Nghiên cứu một số giải pháp thiết kế nhằm nâng cao ổn định nền mặt đường cho dự án nâng cấp mở rộng QL38B đoạn km48+575 – km56+475, tỉnh Hà Nam

1

LỜI CẢM ƠN
Học viên xin chân thành cảm ơn trường Đại học Giao thông Vận tải Hà Nội
trong thời gian học tập chương trình cao học vừa qua đã trang bị cho học viên được
nhiều kiến thức cần thiết về các vấn đề kỹ thuật trong lĩnh vực xây dựng công trình
giao thông.
Học viên xin chân thành cảm ơn tới Ban giám hiệu, các thầy cô giáo trong
trường đã tạo điều kiện giúp đỡ học viên trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn
thành luận văn của mình.
Đặc biệt, học viên xin chân thành cảm ơn thầy giáo GS-TS.Bùi Xuân Cậy
-Trường Đại học Giao thông vận tải Hà Nội đã quan tâm và tận tình hướng dẫn giúp
đỡ học viên hoàn thành luận văn này.
Xin chân thành cảm ơn tới những người thân, bạn bè đã luôn luôn động viên
và tạo điều kiện thuận lợi cho học viên trong suốt quá trình thực hiện luận văn.
Xin trân trọng cảm ơn!
Hà Nội, Tháng…năm 2016
Học viên

Đinh Văn Cường

1


2

MỤC LỤC

2

3
DANH MỤC BẢNG BIỂU

3


4
DANH MỤC HÌNH VẼ

4


5
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ĐƯỢC DÙNG TRONG LUẬN VĂN
ĐT
BVTC
TKKT
SD
SCP
PVD
GPMB
GTVT
KCAĐ
BTN
BTXM
CPĐD
QL
TVGS
TVTK
TPCP

TCN
TP
VĐKT

5

Đường tỉnh
Bản vẽ thi công
Thiết kế kỹ thuật
Giếng cát
Cọc cát đầm chặt
Bấc thấm
Giải phóng mặt bằng
Giao thông vận tải
Kết cấu áo đường
Bê tông nhựa
Bê tông xi măng
Cấp phối đá dăm
Quốc lộ
Tư vấn giám sát
Tư vấn thiết kế
Trái phiếu Chính phủ
Tiêu chuẩn ngành
Thành phố
Vải địa kỹ thuật


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Ngày 30 tháng 6 năm 2011, Bộ trưởng Bộ Giao thông vận tải đã quyết định

chuyển tuyến đường nối liên tỉnh Hải Dương, Hưng Yên, Hà Nam, Nam Định, Ninh
Bình dài 145,06 km thành Quốc lộ 38B. Quốc lộ 38B có điểm đầu là ngã tư Gia Lộc
(tại km 52+00, Quốc lộ 37) giữa huyện Gia Lộc và thành phố Hải Dương, tỉnh Hải
Dương; Điểm cuối là ngã ba Anh Trỗi (tại km 11+50, Quốc lộ 12B) thuộc xã
Quỳnh Lưu huyện Nho Quan, tỉnh Ninh Bình. Toàn tuyến Quốc lộ 38B có chiều dài
145,06 Km.
Hà Nam là một tỉnh nằm ở vùng đồng bằng sông Hồng, cách Trung tâm Thủ
đô Hà Nội hơn 50 km về phía Nam. Phía Bắc giáp với tỉnh Hà Nội, phía đông giáp
với tỉnh Hưng Yên và Thái Bình, phía nam giáp tỉnh Nam Định và Ninh Bình, phía
tây giáp tỉnh Hòa Bình.
Hà Nam là một tỉnh đồng bằng giáp núi nên địa hình có sự tương phản giữa
địa hình đồng bằng và địa hình đồi núi. Mật độ và độ sâu chia cắt địa hình so với
các vùng núi khác trong cả nước hầu như không đáng kể. Hướng địa hình đơn giản,
duy nhất chỉ có hướng Tây Bắc-Đông Nam, phù hợp với hướng phổ biến nhất của
núi, sông Việt Nam. Hướng dốc của địa hình cũng là hướng Tây Bắc-Đông Nam
theo thung lũng sông Hồng, sông Đáy và dãy núi đá vôi Hòa Bình-Ninh Bình, phản
ánh tính chất đơn giản của cấu trúc địa chất.
Phía tây của tỉnh (chiếm khoảng 10-15% diện tích lãnh thổ tỉnh Hà Nam) là
vùng đồi núi bán sơn địa với các dãy núi đá vôi, núi đất và đồi rừng, nhiều nơi có
địa hình dốc. Vùng núi đá vôi ở đây là một bộ phận của dãy núi đá vôi Hòa BìnhNinh Bình, có mật độ chia cắt lớn tạo nên nhiều hang động có thạch nhũ hình dáng
kỳ thú. Xuôi về phía đông là những giải đồi đất thấp, xen lẫn núi đá và những thung
lũng ruộng. Phần lớn đất đai trong vùng đồi núi bán sơn địa là đất nâu vàng trên phù
sa cổ, đất đỏ vàng trên phiến đá sét, đất nâu đỏ trên đá bazan và đất đỏ nâu trên đá
vôi, thích hợp với các loại cây lâm nghiệp, cây ăn quả và cây công nghiệp. Với
những hang động và các di tích lịch sử-văn hóa, vùng này còn có tiềm năng lớn để
phát triển các khu du lịch.
Phía đông là vùng đồng bằng do phù sa bồi tụ từ các dòng sông lớn (chiếm
khoảng 85-90% lãnh thổ tỉnh Hà Nam), đất đai màu mỡ, thích hợp cho canh tác lúa
nước, rau màu và các loại cây công nghiệp ngắn ngày như mía, dâu, đỗ tương, lạc

6


và một số loại cây ăn quả. Phần lớn đất đai ở vùng này bị chia cắt bởi hệ thống sông
ngòi khá dày đặc. Vì vậy ở đây có diện tích mặt nước ao, hồ, đầm, phá, ruộng trũng
và sông ngòi khá lớn.
Khu vực khảo sát thuộc vùng đồng bằng phù sa, nằm trong vùng nội đồng
phía trong đê sông Hồng, hai bên đường dân cư tập trung sinh sống đông đúc.
Tuyến giao cắt với nhiều đường tỉnh lộ, huyện lộ và đường giao dân sinh.
Hiện nay, Quốc Lộ 38 đoạn qua tỉnh Hà Nam có lưu lượng giao thông rất
lớn, lượng xe bắc nam qua lại ngày càng tăng do đây là tuyến đường huyết mạch
của tỉnh Hà Nam nói chung và trong vùng nói riêng, tuy nhiên với quy mô kỹ thuật
như hiện tại của tuyến đường đã không đáp ứng kịp với sự phát triển trong vùng do
vậy nhu cầu cấp thiết hiện nay cần làm đó là hình thành xây dựng mở rộng QL38
đoạn qua địa phận tỉnh Hà Nam nhằm đáp ứng nhu cầu vận tải ngày càng tăng cao
trên trên toàn tỉnh, giảm ùn tắc và tai nạn giao thông, đồng thời đáp ứng nhu cầu
phát kinh tế - xã hội và bảo đảm an ninh quốc phòng, phù hợp với quy hoạch vàđịnh
hướng phát triển giao thông vận tải của đất nước.
Hiện nay ở Việt Nam có rất nhiều biện pháp xử lý ổn định nền đường qua
khu vực nền đắp có điều kiện địa chất phức tạp đã được nghiên cứu và áp dụng vào
các dự án trọng điểm trong cả nước, tuy nhiên ở mỗi vùng miền thì điều kiện địa
chất phức tạp và nguồn cung ứng vật liệu xây dựng lại khác nhau dẫn đến việc lựa
chọn giải pháp xử lý ổn định nền đường ở các khu vực cần được lựa chọn thông qua
việc phân tích tính toán giải pháp xử lý và nguồn cung ứng vật liệu. Các giải pháp
xử lý nền đất yếu tiên tiến đã và đang được áp dụng rộng rãi ở Việt Nam được thể
hiện như dưới đây:
 Giải pháp thoát nước thẳng đứng: Sử dụng bấc thấm (PVD) kết hợp gia tải, giếng

cát (SD) kết hợp với gia tải...
 Giải pháp gia cường ổn định và giảm lún: Điển hình như cọc cát đầm chặt, cọc xi

măng đất, thay đất, sàn giảm tải...
Dự án QL38B đoạn tuyến đi qua địa phận tỉnh Hà Nam có điều kiện địa chất
phức tạp, chiều dày đất yếu thay đổi từ 7.75m đến 20m do vậy để đảm bảo nền
đường ổn định cần đưa ra các giải pháp xử lý ổn định nền đường cho đoạn tuyến
đảm bảo kỹ thuật và kinh tế trên tuyến đường, nhàm đáp ứng được nó tác giả lựa
chọn đề tài “Nghiên cứu một số giải pháp thiết kế nhằm nâng cao ổn định nền mặt

7


đường cho dự án nâng cấp mở rộng QL38B đoạn km48+575 – km56+475, tỉnh Hà
Nam”để qua đó lựa chọn được biện pháp xử lý nền đất yếu tối ưu đảm bảo tiến độ
và chất lượng của dự án.
2. Đối tượng nghiên cứu
Nghiên cứu các giải pháp xử lý ổn định nền đường trong xây dựng công trình
giao thông hiện nay.
3. Phạm vi nghiên cứu
Xử lý ổn định nền đường Dự án nâng cấp mở rộng Quốc lộ 38B đoạn
Km48+575 -:- Km56+475, Tỉnh Hà Nam.
4. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
Tính toán ổn định nền đường khi chưa có giải pháp xử lý từ đóđề xuất ra
phương án xử lý nếu nó không đạt yêu cầu về độ lún và ổn định tổng thể nền
đường.
5. Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu lý thuyết tính toán về xử lý ổn định nền đường phổ biến hiện nay
để áp dụng vào dự án, bên cạnh đó kết hợp với việc thu thập xử lý số liệu quan trắc
hiện trường để so sánh đối chiếu và kết luận.
6. Kết cấu của luận văn
Ngoài phần mở đầu, kết luận và kiến nghị, tài liệu tham khảo luận văn kết cấu
gồm 3 chương.

Chương 1. Tổng quan về đất yếu và các biện pháp xử lý nền đất yếu tiên tiến hiện
nay.
Chương 2. Giới thiệu chung về Dự án nâng cấp mở rộng Quốc lộ 38B đoạn
Km48+575 -:- Km56+475, Tỉnh Hà Nam.
Chương 3. Các giải pháp xử lý nền đất yếu có thể áp dụng cho dự án và lựa chọn
giải pháp xử lý nền đất yếu cho Dự án nâng cấp mở rộng Quốc lộ 38B đoạn
Km48+575 -:- Km56+475, Tỉnh Hà Nam.

8


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ĐẤT YẾU VÀ CÁC BIỆN PHÁP XỬ
LÝ NỀN ĐẤT YẾU TIÊN TIẾN HIỆN NAY
Do đất yếu có khả năng chịu tải thấp, mức độ biến dạng lớn nên cần thiết
phải có các biện pháp xử lý trước khi xây dựng công trình bên trên. Đối với công
trình đường và công trình đắp ở Việt Nam hiện nay, các biện pháp xử lý được phân
chia làm 2 nhóm chính:


Các biện pháp gia cường thường được áp dụng như: Vải địa kỹ thuật, lưới địa
kỹ thuật, đất trộn vôi, trộn ximăng, silicat. Trong trường hợp này, đất nền và
đất trong khối đắp sau khi được gia cường có khả năng chịu tải cao hơn, tính
biến dạng giảm, từ đó độ ổn định của công trình được gia tăng và đảm bảo
điều kiện làm việc của công trình. Trong điều kiện thực tế ở Việt nam, các



biện pháp vải địa kỹ thuật, đất trộn xi măng thường được sử dụng nhiều nhất.
Các biện pháp xử lý thường được áp dụng như giếng cát, bấc thấm kết hợp
gia tải trước hoặc bơm hút chân không. Trường hợp này, thời gian cố kết

được rút ngắn, đất nền nhanh đạt độ lún ổn định để có thể đưa vào sử dụng
công trình.
Ngoài ra, việc chọn lựa chiều cao đắp hay bố trí kích thước công trình hợp lý
cũng có tác dụng làm thay đổi trạng thái ứng suất của đất nền, đảm bảo điều kiện
làm việc ổn định. Các biện pháp thường được sử dụng trong trường hợp này là:
Đệm cát, làm xoải mái taluy, bệ phản áp.

1.1. Các biện pháp xử lý ổn định nền đường xây dựng trên nền đất yếu
phổ biến hiện nay
1.1.1. Mục đích của việc cải tạo và xử lý nền đất yếu
Xử lý nền đất yếu nhằm mục đích làm tăng sức chịu tải của nền đất, cải thiện
một số tính chất cơ lý của nền đất yếu như: Giảm hệ số rỗng, giảm tính nén lún,
tăng độ chặt, tăng trị số modun biến dạng, tăng cường độ chống cắt của đất...Đối
với công trình thủy lợi, việc xử lý nền đất yếu còn làm giảm tính thấm của đất, đảm
bảo ổn định cho khối đất đắp.
Các phương pháp xử lý nền đất yếu gồm nhiều loại, căn cứ vào điều kiện địa
chất, nguyên nhân và đòi hỏi với công nghệ khắc phục. Kỹ thuật cải tạo nền đất yếu

9


thuộc lĩnh vực địa kỹ thuật, nhằm đưa ra các cơ sở lý thuyết và phương pháp thực tế
để cải thiện khả năng tải của đất sao cho phù hợp với yêu cầu của từng loại công
trình khác nhau.
Với các đặc điểm của đất yếu như trên, muốn đặt móng công trình xây dựng
trên nền đất này thì phải có các biện pháp kỹ thuật để cải tạo tính năng chịu lực của
nó. Nền đất sau khi xử lý gọi là nền nhân tạo.

1.1.2. Các yêu cầuthiết kế nền đường đắp trên đất yếu
1.1.2.1. Yêu cầu về độ lún và tiêu chuẩn tính toán thiết kế

Phải tính toán chính xác độ lún. Độ lún tuy tiến chiển trậm hơn những cũng rất
bất lợi khi độ lún lớn mà không được xem xét ngay từ khi bắt đầu xây dựng thì có
thể làm biến dạng nền đắp nhiều, không đáp ứng được yêu cầu sử dụng.
Ngoài ra khi nền đường lún có thể phát sinh các lực đẩy lớn làm hư hỏng các
kết cấu chôn trong đất ở xung quanh (các mố cọc, cọc ván).
Yêu cầu phải tính được độ lún tổng cộng kể từ khi bắt đầu đắp nền đường đến
khi lún kết thúc để xác định chiều cao phòng lún và chiều rộng phải đắp thêm ở hai
bên đường.
Khi tính toán độ lún tổng cộng nói trên thì tải trọng gây lún phải xét đến chỉ
gồm tải trọng nền đắp thiết kế bao gồm cả phần đắp phản áp (nếu có), không bao
gồm phần đắp gia tải trước (nếu có) và không xét đến tải trọng xe cộ.
Sau khi hoàn thành công trình nền mặt đường xây dựng trên vùng đất yếu,
phần độ lún cố kết còn lại ∆Sr tại trục tim của nền đường được cho phép như bảng
1.1 (theo tiêu chuẩn 22TCN262-2000).
Đối với đường cấp 20; 40 và đường chỉ sử dụng kết cấu áo đường mềm cấp
cao A2 trở xuống thì không cần để cập đến vấn đề độ lún cố kết còn lại khi thiết kế.
Bảng 1.1: Độ lún cố kết còn lại cho phép tại tim nền đường
Vị trí đoạn nền đắp trên đất yếu
Loại cấp đường

Đường cao tốc và đường cấp 80

Gần mố
cầu

Trên cống
hoặc
đường chui
dân sinh

Các đoạn
nền đắp
thông
thường

≤ 10cm

≤ 20 cm

≤ 30 cm

10


Đường cấp 60 trở xuống và có lớp mặt cấp
cao

≤ 20 cm

≤ 30 cm

≤ 40 cm

Ghi chú bảng 1.1:
-

Độ lún của kết cấu áo đường ở đây cũng chính bằng độ lún của nền đường.
Độ lún còn lại này bằng độ lún tổng cộng dự báo được trong thời hạn nêu trên
trừ đi độ lún đã xảy ra trong quá trình kể từ khi bắt đầu thi công nền đắp cho

-

đến khi làm xong kết cấu áo đường ở trên.
Chiều dài đoạn đường gần mố cầu được xác định bằng 3 lần chiều dài móng
mố cầu liền kề. Chiều dài đoạn có cống thoát nước hoặc cống chiu qua đường
ở dưới được xác định bằng 3-:-5 lần bề rộng móng cống hoặc bề rộng cống

-

chui qua đường.
Đối với các đường có tốc độ 40Km/h trở xuống cũng như các đường chỉ thiết
kế kết cấu áo đường mềm cấp cao A2 hoặc cấp thấp thì không cần đề cập đến
yêu cầu về độ lún cố kết còn lại khi thiết kế (Điều này cho phép vận dụng để
thiết kế kết cấu áo đường theo nguyên tắc phân kỳ đối với các đường cấp III
trở xuống nhằm giảm chi phí xử lý nền đất yếu).
1.1.2.2. Các yêu cầu về ổn định
Nền đắp trên đất yếu phải đảm bảo ổn định, không bị lún trồi và trượt sâu
trong quá trình thi công đắp nền và trong suốt quá trình đưa vào khai thác sử dụng
sau đó, tức là phải đảm bảo cho nền đường luôn ổn định.
Theo tiêu chuẩn thiết kế nền đắp trên nền đất yếu 22TCN 262-2000 quy định:

-

Khi áp dụng phương pháp nghiệm toán ổn định theo cách phân mảnh cổ điển
với mặt trượt tròn khoét xuống vùng đất yếu thì hệ số ổn định nhỏ nhất K min
=1.2 (riêng trường hợp dùng kết quả thí nghiệm cắt nhanh không thoát nước ở

-

trong phòng thí nghiệm để tính toán thì Kmin=1.1).

Khi áp dụng phương pháp Bishop để nghiệm toán ổn định thì hệ số ổn định
nhỏ nhất Kmin=1.2 ( ứng với giai đoạn thi công) và Kmin=1.4 (ứng với giai đoạn
hoàn thiện và đưa công trình vào khai thác).
Tốc độ di động ngang không được lớn hơn 5mm/ngày.
1.1.2.3. Yêu cầu quan trắc lún
Các yêu cầu chung

11


Theo tiêu chuẩn thiết kế nền đắp trên nền đất yếu 22TCN 262-2000 quy định:
-

Đối với công trình xây dựng trên đất yếu, trong mọi trường hợp, dù áp dụng
giải pháp xử lý nào, dù đã khảo sát tính toán kỹ vẫn phải thiết kế hệ thống
quan trắc lún, chỉ trừ trường hợp áp dụng giải pháp đào vét hết đất yếu hạ đáy
nền đắp đến tận lớp đất không yếu. Hệ thống này phải được bố trí theo các

-

quy trình quy phạm hiện hành.
Trong đồ án thiết kế phải quy định chế độ quan trắc lún chặt chẽ:
+ Đo cao độ lúc đặt bàn đo lún và đo lún mỗi ngày một lần trong quá trình
đắp nền và đắp gia tải trước, nếu đắp làm nhiều đợt thì mỗi đợt đều phải quan trắc
hàng ngày.
+ Khi ngừng đắp và trong 2 tháng sau khi đắp phải quan trắc lún hàng tuần,
tiếp đó quan trắc hàng tháng cho đến hết thời gian bảo hành và bàn giao công trình.
Mức độ chính xác phải đến mm.
+ Đối với các đoạn nền đắp trên đất yếu có quy mô lớn và quan trọng hoặc
có điều kiện địa chất phức tạp như đoạn có chiều cao đắp lớn, hoặc phân bố các lớp

địa chất không đồng nhất (có lớp vỏ cứng) khiến cho thực tế có những điều kiện
khác nhiều với các điều kiện dùng trong tính toán ổn định và lún thì nên bố trí thêm
hệ thống quan trắc áp lực nước lỗ rỗng (cùng các điểm quan trắc mực nước ngầm)
và các thiết bị đo lún ở độ sâu khác nhau (thiết bị kiểu guồng xoắn).

-

Yêu cầu cụ thể của việc quan trắc lún là:
Xác định được khối lượng đất hoặc cát đắp lún chìm vào trong đất yếu (so với
mặt đất tự nhiên trước khi đắp).
Vẽ được biểu đồ quan hệ giữa độ lún tổng cộng S với thời gian (có ghi rõ thời
gian từng đợt đắp nền và đắp gia tải). Dựa vào biểu đồ này để xử lý tách riêng các
phần lún tức thời (là các phần lún tăng đột ngột trong thời gian các đợt đắp) và lập
ra biểu đồ lún cố kết St theo thời gian t kể từ khi kết thúc quá trình đắp nền và đắp
gia tải trước.
Miêu tả quan hệ St = f (t) thực tế quan trắc được một cách gần đúng nhất
bằng một hàm số toán học dạng

12


Với α vàβ là các hệ số hồi quy từ số liệu quan trắc lún, để làm cơ sở dự báo
phần độ lún cố kết còn lại.

1.1.3. Các yêu cầu về khảo sát phục vụ thiết kế
1.1.3.1. Các yêu cầu chung
-

Phải điều tra xác định được phạm vi phân bố của vùng đất yếu cả về diện
phân bố, chiều sâu phân bố và độ dốc ngang đáy lớp đất yếu dưới, vị trí mực

nước ngầm, cùng để xem xét các phương án cho tuyến vòng tránh hoặc cho
tuyến cắt qua đất yếu ở chỗ ít bất lợi nhất. Cũng cần điều tra xác định nguồn
gây ẩm, khả năng thoát nước, cũng như vị trí và khả năng khai thác các mỏ

-

đất dùng để đắp nền đường.
Phải lấy mẫu và tiến hành thí nghiệm trong phòng và thực hiện các thí nghiệm
hiện trường cần thiết về địa kỹ thuật để xác định được:
+ Loại đất và các chỉ tiêu của nó để khẳng định vùng tuyến đi qua là vùng
đất yếu và để xác định loại đất yếu phải xử lý.
+ Các chỉ tiêu phục vụ cho việc tính toán kiểm tra mức độ ổn định của nền
đắp trên đất yếu, cụ thể là: Sức chống cắt không thoát nước được xác định bằng
phương pháp cắt cánh hiện trường (hoặc được xác định bằng phương pháp cắt
nhanh trong phòng thí nghiệm nếu không có thiết bị cắt cánh hiện trường), dung
trọng tự nhiên γ và mực nước ngầm (để xác định vùng đất yếu chịu tác dụng của lực
đẩy nổi).
+ Các chỉ tiêu phục vụ cho việc tính toán dự báo độ lún tổng cộng và độ lún
cố kết theo thời gian thông qua thí nghiệm xác định nén lún trong điều kiện không
nở hông, hệ số rỗng ban đầu eo, chỉ số nén lún Cr, và Cc.
1.1.3.2. Các yêu cầu về khảo sát địa hình

-

Khi tiến hành lập dự án đầu tư, đối với vùng đất yếu phải đo đạc lập được
bình đồ tỷ lệ 1/500 – 1/1000 với chênh lệch đường đồng mức 0.5m dọc theo
các phương án tuyến qua vùng đất yếu. Trường hợp vùng đất yếu phân bố
rộng (vùng đầm lầy) thì cũng có thể sử dụng phương pháp đo đạc hàng không
để khảo sát địa hình địa mạo khu vực. Xác định trắc dọc, trắc ngang phục vụ
cho việc cho việc tính toán có thể xác định thông qua bình đồ.

13


-

Trong giai đoạn TKKT và lập BVTC các trắc dọc, trắc ngang nói trên phải
tiến hành đo đạc theo tuyến đã chọn, bổ sung các cọc tại vị trí khoan thăm dò,
lẫy mẫu thí nghiệm đất yếu và các vị trí dự kiến bố trí cọc quan trắc lún.
1.1.3.3. Các quy định về khảo sát và thí nghiệm địa kỹ thuật

-

Để có được các chỉ tiêu cơ lý phục vụ cho việc phân tích tính toán ổn định
nền đất yếu phải kết hợp thăm dò không lấy mẫu (bằng các thiết bị khoan
xoắn, xuyên tĩnh hoặc cắt cánh hiện trường) và thăm dò có lấy mẫu (bằng
thiết bị khoan lấy mẫu nguyên dạng đem về thí nghiệm trong phòng) sao cho
tiết kiệm nhất, việc tận dụng các tài liệu cũ, mức độ thí nghiệm tuỳ thuộc vào

-

yêu cầu tính toán và giai đoạn thực hiện.
Trong quá trình thực hiện khảo sát bước lập dự án, khi khoan nền đường
thông thường nếu phát hiện có đất yếu thì tiến hành khoanh vùng và bố trí lỗ
khoan theo các quy định hiện hành và tiến hành bổ sung lỗ khoan và thí

-

nghiệm trong giai đoạn tiếp theo.
Chiều sâu khoan thăm dò phải đến đáy lớp đất yếu, vào lớp đất không yếu

thêm 2m hoặc nếu đất yếu có chiều dày lớn thì khoan đến hết phạm vi chịu
ảnh hưởng của tải trọng đắp. Phạm vi này được xác định tương ứng với độ
sâu tại đó có ứng suất do tải trọng đắp (phần nền đắp và phần gia tải trước nếu
có) gây ra bằng 0.15 ứng suất do trọng lượng bản thân đất yếu gây ra (có xét

-

đến lực đẩy nổi nếu tồn tại nước ngầm).
Mặt cắt thăm dò cắt cánh và khoan lấy mẫu phải được bố trí ở chỗ đắp tương

-

đối cao nhất và có sự phân bố các lớp đất yếu tương đối đặc trưng nhất.
Theo chiều sâu lỗ khoan cứ 1-2m lấy một mẫu nguyên dạng. Phương pháp lấy
mẫu, bao gói, vận chuyển, bảo quản và thí nghiệm mẫu nguyên dạng được

-

quy định theo các tiêu chuẩn hiện hành.
Khi thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ lý của đất, cát đắp nền đường cũng
phải theo các tiêu chuẩn hiện hành với các mẫu chế bị bằng vật liệu đắp lấy từ

-

mỏ đất hoặc cát có độ chặt và độ ẩm tương ứng như thực tế.
Đối với mỗi chỉ tiêu dùng trong tính toán nên có ít nhất 6 số liệu thí nghiệm
để tính ra trị số tính toán đồng thời khi chọn trị số tính toán cần phân tích kỹ

14

các điều kiện thực tế ảnh hưởng đến chất lượng mẫu đất yếu trước khi đem thí
nghiệm cũng như ảnh hưởng bất lợi của mỗi chỉ tiêu đến kết quả tính toán.
Việc chọn nên kết hợp với kinh nghiệm của các chuyên gia.
1.2. Các phương pháp xử lý nền đất yếu tiên tiến hiện nay
1.2.1. Xử lý nền đất yếu bằng giếng cát kết hợp gia tải trước
Để rút ngắn thời gian cố kết, người ta thường dùng thiết bị tiêu nước thẳng
đứng, giếng cát là một trong những dạng đó.
Với hệ số thấm lớn hơn nhiều so với nền đất sét, khi bố trí giếng cát trong
nền đất và kết hợp gia tải, dưới tác dụng của tải trọng ngoài, nước lỗ rỗng trong đất
nền thấm về hướng giếng cát rồi sau đó thoát nhanh theo phương đứng ra khỏi nền
đất. Áp lực nước lỗ rỗng thặng dư tiêu tán và đất nền nhanh đạt đến độ lún ổn định
để khi công trình được đưa vào sử dụng thì độ lún còn lại không đáng kể.
Cấu tạo hệ thống xử lý nền đất yếu bằng giếng cát kết hợp gia tải trước
thường có ba bộ phận chính: lớp đệm cát, giếng cát, tải trọng tạm (hình 1.1).
-

Lớp đệm cát:
+ Ngoài chức năng phân bố lại ứng suất trong đất nền do ứng suất tập trung
vào lớp cát thay thế, lớp đệm cát đóng vai trò như lớp đệm thoát nước. Nước lỗ
rỗng trong đất bị nén ép bởi tải trọng khối đắp gia tải bên trên sẽ thoát hướng về
giếng cát, từ các giếng cát nước lỗ rỗng này theo môi trường cát trong giếng (có tính
thấm tốt) thoát về phía đệm cát, đệm cát dẫn nước thoát ngang và tiêu tán ra ngoài.

15


Hình 1.1. Giải pháp xử lý nền đường bằng giếng cát (SD)
-

Các thông số của giếng cát:
+ Thường dùng cát hạt thô, hạt trung (có hệ số thấm lớn).
+ Đường kính giếng cát thường sử dụng: 0.3 -:- 0.45 m.
+ Chiều sâu giếng cát bố trí hết vùng hoạt động chịu nén của nền.
+ Sơ đồ bố trí giếng cát thường có hai dạng chủ yếu: lưới tam giác và ô
vuông.

• Dạng lưới hình tam giác đều (dạng hoa mai) như trong hình 1.2a dưới đây:

Hình 1.2a. Sơ đồ bố trí giếng cát mạng lưới hình hoa mai

• Dạng lưới hình vuông (như trong hình 1.2b)

Hình 1.2b. Sơ đồ bố trí giếng cát mạng lưới ô vuông
-

Vật liệu đắp gia tải:
+ Thường dùng cát hoặc đất, nhằm tạo quá trình nén trước nền đất trước khi
đặt tải trọng công trình.

16


+ Chiều cao đắp (hay tải trọng công trình) được chọn sao cho đảm bảo điều
kiện ổn định của nền đất yếu và khối đắp, phải tạo ra được ứng suất lớn hơn áp lực
tiền cố kết của nền đất để nền đất có thể cố kết.
Có khá nhiều phương pháp tính toán khác nhau cho bài toán dự báo độ lún
của nền đất yếu xử lý giếng cát kết hợp gia tải trước. Tổng quát lại, các giá trị cần
tính toán là:

• Độ lún cố kết cuối cùng (S c). giá trị độ lún khi mà áp lực nước lỗ rỗng thặng
dư trong đất nền bị tiêu tán hoàn toàn.
• Độ lún theo thời gian (St )
St = Ut * Sc
Với:
Ut : Độ cố kết theo thờ i gian, thường được tính theo công thức:
Ut = 1-(1-Uv)*(1- Uh)
Trong đó:
Uv:Độ cố kết trung bình do thoát nước theo phương đứng.
Uh:Độ cố kết trung bình do thoát nước theo phương ngang.

1.2.2. Xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm kết hợp gia tải trước
Tương tự như giếng cát bấc thầm đứng có hệ số thấm lớn hơn nhiều so với
nền đất sét. Khi bố trí bấc thấm trong nền đất và kết hợp gia tải, nhờ tải trọng ngoài,
nước lỗ rỗng trong đất nền thấm về hướng bấc thấm rồi sau đó thoát nhanh theo
phương đứng ra khỏi đất nền.
Cấu tạo hệ thống xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm kết hợp gia tải trước cũng
gồm ba phần chính như hình 1.3 dưới đây.
-

Lớp đệm cát và tải trọng tạm tương tự như hệ thống xử lý bằng giếng cát kết
hợp gia tải trước.

17


Hình 1.3. Giải pháp xử lý nền đường bằng bấc thấm (PVD)
-

Bấc thấm:

+ Quá trình thi công bấc thấm nhanh nếu có máy thi công chuyên dụng.
+ Cũng như giếng cát, bấc thấm chỉ nên sử dụng khi có mặt bằng rộng.
+ Khi cắm bấc thấm xuống độ sâu lớn thì khả năng thoát nước của bấc thấm
sẽ giảm đi do giảm tiết diện ngang của bấc thấm, do các hạt nhỏ tích vào lòng bấc
thấm khi qua được màng lọc. Trong công trình đường, vùng hoạt động chịu nén
thường không quá lớn nên bấc thấm kết hợp gia tải trước vẫn được sử dụng khá
rộng rãi.
+ Để tiện cho việc tính toán, xem mặt cắt ngang của bấc thấm tương đương
có dạng hình tròn đường kính dw. Theo Rixner và Hansbo, dw được tính như sau:
dw = (a+b)/2
Với: a = 100mm; b = (3 -:- 7)mm, chi tiết thông số a và b được thể hiện như
hình 1.4 bên dưới đây:

18


Hình 1.4. Quy đổi mặt cắt ngang tương đương của bấc thấm dựa vào thông số a và
b
+ Bấc thấm được bố trí theo sơ đồ tương tự như giếng cát, thường có hai
dạng nhưhình 1.5a và 1.5b dưới đây.

• Dạng lưới hình tam giác đều (như trong hình 1.7a)

Hình 1.5a. Sơ đồ bố trí bấc thấm mạng lưới hình hoa mai

Hình 1.5b. Sơ đồ bố trí bấc thấmmạng lưới ô vuông
Phương pháp tính toán tương tự như giếng cát nhưng được xét với các thông
số củabấc thấm.

1.2.3. Xử lý nền đất yếu bằng bơm hút chân không

Nguyên lý của phương pháp này là tạo ra một áp suất hút chân không tác
động trực tiếp vào khối đất làm giảm áp lực nước lỗ rỗng (hút nước ra), dẫn đến
tăng ứng suất hữu hiệu trong nền đất trong khi ứng suất tổng không thay đổi, từđó
làm tăng quá trình cố kết của nền đất.

19


Theo lý thuyết áp lực của cột khí quyển (xấp xỉ100KN/m2) thay thế cho vật
liệu gia tải. Trong thực tế, giá trị tải trọng có thểđạt được từ bơm hút chân không
xấp xỉ 80KN/m2.
Hiện nay công nghệ này đã vàđang được xem là một giải pháp xử lý nền hiệu
quả vàứng dụng ở nhiều dự án lớn tại Việt Nam

Hình 1.6. Mô hình xử lý nền bằng bơm hút chân không
Phạm vi ứng dụng:
Áp dụng hiệu quả cho các công trình trên nền đất yếu và rất yếu:
- Các công trình đường giao thông
- Các công trình công nghiệp, kho tàng, bến bãi
- Công trình lấn biển
- Công trình dân dụng thấp tầng và trên diện rộng
Ưu điểm nổi bật:
- Giảm khối lượng thi công do không cần chất tải
- Giá thành rất hợp lý, đặc biệt khi diện tích xử lý nền lớn
- Rút ngắn thời gian thi công rất nhiều so với giải pháp chất tải truyền thống
- Thân thiện với môi trường
Tuy nhiên, đây là phương pháp xử lý có yêu cầu kỹ thuật thi công phức tạp
hơn các phương pháp khác, thiết bị thi công chuyên dụng.
Trong quá trình thi công bơm hút chân không, nếu không có biện pháp xử lý
tốt có khả năng gây nứt, lún các công trình lân cận. Nên sử dụng cho công trình có

yêu cầu gấp về tiến độ.

1.2.4. Đào một phần hoặc toàn bộ nền đất yếu

20


Giải pháp này rất có lợi về mặt tăng ổn định, giảm độ lún và thời gian lún,do
vậy trừ trường hợp trên đất yếu có tồn tại lớp vỏ không yếu ra ,trong mọi trường
hợp khác nên ưu tiên xem xét áp dụng hoặc kết hợp việc đào một phần đất yếu với
các giải pháp khác.
Các trường hợp đặc biệt thích hợp đối với giải pháp đào một phần hoặc đào
toàn bộ đất yếu.
+ Bề dày lớp đất yếu từ 2m trở xuống ( trường hợp này thường đào toàn bộ
đất yếu để đáy nền đường tiếp xúc hẳn với tầng đất không yếu ).
+ Đất yếu là than bùn loại I hoặc loại sét , á sét dẻo mềm,dẻo chảy;trường
hợp này ,nếu chiều dày đất yếu vượt quá 4-5m thì có thể đào một phần sao cho đất
yếu còn lại có bề dày nhiều nhất chỉ bằng 1/2 -1/3 chiều cao đắp (kể cả phần đắp
chìm trong đất yếu)
+ Khi thời hạn sử dụng đưa vào sử dụng là rất ngắn.
+ Các đặc trưng cơ học của đất yếu nhỏ.
+ Cao độ thiết kế gần cao độ thiên nhiên.
Dùng cọc tre đóng 25 cọc/m2 cũng là một giải pháp cho phép thay thế việc
đào bớt đất yếu trong phạm vi chiều sâu cọc đóng (thường có thể đóng sâu 2 – 2.5
m). Tương tự có thể dùng cọc tràm loại có đường kính đầu lớn 12 cm, đầu nhỏ 5cm,
đóng sâu 3-5 m với mật độ 16 cọc/m2.
Chi tiết giải pháp thay đất một phần thể hiện như hình 1.7a và 1.7b dưới đây:

Hình 1.7a. Sơ đồ đào thay đất yếu một phần

21


Hình 1.7b. Sơ đồ đào thay đất yếu một phần kết hợp với đóng cọc tre

1.3. Các giải pháp gia cường đất yếu tiên tiến hiện nay
1.3.1. Xử lý nền đất yếu bằng cọc đất gia cố xi măng, gia cố vôi
Trước đây biện pháp xử lý đất trộn vôi đãđược sử dụng nhiều trong nước.
Thời gian gần đây, với công nghệ, thiết bị thi công du nhập từ nước ngoài vào, cộng
thêm việc nghiên cứu được chú trọng nên cọc đất gia cố ximăng được sử dụng phổ
biến hơn trong xây dựng công trình đắp.
Cọc đất gia cố ximăng thường dùng cho các công trình chịu tải trọng lớn
(đường lăn, bãi đỗ trong sân bay, bến cảng); các công trình đòi hỏi độ ổn định cao
(đường đắp cao đầu cầu, bãi đúc các cấu kiện lớn, nền kho bãi,...); các công trình
gia cố nền trong phạm vi nhỏ hẹp (nhà móng nông bị nghiêng lún...).
Mô hình cấu tạo của phương pháp xử lý nền đất yếu bằng cọc đất gia cố xi
măng, gia cốvôi cho đường đắp cao đầu cầu thường gặp như hình 1.8.

22


Hình 1.8. Mô hình xử lý nền bằng cọc đất gia cố xi măng, gia cố vôi
Hiệu quả của việc xử lý nền bằng xi măng hoặc vôi sẽ kém khi độ ẩm và
hàmlượng hữu cơ gia tăng. Chỉ số dẻo của đất càng lớn thì khả năng cải tạo nền
càng kém.
Cải tạo nền hữu cơ bằng ximăng hiệu quả hơn cải tạo bằng vôi. Hiệu quả của
xi măng sẽ giảm dần khi hàm lượng sét và chỉ số dẻo tăng. Như vậy, độ linh hoạt
của sét càng lớn thì cường độ của đất xử lý bằng xi măng càng thấp. Đối với đất
trộn xi măng, cường độ phụ thuộc chủ yếu vào sự xi măng hoá trong quá trình thủy
hợp.

Có hai phương pháp trộn xi măng vào đất khi thi công cọc đất trộn xi măng:

•

Phương pháp trộn khô

Trong phương pháp này, bột xi măng được phun vào đất qua các lỗ ở đầu
ống bằng hệ thống khí nén, sau đó bột xi măng được trộn với đất bằng cách xoay
hai cánh gắn đối xứng ở đầu ống. Phương pháp này không cần sử dụng nước nên
không làm tăng lượng nước trong đất, vì thế việc cải tạo nền có hiệu quả hơn
phương pháp trộn ướt.

•

Phương pháp trộn ướt

Trong phương pháp trộn ướt, xi măng được trộn với nước thành một dung
dịch lỏng trước khi bơm chúng vào đất qua các lỗởđầu ống với áp lực khoảng
20MPa.

23


Phương pháp này có thiết bị thi công gọn nhẹ hơn phương pháp trộn khô.
Tuy nhiên, phương pháp này thường cho cọc có tiết diện không đều vì sức chống
cắt của đất thay đổi theo độ sâu trong khi áp lực phun không thay đổi. Do đó khi sử
dụng phương pháp trộn ướt, cần có thử nghiệm thay đổi áp lực phun phù hợp theo
điều kiện địa chất công trình. Đến nay, với kinh nghiệm rút ra được từ nhiều công
trình thực tế trong điều kiện địa chất khu vực, việc điều chỉnh áp lực phun đã có
nhiều cải tiến. Kết quả kiểm tra tại hiện trường những công trình gần đây cho thấy

chất lượng của cọc đất trộn xi măngđược cải thiện đáng kể nên các mẫu thử có
thểđạt được cường độ cao. Tuy nhiên giá thành xử lý chiếm tỷ trọng đáng kể trong
xây dựng nên phương pháp này thường được lựa chọn cho những công trình quan
trọng và cần thiết như sân bay, bãi chứa có tải trọng lớn.
Tính toán cọc đất xi măng theo nguyên lý cơbản như sau: Khả năng chịu tải
của cọc xi măng phụthuộc vào sức chống cắt của đất nền ở xung quanh cọc vàsức
chống cắt của bản thân cọc. Cơ chế phá hoại của đất nền phụthuộc vào sức kháng
hông và sức kháng mũi. Cơ chế phá hoại của cọc phụ thuộc vào vật liệu bản thân
cọc.

1.3.2. Xử lý nền đất yếu bằng vải địa kỹ thuật - lưới địa kỹ thuật
Có nhiều dạng áp dụng vải địa kỹ thuật – lưới địa kỹ thuật để gia cường nền
đất.
Dưới đây chúng tôi sơlược trường hợp sử dụng vải địa kỹ thuật để tăng mức
độổn định của nền đắp trên nền đất yếu.
Khi bố trí vải địa kỹ thuật giữa nền đất yếu và nền đắp (hình1.9), ma sát giữa
đất đắp và mặt trên của vải địa kỹ thuật sẽ tạo ra lực giữ khối trượt F và nhờđó mức
độổn định của nền đắp trên nền đất yếu tăng lên.

24


Hình 1.9. Sơ đồ bố trí vải địa kỹ thuật gia cường lớp nền đắp
(I)
(II)

- vùng hoạt động (khối trượt).
- vùng bịđộng (vùng vải địa kỹ thuật đóng vai trò neo giữ).

F - lực kéo mà vải phải chịu (T/m).

Y - cánh tay đòn của lực F đối với tâm trượt nguy hiểm nhất (O).
Điều kiện cần bảo đảm trong tính toán thiết kế khi sử dụng giải pháp này là:
F ≤ Fcp
Với:
Fcp- lực kéo cho phép của vải rộng 1m (T/m)
Lực kéo cho phép của vải được xác định theo các điều kiện sau:
Điều kiện bền của vải:
Fcp = (Fmax)/k
Trong đó:
Fmax- cường độ chịu đứt của vải khổ 1m.
k - hệ số an toàn, lấy k=2 khi vải làm bằng polieste vàk =5 khi vải làm bằng
polipropilen hoặc poliethilen.
Điều kiện về lực ma sát cho phép đối với lớp vải rãi trực tiếp trên đất yếu:
- Tổng lực ma sát trên vải trong phạm vùng hoạt động

- Tổng lực ma sát trên vải trong phạm vùng bịđộng

Trong đó:
l1 - chiều dài vải trong phạm vi vùng hoạt động.
l2 - chiều dài vải trong phạm vi vùng bịđộng.
γd - dung trọng đất đắp.
hi - chiều cao đắp trên vải (thay đổi từ hi =h đến hi =0).
f’- hệ số ma sát giữa đất đắp và vải cho phép dùng để tính toánxác định
theo công thức sau:

25