Tiểu luận cơ học đất giếng cát

LỜI MỞ ĐẦU
Trong thực tế xây dựng, có rất nhiều cơng trình bị lún, sập khi xây dựng trên nền đất
yếu do khơng có những biện pháp xử lý hiệu quả, khơng đánh giá chính xác được
các tính chất cơ lý của nền đất để làm cơ sở và đề ra các giải pháp xử lý nền móng
phù hợp. Đây là một vấn đề hết sức khó khăn, địi hỏi sự kết hợp chặt chẽ giữa kiến
thức khoa học và kinh nghiệm thực tế để giải quyết, giảm được tối đa các sự cố, hư
hỏng của cơng trình khi xây dựng trên nền đất yếu. Cho đến nay ở nước ta, việc xây
dựng nền đắp trên đất yếu vẫn là một vấn đề tồn tại và là một bài toán khó đối với
người xây dựng, đặt ra nhiều vấn đề phức tạp cần được nghiên cứu xử lý nghiêm
túc, đảm bảo sự ổn định và độ lún cho phép của cơng trình.
Nền đất yếu là nền đất khơng đủ sức chịu tải, không đủ độ bền và biến dạng nhiều,
do vậy khơng thể là nền thiên nhiên cho cơng trình xây dựng. Khi xây dựng các
cơng trình dân dụng, cầu đường, thường gặp các loại nền đất yếu, tùy thược và tính
chất cảu lớp đất yếu, đặc điểm cấu tạo của cơng trình mà người ta dúng phương pháp
xử lý nền móng nhằm mục đích làm tăng sức chịu tải của nền đất, cải thiện một số
tính chất cơ lý của nền đất yếu như: Giảm hệ số rỗng, giảm tính nén lún, tăng độ
chặt, tăng trị số modun biến dạng, tăng cường độ chống cắt của đất…
Các biện pháp xử lý nền thông thường:


Các biện pháp cơ học: Bao gồm các phương pháp làm chặt bằng đầm, đầm
chấn động, phương pháp làm chặt bằng giếng cát, các loại cọc (cọc cát, cọc
đất, cọc vôi…), phương pháp thay đất, phương pháp nén trước, phương pháp
vải địa kỹ thuật, phương pháp đệm cát…



Các biện pháp vật lý: Gồm các phương pháp hạ mực nước ngầm, phương
pháp dùng giếng cát, phương pháp bấc thấm, điện thấm…



Các biện pháp hóa học: Gồm các phương pháp keo kết đất bằng xi măng,
vữa xi măng, phương pháp Silicat hóa, phương pháp điện hóa…

1|Page


NỘI DUNG
I.

Khái niệm giếng cát:
Giếng cát là một cột cát liên tục có tiết diện ngang hình trịn, đường kính khơng đổi
được hình thành sau q trình đưa một lượng cát chọn lọc vào trong tầng đất yếu qua ống
vách bằng phương pháp ấn và rút ống vách. Giếng cát được dùng để dẫn nước từ dưới nền
đất yếu lên tầng đệm cát phía trên và thốt ra ngồi, nhờ đó tăng tốc độ cố kết, tăng nhanh
sức chịu tải do thay đổi một số chỉ tiêu cơ lý cơ học về sức kháng cắt của bản thân đất yếu.
Nó là một trong những biện pháp gia tải trước được sử dụng đối với các loại đất bùn,
than bùn cùng những loại đất dính bão hịa nước có tính biến dạng lớn...Khi xây dựng các
cơng trình lớn có kích thước và tải trọng lớn thay đổi theo thời gian theo thời gian theo nền

Hình 1.Biện pháp xử lý nền đất yếu bằng phương pháp giếng cát

Hình 2 Giếng cát Polymer
2|Page


II.

Đặc điểm và phạm vi áp dụng:
1) Đặc điểm:

Về mặt cấu trúc, giếng là một cấu trúc thủy lực chôn thẳng đứng. Trong q trình hoạt
động, nó tiếp xúc với nước ngầm và nước thải, cũng như sự khắc nghiệt của nhiệt độ trong
mùa đông lạnh và tan băng sau đó.
Vật liệu sản xuất của nó phải có khả năng chống lại các yếu tố này, nếu khơng độ kín
của bể sẽ được đặt câu hỏi.
Các giếng cát khác nhau về đường kính của các vịng bên trong và nở. Các yếu tố này
khá bền, nhưng nếu khoảng trống xuất hiện, sẽ rất khó để sửa chữa chúng. Tùy chọn tốt
nhất trong trường hợp này là thay thế hoàn toàn phần bị rò rỉ.

Hình 3: Cấu trúc giếng cát

 Ưu điểm:
-Sử dụng trong vùng có đất yếu lớn, chiều sâu xử lý lớn hơn 20m
-Tốc độ cố kết nhanh hơn bậc thấm, nên thời gian chờ lún cố kết nhỏ. Độ lún dư sau
khi xử lý nhỏ.
-Mực độ rủi ro thấp, diễn biến lún không phức tạp.
-Khả năng chống mất ổn định trượt sau cao hơn bậc thấm, vì ngồi tác dụng chính là
thốt nước để cố kết, cịn tác dụng cải thiện đất ngau trong q trình thi cơng giếng cát.
 Nhược điểm:
-Phải có thiết bị thi cơng, nhất là khi cần cắm giếng cát sâu hơn 20m.
-Phải tốn cát có hệ số thấm cao để lấp giếng.
3|Page


-Có thể xảy ra hiện tượng cát nhồi bị ngắt quãng trong giếng, khi đó tác dụng dẫn nước
bị giảm.
-Tiến độ thi công chậm hơn bậc thấm.
-Cần lưu ý rằng khi sử dụng giếng cát gia cố nền đất yếu cần đảm bảo đạt được độ đồng
đêu của cát trong suốt chiều dại giếng cát, tránh hiện tượng đứt đầu giếng cát dưới tác dụng
các loại tải trọng.

 Xử lý nền đất yếu bằng giếng cát sẽ phát huy hiệu quả cao nếu đất yếu có hàm lượng
hữu cơ khơng lớn (thường < 10%) và tải trọng đắp lớn hơn áp lực tiền cố kết của đất yếu.
2) Phạm vi áp dụng:
Giếng cát thoát nước được dùng để gia cố nền đất yếu cho các loại cơng trình sau:
Trong xây dựng cơng trình giao thơng: Xây dựng nền đường trên đất yếu (gọi tắt là nền
đường đắp) để tăng nhanh tốc độ cố kết và tăng nhanh cường độ của đất yếu để đảm bảo ổn
định nền đắp và hạn chế độ lún trước khi làm kết cấu áo đường;
Trong cơng trình dân dụng và cơng nghiệp: Tơn nền trên đất yếu (gọi tắt là nền đắp) đề
làm mặt bằng chứa vật liệu, để xây dựng các kho chứa một tầng, để xây dựng các cơng
trình dân dụng và cơng nghiệp loại nhỏ có tải trọng phân bố trên diện rộng (sau khi nền đó
lún đến ổn định).

III.

Trình tự thi cơng:
Trình tự thi cơng gia cố nền đất yếu bằng
giếng cát được thực hiện theo các bước sau:
Bước 1: Chuẩn bị thi công;
Bước 2: Thi công lớp vải địa kỹ thuật
ngăn cách;
Bước 3: Thi cơng lớp đệm cát thốt nước
ngang và hệ thống thốt nước bề mặt;
Bước 4: Thi cơng giếng cát (thi cơng
thí điểm; thi cơng đại trà);
Bước 5: Thi công hệ thống quan trắc;
Bước 6: Đắp vật liệu gia tải và dỡ tải

Hình 4: Một số hình
ảnh về thi công giếng
cát

4|Page


IV.

Kiểm tra và nghiệm thu:
1) Kiểm tra trước thi công:
Kiểm tra thiết bị, vật liệu, mặt bằng thi công theo hồ sơ thiết kế
Kiểm tra chiều dày, cao độ của tầng đệm cát theo hồ sơ thiết kế
2) Kiểm tra trong q trình thi cơng:
Trong q trình thi cơng giếng cát, đối với mỗi giếng cát đều phải kiểm tra các nội dung
sau: Vị trí cắm ống vách; kiểm tra phương thẳng đứng của ống vách so với dây dọi; chiều
dài giếng cát; lượng cát thi công; kết quả lực cắm ống vách; tốc độ cắm và rút ống vách
của từng vị trí giếng cát quy định.
Trong trường hợp có sự cố khi thi công giếng cát dẫn đến lượng cát tính tốn khơng đủ
cho giếng cát cần kiểm tra tính liên tục thơng qua thí nghiệm xun tĩnh. Nếu kết quả kiểm
tra phản ánh cát trong giếng cát không liên tục phải để thiết kế bố trí bổ sung giếng cát thay
thế.
Kiểm tra chất lượng của vật liệu:
- Kiểm tra chất lượng của cát thi công giếng cát theo tần suất 100 m3 thí nghiệm một
mẫu.
- Kiểm tra chất lượng của cát thoát nước theo tần suất 500 m3 phải thí nghiệm kiểm tra
một mẫu.
- Kiểm tra chất lượng của bản thoát nước ngang theo tần suất 500 m thí nghiệm một
mẫu hoặc khi thay đổi lơ hàng nhập.
- Kiểm tra chất lượng của vải địa kỹ thuật theo tần suất 10.000 m2 thí nghiệm một mẫu
hoặc khi thay đổi lơ hàng nhập. Khối lượng kiểm tra trung bình 1.000 m dài đường may
mối nối vải thí nghiệm một mẫu.
3) Kiểm tra nghiệm thu sau khi hoàn thành:
Trước khi nghiệm thu nhà thầu phải

-Tự kiểm tra chất lượng các hạng mục thi công theo các quy định.
-Phải dọn sạch sẽ hiện trường thi công theo yêu cầu
Kiểm tra phục vụ cho việc nghiệm thu phải được thực hiện với các nội dung sau:
- Kiểm tra các biên bản đã thực hiện trong q trình thi cơng.
- Kiểm tra các yếu tố hình học.
Nếu kết quả kiểm tra cho thấy một số nội dung chưa đạt yêu cầu, phải yêu cầu nhà thầu
bổ sung, sửa chữa cho đến khi kiểm tra đạt mới ra văn bản nghiệm thu.
Việc nghiệm thu hạng mục cơng trình giếng cát phải thực hiện theo các quy định hiện
hành

5|Page


V.

Xử lý đất yếu bằng phương pháp giếng cát ở đường liên tỉnh 25A, huyện
Nhơn Trạch, tỉnh Đồng Nai:
Tóm tắt: Dự án nâng cấp, mở rộng đường liên tỉnh 25A, nối từ QL51, tỉnh Đồng Nai
đến Cát Lái, TP. Hồ Chí Minh. Có 3 đoạn điều chỉnh tuyến, đi qua vùng đất bùn sét yếu
có chiều dày 12m - 17m. Bài báo trình bày nghiên cứu xử lý đất yếu bằng phương pháp
giếng cát. Sử dụng hai cách tính tốn: Lập bảng tính Excel và sử dụng phần mềm Plaxis
2D, qua đó có so sánh và rút ra các kết luận cần thiết, phù hợp với thực tế.
1. Đặt vấn đề:
Đồng Nai là một trong những tỉnh có tốc độ phát triển cơng nghiệp nhanh chóng hàng
đầu cả nước. Nhu cầu vận chuyển từ các nhà máy, khu công nghiệp đến các bến cảng để
xuất - nhập hàng hóa là rất lớn. Tuyến đường liên tỉnh 25A là một tuyến đường trọng điểm
trên địa bàn huyện Nhơn Trạch, đi về cảng Cát Lái, có yêu cầu cao, kể cả về lưu lượng và
tải trọng trục xe.
Tuyến đường đi trên nền đường cũ, nhưng có một số đoạn chỉnh sửa tuyến, phải qua
vùng địa chất có nền đất yếu bùn sét, với chiều dày trung bình từ 12m đến 17m, cần phải

được xử lý để đảm bảo ổn định và độ lún đạt tiêu chuẩn cho phép. So sánh nhiều giải pháp
xử lý nền đất yếu khác nhau, đã lựa chọn phương pháp giếng cát cho cơng trình này.
2. Đặc điểm địa chất cơng trình:
Hồ sơ khảo sát địa chất bổ sung chủ yếu khoan tại những vị trí xuất hiện đất yếu, những
đoạn nền đường đi qua đất đồi ổn định không khoan bổ sung mà sử dụng hồ sơ tài liệu
khoan trước đây. Địa chất cơng trình có đặc điểm các lớp đất như sau: [1]
- Đất đắp: Đất san lấp nền đường hiện hữu và đất đắp bờ kênh, bờ ruộng, bờ ao...Đây là
lớp đất nền đường hiện hữu và đất đắp bờ kênh, bờ ruộng và bờ ao trong khu vực tuyến
khảo sát, có chiều dày từ 0,70m ÷ 1,20m. Lớp đất này có chiều dày mỏng và phân bố gián
đoạn trong khu vực tuyến khảo sát. Do vậy, chỉ mô tả chi tiết lớp đất này trong phiếu hình
trụ các hố khoan, khơng thể hiện trên mặt cắt địa chất cơng trình.
- Lớp 1: Bùn sét lẫn ít mùn thực vật màu xám đen; trạng thái chảy đến dẻo chảy.
+ Lớp bùn sét nằm trên cùng khu vực nghiên cứu. Lớp có chiều dày lớn 12,70 ÷ 17,00m
và phân bố gián đoạn trong nền đất tuyến khảo sát.
Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT (27 thí nghiệm) có giá trị N = 1 ÷ 3. Giá trị này cho thấy
đây là tầng đất yếu tại những vị trí khoan khảo sát.
- Lớp 2: Sét màu xám vàng, xám tro, trạng thái dẻo cứng.
+ Lớp sét phân bố tại khu vực hố khoan (HK3-BS) và theo tài liệu địa chất khu vực, lớp
này phân bố giãn đoạn và lộ ra trên bề mặt tuyến khảo sát nơi địa hình cao chân sườn đồi.
Chiều dày tại hố khoan HK3-BS là 5,80m.

6|Page


+ Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT (3 thí nghiệm) có giá trị N = 6 ÷ 15.
- Lớp 3: Sét pha màu xám vàng, xám trắng, đốm tím, trạng thái dẻo cứng.
+ Lớp sét pha phân bố tại khu vực hố khoan (HK3-BS) và theo tài liệu địa chất khu vực,
lớp này phân bố giãn đoạn trên tuyến khảo sát nơi địa hình cao chân sườn đồi. Chiều dày
tại hố khoan HK3-BS là 4,20m.
+ Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT (2 thí nghiệm) có giá trị N = 5 ÷ 7.

- Lớp 4:Cát hạt mịn đến thô lẫn bụi sét màu xám trắng, xám vàng, nâu đỏ, chặt vừa.
+ Lớp này nằm dưới lớp 3, chiều dày >1,00 ÷ 7,00m phân bố rộng khắp trong nền đất khảo
sát cầu, bắt gặp tại tất cả các hố khoan.
+ Thí nghiệm xun tiêu chuẩn SPT (10 thí nghiệm) có giá trị N = 7 ÷ 17.
- Lớp 5: Sét màu xám trắng, xám tro, trạng thái dẻo cứng.
+ Lớp sét nằm dưới lớp 4 và là lớp dưới cùng của chiều sâu nghiên cứu, chiều dày lớn chưa
xác định, khoan vào lớp này được 1,50m, bắt gặp tại hố khoan HK5-BS.
+ Thí nghiệm xun tiêu chuẩn SPT (1 thí nghiệm) có giá trị N = 11.
Bảng 2.1. Thống kê một số chỉ tiêu cơ - lý của các lớp đất

7|Page


Hình 2.1: Ảnh chụp đoạn 1 chỉnh tuyến đi qua vùng đất yếu

Hình 2.2: Ảnh chụp đoạn 2 và 3 chỉnh tuyến đi qua vùng đất yếu
3. Tính tốn xử lý gia cường nền đất yếu bằng phương pháp giếng cát:
- Bố trí giếng cát: Sử dụng giếng cát D = 0,3m, bố trí lưới tam giác cạnh đều @ = 2,5m,
kết hợp với 1 lớp vải địa kỹ thuật và hệ thống rãnh thoát nước ở chân ta-luy đắp.
- Chiều dài mỗi giếng dự kiến: Tùy vào địa chất từng vị trí cầu thiết kế chiều sâu khác
nhau, từ 11 đến 15m [2].
3.1. Tính tốn xử lý nền
Sử dụng hai phương pháp tính để so sánh kết quả: Tính bằng bảng tính Excel và tính bằng
phần mềm Plaxis 2D (Version 8.5).
3.1.1. Tính bằng bảng tính Excel
Cơng thức tính: [3]

8|Page

Trong đó:
Hi - Chiều dày lớp đất;
eoi - Hệ số rỗng của lớp đất tính tốn;
Cic - Chỉ số nén lún (trong phạm vi σibt > σip);
Cir - Chỉ số nén lún (trong phạm vi σ ibt < σip);
σibt - Áp lực do trọng lượng bản thân các lớp đất tự nhiên nằm trên lớp i, σbti= γi.hi +σbti-1;
σip - Áp lực tiền cố kết ở lớp i;

3.1.2. Tính bằng phần mềm Plaxis 2D Ver 8.5

9|Page


3.2. Một số kết quả tính tốn:
Bảng 3.1. Kết quả tính tốn xử lý giếng cát bằng phần mềm Plaxis - Đoạn 1

Bảng 3.2. So sánh kết quả tính tốn giữa lập bảng tính Excel và phần mềm Plaxis Đoạn 1

10 | P a g e


4. Một số hình ảnh q trình thi cơng:

5. Kết luận
- Xử lý đất yếu bùn sét dưới nền đường đắp bằng giếng cát là một phương pháp khá phổ
biến, có thể thi cơng đơn giản và giá thành rẻ hơn nhiều so với giải pháp xử lý bằng cọc xi
măng đất, đặc biệt ở những nơi có sẵn nguồn cát sông dồi dào như ven sông Đồng Nai của
công trình đường liên tỉnh 25A này.
- Kết quả tính tốn bằng phương pháp lập bảng tính Excel và sử dụng phần mềm Plaxis
2D khá tương đồng. Tuy nhiên, Plaxis cho thấy kết quả tổng quát hơn, bao gồm cả về biến

dạng, độ lún, độ ổn định, đường đồng mức chuyển vị và thể hiện cung trượt nguy hiểm.
- Khi tính toán xác định độ lún cố kết cuối cùng của nền đất yếu nên sử dụng cách tính theo
22TCN 262-2000 vì cách tính này có xét đến đặc trưng q cố kết của đất yếu, sẽ cho kết
quả phù hợp hơn với thực tế. Trong tính tốn cần chia các bước phù hợp với điều kiện thi
công và phải xét đến thời gian tác dụng của tải trọng đắp khi tính độ lún và độ cố kết theo
thời gian.

11 | P a g e


MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU .......................................................................................................1
NỘI DUNG ............................................................................................................2
I.

Khái niệm giếng cát: .................................................................................................................. 2

II. Đặc điểm và phạm vTi áp dụng:................................................................................................ 3
1)

Đặc điểm: ................................................................................................................................ 3



Ưu điểm: ................................................................................................................................. 3



Nhược điểm: ........................................................................................................................... 3

2)

Phạm vi áp dụng: ................................................................................................................... 4

III. Trình tự thi cơng:....................................................................................................................... 4
IV. Kiểm tra và nghiệm thu: ............................................................................................................ 5
1)

Kiểm tra trước thi công: ........................................................................................................ 5

2)

Kiểm tra trong q trình thi cơng: ........................................................................................ 5

3)

Kiểm tra nghiệm thu sau khi hoàn thành:............................................................................. 5

V. Xử lý đất yếu bằng phương pháp giếng cát ở đường liên tỉnh 25A, huyện Nhơn Trạch, tỉnh
Đồng Nai: ........................................................................................................................................... 6
1. Đặt vấn đề: ................................................................................................................................. 6
2. Đặc điểm địa chất cơng trình: .................................................................................................... 6
3. Tính tốn xử lý gia cường nền đất yếu bằng phương pháp giếng cát:...................................... 8
3.1. Tính tốn xử lý nền .................................................................................................................. 8
3.1.1. Tính bằng bảng tính Excel .................................................................................................... 8
3.1.2. Tính bằng phần mềm Plaxis 2D Ver 8.5................................................................................ 9
3.2. Một số kết quả tính tốn: ....................................................................................................... 10
4. Một số hình ảnh q trình thi cơng: ........................................................................................ 11
5. Kết luận .................................................................................................................................... 11

Tài liệu tham khảo:
TCVN 11713-2017



12 | P a g e


13 | P a g e