Nghiên cứu tính toán lớp cốt địa kỹ thuật kết hợp cọc chống sử dụng trong nền đắp trên đất yếu

i
MỤC LỤC
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT......................................................................................i
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU ........................................................................................i
DANH MỤC BẢNG BIỂU ........................................................................................... v
DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ............................................................................. vii
MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1
1.Tính cấp thiết của đề tài ............................................................................................. 1
2. Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu........................................................... 3
3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn ..................................................................................3
4. Bố cục của luận án .....................................................................................................3
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP SỬ DỤNG CỌC KẾT HỢP
VỚI CỐT ĐỊA KỸ THUẬT TRONG XÂY DỰNG NỀN ĐẮP TRÊN ĐẤT YẾU . 5
1.1. Đất yếu và các giải pháp xử lý nền đất yếu .......................................................... 5
1.1.1. Tổng quan về đất yếu ............................................................................................ 5
1.1.2. Tổng quan các giải pháp công nghệ xử lý nền đất yếu dưới nền đường đắp ........7
1.2. Giải pháp cọc kết hợp với cốt địa kỹ thuật .......................................................... 9
1.2.1. Mô tả giải pháp và một số ứng dụng tiêu biểu ......................................................9
1.2.2. Những tính toán hệ cọc kết hợp với cốt ĐKT hiện nay trên thế giới ..................16
1.2.3. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng giải pháp kết hợp cọc với lưới địa kỹ thuật ở
Việt Nam........................................................................................................................ 41
1.3. Một số vấn đề rút ra từ nghiên cứu tổng quan ..................................................42
1.4. Lựa chọn vấn đề nghiên cứu ................................................................................43
CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG TRUYỀN XUỐNG CỌC
VÀ CHIỀU CAO NỀN ĐẮP TỐI THIỂU TRÊN HỆ CỌC KẾT HỢP VỚI CỐT
ĐỊA KỸ THUẬT GIA CƯỜNG NỀN ĐẤT YẾU .................................................... 44
2.1. Đặt vấn đề ..............................................................................................................44
2.2. Phương pháp số và mô hình vật liệu ...................................................................44
2.2.1. Khái quát về phương pháp số sử dụng trong Địa kỹ thuật ..................................44
2.2.2. Lựa chọn mô hình vật liệu ...................................................................................45
2.3. Phân tích tải trọng truyền xuống cọc ..................................................................50

2.3.1. Tham số phân tích ............................................................................................... 50
2.3.2. Phân tích thực nghiệm Zaeske 2001 ....................................................................50
2.3.3. Phân tích số các yếu tố ảnh hưởng tới tải trọng truyền xuống cọc...................... 56
2.4. Phân tích số xác định chiều cao đất đắp tối thiểu..............................................66
2.4.1. Phương pháp phân tích ........................................................................................ 66
2.4.2. Sự phụ thuộc của vòm đất vào tải trọng .............................................................. 68
2.4.3. Sự phụ thuộc của vòm đất vào kích thước cọc (mũ cọc) ....................................68


ii
2.5. Kết luận chương 2.................................................................................................71
CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU PHÂN TÍCH LỰC KÉO TRÊN CỐT ĐỊA KỸ
THUẬT ........................................................................................................................ 72
3.1. Đặt vấn đề ..............................................................................................................72
3.2. Phân tích số lực kéo trên cốt ĐKT một lớp ........................................................ 76
3.2.1. Trường hợp phân tích và kết quả .........................................................................76
3.2.2. Xây dựng tương quan lực kéo với hiệu quả truyền tải, chiều cao đất đắp và ngoại
tải ...................................................................................................................................83
3.2.3. Kiểm chứng công thức đề xuất ............................................................................86
3.3. Phân tích số lực kéo trên cốt ĐKT nhiều lớp .....................................................87
3.4. Kết luận chương 3.................................................................................................96
Chương 4 NGHIÊN CỨU LẬP CHƯƠNG TRÌNH TÍNH BÀI TOÁN HỆ CỐT
ĐỊA KỸ THUẬT KẾT HỢP VỚI CỌC TRONG XÂY DỰNG ĐƯỜNG ĐẮP .... 97
4.1. Giới thiệu chung ...................................................................................................97
4.2. Xây dựng trình tự, nội dung tính toán thiết kế ..................................................97
4.2.1. Xác định khoảng cách giữa các cọc ....................................................................97
4.2.2. Phạm vị bố trí cọc ................................................................................................ 98
4.2.3. Chiều cao tối thiểu của nền đắp ...........................................................................98
4.2.4. Hiệu quả truyền tải trọng .....................................................................................98
4.2.5. Lực kéo trong cốt .................................................................................................98

4.2.6. Chiều dài tối thiểu để huy động đủ lực kéo Tds ...................................................99
4.2.7. Độ dãn dài trong cốt và độ lún lệch .....................................................................99
4.2.8. Chiều dài cốt đảm bảo điều kiện neo giữ cốt theo mặt cắt ngang ....................... 99
4.2.9. Kiểm tra ổn định tổng thể của nền.......................................................................99
4.3. Xây dựng chương trình tính GPEmb01 ...........................................................101
4.3.1. Cơ sở khoa học và lựa chọn ngôn ngữ lập trình ................................................101
4.3.2. Sơ đồ thuật toán .................................................................................................101
4.3.3. Chức năng và giao diện của chương trình .........................................................103
4.4. Áp dụng tính tại công trình đường đầu cầu Trần Thị Lý ..............................107
4.4.1. Giới thiệu về đặc điểm công trình .....................................................................107
4.4.2. Sử dụng phần mềm GPEmb01 tính toán lớp cốt kết hợp với cọc .....................112
4.5. Kêt luận chương 4...............................................................................................118
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................... 120
1. Kết luận ..................................................................................................................120
2. Hạn chế ...................................................................................................................121
3. Kiến nghị ................................................................................................................121
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ ............................................... 122


iii
TÀI LIỆU THAM KHẢO......................................................................................... 123
PHẦN PHỤ LỤC .......................................................................................................126


i
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
BTCT

Bê tông cốt thép

B
ĐXM

Độ sệt
Đất xi măng

ĐKT
GRPS
LTP

Địa kỹ thuật
Cọc kết hợp vật liệu ĐKT (Geosynthetics Reinforced Pile Supported)
Lớp truyền tải (Load Transfer Platform)

MC
SCP

Mô hình đất Mohr – Coulomb
cọc xi măng đất

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU
Kí
hiệu

Đơn
vị

Giải thích ý nghĩa

1, 2

%

Độ dãn dài tương đối theo phương 1 và 2 trên 1 m dài



%

Độ dãn dài của cốt ĐKT

c

%

Biến dạng tương đối của cọc theo phương thẳng đứng



độ

Góc nghiêng của cạnh vòm đất



Độ

Góc nghiêng của mặt trượt phân tố với mặt phẳng nằm ngang

a,k

Độ

Góc ma sát chủ động trong trường hợp nền đắp trên cọc



kN/m3 Trọng lượng thể tích của đất đắp



kN/m3 Trọng lượng thể tích của đất đắp



kN/m3 Trọng lượng thể tích của nước

’cv

Độ

Góc ma sát trong hữu hiệu của đất đắp

’cv1

Độ

Góc ma sát trong của lớp đất phía trên cốt ĐKT

’cv2

Độ

Góc ma sát trong của lớp đất lớp phía dưới cốt ĐKT

i

Độ

Góc ma sát trong của phần tử tiếp xúc

P

Độ

Góc đứng của phương đi qua mép ngoài của mũ cọc ngoài cùng và
vai đường

’v

kPa

Ứng suất thẳng đứng trung bình ở đáy nền đắp:


s

Hệ số không thứ nguyên phụ thuộc vào độ dãn dài
kPa

Ngoại tải đặt trên nền đắp


ii
Kí
hiệu

Đơn
vị
m
m

Giải thích ý nghĩa
Chuyển vị của chân cọc
Chuyển vị của đất tại chân cọc
Gệ số tương tác cốt ĐKT với lớp đất phía dưới cốt ĐKT

a'2
Ac

m2

Diện tích mũ cọc

p'c

kPa

Ứng suất thẳng đứng trên mũ cọc

A

m2

Diện tích mặt cắt ngang cọc

a

m

Kích thước mũ cọc vuông hoặc kích thước quy đổi từ mũ cọc tròn

a’

Hệ số tương tác liên quan đến sự tiếp xúc cốt ĐKT và đất

a'1

Hệ số tương tác cốt ĐKT với lớp đất phía trên cốt ĐKT

AC

m2

Diện tích mũ cọc hoặc đỉnh cọc (trường hợp không có mũ cọc)

AE

m2

Phần diện tích một ô cọc
Hệ số vòm

Cc
ci

kPa

d

m

E

MPa

Lực dính đơn vị của phần tử tiếp xúc
Đường kính mũ cọc hoặc đường kính quy đổi
Mô đun đàn hồi vật liệu cọc

Ecap

Hiệu quả truyền tải tại mũ cọc

Ecr

Hiệu quả truyền tải tại đỉnh vòm

Emin

Giá trị nhỏ hơn trong hai giá trị Ecap và Ecr

Es,k

MPa

Ffoot

kN

Lực nén tại chân cọc
Hệ số vật liệu riêng phần cho cốt ĐKT

fm
FMax

Mô đun đàn hồi của đất nền

kN

Lực nén lớn nhất cho phép tại chân cọc

fms

Hệ số riêng phần vật liệu áp dụng với tan

fn

Hệ số riêng phần trên phương diện thiệt hại về mặt kinh tế

fp

Hệ số riêng phần của sức kháng kéo của cốt

Fpi

kN/m

Sức chịu tải của cọc i trên 1 m chiều dài tuyến đường


iii
Kí
hiệu

Đơn
vị

Giải thích ý nghĩa
Hệ số riêng phần của sức kháng trượt cốt

fs
H

m

Chiều cao đất đắp

hi

m

Khoảng cách giữa các lớp lưới

Hv

m

Chiều cao vòm đất

J1, J2

kN/m

Mô đun độ dãn dài của cốt ĐKT theo phương 1 và 2

Jx, Jy

kN/m

Mô đun độ dãn dài của cốt ĐKT theo phương x và y

k

Số cọc nằm trong vùng trượt

Ka

Hệ số áp lực đất chủ động

Kfoot

kPa

Biểu thị mô đun độ cứng đàn hồi của phần tử tiếp xúc cọc và nền
tại chân cọc

Kn, Kt

kPa

Mô đun độ cứng đàn hồi chống cắt theo phương vuông góc thân
cọc của phần tử tiếp xúc
Hệ số áp lực đất bị động, Kp = tan2(450 + /2)

Kp
ks

kN/m3 Hệ số nền

Ks

kPa

Mô đun độ cứng đàn hồi chống cắt theo phương dọc theo thân cọc
của phần tử tiếp xúc

Lb

m

Chiều dài neo giữ cốt theo mặt cắt ngang cần thiết phụ thuộc vào
hàng cọc ngoài cùng

Li

m

Chiều dài đoạn cốt ĐKT lớp i

Ln

m

Chiều dài tính toán đoạn cốt ĐKT giới hạn trong tam giác vòm đất

LP

m

Khoảng cách theo phương nằm ngang từ mép ngoài của mũ cọc
ngoài cùng đến chân taluy

MD

kN/m

mi

m

Mô men gây trượt
Chiều dài phân bố của ngoại lực trên mảnh thứ i

MRP

kN/m

Mô men chống trượt do cọc

MRR

kN/m

Mô men chống trượt do cốt ĐKT

MRS

kN/m

Mô men chống trượt do đất

n

Độ dốc taluy nền đắp


iv
Kí
hiệu

Đơn
vị

Giải thích ý nghĩa

QP

kN

Khả năng chịu tải của mỗi cọc trong nhóm

Rd

m

Bán kính cung trượt
Hệ số suy giảm cường độ,

Rinter
s

m

Khoảng cách giữa hai cọc liên kề tính từ tim cọc theo phương
vuông góc tm đường

sy

m

Khoảng cách cọc tính theo phương song song với tim đường;

sd

m

Khoảng cách lớn nhất giữa hai cọc trong một ô lưới cọc tính từ tim
cọc

TD

kN/m

Cường độ thiết kế của cốt ĐKT

Ti

kN/m

Cường độ chịu kéo trong lớp cốt ĐKT thứ i

Tr

kN/m

Lực kéo tính toán được trên 1m rộng cốt, Tr = Trp + Tds

Trp

kN/m

Lực kéo trong cốt do tải trọng thẳng đứng

Trp1,
Trp2

kN/m

Lực kéo theo phương ứng suất chính 1và 2

Tu

kN/m

Cường độ chịu kéo danh định của cốt ĐKT

tw

m

Chiều dầy lớp đất yếu

ui

m

Chiều cao mực nước ngầm tính từ mặt trượt của phân tố

uP

m

Chuyển vị của cọc

us

m

Chuyển vị của đất

Wi

kPa

Trọng lượng của mỗi mảnh

wi

kPa

Ứng suất trên lớp cốt thứ i

Wtr

kN

y

m

Lực thẳng đứng trên diện tích AE do tĩnh tải đất đắp và ngoại tải
gây ra
Độ lún lệch giữa cọc và đất yếu xung quanh


v
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1 Tải trọng truyền vào cọc từ thực nghiệm Zaeske (2001) ............................... 17
Bảng 1.2 Bảng hệ số  theo phương pháp Colin .......................................................... 22
Bảng 1.3 Bảng hệ số riêng phần cho vât liệu cốt .......................................................... 23
Bảng 1.4 Bảng hệ số riêng phần cho thiết kế nền đắp trên đất yếu có cọc hỗ trợ .........23
Bảng 1.5 Hệ số vòm cho nền đắp ..................................................................................27
Bảng 2.1 Hệ số tiếp xúc đất và kết cấu..........................................................................49
Bảng 2.2 Bảng thông số vật liệu mô hình Zaeske 2001 ................................................51
Bảng 2.3 Bảng thông số kích thước hình học mô hình thực nghiệm Zaeske (2001) ....51
Bảng 2.4 Bảng thông số điều kiện biên mô hình thực nghiệm Zaeske (2001) .............51
Bảng 2.5 Kết quả tính hiệu quả truyền tải theo phương pháp số ..................................53
Bảng 2.6 Kết quả tính hiệu quả truyền tải theo Marston ...............................................54
Bảng 2.7 Kết quả tính hiệu quả truyền tải theo Hewlett và Randolph .......................... 54
Bảng 2.8 Kết quả tính hiệu quả truyền tải theo GBGEO 2004 .....................................55
Bảng 2.9 Bảng tổng hợp các trường hợp khảo sát......................................................... 57
Bảng 2.10 Hiệu quả truyền tải vào cọc Ef khi thay đổi mô đun biến dạng cốt ĐKT ....58
Bảng 2.11 Hiệu quả truyền tải vào cọc Ef khi thay đổi vật liệu lớp đệm và số lớp cốt
ĐKT ............................................................................................................................... 59
Bảng 2.12 Hiệu quả truyền tải vào cọc Ef khi thay đổi mô đun đàn hồi cọc ................60
Bảng 2.13 Hiệu quả truyền tải vào cọc Ef khi thay đổi kích thước cọc ........................ 61
Bảng 2.14 Hiệu quả truyền tải vào cọc Ef khi thay đổi góc ma sát trong của đất đắp ..61
Bảng 2.15 Hiệu quả truyền tải vào cọc Ef khi thay đổi chiều cao đất đắp ...................62
Bảng 2.16 Bảng hiệu quả truyền tải vào cọc Ef trên mô hình thực nghiệm Zaeske ....65

Bảng 2.17 Chiều cao vòm đất khi thay đổi ngoại tải ....................................................68
Bảng 2.18 Chiều cao vòm đất khi thay đổi kích thước mũ cọc .....................................69
Bảng 3.1 Lực kéo trên cốt tính theo tiêu chuẩn BS8006-1:2010 và EBGEO2004 .......74
Bảng 3.2 Bảng thông số kích thước hình học................................................................ 77
Bảng 3.3 Bảng thông số và mô hình vật liệu .................................................................77
Bảng 3.4 Lực kéo của cốt ĐKT theo phương vuông góc với trục tim đường ...............80
Bảng 3.5 Lực kéo và độ dãn dài của cốt ĐKT theo phương song song với trục tim
đường ............................................................................................................................. 82


vi
Bảng 3.6 Tỉ lệ lực kéo phương vuông góc và phương song song tim đường ...............82
Bảng 3.7 Hiệu quả truyền tải và lực phân bố vào cốt ĐKT ..........................................83
Bảng 3.8 Hệ số tương quan lực phân bố trên cốt (F) và lực kéo trong cốt theo phương
vuông góc và song song với trục tim đường .................................................................84
Bảng 3.9 Lực kéo Trp1 – bài toán kiểm chứng ............................................................... 87
Bảng 3.10 Bảng thông số kích thước hình học trường hợp nhiều lớp cốt.....................88
Bảng 3.11 Bảng thông số và mô hình vật liệu trường hợp nhiều lớp cốt ...................... 88
Bảng 3.12 Lực kéo lớn nhất trên cốt 1 lớp ....................................................................91
Bảng 3.13 Lực kéo lớn nhất trên cốt trường hợp bố trí 2 lớp........................................93
Bảng 3.14 Lực kéo lớn nhất trên cốt trường hợp bố trí 3 lớp........................................95
Bảng 4.1 Đặc trưng của đất nền tại tại bờ Tây 109
Bảng 4.2 Đặc trưng của đất nền tại tại bờ Đông .........................................................110
Bảng 4.3 Đặc trưng của cọc tại bờ Đông ....................................................................110
Bảng 4.4 Đặc trưng của cọc tại bờ Tây .......................................................................111
Bảng 4.5 Đặc trưng vải ĐKT.......................................................................................111
Bảng 4.6 Đặc trưng của phần đắp và tải trọng ............................................................111
Bảng 4.7 Kết quả kiểm tra sức chịu tải của cọc ..........................................................112
Bảng 4.8 Kết quả kiểm tra sức chịu tải của nền ..........................................................112
Bảng 4.9 Kết quả kiểm tra về độ lún ...........................................................................112

vii
DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1 Giải pháp nền đắp trên cọc .............................................................................10
Hình 1.2 Đường Gorinchem – Hà Lan [38] ..................................................................11
Hình 1.3 Vải địa kỹ thuật .............................................................................................. 11
Hình 1.4 Lưới địa kỹ thuật ............................................................................................ 12
Hình 1.5 Một số trường hợp dùng cọc kết hợp cốt ĐKT ..............................................15
Hình 1.6 Tỉ lệ diện tích cọc (mũ cọc) phụ thuộc vào chiều cao nền đắp ...................... 16
Hình 1. 7 Phân bố tải trọng trên cọc, cốt và đất yếu ....................................................16
Hình 1. 8 Bố trí thực nghiệm Zaeske (2001) .................................................................17
Hình 1. 9 Giả thiết vòm đất dạng bán cầu Hewlett và Randolph (1988) .....................18
Hình 1.10 Giả thiết vòm đất trong phương pháp Colin .................................................19
Hình 1. 11 Sơ đồ tính lớp cốt ĐKT theo phương pháp Colin .......................................21
Hình 1. 12 Trạng thái giới hạn về cường độ..................................................................24
Hình 1. 13 Trạng thái giới hạn sử dụng .........................................................................25
Hình 1. 14 Giới hạn ngoài của mũ cọc ..........................................................................25
Hình 1.15 Giả thiết vòm đất trong tiêu chuẩn BS 8006 ................................................26
Hình 1.16 Phân bố tải trọng theo lý thuyết vòm đất của Marston .................................27
Hình 1.17 Vòm đất theo Hewlett và Randolph ............................................................. 29
Hình 1. 18 Sơ đồ tính lực kéo Trp do tải trọng thẳng đứng .........................................30
Hình 1.19 Sơ đồ tính Tds do trượt ngang khối đắp trên cốt ĐKT ..................................31
Hình 1.20 Sơ đồ tính ổn định tổng thể nền đắp trên hệ cọc kết hợp cốt ĐKT .............34
Hình 1.21 Vòm đất EBGEO 2004 .................................................................................36
Hình 1.22 Diện tích ô cọc .............................................................................................. 37
Hình 1.23 Lực thẳng đứng phân bố trên cốt ..................................................................38
Hình 1.24 Toán đồ tra độ dãn dài lớn nhất trên cốt ....................................................... 39
Hình 2.1 Không gian ứng suất chính Mohr – Coulomb ..............................................45
Hình 2.2 Mô đun độ cứng của phần tử tiếp xúc dọc theo thân cọc và tại chân cọc .....47

Hình 2.3 Lực kéo trong cốt ĐKT ................................................................................49
Hình 2.4 Mô hình hình học và điều kiện biên thử nghiệm Zaeske (2001) ..................52
Hình 2.5 Phần tử tam giác 6 nút (a) và chóp tứ diện 10 nút (b) ..................................52
Hình 2.6 Kết quả phân tích lực nén trên đỉnh cọc theo phương pháp số ....................53


viii
Hình 2.7 Biểu đồ so sánh lực truyền vào cọc theo các phương pháp ............................ 55
Hình 2.8 Biểu đồ so sánh hiệu quả truyền tải trọng lên cọc theo các phương pháp ....56
Hình 2.9 Biểu đồ Ef phụ thuộc vào mô đun biến dạng của lưới....................................58
Hình 2.10 Biểu đồ Ef phụ thuộc vào mô đun đàn hồi lớp đệm và số lớp cốt ĐKT .......59
Hình 2.11 Biểu đồ Ef phụ thuộc vào tỉ số mô đun đàn hồi cọc (Ec) và đất yếu (Ed) .....60
Hình 2.12 Biểu đồ Ef phụ thuộc vào tỉ số khoảng cách tim cọc (s) với kích thước mũ
cọc (a) ............................................................................................................................ 61
Hình 2.13 Biểu đồ Ef phụ thuộc vào góc ma sát trong  của phần đất đắp ..................62
Hình 2.14 Biểu đồ Ef phụ thuộc vào tỉ số (H/s) ............................................................ 63
Hình 2.15 Biểu đồ xác định các trọng số xét ảnh hưởng của các yếu tố khảo sát đến
hiệu quả truyền tải .........................................................................................................64
Hình 2.16 Biểu đồ hiệu quả truyền tải trên mô hình thực nghiệm Zaeske ....................66
Hình 2.17 Thử nghiệm Terzaghi ...................................................................................66
Hình 2.18 Độ lún tại mặt cắt qua tim cọc Zaeske (2001) ............................................67
Hình 2.19 Chiều cao vòm đất phụ thuộc vào tải trọng ngoài ........................................68
Hình 2.20 Chiều cao vòm đất phụ thuộc vào kích thước mũ cọc ................................ 69
Hình 2.21 Chiều cao vòm đất xác định theo các phương pháp khác nhau...................69
Hình 2.22 Biểu đồ xác định trọng số xét ảnh hưởng của tải trọng và tỉ số s/d đến chiều
cao vòm đất ....................................................................................................................70
Hình 3.1 Sơ đồ tính hệ cọc kết hợp với cốt ĐKT để phân tích lực kéo ...................... 72
Hình 3.2 Lực kéo trong cốt ĐKT do tải trọng thẳng đứng ............................................73
Hình 3.3 Lực kéo trên cốt do tải trọng thẳng đứng tính theo tiêu chuẩn Anh và Đức ..75
Hình 3.4 Sơ đồ tính và mô hình 3D trong phần mềm Plaxis trường hợp 1 lớp cốt .....77

Hình 3.5 Lực kéo trong cốt theo phương vuông góc với trục tim đường .....................79
Hình 3.6 Lực kéo trong cốt theo phương song song với tim đường ............................. 81
Hình 3.7 Quan hệ giữa tỉ số lực kéo trong cốt ĐKT phương song song và phương
vuông góc với mô đun độ dãn dài cốt ĐKT ..................................................................83
Hình 3.8 Tương quan giữa lực kéo theo phương vuông góc trục tim đường và ...........85
Hình 3.9 Quan giữa lực kéo theo phương song song trục tim đường và độ dãn dài của
lưới .................................................................................................................................86
Hình 3.10 Biểu đồ so sánhlực kéo theo phương vuông góc với trục tim đường (Trp1) .87


ix
Hình 3.11 Sơ đồ tính và mô hình 3D trong phần mềm Plaxis trường hợp nhiều lớp cốt
.......................................................................................................................................89
Hình 3.12 Lực kéo phương vuông góc trên lớp cốt ĐKT trường hợp dùng 1 lớp cốt ..90
Hình 3.13 Lực kéo phương song song trên lớp cốt ĐKT trường hợp dùng 1 lớp cốt ...90
Hình 3.14 Lực kéo phương vuông góc trong lớp cốt thứ 1 trường hợp dùng 2 lớp cốt 91
Hình 3.15 Lực kéo phương song song trên lớp cốt thứ 1 trường hợp dùng 2 lớp cốt ...91
Hình 3.16 Lực kéo phương vuông góc trên lớp cốt thứ 2 trường hợp dùng 2 lớp cốt ..92
Hình 3.17 Lực kéo phương song song trên lớp cốt thứ 2 trường hợp dùng 2 lớp cốt ...92
Hình 3.18 Lực kéo phương vuông góc trên lớp cốt thứ 1 trường hợp dùng 3 lớp cốt .93
Hình 3.19 Lực kéo phương song song trên lớp cốt thứ 1 trường hợp dùng 3 lớp cốt ...94
Hình 3.20 Lực kéo phương vuông góc trên lớp cốt thứ 2 trường hợp dùng 3 lớp cốt ..94
Hình 3.21 Lực kéo phương song song trong lớp cốt thứ 2 trường hợp dùng 3 lớp cốt.94
Hình 3.22 Lực kéo phương vuông góc trên lớp cốt thứ 3 trường hợp dùng 3 lớp cốt ..95
Hình 3.23 Lực kéo phương song song trong lớp cốt thứ 3 trường hợp dùng 3 lớp cốt.95
Hình 4.1 Sơ đồ tính cọc kết hợp cốt ĐKT 97
Hình 4.3 Vị trí xây dựng cầu Trần Thị Lý ..................................................................107
Hình 4.4 Hình ảnh phối cảnh cầu Trần Thị Lý ...........................................................107
Hình 4.5 Mặt bằng và mặt đứng của cầu .....................................................................108
Hình 4.6 Bố trí gia cố cọc đất xi măng bờ Đông .........................................................109

Hình 4.7 Mặt cắt ngang điển hình ..............................................................................109
Hình 4.8 Các hình trụ lỗ khoan điển hình hai đầu cầu Trần Thị Lý............................110
Hình 4.9 Cửa sổ nhập dữ liệu trong phần mềm GPEmb01 .........................................114
Hình 4.10 Xây dựng mặt cắt tính toán trong phần mềm GPEmb01 ...........................115
Hình 4.11 Khai báo phạm vi tính và chạy chương trình GPEmb01............................115
Hình 4.12 Kết quả phân tích trường hợp chưa bố trí cọc và vải ĐKT ........................116
Hình 4.13 Kết quả phân tích trường hợp bố trí cọc và vải ĐKT .................................117
Hình 4.14 Kết quả phân tích ổn định tổng thể trường hợp chưa bố trí cọc và vải ĐKT
bằng phần mềm GEOslope ..........................................................................................118


1
MỞ ĐẦU
1.Tính cấp thiết của đề tài
Với đặc điểm địa chất và tốc độ phát triển hạ tầng giao thông ở nước ta, việc xây
dựng đường đắp cao trên nền đất yếu là vẫn đề đã và sẽ thường xuyên gặp phải. Cùng
với đó là các yêu cầu gắt gao về mặt kỹ thuật cũng như sự đòi hỏi đẩy nhanh quá trình
thi công để sớm đưa công trình vào khai thác. Giải pháp cọc xử lý nền đất yếu đã được
ứng dụng ở nước ta từ những năm 80 với các giải pháp công nghệ như cọc đất xi
măng, đất gia cố vôi, cọc tiết diện nhỏ như cọc BT, cọc BTCT. Các giải pháp này
thường kết hợp với sàn giảm tải BTCT với mục đích truyền toàn bộ tải trọng đất đắp
và giao thông xuống cọc, không cho đất yếu dưới phần đắp chịu tải trọng. Giải pháp
này hiệu quả mặt kỹ thuật, an toàn cho thiết kế tuy nhiên có thể dẫn đến lãng phí về
mặt kinh tế.
Tìm hiểu giải pháp công nghệ sàn giảm tải sử dụng kết hợp với cọc, NCS nhận
thấy giải pháp sàn giảm tải bằng vật liệu địa kỹ thuật (ĐKT) cường độ cao (bao gồm
lưới hoặc vải ĐKT – gọi chung là cốt ĐKT) đang được nghiên cứu và áp dụng rộng rãi
ở nhiều nước trên thế giới. Thay vì sử dụng sàn giảm tải cứng bằng tấm BTCT, một
hoặc một số lớp cốt ĐKT được trải trên đỉnh cọc để tạo thành lớp truyền tải mềm, xen
giữa các lớp cốt này có thể sử dụng cốt liệu thô như cát, đá dăm ...Vai trò của lớp

truyền tải này có được nhờ đặc điểm khả năng chịu kéo rất lớn của các lớp cốt ĐKT,
cốt phát huy vai trò của hiệu ứng màng của bản thân và hiệu ứng vòm trong phần đất
đắp từ đó làm tăng hiệu quả truyền tải xuống cọc và giảm tải trọng truyền xuống đất
yếu một cách hiệu quả. Ngoài ra, ưu điểm của giải pháp công nghệ này còn thể hiện ở
tính đơn giản, tốc độ trong thi công và rất thân thiện với môi trường. Chính vì những
ưu điểm đó đã có rất nhiều công trình lựa chọn giải pháp này cho các vị trí đắp cao,
yêu cầu độ lún nhỏ như đường đầu cầu, phần mở rộng của đường hiện hữu,... Song
song với việc ứng dụng giải pháp là nghiên cứu từ thực nghiệm đến lý thuyết về sự
làm việc phối hợp cọc và cốt ĐKT như: cơ chế truyền tải trọng, sự phân bố lực kéo
trên cốt, ...hơn nữa một số nước đã ban hành tiêu chuẩn thiết kế cho giải pháp công
nghệ này như Anh, Đức,...
Tổng hợp các nghiên cứu công bố trên Thế giới, ở Việt Nam và phương pháp
tính toán thiết kế trong tiêu chuẩn của Anh BS8006:1-2010, của Đức EBGEO 2004,
NCS có một số nhận định sau:
- Phương pháp thực nghiệm mô hình: Các mô hình vật lý thu nhỏ cùng với sự hạn
chế về loại vật liệu và kết cấu mặc dù đã mô phỏng được nguyên lý làm việc nhưng
không thể phản ánh sát thực với bài toán thực tế với sự đa dạng của vật liệu, địa tầng


2
và đất đắp. Tuy nhiên, các thí nghiệm trên mô hình thu nhỏ là cơ sở rất tin cậy cho
việc phát triển, kiểm tra đối chiếu khẳng định các phương pháp tính toán giải tích hay
các phương pháp số.
- Phương pháp giải tích và phương pháp trong tiêu chuẩn: Phần lớn các phương
pháp đều dựa trên các kết luận của các mô hình thực nghiệm trong phòng và xây dựng
các bài toán cân bằng giới hạn. Hạn chế của các phương pháp này xuất phát từ chính
sự hạn chế của các mô hình thực nghiệm và những giả thiết nhằm đơn giản hóa lời giải
khi mô phỏng bài toán thực nghiệm về bài toán cân bằng giới hạn như không xét đến
ảnh hưởng của đất yếu, đất đắp, khoảng cách cọc ... Và các thí nghiệm trên các vật liệu
sử dụng khác nhau kèm theo các giả thuyết khác nhau đã dẫn đến sự khác biệt rất lớn

trong kết quả tính. Ví dụ tiêu chuẩn Anh tồn tại hai cách tính tải trọng truyền tải xuống
cọc dựa vào hai thực nghiệm cống chìm của Marston năm 1913 và Hewlett và
Randolph năm 1988 của đã cho ra các kết quả rất khác nhau. Bàn luận về phương pháp
tính sự truyền tải, chính bản thân tiêu chuẩn Anh cũng khuyến cáo nên có những
phương pháp tính toán phân tích khác để phù hợp với điều kiện địa chất, vật liệu cụ thể
tại từng trường hợp, đặc biệt là phương pháp số. Ngoài ra, khi tính toán lực kéo trên
cốt ĐKT, các phương pháp đều giả thiết lực phân bố trên cốt chỉ tập trung vào rải cốt
giữa hai cọc, điều này dẫn đến giá trị tính toán lực kéo sẽ quá lớn so với thực tế.
- Phương pháp số: Nhìn chung việc sử dụng phương pháp số gồm phương pháp
phần tử hữu hạn và sai phân hữu hạn để phân tích bài toán cọc kết hợp với cốt ĐKT
ngày càng phổ biến. Nhờ khả năng phân tích số trên hầu hết các dạng mô hình hình
học, kết cấu vật liệu và đất, một số phần mềm ĐKT xây dựng trên cơ sở phương pháp
số được sử dụng rộng rãi trong sản xuất và nghiên cứu như FLAC, Plaxis, .... Tuy
nhiên độ chính xác của phương pháp phụ thuộc rất lớn vào việc mô phỏng số mô hình
hình học bài toán phân tích, các điều kiện biên, mô phỏng sự tiếp xúc của vật liệu với
kết cấu và đặc biệt là mô hình vật liệu lựa chọn. Bên cạnh đó, việc sử hữu một phần
mềm ĐKT và kĩ thuật viên sử dụng phần mềm đôi khi là một vấn đề khó trong thực tế
sản xuất.
Như vậy vấn đề đặt ra đó là cơ chế truyền tải trọng xuống cọc, cốt ĐKT và đất
yếu có xét đến các yếu tố đất đắp, kích thước đầu cọc, khoảng cách cọc, mô đun đàn
hồi của cọc và đất yếu, đặc trưng cơ học của cốt ĐKT, phân tích lực kéo trên cùng một
lớp cốt và trên các lớp cốt từ đó bước đầu xây dựng quy trình tính toán thiết kế hệ cọc
kết hợp với cốt ĐKT cũng như các công cụ hỗ trợ phục vụ tính toán. Đó chính là lý do
hình thành đề tài: “Nghiên cứu tính toán lớp cốt địa kỹ thuật kết hợp cọc chống sử
dụng trong nền đắp trên đất yếu’’


3
2. Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Mục đích nghiên cứu:

Nghiên cứu đề xuất phương pháp tính toán lớp cốt ĐKT kết hợp cọc chống sử
dụng trong nền đắp trên đất yếu từ đó đưa ra quy trình tính toán và lập trình tự động
hóa các bước tính toán.
Đối tượng nghiên cứu:
Sự làm việc của cọc kết hợp với cốt ĐKT gia cố nền đất yếu dưới nền đường đắp.
Phạm vi nghiên cứu:
Sự truyền tải trọng xuống cọc, chiều cao đất đắp tối thiểu và lực kéo trong cốt
ĐKT khi hệ chịu tác dụng của tải trọng phân bố thẳng đứng và hệ móng cọc đã được
tính toán đủ khả năng chịu tải của cọc, của nền và độ lún đảm bảo yêu cầu thiết kế.
3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
- Tổng kết tình hình nghiên cứu và ứng dụng giải pháp công nghệ cọc kết hợp với
cốt ĐKT đã góp phần đánh giá sự khả thi, tính thực tế của giải pháp trong lĩnh vực xử
lý nền móng khi xây dựng đường đắp trên đất yếu.
- Luận án phân tích được một số hạn chế của một số phương pháp thiết kế, tính
toán hiện tại và chứng minh được sự phù hợp khi xây dựng mô hình số 3D phân tích
với các điều kiện biên phù hợp, đồng thời lựa chọn được mô hình đất và mô hình vật
liệu phù hợp góp phần thuận lợi cho việc lựa chọn mô hình tính khi sử dụng phương
pháp số để phân tích, thiết kế.
- Các công thức NCS đề xuất đã thể hiện được tổng hợp các yếu tố ảnh hưởng tới
sự truyền tải trong hệ cọc làm việc với cốt ĐKT, điều này các nghiên cứu trước đây
chưa làm được.
- Xây dựng được trình tự tính toán, thiết kế hệ cọc kết hợp với vật liệu ĐKT dựa
trên cơ sở của tiêu chuẩn Anh BS 8006:1-2010 và trên các đề xuất của NCS khi tính
chiều cao vòm đất, hiệu quả truyền tải và lực kéo trên cốt.
- Xây dựng được sơ đồ thuật toán để lập chương trình cho phép tự động hóa các
bước tính, từ đó tăng nhanh tốc độ tính toán cũng như đảm bảo tính chính xác của từng
bước tính.
4. Bố cục của luận án
Chương 1: Tổng quan về phương pháp sử dụng cọc kết hợp với cốt địa kỹ thuật
trong xây dựng nền đắp trên đất yếu

Nội dung bao gồm:
- Một số vấn đề liên quan đến đất yếu và công nghệ xử lý đất yếu dưới nền đường
đắp ở Việt Nam và trên Thế giới.


4
- Tổng kết tình hình nghiên cứu và ứng dụng công nghệ kết hợp cọc với cốt ĐKT
trên thế giới và ở Việt Nam. Cuối chương là một số kết luận nhận xét và đưa ra mục
đích, hướng nghiên cứu.
Chương 2: Nghiên cứu xác định tải trọng truyền xuống cọc và chiều cao nền
đắp tối thiểu trên hệ cọc kết hợp với cốt địa kỹ thuật gia cường nền đất yếu
Nội dung chính bao gồm:
- Sử dụng phương pháp phân tích phần tử hữu hạn (dùng phần mềm Plaxis 3D);
phương pháp theo tiêu chuẩn của Anh BS8006-1:2010, phương pháp của Đức EBGEO
2004 cùng phân tích sự truyền tải trọng xuống cọc trên mô hình thực nghiệm
Zaeske(2001). Từ kết quả phân tích, đối chiếu khẳng định được sự tin cậy của việc mô
phỏng số bài toán thực nghiệm Zaeske (2001) bằng phần mềm Plaxis 3D để từ đó mở
rộng phân tích khi thay đổi các yếu tố vật liệu, đất đắp.
- Mô phỏng số phân tích tải trọng truyền xuống cọc, đất yếu và cốt ĐKT khi có xét
tới các yếu tố: đặc tính biến dạng lưới, số lớp lưới, chỉ tiêu cơ lý đất đắp, loại đất đệm
giữa các lớp lưới, quan hệ độ cứng cọc và đất yếu, kích thước cọc (mũ cọc) và xây
dựng công thức tính hiệu quả truyền tải.
- Mô phỏng số phân tích xác định chiều cao đất đắp tối thiểu phụ thuộc vào
khoảng cách, kích thước cọc (mũ cọc) và tải trọng ngoài và xây dựng công thức tính
chiều cao đắp tối thiểu.
Chương 3: Nghiên cứu phân tích lực kéo trên cốt địa kỹ thuật
Nội dung của chương bao gồm:
- Sử dụng các phương pháp trong tiêu chuẩn Anh, Đức để tích lực kéo trong cốt
ĐKT từ đó rút ra những tồn tại của các phương pháp trong các tiêu chuẩn.
- Sử dụng phương pháp phân tích số để phân tích lực kéo trên cốt ĐKT có xét đến

yếu tố khoảng cách cọc và tính chất của cốt thông qua mô đun độ dãn dài. Kết hợp với
kết quả hiệu quả truyền tải đã đề xuất ở chương 2, xây dựng công thức tính lực kéo
trong lưới.
- Phân tích sự phân bố lực kéo trên các lớp cốt ĐKT trong tường hợp bố trí nhiều
lớp cốt và thay đổi vật liệu xen giữa các lớp cốt.
Chương 4: Nghiên cứu lập chương trình tính bài toán hệ cốt địa kỹ thuật kết hợp
với cọc trong xây dựng đường đắp
Nội dung của chương bao gồm:
- Xây dựng trình tự tính toán nền đắp trên hệ cọc kết hợp với cốt ĐKT.
- Xây dựng chương trình máy tính tự động hóa các bước tính toán: Phần mềm
GPEmb01 và áp dụng cho một công trình thực tế.
Kết luận và kiến nghị


5
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP SỬ DỤNG CỌC KẾT HỢP VỚI
CỐT ĐỊA KỸ THUẬT TRONG XÂY DỰNG NỀN ĐẮP TRÊN ĐẤT YẾU
1.1. Đất yếu và các giải pháp xử lý nền đất yếu
1.1.1. Tổng quan về đất yếu
1.1.1.1. Cách phân biệt nền đất yếu
Ở nước ta, định nghĩa và phân loại đất yếu được chỉ dẫn cụ thể ở điều 1.4 "Quy
trình khảo sát thiết kế nền đường ôtô đắp trên đất yếu, 22TCN 262-2000" [2]. Dựa vào
các tiêu chí cụ thể mà có các cách phân loại nền đất yếu như sau:
a. Phân loại theo nguồn gốc hình thành
Loại đất yếu có nguồn gốc khoáng vật hoặc nguồn gốc hữu cơ.
Loại có nguồn gốc khoáng vật: thường là sét hoặc á sét trầm tích trong nước ở
ven biển, vũng vịnh, đầm hồ, đồng bằng tam giác châu. Đối với loại đất này, được xác
định là đất yếu ở trạng thái tự nhiên, độ ẩm của chúng thường gần bằng hoặc lớn hơn
giới hạn chảy, hệ số rỗng lớn (đất sét mềm e  1,5, đất á sét e  1), cường độ lực dính

không thoát nước  15 kPa, góc ma sát trong  từ 00 đến 100 hoặc cường độ lực dính
từ kết quả cắt cánh hiện trường < 35 kPa. Ngoài ra, các vùng thung lũng còn hình
thành đất yếu dưới dạng bùn cát, bùn cát mịn (hệ số rỗng e > 1, độ bão hòa G > 0,8).
Loại có nguồn gốc hữu cơ: hình thành từ đầm lầy, nơi nước tích đọng thường
xuyên, mực nước ngầm cao, tại đây các loại thực vật phát triển, thối rữa, phân huỷ tạo
ra các vật lắng hữu cơ lẫn với trầm tích khoáng vật. Loại này thường được gọi là đất
đầm lầy than bùn, thường có màu đen hay nâu sẫm, hàm lượng hữu cơ chiếm từ 20%
đến 80% và được phân thành:
- Hàm lượng hữu cơ từ 20-30%: đất nhiễm than bùn.
- Hàm lượng hữu cơ từ 30-60%: đất than bùn.
- Hàm lượng hữu cơ trên 60%: than bùn.
b. Phân loại theo chỉ tiêu cơ lý (trạng thái tự nhiên)
Để đánh giá sơ bộ về tính chất công trình trên đất yếu, từ đó xem xét các giải
pháp thiết kế nền đường tương ứng, đất yếu được phân loại theo trạng thái tự nhiên
của chúng sư sau:


6
- Với đất là sét hoặc á sét: được phân loại theo độ sệt B. Khi B >1 thì gọi là đất
bùn sét, khi 0,75 < B < 1 là đất yếu dẻo chảy.
- Với đất là đầm lầy than bùn: Loại đất này được phân thành 3 loại:
Loại I: Có độ sệt ổn định, thuộc loại này nếu vách đất đào thẳng đứng sâu 1m
nhưng chúng vẫn duy trì được độ ổn định từ 1 đến 2 ngày.
Loại II: Loại có độ sệt không ổn định, không đạt tiêu chuẩn loại 1 nhưng đất than
bùn chưa ở trạng thái chảy.
Loại III: Đất than bùn ở trạng thái chảy.
c. Một số chỉ tiêu phân loại đất yếu theo tiêu chuẩn nước ngoài
Phần lớn các nước trên thế giới thống nhất về định nghĩa nền đất yếu theo sức
kháng cắt không thoát nước Su và trị số xuyên tiêu chuẩn SPT (N) như sau:
- Đất rất yếu: Su  12,5 kPa hoặc N  2;

- Đất yếu: Su  25 kPa hoặc N  4.
1.1.1.2. Phân bố đất yếu ở Việt Nam
Đất yếu ở Việt Nam chủ yếu là những tầng trầm tích tam giác châu được tạo
thành trong kỷ thứ tư. Tầng trầm tích này thường gặp ở các miền đồng bằng mà lớn
nhất là đồng bằng Bắc Bộ và đồng bằng Nam Bộ. Đặc điểm chung của các tầng đất
mềm yếu ở Việt Nam như sau [16,11].
a. Tầng đất yếu ở đồng bằng Bắc Bộ
Miền đồng bằng này rộng khoảng 15000 km2 và ít đồi núi sót. Tầng đất yếu chủ
yếu là loại trầm tích tam giác châu cũ và tam giác châu thổ của hai con sông lớn là
sông Hồng và sông Thái Bình. Chiều dầy tầng trầm tích ở vùng này rất dày, từ vài mét
đến hơn 100m.
b. Vùng đồng bằng ven biển miền Trung
Là vùng đồng bằng mài mòn bồi tụ điển hình. Trầm tích kỷ thứ tư ở đây thường
thấy ở thung lũng các sông và thường là loại phù sa bồi tích. Đất yếu trầm tích thường
thấy là các loại bùn hoặc cát nhỏ bão hòa rời rạc, số lượng các lớp đất yếu thường
không quá 3 lớp, chiều dầy lớp đất yếu < 20m, lớp đá dưới thường thấy là đá magma
hay đá biến chất
c. Đồng bằng Thanh Nghệ Tĩnh
Có những khu vực bồi tụ, mài mòn xen kẽ nhau và rất đa dạng gồm có trầm tích
bồi tụ tam giác châu và trầm tích bồi tụ ven biển. So với đồng bằng Bắc Bộ, tầng trầm
tích ở khu vực này không dày lắm.
d. Đồng bằng Nam Bộ
Đất yếu thuộc khu vực đồng bằng bồi tích với nguồn gốc sông, đầm lầy, sông
biển, vũng vịnh hỗn hợp. Tầng trầm tích biến đổi phức tạp, chiều dày từ vài mét đến


7
100m, trong đó có loại trầm tích phù sa cổ chịu lực tốt (gồm sét, á sét, cát mịn), loại
bồi tích trẻ - chịu tải kém (bùn sét, bùn sét hữu cơ bão hòa…) có chiều dày 8m đến
35m.

1.1.2. Tổng quan các giải pháp công nghệ xử lý nền đất yếu dưới nền đường đắp
1.1.2.1. Các yêu cầu xử lý nền đất yếu xây dựng đường đắp
Khi xây dựng đường ô tô trên nền đất yếu, các biện pháp xử lý nền cần đảm bảo
các yêu cầu sau [3,4,5,10,11,16]
a. Các yêu cầu về khảo sát phục vụ thiết kế
Phải điều tra xác định được phạm vi phân bổ của các vùng đất yếu về phân bố,
chiều sâu, nguồn gây ẩm, khả năng thoát nước...
Lấy mẫu và tiến hành các thí nghiệm trong phòng và thí nghiệm hiện trường để
xác định loại đất yếu, chỉ tiêu phục vụ cho tính toán.
b. Các yêu cầu về thiết kế thi công
- Về ổn định: Nền đắp trên nền đất yếu phải đảm bảo ổn định, không bị phá hoại
do trượt trồi trong quá trình thi công xây đắp (đắp phần nền theo thiết kế hoặc đắp cao
hơn cao độ thiết kế để gia tải trước) và trong suốt quá trình đưa vào khai thác sử dụng
sau đó.
- Về tính toán lún: Tính toán dự báo được độ lún tổng cộng kể từ khi bắt đầu đắp
nền cho đến khi lún hết hoàn toàn; bố trí hệ thống quan trắc trong quá trình thi công
nền đắp trên nền đất yếu.
- Xác định các tải trọng tính toán: Tải trọng tính toán khi kiểm tra ổn định và dự
báo lún của nền đắp gồm tải trọng đắp nền, đắp gia tải trước, tải trọng xe cộ, tải trọng
động đất...
1.1.2.2. Các giải pháp công nghệ xử lý nền đất yếu
Mục tiêu của các giải pháp xử lý nền đất yếu khi xây dựng nền đường đắp là để
đảm bảo đồng thời các yêu cầu giảm độ lún tổng cộng, độ lún lệch, rút ngắn thời gian
thi công, giảm chi phí xây dựng [1, 7, 8, 11, 12, 41]. Các giải pháp thường gặp bao
gồm:
a. Bố trí xây dựng cùng nền đắp
- Xây dựng theo giai đoạn;
- Đầm nén đất yếu bằng quả đầm nặng;
- Bệ phản áp;
- Đắp gia tải trước bằng hoặc cao hơn cao độ thiết kế;

- Bố trí tầng đệm cát;


8
- Nền đắp nhẹ;
- Tăng cường bằng vật liệu địa kỹ thuật (vải, lưới địa kĩ thuật ...)
b. Cải thiện đất dưới nền đắp
- Thay đất xấu;
- Đường thấm thẳng đứng ( bấc thấm hoặc dùng túi cát);
- Cố kết bằng hút chân không;
- Cột ba lát (hoặc cột đá dăm);
- Hào ba lát;
- Phun chất rắn;
- Cọc đất gia cố vôi hoặc xi măng;
- Nền đắp trên móng cứng;
- Điện thấm.
Từ tổng hợp các tài liệu tham khảo cho thấy việc lựa chọn loại công nghệ xử lý
đất yếu nào cho một công trình cụ thể đều cần xét tới các tiêu chí dưới đây:
- Thời hạn công trình phải hoàn thành.
- Có đáp ứng được các yêu cầu khai thác sử dụng lâu dài hay không.
- Tác động của giải pháp tới môi trường xung quanh (phạm vi chiếm dụng đất, tác
động đến nguồn nước, gây ô nhiễm môi trường ...)
- Giá thành và khả năng thực hiện tại chỗ (điều kiện cung ứng vât liệu, thiết bị, tay
nghề ...)
Theo kinh nghiệm của các nước, để đạt mục tiêu xử lý nói trên thường kết hợp sử
dụng 2 đến 3 giải pháp như:
- Tầng đệm cát kết hợp với giếng cát hoặc bấc thấm;
- Bệ phản áp kết hợp thoát nước thẳng đứng;
- Gia tải trước kết hợp với thoát nước thẳng đứng nhưng cần chú ý đảm bảo ổn
định cho nền đắp trong quá trình chờ cố kết;

- Bệ phản áp kết hợp với bố trí lớp cát đệm;
- Bệ phản áp kết hợp với đào thay đất;
- Bệ phản áp kết hợp với cọc cát, cột balát;
- Cọc kết hợp với vật liệu địa kỹ thuật (vải ĐKT hoặc cốt ĐKT).
Theo quan điểm thiết kế hiện đại [8], việc lựa chọn giải pháp sử dụng phương
pháp phân tích chi phí vòng đời bằng cách cân nhắc giữa chi phí ban đầu và chi phí
cho công tác bảo trì đảm bảo sự phục vụ tốt nhất của kết cấu. Trên quan điểm đó, việc
thiết kế nền đắp trên đất yếu chú trọng tới vấn đề độ lún đặc biệt là độ lún lệch, vấn đề
ổn định và sức chịu tải của phần đắp. Giải pháp cọc hỗ trợ nền đắp lần đầu tiên được


9
sử dụng ở Châu Âu vào những năm 1970 và ngày càng được áp dụng rộng rãi khắp nơi
trên thế giới đã chứng minh được tính hiệu quả của giải pháp. Mặc dù chi phí ban đầu
cao nhưng chi phí vòng đời khi phân tích một thời gian dài phục vụ lại nhỏ hơn do chi
phí cho công tác bảo trì giảm rất nhiều so với các giải pháp như gia tải trước, thoát
nước thẳng đứng, đào thay đất [41].
1.2. Giải pháp cọc kết hợp với cốt địa kỹ thuật
1.2.1. Mô tả giải pháp và một số ứng dụng tiêu biểu
1.2.1.1. Mô tả giải pháp
Giải pháp sử dụng cọc gia cường nền đất yếu thường được sử dụng trong các
trường hợp chiều dày lớp đất yếu lớn, thời gian xây dựng và mặt bằng xây dựng bị hạn
chế [9, 15, 18, 40, 33]. Khi đó, vai trò chính của cọc là chịu và truyền tải trọng nền đắp
cũng như tải trọng giao thông xuống tầng đất tốt hơn ở dưới mũi cọc. Các giải pháp sử
dụng cọc có thể kể tới:
Giải pháp truyền thống (hình 1.1a): để tăng tải trọng truyền xuống cọc và tránh
hiện tượng đẩy ngang của hàng cọc phía ngoài cũng như hiện tượng lún lệch quá lớn
giữa cọc và đất yếu xung quanh, giải pháp này thường yêu cầu phải có hàng cọc xiên,
kích thước mũ cọc lớn và khoảng cách giữa các cọc nhỏ.
Giải pháp cọc kết hợp bản BTCT (hình 1.1b): với giải pháp công nghệ này,

toàn bộ tải trọng sẽ được truyền xuống cọc, giải pháp đã phát huy tối đa hiệu quả của
việc sử dụng cọc, giảm kích thước, giảm số lượng cọc, tránh hiện tượng lún không
đều, lún lệch phản ánh trên mặt đường hay còn gọi là hiện tượng “đội nấm” và tăng
nhanh tốc độ xây dựng. Tuy nhiên, công nghệ này cần một khối lượng thép lớn cũng
như chiều dầy bản bê tông tương đối lớn có thể dẫn đến kinh phí xây dựng lớn
Giải pháp cọc kết hợp với cốt ĐKT (hình 1.1c): là giải pháp còn được gọi là
GRPS (Geosynthetics Reinforced Pile Supported). Giải pháp là sự kết hợp của một
hoặc một số lớp lưới ĐKT hoặc vải ĐKT có khả năng chịu kéo lớn được trải trên đỉnh
cọc giúp tăng phần tải trọng truyền vào cọc và gánh đỡ phần tải trọng truyền xuống
phần đất yếu giữa các cọc, nhờ đó giảm được độ lún lệch giữa phần cọc và phần đất
xung quanh cọc. Giải pháp này được đánh giá là đơn giản trong thi công, cốt ĐKT
thân thiện môi trường, giải pháp sử dụng cốt ĐKT này ngày càng được sử dụng rộng
rãi trong thực tế xây dựng, đặc biệt tại các vị trí đắp cao và có yêu cầu nghiêm ngặt về
độ lún cũng như yêu cầu tiến độ thi công gấp.


10
S1

Nền đắp

S2

Mũ cọc

Cọc nghiêng

cỡ lớn

Cọc đứng

Nền cứng hơn hặc nền đá

a) Giải pháp truyền thống

Sàn giảm tải BTCT

b) Giải pháp cọc kết hợp sàn giảm tải BTCT

S1  0

Cát/ đá dăm

Cốt ĐKT

Mũ cọc
nhỏ

c) Giải pháp cọc kết hợp với cốt ĐKT

Hình 1.1 Giải pháp nền đắp trên cọc

Loại cọc sử dụng: Với công nghệ này, vai trò chủ yếu của cọc là chịu và truyền
tải trọng xuống lớp đất cứng hơn dưới mũi cọc. Với vai trò này, cọc đã được tính toán,
bố trí đảm bảo đủ khả năng chịu tải của cọc, khả năng chịu tải của nền đất và đảm bảo
độ lún tổng cộng của nền theo yêu cầu thiết kế. Tùy thuộc vào công nghệ thi công
cũng như vật liệu làm cọc, có nhiều loại cọc khác nhau. Các loại cọc thường gặp gồm:


11
các loại cọc đóng (cọc bê tông, bê tông cốt thép, cọc gỗ..) và các loại cọc thi công tại

chỗ như cọc đất gia cố vôi, gia cố xi măng [24, 39]

Hình 1.2 Đường Gorinchem – Hà Lan [39]

Cốt ĐKT là từ gọi chung cho vải ĐKT và lưới ĐKT:
Vải ĐKT được chế tạo từ những sản phẩm của dầu mỏ, được chế tạo bằng một
hoặc hai của các hợp chất chính Polyester, Polypropylene hoặc Polyamide và được gọi
chung là polyme.
Vải ĐKT được chia làm 3 nhóm chính là dệt, không dệt và cường độ cao.
Vải ĐKT không dệt: gồm những sợi ngắn, không theo một hướng nhất định nào,
được liên kết với nhau bằng phương pháp hoá (dùng chất dính) hoặc nhiệt (dùng sức
nóng). Loại này có khả năng chịu kéo thấp, chủ yếu sử dụng làm tầng lọc ngược
Vải ĐKT dệt: gồm những sợi dọc và sợi ngang dệt lại giống như vải may mặc,
như vải Robusta, Nicolon của Hà Lan, Amoco của Anh, Krafter của Nhật, Deayoun và
Kolon của Hàn Quốc... Biến dạng của nhóm vải dệt thường được thí nghiệm theo hai
hướng chính, hướng dọc máy, viết tắt MD (machine drection) và hướng ngang máy,
viết tắt CD (cross machine drection).
Vải ĐKT cường độ cao: được sản xuất từ các sợi polyester có cường độ chịu kéo
cao, độ dãn dài thấp, có độ bền lên đến hàng trăm năm, đảm bảo yêu cầu tuổi thọ công
trình dài hạn. Vải ĐKT cường độ cao bền với các tác động hoá lý của môi trường, đặc
biệt không chịu các tác động của các loại đất có tính axít (pH ≥ 2).

Vải ĐKT không dệt

Vải ĐKT dệt
Hình 1.3 Vải địa kỹ thuật

Vải ĐKT cường độ cao

12
Trong ba loại vải trên thì vải không dệt đã được sử dụng từ lâu để làm tầng lọc
ngược, còn hai loại vải dệt và vải cường độ cao có khả năng chịu kéo cao được sử
dụng nhiều trong gia cố cho các công trình xây dựng, hiện nay ở Việt Nam hai loại vải
này sản xuất chưa nhiều mà chủ yếu nhập khẩu từ nước ngoài.
Lưới ĐKT: lưới ĐKT giống như tờ bìa dày có lỗ, kích thước lỗ thay đổi tuỳ theo
loại lưới, có dạng chữ nhật hoặc bầu dục, rộng vừa đủ để cài chặt với đất, sỏi xung
quanh. Lưới ĐKT làm bằng chất polypropylene (PP), polyester (PE) hay bọc bằng
polietilen - Teretalat (PET) với phương pháp ép và dãn dọc. Vật liệu dùng làm cốt
ĐKT có sức kéo đứt lớn, thậm chí còn có có thể lớn hơn so với kim loại.
Lưới ĐKT được chia làm 3 nhóm: Lưới ĐKT một trục; Lưới ĐKT hai trục;
Lưới ĐKT ba trục.

Hình 1.4 Lưới địa kỹ thuật

Lưới ĐKT 1 trục: là loại lưới có khả năng chịu kéo theo một hướng (hướng dọc
máy) lớn hơn rất nhiều so với hướng còn lại. Với đặc điểm chịu lực này, loại lưới một
trục thường được sử dụng để gia cố, đảm bảo ổn định mái dốc.
Lưới ĐKT 2 trục: là loại lưới có khả năng chịu kéo theo cả hai hướng dọc và
ngang tương đương nhau. Với đặc điểm chịu lực này, cốt ĐKT 2 trục thường dùng để
gia cố nền công trình khi mà ứng suất bằng nhau theo hướng dọc và ngang
Lưới ĐKT 3 trục: là loại lưới có khả năng chịu kéo phân bố đều theo các hướng
do mắt lưới dạng tam giác đều. Với đặc điểm chịu lực này, lưới ĐKT 3 trục phù hợp
phù hợp gia cố nền móng công trình khi ứng suất phân bố đều theo các phương.
1.2.1.2. Một số ứng dụng tiêu biểu
Giải pháp cọc kết hợp cốt ĐKT trong xây dựng nền đắp trên đất yếu được nghiên
cứu và sử dụng ở rất nhiều công trình trên thế giới từ những năm 1970 trở lại đây [29,
33, 40]. Có thể kể đến một số dạng công trình sau:
Dự án đường đắp đầu cầu ở Scotland tuyến A876 (Reid và Buchanan,1984). Dự
án đã sử dụng vải ĐKT và cọc hỗ trợ nhằm giảm độ chênh lệch lún giữa đường đầu

cầu và mố cầu (hình 1.5a), tỉ lệ diện tích cọc sử dụng so với diện tích đáy nền đắp chỉ


13
là 10,6%. Theo báo cáo của kết quả quan trắc ứng suất trên đầu cọc và phần đất yếu ở
khoảng giữa cọc, thì 82% tải trọng là do cọc chịu. Trong suốt quá trình xây dựng, áp
lực nước lỗ rỗng ở lớp đất yếu không khi nào vượt quá 5% tải trọng do phần đất đắp,
điều đó phản ánh tải trọng truyền vào phần đất yếu giảm.
Dự án đường đắp tại nút giao của tuyến I – 95 và tuyến US 1 ở Virginia, 59 cọc
xi măng đất thi công theo phương pháp trộn sâu trên có phủ lưới địa kỹ thuật.
Dự án đường đắp tại thành phố Colón, Panama (Vega-Meyer và Shao, 2005). Dự
án dùng bốn lớp lưới ĐKT đặt từng lớp theo hướng vuông góc và song song với trục
tim đường ở trên đầu cọc để tạo lớp truyền tải (Load Transfer Platform – LTP). Các
sensor đo ứng suất ở phần đất giữa hai cọc ở ngay dưới lớp lưới ĐKT cho kết quả ứng
suất này chỉ bằng 18% ứng suất trên đỉnh cọc. Các sensor đo chuyển vị của đất tại vị
trí trên và dưới lớp LTP cho kết quả chuyển vị đọc được ở hai vị trí này ngang nhau,
trong khi độ lún trên đầu cọc không đáng kể. Độ dãn dài tương đối trong lớp lưới đo
được xấp xỉ 1%.
Dự án tương tự sử dụng hoàn toàn cọc xi măng đất thay thế cọc bê tông xi măng
được vẽ mô tả ở hình 1.5b với nền đắp tương đối thấp (1,5m) kể cả phần kết cấu mặt.
Chỉ 11% diện tích bao phủ của cọc xi măng đất liên kết với lớp truyền tải. Trong khi
so sánh với từ 50% đến 70% diện tích bao phủ yêu cầu khi dùng mũ cọc theo
Rathmayer (1975). Tuyến đường khai thác rất tốt theo báo cáo của Tsukada và nnk.
(1993).
Lớp cốt ĐKT còn được sử dụng với cọc bê tông nhỏ để giảm chênh lệch lún dưới
nền đặt thùng chứa với lớp đất yếu là sét và bùn hữu cơ dày từ 3m đến 4m (hình 1.5c)
(Viện địa kỹ thuật ASCE 1997).
Cũng với công nghệ này được áp dụng ở đoạn tường chắn trên đất yếu ở Brazil
hình 1.5d). Ngoài ra, công nghệ này còn được áp dụng để giảm chênh lệch lún giữa
nền đường mới và nền đường hiện hữu trong dự án mở rộng nâng cấp đường (hình

1.5e)