Nghiên cứu xây dựng quy hoạch hệ thống các quy chuẩn,tiêu chuẩn lĩnh vực địa kỹ thuật và nền móng công trình đến 2030 chuong 7,8 đắp đất tôn trên nền yếu và thiết kế móng cọc

Báo cáo tổng kết Đề tài
"Nghiên cứu xây dựng Quy hoạch hệ thống các quy chuẩn, tieu chuẩn lĩnh vực ĐKT và nền móng CT đến năm 2030"
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

CHƯƠNG 7
Thiết kế thi công và nghiệm thu công tác địa kỹ thuật đặc biệt: Đắp đất tôn
nền trên đất yếu
7.1.

Mở đầu

Đắp đất tôn nền trên đất yếu có được đề cập ở một số tiêu chuẩn của ngành Xây dựng,
giao thông, thủy lợi. Đây là công tác Địa kỹ thuật đặc biệt, làm việc tương tự như móng nông,
song có kích thước lớn. Các tiêu chuẩn hiện hành có nhiều hạn chế. Chương 7 trình bày các
vấn đề liên quan đến công tác này và có thể làm cơ sở để xây dựng tiêu chuẩn Việt Nam trong
năm 2014.
Đắp đất tôn nền trên đất yếu là bài toán có ý nghĩa to lớn về khoa học, kỹ thuật, công
nghệ, xã hội và môi trường. Do quá trình thành tạo, các vùng đồng bằng sông Cửu Long và
sông Hồng đều nằm phổ biến trên các lớp đất yếu. Đặc tính cơ bản của đất yếu là có cường độ
thấp, dễ bị phá hỏng khi mang thêm tải trọng, có độ lún cao và kéo dài do có nhiều lỗ rỗng và
hệ số thấm nhỏ. Trong quá trình phát triển 30 năm qua đã có nhiều công trình tôn nền trên đất
yếu đã b ị hư hỏng nặng, có độ lún lớn, phá hoại nén và đẩy chồi các công trình lân cận. Theo
thống kê, khoảng 70% công trình xây dựng bị hư hỏng có nguyên nhân là nền móng và do độ
lún quá mức cho phép. Tôn nền trên đất yếu để xây dựng nhà ở, khu công nghiệp, đường giao
thông, cụm dân cư, tuyến dân cư tại các đồng bằng, ven biển và khu vực sông Cửu Long trong
những năm qua đã cho nhi ều bài học quí. Những công trình bị lún tới trên 3m, nứt, không an
toàn... đều do những sai sót của công tác khảo sát, thiết kế và thi công. Một số sai sót thường
mắc phải là:
- Nhà tư vấn không kể đến độ lún của lớp đất đắp. Trong nhiều trường hợp độ lún của lớp
đất đắp chiếm tới 90% - 95% độ lún tổng thể (độ lún công trình chỉ chiếm từ 5 – 10%).
- Không kể đến độ lún theo thời gian.

- Hệ số an toàn thấp, trong một số trường hợp đất nền dưới lớp đất đắp bị phá hỏng và có
biến dạng ngang. Đẩy chồi các công trình lân cận do cung trượt.
- Không thực hiện các công tác kiểm tra chất lượng trong quá trình thi công theo từng lớp.
Không tiến hành so sánh dung trọng khô tại hiện trường và dung trọng thu được từ kết
quả thí nghiệm trong phòng.
- Lựa chọn sai các giải pháp xử lý nền đất yếu. Thí dụ xử lý nền bằng cọc tràm, cọc tre, cọc
nêm có chiều dài hạn chế (nhỏ hơn 5m), bên dưới là các lớp đất yếu có chiều dày đến

-------------------------------------------------------------------------------------------------------69


Báo cáo tổng kết Đề tài
"Nghiên cứu xây dựng Quy hoạch hệ thống các quy chuẩn, tieu chuẩn lĩnh vực ĐKT và nền móng CT đến năm 2030"
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

15 – 20m. Chiều rộng của lớp đất đắp có thể từ 50m đến hàng trăm mét. Như vậy phải xét
đến độ lún tổng thể của cả khối đất đắp. Độ lún của công trình trên nền cọc ngắn chỉ đóng
một vai trò thứ yếu. Nói chung việc gia cố nền bằng cọc ngắn để xử lý nền trong đất yếu
mang tính chất gia tăng sức chịu tải của nền.
- Thiếu các tài liệu quan trắc lún của công tác tôn nền trên đất yếu. Ở một số dự án tôn nền
trên đất yếu đã sử dụng bản nhựa để rút ngắn thời gian cố kết của nền. Trong những
trường hợp này phải dự tính độ lún theo thời gian và tiến hành quan trắc để xác định
được thời gian dỡ tải và xây dựng công trình.
- Khi đắp đất tôn nền trên đất yếu và có dòng chảy phải có các giải pháp chống xói mòn.
Xói mòn đất phụ thuộc vào tốc độ dòng chảy, hướng dòng chảy và kích thước hạt đất.
- Trong một số trường hợp đắp đất tôn nền bị sạt lở mái dốc. Phải kiểm tra độ ổn định của
mái dốc.
-

Chuyên đề 5 thừa hưởng các kết quả nghiên cứu về cơ học đất và nền móng, nghiên cứu

về đất yếu,khảo sát đất nền, xử lý đất yếu và các kết quả thiết kế, thi công tôn nền trên
đất yếu. Một số kinh nghiệm thực tế và tài liệu tham khảo của nước ngoài được sử dụng
để cung cấp cho các kỹ sư, các nhà quản lý các số liệu tham khảo. Tôn nền trên đất yếu
phải tuân thủ các bước sau đây:
1. Khảo sát nền đất yếu.
2. Quy hoạch tôn nền hợp lý có kể đến các vấn đề về môi trường, dòng chảy, điều
kiện tự nhiên và địa lý.
3. Khảo sát đất đắp.
4. Tính toán cường độ chịu tải của đất yếu.
5. Dự tính độ lún tổng cộng và độ lún theo thời gian.
6. Kiểm tra độ ổn định mái dốc và chống xói mòn.
7. Có các biện pháp gia cố nền đất yếu trong trường hợp không đảm bảo các yêu
cầu về cường độ, độ lún và thời gian xây dựng công trình.
8. Tiến hành quan trắc và theo dõi độ lún của nền đất đắp và công trình theo qui
phạm.
Hướng dẫn kỹ thuật và thiết kế tôn nền trên đất yếu đề cập khá toàn diện đến các vấn

đề nêu trên nhằm đáp ứng nhu cầu thực tiễn, trong điều kiện kinh tế, kỹ thuật công nghệ hiện
nay.

-------------------------------------------------------------------------------------------------------70


Báo cáo tổng kết Đề tài
"Nghiên cứu xây dựng Quy hoạch hệ thống các quy chuẩn, tieu chuẩn lĩnh vực ĐKT và nền móng CT đến năm 2030"
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

7.2. Một số kiến thức cơ bản về Cơ học đất.
7.2.1. Các chỉ tiêu vật lý của đất:

Hình 7.1 Các pha của đất

VT = Thể tích tổng thể = VS + WW + Va
VS = Thể tích hạt đất
VW = Thể tích nước
Va = Thể tích khí
VV = Thể tích lỗ rỗng
mS = Trọng lượng hạt đất trong VT
mW = Trọng lượng nước trong VT
m = Tổng trọng lượng = PS + PW
Hệ số rỗng e = VV/VS = Hệ số lỗ rỗng
Trị số e của đất sét thường thay đổi từ 0,3 – 1,5 và của đất cát thay đổi trong khoảng từ 0,4
đến 1,0. Đất sét hữu cơ của Thành phố Hồ Chí Minh có giá trị thay đổi từ 2 đến 3,0.
Độ ẩm tự nhiên của đất được xác định bằng
Wn =

mw
ms

(7.1)

Độ ẩm của đất thường có giá trị nhỏ hơn 100.
Dung trọng của đất được xác định bằng
ρ=

m  mw
m
= s
V
V

(7.2)

Dung trọng khô của đất được xác định bằng
ρd =

ms
V

(7.3)

Đối với đất bão hòa nước Sr = 100% dung trọng đẩy nổi của đất được xác định:

-------------------------------------------------------------------------------------------------------71


Báo cáo tổng kết Đề tài
"Nghiên cứu xây dựng Quy hoạch hệ thống các quy chuẩn, tieu chuẩn lĩnh vực ĐKT và nền móng CT đến năm 2030"
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

ρ’ = ρ – ρW

(7.4)

ρW = dung lượng nước ≈ 1 t ấn/m3
ρ = Dung trọng của đất
7.2.2. Phân loại đất
7.2.2.1. Phân loại theo dung trọng (xem bảng 7.1)

Dung trọng đất tiêu biểu theo đề nghị của Hansbo (1975), Holtz (1981) được trình bày dưới

đây:
Bảng 7.1 Dung trọng đất
Dung trọng (tấn/m3)
Loại đất
ρsat

ρd

ρ’

Cát và sỏi sạn

1,9 – 2,4

1,5 – 2,3

1,0 – 1,3

Cát bụi và đất sét

1,4 – 2,1

0,6 – 1,8

0,4 – 1,0

Đá nghiền

1,9 – 2,2

1,5 – 2,0

0,9 – 1,2

Than bùn

1,0 – 1,1

0,1 – 0,3

0,0 – 0,1

Cát bụi và sét hữu cơ

1,3 – 1,8

0,5 – 1,5

0,3 – 0,8

7.2.2.2. Phân loại theo sức kháng cắt không thoát nước (theo qui phạm Canada)
Bảng 7.2 Phân loại đất theo kinh nghiệm
Trạng thái

Sức khoáng cắt không
thoát nước kPA

Rất yếu(chảy)

<12

Yếu (dẻo chảy)

12 – 25

Mềm (dẻo mềm)

25 – 50

dẻo cứng

50 – 100

Nửa cứng

100 - 200

Cứng

> 200

Nhận biết tại hiện trường
Nắm tay dễ dàng đi được vài cm trong
khối đất
Ngón tay cái dễ dàng đi được vài cm
Ngón tay cái đi được vài cm khi ấn tương
đối mạnh
Tạo thành vết lõm khi ấn ngón tay cái
tương đối mạnh
Tạo thành vết bằng móng tay ngón cái

Khó khăn tạo thành vết bằng móng ngón

-------------------------------------------------------------------------------------------------------72


Báo cáo tổng kết Đề tài
"Nghiên cứu xây dựng Quy hoạch hệ thống các quy chuẩn, tieu chuẩn lĩnh vực ĐKT và nền móng CT đến năm 2030"
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

tay cái

7.2.2.3. Phân loại theo kết quả xuyên tiêu chuẩn (SPT) (theo Terzaghi và Peck)

Bảng 7.3 Phân loại đất theo SPT và cắt cánh
Trạng thái đất

N30

Sức kháng cắt không thoát nước Cu, kPa

≤2

≤ 12

Dẻo chảy

2–4

12 - 25

Dẻo mềm

4–8

25 - 50

Dẻo cứng

8 – 15

50 - 100

Nửa cứng

15 – 30

100 - 200

≥ 30

≥ 200

Chảy

Cứng

7.2.3. Khảo sát nền đất
7.2.3.1. Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT (Standard Penetration Testing)

Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT có nguồn gốc từ Mỹ. Hiện nay được dùng rộng rãi trên

toàn thế giới và theo tiêu chuẩn ASTMD 1586. Số nhát đập N để mũi xuyên đi vào đ ất 30cm
với tạ nặng 63,5kg rơi ở chiều cao 76cm được dùng để đánh giá trạng thái đất nền, xác định
chỉ tiêu cơ lý và áp d ụng để tính toán nền móng.
-

-

Sức kháng cắt không thoát nước của đất sét thuần túy (c ≠ 0, φ ≠ 0) được xác định:
Cu (kg/cm2) =

N
Sét dẻo cao
10

(7.5)

Cu (kg/cm2) =

N
Sét dẻo vừa
15

(7.6)

Cu (kg/cm2) =

N
Sét ít dẻo
20

(7.7)

Góc ma sát trong φ (C = 0) được xác định
φ=

N + C (C = 10,15,20)

(7.8)

-------------------------------------------------------------------------------------------------------73


Báo cáo tổng kết Đề tài
"Nghiên cứu xây dựng Quy hoạch hệ thống các quy chuẩn, tieu chuẩn lĩnh vực ĐKT và nền móng CT đến năm 2030"
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Trong đó: 10, 15, 20 tương ứng với cát rời, chặt vừa và chặt
-

Modun biến dạng E0
E0 =

1
   C ( N  6)
mv

(7.9)

 = 40 khi N > 15
 = 0 khi N ≤ 15

C(kg/cm2)

Sét

Cát bụi

Cát trung

Cát thô

Cát sạn

Sạn cát

3

3,5

4,5

7

10

12

7.2.3.2. Thí nghiệm xuyên tĩnh CPT (Cone Penetation Testing)

Thí nghiệm xuyên tĩnh có nguồn gốc từ Mỹ, được phát triển rộng rãi ở Âu Châu và được dùng

tại Việt Nam từ thập kỷ 80. Mũi xuyên có đư ờng kính 35,7 mm, diện tích 10 cm2 góc nhọn
mũi 60 0 được ép vào đất với tốc độ 2cm/s để xác định sức kháng xuyên qc. Một số thiết bị cho
phép xác định ma sát thành fS.
-

Sức kháng cắt không thoát nước Cu đất sét có thể được xác định bằng tương quan sau:
cu =

qc  pv 0
(MPa)
Nk

(7.10)

qc : Là sức kháng xuyên
pv0 : Ứng suất do tải trọng bản thân của đất ở vị trí mũi xuyên
Nk : Hệ số xuyên
Đối với đất sét cố kết bình thường Nk = 10 – 15 - 20, với đất sét quá cố kết Nk = 15 – 20. Các
kết quả nghiên cứu của Việt Nam (Bùi Đình Nhu ận và đồng nghiệp - 1985) đề xuất Nk = 14 –
30 giá trị trung bình là 20.Như vậy sức kháng cắt không thoát nước có thể dự tính bằng:
cU =

-

qc
20

(7.11)

Môđun đàn hồi E0 của đất nền được tính bằng:

ES = αqc
Giá trị E0 có thể tham khảo là:

-------------------------------------------------------------------------------------------------------74


Báo cáo tổng kết Đề tài
"Nghiên cứu xây dựng Quy hoạch hệ thống các quy chuẩn, tieu chuẩn lĩnh vực ĐKT và nền móng CT đến năm 2030"
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Bảng 7.4 Sức kháng xuyên và modun đàn hồi theo kinh nghiệm quốc tế
qc (MPa)

E0 (MPa)

<0,5

1,0 – 2,0

0,5 – 1,0

2,0 – 3,0

1,0 – 1,5

3,0 – 4,5

1,5 – 2,0

4,5 – 6,0

Các kết quả nghiên cứu của Vũ Công Ngữ và đồng nghiệp đối với đất nền Hà Nội cho tương
quan sau:

Bảng 7.5 Xác định hệ số α theo kinh nghiệm của Việt Nam
Loại đất

Sét, sét pha dẻo cứng

Sét, sét pha dẻo mềm, dẻo chảy

Bùn, đất hữu cơ

Sức kháng xuyên
qc(kg/cm2)

α

qc < 15

5–8

qc > 15

3–6

qc > 7

4,5 – 7,5

qc < 7

3,0 – 6,0

qc < 6

Cát pha

10 – 35

Cát

< 100

w < 70%

2 – 6,0

w >70%

2–4
3-5
2

7.2.3.3. Thí nghiệm cắt cánh (Vane Test)

Thí nghiệm cắt cánh có nguồn gốc từ Thụy Điển, là thiết bị có độ tin cậy cao để xác định sức
kháng cắt không thoát nước tại hiện trường. Đường kính cánh cắt phổ biến là D = 60 mm và
chiều cao cánh là H = 120 mm. Momen quay cánh cắt M được đo và sức kháng cắt không
thoát nước của đất sét được xác định.

-------------------------------------------------------------------------------------------------------75


Báo cáo tổng kết Đề tài
"Nghiên cứu xây dựng Quy hoạch hệ thống các quy chuẩn, tieu chuẩn lĩnh vực ĐKT và nền móng CT đến năm 2030"
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

cu =

6M
D ( D  3H )

(7.12)

2

Sức kháng cắt không thoát nước của đất sét là thông số quan trọng nhất để đánh giá khả năng
chịu tải và trượt đất đắp.
7.2.3.4. Thí nghiệm xuyên trọng lượng WST (Weight Sounding Test)

Thiết bị xuyên trọng lượng có nguồn gốc từ Thụy Điển và được đưa vào sử dụng ở Việt Nam
trong vòng 25 năm qua. V ới trọng lượng 100kg, số nửa vòng quay cho từng 20cm đầu xuyên
đi vào lòng đất cho phép xác định cường độ và modun biến dạng và độ chặt của đất nền.
Bảng 7.6 Quan hệ giữa sức kháng xuyên trọng lượng và modun đàn hồi.
Số nửa vòng quay
Nwst/20cm

Modun đàn hồi ES,MPa

0 -10

≤ 10

10 – 30

10 – 20

20 – 50

20 – 30

40 – 80

30 – 60

≥80

≥ 60

Độ chặt của đất đắp bằng cát có thể xác định bằng bảng sau đây:
Bảng 7.7 Quan hệ giữa sức kháng xuyên và độ chặt
Trạng thái đất

Độ chặt tương đối

Nwst/20

0 – 0,15

<8

Rời

0,15 – 0,35

8 – 20

Tương đối chặt

0,35 – 0,65

20 – 60

Chặt

0,65 – 0,85

60 – 100

Rất chặt

0,85 – 100

>100

Rất rời

7.2.4. Tính toán sức chịu tải của nền.

Dự tính sức chịu tải của nền đất dưới lớp đất đắp tương tự như việc dự tính sức chịu tải cho
móng nông.

-------------------------------------------------------------------------------------------------------76


Báo cáo tổng kết Đề tài
"Nghiên cứu xây dựng Quy hoạch hệ thống các quy chuẩn, tieu chuẩn lĩnh vực ĐKT và nền móng CT đến năm 2030"
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

-

Xác định sức chịu tải tới hạn của nền, hoặc ứng suất giới hạn qu gây phá hỏng đất nền
theo các chỉ tiêu cường độ, có được kết quả khảo sát.

-

Dự tính sức chịu tải cho phép, hoặc ứng suất cho phép qa với một hệ số an toàn nào đó.
Theo kinh nghiệm hệ số an toàn phải lớn hơn 2. Nghĩa là: q a = qu/2

-

Độ lún cho phép của nền dưới ứng suất cho phép qa

Ứng suất tới hạn qu của móng nông được xác định:
qu = cNc + q’Nq + 0.5ρ’BNᵞ

(7.13)

qu = Ứng suất tới hạn

B = Chiều rộng của móng (Chiều rộng của lớp đất đắp)
C’ = Độ dính hữu hiệu của đất nền dưới lớp đất đắp
q’ = Ứng suất hữu hiệu của đất đắp nền ở độ sâu chôn móng (trong trường hợp có đào
nền thiên nhiên trước khi đắp)
ρ’ = dung trọng hữu hiệu của nền dưới đáy móng
Nc, Nq, Nᵞ: Hệ số cường độ chịu tải của đất nền, phụ thuộc vào góc ma sát trong.
Bảng 2.8 Xác định hệ số cường độ chịu tải của nền
Φ độ

Nc

Nq

Nᵞ

0

5,14

1,0

0

1

5,38

1,09

0,07

2

5,63

1,20

0,15

3

5,90

1,31

0,24

4

6,19

1,43

0,34

5

6,49

1,57

0,45

6

6,81

1,72

0,57

7

7,16

1,88

0,71

8

7,53

2,06

0,86

9

7,92

2,25

1,03

10

8,35

2,47

1,22

11

8,80

2,71

1,44

12

9,28

2,97

1,69

13

9,81

3,26

1,97

14

10,37

3,59

2,29

15

10,98

3,94

2,65

16

11,63

4,34

3,06

-------------------------------------------------------------------------------------------------------77


Báo cáo tổng kết Đề tài
"Nghiên cứu xây dựng Quy hoạch hệ thống các quy chuẩn, tieu chuẩn lĩnh vực ĐKT và nền móng CT đến năm 2030"
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

17

12,34

4,77

3,53

18

13,10

4,07

4,07

19

13,93

5,80

4,68

20

14,83

6,40

5,39

21

15,82

7,07

6,20

22

16,88

7,82

7,13

23

18,05

8,66

8,20

24

19,32

9,60

9,44

25

20,72

10,66

10,88

Trong trường hợp đắp đất trên nền thiên nhiên là đất sét yếu (φ = 0) ta có công thức
qu = 5,14cu và qa = qu/2

(7.14)

7.2.5. Tính toán độ lún của đất nền
7.2.5.1. Tổng độ lún dưới lớp đất đắp

Theo các số liệu thống kê khoảng 70% các sự cố trong lĩnh v ực xây dựng là do lún quá mức
cho phép. Độ lún của đất nền dưới nền đất đắp và tải trọng công trình được tính bằng:

St = Si + Sc + Ss
Trong đó:

(7.15)

St = Độ lún tổng cộng
Si = Độ lún tức thì sau khi gia tải
Sc = Độ lún do cố kết
Ss = Độ lún do cố kết thứ phát

Độ lún tức thì không tạo lên sự thay đổi thể tích của đất nền. Độ lún do cố kết chiếm giá trị
lớn và kéo dài theo thời gian. Có sự thay đổi thể tích của lỗ rỗng trong đất và thay đổi theo
thời gian nước được thoát ra. Đối với đất đắp có kích thước lớn sự thay đổi của hệ số lỗ rỗng
∆e, trị số hệ số rỗng ban đầu e0, chiều sâu lớp đất yếu H0 quyết định trị độ lún cố kết
Sc =

e1  e0
e
H=
H0
1  e0
1  e0

(7.16)

e1: Là hệ số rỗng sau khi cố kết nền.

-------------------------------------------------------------------------------------------------------78

Báo cáo tổng kết Đề tài
"Nghiên cứu xây dựng Quy hoạch hệ thống các quy chuẩn, tieu chuẩn lĩnh vực ĐKT và nền móng CT đến năm 2030"
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Giả sử chiều dày lớp đất yếu là 15m, hệ số rỗng ban đầu là 1,5, hệ số rỗng sau khi cố kết là
1,2. Tổng độ lún là: (1,5 – 1,2)15m/1 + 1,5 = 1,8m. Sự thay đổi thể tích ∆ e = e1 – e0 được xác
định theo công thức:

∆e = Cclog

Trong đó:

 'v
 'v0

(7.17)

Cc: là chỉ số nén
ρ’v0:Là ứng suất hữu hiệu ban đầu tương ứng với hệ số rỗng ban đầu e0
ρ’v: Là ứng suất hữu hiệu tương ứng với hệ số rỗng e1

Sau khi cố kết chỉ số nén Cc được xác định bằng thí nghiệm. Theo kinh nghiệm của Terzaghi
và Peck(1976), Cc cho đất sét không bị phá hoại được tính bằng:
Cc = 0,009(Wl - 10)

(7.18)

WL: Giới hạn chảy
Theo Holtz và Kovus(1981), chỉ số nén Cc có thể thao khảo dưới đây:
Bảng 7.9 Trị số tiêu biểu của chỉ số nén Cc

Đất nền

Cc

Đất sét cố kết bình thư ờng, độ nhậy trung bình

0,2 – 0,5

Đất sét cát bụi (CL)

0,15 – 0,3

Đất sét xanh (CL)

0,3 – 0,5

Đất sét (CL)

0,5 – 0,6

Đất sét Thụy Điển (CL - CH)

1,0 – 3,0

Đất sét Mehico (MH)

7 – 100

Đất sét hữu cơ (OM)

≥4

Than bùn

10 – 15

Cát bụi hữu cơ và cát sét (ML - MH)

1,5 – 4,0

Đất sét San Francisco (CH)

0,7 – 0,9

Đất sét Bangkok

0,4

Hệ số rỗng ban đầu e0 có thể được xác định:
e0 = 2,7W0

(7.19)

W0: Độ ẩm ban đầu của đất nền

-------------------------------------------------------------------------------------------------------79


Báo cáo tổng kết Đề tài
"Nghiên cứu xây dựng Quy hoạch hệ thống các quy chuẩn, tieu chuẩn lĩnh vực ĐKT và nền móng CT đến năm 2030"

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Từ kết quả nén cố kết mẫu đất trong phòng thí nghiệm có thể xác định được mối quan hệ giữa
sự thay đổi hệ số rỗng e và ứng suất hữu hiệu. Hệ số nén av (m2/KN, cm2/kg)

e
e0  e
=
 ' v
 ' v  ' v 0

av =

(7.20)

Hệ số nén av mô tả quan hệ giữa sự thay đổi lỗ rỗng và ứng suất hữu hiệu của đất nền trước cố
kết (σ’v0) và sau cố kết (σ’v). Độ lún cố kết của lớp đất có chiều dày là H0 được xác định:
Sc =

a v  ' v H 0
l  e0

(7.21)

∆σ’v: là ứng suất hữu hiệu gia tăng do đắp đất tôn nền
7.2.5.2. Tính toán lún theo thời gian cố kết

Thời gian cố kết của nền đất dưới lớp đất đắp được xác định:
t=

H dr2 T
Cv

(7.22)

Hdr : Là chiều dày lớp đất yếu
Hdr = 1/2H0 nếu dưới lớp đất yếu là lớp cát cho phép thoát nước theo hai phương
(trên bề mặt và dưới lớp đất yếu). H0 là chiều dày lớp đất yếu dưới nền đất đắp.
T: là hệ số thời gian và Cv là hệ số cố kết xác định từ kết quả nên cố kết mẫu đất
trong phòng thí nghiệm. Các trị số tiêu biểu của Cv theo kinh nghiệm là:
Bảng 7.10 trị số tiêu biểu của Cv
Loại đất

Cv (cm2/s x 10-4)

Sét hữu cơ

40 ± 20

Sét (CL)

2 – 10

Sét cát (CL)

6,5 – 8,7

Sét Thụy Điển

0,4 – 3,0

Bùn sét (CL)
Sét Mehico (MH)

2–4
0,9 – 1,5

-------------------------------------------------------------------------------------------------------80


Báo cáo tổng kết Đề tài
"Nghiên cứu xây dựng Quy hoạch hệ thống các quy chuẩn, tieu chuẩn lĩnh vực ĐKT và nền móng CT đến năm 2030"
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Hệ số thời gian T thay đổi theo tỷ lệ phần trăm độ cố kết (U) xảy ra sau chất tải lớp đất đắp,
được tính theo bảng 7.11 sau:

Bảng 7.11 Quan hệ giữa tỷ lệ phần trăm cố kết và hệ số thời gian
U

T

0,1

0,008

0,2

0,031

0,3

0,071

0,4

0,125

0,5

0,197

0,6

0,287

0,7

0,403

0,8

0,567

0,9

0,848

1,0

α

7.2.5.3. Tính ứng suất gây lún

Áp lực gây lún được xác định bằng phương pháp tra bảng, thay đổi theo kích thước móng
(Chiều rộng móng, chiều rộng lớp đất đắp), diện tích móng và độ sâu. Có thể đơn giản hóa
việc xác định áp lực gây lún ở độ sâu Z dưới đáy móng bằng công thức:
qz = q
Trong đó

BL
( B  Z )( L  Z )

(7.23)

qz: Áp lực gây lún ở độ sâu Z
q: Áp lực phân bố đều ở đáy móng (Đáy lớp đất đắp)
B,L : Chiều rộng và chiều dài lớp đất đắp
H : Chiều cao lớp đất đắp

-------------------------------------------------------------------------------------------------------81


Báo cáo tổng kết Đề tài
"Nghiên cứu xây dựng Quy hoạch hệ thống các quy chuẩn, tieu chuẩn lĩnh vực ĐKT và nền móng CT đến năm 2030"
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Ứng suất phân bố dưới đáy móng được mô tả theo sơ đồ sau:

Hình 7.2 Phân bố ứng suất dưới nền đất đắp

7.2.6. Tính toán ổn định mái dốc của lớp đất đắp

7.2.6.1. Nguyên tắc chung:
Sơ đồ phân tích ổn định mái dốc của lớp đất đắp được mô tả dưới đây:

Hình 7.3 Phân tích ổn định mái dốc của lớp đất đắp (φ = 0)
Giả thiết mái dốc của đất đắp là vật liệu đồng nhất, AED là cung trượt tròn có tâm là 0, bán
kính r, đi qua các điểm AED. Mái dốc có góc nghiêng β. Moment gây trượt là:
0M = W1l1 – W2l2
Trong đó:

W1, W2: Là trọng lượng khối đất
l1, l2: Là cánh tay đòn t ừ W1 và W2 đến tâm trượt 0

Moment chống trượt RM = Cdr2. Trong đó Cd là sức kháng cắt của đất nền được huy động dọc
theo cung trượt AD.
τ d = c + σ tanφ

(7.24)

Trong đó c là lực dính kết, φ là góc ma sát trong của đất. Hệ số an toàn chống trượt Fs được
xác định:
Fs = τ / τd = Sức kháng cắt tới hạn/Sức kháng cắt huy động

-------------------------------------------------------------------------------------------------------82


Báo cáo tổng kết Đề tài
"Nghiên cứu xây dựng Quy hoạch hệ thống các quy chuẩn, tieu chuẩn lĩnh vực ĐKT và nền móng CT đến năm 2030"

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

7.2.6.2. Lớp đất đắp là lớp đất sét đồng nhất

Trong trường hợp lớp đất đắp là sét thuần túy, sức kháng cắt tới hạn chính là sức kháng cắt
không thoát nước τ = cu và τd = cd
Hệ số an toàn với mái dốc là đất sét đồng nhất

Cu
Cd

Fs =

(7.25)

Cung trượt giới hạn được xác định khi Fs = 1, cd = cu

Cd = γHm hoặc Hcr =

Trong đó:

Cu
m

(7.26)

m: Trị số ổn định, thay đổi theo góc β
Hcr : Chiều cao đắp đất tới hạn

Trong trường hợp β > 530 cung trượt luôn đi qua điểm B (đáy lớp đất đắp và không đi sâu

xuống lớp đất yếu). Trị số m được xác định theo Teraghi và Peck (Hình 7.4)

Ví dụ: Sức kháng cắt không thoát nước của đất sét là 18,6 kPa, dung trong bão hòa
γsat = 17,29 KN/m3
góc β = 400
Xác định chiều cao lớp đất đắp tới hạn:
Hcr =

Cu
m

Với β = 400, m = 0,175 (Hình 2.5)
Hcr =

18,6
= 6,15m
17,29 x0,175

Tìm chiều cao đắp đất với hệ số an toàn là 2
Fs =

Cu
=2
Cd

-------------------------------------------------------------------------------------------------------83


Báo cáo tổng kết Đề tài
"Nghiên cứu xây dựng Quy hoạch hệ thống các quy chuẩn, tieu chuẩn lĩnh vực ĐKT và nền móng CT đến năm 2030"

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

cd =

18,6
= 9,3 kPa
2

H=

Cd
9,3
=
= 3,07 m
m 17,29 x0,175

Trong thực tiễn đắp đất tôn nền trên đất yếu có thể xảy ra hiện tượng cung trượt sâu như hình
7.3. Chỉ số ổn định m cho các giá trị β và D đư ợc thể hiện trên toán đồ 7.4. Trong đó DH là độ
sâu đến lớp đất tốt
D = Khoảng cách từ đỉnh mái đất đắp đến lớp đất tốt/ Chiều cao của mái dốc
D = ∞: Chi ều dày lớp đất yếu lớn so với chiều cao lớp đất đắp
D = 1: Đất đắp tôn nền trên đất tốt

Một số nguyên tắc sau cần được ghi nhớ:
1.

Toán đồ 7.5 chỉ sử dụng cho trường hợp đất sét bão hòa và mái dốc được thiết kế với sức
kháng cất không thoát nước (cu), góc ma sát trong φ = 0

2.

Đối với mái dốc có góc β>53 0, cung trượt tới hạn luôn đi qua chân mái dốc. Việc xác
định tâm trượt được xác định với sự giúp đỡ của toán đồ 7.5

3.

Đối với mái dốc có góc β<53 0, cung trượt tới hạn có thể đi qua chân mái dốc, trên mái
dốc hoặc điểm nH trên hình 7.3, phụ thuộc vào D (hàm số độ sâu)

4.

Khi cung trượt tròn đi qua đi ểm nH, trị n được xác định theo toán đồ 7.6 theo Terzaghi và
Peck (1976). Trị số m lớn nhất cho trường hợp này là m = 0,181

5.

Xác định cung trượt tới hạn tại vị trí chân mái dốc (điểm B trên hình 7.3) được thực hiện
với bảng 7.12 và sơ đồ 7.7

Bảng 7.12 Vị trí của tâm cung trượt tới hạn tại vị trí chân mái dốc với β<530 (Taylor 1937)
n

β(độ)

α1(độ)

α2(độ)

1

45

28

37

1,5

33,68

26

35

2,0

26,57

25

35

3,0

18,43

25

35

5,0

11,32

25

37

-------------------------------------------------------------------------------------------------------84


Báo cáo tổng kết Đề tài
"Nghiên cứu xây dựng Quy hoạch hệ thống các quy chuẩn, tieu chuẩn lĩnh vực ĐKT và nền móng CT đến năm 2030"
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Trường hợp β<530
Cung trượt tới hạn đi qua chân mái dốc
Cung trượt tới hạn đi qua mái dốc ---- ---- ----Cung trượt tới hạn đi sâu, cắt nền thiên nhiên ở vị trí nH -- -- -Với β>530: Cung trượt tới hạn đi qua chân mái dốc

Hình 7.4 Xác định các thông số của cung trượt và chỉ số ổn định mái dốc β<530
(Terzaghi và Peck 1967)

-------------------------------------------------------------------------------------------------------85


Báo cáo tổng kết Đề tài
"Nghiên cứu xây dựng Quy hoạch hệ thống các quy chuẩn, tieu chuẩn lĩnh vực ĐKT và nền móng CT đến năm 2030"
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Hình 7.5 Vị trí tâm của cung trượt tới hạn với β>530

Hình 7.6 Vị trí của điểm cắt cung trượt với nền thiên nhiên
(theo Terzaghi và Peck 1967)

-------------------------------------------------------------------------------------------------------86


Báo cáo tổng kết Đề tài
"Nghiên cứu xây dựng Quy hoạch hệ thống các quy chuẩn, tieu chuẩn lĩnh vực ĐKT và nền móng CT đến năm 2030"
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Hình 7.7 vị trí của tâm cung trượt tới hạn đi qua chân mái dốc cho β<530

7.2.6.3. Đất đắp tôn nền là cát pha hoặc cát
Trong trường hợp đất đắp tôn nền bằng cát (cu = 0) hoặc cát pha (c ≠ 0, φ ≠ 0), trị số m được
xác định theo Taylor (1937) m thay đổi theo góc β và φ

Góc nghiêng của mái dốc β độ
Hình 7.8 Chỉ số ổn định m và góc mái dốc β cho trường hợp φ > 0 (theo Taylor 1937)

-------------------------------------------------------------------------------------------------------87


Báo cáo tổng kết Đề tài
"Nghiên cứu xây dựng Quy hoạch hệ thống các quy chuẩn, tieu chuẩn lĩnh vực ĐKT và nền móng CT đến năm 2030"
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Lớp đất đắp là cát pha (cc ≠ 0, φ ≠ 0). Hệ số an toàn của mái dốc đắp toàn bằng cát được xác
định
tan 

tan  d

Fφ =

(7.27)

φ : góc ma sát trong của cát
φd : Góc ma sát trong được huy động dọc theo cung trượt AED (Hình 2.3)
Hệ số an toàn cho thành phần lực dính Fc = cu/cd
Hệ số an toàn của mái dốc có φ ≠ và c ≠ 0 phải được tính toán cho trường hợp
Fs = Fc = Fφ

(7.28)

Chiều cao tới hạn của lớp đất đắp có c ≠ 0, φ ≠ 0 được tính theo m
c
= f (α,β,θ,φ) = m
H cr

c
m

Hcr =

Ví dụ tính toán: Tính toán chiều cao đắp đất tới hạn với φ = 150, cu = 10kPa, γ = 18.kN/m3.
Góc mái dốc β = 450
Với β = 450, φ = 150, m = 0,085 (Hình 7.8)
Hcr =
m=

10
= 6,5 m
18 x0,085

cd
= 0,085
H

Trong đó cd = 18 x 6,5 x 0,085, cu = 9,8kPa
Fc =

10kPa
= 1,01
9,8

Giả thiết ma sát bên được huy động hoàn toàn Fφ = 1,0
7.2.6.4. Một vài kinh nghiệm thực tiễn

Hệ số an toàn Fs của mái dốc thường phải đạt giá trị tối thiểu là 1,4 cho trường hợp tôn nền
vĩnh viễn. Fs ≥ 1,2 là hệ số an toàn cho ổn định mái dốc tạm thời (trong thời gian thi công).
Việc tính toán ổn định mái dốc nêu trên không kể đến áp lực nước, dòng chảy, thấm và tải
trọng công trình.

-------------------------------------------------------------------------------------------------------88


Báo cáo tổng kết Đề tài
"Nghiên cứu xây dựng Quy hoạch hệ thống các quy chuẩn, tieu chuẩn lĩnh vực ĐKT và nền móng CT đến năm 2030"
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Tính toán độ ổn định của mái dốc có thể được phân tích chính xác hơn với sự giúp đỡ của các
phần mềm của địa kỹ thuật (GEOSLOPE). Trong các phần mềm trên có thể phân tích để ổn
định của mái dốc với nền nhiều lớp, có kể đến áp lực nước và các điều kiện bên khác nhau.
-

Trường hợp đắp đất, tôn nền toàn bằng cát, góc nội ma sát φ>β (góc mái dốc), nền đất
đắp sẽ ổn định và không bị trượt lở mái dốc.

-

Trường hợp muốn tăng thêm sự ổn định của mái dốc có thể sử dụng công nghệ đất có cốt

-

Phải đảm bảo cường độ chịu tải của đất nền dưới lớp đất đắp với hệ số an toàn lớn hơn 2,
trước khi kiểm tra ổn định của mái dốc lớp đất đắp.

7.2.7. Tính toán độ ổn định của mái dốc dưới tác động áp lực nước và dòng chảy.

Trong phần trên, ổn định mái dốc được tính với áp lực tổng cộng của đất nền. Thực tế xây
dựng tôn nền trên đất yếu, có sự tham gia của áp lực nước và dòng chảy.
Cường độ kháng cắt của đất nền từ góc độ áp lực hữu hiệu được viết:

τ = c’ + (σ - u)tanφ’

(7.29)

σ,u: Là ứng suất tổng cộng của đất và áp lực nước lỗ rỗng trong khối đất
c’,φ’: là lực dính kết và góc ma sát trong hữu hiệu được xác định trong thí nghiệm
ba trục có do sự thay đổi áp lực nước lỗ rỗng. Áp lực nước lỗ rỗng u phát sinh do

tự trọng của đất đắp. Áp lực do lỗ rỗng u sẽ được phân tán trong quá trình xây
dựng. Hệ số an toàn chống trượt được viết.
Fs =

LR
Wd

(7.30)

W: trọng lượng của khối trượt
L: Chiều dài cung trượt
d: Cánh tay đòn
τ: Sức kháng cắt của đất
R: Bán kính cung trượt tròn
Với Fs< 1 thì mái dốc sẽ bị trượt
Các nguyên nhân gây trượt mái dốc dưới tác dụng của nước, áp lực nước được tập hợp dưới
đây:

-------------------------------------------------------------------------------------------------------89


Báo cáo tổng kết Đề tài
"Nghiên cứu xây dựng Quy hoạch hệ thống các quy chuẩn, tieu chuẩn lĩnh vực ĐKT và nền móng CT đến năm 2030"
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Bảng 7.13 Nguyên nhân gây trượt mái dốc
Tăng lực gây trượt
1

2

3

4

Giảm cường độ chống trượt

Tăng trọng lượng đất do tăng độ ẩm Tăng áp lực nước trong đất giảm cường
của đất
Tăng tải trọng lên nền đất đắp. Xây
nhà, công trình
Xói mòn chân mái dốc do dòng chảy

độ đất
Đất trương nở do hút nước
Kết cấu đất bị phá vỡ, phá hỏng hóc
lòng do dao động, động đất

Tác động của sóng năng lượng từ Các vết nứt trong khối đất đắp do
nguồn động đất, giao thông, nổ

5

Hình thành vết nứt do ứng suất kéo

6

Áp lực nước bên trong các khe nứt

trương nở và co ngót

Phá hỏng cường độ do đất có độ nhạy
cao
Giảm lực dính của đất
Mất lực dính của đất không bão hòa do

7

Đào bới một phần mái dốc

quá trình khô đ ất và tác động của môi
trường

Trong trường hợp đất không bão hòa, lực dính kết của nền được tăng lên do áp lực nước lỗ
rỗng âm
c’a = c’ + ψ tan φ

(7.31)

ψ : Áp lực nước lỗ rỗng âm
Mái dốc có thể bị trượt do tác động của dòng chảy. Lực từ áp lực của dòng chảy tác động vào
chân mái dốc được tính :
Sw = γwRεw

(7.32)

Trong đó : Sw : Sức kháng cắt trung bình do dòng chảy
γw : Dung trọng nước
R: Bán kính thủy lực
εw : Gradien thủy lực
Xói lở chân mái dốc do Sw và nền thiên nhiên được mô tả trên hình 7.9

-------------------------------------------------------------------------------------------------------90


Báo cáo tổng kết Đề tài
"Nghiên cứu xây dựng Quy hoạch hệ thống các quy chuẩn, tieu chuẩn lĩnh vực ĐKT và nền móng CT đến năm 2030"
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Hình 7.9 Trượt mái dốc do dòng chảy

Khả năng chống xói mòn của đất phụ thuộc vào đặc tính của nền và sức kháng cắt. Hạt đất có
thể bị dòng nư ớc cuốn trôi theo kích thước hạt đất và tốc độ dòng chảy.

-------------------------------------------------------------------------------------------------------91


Báo cáo tổng kết Đề tài
"Nghiên cứu xây dựng Quy hoạch hệ thống các quy chuẩn, tieu chuẩn lĩnh vực ĐKT và nền móng CT đến năm 2030"
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Bảng 7.13 Vận tốc tới hạn cuối trôi hạt đất theo kích thước hạt
Kích thước hạt đất (mm)

Tốc độ dòng chảy tới hạn (cm/sec)

1,0

9,7

0,5

6,9

0,3

4,8

0,1

3,0

0,05

2,2

0,01

0,87

0,001

0,30

Một số giải pháp chống trượt lở mái dốc do dòng chảy (Hình 7.10)
-

Trồng cây và cỏ làm giảm năng lượng xói lở đất do dòng chảy

-

Đóng các loại cọc tre, cọc co trèm, cọc bê tông làm giảm vận tốc dòng chảy

-

Tường chắn, tấm chắn bằng đá, bê tông.

-------------------------------------------------------------------------------------------------------92


Báo cáo tổng kết Đề tài
"Nghiên cứu xây dựng Quy hoạch hệ thống các quy chuẩn, tieu chuẩn lĩnh vực ĐKT và nền móng CT đến năm 2030"
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Hình 7.10 Bảo vệ mái dốc
7.3. Thi công lớp đất đắp, quan trắc và kiểm tra chất lượng
7.3.1. Thi công lớp đất đắp

-------------------------------------------------------------------------------------------------------93