Nghiên Cứu Ứng Dụng Cừ Đá Gia Cố Móng Công Trình Nhà Cho Khu Vực Tỉnh An Giang.pdf

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
LÊ NGỌC TẤN

NGHIÊN ỨNG DỤNG CỪ ĐÁ GIA CỐ MĨNG
CƠNG TRÌNH NHÀ CHO KHU VỰC TỈNH AN GIANG

NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH
DÂN DỤNG VÀ CƠNG NGHIỆP - 6058020

S K C0 0 6 1 0 2

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 06 - 2019


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
LÊ NGỌC TẤN

NGHIÊN ỨNG DỤNG CỪ ĐÁ GIA CỐ MĨNG
CƠNG TRÌNH NHÀ CHO KHU VỰC TỈNH AN GIANG

NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH
DÂN DỤNG VÀ CƠNG NGHIỆP - 60580208
Hướng dẫn khoa học:

TS. TRẦN VŨ TỰ

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 6 năm 2019




-iii-


-iv-


-v-


-vi-


-vii-


-viii-


-ix-


-x-

LỜI CAM ĐOAN
Tơi cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được
ai công bố trong bất kỳ cơng trình nào khác.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày

tháng

LÊ NGỌC TẤN

-xi-

năm 2019


CẢM TẠ
Sau thời gian học tập và rèn luyện tại trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật
Thành Phố Hồ Chí Minh, được sự chỉ hỗ trợ của quý thầy trong trường. Tơi đã hồn
thành luận văn tốt nghiệp. Tơi xin chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu đã tạo điều
kiện thuận lợi cho tôi học tập nâng cao cả tri thức và lối sống.
Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn đến Ban Chủ Nhiệm Khoa cùng các Thầy Cô
khoa Xây Dựng đã quan tâm, giảng dạy và truyền đạt kiến thức vơ cùng q báu
trong q trình học tập cũng như trong thời gian thực hiện luận văn tốt nghiệp của
tơi.
Và đặc biệt tơi xin bày tỏ lịng biết ơn chân thành và sâu sắc nhất đến thầy
Trần Vũ Tự đã tận tình giúp đỡ và hỗ trợ chỉ bảo tôi ngay từ bước đầu làm luận
văn; trang bị và truyền đạt cho tôi những kinh nghiệm, kiến thức quý báo để nghiên
cứu, cũng như gợi mở những phương hướng thực hiện, hoàn thành tốt đề tài tốt
nghiệp.

Luận văn tốt nghiệp là quá trình nghiên cứu lâu dài và sự hỗ trợ quý Thầy
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP HCM. Tuy rằng luận văn này được thực
hiện với sự cố gắng lớn lao, nhưng cũng khơng ít sai sót trong q trình nghiên cứu.
Rất mong nhận được sự quan tâm góp ý kiến, cũng như chỉ bảo thật nhiều của quý
thầy để luận văn được hoàn thiện hơn.
Trân trọng cảm ơn!

Tp. Hồ Chính Minh, ngày

tháng

LÊ NGỌC TẤN
-xii-

năm 2019


MỤC LỤC

CHƢƠNG 1 : TỔNG QUAN .................................................................................... 1
1.1. Công tác xử lý gia cố nền trên địa bàn tỉnh An Giang ................................... 1
1.1.1.

Khái quát về địa hình, địa chất tỉnh An Giang ................................. 1

1.1.2.

Các biện pháp gia cố nền ở tỉnh An Giang ........................................ 2

1.1.3. Các loại cừ thƣờng đƣợc sử dụng để gia cố nền móng cho cơng

trình trong tỉnh An Giang ................................................................................ 3
1.2. Tình hình sử dụng cừ đá trong tỉnh An Giang. .............................................. 5
1.2.1.

Trữ lƣợng và chủng loại cừ đá tại An Giang. .................................... 5

1.2.2.

Cơng trình sử dụng cừ đá. ................................................................... 7

1.3. Tình hình nghiên cứu về cừ đá. ........................................................................ 9
1.4. Tính cấp thiết của đề tài.................................................................................. 10
1.5. Giới hạn của đề tài........................................................................................... 10
CHƢƠNG 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT ...................................................................... 12
2.1 Đất yếu và nguyên lý xử lý nền ...................................................................... 12
2.1.1

Đất yếu dùng trong xử lý nền móng ................................................. 12

2.1.2

Các biện pháp xử lý đất nền .............................................................. 14

2.1.3

Khả năng chịu lực của nền và sức chịu tải của cọc đơn ................. 14

2.2 Cơ sở về vật liệu đá.......................................................................................... 17
2.3 Lý thuyết mơ hình hồi quy ............................................................................. 20
CHƢƠNG 3 : PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .................................................. 25

3.1 Quy trình nghiên cứu chung........................................................................... 25
3.2 Phƣơng pháp thu thập số liệu ........................................................................ 26
3.2.1

Đánh giá hiệu quả của cừ đá bằng phƣơng pháp thực nghiệm ..... 26

-xiii-


3.2.2

Đặc trƣng sử dụng cừ đá trên địa bàn tỉnh An Giang .................... 29

CHƢƠNG 4 : KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ............................................................. 37
4.1 Kết quả thu thập số liệu .................................................................................. 37
4.1.1

Kết quả thí nghiệm khảo sát hiện trƣờng ........................................ 37

4.1.2

Kết quả khảo sát thăm dò đặc trƣng sử dụng cừ đá ....................... 38

4.2 Phân tích đánh giá, xây dựng mơ hình .......................................................... 43
4.2.1.

So sánh hiệu quả sử dụng cừ đá và cừ tràm .................................... 43

4.2.2.

Mơ hình thể hiện đặc trƣng sử dụng cừ đá ...................................... 48

CHƢƠNG 5 : KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ .............................................................. 54
5.1 Kết luận ............................................................................................................ 54
5.2 Kiến nghị .......................................................................................................... 55
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 56
PHỤ LỤC .................................................................................................................. 58
Phụ lục 1. Bảng câu hỏi khảo sát ................................................................... 58
Phụ lục 2. Các kết quả thí nghiệm ................................................................. 61

-xiv-


DANH MỤC CÁC BẢNG
BẢNG

TRANG

Bảng 1. Chủng loại cừ đá trên thị trường tỉnh An Giang. ................................................ 6
Bảng 2. Cơng trình sử dụng cừ đá ở An Giang. ............................................................... 8
Bảng 3. Quy cách cừ đá được sử dụng cho các công trình ở An Giang. ....................... 10
Bảng 4. Bảng tra các hệ số Nγ, Nq, Nc theo góc ma sát trong φ của Terzaghi ............. 16
Bảng 5. Mã hóa dữ liệu thu thập. ................................................................................... 33
Bảng 6. Chỉ tiêu cơ lý của đất trước và sau khi gia cố cừ. ............................................. 37
Bảng 7. Tải trọng của đất tự nhiên và đất có gia cố cừ. ................................................. 38
Bảng 8. Kết quả khảo sát đặc trưng sử dụng cừ tràm .................................................... 39
Bảng 9. Variables in the Equation.................................................................................. 49
Bảng 10. Omnibus Tests of Model Coefficients. ........................................................... 50
Bảng 11. Model Summary. ............................................................................................ 50
Bảng 12. Classification Table. ....................................................................................... 51

Bảng 13. Vai trò ảnh hưởng của các yếu tố độc lập. ..................................................... 53

-xv-


DANH MỤC CÁC HÌNH
HÌNH ................................................................................................................. TRANG
Hình 1. Bản đồ hành chính tỉnh An Giang [1] ................................................................. 1
Hình 2. Các biện pháp gia cố nền .................................................................................... 2
Hình 3. Thi cơng ép và thử tĩnh cọc BTCT tiết diện nhỏ ................................................ 3
Hình 4. Thi cơng đóng cừ tràm bằng thủ cơng và máy [2] .............................................. 4
Hình 5. Thi cơng ép cừ đá ................................................................................................ 5
Hình 6. Đá nguyên liệu được khai thác từ mỏ đá Bà Đội – An Giang [3]....................... 6
Hình 7. Cừ đá các loại sau khi gia công [4] ..................................................................... 7
Hình 8. Cơng tác ép cừ đá [5] .......................................................................................... 7
Hình 9. Sơ đồ tính tốn sức chịu tải của đất nền [7] ...................................................... 15
Hình 10. Mạng khơng gian của tinh thể của đá [8] ........................................................ 18
Hình 11. Các kiểu gắn kết của cát hạt trong đá [8] ........................................................ 18
Hình 12. Đường cong ứng suất - biến dạng khi nén mẫu đá [8] .................................... 20
Hình 13. Đường cong ứng suất –biến dạng của các loại đá khác nhau [8] .................... 20
Hình 14. Đồ thị hàm Logistic [10] ................................................................................. 21
Hình 15. Sơ đồ quy trình nghiên cứu chung. ................................................................. 25
Hình 16. (a) Chuẩn bị mặt bằng, (b) chọn vật liệu cừ tràm, (c) chọn vật liệu cừ đá. .... 26
Hình 17. Thi cơng đóng cừ ............................................................................................ 27
Hình 18. Lấy mẫu đất nền ở các hố móng ..................................................................... 27
Hình 19. Thi cơng đổ bê tơng móng cừ tràm và cừ đá................................................... 28
Hình 20. Thí nghiệm bàn nén hiện trường theo TCVN 9354 : 2012. ............................ 28
Hình 21. Sơ đồ các yếu tố ảnh hưởng quyết định chọn cừ đá. ...................................... 29
Hình 22. Sơ đồ quy trình thu thập số liệu. ..................................................................... 30
Hình 23. Phỏng vấn lấy mẫu khảo sát. ........................................................................... 32

Hình 24. Các cơng trình xây dựng được khảo sát lấy mẫu. ........................................... 32
-xvi-


Hình 25. Ba loại mẫu vật liệu đất dùng để thí nghiệm................................................... 44
Hình 26. Biểu đồ so sánh các chỉ tiêu cơ lý của đất nền trước và sau khi gia cố cừ. .... 44
Hình 27. Biểu đồ so sánh sức chịu tải của đất nền trước và sau khi gia cố cừ. ............. 46
Hình 28. Biểu đồ so sánh tải trọng - độ lún của đất trước và sau khi gia cố. ................ 47
Hình 29. Quan hệ giữa tần suất và các biến của cừ đá................................................... 48

-xvii-


TĨM TẮT
Nghiên cứu này bao gồm 02 phần chính: Phần thứ nhất liên quan đến tập trung
phân tích đặc trưng sử dụng cừ đá cũng như hiệu quả của việc ứng dụng cừ đá trong
gia cố nền ở An Giang. Bằng các thí nghiệm gia cố nền bằng cừ đá và cừ tràm trên
cùng một khu vực nền đất tự nhiên cũng như thử tĩnh hiện trường, nghiên cứu cho ra
những kết quả bước đầu về hiệu quả sử dụng cừ đá cho khu vực. Phần thứ hai liên quan
đến xây dựng mơ hình lựa chọn cừ tràm trên cơ sở xét đến các yếu tố phụ thuộc như
trữ lượng, giá thành, chất lượng, cự ly vận chuyển, v.v.... Kết quả thí nghiệm mẫu đất
cho thấy hệ số rỗng của đất ở cấp áp lực nén 4kg/cm2 giảm xuống 15.4% cho đất gia
cố cừ tràm và 30.8% cho đất gia cố cừ đá khi so sánh với hệ số rỗng của mơi trường
đất khơng có gia cố. Hơn thế nữa thí nghiệm thử tĩnh cho thấy sức chịu tải cho phép
của cọc đơn tăng 166.7% trong điều kiện đất gia cố cừ tràm và 200% trong điều kiện
đất gia cố cừ đá khi so sánh với đất tự nhiên không gia cố. Mơ hình xác suất lựa chọn
cho thấy sự thay đổi của trữ lượng, giá cừ hay tuổi thọ có liên quan mật thiết đến sự lựa
chọn loại cừ này. Kết quả nghiên cứu góp phần dự báo định hướng sự sử dụng của cừ
đá ở khu vực địa bàn tỉnh dưới sự biến động của thị trường.

ABSTRACT
The reseaerch includes 02 main parts. The first main part focuses on analyzing
characteristics of using rock piles as well as the effectiveness of its application in An
Giang province. By conducting experiments using rock piles and timber piles to
reinforce weak soil foundation at the field, the study gives initial results on the
effective use of rock piles compared with that of timber piles in the study area. The
second main part relates to the development of pile-choice models under consideration
of factors such as price, quality, transport distance and so on. The experimental results
-xviii-


show that the porosity of the soil reduced by 15.4% for the soil reinforced with the
timber pile and 30.8% for the soil reinforced with rock piles when compared with the
natural condition without reinforcement. Moreover, the static test showed that the load
capacity of single piles increased by 166.7% when the soil is reinforced with timber
piles and 200% when that is reinforced with rock piles, compared with the natural soil
without any reinforcement. The probabilistic model of choosing piles shows that the
change in good pile reserves, pile prices or pile life is closely related to this choice of
piles. The research results contribute to forecasting the use of rock piles in the province
under consideration of market fluctuation factors.

-xix-


CHƢƠNG 1 : TỔNG QUAN
1.1. Công tác xử lý gia cố nền trên địa bàn tỉnh An Giang
1.1.1. Khái quát về địa hình, địa chất tỉnh An Giang
An Giang là tỉnh thuộc khu vực đồng bằng sông Cửu Long, nơi có địa hình
đồng bằng chiếm trên 80% diện tích tự nhiên, bao gồm các huyện như Tân Châu,
An Phú, Phú Tân, Chợ Mới, Châu Phú, Châu Thành, TP Châu Đốc và TP Long

Xun. Địa bàn tỉnh có địa hình đồi núi chiếm gần 20% diện tích đất tự nhiên, gồm
nhiều núi phân bố theo vành đai cánh cung kéo dài gần 100 km, bao trùm gần hết
hai huyện Tịnh Biên và Tri Tôn kéo dài đến huyện Thoại Sơn. Đây là điểm nổi bật
của tỉnh An Giang được gọi là vùng Bảy Núi (Thất Sơn), với ngọn cao nhất là núi
Cấm (cao 710m). Bản đồ hành chính của tỉnh như sau:

Hình 1. Bản đồ hành chính tỉnh An Giang [1]
Khu vực tỉnh An Giang là nơi có điều kiện địa chất đặc trưng vùng đồng
bằng với loại đất á cát đến các loại đất á sét. Trong khi đó ở vùng đồi núi là loại cát
pha sét, có màu xám, khả năng thốt nước mạnh và dễ bị xói mịn. Đặc điểm phổ
biến về cấu tạo địa tầng khu vực đồng bằng gần giống nhau là từ mặt đất đến độ sâu
2-3m là lớp sét nâu màu vàng hoặc xám, sâu hơn là lớp bùn nhão dày đến 20m.
1


1.1.2. Các biện pháp gia cố nền ở tỉnh An Giang
Với đặc điểm nền đất yếu của An Giang, việc xử lý nền khi xây dựng cơng
trình là điều cần thiết. Các biện pháp gia cố nền thường sử dụng trong khu vực như:
 Phương pháp xử lý nền bằng đệm cát: Lớp đệm cát thay thế lớp đất yếu nằm
trực tiếp dưới đáy móng, và dùng để đóng vai trị như một lớp chịu tải, tiếp
thu tải trọng cơng trình và truyền tải trọng đó tới các lớp đất yếu bên dưới.
 Phương pháp gia tải nén trước: phương pháp này có thể sử dụng để xử lý khi
gặp nền đất yếu như than bùn, bùn sét và sét pha, cát pha bão hoà nước.
 Phương pháp đầm chặt lớp đất mặt: Khi gặp trường hợp nền đất yếu nhưng
có độ ẩm nhỏ (G < 0,7) thì có thể sử dụng phương pháp đầm chặt lớp đất mặt
để làm tăng cường độ chống cắt của đất và làm giảm tính nén lún.
 Phương pháp gia cố cừ kích thước nhỏ: phương pháp này được thực hiện khi
tải trọng từ móng cần phải truyền xuống lớp đất nằm ở độ sâu lớn hơn 5m.
Cọc có thể bằng bê tơng hoặc thép có đường kính từ 120 đến 250mm.
 Phương pháp gia cố bằng cọc: Phương pháp này sẽ thêm các cọc trên các

cạnh kề nhau của tường đang đặt trên móng yếu. Người ta xây một khối bê
tơng liên kết xuyên qua tường, liên kết với các cọc như trên dưới. Khối bê
tơng này làm việc như đài cọc. Móng bị lún trên đất ngập nước hay đất có
tính sét có thể được xử lý bằng phương pháp này. Minh họa một số phương
pháp gia cố như trong hình sau:
Lưới địa kỹ thuật
Vải địa kỹ thuật

(Nguồn: />
(Nguồn: />
Hình 2. Các biện pháp gia cố nền
2


1.1.3. Các loại cừ thƣờng đƣợc sử dụng để gia cố nền móng cho cơng trình
trong tỉnh An Giang
Từ đặc điểm về địa hình và địa chất cơ bản như trên, để sử dụng được lớp đất
mặt tương đối tốt và khơng phải đào bỏ đi nhằm giảm chi phí xây dựng thì hầu hết
các cơng trình xây dựng trong tỉnh thường chọn phương án gia cố nền móng bằng
các loại cừ như: cọc BTCT tiết diện nhỏ, cừ tràm, cừ đá,... Cụ thể như sau:
 Cọc BTCT tiết diện nhỏ: loại cừ này được sử dụng hầu hết cho các cơng trình
có tải trọng vừa và nhỏ trên tồn địa bàn tỉnh. Tiết diện cọc thường dùng là
12x12cm, 15x15cm, 20x20cm, 25x25cm, v.v…Chiều dài cọc thường là 4m
và được thi cơng bằng phương pháp ép, với hình ảnh thi cơng ép thực tế và
nén tĩnh như thể hiện ở Hình 3. Cọc BTCT tiết diện nhỏ phù hợp cho khu
vực xây chen, khu dân cư đô thị, khu vực tránh chấn động mạnh. Loại cọc
này được sản xuất tại công trường hoặc tại các cơ sở sản xuất trên địa bàn
tỉnh. Sản phẩm cừ có đủ quy cách hoặc được xuất theo đặc điểm địa chất của
từng cơng trình.

(b): đồng hồ đo chuyển vị

(a): mơ hình thử tải cọc

Hình 3. Thi công ép và thử tĩnh cọc BTCT tiết diện nhỏ
 Cừ tràm: Đây là vật liệu phổ biến tại An Giang, được khai thác từ các khu
vực trồng rừng để gia cố nền đất yếu. Trong cơng trình xây dựng, cừ tràm
thường chỉ dùng dưới móng chịu tải trọng khơng lớn. Cừ này được thi cơng
bằng phương pháp đóng thủ công hoặc ép bằng máy, được minh họa theo
như thể hiện trong Hình 4. Việc đóng cọc tràm là để nâng cao độ chặt của
3


đất, giảm hệ số rỗng dẫn đến nâng cao sức chịu tải của đất nền. Hiện nay việc
sử dụng cừ tràm trên địa bàn tỉnh cũng chỉ dựa trên kinh nghiệm thực tế,
chưa có tiêu chuẩn tính tốn cụ thể. Việc đóng cừ tràm trong đất khơ khơng
có nước hay mực nước ngầm thay đổi sẽ làm cừ tràm bị mục và làm đất yếu
đi. Do đó, đặc điểm của cừ tràm này là chỉ đóng được trong đất ngập nước để
tràm khơng bị mục nát, mối mọt. Vì vậy cừ tràm được sử dụng để gia cố nền
móng nhiều ở khu vực các huyện đồng bằng là Chợ Mới, Phú Tân, Tân
Châu, An phú, Châu Phú.

Hình 4. Thi cơng đóng cừ tràm bằng thủ cơng và máy [2]
 Cừ Đá: Được sử dụng để gia cố nền móng cho các cơng trình có tải trọng vừa
và nhỏ, phù hợp sử dụng tại các khu vực có mực nước ngầm thấp ở các
huyện Tri Tôn, Tịnh Biên, Thoại Sơn hay các khu dân cư san lấp mặt bằng
nằm trong toàn tỉnh. Cừ đá có chiều dài tối đa là 3m, có tiết diện vng kích
thước thường là: 10x10cm, 12x12cm, 15x15cm và được thi công bằng
4