Nghiên cứu giải pháp đắp đê bằng vật liệu địa phương và đắp đê trên nền đất yếu từ quảng ninh đến quảng nam nghiên cứu giải pháp xử lý nền bằng thoát nước thẳng đứng + gia tải trước

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN
VIỆN KHOA HỌC THUỶ LỢI VIỆT NAM

BÁO CÁO TỔNG KẾT CHUYÊN ĐỀ NGHIÊN CỨU
NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN
BẰNG THOÁT NƯỚC THẲNG ĐỨNG + GIA TẢI TRƯỚC

THUỘC ĐỀ TÀI:
“NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP ĐỂ ĐẮP ĐÊ BẰNG VẬT LIỆU ĐỊA PHƯƠNG VÀ ĐẮP TRÊN
NỀN ĐẤT YẾU TỪ QUẢNG NINH ĐẾN QUẢNG NAM”
Mã số: 05

Thuộc chương trình: NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CƠNG NGHỆ PHỤC VỤ XÂY
DỰNG ĐÊ BIỂN VÀ CƠNG TRÌNH THUỶ LỢI VÙNG CỬA SÔNG VEN BIỂN

Chủ nhiệm đề tài:

PGS. TS Nguyễn Quốc Dũng

Cơ quan chủ trì đề tài: Viện Khoa học Thuỷ lợi Việt Nam

7579-12
22/12/2009
Hà Nội 2009


MỤC LỤC

1. GIỚI THIỆU CHUNG ...................................................................................... 3
1.1. Đặc điểm và phạm vi ứng dụng: .................................................................... 3
1.1.1. Đặc điểm ............................................................................................. 3

1.1.2. Phạm vi ứng dụng ............................................................................... 3
1.2. Nguyên lý làm việc ........................................................................................ 4
1.3. Ưu nhược điểm của phương pháp:................................................................. 4
1.3.1. Ưu điểm............................................................................................... 4
1.3.2. Nhược điểm......................................................................................... 4
2. GIỚI THIỆU BẤC THẤM: .............................................................................. 4
2.1 Giới thiệu các bấc thấm chế tạo sẵn................................................................ 4
2.2. Các thông số quan trọng của bấc thấm .......................................................... 6
2.2.1. Cấu tạo của bấc thấm .......................................................................... 6
2.2.2. Các thông số quan trọng và phân loại bấc thấm ................................. 6
2.3. Nguyên lý thốt nước + gia tải...................................................................... 8
3. TÍNH TỐN BẤC THẤM: .............................................................................. 8
3.1. Tính tốn thiết kế theo tốn đồ vẽ sẵn ........................................................... 8
3.1.1. Toán đồ số 1 ........................................................................................ 8
3.1.2. Toán đồ số 2 ........................................................................................ 9
3.1.3. Toán đồ số 3 ........................................................................................ 9
3.1.4. Toán đồ số 4 ...................................................................................... 10
3.1.5. Toán đồ số 5 ...................................................................................... 10
3.2. Lý thuyết cố kết thoát nước thẳng đứng ...................................................... 11
3.3. Đặc tính của bấc thấm và các yếu tố ảnh hưởng:......................................... 13
3.3.1. Vùng ảnh hưởng của bấc thấm.......................................................... 13
3.3.2. Tác động pha trộn và xáo trộn .......................................................... 14
3.3.3. Thông số ảnh hưởng đến thời gian cố kết......................................... 14
3.4. Lún của đất nền: ........................................................................................... 14
3.4.1.Lún sơ cấp .......................................................................................... 15
1


3.4.2. Lún cố kết thứ cấp............................................................................. 16
3.4.3. Lún cố kết theo thời gian. ................................................................. 16

4. THI CÔNG BẤC THẤM, ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG GIA CỐ NỀN
BẰNG BẤC THẤM............................................................................................ 16
4.1. Qui trình, thiết bị và kỹ thuật thi cơng bấc thấm; ........................................ 16
4.1.1. Qui trình và kỹ thuật thi cơng bấc thấm............................................ 16
4.1.2. Thiết bị thi công bấc thấm................................................................. 17
4.2. Kiểm soát chất lượng: .................................................................................. 18
4.2.1. Đánh giá chất lượng gia cố bấc thấm................................................ 18
4.2.2. Đánh giá độ bền (cường độ) của đất ................................................. 18
4.2.3. Đánh giá chất lượng cố kết ............................................................... 18

2


1. GIỚI THIỆU CHUNG
1.1. Đặc điểm và phạm vi ứng dụng:
1.1.1. Đặc điểm
Lún do cố kết của nền đất sét yếu tạo ra nhiều sự cố cho nền móng cơng trình.
Nền đất sét yếu có hệ số thấm nhỏ, vì vậy để hoàn thành giai đoạn cố kết thứ nhất cần
phải có nhiều thời gian.
Để rút ngắn thời gian cố kết này, người ta thường dùng các thiết bị tiêu nước
thẳng đứng (cọc cát, giếng cát, bấc thấm) kết hợp với biện pháp nén trước bằng khối
đắp tạm thời hoặc hút chân không. Trong chuyên đề này giới thiệu thiết bị tiêu nước
thẳng đứng là bấc thấm. Bấc thấm có đặc điểm sau:
- Cho nước trong lỗ rỗng của đất thấm vào trong thiết bị.
- Làm đường dẫn để nước lỗ rỗng tập trung có thể chuyển động dọc theo chiều
dài của thiết bị để thốt ra ngồi.
So với các loại giếng tiêu nước khác, thiết bị tiêu nước chế tạo sẵn gọi tắt là bấc
thấm (PVD) có những đặc điểm riêng biệt sau:
+ Tốc độ lắp đặt bấc thấm (cắm vào đất yếu) đạt trung bình 5000m/ngày/máy.
Vì vậy, nó làm giảm giá thành cơng trình.

+ Trong q trình lắp đặt bấc thấm, sẽ không xảy ra hiện tượng đứt bấc thấm.
Trong quá trình nhồi cọc cát, giếng cát, giếng cát hoặc rãnh cát có thể bị đứt đoạn nếu
như tốc độ rút ống quá nhanh.
- Trong quá trình cố kết, bấc thấm đặt trong nền đất yếu sẽ không xảy ra hiện
tượng bị cắt trượt do lún cố kết gây ra.
- Bấc thấm có khả năng thấm nước cao, hệ số thấm trung bình đạt từ 30.10-6 đến
90.10-6m3/s. Trong khi đó một cọc cát có đường kính 350mm thì khả năng thốt nước
của nó chỉ đạt 20.10-6m3/s (theo kết quả của Van San Woort, 1994).
+ Khi thi công bấc thấm, phạm vi gây nên sự vấy bẩn và phá hoại kết cấu đất
nền nhỏ hơn nhiều so với việc thi công cọc cát, giếng cát.
+ Không yêu cầu nước phục vụ thi cơng.
+ Chiều sâu cắm bấc có thể đạt tới 40m.
+ Dễ dàng kiểm tra được chất lượng.
+ Thoát nước tốt trong các điều kiện khác nhau.
+ Bấc thấm là sản phẩm được chế tạo trong nhà máy công nghệ và chất lượng
ổn định.
1.1.2. Phạm vi ứng dụng
- Biện pháp này được sử dụng đối với các công trình xây dựng trên đất yếu yêu
cầu tăng nhanh tốc độ cố kết hoặc tăng nhanh cường độ của đất yếu để đảm bảo ổn
định nền đắp.
- Khi sử dụng biện pháp này cần phải có đủ các điều kiện sau:
+ Nền đắp phải đủ cao hoặc đắp kết hợp gia tải trước để có tải trọng đắp đủ gây
ra áp lực (ứng suất) nén ở mọi độ sâu khác nhau trong phạm vi cố kết của đất yếu lớn
3


hơn hoặc bằng 1,2lần áp lực tiền cố kết vốn tồn tại trong đất yếu tương ứng ở mọi độ
sâu đó.
+ Đất yếu phải là loại bùn có độ sệt B>0,75 mới được xử lý bằng bấc thấm.
+ Giá thành cơng trình xử lý bằng bấc thấm hoặc bấc thấm kết hợp với gia tải

trước không đắt hơn các phương pháp xử lý nền đất yếu khác.
1.2. Nguyên lý làm việc
Trong biện pháp này, nước lỗ rỗng thoát ra khi đất sét cố kết với gradient thuỷ
lực tạo ra do nén trước, chảy nhanh theo phương ngang về phía thiết bị tiêu nước, rồi
sau đó chảy tự do theo phương thẳng đứng, dọc theo thiết bị về phía các lớp đất dễ
thấm nước. Như vậy là việc đặt các thiết bị tiêu nước thẳng đứng trong nền đất yếu sẽ
rút ngắn chiều dài đường thấm và dẫn đến giảm thời gian hồn thành q trình cố kết.
Như vậy, các thiết bị tiêu nước thẳng đứng được đặt trong nền đất sét nhằm hai mục
đích chủ yếu là: làm tăng tốc độ cố kết của nền đất sét và nâng cao sự ổn định của
cơng trình đặt lên nền đất yếu (vì cường độ nền đất tăng nhanh theo theo tốc độ cố
kết).
1.3. Ưu nhược điểm của phương pháp:
1.3.1. Ưu điểm
- Ít làm xáo trộn các lớp đất
- Thoát nước một cách đảm bảo
- Có khả năng tương thích của lõi và vỏ đối với mọi loại đất
- Tốc độ lắp đặt nhanh
- Thời gian cố kết ngắn hơn nếu giảm cự ly giữa các bấc thấm
- Không yêu cầu nước trong lúc lắp đặt bấc
- Bấc thấm có thể cắm đến độ sâu 40m hoặc sâu hơn
- Dễ dàng kiểm tra công tác lắp đặt
- Hoạt động tốt trong các điều kiện khác nhau
1.3.2. Nhược điểm
Vải lọc dễ bị tắc khi đất xung quanh là loại đất mịn, do đó thường đặt ở giữa
lớp đất cần thoát nước và lớp đất dưới đó thì mới hạn chế được hiện tượng này. Tuy
nhiên bấc thấm lại được cắm xuyên qua các lớp đất khác nhau và chủ yếu là dùng
trong vùng đất yếu thành phần hạt mịn lớn nên nếu không thí nghiệm đầy đủ sẽ rất dễ
bị tắc trong quá trình hoạt động của bấc thấm.
2. GIỚI THIỆU BẤC THẤM:
2.1 Giới thiệu các bấc thấm chế tạo sẵn

Bấc thấm là tên chung để gọi các băng chất dẻo được cắm vào trong đất bằng
thiết bị cắm đặc biệt. Độ sâu cắm thường từ 10 đến 20m, có nơi đã thực hiện xuống
chiều sâu 40m.
Bấc thấm thường có bề rộng khoảng 100-200mm, bề dày từ 3-5mm. Lõi của
bấc là một băng chất dẻo có nhiều rãnh nhỏ để nước do mao dẫn đưa lên cao và đỡ vỏ
bọc ngay cả khi áp lực lớn. Hình 2.1 nêu cấu tạo điển hình của một số trụ bộ lọc được
4


sử dụng trong bấc thấm. Lõi nhựa của bấc thấm được làm bằng 100% vật liệu
polypropylene với các tính chất: vệ sinh an tồn mơi trường; khả năng thốt nước lớn;
mềm, dễ uốn; cường độ cao, độ dai cao; bền với axít, kiềm và muối; dễ thi cơng, lắp
đặt ngay cả khi nhiệt độ thấp; không co, nở khi độ ẩm thay đổi.
Lõi được bọc bằng một lớp vải ĐKT. Lớp vải được chế tạo bằng polyeste
không dệt, vải địa cơ polypropylene hay giấy vật liệu tổng hợp. Nó là hàng rào vật lý
phân cách lòng dẫn của dòng chảy với đất bao quanh, và là bộ lọc hạn chế cát hạt mịn
đi vào lõi làm tắc thiết bị. Ngoài ra, vỏ lọc còn phải đạt các yêu cầu quan trọng sau:
cường độ cơ học cao; độ bền cao chống tác động sinh vật ký sinh ăn mòn và vi sinh
vật; độ bền cao chịu axít, kiềm, ...; khơng bị giảm độ bền sau thời gian dài sử dụng; độ
bền chịu mài mịn cao.

Hình 2.1. Hình dạng của các trụ bộ lọc trong bấc thấm
Bấc thấm được chế tạo hàng loạt trên dây chuyền công nghệ hiện đại, chúng
được cuốn lại trong các rulo, có độ dài từ 200÷300m, nặng từ 15÷40kG.
Hiện nay, trên thế giới đang sử dụng một số loại thiết bị tiêu nước chế tạo sẵn:
Alidrain và Alidrain S; Amerdrain 307 và Amerdrain 407; Bando; Castle Drain Board;
Colbonddrain CX-1000; Desol; Hitek Flodrain; Mebradrain MD7007 và MD7047,
MD88-150, MD88-80; Sol Compact; Vinylex ...

Hình 2.2. Hình dạng của các trụ bộ lọc trong bấc thấm

5


2.2. Các thông số quan trọng của bấc thấm
2.2.1. Cấu tạo của bấc thấm
Bấc thấm được cấu tạo từ hai lớp: vỏ hay áo lọc bằng vải địa kỹ thuật không dệt
sợi liên tục chất liệu PP hoặc PE 100%; lớp lõi thốt nước đùn bằng nhựa hạt PP, có
rãnh cả hai phía.
Lõi được bọc bằng một lớp vải địa kỹ thuật. Lớp vải được chế tạo bằng polyeste
không dệt, vải địa cơ polypropylen hay giấy vật liệu tổng hợp. Nó là hàng rào vật lý
phân cách lịng dẫn của dòng chảy với đất bao quanh, và là bộ lọc hạn chế cát mịn đi
vào lõi làm tắc thiết bị.
2.2.2. Các thông số quan trọng và phân loại bấc thấm
Đặc tính kỹ thuật của bấc thấm là quan trọng nhất vì chất lượng của các loại bấc
thấm đang có sẵn trên thị trường là rất khác nhau. Muốn phân loại, lựa chọn, đánh giá
chất lượng của một loại bấc thấm nào đó, người ta phải dựa vào thơng số và những
chức năng chủ yếu của loại bấc thấm đó.
2.2.2.1. Các thông số của bấc thấm
Các thông số của bấc thấm bao gồm:
- Độ xốp mao dẫn của bấc thấm
Bấc thấm được thiết kế gần như để sử dụng cho việc thốt nước trong các tầng
đất sét hay á sét có kích thước cỡ hạt D85 (tức là từ 15 đến 30µm) và vì vậy cần thiết
phải có một lớp phủ mềm lọc mịn bao bọc phần lõi mà độ xốp của nó phải tương thích
với kích cỡ của hạt sét.
+ Đối với đất bùn, kích cỡ sợi đan A.O.S ≤ 100µm (Fisher 1990)
+ Đối với đất sét Băngkok O90/D85<2-3lần. O50<18-24. Bergado 1992
+ O90/O50 <1,7-3lần (Schober và Teindl, 1979).
+ O90/O85<2-3 lần (Calhoun, 1972)
+ O90/D85<1,3-1,8lần (Chen và Chen 1986)
+ O50/D50<10-lần (Chen và Chen 1986)

Trong đó Oi là đường kính lỗ của bộ lọc chiếm i% tồn bộ diện tích lỗ lọc.
Di là đường kính hạt đất ứng với hàm lượng tích luỹ là j%.
- Độ thấm của lớp lọc
Một qui tắc được sử dụng rộng rãi cho vải ĐKT để làm lớp lọc là:
Kvải ≥ 10.Kđất

(2-1)

Qui tắc trên áp dụng cho những trường hợp áp dụng điều kiện tới hạn và những
điều kiện khắc nghiệt. Với những trường hợp chưa phải là tới hạn và kém khắc nghiệt
hơn thì:
Kvải = Kđất

(2-2)

- Khả năng thoát nước
Một trong những người đầu tiên là Osteen (1986) đã nghiên cứu bấc thấm từ
thực địa và cho thấy rằng hệ số thoát nước của bấc thấm vào khoảng 5.10-6m3/s (tức là
6


từ 50 ÷ 150 m3/năm) khi các bấc thấm đặt cách nhau 1,7m. Với kết quả này, có thể kết
luận rằng khả năng thoát nước của bấc thấm sẽ lớn hơn nhiều lần so với nước lỗ rỗng
có trong các loại đất yếu. Đối với bấc thấm đã được cắm vào nền đất, khả năng thoát
nước của bấc thấm bị giảm đi đáng kể. Nguyên nhân sự giảm khả năng thốt nước của
bấc thấm có thể là:
+ Sự biến dạng và sự rão của lớp vải ĐKT làm thay đổi mặt cắt thoát nước.
+ Sự giảm độ thấm của lớp vải ĐKT và sự lắng đọng các hạt nhỏ trong cấu trúc
lõi làm tắc đường bọc thoát nước.
+ Sự giảm khả năng thoát nước của bấc thấm do bị gập hay bị uốn cong trong

quá trình cố kết của nền đất.
Khi kiểm nghiệm một bấc thấm để xác định khả năng thoát nước tối đa, các yếu
tố quan trọng nhất cần phải được xem xét là:
+ Thời gian chịu tải, mức chất tải gây áp lực.
+ Phương thức cắm bấc thấm vào trong đất.
+ Gradient thuỷ lực của nước dưới đất.
- Độ bền kéo
Độ bền kéo của bấc thấm không ảnh hưởng trực tiếp đến việc hoạt động của nó
trên phương diện cố kết tầng sét/ bùn đất yếu. Nó chỉ liên quan đến thiết bị đặt bấc
thấm vào trong đất. Theo Van Satourt (1994), độ bền kéo của bấc thấm phải lớn hơn
0.5KN khi bấc thấm bị biến dạng dài lớn hơn 2% nhưng không vượt quá 10%.
- Đặc tính vật lý
+ Vỏ lọc
Vỏ lọc làm bằng vật liệu lưới khơng dệt có các sợi liên tục với 100%
polypropylene mà khơng có bất kỳ chất dính kết nào khác. Nó có tính chất quan trọng
sau:
i. Có cường độ cao, như nhau theo cả hai phương.
ii. Không co giãn do thay đổi độ ẩm, khơng thay đổi cường độ.
iii. Có khả năng thấm nước cao.
iv. Chịu được axit, kiềm và muố1.
v. Có đặc tính hồn hảo.
vi. Chống chọc thủng xé rách.
vii. Đảm bảo vệ sinh môi trường.
+ Lõi nhựa
Làm bằng 100% vật liệu polypropylene với các tính chất quan trọng sau:
i. Có khả năng thốt nước lớn
ii. Mềm, dễ uốn
iii. Có cường độ cao, dai (nén và kéo)
iv. Khơng co ngót khi thay đổi độ ẩm, nhiệt độ thấp
7

v. Đảm bảo an tồn vệ sinh mơi trường.
vi. Chịu được axit, kiềm, muố1.
2.2.2.2. Phân loại bấc thấm
Các chỉ tiêu dùng để phân loại và giá trị của chúng được ghi dưới bảng sau:
Phân loại kiểu bấc thấm
Chỉ tiêu phân loại
Cỡ mắt lưới của bộ lọc O95

Đơn vị

Yêu cầu

Phương pháp thí nghiệm

µm

≤ 75

ASTM D4751

-4

Khả năng thấm của bộ lọc

m/s

≥ 10

ASTM D4491

Khả năng thoát nước qω trong
điều kiện chảy tầng ở cấp áp lực
350KN/m2

m3/s

≥ 60.10-6

ASTM D4716A

Độ bền chịu kéo

KN

1,0

Bề rộng của bấc thấm

mm

> 95

ASTM D4595

2.3. Nguyên lý thoát nước + gia tải
- Đường thấm thẳng đứng bằng giếng cát hoặc bấc thấm gồm một cột vật liệu
thấm nước và thoát nước tự do nằm trong một giếng thẳng đứng được tạo thành trong
đất yếu và một lớp cát đệm rải trên nền thiên nhiên. Chức năng của giếng cát là làm

thành một tuyến thoát nước nhân tạo để tăng nhanh tốc độ cố kết.
- Khi chất tải lên trên lớp đất yếu nước trong lỗ rỗng chịu một áp lực sinh ra
một gradien thuỷ lực và bị đẩy ra đường giới hạn của lớp đất yếu. Nếu khơng có
đường thấm thẳng đứng thì thời gian nước thấm từ lỗ rỗng chứa nước tới bề mặt thấm
nước sẽ chậm hơn thời gian yêu cầu để đạt một độ cố kết cho trước.
- Giếng cát (bấc thấm) tạo thành một đường thoát nước nhân tạo gần nhất của
nước lỗ rỗng để tăng nhanh độ cố kết. Để đạt được mục tiêu này phải bố trí khoảng
cách giữa các giếng cát (bấc thấm) và đường kính của giếng cát sao cho việc thốt
nước và cố kết tăng nhanh và cho phép đạt được độ cố kết mong muốn trong thời gian
qui định.
3. TÍNH TỐN BẤC THẤM:
Biến dạng và ổn định của nền trong quá trình chất tải cũng như trong thời gian
vận hành là các yếu tố chính cần phải được tính tốn. Lý thuyết tính tốn bấc thấm đã
được trình bày trong nhiều tài liệu chun ngành nên sẽ khơng cần trình bày ở đây.
Dưới đây là những vấn đề cần trình bày trong chỉ dẫn:
3.1. Tính tốn thiết kế theo tốn đồ vẽ sẵn
Trên cơ sở các công thức và lý thuyết đã nêu, nhiều toán đồ đã được lập ra và
rất thuận tiện cho người kỹ sư sử dụng để thiết kế bấc thấm. Sau đây giới thiệu một số
toán đồ thơng dụng:
3.1.1. Tốn đồ số 1
Tốn đồ số 1 thể hiện mối quan hệ giữa hệ số cố kết nằm ngang Ch (vẽ trên trục
thẳng đứng của toán đồ, đơn vị đo là m2/s) và thời gian cố kết t (đơn vị đo là tháng), vẽ
trên trục nằm ngang của toán đồ.
8


3.1.2. Toán đồ số 2
Toán đồ số 2 thể hiện mối quan hệ giữa sức cản giếng F, (vẽ trên trục thẳng
đứng của tốn đồ, khơng đơn vị đo) và chiều dài thoát nước của bấc thấm t (đơn vị đo
là mét, vẽ trên trục nằm ngang của toán đồ)

3.1.3. Toán đồ số 3
Toán đồ số 3 thể hiện mối quan hệ giữa hệ số xáo trộn F (vẽ trên trục thẳng
k
đứng của tốn đồ, khơng đơn vị đo) và tỉ số h (không đơn vị đo, vẽ trên trục nằm
ks
ngang của toán đồ).

9


3.1.4. Tốn đồ số 4
Tốn
đồ
số
4
thể
hiện
mối
quan
hệ
giữa
tích
số Ch.t (vẽ trên trục thẳng đứng của toán đồ, đơn vị đo là m2) và đại lượng λ (không
đơn vị đo, vẽ trên trục nằm ngang của toán đồ).

3.1.5. Toán đồ số 5
Toán đồ số 5 thể hiện mối quan hệ giữa khoảng cách các bấc thấm (đo bằng
mét) hoặc đường kính thiết kế của bấc (đo bằng mét) (vẽ trên trục thẳng đứng của tốn
đồ) và đại lượng λ (khơng đơn vị đo, vẽ trên trục nằm ngang của toán đồ).

10


3.2. Lý thuyết cố kết thoát nước thẳng đứng
Barron 1948 đưa ra giải pháp về vấn đề cố kết của hình trụ đất có lõi bấc thốt
nước ở giữa. Lý thuyết của Barron đủ để giải quyết vấn đề cố kết dưới hai điều kiện,
đó là:
- Biến dạng thẳng đứng tự do
- Biến dạng thẳng đứng cân bằng
Trong trường hợp biến dạng cân bằng, phương trình vi phân mơ tả quá trình cố
kết được đưa ra như sau:
∂u
⎛ ∂u 1 ∂u ⎞
= Ch ⎜ 2 + + ⎟
∂t
r ∂r ⎠
⎝ ∂r

(3-1)

Trong đó:
u - áp suất lỗ rỗng dư trung bình tại bất kỳ điểm nào và bất kỳ thời gian t
nào sau khi xảy ra sự tăng ứng suất thẳng đứng tổng cộng.
r - khoảng cách theo bán kính của điểm được xét đến kể từ trọng tâm của
hình trụ đất thoát nước.
Ch - hệ số cố kết theo phương nằm ngang.
Đối với trường hợp chỉ cố kết ngang hướng tâm, lời giải của Barron dưới điều
kiện lý tưởng (không bị ảnh hưởng xáo trộn và không xét sức cản giếng) là như sau:
⎡ − 8Th ⎤

U=1-exp ⎢
⎥
⎣ F( n ) ⎦

(3-2)

11


Trong đó:

Th =

Ch t
2
De

(3-3)

⎛D ⎞ 3
F(n ) = ln⎜ e ⎟ −
⎜d ⎟ 4
⎝ w⎠
và

(3-4)

De - đường kính của hình trụ đất tương đương

dw - đường kính tương đương của lõi thấm tiêu nước.

n - tỷ lệ khoảng cách, lấy bằng De/dw
Hansbo (1979) đã phát triển phương trình của Barron áp dụng cho việc tính
tốn bấc thấm chế biến sẵn. Ông đã thay khái niệm F(n) trong các biểu thức trên bằng
khái niệm F với định nghĩa như sau:
F = F(n) + Fs + Ft

(3-5)

Trong đó:
F - là yếu tố biểu thị ảnh hưởng của khoảng cách giữa các bấc thấm đến F(n)
Fs - xét ảnh hưởng xáo trộn nền đất do cắm bấc thấm vào
Fr - xét đến sức cản giếng.
Yếu tố đầu tiên được xác định trong phương trình (3-4), các yếu tố thứ hai và
thứ ba được xác định như sau:
⎡⎛ K
Fs = ⎢⎜ h
⎜
⎣⎝ K s

⎛d
⎞ ⎤
⎟ − 1⎥ log e ⎜ s
⎜d
⎟
⎝ w
⎠ ⎦

Fr = πz(L − z)

⎞

⎟
⎟
⎠

Kh
qw

(3-6)
(3-7)

Trong đó:
ds - đường kính tương ứng của vùng bị xáo trộn xung quanh bấc thấm.
ks - hệ số thấm ngang trong vùng bị xáo trộn
z - khoảng cách từ đỉnh thoát nước tới điểm cuối cùng của bấc thấm.
L - chiều dài của bấc thấm khi sự thoát nước chỉ xảy ra tại một đầu của
bấc thấm.
(L sẽ lấy bằng một nửa chiều dài bấc thấm nếu sự thoát nước xảy ra tại
cả hai đầu trên và đầu dưới của bấc thấm, ví dụ nếu đầu dưới của bấc
thấm cắm vào tầng cát thoát nước).
Kh - hệ số thấm ngang của đất chưa bị xáo trộn
qw - khả năng tiêu thoát nước của bấc thấm tương ứng với gradient thủy
lực bằng 1.

12


3.3. Đặc tính của bấc thấm và các yếu tố ảnh hưởng:

3.3.1. Vùng ảnh hưởng của bấc thấm
Đường kính tương ứng của bấc thấm có dạng dải băng mỏng, ký hiệu là dw,

được xem như đường kính của bấc thấm hình trịn mà nó có cùng năng lực thốt nước
hướng tâm lý thuyết như của bấc thấm có hình dải băng mỏng. Để tuận tiện cho việc
thiết kế. Hansbo đưa ra cơng thức sau:
dw =
Trong đó:

2(a + b)
π

(3-8)

a - chiều rộng của bấc thấm dạng dải băng mỏng
b - chiều dày của bấc thấm dạng dải băng mỏng

Các nghiên cứu bằng phương pháp phần tử hữu hạn do Rixner thực hiện năm
(1986) và kết hợp với Hansbo (1987) đã dẫn đến công thức sau:
dw = (a+b)/2
Bấc thấm

(3-9)
dw =

dw =

2(a + b)
π

(a + b )
2

Hình 3-1: đường kính tương đương của bấc thấm
Thời gian để đạt được độ cố kết theo chiều như đã dự kiến sẽ là hàm số của
bình phương đường kính tương ứng của hình trụ đất được thoát nước De.
Khoảng cách, ký hiệu là S, do giữa các bấc thấm liên quan đến De theo các
công thức sau:
De = 1,13S (khi bố trí các bấc thấm theo mạng hình vng trên mặt bằng)
De = 1,05S (khi bố trí các bấc thấm theo mạng hình tam giác trên mặt bằng)

De = 1,05s

De = 1,13s

Hình 3-2: Vùng ảnh hưởng của bấc thấm tùy theo cách bố trí bấc thấm thành mạng
13


3.3.2. Tác động pha trộn và xáo trộn
Nhằm mục đích đơn giản hóa cơng tác thiết kế, Jamiokowski đánh giá rằng
đường kính của vùng bị xáo trộn, ký hiệu là ds, có quan hệ với đường kính mặt cắt
ngang của cần xiên của thiết bị cắm bấc thấm như sau:
ds =

5+6
dm
2

(3-10)

Trong đó:
dm - là đường kính của vịng trịn có diện tích bằng với diện tích của mặt

cắt ngang của cần xuyên dùng để cắm bấc thấm. Hansbo (1987) đưa ra công thức sau
đây, dựa trên kết quả nghiên cứu của Holtz và Holms (1973) và Akagi (1979):
ds = 2dm

(3-11)

Mối quan hệ này đã được Bergado chứng minh (1991). Vì vậy, ảnh hưởng của
xáo trộn đất tăng lên theo sự tăng đường kính của cần xuyên dùng để cắm bấc thấm.
Đối với đất tơi xốp thì tỉ lệ độ thấm nằm ngang kh với độ thấm thẳng đứng kv,
có thể đạt tới 10. Nhưng ảnh hưởng có lợi này của sự phân tầng đất làm cho tính thấm
ngang lớn hơn có thể bị giảm hay bị loại bỏ hồn tồn trong vùng bị xáo trộn. Vì vậy
tính thấm của vùng bị xáo trộn ks có thể tính gần đúng như sau:
ks = kv

(3-12)

Kết quả này đã được các nghiên cứu của Hansbo (1987) và Bergado (1991 xác
nhận)
3.3.3. Thông số ảnh hưởng đến thời gian cố kết
Khi xem xét kết hợp cả ảnh hưởng của sự xáo trộn đất và của sức cản giếng,
thời gian t tương ứng với độ cố kết mong muốn đã cho trước U được xác định như sau:
t=

2
⎞ ⎛d
D e ⎡⎧⎛ D e ⎞ 3 ⎫ ⎛ k h
⎟ − ⎬ + ⎜ − 1⎟ ln⎜ s
⎢⎨⎜ ln
⎟ ⎜d
8C h ⎢⎩⎜ d w ⎟ 4 ⎭ ⎜ k s

⎠
⎝
⎠ ⎝ w
⎣ ⎝

⎞
k ⎤
1
⎟ + πz(1 − z ) h ⎥ ln
⎟
qw ⎥ 1 − Uh
⎠
⎦

(3-13)

Các ảnh hưởng liên quan của thông số chủ yếu trong phương trình (3-13) đã
được khảo sát đối với trường hợp đã cho (Rixner, 1986). Từ đó nhận xét thấy là sự
thay đổi của Ch và De sẽ có ảnh hưởng lớn nhất đến thời gian cố kết t. Giá trị của Ch có
thể dễ dàng thay đổi bởi hệ số 10, có ảnh hưởng khống chế đến giá trị của t. Cịn De có
thể thay đổi bởi hệ số bằng 2 đến 3 và có ảnh hưởng đáng kể đến giá trị của De. Trị số
De thể hiện ảnh hưởng của khoảng cách giữa các bấc thấm. Các ảnh hưởng của đặc
tính của vùng bị xáo trộn (ks và ds) cũng có thể rất lớn. Đường kính tương đương của
bấc thấm dw chỉ có ảnh hưởng rất nhỏ tới tham số t.
3.4. Lún của đất nền:

Dưới tác dụng của tải trọng, độ lún toàn phần (S) của nền đất yếu bão hịa nước
bao gồm ba thành phần chính như sau:
S = Si + Sc + Ss

(3-14)

Trong đó:
Si - lún tức thời do biến dạng ngang khơng thốt nước của nền
14


Sc - lún cố kết sơ cấp do đất nền bị nén chặt dưới sự gia tăng ứng suất có hiệu.
Ss - lún thứ cấp gây ra do biến dạng mỏi trong kết cấu đất, thường được xét đến
sau khi đã kết thúc quá trình nén sơ cấp.
Đối với nền đất yếu, đặc biệt là sét hữu cơ có chỉ số dẻo cao, lún thứ cấp chiếm
tỉ lệ đáng kể trong tổng độ lún của nền.
3.4.1.Lún sơ cấp
Tổng độ lún sơ cấp cuối cùng, Sp = Si + Sc, thường tính tốn theo kết quả thí
nghiệm nén ba trục một chiều như sau:
Sp =

⎛ σ ' + ∆σ '
H ⎡
⎢C R log(OCR ) + C c log⎜ vo ' vf
⎜
(1 + e 0 ) ⎢
σp
⎝
⎣

⎞⎤
⎟⎥
⎟
⎠⎥

⎦

(3-15)

Trong đó:
H - chiều dày của lớp đất tính lún.
e0 - Hệ số rỗng ban đầu
σ 'p

= tỉ số áp lực cố kết trước. Đất có giá trị OCR > 1 được coi là đất
σ 'v 0
cố kết bình thường.
OCR =

σ 'v 0 - áp lực có hiệu hiện tại
σ 'p - áp lực cố kết trước

tải.

CR, Cc - độ dốc của đường cong nén lún tương ứng với quá trình dỡ tải và chất
Sự gia tăng của ứng suất có hiệu ∆σ 'vf một cách tổng qt có thể tính tốn như

sau:
∆σ 'vf = ∆σ v + u0 - uf

(3-16)

∆σ v - ứng suất toàn phần tăng thêm bởi tải trọng

uo - áp lực nước lỗ rỗng trước khi chất tải

uf - áp lực nước lỗ rỗng cuối cùng
Thơng thường, đối với nền đất có áp lực nước trong đất phân bố theo qui luật
thủy tĩnh thì có thể lấy u0 = uf. Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp, áp lực nước trong
nền đất đã bị hạ thấp so với cột nước thủy tĩnh (do bơm hút nuớc ngầm chẳng hạn),
cùng với sự có mặt của PVD, áp lực nước sau cùng uf có thể bằng hoặc không bằng u0
tùy theo địa tầng cụ thể của đất nền, chiều dài bấc thấm và những điều kiện khác.
Lún sơ cấp bao gồm hai thành phần: lún tức thời (Si) và lún cố kết (Sc). Trong
thực tế có thể tính tốn một cách đơn giản:
Sc = µ.Sp

(3-17)

15


Trong các cơng trình thực tế, hệ số µ thường thay đổi từ 0,9 ÷ 0,7 tùy thuộc vào
tỷ số giữa chiều rộng chất tải và chiều dày của nền đất yếu (B/D). Vì vậy, độ lún tức
thời khơng thốt nước sẽ là:
Si = (1+µ).Sp

(3-18)

Cũng có thể tính tốn độ lún tức thời bằng lý thuyết đàn hồi với hệ số nở hơng
khơng thốt nước υu = 0,5.
3.4.2. Lún cố kết thứ cấp
Sau khi đã hồn tất q trình cố kết sơ cấp (áp lực nước thặng dư đã tiêu tán
hết), độ rỗng của đất vẫn có thể tiếp tục giảm do biến dạng mỏi trong kết cấu đất.
Thành phần lún này gọi là lún thứ cấp, Ss và thường được tính tốn một cách đơn giản
theo quan hệ tuyến tính với logarit thời gian như sau:
Ss = C’α.H.log(

t
)
tp

(3-19)

Ss - lún thứ cấp ở thời điểm tính tốn t
tp - thời diểm kết thúc lún sơ cấp
C’α - tỉ số nén thứ cấp, có thể xác định từ thí nghiệm nén lún tiêu chuẩn.
3.4.3. Lún cố kết theo thời gian.
Lún cố kết sơ cấp theo thời gian là thành phần lún quan trọng nhất đối với nền
sét yếu xử lý bằng thoát nước đứng. Thành phần lún này phụ thuộc vào các đặc trưng
về biến dạng và thấm của đất nền, cường độ và thời gian chất tải trước…
4. THI CÔNG BẤC THẤM, ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG GIA CỐ NỀN BẰNG
BẤC THẤM
4.1. Qui trình, thiết bị và kỹ thuật thi cơng bấc thấm;

4.1.1. Qui trình và kỹ thuật thi cơng bấc thấm
4.1.1.1. Trình tự thi cơng bấc thấm:

- Định vị tất cả các điểm sẽ phải cắm bấc thấm bằng các máy đo đạc thông
thường theo hàng dọc và hàng ngang đúng với đồ án thiết kế, đánh dấu vị trí định vị:
cơng việc này cần làm cho từng ca máy.
- Đưa máy ấn bấc thấm vào vị trí theo đúng hành trình đã được vạch ra ở sơ đồ
di chuyển. Xác định vạch xuất phát trên trục tâm để tính chiều dài bấc thấm được ấn
vào đất; kiểm tra độ thẳng đứng của trục tâm theo dây dọi treo hoặc thiết bị con lắc đặt
trên giá.
- Lắp bấc thấm vào trục tâm và điều khiển máy đưa đầu trục tâm đến vị trí đặt
bấc.

- Gắn đầu neo vào đầu bấc thấm với chiều dài bấc được gấp lại tối thiểu là
30cm và được ghim bằng ghim thép.
- Ấn trục tâm đã được lắp bấc thấm đến độ sâu thiết kế với tốc độ đều trong
phạm vi 0,15-0,6m/s. Sau khi cắm xong bấc thấm xong kéo trục tâm lên (lúc này đầu
neo giữ bấc thấm lại trong đất); khi trục tâm được kéo lên hết, dùng kéo cắt đứt bấc
16


thấm sao cho cịn lại 20cm đầu bấc nhơ lên trên lớp đệm cát và quá trình lại bắt đầu từ
đầu đối với một vị trí cắm bấc thấm tiếp theo.
4.1.1.2. Khâu nối

Trong q trình thi cơng nếu hết một cuộn bấc thấm thì cho phép được nối bấc
thấm với cuộn tiếp theo. Khi nối, hai đầu bấc thấm phải chồng lên nhau ít nhất là 30cm
và được ghim chặt bằng ghim thép.
4.1.1.3. Trong trường hợp trên tầng đất yếu có một lớp tương đối cứng, máy khơng ấn
trục tâm xuyên qua được thì cần phải được phát hiện và có biện pháp xử lý từ trước
khi đắp tầng đệm cát (theo dự kiến trong đồ án thiết kế).
4.1.1.4. Trường hợp đang thi công ấn bấc thấm chưa đến độ sâu, nhưng gặp trở ngại
khơng ấn tiếp được thì cần kịp thời xin ý kiến tư vấn giám sát để cho phép dừng tại đó
và định vị ấn đặt bấc thấm sang chỗ lân cận trong vòng 30cm.
4.1.1.5. Phải vẽ sơ đồ và ghi chép chi tiết mỗi lần ấn đặt bấc thấm về vị trí, chiều sâu,
thời điểm thi cơng và các sự cố xảy ra trong q trình thi công.
4.1.1.6. Sau khi ấn đặt bấc thấm xong, phải dọn sạch các mảnh vụn bấc thấm và mọi
chất thải khác rơi vãi trên mặt bằng, tiến hành đắp lớp cát tiếp theo nhằm phủ kín bấc
thấm.

4.1.2. Thiết bị thi công bấc thấm
Để cắm bấc thấm vào trong đất, người ta dùng một máy chuyên dụng tự hành.
Bộ phận chính của máy là một cần cứng bằng thép rỗng tiết diện 120x50mm. Đầu

dưới làm hơi hẹp lại để cắm vào đất dễ dàng hơn. Phía trong cần thép luồn bấc thấm
qua. Đầu bấc thấm luồn qua một bản neo và neo này sẽ được cần ấn ấn xuống đất đến
độ sâu thiết kế. Khi cần được rút lên, bản neo được ghim lại trong nền đất cùng với
bấc thấm. Trong một số trường hợp đất quá yếu, bản neo chưa đặt được vào tầng đất
tốt hơn, có thể xảy ra trường hợp bản neo bị rút lên theo cùng bấc thấm. Trong trường
hợp này, nên thiết kế riêng loại bản neo đặc biệt. Khi cần lên khỏi mặt đất, người ta
dùng kéo cắt bấc thấm và chuyển sang cắm bấc thấm khác.
Thiết bị thi cơng bấc thấm phải có các đặc trưng kỹ thuật sau:
- Trục tâm để lắp bấc thấm có tiết diện 60mmx120mm, dọc trục có vạch chia
đến cm để theo dõi chiều sâu ấn bấc thấm và phải có dây dọi hoặc thiết bị con lắc để
thường xuyên kiểm tra được độ thẳng đứng.
- Máy phải có lực ấn đủ lớn để cắm bấc thấm đến độ sâu thiết kế.
- Tốc độ ấn lớn nhất 65mm/phút.
- Tốc độ kéo lên lớn nhất 105m/phút.
- Chiều sâu ấn lớn nhất: đạt được độ sâu đặt bấc thấm theo yêu cầu thiết kế.
- Máy ấn bấc thấm phải bảo đảm vững chắc, ổn định khi làm việc trong mọi
điều kiện thời tiết mưa, gió…

17


Hình 4-1: Thi cơng bấc thấm
a) Thiết bị cắm bấc thấm; b) Ống lồng bấc thấm
4.2. Kiểm soát chất lượng:

4.2.1. Đánh giá chất lượng gia cố bấc thấm
Kinh nghiệm của một số nước đã sử dụng bấc thấm như Hàn Quốc, Nhật Bản,
Thái Lan, Thuỵ Điển … cho thấy bấc thấm có tác dụng gia cố đất nền, làm tăng độ bền
của đất yếu một cách rõ rệt. Điều đó thể hiện ở chỗ tăng lực dính lên một cách đáng
kể. Lực dính của đất tăng lên tỉ lệ thuận với tải trọng nén trước, biểu hiện bằng quan hệ

sau đây:
∆c
= 0,23 ÷ 0,29
∆p

(4-1)

Trong đó:
∆p - gia cố của tải trọng
∆c - gia cố của lực dính

Để đánh giá chất lượng của đất nền sau khi gia cố bằng bấc thấm, người ta
thường tiến hành như sau:
4.2.2. Đánh giá độ bền (cường độ) của đất
- Dùng xuyên tiêu chuẩn (SPT) để đánh giá độ bền của nền đất.
- Khoan lấy mẫu thí nghiệm nén ba trục.
Hai phương pháp đều phải tiến hành trước khi dỡ tải nén trước và kiểm tra lại
khi đã xây dựng xong cơng trình.
4.2.3. Đánh giá chất lượng cố kết
- Quan trắc độ lún của nền đất đã gia cố khi gia tải nén trước, khi dỡ tải nén
trước, khi xây dựng nền đường cũng như khi đã đưa vào sử dụng.
- Đo áp lực nước lỗ rỗng trong nền đất bằng thiết bị chuyên dụng (Piezometter).
- Đo ứng suất trong nền bằng đatric ứng suất.
18