NGHIÊN cứu PHƯƠNG PHÁP xử lý nền đất yếu TRONG dự án xây DỰNG NHÀ GA HÀNH KHÁCH sân BAY QUỐC tế cát BI

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM
---------& ---------

KS. ĐỒNG VIẾT QUÂN

NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT
YẾU TRONG DỰ ÁN XÂY DỰNG NHÀ GA HÀNH
KHÁCH SÂN BAY QUỐC TẾ CÁT BI

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH THỦY; MÃ SỐ: 60580202
CHUYÊN NGÀNH: XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH THỦY

Người hướng dẫn khoa học: TS. Nguyễn Phan Anh

HẢI PHÒNG - 2016

i


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là thành quả cứu của riêng tôi, dưới sự hướng dẫn của TS. Nguyễn
Phan Anh. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố
trong bất kỳ công trình nào khác.
TÁC GIẢ LUẬN VĂN
Đồng Viết Quân

ii


LỜI CẢM ƠN
Trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn, ngoài sự nỗ lực của bản thân, tôi đã
nhận được sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô giáo của trường Đại học Hàng hải Việt Nam.
Trước hết, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Ban Giám hiệu, Khoa công trình, Viện
đào tạo sau đại học và các thầy giáo, cô giáo Trường Đại học Hàng hải Việt Nam đã giảng dạy
nhiệt tình, tạo điều kiện để tôi hoàn thành chương trình đào tạo và hoàn thành luận văn.
Tôi xin gửi lời biết ơn sâu sắc ttới TS. Nguyễn Phan Anh đã tận tình hướng dẫn để luận
văn được hoàn thành theo đúng các yêu cầu của đề tài.
Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn đến các đồng nghiệp, bạn bè và người thân trong gia
đình đã giúp đỡ động viên trong suốt thời gian học tập và làm luận văn.
Mặc dù tôi đã có nhiều cố gắng hoàn thiện luận văn bằng tất cả nhiệt tình và năng lực của
mình, tuy nhiên không thể tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được sự đóng góp quý
báu của thầy cô, đồng nghiệp và các bạn.
TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Đồng Viết Quân

iii


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ii
LỜI CẢM ƠN iii
MỤC LỤC iv
DANH MỤC CÁC BẢNG vi
DANH MỤC CÁC HÌNH vi

PHẦN MỞ ĐẦU 8
CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ

NỀN ĐẤT

YẾU 10
1.1. Khái niệm về đất yếu và các loại nền đất yếu thường gặp 10
1.2. Các vấn đề gặp phải khi xây dựng công trình trên nền đất yếu 11
1.2.1.1.Phá hoại nền đường do lún trồi 11
1.2.1.2.Phá hoại nền đường do trượt sâu 12
1.3. Các vấn đề về lún 12
1.4. Các biện pháp xử lý nền đất yếu đã áp dụng tại việt nam 13
1.5. Kết luận chương 1 17
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG GIẾNG
CÁT KẾT HỢP GIA TẢI VÀ PHƯƠNG PHÁP CỌC ĐẤT GIA CỐ XI MĂNG. 18
2.1. Cơ sở lý thuyết về tính toán xử lý nền đất yếu bằng giếng cát kết hợp gia tải 18
2.2. Cơ sở lý thuyết tính toán xử lý nền đất yếu bằng cọc đất gia cố xi măng 30
2.2.4.1.Theo quan điểm làm việc như “cọc” 37
2.2.4.1.1.Đánh giá ổn định các trụ gia cố theo trạng thái giới hạn 1 37
2.2.4.1.2.Đánh giá ổn định các trụ gia cố theo trạng thái giới hạn 2 38
2.2.4.3.2.Khả năng chịu tải giới hạn của nhóm cọc ximăng đất[13] 41
2.2.4.3.3.Tính toán biến dạng[7] 42
2.2.5.1.Ổn định tổng thể của cọc ximăng đất 46
2.2.5.1.1.Mất ổn định do trượt ngang 46
2.2.5.1.2.Mất ổn định do khối cọc quay quanh mép của khối 46
2.2.5.2.Mất ổn định do các cọc không đủ cường độ 47
2.2.5.2.1.Mất ổn định do trượt ngang 47
2.2.5.2.2.Mất ổn định do khối trượt ngang cắt qua các cọc 47
2.2.5.2.3.Mất ổn định do khối trượt uốn gẫy các cọc 47
2.3. Kết luận chương2: 48

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU DỰ ÁN NHÀ GA HÀNH KHÁCH SÂN
BAY CÁT BI BẰNG PHƯƠNG PHÁP GIẾNG CÁT KẾT HỢP GIA TẢI VÀ PHƯƠNG
PHÁP CỌC ĐẤT GIA CỐ XI MĂNG 49
3.1.Giới thiệu chung về dự án cảng hàng không quốc tế Cát bi: 49

iv


49
3.1.2.Điều kiện địa chất khu vực thiết kế[15] 49
3.1.3.Giải pháp thiết kế hệ thống đường giao thông 50
3.1.3.1.Mặt cắt ngang đường trục vào cảng[15] 50
3.1.3.2.Mặt cắt ngang đường dẫn vào nhà ga[15] 50
3.1.4.Giải pháp thiết kế xử lý nền đất yếu 51
3.1.5.Tải trọng tác dụng 51
3.1.5.1.Tải trọng do xe[6] 51
3.1.5.2.Tải trọng do kết cấu phần mặt[15] 52
3.1.6.Yêu cầu thiết kế 53
3.1.6.1.Tiêu chuẩn thiết kế 53
3.1.6.2.Yêu cầu thiết kế[6] 53
3.1.7.Phương pháp tính toán: 53
3.2.Tính toán xử lý nền đường vào nhà ga bằng phương pháp cọc đất gia cố xi măng 54
3.2.1.Mô hình lựa chọn tính toán: 54
3.2.2.Tính toán gia cố cọc xi măng đất 55
3.2.2.1.Tính độ lún của nền khi chưa gia cố 55
3.2.2.2.Gia cố nền bằng cọc xi măng đất đường kính 0.8m 56
3.2.2.2.1.Khoảng cách giữa các cọc bằng 2D = 1.6m 56
3.2.2.2.2.Khoảng cách giữa các cọc bằng 2.5D = 2.0m 57
3.2.2.2.3.Khoảng cách giữa các cọc bằng 3D = 2.4m: 58
3.2.2.2.4.Tổng hợp các phương án cọc 59

3.3.Tính toán xử lý nền đường vào cảng bằng phương pháp giếng cát kết hợp gia tải 60
3.3.1.Lựa chọn mô hình tính toán 60
3.3.2.Tính toán giếng cát kết hợp gia tải 62
3.3.2.1.Tính độ lún của nền khi chưa gia cố 62
3.3.2.2.Tính toán tăng nhanh độ cố kết của nền bằng giếng cát kết gia tải trước 63
3.3.2.2.1.Phương án khoảng cách giếng là 3m 63
3.3.2.2.2.Phương án khoảng cách giếng là 3.5m 64
3.3.2.2.3.Phương án khoảng cách giếng là 4m 64
3.4.So sánh giá trị kinh tế các phương án xử lý 65
3.5.Kết luận chương III: 66
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 67
TÀI LIỆU THAM KHẢO 69

v


DANH MỤC CÁC BẢNG
Số bảng
2.1
2.2
3.1
3.2
3.3

Tên bảng
Các công trình tiêu biểu ứng dụng cọc ximăng đất ở Việt Nam
Các nhân tố ảnh hưởng đến sự phát triển cường độ
Bảng tính qui đổi tải trọng xe
Bảng tính giá trị qui đổi tải trọng kết cấu áo đường
Yêu cầu độ lún nền đường giai đoạn khai thác

Trang
30
35
55
55
56

3.4

Chỉ tiêu địa chất khu vực tính toán

58

3.5
3.6
3.7
3.8
3.9
3.10
3.11
3.12
3.13
3.14
3.15
3.16

Chỉ tiêu lớp đất đắp và cọc ximăng đất
Tổng hợp độ lún của đất nền theo chiều dài cọc Xi măng đất
Tổng hợp độ lún của đất nền theo chiều dài cọc xi măng đất

Tổng hợp độ lún của đất nền theo chiều dài cọc xi măng đất
Bảng tổng hợp phương án cọc đường kính D800
Chỉ tiêu địa chất khu vực tính toán
Chỉ tiêu lớp đất đắp
Kết quả tính toán lún khi nền chưa gia cố
Tổng hợp kết quả tính toán phương án K g=3m
Tổng hợp kết quả tính toán phương án K g=3.5m
Tổng hợp kết quả tính toán phương án K g=4 m
Chi phí gia cố nền bằng cọc đất gia cố xi măng
Chi phí gia cố nền bằng phương án kết hợp cọc xi măng đất và giếng

58
60
61
62
63
66
66
67
68
68
69
70

3.17

cát

70

DANH MỤC CÁC HÌNH
Số hình
1.1
1.2
2.1
2.2
2.3

Tên hình
Phá hoại nền đường do lún trồi
Phá hoại nền đường do trượt sâu
Phương pháp xử lý nền đất yếu bằng giếng cát kết hợp gia tải
Mặt cắt ngang bố trí giếng cát
Bố trị mạng giếng cát

Trang
6
6
14
15
22

2.4

Chiều sâu giếng cát

22

2.5
2.6

Kích thước ống vách
Trình tự thi công giếng cát

23
27

vi


2.7
2.8
2.9
2.10
2.11
2.12
2.13
2.14
2.15
2.16
2.17
2.18
2.19
2.20
2.21
2.22
2.23
3.1
3.2
3.3

3.4
3.5
3.6
3.7
3.8
3.9
3.10
3.11
3.12
3.13
3.14

Thi công cọc giếng cát
Gia tải trong dự án Cát Bi
Các ứng dụng của Cọc ximăng đất ( Terashi, 1997)
Hình ảnh về quá trình khoan và phun
Sơ đồ thi công phương pháp trộn khô
Sơ đồ thi công phương pháp trộn ướt
Dây chuyền khoan phun áp lực cao (Kplalc)
Thi công cọc đất dự án nhà ga Cát Bi
Hình ảnh thực tế về dạng bố trí Cọc ximăng đất (DSMC)
Sơ đồ phá hoại của đất dính gia cố bằng cột xi măng-đất
Quan hệ ứng suất - biến dạng vật liệu ximăng đất
Phá hoại khối
Phá hoại cắt cục bộ
Sơ đồ tính toán biến dạng
Sơ đồ tải trọng truyền cho cột
Sơ đồ tải trọng truyền cho đất không ổn định giữa các cộtkhi tải
trọng vượt quá độ bền rão
Tính toán chênh lệch lún

Phối cảnh Dự án nhà ga sân bay Cát bi
Mặt cắt ngang điển hình đường trục vào cảng
Mặt cắt ngang điển hình đường vào nhà ga
Sơ đồ xếp xe để xác định tải trọng xe cộ tác dụng lên đất yếu
Mặt cắt ngang bố trí cọc ximăng đất gia cố nền đất yếu
Độ lún khi không xử lý nền đường
Cung trượt của nền đường khi mất ổn định
Quan hệ giữa chiều dài cọc và độ lún phương án 2D
Quan hệ giữa chiều dài cọc và độ lún phương án cọc 2.5D
Quan hệ giữa chiều dài cọc và độ lún
Biểu đồ so sánh 3 phương án cọc
Mặt cắt ngang bố trí giếng cát gia cố nền đất yếu
Độ lún cố kết của nền
Biểu đồ so sánh độ lún dư của các phương án giếng cát

vii

27
28
29
30
31
32
32
33
36
40
41
41
42

43
45
45
47
51
52
53
54
57
59
59
61
62
63
64
65
67
69


PHẦN MỞ ĐẦU

1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Nước ta đang bước vào thời kỳ công nghiệp hoá, mạng lưới giao thông đã và đang được
xây dựng với tốc độ ngày càng lớn.Các công trình xây dựng thường tập trung ở những nơi
có điều kiện kinh tế, giao thông thuận lợi, tuy nhiên phần lớn lại gặp bất lợi về điều kiện địa
chất công trình.Tại đây, cấu trúc nền thường rất phức tạp, gồm nhiều lớp đất yếu, có chiều
dày khá lớn, phân bố ngay trên mặt.Khi xây dựng nền đường việc chọn lựa giải pháp thiết
kế nền móng thường gặp nhiều khó khăn.Khó khăn là ở chỗ, chọn giải pháp vừa đáp ứng
được yêu cầu của kết cấu, vừa đảm bảo tiến độ thi công và giá thành hợp lý. Hiện nay, việc

xử lý nền đất yếu khi xây dựng nền đường đã và đang áp dụng những biện pháp như: thay
thế một phần hoặc toàn bộ lớp đất yếu bằng lớp vật liệu có chỉ tiêu cơ lý tốt hơn, sử dụng
vải địa kỹ thuật, bấc thấm, cọc cát, giếng cát, cọc đất gia cố ximăng…
Tại Việt Nam có một số vùng đất yếu như ở lưu vực sông Hồng và sông Cửu Long.
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 nền đất dọc theo dòng sông và bờ biển. Trong những năm gần đây
cùng với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, nền móng các công trình ngày được quan tâm và
tìm hiểu nhiều hơn, các công trình ổn định hơn.Tuy nhiên, vẫn có một số công trình bị hư hại
mà nguyên nhân chủ yếu vẫn là nền đất dưới công trình.Đối với nước ta là một nước đang
phát triển, đang công nghiệp hóa và hiện đại hóa mạnh mẽ, rất nhiều công trình lớn, nhà
máy, bến cảng, sân bay và các khu công nghiệp đang được xây dựng.Tất cả những điều ấy
đã và đang là động lực để thúc đẩy nghiên cứu và phát triển kỹ thuật gia cố nền đất xử lý
nền đất yếu, giúp chúng ta hiểu rõ lòng đất hơn.
Dự án xây dựng nhà ga hành khách sân bay quốc tế Cát bi nhằm mục tiêu đáp ứng nhu
cầu vận tải ngày càng cao, cải thiện điều kiện khai thác, phục vụ phát triển kinh tế xã hội
cho thành phố Hải Phòng và đảm bảo được an ninh quốc gia. Dự án được thực hiện trên khu
vực địa chất yếu trước đây là ao, hồ, đầm. Chính vì vậy, việc xử lý hiệu quả nền đất yếu
nhằm đáp ứng được các yêu cầu về kinh tế và kỹ thuật luôn được Chủ đầu tư quan tâm hàng
đầu.
Do vậy đề tài “Nghiên cứu phương pháp xử lý nền đất yếu trong dự án xây dựng nhà
ga hành khách sân bay Quốc tế Cát Bi” là vấn đề có ý nghĩa cấp bách và thiết thực.

2. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI
Nghiên cứu, so sánh và khuyến nghị phạm vi áp dụng cho các phương pháp xử lý nền
đất yếu, lựa chọn được phương pháp xử lý nền thích hợp nhất cho dự án xây dựng nhà ga
hành khách sân bay quốc tế Cát bi. Đưa ra các khuyến nghị về thiết kế và thi công xử lý nền
đất yếu bằng phương pháp giếng cát và cọc đất gia cố xi măng cho dự án.

8

3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Luận văn nghiên cứu về các lớp địa chất yếu và các giải pháp thiết kế và công nghệ thi
công các công trình trên nền đất yếu.Đi sâu nghiên cứ về công nghệ giếng cát và cọc đất gia
cố xi măng gia cố nền đất yếu.
Đưa ra những giải pháp thiết kế và công nghệ thi công nâng cao chất lượng nền trên nền
đất yếu bằng phương pháp giếng cát và cọc đất gia cố xi măng.
Áp dụng giếng cát và cọc đất gia cố xi măng cho việc xử lý nền đất yếu của dự án xây
dựng nhà ga hành khách sân bay quốc tế Cát bi.

4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Thu thập các tài liệu liên quan đến những giải pháp thiết kế và các công nghệ thi công
góp phần nhằm nâng cao chất lượng nền trong các công trình.
Thu thập các số liệu địa chất khu vực xây dựng dự án, tính toán lý và đưa ra giải pháp
xử lý phù hợp cho dự án xây dựng nhà ga hành khách sân bay quốc tế Cát bi.
Luận văn kết hợp giữa phân tích lý thuyết cùng với phương pháp tính toán để đưa ra
biện pháp xử lý hiệu quả nền đất yếu áp dụng cho dự án.

5. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
Kết quả nghiên cứu làm sáng tỏ tính ưu việt của phương pháp xử lý nền đất yếu bằng
phương pháp giếng cát kết hợp gia tải và phương pháp cọc đất gia cố xi măng.
Chứng minh được hiệu quả kinh tế, kỹ thuật của biện pháp xử lý nền đất yếu được áp
dụng cho dự án.
Kết quả nghiên cứu nhằm lấy cơ sở mở rộng phạm vi áp dụng phương pháp xử lý nền
đất yếu trên địa bàn Thành phố Hải Phòng.

9


CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ

ĐẤT YẾU

NỀN

1.1. Khái niệm về đất yếu và các loại nền
đất yếu thường gặp

1.1.1. Khái niệm về đất yếu
Đất yếu là những đất có năng lực chịu tải nhỏ (vào khoảng 0,5 - 1,0 daN/cm 2) có tính
nén lún lớn, hầu như bão hoà nước, hệ số rỗng (e >1), môđuyn biến dạng thấp , sứckháng cắt
nhỏ. Nếu không có biện pháp xử lý đúng đắn thì việc xây dựng đường ô tô trên nền đất yếu
sẽ rất khó khăn hoặc không thể thực hiện được.[4]

1.1.2. Phân loại đất yếu
Có thể chia đất yếu thành 3 loại cơ bản sau: đất sét hoặc đất á sét bụi mềm (có hoặc
không có chất hữu cơ), than bùn hoặc các loại đất rất nhiều hữu cơ và bùn.
Loại đất có nguồn gốc khoáng vật thường là sét hoặc á sét trầm tích trong nước ở ven
biển, vùng vịnh, đầm hồ, đồng bằng châu thổ; loại này có thể lẫn hữu cơ trong quá trình
trầm tích (hàm lượng hữu cơ có thể tới 10 - 12%) nên có thể có màu nâu đen, xám đen, có
mùi. Đối với loại này, được xác định là đất yếu nếu ở trạng thái tự nhiên, độ ẩm của chúng
gần bằng hoặc có thể cao hơn giới hạn chảy, hệ số rỗng lớn (sét e ≥ 1,5 , á sét e ≥ 1), lực
dính đơn vị C theo kết quả cắt nhanh không thoát nước từ 0,15 daN/cm2 trở xuống, góc ma
sát trong ϕ từ 0 - 10° hoặc lực dính từ kết quả thí nghiệm cắt cánh hiện trường Cu ≤ 0,35
daN/cm2. Ngoài ra ở các vùng lòng núi còn có thể hình thành đất yếu ở dạng bùn cát, bùn
cát mịn (hệ số rỗng e > 1,0; độ bão hòa G > 0,8).[6]
Loại đất có nguồn gốc từ hữu cơ thường hình thành từ đầm lầy, nơi nước tích đọng
thường xuyên, mực nước ngầm khá cao, tại đây các loài thực vật phát triển, thối rữa và bị
phân hủy, tạo ra các vật lắng hữu cơ lẫn với các loại trầm tích khoáng vật. Loại này thường
được gọi là đất đầm lầy than bùn, hàm lượng hữu cơ chiếm tới 20 - 80%, thông thường có
màu đen hay nâu sẫm, cấu trúc không mịn.

Đất yếu đầm lầy than bùn còn được phân loạitheo tỷ lệ lượng hữu cơ có trong chúng:
Lượng hữu cơ có khoảng 20 - 30%: Đất nhiễm than bùn.
Lượng hữu cơ có khoảng 30 - 60%: Đất than bùn.
Lượng hữu cơ lớn hơn 60%: Than bùn.
Các loại nền đất yếu thường gặp
1- Đất sét mềm: Gồm các loại đất sét hoặc á sét tương đối chặt, ở trạng thái bão hòa
nước, có cường độ thấp.

10


2- Đất bùn: Các loại đất tạo thành ở trong môi trường nước, thành phần hạt rất mịn, ở
trạng thái luôn no nước, hệ số rỗng rất lớn, chịu lực rất yếu.
3- Đất than bùn: Là loại đất yếu có nguồn gốc từ hữu cơ, được hình thành do kết quả
phân hủy các tạp chất hữu cơ có ở các đầm lầy (hàm lượng hữu cơ từ 20 - 80%).
4- Cát chảy: Gồm các loại cát mịn, kết cấu hạt rời rạc, có thể bị nén chặt hoặc pha loãng
đáng kể. Loại đất này khi chịu có trọng động thì chuyển sang trạng thái chảy gọi là cát chảy.
5- Đất bazan: Là loại đất yếu có độ rỗng dư lớn, dung trọng khô bé, khả năng thấm
nước cao, dễ bị lún sụt.
Khu vực đồng bằng Sông Hồng có tầng đất phù sa khá dày và tập trung chủ yếu là đất
sét yếu, sức chịu tải của nền rất thấp, độ lún lớn. Khu vực đồng bằng sông Cửu Long phổ
biến là các loại đất loại sét mềm yếu bão hòa nước. Với mục tiêu phát triển đô thị ngày càng
mở rộng, đi cùng với phát triển cơ sở hạ tầng, mạng lưới công trình giao thông thường đi
qua vùng đất yếu với những điều kiện hết sức phức tạp của đất nền như bùn sét, vùng có
bùn cát, bùn cát mịn, vùng đầm lầy than bùn thì cần phải có biện pháp khảo sát thiết kế
tương ứng nhằm đảm bảo nền đường được ổn định về cường độ và biến dạng.
1.2. Các vấn đề gặp phải khi xây dựng công trình trên nền đất yếu
Khi thi công đắp nền đường trên vùng đất yếu thì sẽ làm tăng ứng suất trong đất, nếu sự
tăng ứng suất này vượt quá một ngưỡng giới hạn nào đó (tuỳ thuộc vào tính chất cơ học và
trạng thái của đất nền) thì đất nền sẽ bị phá hoại khi xây dựng khiến cho nền đắp bị lún

nhiều và đột ngột. Cùng với sự lún sụp của nền đường đắp thì nền đất yếu xung quanh cũng
bị trồi lên tương ứng.

1.2.1. Những dạng phá hoại nền đường thường gặp[4]
1.2.1.1. Phá hoại nền đường do lún trồi
Toàn bộ nền đường đắp lún vào nền đất yếu, đẩy trồi đất yếu tạo thành các bờ đất gần
chân taluy.

Hình 1.1. Phá hoại nền đường do lún trồi

11


1.2.1.2. Phá hoại nền đường do trượt sâu
Kiểu phá hoại này thường bắt gặp trong xây dựng đường do dạng hình học thơng
thường của nền đường đắp. Một cung trượt tròn sinh ra do nên đắp bị lún cục bộ, ngược với
lún lan rộng như kiểu lún trồi.
Nền đắp

Đất yếu

Hình 1.2. Phá hoại nền đường do trượt sâu
Hậu quả của sự lún này là một bộ phận của nền đường đắp và của đất nền thiên nhiên
dọc theo diện tích phá hoại bị dịch chuyển và có hình dạng thay đổi theo tính chất và các
đặc tính cơ học của vật liệu dưới nền đắp. Để tính tốn, trong các trường hợp đơn giản nhất
thường xem đường phá hoại tương tự như một đường cong tròn và sự trượt được gọi là trượt
tròn.

1.2.2. Sự phát triển của các hư hỏng
Sự phá hoại của đất yếu do lún trồi hoặc là trượt sâu vì đắp nền đường q cao là một

hiện tượng xảy ra nhanh chóng trong khi thi cơng hoặc sau khi thi cơng xong một thời gian
ngắn.
Qua theo dõi sự phá hoại thấy các chuyển động chính kéo dài trong vài giờ và các
chuyển động tàn dư chỉ chấm dứt sau vài tuần.
Tuy nhiên cũng có những phá hoại khác xảy ra sau khi thi cơng xong vài tháng hoặc vài
năm như trong trường hợp đơn cao nên đường mới trên nền đắp hiện hữu hoặc khi đào đất ở
chân taluy.

1.3. Các vấn đề về lún

Khác với sự phá hoại do mất ổn định, thì lún là một biến dạng chậm của đất dưới tác
dụng của trọng lượng nền đắp, và thường xảy ra:
- Ở giữa nền đắp bởi một độ lún thẳng đứng;
- Ở dưới phạm vi dải đất dành cho đường: một độ lún thẳng đứng kết hợp với một
chuyển vị ngang của đất nền thiên nhiên.
- Ở ngồi phạm vi dải đất dành cho đường là một chuyển vị ngang của đất nền thiên
nhiên cho đến một khoảng cách nào đó phụ thuộc vào chiều dày của đất yếu.

12


Các chuyển vị thẳng đứng thông thường có một biển độ đến hàng chục centimet với các
lớp rất mềm hoặc chiều dày lớn, biên độ này có thể đến vài mét. Các chuyển vị này ở tím
nền đắp đều lớn hơn so với ở mép ta-luy sinh ra một biến dạng của mặt nền đường.
Các chuyển vị ngang thường nhỏ hơn chuyển vị thẳng đứng, tỷ số giữa hai chuyển vị
này chủ yếu phụ thuộc vào hệ số an toàn, kích thước hình học của nền đắp và chiều dày của
đất yếu. Tuy nhiên đã quan sát được các chuyển vị ngang đến vài chục centimet.
Tốc độ lún cũng thay đổi theo tính chất của đất yếu, chiều dày của nó và sự có mặt của
các lớp thoát nước.

1.4. Các biện pháp xử lý nền đất yếu đã áp
dụng tại việt nam
1.4.1. Phương pháp xử lý nền đất yếu bằng cọc cát hoặc giếng cát[12]
Khác với các loại cọc cứng khác (bê tông, bê tông cốt thép, cọc gỗ, cọc tre...) là một bộ
phận của kết cấu móng, làm nhiệm vụ tiếp nhận và truyền tải trọng xuống đất nền, mạng lư ới cọc cát làm nhiệm vụ gia cố nền đất yếu nên còn gọi là nền cọc cát.
Việc sử dụng cọc cát hoặc giếng cát để gia cố nền có những ưu điểm nổi bật sau: cọc cát
cũng như giếng cát, giúp nước lỗ rỗng thoát ra nhanh, làm tăng nhanh quá trình cố kết và độ
lún ổn định diễn ra nhanh chóng hơn; nền đất được ép chặt do ống thép tạo lỗ, sau đó lèm
chặt đất vào lỗ làm cho đất được nén chặt thêm, nước trong đất bị ép thoát vào cọc cát hoặc
giếng cát, do vậy làm tăng khả năng chịu lực cho nền đất sau khi xử lý; cọc cát, giếng cát thi
công đơn giản, vật liệu rẻ tiền (cát) nên giá thành rẻ hơn nhiều so với dùng các loại vật liệu
khác. Cọc cát, giếng cát thường được dùng để gia cố nền đất yếu có chiều dày > 3m.

1.4.2. Phương pháp xử lý nền đất yếu bằng cọc vôi và cọc đất gia cố xi măng[4]
Cọc vôi thường được dùng để xử lý, nén chặt các lớp đất yếu như: than bùn, bùn, sét và
sét pha ở trạng thái dẻo nhão.
Việc sử dụng cọc vôi có những tác dụng sau:
- Sau khi cọc vôi được đầm chặt, đường kính cọc vôi sẽ đượctăng lên 20% làm cho
đất xung quanh nén chặt lại.
- Khi vôi được tôi trong lỗ khoan thì nó toả ra một nhiệt lượng lớn làm cho nước lỗ
rỗng bốc hơi sẽ làm giảm độ ẩm và tăng nhanh quá trình nén chặt.
- Sau khi xử lý bằng cọc vôi nền đất được cải thiện đáng kể: độ ẩm của đất giảm 5 8%; lực dính tăng lên khoảng 1,5 - 3lần.
Việc chế tạo cọc đất - ximăng cũng giống như đối với cọc đất - vôi, ở đây xilô chứa
ximăng và phun vào đất với tỷ lệ định trước.
Hàm lượng ximăng có thể từ 7 - 15% và kết quả cho thấy gia cố đất bằng ximăng tốt
hơn vôi và đất bùn gốc cát thì hiệu quả cao hơn đất bùn gốc sét.

13

Qua kết quả thí nghiệm xuyên cho thấy, sức kháng xuyên của đất nền tăng lên từ 4 - 5
lần so với khi chưa gia cố.
Ở nước ta đã sử dụng loại cọc đất - ximăng này để xử lý gia cố một số công trình lớn và
hiện nay triển vọng sử dụng loại cọc đất - ximăng này để gia cố nền là rất tốt.

1.4.3. Phương pháp xử lý bằng đệm cát[10]
Lớp đệm cát sử dụng hiệu quả với lớp đất yếu ở trạng thái bão hoà nước và chiều dày
các lớp đất yếu bé hơn 3m.
Biện pháp thi công: Đào bỏ một phần hoặc toàn bộ lớp đất yếu (trường hợp lớp đất yếu
có chiều dày bé) và thay vào đó bằng cát hạt trung, hạt thô đầm chặt.
Việc thay thế lớp đất yếu bằng tầng đệm cát đạt được những tác dụng chủ yếu sau:
- Lớp đệm cát thay thế lớp đất yếu nằm trực tiếp dưới đáy móng, đệm cát đóng vai trò
giống như một lớp chịu tải, tiếp thu tải trọng công trình và truyền tải trọng đó đến các
lớp đất yếu bên dưới.
- Giảm được độ lún và chênh lún của công trình vì có sự phân bố lại ứng suất do tải
trọng ngoài gây ra trong nền đất dưới tầng đệm cát.
- Giảm được chiều sâu chôn móng nên giảm được khối lượng vật liệu.
- Giảm được áp lực công trình truyền xuống đến trị số mà nền đất yếu có thể tiếp nhận
được.
- Làm tăng độ ổn định của công trình, vì cát được nén chặt làm tăng lực ma sát và sức
chống trượt.
- Đẩy nhanh quá trình cố kết của đất nền, do vậy làm tăng nhanh khả năng chịu tải của
nền và thời gian ổn định về lún cho công trình.
- Về mặt thi công đơn giản, không đòi hỏi thiết bị phức tạp nên được sử dụng tương
đối rộng rãi.
Phạm vi áp dụng tốt nhất đối với lớp đất yếu có chiều dày bé hơn 3m. Không nên sử
dụng phương pháp này khi nền đất có mực nước ngầm cao và nước có áp vì sẽ tốn kém về
việc hạ mực nước ngầm và đệm cát sẽ kém ổn định.

1.4.4. Phương pháp dắp bệ phản áp[6]

Bệ phản áp dùng khi đắp nền đường trực tiếp trên đất yếu với tác dụng tăng mức độ ổn
định chống trượt trồi cho nền đường để đạt các yêu cầu về ổn định. Bệ phản áp có vai trò
như một đối trọng, tăng độ ổn định và cho phép đắp nền đường với các chiều cao lớn hơn,
do đó đạt được độ lún cuối cùng trong một thời gian ngắn hơn. Bệ phản áp còn có tác dụng
phòng lũ, chống sóng, chấm thấm nước…So với việc làm thoải độ dốc taluy, đắp bệ phản áp
với một khối lượng đất đắp bằng nhau sẽ có lợi hơn do giảm được momen của các lực trượt
nhờ tập trung tải trọng ở chân taluy.

14


Chiều cao bệ phản áp phải nhỏ hơn hoặc bằng chiều cao đắp trực tiếp giới hạn H gh và
nên từ 1/3 ÷ 1/2 chiều cao nền đắp chính. Để tiết kiệm đất, chiều rộng bệ phản áp L có thể
rút xuống bằng (2/3 ÷ 3/4) chiều dài chồi đất ứng với cung trượt nguy hiểm nhất (theo kinh
nghiệm của một số nước thì chiều rộng L không cần phải trùm kín hết chiều dài chồi đất
này).
Bệ phản áp là giải pháp tăng độ ổn định của nền đắp chính nhưng cũng có thêm tác
dụng là hạn chế thành phần lún do đất yếu bị đẩy ngang sang hai bên dưới tác dụng của tải
trọng đắp chính. Phải đắp bệ phản áp cùng lúc một lúc với nền đắp chính, tuy nhiên đắp
không cần đầm nén chặt như đắp nền đường.

1.4.5. Phương pháp sử dụng lưới địa kỹ thuật[3]
Nguyên lý của giải pháp này là dùng vải, lưới địa kỹ thuật làm cốt tăng cường ở đáy
nền đắp, khu vực tiếp xúc giữa nền đắp và đất yếu. Do bố trí cốt như vậy khối trượt của nền
đắp nếu xảy ra sẽ bị cốt chịu kéo giữ lại nhờ đó tăng thêm mức độ ổn định cho nền đắp. Tùy
theo lực kéo tạo ra lớn hay nhỏ chiều cao đắp an toàn có thể vượt quá chiều cao đắp giới hạn
Hgh nhiều hay ít.
Tăng cường ổn định bằng giải pháp này này thi công rất đơn giản nhưng chú ý là giải
pháp này không có tác dụng giảm lún và do vậy nó chỉ có thể sử dụng một mình khi độ lún
trong phạm vi cho phép.

Xu thế phát triển của giải pháp này là sử dụng các loại lưới vải địa kỹ thuật để tăng ma
sát giữa đất yếu và lưới (có lợi cho việc tạo ra lực kéo), thậm chí người ta đã sử dụng cả
tầng đệm đáy bằng một lớp lồng cao 1m, các lồng này bằng lưới địa kỹ thuật kết cấu mạng
tổ ong hoặc bằng lưới ô vuông polimer móc chặt vào nhau sau đó đổ sỏi cuội, đá vào trong
các lồng đó. Khi đắp nền đắp cả khối lồng đá này chìm vào trong đất yếu sẽ tạo ra tác dụng
chống lại sự phá hoại trượt trồi.
Việc đặt một hoặc nhiều lớp thảm bằng vải địa kỹ thuật hoặc lưới địa kỹ thuật ở đáy
của nền đắp đầu cầu sẽ làm tăng cường độ chịu kéo và cải thiện độ ổn định của nền đường
chống lại sự trượt tròn. Như vậy có thể tăng chiều cao nền đắp đất của từng giai đoạn mà
không phụ thuộc vào sự lún trồi của đất. Vải địa kỹ thuật còn có tác dụng phụ làm cho độ
lún của đất dưới nền đắp được đồng đều hơn.

1.4.6. Phương pháp lưới địa kỹ thuật kết hợp với hệ móng cọc[3]
Dựa trên tính năng làm việc của vải địa kỹ thuật cường độ cao hay lưới địa kỹ thuật, sự
kết hợp giữa các lớp vật liệu tăng cường địa kỹ thuật này với hệ móng cọc phía bên dưới
đem lại giải pháp rất tốt khi đắp nền đường trên đất yếu.Tải trọng nền đất đắp và các tải
trọng chất thêm trên đường sẽ được truyền lên hệ móng cọc thông qua hiệu ứng vòm trong
đất và sự truyền tải của lớp lưới địa kỹ thuật.

15


Giải pháp sử dụng lưới địa kỹ thuật kết hợp với hệ móng cọc này tạo ra kết cấu nối tiếp
giống như sàn truyền tải. Hiệu quả của nó mang lại rất cao do giải quyết được độ lún tổng
thể, hệ thống kết hợp này còn khắp phục khá tốt vấn đề chênh lệch lún, lưới địa kỹ thuật còn
tăng cường khả năng chịu cắt cho nền đất, nâng cao độ ổn định của nền đường đầu cầu. Chi
phí xây lắp thấp hơn so với giải pháp sử dụng sàn bê tông cốt thép trên hệ móng cọc.
Qua thực tế về việc sử dụng giải pháp kết hợp giữa lưới địa kỹ thuật và hệ móng cọc ở
các nước, hiệu quả mang lại rất cao. So với phương pháp chỉ sử dụng hệ móng cọc có mũ ở
đầu, để thoả mãn yêu cầu đảm bảo an toàn kỹ thuật về độ lún thì tỉ lệ phủ diện tích bề mặt

thông qua mũ cọc thường dùng là 60%-70%, nếu sử dụng phương pháp kết hợp nói trên, tỉ lệ
này yêu cầu còn khoảng 10%-20%. Bên cạnh đó, nếu so sánh với giải pháp sàn bê tông cốt
thép trên hệ móng cọc thì với giải pháp này có chi phí xây dựng thấp hơn.

1.4.7. Phương pháp xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm[4]
Đây là phương pháp kỹ thuật thoát nước thẳng đứng dùng bấc thấm kết hợp với gia tải
nén trước.
Khi chiều dày đất yếu rất lớn hoặc khi độ thấm của đất rất nhỏ thì có thể bố trí đường
thấm thẳng đứng để làm tăng tốc độ cố kết. Phương pháp này thường dùng để xử lý nền
đường đắp cao trên nền đất yếu.
Phương pháp bấc thấm (PVD) có tác dụng tạo đường thấm thẳng đứng để tăng nhanh
quá trình thoát nước qua các lỗ rỗng của đất yếu, làm giảm độ rỗng, độ ẩm, tăng dung trọng.
Kết quả là làm tăng nhanh quá trình cố kết của nền đất yếu, tăng sức chịu tải và làm cho nền
đất đạt độ lún quy định trong thời gian cho phép.
Phương pháp bấc thấm có thể sử dụng độc lập, tuy nhiên trong trường hợp cần tăng
nhanh tốc độ cố kết, người ta có thể sử dụng kết hợp đồng thời biện pháp xử lý bằng bấc
thấm với gia tải tạm thời.
Trong mỗi trường hợp cụ thể, tuỳ điệu kiện có thể có một hoặc nhiều biện pháp
xử lý thích hợp, tuy nhiên lựa chọn giải pháp nào thì cần phải phân tích đầy đủ theo các
nhân tố sau đây:
- Tính chất và tầm quan trọng của công trình
- Thời gian thi công.
- Tính chất và bề dày của lớp đất yếu.
- Giá thành xây dựng.
Tuỳ theo yêu cầu cụ thể đối với công trình sau khi thi công, cần xác định độ lún tổng
cộng và tốc độ lún cho phép.

16

1.5. Kết luận chương 1

Khi xây dựng công trình hạ tầng giao thông hoặc các công trình dân dụng công nghiệp,
đặc biệt với những công trình trên nền đất yếu cần phải quan tâm đến vấn đề xử lý nền móng
công trình. Việc lựa chọn giải pháp xử lý nền đất yếu tuỳ thuộc vào quy mô công trình, điều
kiện thi công,thời gian thi công, yêu cầu khai thác và chi phí xây dựng…

17


CHNG 2: C S Lí THUYT TNH TON X Lí NN T YU BNG
GING CT KT HP GIA TI V PHNG PHP CC T GIA C XI
MNG.

2.1. C s lý thuyt v tớnh toỏn x lý nn
t yu bng ging cỏt kt hp gia ti
2.1.1. Gii thiu phng phỏp ging cỏt kt hp vi gia ti:
Hin nay cú rt nhiu phng phỏp x lý nn t yu khỏc nhau, mi phng phỏp s cú
nhng u nhc im v phm vi s dng khỏc nhau. Vic s dng mt phng phỏp gin
n hay kt hp nhiu phng phỏp cũn tựy thuc vo iu kin thc t ca d ỏn.Trong
phn ny, tỏc gi xin c trỡnh by phng phỏp x lý nn t yu bng phng phỏp
ging cỏt kt hp vi gia ti trc. Vic ỏp dng kt hp hai phng phỏp ny mc ớch to
cho nn t thay i mụ hỡnh thoỏt nc t mt chiu sang hai chiu sau ú gia ti s lm
cho nn t t cht yờu cu. Ging cỏt cú hai tỏc dng chớnh sau õy:
- Tng nhanh tc c kt ca t nn, do ú lm cho cụng trỡnh trờn nhanh chúng
t c gii hn n nh v lỳn, v lm cho t nn cú kh nng bin dng ng u.
- Trong trng hp nu khong cỏch gia cỏc Ging cỏt c chn mt cỏch thớch hp
thỡ nú cũn cú tỏc dng lm tng cht ca nn v do ú sc chu ti ca t nn tng
lờn mt cỏch ỏng k.
Cu to c bn ca bin phỏp x lý t bng h thng thoỏt nc thng ng Ging cỏt

c mụ t trong hỡnh 2-1. Nc xung quanh Ging cỏt chy theo phng ngang ti Ging
cỏt v c thoỏt thng ng lờn trờn sau ú chy ra ngoi thụng qua lp m cỏt.

chiều rộng đường

Chiều cao chất tải thêm

C
L
PH

Chiều cao nền đắp

1:1

1:1

Quan trắc lún
1:2

1:2

Chiều dày lớp đệm cát
LớP đệm cát

giếng cát

Hỡnh 2.1: Phng phỏp x lý nn t yu bng ging cỏt kt hp gia ti

2.2.2. Nguyờn lý x lý nn t yu bng ging cỏt kt hp gia ti

- C s lý thuyt chung
i vi t cú rng ln trng thỏi ri, bóo hũa nc, tớnh nộn lỳn ln hoc t cú
kt cu d b phỏ hoi v kộm n nh thỡ múng cụng trỡnh khụng th t trc tip trờn nn
thiờn nhiờn c m cn cú bin phỏp gia c.

18


c im ca cỏc loi t ny l cú sc chu ti rt nh, lỳn ln v cú kh nng gõy
ra bin dng khụng u di múng cụng trỡnh.
Nn t yu ch yu l t sột, ỏ sột hay than bựn m ly vi h s thm k rt nh, h
s thm ny nh hng khỏ ln n tc thoỏt nc c kt trong t yu v do ú nh
hng n tc lỳn ca nn t. Vỡ vy hon thnh giai on c kt th nht cn phi
mt nhiu thi gian.Vic x lý nn t yu khụng nhng x lý lỳn ln m c thi gian c
kt. Vỡ th cn cú bin phỏp tng ỏp lc tỏc dng lờn nn t nh ó núi trờn lm
cht nn t v ng thi phi cú bin phỏp to iu kin thun li cho vic nc thoỏt ra
ngoi.
Yờu cu ny thng c thc hin bng cỏch lp t thờm cỏc cc thoỏt nc thng
ng, cú th kt hp vi bin phỏp gia ti trc bng khi p tm thi hoc hỳt chõn khụng
khi cn tng nhanh tc c kt.
Cỏc ging tiờu nc thng ng nhm to ra nhng rónh thoỏt nc dc, chỳng c lp
t bng nhiu phng phỏp khỏc nhau, cú c trng lý hc khỏc nhau.
Trong phng phỏp ny, nc l rng s c ộp ra ngoi trong quỏ trỡnh c kt ca t
sột do gradien thy lc c hỡnh thnh bi ỏp lc ca nn p hoc cú thờm gia ti trc,
dũng chy t cỏc lp t sột s theo phng ngang vo cỏc ging tiờu nc v thoỏt t do ra
ngoi dc theo cỏc cc tiờu nc ny.
Vic lp t thờm cỏc ging tiờu nc thng ng s lm gim chiu di ng thoỏt
nc, tớnh thm nc theo phng ngang c tng v lm gim thi gian c kt ca t
yu. Nh vy vic lp t thờm cỏc ging tiờu nc thng ng s y nhanh quỏ trỡnh c
kt ca nn t v lm tng nhanh bn ca nn t to ra tớnh n nh ca cỏc cụng

trỡnh thi cụng trờn nn t yu.
Tải trọng chất thêm q

Đệm cát

Giếng cát

Đất yếu

Tầng đáy

Hỡnh 2.2: Mt ct ngang b trớ ging cỏt
Tỏc dng ca Ging cỏt l lm cho rng, m ca t nn gim i, trng lng th
tớch, mụ un bin dng, lc dớnh v gúc ma sỏt trong tng lờn. Vỡ nn t c nộn cht li,
do ú sc chu ti s c tng lờn, lỳn v bin dng khụng ng u ca t nn di
múng cỏc cụng trỡnh s gim i mt cỏch ỏng k.

- Nguyờn lý c bn ca quỏ trỡnh nộn trc
19


Khi nền đất chịu tác động của tải trọng ngoài thì sẽ sinh ra ứng suất có hiệu σ giữa các
hạt đất và áp lực nước lỗ rỗng (U). Tổng ứng suất có hiệu và ứng suất nước lỗ rỗng luôn
bằng ứng suất do tải trọng bên ngoài sinh ra σ = σ + U .
Trong quá trình cố kết thì nước bị ép ra và U giảm còn σ tăng lên đến một giá trị nào
đó. Phương pháp Giếng cát chính là tạo ra nhiều rãnh để cho nước thoát được nhanh
hơn.Theo Terzaghi khi nền không có Giếng cát chúng ta có thể áp dụng bài toán cố kết một
chiều, nhưng khi nền có làm Giếng cát bài toán trở thành cố kết ba chiều đối xứng trục.
Việc gia tải bằng tải trọng thẳng đứng trong quá trình nén cố kết nền đất yếu thực chất
là tăng áp lực lớn hơn áp lực thường xuyên trên nền đất tự nhiên, và có thể coi áp lực đấy

chính là áp lực của nền đất đắp gia tải.
Gia tải trước có thể loại trừ toàn bộ hay một phần tổng lún dự đoán gây nên bởi quá
trình cố kết chính đối với hầu hết các loại đất có tính nén lún. Tải trọng gia tải có tác dụng
đẩy nhanh tốc độ lún trong quá trình nén chính và giảm mức độ lún gây ra bởi quá trính lún
thứ cấp.
Khi một nền đắp hay một vùng tải trọng phân bố được tác dụng lên nền đất bão hòa
nước, nền đất dính, thì kết quả lún có thể phân ra thành ba thành phần (giai đoạn) như sau:
- Lún ban đầu: Xuất hiện trong quá trình gia tải khi tải trọng gia tải vượt quá áp lực
nước lỗ rỗng có trong nền đất tự nhiên. Nếu nền đất có khả năng thấm kém và khá dày,
thì áp lực nước lỗ rỗng dư xuất hiện khi đất chưa thoát nước. Kết cấu của đất sẽ được
định dạng lại do tác dụng của ứng suất cắt, và cơ bản là không có sự thay đổi về thể
tích.
- Lún cố kết chính: Phát triển trong quá trình thoát nước lỗ rỗng trong đất nền. Thể tích
đất thay đổi do đó xuất hiện lún, và khi đó áp lực nén sẽ chuyển từ áp lực nước lỗ rỗng
sang các hạt đất (áp lực có hiệu). Tốc độ của quá trình lún chính sẽ bị ảnh hưởng bởi tốc
độ thoát nước lỗ rỗng. Tốc độ thoát nước phụ thuộc vào sự thay đổi thể tích và khả
năng thấm của lớp đất khu vực xung quanh Giếng cát.
- Lún thứ cấp: Hình thành sau giai đoạn lún chính, là thời kỳ lún lâu dài, xuất hiện khi
áp lực nước lỗ rỗng dư hầu như đã bị triệt tiêu và ảnh hưởng của áp lực về thực tế là
không đổi. Sự thay đổi thể tích và phát triển lún thường được miêu tả bằng quan hệ
tuyến tính giữa lún và hàm Log(thời gian).
Để đơn giản cho việc phân tích, ta giả định rằng ba thành phần trên xuất hiện riêng biệt
theo từng giai đoạn. Trên thực tế hiện tượng lún do tải trọng nền đắp là phức tạp hơn so với
giả định trên. Trong một số trường hợp thì độ lớn của một hay nhiều thành phần là rất nhỏ.
Tuy vậy, hầu hết các trường hợp được giả định một cách giản đơn và do đó công việc thiết
kế sẽ được trình bày một cách hợp lý hơn.

20

Vai trò tương đối và độ lớn của mỗi thành phần lún phụ thuộc vào rất nhiều nhân tố, ví
dụ: thể loại đất và tính chất cơ lý, chỉ số nén, quá trình nén lún trước đây, độ lớn tải trọng,
tốc độ gia tải và mối quan hệ giữa diện tích gia tải và chiều dày lớp đất chịu ảnh hưởng lún.
Khi thiết kế tính toán công trình gia tải trước, cần hải xem xét sự khác nhau của những
giả định về quá trình diễn biến của lún, chẳng hạn như chuyển dịch trượt hay sự thiếu tương
quan giữa lún cố kết và việc tiêu giảm áp lực nước lỗ rỗng có thể làm mất hiệu quả của việc
áp dụng giả định quy ước về dự báo và quá trình gia tải.

2.1.3. Trình tự và điều kiện thiết kế, phạm vi áp dụng giếng cát kết hợp gia tải
Khi thiết kế Giếng cát phải thu thập các thông tin sau:
- Báo cáo về khảo sát địa chất.
- Báo cáo thí nghiệm trong phòng không phá hoại kết cấu.
- Lịch sử chịu tải.
- Tải trọng thiết kế kết cấu.
Việc khảo sát đất nền đưa ra những thông tin về mặt cắt địa chất, chiều dày lớp đất yếu
phải xử lý, chiều sâu cần xử lý và cao trình mực nước ngầm. Các thí nghiệm trong phòng
phải cho các hệ số cố kết Cv hoặc Ch, chỉ số nén lún Cc, chỉ số nở Cr, dung trọng γ hệ số
rỗng eo và

áp lực trước cố kết của đất yếu.

Khi bố trí Giếng cát trên đầm lầy mới khẩn hoang phải dựa vào lịch sử chịu tải trước đó
để dự đoán độ cố kết đã xảy ra.
Sau khi có các thông tin trên đây một thiết kế hoàn chỉnh sẽ cho các kết quả sau:
- Độ cố kết có thể đạt được.
- Thời kỳ gia tải.
- Tải trọng gia tải.
- Kích thước Giếng cát.
- Khoảng cách giữa các Giếng cát.
Độ cố kết yêu cầu dựa vào trị số độ lún cho phép sau khi xây dựng.Để thoả mãn tối đa

hiệu suất của kết cấu thì cần phải đạt được 100% độ cố kết sơ cấp khi chịu tác dụng của tải
trọng thiết kế.Với đất sét hữu cơ hoặc đất có độ nén lún thứ cấp lớn thì cần phải đạt được
trên 100% độ cố kết sơ cấp dưới tác dụng của tải trọng thiết kế.
Với kết cấu ít quan trọng như là nền đường ôtô, có thể cho phép có một độ lún nhất định
sau khi xây dựng, có thể không cần đạt 100% độ cố kết sơ cấp.
Khi đã đạt 100% độ cố kết sơ cấp dưới tác dụng của tải trọng thiết kế, có thể xác định
độ cố kết yêu cầu đạt được khi sử dụng Giếng cát thẳng đứng bằng tỉ số của độ lún cuối
cùng do tải trọng thiết kế và độ lún cuối cùng do gia tải:
Độ cố kết yêu cầu:

21


(2-1)
S1: Độ lún cố kết cuối cùng do gia tải.
S2: Độ lún cố kết cuối cùng do tải trọng thiết kế.
Có thể tính độ lún cố kết theo đường cong
đường cong

, sự thay đổi độ rỗng

đến trị số cuối cùng

hoặc theo công thức. Khi sử dụng

do thay đổi ứng suất có hiệu từ trị số ban đầu

cũng có thể đọc được trên đường cong.

Độ lún cuối cùng được tính theo công thức sau:

(2-2)
Với đất sét cố kết tiêu chuẩn, ta có thể tính độ lún theo công thức:

(2-3)
Với đất sét quá cố kết, công thức tính độ lún là:

(2-4)
Xét đến sự phân bố ứng suất, ta có thể chia lớp đất sét thành nhiều lớp nhỏ và độ lún cố
kết tổng cộng bằng tổng độ lún của các lớp riêng rẽ:[6]

(25)
Các kí hiệu trong phương trình trên là:
S: độ lún cố kết cuối cùng.

Cr: chỉ số nở.

: sự thay đổi độ rỗng.

: ứng suất có hiệu ban đầu.

: độ rỗng ban đầu.

: sự thay đổi ứng suất có hiệu.

H: chiều cao lớp đất sét mềm.

: áp lực trước cố kết.

Cc: chỉ số nén lún.

Hi: chiều dày lớp đất thứ i.

Đường kính và khoảng cách của các Giếng cát thông thường tương ứng là 30-50cm và
từ 2,0m-3,5m. Để tránh sử dụng các Giếng cát quá lớn, khoảng cách quá gần nhau và không
cần thời gian gia tải lâu, tải trọng gia tải thường chỉ cần đạt không quá 90% độ cố kết yêu
cầu.

22


Trình tự thiết kế Giếng cát: Việc thiết kế giếng cát là một quá trình tính thử dần, trình
tự sau:
Bước 1: Tính độ lún cố kết cuối cùng do tải trọng thiết kế gây ra.
Bước 2: Chọn tải trọng gia tải với giá trị thường trong khoảng từ 120% đến 130% tải
trọng thiết kế và tính độ lún cuối cùng do tải trọng thiết kế đó gây ra.
Bước 3: Tính độ cố kết yêu cầu Uyc từ độ lún tìm được trong các bước 1, 2.
Bước 4: Giả định một số kích thước của giếng cát và khoảng cách giữa các giếng rồi
tính:

n=

D
dw

(2.6)

D=1,50s với mạng

lưới tam giác.

D=1,13s với mạng lưới hình vuông.
Trong đó:
-n: nhân tố xét đến ảnh hưởng của khoảng cách bố trí giếng cát và đường kính
giếng.
- D: đường kính vùng ảnh hưởng của một giếng.
- dw: đường kính của giếng cát.
- s: khoảng cách giữa các giếng từ tâm đến tâm.
Bước 5: Cho thời gian gia tải t, tính nhân tố thời gian.[6]
Tv =

Cv t
H2

Ch t
D2
(2.7)
(2.8) Trong đó: - H= tổng chiều dày lớp đất yếu khi thoát nước một
Th =

chiều.
- H=1/2 tổng chiều dày lớp đất yếu khi thoát nước hai chiều.
- Giả thiết: - Ch = 3Cv với các cọc cát không chuyển vị.
- C h = 1,5Cv với các cọc cát chuyển vị.
Nếu việc gia tải được tiến hành theo từng cấp thì chức năng của tải trọng được xác định
gần đúng theo chức năng của bước và phải tính nhân tố thời gian cho từng bước.
Bước 6: Tính độ cố kết thoát nước thẳng đứng U v theo công thức hoặc sử dụng toán đồ.
Nếu việc chất tải phức tạp thì sử dụng nguyên tắc xếp chồng để tính U v tổng.
Bước 7: Tính độ cố kết thoát nước hướng tâm U htheo công thức hoặc sử dụng toán đồ.
Nếu cần thì theo nguyên tắc xếp chồng để tính U h tổng.
Bước 8: Tổ hợp việc thoát nước thẳng đứng và hướng tâm thì được độ cố kết tổng:

(1-U) = (1- UV).(1- Uh) hoặc U = UV + Uh - UV.Uh
Bước 9: Kiểm tra xem U > Uyc. Nếu U < Uyc thì tăng U bằng cách tăng d w, giảm s và
tăng t (nếu có thể) và tính lại. Nếu điều kiện thực tế và giá thành không cho phép tăng U thì
tăng tải trọng gia tải để giảm U yc. Tính lại các bước từ 1 đến 8 để tìm U cho tới khi U > Uyc
thì được phương án thiết kế tối ưu.

23


Việc áp dụng phương pháp giếng cát đạt hiệu quả cao đòi hỏi thỏa mãn đồng thời hai
điều kiện sau:
- Áp lực do nền đắp và gia tải sinh ra trong nền đất yếu phải lớn hơn áp lực tiền cố kết
của đất yếu.
- Nước được thoát ra trong quá trình cố kết phải được đưa ra khỏi phạm vi nền đắp.
Điều kiện này đòi hỏi trong quá trình thi công phải có biện pháp cấu tạo sao cho nước
thoát ra trong quá trình cố kết được đưa ra ngoài phạm vi nền đắp nhanh nhất( thường
thì chúng ta sẽ sử dụng lớp đệm cát đủ dày để thoát nước ra khỏi phạm vi xử lý lún).
Giếng cát có hai tác dụng chính sau đây:
- Tăng nhanh tốc độ cố kết của đất nền, do đó làm cho công trình ở trên nhanh chóng
đạt đến giới hạn ổn định về lún, đồng thời làm cho đất nền biến dạng đồng đều.
- Trong trường hợp nếu khoảng cách giữa các giếng cát được chọn thích hợp thì nó còn
có tác dụng làm tăng độ chặt của nền và do đó sức chịu tải của đất nền tăng lên một
cách đáng kể.
- Phương pháp giếng cát dùng để tăng cường ổn định của móng trên nền đất yếu đã
được sử dụng rộng rãi trên thế giới và trong nước. Giếng cát được sử dụng trong rất
nhiều lĩnh vực: giao thông vận tải, khu công nghiệp, cầu đường, bến bãi, các sân bay
v.v...
Thời gian gia tải đối với phương pháp giếng cát phụ thuộc vào địa điểm địa chất và tính
chất của công trình, thông thường thời gian gia tải từ 6-12 tháng.

2.1.4. Thiết kế giếng cát
2.1.4.1. Thiết kế tầng đệm cát[6]
Độ chặt đầm nén của tầng đệm cát chỉ yêu cầu đạt 0,9 độ chặt đầm nén tiêu chuẩn (phục
vụ xe máy thi công các lớp trên).
Bề rộng mặt tầng cát đệm phải rộng hơn đáy nền đắp mỗi bên tối thiểu là 0,5 ÷ 1m; mái
dốc và phần mở rộng hai bên của tầng cát đệm phải cấu tạo tầng lọc ngược để nước cố kết
thoát ra không lôi theo cát, nhất là khi lún chìm vào đất yếu nước cố kết vẫn có thể thoát ra
và khi cần thiết dùng bơm hút bớt nước sẽ không gây phá hoại tầng cát đệm.
Cát phải là loại cát có tỷ lệ hữu cơ < 5%, cỡ hạt lớn hơn 0,5mm chiếm trên 50%, cỡ hạt
nhỏ hơn 0,14mm chiếm ít hơn 10% và đồng thời phải thoả mãn một trong hai điều kiện sau:

D60
>6
D10

(2-

9)

( D30 ) 2
>1
D10 .D60
và <3

(2-10)

24


Trong đó:

D30 - Kích cỡ hạt mà lượng chứa các cỡ nhỏ hơn nó chiếm 30%.
D10 - Kích thước đường kính hạt mà lượng chứa các cỡ nhỏ hơn chiếm 10%.
2.1.4.2. Khoảng cách giữa các giếng cát

M¹ng giÕng c¸t h×nh tam gi¸c

M¹ng giÕng c¸t h×nh vu«ng

Hình 2.3: Bố trị mạng giếng cát
Khoảng cách các Giếng cát phụ thuộc vào đường kính Giếng cát cũng như tốc độ cố kết
của nền đất.Dựa vào đặc tính của nền đất và tính chất tác dụng của tải trọng, ứng với mỗi
loại đường kính để khoảng cách giữa các Giếng một cách hợp lý. Theo kinh nghiệm, khoảng
cách giữa các Giếng cát có thể chọn trong phạm vi 8 - 10 lần đường kính Giếng (tim - tim).
2.1.4.3. Chiều sâu giếng cát

ChiÒu s©u

ChiÒu dµy líp ®Öm c¸t

giÕng c¸t

Hình 2.4: Chiều sâu giếng cát.
Để đảm bảo phát huy được hiệu quả thoát nước này thì chiều cao nền đắp tối thiểu nên
là 4m và khi thiết kế cần thoả mãn các điều kiện dưới đây:
σvz +σz≥ (1,2 ∼ 1,5)σpz

η=

lg(σ vz + σ z ) − lg σ pz
lg(σ vz + σ z ) − lg σ vz

(2-11)

> 0,6
(2-12)

Trong đó:
σvz- Ứng suất (áp lực) thẳng đứng do trọng lượng bản thân các lớp đất yếu gây ra ở
độ sâu z (MPa).

σ vz = Σγ i .hi

(2-13)

25