đánh giá độ cố kết của nền đất sau khi xử lý

Page 1/16
ĐÁNH GIÁ ĐỘ CỐ KẾT CỦA NỀN ĐẤT
SAU KHI XỬ LÝ
Hoàng Trung Hậu
Kỹ sư địa kỹ thuật
Japan Port Consultant -Nippon Koei Joint venture
1. ĐẶT VẤN ĐỀ:
Nền đất yếu thường được xử lý bằng nhiều phương pháp khác nhau, trong đó phương pháp
cắm PVD kết hợp gia tải là mang lại nhiều hiệu quả và là phương pháp khá phổ biến hiện nay ở các dự
án tại Việt Nam. Tuy nhiên, việc đánh giá để dỡ tải cũng như đánh giá độ cố kết của nền đất sau khi xử
lý còn thiếu nhiều tài liệu tổng hợp. Trong bài này, trình bày các phương pháp đánh giá độ cố kết nền đất
yếu bằng các phương pháp như sau:
- Phương pháp dựa trên số liệu quan trắc lún và mực nước.
- Phương pháp đánh giá qua các số liệu thí nghiệm hiện trường.
- Phương pháp đánh giá qua số liệu thí nghiệm trong phòng dựa trên mẫu nguyên dạng từ các
hố khoan.
Trong phần này sẽ đi đánh giá chi tiết từng phương pháp.
2. PHƯƠNG PHÁP DỰA TRÊN SỐ LIỆU QUAN TRẮC LÚN VÀ QUAN TRẮC MỰC NƯỚC:
2.1. Tổng quan:
Phương pháp này dựa trên số liệu quan trắc lún để đánh giá độ cố kết. Trong đó, kết hợp quan
trắc mực nước để có đánh giá chính xác hơn.
2.2. Ưu điểm:
Là phương pháp chính trong việc đánh giá độ cố kết nền đường.
Trực quan và rõ ràng. Đánh giá trực tiếp.
2.3. Nhược điểm:
Việc không quan tâm đến mực nước trong quá trình thi công cũng như mực nước tương lai có
thể sẽ dẫn đến dự báo độ cố kết không đúng.
Page 2/16
Hình 1. Sơ họa độ lún cố kết trong thời gian xây dựng và khai thác.
Trong đó:
S

pf(1)
: độ lún cuối cùng sơ cấp dự kiến nếu không dỡ tải.
S
pf(2)
: độ lún cuối cùng sơ cấp dự kiến nếu dỡ tải.
S
T
: độ lún cuối cùng thứ cấp dự kiến.
2.4. Trình tự đánh giá như sau:
Bước 1:
Vẽ các đường quan trắc độ lún, cao độ đắp và cao độ mực nước như hình thể hiện.
Bước 2:
Áo đư
ờng
Page 3/16
Dựa trên số liệu quan trắc tiến hành dự báo độ lún cuối cùng theo phương pháp Asaoka. Về bản
chất phương pháp này như sau:
Asaoka đã chứng minh rằng nếu chia đường cong quan trắc lún thành nhiều điểm Si có các
khoảng thời gian bằng nhau thì khi vẽ trục đồ thị với trục hoành là Si và trục tung là Si+1 thì các điểm đó
là đường thẳng. Điều này chỉ đúng khi tải trọng tác dụng là hằng số, thường ứng với giai đoạn đắp tải lớn
nhất (ảnh hưởng mực nước cũng sẽ làm cho các điểm lệch nhau). Có thể sơ họa như sau:
Độ lún cuối cùng là điểm giao nhau giữa đường nối các điểm và đường kẻ từ gốc tọa độ góc 45
độ.
Bước 3:
Tiến hành bài toán phân tích ngược: dùng mô hình tính toán lại độ lún tại từng thời điểm khác
nhau với các chiều cao khác nhau và mực nước quan trắc khác nhau. Điều chỉnh các thông số ban đầu
Page 4/16
như Cc và Cs để đường tính toán phù hợp với đường quan trắc thực tế. Trong hình bên dưới: đường
màu xanh là đường tính toán dựa trên mô hình điều chỉnh các thông số Cc và Cs.
So sánh kết quả tính toán này với kết quả tính toán ở bước 2 để có độ lún cuối cùng tương

đương nhau.
Dựa trên đường cong lún này, có thể dự báo thời gian độ cố kết đạt được 90% (hoặc khác) để
có thể dự báo ngày dỡ tải hợp lý.
Ghi chú: có thể thấy được rằng, trong quá trình đắp đất. Khi đắp càng cao thì mực nước càng
cao. Vì vậy, cần phải bơm nước thoát ra nền đường. Khi nước hạ xuống thì độ lún sẽ tăng lên. Sẽ là
nguy hiểm nếu không quan tâm đến mực nước. Vì sau một thời gian mực nước sẽ giảm lúc đó độ lún sẽ
tăng lên (nếu mực nước vẫn vậy thì độ lún vẫn tiếp diễn như quan trắc dự báo). Vì vậy, cần có thêm
bước dự báo mực nước tương lai.
Bước 4: Tính toán độ lún thứ cấp
Thông thường các dự án ở Việt Nam ít khi tính toán độ lún thứ cấp. Hầu hết đều lấy tiêu chuẩn
90% độ cố kết của độ lún sơ cấp để tiến hành dỡ tải, một số dự án kiến nghị lấy 80% độ cố kết của độ
lún thứ cấp để dỡ tải. Việc tính toán độ lún thứ cấp phần nhiều để dự báo cao độ lún sau một thời gian
khai thác, đảm bảo cao độ này nằm trên mực nước cho phép (thường ở các dự án Cảng).
Page 5/16
Hình 3. Đường dự báo lún dựa trên số liệu quan trắc.
Ghi chú: ký hiệu đường nét đứt màu đỏ là đường ứng suất tổng và hiệu quả do tải trọng đất đắp
gây ra.
3. PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ QUA SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM HIÊN TRƯỜNG:
3.1. Tổng quan:
Phương pháp này dựa trên số liệu thí nghiệm hiện trường để đánh giá độ cố kết. Phương pháp
này thường được dùng để đánh giá bổ sung cho phương pháp đánh giá dựa trên số liệu quan trắc lún.
3.2. Ưu điểm:
Trực quan và rõ ràng. Đánh giá trực tiếp.
3.3. Nhược điểm:
Thiết bị thí nghiệm vẫn chưa còn nhiều.
Chi phí thực hiện thí nghiệm đắt.
Kết quả sẽ khả quan hơn khi có số liệu thí nghiệm của cùng loại thiết bị, cùng một vị trí trước và
sau khi gia tải.
Hai hình thức được áp dụng phổ biến:
Hình thức 1: thí nghiệm xác định cường độ kháng cắt không thoát nước để xác định đạt độ cố

kết dùng thí nghiệm xuyên côn tĩnh CPTu và thí nghiệm cắt cánh hiện trường FVST.
Hình thức 2: thí nghiệm tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng dùng thí nghiệm xuyên côn tĩnh CPTu.
3.4. Sau đây sẽ giới thiệu 2 hình thức trên.
a. Hình thức 1:
a.1. Thí nghiệm CPTu:
Nguyên lý:
Dùng mũi côn xuyên tiêu chuẩn có bộ phận đầu dò ghi lại sức kháng mũi, thân và áp lực nước lỗ
rỗng liên tục đến chiều sâu xuyên.
Page 6/16
Hình. Mũi côn Hình. Cấu tạo mũi côn
Hình. Lắp đặt dàn nén xuyên côn Hình. Lắp đặt xuyên côn
Hình. Thiết bị đo xuyên Hình. Biểu đồ xuyên
Kết quả xuyên:
Page 7/16
0 1.0 2.0 3.0 4.0
qc [MPa]
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13

14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43

44
45
46
47
Depth [m]
2.5
>10.105
>10.280
0 13 25 38 50
fs [kPa]
>0. 0 57
0 0.50 1.00 1.50 2.00
0 0.25 0.50 0.75 1.00
u2 [MPa]
Uo [MPa]
0 1.0 2.0 3.0 4.0
Rf [%]
Test no:
CPTU-LOT12
Project ID: Cli ent :
Toa - Toyo Joint Venture
Project:
Cai Mep International Container Terminal
Position:Loc ati on:
Tan Thanh - BRVT
Ground level:
7
Dat e:
20100518
Scale:

1 : 200
Pag e:
1/1
Fig:
File:
CPTu-LOT12.cpd
U2
Sleeve area [cm2]: 150
Tip area [cm2]: 10
Cone No: 40621
Pr e-dr il ling
Clay (3)
Silty clay to clay (4)
Clay (3)
Silty clay to clay (4)
Sand (9)
Ghi chú:
- Line màu xanh: sức
kháng mũi qc.
- Line màu đỏ: sức kháng
bên.
- Line màu nâu: áp lực
nước lỗ rỗng u.
- Line màu đen: tỷ số ma
sát giữa sức kháng mũi
và thành bên.
a.2. Thí nghiệm cắt cánh hiện trường (Field Vane Shear test-FVST):
Nguyên lý:
Dùng cánh hình chữ thập tiến hành khoảng 2m cắt một điểm xác định Su trực tiếp.
Hình. Cấu tạo cánh Hình. Cấu tạo ống bọc (nếu cắt trong lỗ khoan thì

không cần)
Page 8/16
Hình. Bàn quay để cắt cánh và đồng hồ đọc. Hình. Đọc và ghi số liệu
a.3. Tính toán:
Cường độ kháng cắt không thoát nước xác đinh theo:
S
u
= (q
T
– s
vo
) / N
kt
q
T
= q
c
+ (1-a) . u
Dựa vào biểu đồ xuyên trên ta có thể xác định được qT (qc và u đã biết, giá trị a là hệ số được
lấy từ calibaration (chứng chỉ hiệu chuẩn) của nhà sản xuất.
Ứng suất s
vo
là giá trị ứng suất bản thân tổng, được tính từ trên mặt đất đến tại điểm tính toán,
với s
vo
= Σg
i
.h
i
– g

w
.h
j
(với g
i
dung trọng của đất, hi: chiều dày lớp đất thứ i, hj là chiều cao cột nước tính
toán được tính từ điểm ứng suất đến mực nước tính toán)
Giá trị Nkt là giá trị tương quan. Giá trị này thường nằm trong khoảng 15-22. Việc xác định Nkt sẽ
xác định được giá trị Su.
Xác định Nkt dựa trên biểu đồ tương quan Su từ FVST và (q
T
– s
vo
) từ CPTu.
y = 16.243x + 183.7
R
2
= 0.8574
500
600
700
800
900
1000
1100
1200
20.00 25.00 30.00 35.00 40.00 45.00 50.00 55.00 60.00
Su
qt-SIGvo
a.4. Đánh giá:

Như vậy, ta đã có đường Su liên tục. Để có thể biết được đã thỏa mãn độ cố kết chưa thì cần có
một đường Su liên tục khác, đường đó là đường được dự báo đạt được độ cố kết yêu cầu. Xác định như
sau:
S
u(mục tiêu)
= a.s’
v
Hệ số tương quan a giữa Su và s’v (ứng suất hiệu quả) được xác định thông qua các lỗ khoan
và tiến hành cắt cánh. Ở Vũng Tàu, giá trị này tầm khoảng (0.22~0.25). Hình sau minh họa tương quan:
Page 9/16
Như vậy, khi đưa lên cùng đồ thị nếu đường khoan khảo sát nằm bên phải của đường Su(mục
tiêu) thì xem như đạt.
-40
-35
-30
-25
-20
-15
-10
-5
0
5
10
0 20 40 60 80 100 120 140 160
su
　
(kPa)
Elevation (m)
Su(ban đầu)
Su(mục tiêu)

Su(FVST)
Su(kiểm tra CPTu)
b. Hình thức 2: thí nghiệm tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng dùng thí nghiệm xuyên côn tĩnh CPTu.
Nguyên lý: dùng thí nghiệm xuyên côn CPTu, xuyên đến một chiều sâu nhất định (mỗi lỗ tùy theo
yêu cầu có thể làm đến 4-5 điểm). Tiến hành ngừng xuyên và làm tiêu tán áp lực nước lỗ rỗng. Thí
nghiệm tiến hành trong 2000s. Kết quả làm tiêu tán tại một điểm như sau:
Page 10/16
Xử lý số liệu:
Bước 1: Tiến hành chuyển dữ liệu đo đạc từ Umax về zero.
Bước 2: Sử dụng phương pháp Hyperbolic để ngoại suy tìm giá trị áp lực nước lỗ rỗng cuối cùng
Uf (đây là áp lực nước lỗ rỗng tĩnh, đã ổn định, những giá trị đo được là áp lực nước lỗ rỗng động). Về
cơ bản phương pháp dự báo theo Hyperbolic như sau:
Page 11/16
Trên đồ thị sau chuyển đổi, chọn một khoảng các số liệu và lấy điểm đầu làm điểm gốc. Như thể
hiện hình sau:
Tiến hành vẽ đồ thị như hình trên với trục hoành là (T – To) và trục tung là (T – To) / (U – Uo).
Dựa trên các điểm vẽ, sẽ có một đoạn các điểm gần như nằm trên đường thẳng, kẻ đường thẳng qua
các điểm đó, xác định góc dốc a. Giá trị áp lực nước lỗ rỗng tĩnh (hay áp lực nước lỗ rỗng cuối cùng) là:
Uf = Uo + 1 / a
Page 12/16
Sau khi làm tương tự cho tất cả các điểm, tiến hành vẽ trên cùng một đồ thị. Trên đồ thị, vẽ
đường áp lực thủy tĩnh P = g
w
. h. Sau khi gia tải, áp lực nước sẽ tăng lên một giá trị tương ứng với áp
lực gia tải (được xác định như bên dưới). Giá trị này sau đó sẽ tiêu tán và giảm dần. Độ cố kết đạt 100%
khi giá trị tiêu tán này nằm trên đường áp lực nước thủy tĩnh.
Tính toán độ cố kết:
Page 13/16
Trong đó:
U: áp lực nước lỗ rỗng được tính từ thí nghiệm tiêu tán nước lỗ rỗng.

HSP: áp lực thủy tĩnh (Hydro static pressure).
EPWP: áp lực nước lỗ rỗng thặng dư (Excess pore water pressure) = (U – HSP)
Max Consolidation Stress: áp lực cố kết lớn nhất (tính toán như bên dưới).
Độ cố kết (deg. Of Cons.) % xác định như sau:
(Max Consolidation stress – EPWP) / Max Consolidation stress * 100%
* Tính toán áp lực cố kết lớn nhất:
4. PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ QUA SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM TRONG PHÒNG DỰA TRÊN
CÁC MẪU NGUYÊN DẠNG TỪ CÁC HỐ KHOAN:
4.1. Tổng quan:
Phương pháp này dựa trên số liệu thí nghiệm trong phòng qua các mẫu nguyên dạng được
khoan từ các lỗ khoan.
4.2. Ưu điểm:
Đơn giản, thiết bị thí nghiệm phổ biến.
Chi phí rẻ.
4.3. Nhược điểm:
- Khó kiểm soát kết quả cũng như mẫu trong quá trình vận chuyển và bảo quản.
- Thời gian có kết quả rất chậm.
- Không thể hiện kết quả đầy đủ và liên tục.
4.4. Đánh giá mức độ cố kết qua 2 phương pháp:
- Phương pháp ước tính bằng thí nghiệm nén không nở hông (Unconfined Compression test)
- Phương pháp ước tính bằng thí nghiệm cố kết ( Consolidation Test).
a. Phương pháp 1:Phương pháp ước tính bằng thí nghiệm nén không nở hông (Unconfined
Compression test)
Page 14/16
Cường độ kháng nén không nở hông gia tăng như quá trình cố kết. Cường độ kháng nén không
nở hông sau khi cố kết (quf) có thể ước tính bằng công thức như sau:
q
uf
= q
uo

+ 2 . ΔP . Cu/P
(xuất phát từ công thức q
uf
= 2 C
u
= 2(C
uo
+ ΔP.U%.tanj) = q
uo
+ 2 . ΔP . (U%.tanj) )
Trong đó:
q
uo
: cường độ kháng nén không nở hông ban đầu.
ΔP : độ tăng ứng suất hiệu quả so với ban đầu.
Cu/P: hệ số gia tăng cường độ (U%.tanj), trong trường hợp lấy lớn nhất thì Cu/P = tanj. (với
j là góc nội ma sát hữu hiệu của đất)
Theo quan hệ trên, độ cố kết được ước tính như hình sau:
Vì vậy, độ cố kết do ứng suất hiệu quả:
Up = (Diện tích tô gạch) / (Tổng diện tích abcd)
Độ cố kết do biến dạng:
U
e
= log(1 + Up.(A – 1)) / logA
Với A = (q
uo
+ Δq
u
) / q
uo

b. Phương pháp 2: Phương pháp ước tính bằng thí nghiệm cố kết ( Consolidation Test).
Áp lực tiền cố kết Pc gia tăng theo quá trình cố kết, ước tính như sau:
Pcf = Pco + ΔP
Pco: áp lực tiền cố kết ban đầu.
ΔP: độ tăng của ứng suất hiệu quả.
Theo quan hệ trên, độ cố kết được ước tính như hình sau:
Page 15/16
Vì vậy, độ cố kết do ứng suất hiệu quả:
Up = (Diện tích tô gạch) / (Tổng diện tích abcd)
Độ cố kết do biến dạng:
U
e
= log(1 + Up.(A – 1)) / logA
Với A = (P
co
+ ΔP) / P
co
5. KẾT LUẬN:
Trong 3 phương pháp phổ biến trên, thì phương pháp sử dụng số liệu quan trắc là được sử dụng
nhiều nhất và cho kết quả trực quan nhất. Hai phương pháp thí nghiệm trên nhằm để bổ sung thêm cho
việc đánh giá chính xác. Trong đó, phương pháp thí nghiệm hiện trường cho kết quả tốt hơn với thiết bị
tối ưu hơn. Phương pháp khoan lấy mẫu sẽ được tốt hơn nếu như việc lấy mẫu được thực hiện bằng
ống lấy mẫu pittong thay cho loại ống lấy mẫu thành mỏng thông thường như đa số các công ty hiện nay.
Cũng cần nói thêm rằng, mặc dù phương pháp dựa trên số liệu quan trắc là trực quan. Tuy
nhiên, vấn đề sử dụng phương pháp phân tích và số liệu thực tế để tạo nên một sự trùng khớp tương đối
là vấn đề khó nếu không sử dụng một chương trình tính toán. Bởi lẻ, tại mỗi thời điểm sẽ có mực nước
khác nhau, trong đó dự báo mực nước tương lai sẽ giảm đáng kể so với lúc gia tải cũng sẽ là vấn đề
đáng nói. Và nếu lấy mực nước trung bình để tính thì cần xác định được rằng: không phải nền lún bao
nhiêu thì mực nước hạ xuống bấy nhiêu, có nghĩa rằng: ứng với một tải trọng ngoài, thì khi mực nước
không đổi (nằm trong phạm vi nền) và xảy ra lún thì tải trọng sẽ nhỏ đi chứ không phải là hằng số, bởi

việc tính toán đây là theo ứng suất hữu hiệu, chính điều này sẽ làm độ lún nhỏ đi (cái này xảy ra khá
nhiều ở các bảng tính của VN). Tuy nhiên, đây là một việc làm khó giải quyết và được tạm chấp nhận ở
VN.
Trong phần tới, sẽ tiến hành các bước thi công nền đất yếu bằng PVD kết hợp gia tải với các
hình ảnh và phân tích, cụ thể:
· Thi công lớp tạo mặt bằng.
· Đóng bấc thấm.
· Rải bấc thấm ngang.
Page 16/16
· Thi công các rãnh thu nước, giếng bơm nước.
· Rải vải địa.
· Lắp đặt bàn đo lún, bàn đo chiều dày cát.
· Trình tự và nguyên tắc lắp đặt các thiết bị quan trắc: thiết bị đo lún sâu (extensometer),
đo áp lực nước lỗ rỗng (piezometer), quan trắc mực nước tĩnh (ống đo standpile), bàn đo
ứng suất tổng (Earth pressure Cell), thiết bị quan trắc chuyển vị ngang (inclinometer).
· Đắp đất chờ lún.
· Quan trắc độ lún.
· Các thí nghiệm trước khi dỡ tải.
· Kết thúc quá trình dỡ tải.
· Thử nghiệm độ lún mặt đường bằng quan trắc gia tải tương ứng với tải mặt đường.
(Trong phần này sẽ nêu tổng quan về phương pháp bơm hút chân không và các hình ảnh thi
công thực tế từ lúc bắt đầu đến khi tiến hành bơm hút).