PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH MÔ ĐUYN BIẾN DẠNG THEO PHƯƠNG NGANG NGOÀI HIỆN TRƯỜNG DỰA VÀO KẾT QUẢ XUYÊN TIÊU CHUẨN

TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ 2008
PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH MÔ ĐUYN BIẾN DẠNG THEO
PHƯƠNG NGANG NGOÀI HIỆN TRƯỜNG DỰA VÀO KẾT QUẢ
XUYÊN TIÊU CHUẨN (SPT)
THE DETERMINATION OF LATERAL DEFORMATION MODULE
ON SITE WITH OF THE STANDARD PENETRATION TEST’S
DATA, SPT INDEX (N)
TS. Võ Phán
ThS. Hoàng Thế Thao
TÓM TẮT
Việc xác đònh mô đuyn biến dạng theo phương ngang ngoài hiện
trường rất phức tạp đặc biệt là ở độ sâu lớn, nội dung bài viết là thiết
lập tương quan giữa chỉ số xuyên tiêu chuẩn SPT (N) với mô đuyn
biến dạng theo phương ngang. Từ đó, giúp cho người thiết kế có thể
dựa vào chỉ số SPT (N) xác đònh được mô đuyn biến dạng theo
phương ngang ngoài hiện trường để thiết kế thi công các công trình
chòu áp lực ngang như: tường vây trong tầng hầm, đường hầm, tường
cọc bản của bờ kè…
ABSTRACT
The determination of lateral deformation module on site is so
complicated, especially on the deep level. The purpose of this paper is
establishing the correlation of the Standard Penetration Test’s data,
SPT index (N) and the lateral deformation module. Hence, engineers
can use the result of SPT index to estimate the insitu lateral
deformation module, in order to design lateral pressure project such
as diaphragm walls, tunnels and retaining wall…
I. ĐẶT VẤN ĐỀ
Trong tính toán và thiết kế các tường vây trong tầng hầm, đường hầm
và thiết kế tường cọc bản cho các bờ kè thì mô đuyn biến dạng là một thông
số rất quan trọng.
Thông thường, người ta sử dụng mô đuyn biến dạng trong thí nghiệm

nén một trục không nở hông để tính toán. Thông số này dùng để tính toán
144 VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM
TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ 2008
tường sẽ không đạt được độ chính xác cao vì mẫu thí nghiệm là biến dạng
theo phương đứng, còn biến dạng của tường là theo phương ngang.
Vì vậy, để đạt được độ chính xác cao thì cần phải dùng mô đuyn biến
dạng theo phương ngang để tính toán thiết kế. Thí nghiệm nén ngang ngoài
hiện trường sẽ xác đònh được mô đuyn biến dạng này.
Tuy nhiên, việc thí nghiệm bằng phương pháp này sẽ tốn chi phí thí
nghiệm rất lớn do việc thí nghiệm rất phức tạp và gặp nhiều khó khăn đặt biệt
là những vùng có đòa hình khó khăn, chiều sâu thí nghiệm lớn (>30m).
Ngược lại, thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (SPT) lại đơn giản và rất thông
dụng do đó chi phí cho thí nghiệm này ít.
Vì vậy, nhóm tác giả bài viết này dựng vào các số liệu thí nghiệm được
thiết lập sự tương quan giữa chỉ số N (trong thí nghiệm SPT) và mô đuyn biến
dạng E (trong thí nghiệm nén ngang) cho một số loại đất. Từ đó, có thể dựa N
có thể xác đònh được mô đuyn biến dạng theo phương ngang cho các công
trình tương tự.
II. MÔ TẢ THIẾT BỊ NÉN NGANG VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM
II.1. Mô tả thiết bò nén ngang
Thiết bò nén ngang gồm có các bộ phận chính sau:
II.1.1. Ống tạo áp
Ống tạo áp có thể gồm một hoặc ba buồng tạo áp. Loại ba buồng tạo áp
có một buồng tạo áp chính (measuring cell) nằm giữa hai buồng tạo áp phụ
(guard cell). Chiều dài của ống tạo áp (kể cả các buồng phụ) tối thiểu phải
gấp 6 lần đường kính ống.
Hình 1: Ống tạo áp
II.1.2. Hộp điều khiển (Monitoring box)
145 VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM
TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ 2008

Hộp điều khiển gồm có hệ thống đồng hồ áp lực, hệ thống van điều
chỉnh, buồng đo thể tích nước.
Hệ thống đồng hồ đo áp lực có hai đồng hồ, một đồng hồ đo áp lực
buồng khí và một đồng hồ đo áp lực buồng nước.
Hệ thống van điều chỉnh gồm các van sau:
- Van gia tải: dùng để tăng hoặc giảm áp lực của buồng tạo áp.
- Van vi chỉnh: dùng để tinh chỉnh áp lực buồng tạo áp.
- Hai van đóng mở để dẫn nước và khí vào buồng tạo áp.
- Một van đóng mở để xả nước và khí.
- Hai van điểu chỉnh cấp áp lực gia tải.
- Một van hiệu chỉnh độ sâu thí nghiệm.
Buồng đo thể tích nước có thể tích tối đa là 800cm
3
dùng để xác đònh
lượng nước được đưa vào buồng tạo áp sau mỗi lần gia tải.
Hình 2: Hộp điều khiển
II.1.3. Bình khí nén (Compressed gas)
Để cung cấp khí nén, thường là CO
2
hoặc không khí, cho buồng tạo áp.
VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM 146
TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ 2008
Hình 3: Sơ đồ thí nghiệm nén ngang trong hố khoan
II.2.PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM
II.2.1. Khoan tạo lỗ
Đường kính hố khoan, thường từ 50mm đến 127mm, phải bảo đảm lớn
hơn đường kính ngoài của ống tạo áp từ 10mm đến 20mm. Trong quá trình
khoan phải bảo đảm giữ thành hố khoan ổn đònh. Sau khi khoan xong, nếu
thành hố khoan ổn đònh thì không cần chống ống, thí nghiệm được thực hiện
từ dưới lên.

II.2.2. Kiểm tra màng
Nén thử màng để tìm cấp áp lực ban đầu ∆p
0
làm cho màng giãn ra và
kiểm tra độ giãn nở của màng. Lập đường cong kiểm tra màng.
Sau khi đã lắp đặt toàn bộ thiết bò đúng theo sơ đồ thí nghiệm, tiến
hành gia tải theo từng cấp áp lực, từ 6 cấp đến 14 cấp, tùy thuộc vào loại đất.
Đối với đất có độ chặt yếu và vừa, tải trọng tác dụng từng cấp từ 0,1kG/cm
2
đến 0,25kG/cm
2
. Đối với đất có kết cấu chặt, mỗi cấp áp lực có thể từ
0,5kG/cm
2
đến 1,0kG/cm
2
. Mỗi cấp áp lực tác dụng được giữ trong vòng 60
giây.
147 VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM

TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ 2008
Xác đònh sự thay đổi thể tích V của ống tạo áp tại các thời điểm 30
giây và 60 giây sau mỗi lần tạo áp. Ghi chép kết quả thí nghiệm vào sổ nhật
ký.
III. XỬ LÝ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM
Lập hai biểu đồ quan hệ giữa áp lực tác dụng và biến thiên thể tích: (1)
biểu đồ quan hệ giữa áp lực tác dụng và biến thiên thể tích (hình 4a); (2) biểu
đồ quan hệ giữa áp lực tác dụng và hiệu thể tích ở 60 giây và 30 giây (V
60
–

V
30
) đối với mỗi cấp áp lực (hình 4b).
- Xác đònh các điểm p
0
, p
f
và p
l
. Trong đó, p
0
và p
f
tương ứng với điểm
đầu và điểm cuối của đoạn tuyến tính trên đường cong nén ngang đã hiệu
chỉnh; p
l
là áp suất giới hạn nén ngang. Nếu xác đònh như vậy khó khăn, ta lấy
p
f
ở khuỷu của đường cong chảy và p
l
là áp suất ứng với giá trò:
1
Vv
V
00
m
=
+

. Với:
V
0
: Thể tích của buồng tạo áp chính (ở giữa) khi rỗng, khoảng 593cm
3
.
V
0
+ v
0
: Thể tích ống tạo áp lúc bắt đầu thực sự thí nghiệm.
V
m
: Thể tích trung bình ứng với cấp áp lực trung bình:
2
pp
p
f0
m
+
=
- Tính mô đuyn nén ngang E
p
: mô đuyn biến dạng ứng với trò số tải
trọng của giai đoạn biến dạng đàn hồi được xác đònh theo công thức của
Lamme:
r
p
**)1(E
p

∆
∆
µ+= r
Trong đó:
r: Bán kính hố khoan (bán kính buồng khi chòu áp lực ban đầu).
)pp(p
0
−=∆
: Gia số áp lực tác dụng.
r∆
: Gia số bán kính buồng tạo áp, xác đònh theo biểu đồ:
V)f(r ∆=∆
được lập trước khi thí nghiệm.
µ: Hệ số Poisson.
VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM 148
TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ 2008
Hình 4: Biểu đồ quan hệ giữa áp lực và biến thiên thể tích
IV. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VÀ THIẾT LẬP SỰ TƯƠNG QUAN GIỮA
MÔ ĐUYN BIẾN DẠNG THEO PHƯƠNG NGANG NGOÀI HIỆN
TRƯỜNG DỰA VÀ KẾT QUẢ XUYÊN TIÊU CHUẨN (SPT)
Dựa vào kết quả khoan khảo sát đòa chất công trình và kết quả thí
nghiệm nén ngang trong lỗ khoan ngoài hiện trường của một số dự án do
nhóm tác giả thực hiện như:
- Sài Gòn Centre giai đoạn 2 và 3 quận 1
- Parc View và Parc Villa quận 9
- Cầu Phú Mỹ Hưng quận 7…
Với khối lượng khoảng 200 hố khoan và nén ngang, nằm nhiều vò trí
trong đại diện trong thành phố, số liệu là đáng tin cậy. Vì vậy, nhóm tác giả
thiết lập sự tương quan giữa mô đuyn biến dạng theo phương ngang ngoài
hiện trường và kết quả thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (SPT).

Kết quả được trình bày ở mục IV.1 và IV.2
IV.1. Đất sét
Bảng 1: Chỉ số SPT N và mô đuyn biến dạng ngang ngoài hiện trường cho
đất sét pha
HỐ KHOAN 1 HỐ KHOAN 5 HỐ KHOAN 6 HỐ KHOAN 8 HỐ KHOAN 10
SPT
(N)
Ep
(bar)
SPT
(N)
Ep
(bar)
SPT
(N)
SPT
(N)
Ep
(bar)
SPT
(N)
Ep
(bar)
SPT
(N)
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 13,9 5 30,8 5 14,7 1 27,4 0 30
2 30,4 14 10 3 45,4 3 27,2
149 VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM

TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ 2008
7 96,9
Dựa vào chỉ số SPT (N) và giá trò của mô đuyn nén ngang E
p
tương ứng
đã cho ở bảng 1, xây dựng biểu đồ tương quan giữa chỉ số SPT (N) và E
p
tương ứng cho đất loại sét pha (hình 5).
Hình 5: Biểu đồ quan hệ giữa N và E
p
cho đất sét pha
IV.2. Đất cát pha
Bảng 2: Chỉ số SPT N và mô đuyn biến dạng ngang ngoài hiện trường cho
đất cát pha
HỐ KHOAN 1 HỐ KHOAN 5 HỐ KHOAN 6 HỐ KHOAN 8 HỐ KHOAN 10
SPT
(N)
Ep
(bar)
SPT
(N)
Ep
(bar)
SPT
(N)
Ep
(bar)
SPT
(N)
Ep

(bar)
SPT
(N)
Ep
(bar)
6 56,3 9 33,7 6 85 5 56,4
3 90,1 8 78 12 27,1 11 93,2 6 85,9
7 127,9 7 111 10 107,5 18 103,9 8 144,9
11 140,7 10 69,2 9 140,9 7 200,2 17 105,8
12 150,7 10 148,2 10 199,6 8 226 16 98
13 177,4 11 191 12 196,3 14 198,2 16 290,4
VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM 150
ĐẤT SÉT PHA
E
p

= 5,4726N + 10,739
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
0 2 4 6 8 10 12 14
SPT(N)
E

p
(bar)
TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ 2008
12 151,2 11 157,6 13 209,6 16 180,7 15 243,2
16 187,8 11 156,5 10 266,7 10 199 19 262,5
13 146,7 13 200,4 15 339 18 247,6
12 197 14 240,8 15 220 13 238,1 16 264,6
12 254,4 13 289,6 16 215,7 17 310 17 276,4
14 149,1 13 287,9 12 222,9 18 162,6
11 202 16 299,2
Dựa vào chỉ số SPT (N) và giá trò của mô đuyn nén ngang E
p
tương ứng
đã cho ở bảng 2, xây dựng biểu đồ tương quan giữa chỉ số SPT (N) và E
p
tương ứng cho đất loại cát (hình 6).
Hình 6: Biểu đồ quan hệ giữa N và E
p
cho đất cát pha
V. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
V.1. Kết luận
Từ kết quả nghiên cứu ta có các kết luận:
1. Mô đuyn biến dạng theo phương ngang E
p
và kết quả thí
nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT(N) tỉ lệ thuận với nhau và có quan
hệ tuyến tính là chặt nhất.
2. Tương quan giữa E
p
và SPT trong đất loại sét và sét pha:

151 VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM
ĐẤT CÁT PHA
E
p
= 13.963
N
+ 22.001
0
50
100
150
200
250
300
350
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
E
p
(bar)
SPT(N)
TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ 2008
Ep = 5,4726N + 10,739 (bar)
3. Tương quan giữa E
p
và SPT trong đất loại cát pha:
Ep = 13,963 N + 22,001 (bar)
V.2. Hướng phát triển
Bài báo này nhóm tác giả mới chỉ lập tương quan giữa E
p
và N cho

quận 1, 7 và 9 của thành phố Hồ Chí Minh và chỉ hai loại đất là cát pha và
sét.
Trong thời gian tới nhóm tác giả sẽ tiếp tục lập thêm tương quan cho
các loại đất của toàn thành phố và cho khu vực Đồng bằng sông Cửu Long.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Đậu Văn Ngọ, Hoàng Thế Thao (2007). Khảo sát đòa
chất công trình SaiGon Centre giai đoạn 2 và 3, Trung tâm nghiên cứu công nghệ
và Thiết bò công nghiệp – Trường Đại học Bách khoa thành phố Hồ Chí Minh.
2. Đậu Văn Ngọ, Hoàng Thế Thao (2007). Khảo sát đòa
chất công trình Parc View quận 9. Trung tâm Nghiên cứu công nghệ và Thiết bò
công nghiệp – Trường Đại học Bách khoa thành phố Hồ Chí Minh.
3. Đậu Văn Ngọ, Hoàng Thế Thao (2007). Khảo sát đòa
chất công trình Parc Villa quận 9. Trung tâm Nghiên cứu công nghệ và Thiết bò
công nghiệp – Trường Đại học Bách khoa thành phố Hồ Chí Minh.
4. Đậu Văn Ngọ, Hoàng Thế Thao (2007). Khảo sát đòa
chất công trình Cầu Phú Mỹ Hưng Quận 7. Trung tâm Nghiên cứu công nghệ và
Thiết bò công nghiệp – Trường Đại học Bách khoa thành phố Hồ Chí Minh.
5. ASTM D 4719-84, thí nghiệm nén ngang trong lỗ
khoan.
Người phản biện: PGS.TS. Trần Thò Thanh
VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM 152