Nghiên cứu gia cố nền đất yếu dưới công trình kho bằng cọc vật liệu rời

ĐỀ CƯƠNG LUẬN VĂN CAO HỌC GVHD: TS. LÊ BÁ VINH
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên: DƯƠNG CHUNG NGUYỆN MSHV: 11094323
Ngày, tháng, năm sinh: 21/04/1985 Nơi sinh: Hậu Giang
Chuyên ngành: Địa Kỹ Thuật Xây Dựng Mã số: 60 58 60
Khóa (năm trúng tuyển): 2011 đợt 2
I. TÊN ĐỀ TÀI:
Nghiên cứu gia cố nền đất yếu dưới công trình kho bằng cọc vật liệu rời
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG LUẬN VĂN:
Nhiệm vụ: Nghiên cứu gia cố nền đất yếu dưới công trình kho bằng cọc vật liệu
rời
Nội dung
Chương 1: Nghiên cứu tổng quan cọc vật liệu rời.
Chương 2: Cơ sở lý thuyết tính toán cọc vật liệu rời gia cố nền đất yếu.
Chương 3: Phân tích các phương pháp tính toán độ lún nền gia cố bằng cọc vật
liệu rời.
Chương 4: Ứng dụng tính toán công trình thực tế tại nhà máy VIFON II.
Kết luận và dự kiến kết quả đạt được.
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: ……/ ……/2012
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: ……/ ……/2012
V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS. LÊ BÁ VINH
HVTH: DƯƠNG CHUNG NGUYỆN MSHV: 11094323
1
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH HOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHŨ NGHĨA VIỆT NAM
Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc

Tp. HCM, ngày ………. tháng…… năm 2012
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NGHIỆM BỘ MÔN

KHOA QUẢN LÝ
CHUYÊN NGÀNH
TS. LÊ BÁ VINH
PGS.TS. VÕ PHÁN
ĐỀ CƯƠNG LUẬN VĂN CAO HỌC GVHD: TS. LÊ BÁ VINH
MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề nghiên cứu
2. Nội dung nghiên cứu
3. Phương pháp nghiên cứu
4. Phạm vi nghiên cứu
CHƯƠNG 1
NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN CỌC VẬT LIỆU RỜI
(STONE COLUMN)
1.1 Tổng quan về cọc vật liệu rời (Stone column)
1.2 Ứng dụng cọc vật liệu rời trong gia cố nền
1.3 Công nghệ thi công cọc vật liệu rời
1.3.1 Tổng quan kỹ thuật đầm rung sâu
1.3.2 Quá trình đầm rung trong đất rời
1.3.3 Đầm thay thế trong đất rời thành phần hạt mịn cao và trong đất
dính
1.3.4 Phương pháp Vibro Replacement (Wet Method)
1.3.5 Phương pháp Vibro Displacement (Dryt Method)
1.3.6 Phương pháp khoan có ống bao (Borehole Method)
1.4 Ưu khuyết điểm ứng dụng
1.4.1 Ưu điểm
1.4.2 Khuyết điểm
HVTH: DƯƠNG CHUNG NGUYỆN MSHV: 11094323
2
ĐỀ CƯƠNG LUẬN VĂN CAO HỌC GVHD: TS. LÊ BÁ VINH
CHƯƠNG 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN CỌC VẬT LIỆU RỜI GIA CỐ NỀN
ĐẤT YẾU
2.1 Tổng quan tính toán và cơ chế làm việc cọc vật liệu rời
2.1.1 Cơ chế phá hoại cọc đơn (single stone column)
2.1.2 Cơ chế phá hoại của nhóm cọc (stone column group)
2.2 Những quan hệ cơ bản
2.2.1 Đường kính tương đương
2.2.2 Tỷ diện tích thay thế
2.2.4 Tỷ số ứng suất lên cọc và đất nền
2.3 Xác định sức chịu tải cọc vật liệu rời
2.3.1 Khả năng chịu tải cọc đơn
2.3.2 Khả năng chịu tải theo nhóm cọc
2.4 Một số công thức tính toán sức chịu tải cọc vật liệu rời
CHƯƠNG 3
CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ĐỘ LÚN NỀN GIA CỐ BẰNG
CỌC VẬT LIỆU RỜI
3.1 Xác định độ lún theo phương pháp cân bằng
3.2 Xác định độ lún nền sau khi xử lý cọc vật liệu rời theo Priebe
3.3 Xác định độ lún bằng phương pháp Ganular Wall
3.4 Xác định độ lún bằng phương pháp phần tử hữu hạn Plaxis 2D
3.5 Sự tập trung ứng suất lên cọc vật liệu rời
3.5.1 Tính toán sự phân bố ứng suất lên cọc vật liệu rời bằng phương
pháp 3D Foundation
HVTH: DƯƠNG CHUNG NGUYỆN MSHV: 11094323
3
ĐỀ CƯƠNG LUẬN VĂN CAO HỌC GVHD: TS. LÊ BÁ VINH
3.5.2 Yếu tố ảnh hưởng sự phân bố ứng suất lên cọc vật liệu rời và
lên đất nền
3.6 Độ lún ổn định và cố kết theo thời gian
3.7 Phương pháp xác định độ lún ổn định theo Asaoka theo quan trắc

CHƯƠNG 4
ỨNG DỤNG TÍNH TOÁN GIA CỐ NỀN CÔNG TRÌNH NHÀ MÁY
VIFON II LONG AN
4.1 Tổng quan công trình nhà máy Vifon II
4.2 Tổng quan địa chất khu vực nhà máy Vifon II
4.3 Phương pháp thi công
4.4 Thông số đầu vào vật liệu làm cọc vật liệu rời
4.5 Xác định sức chịu tải cọc và độ lún sau gia cố bằng phương pháp giải
tích
4.6 Tính toán bằng phương pháp phần tử hữu hạn bằng phần mềm Plaxis
4.7 Kết quả quan trắc lún và thí nghiệm thử tĩnh hiện trường
4.8 So sánh kết quả thu được từ tính toán và quan trắc hiện trường
KẾT LUẬN VÀ DỰ KIẾN KẾT QỦA ĐẠT ĐƯỢC
HVTH: DƯƠNG CHUNG NGUYỆN MSHV: 11094323
4
ĐỀ CƯƠNG LUẬN VĂN CAO HỌC GVHD: TS. LÊ BÁ VINH
MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề nghiên cứu
Như chúng ta đã biết, hiện nay trên thế giới đã có rất nhiều những nghiên
cứu về địa kỹ thuật và đã có những đóng góp to lớn vào sự phát triển của kỹ thuật
nền móng. Trong đó, lĩnh vực địa kỹ thuật đã đạt được nhiều thành tựu quan trọng
và có những đóng góp tiến bộ. Kỹ thuật cải tạo, xử lý nền đất yếu là một trong
những phạm vi đã được quan tâm và nghiên cứu trong suốt thời gian qua.
Có nhiều biện pháp cải tạo và gia cố nền đất yếu đã được áp dụng rộng rãi
khắp nơi trên thế giới bao gồm: gia tải trước kết hợp với hệ thống thoát nước theo
phương đứng (giếng cát, bấc thấm….), cọc xi măng đất (deep soil mixing), đầm
chặt đất… được sử dụng khá phổ biến trong nhiều năm qua và trở nên thực tiễn
trong việc lựa chọn phương pháp thiết kế và hiệu quả kinh tế trong ứng dụng cải tạo
nền.
Với một mục đích chung cho việc gia cố nền của tất cả các biện pháp kỹ

thuật nhằm can thiệp vào môi trường bên trong các lớp đất yếu, tạo nên những biến
đổi quá trình tái cấu trúc thành phần hạt đất khi khai thác sử dụng xây dựng công
trình. Mặt khác, vai trò của việc gia cố cải tạo nền gồm:
- Tăng khả năng chịu tải của nền đất,
- Giảm biến dạng, tăng tốc độ cố kết nền đất, giảm lún lệch,
- Giảm độ nhạy, hóa lỏng,
- Tăng sức chống cắt của đất.
Do đó, ta thấy rằng cải tạo và xử lý đất yếu trở nên thuận lợi hơn nhờ sự
đóng góp của các biện pháp cải tạo từ những thành tựu nghiên cứu. Trong nhiều
phương pháp gia cố đất thì cọc vật liệu rời (Stone Column) đã và đang được ứng
dụng khá phổ biến từ khi có những cơ sở lý thuyết được kiển chứng từ thực nghiệm
đã được nghiên cứu trong nửa thế kỷ qua. Những ứng dụng mạnh mẽ của cọc vật
liệu rời như:
- Tăng khả năng chịu tải nền,
HVTH: DƯƠNG CHUNG NGUYỆN MSHV: 11094323
5
ĐỀ CƯƠNG LUẬN VĂN CAO HỌC GVHD: TS. LÊ BÁ VINH
- Nền móng chống đỡ công trình dân dụng,
- Ổn định trượt, mái dốc, ổn định nền đường công trình giao thông,
- Giảm đặc tính hóa lỏng của cát…
Cọc vật liệu rời cấu tạo gồm đá, sỏi hoặc cát như là một hệ thống thoát nước
theo phương đứng khi được cấm vào trong đất và trở nên khả thi hơn và ngày càng
giữ vai trò chính trong giai đoạn lựa chọn phương án thiết kế và hiệu quả kinh tế
trong xử lý nền móng và tăng khả năng chịu tải của đất yếu.
Với sự phát triển khoa học kỹ thuật công nghệ hiện nay thì việc thi công cọc
vật liệu rời ngày càng trở nên thuận lợi và rút ngắn được thời gian thi công. Trên thế
giới có nhiều phương pháp thi công như: phương pháp thay thế bằng rung động
(Vibro-Replacement Method) hay còn gọi là phương pháp rung ướt (Wet), phương
pháp nén chặt bằng tác động rung (Vibro-Displacement), phương pháp rung khô
(Dry). Tùy vào cấu tạo, thành phần hạt của từng lớp đất mà ta chọn phương pháp thi

công phù hợp.
Tuy nhiên công nghệ cọc vật liệu rời còn khá mới mẽ trên thị trường Việt
Nam, do đó ta cần tập trung nghiên cứu về ứng dụng của cọc vật liệu rời phù hợp
cho những công trình ở Việt Nam nói chung và khu vực đồng bằng sông Cửu Long
nói riêng. Đây cũng chính là cơ sở hình thành nên đề tài luận văn này.
2. Nội dung nghiên cứu
- Tập trung nghiên cứu phân tích lý thuyết tính toán cọc vật liệu
rời trong gia cố ổn định nền móng công trình.
- Phân tích độ ổn định, biến dạng, sự phân bố ứng suất lên khi
gia cố nền bằng cọc vật liệu rời.
- Ứng dụng phần mềm phân tích ổn định, biến dạng và khả năng
chịu tải của nền khi gia cố bằng cọc vật liệu rời.
- Ứng dụng tính toán công trình thực tế, công nghệ thi công cọc vật liệu
rời khu vực Đồng Bằng sông Cửu Long.
HVTH: DƯƠNG CHUNG NGUYỆN MSHV: 11094323
6
ĐỀ CƯƠNG LUẬN VĂN CAO HỌC GVHD: TS. LÊ BÁ VINH
- Từ đó phân tích, nhận xét và kết luận về việc ứng dụng cọc vật liệu
rời trong xử lý gia cố nền áp dụng cho Việt Nam nói chung và khu vực Đồng
Bằng sông Cửu Long nói riêng.
3. Phương pháp nghiên cứu
- Dự tính độ lún ổn định nền khi gia cố bằng cọc vật liệu rời theo lý
thuyết và quan trắc bằng các phương pháp tính toán của Hansbo (1981), Asaoka,
tường vật liệu rời, phương pháp cân bằng…
- Phân tích ổn định bằng phần mềm Plaxis 2D, 3D.
- So sánh kết quả tính toán và quan trắc hiện trường.
- Lặp biểu đồ quan hệ tương quan giữa các kết quả thu được từ tính
toán, quan trắc. Từ đó để có được đánh giá và kiến nghị kết quả đạt được.
4. Phạm vi nghiên cứu
Thời gian thực hiện đề tài ngắn nên tác giả chỉ tập trung phân tích xác định

độ lún, ổn định và khả năng chịu tải vùng nền khi gia cố bằng cọc vật liệu rời.
Các số liệu qua trắc công trình còn hạn chế nên kết quả nghiên cứu chỉ đại
diện cho khu vực ĐBSCL.
HVTH: DƯƠNG CHUNG NGUYỆN MSHV: 11094323
7
ĐỀ CƯƠNG LUẬN VĂN CAO HỌC GVHD: TS. LÊ BÁ VINH
CHƯƠNG 1
NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN CỌC VẬT LIỆU RỜI
1.1 Tổng quan về cọc vật liệu rời (Stone Column)
Cọc vật liệu rời là một giải pháp gia cố xứ lý nền đất yếu, nó xuất hiện vào
năm 1935 và phát triển mạnh mẽ ở Mỹ, Canada và Châu Âu vào những năm 1950.
Cọc vật liệu rời đóng vai trò quan trọng trong giải quyết những bài toán địa kỹ xây
dựng công trình trên nền đất yếu, là một trong những giải pháp hữu hiệu và kinh tế.
Cọc được cắm vào trong vùng đất yếu bằng phương pháp rung động khác nhau và
được vận dụng linh hoạt cho những vùng đất đất yếu có cường độ kháng cắt nhỏ
phân bố từ 15 kPa đến 50 kPa, nhằm làm tăng khả năng chịu tải của đất nền.
Cọc vật liệu rời có đường kính tứ 0.3m ÷ 1.2m tùy thuộc vào công nghệ và
thiết bị của nhà thầu xây dựng. Khi sử dụng cọc vật liệu rời gia cố nền đất yếu thì
số lượng cọc sẽ thay thế từ 15% ÷ 35% thể tích đất yếu trong nền, sức chịu tải đất
nền tăng từ 50% ÷ 100%, độ lún giảm 3 ÷ 4 lần khi chưa gia cố. Khả năng chịu tải
của cọc từ 20T ÷50T tùy theo chiều dài và đường kính thiết kế của cọc. Khi cọc vật
liệu rời được xem là một phương pháp gia cố, cải tạo đất. Chiều sâu cắm cọc hiệu
quả từ 20÷ 30ft (từ 6÷ 10m). Chúng tạo nên một môi trường đất có sức chịu tải lớn
và xảy ra quá trình tái kết cấu của khung hạt đất, sự phân bố lại ứng suất trong nền,
giảm độ lún, tăng nhanh quá trình cố kết. Cọc vật liệu rời đóng vai trò như một hệ
thống thoát nước của nền đất yếu, làm tăng nhanh quá trình cố kết của đất tại khu
vực xây dựng.
Điều kiện làm việc của cọc phụ thuộc vào cách bố trí cọc trên mặt bằng thi
công. Tuy nhiên có ba hình thức bố trí cọc thường gặp là bố trí dạng tam giác, lục
giác và dạng lưới ô vuông. Mỗi phương án thiết kế mà ta có thể tính toán, ổn định

cho phù hợp.
HVTH: DƯƠNG CHUNG NGUYỆN MSHV: 11094323
8
ĐỀ CƯƠNG LUẬN VĂN CAO HỌC GVHD: TS. LÊ BÁ VINH
Hình 1.1:Bố trí cọc vật liệu rời theo lưới ô vuông và tam giác
Đặt biệt khi ứng dụng cọc vật liệu rời trong gia cố nền thì cần quan tâm cấu
tạo của phân tầng địa chất khu vực. Nếu vùng đất yếu có các lớp đất có độ nhạy lớn
và những lớp có nguồn gốc hữu cơ hay là gồm các thấu kính đất yếu của bùn vì khả
năng chịu nén của những lớp đất này rất thấp gây ra sự chuyển vị dọc thân cọc lớn.
Khi các lớp thấu kính cũng như lớp đất bùn có bề dày từ 1 ÷ 2 lần đường kính cọc
vật liệu rời thì khả năng sử dụng phương pháp rung và thay thế không hiệu quả.
Chiều dài của cọc vật liệu rời sử dụng ở Châu Âu từ 13 ÷ 33ft (4 ÷ 10m).
Những ứng dụng thực tế cho thấy cọc có chiều dài hiệu quả nhất là 4m ÷ 10m, khi
chiều dài cọc cắm xuống hơn 10m thì hiệu quả kinh tế thấp. Tuy nhiên ngoài việc
xem xét về ảnh hường hình dạng cọc trong ứng dụng xử lý nền thì cọc vật liệu rời
được sử dụng trong phương án lựa chọn thiết kế đối với lớp đất có sức chống cắt
không thoát nước khoảng 7kPa.
Việc thi công công nghệ cọc vật liệu rời trong gia cố, cải tạo nền đất yếu có
thể hoàn toàn sử dụng cho cả những hố đào sâu bằng phương pháp thay thế hay
đằm chặt. Các phương pháp xây dựng cọc vật liệu rời được sử dụng hiện nay gồm:
Vibro-Replecement (Wet Method), Vibro-Displecement (Dry Method), Rammed
Stone Column, Sand Compaction, Case-Borehole Method.
HVTH: DƯƠNG CHUNG NGUYỆN MSHV: 11094323
9
ĐỀ CƯƠNG LUẬN VĂN CAO HỌC GVHD: TS. LÊ BÁ VINH
Hiện nay trên thế giới sử dụng chủ yếu các phương pháp là Vibro-
Replecement (Wet Method), Vibro-Displecement (Dry Method), Vibro-
Compaction.
1.2 Ứng dụng cọc vật liệu rời trong gia cố nền
Giải pháp kỹ thuật khi thiết kế cọc vật liệu rời trong xử lý, cải tạo nền đã rất

thành công như: giải quyết các bài toán về ổn định mái dốc cho đường đắp, đê, đập
và cho cả việc gia cố những mái dóc tự nhiên. Đồng thời tăng khả năng chịu tải của
đất nền, giảm độ lún và khả năng hóa lỏng của các loại đất xốp và cát. Việc sử dụng
phương pháp cọc vật liệu rời ở Mỹ cho thấy rằng, khi được xây dựng trên nền cát
yếu hiệu quả hơn trên nền đất dính. Vào năm 1982 ở Mỹ đã có 21 dự án sử dụng
cọc vật liệu rời. Các công trình gia cố bằng công nghệ cọc vật liệu rời:
- Chống đỡ cho nền đường (Embankment fill Support): cho đường cao
tốc và đoạn đất đắp của hai bên mố cầu và được sử dụng tại Hamton, Virginia và
Clarrk Fork, Idoho. Ngoài ra tại Malaysia cọc vật liệu rời được chọn lựa gia cố nền
đường cao tốc có chiều cao 15m, bố trí lưới ô 1.6 x 2.2m, đường kính cọc D = 1 ÷
1.1m, chiều sâu cắm cọc 12 ÷ 15m.
Hình 1.2 :Mặt bằng tổng thề đường cao tốc Malaysia
HVTH: DƯƠNG CHUNG NGUYỆN MSHV: 11094323
10
ĐỀ CƯƠNG LUẬN VĂN CAO HỌC GVHD: TS. LÊ BÁ VINH
Hình 1.3: Biện pháp gia cố cọc vật liệu rời dưới nền đường
- Công trình kết cấu: thư viện bê tông cốt thép 7 tầng, nhà y tế 2 tầng,
nhà kho xưởng, bãi đậu xe, đường cống thoát nước với vai trò như một yếu tố nền
móng. Công trình xưởng đóng tàu Pipavav, Gujarat, India được xây dựng năm 2008
bằng cọc vật liệu rời bố trí lưới ô vuông 2.2 x 2.2m, chiều dài 12m.
Hình 1.4: Xưởng tàu Pipavav, Gujarat, India
- Xi lô, bồn chứa: làm nền móng cho các bể chứa nước, chứa dầu lên
đến 5 triệu gallon. Tại Terminal Singapore các bồn chứa dầu lên đến 16 ÷ 22 triệu
barrel, tổng cộng gồm 15 bồn, bố trí lưới 2.3 x 2.3m, chiều sâu cắm 6 ÷ 12m, xây
dựng 4/2006.
HVTH: DƯƠNG CHUNG NGUYỆN MSHV: 11094323
11
ĐỀ CƯƠNG LUẬN VĂN CAO HỌC GVHD: TS. LÊ BÁ VINH
Hình 1.5: Mặt bằng bố trí 15 bồn chứa dầu tại Terminal Singapore
Hình 1.6 : Bồn dầu đôi có sức chứa mỗi bồn 16000m

3
- Tại Thụy Điển cọc vật liệu rời được ứng dụng gia cố móng nền cho
kho dầu cao 18m, bán kính 20m, đường kính cọc vật liệu rời D = 600mm, bố trí
lưới ô vuông 1.7 x 1.7m, chiều sâu cắm cọc 5.5m.
HVTH: DƯƠNG CHUNG NGUYỆN MSHV: 11094323
12
ĐỀ CƯƠNG LUẬN VĂN CAO HỌC GVHD: TS. LÊ BÁ VINH
Hình 1.7 : Bồn chứa dầu Kemira AB, New Storage Tank, Helsingborg, Sweden
2005
- Công trình liên hợp: như xây dựng tuyến đường xe lửa và công trình
bến tàu…
Hình 1.8 : Đường xe lửa tại Berlin Đức xây dựng 1996 với tốc độ 250km/h
Ở Châu Âu cọc vật liệu rời được ứng dụng rộng rãi hơn ở Mỹ và Canada. Ở
Anh, cọc vật liệu rời sử dụng thành công hơn 40 công trình gia cố nền bên dưới
đoạn dẫn vào cầu. Còn ở Pháp, cọc vật liệu rời thường sử dụng cho các công trình
HVTH: DƯƠNG CHUNG NGUYỆN MSHV: 11094323
13
ĐỀ CƯƠNG LUẬN VĂN CAO HỌC GVHD: TS. LÊ BÁ VINH
đất đắp và gia cố nền. Tuy nhiên, nhìn chung thì cọc vật liệu rời sử dụng rộng hơn
trong việc xây dựng các công trình bồn chứa, nhà kho và những công trình đất đắp.
Ngoài ra, ngoài việc sử dụng cọc vật liệu rời bằng đá, sỏi người ta còn sử
dụng vật liệu cát hạt thô. Cọc cát đóng vai trò như cọc vật liệu rời và ở Nhật cũng
được dùng trong thiết kế gia cố nền.
1.3 Công nghệ thi công cọc vật liệu rời
1.3.1 Tổng quan kỹ thuật đầm rung sâu
- Đất tự nhiên: thông thường điều kiện địa chất được mô tả trong báo
cáo địa chất. Nếu tính chất của đất nền hiện hữu không đủ khả năng đáp ứng điều
kiện tải trọng công trình, kỹ thuật đầm rung sâu là một giải pháp hiệu quả và kinh tế
trong cải tạo nền cho bất cứ chiều sâu thiết kế.
- Máy đầm rung: máy đầm rung sâu hình trụ điển hình có chiều dài từ

3m đến 5m, nặng khoảng 2 tấn. Phần lõi của máy đầm rung là bộ phận quay lệch
tâm bằng điện nhằm tạo ra những dao động ngang cho đầm rung. Dây đầm được
gắn với đầm rung và các ống nối dài để đáp ứng chiều sâu gia cố. Đầm rung được
treo bằng cẩu hoặc máy đặc thù.
- Kỹ thuật đầm rung: máy đầm rung được dùng cho 3 kỹ thuật riêng
biệt khác nhau về cả bản chất gia cố và cơ cấu truyền tải. Kỹ thuật đầm rung sâu
đầm đất rời có thành phần hạt mịn không đáng kể bằng cách sắp xếp lại thành phần
hạt với một trạng thái tốt hơn. Kỹ thuật đầm thay thế sâu tạo một cột chịu lực làm
bằng đá hoặc cuội sỏi trong đất rời có thành phần hạt mịn cao. Giới hạn áp dụng
cho kỹ thuật đầm rung sâu như hình sau:
HVTH: DƯƠNG CHUNG NGUYỆN MSHV: 11094323
14
ĐỀ CƯƠNG LUẬN VĂN CAO HỌC GVHD: TS. LÊ BÁ VINH
Hình 1.9: Biểu đồ chọn lựa phương án đầm rung với cấu tạo lớp đất
Kỹ thuật thứ ba tạo ra những phần tử kết cấu móng (như cọc) trong nền đất
nhằm cho phép nền đất chịu tải trọng lớn hơn và an toàn trên nền đất yếu.
1.3.2 Quá trình đầm rung trong đất rời
Đầm rung trong đất rời bằng rung lệch tâm với tầng số thấp có thể đáp ứng
một cách kinh tế để đạt được sự đầm nén tốt nhất của các hạt đất. Máy đầm rung
thường được treo bằng cẩu. Quá trình xuyên của đầm rung được thực hiện nhờ các
tia nước áp lực phun ra với áp lực biến thiên. Ống áp lực và đầu phun là một phần
trong toàn bộ cấu tạo đầm rung. Qúa trình đầm được thực hiện từ dưới đáy dần lên
trên trong quá trình rút đầm, ta rút lên một đoạn ngắn và đầm ngược lại. Công đầm
phụ thuộc vào loại thiết bị và đất nền.
Dưới tác dụng của lực đầm, các hạt đất trong vùng ảnh hưởng được sắp xếp
lại và chặt hơn.
HVTH: DƯƠNG CHUNG NGUYỆN MSHV: 11094323
15
ĐỀ CƯƠNG LUẬN VĂN CAO HỌC GVHD: TS. LÊ BÁ VINH

Hình 1.10: Thiết bị đầm rung trong đất rời
1.3.3 Đầm thay thế trong đất rời thành phần hạt mịn cao và trong đất
dính
Để thi công rung thay thế, cả hai phương pháp nạp liệu từ đỉnh và từ đáy
được sử dụng trong đó phương pháp nạp liệu từ đáy (Dry Method) được sử dụng
nhiều hơn khi chiều sâu nhỏ. Phương pháp khô sẽ nạp vật liệu rời đến mũi của đầm
rung nhờ khí nén. Để tối ưu hóa quá trình thi công và thích ứng với các thiết bị đặc
biệt, Keller đã phát triển máy cơ sở Vibrocat để đặt đầm rung lên và cho phép dùng
lực nén xuống trong quá trình xuyên và đầm nén. Quá trính thi công bao gồm các
bước xen kẻ nhau. Trong quá trình rút lên, đá sẽ được dẫn qua đầu đầm lấp vào khe
hở, và được đầm và ép vào đất bao quanh trong quá trình hạ đầm sau đó. Như vậy
cọc được tạo thành từ đáy lên.
HVTH: DƯƠNG CHUNG NGUYỆN MSHV: 11094323
16
ĐỀ CƯƠNG LUẬN VĂN CAO HỌC GVHD: TS. LÊ BÁ VINH
Hình 1.11: Đồ thị tính toán rung thay thế cọc vật liệu rời bằng đá dăm
1.3.4 Phương pháp Vibro Replacement (Wet Method)
Đây là phương pháp được sử dụng đầu tiên ở Đức vào đầu những năm 1960
và được sử dụng rộng rãi và phổ biến hơn phương pháp rung ướt. Phương pháp thi
công tỏ ra khả thi cho các loại đất sét dính có hệ số thấm nhỏ, sức chống cắt không
thoát nước S
u
= 15 kPa đến 50 kPa (Greenwood và Kirsch, 1983). Một lỗ khoan
được tạo ra trong nền đất dưới sự hổ trợ của các tia nước áp lực cao cùng với bộ
phận rung động theo phương ngang bên dưới mũi khoan cho đến chiều sâu thiết kế.
Cọc vật liệu rời được xây dựng theo phương pháp này có đường kính có thể đạt
được tứ 0.3m đến 1.2m tùy theo khả năng chịu tải của mỗi cọc. Khi lỗ khoan đạt
chiều sâu thiết kế thì vật liệu đá, sỏi làm cọc sẽ được nạp vào trong cần khoan và
chuyển xuống dưới đáy hố khoan bằng bộ phận nén thủy lực hay nén khí và được
đầm nén theo từng đoạn cho đến khi kết thúc quá trình thi công một cọc vật liệu

rời. Đây là phương pháp được công ty GNK Keller sử dụng rộng khắp Châu Âu.
Đặc biệt biện pháp thi công này phù hợp cho khu vực đất yếu và có mực nước ngầm
cao. Các bước thi công cọc vật liệu rời theo phương pháp rung ướt:
HVTH: DƯƠNG CHUNG NGUYỆN MSHV: 11094323
17
ĐỀ CƯƠNG LUẬN VĂN CAO HỌC GVHD: TS. LÊ BÁ VINH
1 2 3
Hình 1.12: Các bước xây dựng cọc vật liệu rời phương pháp rung ướt
- Bước 1: Đầu dò thâm nhập vào trong nền đất tạo lổ khoan dẫn bằng
tia áp lực nước đến chiều sâu yêu cầu.
- Bước 2: Khi đạt chiều sâu yều cầu vật liệu được nạp vào hố khoan và
được đầm nén kỹ trong từng đoạn cho đến khi đạt chiều cao cột vật liệu rời.
- Bước 3: Xây dựng hoàn thiện cọc vật liệu sau đó rút cần khoan lên và
đầm chặt bề mặt cọc.
1.3.5 Phương pháp Vibro Displacement (Dry Method)
Phương pháp rung khô xuất phát từ nước Đức và ra đời vào những năm đầu
1970 và trở nên hiệu quả trong việc xử lý nền đất yếu, đặc biệt là những nơi có địa
tầng là đất yếu có sức chống cắt không thoát nước S
u
= 40 kPa đến 60 kPa
(Greenwood và Kirsch, 1983). Đây là phương pháp đầm rung tạo cọc vật liệu rời,
cũng như phương pháp rung ướt, phương pháp này chỉ khác là trong quá trình tạo lỗ
khoan cọc vật liệu rời không có sự tham gia của tia nước áp lực phun mà đầu mũi
khoan xuyên vào trong đất bằng phương pháp rung động thủy lực cùng với trọng
lượng bản thân máy đầm. Có hai phương pháp đầm rung khô là “dry – top – feed”
và “dry - bottom - feed”.
Dry- top -Feed: Cọc vật liệu rời xây dựng theo phương pháp này cũng giống
như phương pháp rung ướt, ngoại trừ khí được sử dụng như tia áp lực nước. Thi
công sạch hơn phương pháp ướt không cần bố trí dung dịch nước áp lực. Tuy nhiên
chỉ áp dụng cho loại đất khi khoan tạo lỗ khoan không dùng ống bao chống đỡ lỗ

khoan, khi đó vật liệu được tập kết bên cạnh vị trí tạo lỗ cọc vật liệu rời. Đến chiều
sâu thiết kế, máy đầm rung từ từ rút lên đồng thời vật liệu được nạp vào trong lỗ
HVTH: DƯƠNG CHUNG NGUYỆN MSHV: 11094323
18
ĐỀ CƯƠNG LUẬN VĂN CAO HỌC GVHD: TS. LÊ BÁ VINH
khoan. Trong lúc rút cần xuyên lên thì khí nén được nạp từ bên dưới bù lại áp lực
cần khoan được rút lên để ổn định thành vách được ổn định đến khi hoàn thành cọc
vật liệu rời.
Hình 1.13: Quy trình thi công phương pháp top - feed
Dry -bottom – Feed: Cũng như phương pháp top –feed vật liệu sỏi, đá được
vận chuyển và nạp vào đầu trên của cần khoan thông qua một phểu thu vật liệu, vật
liệu được truyền dẫn xuống đầu dưới cần rung bằng hệ thống điện. Trước đó thì ống
vách đóng vai trò giữ ổn định thành lỗ khoan. Phương pháp này nhìn chung được sử
dụng cho loại đất sét mềm yếu, mực nước ngầm cao. Mực nước ngầm có vai trò hổ
trợ việc xuyên thiết bị qua nền đất dễ dàng hơn và tạo điều kiện cho vật liệu nạp từ
trong cần khoan dễ dàng dịch chuyển xuống bên dưới. Áp lực khí tạo ra trong lỗ
khoan không lớn hơn 275 kPa đến 415 kPa để ngăn việc phá hoại thành hố của lớp
sét yếu và cột vật liệu rời. Với sự có mặt của tia áp lực dung dịch, cọc tạo ra theo
phương pháp này có đường kính nhỏ hơn từ 15mm đến 25mm so với phương pháp
ướt.
Mặt khác, việc thi công cọc vật liệu rời bằng phương pháp bottom – feed
không phù hợp cho loại vật liệu mềm yếu và chứa hàm lượng bùn.
HVTH: DƯƠNG CHUNG NGUYỆN MSHV: 11094323
19
ĐỀ CƯƠNG LUẬN VĂN CAO HỌC GVHD: TS. LÊ BÁ VINH
Hình 1.14: Quy trình xây dựng cọc vật liệu rời theo phương pháp bottom –
feed
1.3.6 Phương pháp khoan có ống bao (Borehole Method)
Trong phương pháp này cọc được tạo thành bằng cách đầm vật liệu rời trong
hố khoan có ống chống bao. Vật đầm có trọng lượng từ 15kN đến 20kN, chiều cao

rơi từ 1m đến 1.5m. Giá thành thi công theo phương pháp này kinh tế hơn phương
pháp rung và lèn chặt, thích hợp những nước đang phát triển. Tuy nhiên, do quá
trình đầm đất nền bị phá hoại sau đó mới phục hối lại nên rất hạn chế cho loại sét
nhạy.
HVTH: DƯƠNG CHUNG NGUYỆN MSHV: 11094323
20
ĐỀ CƯƠNG LUẬN VĂN CAO HỌC GVHD: TS. LÊ BÁ VINH
Hình 1.15: phương pháp khoan có ống bao Abhoshi and Suematsu 1985
1.4 Ưu khuyết điểm sử dụng
1.4.1 Ưu điểm
Kỹ thuật đầm rung sâu cung cấp một phương pháp gia cố nền rất linh hoạt,
do đó có thể điều chỉnh để phù hợp yêu cầu về điều kiện địa chất và nền móng.
Quá trình thi công tương đối nhanh ngay cả với khối lượng lớn đất nền cần
được gia cố. Tiếp sau đó công tác xây dựng kết cấu có thể tiến hành rất nhanh.
HVTH: DƯƠNG CHUNG NGUYỆN MSHV: 11094323
21
ĐỀ CƯƠNG LUẬN VĂN CAO HỌC GVHD: TS. LÊ BÁ VINH
Công tác gia cố nền cho phép nhà thầu sử dụng phương pháp móng nông, do
đó có thể tiết kiệm chi phí xây dựng đáng kể.
Một lợi thế khác là sự thân thiện với mội trường của công nghệ đầm rung sâu
khi chúng ta sử dụng nguồn vật liệu có thể tìm được địa phương. Thêm vào đó chỉ
một lượng đất nhỏ được bóc tách khỏi công trình.
Ngày nay chiều sâu đầm có thể lên đến 50m so với trước kia là 30m.
1.4.2 Khuyết điểm
Hiện nay công nghệ thi công cọc vật liệu rời tại thị trường Việt Nam cũng
gặp nhiều khó khăn:
- Việc làm chủ công nghệ do các công ty nước ngoài thực hiện,
- Đây là công nghệ mới xâm nhập vào thị trường Việt Nam nên chưa có
tiêu chuẩn cụ thể hướng dẫn sử dụng,
- Việc thiết kế thi công theo tiêu chuẩn nước ngoài.

HVTH: DƯƠNG CHUNG NGUYỆN MSHV: 11094323
22
ĐỀ CƯƠNG LUẬN VĂN CAO HỌC GVHD: TS. LÊ BÁ VINH
CHƯƠNG 2
CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN CỌC VẬT LIỆU RỜI
2.1 Tổng quan tính toán và cơ chế làm việc cọc vật liệu rời
Những ứng dụng cọc vật liệu rời đã được giới thiệu trong các nội dung bên
trên. Để đáp ứng được hiệu quả tính toán ta cần phải biết vận dụng những mô hình
tính toán cho phù hợp cơ chế làm việc của cọc. Từ đó ta tính toán khả năng chịu tải
của cọc, dự tính độ lún nền khi gia cố cọc vật liệu rời và các dạng phá hoại của cọc
khi làm việc dưới tác dụng tải trọng bề mặt.
2.1.1 Cơ chế phá hoại cọc đơn (single stone column)
Trong thực tế, cọc vật liệu rời được thiết kế và thi công xây dựng xuyên qua
toàn bộ lớp sét yếu (giống như cọc chống). Cũng có những trường hợp cọc được
xây dựng có mũi chỉ nằm trong phạm vi vùng đất sét yếu (gọi là cọc treo).
Xét cọc vật liệu rời chịu tác dụng tải trọng bên như hình 3.1. Ta thấy cả cọc
chịu tải trọng mũi cũng như cọc treo thì ta thấy vùng phá hoại của cọc có chiều dài
từ 2D ÷ 3D đường kính cọc. Đối với cọc ngắn được cắm lên trên nền đất sét tốt thì
ta thấy sự phá hoại trượt trên bề mặt cọc xuất hiện. Nếu cọc nằm trong phạm vi đất
sét yếu thì cọc sẽ bị trượt khi vượt khả năng chịu tải.
Hình 2.1: Cơ chế phá hoại cọc đơn trong nền đất đồng nhất
HVTH: DƯƠNG CHUNG NGUYỆN MSHV: 11094323
23
ĐỀ CƯƠNG LUẬN VĂN CAO HỌC GVHD: TS. LÊ BÁ VINH
Hình 2.2: Các dạng chịu tải tác dụng lên cọc vật liệu rời
2.1.2 Cơ chế phá hoại của nhóm cọc (Stone column group)
So với cọc chịu tải đơn thì ta thấy khả năng chịu tải của nhóm cọc lớn hơn.
Khi những cọc đơn hợp nhất tạo thành một nhóm thống nhất. Thí nghiệm trên mô
hình nhóm cọc theo nghiên cứu cho thấy với một nhóm có 2 hoặc 3 hàng cọc trở lên
thì sức chịu tải của nhóm sẽ tăng lên nếu số lượng cọc tham gia vào nhóm tăng lên.

Xét trên một phạm vi chịu tải phủ khắp của một nền đường khi sử dụng cọc
vật liệu rời dùng để gia cố nền móng đường như hình trên. Vaurian thấy rằng vùng
biến dạng của đất và cọc gần bằng nhau bên dưới nền đắp. Khi thi công công trình
đất đắp trên những vùng đất yếu. Đất bên dưới vùng nền và những vùng lân cận bên
ngoài nền đường sẽ chuyển dịch theo phương ngang hình thành một vùng trượt. Ta
gọi là trạng thái tới hạn trượt. Thí nghiệm và phân tích bài toán bằng phương pháp
phần tử hữu hạn cho thấy độ lún sẽ lớn hơn nếu không có biện pháp gia cố.
HVTH: DƯƠNG CHUNG NGUYỆN MSHV: 11094323
24
ĐỀ CƯƠNG LUẬN VĂN CAO HỌC GVHD: TS. LÊ BÁ VINH
Hình 2.3: Cơ chế phá hoại cọc theo điều kiện làm việc theo nhóm cọc
HVTH: DƯƠNG CHUNG NGUYỆN MSHV: 11094323
25