nghiên cứu công nghệ cố kết hút chân không trong xử lý nền đất yếu công trình pvtext đình vũ - hải phòng

Bộ giáo dục v đo tạo Bộ nông nghiệp v ptnt
Trờng đại học thuỷ lợi
YZ




Trơng văn lung




Nghiên cứu công nghệ cố kết hút chân không
trong xử lý nền đất yếu công trình pvtext
đình vũ hảI phòng




Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy
Mã số: 60.58.40


luận văn thạc sĩ
Ngời hớng dẫn khoa học: PGS.TS. Trịnh Minh Thụ





H nội - 2013

LỜI CẢM
ƠN




Tác giả xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong Trường đại học Thủy Lợi,
Phòng đào tạo Đại học và sau Đại học về sự giúp đỡ trong suốt thời gian tác giả học tập
và nghiên cứu tại trường.
Xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS. TRỊNH MINH THỤ
đã vạch ra những định hướng khoa học và tận tình hướng dẫn tác giả trong suốt quá
trình hoàn thành luận văn này.
Cảm ơ
n các anh chị Phòng thí nghiệm địa chất Trường Đại Học Thủy Lợi, Thạc
sĩ, Nghiên cứu sinh Phạm Quang Đông là những người đã sát cánh cùng tác giả trong
quá trình nghiên cứu.
Cuối cùng tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến những người thân trong
gia đình đã động viên tác giả trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn này.

Hà Nội, ngày tháng năm 2013

Tác giả





Trương Văn Lung

BẢN CAM KẾT



Họ và tên học viên: Trương Văn Lung

Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy

Tên đề tài luận văn: “Nghiên cứu công nghệ cố kết hút chân không trong xử
lý nền đất yếu công trình PVTEXT Đình Vũ – Hải Phòng”.
Tôi xin cam đoan đề tài luận văn của tôi hoàn toàn là do tôi làm. Những kết
quả nghiên cứu, tính toán là trung thực, không sao chép từ bất kỳ nguồn thông tin
nào khác. Nếu vi phạm tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm và chịu bất kỳ hình thức
kỷ luật nào của Khoa và Nhà trường.


Hà Nội, ngày tháng năm 2013
Học viên cao học




Trương Văn Lung
MC LC
I. Tớnh cp thit ca ti 1
II. Mc tiờu ca ti 2
III. Cỏch tip cn v phng phỏp nghiờn cu 2
IV. Ni dung lun vn 3
1.1 Tổng quan về nền đất yếu 4

1.2. Các phơng pháp xử lý nền đất yếu khi xây dựng công trình 8
1.2.1. Nhóm các phơng pháp làm chặt đất trên mặt bằng cơ học 9
1.2.1.1. Làm chặt đất bằng đầm rơi 9
1.2.1.2. Làm chặt đất bằng phơng pháp đầm lăn 10
1.2.1.3. Làm chặt đất bằng phơng pháp đầm rung 10
1.2.2. Nhóm các phơng pháp làm chặt đất dới sâu bằng chấn động và thuỷ chấn 11
1.2.2.1. Phơng pháp nén chặt đất bằng chấn động 11
1.2.2.2. Phơng pháp nén chặt đất bằng thuỷ chấn 11
1.2.3. Nhóm các phơng pháp gia cố nền bằng thiết bị tiêu nớc thẳng đứng 12
1.2.3.1. Phơng pháp gia cố bằng giếng cát 12
1.2.3.2. Phơng pháp gia cố bằng bấc thấm (PVD) 13
1.2.4. Phơng pháp gia cố nền bằng năng lợng nổ 13
1.2.5. Phơng pháp gia cố nền bằng vải địa kỹ thuật và bấc thấm 14
1.2.6. Nhóm các phơng pháp gia cố nền bằng chất kết dính 14
1.2.6.1. Gia cố nền bằng phơng pháp trộn vôi 15
1.2.6.2. Gia cố nền bằng phơng pháp trộn ximăng 15
M U 1
CHNG 1 TNG QUAN CHUNG V X Lí NN T YU 4
1.2.6.3. Gia cố nền bằng phơng pháp trộn bitum 16
1.2.6.4. Gia cố nền bằng keo polyme tổng hợp 16
1.2.7. Nhóm các phơng pháp gia cố nền bằng dung dịch 16
1.2.7.1. Phơng pháp gia cố nền bằng dung dịch vữa ximăng 17
1.2.7.2. Phơng pháp gia cố nền bằng dung dịch silicát 17
1.2.7.3. Phơng pháp gia cố nền bằng nhựa bitum 18
1.2.8. Nhóm các phơng pháp vật lý gia cố nền đất yếu 19
1.2.8.1. Gia cố nền bằng phơng pháp điện thấm 19
1.2.8.2. Gia cố nền bằng phơng pháp điện hoá học 20
1.2.8.3. Gia cố nền bằng phơng pháp nhiệt 20
1.2.9. Nhóm các phơng pháp gia cố nền đất yếu bằng cọc cát, cọc vôi, cọc đất-vôi,
cọc đất-ximăng, cọc cát-ximăng-vôi 21

1.2.9.1. Phơng pháp gia cố bằng cọc cát 21
1.2.9.2. Phơng pháp gia cố bằng cọc đất-vôi, đất-ximăng, cọc cát-ximăng-vôi 22
1.2.10. Bệ phản áp 22
1.2.11. Tăng hệ số mái 23
1.2.12. Phơng pháp nén trớc 23
1.2.13. Phơng pháp cố kết chân không 24
1.3 Kt lun 26
2.1. Nguyên lý xử lý nền đất yếu bằng bơm hút chân không 28
2.1.1. Các bớc tiến hành gia cố hút chân không 28
2.1.2. Sự khác nhau giữa gia tải cổ điển và hút chân không 29
2.1.3. Nguyên tắc cơ bản của quá trình gia cố nền bằng công nghệ hút chân không 30
CHƯƠNG 2 cơ sở lý thuyết của phơng pháp xử lý nền đất yếu
bằng cố kết chân không 28
2.1.4. Trình tự thi công và bố trí thiết bị 32
2.2 Lý thuyết về cố kết thấm và các bài toán 34
2.2.1 Lý thuyết cố kết một hớng theo phơng đứng của Terzaghi 34
2.2.2 Lý thuyết cố kết 3 hớng của Biot 37
2.2.3 Lời giải cho bài toán cố kết chân không của Indraratna 38
2.2.3.1 Trờng hợp đối xứng trục 39
2.2.3.2 Trờng hợp bài toán biến dạng phẳng tơng đơng 40
2.2.4 Lời giải cho bài toán cố kết hút chân không B.Indraratna C.Rujikiatkamjorn
và I.Sathananthan 41
2.2.4.1 Lời giải cho bài toán đối xứng trục 42
2.2.4.2 Lời giải cho bài toán phẳng 47
3.1. Mc tiờu thớ nghim 52
3.1.1.Xỏc nh cỏc ch tiờu c lý ca t cn ci to 52
3.1.2. Xỏc nh lỳn v bin thiờn ỏp lc nc l rng ti sõu nghiờn cu 53
3.2. Gii thiu mụ hỡnh vt lý 53

3.2.1. Mụ t mụ hỡnh 53

3.2.2. Mụ t thit b 54
3.2.2.1. u o ỏp lc nc l rng (Piezometer) 54
3.2.2.2. u c s liu (Datalogger) 56
3.2.2.3. Thit b o bin dng 58
3.2.2.4. Mng lm kớn khớ 59
3.2.2.5. Bc thm v h thng ng u ni n mỏy bm 59
3.2.2.6. Mỏy bm chõn khụng 60
3.2.3. Trỡnh t thớ nghim 60
CHƯƠNG 3 Mễ HèNH VT Lí V THIT B TH NGHIM 52

3.3. Cỏc ch tiờu ca t trc khi thớ nghim 63
3.4. Kt qu thớ nghim o lỳn v ỏp lc nc l rng vi ỏp lc hỳt chõn khụng
p
0
=43kPa 64
3.4.1. Kt qu lỳn 64
3.4.2. Kt qu thớ nghim v ỏp lc nc l rng 66
3.5. Kt qu cỏc ch tiờu t sau thớ nghim 69
3.6. Kt lun 70
4.1Tính toán bài toán theo phơng pháp phần tử hữu hạn 71
4.1.1 Mô hình toán học 71
4.1.2 Các bớc giải bài toán bằng phần mềm SIGMA/W 74
4.1.3 Xác định điều kiện biên, lới phần tử hữu hạn cho mô hình tính toán 75
4.2 Kết quả phân tích cố kết thấm, khi gia tải chân không p
o
= 43kPa trên phần
mềm tính toán 77
4.2.1 Kết quả phân tích áp lực nớc lỗ rỗng 77
4.2.1.1 Đờng đẳng áp lực nớc lỗ rỗng 77
4.2.1.2 Đờng quan hệ áp lực nớc lỗ rỗng theo thời gian 80

4.2.2 Kết quả phân tích lún 82
4.2.2.1 Đờng đẳng lún 82
4.2.2.2 Đờng quan hệ lún theo thời gian 83
4.3 Phân tích đánh giá, so sánh kết quả trên mô hình thí nghiệm vật lý và mô hình
phần mềm tính toán 85
4.3.1 So sánh kết quả đo lún tại 4 vị trí quan trắc 85
4.3.2 So sánh kết quả đo áp lực nớc lỗ rỗng tại 3 vị trí quan trắc 88
CHƯƠNG 4 TNH TON NG DNG 71
KT LUN V KIN NGH 91
1.Các kết quả đạt đợc của luận văn 91
2. Một số vấn đề tồn tại 92
3. Kiến nghị 93
Ti liệu tham khảo 94
DANH MC HèNH V
Hình 1-1: Sơ đồ thiết bị nén chặt đất bằng thuỷ chấn 12
Hình 1-2: Sơ đồ nền công trình phụt vữa ximăng 17
Hình 1-3: Biểu đồ để tra lợng vữa ximăng trong lỗ phụt 17
Hình 1-4: Sơ đồ thiết bị thi công phụt nhựa bitum 19
Hình 1.5: Sơ đồ bố trí các điện cực: 20
Hình 1-6: Sơ đồ bố trí thiết bị gia cờng đất bằng nhiệt 21
Hình 2-1: Đờng ứng suất trong gia tải hút chân không 29
Hình 2-2: Mặt cắt ngang điển hình của hệ thống hút chân không Mernard 30
Hình 2-3: ống thoát nớc ngang cho gia tải hút chân không 31
Hình 2-4: Thi công bấc thấm 32
Hình 2-5: Lắp đặt các ống tiêu nớc dọc và ngang 32
Hình 2-6: Chi tiết đấu nối ở mép tấm bạt phủ 33
Hình 2-7: Mơng đào có chứa vữa bentonite để làm kín mép biên 33
Hình 2-8: Hệ thống bơm nớc và khí 33
Hình 2-9 : Mô hình cố kết thấm 34
Hình 2-10: Mô hình đất bão hoà nớc 34

Hình 2-11: Quá trình cố kết thấm của đất bão hoà nớc 36
Hình 2-12. Phân bố áp suất chân không 39
Hình 2-13: Sơ đồ bố trí và phạm vi ảnh hởng của mỗi giếng 42
Hình 2-14: Sự giảm áp lực chân không theo chiều sâu ống 42
Hình 2-15 Sơ đồ tính toán cho bài toán đối xứng trục 42
Hình 2-16 Sơ đồ tính toán cho bài toán phẳng 47
Hỡnh 3.1. S ha s
thớ nghim 53
Hỡnh 3-2. S b trớ 3 v trớ o ỏp lc nc l rng 54
Hỡnh 3-3. S b trớ 4 ng h o lỳn 54
Hỡnh 3-4. u o ỏp lc nc l rng - Geokon 55
Hỡnh 3-5. u c s liu Datalogger - Geokon LC 2x4 56
Hỡnh 3-6. Kt ni dõy ca cỏc u o piezometer vi datalogger 56
Hỡnh 3-7. Kt ni vi mỏy tớnh kớch hot datalogger 57
Hỡnh 3-8. Chn kiu ghi s liu vo datalogger v nh dng kiu xut s liu 57
Hỡnh 3-9. ng h o lỳn v b gỏ 58
Hỡnh 3-10. Mt bng h thng thu nc 59
Hỡnh 3-11. Bc thm v h th
ng ng u ni 59
Hỡnh 3-12. Mỏy bm chõn khụng 60
Hỡnh 3-13. Gia cụng ch b mu 61
Hỡnh 3-14. Lp t thit b quan trc lỳn 61
Hỡnh 3-15. Lm kớn khu x lý 62
Hỡnh 3-16. Lp t cỏc ng h o lỳn v chõn khụng 62
Hỡnh 3-17. Chy mỏy bm v quan trc s liu lỳn v ỏp lc nc l rng 63
Hỡnh 3-18. Biu quan h lỳn vi thi gian trờn mụ hỡnh thớ nghim 65
Hỡnh 3-19. Biu quan h ỏp lc nc l rng theo thi gian t
i 3 v trớ o 67
Hình 4-1: Sơ đồ mô phỏng bài toán 76
Hình 4-2: Sơ đồ vị trí 3 điểm đo áp lực nớc lỗ rỗng trên mô hình 76

Hình 4-3: Sơ đồ vị trí 4 điểm đo lún trên mô hình 77
Hình 4-4: Sơ đồ phân bố lới phần tử hữu hạn và các điều kiện biên 77
Hình 4-5: Kết quả phân bố áp lực nớc lỗ rỗng tại thời điểm t=0 (ngày) 78
Hình 4-6: Kết quả phân bố áp lực nớc lỗ rỗng tại thời điểm t=1 (ngày) 78
Hình 4-7: Kết quả phân bố áp lực nớc lỗ rỗng tại thời điểm t= 2(ngày) 79
Hình 4-11: Kết quả phân tích lún tại thời điểm t= 1(ngày) 82
Hình 4-12: Kết quả phân tích lún tại thời điểm t= 2(ngày) 83
Hình 4-8: Kết quả phân bố áp lực nớc lỗ rỗng tại thời điểm t= 3(ngày) 79
Hình 4-9: Kết quả phân bố áp lực nớc lỗ rỗng tại thời điểm t= 15(ngày) 80
Hình 4-10: Biểu đồ quan hệ giữa áp lực nớc lỗ rỗng theo thời gian tại 3 vị trí 81
Hỡnh 4-13. Biu quan h lỳn vi thi gian trờn phn mm tớnh toỏn 84
Hỡnh 4-14. Biu so sỏnh quan h lỳn sõu vi thi gian ti v trớ H1 86
Hỡnh 4-15. Biu so sỏnh quan h lỳn mt vi thi gian ti v trớ H2 86
Hỡnh 4-16. Biu so sỏnh quan h lỳn sõu vi thi gian ti v trớ H3 86
Hỡnh 4-17. Biu so sỏnh quan h lỳn mt vi thi gian ti v trớ H4 86

Hỡnh 4-18. Biu so sỏnh quan h ỏp lc nc l rng vi thi gian ti v trớ VT1. .88
Hỡnh 4-19. Biu so sỏnh quan h ỏp lc nc l rng vi thi gian ti v trớ VT2 88
Hỡnh 4-20. Biu so sỏnh quan h ỏp lc nc l rng vi thi gian ti v trớ VT3 89









DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 3.1: Các chỉ tiêu xác định gồm 52
Bảng 3.2: Các chỉ tiêu của đất trước thí nghiệm 63
Bảng 3.3: Kết quả độ lún 65
Bảng 3.4: Kết quả áp lực nước lỗ rỗng tại 3 đầu đọc 67
Bảng 3.5: Các chỉ tiêu cơ lý của đất sau thí nghiệm 69
Bảng 4.1: Kết quả áp lực nước lỗ rỗng tại 3 vị trí quan trắc trên hình 4-2 81
B
ảng 4.2: Kết quả đo lún mặt và lún sâu tại 4 vị trí trên hình 4-3 84





1

MỞ ĐẦU
I. Tính cấp thiết của đề tài
Sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước ta ngày nay đang đòi hỏi
xây dựng hàng loạt các công trình dân dụng, công nghiệp, giao thông, thuỷ lợi. Để
đáp ứng nhu cầu phát triển, hội nhập cũng như giảm nhẹ các ảnh hưởng của thiên
tai, biến đổi khí hậu. Nhiều công trình xây dựng ở vùng đồng bằng,ven sông biển có
đất nền là m
ềm yếu, đòi hỏi phải được xử lý để đảm bảo điều kiện ổn định và độ
bền dưới tác dụng của tải trọng ngoài. Đối với một số công trình thuỷ lợi như đê,
công trình dưới đê, kè ở ven sông, ven biển các trạm bơm và công trình xử lý nước
thì còn yêu cầu chống thấm trong xử lý nền. Tuy nhiên trong thời gian gần đây do
yêu cầu về mặt tiến độ xử lý nền đất yếu đòi hỏi rất cao về thời gian nên có nhiều
phương pháp được đưa vào áp dụng.
Hiện nay có một số phương pháp xử lý nền đất yếu như sau: Đào bỏ một
phần đất yếu thay thế bằng cát thoát nước tốt; Gia tải trước làm chặt đất đồng thời

đẩy nước ra khỏi đất, làm cọc cát trong nền đất; Các giả
i pháp làm cứng (cứng hoá)
đất yếu bằng các phụ gia vô cơ hoặc hữu cơ; Các biện pháp gia cường nền đất yếu
bằng các vật liệu như vải địa kỹ thuật, lưới địa kỹ thuật, lưới sợi thủy tinh; Phương
pháp cố kết đất bằng phương pháp điện thấm. Tuy các phương pháp trên đã được áp
dụng nhiều trong thực tế nhưng tính hiệu quả chưa cao, thời gian thi công chậm,
không kinh tế đặc biệt là với đê biển, mặt cắt ngang lớn và đê rất dài.
Trong các phương pháp xử lý thì phương pháp hút chân không được đánh giá
hiệu đem lại hiệu quả cao, rút ngắn thời gian thi công, và đặc biệt có thể sử dụng
trên một diên tích rông, đem lại hiệu quả kinh tế. Phương pháp xử lý cố kết hút chân
không đã được áp dụng ở nhiều nước tiên tiế
n trên thế giới, ở Việt Nam cũng được
đưa vào áp dụng như tại nhà máy điện Cà Mau;nhà máy Polyester Đình Vũ- Hải
Phòng; nhà máy điện Nhơn Trạch-Đồng Nai. Phương pháp này có những ưu điểm
chính như sau:
- Thiết bị thực hiện đơn giản, giá thành rẻ và phổ thông.
2

- Thi gian thc hin ngn vỡ theo phng phỏp ny nc v khớ c thoỏt
ra khi ct t nhanh v trit .
- Cú th ỏp dng trờn din rng, phự hp vi ờ bin.
Vỡ vy trong lun vn ny la chn ti: Nghiờn cu cụng ngh c kt
hỳt chõn khụng trong x lý nn t yu cụng trỡnh PVTEXT ỡnh V Hi
Phũng.
II. Mc tiờu ca ti
- Lm rừ nguyờn lý, trỡnh t v phm vi ng dng cụng ngh
c kt hỳt chõn
khụng lm cht t nn.
- Mc ớch chớnh ca vic thớ nghim mụ hỡnh l nghiờn cu quỏ trỡnh din
bin ca ỏp lc nc l rng v bin dng ca nn trong quỏ trỡnh c kt bng bm

hỳt chõn khụng, ngoi ra cn phi xỏc nh cỏc ch tiờu c lý ca mu t sau thớ
nghim ỏnh giỏ tớnh hiu qu ca phng phỏp.
III. Cỏch tip cn v phng phỏp nghiờn cu
1. Cỏch tip c
n
- K tha cỏc kt qu nghiờn cu ó cú trờn th gii v trong nc.
- Hng ỏp dng cho tng i tng c th, õy l x lý nn t yu cho
cụng trỡnh Pvtext ỡnh V Hi Phũng.
2. Phng phỏp nghiờn cu
- Tng hp cỏc kt qu nghiờn cu ó cú.
- S dng c s lý thuyt ca phng phỏp x lý nn t yu bng c k
t
chõn khụng.
- S dng phơng pháp phần tử hữu hạn trên phần mềm tính toán hiện đại
Geoslope, phần mềm Sigma/W
3

- Kiểm tra lại việc tính toán và thí nghiệm thông qua việc so sánh kết quả
tìm được của hai phương pháp trên.
IV. Nội dung luận văn
Lời cám ơn.
Mở đầu.
Chương I: Tổng quan về xử lý nền đất yếu.
Chương II: Cơ sở lý thuyết của phương pháp xử lý nền đất yếu bằng cố kết
chân không.
Chương III: Mô hình vật lý và thiết bị thí nghiệm.
Chương IV: Tính toán ứng dụ
ng.
Kết luận và kiến nghị.
4

CHNG 1
TNG QUAN CHUNG V X Lí NN T YU
1.1 Tổng quan về nền đất yếu
Trong những năm gần đây, từ yêu cầu thực tế ở Việt Nam cũng nh trên thế giới
phải tiến hành xây dựng một số công trình nh đê, đờng giao thông, cầu, bãi chứa
vật liệu, sân bay, bãi đỗ xe trên nền đất trầm tích mềm yếu (công trình trên những
vùng đầm lầy, gồm các loại đất bùn, đất sét yếu, đất hữu cơ có tính nén mạnh, chỉ
tiêu kháng cắt nhỏ và thoát nớc chậm, khó cố kết) và bị hạn chế về thời gian thi
công đã thúc đẩy sự phát triển các biện pháp xử lý nền bằng các kỹ thuật mới mà
các phơng pháp truyền thống không thể giải quyết đợc. Một trong các biện pháp
truyền thống hay đợc áp dụng là nén trớc bằng cách chất tải trên mặt nền, tuy
nhiên, đối với loại đất nền quá yếu, tốc độ cố kết chậm, trong một số trờng hợp yêu
cầu chiều cao lớp đất chất tải trên mặt nền lớn, sẽ dẫn đến không đảm bảo yêu cầu
ổn định và mái đắp bị trợt. Để khắc phục nhợc điểm này, biện pháp nén trớc
bằng kỹ thuật hút chân trong nền là một giải pháp hợp lý về mặt kinh tế và kỹ thuật,
với giá thành rẻ hơn, rút ngắn thời gian cố kết, cải thiện sức chịu tải của nền, tăng
nhanh tốc độ thi công công trình.
Theo định nghĩa đợc trình bày trong các tiêu chuẩn ngành 22TCN 262-
2000 (Bộ GTVT) và TCXD 245:2000 (Bộ Xây dựng), nền là đất yếu nếu ở trạng thái
tự nhiên, độ ẩm của chúng gần bằng hoặc cao hơn giới hạn chảy, hệ số rỗng lớn, lực
dính C theo kết quả cắt nhanh không thoát nớc từ 0.15 daN/cm
2
trở xuống, góc nội
ma sát từ 0
o
đến 10
o
, hoặc lực dính từ kết quả cắt nhanh tại hiện trờng C
u

0.35
daN/cm
2
.
Hầu hết các nớc trên thế giới thống nhất về định nghĩa nền đất yếu theo sức
kháng cắt không thoát nớc, S
u
, và trị số xuyên tiêu chuẩn, N, nh sau:
Đất rất yếu: S
u
12.5 kPa hoặc N 2
Đất yếu: S
u
25 kPa hoặc N 4
5

Hiện tợng bất lợi của việc xây dựng công trình trên nền đất yếu là không khống
chế đợc độ lún kéo dài sau khi thi công, dẫn đến h hỏng hoặc mất ổn định của
công trình, nh đã từng xẩy ra ở một công trình đờng cao tốc Pháp Vân Cầu Gẽ
(Hà Nội), kho cảng Thị Vải (Vũng Tầu), đờng dẫn vào cầu vợt Nguyễn Hữu
Cảnh, cầu Văn Thánh 2 ( TP Hồ Chí Minh).
nớc ta hiện nay, công tác khảo sát, thiết kế, thi công và nghiệm thu các công
trình đắp trên nền đất yếu đợc thực hiện theo các tiêu chuẩn đợc ban hành trong
thời gần đây nh sau:
22TCN 262-2000: Qui trình khảo sát thiết kế nền đờng ô tô đắp trên đất
yếu do Bộ GTVT ban hành ngày 01/06/2000;
22TCN 248:98: Tiêu chuẩn thiết kế, thi công và nghiệm thu Vải địa kỹ thuật
trong xây dựng nến đắp trên đất yếu do Bộ GTVT ban hành, có hiệu lực từ
ngày 05/09/1998;
TCXD 245:2000: Gia cố nền đất yếu bằng bấc thấm thoát nớc do Bộ Xây

dựng ban hành ngày 29/06/2000;
22TCN 244-98: Qui trình thiết kế xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm trong
xây dựng nền đờng do Bộ GTVT ban hành, có hiệu lực từ ngày
04/05/1998;
22TCN 236-97: Quy trình kỹ thuật thi công và nghiệm thu bấc thấm trong
xây dựng nền đờng trên đất yếu do Bộ GTVT ban hành ngày 17/05/1997;
Việc ban hành các tiêu chuẩn trên có tác động tích cực cho việc ứng dụng công
nghệ mới trong xử lý nền đất yếu ở nớc ta. Tuy nhiên, nhiều công trình xử lý nền
theo các quy trình vừa nêu vẫn không khắc phục đợc sự cố, đặc biệt là việc kiểm
soát độ lún d sau khi thi công. Với những công trình đắp trên nền đất yếu dày hơn
20m nh thờng gặp ở TP Hồ Chí Minh và Đồng bằng sông Cửu Long, độ lún d
sau khi thi công có thể lớn hơn 50cm.
6

Mục đích của việc xử lý nền đất yếu là nhằm nâng cao sức chịu tải, hạn chế độ
lún d và tăng nhanh tốc độ cố kết của nền. Một số biện pháp xử lý nền đã và đang
đợc áp dụng tại Việt Nam và trên thế giới nh :
Đối với đê, đờng đợc đắp trên nền đất yếu, ở Malaysia thờng áp dụng các
biện pháp xử lý sau (GUE et al., 2002) [10]:
Thay đổi hình dạng mặt cắt ngang đê, đờng.
Đào và thay thế lớp đất yếu.
Chất tải để nén trớc trên mặt nền (có hoặc không có ống thu nớc đứng).
Thi công đất thành nhiều đợt.
Đắp bằng vật liệu nhựa Polystyrence (SPS).
Gia cố bằng vật liệu địa tổng hợp.
Sử dụng cột đá.
Sử dụng cọc.
Thay đổi hình dạng mặt cắt ngang của đất đắp bằng cách giảm độ nghiêng của
mái hoặc đắp thêm tầng phản áp ở chân đê. Đào đi và thay thế lớp đất yếu là một
biện pháp cổ điển nhng vẫn là giải pháp hợp lý và thông dụng trong trờng hợp lớp

đất yếu không sâu lắm. Tại Malaysia, với lớp đất yếu có chiều dày nhỏ hơn 4.5 m thì
đây là một giải pháp thực tế và cã hiệu quả kinh tế. Biện pháp nén trớc bằng chất
tải trên mặt nền tạo ra một áp suất nén cao hơn áp suất thực tế mà nền phải chịu sau
khi công trình đã hoàn thành, nhằm giảm độ lún ổn định của nền do tải trọng công
trình. Phơng pháp này thờng đợc kết hợp với các ống thu nớc đứng đợc đặt
trong nên nhằm tăng tốc độ thoát nớc, giảm thời gian cố kết. Vật liệu nhựa
Polystyrene có thể áp dụng cho đất đắp ở hai bên trụ cầu để tạo ra sự thay đổi dần về
độ lún kết cấu cứng (cầu) và đất đắp. Vải địa tổng hợp dới dạng lới hay vải lọc
thờng đợc đặt đới đáy đất đắp để nâng cao sự ổn định của mái đắp, nhng nói
chung nó không giảm đợc độ lún do cố kết của nền. Các cột đá đợc sử dụng để
7

tăng sức chịu tải của nền do đó tăng sự ổn đinh của đất đắp. Biện pháp này dễ làm
xuất hiện hiệu ứng cây nấm, tức là phần đất đắp ngay bên trên cột đá sẽ nhô lên
nh một cái gò. Giải pháp dùng cọc khi đắp đất trên nền yếu đôi khi đợc áp dụng
khi việc thi công bị khống chế về thời gian.
n Độ (Nand Kishore, 2005) [15], các giải pháp xử lý nền đất yếu thờng đợc
áp dụng là biện pháp nén trớc, tiêu nớc đứng, cột đá, sử dụng vật liệu địa tổng
hợp, cố kết động . Các kỹ thuật nén trớc gồm có: chất vật liệu trên mặt nền, hạ
thấp mực nớc ngầm, phơng pháp jacking, hút chân không. Nén trớc bằng cách
chất tải trên mặt nền thờng đợc kết hợp với việc sử dụng các ống thu nớc theo
phơng đứng đặt trong nền. Có 4 loại vật liệu làm ống tiêu nớc theo phơng đứng:
cát, bấc thấm, giấy bồi, sợi tổng hợp. Cố kết động là biện pháp sử dụng khối nặng có
trọng lợng từ 10-40 tấn đợc thả rơi tự do từ độ cao từ 10-40m. Biện pháp này làm
giảm đáng kể độ rỗng của nền, do đó làm tăng cờng độ và sức chịu tải. Biện pháp
cố kết động thờng đợc áp dụng cho nền là đất cát không chặt, sét mềm hoặc than
bùn.
ở Mỹ (Moore and Taber) [14], Các biện pháp xử lý nền sau đây thờng đợc áp
dụng:
Xử lý bằng vữa đặc (Compaction Grouting).

Xử lý bằng đầm nện (Rapid Impact Compaction).
Xử lý bằng đầm rung (Vibrocompaction).

Cột đá (Stone Column).
Thay đổi độ dốc mái đắp (Slope repair).
Jacking cơ học (Mechanical jacking).
Sử dụng cọc (Underpinning).
Phụt vữa (Permeation grouting).
Vữa hoá học (Chemical grouting).
8

Khoan phụt hoá chất lỏng vào trong nền (Subsealing).
Phơng pháp Mudjacking.
Tại Châu Âu (Dumas et al., 2003) [9], thờng áp dụng các biện pháp xử lý nền
nh sau:
Biện pháp ổn định toàn khối (mass stabilization technique),
Cột xi-măng/vôi (Lime/cement columns),
Bê tông tự cố kết (Self-compacting concrete, SCC),
Cột túi vải địa kỹ thuật (Geotextile-encased columns, GEC),
Cọc AuGeoa (AuGeoa Piling), ca đá (Rock saw),
Đầm nện (Rapid Impact compaction),
Cọc rung (Vibro-jet sheet pile Driving),
Cọc vít (Screw pile), cọc ống thép (Steel pipe piling),
Phơng pháp cố kết bằng hút chân không.
Có thể nói rằng hiện nay có rất nhiều biện pháp xử lý nền khác nhau, việc lựa
chọn biện pháp nào là tuỳ thuộc vào loại đất nền, đặc điểm công trình, yêu cầu về
thời gian thi công, thông qua so sánh kinh tế và khả năng công nghệ
1.2. Các phơng pháp xử lý nền đất yếu khi xây dựng công trình
* Mục đích của xử lý nền là:
- Làm giảm độ lún của nền.

- Làm tăng khả năng chịu tải của nền.
- Làm giảm tính thấm của nền.
Bất kỳ biện pháp xử lý nào nếu làm tăng đợc cờng độ liên kết giữa các hạt
đất và làm tăng đợc độ chặt của đất nền thì đều thoả mãn đợc ba mục đích trên.
Hiện nay có rất nhiều phơng pháp cải tạo, gia cố nền đất yếu, nhng nhìn
9

chung có thể xếp chung vào một số nhóm phơng pháp sau:
1.2.1. Nhóm các phơng pháp làm chặt đất trên mặt bằng cơ học
Phơng pháp làm chặt đất trên mặt là một phơng pháp cổ điển, đó đợc sử
dụng từ lâu trên thế giới. Bản chất của phơng pháp là dùng các thiết bị cơ giới nh
xe lu, búa đầm, máy đầm rung, làm chặt đất. Các yếu tố chính ảnh hởng đến khả
năng làm chặt đất gồm: độ ẩm, công đầm, thành phần hạt, thành phần khoáng hoá,
nhiệt độ của đất và phơng thức tác dụng của tải trọng. Để làm chặt đất cần phải xác
định đợc độ ẩm tốt nhất ứng với giá trị khối lợng thể tích khô lớn nhất.
Đầm nén bề mặt là phơng pháp đơn giản, có thể áp dụng cho cả công trình đất
đắp mới lẫn nền tự nhiên. Khi tác dụng tải trọng lên nền đất, chỉ một phần đất ở độ
sâu hạn chế tiếp nhận đợc ảnh hởng này. Một mặt, ảnh hởng của tải trọng nhanh
chóng tắt dần theo độ sâu, mặt khác tải trọng từ đầm nén là các tác động trong thời
gian ngắn. Giải pháp đầm nén trực tiếp bề mặt đất do đó đợc áp dụng chủ yếu trong
nền đất nhân tạo (đất đắp mới), không phải là giải pháp thông dụng cho xử lý nền.
Trong một số trờng hợp, hạng mục xây dựng chỉ chiếm diện tích nhỏ trên toàn bộ
công trình thì lựa chọn giải pháp đầm nén cục bộ bề mặt là lựa chọn có tính khả thi
cần xem xét. Có thể nêu một số phơng pháp làm chặt đất trên mặt bằng cơ học sau
đây:
1.2.1.1. Làm chặt đất bằng đầm rơi
*Nội dung phơng pháp.
Dùng đầm là vật nặng rơi làm chặt đất, vật làm đầm thờng làm bằng bêtông
cốt thép hoặc bằng gang, với khối lợng từ 2 đến 4 tấn, cho rơi từ độ cao 4 đến 5
mét.

*Ưu nhợc điểm của phơng pháp.
Phơng pháp đợc sử dụng rộng rãi khi xây dựng công trình trên nền đắp mới.
Chiều dày nén chặt của đất phụ thuộc vào đờng kính, khối lợng và chiều cao rơi
của vật đầm cũng nh tính chất của đất. Thông thờng, độ chặt của đất tăng lên ở
những lớp đất phía trên và giảm đi ở những lớp đất phía d
ới.
10

1.2.1.2. Làm chặt đất bằng phơng pháp đầm lăn
*Nội dung phơng pháp.
Dùng đầm lăn, xe lu để làm chặt đất. Phơng pháp này thờng đợc sử dụng
khi làm đờng giao thông. Tuỳ thuộc vào trọng lợng xe lu và số lần đầm mà chiều
sâu làm chặt đất có thể đạt (0,5ữ0,6)m. Khi dùng đầm lăn có mặt nhẵn, do chiều dày
lớp đất đợc đầm nhỏ nên hiệu suất đầm thờng thấp, chất lợng đầm không đều.
*Ưu nhợc điểm của phơng pháp.
Phơng pháp đợc sử dụng rộng rãi khi xây dựng công trình trên nền đắp mới,
tận dụng đợc toàn bộ đất nền thiên nhiên. Đối với các công trình đắp bằng đất có
quy mô lớn dùng đầm lăn mặt nhẵn là không hiệu quả. Đối với các loại đất dính
dạng cục thì dùng đầm lăn chân dê mang lại hiệu quả cao hơn, chất lợng đầm đều
hơn và tạo ra mặt nháp liên kết tốt giữa các lớp đất đầm với nhau. Hiện nay, ngời ta
cũng dùng đầm lăn bánh hơi để đầm chặt cả đất dính và đất rời. Mức độ đầm chặt
phụ thuộc vào số lợt đầm, chiều dày lớp đất đầm, áp suất bánh xe, tải trọng đặt trên
xe, tốc độ di chuyển của xe cũng nh độ ẩm và cấu tạo của đất. Muốn đất đợc đầm
chặt nh nhau ở mọi nơi thì yêu cầu tải trọng đầm phải phân bố đều lên các bánh xe,
không phụ thuộc vào độ gồ ghề của mặt đất và sức chịu tải của đất tại các vị trí đầm.
1.2.1.3. Làm chặt đất bằng phơng pháp đầm rung
*Nội dung phơng pháp.
Dùng các chấn động tạo ra các dao động liên tục có tần số cao và biên độ nhỏ,
làm cho tính toàn khối của đất bị phá hoại, các hạt cát di chuyển đến lấp những chỗ
trống giữa các hạt có kích thớc lớn hơn. Tác dụng của đầm rung lớn nhất khi xảy ra

hiện tợng cộng hởng khi mà tần số dao động của máy trùng với tần số dao động
của đất đầm.
*Ưu nhợc điểm của phơng pháp.
Phơng pháp làm chặt đất bằng đầm rung chủ yếu dùng để nén chặt đất cát.
Nếu hàm lợng hạt sét trong đất nhỏ hơn 6% thì hiệu quả nén chặt thờng gấp từ 4
11

đến 5 lần so với các phơng pháp đầm nén khác.
Chiều dày lớp đất đợc làm chặt bằng đầm rung thờng thay đổi từ 0,3 đến
1,5m đôi khi đến 2,0m.
1.2.2. Nhóm các phơng pháp làm chặt đất dới sâu bằng chấn động và thuỷ chấn
Đối với các loại đất hạt rời (đất cát và đất đắp), khi chiều sâu lớn hơn 1,5m có
thể dùng phơng pháp chấn động và thuỷ chấn để nén chặt.
Phơng pháp này hiện nay đợc ứng dụng ở nhiều nớc và có hiệu quả kinh tế
rõ rệt.
Theo kết quả nghiên cứu, nếu dùng phơng pháp này thì độ rỗng của đất giảm
(10ữ20)% và sức chịu tải tăng lên (3,5ữ4,0) kG/cm
2
.
1.2.2.1. Phơng pháp nén chặt đất bằng chấn động
*Nội dung phơng pháp.
Để nén chặt đất cát ở dới sâu, ngời ta thờng dùng các loại đầm chuỳ có tần
số (2900ữ3000) vòng/phút. Các yếu tố ảnh hởng tới hiệu quả nén chặt đất là gia tốc
chấn động, độ ẩm của đất, khoảng cách giữa các vị trí đầm, tính đàn hồi của đất và
bán kính máy chấn động.
*Ưu nhợc điểm của phơng pháp.
Khi làm chặt đất cát ở độ sâu nhỏ hơn 3,0m thì bán kính làm chặt có thể đạt
1,5m. Khi bán kính máy chấn động tăng thì gia tốc chấn động và hệ số nén chặt
chấn động cũng tăng lên.
1.2.2.2. Phơng pháp nén chặt đất bằng thuỷ chấn

*Nội dung phơng pháp.
Vừa phun nớc, vừa tạo chấn động tác dụng vào cát. Khi đó lực dính giữa các
hạt giảm đi, các hạt lớn sẽ lắng xuống còn các hạt nhỏ sẽ nổi lên, hình thành chuyển
động xoắn ốc làm phát sinh cấp phối hạt mới và nh vậy sẽ hình thành cấp phối tốt
nhất của đất ở trạng thái nén chặt.
Để thi công nén chặt đất bằng phơng pháp thuỷ chấn, ngời ta đóng vào trong
đất những ống thép đờng kính (19ữ25)mm và có đầu nhọn, phần ống dới dài
12

khoảng (50ữ60)cm, có đục lỗ xung quanh với đờng kính (5ữ6)mm. Lợi dụng sức
nớc cao áp để đa ống thép và máy chấn động đến độ sâu thiết kế và cho máy chấn
động làm việc, nén chặt đất từ dới lên trên, mỗi đoạn làm chặt thờng (30ữ40)cm
trong khoảng thời gian (40ữ120) giây. Sau khi làm chặt đợc lớp thứ nhất thì lại
nâng máy đầm lên làm chặt lớp thứ hai và nh vậy lần lợt cho đến khi lên đến mặt
đất.

Hình 1-1: Sơ đồ thiết bị nén chặt đất bằng thuỷ chấn
*Ưu nhợc điểm của phơng pháp.
Đối với nền cát nhân tạo có chiều dày cần nén chặt lớn thì ngời ta dùng
phơng pháp thuỷ chấn.
1.2.3. Nhóm các phơng pháp gia cố nền bằng thiết bị tiêu nớc thẳng đứng
Đối với các nền đất sét yếu, do hệ số thấm của đất sét nhỏ nên quá trình cố kết
của nền ở điều kiện bình thờng cần rất nhiều thời gian, trong khi đó, các công trình
xây dựng lại đòi hỏi phải thi công nhanh, đảm bảo tiến độ yêu cầu. Do vậy, ngời ta
thờng dùng các thiết bị tiêu nớc thăng đứng kết hợp với biện pháp gia tải trớc để
làm tăng nhanh quá trình cố kết của đất nền.
1.2.3.1. Phơng pháp gia cố bằng giếng cát
*Nội dung phơng pháp.
Nguyên lý làm việc của giếng cát là, dới tác dụng của tải trọng ngoài, trong
đất sẽ xuất hiện gradient thuỷ lực làm cho nớc lỗ rỗng thoát ra theo phơng ngang

về phía các thiết bị tiêu nớc, sau đó chảy tự do theo phơng đứng dọc theo thiết bị
về phía các lớp đất dễ thấm nớc. Nh vậy, việc đặt các giếng cát có tác dụng làm
13

tăng tốc độ thoát nớc của đất và dẫn đến giảm thời gian hoàn thành cố kết.
Giếng cát đóng vai trò thoát nớc là chính nên gia cố nền bằng giếng cát
thờng phải đi kèm với biện pháp gia tải để nớc thoát ra nhanh.
*Ưu nhợc điểm của phơng pháp.
Giếng cát đợc sử dụng rộng rãi để tăng nhanh quá trình cố kết của đất nền,
làm cho nền có khả năng biến dạng đều và nhanh chóng đạt đến giới hạn ổn định về
lún, rút ngắn thời gian chờ, thời gian thi công.
1.2.3.2. Phơng pháp gia cố bằng bấc thấm (PVD)
*Nội dung phơng pháp.
Bấc thấm là thiết bị tiêu nớc thẳng đứng chế tạo sẵn, gồm nhiều loại, có chiều
rộng thờng từ (100ữ200)mm, dày từ (3ữ5)mm. Lõi của bấc là một băng chất dẻo
đợc bọc bởi lớp vải địa kỹ thuật bằng polyester không dệt, bằng vải địa cơ
propylene hoặc giấy tổng hợp có nhiều rãnh nhỏ để nớc đa lên cao nhờ mao dẫn.
Để cắm bấc thấm vào nền đất, ngời ta dùng một máy chuyên dụng tự hành.
Sau khi thi công bấc thấm, ngời ta cũng tiến hành gia tải nén trớc giống nh đối
với giếng cát. Để nớc thoát ra dễ dàng từ đầu bấc thấm ngời ta thờng phủ lên
phía trên mặt lớp đất yếu một lớp vải địa kỹ thuật và trên lớp vải này đắp một lớp cát
hạt to là lớp thấm nớc.
*Ưu nhợc điểm của phơng pháp.
Giống nh phơng pháp cọc cát, giếng cát, phơng pháp bấc thấm hiện nay
đợc sử dụng rộng rãi trong xử lý nền đất yếu để tăng nhanh quá trình cố kết của đất
nền, làm cho nền nhanh chóng đạt đến giới hạn ổn định về lún. Tuy nhiên đòi hỏi
thiết bị, công nghệ thi công kỹ thuật cao.
1.2.4. Phơng pháp gia cố nền bằng năng lợng nổ
*Nội dung phơng pháp.
Phơng pháp này đó đợc sử dụng từ lâu trên thế giới. Bản chất của phơng