Nghiên cứu xử lý nền đường đắp trên đất yếu bằng cọc cfg trong điều kiện việt nam

BQ GIAO DUC VA DAO TAO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG
XÂY DỰNG
oO

*
4 ự
os

ry

THU VIE

( TRƯỜNG ĐẠI HỌC
XÂY DỰNG

/
`

PHAM HUNG

ĐẠI

K

TRUONG

HỌC

XÂY

DỰNG

À

SAU ĐẠI HỢP,

NGHIÊN CUU XU LY NEN BUONG DAP TREN DAT YEU
BANG CQC CFG (CEMENT FLYASH GRAVEL)
TRONG DIEU KIEN VIET NAM
LUAN VAN THAC SY
Ngành Kỹ thuật xây dựng Cơng trình Giao thơng
Chun ngành Xây dựng Đường ô tô và Đường thành phố

Mã số: 60580205-2

CB hướng dẫn: PGS. TS. Bùi Phú tT")

Hà Nội - 2018


MUC LUC
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIÉT TẮTT............................--2--ccccss-ccee i
DANH MUC CAC BANG.uesssssssssssescssssssssssssssssssssssssssesssnscssssssssessssensessccrsseesceenseeesees ii
DANH MUC CAC HINH VE, DO THI esessssssssssssscsssssssssssssssssssssssssessuesecsuceesssscerssees iv
MIO DAU assscscasvasessssccsocinnssoovessssigds
AUN SPAS 5.68 "he...
1
CHUONG 1- TONG QUAN VE NEN DUONG DAP TREN DAT YEU VA
CÁC BIỆN PHÁP XỬ LÝ................
aed

11.

Giới thiệu chương 1...

1.2.

Tổng quan về nền đường đắp trên đất yếu

1.2.1.
12.2.

Khái niém va phan loai dat yOu ......cccesccseecsssessssesssssssseessseesssecsseeessecssseessseess 3
Sự phá hoại của nền đường đắp trên đất yếu.......................----2-©22cccc2cvcccersccee 5

1.2.3.

Yêu cầu chung đối với nền đường đắp trên đất YẾU...............----cccccccccccceccre 8

1.3.

Giải pháp xử lý nền đường đắp trên đất yếu ..................................---s°-ccse 8

wed

1.3.1.
1.3.2...
1.3.3...

Co sé va phân loại các giải pháp xử lý nền đường đắp trên nền đất yếu...... 8
Yếu tố ảnh hưởng chọn lựa các giải pháp .........................--cccc+++t2222Exvzecsee 1

Một số phương pháp xử lý nền đắp trên đất yếu thơng dụng...................... 12

1.3.4.

Sơ bộ tình hình áp dụng các phương pháp gia có nền đất yếu ở nước ta.... 18

1.4.

Nhận xét chương 1.....................................5<
CHUONG 2-

NGHIEN CUU XU LY NEN DUONG DAP TREN DAT YEU

BANG CQC CFG wesccsssssssssssssssssssssssssssssssssssesssssssecsssssnsessccsnseesesseuseessssnueessssssecsesssese 20

21.

Giới thiệu chương 2............................................-ccscesccccesecvredeeeressoorvssee 20

2.2.

Tổng GÌ

2.2.1.

Kháiniệm...............................
St 2111 111112111101111211112211221
.........---:
11 22111

2c 20

2.2.2.

Cấu tạo, đặc điểm kỹ thuật và nguyên lý làm việc..........................--5s << 21

2.2.3.

Yêu cầu vật liệu...............................

2.2.4.

Phạm vi áp dụng và thực tế

a

2.3. __ Tính tốn thiết kế..............................................

20


2.3.1.

Quy định chung,..................................c5: St S1 1 1212112121111 1111111110111 re, 27

2.3.2.

Tính toán thiết kế mong coc CFG trong nén liên hợp......

...29

Biện pháp thi cơng ...................................-<-
35

2.4.1.

Quy trình thi céng téng quat coc CFG..........

35

2.4.2.

Biện pháp thi công sử dụng máy cần khoan ruột gà..

39

2.4.3...

Biện pháp thi cơng sử dụng ống vách thép.............

52

2.5:

Kiểm sốt chất lượng thi cơng và nghiệm thu ...

-..62

2.5.1.

Kiểm sốt chất lượng thi công............................

...62

2.5.2.

Nghiệm thu chất lượng sản phẩm..........

...63

2.4.

2.6.

Nhận xét chương 2. . . . .

CHƯƠNG3-

ÁP DỤNG

<< se

GIẢI PHÁP

CỌC

cv9 E9 110300380503518
03s ssre 64

CFG VÀO DỰ ÁN CƠNG

TRÌNH THỰC TÉ Ở VIỆT NAM VA DANH GIA HIEU QUA.

...66

3.1.

Giới thiệu CHUONG. 3 ..ccesssspstscsscccsoasssssstsesssccssnsisasnsvsssisvevseassnaivainsvsscasescasces 66

3.2...

Khái quát về dự án đầu tư nâng cấp tuyến đường Pháp Vân - Cầu Giẽ,

thành phố Hà Nội theo hình thức BOT (giai đoạn 2) năm 2017............................ 66

3.2.}.

“Trig quan .vussassseccsussiesrasivstssavasassisssinvssseocescernesonseersneneeenvseerssestannuneerceereces 66

3.2.2.

Quy m6, tidu chuan k¥ thudt....ceccccceccsceessseecssecssssecessessssecsseesssesssecessees 67

3.2.3.

Quy trinh, quy pham va tiéu chuẩn thiết kế xử lý nền đất yếu.................... 68

3.2.4...
3.2.5.

u cầu tính tốn xử lý nền đất yếu.......................-----c+++++2222221122222222221522xe 68
Địa chất cơng trình..................................--- 22EEEEvEt12211221111122222211112EEEEEEEEce. 70

3.3...

Giải pháp thiết kế xử lý đất yếu bằng cọc xi măng đất đã duyệt.......... 71
Tóm tắt lý thuyết tính tốn cọc xi măng đất..........................--ccz2222zzzcz.EEzse. 71

3.3.1...

3.3.2.
3.3.3.
3.3.4...

Trình tự tính tốn thiết k6 ooo...
eccccccceccssssecsecessecsssecssssecssecssueessseceseccssesssses 74
Tính tốn thiết kế..........................
.....--22c++22
1211111121211
12111 E1111
ceEEEce. 75
Kết quả thiết kế..................
222222 xtEE212111111200221
..........
111112E21eeeereee
.....- 75

3.3.5...
3.4...

Thiết bị và trình tự thi cơng cọc đất gia cố xỉ măng...........................--czc¿ 77
Áp dụng thiết kế xử lý đất yếu bằng cọc CEFG...............................--cccccsz 78

3.4.1.

Yêu cầu thiết kế

3.4.2.

Thông số nền đấp và hoạt tải


3.4.3.

Thong 86 dt nét....ccccccccccccsssescsssescsssecsssssessssssssssessssssesssssserssecsssvecessvecensees

3.4.4.

Thông số thiết ké coc CFG

3.4.5.
3.4.6.

KiGm toad vccccecscsscccsssescssseccssseccssssecssssecsssssecsssecesssseesssuvecessessenseesssseessssecsenes 82
Thiét ké tang G6 ....ccccecccccccsssesssssssseesessssssessssssvessssssseessssssetecnssserecesseeesens 83

3.4.7.

Téng hop két qua thiét k6 ooo... esccccsesscsssssesssssssecesessseseecsssseesessseseeesssseeesen 84

3.5.

Đánh giá hiệu quả của giải pháp cọc CFG đối với dự án áp dụng ....... 85

3.5.1.

VO thiét k6 kG thuate eee ecccceeccssseccssseccssseccesssecssssecesssvessssvecssssesesssecessecs 85

3.5.2.

VE chi ti@u kinh t6.....0...cccccccccsccssssssssessssssesssescssssscssssevecssuesensuesessveeessanesensee 86

3:6. ..: Nhận Tết CHIONG 3 ..000.sc.sersencrvsrcovecenevsvasensossnssususnssnensennseisesesnesuvsasesonasesiseed 88

4

1000.0020001...

.-“A-1A.....

89

Tải Hi TK KH LŨ eeeiaennsnutiiitaiiiiiitiiiiiadiiGAlaeeeeeseeneeeoseEkeeool 91

PHỤ LỤC............ "—=-

94

DANH MUC CAC KY HIEU, CAC CHU VIET TAT

BTCT

bê tông
cốt thép;

BTLT

bê tông ly tâm;

BTXM

bê tông xi măng;

CFG

hỗn hợp xi măng - tro bay — cốt liệu đá (sỏi);

CKD

chất kết dính;

GTVT

giao thong van tai;

PCC

cọc bê tơng ống đường kính lớn đổ tại chỗ;

PIT

thí nghiệm biến dạng nhỏ;

QD

quyết định;

QL

Quốc lộ;

TB

tro bay;

TCN

tiêu chuẩn ngành;

TCVN

tiêu chuẩn Việt Nam;

UST

ứng suất trƯỚC;

XM

xi măng;

XMD

xi măng đất;


ii

DANH MUC CAC BANG
Bang 1.1: Cac giải pháp xử lý nền đắp trên nền đất yếu và tác dụng của chúng...... 10

Bảng 1.2: Ưu điểm và nhược điểm của các giải pháp ...........................------cccccvczei 10
Bảng 2.1: Chỉ tiêu chất lượng tro bay dùng cho bê tông và vữa xây........................ 24
Bảng 2.2. Hệ số triết giảm sức chịu tải của đất ĐiỮA CÁC CỌC se xánsn2snyygg
y2 gsa 30

Bảng 2.3. Hệ số hiệu chỉnh độ lún vự:........................--2-- 25++2EEEt2EEEt2EEE2EEEEtEEEEtEEercrree 32
Bảng 2.4. Giám sát chất lượng thi cơng cọc CFG....................2c 22+2EEvevEEErtErrrrres 63
Bảng 2.5. Kiểm sốt chất lượng sản phẩm cọc CFG........................-.--¿-©222+c+++ttExvercee 64
Bảng 3.1. Quy mỡ mặt cắt ngang đường Pháp Vân — Cầu Giẽ hiện tại.................... 67

Bảng 3.2. Quy mô mặt cắt ngang đường Pháp Vân — Cầu Giẽ mở rộng.................. 67
Bang 3.3. Tổng hợp chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất đưa vào tính tốn..................... 70

Bảng 3.4. Kết quả thiết kế cọc xi măng đất - Phân đoạn Km207+812,36 Km207+862,36 trái tuyến.........................---sc©+kSEExEE11217112711
21x EExe xe. 76

Bang 3.5. Tính chất cơ lý của xi măng PC40 Bút Sơn.......................---cc-22cxvcczcrt 79

Bảng 3.6. Thành phần hóa học của tro bay......................---2222cc+2222xtEEEEEExerrrrrkvrrrrek 80

Bang 3.7. Tinh chat co ly ctha tro bay ...cscccccssssessssssssessssssssessssssssesssssseescssssevesesseeeces 80
Bang 3.8. Tinh chất cơ lý của cát đen sơng Hồng............................--2©22Ev2z+tttEEvercee 80
Bảng 3.9. Tinh chất cơ lý của G8....cccccccecccssssscsssescsssesesssscesssseecssusecesesecesusseessuesssseeeess 81

Bảng 3.10. Cấp phối vật liệu cho 01m hỗn hợp CFG...........................--2-- 222222222 81
Bảng 3.11. Kết quả thí nghiệm hỗn hop CFG..0.....scccsscssssessscsssseessssssesessersseessessesesee 81

Bảng 3.12. Tổng hợp kết quả tính tốn thiết kế xử lý nền đất yếu bằng cọc CFG Phân đoạn Km207+812,36 - Km207+862,36 trái tuyến...................... 84


li

Bảng 3.13. So sánh kết quả tính tốn thiết kế xử lý nền đất yếu bằng cọc xi măng
dat va coc

CFG

— Phan

doan

Km207+812,36

— Km207+862,36

"5...
`...

trái

85

Bảng 3.14. Khối lượng giải pháp xử lý nền đất yếu bằng cọc xi măng đắt.............. 86
Bảng 3.15. Khối lượng giải pháp xử lý nền đất yếu bằng cọc CFG.......................... 87
Bang 3.16. So sánh đơn giá tông hợp 1m dài cọc.....................-------¿-©2cczccccsccccree 87

Bảng 3.17. So sánh dự tốn chỉ phí xây dựng xử lý nền đất yếu.............................. 88


iv

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỊ THỊ
Hình 1.1: Phá hoại của nền đắp do lún trồi...........................-2 22 ++£2EE++ttrxxrrrrrvee 6
Hình 1.2: Phá hoại của nền đắp do trượt sâu........................--------c+22x+rt2EEkertrkkerrrrkvee 6
Hình 1.3: Phá hoại của nền đắp do biến dạng (lún).......................---2-s©x++vzxzstxxesrrsez 7
Hình 1.4: Các giải pháp chính xử lý nền đắp trên nền đất yếu...........................------ 9

Hình 1.5: Gia cố nền bằng đường thấm thẳng đứng..............................---c¿-+cczceceert 14
Hình 1.6: Gia cố nến bằng phương pháp hút chân khơng............................-.2-¿+2 15
Hình 1.7: Gia cố nền bằng phương pháp cọc cát đầm chặt...........................--- 15

Hình 1.8: Gia cố nén bằng phương pháp cọc đất xi măng trộn khô............................ 16

Hình 1.9: Nền dap trén hé COC....cccccccsssssesscssssseessccsssvessssssuesssssssvecssessusesssssnveseessneeees 17
Hình 1.10: Nguyên lý phương pháp điện thấm............................--2-2© + x+EEz+2EEzezr 17
Hình 2.1: Nền đường được gia cố bằng cọc CFG.........................---2--©++ct2EvxettrErvrrrrved 21
Hình 2.2: Ứng suất nền đắp lên móng liên hợp...........................---¿+222+set+tEzxveczt 22

Hình 2.3: Sơ đồ hệ móng cọc liên hợp CFG..........................--:2¿©2++EEEELEEEEEEvtsEExvrzrrree 23
Hình 2.4: Xử lý nền đất yếu bằng cọc CFG tại dự án đường cao tốc Vũ Hán CÌU HH CC HaLễ

22 sig:571151463951503561550616035510/GRĐT089110401SE18H8A
1 61Asssestkee 26

Hình 2.5. Sơ họa phân tầng tính lún..........................--¿-©+2£+2EE+zt2EEAE2721117111
2221. cee. 32
Hình 2.6. Sơ đỗ tính lực kéo trong lưới BÌA CƯỜNG sung g8 ttnnia so nyesst gianassgt 34
Hình 2.7. Quy trình thi cơng cọc CÏF.....................¿+ +S+22t22E+2EEckeErverkrkererxrreree 36
Hình 2.8. Các biện pháp thi cơng cọc CFG ...........................-.-¿+ 252252 S++E+£zzvrzsersceee 37
Hình 2.9. Sơ đồ quy trình thi cơng tạo cọc của phương pháp la............................... 39
Hình 2.10. Minh họa phương pháp la ...........................--¿¿5-5252 2*+x+zEcEvEzctrxrtsrsrersrs 40


Hinh 2.11. Sơ đồ quy trình thi cơng của phương pháp lb............................
..--- ----c5- 41
Hình 2.12: Minh họa phương phap 1b... ceceesesesssseseseseessscseseseseesesessseeeseessassesesees 41

Hình 2.13. Cấu tạo máy khoan xoắn ruột ga...cccccccsssescsssssessssssssesessseecsssseessensseeeeee 42

Hình 2.14. Mũi khoan và cần khoan............................--icccccc
cv 222cc
43
Hình 2.15. Thi cơng bằng máy rung ống vách.....................---2e2 +ev2EEEEtEEEerrrrreee 44
Hình 2.16. Thi cơng bằng máy khoan xoắn ruột ĐỒ bn0ig11001605081024803810216.0138803010388 44

Hình 2.17. Dao dat đầu cọc thủ công và kết quả sau khi đào đất đầu cọc................. 45
Hình 2.18. Cắt gọt đầu cọc bằng máy và kết QUẢ...................

Street 45

Hình 2.19. Kiểm định chất tải xác định cường độ,.......................--cc+++2t2222vvvrcrez 45

Hình 3.20./Cầu taÐcoo HT scccsxssvecesnszascassnsnasssorceteanreereneersasemevercensrenesrversnvenscernnee 46
Hình 2.21. Phương pháp khoan bẻ cọc BTLT..:c:::ccs6c5266628262seseeeeeesneecee 47
Hình 2.22. Thi công cọc BTLT ứng suất trước bằng phương pháp khoan hạ.......... 48
Hình 2.23. Thi cơng cọc khoan nhoi đường kính nhỏ ...............................
-- 5-5 +s<+s£+x 51

Hình 2.24. Sơ đồ quy trình cơng tác thi cơng tạo cọc bằng rung ống vách.............. 52
Hình 2.25. Phương pháp đóng thủ cơng...........................
--- + 22 + + +E+kvk+EsEErkrkrkekrrrre 56

Hình 2.26. Máy thi céng coc CFG bang rung ha 6ng VACh.......scscssesccsescsseeesseessseesses 57

Hình 2.27. Cấu tạo mũi ống vách thi cơng COC CFG ...cceesscsssssssssssssessssssssessessssseeees 57
Hình 2.2§: Hình dạng và kích thước hình học của cọc PCC ..........................-5s+s+ses 58

Hình 2.29: Thi cơng cọc PCC tại Dự án đường sắt đô thị Hà Nội, tuyến Cát Linh :b l0 ỚNớ....ẽốẽ.a.....

59

Hình 2.30: Máy thi cơng cọc PCC và cấu tạo ống vách ......................---s-22ccc2csccczsez 60
Hình 2.31. Minh họa phương pháp thi cơng cọc cát...........................---5 e5s+scrcverrx 62
Hình 3.1. Quy mơ mặt cắt ngang đường Pháp Vân - Cầu Giếẽ mở rộng.................... 68


vi

Hình 3.2. Mơ hình khói đất đắp tác dụng lên cọc......................----¿-+cc+xxersrrxerrrres 71
Hình 3.3. Tỷ điện tích gia cĨ..........................-ssec xEEEExE211117112111111E 1211.211. cee 73
Hình 3.4. Quan hệ ứng suất ø — biến dạng e..........................-----s++ 2xt2EEttEEketEEkrsrrrrrr 73

Hình 3.5. Sơ đỗ tính lún........................-22-2222 2EE1t12E11112711117111112211112111121111 21 xe. 74
Hình 3.6. Tóm tắt trình tự thiết kế trụ đất xỉ măng...........................----c-cxeccrxerrxercres 75
Hình 3.7. Mặt cắt ngang điển hình xử lý đất yếu bằng cọc xi măng đất................... 77

Hình 3.8. Mặt cắt ngang điện hình xử lý nền đất yếu bằng cọc CFG...................... 85


MO DAU
1. Ly do chon dé tai:
Coc CFG (viét tit cum tir Cement - Fly ash - Gravel) 1a tên gọi của một loại
cọc bê tơng nghèo có hỗn hợp gồm xi măng, tro bay, cốt liệu đá (sỏi) trộn lẫn với
nhau và được sử dụng trong xử lý nền móng cho các cơng trình xây dựng cơ bản.
Thơng qua chiều dài cọc, khoảng cách cọc và lớp đệm đầu cọc cũng như tỉ lệ phối

trộn của vật liệu cọc đề thỏa mãn sức chịu tải của nền đất được xử lý. Với đặc điểm
sức chịu tải cao, biến dạng nhỏ, thi cơng nhanh, đơn giản, dễ đàng kiểm sốt đảm
bảo chất lượng, tiêu thụ một lượng lớn tro bay nhiệt điện giúp bảo vệ môi trường và

giảm giá thành xây dựng nên hiện nay cọc CFG được áp dụng phơ biến trong các
cơng trình xây dựng cơ bản tại một số quốc gia trên thế giới.

Theo quyết định số 452/QĐ-TTg ngày 12/4/2017 của Thủ tướng chính phủ về
dé an day

mạnh xử lý, sử dụng tro, xỉ thạch cao của các nhà máy nhiệt điện, nhà

máy hóa chất, phân bón làm nguyên liệu sản xuất vật liệu xây dựng và trong các
cơng trình xây dựng, Chính phủ đặt mục tiêu đến năm 2020, khối lượng tro, xi nhiệt
điện được sử dụng làm nguyên liệu, vật liệu đạt khoảng 56 triệu tấn. Khối lượng
mục tiêu này mới chỉ chiếm khoảng 52% lượng tro, xỉ tích lũy do các nhà máy nhiệt
điện thải ra trong cùng thời gian (ước tính khoảng 109 triệu tấn); phần cịn lại vẫn

phải chơn lấp, lưu trữ tại các bãi thải, gây áp lực cực lớn trong vấn đề bảo vệ mơi
trường.
Từ góc độ khoa học và nhu cầu thực tiễn ứng dụng tro bay nêu trên nên học

viên đã chon dé tài “Nghiên cứu xử lý nền đường đắp trên đất yếu bằng cọc CFG
(Cement Flyash Gravel) trong điều kiện Việt Nam” làm đề tài nghiên cứu.
2. Mục đích nghiên cứu:

Nghiên cứu biện pháp xử lý nền đường đắp trên đất yếu bằng cọc CFG và áp
dụng thiết kế cho một dự án cơng trình thực tế của nước ta đề đánh giá khả năng áp
dụng, tính hiệu quả của biện pháp trong điều kiện Việt Nam.


3. Mục tiêu nghiên cứu:

Tìm hiểu biện pháp xử lý nền đường đắp trên đất yếu bằng cọc CFG trên thế

giới, đánh giá hiệu quả kinh tế - kỹ thuật so với một số biện pháp khác.
4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
- Đối tượng nghiên cứu: cọc CFG trong xử lý nền đất yếu.

- Phạm vi nghiên cứu: thiết kế biện pháp xử lý nền đất yếu bằng cọc CFG cho
đoạn Km207+812,36 - Km207+862,36 trái tuyến của dự án nâng cấp tuyến đường
Pháp Vân — Cau Giẽ, TP. Hà Nội theo hình thức BOT (giai đoạn 2) năm 2017.

5. Phương pháp nghiên cứu:

Phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp thu thập và xử lý số liệu và tính
tốn nhằm phân tích vấn đề nghiên cứu.

6. Cơ sở khoa học và thực tiễn:
Cơ sở khoa học: Biện pháp xử lý nền đường đắp trên đất yếu bằng cọc CFG

phải được đánh giá và làm rõ nhằm áp dụng phù hợp với điều kiện của nước ta.
Cơ sở thực tiễn: Áp dụng công nghệ xử lý nền đất yếu tiên tiến trong điều kiện
Việt Nam, góp phần tiêu thụ tro bay cho các nhà máy nhiệt điện
7. Kết quả đạt được và vấn đề còn tồn tại:

Luận văn đã đạt được những kết quả chính sau: hiểu biết khá chỉ tiết một biện
pháp xử lý nền đắp trên đất yếu tiên tiến và mới mẻ ở nước ta, bao gồm nhiều mặt
từ tổng quan, phương pháp tính tốn, biện pháp thi cơng đến kiểm sốt chất lượng

và nghiệm thu; áp dụng thiết kế xử lý đất yếu cho phân đoạn điển hình của dự án

đầu tư nâng cấp tuyến đường Pháp Vân — Cầu Giẽ, thành phố Hà Nội theo hình thức
BOT (giai đoạn 2) năm 2017; qua đó đánh giá biện pháp cọc CFG có hiệu quả cao.
Bên cạnh những kết quả đạt được đó, luận văn cịn tồn tại một số vấn đề sau:

chưa thực hiện thi cơng thử nghiệm, thí nghiệm đánh giá chất lượng thi cơng, quan

trắc, theo dõi cơng trình dé đánh giá kết quả thiết kế.


CHUONG 1- TONG QUAN VE NEN DUONG DAP TREN DAT YEU

VA CAC BIEN PHAP XU LY
1.1.

Giới thiệu chương 1
Chương này có mục đích giới thiệu và phân tích sơ bộ vấn đề chung bao quát

đề tài nghiên cứu, đó là kỹ thuật nền đường đắp trên đất yếu và các biện pháp xử lý,
bao gồm các mục chính như: tổng quan về đất yếu, đặc điểm phá hoại của cơng
trình khi đắp trên nền đất yếu đề từ đó nêu được các giải pháp xử lý phù hợp với

yêu cầu thiết kế và giới thiệu sơ bộ tình hình áp dụng thực tế các phương pháp xử lý
nền đất yếu tại một số dự án tiêu biểu ở nước ta.
1.2.

Tống quan về nền đường đắp trên đất yếu

1.2.1. Khái niệm Ỳà phân loại đất yếu
1.2.1.1. Khái niệm đất yếu
Đất yếu là những đất có khả năng chịu tải nhỏ (vào khoảng 0.5 - 1.0
daN/cm2), có tính nén lún lớn, hầu như bão hịa nước, hệ số rỗng lớn (e>1), mơ đun
biến dạng thấp (thường Eo = 50 daN/cm2), lực chống cắt nhỏ... Do vậy nền đắp trên
đất yếu mà không có các biện pháp xử lý thích hợp thường dễ bị mất ổn định toàn
khối hoặc bị lún nhiều, lún kéo dài ảnh hưởng đến mặt đường, cơng trình trên

đường và cả mồ cầu lân cận [1], [4].
Đất yếu là các vật liệu mới hình thành (từ 10000 đến 15000 năm tuổi), được
bồi tụ trong nước một cách khác nhau theo các điều kiện thủy lực như: bởi tích ven

biển, đầm phá, cửa sông, ao hà...
1.2.1.2. Phân loại đất yếu

Theo ngun nhân hình thành, đất yếu có thể chia thành hai loại: loại có nguồn
gốc khống vật và loại có nguồn gốc hữu cơ với các đặc điểm cụ thể như sau:
a) Loại có nguồn gốc khống vật: thường là sét hoặc á sét trầm tích trong nước

ở ven biên, vùng vịnh, đầm hồ, đồng bằng tam giác; lọai này có thê lẫn hữu cơ trong


q trình trầm tích (hàm lượng hữu cơ có thể lên tới 10-12% ) nên có thể có màu
đen, xám đen, có mùi. Đối với loại này, được xác định là đất yếu nếu ở trạng thái tự
nhiên, độ âm của chúng gần bằng hoặc cao hơn giới hạn chảy, hệ số rỗng lớn (sét e

> 1,5, á sét e > 1), lực dính C theo kết quả cắt nhanh khơng thốt nước từ 0,15
daN/cm2 trở xuống, góc nội ma sát ( từ 0 - 10° hoặc lực dính từ kết quả thí nghiệm

cắt cánh hiện trường Cu

< 0,35 daN/cm?. Ngồi ra ở các vùng thung lũng cịn có

thể hình thành đất yếu dưới dạng bùn cát, bùn cát mịn (hệ số rỗng e > 1,0, độ bão
hòa G > 0,8).

Dat yếu loại sét và á sét được phân loại trạng thái tự nhiên theo độ sệt thành
trạng thái chảy và dẻo chảy.
b) Loại có nguốn gốc hữu cơ (than bùn và đất hữu cơ) thường hình thành từ
đầm lầy, nơi đọng nước thường xuyên hoặc có mực nước ngầm cao, các loại thực

vất phát triển, thối rữa và phân hủy, tạo ra các trằm tích hữu cơ lẫn với trầm tích

khống vật. Loại này thường gọi là đất đầm lầy than bùn, hàm lượng hữu cơ chiếm
tới 20-80%, thường có màu đen hay nâu sẫm, cấu trúc khơng mịn (vì lẫn tàn dư

thực vật). Đối với loại này được xác định là đất yếu nếu hệ số rỗng và các đặc trưng
SỨC chống cát của chúng cũng đạt trị số như loại có nguồn

gốc khống vật nói trên.

Trong điều kiện tự nhiên than bùn có độ ẩm rất cao, trung bình W = 85-95% và có
thể lên tới vài trăm phần trăm. Than bùn là loại đất bị nén lún lâu dài, không đều và
mạnh nhất , hệ số nén lún có thé đạt 3-10daN/cm), vì thế thường phải thí nghiệm
than bùn trong các thiết bị nén với mẫu cao ít nhất 40-50cm.
Đất yếu đầm lầy than bùn cịn được phân chia theo hàm lượng hữu cơ của

chúng ra 03 loại: Đất nhiễm than bùn (Hàm lượng hữu cơ từ 20-30%), Đất than bùn
(Hàm lượng hữu cơ từ 30-60%), Than bùn (Hàm lượng hữu cơ trên 60%).
và trạng thái tự nhiên đất đầm lầy tha bùn được phân làm 3 loại:

-

Loai I: Loai cé độ sệt ồn định, thuộc loại này nếu cách đào đất thằng đứng sâu
1m trong chúng duy trì được sự ơn định trong 1-2 ngày.


-

Loai II: Loai có độ sệt khơng ơn định: loại này không đạt tiêu chuẩn loại I nhưng

đất than bùn chưa ở trạng thái chảy.
-

Loai III: Dat than bin ở trạng thái chảy [1], [4].

Ngoài ra, loại đất đắp (trầm tích nhân sinh) tạo thành do kết quả hoạt động sản
xuất, kinh tế và đời sống qua các thời đại tồn tại và phát triển của loài người cũng
được xem xét là đất yếu khi xây dựng nền đường. Đặc điểm của đất đắp là phân bố

đứt đoạn, theo diện tích và có thành phần khơng thuần nhất. Chiều dày của đất đắp
thay đổi từ vài chục cm đến 5-6m, đôi khi 15-20m và hơn. Theo thành phan cé thể

chia làm bốn loại đất đắp:
- _ Đất gồm hỗn hợp các chất thải của sản xuất công nghiệp và xây dựng.

- _ Đất hỗn hợp các chất thải của sản xuất và rác bẩn sinh hoạt.
- _ Đất của các nền dap trén can va khu dap dưới nước (để tạo bãi). Loại này có thể

sử dụng dé xây dựng nhưng cần phải nghiên cứu chỉ tiết.
-_

Đất thải bên trong và bên ngồi các mỏ khống sản khai thác ngầm hoặc lộ thiên

[8].

Tóm lại, tùy theo thành phân vật chất, phương pháp và điều kiện hình thành,
vị trí trong khơng gian, điều kiện địa lý và khí hậu, những biến đổi sau khi được tạo
nên, v.v... mà tồn tại các loại đất yếu cơ bản sau: đất sét yếu, đất cát yếu,

bùn, than

bùn, đất đắp.
1.2.2. Sự phá hoại của nền đường đắp trên đất yếu
Các loại đất yếu có sức chống cắt nhỏ nên sức chịu tải nhỏ, rất dễ bị phá hoại

làm nền đắp ở trên mất ồn định, chủ yếu là: nền đắp lún mãi, lún không đều làm nứt
nền đường, chìm nền đường vào trong đất yếu hoặc trằm trọng là trượt trồi (hình

1.1) [9]. Sự phá hoại của nền đắp trên đất yếu được phân thành hai loại cụ thể: phá
hoại về ôn định và phá hoại về biến dạng.

1.2.2.1. Nên đắp mắt ổn định
Nền đắp mắt ồn định thường có hai dang là nền bị lún trồi và nền bị trượt sâu.


a.

Lun troi:

Toàn bộ nên đắp lún võng vào nền đất yếu và day trồi đất yếu tạo thành các bờ
đất gần chân taluy.

Dat yéu

b.

Trượt sâu:

Hình 1.1: Phá hoại của nền đắp do lún trôi

Kiểu phá hoại này thường gặp trong xây dựng đường do dạng hình học thơng

thường của nền đắp. Một cung tròn sinh ra do nén dap bi lún cục bộ (hình 1.2),
ngược với lún lan rộng như kiểu lún trồi.

Đất yếu
...hm.mmm..ằ....Ằằ..ư

7.

mm

Hình 1.2: Phá hoại của nên đắp đo trượt sâu

Hậu quả của sự lún này là một bộ phận của nền đắp và của nền đất thiên nhiên

doc theo diện tích phá hoại chuyền vị và có hình dạng thay đổi theo tính chất và đặc
tính cơ học của vật liệu đưới nền đắp. Do nền dap bị trượt mà sinh ra một hoặc

nhiều các vết nứt mấp mơ dốc đứng hoặc các dốc đứng có biên độ tới vài mét.
Nền đường mất én định thường làm gãy cọc của móng cơng trình (nhà cửa,

tường chắn...), lật mố và tường chắn, phá hoại các cơng trình chìm trong đất (ống
cống, đường chui, đường ống thoát nước...).


1.2.2.2. Nén dap bị biến dạng
Ngược với sự phá hoại do mất ổn định, lún là một biến đạng chậm của đất
dưới tác dụng của trọng lượng nền đắp và xảy ra (hình 1.3):

-

O giữa nền đắp bởi một độ lún thắng đứng.

-_

Dưới một phạm vi dải đất dành cho đường: là một chuyền vị thắng đứng kết hợp
với một chuyền vị ngang của đất nền thiên nhiên.

-_

Ngoài phạm vi đải đất dành cho đường là một chuyền vị ngang của đất nền thiên
nhiên cho đến một khoảng cách nào đó phụ thuộc vào chiều dày đất yếu.

Nền đắp

Hình 1.3: Phá hoại của nền đắp do biến dạng (lún)

Tốc độ lún của nền đắp trên đất yếu thường xảy ra chậm, thay đổi theo tính
chất của đất yếu, chiều dày của nó và sự có mặt của các lớp thốt nước.
Các chuyên vị thẳng đứng thường có một biên độ đến hàng chục centimet với

các lớp rất mềm hoặc chiều dày lớn, biên độ này có thể cho phép đến vài mét. Các
chuyển vị này ở tìm nền đắp đều lớn hơn so với mép taluy sinh ra một biến dạng
của mặt nền đường, phá hoại kết cấu áo đường và ảnh hưởng đến chất lượng khai
thác đường.
Các chuyển vị ngang thường nhỏ hơn chuyển vị thắng đứng, tỷ số giữa hai

chuyển vị này chủ yếu phụ thuộc vào hệ số an tồn, kích thước hình học của nền
đấp và chiều day cua dat yếu.


Độ lún khác nhau ở chỗ tiếp giáp giữa nền đường đắp trên đất yếu và mố cầu
(cống) đặt trên móng cọc sâu tựa trên nền cứng khơng lún thường tạo thành một bậc

cấp lớn hoặc một chỗ nứt gãy, ảnh hưởng rất xấu đến việc chạy xe, làm cho xe bị

“sốc” và giảm tốc độ khai thác. Các chỗ nứt gãy hoặc bậc cấp này phải được khắc

phục bằng việc định kỳ phải làm lại mặt đường.

Ngoài ra, đối với nền đắp đường đầu cầu (cống), do sự liên kết giữa đất và cọc
móng mồ cầu (cống) nên khi đất lún sẽ kéo cọc xuống dưới và nền đất chuyển vị
ngang sinh ra các lực đây lên cọc dẫn đến các chuyển động uốn có thế làm gay coc

hoặc chuyên vị mồ cầu.

1.2.3. Yêu cầu chung đối với nền đường đắp trên đất yếu
Thứ nhất, nền đắp trên đất yếu phải bảo đảm ổn định, không bị lún trồi và
trượt sâu trong q trình thi cơng đắp nền và trong q trình khai thác sau này. Nói
cách khác là phải tránh gây ra sự phá hoại trong nền đất yếu trong và sau khi thi

công làm hư hỏng nền đấp cũng như các cơng trình xung quanh, tức là phải bảo
đảm cho nền đường luôn Ổn định.
Thứ hai, nền đắp trên đất yếu cũng phải bảo đảm về khống chế biến đạng (lún)

cho phép, đáp ứng yêu cầu sử dụng. Ngồi ra khi nền đường lún có thể phát sinh
các lực đây lớn làm hư hỏng các kết cấu chôn trong đất ở xung quanh (các mố cọc,
cọc ván) [4].

1.3.

Giải pháp xử lý nền đường đắp trên đất yếu

1.3.1. Cơ sở và phân loại các giải pháp xử lý nền đường đắp trên nền đất yếu

Theo phân tích ở phần trên thì nền đường đắp trên nền đất yếu cần có các biện

pháp xử lý phù hợp dé dam bảo yêu cầu ồn định và biến dạng của nền đường. Hiện
nay, có khá nhiều biện pháp xử lý và do đó cũng có nhiều phương pháp xây dựng
nền đắp trên đất yếu. Trong các biện pháp đó, một số là nhằm cải thiện sự ổn định

của nền đắp (như giảm trọng lượng của nền đắp, tăng chiều rộng nền đường, làm

thoải mái taluy, làm bệ phản áp...), một số biện pháp nhằm tăng cường độ (tăng C,


@) của đất yếu, một số biện pháp khác nhằm tăng nhanh tốc độ cố kết hoặc làm
giảm độ lún tông cộng (như làm bắc thấm, cọc cát, cọc gia cố vôi ...).

Phân loại giải pháp xử lý nền đắp trên nền đất yếu có thể theo sự phá hoại của
nền đường (không ồn định và lún nhiều, kéo đài) được thể hiện như hình 1.4 [5].

———=~~~===3

"——

ƠỊƠSƠ

a

Z2uy

ĐẮP THEO GIAI ĐOẠN

ĐÁ NÀNG vá

BAO TanAY.TOAN

Coc CAT A abe Tan pe ne

‘GIA TAI TAM THON

Hình 1.4: Các giải pháp chính xử lý nền đắp trên nên đất yếu
Mặt khác, giải pháp xử lý nền đắp trên nền đất yếu cũng có thể phân thành hai
nhóm sau (bảng 1.1 [4]):

a. __ Bồ trí xây dựng cùng với nền đắp:
- _ Xây dựng theo giai đoạn;
-

Bé phan ap;

-

Gia tai tam thoi;

-

Nén dap nhe;

- _ Tăng cường bằng vật liệu địa kĩ thuật.

b. _ Cải thiện nền đất:
-

Thay đất yếu;

- _ Đường thấm thẳng đứng;

- _ Cố kết bằng hút chân không:
- _ Cột balát (cột vật liệu rời);


10

Hao balat;
Cột đất gia cố (vôi hoặc xi măng);
Nền đắp trên móng cứng;

Điện thấm.
Bảng 1.1: Các giải pháp xử lý nền đắp trên nền đất yếu và tác dụng của chúng

Điện thâm

Đắp trên nền cứng

Tác

Cột đất gia có

dụng

lên đât
À
nên

móng

x

Hào balát
:

Cột balát

Et
Cô kêt bằng hút chân không
Đường thâm thăng đứng

Thay đất

Tăng cường bằng vật liệu địa kỹ thuật

Tác

báo tông hợp

dụn

Nên đắp nhẹ

lên nên

Gia tải tạm thời

dap

Bé phan ap

Xây dựng theo giai đoạn

Cải thiện độ ồn định

+/+]

Giảm biên độ lún
Giảm chuyền vị ngang

theo giai doan)

+
+

ee

Dat được tỉ lệ % đã cho của độ
lún cuôi cùng nhanh hơn

Tăng nhanh

|+l+l+|
fe

|+|l+l+l+l+l+

+

+

+l+|+l+
+] +

+l+l+zl+l+

cô kêt (xây dựng

""=

Pa

Các ưu nhược điểm của những giải pháp trên được nêu trong bảng 1.2 [4].
Bảng 1.2: Uu điểm và nhược điểm của các giải pháp

Kĩ thuật xây dựng
Tác dụng với nền đắp
Xây dựng theo giai đoạn
Bé phan ap
Gia tải tạm thời

Nền đắp nhẹ

canh

gần

uất

Tính khả thi (dự báo)

+
++

H+
++

[+
+

++ (thoi gian)
+++

+

+†++

|+

++ (thời gian, hiệu quả)

++

f+

++

++

11

Kĩ thuật xây dựng

địakĩ thuật tông hơn
Tác dụng đối với đất nên

nan

tan

ID

‘bade

[+

[+t

Tính khả thi (dự báo)

| + Chigu quay

Thay đất xấu
Đường thấm thẳng đứng
Cố kết bằng hút chân không

++
+

|+#++

+
|+d
|++

+
|+d
|+++

+++
++ (thời gian)
++ (thời gian)

Cột balát

H+

|++

+++

++ (hiệu quả)

Hào balát

+

+

+++

++ (hiệu quả)

Cột đất gia có

++

|1“

|++r

++ (hiệu quả)

Nền đắp trên móng cứng

TT

ni PT:

Điện thấm

ttt

aah

|++

|+++

+r

++ (thời gian, hiệu quả)

Chú thích: + Kém; ++ Trung bình; +++ Tốt
1.3.2.

Yếu tố ảnh hưởng chọn lựa các giải pháp

Việc lựa chọn các giải pháp xây dựng nền đắp trên đất yếu phải đảm bảo tính

kinh tế, kỹ thuật của dự án. Về mặt kỹ thuật, các giải pháp phải thỏa mãn các yêu
cầu như sau:

a. _ Khả năng thi cơng các cơng trình:

Đảm bảo việc cung ứng vật liệu và thiết bị cần thiết tại hiện trường để tiến
hành thi cơng, ví dụ như đất đắp (đẻ thi cơng bệ phản áp, gia tải, thay thế đất yếu),
xi măng (cọc vữa đất — xi măng), máy khoan...

b.

Ảnh hưởng của cơng trình đối với mơi trường:
Tơn trọng các quy phạm hiện hành về bảo vệ mơi trường như duy trì các dòng

chảy thiên nhiên, bảo vệ nước ngầm và các nguôn nước... (đặc biệt khi thi công các
cột vữa đất - xi măng bằng phương pháp phun và gia cố vôi hoặc xi măng); chống

tiếng ồn, chấn động để bảo vệ các cơng trình hai bên đường: đổ thải đất yếu khi
thay thế đất yếu...

12

c.

Thời hạn thi công:

Công tác làm đất trên đất yếu thường nằm trên đường găng của tiến độ thi
công và tác động tới việc tổ chức chung của công trường, vì vậy cần được xét đến
khi chọn giải pháp.

d.

Yêu cầu phục vụ của cơng trình khi hồn thành:
Một u cầu chủ yếu đề chọn giải pháp là cơng trình làm xong phải thoả mãn

các quy định kĩ thuật về độ lún tổng cộng và độ chênh lún giữa các đoạn nền đắp
như đường đầu cầu, cống với đoạn nền thông thường. Điều này ảnh hưởng lớn đến
giá thành xây dựng, khai thác và bảo dưỡng cơng trình.
e. _ Các trở ngại chung ở các công trường giao thông:

Công trường xây dựng nền đắp trên đất yếu thường gặp những trờ ngại về vận
chuyển vật liệu; giải phóng mật bằng; thốt nước và đào bỏ đất yếu; bế trí các hố

lay đất và các đống đất thừa; các cơng trình hiện hữu cần bảo vệ trong thi công.
1.3.3. Một số phương pháp xử lý nền đắp trên đất yếu thông dụng
Sau đây mô tả sơ lược một số phương pháp xử lý nền đường đắp trên nền đất
yếu thông dụng và nguyên lý làm việc của chúng.
1.3.3.1. Xây dựng nền đắp theo giai đoạn:

Cường độ ban đầu của nền đất yếu rất thấp, dé đảm bảo cho nền đường ổn
định có thể áp dụng biện pháp tăng dần cường độ của nó bang cach dap dat từng
lớp, chờ cho đất nền có kết, sức chịu cắt tăng lên, có khả năng chịu được tải trọng

lớn hơn thì đắp lớp đất tiếp theo.
1.3.3.2.

Tăng chiều rộng nên đường, làm bệ phản áp:

Khi cường độ chống cắt của nền đất yếu không đủ để xây dựng nền đắp theo

giai đoạn hoặc khi thời gian cố kết quá dài so với thời hạn thi công dự kiến thì có
thể áp dụng biện pháp này nhằm tăng độ ổn định, giảm khả năng trồi đất ra hai bên
và cho phép đắp nền đường cao hơn, do đó đạt được độ lún cuối cùng trong thời
gian ngắn hơn.


13

1.3.3.3.

Giảm trọng lượng nên đắp:

Sử dụng các vật liệu dap

có trọng lượng thé tích nhỏ như đăm bảo, mạt cưa,

tro bay, xỉ lò cao... làm giảm ứng suất lên nền đất yếu nên tăng độ ồn định cũng
như giảm độ lún của nền đắp.
1.3.3.4.

Gia tải tạm thời:

Gia tải (đắp thêm đất nền) trong một thời gian mà vẫn đảm bảo được độ ổn
định của nền đường sẽ tăng tốc độ lún và nhanh chóng đạt được độ lún cuối cùng dự
kiến như trường hợp nền đắp không gia tải.
1.3.3.5.

Tăng cường bằng vật liệu địa kĩ thuật tổng hợp:

Việc đặt một hay nhiều lớp thảm bằng vải địa kỹ thuật hoặc lưới địa kĩ thuật ở
đáy của nền đắp sẽ làm tăng cường độ chịu kéo và cải thiện độ ổn định của nền
đường chống lại sự trượt trịn, nhờ đó có thể tăng chiều cao đắp đất của từng giai
đoạn.

1.3.3.6. Đào thay đất yếu:
Giải pháp thay thế một phần hoặc toàn bộ đất yếu với chiều sâu 2-3m bằng vật

liệu có cường độ cao hơn và ít biến dạng hơn nhằm khắc phục vấn đề về lún và ổn
định.
1.3.3.7. Đường thấm thẳng đứng:

Bố trí các phương tiện thốt nước theo phương thẳng đứng như giếng cát

(minh họa Hình 1.5) hoặc bắc thấm, giúp nước cố kết ở các lớp sâu trong đất yếu
dưới tác dụng của tải trọng đắp sẽ có điều kiện đề thốt nhanh (thốt theo phương
nằm ngang ra giếng cát hoặc bấc thấm rồi theo chúng thoát lên mặt đất tự nhiên)

làm tăng nhanh tốc độ có kết.

14

Đệm cát

Bắc thấm (cọc cát}
A2:

Bat yeu

Hình 1.5: Gia có nền bằng đường thấm thẳng dung
Nguồn:

1.3.3.8. Cố kết bằng hút chân không:
Dùng hệ thống các bơm hút chân không được nối với mạng lưới thoát nước
ngang và mạng lười đường thấm thắng đứng được bao bởi các màng mỏng kín trên

mặt đất nhằm tạo ra một vùng áp thấp để thốt nước lỗ rỗng chứa trong nền giúp

cho đất có kết nhanh hơn, ứng suất có hiệu trong đất tăng (minh họa Hình 1.6). Việc
tạo chân khơng cịn giúp giảm thời gian thi công đất đắp gia tải và không sở mất ôn
định của nền đất đắp.
1.3.3.9.

Cột ba lát (cột vật liệu rời):

Đây là giải pháp tạo các cột vật liệu rời (cát, đá dăm...) được đầm chặt bằng

máy khoan chấn động chuyên dụng (minh họa Hình 1.7). Các cột này thường có tiết
diện thay đổi theo chiều cao, phình to hơn ở những lớp đất mềm hơn. So với mơ

đun biến dạng của nền đất thiên nhiên thì các cột này có mơ đun cao hơn nhiều vì

vậy tải trọng tác dụng tập trung lên các cột balat nhiều hơn. Ngoài ra, đất yếu nằm
giữa các cột balat được nén chặt hơn và cùng với các cột balat giúp tăng độ ôn định
của nền đất lên nhiều cũng như giảm được độ lún của cơng trình một cách đáng kể.


15

Hình 1.6: Gia cố nến bằng phương pháp hút chân khơng
Nguồn:

Định vi máy

Runghaống

£

:

Đầu rung

:Ìm

Š

:

P

|
a

FE

⁄

Nhỏi cát và nâng hạ ống

i

.

Xu

; oe

/@®`

A

Š

H

Cat
\

te

$

Hình 1.7: Gia cố nền bằng phương pháp cọc cát đầm chặt
Nguồn: