớn hơn 0,1 m.

1400

a) b)

1400

100

Hình 5. Quy chuẩn lan can – a) Mặt cắt; b) Mặt đứng (Tác giả)

>100

1400

a)

100

h<1400

1400

b)

h<1400

100

Hình 6. Thực tế bố trí lan can – a) Có gờ; b) Có các thanh ngang (Tác giả)

3. Giải pháp thiết kế lan can ban công, lô gia

3.1. Giải pháp lắp lưới bảo vệ

Việc lắp các lƣới bảo vệ là cần thiết khi không có các biện pháp an toàn khác để ngăn

chặn triệt để trẻ nhỏ leo, trèo lên lan can. Giải pháp lắp lƣới bảo vệ đƣợc thiết kế, lắp đặt đồng

bộ trong quá trình xây dựng để đảm bảo cả yêu cầu kỹ thuật và mỹ thuật cho từng căn hộ

cũng nhƣ toàn công trình. Với công nghệ nhƣ hiện nay, các lƣới an toàn đƣợc thiết kế thoáng

mát và có tính thẩm mỹ cao, dễ dàng dỡ bỏ và bấm cắt khi có sự cố nhƣ cháy nổ. Thực chất,

lƣới an toàn là một hệ khung căng dây cáp song song với khoảng cách nhỏ, khoảng từ 5 đến

15cm, không chui lọt đầu. Về cấu tạo, hệ khung gồm hai thanh nhôm cứng đƣợc định vị trên

và dƣới. Các thanh nhôm này có lỗ đục sẵn theo khoảng cách định trƣớc và cáp đƣợc luồn

97

liên hoàn qua các lỗ đó thành mặt lƣới. Sợi cáp có lõi là inox đƣợc bọc nhựa HDPE hoặc PE

chống ăn mòn, rất bền và có khả năng chịu lực tốt.

Nhƣ cái tên, lƣới an toàn ở các vị trí ban công, lô gia hay cửa sổ sẽ ngăn ngƣời (và cả

thú cƣng) ngã hay leo trèo ra phía ngoài. Bên cạnh đó, nó có tác dụng cản quần áo phơi hay

các vật khác nhƣ chậu cây cảnh, lồng chim bay ra hoặc rơi xuống bên dƣới. Trong trƣờng hợp

cần cứu hộ, cứu nạn từ bên ngoài, hệ lƣới này dễ dàng bị vô hiệu hóa bằng những dụng cụ

đơn giản nhƣ kìm cắt. Nó cũng không bị xuống cấp theo thời gian nhƣ sắt.

Hình 7. Giải pháp lắp lưới bảo vệ (Báo Vnexpress.net, 2021)

3.2 Giải pháp lắp kính cường lực

Giúp tạo không gian mở với thế giới xung quanh, việc vệ sinh trở nên dễ dàng hơn.

Không bị tác động bởi yếu tố thời tiết.

Phù hợp với không gian và diện tích nhỏ. Với những căn hộ có diện tích nhỏ, khoảng

sân nhỏ, lan can ngoài trời bằng kính cƣờng lực sẽ rất phù hợp. Đảm bảo tránh đƣợc việc leo,

trèo của trẻ vào lan can. Sự an toàn của lan can kính luôn đƣợc đặt lên hàng đầu nhƣng tính

thẩm mỹ của sản phẩm vẫn đƣợc chú trọng nhiều.

Kính cƣờng lực cũng có nguy cơ vỡ nổ nhƣng tỷ lệ này rất thấp. Lan can kính tuy trong

suốt, nhẹ nhàng, mở rộng tầm nhìn nhƣng giá thành cao và vẫn cản trở lƣu thông gió.

Hình 8. Giải pháp lắp kính cường lực (Công ty cổ phần Decox, 2021)

98

3.3. Giải pháp sử dụng thanh đứng lan can có tiết diện to

Giải pháp sử dụng các thanh đứng lan can khu vực ban công:

– Thanh đứng có tiết diện tròn đƣờng kính từ 60mm trở lên.

– Thanh đứng có tiết diện vuông từ 60x60mm trở lên.

Sử dụng các thanh đứng lan can có tiết diện lớn vừa đảm bảo trẻ em không thể leo trèo

qua lan can khu vực ban công và lô gia, vừa đảm bảo lấy sáng và lấy gió cho khu vực trong

phòng và đảm bảo thông thoáng khi cần cứu hộ cứu nạn từ bên ngoài.

Hình 9.1. Giải pháp lắp lan can sắt có thanh chống tiết diện lớn (Tác giả)

Hình 9.2. Giải pháp lắp lan can sắt có thanh chống tiết diện lớn (Tác giả)

4. Kiến nghị

Lan can khu vực ban công, lô gia và cửa sổ là một chi tiết nhỏ trong công trình nhƣng

lại đóng vai trò cực kỳ quan trọng trong vấn đề an toàn sinh mạng, nhất là đối với trẻ em. Do

đó rất cần các cơ quan, ban ngành xem xét, nghiên cứu một cách khoa học khi thiết kế, xây

dựng lan can trong chung cƣ cao tầng để đảm bảo yếu tố an toàn của trẻ nhỏ.

99

Trong QCXDVN 05:2008/BXD đã quy định rất rõ về chiều cao tối thiểu của lan can là

1,4m. Tuy nhiên, để đảm bảo an toàn nên áp dụng chiều cao tối thiểu của lan can là 1,4m bắt

đầu từ tầng 2 trở lên. Bởi với độ cao từ tầng 2 cũng đủ gây nguy hiểm, chứ không nên chỉ tính

từ tầng 9 trở lên mới áp dụng chiều cao tối thiểu của lan can là 1,4m.

Bên cạnh đó, việc tuyên truyền và nâng cao nhận thức của ngƣời sử dụng cũng rất quan

trọng, để đảm bảo phòng, chống và hạn chế các nguy cơ gây mất an toàn cho trẻ nhỏ. Các ban

công, lô gia cần đƣợc sắp xếp thông thoáng và không tạo điều kiện cho trẻ leo trèo ở ban

công, lô gia. Đề nghị các cơ quan Nhà nƣớc rà soát các tiêu chuẩn, quy chuẩn có liên quan và

ban hành các tài liệu hƣớng dẫn sử dụng nhà chung cƣ, cao tầng. Đặc biệt, cần nêu rõ công

năng, các lƣu ý, khuyến cáo khi sử dụng các hạng mục trong nhà chung cƣ nhƣ ban công, lô

gia, cửa sổ…

Hình 10. Đảm bảo an toàn cho trẻ em khi sống ở nhà cao tầng (Tác giả)

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Báo Vietnamnet.vn (2021), Ngƣời dân chung cƣ 60B Nguyễn Huy Tƣởng ca ngợi kỳ tích cứu

cháu bé của anh Nguyễn Ngọc Mạn, Truy cập ngày 21/04/2021, https://vietnamnet.vn/vn/thoi-

su/nguoi-dan-chung-cu-60b-nguyen-huy-tuong-ca-ngoi-ky-tich-cuu-chau-be-cua-anh-nguyen-

ngoc-manh-716252.html

2. Báo Vnexpress.net 2021), Ƣu nhƣợc điểm của lƣới an toàn ở chung cƣ, Truy cập ngày

22/04/2021, https://vnexpress.net/uu-nhuoc-diem-cua-luoi-an-toan-o-chung-cu-4241763.html.

3. Bộ Xây dựng (2008), Quy chuẩn Xây dựng Việt Nam - Nhà ở và công trình công cộng – an toàn

sinh mạng và sức khỏe, Quy chuẩn số 05:2008/BXD ngày 06/06/2008.

4. Bộ Xây dựng (2012), Tiêu chuẩn về Nhà và công trình công cộng – Nguyên tắc cơ bản để thiết

kế, TCVN 4319:2012.

5. Bộ Xây dựng (2019), Quy chuẩn Kỹ thuật quốc gia về Nhà chung cƣ, Quy chuẩn số

04:2019/BXD ngày 31/12/2019.

100

6. Công ty Cổ phần Decox (2021), 60+ mẫu thiết kế ban công đẹp, mới lạ và cực kỳ dễ thực hiện,

Truy cập ngày 22/04/2021, https://decoxdesign.com/mau-thiet-ke-ban-cong.html.

7. Công ty Cổ phần Morehome (2021), Những ý tƣởng thiết kế ban công chung cƣ đẹp hút hồn đón

tết, Truy cập ngày 21/04/2021, https://thietkenoithat.com/tin-tuc/articleid/18964/thiet-ke-ban-

cong-chung-cu

8. Công ty Cổ phần Xây dựng Tƣ vấn Đầu tƣ Bình Dƣơng – Biconsi (2021), Chung cư nhà ở xã hội

Phú Hòa, Truy cập ngày 21/04/2021 http://www.biconsi.com.vn/du-an/thanh-pho-thu-dau-

mot/chung-cu-nha-o-xa-hoi-phu-hoa

9. Đặng Tiên Phong và Phạm Hoàng Phƣơng 2021), Cần hoàn thiện hệ thống quy chuẩn - tiêu

chuẩn xây dựng, Tạp chí Xây dựng, 3, trang 16-19.

10. Nguyễn Huy Khanh (2021), Chiều cao tối thiểu của lan can chung cƣ cao tầng, Tạp chí Xây dựng,

3, trang 20-22.

101

MỘT SỐ GIÂI PHÁP MÓNG CHO CÔNG TRÌNH GỖ

Trần Minh Phụng1, Lê Minh Quang

1

1. Trường Đại học Thủ Dầu Một.

Tóm tắt

Trong bài báo này chúng tôi muốn trình bày một số đặc điểm, cấu tạo, cách lắp dựng,

và phân tích tính khả dụng của một số loại móng cho công trình gỗ như: móng bê tông

kết hợp với vỏ xe, móng bê tông hình khối có rãnh đúc sẵn, móng bê tông hình khối đúc

sẵn có tăng đơ thép, móng bê tông hình chuông trụ đúc sẵn, móng thép cọc vít, móng

thép cọc xiên chéo,.. Đây là các loại móng có cấu tạo đơn giản, thi công nhanh, lắp

ghép thuận tiện cho những công trình gỗ và có thể thu hồi lại khi cần di chuyển công

trình sang vị trí khác.

1. Giới thiệu

Gỗ là loại vật liệu xây dựng tự nhiên, phổ biến, có ở mọi vùng miền nên kết cấu gỗ

thƣờng đƣợc sử dụng để thi công nhà ở từ bao lâu nay. Hiện nay, với sự phát triển của vật liệu

xây dựng, cùng với sự khan hiếm gỗ, ở các thành phố lớn gỗ ít đƣợc sử dụng làm các kết cấu

chịu lực cho công trình nữa mà hầu hết đƣợc sử dụng cho các công trình đặc biệt. Tuy nhiên,

ở vùng sâu, vùng xa việc thi công gỗ trong các kết cấu nhà cửa vẫn phổ biến.

Trƣớc đây, kết cấu móng cho công trình gỗ có cấu tạo và thi công cũng rất phức tạp và

tốn kém. Để làm đƣợc nó ngƣời ta phải đào hố móng, khép ván khuôn cốt thép, đổ bê tông,..

Tuy nhiên, ngày nay việc áp dụng công nghệ vật liệu, tận dụng phế thải công nghiệp và giải

pháp lắp ghép đã làm cho kết cấu phần móng trở nên đơn giản, tiết kiệm chi phí và thời gian

thi công, đồng thời có thể thu hồi lại phần móng khi không dùng nữa hoặc muốn chuyển công

trình sang vị trí khác. Phần sau trình bày một số giải pháp móng công trình gỗ.

2. Các loại móng bằng kết cấu bê tông

2.1. Móng bê tông kết hợp với vỏ xe

Tận dụng vỏ xe ôtô cũ bố trí 01 lƣới cốt thép 6mm bên trong lòng vỏ xe, đổ bê tông

M150-M250. Trong quá trình đổ bê tông bố trí thêm một đai thép hình chữ U có tạo lỗ để sau

này liên kết với cột gỗ hoặc đà ngang hoặc đà dọc. Sau khi bảo dƣỡng bê tông đạt 70% cƣờng

độ là dùng đƣợc.

Sau khi chuẩn bị xong mặt bằng công trình, tiến hành định vị vị trí móng, cân chỉnh cao

độ, vận chuyển các móng bê tông kết hợp với vỏ xe đã chuẩn bị trƣớc đến vị trí định vị rồi

cân chỉnh lại cao độ tổng quát. Tiến hành liên kết cột gỗ hoặc đà ngang, đà dọc vào đai thép

hình chữ U, dùng đinh vít liên kết lại. Sau đó lắp dựng kết cấu phần trên của công trình.

102

Nếu sau này không dùng nữa hoặc chuyển công trình sang vị trí khác ta có thể thu hồi

phần móng lại.

Hình 1. Chuẩn bị mặt bằng móng Hình 2. Vỏ xe được bố trí cốt thép

Hình 3. Khối móng bê tông kết hợp vỏ xe Hình 4. Khối móng bê tông kết hợp vỏ xe

Hình 5. Khối móng bê tông kết hợp vỏ

xe lắp trực tiếp trên cột gỗ

Hình 6. Khối móng bê tông kết hợp vỏ xe kê

trên đà dọc, đà ngang

2.2. Móng bê tông hình khối có rãnh đúc sẵn

Đúc các khối móng bê tông M150-M250 hình khối chóp cụt phần trên có tạo các rãnh

kích thƣớc nhƣ hình. Sau khi bảo dƣỡng bê tông đạt 70% cƣờng độ là dùng đƣợc.

103

Hình 7. Hình phối cảnh móng bê tông hình khối có rãnh đúc sẵn sau khi lắp dựng

Hình 8. Móng bê tông hình khối có

rãnh đúc sẵn lắp trên đà dọc, ngang

Hình 9. Móng bê tông hình khối có rãnh

đúc sẵn lắp trên cột

Hình 10. Móng bê tông hình khối có rãnh đúc sẵn

tập kết tại bãi

Hình 11. Kích thước móng bê

tông hình khối có rãnh đúc sẵn

Sau khi chuẩn bị xong mặt bằng công trình, tiến hành định vị vị trí móng, cân chỉnh cao

độ, vận chuyển các móng bê tông hình khối chóp cụt đã chuẩn bị trƣớc đến vị trí định vị. Sau

đó cân chỉnh cao độ tổng quát lại. Tiến hành lắp đà ngang, đà dọc vào các rãnh của móng. Đối

với những móng ở vị trí có cao độ quá thấp không thể san phẳng mặt bằng thì ta đặt cột gỗ

vào hốc của móng nhƣ hình 8 rồi từ đó liên kết với hệ đà ngang, đà dọc. Hệ thống đà dọc và

đà ngang liên kết tạo thành hệ ma trận rất ổn định. Nếu sau này không dùng nữa hoặc chuyển

công trình sang vị trí khác ta có thể thu hồi phần móng lại.

104

2.3. Móng bê tông hình khối đúc sẵn có tăng đơ thép

Đúc các khối móng bê tông M150-M250 hình khối chóp cụt phần trên có tạo lỗ rỗng

32mm để thả tăng đơ thép vào để điều chỉnh cao độ.

Sau khi chuẩn bị xong mặt bằng công trình, tiến hành định vị vị trí móng, cân chỉnh cao

độ, vận chuyển các móng bê tông hình khối chóp cụt đã chuẩn bị trƣớc đến vị trí định vị rồi

cân chỉnh cao độ thông qua hệ tăng đơ thép. Tiến hành lắp đà ngang, đà dọc vào các rãnh của

móng.

Nếu sau này không dùng nữa hoặc chuyển công trình sang vị trí khác ta có thể thu hồi

phần móng lại.

Hình 12. Móng bê tông hình khối có tăng

đơ thép

Hình 13. Bố trí móng bê tông hình khối có

hình có tăng đơ thép

Hình 14. Lắp đà ngang trên móng bê tông

hình khối có tăng đơ thép

2.4. Móng bê tông hình chuông trụ đúc sẵn

Đúc các phần khối móng bê tông M150-M250 hình khối trụ tròn có tạo lỗ 20mm ở

giữa khối, mỗi phần khối có chiều cao từ 25cm-35cm. Khối đáy có 40cm-50cm, khối thân có

20cm-25cm. Bảo dƣỡng bê tông đạt cƣờng độ ≥70% là dùng đƣợc.

105

Hình 15. Mô hình móng bê tông hình

chuông trụ đúc sẵn

Hình 16. Cấu tạo móng bê tông hình

chuông trụ đúc sẵn lắp ghép

Hình 17. Cấu tạo mối liên kết giữa móng bê tông hình chuông trụ với cột gỗ

Sau khi chuẩn bị xong mặt bằng công trình, tiến hành định vị vị trí móng. Tiến hành đào

móng đến độ sâu thiết kế, xử lý đáy móng, cân chỉnh cao độ, vận chuyển các phần khối móng

bê tông hình khối trụ đã chuẩn bị trƣớc đến vị trí định vị. Sau đó đặt thanh sắt 12mm-

18mm vào tim đáy móng rồi lắp các phần khối móng. Tiến hành lắp đà ngang, đà dọc trên

đỉnh móng liên kết thông qua đai thép hình chữ U.

3. Các loại móng kết cấu bằng thép

3.1. Móng thép cọc vít

Gia công bệ móng bằng thép tấm có kích thƣớc hình vuông cạnh 25×25)cm hay

(30×30)cm, chiều dày thép từ 1mm-2mm, có tạo lỗ ở tâm 22mm-30mm. Bên trên gia công

đai thép hình chữ U, cọc vít đƣợc gia công bằng thép ống có đƣờng kính 21mm-27mm,

phần mũi đƣợc vạt nhọn, thân đƣợc tạo vít.

106

Hình 18. Cấu tạo móng thép cọc vít

Hình 19. Thi công móng thép cọc vít

Hình 20. Các hình thức liên kết cột gỗ với móng thép cọc vít

Sau khi chuẩn bị xong mặt bằng công trình, tiến hành định vị vị trí móng, cân chỉnh cao

độ, vận chuyển các thành phần móng cọc vít đã chuẩn bị trƣớc đến vị trí định vị. Dùng cờ lê

lực hoặc súng bắn hơi để hạ cọc vít vào lòng đất. Tiến hành lắp đà ngang, đà dọc, thân cột vào

đai thép hình chữ U. Nếu sau này không dùng nữa hoặc chuyển công trình sang vị trí khác ta

có thể thu hồi phần móng lại.

107

3.2. Móng thép cọc xiên chéo

Để chế tạo phần đài móng thép tấm ta dùng thép có chiều dày 1,5~3 mm) đƣợc dập tạo

gân hoặc thêm sƣờn tăng cƣờng, dùng mối hàn để liên kết các ống thép định hƣớng.

Đối với ống thép. Do ống thép đƣợc đóng vào trong đất nên chịu sự ảnh hƣởng của oxy

hóa. Theo thời gian ống thép sẽ bị ăn mòn và phá hoại, để khắc phục nhƣợc điểm đó ta nên sử

dụng ống thép đƣợc mạ kẽm, crôm. Khi đó tuổi thọ của ống thép đƣợc tăng lên đồng nghĩa

với tuổi thọ của công trình cũng đƣợc tăng lên.

Trên thị trƣờng hiện nay ống thép mạ kẽm đƣợc phân phối bởi nhiều công ty trong cả

nƣớc. Ống thép đƣợc sản xuất từ thép cƣờng độ cao 350-450 Mpa), ống thép mạ kẽm có

nhiều quy cách, đƣờng kính từ D21, 27, 34, 42, 49, 60, 76, 90, 114, 168, 219 và nhiều size,

kích cỡ khác, với chiều dày từ 0.9mm đến 5mm. Nếu sau này không dùng nữa hoặc chuyển

công trình sang vị trí khác ta có thể thu hồi phần móng lại.

Hình 21. Cấu tạo móng thép cọc xiên chéo

Hình 22. Thi công móng thép cọc xiên chéo Hình 23. Liên kết trụ với móng thép cọc

xiên chéo

4. Kết luận

4.1. Khả năng áp dụng

Các loại móng bê tông kết hợp với vỏ xe, móng bê tông hình khối có rãnh đúc sẵn,

móng bê tông hình khối đúc sẵn có tăng đơ thép thích hợp cho các công trình có tải trọng nhỏ

nhƣ nhà gỗ một tầng, ở khu vực có điều kiện địa chất nhƣ vùng Đông Nam Bộ.

108

Các loại móng bê tông hình chuông trụ đúc sẵn, móng thép cọc vít, móng thép cọc

xiên chéo ngoài chịu tải trọng thẳng đứng còn chịu đƣợc tải trọng ngang. Do đó thích hợp cho

các công trình nhà gỗ từ một tầng đến hai tầng, ở khu vực có điều kiện địa chất nhƣ vùng

Đông Nam Bộ.

Triển khai đƣợc ngay so với trình độ kỹ thuật và thị trƣờng vật tƣ trong nƣớc hiện

nay.

Có khả năng áp dụng đại trà.

4.2. Hiệu quả

Đây là giải pháp móng hợp lý cho các công trình tải trọng nhỏ nhƣ nhà gỗ.

Thời gian thi công loại móng này rất nhanh, khoảng từ 5-15 phút là hoàn thành 1

móng. Điều này rất hữu ích khi giá nhân công xây dựng ngày càng cao.

Sức chịu tải phù hợp cho công trình nhà gỗ.

Một điều thú vị nữa là việc thi công rất đơn giản.

Giá thành các loại móng này không cao.

Dễ dàng thu hồi vật liệu làm móng lại nếu không dùng nữa hoặc di chuyển đến vị

trí khác. Hợp với xu thế phát triển bền vững trong xây dựng.

TÀI LIỆU THAM HÂO

1. Bộ Xây dựng 2014), Tiêu chuẩn thiết kế móng cọc, TCVN 10304:2014.

2. Châu Ngọc Ẩn 2010), Nền móng, NXB Đại học Quốc gia TP Hồ chí Minh.

3. Lê Mục Đích 2011), Sổ tay công trình sư, NXB Xây Dựng.

4. Phan Hồng Quân 2008), Nền và móng , NXB Giáo Dục

5. Vƣơng Hách 2011), Sổ tay xử lý sự cố công trình, NXB Xây Dựng.

109

NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG MÔ HÌNH THÔNG TIN (BIM)

TRONG QUÂN LÝ THI CÔNG DỰ ÁN CÆU Đ ỜNG –

HÄ TÆNG TÄI VIỆT NAM

Trần Văn Thắng1, Nguyễn Tuấn Dũng

2, Nguyễn Quang Phúc

3,

Lê Văn Phúc3, Trần Hữu Bằng

4

1. Công ty TNHH Tư vấn Thiết kế Xây dựng – Giao thông Đại Hùng,

2. Công ty Cổ phần Tư vấn Thiết kế Giao thông Vận tải phía Nam (Tedisouth),

3. Trường Đại học Giao thông Vận tải, 4. Trường Đại học Thủ Dầu Một.

Tóm tắt

Mô hình thông tin công trình (Building Information Modeling, viết tắt là BIM) trong

ngành xây dựng được chính phủ các nước rất quan tâm. Việt Nam là một trong số nước

đang triển khai thí điểm công nghệ BIM vào các dự án xây dựng, giao thông, hạ tầng.

Gần đây, một số nội dung liên quan đến BIM đã được đề cập trong các văn bản tại Việt

Nam. Bài báo sẽ trình bày quy trình áp dụng BIM của hãng Autodesk trong quản lý thi

công dự án các công trình cầu đường và hạ tầng tại Việt Nam.

1. Đặt vấn đề

Mô hình thông tin xây dựng Building Information Modeling (BIM) ngày càng trở nên

quan trọng đối với ngành xây dựng Việt Nam, đặc biệt là sau khi Đề án áp dụng Mô hình

thông tin công trình (BIM) trong hoạt động xây dựng và quản lý vận hành công trình đƣợc

Thủ tƣớng Chính phủ phê duyệt tại Quyết định số 2500/QĐ-TTg ngày 22/12/2016 cũng nhƣ

Nghị định số 15/2021/NĐ-CP về việc Quy định chi tiết một số nội dung về quản lý dự án đầu

tƣ xây dựng và một số văn bản đƣợc phê duyệt liên quan khác.

Việc ứng dụng mô hình thông tin BIM trong thiết kế và quản lý hạ tầng tại Việt Nam là

rất cần thiết không chỉ cho đơn vị tƣ vấn – thi công – giám sát – chủ đầu tƣ, mà cho cả các cơ

quan quản lý nhà nƣớc. Do đó, nội dung bài báo này rất phù hợp với xu thế tiếp cận công

nghệ 4.0 trong quản lý, thi công công trình cầu đƣờng, hạ tầng kỹ thuật.

Xuất phát từ thực trạng hiện nay, các thông tin liên quan hạ tầng đều đƣợc thiết kế và

quản lý, lƣu trữ dƣới dạng hồ sơ giấy gây khó khăn trong quá trình lƣu trữ, cập nhật, sửa đổi

và chia sẻ thông tin. Đồng thời, Việt Nam đang đẩy mạnh triển khai chuyển đổi số hƣớng tới

xây dựng đô thị thông minh. Do đó, thực tiễn đặt ra nhu cầu cần có sự phát triển về mặt ứng

dụng mô hình thông tin BIM trong việc quản lý thi công công trình cầu đƣờng và hạ tầng kỹ

thuật. Đây là hành động hết sức cần thiết và việc sử dụng BIM có những ƣu điểm sau :

– Mô hình hóa thông tin hạng mục công trình cầu đƣờng và hạ tầng kỹ thuật;

– Lập biện pháp thi công, trình tự và tiến độ thi công theo công nghệ BIM trực quan;

– Kiểm soát xung đột, giao cắt tự động trong quá trình thi công;

110

– Tiết kiệm thời gian, chi phí cho chủ đầu tƣ;

– Thuận lợi trong việc lƣu trữ, cập nhật, sửa đổi, kết nối và chia sẻ dữ liệu cho tƣ vấn

thiết kế, nhà thầu, tƣ vấn giám sát và chủ đầu tƣ;

– Tiết kiệm nhân lực, thời gian trong tìm kiếm và truy vấn thông tin liên quan đến cầu

đƣờng và hạ tầng, phục vụ quản lý và vận hành;

– Góp phần xây dựng sản phẩm số, công nghệ số, chính quyền điện tử, đô thị thông

minh.

2. Lợi ích mà BIM m ng lại trong t chức thi công cầu đường, hạ tầng

Trong vài năm qua, BIM đã là chủ đề rất đƣợc quan tâm tại Việt Nam. Có rất nhiều sự

nhầm lẫn về BIM trong xây dựng về cách nó có thể giúp các nhà thầu. Một quan niệm sai lầm

phổ biến là BIM chỉ đơn thuần là một công nghệ hỗ trợ thiết kế 3D. BIM thực sự là một quá

trình tạo và quản lý tất cả thông tin về một dự án, dẫn đến kết quả đầu ra chứa các mô tả kỹ

thuật số cho mọi khía cạnh của dự án vật lý. Xây dựng mô hình thông tin cho phép các dự án

đƣợc xây dựng ảo trƣớc khi chúng đƣợc xây dựng thực tế, loại bỏ nhiều sự kém hiệu quả và

các vấn đề nảy sinh trong quá trình thi công xây dựng.

2.1. Tăng hợp tác và giao tiếp

Các mô hình BIM kỹ thuật số cho phép chia sẻ, cộng tác và lập phiên bản, đây là điều

mà các bộ bản vẽ trên giấy không làm đƣợc. Với các công cụ dựa trên đám mây nhƣ

Autodesk's BIM 360, cộng tác BIM có thể diễn ra liền mạch trên tất cả các lĩnh vực trong dự

án. Hệ sinh thái BIM 360 cho phép các nhóm chia sẻ các mô hình dự án và phối hợp lập kế

hoạch, đảm bảo tất cả các bên liên quan đến thiết kế đều có cái nhìn sâu sắc về dự án. Quyền

truy cập đám mây cũng cho phép các nhóm dự án đƣa văn phòng đến hiện trƣờng. Với các

ứng dụng nhƣ công cụ Autodesk BIM 360, các nhóm có thể xem xét các bản vẽ và mô hình

tại chỗ và trên thiết bị di động của họ, đảm bảo họ có quyền truy cập vào thông tin dự án cập

nhật bất kỳ lúc nào.

2.2. Tính toán chi phí sớm

Nhiều chủ đầu tƣ, nhà thầu, tƣ vấn xây dựng nhận ra rằng việc ƣớc tính sớm hơn trong

giai đoạn lập kế hoạch cho phép ƣớc tính chi phí xây dựng hiệu quả hơn, điều này đã dẫn đến

sự phát triển của công cụ ƣớc tính chi phí dựa trên mô hình (còn gọi là 5D BIM). Việc sử

dụng các công cụ BIM nhƣ utodesk's Revit và BIM 360 Docs sẽ tự động hóa công việc tốn

nhiều thời gian trong việc định lƣợng và áp dụng chi phí, cho phép ngƣời ƣớc tính tập trung

vào các yếu tố có giá trị cao hơn, chẳng hạn nhƣ xác định các cụm xây dựng và rủi ro bao

thanh toán.

2.3. Hình hóa dự án

Bằng cách sử dụng BIM, bạn có thể lập kế hoạch và hình dung toàn bộ dự án trong quá

trình tiền xây dựng, trƣớc khi hoàn thiện công trình. Mô phỏng sử dụng không gian và hình

ảnh hóa 3D cho phép khách hàng trải nghiệm không gian sẽ trông nhƣ thể nào, cung cấp khả

năng thay đổi trƣớc khi bắt đầu xây dựng. Có một cái nhìn tổng quan hơn ngay từ đầu sẽ giảm

thiểu những thay đổi tốn kém và mất thời gian sau này.

111

2.4. Phát hiện sớm và tăng khả năng phối hợp

BIM cho phép bạn điều phối tốt hơn các giao dịch và nhà thầu phụ, phát hiện các xung

đột nội bộ hoặc bên ngoài trƣớc khi bắt đầu xây dựng. Bằng cách tránh xung đột, kỹ sƣ giảm

số lƣợng làm lại cần thiết cho bất kỳ công việc nhất định nào. Với BIM, bạn có cơ hội lập kế

hoạch trƣớc khi xây dựng. Bạn có thể tránh những thay đổi vào phút cuối và các vấn đề không

lƣờng trƣớc đƣợc bằng cách cho phép xem và nhận xét trên nhiều lĩnh vực.

2.5. Tiết kiệm chi phí và giảm rủi ro

Một nghiên cứu của McKinsey cho thấy 75% các công ty đã áp dụng BIM đã báo cáo

lợi nhuận tích cực và các khoản đầu tƣ của họ. Nhƣng BIM có thể giúp bạn tiết kiệm tiền theo

vô số cách nếu bạn biết tận dụng nó. Sự hợp tác chặt chẽ hơn với các nhà thầu có thể dẫn đến

giảm phí bảo hiểm rủi ro đấu thầu, giảm chi phí bảo hiểm, ít biến động tổng thể hơn và ít cơ

hội yêu cầu bồi thƣờng hơn. Tổng quan tốt hơn về dự án trƣớc khi bắt đầu cho phép đúc sẵn

nhiều hơn và giảm lãng phí vật liệu không sử dụng, giảm chỉ phí lao động cho công việc tài

liệu và thông tin sai lệch. Nhiều công ty đang sử dụng BIM và công nghệ xây dựng để giảm

chí phí và giảm thiểu rủi ro.

2.6. Cải thiện chu kỳ dự án

Cùng với việc tiết kiệm chi phí, BIM còn giúp tiết kiệm thời gian bằng cách giảm thời

gian của các chu kỳ dự án và loại bỏ các khoảng lùi tiến độ xây dựng. BIM cho phép thiết kế

và tài liệu đƣợc thực hiện cùng một lúc, và tài liệu có thể dễ dàng thay đổi để thích ứng với

thông tin mới nhƣ điều kiện địa điểm. Các lịch trình có thể đƣợc lập kế hoạch chính xác hơn

và đƣợc truyền đạt chính xác, sự phối hợp đƣợc cải thiện giúp các dự án có nhiều khả năng

đƣợc hoàn thành đúng hạn hoặc sớm hơn.

2.7. Tăng năng suất

Dữ liệu BIM có thể đƣợc sử dụng để tạo ngay bản vẽ sản xuất hoặc cơ sở dữ liệu cho

mục đích sản xuất, cho phép tăng cƣờng sử dụng công nghệ xây dựng module và đúc sẵn.

Bằng cách thiết kế, chí tiết hóa và xây dựng ngoại vi trong một môi trƣờng đƣợc kiểm soát,

bạn có thể giảm thiểu lãng phí, tăng hiệu quả và giảm chỉ phí lao động và vật liệu.

2.8. Tạo nên nền tảng xây dựng an toàn

BIM có thể giúp cải thiện an toàn xây dựng bằng cách xác định các mối nguy hiểm

trƣớc khi chúng trở thành vấn đề và tránh các rủi ro vật lý bằng cách hình dung và lập kế

hoạch hậu cần công trƣờng trƣớc thời hạn. Phân tích rủi ro trực quan và đánh giá an toàn có

thể giúp đảm bảo an toàn trong quá trình thực hiện dự án.

2.9. Nâng cao chất lượng dự án công trình xây dựng giao thông, hạ tầng

Độ tin cậy tăng lên của mô hình phối hợp trực tiếp dẫn đến chất lƣợng công trình cao

hơn. Bằng cách chia sẻ các công cụ BIM chung, các thành viên trong nhóm có kinh nghiệm

hơn sẽ làm việc cùng với các nhà xây dựng trong tất cả các giai đoạn của dự án, giúp kiểm

soát tốt hơn các quyết định kỹ thuật xung quanh việc thực hiện thiết kế. Các cách tối ƣu để

xây dựng một dự án là có thể đƣợc thử nghiệm và lựa chọn sớm trong dự án, các khiếm

khuyết về cấu trúc có thể đƣợc xác định trƣớc khi xây dựng.

112

2.10. Bàn giao công trình với cơ sở dữ liệu hoàn chỉnh

Thông tin trong mô hình cũng cho phép nhìn thấy hoạt động của công trình sau khi kết

thúc xây dựng. Sử dụng phần mềm xây dựng, bản ghi kỹ thuật số liên tục, chính xác về thông

tin công trình có giá trị cho việc quản lý và cải tạo cơ sở vật chất trong toàn bộ vòng đời của

dự án. Dữ liệu có thể đƣợc gửi vào phần mềm bảo trì công trình hiện có để sử dụng sau khi

chúng đƣợc đƣa vào sử dụng. Sử dụng một công cụ nhƣ utodesk's BIM 360 Ops, các nhà

thầu có thể chuyển đổi việc bàn giao công trình bằng cách kết nối dữ liệu BIM đƣợc tạo ra

trong quá trình thiết kế và xây đựng với hoạt động của công trình. Xây dựng mô hình thông

tin đã trở thành một công cụ vô giá với vô số lợi ích cho ngành xây dựng. Các dự án sử dụng

BIM có cơ hội thành công cao hơn và tối đa hóa hiệu quả cho mọi giai đoạn của vòng đời dự

án và hơn thế nữa. Tất cả cho thấy lợi ích lớn khi ứng dụng BIM trong thi công.

3. Đề xuất quy trình áp dụng BIM trong thi công cho dự án, cầu đường hạ

tầng tại Việt Nam

Nhóm tác giả đƣa ra đề xuất xây dựng quy trình ứng dụng giải pháp BIM của utodesk

trong thi công cầu đƣờng, hạ tầng nhƣ sau:

Hiện nay, có rất nhiều bộ phần mềm triển khai BIM trên thế giới nhƣ: Trimble, Benley,

llplan,.. tuy nhiên, tại Việt Nam dƣờng nhƣ quy trình BIM của hãng utodesk chiếm ƣu thế.

Chính vì vậy, để các đơn vị tƣ vấn, nhà thầu, chủ đầu tƣ, đơn vị quản lý dễ dàng, đề xuất quy

trình BIM của hãng utodesk vào thiết kế dự án hạ tầng tại Việt Nam. Dƣới đây là sơ đồ biểu

diễn quy trình BIM của hãng utodesk:

Tùy thuộc vào dự án, yêu cầu của chủ đầu tƣ và các tiêu chuẩn tham khảo thì đơn vị

triển khai BIM có những phƣơng án về tổ chức nhân sự cũng nhƣ máy móc thiết bị phù hợp,

đào tạo nhân sự, bên cạnh đó thống nhất về tổ chức dữ liệu, quy tắc đặt tên, quy trình chuyển

giao công nghệ cho các bên liên quan: chủ đầu tƣ, nhà thầu, cơ quan quản lý.

3.1. Giới thiệu các phần mềm hỗ trợ mô hình BIM trong quy trình

Trong quy trình triển khai BIM của hãng Autodesk, mỗi phần mềm có những mục đích

khác nhau:

– Autodesk Infraworks: thiết kế phƣơng án mô hình thông tin giao thông, hạ tầng ngầm,

cây xanh, chiếu sáng; trình diễn phƣơng án thiết kế.

– Autodesk Civil 3D: thiết kế chi tiết mô hình thông tin giao thông, hạ tầng ngầm, cây

xanh, chiếu sáng; tính toán khối lƣợng và trình bày bản vẽ thiết kế từ bƣớc thiết kế cơ sở đến

bƣớc thiết kế bản vẽ thi công.

AUTODESK

INFRAWORKS360 AUTODESK CIVIL 3D

AUTODESK REVIT AUTODESK NAVISWORKS

AUTODESK BIM 360 DESIGN

113

– Autodesk Revit: xây dựng mô hình thông tin kết cấu hạ tầng ngầm từ tổng thể đến chi tiết,

triển khai bản vẽ chi tiết, tự động xuất khối lƣợng (bê tông, cốt thép, ván khuôn..) từ mô hình.

– utodesk BIM 360 Design: môi trƣờng trao đổi dữ liệu chung; tổng hợp, quản lý dữ

liệu và cộng tác thiết kế của các bên liên quan.

– Autodesk Naviswork: tổng hợp mô hình thành phần, lên trình tự thi công, tiến độ thi

công, chi phí, kiểm tra mô hình, phân tích va chạm, quản lý thông tin mô hình.

4. Các dự án thí điểm BIM trong thi công cầu đường, hạ tầng ở Việt Nam

4.1. Dự án cầu Thủ Thiêm 2

Dự án cầu Thủ Thiêm 2 kết nối trung tâm khu đô thị mới Thủ Thiêm với trung tâm TP

HCM hiện đang đƣợc xây dựng. Hạ tầng gồm: cầu chính, cầu dẫn phía Quận 1 và Quận 2 cũ),

hai cầu nhánh N1, N2, hệ thống kết cấu hạ tầng đƣờng, thoát nƣớc mƣa, nƣớc thải, chiếu

sáng, điện, viễn thông, cấp nƣớc, cây xanh..). Nhịp chính dài 200 mét và tháp cao 111 mét so

với bề mặt nƣớc. Cầu bao gồm 04 làn đƣờng xe cơ giới, 02 làn xe thô sơ và vỉa hè ở hai bên

cầu. Đơn vị tƣ vấn thiết kế và tƣ vấn BIM: Công ty WSP Finland Ltd và Công ty Cổ phần Tƣ

vấn Thiết kế Giao thông Vận tải phía Nam (Tedisouth).

Hình 1. Cầu Thủ Thiêm

Mô hình BIM thí điểm trong giai đoạn thi công cho dự án này: tổ chức thi công mố cầu

M1.

Hình 2. Mô hình mố cầu M1

114

Các tiêu chuẩn, hƣớng dẫn áp dụng BIM cho dự án bao gồm: Bim Guidlines For

Bridges, Common InfraBIM requyrements YIV2015. Tƣ vấn BIM bám theo hƣớng dẫn BIM

của các nƣớc phát triển: Bim Guidlines For Bridges, Common InfraBIM requyrements

YIV2015 của Phần Lan từ thiết lập kế hoạch triển khai BIM BEP) cho đến quy tắc đặt tên

Foder, file, naming code…), phân loại đối tƣợng nhằm thống nhất giữa các đơn vị: tƣ vấn

thiết kế, nhà thầu thi công, chủ đầu tƣ. Chính vì lý do này đã giúp cho quá trình khai thác

BIM cho dự án hiệu quả. Dƣới đây là một ví dụ về thống nhất đặt tên naming code) cho một

mặt cắt ngang đƣờng theo InfraBIM:

Theo InfraBIM, quy tắc đặt tên cho các đối tƣợng điểm, bề mặt, đƣờng thẳng..) của

một mặt cắt đƣờng gồm: chữ số 6 chữ số)_tên đối lƣợng, còn đối với các cấu kiện kết cấu

cầu cũng tƣơng tự, mục đích để quản lý đối tƣợng cũng nhƣ phục vụ quá trình thi công ngoài

hiện trƣờng theo công nghệ BIM, đồng thời giúp chủ đầu tƣ quản lý dễ dàng hơn.

Đối với dự án triển khai thí điểm áp dụng mô hình thông tin xây dựng BIM) cho hạng

mục mố cầu M1 của dự án cầu Thủ Thiêm 2 có rất nhiều lợi ích nhƣ: tăng hiệu quả làm việc

nhóm, phát hiện sai sót và báo cáo cho các bên để kịp thời giải quyết, hạn chế phát sinh khối

lƣợng trong quá trình thi công, kiểm soát tiến độ và có biện pháp thi công trực quan, hợp lý…

Tuy nhiên, chi phí đầu tƣ thiết bị khá cao, cần đội ngũ nhân sự triển khai có kiến thức về BIM.

4.2 Dự án khu đô thị Vàm Cỏ Đông (Waterpoint)

Khu đô thị Vàm Cỏ Đông nằm dọc theo sông Vàm Cỏ Đông, cách trung tâm Thành phố

Hồ Chí Minh khoảng 35km về phía Đông Nam, thuộc địa bàn tỉnh Long An, Việt Nam. Quy

mô dự án: 365ha, đầy đủ hệ thống hạ tầng giao thông đƣờng, thoát nƣớc mƣa, nƣớc thải, cấp

nƣớc, chiếu sáng, điện, viễn thông, cây xanh…).

Đơn vị thiết kế và triển khai mô hình BIM: Công ty Cổ phần Tƣ vấn Thiết kế Giao

thông vận tải phía Nam (Tedisouth).

Các tiêu chuẩn, hƣớng dẫn tham khảo để áp dụng BIM trong dự án: BSI Standards

Publication BS EN 17412-1, BIM Project Execution Planning Guide Version 3.0.

Bƣớc triển khai BIM thí điểm ở giai đoạn thi công: lập biện pháp thi công, tiến độ thi công

phần hạ tầng, cung cấp mô hình BIM theo yêu cầu phục vụ công tác quản lý và vận hành.

Hình 3. Tổng quan dự án Waterpoint

Trƣớc khi dự án triển khai, chủ đầu tƣ cung cấp yêu cầu thông tin mô hình (EIR –

Employer Information Requyrement) về: giới thiệu quy trình BIM, phạm vi công việc các bên

115

liên quan, nội dung model cần mô phỏng và mức độ chi tiết cấu kiện cần thiết, các quy định

khác cần tuân thủ (tọa độ, cao độ, model units..), từ đó, tƣ vấn thiết kế sẽ lập kế hoạch triển

khai BIM (BEP) trình cho chủ đầu tƣ.

Trong dự án này, giải pháp BIM cho giai đoạn thi công hạ tầng mà tƣ vấn thiết kế sử

dụng là quy trình BIM của hãng Autodesk với chuỗi phần mềm BIM: Infraworks – Civil 3D –

Dynamo – Revit – Navisworks – BIM 360. Mức độ chi tiết của cấu kiện hạ tầng cần thiết

Lod of need) đƣợc thể hiện thông qua thông tin hình học và phi hình học nhƣ sau:

Bề mặt hoàn thiện: chỉ cần thể hiện bề mặt, không thể hiện đƣờng đồng mức.

Bề mặt đáy kết cấu áo đường: thể hiện phạm vi lòng đƣờng, bó vỉa, vỉa hè, dải phân

cách, vòng xoay, bãi đỗ xe.

Thoát nước mưa: mô hình đúng kích thƣớc hố ga, hố thăm, hố kỹ thuật, cống, gối, cọc

cừ tràm,...

Các hệ thống hạ tầng khác nhƣ: thoát nƣớc thải, cấp nƣớc, chiếu sáng, viễn thông, cấp

điện, cây xanh.. cũng phải thể hiện rõ mô hình của các kết cấu, phụ tùng, ống luồn cáp, móng

trạm hạ thế, móng tủ điều khiển,...

Đối với các hồ sơ 2D sẽ đƣợc truy suất từ mô hình BIM nhƣ bình đồ trắc dọc giao thông,

nút giao, hạ tầng thoát nƣớc mƣa, nƣớc thải, cấp nƣớc,…) thì tùy vào yêu cầu cung cấp thông

tin từ chủ đầu tƣ, tƣ vấn thiết kế sẽ thiết kế mô hình chi tiết các cấu kiện hạ tầng, triển khai cốt

thép cho các kết cấu từ mô hình BIM nhƣ: hố ga, hố thăm, hố kỹ thuật, móng tủ điện,… nhằm

kiểm soát chất lƣợng bản vẽ cũng nhƣ khối lƣợng bê tông, cốt thép, ván khuôn,…

Có một điều đáng lƣu ý khi áp dụng BIM cho dự án hạ tầng đó là việc xử lý giao cắt

giữa các hệ thống hạ tầng. Trong quá trình triển khai có hơn 200 vị trí giao cắt, nếu nhƣ

chúng ta sử dụng phƣơng pháp thiết kế truyền thống thì rất khó phát hiện và xử lý đồng bộ,

tuy nhiên giải pháp BIM đã giúp giải quyết vấn đề giao cắt trƣớc khi thi công một cách triệt

để với thời gian phát hiện giao cắt trung bình 15 giây/vị trí. Bên cạnh đó, các vấn đề về chất

lƣợng hồ sơ, độ chính xác thông tin đƣợc truy xuất từ mô hình BIM gần nhƣ đƣợc giải quyết

một cách triệt để. Sau đó, các mô hình thông tin BIM đƣợc tích hợp bằng công cụ

Navisworks Manager và đƣa lên BIM 360 Glue để phục vụ quản lý và thi công.

Hình 4. Tổ chức và thi công hạ tầng

116

5. Kết luận

Hiện nay, trên thế giới cũng nhƣ tại Việt Nam việc áp dụng mô hình thông tin

công trình BIM là xu thế tất yếu của ngành xây dựng nói chung và lĩnh vực hạ tầng giao nói

riêng. Chính phủ Việt Nam đang khuyến khích việc áp dụng BIM cho các dự án thí điểm, từ

đó ban hành các hƣớng dẫn, tiêu chuẩn BIM phù hợp với hoàn cảnh của đất nƣớc.

Việc nghiên cứu và áp dụng mô hình thông tin BIM cũng nhƣ quy trình BIM của hãng

Autodesk là phù hợp với bối cảnh lĩnh vực cầu đƣờng, hạ tầng giao thông tại Việt Nam bởi

tính phổ biến của phần mềm, dễ tiếp cận, chi phí bản quyền phù hợp. Tuy nhiên, quá trình áp

dụng cũng gặp khó khăn về yêu cầu thiết bị máy móc, tiêu chuẩn áp dụng, chính sách cơ chế

trong đầu tƣ xây dựng, khung pháp lý áp dụng BIM.

TÀI LIỆU THAM KHÂO

1. Bộ Xây dựng (2021), Công bố hƣớng dẫn chi tiết Mô hình thông tin công trình BIM) đối với

công trình dân dụng và công trình hạ tầng kỹ thuật đô thị, Quyết định số 347/BXD ngày

02/04/2021.

2. Nghị định 15/2021/CP, Quy định chi tiết một số nội dung về quản lý dự án đầu tƣ xây dựng Điều

6: Ứng dụng mô hình thông tin công trình và giải pháp công nghệ số).

3. Tạ Ngọc Bình, Trần Hồng Mai (2018), Khung pháp lý hỗ trợ, thúc đẩy áp dụng BIM trong ngành

xây dựng Việt Nam, Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng - Trƣờng Đại học Xây dựng.

4. Vietnam BIM Network (2019), Sử dụng BIM trong cơ sở hạ tầng, truy cập ngày 26-04,

https://vietnambim.net/bim/bim-co-ban/su-dung-bim-trong-co-so-ha-tang.html

117

NGHIÊN CỨU C ỜNG ĐỘ KHÁNG THÀNH CỦA CỌC KHOAN NHỒI

KHI PHỤT VỮA DỌC THÂN CỌC

Lê Thành Trung1

1. Trường Đại học Thủ Dầu Một.

Tóm tắt

Trong những năm gần đây, nhiều công trình nhà cao tầng được xây dựng tại TP HCM,

thành phố lớn nhất và năng động nhất của Việt Nam. Phần lớn diện tích của nó nằm

dọc theo ven sông Sài Gòn và sông Đồng Nai, đặc biệt là các quận trung tâm. Cọc

khoan nhồi của các móng nhà cao tầng cần phải có kích thước và chiều sâu lớn để

xuyên qua lớp đất phù sa trầm tích có chiều dày lớn. Kỹ thuật phụt vữa thân cọc được

áp dụng để tăng sức kháng thành của cọc khoan nhồi. Bài báo này trình bày tính hiệu

quả của kỹ thuật phụt vữa thân cọc áp dụng cho cọc khoan nhồi tại dự án Frendship

Tower tọa lạc tại Quận 1, TP HCM. Kết quả cho thấy sức kháng bên của cọc khoan

nhồi có phụt vữa thân cọc trong cả lớp đất sét và cát có giá trị lớn gấp 2 lần so với cọc

không phụt vữa thân cọc.

1. Giới thiệu

Trong những năm gần đây, dân số và kinh tế của Thành phố Hồ Chí Minh phát triển

nhanh, vì vậy nhiều công trình nhà cao tầng đã mọc lên để giải quyết nhu cầu nhà ở. Tuy

nhiên, địa chất của khu vực TP HCM là lớp đất trầm tích dày của các lớp đất phù sa xen kẽ

lớp đất sét hữu cơ mềm lên đến hàng trăm mét. Cọc khoan nhồi hay cọc barrete cho các tòa

nhà cao tầng trong thành phố phải có kích thƣớc đủ lớn và đƣợc đặt ở địa tầng chịu lực tốt ở

độ sâu lớn, khiến cho việc thi công móng cọc rất tốn kém. Để giảm số lƣợng cọc cho một dự

án hoặc giảm chiều dài cọc, công nghệ phụt vữa dọc thân cọc đã áp dụng cho cọc khoan nhồi

và cọc barrete của một số tòa nhà cao tầng trong thành phố. Mặc dù, kỹ thuật phụt vữa có thể

đƣợc áp dụng để tăng khả năng chịu tải của cả thân và mũi cọc nhƣng bài báo chỉ đề cập đến

hiệu quả kỹ thuật làm tăng cƣờng sức kháng dọc thân cọc. Phƣơng pháp phụt vữa dọc thân

cọc lần đầu tiên đƣợc áp dụng cho cọc thép cho nền móng ngoài khơi của Gouvennot &

Gabaix (1975) và sau đó dùng cho cọc khoan nhồi và cọc barrete của Stocker (1983). Phƣơng

pháp này gần đây đã đƣợc áp dụng cho cọc khoan nhồi và cọc barrete cho các tòa nhà cao

tầng ở một số thành phố châu Á, chẳng hạn nhƣ Bangkok (Littlechild & cộng sự, 1998), Hồng

Kông (Plumbridge & cộng sự, 2000; Chan & cộng sự, 2004; Sze & Chan, 2012) và thành phố

Hồ Chí Minh (Phan & Pham, 2013; Nguyen & Fellenius, 2015; Nguyen & cộng sự, 2016).

Phƣơng pháp này ngày càng sử dụng phổ biến ở Việt Nam, đặc biệt là khi các tòa nhà cao

tầng tại Thành phố Hồ Chí Minh đang xây dựng tập trung tại các khu vực có địa chất trầm

tích phù sa rất dày. Mặc dù phƣơng pháp phụt vữa dọc thân cọc ngày càng đƣợc áp dụng

nhiều tại Thành phố Hồ Chí Minh, nhƣng vẫn chƣa có một nghiên cứu toàn diện nào về hiệu

118

quả của phƣơng pháp này sau nghiên cứu của Phan & Pham (2013). Hai tác giả đã trình bày

nghiên cứu về hiệu quả của phƣơng pháp áp dụng cho một số cọc khoan nhồi và cọc barrete

có gắn các thiết bị đƣợc thi công trong thành phố và đề xuất các tƣơng quan để ƣớc tính sức

kháng dọc trục của cọc. Tuy nhiên, một nhƣợc điểm chính của nghiên cứu này là các mối

tƣơng quan này đƣợc rút ra từ các điểm dữ liệu thu đƣợc từ các cọc thử nghiệm mà không xác

định một cách có phƣơng pháp xem hiệu quả tăng sức kháng thành tại các vị trí đo có đƣợc

huy động đầy đủ hay không. Mục tiêu chính của bài báo này là kiểm tra định lƣợng việc nâng

cao khả năng chịu tải dọc thân cọc của cọc khoan nhồi trên địa bàn TP HCM. Để đạt đƣợc

mục tiêu này, một cơ sở dữ liệu về thử nghiệm tải trọng tĩnh thử nghiệm từ trên xuống) trên

cọc khoan nhồi đã đƣợc phụt vữa và không phụt vữa đƣợc thiết kế tốt đã đƣợc thiết lập và

phân tích tại một dự án cụ thể.

2. Phân tích hiệu quả phụt vữa thân cọc dự án tòa nhà hữu nghị Việt Nam –

Slovakia

Trong phần này tác giả tiến hành phân tích, đánh giá hiệu quả của giải pháp phun vữa

dọc thân cọc cho một dự án cụ thể, dự án tòa nhà hữu nghị Việt Nam – Slovakia (Friendship

Tower). Từ kết quả thí nghiệm nén thử tĩnh của hai cọc, cọc D1200 chiều dài L=65m phun

vữa ở độ sâu -42m đến -64m, cọc D1500 chiều dài L=80m không phun vữa, tác giả tổng hợp

và so sánh ma sát đơn vị đo đƣợc tại các vị trí thân cọc có phun vữa và không phun vữa.

2.1. Tổng quan về dự án [3]

Dự án tòa nhà hữu nghị Việt Nam – Slovakia (Friendship Tower) là dự án quan trọng và

có ý nghĩa hữu nghị giữa hai quốc gia Việt Nam và Slovakia. Vì vậy, các yêu cầu về mặt kiến

trúc, cảnh quan và đặc biệt là các yêu cầu về mặt kỹ thuật, chất lƣợng và tính thân thiện với

môi trƣờng của công trình trong giai đoạn sử dụng và quá trình thi công đƣợc chủ đầu tƣ đặt

lên hàng đầu. Yêu cầu về tiến độ thi công, thời gian đƣa công trình vào khai thác cũng đƣợc

chủ đầu tƣ quan tâm đặc biệt. Dự án Friendship Tower tọa lạc tại số 31 Đƣờng Lê Duẩn,

Quận 1, Thành phố Hồ Chí Minh. Quy mô dự án bao gồm 4 tầng hầm và 21 tầng cao, tổng

diện tích sàn 19.000m2, mục đích sử dụng làm văn phòng làm việc. Vị trí dự án và hình phối

cảnh dự án đƣợc thể hiện ở Hình 1[3]

Hình 1. Vị trí và phối cảnh dự án Friendship Tower [3]

119

2.1.1. Điều kiện địa chất công trình

Căn cứ vào kết quả khảo sát địa chất của 5 hố khoan từ BH1 đến BH5 với độ sâu khảo

sát lên đến 100m, địa tầng khu vực công trình đƣợc chia làm 11 lớp nhƣ sau:

Lớp 1: Sét gầy pha cát, sét gầy pha cát lẫn sỏi, xám nâu, nâu đỏ, xám xanh. Lớp này

xuất hiện ở tất cả các hố khoan nằm bên dƣới lớp đất san lấp. Bề dày lớp H=10m, chỉ số SPT

trung bình là 15.

Lớp 2: Cát sét, nâu đỏ, xám xanh, xám vàng. Lớp này nằm bên dƣới lớp 1 và có mặt ở

tất cả các hố khoan khảo sát. Bề dày lớp H=10m chỉ số SPT trung bình là 12.

Lớp 3: Cát cấp phối tốt lẫn bụi và sỏi, xám vàng, lớp này có bề dày H=5m chỉ số SPT

trung bình là 14.

Lớp 4: Cát sét, bụi, xám vàng, lớp này có mặt hầu hết ở tất cả các hố khoan, nằm bên

dƣới lớp 3, lớp này có bề dày H=15m chỉ số SPT trung bình là 17.

Lớp 5: Sét béo lẫn cát, nâu vàng, xám xanh. Bề dày trung bình lớp H=14, chỉ số SPT

trung bình là 19.

Lớp 6: Sét gầy pha cát, xám vàng. Lớp này có bề dày tƣơng đối mỏng nằm bên dƣới lớp

5 và có mặt hầu hết tất cả các hố khoan. Chỉ số SPT trung bình là 40 38.

Lớp 7: Cát sét, bụi, xám xanh, xám trắng, chiều dày trung bình lớp là 12m, chỉ số SPT

trung bình là 35.

Lớp 8: Cát sét, xám xanh, lớp này tƣơng đối mỏng nằm bên dƣới lớp 7, chiều dày trung

bình lớp là 3m và chỉ số SPT trung bình là 45.

Lớp 9: Cát cấp phối tốt lẫn bụi, xám vàng, xám xanh. Lớp này có mặt hầu hết các hố

khoan, chiều dày trung bình lớp là 12m và chỉ số SPT trung bình lớp 50.

Lớp 10: Cát sét, bụi, xám xanh, chiều dày trung bình lớp 6m và chỉ số SPT lần lƣợt là 50.

Lớp 11: Cát cấp phối xấu lẫn bụi, xám xanh. Lớp này nằm bên dƣới lớp 10, chiều dày

trung bình lớp 9m là và chỉ số SPT lần lƣợt là 50.

Về điều kiện địa chất thủy văn khu vực công trình, mực nƣớc ngầm trong khu vực dự án

chủ yếu nằm ở tầng chứa nƣớc là lớp cát lớp số 3. Mực nƣớc ngầm khảo sát từ các hố khoan

nằm ở độ sâu -7.5m so với mặt đất tự nhiên.

2.1.2. Phương án thiết kế các cọc thí nghiệm

Với mục đích thu thập các thông tin phục vụ cho việc xác định một cách thực tế ứng xử

của cọc, kiểm chứng và hiệu chỉnh các lý thuyết tính toán, thiết kế các cọc đại trà, đơn vị tƣ

vấn thiết kế đã đề xuất thiết kế và tiến hành thực hiện thí nghiệm nén tĩnh hiện trƣờng trên các

cọc thí nghiệm, bao gồm 2 cọc thử nhƣ sau:

Cọc khoan nhồi không phun vữa D1500 TP1): đƣờng kính cọc 1500mm, chiều dài

80m.

Cọc khoan nhồi phun vữa D1200 TP2): đƣờng kính cọc 1200mm, chiều dài 65m, phun

vữa từ -42m đến -64m.

120

Các cọc thí nghiệm này đƣợc thử tải tối đa tới 200% tải thiết kế đối với cọc TP1 và

300% tải thiết kế đối với cọc TP2 và cọc TP2 sẽ không đƣợc dùng lại sau khi thí nghiệm. Nhƣ

vậy tải thử lớn nhất cho cọc TP1 đƣợc xác định là 3000 tấn và cho cọc TP2 là 3150 tấn.

Nhằm thu thập đƣợc đầy đủ các thông tin để đánh giá ứng xử của cọc khoan nhồi trong

quá trình làm việc, sự huy động các thành phần sức kháng của các lớp đất, các cọc thí nghiệm

đƣợc bố trí các thiết bị cảm biến (strain gauge) dọc thân cọc, loại đầu đo đƣợc sử dụng là

Geokon 4200. Với vị trí các cọc nằm gần hố khoan BH2 theo Hình 2, có thể xem sự phân bố

các lớp địa chất tại vị trí hố khoan BH2 là sự phân bố địa chất tại vị trí các cọc. Các lớp đất

theo hố khoan BH2 sẽ đƣợc dùng để bố trí các vị trí đặt các đầu đo biến dạng thân cọc để xác

định ma sát thành cọc. Cao độ lắp đặt đầu đo của cọc TP1 và TP2 đƣợc thể hiện trong Bảng 1.

Về vật liệu vữa phun thân

cọc cho cọc TP2 đƣợc thiết kế

theo cấp phối và các thành phần

pha trộn bao gồm: 1) Xi măng:

100kg; 2) Nƣớc: 66.6 lít; 3)

Bentonite: 1.5kg; 4) Bentoryl

186: 150ml; 5) Daracem 100

(phụ gia siêu hoá dẻo, giảm

lƣợng nƣớc): 400m.

Hình 1. Vị trí cọc thử trong công

trình [3]

Bảng 1. Cao độ lắp đặt đầu đo strain gauge của cọc thử tĩnh

Ký hiệu

Cao độ của strain gause so với đầu cọc (m)

Cọc D1500, L=80m Cọc D1200, L=65m

1(ABC) 2.0 2.0

2(ABC) 9.7 9.7

3(ABC) 14.1 14.1

4(ABC) 20.7 20.7

5(ABC) 25.2 25.2

6(ABC) 40.9 32.6

7(ABC) 55.0 41.2

8(ABC) 57.2 55.0

9(ABC) 71.7 57.2

10(ABC) 78.2 63.2

121

Hình 3 thể hiện tổng hợp các thông tin về cọc TP1 và TP2 bao gồm sự phân bố các lớp

đất, vị trí đo biến dạng và cấu tạo thép.

Hình 3. Chi tiết cọc D1500 dài 80m và cọc D1200 dài 65m

2.2. Kết quả thử tĩnh cọc

a) Cọc không phun vữa TP1

Cọc TP1 đƣợc thí nghiệm với 2 chu kỳ gia tải 100% tải thiết kế và 200% tải thiết kế.

Kết quả thí nghiệm bao gồm độ lún đầu cọc, ma sát đơn vị đo đƣợc thể hiện trong Hình 4a

bên dƣới.

Chu kỳ 1: Tại cấp tải trọng 100% tải trọng thiết kế tƣơng đƣơng 1500 tấn), tổng độ lún

đầu cọc là 10.53 mm. Sau khi giảm tải hoàn toàn, độ lún dƣ còn 4.35 mm.

Chu kỳ 2: Tại cấp tải trọng 200% tải trọng thiết kế tƣơng đƣơng 3000 tấn), tổng độ lún

đầu cọc là 33.04 mm. Sau khi giảm tải hoàn toàn, độ lún dƣ còn 20.53 mm.

Ngoài ra, kết quả đo sự phân bố lực ma sát thành fs tại các lớp đất theo các cấp tải trọng

thí nghiệm ở chu kỳ 1 và chu kỳ 2 đƣợc thể hiện trong Hình 5. Kết quả này đƣợc sử dụng để

tổng hợp so sánh với kết quả đo ma sát của đoạn cọc có phun vữa.

b) Cọc phun vữa TP2

Cọc TP2 có đƣờng kính 1200mm, chiều dài cọc 65m. Cọc đƣợc phun vữa từ độ sâu

-42m đến -64m. Thí nghiệm nén tĩnh với 3 chu kỳ liên tục gia tải và dỡ tải:

122

Chu kỳ 1: Tại cấp tải trọng 100% tải trọng thiết kế tƣơng đƣơng 1050 tấn), tổng độ lún

đầu cọc là 10.02mm. Sau khi giảm tải hoàn toàn, độ lún dƣ còn 3.48mm.

Chu kỳ 2: Tại cấp tải trọng 200% tải trọng thiết kế tƣơng đƣơng 2100 tấn), tổng độ lún

đầu cọc là 25.87mm. Sau khi giảm tải hoàn toàn, độ lún dƣ còn 10.73mm.

Chu kỳ 3: Tại cấp tải trọng 300% tải trọng thiết kế tƣơng đƣơng 3150 tấn), tổng độ lún

đầu cọc là 42.59mm. Sau khi giảm tải hoàn toàn, độ lún dƣ còn 18.35mm.

Kết quả độ lún đầu cọc ứng với tải trọng tác dụng thể hiện trong hình 4b, ma sát đơn vị

đo đƣợc tại vị trí các lớp đất tại các chu kỳ gia tải đƣợc thể hiện Hình 6.

a) b)

Hình 4. Biểu đồ tải trọng và độ lún đầu cọc y từ kết quả thử tĩnh cọc

a) Đối với cọc TP1; b) Đối với cọc TP2

Hình 5. Biểu đồ ma sát đơn vị đo được tại các đoạn cọc TP1

123

Hình 6. Biểu đồ ma sát đơn vị đo được tại các đoạn cọc TP2

2.3. Phân tích hiệu quả tăng ma sát đơn vị của cọc phun vữa từ kết quả thí nghiệm

Từ kết quả thí nghiệm đã trình bày mục 2.1, để phục vụ cho việc so sánh, đánh giá hiệu

quả tăng ma sát đơn vị fs (kN/m2) giữa đoạn cọc có phun vữa và không phun vữa, tác giả tiến

hành tổng hợp giá trị fs theo độ sâu và giá trị NSPT trung bình ứng với độ sâu có phụt vữa và

không phụt vữa tƣơng ứng từ hố khoan BH2. Bảng 2 thể hiện các giá trị ma sát đơn vị fs đã

đƣợc tổng hợp từ thí nghiệm nén tĩnh. Trong đó ma sát đơn vị fs đƣợc chọn lựa là giá trị lớn

nhất trong các giá trị đo đạc đƣợc trong các cấp tải trọng thí nghiệm. Lƣu ý rằng đoạn phun

vữa cọc TP2 là từ -42m đến -64m.

Bảng 2. Bảng tổng hợp ma sát đơn vị fs của cọc TP1 và cọc TP2

Dự án Friendship Tower

Vị trí Quận 1, TP.HCM

Tên cọc TP1 TP2

Tiết diện cọc (mm) D1500 D1200

Chiều dài cọc (m) 80 65

Tải thiết kế (tấn) 1500 1050

Tải thử tĩnh lớn nhất (tấn) 3000 3150

Ghi chú Không phun vữa Phun vữa từ cao độ -42m đến -64m

Cao độ

(m)

Lớp đất NSPT Ma sát đơn vị max

fs(kN/m2)

fs/NSPT Ma sát đơn vị max

fs(kN/m2)

fs/NSPT

42 Sét pha 40 121 3.03 275 6.88

54

56 Sét pha 35 112 3.20 267 7.63

58

60 Cát bụi 45 86 1.91 301 6.69

62

Giá trị fs/NSPT theo độ sâu z từ kết quả thí nghiệm đo đạc của 2 cọc TP1 và TP2 đƣợc

thể hiện ở Hình 7. Đối với đoạn cọc không phun vữa giá trị trung bình này là 3.2, đối với đoạn

cọc phun vữa giá trị này tăng đến 7.1. Điều này có nghĩa là tại những vị trí thân cọc đƣợc

124

phun vữa ma sát đơn vị fs (kN/m2) tăng 2.2 lần so với những vị trí không phun vữa. Điều này

cũng dễ dàng thấy đƣợc từ bảng tổng hợp ma sát đơn vị theo độ sâu (Bảng 2). Tại vị trí độ sâu

phun vữa -42m đến -64m của cọc TP2, giá trị ma sát đo đƣợc cao hơn gấp 2.2 đến 2.3 lần so

với đoạn cọc không phun vữa của cọc TP1 tƣơng ứng cùng độ sâu.

Hình 7. Giá trị ma sát fs/NSPT theo độ sâu z từ kết quả thí nghiệm

Hình 8 thể hiện ma sát thành đơn vị fs (kN/m2) lớn nhất đo đƣợc theo độ sâu từ thí

nghiệm cọc TP1 và cọc TP2. Có thể nhận thấy rằng đối với đoạn cọc không phun vữa (-0m

đến -42m) ma sát thành đo đƣợc ở cả 2 cọc TP1 và TP2 không có sự khác biệt quá lớn, giá trị

fs đo đƣợc là nhƣ nhau. Điều này hoàn toàn trái ngƣợc với đoạn cọc đƣợc phun vữa (-42m đến

-64m) của cọc TP2. Trong đoạn cọc phun vữa này có sự khác biệt rất lớn và rõ ràng về giá trị

ma sát đơn vị fs (kN/m2). Giá trị fs tăng gấp khoảng 2.2 lần so với đoạn không phun vữa cùng

chiều sâu tƣơng ứng. Từ đây, có thể thấy đƣợc hiệu quả của giải pháp phun vữa dọc thân cọc

làm tăng ma sát đơn vị fs.

Hình 8. Biểu đồ so sánh ma sát đơn vị fs theo độ sâu của cọc TP1 và TP2

Để làm rõ hơn hiệu quả phun vữa thân cọc trong đất cát hay đất sét làm tăng giá trị ma

sát đơn vị nhiều hơn so với không phun vữa, tác giả tiến hành phân chia ma sát đơn vị đo

đƣợc fs theo loại đất khác nhau và tổng hợp giá trị trung bình trong Bảng 3 bên dƣới. Kết quả

cho thấy rằng, hiệu quả phun vữa trong đất cát cao hơn so với đất sét rất nhiều. Cụ thể Bảng 3

cho thấy hiệu quả phun vữa cho đoạn cọc nằm trong đất sét chỉ làm tăng ma sát đơn vị fs lên

1.9 lần so với không phun vữa, trong khi đó con số này đối với đất cát là tăng 2.7 lần.

125

Bảng 3. Bảng so sánh ma sát đơn vị fs của cọc phun vữa và không phun vữa

từ kết quả thí nghiệm

Loại đất fs/NSPT Tỷ số

Không phun vữa Phun vữa

Cát 2.7 7.3 2.7

Sét 3.5 6.7 1.9

Để chứng minh việc phun vữa trong đất cát mang lại hiệu quả nhiều hơn trong đất sét,

tác giả tiến hành so sánh kết quả ma sát đơn vị fs đo đƣợc trong đất cát và đất sét của đoạn cọc

phun vữa với giá trị quy định trong tính toán sức chịu tải cực hạn của cọc theo TCVN

10304:2014. Bảng 4 cho thấy ma sát đơn vị fs cho cọc theo TCVN 10304:2014, đối với đất

cát fs=3.3NSPT, đối với đất sét fs=α6.25NSPT (fs= 3.2NSPT – 6.25NSPT). So với ma sát đơn vị

fs/NSPT đo đƣợc của đoạn cọc phun vữa đối với đất cát sẽ tăng 2.2 lần trong khi đất sét tăng từ

1.1 đến 2.1 lần trung bình 1.6 lần.

Bảng 4. Bảng so sánh fs từ kết quả phun vữa với fs tính toán theo TCVN 10304:2014

Loại đất fs/NSPT Tỷ số

Không phun vữa

TCVN 10304:2014

Phun vữa

Cát 3.3 7.3 2.2

Sét 6.25

(3.2-6.25)

6.7 1.9

(1.6)

Trong đó: α là hệ số điều chỉnh cho cọc đóng, phụ thuộc vào tỷ lệ giữa sức kháng cắt

không thoát nƣớc của đất dính Cu và trị số trung bình của ứng suất pháp hiệu quả thẳng đứng v‟.

3. Kết luận và kiến nghị

3.1. Kết luận

Giá trị trung bình fs/NSPT từ kết quả thí nghiệm đối với đoạn cọc không phun vữa là 3.2,

đối với đoạn cọc không phun vữa là 7.1. Đoạn cọc phun vữa ma sát đơn vị tăng trung bình 2.2

lần so với đoạn cọc không phun vữa.

Hiệu quả phun vữa cho đoạn cọc trong đất cát cao hơn so với trong đất sét. Cụ thể phun

vữa cho đoạn cọc nằm trong đất cát làm tăng 2.7 lần ma sát đơn vị trong khi phun vữa cho

đoạn cọc nằm trong đất sét ma sát đơn vị chỉ tăng 1.9 lần.

So sánh ma sát đơn vị của đoạn cọc phun vữa với ma sát đơn vị quy định trong tính toán

sức chịu tải cọc theo TCVN 10304: 2014 [đối với đất cát fs=3.3NSPT, đối với đất sét fs=(3.2-

6.25NSPT)]. Đoạn cọc phun vữa trong đất cát tăng 2.2 lần ma sát đơn vị trong khi đoạn cọc

phun vữa trong đất sét tăng trung bình 1.6 lần.

3.2. Kiến nghị

Phân tích hiệu quả cọc phun vữa bằng tập hợp dữ liệu nhiều cọc để có kết quả tổng quát

hơn. Phân tích chiều sâu phun vữa để tăng hiệu quả sức chịu tải cọc. Phân tích vị trí phun vữa

thân cọc mang lại hiệu quả tối ƣu nhất.

126

TÀI LIỆU THAM KHÂO

1. Bộ Xây dựng (2012), TCVN 9393:2012, Cọc - Phương pháp thí nghiệm bằng tải trọng tĩnh ép dọc

trục, NXB Xây dựng.

2. Bộ Xây dựng (2014), TCVN 10304:2014, Móng cọc - Tiêu chuẩn thiết kế, NXB Xây dựng.

3. Công ty cổ phần Địa chất Xây lắp nền móng Xây dựng Đông Dƣơng, Báo cáo nén tĩnh cọc khoan

nhồi công trình “Tòa nhà hữu nghị Việt Nam – Slovakia tại 31 Lê Duẩn, Quận 1, Thành phố Hồ

Chí Minh”.

4. Chan, G., Lui, J., Lam, K., Yin, K.K., Law, C.W, Lau, R., Chan, A. and Hasle, R. (2004). Shaft

grouted friction barrette piles for a supper high-rise building. Joint Structurural Division Annual

Seminar, The Institution of Structural Engineers (ISE), 82(20): 83-98.

5. Gouvenot, D. and Gabaix, J. (1975). A new foundation technique using piles sealed by cement

grout under high pressure. In Proceedings of Offshore Technology Conference, Texas, Paper No.

OTC 2310.

6. Littlechild, B.D., Plumbridge, G.D., and Free, M.W. (1998). Shaft grouted piles in sand and clay

in Bangkok. In proceedings of Deep Foundations International Conference, pp. 171-178.

7. Nguyen, M.H. and Fellenius, B.H. (2015). Bidirectional cell tests on not-grouted and grouted

large-diameter bored piles. Journal of Geo-Engineering Sciences, IOS Press, 2(3-4) 105-117.

8. Nguyen, H.M., Fellenius, B.H., Puppala, A.J. Aravind, P., and Tran, Q.T. (2016). Bidirectional

tests on two shaft-grouted barrette piles in the Mekong Delta, Vietnam. Geotechnical Engineering

Journal of the SEAGS & AGSSEA, 47(1) 15-25.

9. Phan, V.K. and Pham, Q.D. (2013). Analysis of load bearing capacity of shaft grouted barrettes

based on experiential coefficients and its effects on piling design in Vietnam. In Proceedings of

the 18th Southeast Asian Geotechnical & Inaugural AGSSEA Conference, 29-31 May 2013,

Singapore.

10. Plumbridge, G.D., Littlechild, B.D., Hill, S.J. and Pratt, M. (2000). Full scale shaft grouted piles

and barrettes in Hong Kong A First. In Proceedings of the Nineteen Annual (pp. 159-166).

11. Sze, J.W.C. and Chan, K.M. (2012). Application of shaft grouting technique in deep foundations –

Hong Kong experience. In proceedings of the 4th International Conference on Grouting and Deep

Mixing, Feb 15-18, 2012, New Orleans, Louisiana, pp. 1085-1094.

12. Stocker, M. (1983). The influence of post-grouting on the loadbearing capacity of bored piles. In

the Proceedings of the 8th European Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering,

Helsinki, Finland, pp. 167-170.