Thiết kế cọc xi măng đất để xử lý nền đường đắp trên đất yếu Tuyến đường vành đai II – Hà Nội

Bộ Giáo dục và Đào tạo

Trờng Đại học giao thông Vận tải

Bùi ngọc trang

Nghiên cứu, thiết kế cọc xi măng đất để xử lý
nền đờng đắp trên đất yếu Tuyến đờng vành đai II
(Đoạn Nhật Tân - Bởi - Cầu Giấy)
Chuyên ngành: Xây dựng sân bay
Mã ngành: 60.58.32

Luận văn thạc Sỹ kỹ thuật

GVHD: Ts vũ đức sỹ

Hà Nội - 2013


LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

BÙI NGỌC TRANG

MỤC LỤC
MỤC LỤC....................................................................................................2
MỞ ĐẦU......................................................................................................3
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐẤT YẾU VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP
XỬ LÝ NỀN ĐẮP TRÊN ĐẤT YẾU Ở VIỆT NAM.......................................5
CHƯƠNG 2:CÁC VẤN ĐỀ ĐẶT RA KHI THIẾT KẾ NỀN ĐẮP
TRÊN ĐẤT YẾU...............................................................................................35
CHƯƠNG 3 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ

ĐẮT YẾU BẰNG CỌC XI MĂNG - ĐẤT......................................................63
.....................................................................................................................95
...................................................................................................................124
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ................................................................130

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

Page 2


LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

BÙI NGỌC TRANG

MỞ ĐẦU
1. SỰ CẦN THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Nền móng của các công trình xây dựng nhà ở, đường sá, đê điều, đập chắn
nước và một số công trình khác trên nền đất yếu thường đặt ra hàng loạt các vấn đề
phải giải quyết như sức chịu tải của nền thấp, độ lún lớn và độ ổn định của cả diện
tích lớn. Việt Nam được biết đến là nơi có nhiều đất yếu, đặc biệt lưu vực đồng
bằng sông Hồng và sông Mê Kông. Nhiều thành phố và thị trấn được hình thành và
phát triển trên nền đất yếu với những điều kiện hết sức phức tạp của đất nền, dọc
theo dòng sông và bờ biển. Thực tế này đòi hỏi phải áp dụng các công nghệ thích
hợp và tiên tiến để xử lý nền đất yếu. Hiện nay, ở Việt Nam việc xử lý đất yếu dưới
nền đường đắp và các công trình dân dụng công nghiệp thường dùng các biện pháp
như: vét bùn, gia cố đất bằng cọc tre, cọc tràm hay cọc đất, trải trên mặt đất yếu các
bè gỗ hoặc bè bằng bó cành cây vv…
Những năm gần đây tại nhiều công trình ở Việt Nam cọc xi măng đất đã bắt
đầu được sử dụng phổ biến để xử lý nền đất yếu trong việc xây dựng nền đường với
ưu điểm thời gian thi công nhanh, công nghệ thi công không quá phức tạp và xử lý

khá triệt để vấn đề lún của công trình.
Mặc dù việc thiết kế và thi công giải pháp cọc xi măng đất đã có TCXDVN
385: 2006 “ Phương pháp gia cố nền đất yếu bằng trụ đất xi măng “, tuy nhiên
trong thực tế áp dụng cho các công trình đã và đang thi công còn nhiều vấn đề bất
cập, ví dụ như : việc tính toán, thiết kế chưa nhất thống, có nhiều quan điểm khác
nhau, công nghệ thi công phức tạp, chất lượng công trình chưa kiểm soát triệt để,…
Do đó khi áp dụng giải pháp xử lý nền đất yếu bằng cọc xi măng đất cho các công
trình khác nhau ở các vùng khác nhau còn gặp nhiều khó khăn dẫn đến hiệu quả xử
lý chưa cao, làm ảnh hưởng đến chất lượng, tiến độ và giá thành công trình.
Đề tài “Nghiên cứu, thiết kế cọc xi măng đất để xử lý nền đường đắp trên đất
yếu Tuyến đường vành đai II – Hà Nội (Đoạn Nhật Tân – Bưởi – Cầu Giấy)”
mong muốn đóng góp vào sự hoàn thiện quy trình thiết kế và công nghệ thi công
Cọc xi măng đất xử lý nền đắp trên nền đất yếu, để nâng cao chất lượng khai thác
và tuổi thọ công trình.
2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI
Mục tiêu nghiên cứu của đề tài là nghiên cứu đánh giá giải pháp xử lý nền đất
yếu bằng cọc xi măng đất khi xây dựng các công trình ( đường ô tô, sân bay, công
trình dân dụng,...) qua vùng đất yếu ở Việt Nam và áp dụng cụ thể vào tính toán
thiết kế xử lý nền đất yếu bằng cọc xi măng đất cho đường vành đai II (đoạn Nhật
Tân – Bưởi – Cầu Giấy )
3. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU
Đối tượng nghiên cứu của luận văn là nghiên cứu tổng quan về các biện pháp
xử lý nền đất yếu dưới công trình xây dựng và đi sâu nghiên cứu, thiết kế giải pháp

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

Page 3


LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

BÙI NGỌC TRANG

cọc xi măng đất xử lý đất yếu cho đường vành đai II – Hà Nội (Đoạn Nhật Tân –
Bưởi – Cầu Giấy).
4. PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Đề tài nghiên cứu áp dụng cho các công trình xây dựng, trong đó tập trung cho
các công trình đường ô tô và đường sân bay ở Việt Nam nói chung và khu vực Hà
Nội nói riêng .
5. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Phương pháp nghiên cứu : là sự kết hợp giữa lý thuyết và tính toán thiết kế
thực tế giải pháp xử lý nền đất yếu bằng cọc xi măng đất. Từ đó giúp các đơn vị
sản xuất có cách nhìn và áp dụng hợp lý cho các công trình xây dựng.

LỜI CẢM ƠN
Chân thành cảm ơn tiến sĩ Vũ Đức Sỹ. Cảm ơn các thầy cô trong Bộ môn
Đường ô tô và Sân bay, khoa Sau đại học – Trường đại học Giao thông vận tải,
cùng các tác giả trong và ngoài nước đã có các tài liệu tham khảo về việc tạo mọi
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

Page 4


LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

BÙI NGỌC TRANG

điều kiện thuận lợi, giúp đỡ tôi trong thời gian nghiên cứu, biên soạn và hình thành
luận văn này. Tuy nhiên, địa kỹ thuật trong điều kiện đất yếu Việt Nam là lãnh vực
rất phức tạp và đang trong quá trình phát triển. Do đó việc viết luận văn này chắc

không tránh khỏi những khuyết điểm và thiếu sót. Tác giả mong sự góp ý chân tình
của độc giả. Xin trân trọng cảm ơn!
Hà Nội, tháng 01 năm 2013
Tác giả
Bùi Ngọc Trang

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐẤT YẾU VÀ CÁC PHƯƠNG
PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẮP TRÊN ĐẤT YẾU Ở VIỆT NAM
1.1.

KHÁI NIỆM VÀ CÁC ĐẶC TRƯNG CƠ LÝ CỦA ĐẤT YẾU

Khái niệm về đất yếu hiện vẫn còn nhiều ý kiến chưa thống nhất. Theo quan
điểm xây dựng, đất yếu được xem xét trong mối quan hệ tương tác với công trình,
tùy thuộc vào tải trọng của công trình truyền xuống nền. Nếu tải trọng công trình
truyền xuống nền lớn hơn sức chịu tải của nền thì nền đất được coi là đất yếu. Vì
vậy người ta dựa vào các giá trị sức chịu tải quy ước và mô đun tổng biến dạng của
nền để phân biệt nền đất yếu. Theo quan điểm của địa chất công trình, đất yếu là
loại đất có thành phần, trạng thái và tính chất đặc biệt, có khả năng chịu tải thấp và
biết dạng lớn, khi xây dựng công trình không thể áp dụng giải pháp móng nông trên
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

Page 5


LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

BÙI NGỌC TRANG

nền thiên nhiên mà bắt buộc phải xử lý nền, hoặc lựa chọn giải pháp móng sâu. Đất

yếu rất dễ nhạy cảm khi chịu tải động, cũng như với sự thay đổi môi trường địa
chất.
Dự theo các tiêu chuẩn Việt Nam TCXD 245-2000, 22TCN262-200, tham
khảo các tiêu chuẩn phân loại đất ASTM, BS, phân loại trạng thái đất của Terzaghi
và Peck, phân loại củ F.P Xavarenbsky, N.V Kolomensky, V.Đ Loomtađze … thì
có thể thấy đất yếu có những đặc điểm sau:
• Sức chịu tải quy ước thường nhỏ, Ro < 1,0 KG/cm -2 , mô đun tổng biến dạng
E0 < 50KG/cm2.
• Đất thường xốp có hệ số rỗng lớn ( e> 1.0) ở trạng thái tự dẻo chảy(I s > 0,75),
sức chống cắt thấp ( Cu < 0,15 KG/cm2, sức kháng xuyên đơn vị qc <10
KG/cm2, giá trị xuyên tiêu chuẩn Nspt < 5) thường chứa hàm lượng hữu cơ cao
và có nguồn gốc hồ đầm lầy
• Đất thường là các loại trầm tích trẻ chưa được nén chặt và chủ yếu là đất loại
sét có cố kết thông thường, bão hòa nước, có thể coi là hệ phân tán hai pha ( chỉ
gồm các hạt đất và nước chứa trong lỗ rỗng)
Bảng 1.1: Các đặc trưng cơ lý chủ yếu của đất yếu
Loại
đất yếu

Đất yếu

Dung
trọng tự
nhiên
(kN/m3)
16 ÷ 19

Đất bùn

Độ ẩm

W (%)

Hệ số
rỗng e

Hàm
lượng hữu
cơ (%)

Wch < W
<100

>1,0

<3

Hệ số nén
chặt
(MPa-1)

Hệ số
thấm K
(cm/s)

Cường độ cắt
cánh
kPa

Bùn

1÷1,5

0,3

< 1.10

>2,0

< 1.10-3

3÷10

độ
<

-6

20

<
10

<2

>1,5

Đất đầm
lầy

10 ÷ 16

100÷ 300

>3

10÷50

Than bùn

10

>300

>10

>50

<
10

<
20

< 1.10-2

Ghi chú:
Wch : độ ẩm giới hạn chảy của đất;
N63,5 : số nhát đập với quả tạ 63,5 kg để ống tiêu chuẩn xuyên được 30 cm; Hệ số
nén chặt ở đây là tương ứng với khoảng áp lực nén từ 1÷ 2 kG/cm2
1.2.

PHÂN LOẠI NỀN ĐẤT YẾU

Đất yếu ở các khu vực đồng bằng lớn trên lãnh thổ Việt Nam có thể phân loại
như sau:
a) Phân loại theo tuổi, nguồn gốc
Đất yếu được hình thành trong các điều kiện đặc biệt, trong đó yếu tố tuổi,
nguồn gốc đóng vai trò quyết định. Đất yếu thường là các trầm tích trẻ, nguồn gốc
hồ - đầm lầy ven biển hay được hình thành ở ven sông, cửa sông và tồn tại trong
điều kiện không thoát nước. Có thể phân biệt một số loại đất yếu theo tuổi và nguồn
gốc sau:
Trầm tích sông – biển hỗn hợp thuộc các hệ tầng Vĩnh Phúc ( đồng bằng sông
Hồng) và Củ Chi (đồng bằng sông Cửu Long): các trầm tích này có dấu hiệu thực
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

Page 6


LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

BÙI NGỌC TRANG

vật bị phân hủy, than bùn hóa, kiểu đầm lầy ven biển trong quá trình hình thành tam
giác châu tuổi Pleistocene. Tùy thuộc vào địa hình, địa mạo cổ mà các trầm tích này
thể hiện ở dạng thấu kính hay lớp ở ven rìa các đồng bằng. Thành phần chủ yếu của
loại trầm tích này thường là sét , sét pha màu xám nâu, xám đen chứa ít hữu cơ,
trạng thái dẻo chảy đến dẻo mềm.
Trầm tích đầm lầy- sông biển hỗn hợp tuổi Holocene thuộc hệ tang Hải Hưng,
Thái Bình (đồng bằng sông Hông), Bình Chánh, Cần Giờ( đồng bằng sông Cửu
Long) loại trầm tích này có diện phân bố khá rộng rãi ở vùng trung tâm đồng bằng.

Các trầm tích này chứa tảo nước mặn xen lợ - ngọt, đặc trưng cho kiểu đầm lầy ven
biển. Thành phần của đất thuộc loại trầm tích này thường là bùn sét, sét pha chứa
hữu cơ với mức độ phân hủy khác nhau, đôi khi đất ở trạng thái dẻo chảy, dẻo mềm
tùy theo điều kiện tồn tại.
b) Phân loại theo tính chất cơ lý của đất
Phân loại đất theo tuổi, nguồn gốc có ý nghĩa lớn trong việc xác định và dự báo
sự biến đổi các đặc trưng địa chất công trình của đất như: quy luật phân bố, sự
biến đổi thành phàn và các tính chất vật lý cơ học của đát theo không gian và theo
thời gian. Việc này đòi hỏi những nghiên cứu sâu rộng. Đối với mỗi công trình cách
phân loại này khó có thể áp dụng được.Khi đó, việc phân loại sẽ dựa vào tính chất
cơ lý của đất, chủ yếu dựa vào thành phần và trạng thái như sau:
Các loại đất bùn, bao gồm bùn sét ( nếu chỉ số dẻo Ip ≥ 17, độ sệt Is > 1, hệ số
rỗng eo ≥ 1.5 ), bùn sét pha ( Ip= 7-17, Is >1 , e o ≥1), bùn cát pha ( Ip =1-7, Is>1, eo
≥0,9)
Đát ở trạng thái chảy: sét chảy(Ip ≥ 17, Is >1, e o < 1.5) , sét pha chảy(Ip = 7-17,
Is >1, eo < 1), cát pha chảy (Ip = 1-7, Is >1, eo < 0,9).
Đất ở trạng thái dẻo chảy: sét dẻo chảy (Ip ≥ 17, Is = 0,75-1), sét pha dẻo chảy
(Ip = 7-17, Is =0,75-1);
Theo hàm lượng hữu cơ , chia ra thành than bùn nếu hàm lượng hữu cơ P ≥
60%, đất than bùn nếu P =20%- 60%, đất chứa hứu cơ nếu P =5- 20%.
c) Đặc trưng địa chất công trình của đất yếu Việt Nam
Trước hết, cần thống nhất khái niệm về đặc trưng ĐCCT. Đặc trưng ĐCCT của
đất là các đặc ddiemr và tính chất của đất có ảnh hưởng đến quá trình thiết kế, thi
công và sử dụng công trình, được hiển thị qua các yếu tố sau:
- Sự phân bố và quy luật phân bố của các lớp đất. Được thể hiện cụ thể qua bề
dày, chiều sâu phân bố và quy luật phân bố của chúng trong không gian
- Đặc điểm về thành phần vật chất bao gồm về thành phần khoáng vật, thành
phần hóa học và các vật chất khác như hữu có, muối, các chất thải nhân
sinh.
- Các tính chất cơ lý của đất, bao gồm tính chất vật lý như độ ẩm tự nhiên,

khối lượng thể tích tự nhiên, khối lượng riêng, các chỉ tiêu về tính dẻo của
đất,... và các tính chất cơ học của đất như tính kháng cắt, tính biến dạng và
tính chất tương đối với nước của đất trong các điều kiện khác nhau.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

Page 7


LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

BÙI NGỌC TRANG

-

Đặc điểm kiến trúc, cấu tạo được thể hiện qua kích thước, hình dạng, đặc
điểm bề mặt của các hạt và sự sắp xếp chúng trong không gian.
- Sự thay đổi các tính chất trên trong không gian và theo thời gian dưới tác
động của hệ tự nhiên- kỹ thuật.
Đặc trưng địa chất công trình của đất được quyết định bởi các yếu tố : tuổi,
nguồn gốc, điều kiện tồn tại, kiến tạo. Nghiên cứu đặc trưng địa chất công trình của
đất có ý nghĩa quan trọng trong khảo sát địa chất công trình, thiết kế và thi công các
loại công trình trên mặt và công trình ngầm.
 Đặc điểm phân bố
Các lớp bùn sét chủ yếu thuộc hệ tầng Hải Hưng, hệ tầng Cần Giờ được hình
thành trong giai đoạn biển tiến mạnh ( giai đoạn Holocene giữa, muộn) . Vì thế, lớp
này thường phân bố ở các khu vực trung tâm và ven biển của các vùng đồng bằng.
ĐỘ sâu phân bố và bề dày tăng dần theo hướng từ trung tâm ra phía biển, từ một vài
mét đến 30m. Tuy nhiên, do có nguồn gốc hồ- đầm lầy ven biển nên sự phân bố của
bùn sét rất phức tạp và biến đổi mạnh.

Các loại đất bùn sét pha- cát pha chủ yếu thuộc hệ địa tầng Hải Hưng, Thái
Bình, Bình chánh được hình thành vào giai đoạn đầu của thời ký biển tiến hoặc ở
giai đoạn biển lấn nhẹ. Vì vậy, lớp này thương phân bố dưới lớp bùn sét.
Theo hướng dòng chảy, tỉ lệ bùn sét pha, cát pha so với bùn sét giảm. Ví dụ ở
khu vực Hà Nội, sự phân bố của bùn sét pha phố biến hơn lớp bùn sét, còn ở Hải
Phòng thì ngược lại
Ở một số khu vực, các lớp đất bùn sét hay bùn sét pha tồn tại trong điều kiện
có thể thoát nước lỗ rỗng nên đã được cố kết một phần và trở thành sét, sét pha có
trạng thái dẻo chảy, đôi chỗ có thể là dẻo mềm. Vì vậy, đất sét, sét pha trạng thái
dẻo chảy cũng có diện phân bố khá phổ biến ở khu vực trung tâm của vùng đồng
bằng với chiều dày và chiều sâu không lớn ( thường <10m)
 Đặc điểm về thành phần
Thành phần khoáng vật : nhìn chung, theo tài liệu thu thập được thì thành
phần khoáng vật của các loại đất yếu ở Việt Nam chủ yếu là các khoáng vật sét,
kaolinit, hydromica, vật chất hữu cơ, một ít montmorilonit và các mảnh vụn thạch
anh, fenpat, các kết hạch sắt.
Thành phần hạt: trầm tích Pleistocene muộn tướng hồ móng ngựa bị đàm lầy
hóa( đất yếu thuộc hệ tầng Vĩnh Phúc) phân bố ở Yên lạc, Việt Trì, Tiêng Sơn, Sóc
sơn, Hiệp hòa, Đông Anh, Gia Lâm, Thường Tín, Hoài Đức. Hàm lượng các nhóm
hạt bụi, sét trung bình (<0.05) chiếm tới 65%, hàm lượng nhóm hạt cát chiếm 35%,
Tổng hợp các mẫu đất yếu thuộc hệ tầng này ở nội thành Hà Nội cho thấy nhóm hạt
cát chỉ còn chiếm 25%, nhóm bụi, sét lên đến 75%. Các khu vực còn lại ít gặp đất
yếu của hệ tầng này.
Hàm lượng hữu cơ: như đã nói, phần lớn đất yếu ở Việt Nam có nguồn gốc
hồ - đầm lầy vá sông biển hỗn hợp. Vì vậy, trong thành phần của chúng thường
chứa hữu cơ và mức độ phân hủy khác nhau tùy theo nguồn gốc và tuổi.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

Page 8

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

BÙI NGỌC TRANG

Hàm lượng muối: Đất yếu ở khu vực đồng bằng sông Cửu Long thường bị
nhiễm mặt với hàm lượng khác nhau.
 Tính chất cơ lý
Một trong những đặc điểm quan trọn của đất yếu là chỉ tiêu tính chất cơ lý.
Các tính chất này được quyết định chủ yếu bởi thành phần, trạng thái của đất. Vì
vậy, khi xem xét đến yếu tố tuổi, nguồn gốc, mà còn phải kể đến trạng thái của đất
trong điều kiện tự nhiên.
Bản 1.1 Tính chất cơ lý của đất sét mềm ở các địa phương miền Bắc

Bản 1.2 Tính chất cơ lý của bùn ở các địa phương
Tên dịa
phương

Lượng
hàm
nước
w%

Trọng
lượng
thể
tích
(KN/m3)

Độ
rỗng
e

Giới
hạn
chày
W,.

(%)

Giới
hạn
dẻo
Wp
(%)

Chỉ
Sô’
dẻo
Ip

Độ
nhão
ÌL

Góc nội
ma sát
(p, (độ)

Lực
dính
c
(KPa)
6

Hà Nội

61,90

9,90

1,68

46,20

28,10

18,10

1,87

5

Hải Hưng

60,55

10,20

1.59

58,64

35.92

22,72

1,09

6

8

Hải Phòng

47,61

10,10

1.58

47.13

26,00

21,13

1,00

4

10

T.p HCM

59,11

10,30

1,59

56,37

31,13

25,24

1,12

An Giang

61,89

10,00

1,67

59,16

35,34

22,82

1,12

6

8

Minh Hải

66,20

9,70

1,79

61,23

36,89

24,34

1,12

5

7

Thanh Hóa

52,63

10,50

1,46

44,58

29,49

15,09

1,53

Nghệ An

48,50

11,00

1,50

40,85

22,25

18,60

1,43

5,58

16

QuãngBình

56,49

1,55

49,70

22,77

19,93

1,25

11,18

31

Bản 1.3 Phân loại than bùn theo địa chất công trình

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

Page 9

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
Loại than bùn

BÙI NGỌC TRANG
Đặc điểm

Tính chất độ sệt

Cường độ chịu tải
daN/cm2

Ớ độ ẩm bất kỳ, khi nhiệt độ trên 0°c,
đào hô sâu 2m, thành thẳng đứng có thế giữ

I

Độ sét ổn định

được 5 ngày đêm không bị biến dạng, mực
nước ngầm sâu dưới 0,5 - l,2m m trên có các

1,0

loại cây như sú vẹt.

ớ độ ẩm bất kỳ, khi nhiệt độ trèn 0°c, đào
hô’ sâu 2 m thành thẳng đứng thì không thể

II

Độ sét không ổn định giữ được troag năm ngày đêm. Địa thế

0,5 - 0,8

tươnfỊ đỏi thấp và bằng.

III

Lỏng, có và không
có lớp vỏ cứng ở
trên mặt

Than bùn phân hủy mạnh, khi bải
hòa nước ở thể lỏng, nước ngầm
thường lộ trên mặt, bộ phận trũng có
nước chảy, có các loai cói, sú vet mọc
tốt, lớp than bùn có nhiều rễ cây, trên
mặt dày 2-4,5m, người và súc vật đi
lại được.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

- < 0,3

Page 10


LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

BÙI NGỌC TRANG

Hình 1.1 Phân bố các vùng đất yếu ở Việt Nam

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

Page 11


LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

BÙI NGỌC TRANG

1.3.
MỘT SỐ GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẮP TRÊN ĐẤT YẾU
ĐƯỢC SỬ DỤNG PHỔ BIẾN Ở VIỆT NAM VÀ TRÊN THẾ GIỚI.
Như chúng ta đã biết, đất yếu là những đất có khả năng chịu tải nhỏ (R 0 nhỏ
hơn 1KG/cm2), có tính nén và hệ số rỗng lớn (e >1 ), mô đun biến dạng thấp (E 0 <
50KG/cm2), trị số sức chống cắt không đáng kể và hầu như bão hoà nước. Khi tiến
hành xây dựng các công trình trên nó thì gặp rất nhiều khó khăn cho việc lựa chọn
giải pháp nền móng cũng như công tác xử lý, vì không thể đặt móng công trình trực
tiếp lên nền đất yếu. Vì vậy, vấn đề đặt ra lúc này là phải làm sao đưa ra biện pháp
xử lý thích hợp đảm bảo về kinh tế, kỹ thuật và điều kiện thi công.
Hiện nay, trên thế giới cũng như ở Việt Nam đã có nhiều giải pháp xử lý nền
đất yếu. Trong các giải pháp này, một số đã được đưa vào sử dụng rất rộng rãi, còn
một số giải pháp khác đang ở trong giai đoạn đưa vào thử nghiệm, nhưng nói chung
chúng đều có tác dụng thoát nước, tăng nhanh tốc độ cố kết và làm cho đất được
nén chặt và tăng độ bền của đất, làm giảm độ lún và lún không đều, rút ngắn thời
gian thi công, giảm giá thành xây dựng.
Dưới đây là một số giải pháp xử lý, gia cố nền đất yếu :

- Phương pháp thay thế đất yếu trong nền bằng các loại đất tốt như cát, sỏi,
đá dăm hoặc đất loại sét có cấp phối tốt được lu lèn trước khi xây dựng công trình ;
- Phương pháp tăng độ chặt của nền đường.
- Các biện pháp hóa học như xi măng hóa, vôi hóa…
- Các biện pháp vật lý như nhiệt, điện, băng hóa, trộn các hợp chất polimer,
Tuy nhiên, mỗi giải pháp nó thích hợp với một số loại đất nhất định và phù
hợp với điều kiện nhân vật lực, công nghệ thi công ở Việt Nam, vì vậy chúng ta
phải nghiên cứu và xem xét kỹ lưỡng tất cả các điều kiện trước khi áp dụng phương
pháp đó vào xử lý.
Ngoài ra việc lựa chọn giải pháp xử lý không chỉ phụ thuộc vào các đặc tính của
đất nền, mà còn phụ thuộc vào các loại công trình (nhà, đường, đập, đê, đường
sắt...) và quy mô công trình.
1.3.1. Giải pháp đào thay đất
Đào thay đất yếu bằng đệm cát là một giải pháp nền nhân tạo được áp dụng
rộng rãi ở những vùng sẵn vật liệu làm đệm cát. Khi thay thế lớp đất yếu bằng lớp
đệm cát ở ngay dưới móng công trình sẽ làm cho nền tăng sức chịu tải, công trình
có độ lún ít và giảm sự lún không đều, giảm được chiều sâu chôn móng, giảm áp
lực do công trình truyền xuống đất nền, làm cho công trình lún đều và ổn định.
Phương pháp này thi công đơn giản, vật liệu rẻ, chịu lực tốt. Tuy nhiên,
chúng ta chỉ sử dụng phương pháp này trong trường hợp lớp đất yếu có chiều dày
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

Page 12


LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

BÙI NGỌC TRANG

nhỏ tối đa là 6m , tốt nhất là nhỏ hơn 3m. Nhưng trong trường hợp mực nước ngầm

cao, có áp và lớp đất yếu phải thay thế bằng lớp đệm cát dày hơn 3m thì không nên
dùng đệm cát.Vì lúc đó phải chi phí rất lớn về việc hạ mực nước ngầm, thi công khó
và khối lượng cát rất lớn.
Khi thay thế lớp đất yếu nằm trực tiếp dưới móng công trình bằng lớp đệm
cát thì nó vừa đóng vai trò chịu lực, tiếp nhận tải trọng công trình truyền xuống, vừa
đóng vai trò thoát nước cho nền đất phía dưới, làm tăng nhanh quá trình cố kết cho
nền đất. Sau khi xây dựng công trình lớp đệm cát sẽ được nén chặt hoàn toàn và có
sức chịu tải rất cao làm cho công trình được bền vững.
Chính vì vậy mà hiện nay phương pháp này đã được sử dụng rất rộng rãi
trong thực tế, nó có thể thích ứng với rát nhiều loại công trình khác nhau vẫn đảm
bảo sự làm việc đồng thời giữa nền và công trình.

Hình 1.2 Giải pháp đào thay đất
1.3.2. Biện pháp làm tăng độ chặt của đất nền.
Các biện pháp làm tăng độ chặt của đất được áp dụng rông rãi trong các lĩnh
vực xây dựng thuỷ lợi, giao thông, dân dụng. Khi được làm chặt thì các chỉ tiêu về
độ bền của đất tăng, khả năng biến dạng và tính thấm nước giảm. Các biện pháp này
ứng dụng rất có hiệu quả khi làm chặt các lớp đất nằm ngay trên mặt, chiều sâu
phân bố không lớn, đặc biệt là sử dụng biện pháp làm chặt bằng cơ học trong các
trường hợp khác hoặc là biện pháp trên không có hiệu quả thì dùng các phương
pháp như làm chặt đất bằng các thiết bị tiêu nước thẳng đứng, nén chặt đất bằng tải
trọng tĩnh, cải tạo đất bằng năng lượng nổ... nhằm làm tăng độ chặt của đất, tăng
khả năng chịu lực, hạn chế lún không đều. Sau đây là một số giải pháp cụ thể.
Các biện pháp làm tăng độ chặt của đất nền chia làm 2 nhóm giải pháp: chống
trượt và tăng cố kết

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

Page 13

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

BÙI NGỌC TRANG

Bảng1.4 Bảng phân loại các biện pháp xử lý
Phân loại

Các biện pháp xử lý nền đất yếu

Chống trượt

• Biện pháp bệ phản áp
• Vải địa kỹ thuật gia cường • Biện pháp thay thế
• Cọc cát đầm
• Vật liệu nhẹ (EPS)
• Gia cố nền bằng chất kết • Cọc cột đá
dính ( cọc xi măng đất, cọc • Phun vữa
vôi đất, ..

Tăng cố kết

• Gia tải trước
• Giếng cát
• Bấc thấm

1.3.2.1.

• Giếng cát có vỏ bọc
• Phương pháp hút chân không

Biện pháp bệ phản áp

Khi cường độ chống cắt của nền đất yếu không đủ để xây dựng nền đắp theo
giai đoạn hoặc khi thời gian cố kết quá dài so với thời hạn thi công dự kiến thì có
thể áp dụng các biện pháp này nhằm tăng độ ổn định, giảm khả năng trồi đất ra hai
bên.

Hình 1.3 Giải pháp bệ phản áp
Bệ phản áp đóng vai trò một đối trọng, tăng độ ổn định và cho phép đắp nền
đường với các chiều cao lớn hơn, do dó dạt được độ lún cuối cùng trong một thời
gian ngắn hơn. Bệ phản áp còn có tác dụng phòng lũ, chống sóng, chông thoải độ
dốc ta luy, đắp bệ phản áp với một khối lượng đất bằng nhau sẽ có lợi hơn do giảm
được mômen của các lực trượt nhờ tập trung tải trọng ở chân ta luy [3]. (H.4 cho
thấy khi tăng chiều rộng của bệ phản áp thì giá trị của hệ số an toàn F sẽ tăng lên.
Chiềucao và chiều rộng bệ phản áp được xác định theo cường độ chông cắt, chiều

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

Page 14


LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
Chiều cao h > 1/3 H;

BÙI NGỌC TRANG

dày của lớp đất yếu và hệ số an toàn yêu cầu. Kích thước bệ phản áp thường lấy như
sau :

Hình 1.4 Quan hệ giữa bề rộng của đê phản áp và
hệ số an toàn ( theo F. Bourges)
Theo kinh nghiệm Trung Quốc :
- Chiều cao h > 1/3 H
- Chiều rộng L = (2/3 - 3/4) chiều dài trồi đất .

1.3.2.2. Vải địa kỹ thuật gia cường
Công tác gia cố nền rất cần thiết đối với nền đất hạt mịn, bão hoà nước và
dễ bị xáo động. Nền đất bị phá hoại vì khả năng tiêu nước kém và không được gia
cố để đủ chịu tác động của trọng lượng của các lớp đất đắp lên trên nền yếu đó
trong quá trình xây dựng .

Để tránh sự phá hoại này, có thể đặt vải ĐKT ở giữa phần đất đắp và
các lớp đất nền nhằm tạo ra một mặt phân cách. Như vậy có thể giữ đúng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

Page 15


LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

BÙI NGỌC TRANG

chiều dày đất đắp thiết kế của đường. Việc sử dụng vải ĐKT cho phép tiêu
thoát nước ở các lớp bên dưới vải ĐKT. Các loại vải ĐKT cũng cho phép
thoát nước theo phương ngang, trừ loại vải liên kết bằng nhiệt và loại vải dệt.
Cải thiện vấn đề tiêu thoát sẽ làm tăng độ bền kháng cắt của các lớp đất và cải
thiện điều kiện làm việc lâu dài của đất nền.
Vải ĐKT thường dùng trong các lĩnh vực sau:

− Đường không lát lớp áo đường cũng như đường có lát lớp áo đường;
− Đường chính nối vào công trình, đồng ruộng và đường vào rừng;
− Các kho chứa, bến bãi;
− Đê đập xây dựng trên nền đất yếu;
− Cải tạo, phát triển diện tích đất dành cho khu công ngiệp và xây dựng nhà

−
−
−
−
−

ở.
Khi sử dụng vải ĐKT cho chúng ta những lợi ích sau:
Cho phép tăng cường lớp đất đắp bằng khả năng tiêu thoát nước;
Giảm chiều sâu đào vào các lớp đất yếu;
Giảm độ dốc mái lớp đất đắp yêu cầu và tăng tính ổn định của chúng;
Giữ được tốc độ lún đều của các lớp đất, đặc biệt trong vùng chuyển tiếp;
Cải thiện các lớp đất đắp và kéo dài tuổi thọ công trình.
Hiện nay, trên thế giơi cũng như ở nước ta vải ĐKT đã được sử dụng

rộng rãi và cho hiệu quả rất cao.

Hình 1.4 Giải pháp vải địa kỹ thuật gia cường kết hợp tầng đệm cát

1.3.2.3. Cọc cát đầm chặt
Nguyên lý: Khi xử lý nền đất yếu bằng cọc cát, có hai quá trình chính là: Quá
trình nén chặt cơ học và quá trình cố kết thấm.

Ưu điểm nhược điểm của cọc cát đầm chặt:

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

Page 16


LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

BÙI NGỌC TRANG

Công nghệ cọc cát đầm chặt bảo đảm thời gian thi công nhanh, không sử dụng
giải pháp thay đất bằng vật liệu cát mới mà vẫn có thể đảm bảo tăng cường độ
kháng cắt của đất yếu, do vậy nền đất khoong bị lứt và lún.
-

Hiện nay đường kính cọc cát được ứng dụng là từ 1,5 đến 2m; do vậy

sẽ đẩy nhanh quá trình thoát nước từ đất yếu ra ngoài bằng cọc cát, giảm bớt độ cố
kết của riêng phần đất yếu đi rất nhiều lần. Do đó, nếu ứng dụng công nghệ cọc cát
đầm chặt này thi hiện tượng cố kết thứ cấp của đất yếu sẽ bị loại bỏ.
-

Công nghệ cọc cát đầm chặt không gây ảnh hưởng đến môi trường và

trong tương lai, công nghệ này sẽ trở thành công nghệ xử lý nền đất yếu có hiệu
quả.
-

Có thể kiểm soát về khối lượng và chất lượng công trình trong quá

trình thi công.
-

Các điều kiện về thời tiết không ảnh hưởng nhiều đến quá trình thi

-

Công nghệ cọc cát đầm chặt để xử lý nền đất yếu rất phù hợp với

công.

công trình cảng và công trình ngoài khơi. Công nghệ này có thể thay cho phương
pháp nạo vét truyền thống vì không phải chọn địa điểm để đổ một lượng lớn chất
nạo vét (bùn đất thải). Hơn nữa phương pháp cọc cát đầm chặt này sẽ giảm thiểu ô
nhiễm môi trường nước. Trong quá trình nạo vét, nếu điều kiện thời tiết không
thuận lợi và có sóng lớn thì lượng phù sa bồi đắp và dòng chảy sẽ phần nào ảnh
hưởng đến quá trình nạo vét và có thể làm tăng chi phí đầu tư. Do đó, phương pháp
cọc cát đầm chặt rất hữu hiệu vì có thể đảm bảo được mức độ an toàn khi thi công,
kiểm soát được các tác động về môi trường - đây là ưu thế vượt trội trong những
công nghệ cọc cát đầm chặt.
Tuy nhiên hiện nay ở Việt Nam hiện vẫn chưa có quy trình thi công nghiệm
thu cọc cát cho ngành giao thông vận tải, nên việc xử lý nền bằng phương pháp này
mới chỉ dừng lại ở việc nghiên cứu chứ chưa áp dụng rộng rãi để xử lý nền đất yếu
trong các công trình giao thông.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

Page 17

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

BÙI NGỌC TRANG

Phương pháp Cọc cát đầm (SCP) sử dụng tải trọng rung để xuyên một ống
chống tạo cọc cát đầm vào lớp đất yếu. Phương pháp này sẽ giúp gia tăng khả năng
chịu tải, giảm độ lún cố kết, tăng sức kháng theo phương ngang, tạo sự đồng đều
cho đất, tăng hiệu quả thoát nước cố kết do việc tăng độ chặt của đất. Phương pháp
này được áp dụng cho hầu hết các điều kiện đất gồm cả đất cát, đất sét và đất hữu
cơ.

Tính toán:
• Tỷ lệ thay thế

Tỷ lệ thay thế được định nghĩa bằng phương trình sau đây và sẽ được tính toán
cho dạng hình vuông và dạng tam giác như sau:
As As
=
A d2
As
3 As
Fv =
=
A
2 d2
Fv =

nếu là dạng vuông
nếu là dạng tam giác

Trong đó,
As: Diện tích mặt cắt ngang của Cọc cát đầm
d: Khoảng cách từ Tâm đến Tâm

Hình1.5: Sơ đồ bố trí và quan niệm thiết kế Cọc cát đầm (SCP)
• Sức kháng cắt
Nền đất yếu sau khi được xử lý bằng Cọc cát đầm sẽ được xem là nền đất
hỗn hợp gồm có Cọc cát đầm và đất yếu bao quanh. Sức kháng cắt của nền đất hỗn
hợp τSC được tính toán như sau:
τsc=(1-Fv)(Co+Cu/p• (Po-Pc+μc•σz)•U+ Fv • (γs'•Z+μs•σz)tanϕs• (cosθ)²
τsc=(1- Fv)(Co+Cu/p• (Po-Pc+μc•z )·U+(γ'm•Z+z )•μs •Fv •tanϕs •(cosθ)²
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

Page 18


LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

BÙI NGỌC TRANG

Trong đó,

σc
1
=
σ 1 + (n − 1) Fv
σs
n
µs: Hệ số tăng ứng suất, µs = =
σ 1 + (n − 1) Fv

=2.5~3.5 điển hình, (3.0 bình quân).
σs
n: Tỷ lệ phân chia ứng suất, n =
σc
Cu/p: Tỷ lệ tăng cường độ
γs': Trọng lượng thể tích đẩy nổi của cát
Z: Độ sâu của mặt phá hoại
ϕs: Góc ma sát trong của cát
θ: Góc giữa bề mặt phá hoại so với phương ngang
σz: Ứng suất tăng tại mặt phá hoại do tải trọng nền đường đắp
σ: Ứng suất bình quân
σc: Ứng suất tác động lên lớp đất xung quanh
σs: Ứng suất tác động lên Cọc cát đầm
γm' = Trọng lượng thể tích đẩy nổi của đất hỗn hợp
Góc ma sát trong của cát (của Cọc cát đầm) phụ thuộc vào tỷ lệ thay thế thể
hiện trong bảng dưới đây:
Góc ma sát trong và Tỷ lệ phân chia ứng suất theo tỷ lệ thay thế

µc: Hệ số giảm ứng suất, µc =

Tỷ lệ thay thế, Fv

Góc ma sát trong
của cát, ϕs

Tỷ lệ phân
chia ứng suất, n

0 ~ 0.4

30

3

0.4 ~ 0.7

30

2

0.7 ~ 1

30~35

1

Lực dính và góc ma sát của đất hỗn hợp dùng để phân tích sự ổn định của mái
dốc được xác định theo các phương trình tương ứng (2-32) và (2-33) sau đây,
phương trình này xuất phát từ phương trình (2-30).

ϕ = tan −1 ( m × tan ϕ )

C=(1-Fv)(Co+Cu/p· (Po-Pc+μc·∆P)·U
Trong đó,
m= Fv×µs
Po : Áp lực địa tầng
Pc : Áp lực tiền cố kết
∆P: Áp lực nền đường đắp
• Lún

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

Page 19


LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

BÙI NGỌC TRANG

Độ lún của đất hỗn hợp nhỏ hơn độ lún của đất không được xử lý vì Cọc cát
đầm sẻ chia tải trọng tác động lên mặt đất, và theo đó, làm giảm bớt ứng suất tác
động lên đất. Tư vấn thiết kế sử dụng công thức sau đây để tính độ lún của đất hỗn
hợp:
S=

1.3.2.4.

Cc
 Po + µc × ∆P 
H log

1 + eo
Po



Gia cố nền bằng chất kết dính

Bản chất của các phương pháp này là đưa vào nền đất các vật liệu kết dính
như xi măng, vôi, bitum… nhằm tạo ra các liên kết mới bền vững hơn nhờ các quá

trình hóa lý và hóa học diễn ra trong đất, dẫn đến làm thay đổi tính chất cơ lý của
đất nền.
a) Gia cố nền bằng phương pháp trộn vôi.
Khi trộn vôi vào đất, vôi có tác dụng hút ẩm của đất và đóng vai trò là chất
kết dính liên kết các hạt đất. Khi tác dụng với nước, vôi chưa tôi có khả năng ngưng
kết và đông cứng trong vòng từ 5 đến 10 phút. Khi hydrat hóa vôi chưa tôi có khả
năng hấp thụ một lượng nước lớn.( 32 đến 100% khối lượng ban đầu) nên nhánh
chóng làm nền đất khô ráo và đất nhanh chóng được nén chặt.
Để gia cố nền đất yếu dưới sâu người ta dùng cọc vôi hoặc cọc đất vôi. Vôi
tác dụng với nước sẽ làm tăng thể tích của cọc và làm đất xung quanh cọc nén chặt
lại. Cọc đất vôi , ngoài tác dụng làm tăng độ chặt của nền còn có độ bền nén, lực
dính và góc ma sát khá lớn, dẫn đến sức chịu tải tổng hợp của khối đất gia cố tăng
lên.
b) Gia cố nền bằng phương pháp trộn xi măng.
Khi trộn xi măng vào đất sẽ xảy ra quá trình kiềm và sau đó là quá trình thứ
sinh. Quá trình kiềm là quá trình thủy phân và hydrat hóa xi măng, được coi là quá
trình chủ yếu hình thành nên độ bền của nền đất gia cố.
Quá trình kiềm sẽ tạo ra một lượng lớn hydroxit canxi làm tăng độ PH của
nước lỗ rỗng trong đất, tạo điều kiện thuận lợi thúc đẩy quá trình thứ sinh. Ở điều
kiện bình thường các khoáng vật sét có thành phần hóa học chính là các oxit nhôm
va silic khá bền vững, khó bị hòa tan, song trong môi trường kiềm có PH cao, chúng
dễ bị hòa tan dẫn đến sụ phá hủy các khoáng vật. Các ô xít nhôm và silic ở dạng hòa
tan tạo nên một phần vật liệu gắn kết đông cứng và làm tăng cường độ của đất- xi
măng. Qúa trình thứ sinh xảy ra chậm chạp trong một thời gian dài.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

Page 20

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

BÙI NGỌC TRANG

Như vậy , việc sử dụng các giải pháp trên đều là các giải pháp làm tăng
nhanh quá trình cố kết, tăng độ bền cho nền đất và việc thi công nó cũng không gặp
khó khăn, chi phí ít, cho nên đây là những giải pháp có ý nghĩa cho thực tiễn.
1.3.2.5.

Gia tải trước.

Phương pháp gia tải trước thường là giải pháp công nghệ kinh tế nhất để xử
lý nền đất yếu. Trong một số trường hợp phương pháp chất tải trước không dùng
giếng thoát nước thẳng đứng vẫn thành công nếu điều kiện thời gian và đất nền cho
phép. Tải trọng gia tải trước có thể bằng hoặc lớn hơn tải trọng công trình trong
tương lai. Trong thời gian chất tải độ lún và áp lực nước được quan trắc. Lớp đất
đắp để gia tải được dỡ khi độ lún kết thúc hoặc đã cơ bản xảy ra. Phương pháp gia
tải trước được dùng để xử lý nền móng của Rạp xiếc Trung ương (Hà Nội, Viện nhi
Thuỵ Điển (Hà Nội), Trường Đại học Hàng Hải (Hải Phòng) và một loạt công trình
tại phía Nam.
Gia tải trước là công nghệ đơn giản, tuy vậy cần thiết phải khảo sát đất nền
một cách chi tiết. Một số lớp đất mỏng, xen kẹp khó xác định bằng các phương
pháp thông thường. Nên sử dụng thiết bị xuyên tĩnh có đo áp lực nước lỗ rỗng đồng
thời khoan lấy mẫu liên tục. Trong một số trường hợp do thời gian gia tải ngắn,
thiếu độ quan trắc và đánh giá đầy đủ, nên sau khi xây dựng công trình, đất nền tiếp
tục bị lún và công trình bị hư hỏng.

Hình1.6: phương pháp gia tải trước (Preloading)
1.3.2.6.

Phương pháp bấc thấm.

Biện pháp này chủ yếu áp dụng cho các nền đất loại sét yếu có hệ số thấm
nhỏ. Những nền đất như vậy thì quá trình cố kết cần rất nhiều thời gian.
Bản chất của phương pháp là dùng các thiết bị tiêu nước thẳng đứng kết hợp
với tải trọng ngoài làm cho nước lỗ rỗng trong nền đất thoát ra theo phương ngang

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

Page 21


LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

BÙI NGỌC TRANG

về phía các thiết bị tiêu nước, sau đó chảy tự do hướng ra ngoài. Qúa trình này làm
cho chiều dài đường thấm được rút ngắn và giảm thời gian hoàn toàn cố kết.
Biện pháp được sử dụng nhiều nhất hiện nay là dùng bấc thấm để gia cố nền
đất yếu trong xây dựng công trình giao thông, xây dựng dân dụng như nhiều đoạn
quốc lộ 1A đã sử dụng bấc thấm và cho hiệu quả rất cao. Tuy nhiên, việc sử dụng
các thiết bị tiêu nước thẳng đứng cũng có những ưu nhược điểm riêng
Đối với nền đất xử lý bằng bấc thấm cũng cho hiệu quả rất cao. Khi xây
dựng công trình trên nền đất yếu thì quá trình cố kết sẽ diễn ra trong thời gian dài.
Khi sử dụng bấc thấm thì quá trình cố kết sẽ diễn ra rất nhanh, đồng thời nó sẽ làm
cho độ bền chống cắt của đất tăng lên. Khi sử dụng bấc thấm kết hơp với vải địa kỹ
thuật và gia tải trước thì sẽ làm cho nền đất giảm hiện tượng lún không đều, đồng
thời đảm bảo cho quá trình lún kết thúc gần hết trong giai đoạn thi công.
Sử dụng bấc thấm có rất nhiều ưu điểm như tốc độ thi công nhanh, khả năng
thấm nước cao, chiều sâu cắm lớn và có thể dễ dàng kiểm tra chất lượng, vận

chuyển dễ dàng.
+ Cấu tạo bấc thấm:
Bề rộng bấc thấm b=100-:-110mm
Bề dày bấc thấm t=5-10mm
Lõi bấc thấm là một băng chất dẻo có nhiều rãnh nhõ để cho nước mao dẫn
dưới sự tăng lên của áp lực nước lỗ rỗng, nước được đưa lên cao và thoát ra ngoài.
Lõi chất dẻo được bọc bằng một lớp vải địa kỹ thuật có khả năng thấm nước tốt và
có khả năng chịu kéo. Lớp vải địa kỹ thuật được bọc nhằm tác dụng để ngăn không
cho các hạt đất trôi theo dòng nước.
+ Tính toán bấc thấm
Việc tính toán bấc thấm bằng cách coi bấc thấm như một giếng cát:
d =α

2(b + t )
π

Trong đó:b: là bề rộng bấc thấm
T: chiều dày bấc thấm
α: hệ số lấy từ 0,6-:-0,9
+ Ưu nhược điểm:

- Thi công nhanh
- Thoát nước tốt, không bị tắc đường ống
- Tốn vật liệu, không vận dụng được vật liệu địa phương.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

Page 22


LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

BÙI NGỌC TRANG

Hình1.7: phương pháp bấc thẩm( PVD)

1.3.2.7. Phương pháp giếng cát
+ Mục đích sử dụng
Mục đích của việc sử dụng giếng cát là tạo ra các đường thấm thẳng đứng tạo
điều kiện thoát nước nhanh cho tầng đất yếu, quá trình cố kết sẽ diễn ra nhanh
hơn, độ lún nhanh chóng ổn định hơn.
Sự khác nhau giữa giếng cát và cọc cát:
+ Kích thước của cọc cát và giếng cát là tương tự nhau, điều này phụ thuộc vào
công nghệ thi công.
+ Cọc cát làm nhiệm vụ chủ yếu là nén chặt đất, nâng cao cường độ của nền
đất, ngoài ra cọc cát đóng vai trò là thoát nước lỗ rỗng nhanh hơn nhưng đây
chỉ là tác dụng phụ.
+ Giếng cát có nhiệm vụ cơ bản là thoát nước lỗ rỗng, tăng nhanh quá trình cố kết,
làm cho độ lún chóng ổn định, bên cạnh đó giếng cát cũng góp phần làm chặt đất.
Như vậy cọc cát và giếng cát có mục đích sử dụng khác nhau nên biện pháp
tính toán cũng khác nhau:
+ Trình tự tính toán và thiết kế giếng cát
Bài toán đặt ra là ta xét một mặt cắt địa tầng có lớp đất yếu là đất dính bão hoà
nước chiều dày H nằm trên một nền đá không thấm nước. Nếu không sử dụng
một biện pháp xử lý nào trong đất thì khi chịu tải trọng q nước lỗ rỗng sẽ chỉ
thoát theo một chiều, theo phương thẳng đứng từ dưới lên trên và khi đó đương
nhiên ta sử dụng lý thuyết cố kết thấm của Terzaghi để xác định độ lún cố kết.
Giả sử rằng bây giờ người ta khoan các lỗ trong nền, tạo thành các giếng và lấp
đầy cát thì mỗi giếng sẽ trở thành một giếng thoát nước, đường thấm nước sẽ
theo phương ngang vào giếng vào một phần rất nhỏ vì thế thời gian diễn ra cố
kết sẽ ngắn hơn tuỳ thuộc vào khoảng cách giữa các giếng cát. Cuối cùng thì

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

Page 23


LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

BÙI NGỌC TRANG

nước sẽ thấm qua lớp đệm cát và thoát ra ngoài. Như vậy khi nền có giếng cát
sẽ tính toán theo nền cố kết 3 chiều đối xứng trục của Terzaghi.
+ Lý thuyết và nguyên lý tính toán:
a)

Độ lún

Do sự thay đổi ứng suất gây ra bởi tải trọng của nền đường và độ sâu phân bổ của
đất, một lớp đất sẽ được phân chia thành các lớp nhỏ để tính toán độ lún và độ lún
của lớp đất sẽ là tổng độ lún của các lớp nhỏ.
Có thể tính toán độ lún cố kết bằng cách sử dụng công thức gốc theo mô tả dưới đây
(sau đây gọi tắt là phương pháp ∆e):
Sc =

eo − e1
H
1 + e0

Hoặc bằng các công thức điều chỉnh sau đây (sau đây gọi tắt là phương pháp
Pc/Cc):

Sc =
Sc =
Sc =

Cc
P + ∆P
H log 0
1 + e0
P0

Đối với đất cố kết bình thường

Cs
P + ∆P
H log o
1 + eo
Po

Đối với đất quá cố kết và Pc>P0+∆P

Cs
P
C
P + ∆P
H log c + c H log 0
1 + eo
P0 1 + e0
Pc

Đối với đất quá cố kết và Pc

Về lớp đất cát, có thể sử dụng công thức sau đây để tính độ lún tức thời (phương
pháp De Beer)
S i = 0.4

Po
P + ∆P
H log 0
N
Po

Trong đó:
Sc: Độ lún cố kết,
Si: Độ lún tức thời của lớp đất cát,
eo: Hệ số rỗng tại áp lực P0 (Hệ số rỗng ban đầu),
e1: Hệ số rỗng ở áp lực P0+∆P,
P0: Áp lực địa tầng,
∆P: Áp lực do nền đường gây ra,
Cc: Chỉ số nén,
Cs: Chỉ số nở,
Pc: Áp lực tiền cố kết,
H: Độ dày của lớp đất.
N: Giá trị Thí nghiệm Xuyên Tiêu chuẩn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

Page 24


LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

b)

BÙI NGỌC TRANG

Cố kết

Trường hợp không có đường thấm đứng, hệ số thời gian (Tv) sẽ được tính toán theo
công thức như sau:
Tv =

t × Cv
H2

Sau đó độ cố kết sẽ được tính theo mối quan hệ Terzaghi Uv – Tv như sau:
π  U 
Tv = × 

4  100 

2

nếu 0
Tv = 1.781 − 0.933 × log(100 − U )

nếu U>53%

Trong đó:
t: Thời gian lún,

H: Chiều dài đường thấm,
Tv: Hệ số thời gian,
Uv: Độ cố kết,
Cv: Hệ số cố kết.
Trong trường hợp có đường thấm đứng như là Bấc thấm, Cọc cát, Giếng cát
có vỏ bọc, v.v.. được bố trí để xử lý nền đất yếu, độ cố kết sẽ được xác định bằng
biểu thức Carrillo:
U = 1 − (1 − U v ) * (1 − U h )

Trong đó:
U: Độ cố kết,
Uv: Thành phần cố kết thẳng đứng được tính như đề cập trên,
Uh: Thành phần cố kết ngang được tính bằng kiến nghị Hansbo như sau:
 − 8 × Th 
U h = 1 − exp

 F 
Th =

C h .t
de

2

F = F (n) + Fs + Fr
F ( n) =

n=

n2

3n 2 − 1
ln
n
−
n2 −1
4n 2

de
dw

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

Page 25