bài giảng xây dựng công trình trên nền đất yếu

TRƯỜNG ðẠI HỌC MỎ - ðỊA CHẤT
KHOA XÂY DỰNG
BỘ MÔN KỸ THUẬT XÂY DỰNG




NGUYỄN VĂN MẠNH












BÀI GIẢNG


XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH TRÊN NỀN ðẤT YẾU

Hà Nội, 2014
1

MỤC LỤC
Trang
Chương 1. Khái niệm chung
2

1.1. Khái niệm về ñất yếu và nền ñất yếu 2
1.2. ðặc ñiểm của một số loại ñất yếu 2
1.2.1. Nhận biết và phân loại 2
1.2.2. ðặc ñiểm của một số loại ñất yếu thường gặp 3
1.3. Cường ñộ chống cắt của ñất yếu 7
1.4. Các ñặc trưng nén lún trong phòng thí nghiệm 9
1.5. Các phương pháp thí nghiệm ñịa kỹ thuật ở hiện trường 12
1.6. Các vấn ñề ñặt ra khi xây dựng công trình trên nền ñất yếu 13

Chương 2. Nghiên cứu về ổn ñịnh và lún của nền ñất yếu
14
2.1. Ổn ñịnh của nền ñất yếu 14
2.2. Biến dạng của nền ñất yếu 15
2.3. Các giải pháp xây dựng công trình trên nền ñất yếu 16

Chương 3. Các giải pháp xử lý khi xây dựng công trình trên nền ñất yếu
17
3.1. Các giải pháp kết cấu khi xây dựng công trình trên nền ñất yếu 17
3.1.1. Dùng vật liệu nhẹ và kết cấu nhẹ 17
3.1.2. Lựa chọn sơ ñồ kết cấu hợp lý 17
3.1.3. Thiết kế giằng móng và giằng tường 20
3.2. Các giải pháp xử lý móng khi xây dựng công trình trên nền ñất yếu 25
3.2.1. Thay ñổi chiều sâu móng 25
3.2.2. Thay ñổi kích thước móng 27
3.2.3. Thay ñổi loại móng và ñộ cứng của móng 27
3.3. Các giải pháp xử lý nền ñất yếu 27
3.3.1. Phương pháp ñệm cát 27
3.3.2. Phương pháp ñầm chặt lớp ñất mặt 33
3.3.3. Phương pháp cọc cát 34
3.3.4. Phương pháp cọc vôi và cọc ñất - xi măng 38

3.3.5. Phương pháp nén trước bằng tải trọng tĩnh 43
3.3.6. Phương pháp gia cố nền bằng vải ñịa kỹ thuật 59
3.3.7. Phương pháp gia cố nền bằng cố kết hút chân không 62

Tài li
ệu tham khảo
68
2

CHƯƠNG 1. KHÁI NIỆM CHUNG

1.1. Khái niệm về ñất yếu và nền ñất yếu
ðất yếu là các loại ñất có lực dính nhỏ, góc ma sát trong nhỏ, gần như bão hòa hoàn toàn, hệ
số rỗng lớn, ñộ lún lớn, mô ñun biến dạng nhỏ. ðất yếu bao gồm các loại ñất sét mềm bão hòa
nước, các loại ñất cát hạt nhỏ-mịn, than bùn, các trầm tích bị mùm hóa…
Nền ñất yếu là nền ñất do nhiều lớp ñất yếu hoặc do nhiều lớp ñất tốt và lớp ñất yếu xen kẽ
nhau tạo thành. Nền ñất yếu phụ thuộc vào tải trọng công trình. Khi xây dựng công trình mà
nền ñất không thỏa mãn trạng thái giới hạn thứ nhất hoặc trạng thái giới hạn thứ hai thì gọi là
nền ñất yếu của công trình.
Nền ñất yếu là nền ñất không ñủ ñộ bền và bị biến dạng rất lớn khi chịu tải trọng của công
trình bên trên, do ñó không thể làm nền cho công trình xây dựng nếu không có các biện pháp
xử lý thích hợp. Hiện tại ở nước ta, việc xây dựng các công trình trên nền ñất yếu vẫn là một
bài toán khó ñối với người xây dựng, nhiều vấn ñề phức tạp cần ñược nghiên cứu xử lý ñể
ñảm bảo sự ổn ñịnh và ñộ lún cho phép của công trình. Tùy thuộc vào tính chất của các lớp
ñất yếu, ñặc ñiểm cấu tạo của công trình mà người ta sử dụng các phương pháp xử lý nền
móng cho phù hợp ñể nhằm làm tăng sức chịu tải của nền ñất, giảm ñộ lún, ñảm bảo ñiều kiện
làm việc bình thường cho công trình.
Trong thực tế xây dựng, có rất nhiều công trình bị lún, sập, hư hỏng khi xây dựng trên nền ñất
yếu do không có những biện pháp xử lý phù hợp, không ñánh giá chính xác ñược các tính chất
cơ lý của nền ñất. Do vậy việc ñánh giá chính xác và chặt chẽ các tính chất cơ lý của nền ñất

yếu ñể làm cơ sở lựa chọn các giải pháp xử lý nền móng phù hợp là một vấn ñề hết sức khó
khăn, nó ñòi hởi sự kết hợp chặt chẽ giữa kiến thức khoa học và kinh nghiệm thực tế ñể giải
quyết vấn ñề này nhằm giảm thiểu các sự cố của công trình khi xây dựng trên nền ñất yếu.

1.1. ðặc ñiểm của một số loại ñất yếu
1.1.1. Nhận biết và phân loại
ðất yếu là loại ñất có sức chịu tải kém (< 0,5 ÷ 1,0 kG/cm
2
), dễ bị phá hoại, biến dạng dưới
tác dụng của tải trọng công trình. ðất yếu có thể ñược nhận biết dựa trên các chỉ tiêu cơ lý của
chúng như sau:
• Dựa vào chỉ tiêu vật lý, ñất ñược coi là yếu khi:
+ Dung trọng: γ ≤ 1,7 T/m
3

+ Hệ số rỗng: e ≥ 1
+
ðộ ẩm: W ≥ 40%
+ ðộ bão hòa: G ≥ 0,8
3

Chú ý: - ðất càng yếu thì dung trọng tự nhiên càng nhỏ do chứa nhiều nước hoặc bùn, hợp chất hữu cơ…
- Hệ số rỗng (e) là tỉ số giữa thể tích rỗng và thể tích hạt (V
r
/V
h
). Hệ số rỗng càng lớn thì ñất càng yếu.
- ðộ ẩm (W) là tỉ số giữa trọng lượng nước và trọng lượng hạt. ðộ ẩm càng lớn thì ñất càng chứa
nhiều nước.
- ðộ bão hòa (G) là tỉ lệ nước chiếm trong lỗ rỗng của ñất: G = V

n
/V
r
. G = 1 gọi là ñất bão hòa, nước
chiếm toàn bộ lỗ rỗng trong ñất.
• Dựa vào các chỉ tiêu cơ học, ñất ñược coi là yếu khi:
+ Mô ñun biến dạng: E
o
≤ 50 kG/cm
2

+ Hệ số nén lún: a ≥ 0,1 cm
2
/kG
+ Góc ma sát trong: φ ≤ 10
ο

+ Lực dính kết: c ≤ 0,1 kG/cm
2

Chú ý: - E
o
càng nhỏ thì ñộ lún của ñất càng lớn.
- Hệ số nén lún a = (e
1
-e
2
)/(p
1
-p

2
) với e
1
và e
2
là hệ số rỗng của ñất ứng với áp lực nén p
1
và p
2
. Khi hệ
số nén lún a càng nhỏ thì ñất càng chặt hơn hay hệ số rỗng ít thay ñổi.

Trong thực tế xây dựng, chúng ta thường gặp các loại nền ñất yếu chủ yếu sau:
• ðất sét yếu: gồm các loại ñất sét hoặc á sét tương ñối chặt, ở trạng thái bão hòa nước,
có cường ñộ chịu nén thấp.
• ðất bùn: gồm các loại ñất tạo thành trong môi trường nước, thành phần hạt rất mịn, ở
trạng thái luôn no nước, hệ số ñộ rỗng rất lớn, rất yếu về mặt chịu lực.
• ðất than bùn: là loại ñất yếu có nguồn gốc hữu cơ, ñược hình thành do kết quả phân
hủy các chất hữu cơ có ở các ñầm lầy (hàm lượng hữu cơ từ 20% ñến 80%).
• ðất cát yếu (cát chảy): gồm các loại cát mịn, kết cấu hạt rời rạc, có thể bị nén chặt
hoặc pha loãng ñáng kể. Loại ñất này khi chịu tải trọng ñộng thì chuyển sang trạng
thái chảy gọi là cát chảy.
• ðất bazan: là loại ñất yếu có ñộ rỗng lớn, dung trọng khô rất nhỏ, khả năng thấm nước
cao, dễ bị lún sụt.
1.1.2. ðặc ñiểm của một số loại ñất yếu thường gặp
1.2.2.1. ðất sét yếu
Trong ñất sét thường gồm có 2 thành phần:
• Phần phân tán thô (gọi là những hạt sét) có kích thước > 0,002mm; chủ yếu có các
khoáng chất nguồn gốc lục ñịa như thạch anh, fenspat,…
• Phần phân tán mịn (gọi là khoáng chất sét) bao gồm những hạt có kích thước rất bé

(0,1÷2,0µm) và keo (0,001÷0,1µm). Những khoáng chất này quyết ñịnh tính chất cơ
lý c
ủa ñất sét. Các khoáng chất sét thường gặp nhất là 3 nhóm ñiển hình: kaolinit,
mônmôrilônit và illit.
4

+ Kaolinit: có công thức hóa học là Al
2
O
3
.2SiO
2
.2H
2
O; ñược tạo thành do phong hóa ñá phun
trào, ñá biến chất và ñá trầm tích trong ñiều kiện môi trường axit (pH = 5÷6). ðặc ñiểm của
mạng tinh thể kaolinit là tương ñối bền, ổn ñịnh và trương nở ít.
+ Mônmôrilônit: có công thức hóa học là (OH)
4
Si
8
Al
4
O
20
.nH
2
O; ñược thành tạo do phong
hoá ñá macma giàu Mg và các biến ñổi thứ sinh khác; ñược tạo thành do phong hóa ñá phun
trào kiềm trong ñiều kiện môi trường kiềm (pH = 7÷8,5).

Montmorilonit có mạng tinh thể kém bền vững và dễ sảy ra hiện tượng trương nở dưới ñáy
móng khi có mặt loại sét này. Loại này thường dễ gặp ở vùng ven biển.
+ Illit: ðại biểu của nhóm ilit là hyñrômica (K,Al
2
[Al,Si
3
O
10
](OH)
2
) ñược tạo thành từ nhiều
ñiều kiện khác nhau nhưng chủ yếu là trong môi trường kiềm. Loại này không có khả năng
trương nở hoặc trương nở rất ít.
Liên kết cấu trúc của ñất sét:
Trong tự nhiên, ñất loại sét luôn tồn tại 3 dạng liên kết cấu trúc, ñó là: liên kết dạng chảy, liên
kết dạng dẻo và liên kết dạng cứng (Hình 1.1).
Lực dính của ñất sét ñược chia thành 2 thành phần: lực dính mềm và lực dính cứng:
∑
+=
CWW
CC
(1-1)
Trong ñó: C
W
là lực dính tổng cộng
∑
W
là tổng lực dính mềm (lực dính có nguồn gốc keo nước)
C
C

là lực dính cứng (lực dính cấu trúc)

Liên kết dạng cứng Liên kết dạng dẻo Liên kết dạng chảy
H
ạ
t ñất

N
ước tự do

Hình 1.1. Các dạng liên kết trong ñất dính
ðể xác ñịnh các thành phần lực dính của ñất sét, chúng ta có thể sử dụng các phương pháp thí
nghiệm như sau:
- Cắt mẫu nguyên dạng và mẫu chế bị ở cùng ñộ ẩm, ñộ chặt:
Từ kết quả thí nghiệm cắt, xây dựng ñược biểu ñồ như trên hình 1.2. Lực dính cứng khi ñó
ñược xác ñịnh như sau:
C
C
= C
W
- ∑
W
= C
nd
- C
cb
(1-2)
Trong
ñó: C
nd

: lực dính theo kết quả cắt mẫu nguyên dạng
C
cb
: lực dính theo kết quả cắt mẫu chế bị
5

Theo Maxlop thì lực dính cứng chỉ tồn tại ở ñất nguyên dạng cứng.

S
W

P

M
ẫ
u nguyên dạng

C
W

∑
W

C
C

Mẫu chế bị

Hình 1.2. Kết quả cắt mẫu xác ñịnh lực dính cứng
- Phương pháp cắt theo bản phẳng:

Cắt mẫu cứng nguyên dạng, sau ñó ép lại, ñể mẫu hồi phục và cắt lần thứ hai (thời gian ñể
phục hồi mẫu khoảng 20 phút).
C
C
= C
nd
- C
bản phẳng
(1-3)
- Phương pháp trùng lặp:
+ Lần ñầu cắt mẫu nguyên dạng theo chiều từ trái sang phải
+ Cắt tiếp lần thứ 2 theo chiều ngược lại
+ Có thể cắt tiếp lần 3, 4… theo chiều ngược lại cho ñến khi biểu ñồ ổn ñịnh
- Phương pháp cắt theo ñộ ẩm:
Mẫu thí nghiệm ñược lấy với cùng một loại ñất nhưng có ñộ ẩm khác nhau.
Bảng 1-1. Lực dính thành phần của các loại ñất sét
Lực dính thành phần
Cấu trúc của ñất ðộ sệt B
C
C
= %C
W
∑
W
= %C
W

B < 0 80 20
0 ÷ 0,25
70 30

0,25 ÷ 0,50
50 50
0,50 ÷ 0,75
20 80
0,75 ÷ 1,00
10 90
Tự nhiên
> 1,00 0 100
B < 0 70 30
0 ÷ 0,25
40 60
0,25 ÷ 0,50
30 70
0,50 ÷ 0,75
10 90
Nhân tạo
> 0,75 0 100
6

Trong các phương pháp trên thì thực tế thường sử dụng phương pháp cắt theo bản phẳng vì thí
nghiệm ñơn giản, trên cùng một mẫu và cho kết quả khá chính xác.
Khi không có ñiều kiện tiến hành thí nghiệm, có thể tham khảo các số liệu trong bảng 1-1 ñể
sử dụng trong thiết kế.
Hiện tượng hấp thụ: là khả năng hút nước từ môi trường xung quanh và giữ lại trên chúng
những vật chất khác nhau: cứng, lỏng và khí, những ion, phân tử và các hạt keo. Sự hấp thụ
của ñất sét có bản chất phức tạp và thường gồm một số quá trình xảy ra ñồng thời.
Tính dẻo: là một trong những ñặc ñiểm quan trọng của ñất sét. Tính chất này biểu thị sự lưu
ñộng của ñất sét ở một ñộ ẩm nào ñó khi chịu tác dụng của ngoại lực và chứng tỏ rằng về mức
ñộ biến dạng, ñất sét chiếm vị trí trung gian giữa thể cứng và thể lỏng hoặc chảy nhớt. ðộ dẻo
phụ thuộc vào nhiều nhân tố: mức ñộ phân tán và thành phần khoáng vật của ñất, thành phần

và ñộ khoáng hoá của dung dịch nước làm bão hòa ñất.
Gradien ban ñầu: ñất sét có ñặc tính thẩm thấu khác thường: chỉ cho nước thấm qua khi
gradien cột nước vượt quá một trị số nhất ñịnh nào ñó. Trị số ñó gọi là gradien ban ñầu.
Gradien ban ñầu là ñộ chênh lệch tối thiểu nào ñó của áp lực cột nước, mà thấp hơn nó tốc ñộ
thấm giảm xuống nhiều, rất bé và có thể coi như không thấm nước.
ðặc ñiểm biến dạng: biến dạng của ñất sét yếu do bản chất mối liên kết giữa các hạt của
chúng quyết ñịnh. Có thể chia biến dạng của ñất sét yếu ra các loại sau ñây:
+ Biến dạng khôi phục: bao gồm biến dạng ñàn hồi và biến dạng cấu trúc hấp phụ
+ Biến dạng dư: chỉ gồm biến dạng cấu trúc.
Biến dạng của ñất sét yếu là do sự phá hoại các mối liên kết cấu trúc và biến dạng các màng
hấp phụ của nước liên kết gây nên. Các loại biến dạng chủ yếu của ñất sét yếu là biến dạng
cấu trúc và biến dạng cấu trúc hấp phụ.
Tính chất lưu biến: ñất sét là một môi trường dẻo-nhớt. Chúng có từ biến và có khả năng
thay ñổi ñộ bền khi tải trọng tác dụng lâu dài. Khả năng này gọi là tính chất lưu biến.
Hiện tượng dão trong ñất sét yếu liên quan ñến sự ép thoát nước tự do khi nén chặt. Do vậy
hiện tượng này liên quan ñến sự thay ñổi mật ñộ kết cấu của ñất do kết quả chuyển dịch các
hạt và các khối lên nhau, cũng như những thay ñổi trong sự ñịnh hướng của các hạt và các
khối ñó với phương tác dụng của tải trọng.
1.2.2.2. ðất cát yếu
Cát ñược thành tạo ở biển hoặc vũng, vịnh. Về thành phần khoáng vật, cát chủ yếu là thạch
anh, ñôi khi có lẫn tạp chất. Cát gồm những hạt có kích thước 0,05 ÷ 2mm.
Cát ñược coi là yếu khi cỡ hạt thuộc loại nhỏ, mịn trở xuống, ñồng thời có kết cấu rời rạc, ở
trạng thái bão hòa nước, có thể bị nén chặt và hóa lỏng ñáng kể, chứa nhiều di tích hữu cơ và
l
ẫn sét. Những loại cát ñó khi chịu tác dụng rung hoặc chấn ñộng thì trở thành trạng thái lỏng
nhớt, gọi là cát chảy.
7

ðặc ñiểm quan trọng nhất của cát là bị nén chặt nhanh, có ñộ thấm nước rất lớn. Khi cát gồm
những hạt nhỏ, nhiều hữu cơ và bão hòa nước thì chúng trở thành cát chảy, hiện tượng này

ñôi khi rất nguy hiểm cho công trình và cho công tác thi công phần ngầm của công trình. Cần
lưu ý hai hiện tượng nguy hiềm thường xảy ra ñối với ñất cát yếu là hiện tượng biến loãng và
cát chảy.
1.2.2.3. Bùn, than bùn và ñất than bùn
Bùn là những trầm tích hiện ñại, ñược thành tạo chủ yếu do kết quả tích lũy các vật liệu phân
tán mịn bằng cơ học hoặc hoá học ở ñáy biển, ñáy hồ, bãi lầy… Bùn chỉ liên quan với các chỗ
chứa nước, là các trầm tích mới lắng ñọng, no nước và rất yếu về mặt chịu lực. Theo thành
phần hạt, bùn có thể là cát pha sét, sét pha cát, sét và cũng có thể là cát, nhưng chỉ là cát hạt
nhỏ trở xuống.
ðộ bền của bùn rất nhỏ, vì vậy việc phân tích sức chống cắt thành lực ma sát và lực dính là
không hợp lý. Sức chống cắt của bùn phụ thuộc vào tốc ñộ phát triển biến dạng. Góc ma sát
có thể xấp xỉ bằng không. Chỉ khi bùn mất nước, mới có thể cho góc ma sát. Xây dựng các
công trình trên bùn chỉ có thể thực hiện sau khi ñã tiến hành các biện pháp xử lý nền.
Than bùn là ñất có nguồn gốc hữu cơ, thành tạo do kết quả phân hủy các di tích hữu cơ, chủ
yếu là thực vật, tại các bãi lầy và những nơi bị hóa lầy. ðất loại này chứa các hỗn hợp vật liệu
sét và cát.
Trong ñiều kiện thế nằm thiên nhiên, than bùn có ñộ ẩm cao 85 ÷ 95% hoặc cao hơn tùy theo
thành phần khoáng vật, mức ñộ phân hủy, mức ñộ thoát nước…
Than bùn là loại ñất bị nén lún lâu dài, không ñều và mạnh nhất. Không thể thí nghiệm nén
than bùn với mẫu có chiều cao thông thường là 15 ÷ 20cm, mà phải từ 40 ÷50cm.
Khi xây dựng ở những vùng ñất than bùn, cần áp dụng các biện pháp gia cố: làm ñai cốt thép,
khe lún, cắt nhà thành từng ñoạn cứng riêng rẽ, ñóng cọc, ñào hoặc thay một phần than bùn.
1.2.2.4. ðất ñắp
Loại ñất này ñược tạo nên do tác ñộng của con người. ðặc ñiểm của ñất ñắp là phân bố ñứt
ñoạn và có thành phần không thuần nhất.
Theo thành phần có thể chia thành 4 loại sau:
+ ðất gồm hỗn hợp các chất thải của sản xuất công nghiệp và xây dựng.
+ ðất hỗn hợp các chất thải của sản xuất và rác thải sinh hoạt.
+ ðất của các nền ñắp trên cạn và khu ñắp dưới nước (ñể tạo bãi).
+ ðất thải bên trong và bên ngoài các mỏ khoáng sản.

Các loại ñất ñắp hầu hết ñều phải có biện pháp xử lý trước khi xây dựng công trình.
1.1.3. C
ường ñộ chống cắt của ñất yếu
ðối với ñất, cường ñộ kháng cắt (chống trượt) là ñặc trưng cơ bản của ñộ bền. Sự phá hoại
của ñất xảy ra trong một tương quan xác ñịnh giữa các ứng suất chính, do hiện tượng trượt
8

của một phân tố ñất này trên phân tố ñất kia theo một mặt phẳng mà trên ñó ứng suất tiếp vượt
quá cường ñộ chống cắt của ñất. Trong trường hợp cân bằng giới hạn của ñất, chúng ta có mối
quan hệ giữa các thành phần ứng suất như sau:
C
+
=
φ
σ
τ
tan (1-4)
Trong ñó: σ là ứng suất pháp
φ là góc nội ma sát (góc ma sát trong)
C là lực dính của ñất.

c

O

S

σ

τ

c.cotg
φ


Hình 1.3. ðiều kiện cân bằng giới hạn của Coulomb
Hình 1.3 giới thiệu ñiều kiện cân bằng giới hạn của Coulomb thỏa mãn ñiều kiện ở trên. ðó là
hai nửa ñường thẳng xuất phát từ ñiểm S của trục Oσ và tạo với trục này một góc φ, và cắt
trục Oτ tại giá trị lực dính C. Khi lực dính bằng không (ñất rời), các nửa ñường thẳng này ñi
qua gốc tọa ñộ và khi ñó tiêu chuẩn bền là:
φ
σ
τ
tan
=
.
Nếu lực dính khác không thì ñất thuộc loại ñất dính và cường ñộ chống cắt của nó phụ thuộc
vào lực dính và góc nội ma sát của nó. Với loại ñất dính bão hòa nước, cường ñộ chống cắt
ñược biểu diễn bằng công thức sau:
(
)
Cu +−=
φστ
tan
(1-5)
Trong ñó: u là áp lực nước lỗ rỗng
(σ - u) là ứng suất tiếp xúc giữa các hạt ñất hay còn gọi là ứng suất hữu hiệu.
Tùy theo phương pháp thí nghiệm nén ba trục ñể xác ñịnh cường ñộ chống cắt có hoặc không
ño áp lực nước lỗ rỗng trong ñất sẽ ñược các giá trị cường ñộ chống cắt khác nhau.
Thí nghiệm không thoát nước - UU (Unconsolidated - Undrained triaxial compression test)

Thí nghiệm này ñược thực hiện không ño áp lực nước lỗ rỗng và ñược áp dụng với các mẫu
ñất bão hòa nước. Do không biết áp lực nước lỗ rỗng nên cường ñộ chống cắt ñược biểu thị
theo các ứng suất tổng:
uu
C+=
φστ
tan là ứng suất cắt trên mặt phá hoại lúc mẫu ñất bị
trượt. Ở ñây chúng ta có φ
u
= 0 ñặc trưng cho các thí nghiệm không thoát nước trên mẫu ñất
bão hòa n
ước. Như vậy, thí nghiệm không thoát nước dẫn ñến việc xác ñịnh một lực dính biểu
kiến C
u
(C
undrained
). Lực dính trong trường hợp này bằng một nửa lực dọc trục làm mẫu bị phá
hoại: C
u
= 0,5(σ
1
- σ
3
).
9

Thí nghiệm không thoát nước sau khi cố kết - CU (Consolidated - Undrained triaxial
compression test with measurement of pore pressure)
Trong thí nghiệm này mẫu ñất ñược cố kết dưới áp lực σ
r

, sau khi cố kết xong (khi áp lực lỗ
rỗng ñã biến mất) thì tiến hành ngay thí nghiệm cắt không thoát nước và kết hợp ño áp lực lỗ
rỗng phát triển trong quá trình cắt này. Cường ñộ chống cắt trong trường hợp này có thể tính
theo ứng suất tổng hoặc theo ứng suất hữu hiệu:
cu
C+=
φστ
tan theo ứng suất tổng (1-6)
'''
tan
cu
C+=
φστ
theo ứng suất hữu hiệu (1-7)
Với ñất sét cố kết bình thường luôn có
cucu
φφ
>
'
, còn ñối với ñất sét quá cố kết thì
'
cu
φ
có giá
trị lớn hơn hoặc thấp hơn so với
cu
φ
nhưng
'
cucu

CC > .
Thí nghiệm thoát nước - CD (Consolidated - Drained triaxial compression test with
measurement of volume change)
Cũng giống như thí nghiệm cố kết không thoát nước (CU), khi làm thí nghiệm cố kết thoát
nước (CD), các mẫu ñất phải ñược cố kết trước rồi sau ñó ñược cắt với tốc ñộ chậm sao cho
không xuất hiện áp lực lỗ rỗng ở trong mẫu lúc bị phá hoại. Như vậy, về nguyên tắc trong mọi
thời ñiểm luôn có ứng suất tổng bằng ứng suất hữu hiệu:
'''
tan C+=
φστ
hoặc
''
tan
dd
C+=
φστ
hoặc
dd
C+=
φστ
tan
'
(1-8)
Từ ñây có thể tính lực dính và góc nội ma sát theo kết quả thí nghiệm thoát nước (ký hiệu d).
Ngoài ra, trong thực tế xây dựng hiện nay, người ta còn xác ñịnh sức kháng cắt của ñất theo
ñộ ẩm - ñộ chặt của ñất:
ww
C+=
φστ
tan

Trong ñó
w
φ
và
w
C là góc ma sát trong và lực dính kết của ñất phụ thuộc vào ñộ lún w hay ñộ
chặt của ñất (xác ñịnh theo hệ số rỗng e của ñất).
1.1.4. Các ñặc trưng nén lún trong phòng thí nghiệm
Khi nén ñất trong hộp cứng hoặc nén bằng tải trọng phân bố ñều trên một diện tích tương ñối
lớn, ñất nền không có khả năng biến dạng theo phương ngang mà chỉ biến dạng theo phương
thẳng ñứng, gọi là lún (Hình 1.4). Trường hợp nén ñất như thế này gọi là nén lún hoặc nén ép.
Trong nén lún, biến dạng xảy ra do sự giảm thể tích lỗ rỗng của ñất (nén chặt).


q
h
q

a) Nén trong hộp cứng b) Nén tải trọng phân bố ñều, liên tục

HìnH 1.4. Sơ ñồ nén lún ñất
10

Hình 1.5 là ñường cong nén lún ñối với mẫu ñất nguyên dạng (a) và ñối với mẫu ñất có kết
cấu bị phá hoại (b). Với kết cấu không bị phá hoại, nhánh nén lúc ñầu có dạng ñường thẳng
(khi tải trọng nén chưa vượt quá ñộ bền kết cấu của ñất σ
c
) sau ñó là ñường cong. ðiều này
chứng tỏ sự nén chặt của ñất chỉ bắt ñầu phát triển khi tải trọng nén lún lớn hơn σ
c

. Biến dạng
của mẫu ñất khi tải trọng nhỏ hơn σ
c
là biến dạng ñàn hồi.

0

σ

σ
r

e

1

2

α

σ

e

0

M
1

M

2

σ
2

σ
1

e
1

e
2

a)

b
)

1

2


Hình 1.5. ðường nén lún của mẫu ñất nguyên dạng a) và mẫu ñất có kết cấu bị phá hoại b)
1.Nhánh nén, 2.Nhánh nở
ðể ñánh giá tính nén lún của ñất thường dùng hệ số nén lún (m
v
). Trên ñường cong nén lún
(hình 1.5.b), lấy hai ñiểm M

1
và M
2
gần nhau bất kỳ, ñường thẳng qua M
1
và M
2
tạo với
phương nằm ngang một góc α, chúng ta có:
σ
α
∆
∆
=
e
tan (1-9)
N
ế
u thay tanα = a; ∆e = e
1
– e
2
; ∆σ = σ
2
- σ
1
vào (1-9) thì nh
ậ
n
ñượ

c:
12
21
σσ
−
−
=
ee
a
(1-10)
Trong
ñ
ó: e
1
là h
ệ
s
ố
r
ỗ
ng c
ủ
a
ñấ
t
ứ
ng v
ớ
i áp l
ự

c ban
ñầ
u σ
1

e
2
là h
ệ
s
ố
r
ỗ
ng c
ủ
a
ñấ
t sau khi t
ă
ng áp l
ự
c lên σ
2

∆σ = σ
2
- σ
1
là áp l
ự

c nén ch
ặ
t c
ủ
a
ñấ
t, daN/cm
2

a là h
ệ
s
ố
nén lún, cm
2
/daN.
Nh
ư
v
ậ
y h
ệ
s
ố
nén ép
ñặ
c tr
ư
ng cho quá trình ng
ượ

c gi
ữ
a s
ự
gi
ả
m
ñộ
r
ỗ
ng v
ớ
i s
ự
t
ă
ng t
ả
i
tr
ọ
ng. N
ế
u bi
ế
n thiên c
ủ
a áp l
ự
c là vô cùng nh

ỏ
thì:
de = -a.dσ (1-11)
ð
ây là ph
ươ
ng trình r
ấ
t quan tr
ọ
ng dùng làm c
ơ
s
ở
cho m
ộ
t s
ố
lý thuy
ế
t c
ơ
b
ả
n trong c
ơ
h
ọ
c
ñấ

t nh
ư
: nguyên lý bi
ế
n d
ạ
ng tuy
ế
n tính, ph
ươ
ng trình vi phân c
ố
k
ế
t th
ấ
m và
ñượ
c g
ọ
i là
ñị
nh
11

luật nén ép của ñất. Hệ số a là một trong những ñặc trưng nén ép quan trọng, biểu thị ñịnh
lượng tính nén ép của ñất.
Bảng 1-2. Hệ số nén lún và ñặc trưng của ñất
Hệ số nén lún a, cm
2

/daN Tính nén ép của ñất
< 0,001 Thực tế không có tính nén ép
0,001 ÷ 0,005
Tính nén lún nhỏ
0,005 ÷ 0,01
Tính nén lún vừa
0,01 ÷ 0,1
Tính nén lún lớn
> 0,1 Tính nén lún rất lớn
Quan hệ giữa biến dạng tương ñối ε
x
, ε
y
, ε
z
và các ứng suất tương ứng σ
x
, σ
y
, σ
z
cùng các ñặc
trưng biến dạng khác ñược viết như sau:
( )
[ ]
( )
[ ]
( )
[ ]










+−=
+−=
+−=
yxz
o
z
zxy
o
y
zyx
o
x
E
E
E
σσνσε
σσνσε
σσνσε
1
1
1
(1-12)

Trong ñó: E
o
là mô ñun biến dạng của ñất, daN/cm
2
; ν là hệ số Poisson của ñất.
Khi nén ñất trong ñiều kiện không nở hông, áp lực ngang q sẽ tăng dần theo sự tăng của áp
lực thẳng ñứng σ. Tỉ số q/σ gọi là hệ số áp lực hông, ký hiệu là λ. Khi nén ñất trong ñiều kiện
không nở hông thì:
λσσσσσεεε
====
∆
=== q
h
h
yxzzyx
;;;0 (1-13)
T
ừ
(1-12), có th
ể
vi
ế
t:
h
h
E
o
z
∆
=









−
−=
ν
νσ
ε
1
2
1
2
(1-14)
hay:
β
σ
o
Eh
h
=
∆
(1-15)
Trong
ñ
ó: E

o
là mô
ñ
un bi
ế
n d
ạ
ng
ñượ
c tính theo công th
ứ
c:
β
v
o
m
e
E
1
1+
=
(1-16)
β
là h
ệ
s
ố
không th
ứ
nguyên, tính theo công th

ứ
c:
ν
ν
β
−
−=
1
2
1
2
ho
ặ
c
λ
λ
λ
β
+
+
−
=
1
)21)(1(
(1-17)
12

Hệ số nở hông (ν) và hệ số áp lực hông (λ) có mối quan hệ:
λ
λ

ν
ν
ν
λ
+
=
−
=
1
;
1
(1-18)
E
o
, a và ν là các ch
ỉ
tiêu bi
ế
n d
ạ
ng c
ủ
a
ñấ
t, th
ườ
ng
ñượ
c xác
ñị

nh b
ằ
ng ph
ươ
ng pháp nén lún
trong phòng ho
ặ
c thí nghi
ệ
m bàn nén hi
ệ
n tr
ườ
ng.
1.1.5. Các phương pháp thí nghiệm ñịa kỹ thuật ở hiện trường
Thí nghiệm xuyên tĩnh
có th
ể

ñượ
c th
ự
c hi
ệ
n
ñể
làm rõ tính
ñồ
ng nh
ấ

t c
ủ
a
ñị
a t
ầ
ng,
ñặ
c tính
bi
ế
n d
ạ
ng và s
ứ
c ch
ị
u t
ả
i c
ủ
a
ñấ
t n
ề
n, d
ự
tính s
ứ
c ch

ị
u t
ả
i c
ủ
a c
ọ
c
ñơ
n.v.v Thí nghi
ệ
m
ñượ
c
th
ự
c hi
ệ
n trong các l
ớ
p
ñấ
t dính và
ñấ
t r
ờ
i không ch
ứ
a cu
ộ

i s
ỏ
i. M
ụ
c
ñ
ích c
ủ
a thí nghi
ệ
m này
là cung c
ấ
p thêm các thông tin
ñể
thi
ế
t k
ế
và thi công các ph
ầ
n ng
ầ
m có
ñộ
sâu không l
ớ
n.
Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT
là thí nghi

ệ
m xuyên
ñộ
ng
ñượ
c th
ự
c hi
ệ
n trong h
ố
khoan,
ñượ
c dùng làm c
ơ
s
ở

ñể
phân chia các l
ớ
p
ñấ
t
ñ
á, xác
ñị
nh
ñộ
ch

ặ
t c
ủ
a
ñấ
t lo
ạ
i cát, tr
ạ
ng thái
c
ủ
a
ñấ
t lo
ạ
i sét, xác
ñị
nh v
ị
trí l
ớ
p
ñấ
t
ñặ
t m
ũ
i c
ọ

c, tính toán kh
ả
n
ă
ng ch
ị
u t
ả
i c
ủ
a c
ọ
c, c
ũ
ng
nh
ư
thi
ế
t k
ế
móng nông… Thí nghi
ệ
m này còn
ñượ
c dùng
ñể
xác
ñị
nh chi

ề
u sâu d
ừ
ng kh
ả
o
sát,
ñ
ánh giá kh
ả
n
ă
ng hoá l
ỏ
ng c
ủ
a
ñấ
t lo
ạ
i cát bão hoà n
ướ
c.
Thí nghiệm cắt cánh

ñượ
c th
ự
c hi
ệ

n trong các l
ớ
p
ñấ
t có tr
ạ
ng thái t
ừ
d
ẻ
o m
ề
m
ñế
n ch
ả
y, trong
h
ố
khoan
ñể
xác
ñị
nh s
ứ
c kháng c
ắ
t không thoát n
ướ
c c

ủ
a
ñấ
t, cung c
ấ
p thêm các thông tin cho
vi
ệ
c thi
ế
t k
ế
và thi công các công trình ng
ầ
m có
ñộ
sâu không l
ớ
n.
Thí nghiệm nén ngang
trong h
ố
khoan
ñượ
c s
ử
d
ụ
ng cho các l
ớ

p
ñấ
t r
ờ
i và
ñấ
t dính và th
ự
c
hi
ệ
n
ñượ
c
ở
các
ñộ
sâu khác nhau
ñể
xác
ñị
nh
ñặ
c tính bi
ế
n d
ạ
ng và mô
ñ
un bi

ế
n d
ạ
ng ngang
c
ủ
a
ñấ
t
ñ
á.
Thí nghiệm ép nước
trong h
ố
khoan
ñượ
c dùng
ñể
xác
ñị
nh tính th
ấ
m n
ướ
c, kh
ả
n
ă
ng h
ấ

p th
ụ

n
ướ
c c
ủ
a
ñ
á g
ố
c n
ứ
t n
ẻ
. B
ả
n ch
ấ
t c
ủ
a ph
ươ
ng pháp thí nghi
ệ
m là cách ly t
ừ
ng
ñ
o

ạ
n h
ố
khoan
b
ằ
ng các nút chuyên môn, sau
ñ
ó ép n
ướ
c vào các
ñ
o
ạ
n
ñấ
t
ñ
á cách ly v
ớ
i các ch
ế

ñộ
áp l
ự
c
ñị
nh tr
ướ

c.
Thí nghiệm hút nước
t
ừ
h
ố
khoan nh
ằ
m xác
ñị
nh l
ư
u l
ượ
ng, h
ệ
s
ố
th
ấ
m, k
ể
c
ả
c
ủ
a
ñấ
t
ở

thành h
ố
móng,
ñộ
d
ố
c thu
ỷ
l
ự
c và kh
ả
n
ă
ng có th
ể
sinh ra áp l
ự
c thu
ỷ

ñộ
ng… ph
ụ
c v
ụ
cho
công tác thi
ế

t k
ế
ch
ố
ng gi
ữ
và ch
ố
ng th
ấ
m cho thành và
ñ
áy h
ố
móng, công tác thi
ế
t k
ế
thi
công h
ạ
m
ự
c n
ướ
c ng
ầ
m
Quan tr
ắ

c n
ướ
c
ñể
xác
ñị
nh ch
ế

ñộ
bi
ế
n
ñổ
i m
ự
c n
ướ
c d
ướ
i
ñấ
t trong khu v
ự
c kh
ả
o sát. Ch
ế

ñộ

n
ướ
c trong
ñấ
t
ñượ
c
ñ
o b
ằ
ng hai lo
ạ
i thí nghi
ệ
m:
-
ð
o m
ự
c n
ướ
c t
ĩ
nh (
ố
ng standpipe): chi
ề
u sâu
ñặ
t

ố
ng < 15m nh
ằ
m cung c
ấ
p các thông tin v
ề

ch
ế

ñộ
n
ướ
c m
ặ
t.
Ố
ng
ñ
o n
ướ
c cho phép th
ấ
m vào bên trong trên toàn b
ộ
chi
ề
u dài. Các k
ế

t
qu
ả

ñ
o
ñượ
c s
ử
d
ụ
ng cho vi
ệ
c thi
ế
t k
ế
thi công h
ố

ñ
ào, t
ườ
ng t
ầ
ng h
ầ
m ,
ñề
xu

ấ
t bi
ệ
n pháp
làm khô
ñ
áy móng cho vi
ệ
c thi công.
-
ð
o áp l
ự
c n
ướ
c theo
ñộ
sâu (
ố
ng piezometer):
ñộ
sâu
ñặ
t
ñầ
u
ñ
o ph
ụ
thu

ộ
c vào c
ấ
u t
ạ
o
ñị
a
t
ầ
ng và v
ị
trí t
ầ
ng ch
ứ
a n
ướ
c. Các k
ế
t qu
ả

ñ
o
ñượ
c s
ử
d
ụ

ng cho vi
ệ
c thi
ế
t k
ế
thi công c
ọ
c
13

nhồi, tường trong ñất, các giải pháp thi công theo công nghệ ướt (chọn công nghệ thi công
thích hợp).
Thí nghiệm xác ñịnh ñiện trở của ñất: ñược thực hiện trong lòng hố khoan theo ñộ sâu ñể
cung cấp các thông số thiết kế chống sét và tiếp ñất.
Trong một số trường hợp cần xác ñịnh tầng hoặc túi chứa khí trong ñất có khả năng gây
nhiễm ñộc hoặc cháy nổ khi khoan cọc nhồi hoặc ñào hố móng sâu.
Khi khảo sát phục vụ cho thiết kế kỹ thuật và lập bản vẽ thi công móng cọc, tiến hành công
tác thí nghiệm nén tĩnh ñể xác ñịnh sức chịu tải của cọc ñơn và các phương pháp khác ñể
kiểm tra chất lượng cây cọc. Khối lượng và các yêu cầu kỹ thuật phải tuân thủ theo các tiêu
chuẩn hiện hành có liên quan.

1.2. Các vấn ñề ñặt ra khi xây dựng trên nền ñất yếu
ðể công trình có thể tồn tại lâu dài, ñảm bảo an toàn cho người sử dụng, bên cạnh những yếu
tố quan trọng về kĩ thuật thi công, vật liệu, …thì chất lượng ñất cũng là một yếu tố quyết ñịnh.
Nền ñất vững mới có thể giúp công trình tồn tại vững chãi với thời gian, chịu ñược thiên tai.
Khi xây dựng công trình trên nền ñất yếu thì vấn ñề lún là nguyên nhân chính gây ra các hậu
quả về sự cố của công trình. Lún là công trình bị chuyển vị thẳng ñứng từ trên xuống dưới của
ñất nền, kéo theo móng và cả bản thân công trình. Lún xảy ra do sự nén chặt của ñất nền dưới
tác dụng của trọng lượng toàn bộ công trình. Lún lệch hay còn gọi lún tương ñối là chuyển vị

thẳng ñứng không ñều dẫn ñến chuyển vị ngang gây nghiêng nhà. Nói chung tất cả các công
trình xây dựng ñều bị lún, miễn trong giới hạn.
Có nhiều nguyên nhân gây lún, trong ñó có 2 nguyên nhân chính thông thường nhất:
• Do công trình ñược ñặt trên nền ñất có sự chênh lệch về ñịa tầng làm cho khả năng
chịu lực của 2 miền này khác nhau, có nghĩa là gây ra ñộ lún khác nhau, dẫn ñến có
thể gây nứt hoặc xé tường.
• Do công trình có 2 khối khác nhau rõ rệt về trọng lượng, trường hợp này cũng gây lún
lệch. ðể giải quyết vấn ñề này người ta cắt khe lún ñể giảm bớt ảnh hưởng lún của
phần này ñến phần kia.
Vì vậy khi xây dựng công trình trên nền ñất yếu cần phải có các giải pháp xử lý nền ñất phù
hợp ñể nhằm làm tăng khả năng làm việc của ñất nền cũng như của công trình xây dựng, ñảm
bảo cho công trình làm việc an toàn, hiệu quả.

14

CHƯƠNG 2. NGHIÊN CỨU VỀ ỔN ðỊNH VÀ LÚN CỦA NỀN ðẤT YẾU

2.1. Ổn ñịnh của nền
Ổn ñịnh (ñộ bền) của nền ñất là khả năng chịu tải mà không bị phá hoại của nền ñất khi chịu
tác dụng của tải trọng bản thân nền ñất và các tải trọng ngoài. ðộ bền của ñất tại một ñiểm
phân bố bất kỳ trong nền ñất ñược xác ñịnh bằng ñại lượng sức chống cắt của ñất theo biểu
thức sau:
www
C+=
φστ
tan (2-1)
Trong ñó: σ là ứng suất pháp do tải trọng bản thân của ñất và tải trọng ngoài gây ra
φ
w
và C

w
là góc nội ma sát và lực dính của ñất phụ thuộc vào thành phần, trạng
thái và ñặc biệt là ñộ chặt và ñộ ẩm của ñất (w).
Như vậy ñộ bền của ñất ñược tạo bởi lực ma sát (σtanφ
w
) và lực dính (C
w
) của ñất. ðất có góc
nội ma sát là lực dính càng lớn thì ñộ bền và khả năng chịu tải của nó càng lớn và ngược lại.
Theo Terzaghi, sức chống cắt của ñất dính bão hòa nước hoàn toàn trong quá trình cố kết
ñược xác ñịnh theo biều thức sau:
''
tan)( cu +−=
φστ
(2-2)
Trong ñó: σ là ứng suất nén toàn bộ; u là áp lực nước lỗ rỗng; φ
’
và c
’
là góc nội ma sát và lực
dính của ñất ứng với thời ñiểm ñất kết thúc quá trình cố kết dưới áp suất nén hiệu quả (σ-u).
ðộ ổn ñịnh của ñất trên một diện nào ñó phụ thuộc vào tương quan giữa sức chống cắt của ñất
(τ
fw
) và ứng lực cắt do tải trọng gây ra (τ). Tuy nhiên, không phải là trên mặt cắt nào có τ
max

thì ñó là mặt cắt nguy hiểm nhất. Tại mặt cắt có τ = τ
fw
thì ñó là mặt nguy hiểm nhất của ñiểm

phân tố. Từ ñó ñộ ổn ñịnh của ñất tại một ñiểm phân tố ñược ñánh giá theo ñiều kiện sau:
θ
max
< φ
w
: ñiểm ñang xét ở trạng thái ổn ñịnh
θ
max
= φ
w
: ñiểm ñang xét ở trạng thái cân bằng giới hạn
θ
max
> φ
w
: ñiểm ñang xét ở trạng thái mất ổn ñịnh (bị phá hoại).
Trong ñó θ
max
ñược xác ñịnh theo biểu thức sau:
ww
CZ
φγσσ
σσ
θ
tan22
sin
21
21
max
+++

−
=
(2-3)
Với σ
1
và σ
2
là các ứng suất chính lớn nhất và nhỏ nhất của ñiểm phân tố ñang xét do tải
trọng ngoài gây ra; γ là trọng lượng thể tích của ñất; Z là ñộ sâu của ñiểm phân tố ñang xét.
Khi tính toán ổn ñịnh nền ñất thường kiểm tra ñiều kiện làm việc của nền ñất theo trạng thái
giới hạn thứ nhất.

15

2.2. Biến dạng của nền ñất yếu
Biến dạng của nền ñất thường ñược xem xét chủ yếu là các biến dạng theo phương thẳng
ñứng hay còn gọi là ñộ lún khi chịu tải trọng. ðộ lún của ñất dưới tác dụng của tải trọng do
các loại biến dạng chủ yếu sau ñây gây ra:
+ Biến dạng do nén chặt: do các hạt rắn dịch chuyển lại gần nhau dưới tác dụng của các ứng
suất pháp tuyến, cho nên biến dạng nén chặt là loại biến dạng làm thu hẹp các lỗ rỗng trong
ñất, làm giảm thể tích của ñất. Thông thường, biến dạng nén chặt ñóng vai trò chủ yếu nhất so
với các loại biến dạng khác ở trong ñất, nó làm tăng góc nội ma sát và lực dính của ñất, do ñó
làm tăng ñộ bền, sức chịu tải và ổn ñịnh của ñất. ðối với ñất sét bão hòa nước, biến dạng nén
chặt có thể kéo dài hàng trăm năm trong sự phụ thuộc vào tốc ñộ ép ñẩy nước ra khỏi ñất. Khả
năng phục hồi biến dạng nén chặt (khi dỡ tải) rất nhỏ và gradien thấm thoát ban ñầu của ñất
ñã tăng cao do nén chặt ñất.
+ Biến dạng ñàn hồi: do ñộ ñàn hồi của tập hợp kết cấu hạt rắn, của các loại nước và khí
trong ñất. Biến dạng ñàn hồi thường xảy ra trong giây lát khi có tác dụng của tải trọng và có
khả năng phục hồi hoàn toàn nếu như ñộ chặt của ñất không ñổi. Trong thực tế, khi ñất chưa
ñạt tới ñộ chặt - ñộ ẩm tốt nhất, dưới tác dụng của tải trọng, biến dạng ñàn hồi thường xảy ra

kèm theo biến dạng nén chặt. Biến dạng ñàn hồi của ñất thường có trị số rất nhỏ so với biến
dạng nén chặt.
+ Biến dạng từ biến: ở ñây sẽ xem xét ñến biến dạng từ biến tạo ra nén lún trong ñất trong
giai ñoạn cố kết thứ 2 của ñất. Trong giai ñoạn này quá trình ép ñẩy nước ra khỏi ñất ñã
ngưng lại do tương quan giữa gradien nén và gradien ban ñầu trong ñất. Trong trường hợp
này, biến dạng từ biến nén lún của ñất xảy ra dưới tác dụng của tải trọng bản thân ñất và tải
trọng ngoài chủ yếu là do sự tăng cao ñộ chặt của các màng nước liên kết xung quanh các hạt
rắn, do ñó làm tăng cao theo thời gian ñộ nhớt (η) của ñất. ðể ñơn giản việc tính toán và cũng
là phù hợp với yêu cầu thực tế xây dựng hiện nay, chúng ta sẽ xét ñến loại biến dạng từ biến
nén lún tuyến tính tuân theo quy luật từ biến tuyến tính:
ησ
.
e= (2-4)
Trong ñó: σ là ứng suất nén pháp tuyến tác dụng trong ñất;
.
e
là tốc ñộ biến dạng từ biến nén
lún của ñất; η là ñộ nhớt của ñất.
Ngoài ra biến dạng từ biến nén lún của ñất còn do sự hóa già của các màng keo trong ñất.
Biến dạng từ biến của ñất thường xảy ra trong thời gian khá dài, hàng chục năm ñến hàng
trăm năm như ở nền của tháp Pisa (Ý), lâu ñài Lubec (ðức). Trị số biến dạng lưu biến ở nền
của hai công trình này tương ứng ñạt tới 300cm và 100cm.
Trong ba loại biến dạng nêu trên, ñáng kể là biến dạng nén chặt và biến dạng từ biến. Ngoài
ra còn có các loại biến dạng tức thời và biến dạng dẻo, nhưng các loại biến dạng này thường ít
ñược xét ñến trong thực tế.
Tính toán bi
ế
n d
ạ
ng c

ủ
a n
ề
n
ñấ
t y
ế
u là ki
ể
m tra
ñ
i
ề
u ki
ệ
n làm vi
ệ
c
c
ủ
a nó theo tr
ạ
ng thái gi
ớ
i h
ạ
n th
ứ
hai.
16

2.3. Các giải pháp xây dựng công trình trên nền ñất yếu
Với các ñặc ñiểm của ñất yếu như ñã ñược trình bày ở các phần trước, muốn xây dựng công
trình trên nền ñất này thì phải có các biện pháp kỹ thuật ñể cải tạo tính chất của nền ñất trước
khi tiến hành xây dựng công trình. Nền ñất sau khi xử lý, cải tạo ñược gọi là nền ñất nhân tạo.
Việc xử lý khi xây dựng công trình trên nền ñất yếu phụ thuộc vào nhiều ñiều kiện như: ñặc
ñiểm công trình, ñặc ñiểm của nền ñất…. Trong từng ñiều kiện cụ thể mà người thiết kế ñưa
ra các biện pháp xử lý thích hợp. Hiện nay ñể xử lý nền ñất yếu phục vụ cho việc xây dựng
các công trình, thường có các nhóm giải pháp như sau:
• Các giải pháp xử lý về kết cấu công trình: chọn kiểu kết cấu ít nhạy lún, làm khe lún,
làm giằng bê tông cốt thép; dự trữ ñộ cao bằng ñộ lún dự kiến của công trình. Lựa
chọn ñộ sâu chôn móng và kích thước móng hợp lý, sử dụng vật liệu, các lớp cách
nước ngăn ngừa nước dâng mao dẫn theo các khe hở trong ñất.
• Các giải pháp xử lý về móng công trình: ñể cải thiện thành phần, trạng thái của ñất,
từ ñó làm cho các tính chất cơ học, vật lý của ñất nền ñáp ứng ñược yêu cầu trong xây
dựng. ðể làm tăng ñộ bền và làm giảm ñộ nén lún của ñất, có thể chọn những giải
pháp làm giảm ñộ rỗng hoặc tăng lực dính. Trong một số trường hợp khác, mục ñích
của gia cố là làm cho ñất ñá từ chỗ thấm nước trở thành cách nước.
• Các giải pháp xử lý về nền công trình: Lựa chọn các giải pháp về móng cho phù hợp
như : móng ñơn, móng băng (1 hoặc 2 phương), móng bè, móng cọc, … tùy theo tải
trọng tác dụng và ñặc ñiểm của công trình, từng loại ñất cụ thể.
Chi tiết từng nhóm giải pháp sẽ ñược trình bày chi tiết trong chương tiếp theo.


17

CHƯƠNG 3. CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN KHI XÂY DỰNG
TRÊN NỀN ðẤT YẾU

3.1. Các giải pháp kết cấu khi xây dựng công trình trên nền ñất yếu

Kết cấu công trình có thể bị phá hỏng cục bộ hoặc toàn bộ do các ñiều kiện biến dạng không
thỏa mãn như: lún hoặc lún lệch quá lớn làm cho công trình bị nghiêng, lệch, ñổ…hoặc do áp
lực tác dụng lên mặt nền quá lớn trong khi nền ñất yếu, sức chịu tải bé. Các biện pháp về kết
cấu công trình nhằm làm giảm áp lực tác dụng lên mặt nền hặc làm tăng khả năng chịu lực
của kết cấu công trình.
3.1.1. Dùng vật liệu nhẹ và kết cấu nhẹ
Có thể sử dụng các loại vật liệu nhẹ, kết cấu thanh, mảnh nhưng vẫn ñảm bảo cường ñộ công
trình ñể làm giảm trọng lượng bản thân công trình, giảm ñược tĩnh tải tác dụng lên móng.
3.1.2. Lựa chọn sơ ñồ kết cấu hợp lý
Khi thiết kế các công trình trên nền ñất yếu, cần phải nắm ñược các hình thức kết cấu chịu lực
phần trên công trình cũng như tính nhạy của nó ñối với ñộ lún của nền ñất. ðộ nhạy lún của
công trình chủ yếu phụ thuộc vào ñộ cứng. Tùy theo ñộ cứng có thể phân loại kết cấu thành 3
loại như sau:
+ Loại kết cấu tuyệt ñối cứng: như ống khói, tháp nước, kết cấu khung nhiều tầng trên bản
móng liên tục, mố cầu… Loại kết cấu này có ñộ cứng không gian rất lớn do vậy công trình
không bị uốn, chỉ có khả năng lún ñều hoặc nghiêng.
ðối với kết cấu này, tính nhạy lún kém, không yêu cầu những biện pháp xử lý về phương diện
kết cấu. Trong trường hợp này, chỉ cần giảm bớt ñộ nghiêng nếu có của công trình.
+ Loại kết cấu mềm: như bản ñáy móng của các bể chứa, cống, âu thuyền và những cấu kiện
ñộc lập khớp như cột trên móng ñơn liên kết tự do với dàn hoặc dầm ngang…
Các công trình thuộc loại này có thể bị uốn cong cùng cấp với khả năng biến dạng của ñất
nền, do ñó không gây nên những nội lực phụ trong kết cấu và không ảnh hưởng ñến việc sử
dụng công trình. ðặc ñiểm của loại kết cấu này là có tính nhạy lún kém khi nền ñất biến dạng
không ñều.
+ Loại kết cấu có ñộ cứng giới hạn: như các khung siêu tĩnh trên các móng ñơn, dầm liên
tục nhiều nhịp, vòm không khớp…Các công trình thuộc loại này thường hay gặp trong thực tế
xây dựng.
Khi nền ñất có biến dạng không ñều, ñồng thời dưới ñế móng có sự phân bố lại ứng suất tiếp
xúc thì trong kết cấu móng và kết cấu chịu lực sẽ xuất hiện nội lực phụ cục bộ. Nếu kết cấu
không có khả năng tiếp thu nội lực phụ thì ở các tiết diện yếu sẽ có vết nứt. Ở những tiết diện

này,
ñộ cứng của kết cấu giảm ñáng kể. ðặc ñiểm của loại kết cấu này là có tính nhạy lún lớn
do ñó cần có những biện pháp xử lý thích hợp.
18

Các giải pháp làm giảm ñộ lún không ñều của nền ñất:
● Bố trí khe lún: là một trong những biện pháp rất có hiệu quả khi xây dựng những công
trình có tải trọng khác nhau trên nền ñất có tính nén lớn và tính nén không ñều. Khe lún phải
ñược bố trí sao cho bảo ñảm cho những bộ phận của công trình có khả năng làm việc ñộc lập,
có ñủ cường ñộ và ñộ cứng khi chịu lực, không gây ra những vết nứt khi nền ñất có biến dạng
lớn và biến dạng không ñều.
Vị trí ñặt khe lún phải căn cứ vào sự phân bố các lớp ñất dưới ñế móng và hình thức kết cấu
của công trình. Hình 3.1 giới thiệu một số cách bố trí khe lún cho công trình khi gặp nền ñất
yếu hoặc công trình có chiều dài lớn.

Lớp ñất yếu

Lớp ñất tốt

Khe lún
Lớp ñất yếu

Lớp ñất tốt

Khe lún

Hình 3.1. Sơ ñồ bố trí khe lún
Chiều rộng khe lún tùy thuộc vào tính chất biến dạng của công trình và sự phân bố lớp ñất yếu
dưới ñế móng. Chiều rộng tối thiểu của khe lún có thể tính theo công thức sau ñây:
)tan.(tan.

trp
hk
θθδ
−= (3-1)
Trong ñó: h là khoảng cách từ ñế móng ñến ñộ cao mà ở ñó xác ñịnh khe hở
k là hệ số kể ñến tính không ñồng nhất của nền, k = 1,3 ÷ 1,5
tanθ
p
là ñộ nghiêng của móng công trình phần bên phải
tanθ
tr
là ñộ nghiêng của móng công trình phần bên trái. Nếu các phần công
trình nghiêng vào nhau thì tanθ
tr
nhận giá trị âm.
Trong thực tế khe lún thường ñược chọn trong khoảng từ 2 ñến 3cm.
Trong nhiều trường hợp, khe lún ñược kết hợp với khe co dãn. Tuy nhiên, khe lún cũng gây
nhiều khó khăn phức tạp trong công tác thi công và sử dụng công trình, gây tốn kém thêm
tường, móng ngang. Vì vậy, chỉ nên làm khe lún trong những trường hợp thật cần thiết như:
+ ðất nền có tính nén lún lớn
+ Công trình có hình dạng phức tạp, tải trọng, chiều cao tầng chênh lệch lớn
+ Công trình quá dài và có khả năng xảy ra lún không ñều (thường khi công trình có chiều dài
trên 60m).
L
ưu ý rằng các tiêu chuẩn thiết kế nền móng và bê tông cố thép hiện hành ñều không quy
ñịnh khoảng cách giữa các khe lún hoặc chiều dài của khối công trình. Người thiết kế có thể
19

xem xét, quyết ñịnh tùy thuộc vào ñộ lún tổng cộng và ñộ lún lệch của các móng, loại móng
và nền ñất vị trí xây dựng công trình.

● Thay ñổi kích thước, ñộ sâu móng: sử dụng khi nền ñất có chiều dày các lớp khác nhau,
không ñồng nhất. Biện pháp này nhằm mục ñích làm cho chiều dày vùng chịu nén của lớp ñất
dưới ñế móng như nhau. Có thể thiết kế ñáy móng có chiều rộng thay ñổi làm cho biểu ñồ
phân bố ứng suất dưới ñáy móng có giá trị khác nhau tại các ñiểm dưới ñế móng. Hình 3.2 thể
hiện cấu tạo móng có chiều sâu khác nhau. Hình 3.3 mô tả ñế móng có chiều rộng thay ñổi.

Lớp ñất yếu

Lớp ñất tốt


Hình 3.2. Cấu tạo móng có chiều sâu khác nhau

Lớp ñất yếu

Lớp ñất tốt


Hình 3.3. Cấu tạo móng có chiều rộng khác nhau
● Sử dụng các loại móng hợp lý:

Lớp ñất yếu

Lớp ñất tốt


Hình 3.4. Dùng móng cọc ở những ñoạn lớp ñất yếu có chiều dày lớn
20

Dùng móng băng, móng băng giao thoa, móng bè, móng cọc… tùy theo tình hình thực tế của

công trình. Nếu chiều dày lớp ñất yếu không lớn lắm có thể dùng lớp ñệm cát hoặc ñệm các
vật liệu khác ñể thay thế. Khi chiều dày lớp ñất yếu lớn, ñể giảm bớt ñộ lún và khả năng lún
không ñều, có thể xử lý bằng móng cọc hay các phương pháp gia cố nhân tạo như cọc cát,
giếng cát…Trên hình 3.4 thể hiện những loại móng khác nhau ñược sử dụng cho công trình
trên nền ñất yếu.
3.1.3. Thiết kế giằng móng và giằng tường
Giằng móng và giằng tường có tác dụng:
+ Tiếp thu nội lực kéo xuất hiện khi lún không ñều.
+ Làm tăng thêm cường ñộ và ñộ cứng không gian của kết cấu.
Thiết kế giằng móng và giằng tường bao gồm các công việc:
+ Xác ñịnh vị trí của các giằng trong tường và móng
+ Tính toán lượng cốt thép cần thiết trong giằng.
Vị trí của các giằng phụ thuộc vào tính chất biến dạng của công trình (công trình có thể bị
vồng lên hoặc võng xuống):
+ Bố trí ở phía trên hoặc phía dưới của tường.
+ Giằng tường có thể bố trí ở cao trình ngăn giữa các tầng nhà, lanh tô cửa sổ…
ðể ñảm bảo ñộ cứng không gian, giằng nên ñược bố trí liên tục trên suốt các tường hoặc phần
móng bên dưới ñể tạo thành khung kín không gian.
Kích thước và số lượng giằng có thể xác ñịnh dựa vào tính chất không ñồng ñều của nền ñất
và ñặc tính làm việc của kết cấu công trình:
+ Khi cốt thép bố trí 1 hàng, chiều dày giằng không nhỏ hơn 75mm
+ Khi cốt thép bố trí 2 hàng, chiều dày giằng không nhỏ hơn 150mm.
Khi giằng trong tường gạch cốt thép ñường kính 6 ÷ 8mm, cách khoảng 3 ÷ 6 hàng gạch bố trí
một lớp. Chiều dày mạch thường từ 3 ÷ 4cm. Mác vữa không nhỏ hơn 75.
Nếu dùng các giằng ñúc sẵn thì các mối nối phải có mác bê tông lớn hơn hoặc bằng mác của
giằng. ðể tính toán cốt thép cho giằng có thể sử dụng một trong hai phương pháp sau:
1. Tính toán cốt thép giằng theo phương pháp ñơn giản
- Cơ sở tính toán:
Giả thiết cơ bản của phương pháp này là tường dọc của nhà ñược xem như một dầm ñặt trên
nền ñất có ñộ cứng thay ñổi. Tính nén không ñều của nền ñất ñược ñặc trưng bằng sự thay ñổi

trị số mô ñun biến dạng E
0
của ñất tại các ñiểm dọc theo chiều dài của nhà.
- N
ội lực trong giằng:
Mô men uốn lớn nhất:
21

)2(16
)1(
1
2
1
max
+
−
=
α
α
qL
M (3-2)
Lực cắt lớn nhất:
)2(2,5
)1(
1
1
max
+
−
=

α
α
qL
Q
(3-3)
Trong ñó:

min0
max0
1
E
E
=
α
(3-4)
E
0max
là mô ñun biến dạng lớn nhất của nền ñất dưới hai ñầu tường nhà
E
0min
là mô ñun biến dạng nhỏ nhất của nền ñất dưới hai ñầu tường nhà
q là tải trọng của tường nhà hoặc công trình ñược xem như phân bố ñều
L là chiều dài tường nhà hoặc công trình.
ðộ võng tuyệt ñối lớn nhất:
EJ
qL
Y
)2(5760
)1(33
1

4
1
max
+
−
=
α
α
(3-5)
ðộ võng tương ñối lớn nhất:
L
Y
f
max
0
= (3-6)
Trong ñó: E là mô ñun ñàn hồi của khối tường xây, ñối với tường gạch có thể lấy bằng 5.000
ñến 10.000 kG/cm
2
, phụ thuộc vào mác gạch và vữa xây
J là mô men quán tính tiết diện tường có xét ñến sự giảm do các ô cửa:
12
3
Hb
J
tñ
= (3-7)
b
tñ
là chiều dày tương ñương của tường, b

tñ
= 0,6b
b là chiều dày thực của tường.
- Tính toán cốt thép trong giằng:
Lượng cốt thép yêu cầu trong giằng ñược xác ñịnh theo công thức sau:
0
max
hR
M
F
ct
ct
=
(3-8)
Trong ñó: M
max
là mô men uốn lớn nhất
R
ct
là giới hạn chảy của cốt thép
h
0
là chiều cao tính toán của tường nhà, h
0
= (0,8÷0,9)H
22

H là chiều cao thực của tường.
Ứng suất tiếp trong khối tường xây do lực cắt gây ra ñược tính toán như sau:
n

F
Q
max
=
τ
(3-9)
Với F
n
là diện tích tiết diện nguyên của móng và các giằng giữa các tầng nhà của khối xây
∑
=
in
HbF
(3-10)
H
i
là chiều cao của tường tầng thứ i.
Bảng 3-1. Trị số ñộ võng tương ñối giới hạn
Trị số L/H
Trị số α
1

1,5 2 3 4 5 6
5 0,00025 0,00030 0,00035 0,00045 0,00050 0,00060
4 0,00030 0,00035 0,00045 0,00060 0,00070 0,00080
3 0,00045 0,00040 0,00055 0,00070 0,00080 0,00100
Ứng suất tiếp (τ) tính toán theo công thức (3-9) trong mọi trường hợp không nên vượt quá 2,5
kG/cm
2
. Nếu trị số f

0
tính toán theo công thức (3-6) không vượt quá các trị số giới hạn cho
trong bảng 3-1 thì cho phép không phải bố trí các giằng tường.
2. Tính toán cốt thép giằng theo phương pháp của ðalmatov
Theo B.I. ðalmatov, dưới tác dụng của tải trọng phân bố ñều q của tường, biểu ñồ ứng suất
tiếp xúc p dưới ñế móng theo hướng dọc sẽ có một trong những dạng như hình 3.5 a,b.

q
min

q
max

q

a)

q
min

q
max

q

b
)

2p

p

c
)


Hình 3.5. Các dạng biểu ñồ ứng suất tiếp xúc p dưới ñế móng: a) khi tường nhà bị uốn cong
lên; b) khi tường bị uốn cong xuống; c) ứng suất tiếp xúc tính toán trong trường hợp a.
Trị ứng suất tiếp xúc p dưới ñế móng và diện tích cốt thép cần thiết F
ct
trong trường hợp 3.5a
có th
ể tính như sau:
23

)167(
2,1
160
2
max
+
=
αα
L
EbY
p
kt
(3-11)
ctctk
kt

ct
RmmL
EbY
F
)167(
2,1
8
2
max
+
=
αα
(3-12)
Trong ñó: 1,2

là

hệ số vượt tải
Y
max
là ñộ võng lớn nhất
)(max
2
)1(
α
Φ
∆
−=
SL
nY (3-13)

V
ớ
i n là h
ệ
s
ố
ph
ụ
thu
ộ
c vào th
ờ
i gian c
ứ
ng c
ủ
a v
ữ
a, t
ố
c
ñộ
xây d
ự
ng và t
ố
c
ñộ

t

ă
ng
ñộ
lún theo th
ờ
i gian, có th
ể
l
ấ
y b
ằ
ng 0,25
÷
0,75,
ñố
i v
ớ
i kh
ố
i xây g
ạ
ch b
ằ
ng v
ữ
a
h
ỗ
n h
ợ

p, l
ấ
y n = 0,50
÷
0,75; v
ớ
i nhà panel l
ớ
n dùng v
ữ
a xi m
ă
ng thì l
ấ
y n = 0,25
÷
0,50.
∆
S là
ñộ
không
ñồ
ng
ñề
u t
ươ
ng
ñố
i c
ủ

a bi
ế
n d
ạ
ng n
ề
n.
L
SS
S
5,0
minmax
−
=∆
(3-14)
S
max
, S
min
là
ñộ
chênh c
ủ
a bi
ế
n d
ạ
ng n
ề
n, xác

ñị
nh theo tính toán
ñộ
lún;
ñố
i
v
ớ
i t
ườ
ng dài 60 ÷100m, l
ấ
y s
ơ
b
ộ
b
ằ
ng 0,4 ÷ 0,5 tr
ị
s
ố

ñộ
lún trung bình.
L là chi
ề
u dài c
ủ
a t

ườ
ng
Φ
(α)
là hàm s
ố
ph
ụ
thu
ộ
c vào α l
ấ
y theo b
ả
ng 3-2.
B
ả
ng 3-2. Tr
ị
s
ố
c
ủ
a hàm s
ố
Φ
(α)

α = L/H ≤ 1
1,5 2,0 4,0

Φ
(α)

0,90 0,80 0,70 0,50
b
t
là chi
ề
u dày t
ươ
ng
ñươ
ng c
ủ
a t
ườ
ng có xét
ñế
n s
ự
gi
ả
m y
ế
u do c
ử
a s
ố

E

k
là mô
ñ
un bi
ế
n d
ạ
ng lâu dài c
ủ
a kh
ố
i xây:

t
k
E
E
ϕ
+
=
1
(3-15)
E là mô
ñ
un
ñ
àn h
ồ
i c
ủ

a kh
ố
i xây
ϕ
t
là
ñặ
c tr
ư
ng t
ừ
bi
ế
n, xác
ñị
nh b
ằ
ng th
ự
c nghi
ệ
m ho
ặ
c có th
ể
l
ấ
y g
ầ
n

ñ
úng b
ằ
ng cách
c
ă
n c
ứ
vào k
ế
t c
ấ
u c
ủ
a t
ườ
ng, theo b
ả
ng 3-3.
α = L/H (3-16)
H là chi
ề
u cao c
ủ
a t
ườ
ng nhà xác
ñị
nh nh
ư

sau:
+ N
ế
u t
ườ
ng có kh
ả
n
ă
ng b
ị
u
ố
n cong lên theo chi
ề
u d
ọ
c thì l
ấ
y H t
ừ

ñ
áy móng
ñế
n
gi
ằ
ng trên cùng
+ N

ế
u t
ườ
ng có b
ị
u
ố
n cong xu
ố
ng thì l
ấ
y H t
ừ
mái h
ắ
t
ñế
n gi
ằ
ng d
ướ
i cùng
24

m
k
và m
ct
là hệ số ñiều kiện làm việc của khối xây tường và của cốt thép
R

ct
là giới hạn chảy của cốt thép.
Bảng 3-3. Trị số gần ñúng của ñặc trưng từ biến ϕ
t

Kết cấu tường
ϕ
t

Tường panen lớn
2 ÷ 3
Tường khối lớn
3 ÷ 4
Tường gạch, ñá vụn
4 ÷ 5
Khi có nhiều giằng bố trí trên chiều cao của tường, nếu giả thiết diện tích tiết diện cốt thép
trong mỗi giằng ñều như nhau thì tính như sau:
∑
=
−
−
====
n
i
ctctnctct
aH
aH
FFFF
1
21

)(
(3-17)
Trong ñó: F
ct
tính theo công thức (3-13)
a = 0,1H
n là số giằng làm việc ñồng thời.
Sau khi tính toán diện tích cốt thép cần kiểm tra lại ñiều kiện:
p ≤ b(σ
o
- γh) (3-18)
Trong ñó:
p là ứng suất tiếp xúc dưới ñế móng, xác ñịnh theo công thức (3-11)
b là chiều rộng ñế móng
σ
o
là ứng suất trung bình dưới ñế móng do tải trọng tính toán
γh là ứng suất do trọng lượng bản thân của ñất ở cao trình ñế móng
Ứng suất tiếp trong khối xây cần ñược thỏa mãn ñiều kiện sau ñây:
kk
tñ
R
b
p
≤=
7
α
τ
(3-19)
Trong

ñ
ó:
b
tñ
là chi
ề
u dày t
ươ
ng
ñươ
ng c
ủ
a t
ườ
ng có xét
ñế
n s
ự
gi
ả
m y
ế
u do c
ử
a
R
kk
là
ñộ
b

ề
n tính toán c
ủ
a kh
ố
i xây khi ch
ị
u nén.
Cấu tạo gối tựa cứng:
V
ớ
i các công trình cao t
ầ
ng xây d
ự
ng trên nh
ữ
ng vùng
ñấ
t có bi
ế
n d
ạ
ng lún l
ớ
n và bi
ế
n d
ạ
ng

không
ñề
u thì ngoài vi
ệ
c thi
ế
t k
ế
các gi
ằ
ng t
ườ
ng, gi
ằ
ng móng nh
ư
trên, trong nhi
ề
u tr
ườ
ng
h
ợ
p,
ñể
làm t
ă
ng
ñộ
c

ứ
ng không gian, có th
ể
b
ố
trí các g
ố
i t
ự
a c
ứ
ng b
ằ
ng bê tông c
ố
t thép.