Đồ án môn học gia cố nền đất yếu bằng bấc thấm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
o0o
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
GIA CỐ NỀN ĐẤT YẾU
BẰNG BẤC THẤM
Năm 2014
Đồ án môn học
LỜI NÓI ĐẦU
Hiện nay,quá trình công nghiệp hóa,đô thị hóa diễn ra mạnh mẽ đòi hỏi các nhà
khoa học phải đương đầu với hang loạt các vấn đề về xây dựng các công trình
lớn,các nhà máy công nghiệp nặng trên nền đất yếu,khắc phục các sự cố công
trình do nền đất bên dưới gây ra…
Nền đất yếu là một trong những vấn đề mà các công trình xây dựng thường
gặp.Cho đến nay ở nước ta,việc xây dựng trên nền đất yếu vẫn là một vấn đề tồn
tại và là một bài toán khó đối với người xây dựng,đặt ra nhiều vấn đề phức tạp
cần được nghiên cứu xử lý nghiêm túc nhằm đảm bảo sự ổn định và độ lún an
toàn của công trình.
Đây là một vấn đề hết sức khó khăn,đòi hỏi sự kết hợp chặt chẽ giữa kiến thức
khoa học và kinh nghiệm thực tế để giải quyết.
Trong phần đồ án môn học này em xin trình bày phương pháp gia cố đất bằng bấc
thấm-một trong những phương pháp đang được áp dụng hiện nay và đã được thực
tế đánh giá là phương pháp có hiệu quả và rất kinh tế.
2
Đồ án môn học
SỰ CẦN THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Các vùng đồng bằng phía Nam còn tồn tại rất nhiều vùng đất yếu và hiện là khu
vực đang vươn mình phát triển mạnh mẽ của khu vực phía Nam nói riêng và cả
nước nói chung.Đây là vùng có nhiều tiềm năng kinh tế rất lớn.
Triển vọng phát triển đòi hỏi nhu cầu xây dựng cao kéo theo những vấn đề liên
quan đến xử lý nền đất yếu,sự cố công trình.
Trước yêu cầu thực tiễn của đất nước em muốn vận dụng kiến thức đã học vào

thực tế đời sống với mong muốn góp phần nhỏ bé vào sự phồn vinh chung của đất
nước.
Cùng với nhu cầu thực tế và sự quan tâm tìm hiểu về vấn đề thoát nước thẳng
đứng nên em chọn đề tài:”Gia cố nền đất yếu bằng bấc thấm và ứng dụng thực tế
tại kho LPG,cảng Cái Mép,tỉnh Bà Rịa-Vũng Tàu
MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI
Bước đầu tiếp cận bài toán thực tế về tính toán thiết kế hệ thống thoát nước thẳng
đứng để xử lý nền đất yếu tại kho LPG,cảng Cái Mép,tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu.
Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI
Đề tài có phạm vi áp dụng rộng rãi không chỉ cho các công trình nhà dân dụng mà
cả các chung cư,cao ốc,cầu,đường có những điều kiện địa chất theo yêu cầu.
3
Đồ án môn học
MỤC LỤC
Lời nói đầu
SỰ CẦN THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI
Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI
Mục lục
PHẦN I:CÁC KHÁI NIỆM 5
I.Giới thiệu về đất yếu 5
I.1. Khái niệm đất yếu 6
I.2.Một số đặc điểm của nền đất yếu 6
I.3. Các loại đất yếu thường gặp 6
PHẦN II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT GIA CỐ BẰNG BẤC THẤM 7
I.Giới thiệu chung 7
I.1.Khái quát phương pháp 7
I.2.Cấu tạo bấc thấm 7
I.3.Gia tải trước 9
I.4.Ưu nhược điểm của bấc thấm 10

II.Tính toán thiết kế bấc thấm 11
II.1.Cơ sở tính toán thiết kế bấc thấm 11
II.2.Thiết kế gia cố nền đất yếu bằng bấc thấm 23
III.Thi công gia cố nền bằng bấc thấm 27
III.1.Thi công đệm cát trên đầu bấc thấm 27
III.2.Thi công cắm bấc thấm 28
III.3.Đắp vật liệu gia tải và dở tải 29
III.4.Đánh giá chất lượng gia cố nền bằng bấc thấm 30
IV.Bấc thấm ngang 30
IV.1. Giới bấc thiệu về thấm ngang 30
IV.2. Đặc tính của bấc thấm ngang 31
IV.3. Phạm vi ứng dụng của bấc thấm ngang 32
4
Đồ án môn học
IV.4.Cơ sở lý thuyết về khả năng ứng dụng của bấc thấm ngang thay thế cho lớp đệm cát 32
IV.5.Ưu điểm điển hình của việc sử dụng Bấc thấm ngang so với lớp đệm cát 33
IV.6.Thi công bấc thấm ngang 34
PHẦN III:VÍ DỤ TÍNH TOÁN 37
III.1.Đặc điểm tự nhiên của nền đất khu vực nghiên cứu 37
III.2.Tính toán kiểm tra đất nền 38
III.3.Xử lý cắm bấc thấm 47
PHẦN IV:KẾT LUẬN-KIẾN NGHỊ 53
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHẦN I:CÁC KHÁI NIỆM
I.Giới thiệu về đất yếu
5
Đồ án môn học
I.1. Khái niệm đất yếu
Đất theo thuật ngữ địa chất là tất cả sản phẩm hình thành do phong hóa lớp
vỏ đá bao quanh Trái Đất,không dính hoặc dính với độ bền liên kết nhỏ gấp nhiều

lần so với độ bền của bản thân các hạt khoáng.Đất tự nhiên gồm ba hợp phần
chính:những hạt khoáng rắn,nước và thể bao dạng khí.Điều kiện hình thành đất tự
nhiên quyết định đặc điểm và tính chất cơ lý của đất.
Đất yếu là thuật ngữ dùng chỉ loại đất có thành phần và tính chất không
đáp ứng được với một số yêu cầu kỹ thuật nhằm sử dụng chúng trong công tác
xây dựng cụ thể.Thuật ngữ này chỉ mang tính tương đối gắn liền với công trình cụ
thể,ví dụ với loại công trình này thì đất xem là yếu nhưng với loại công trình khác
thì không xếp vào loại đất yếu.
I.2.Một số đặc điểm của nền đất yếu
Khái niệm đất yếu chỉ mang tính tương đối và phụ thuộc vào trạng thái vật lý
cũng như tương quan giữa khả năng chịu lực của đất với tải trọng mà công trình
truyền xuống.
o Sức chịu tải bé (0.5-1 kg/cm2)
o Đất có tính nén lún lớn (a > 0.1 kg/cm2)
o Hệ số rỗng e >1.0
o Độ sệt lớn B >1.0
o Môdun biến dạng bé (E<50 kg/cm2)
o Khả năng chống cắt bé (C
u
< 0.5kg/cm
2
)
o Khả năng thấm nước bé
o Độ bão hòa nước G >0.8
o Thành phần vật chất hữu cơ cao
I.3. Các loại đất yếu thường gặp
 Đất sét mềm: Gồm các loại đất sét hoặc á sét tương đối chặt, ở trạng thái bão hòa
nước, có cường độ thấp;
 Đất bùn: Các loại đất tạo thành trong môi trường nước, thành phần hạt rất mịn, ở
trạng thái luôn no nước, hệ số rỗng rất lớn, rất yếu về mặt chịu lực

 Đất than bùn: Là loại đất yếu có nguồn gốc hữu cơ, được hình thành do kết quả
phân hủy các chất hữu cơ có ở các đầm lầy (hàm lượng hữu cơ từ 20 -80%)
6
Đồ án môn học
 Cát chảy: Gồm các loại cát mịn, kết cấu hạt rời rạc, có thể bị nén chặt hoặc pha
loãng đáng kể. Loại đất này khi chịu tải trọng động thì chuyển sang trạng thái
chảy gọi là cát chảy
PHẦN II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT GIA CỐ BẰNG BẤC THẤM
I.Giới thiệu chung
I.1.Khái quát phương pháp
Nền đất sét yếu có hệ số thấm nhỏ,vì vậy để hoàn thành giai đoạn lún cố kết cần
phải có nhiều thời gian.Để rút ngắn thời gian cố kết này người ta thường dùng
thiết bị tiêu nước thẳng đứng kết hợp gia tải trước can thiệp trực tiếp vào nền đất.
Trong phương pháp gia cố nền bằng bấc thấm,người ta dùng bấc thấm cắm vào
lòng đất đến độ sâu cần thiết kết hợp với gia tải trước nhằm tạo gradien thủy lực
làm cho nước lỗ rỗng thoát ra khi nước trong đất chảy nhanh theo phương ngang
về phía bấc thấm rồi sau đó chảy tự do ra ngoài.
Việc đặt bấc thấm vào trong nền đất sét sẽ làm giảm chiều dài đường thấm và
dẫn đến giảm thời gian hoàn thành quá trình cố kết.Như vậy bấc thấm đặt vào
trong nền đất có hai mục đích là:làm tăng tốc độ cố kết của nền đất và từ đó nâng
cao sự ổn định của công trình đặt trên nền đất yếu.
Hình 1.Chất tải trước kết hợp thoát nước thẳng đứng
I.2.Cấu tạo bấc thấm
7
Đồ án môn học
Bấc thấm là tên gọi chung để gọi các băng chất dẻo được cắm vào trong đất
bằng thiết bị đặc biệt,thường có bề rộng khoảng 100~200mm bề dày từ
4~7mm.Lõi bấc thấm là một băng chất dẻo có nhiều rãnh nhỏ để:
• Tạo các rãnh để dẫn nước thấm dọc theo lõi
• Nâng đỡ lớp vỏ bọc không bị dính vào nhau do áp lực ngang trong đất

• Chống chịu lực kéo căng khi thi công giúp bấc thấm không bị đứt khi thi công
hoặc do cắt trượt khi có chuyển vị ngang lớn xảy ra trong đất.


Hình 2. Mặt cắt điển hình của bấc thấm PVD
Hình 3. . Bấc thấm PVD điển hình.
Lõi được bọc bằng một lớp vải địa kỹ thuật.Lớp vải được chế tạo bằng
polyester không dệt,vải địa kỹ thuật có polypropylene hay giấy vật liệu tổng
8
Đồ án môn học
hợp.Nó là hàng rào vật lý ngăn cách lòng dẫn của dòng chảy với đất bao quanh và
là bộ lọc hạn chế đất hạt mịn đi vào lõi làm tắc đường dẫn.
Vải địa kỹ thuật phải đạt chỉ tiêu cơ lý sau:
• Cường độ chịu kéo 1.0kN
• Độ giãn dài < 65%
• Khả năng chống xuyên thủng 1500 – 5000N
• Kích thước lỗ vải O
90
< 0.15mm
• Hệ số thấm của vải 1.4.10
-4
m/s
Các kiểu bấc thấm
Sand drains ( Cọc cát): Được sử dụng rộng rãi trong chất tải trước từ đầu
những năm 30 của thế kỷ trước. Cọc cát (đường kính 300-500 mm) được tạo
bằng cách đóng một ống chống bằng thép, đầu ống có thể mở rộng, xuống nền
đất và sau đó lấp đầy ống bằng cát. Cọc cát có đường kính nhỏ hơn có thể sẽ bị
ngắt đoạn vì hiệu ứng tạo vòm của cát.
Sand wicks (Dồi cát): Dồi cát được làm từ vải đay hoặc vật liệu dễ thấm khác
như HDPE, may lại thành các ống hình trụ và đựng đầy cát. Dồi cát được làm sẵn

trên mặt đất, có thể làm thủ công) rồi thả vào bể cho bão hòa nước. Đóng một ống
hình trụ đường kính 65-75 mm, đầu bọc sắt, xuống nền đất sét. Sau đó tuồn dồi
cát vào khi đang rút ống lên. Dồi cát để nhô lên trên mặt đất và phủ một tấm đệm
thoát nước. Đường kính dồi cát có thể dao động trong khoảng 55-75 mm, cách
nhau khoảng 1-2 m.
Band drains (Bấc thấm): Bấc thấm làm từ vải địa kỹ thuật PVD có tính thấm
cao, thường rộng khoảng 75-100 mm, dầy khoảng 3-5 mm. Chúng được ấn vào
trong nền đất bằng xe cẩu chuyên dụng.
Ngoài ra còn có các loại bấc thấm dây hoặc carton.Hiện nay thực tế người ta
chỉ còn sử dụng bấc thấm PVD, sản xuất sẵn đại trà và dễ thi công bằng thiết bị
chuyên dụng.
I.3.Gia tải trước
-Là biện pháp tác dụng áp lực tạm thời lên nền đất để tăng nhanh quá trình ép
thoát nước lỗ rỗng,tăng nhanh tốc độ cố kết của đất,làm cho nền được lún trước
và lún tới khi ổn định.Có 2 phương pháp gia tải trước:
+Gia tải bằng trọng lượng khối đắp
+Gia tải bằng bơm hút chân không

* Tổng tải trọng gia tải >= 1.2 tải trọng thiết kế công trình
* Vật liệu gia tải trước có thể là đất loại cát,loại sét hoặc tải trọng công trình
9
Đồ án môn học
* Phải đắp theo giai đoạn,trong từng giai đoạn giai đoạn đắp phải đảm bảo nền ổn
định.
* Cường độ đất yếu được gia tăng sau cố kết được tính theo công thức
∆C
u
= γ H
1
U tgϕ

Trong đó :
:giá trị gia tăng của lực dính
*H
1
: ứng suất nén thẳng đứng trong lớp đất yếu do nền đất đắp đầu tiên
gây ra
U: mức độ cố kết của nền đất yếu
: góc ma sát ứng với từng mức độ cố kết U
* Thời gian lưu tải phải đảm bảo quá trình cố kết hoàn thành,nền đất lún đến ổn
định
* Khi bên trên có một lớp đất tốt,mỏng thì gia tải phải đảm bảo phá vỡ độ bền liên
kết của kiến trúc này
* Áp lực gia tải phải lớn hơn áp lực tiền cố kêt của đất nền và không vượt quá sức
chịu tải của đất nền.
* Cần tính lượng bù lún.
I.4.Ưu nhược điểm của bấc thấm
Ưu :
 Tốc độ lắp đặt cao,5000m/ngày/máy
 Không xảy ra hiện tượng đứt bấc
 Hệ số thấm cao,do đó thoát nước nhanh 30.10
-6
- 90.10
-6
m
3
/s
(giếng cát 20.10
-6
m
3

/s)
 Không xảy ra hiện tượng bị cắt trượt
 Phạm vi đới phá hủy nhỏ
 Chiều sâu cắm bấc thấm có thể đạt 40m
 Dễ dàng kiểm tra chất lượng
 Chất lượng bấc thấm ổng định
Nhược
• Kém hiệu quả khi chiều dày lớp đất yếu quá dày.
• Thời gian chờ đợi khá nhiều.
• Dễ bị hư hại khi cắm vào đất.
• Sẽ không hiệu quả nếu không có phương pháp gia tải kết hợp phù hợp
10
Đồ án môn học
II.Tính toán thiết kế bấc thấm
II.1.Cơ sở tính toán thiết kế bấc thấm
II.1.1. Tính toán bố trí bấc thấm
Nền đất có cắm bấc thấm dưới tác dụng của tải trọng ngoài sẽ cố kết
theo sơ đồ bài toán đối xứng trục.Áp lực nước lỗ rỗng và độ cố kết U biến đổi
theo thời gian t tùy thuộc vào khoảng cách bấc thấm L và tính chất cơ lý của đất
nền.
Trên cơ sở quan niệm mỗi bấc thấm là một trụ đất có diện tích tương
đương,Baron(1948) đã đưa ra lời giải toàn diện cho bài toán cố kết của trụ đất có
chứa giếng cát ở trung tâm.Lý thuyết của ông dựa trên việc đơn giản hóa các giả
thuyết cố kết một chiều của Terzaghi,1943 cùng 2 giả thiết:
• Biến dạng thẳng đứng là tự do,cho nên ứng suất bề mặt thẳng đứng là hằng số và
dịch chuyển bề mặt ngang là không đồng nhất trong quá trình cố kết.
• Giả thiết biến dạng thẳng đứng là bằng nhau nên ứng suất bề mặt thẳng đứng
không đồng nhất.
Trong trường hợp biến dạng bằng nhau,phương trình vi phân chỉ đạo hàm quá
trình cố kết có dạng:

( + ( ] C
h
(II.1)
Trong đó:
U áp lực lỗ rỗng dư trung bình tại một điểm bất kì
r khoảng cách hướng tâm của điểm đang xét,từ tâm của trụ đất tiêu nước
t thời gian sau một độ tăng tức thời của tổng ứng suất thẳng đứng
C
h
hệ số cố kết ngang
Với trường hợp chỉ tiêu nước hướng tâm,lời giải của Barron trong điều kiện lý
tưởng(không bị xáo động và không có sức cản của giếng) như sau:
Trong đó:
U = 1 - (II.2)

T
h
= (II.3)
11
Đồ án môn học
F(n) = [ ] [ - + ] (II.4)
d
e
đường kính trụ đất tương đương
d
w
đường kính của thiết bị tiêu nước
n—tỉ số khoảng cách n =
Hansbo(1979) đã cải tiến các phương trình Barron để dùng cho thiết bị tiêu nước
chế tạo sẵn.Cải tiến chủ yếu là đơn giản hóa các giả thiết về kích thước và các đặc

trưng vật lý của thiết bị tiêu nước chế tạo sẵn và ông đưa vào công thức các hệ số
ảnh hưởng đến quá trình cố kết.
U
h
= 1 - (II.5)
T
h
= (II.6)
F = F(n) +F
s
+F
r
Ở đây:
F : hệ số ảnh hưởng tổng hợp của các yếu tố
F(n) :nhân tố xét đến ảnh hưởng của khoảng cách giữa các bấc thấm
Với tỷ số khoảng cách n 20 ta có hệ số khoảng cách đơn giản là:
F(n) = ln( ) – 0.75 (II.7)
F
s
:nhân tố xét đến ảnh hưởng xáo động đất nền khi đóng bấc thấm.
F
s
= - 1]ln( ) (II.8)
d
s
: đường kính đới phá hoại xung quanh thiết bị
Hansbo(1987) đề nghị công thức chọn d
s
:
d

s
= 2d
m
Với
12
Đồ án môn học
+ d
m
là đường kính của đường tròn tương đương có diện tích bằng diện tích tiết
diện ngang của cần xuyên dùng cắm bấc thấm.
+ k
h
:hệ số thấm theo phương ngang trong đới phá hoại
+ k
s
:hệ số thấm của đất theo phương ngang trong đới xáo động
+ d
w
:đường kính tương đương của bấc thấm.
Hình 4.Sơ đồ sức cản tiêu nước và phá hoại đất theo Rixner(1986)
Hansbo (1987) đề nghị dùng biểu thức sau cho thiết kế
d
w
= (II.9)

a:chiều rộng mặt cắt ngang của bấc thấm
b:bề dày mặt cắt ngang của bấc thấm
Rixner (1986) đưa ra cách tính đường kính của bấc thấm tương sau:
d
w

= (II.10)
F
r
:nhân tố xét đến sức cản của bấc thấm với giả thiết dùng được định luật Darcy
cho dòng thấm dọc theo trục thẳng đứng của thiết bị
F
r
= Z(L – Z) (II.11)
13
Đồ án môn học
Z: Khoảng cách từ bề mặt đến đầu trên của thiết bị thoát nước
L:chiều dài thiết bị tiêu nước khi tiêu nước một phía và bằng nửa chiều dài thiết
bị khi tiêu nước hai phía.
q
w =
khả năng tiêu nước của thiết bị tiêu nước khi gradient thủy lực bằng 1.
Để đơn giản hóa các quá trình tính toán U
r
do dòng chảy hướng tâm,G.X.Zeng và
K.H.Xie(1986) đưa ra công thức tính gần đúng:
U
r
= 1 - (II.12)
Với = (II.13)
Trong đó:
F = ln( ) + ln(s) - (II.14)
n = s =
G = (II.15)
G:hệ số sức cản của giếng cát
Với bấc thấm G = (II.16)

II.1.2. Tính toán thông số gia tải trước
Braja .M.Das đưa ra phương pháp tính toán thông số gia tải trên cơ sở
tính toán mức độ cố kết của đất nền khi có tải trọng ngoài tác dụng.
Nội dung là xét một lớp đất sét có chiều dày H
c
nằm giữa hai lớp cát
đang chịu tải trọng công trình trên một đơn vị diện tích là p
p
.Khi đó độ lún cố
kết tối đa do tải trọng công trình gây ra là:

14
Đồ án môn học
S
p
= (II.17)
C
c
:chỉ số nén
p
0
:trọng lượng bản than cột đất
e
0
:hệ số rỗng ban đầu
Nếu ta them lượng tải trọng tác dụng là p
f
thì độ lún cố kết sẽ là
S = (II.18)

Giả định độ lún do tổng tải trọng tức thời do p
p
+ p
f
gây ra đến thời điểm t
2
bằng độ lún s
p
tại thời điểm t
1
.Tại thời điểm t
2
đó tiến hành dở tải và công trình
với tải trọng thường xuyên trên một đơn vị diện tích p
p
được xây dựng thì độ lún
xảy ra là không đáng kể.Đây là bản chất của phương pháp.
Ta có thể xác định mức độ cố kết tại thời điểm t
2
dưới tác dụng của tải trọng p
p
+ p
f
qua biểu thức sau:

U
v,r
= (II.19)

Thay các giá trị từ các công thức II.10, II.11 , II.12 vào ta được

U
v,r
= (II.20)
===> như vậy nếu biết trước p
f
ta tính được U (II.20) ,sau đó tìm T
v
và cuối
cùng tính được thời gian gia tải
t
v
= (II.21)
II.1.3. Tính toán dự báo độ lún nền đất yếu
15
Đồ án môn học
Khi tải trọng tác dụng tức thời lên nền đất yếu sẽ gây ra lún gồm các
thành phần: lún tức thời,lún sơ cấp,lún thứ cấp.Trong đó lún sơ cấp chiếm ưu thế
và cần xét đến trong phương pháp nén trước.
+ Đất cố kết thường:
S
c
= (II.22)
+ Đất quá cố kết:
a)
+ thì độ lún cố kết được tính theo công thức
S
c
=
b)
+ thì độ lún cố kết tính theo công thức

S
c
= ) + lg( (II.23)
Trong đó:
h
i
:chiều dày lớp tính lún thứ i
:hệ số rỗng của lớp đất thứ i ở trạng thái tự nhiên ban đầu
C
c
:chỉ số nén lúc đầu( độ dốc của đường cong nén lần đầu)
C
r
:chỉ số nén lại( độ dốc của đường cong nén lại)
: áp lực bản thân cột đất
: áp lực tiền cố kết
:áp lực do tải trọng công trình.
II.1.4. Tính toán kiểm tra ổn định nền đất đắp trên nền đất yếu
Có hai phương pháp kiểm tra ổn định nền đất đắp :
+ Phương pháp phân mảnh cổ điển
+ Phương pháp Bishop
Phương pháp phân mảnh cổ điển
Nội dung phương pháp này tập trung ở cung tròn mặt trượt là:chọn trước
dạng và độ dốc nền đất đắp.Sau đó giả định mặt trượt có thể xảy ra trong nền là
16
Đồ án môn học
mặt trượt trụ tròn quay quanh một tâm O (bán kính R tùy ý).Tỷ số của moment
chống trượt và moment gây trượt của tất cả các lực tác dụng lên mặt trượt trụ tròn
đối với tâm O đánh giá mức độ ổn định của nền đất công trình.
Hình 5.Sơ đồ phân mảnh với mặt trượt tròn

Các lực gây trượt và chống trượt tác dụng lên mặt trượt tròn được tìm theo
cách phân mảnh lăng trụ trượt.Mỗi mảnh có trọng lượng W
i
,khi bỏ qua ảnh
hưởng của các lực tác dụng lên mặt hông của mỗi mảnh,các lực tác dụng lên phân
tố mặt trượt của mỗi mảnh có chiều rộng l và chiều dày l đơn vị gồm có:
+ lực chống trượt :lực ma sát
+ lực dính:w
i
.

cos .tg
+ lực gây trượt :w
i
.sin
Hệ số ổn định K được xác định theo biểu thức do Terzaghi đề xuất:
K = (II.24)
Trong đó:
:góc nghiên của mặt trượt phân tố với mặt nằm ngang
c
i
:lực dính của đất trong phạm vi chiều dài l
i
của phân tố mặt trượt
Với nhiều mặt trượt trụ tròn giả định khác nhau theo các tâm quay O khác nhau
sẽ tìm được các hệ số ổn định tương ứng.Từ đó tìm ra giá trị K
min
tương ứng với
mặt trượt nguy hiểm nhất,đó chính là hệ số ổn định của nền đất đắp.Có ba trường
hợp như sau:

+ K
min
1 :nền công trình bị phá hoại theo mặt trụ tròn
+ K
min
1 :nền công trình ở trạng thái cân bằng tới hạn
17
Đồ án môn học
+ K
min
1 :nền đường ổn định
Trong trường hợp có dùng vải địa kỹ thuật giửa lớp đất yếu và nền đất đắp thì
phần moment chống trượt có cộng them lượng F(Y/R) với
F:lực ma sát do vải địa kỹ thuật gây ra
Y:cánh tay đòn của lực F gây ra đến tâm O.
Phương pháp Bishop
Tính theo phương pháp Bishop thì hệ số ổn định K ứng với một mặt
trượt tròn tâm O được xác định theo công thức sau:
K = (II.25)
Hình vẽ 6.Sơ đồ xác định tâm trượt nguy hiểm
m
i
= (1+ tg ) (II.26)
Về cơ bản phương pháp này giống phương pháp phân mảnh cổ điển ,chỉ khác là
có hệ số m
i
phụ thuộc hệ số ổn định K cho nên phải tính lặp nhờ vào chương trình
máy tính.
II.1.5.Các nhân tố ảnh hưởng đến hiệu quả kỹ thuật xử lý nền bằng bấc
thấm

II.1.5.1.Ảnh hưởng của cấu trúc nền đất
Cấu trúc nền có ảnh hưởng rất lớn đến hiệu quả kỹ thuật của phương pháp bấc
thấm.
18
Đồ án môn học
+ Các dạng địa hình thấp,thường xuyên bị ngập nước,mực nước ngầm cao sẽ
làm giảm hiệu quả của quá trình thoát nước
+ Các cấu trúc nền liên quan trực tiếp với tầng chứa nước Holocen,Pleitocen
hoặc tầng nước có áp thì không nên cắm bấc thấm vào tầng cát được vì bấc thấm
sẽ dẫn nước từ tầng có áp lên,ngăn cản và làm giảm quá trình thoát nước trong
các lớp đất yếu.
+ Nền đất yếu có nhiều chất hữu cơ thì cắm bấc thấm vào dễ phá vỡ cấu trúc
nền dẫn tới trượt ngang
II.1.5.2.Ảnh hưởng của lượng gia tải trước
Để rút ngắn thời gian và nâng cao hiệu quả cố kết người ta kết hợp bấc
thấm với phương pháp gia tải bằng khối đất đắp hoặc bơm hút chân không.
Cường độ của nền đất yếu sau khi gia cố đạt được tính theo công thức
sau:
C
u
= P.U.tg
Với P : Áp lực do lượng gia tải trước gây ra.
 Như vậy với lượng gia tải trước phù hợp kết hợp với bấc thấm sẽ cho kết quả cố
kết tốt hơn.
II.1.5.3Ảnh hưởng của đới xáo động và phá hoại
Khi lắp đặt bấc thấm,đất xung quanh sẽ bị phá hoại.Sự phá hoại phụ
thuộc chủ yếu vào hình dạng,kích thước của trụ đóng,kết cấu vĩ mô của đất và
thao tác lắp đặt.
Từ thực nghiệm năm 1991 Bergado đã rút ra kết luận tốc độ lún ở vùng có trụ
cắm bấc thấm nhỏ sẽ lớn hơn tốc độ lún ở vùng có trụ cắm bấc thấm lớn hơn.

Jamiolkowski (1981) đã thiết lập mối quan hệ giữa đường kính của vùng phá
hoại d
s
với đường kính của tiết diện ngang trụ cắm bấc thấm d
m
dùng trong thiết
kế:
d
s
=
19
Đồ án môn học
Hình 7.Vùng phá hoại xung quanh trụ cắm
Tại khoảng cách này biến dạng cắt lý thuyết xấp xỉ 5%
Như vậy đới xáo động càng lớn thì hiệu quả thoát nước của bấc thấm càng
giảm.
II.1.5.4.Ảnh hưởng sức cản của giếng
Khái niệm sức cản giếng tác động đến mức độ cố kết U
h
làm cho nó
không còn là hằng số theo chiều sâu.Yếu tố này thể hiện rất rõ khi bấc thấm có
chiều dài lớn.Sức cản giếng ảnh hưởng nhiểu tới tốc độ cố kết khi chiều dài tiêu
nước tăng(Jamiolkowski,1983 ).Ta biết rằng khả năng tiêu thoát nước của bấc
thấm thay đổi
phụ thuộc khoảng cách cắm bấc thấm và áp lực hông.Vì do bộ lọc bằng vải địa kỹ
thuật của bấc thấm ép sát vào ống lõi làm giảm tiết diện ngang của bấc thấm,hoặc
do bản thân các lòng dẫn ép sát vào nhau làm thu hẹp đường thoát nước.
Ngoài ra nếu trường hợp bấc thấm bị cong cũng làm giảm khả năng tiêu
thoát nước.
II.1.5.5.Ảnh hưởng của sơ đồ bố trí bấc thấm

Thời gian để đạt một mức độ cố kết nhất định là hàm của bình phương
đường kính tương đương của trụ đất(vùng ảnh hưởng) D
e
.Đường kính này phụ
thuộc vào khoảng cách và sơ đồ bố trí bấc thấm(sơ đồ hình vuông hoặc tam giác).
20
Đồ án môn học
Đường kính D
e
được xác định theo công thức sau:
D
e
= 1.13.S(sơ đồ hình vuông)
D
e
= 1.05.S(sơ đồ hình tam giác)
Với S:khoảng cách bấc thấm.
Hình 8.Sơ đồ hình vuông (square pattern) và hình tam giác (triangular
pattern)
II.1.5.6.Ảnh hưởng của các thông số tới thời gian cố kết
Thời gian tương ứng với mức độ cố kết nhất định được xác định theo
công thức:
t = [ln( ) – 0.75] + ( ]ln( (IV.1)
trong d
e
và C
h
ảnh hưởng nhiều đến thời gian cố kết
II.1.5.7.Hệ số cố kế ngang
Hệ số cố kết hướng tâm có thể đánh giá bằng giá trị C

v
tính theo quan
hệ gần đúng sau:
21
Đồ án môn học
C
h
= ( ) (IV.2)
Thiết kế bấc thấm phụ thuộc nhiều vào các đại lượng của công thức trên.
Trong giai đoạn thiết kế sơ bộ ở Việt Nam có thể lấy tỷ số = 2 hoặc có
thể tính C
h
theo công thức đề nghị của Jamiolkowski :
C
h
=
Với m
v
: hệ số biến đổi thể tích

w
: dung trọng tự nhiên của nước
II.1.5.8.Ảnh hưởng của việc lựa chọn thiết bị tiêu nước
Nhìn chung đường kính tương đương của bấc thấm nằm trong khoảng
từ 50mm-70mm là thích hợp.Thiết bị tiêu nước có khả năng chuyển được ít nhất
100m
3
/năm được đo dưới gradient bằng 1 khi ứng suất hiệu quả không nở hông
tại chổ cực đại.
Bộ lọc của bấc thấm có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng gia cố.Bộ

lọc vừa phải có độ thấm cao vừa chặng được các hạt cát nhỏ chui qua.
• Trong những điều kiện tới hạn và khắc nghiệt:
k
vải địa cơ
10k
đất
• Trong những trường hợp kém khắc nghiệt hơn
k
vải địa cơ
10k
đất
Các thông số kinh nghiệm dùng xác định tiêu chuẩn của bộ lọc
 1.7 3 (Schober và Teindl ,1979)
 2 3(Calhoun,1972)
 1.3 1.8(Chen và Chen ,1986)
 10 20(Chen và Chen ,1986)
22
Đồ án môn học
Ở đây :
O
50
:đường kính lỗ lọc chiếm 50%
O
90
: đường kính lỗ lọc chiếm 90%
O
95
: đường kính lỗ lọc chiếm 95%
D
50

:đường kính hạt ứng với hàm lượng tích lũy là 50%
D
85
:đường kính hạt ứng với hàm lượng tích lũy là 85%
Tỷ số đảm bảo lực thấm ở trong bộ lọc là hợp lí
II.2.Thiết kế gia cố nền đất yếu bằng bấc thấm
II.2.1.Thiết kế đệm cát trên đầu bấc thấm
• Chiều dày tầng đệm cát tối thiểu là 50cm,lớn hơn độ lún dự báo 20–40cm
• Cát làm tầng đệm phải thỏa mãn yêu cầu:cát thô hoặc hạt trung,cỡ hạt >0.5mm
chiếm trên 50%,tỉ lệ cỡ hạt nhỏ hơn 0.15mm không quá 10%,hệ số thấm của cát
không nhỏ hơn 10
-4
m/s,hàm lượng hữu cơ không quá 5%.
• Độ đầm nén của lớp cát phải thỏa hai điều kiện : máy thi công ổn định và phù hợp
với độ chặt theo yêu cầu nền đất đắp.
• Khi nền đất yếu ở trạng thái dẽo nhão có khả năng làm nhiễm bẩn lớp đệm cát
trực tiếp bên trên đầu bấc thấm thì cần trải một lớp vải địa kỹ thuật trước khi thi
công tầng đệm cát nhằm tạo ra lớp ngăn cách tăng khả năng chống trượt của khối
đất đắp.
II.2.2.Thiết kế chiều sâu cắm bấc thấm
Nguyên tắc là bấc thấm được cắm hết chiều sâu ảnh hưởng H
a
của nền đất
do tải trọng công trình gây ra.Chiều sâu ảnh hưởng kết thúc tại điểm mà tỉ số giữa
ứng suất bản thân của nền đất bằng 5 10 lần ứng suất do tải trọng công trình gây
ra tùy theo loại đất.
Một số lưu ý khác:
 Nếu H
a
lớn hơn chiều dày tầng đất yếu thì chỉ cắm bấc thấm hết tầng đất yếu

 Trường hợp ngay dưới H
a
là tầng nước có áp thì không cắm bấc thấm vào tầng đó.
II.2.3.Thiết kế khoảng cách cắm bấc thấm
• Bố trí bấc thấm dựa trên cơ sở mức độ cố kết cần đạt và tốc độ lún dự báo
• Trường hợp chung mức độ cố kết đạt tối thiểu 90%,đối với đường cấp cao có thể
áp dụng về tốc độ lún dự báo còn lại 2cm/năm
• Mật độ cắm bấc thấm bố trí bằng cách thử dần với cự li cắm bấc thấm khác
nhau(thử dần khoảng cách S sao cho thỏa mức độ cố kết yêu cầu
23
Đồ án môn học
• Nhằm tránh làm xáo động đất quá lớn khoảng cách qui định tối thiểu là
1.3m,khoảng cách lớn nhất là 2.2m
• Bố trí bấc thấm phân bố đều trên mặt bằng công trình
+công trình nhà dân dụng và công nghiệp bố trí ngay dưới đáy móng và ra ngoài
mép móng một khoảng 0.2 bề rộng đáy móng
+công trình đường bố trí đến chân taluy của nền đắp
+bố trí theo hình vuông hoặc tam giác

II.2.4.Dự báo độ lún cố kết của nền đất yếu khi dung bấc thấm
Độ lún cố kết theo thời gian xác định theo công thức sau:
U = 1 – (1 –U
v
)(1 – U
h
) (II.27)
Trong đó
U
h
:độ cố kết hướng tâm

U
v
:độ cố kết theo phương thẳng đứng
Độ cố kết U
v
phụ thuộc thời gian T
v
được tính theo công thức:

T
v
= (II.28)
Với :
:hệ số cố kết trung bình theo phương thẳng đứng của lớp đất yếu trong
phạm vi chiều sâu ảnh hưởng
= (II.29)
Với :
h
i
:chiều dày các lớp đất yếu nằm trong phạm vi chiều sâu ảnh hưởng
C
vi
:hệ số cố kết thẳng đứng của lớp đất yếu thứ i
H:chiều dài đường thoát nước.Nếu có 2 đường thoát nước thì H= H
a
/2
Độ lún cố kết của nền đất đắp được gia cố bằng bấc thấm được tính theo công
thức kinh nghiệm sau:
S
t

= S
c
.U (II.30)
Trong đó :

S
c
:độ lún của nền khi chưa cố bấc thấm
Phần độ lún cố kết còn lại sau thời gian t sẽ là:
24
Đồ án môn học
S = (1 – U)S
c
(II.31)
II.2.5.Thiết kế hệ thống quan trắc
Hệ thống quan trắc dùng để kiểm tra các dự báo thiết kế và điều chỉnh
bổ sung cần thiết.
 Quan trắc lún
Trường hợp tải trọng của nền đất đắp phân bố gần với dạng tam giác vùng phá
hoại trong nền đất yếu thường xảy ra trên trục đối xứng của tải trọng và đất bị
dịch chuyển về phía ứng suất chính nhỏ nhất.Do vậy cần thiết lặp hệ thống quan
trắc lún để kiểm tra.Hiện nay phương pháp đơn giản nhất và thường dùng nhất là
quan trắc lún theo thời gian và độ lún cuối cùng bằng bàn nén tại trọng
tĩnh.Phương pháp trên chỉ áp dụng cho nền đồng nhất ,có độ chính xác thấp và chỉ
đo được trên bề mặt.Với những công trình đòi hỏi chính xác cao hơn thì có thể
dùng máy đo lún (Tassommetre) của trung tâm cầu đường Pháp để đo lún ở
nhiều lớp khác nhau.
 Quan trắc chuyển vị ngang
Thông thường là so sánh một tuyến trên khối đất đắp và một tuyến chuẩn nằm
ngoài vùng ảnh hưởng của khối đất đắp.Trong điều kiện thông thường 50÷100 m

sẽ có một trắc ngang.Mỗi trắc ngang bố trí 6 mốc,khoảng cách giữa các mốc là
5m và 10m.Mốc thứ nhất cách chân taluy nền đắp 2m.Mốc làm bằng gỗ tiết diện
10cm 10cm đầu có đinh mũi.Mũi được đóng sâu vào tầng đất tối thiểu là 1m cao
hơn mặt đất 2 3m.Mốc chuẩn đặt máy quan trắc phải bố trí ít nhất 3 điểm cho
một công trình và đặt nằm ngoài phạm vi ảnh hưởng của quá trình lún và chuyển
vị ngang.
 Đo áp lực nước lỗ rỗng
Mức độ biến đổi áp lực nước lỗ rỗng có thể đánh giá được mức độ cố kết của nền
đất yếu.Cần bố trí hệ thống giếng khoan bên trong vùng gia cố và hệ thống giếng
bên ngoài không chịu ảnh hưởng của quá trình cố kết.
II.2.6.Tính toán lượng gia tải trước
Tổng lượng tải trọng gia tải trước được tính toán dựa vào độ cố kết cuối cùng
theo yêu cầu của công trình và thời gian cố kết mà nhà thiết kế đặt ra.
Phương thức gia tải được được qui định dựa vào điều kiện thi công ,đặc điểm
địa chất công trình và điều kiện kinh tế kỹ thuật.Có hai phương thức gia tải cơ
bản:
25