Đề tài Tính toán độ cô kết của nền đất yếu dưới tải trọng nền đắp trong trường hợp chiều sâu cắm bấc nhỏ hơn vùng gây lún

Khoa Xây Dựng Cầu Đường - Trường Đại Học Bách Khoa
TẬP SAN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ 1
Chào mừng 20 năm thành lập ngành Xây dựng Cầu Đường
TÍNH TOÁN ĐỘ CỐ KẾT CỦA NỀN ĐẤT YẾU DƯỚI
TẢI TRỌNG NỀN ĐẮP TRONG TRƯỜNG HỢP CHIỀU SÂU CẮM
BẤC NHỎ HƠN VÙNG GÂY LÚN
CALCULATION LA CONSOLIDATION DE TERRAIN AYANT LA FONDATION
FAIBLE SOUS LE CHARGEMENT DE REMBLAI EN CAS DU PROFONDEUR DE
VERTICAL DRAINAGE ARTIFICIEL QUI EST MOINS COURT QUE LA RÉGION
DE TASSEMENT



ThS. NGUYỄN HỒNG HẢI

Khoa XD Cầu đường, Trường Đại Học Bách Khoa


TÓM TẮT
Công nghệ xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm đã và đang được ứng dụng nhiều cho các
công trình trên thế giới và ở Việt nam. Tuy nhiên, hiện nay "Quy trình khảo sát thiết kế nền đắp
trên đất yếu 22TCN 262-2000" chỉ hướng dẫn phương pháp tính toán độ cố kết của nền đất yếu
trong phạm vi cắm bấc mà không xét ảnh hưởng của chiều sâu cắm bấc đến chiều sâu vùng gây
lún. Bài báo nhằm mục đích giới thiệu và trình bày phương pháp tính toán độ cố kết nền đất yếu
khi chiều sâu xử lý bấc thấm nhỏ hơn vùng gây lún.

SOMMAIRE
La technologie de traiter le terrains ayant la fondation faible a et encours d'appliquer
beaucoup aux ouvrages dans le monde et au Vietnam. Pourtant, actuellement "le processus
d'examiner de dresser le remblai sur les terrains faibles 22 TCN 262-2000" ne dirige qu'au
méthode de calculer la consolidation de terrain faible dans le rayon ayant de vertical drainage

artificiel, mais n'examine pas l'influence de profondeur de vertical drainage artificiel avec la
région de tassement. L'article de journal vise le but de présenter le méthode de calculer la
consolidation de terrain faible quand le profondeur de vertical drainage artificiel qui est moins
court que la région de tassement.

1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Độ cố kết theo thời gian trong trường hợp có sử dụng hệ thống thoát nước thẳng
đứng bằng bấc thấm, theo "Quy trình khảo sát thiết kế nền đường ô tô đắp trên đất yếu
22TCN 262-2000" được xác định theo công thức :

)1)(1(1
vh
UUU
−
−−=
(1)
Trong công thức trên, ta có :
U - độ cố kết trung bình trong phạm vi vùng gây lún Z
a
khi có sử dụng các phương
tiện thoát nước thẳng đứng (bấc thấm hoặc giếng cát).
U
v
- độ cố kết trung bình theo phương thẳng đứng trong phạm vi vùng gây lún Z
a
.
Như vậy, với ý nghĩa của U và U
v
như trên thì U
h

phải là độ cố kết trung bình theo
phương ngang trong phạm vi vùng gây lún Z
a
do có xử lý bấc thấm. Hay nói cách khác,
việc tính toán độ cố kết trung bình U theo công thức trên chỉ hợp lý khi chiều sâu xử lý
bấc thấm đến hết phạm vi vùng gây lún Z
a
.
Thực tế, đối với các nền đường đắp cao trên vùng đất yếu có chiều dày lớn, chiều
sâu vùng gây lún Z
a
thường rất lớn (trên 30m [5]). Việc xử lý bấc thấm đến hết phạm vi
vùng gây lún có thể không kinh tế hoặc nhiều khi không thể thực hiện được. Lúc này, việc
lựa chọn một chiều sâu cắm bấc hợp lý (nhỏ hơn vùng gây lún) nhưng vẫn đảm bảo về
Khoa Xõy Dng Cu ng - Trng i Hc Bỏch Khoa
TP SAN KHOA HC CễNG NGH 2
Cho mng 20 nm thnh lp ngnh Xõy dng Cu ng
mt kinh t v k thut l mt gii phỏp cú th t ra. Tuy nhiờn "Quy trỡnh kho sỏt thit
k nn ng ụ tụ p trờn t yu 22TCN 262-2000" li cha cp vn ny trong
tớnh toỏn thit k.

2. C S Lí THUYT
Trong trng hp chiu sõu x lý bc thm L nh hn vựng gõy lỳn Z
a
, lỳc ny ta
cú th xem nn t yu trong phm vi vựng gõy lỳn Z
a
bao gm hai vựng nh hỡnh 1,
trong ú :
- Vựng 1: vựng cú x lý bc thm, cú chiu di L.

- Vựng 2: vựng khụng x lý bc thm, cú chiu di (Z
a
- L) nm di vựng 1.















Nu nn t yu trng thỏi cha c kt xong hoc c kt bỡnh thng thỡ c kt
theo phng thng ng U
v
vn xy ra trong c hai vựng 1 v 2 (vựng gõy lỳn Z
a
), cũn c
kt theo phng ngang ch xy ra trong vựng 1 (vựng cú x lý bc thm) v c kt U
h

tớnh c cú th xem l c kt trong phm vi cú x lý bc thm. Lỳc ny c kt theo
phng ngang trong vựng 2 (vựng khụng x lý bc thm) khụng xy ra v cú th xem
c kt theo phng ngang trong vựng hai U

h2
= 0.
lỳn c kt theo phng ngang sau thi gian t trong vựng 1 cú th xỏc nh theo
cụng thc : S
h1
= U
h
.S
1
(2)
Vỡ c kt trung bỡnh theo phng ngang trong vựng hai U
h2
= 0, nờn c kt
trung bỡnh trong phm vi vựng gõy lỳn Z
a
, cú th c xỏc nh theo cụng thc :
(3)

Trong ú : S
1
- lỳn tng cng ca t yu trong vựng mt do ti trng p
gõy ra khi kt thỳc quỏ trỡnh c kt trong phm vi vựng gõy lỳn Z
a
.
S - lỳn tng cng ca t yu trong c vựng 1 v vựng 2 (hay
trong phm vi vựng gõy lỳn Z
a
)
*
Ghi chỳ : Cỏc tr s lỳn S

1
, S cú th xỏc nh theo cỏc phng phỏp tớnh lỳn thụng
thng (phng phỏp phõn tng ly tng)
.
Do ú, c kt trung bỡnh trong phm vi vựng gõy lỳn Z
a
khi chiu sõu cm bc
nh hn vựng gõy lỳn cú th c xỏc nh theo cụng thc :

H
ỗnh 1- Trổồỡng hồỹp chióửu sỏu bỏỳc thỏỳmL <Za
Za
Bỏỳc thỏỳm
(hoỷc gióỳng caùt)
N
óửn õừp
L <Za
óỷm caùt
1:m
1:m
ỏỳt yóỳu
vuỡng 1
ỏỳt yóỳu vuỡng 2
S
S
U
S
S
U
h

h
Za
h
1
1
==
Khoa Xõy Dng Cu ng - Trng i Hc Bỏch Khoa
TP SAN KHOA HC CễNG NGH 3
Cho mng 20 nm thnh lp ngnh Xõy dng Cu ng
).1).(1(1
1
S
S
UUU
hv
= (4)
Cụng thc (4) trờn cho thy : c kt trung bỡnh trong phm vi vựng gõy lỳn
Z
a
khi chiu sõu cm bc nh hn vựng gõy lỳn cú dng tng t nh trng hp chiu
sõu cm bc ht vựng gõy lỳn Z
a
. Ch khỏc vic thay c kt trung bỡnh theo phng
ngang
Za
h
U "trong phm vi vựng gõy lỳn Z
a
" bng c kt trung bỡnh theo phng ngang
U

h
"trong phm vi cm bc" nhõn vi t s
S
S
1
, v khi xỏc nh c t s
S
S
1
cú th xỏc
nh c c kt tng cng trong phm vi vựng gõy lỳn Z
a
theo cụng thc nh ó ch
dn trong "Quy trỡnh kho sỏt thit k nn ng ụ tụ p trờn t yu 22TCN 262-2000".
Cú th túm tt trỡnh t chung khi tớnh toỏn c kt nn t yu di ti trng p
khi chiu sõu cm bc nh hn vựng gõy lỳn bng cỏc s thut toỏn chng trỡnh nh
hỡnh 2 :

Hỡnh 2 - Thut toỏn chng trỡnh tớnh toỏn c kt nn t yu
khi chiu sõu cm bc nh hn vựng gõy lỳn

3. KT QU NGHIấN CU
- Theo phng phỏp tớnh toỏn hin nay, khi khụng xột nh hng ca chiu sõu
cm bc vi chiu sõu vựng gõy lỳn, c kt trung bỡnh theo phng ngang U
h
trong
phm vi cm bc ngoi vic ph thuc vo h s c kt theo phng ngang C
h
, thi gian
Đ
Nhập dữ liệu
(Thông số nền
đắ
p
,Đ.kiện địa
Bắt đầu

Xác định ứng suất gây ra
trong nền đất (
Z
,
bt
)
Xác định chiều sâu
vùng gây lún Za
Giả thuyết chiều sâu
cắm bấc L
1
(L
1
Za)

L
1
< Z
a

1
2
S
Xác định độ cố kết theo
phơng ngang
U
h
=U
h1
.S

1
/S
U
h1
=exp{-8
Th
/(
F
(
n
)
+
F
r
+
F
s
)}
Xác định độ cố kết theo
phơng đứng
U
v
= f(T
v
)
Độ cố kết trung bình U
U = 1
(
1 - U
v

)(
1 U
h
)

Xác định độ lún cố kết
S
1
v S
1
Kết thúc
Độ cố kết trung bình U
U = 1
(
1 - U
v
)(
1 U
h
)

Xác định độ cố kết theo
phơng đứng
U
v
= f(T
v
)
Xác định độ cố kết theo
phơng ngang

U
h
=exp{-8
Th
/(F
(n)
+F
r
+F
s
)}
2
Kết thúc
Khoa Xây Dựng Cầu Đường - Trường Đại Học Bách Khoa
TẬP SAN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ 4
Chào mừng 20 năm thành lập ngành Xây dựng Cầu Đường
cố kết t, còn phụ thuộc vào chiều sâu cắm bấc L (do chịu ảnh hưởng của sức cản F
r
).
Khi chiều sâu cắm bấc càng lớn, sức cản F
r
càng tăng, độ cố kết U
h
đạt được càng nhỏ (vì
U
h
tỷ lệ nghịch với F
r
). Đây là điều hết sức vô lý vì chiều sâu xử lý bấc thấm càng tăng
nhưng độ cố kết đạt được càng giảm. (hình 3 ).

Hình 3 - Ảnh hưởng của chiều sâu cắm bấc đến độ cố kết trung bình
theo phương ngang U
h
trong phạm vi cắm bấc
















Hình 4 - Ảnh hưởng của chiều sâu cắm bấc đến độ cố kết trung bình
theo phương ngang U
h
Za
trong phạm vi vùng gây lún

40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95
100
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0
Thåìi gian cäú kãút t (nàm)
Cv= 5*10
-8
(m
2
/s), Ch=2Cv, Kh/qw=0.001 m
-2
, d=1.2 m
L= 5 m
L= 10 m
L= 15 m
L= 20 m
L= 25 m
L= 30 m
Độ cố kết trung bình theo phương ngang
trong phạm vi vùng gây lún U

h
Za

Độ cố kết trung bình theo phương ngang
trong phạm vi cắm bấc U
h

0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0
Thåìi gian cäú kãút t (nàm)

Cv= 5*10
-8
(m
2
/s), Ch=2Cv,K
h
/q
w
=0.001 m

-2
,d=1.2m
L= 30 m
L= 25 m
L= 20 m
L= 15 m
L= 10 m
L= 5 m
Khoa Xây Dựng Cầu Đường - Trường Đại Học Bách Khoa
TẬP SAN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ 5
Chào mừng 20 năm thành lập ngành Xây dựng Cầu Đường
- Trong trường hợp chiều sâu cắm bấc nhỏ hơn vùng gây lún, nếu sử dụng công
thức (1) để tính toán độ cố kết của nền đất yếu thì độ cố kết đạt được lúc này chỉ là độ cố
kết trung bình trong phạm vi cắm bấc. Trong khi đó, phần nền đất còn lại trong phạm vi
vùng gây lún nằm ngoài vùng cắm bấc thấm (Z
a
- L) chỉ xảy ra cố kết theo phương đứng
(mà độ cố kết U
v
này thường xảy ra rất chậm), do đó nếu áp dụng theo phưong pháp tính
hiện này thì độ lún cố kết đạt được theo tính toán sau khi xử lý thường nhỏ hơn so với
thực tế và kết quả nền đường vẫn tiếp tục lún trong quá trình khai thác.
- Như vậy, trong trường hợp chiều sâu xử lý bấc thấm nhỏ hơn vùng gây lún, lúc
này độ cố kết trung bình theo phương ngang U
h
cần phải được xác định thông qua độ cố
kết trung bình trong phạm vi vùng gây lún theo công thức (3), tức là độ cố kết trung bình
Za
h
U "trong phạm vi vùng gây lún". Trị số độ cố kết này ngoài sự phụ thuộc vào ảnh hưởng

của nhân tố sức cản F
r
, còn phụ thuộc tỷ số
S
S
1
trong đó ảnh hưởng của chiều sâu cắm bấc
đến tỷ số
S
S
1
là rất lớn [5]. Do đó, khi chiều sâu cắm bấc càng giảm, tỷ số
S
S
1
càng nhỏ,
độ cố kết trung bình theo phương ngang trong phạm vi vùng gây lún càng nhỏ và để đạt
được độ cố kết yêu cầu cần tăng chiều sâu cắm bấc (Hình 4). Đây là vấn đề mà hiện nay
các đơn vị thiết kế, cùng như Qui trình tính toán thiết kế chưa được đề cập đến.

4. KẾT LUẬN
Ứng dụng bấc thấm để xử lý nền đắp trên đất yếu nhằm t
ăng nhanh tốc độ cố kết,
rút ngắn thời gian xây dựng công trình là rất cần thiết. Đối với các nền đất yếu có chiều
dày tương đối lớn, đặt trên lớp đáy khoáng chất có cường độ cao, nếu xử lý bằng bấc
thấm đến hết chiều dày lớp đất yếu thì việc tính toán có thể áp dụng các công thức và
trình tự tính toán như Qui trình tính toán hiện nay (22 TCN 262-2000). Tuy nhiên, đối với
các nền đắp cao trên n
ền đất yếu có chiều dày khá lớn, đồng thời việc xử lý bằng bấc
thấm không hết phạm vi vùng gây lún, lúc này cần lưu ý quan hệ giữa chiều sâu cắm bấc

và vùng gây lún khi tính toán độ cố kết (hay nói cách khác là xác định độ lún còn lại của
nền đắp) để nền đắp vẫn đảm bảo ổn định trong quá trình thi công cũng như quá trình
khai thác sau này.

TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Bộ GTVT (2001), Qui trình khảo sát và thiết kế nền đường ô tô đắp trên đất yếu 22 TCN 262-
2000
, NXB Giao thông Vận tải.
[2] Viện Nghiên cứu Nền móng & Công trình Ngầm, Viện Thiết kế Nền móng Quốc gia (1995),
Sổ tay thiết kế Nền và móng, Tủ sách Đại học Kiến trúc.
[3] D.T.Bergado, J.C.Chai, M.C.Alfaro, A.S.Balasubramaniam (1996),
Những biện pháp kỹ thuật
mới cải tạo đất yếu trong xây dựng
, Bản dịch của Nguyễn Uyên và Trịnh Văn Cương, NXB Giáo
Dục.
[4] Nguyễn Ngọc Bích, Lê Thị Thanh Bình, Vũ Đình Phụng (2001),
Đất xây dựng - Địa chất
công trình và kỹ thuật cái tạo đất trong xây dựng
, NXB Xây Dựng, Hà Nội.
[5] Nguyễn Hồng Hải (2003), Tính toán xử lý nền đất yếu trong trường hợp chiều sâu giếng cát
hoặc bấc thấm nhỏ hơn vùng gây lún
, Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật.