BÁO CÁO TỔNG KẾT CHUYÊN ĐỀ NGHIÊN CỨU NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN BẰNG CỌC CÁT

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 CỌC CÁT


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 CÔNG NGHỆ PHỤC VỤ XÂ
Y
DỰNG ĐÊ BIỂN VÀ CÔNG 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

7579-11
22/12/2009

Hà Nội 2009


1
MỤC LỤC
1. GIỚI THIỆU CHUNG 2

1.1. Đặc điểm và phạm vi ứng dụng: 2
1.2. Nguyên lý làm việc của cọc cát: 2
1.3. Ưu nhược điểm của phương pháp: 2
1.3.1. Ưu điểm: 2
1.3.2. Nhược điểm: 2
2. TRÌNH TỰ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CỌC CÁT 2
2.1. Xác định khoảng cách cọc cát C: 2
2.2. Xác định số lượng cọc n: 4
2.3. Xác định chiều dài cọc cát L: 4
2.4. Bố trí cọc cát 4
2.5. Xác định chiều sâu nén chặt của cọc cát 8
2.6. Xác định sức chịu tải của nền đất sau khi nén chặt bằng cọc cát 9
2.7. Kiểm nghiệm độ lún của nền đất sau khi nén chặt bằng cọc cát 9
3. TIÊU CHUẨN KỸ THUẬT THI CÔNG CỌC CÁT: 11
3.1.Vật liệu và yêu cầu về vật liệu 11
3.2. Thiết bị và yêu cầu về thiết bị 11
3.3. Trình tự thi công: 12

2

1. GIỚI THIỆU CHUNG
1.1. Đặc điểm và phạm vi ứng dụng:
Nén chặt đất bằng cọc cát là một phương pháp có hiệu quả khi xây dựng các
công trình chịu tải trọng lớn trên nền đất yếu có chiều dày lớn. Khi chiều dày lớp đất
yếu lớn hơn 2m có thể dùng cọc cát nén chặt được. Không nên dùng cọc cát trong
trường hợp đất quá nhão (khi hệ số rỗng nén chặt ε>1) cọc cát không thể lèn chặ
t đất.
1.2. Nguyên lý làm việc của cọc cát:
Cọc cát làm cho độ lỗ rỗng, độ ẩm của đất nền giảm đi, trọng lượng thể tích,
môdun biến dạng, lực dính và góc ma sát trong tăng lên.
Vì nền đất được nén chặt lại, do đó sức chịu tải được tăng lên, độ lún và biến
dạng không đồng đều của đất nền dưới đế móng các công trình giảm đi một cách đáng
k
ể.
Dưới tác dụng của tải trọng, cọc cát và vùng đất được nén chặt xung quanh cọc
cùng làm việc đồng thời đất được nén chặt đều trong khoảng cách giữa các cọc.
1.3. Ưu nhược điểm của phương pháp:
1.3.1. Ưu điểm:
- Khi dùng cọc cát, trị số môdun biến dạng ở trong cọc cát cũng như ở vùng đất
được nén chặt xung quanh sẽ giống nhau ở mọi đi
ểm. Vì vậy, phân bố ứng suất trong
nền đất được nén chặt bằng cọc cát có thể xem như là nền thiên nhiên. Tính chất này
hoàn toàn không thể có được khi dùng các loại cọc cứng.
- Khi dùng cọc cát, quá trình cố kết của nền đất diễn biến nhanh hơn nhiều so
với nền đất thiên nhiên hoặc nền đất dùng cọc cứng. Phần lớn độ lún của nền đất có
cọc cát thường kết thúc trong quá trình thi công, do đó t
ạo điều kiện cho công trình
mau chóng đạt đến giới hạn ổn định.
- Cát dùng trong cọc là loại vật liệu rẻ hơn nhiều so với gỗ, thép, bê tông cốt
thép và không bị ăn mòn nếu nước ngầm có tính xâm thực.

- Biện pháp thi công cọc cát tương đối đơn giản.
1.3.2. Nhược điểm:
- Phương pháp này không áp dụng được cho những vùng đất nền quá nhão (hệ
số rỗng ε>1);
- Sức chị
u tải của cọc đơn hoặc một nhóm Cọc vât liệu rời khá hạn chế vì chúng
hay bị phình. Một nhóm nhỏ cọc vật liệu rời có thể bị phá huỷ theo nhiều kiểu, từ kiểu
đâm thủng đơn giản đối với các cọc ngắn, kiểu phá huỷ do nén dọc trục đối với các
cọc dài, đến kiểu bị oằn do cắt của các cọc vật liệu r
ời ngoại vi.
2. TRÌNH TỰ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CỌC CÁT
Trong trường hợp việc sử dụng cọc cát chứng minh được hiệu quả, thì trình bày
chỉ dẫn thiết kế theo trình tự sau:
2.1. Xác định khoảng cách cọc cát C:
Khoảng cách cọc cát được xác định trên cơ sở giả thiết:

3
- Độ ẩm của đất trong quá trình nén
chặt là không đổi.
- Đất được nén chặt đều trong
khoảng cách các cọc cát.
- Thể tích của đất nén chặt giới hạn
trên bề mặt tam giác đều ABC
(hình 2-1) giữa các trục của cọc
cát, sau khi nén chặt sẽ giảm một
thể tích bằng nửa thể tích cọc cát.

Hình 2-1: Sơ đồ bố trí cọc cát
Xét một lăng thể đất có đáy là tam giác đều cạnh là C, chiều cao h khoảng cách
giữa các cọc. Áp dụng công thức:

o
tk0
1V
V
ε+
ε−ε
=
∆
(2-1)
Thể tích rỗng giảm:

h
4
3C
1
h
2
3C
C
2
1
.
1
V
1
V
3
o
tk0

o
tk0
o
tk0
ε+
ε−ε
=
ε+
ε−ε
=
ε+
ε−ε
=∆
(2-2)
Thể tích cọc cát đưa vào:

h
4
d
2
1
V
2
c
π
=∆
(2-3)
Cân bằng (2-2) và (2-3) sẽ được công thức tính khoảng cách các cọc cát:
tk0
0

1
.
32
dC
ε−ε
ε+
π
= (2-4)
Giả sử trong quá trình lèn chặt, độ ẩm của đất W không đổi thì từ (2-4) ta có:

otk
tk
.
32
dC
γ−γ
γ
π
=
(2-5)
Trong đó:
+ d: Đường kính cọc cát;
+ ε
0
, γ
0
: Hệ số rỗng và dung trọng tự nhiên của đất nền trước khi có cọc cát;
+ ε
tk
, γ

tk
: Hệ số rỗng và dung trọng của đất nền sau khi có cọc cát (được xác
định qua tính toán đối với từng loại đất);
•
Đối với nền đất cát:
ε
tk
= ε
max
-D(ε
max
-ε
min
) (2-6)
Với D là độ chặt tương đối D=0,7-0,8.
•
Đối với nền đất cát bụi:
ε
tk
=0,6-0,8 (ở trạng thái chặt vừa)
•
Đối với nền sét bão hoà nước:

4
)5,0(
.100
A
d
n
h

tk
+=
ω
γ
γ
ε
(2-7)
A=ω
ch
-ω
d
Trong đó:
+ ε
max
, ε
min
- Hệ số rỗng của cát ở trạng thái rời nhất và chặt nhất
xác định bằng thí nghiệm.
+ γ
h
: Dung trọng hạt của đất nền;
+ γ
n
: Dung trọng của nước;
+ ω
d
: Giới hạn dẻo của đất;
+ ω
ch
: Giới hạn chảy của đất.

2.2. Xác định số lượng cọc n:
0
0
1
.
ε
ε
ε
+
−
=
tk
f
F
n
(2-8)
Trong đó:
+ F: Diện tích đất nền cần được xử lý bằng cọc cát;
+ f: Diện tích cọc cát.
Diện tích nền được nén chặt thường lấy lớn hơn diện tích đế móng để đảm bảo
nền đất được ổn định dưới tác dụng của tải trọng công trình. Theo kinh nghiệm thiết
kế, chiều rộng mặt bằng của nền nén chặt thường lấy lớ
n hơn chiều rộng móng 0,2b và
diện tích F
nc
của nền được nén chặt có thể tính theo công thức sau đây:
F
nc
= 1,4b(a+0,4b) (2-9)
Trong đó:

a,b - chiều dài và chiều rộng đế móng;
2.3. Xác định chiều dài cọc cát L:
Xác định chiều dài cọc cát trên 2 cơ sở:
+ Khống chế về mặt biến dạng: L≥H
a
, với H
a
là chiều sâu vùng nền chịu ảnh
hưởng lún;
+ Khống chế về mặt cường độ, ổn định: lấy L> độ sâu lớn nhất của vùng nền
trượt. L còn phụ thuộc khả năng của phương tiện đóng nhổ ống thép. Hiện nay chưa có
phương pháp chính xác tìm chiều dài cọc L.
2.4. Bố trí cọc cát
Cọc cát thường được bố trí theo đỉnh lưới hình tam giác đều. Đó là sơ đồ bố trí
hợp lý nhất đảm bảo đất được nén chặt đều trong khoảng cách giữa các cọc. Khoảng
cách giữa các cọc còn có thể xác định bằng tính toán vẫn dựa vào những giả thiết cơ
bản như trong phần xác định khoảng cách giữa các cọc ở trên
- Thể tích của các hạt đất trước và sau khi nén chặt xem nh
ư không đổi, nếu bỏ
qua tính nén bản thân của các hạt.

5
Dựa vào những giả thiết đã trình bày, chúng ta có thể viết:

0
2
2
0
2
1

8
d
C
4
3
1
C
4
3
ε+
π
−
=
ε+
(2-10)
Trong đó:
C - khoảng cách giữa các cọc cát;
d
c
- Đường kính cọc cát.

C = 0,952d
c
nc0
0
1
ε−ε
ε+

(2-11)

Hoặc có thể viết công thức (2-7) dưới dạng sau đây:
C = 0,952d
c
γ−γ
γ
nc
nc

(2-12)
Trong đó:
γ
nc
- Trọng lượng thể tích của đất được nén chặt;
γ
nc
=
()
W01,01
1
+
ε+
∆
(2-13)
W - độ ẩm thiên nhiên của đất trước khi nén chặt;
γ - Trọng lượng thể tích của đất thiên nhiên trước khi được nén chặt.
Từ công thức (2-8) có thể biến đổi viết dưới dạng đơn giản hơn:
C = 0,952d
c
v1

1
−

(2-14)
Trong đó:
v =
nc
γ
γ
(2-15)
Trị số C trong công thức (2-14) phụ thuộc vào d
c
và v, có thể tra biểu đồ đề
nghị của Hoàng Văn Tân (hình 2-2)

6

Hình 2-2: Biểu đồ xác định khoảng cách giữa các cọc cát
Theo chỉ dẫn thiết kế cọc cát, đối với nền đất yếu bão hoà nước ở Liên Xô,
khoảng cách giữa các cọc cát được xác định căn cứ vào chiều sâu nén chặt.
Khi chiều sâu nén chặt H
nc
bằng chiều dày vùng chịu nén H của lớp đất, trị số C
có thể tính theo công thức sau đây:
C =
[]
c
d1
S
S3

⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
+ (2-16)
Trong đó:
[S] - trị số độ lún cho phép của công trình, có thể lấy theo qui phạm thiết
kế hoặc căn cứ vào tính chất của công trình mà quyết định.
S - trị số độ lún của nền đất thiên nhiên dưới công trình khi chưa có cọc
cát.
S = η
2
tc
RF (2-17)
η - hệ số độ lún của lớp đất thiên nhiên, phụ thuộc vào trọng lượng thể
tích trung bình của đất, có thể tra ở bảng 2-1.
Bảng 2-1: Hệ số η
γ (t/m
3
) 1,4 1,45 1,5 1,55 1,6 1,65 1,7 1,75 1,8 1,85 1,9
η (m
4
/t
2
) 10 6,7 4,5 3 2 1,4 0,9 0,6 0,4 0,3 0,2
F - diện tích đế móng (m
2
)

R
tc
- áp lực tiêu chuẩn của đất nền khi chưa có cọc cát:
R
tc
= m[(Ab+Bh)γ+Dc
tc
] (2-18)
m - hệ số điều kiện làm việc, được qui định như sau: khi mực nước ngầm
nằm cao hơn đế móng và dưới đó là lớp cát bụi thì m = 0,6 và nếu là lớp cát nhỏ thì
m= 0,8; các trường hợp còn lại đều lấy m = 1.
A, B và D - những hệ số không thứ nguyên, phụ thuộc vào góc ma sát
trong tiêu chuẩn φ
tc
của đất, lấy theo bảng 2-2:

7
Bảng 2-2: Các hệ số A, B và D
φ
tc
(độ) A B D φ
tc
(độ) A B D
0 0,00 1,00 3,14 24 0,72 3,87 6,45
2 0,03 1,12 3,32 26 0,84 4,37 6,90
4 0,06 1,25 3,51 28 0,98 4,93 7,40
6 0,10 1,39 3,71 30 1,15 5,59 7,95
8 0,14 1,55 3,93 32 1,34 6,35 8,55
10 0,18 1,73 4,17 34 1,55 7,21 9,21
12 0,23 1,94 4,42 36 1,81 8,25 9,98

14 0,29 2,17 4,69 38 2,11 9,44 10,80
16 0,36 2,43 5,00 40 2,46 10,84 11,73
18 0,43 2,72 5,31 42 2,87 12,50 12,77
20 0,51 3,06 5,66 44 3,37 14,48 13,96
22 0,61 3,44 6,04 46 3,66 15,64 14,64
b - chiều rộng đế móng, nếu đế móng hình tròn hoặc hình đa giác, có thể
dùng công thức b =
F để tính toán.
h - chiều sâu chôn móng, tính từ mặt đất thiên nhiên hoặc từ cao trình
thiết kế đến đế móng.
γ - trọng lượng thể tích của đất.
C
tc
- Lực dính tiêu chuẩn (lực dính đơn vị) của đất.
Khi H
nc
<H, ta có
C =
[]
()
c
0
d1
S
SS3
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣

⎡
+
−
(2-19)
Trong đó:
S
0
- trị số độ lún của lớp đất thiên nhiên nằm trong phạm vi chiều sâu
(H-H
nc
) và được xác định theo các công thức tính lún thông thường; trong đó môdun
biến dạng của lớp đất này được tính toán theo công thức sau đây:
E
0
=
tc
0
R
a
η
(2-20)
a
0
- Hệ số không thứ nguyên, có thể lấy bằng 0,87 đối với móng hình
vuông và 0,66 đối với móng băng.
Để bảo đảm nền đất được ổn định về phương diện biến dạng cũng như khả năng
chịu tải, cọc cát thường được bố trí không những ở dưới móng mà còn ở phạm vi ngoài
đế móng.
Theo kinh nghiệm thiết kế, số lượng hàng cọc cát bố trí theo hướng d
ọc và

hướng ngang dưới đế móng thường lấy lớn hơn 3 hàng, trong đó trục của hàng cọc
ngoài lấy rộng hơn kích thước mặt bằng đế móng một khoảng cách lớn hơn 1,5lần
đường kính cọc hoặc 0,1 lần chiều dài cọc.

8
Theo kinh nghiệm xây dựng ở nước ngoài, đường kính cọc cát thường dùng
40÷60cm. Ở nước ta, theo kinh nghiệm bước đầu của Bộ Kiến trúc, có thể dùng hai
loại đường kính cọc: đường kính cọc cát cỡ nhỏ có thể chọn 10÷20cm và đường kính
cỡ lớn 20÷40cm.
Cọc cát chỉ có tác dụng nén chặt theo chiều sâu, nếu số lượng cát chứa đầy
trong cọc đáp ứng được yêu cầu độ chặ
t cần thiết theo thiết kế.
Trọng lượng cần thiết trên một mét dài của cọc được xác định theo công thức
sau đây:
G =
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
+
ε+
∆
100
W
1
1
f
1

nc
c
(2-21)
Trong đó:
∆ - Trọng lượng riêng của cát dùng trong cọc;
W
1
- Độ ẩm tính theo trọng lượng của cát trong thời gian thi công.
2.5. Xác định chiều sâu nén chặt của cọc cát
Chiều sâu nén chặt H
nc
của cọc cát có thể lấy bằng chiều sâu vùng chịu nén H ở
dưới đế móng. Chiều sâu vùng chịu nén được xác định xuất phát từ điều kiện ứng suất
nén ở độ sâu ấy nhỏ hơn một giới hạn nhất định. Theo qui phạm Liên xô thì chiều sâu
H của vùng chịu nén được xác định từ điều kiện sao cho ứng suất nén σ
z
ở đáy không
lớn hơn 0,5 lần áp lực của bản thân đất σ
*
z
, tức là:
σ
z
≤ 0,5σ
*
z
(2-22)
Một số tác giả khác đề nghị lấy vùng chịu nén đến độ sâu mà ở đó:
σ
z

≤ 0,1p (2-23)
Trong đó:
p - áp lực gây lún ở dưới đế móng
Chiều sâu vùng nén chặt xác định theo cách trên hoàn toàn chỉ có tính chất qui
ước. Đúng hơn cả là nên xác định theo điều kiện đất nền thực tế không còn biến dạng
dưới tác dụng của áp lực do công trình truyền xuống.
Chiều sâu vùng chịu nén còn có thể xác định một cách gần đúng theo phương
pháp lớp đất tương đương của giáo sư N.A.Txưtovits:
H = 2h
s
(2-24)
Trong đó:
h
s
- chiều dày lớp đất tương đương.
h
s
= Aωb (2-25)
Aω - hệ số lớp tương đương, phụ thuộc vào hệ số Poatxông µ
0
, hình dạng đế
móng và độ cứng của móng, tra bảng 2-3.
Đối với nền đất sét yếu ở trạng thái bão hoà nước, chiều sâu vùng nén chặt có
thể lấy đến giới hạn khi ứng suất phụ thêm do tải trọng ngoài gây nên có giá trị vào
khoảng 0,2-0,3kg/cm
2
.

9
Nói chung trong mọi trường hợp, chiều sâu nén chặt có thể lấy lớn hơn hai lần

chiều rộng móng, đối với móng hình chữ nhật và lớn hơn ba đến bốn lần, đối với móng
băng.
2.6. Xác định sức chịu tải của nền đất sau khi nén chặt bằng cọc cát
Theo kinh nghiệm của nước ngoài, sức chịu tải tính toán của nền đất sau khi
nén chặt bằng cọc cát có thể lấy lớn hơn từ hai đến ba lần sức chịu tải của nền đất thiên
nhiên khi chưa gia cố. Đối với nền đất sét hoặc đất bùn, theo kết quả thực nghiệm, sau
khi nén chặt bằng cọc cát, sức chịu tải tính toán của nền đất có thể lấy trong phạ
m vi 2-
3kG/cm
2
.
Muốn kiểm nghiệm lại sức chịu tải sau khi nén chặt, có thể dùng công thức (2-
20) hoặc có thể tiến hành thí nghiệm tải trọng tĩnh ở hiện trường.
Diện tích bàn nén thí nghiệm không nên lấy nhỏ hơn 4,0m
2
.
Khi áp dụng công thức (2-20) thì các chỉ tiêu tính toán như γ, c, ϕ … có thể xác
định qua một số lỗ khoan kiểm nghiệm tiến hành sau khi đóng cọc cát hoặc dùng các
chuỳ xuyên tiêu chuẩn.
Trong trường hợp không có điều kiện thí nghiệm tải trọng tĩnh hoặc khoan lấy
mẫu thí nghiệm, các chỉ tiêu c, ϕ và E
0
có thể tra bảng cho trong qui phạm, dựa vào hệ
số ε
nc
bảng 2-4.
Bảng 2-4: trị số lực dính đơn vị c(t/m
2
), góc ma sát trong ϕ(độ), môdun biến dạng
E

0
(kG/cm
2
) của đất cát không phụ thuộc vào nguồn gốc và tuổi của chúng
Chỉ dẫn bảng 2-5: chỉ số độ sệt B của đất sét được xác định theo công thức sau
đây:
B =
Lc
L
WW
WW
−
−
(2-26)
Trong đó:
W - Độ ẩm thiên nhiên;
W
c
- Độ ẩm giới hạn chảy;
W
L
- Độ ẩm giới hạn lăn.

8
Bảng 2-3: Hệ số Aω
Sét và cuội Cát Sét pha cát dẻo
Sỏi cứng và sét pha cát Cát pha sét Sét dẻo
Sét nặng rất dẻo
b
a

µ
0
= 0,10 µ
0
= 0,20 µ
0
= 0,25 µ
0
= 0,30 µ
0
= 0,35 µ
0
= 0,40
1,0 1,13 0,96 0,89 1,2 1,01 0,94 1,26 1,07 0,99 1,37 1,17 1,08 1,58 1,34 1,24 2,02 1,71 1,58
1,5 1,37 1,16 1,09 1,45 1,23 1,15 1,53 1,3 1,21 1,66 1,4 1,32 1,91 1,62 1,52 2,44 2,07 1,94
2 1,55 1,31 1,23 1,63 1,39 1,3 1,72 1,47 1,37 1,88 1,6 1,49 2,16 1,83 1,72 2,76 2,34 2,20
3 1,81 1,55 1,46 1,90 1,63 1,54 2,01 1,73 1,62 2,18 1,89 1,76 2,51 2,15 2,01 3,21 2,75 2,59
4 1,99 1,72 1,63 2,09 1,81 1,72 2,21 1,92 1,81 2,41 2,09 1,97 2,77 2,39 2,26 3,53 3,06 2,90
5 2,13 1,85 1,74 2,24 1,95 1,84 2,37 2,07 1,94 2,58 2,25 2,11 2,96 2,57 2,42 3,79 3,29 3,10
6 2,25 1,98 - 2,37

2,09
- 2,50 2,21 - 2,72 2,41 - 3,14 2,76 - 4,00 3,53 -
7 2,35 2,06 - 2,17

2,18
- 2,61 2,31 - 2,84 2,51 - 3,26 2,87 - 4,18 3,67 -
8 2,43 2,14 - 2,56

2,26
- 2,7 2,40 - 2,94 2,61 - 3,38 2,98 - 4,32 3,82 -
9 2,51 2,21 - 2,64

2,34 - 2,79 2,47 - 3,03 2,69 - 3,49 3,08 - 4,46 3,92 -
10
và lớn
hơn
2,58 2,27 2,15 2,71 2,40 2,26 2,86 2,51 2,38 3,12 2,77 2,60 3,58 3,17 2,98 4,58 4,05 3,82
Aω Aω
0
Aω
m
Aω
const
Aω
0
Aω
m
Aω
const
Aω
0
Aω
m
Aω
const
Aω
0
Aω

m
Aω
const
Aω
0
Aω
m
Aω
const
Aω
0
Aω
m
Aω
const
Các ký hiệu trong bảng 2-3:
a - chiều dài đế móng Aω
0
- hệ số lớp tương đương dùng để xác định độ lún lớn nhất ở tâm đáy móng mềm
b - chiều rộng đế móng Aω
m
- hệ số lớp tương đương dùng để xác định độ lún trung bình của các móng cứng
µ
0
- hệ số Poatxông của đất Aω
const
- hệ số lớp tương đương dùng để xác định độ lún các móng tuyệt đối cứng

9
Khi hệ số rỗng ε

nc
0,41-0,50 0,51-0,60 0,61-0,70 0,71-0,80
Tên đất
Đặc trưng
của đất

Tiêu
chuẩn
Tính
toán
Tiêu
chuẩn
Tính
toán
Tiêu
chuẩn
Tính
toán
Tiêu
chuẩn
Tính
toán
c 0,2 - 0,1 - - - - -
ϕ
43 41 40 38 38 36 - -
Cát sạn và
cát to
E
0
500 - 100 - 300 - - -

c 0,3 - 0,2 - 0,1 - - -
ϕ
40 38 38 36 35 33 - -
Cát trung
E
0
500 - 400 - 300 - - -
c 0,6 0,1 0,4 - 0,2 - - -
ϕ
38 36 36 34 32 30 28 26
Cát nhỏ
E
0
480 - 380 - 280 - 180 -
c 0,8 0,2 0,6 0,1 0,4 - 0,2 -
ϕ
36 34 34 32 30 28 26 24
Cát bụi
E
0
390 - 280 - 180 - 110 -
Bảng 2-5: Trị số lực dính đơn vị c(t/m
2
) góc ma sát trong ϕ(độ) của đất sét ở trầm tích
kỷ thứ tư (khi 0≤B≤1,0)
Khi hệ số rỗng ε
nc
0,41-0,5 0,51-0,6 0,61-0,7 0,71-0,8 0,81-0,95 0,96-1,10
Độ ẩm
của đất ở

giới hạn
lăn (%)
Đặc
trưng
của
đất
Tiêu
chuẩn
Tính
toán
Tiêu
chuẩn
Tính
toán
Tiêu
chuẩn
Tính
toán
Tiêu
chuẩn
Tính
toán
Tiêu
chuẩn
Tính
toán
Tiêu
chuẩn
Tính
toán

c 1,2 0,3 0,8 0,1 0,6 - - - - - - -
9,5-12,4
ϕ
25 23 24 22 23 21 - - - - - -
c 4,2 1,4 2,1 0,7 1,4 0,4 0,7 0,2 - - - -
12,5-15,4
ϕ
24 22 23 21 22 20 21 19 - - - -
c - - 5,0 1,9 2,5 1,1 1,9 0,8 1,1 0,4 0,8 0,2
15,5-18,4
ϕ
- - 22 20 21 19 20 18 19 17 18 16
c - - - - 6,8 2,8 3,4 1,9 2,8 1,0 1,9 0,6
18,5-22,4
ϕ
- - - - 2,0 18 1,9 17 18 16 17 15
c - - - - - - 8,2 3,6 4,1 2,5 3,6 1,2
22,5-26,4
ϕ
- - - - - - 18 16 17 15 16 14
c - - - - - - - - 9,4 4,0 4,7 2,2
26,5-30,4
ϕ
- - - - - - - - 16 14 15 13
Bảng 2-6: trị số môdun biến dạng E
0
(kG/cm
2
) của đất sét thuộc trầm tích kỷ thứ tư
Khi hệ số rỗng ε

nc

0,31- 0,41- 0,51- 0,61- 0,71- 0,81- 0,91- 1,01-
Nguồn gốc
và tuổi của
đất
Tên đất và độ sệt
0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00 1,10
Phù sa (bồi
tích)
Cát pha sét 0
≤ B≤1
- 320 240 160 100 70 - -
0
≤
B≤0,25
-
340 270 220 170 140 110 -
0,25<B≤0,50
-
320 250 190 140 110 80 -
Phù sa (sườn
tích) ao hồ
Sét pha
cát
0,50<B≤1
- -
- 170 120 80 60 50
0≤B≤.0,25
- -

280 240 210 180 150 120
0,25<B≤0,50
- -
- 210 180 150 120 90
Phù sa ao hồ Sét
0,50<B≤1
- -
- - 150 120 90 70
2.7. Kiểm nghiệm độ lún của nền đất sau khi nén chặt bằng cọc cát
Trị số độ lún của nền đất sau khi nén chặt bằng cọc cát có thể tính toán theo
công thức sau đây:

10
S
c
=
i0
j
1i
ii
E
hP
β
∑
=
(2-27)
Trong đó:
j - Số lớp đất nằm trong chiều sâu chịu nén của nền đất.
P
i

- Ứng suất trung bình phụ thêm của lớp đất thứ i do tải trọng công
trình truyền xuống.
h
i
- Chiều dày của lớp đất thứ i nằm trong vùng chịu nén của nền đất.

β - Hệ số không thứ nguyên để hiệu chỉnh cho sơ đồ tính toán đã đơn
giản hóa, lấy bằng 0,80 cho tất cả các loại đất.
E
0i
- Môdun biến dạng của lớp đất thứ i, có thể dùng các trị số ghi trong
bảng 2-4, 2-6 hoặc xác định dựa vào kết quả thí nghiệm tải trọng tĩnh ở hiện trường;
Khi thử tải trọng tĩnh ở hiện trường, theo qui phạm ΓOCT 12374-66 của Liên Xô (đối
với nền đất đồng nhất) trị số E
0
được xác định theo công thức sau đây:
E
0
= ω(1-
2
0
µ
)
S
pb
(2-28)

ω = 0,785 (đối với tấm nén cứng hình tròn);

ω = 0,8 (đối với tấm nén hình vuông);

µ
0
- hệ số poatxông của đất, có thể lấy như sau:
- Đá vụn lớn
µ
0
= 0,27
- Cát và cát pha sét
µ
0
= 0,3
- Sét pha cát
µ
0
= 0,35
- Sét
µ
0
= 0,42
p - cường độ tải trọng tác dụng trên tấm nén
b - Chiều rộng hoặc đường kính tấm nén
S - Độ lún toàn bộ của tấm nén tương ứng với tải trọng thí nghiệm.
Theo kết quả nghiên cứu của B.I.Đalmatov, trị số E
0
xác định theo công thức
(2-23) chỉ thích hợp với công thức tính lún theo lớp tương đương của N.A.Txưtovits.
Để xét những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thí nghiệm tải trọng tĩnh mà trong
công thức (2-23) chưa kể đến, trị số E
0

trong trường hợp này có thể xác định theo công
thức dưới dạng tổng quát như sau:
E
0
= ω(1-
2
0
µ
)
321
tb
KKK
SS
pb
+
(2-29)
Trong đó:
S
tb
- Độ lún của tấm nén khi xét đến ảnh hưởng của từ biến không xuất
hiện trong thời gian thí nghiệm.
K
1
- Hệ số kể đến sự hữu hạn biến dạng của lớp đất khi có tác dụng của
tải trọng p.

11
K
2
- Hệ số kể đến sự làm việc của đất trên mặt phẳng đi qua đế tấm nén.

K
3
- Hệ số kể đến cố kết thấm không hoàn toàn.
Các trị số K
1
, K
2
, K
3
trong công thức (2-29) có thể tra trong bảng 2-7:
Bảng 2-7: Các trị số K
1
, K
2
, K
3

Phương pháp tính toán độ lún và đặc tính của đất K
1
K
2
K
3

Khi tính toán độ lún theo phương pháp chia thành nhiều
lớp nhỏ và cộng lại trên chiều sâu:

5m 0,80 - -
10m 0,77 - -
15m 0,64 - -

Khi tính toán độ lún theo phương pháp lớp tương đương 1,00 - -
Khi tính toán độ lún theo phương pháp chiều dày chịu
nén hữu hạn:
0,70 - -
- Đối với đất sét nặng - 0,70 0,85
- Đối với đất sét pha cát và sét nhẹ - 0,80 0,95
- Đối với cát và cát pha sét - 1,00 1,00
Các hệ số K
1
, K
2
, K
3
phụ thuộc vào phương pháp tính lún
3. TIÊU CHUẨN KỸ THUẬT THI CÔNG CỌC CÁT:
3.1.Vật liệu và yêu cầu về vật liệu
Để làm tăng tốc độ cố kết và độ chặt của đất nền, cát dùng làm vật liệu cọc
thường làm cát hạt to hay hạt trung, cát yêu cầu phải sạch, hàm lượng bụi và sét lẫn
vào không quá 3%, hàm lượng chất hữu cơ < 5%, muối < 3%, đồng thời không lẫn
những đất hòn to có kích thước lớn quá 60mm.
3.2. Thiết bị và yêu cầu về thiết bị
Theo kinh nghiệm nước ngoài ống thép đóng xuống nền đất thường có đường
kính vào khoảng 30-50cm. Trước đây, mũi cọc có thể là một miếng đệm gỗ, sau khi
rút ống thép lên thì miếng đệm gỗ đó sẽ để lại trong đất, biện pháp thi công như vậy sẽ
không cơ động và không kinh tế. Hiện nay, để khắc phục nhược điểm nói trên, người
ta dùng ống thép có mũi nhọn; mũi nhọn có b
ốn cánh lắp bản lề. Khi đóng ống thép
xuống thì mũi nhọn khép lại, khi rút lên thì mở ra.
Theo O.G. Đênixov và V.I. Iaxaêv, nếu dùng ống thép để thi công cọc cát thì
thường dẫn đến một số nhược điểm sau:

- Khó kiểm tra được mức độ chặt của cát trong ống thép khi thi công.
- Do tác dụng của áp lực đất theo hướng ngang, sẽ làm giảm kích thước của cọc
cát khi rút ống lên, hiện tượng này dẫn đến làm giảm hiệ
u quả nén chặt của cọc cát.
- Cát trong ống thường bị tơi ra do ảnh hưởng ma sát giữa cát và thành phần
ống khi rút ống lên.

12
Để khắc phục các nhược điểm trên ông đã đưa ra phương pháp thi công không
dùng ống thép. Đặc điểm của phương pháp này là dùng một chiếc cần thép đầu cần
gắn liền với mũi nhọn bằng thép cánh tự mở. Chiều dài cần lấy bằng 4m, đường kính ở
đầu mũi nhọn 30cm. Máy đầm dùng loại B
ΠΠ-2 và máy kéo loại TДT-75. Để chứa
cát lúc thi công, người ta dùng loại thùng gỗ có kích thước 100x100x100cm.
3.3. Trình tự thi công:
Thi công cọc cát bao gồm những bước sau đây: chuẩn bị hố móng, đóng ống
thép xuống đất, nhồi cát vào đầm chặt, đồng thời rút ống thép lên.
Khi đào hố móng người ta không đào đến chiều sâu thiết kế mà thường để lại
một khoảng chừng 1m (hoặc ba lần đường kính cọc cát), sau này khi xây móng sẽ vét
đi.
- Thiết bị thi công dùng ống thép:
Theo kinh nghiệm nước ngoài ống thép đóng xuống nền đấ
t thường có đường
kính vào khoảng 30 đến 50cm. Trước đây, mũi cọc có thể là một miếng đệm gỗ (hình
2-3), sau khi rút ống thép lên thì miếng đệm gỗ đó sẽ để lại trong đất, biện pháp thi
công như vậy sẽ không cơ động và không kinh tế. Hiện nay, để khắc phục nhược điểm
nói trên, người ta dùng ống thép có mũi nhọn; mũi nhọn có bốn cánh lắp bản lề. Khi
đóng
ống thép xuống thì mũi nhọn sẽ khép lại, khi rút lên sẽ mở ra.

Hình 2-3: Mũi cọc bằng đệm gỗ

Hình 2-4: Mũi ống thép tự mở có bản lề
Ống thép được hạ xuống nền đất bằng búa đóng cọc hoặc bằng phương pháp
chấn động đến cao trình thiết kế sau đó rút lên và nhồi cát vào lỗ cọc. Với phương
pháp đầm nện thì đầm từng lớp bằng búa treo, mỗi lớp có chiều dày vào khoảng 1,00-
1,25m. Nếu thi công bằng phương pháp chấn động thì sau khi hạ ống thép tới độ sâu
thiết kế, người ta nhấc máy chấn động ra, nhồi cát vào và đổ cao chừng 1m, sau đó đặt
máy chấn động vào rung trong khoảng 15-20giây, tiếp theo bỏ máy chấn động ra và
rút ống lên khoảng 0,5m rồi lại đặt máy chấn động vào rung trong khoảng 10-15giây
để cho đầu nhọn của ống mở ra, cát tụt xuống. Sau đó rút ống lên dần với tốc độ đều,
vừa rút ống vừa rung và khi nào ống chỉ còn lại trong đất khoả
ng chừng 0,5 đến 0,8m,
lúc đó mới bỏ máy chấn động ra.
- Thiết bị thi công không dùng ống thép:
Đặt thùng đáy hở trên mặt đất, sau đó đặt cần khoan có đầu nhọn cánh khép kín
trên cần khoan đặt máy đầm. Sau khi đổ đầy cát trong thùng thì bắt đầu cho máy đầm
làm việc. Cần khoan có đầu nhọn sẽ xuyên vào lớp đất yếu đến chiều sâu thiết kế.

13
Dưới tác dụng của máy đầm, cát sẽ nhồi đầy trong lỗ khoan. Khi tới chiều sâu thiết kế
thì đóng máy đầm lại và bắt đầu rút cần khoan lên, các cánh thép ở đầu nhọn sẽ tự mở
ra và cát sẽ tụt xuống tự do. Cuối cùng, tiến hành đầm như đã trình bày ở phần trên.

Hình 2-5: Sơ đồ thi công cọc cát
1) Thùng; 2) Đầu bằng thép, cánh tự mở; 3) Cần khoan;
4) Máy chấn động; 5) Cát; 6)Cọc cát
Ở Việt Nam, trong những năm qua, Bộ kiến trúc đã tiến hành thi công hai công

trình N.Q và B19 xử lý bằng cọc cát. Công trình N.Q dùng cọc cát có đường kính
40cm, dài 4,5m. Cọc cát được bố trí theo đỉnh của tam giác đều, khoảng cách giữa các
cọc 70cm. Tổng số cọc đã dùng 566 chiếc. Công trường đã dùng hai máy búa đóng cọc
của Liên Xô có cần cao hơn 18m, tròng lượng bứ
a 1,8t, sức nén của búa lúc búa nện
2,5t, ống thép có 4 cánh lắp bản lề như đã giới thiệu ở phần trên. Để nén chặt cát trong
cọc, đã dùng hai chày đầm bằng gỗ dài 4m, đường kính 35cm hai kích 50t để phòng
khi rút ống không lên trong quá trình thi công. trình tự thi công được trình bày trên
hình 2-6.

Hình 2-6: Trình tự thi công cọc cát ở công trình N.Q
Trước tiên di chuyển máy đóng cọc đến vị trí thiết kế, kê đệm cho máy cân
bằng và vững chắc, điều chỉnh cho tim búa trung với tim cọc, sau đó kéo búa lên. tiếp
theo dùng tời của búa dựng ống lên để mũi nhọn ống thép đúng với tim cọc, buộc hai
dây ở đầu ống, hai người kéo ra hai bên cho ống thép áp vào thân cần, hạ búa chặn lên
đầu ống để ống khỏi đổ
, sau đó tháo hết dây chằng ra, đồng thời điều chỉnh cho ống
thép thẳng đứng rồi bắt đầu hạ búa đóng (hình 2-6a).
Đóng cọc đến cao trình thiết kế (hình 2-6b).

14
Kéo ống lên 1,0m để bốn cánh mũi nhọn của ống mở ra, đổ 0,2m
3
cát vào dùng
tời của giá đóng cọc kéo chày đầm lên cho vào ống thép và hạ búa đóng ba lần lèn chặt
cát, sau đó buộc chày đầm vào búa để búa kéo lên luôn, còn tời thì dùng để kéo ống
thép lên (hình 2-6c).
Tiếp tục kéo ống lên 1,0m; đổ 0,16m
3
cát vào ống thép; hạ chày đầm và búa

đóng ba lần để nén chặt cát (hình 2-6d).
Tiếp tục kéo ống lên 1,0m nữa; đổ 0,1m
3
cát; hạ búa đóng như trước (hình 2-
6e).
Cuối cùng chuyển ống ra, hạ chày đầm đóng thêm ba lần nữa thì kết thúc giai
đoạn thi công một cọc cát (hình 2-6g).
Theo kinh nghiệm thi công, thời gian đóng một cọc cát trung bình gồm: di
chuyển máy đóng cọc: 14phút; đóng ống thép trên chiều sâu 4,0m mất 5phút; rút ống
lên đổ cát đầm 17phút. Tổng cộng thời gian cần thiết hoàn thành một cọc cát là
36phút.
Công trình B19 dùng cọc cát có đường kính 12cm và dài 2,25m; bố trí cọc theo
đỉnh tam giác đều. Công trườ
ng đã sử dụng loại búa rung, loại búa trước đây dùng
đóng cọc tre để thi công cọc cát. Ống đóng là loại ống thép rỗng, nòng gỗ (hình 2-7).
Khi rút ống lên áp dụng nguyên tắc đòn bẩy (hình 2-8).

Hình 2-7: Kích thước nòng gỗ để đầm chặt cát (cm)

Hình 2-8: Sơ đồ bố trí rút ống thép bằng nguyên tắc đòn bẩy
a) Rút ống thép bằng lực nổ; b) Rút ống thép bằng lực nén; X - khoảng cách cánh tay
đòn từ điểm tựa đến đầu cọc; Y - khoảng cách cánh tay đòn từ điểm gây ra lực nhổ đến
đầu cọc (hình 2-8a) và từ điểm gây ra lực nén đến điểm tựa (hình 2-8b).

15

Hình 2-9: Trình tự thi công cọc cát ở công trình B19


Hình 2-10: Sơ đồ thi công cọc cát

Trình tự thi công cọc cát ở đây tiến hành như sau: dựng ống thép đúng vị trí
thiết kế và đặt búa rung lên (hình 2-9a). Đóng ống thép tới chiều sâu thiết kế, sau đó
đem búa rung ra đóng cọc khác, móc dây vào ống và dùng đòn bẩy để kéo nòng gỗ lên
(hình 2-9b). Ở đây chỉ cần hai người dùng tay xoay ống thép thì có thể rút lên được.
Sau khi rút nòng gỗ lên, trong đất chỉ còn vỏ ống thép dùng một hoặc hai thanh
thép Ф28, mỗ
i thanh dài 1,5m, luồn vào các lỗ khoan sẵn trên thân ống. Hai người có
sức khỏe trung bình cầm que sắt tác dụng lực xoay, sau đó dùng móc thép và đòn bẩy
kéo ống lên đợt một ở độ cao 60cm rồi tiến hành đổ cát, lượng cát đủ ở độ cao 50cm,
lấy que sắt chọc đều, đặt đầm gỗ vào ống thép và tiến hành đầm 10lần (hình 2-9c) và
dùng vồ nặng 6kg để đầm.
Tiếp tục rút ống thép lên đợt hai, sau khi đầm xong 10lần, rút ố
ng thép ra khỏi
nền, đổ cát đợt hai với lượng cát đủ chiều cao 30cm, dùng que sắt chọc đều và tiến
hành đầm 14lần (hình 2-9d). Đổ cát đợt cuối cùng, lúc này cần đổ tới giới hạn chặt thì
thôi (hình 2-9e).
Để bảo đảm đất được nén chặt đều trong khoảng cách giữa các cọc cát, khi thi
công cần tiến hành đóng theo hai sơ đồ như (hình 2-10).






Cách đóng thứ nhất
Cách đóng thứ hai

16
Làm lớp đệm, tạo lỗ trong đất yếu, rót cát vào lỗ;
+ Nghiệm thu và quan trắc

Lưu ý: ở các công trình giao thông, cọc cát kết hợp với vải lọc hoặc tấm tiêu
nước đặt ngang, phía trên chất tải trước để rút ngắn thời gian cố kết nền. Trong đê biển
thì nên như thế nào???