Ứng dụng giếng cát để xử lý nền nhà xưởng, khu công công nghiệp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM

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

BÙI HÀ NAM

ỨNG DỤNG GIẾNG CÁT ĐỂ XỬ LÝ
NỀN NHÀ XƯỞNG, KHU CÔNG NGHIỆP

LUẬN VĂN THẠC SĨ
Chuyên ngành : Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp
Mã số ngành: 60580208

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 07 năm 2016


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM

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

BÙI HÀ NAM

ỨNG DỤNG GIẾNG CÁT ĐỂ XỬ LÝ
NỀN NHÀ XƯỞNG, KHU CÔNG NGHIỆP

LUẬN VĂN THẠC SĨ
Chuyên ngành : Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp
Mã số ngành: 60580208

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS VÕ PHÁN

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 07 năm 2016


CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học : PGS.TS. VÕ PHÁN
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)

Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Công nghệ TP. HCM
ngày … tháng … năm …
Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm:
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn Thạc sĩ)

TT
1
2
3
4
5

Họ và tên

Chức danh Hội đồng
Chủ tịch
Phản biện 1
Phản biện 2
Ủy viên

Ủy viên, Thư ký

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau khi Luận văn đã
được sửa chữa (nếu có).
Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV


TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHỆ TP. HCM
PHÒNG QLKH – ĐTSĐH

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT
NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
TP. HCM, ngày..… tháng….. năm 20..…

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: BÙI HÀ NAM

Giới tính: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 23/05/1990

Nơi sinh: Quy Nhơn

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình DD và CN

MSHV:1441870007

I- Tên đề tài:
ỨNG DỤNG GIẾNG CÁT ĐỂ XỬ LÝ NỀN NHÀ XƯỞNG, KHU CÔNG

NGHIẾP
II- Nhiệm vụ và nội dung:
CHƯƠNG 1 :
TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP GIẾNG CÁT KẾT
HỢP GIA TẢI TRƯỚC ĐỂ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU
CHƯƠNG 2 :
CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN GIẾNG CÁT KẾT
HỢP GIA TẢI TRƯỚC ĐỂ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU
CHƯƠNG 3 :
ỨNG DỤNG GIẾNG CÁT KẾT HỢP GIA TẢI TRƯỚC
ĐỂ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU DƯỚI KHU CÔNG NGHIỆP LONG HẬU
CHƯƠNG 4 :
PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA ĐƯỜNG KÍNH,
CHIỀU DÀI, KHOẢNG CÁCH CỦA GIẾNG CÁT VÀ ĐỘ XÁO TRỘN CỦA
NỀN XUNG QUANH GIẾNG CÁT ĐẾN MỨC ĐỘ CỐ KẾT DƯỚI NỀN
MÓNG
III- Ngày giao nhiệm vụ:
IV- Ngày hoàn thành nhiệm vụ: ..........................................................................
V- Cán bộ hướng dẫn:
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

PGS.TS. VÕ PHÁN

PGS.TS. VÕ PHÁN
KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH


-i-

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu,
kết quả nêu trong Luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong
bất kỳ công trình nào khác.
Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này
đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong Luận văn đã được chỉ rõ nguồn
gốc.
Học viên thực hiện Luận văn
(Ký và ghi rõ họ tên)


- ii -

LỜI CÁM ƠN
Tôi xin được cảm ơn quý Thấy (Cô) trong khoa Xây dựng trường Đại học Kỹ Thuật
Công Nghệ, đã truyển đạt cho tôi những kiến thức quý báu và tâm huyết trong suốt 3 học
kỳ vừa qua. Đó là những kiến thức nền tảng cho tôi hoàn thành cuốn luận văn này.
Tôi xin chân thành cảm ơn Thầy PGS.TS. Võ Phán, người thầy đã tận tình hướng
dẫn, từ những bước đi sơ khai ban đầu, đến những kiến thức chuyên nghành đầy vô giá.
Để rồi từ đó tôi bắt đầu sơ lược và kết nối những kiến thức đó lại với nhau để hoàn thành
nên nội dung chính của đề tài mà tôi đã thực hiện. Một lần nữa xin cảm ơn người Thầy
đầy tâm huyết và tâm lý đã thường xuyên đôn đốc, nhắc nhở nhiều điều cho tôi, người
Thầy không những truyền đạt những kiến thức trong sách vở mà còn cả những bài học
cuộc sống. Những điều đó đã tạo động lực giúp tôi hoàn thành luận văn này một cách tốt
nhất.
Xin cảm ơn các Thầy, Cô, Anh, Chị nhân viên của Phòng Quản Lý Khoa học – Đào
tạo Sau Đại học đã giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình học
tập.
Một lần nữa xin gửi đến Quý Thầy, Cô và Gia đình lời biết ơn sâu sắc nhất.
Tôi xin chân thành cảm ơn.

Học Viên Thực Hiện Luận Văn


- iii -

TÓM TẮT
Bài luận văn của tôi trình bày vấn đề giếng cát kết hợp gia tải trước để xử lý nền
đất yếu dưới nền khu công nghiệp, nhà xưởng. Trong quá trình nghiên cứu tôi áp dụng các
cơ sở lý thuyết đã có để tính toán và phân tích bài toán bằng phương pháp giải tích và mô
phỏng phần tử hữu hạn (Bằng phần mềm Plaxis 2D với mô hình Mohr Coulomb) để so
sánh độ cố kết và độ lún nền đất yếu dưới nền khu công nghiệp Long Hậu, Long An.
Ngoài ra trong luận văn tôi còn tiến hành phân tích sự thay đổi của các thông số
như đường kính, chiều dài, khoảng cách và mức độ xáo trộn của giếng cát ảnh hưởng như
thế nào đến mức độ cố kết và độ lún tại dự án này.


- iv -

ABSTRACT
My dissertation presents problems combined application sand wells preloading to
handle soft ground under industial park or factory. During the research I applied the
theoretical basic has to calculate and analyze the problem by means of anlytical and finite
element simulation ( using software Plaxis 2D with Mohr Coulomb model ) to compare
cohesion and soft ground subsidence of industial or factory in Long Hau Industial park,
Long An
Also in the thesis I analyzed the change of parameters such as diameter, length,
distance and degree of disturbance of sand well how to influence the degree of
consolidation and the settlement of the background weak ground in this project.

-v-

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1
I.TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI ........................................................................ 1
II.MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI: ....................................................... 2
III.NỘI DUNG NGHIÊN CỨU: ............................................................................. 2
IV.PHƯƠNG PHÁP LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU...................... 3
V.HẠN CHẾ............................................................................................................ 3
CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP GIẾNG CÁT KẾT HỢP
GIA TẢI TRƯỚC ĐỂ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU .................................................... 4
1.1.

TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP GIA TẢI TRƯỚC ĐỂ XỬ LÝ

NỀN ĐẤT YẾU ..................................................................................................4
1.1.1. Giới thiệu chung về phương pháp gia tải trước ....................................4
1.1.2. Đặc điểm và phạm vi áp dụng ...............................................................4
1.1.3. Biện pháp thi công ................................................................................5
1.2. TỔNG QUAN VỀ GIẾNG CÁT ĐỂ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU .............5
1.2.1. Lịch sử phát triển...................................................................................5
1.2.2. Đặc điểm tác dụng và phạm vi áp dụng của giếng cát ..........................6
1.2.3. Phương pháp thi công ...........................................................................8
1.2.4. Tổng quát lớp đệm cát trên mặt của giếng cát. .....................................9
1.3. NHẬN XÉT CHUNG ..............................................................................9
CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN GIẾNG CÁT KẾT HỢP
GIA TẢI TRƯỚC ĐỂ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU .................................................. 10
2.1.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN BÀI TOÁN CỐ KẾT THẤM .....10

2.1.1. Khái niệm ............................................................................................10
2.1.2. Các giả thiết của Terzaghi ...................................................................10
2.2. LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN ĐỘ LÚN ỔN ĐỊNH CỦA NỀN ..............13
2.2.1. Kiểm tra ổn định nền đất yếu ..............................................................13
2.2.2. Độ lún ổn định của nền đất yếu...........................................................14
2.3. LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN GIẾNG CÁT KẾT HỢP GIA TẢI TRƯỚC
...............................................................................................................15
2.3.1. Khái niệm phương pháp xử lý nền đất yếu bằng giếng cát kết hợp gia
tải trước. .........................................................................................................15
2.3.2. Sự cố kết của giếng cát........................................................................16
2.4. SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN ĐỂ PHÂN TÍCH
BÀI TOÁN GIẾNG CÁT KẾT HỢP GIA TẢI TRƯỚC .................................19


- vi 2.4.1. Mô phỏng bài toán giếng cát kết hợp gia tải trước để xử lý nền đất yếu
.............................................................................................................19
2.4.2. Các bước mô phỏng bài toán trong Plaxis ..........................................20
CHƯƠNG 3 : ỨNG DỤNG GIẾNG CÁT KẾT HỢP GIA TẢI TRƯỚC ĐỂ XỬ
LÝ NỀN ĐẤT YẾU DƯỚI KHU CÔNG NGHIỆP ............................................. 22
3.1.

GIỚI THIỆU CÔNG TRÌNH ................................................................22

3.1.1. Giới thiệu chung ..................................................................................22
3.1.2. Quy mô công trình ..............................................................................22
3.1.3. Điều kiện địa chất công trình khu vực xây dựng ................................23
3.1.4. Tính toán độ lún bằng phương pháp giải tích .....................................24
3.2. TÍNH TOÁN ĐỘ LÚN CỦA NỀN ĐẤT YẾU BẰNG PHẦN MỀM
MÔ PHỎNG PHẦN TỬ HỮU HẠN ................................................................36

3.3.

KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 ......................................................................43

CHƯƠNG 4 : PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA ĐƯỜNG KÍNH, CHIỀU
DÀI, KHOẢNG CÁCH CỦA GIẾNG CÁT VÀ ĐỘ XÁO TRỘN CỦA NỀN
XUNG QUANH GIẾNG CÁT ĐẾN MỨC ĐỘ CỐ KẾT DƯỚI NỀN MÓNG .. 44
4.1.

PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA ĐƯỜNG KÍNH GIẾNG CÁT ĐẾN

MỨC ĐỘ CỐ KẾT CỦA ĐẤT NỀN ................................................................44
4.1.1. Phương pháp giải tích .........................................................................44
4.1.2. Phương pháp phần tử hữu hạn ............................................................47
4.2. PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA KHOẢNG CÁCH GIẾNG CÁT
ĐẾN MỨC ĐỘ CỐ KẾT CỦA ĐẤT NỀN ......................................................49
4.2.1. Phân tích bằng phương pháp giải tích .................................................49
4.2.2. Phương pháp phần tử hữu hạn ............................................................52
4.3. PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA CHIỀU SÂU GIẾNG CÁT ĐẾN
MỨC ĐỘ CỐ KẾT CỦA ĐẤT NỀN ................................................................53
4.3.1. Phân tích bằng phương pháp giải tích .................................................53
4.4. PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ XÁO TRỘN CỦA NỀN XUNG
QUANH GIẾNG CÁT ĐẾN ĐỘ CỐ KẾT CỦA NỀN MÓNG .......................57
4.4.1. Phân tích bằng phương pháp giải tích .................................................57
4.4.2. Xét trường hợp: kh/ks=2.5 ...................................................................58
4.4.3. Xét trường hợp: kh/ks=3.5 ...................................................................59
4.4.4. Xét trường hợp: kh/ks=4.5 ...................................................................60
4.5. NHẬN XÉT CHƯƠNG 4 ......................................................................61
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................................62
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................63

- vii PHỤ LỤC ..................................................................................................................64


- viii -

MỤC LỤC HÌNH ẢNH
MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1
I.TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI ............................................................................1
II.MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI: ...........................................................2
III.NỘI DUNG NGHIÊN CỨU: .................................................................................2
IV.PHƯƠNG PHÁP LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU..........................3
V.HẠN CHẾ: ..............................................................................................................3
CHƯƠNG 1 :TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP GIẾNG CÁT KẾT HỢP GIA
TẢI TRƯỚC ĐỂ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU ................................................................4
Hình 1.1.Bố trí lưới giếng cát theo sơ đồ tam giác đều ........................................... 7
Hình 1.2.Bố trí lưới giếng cát theo sơ đồ hình vuông ............................................. 7
Hình 1.3.Thi công giếng cát bằng phương pháp khí nén, xói nước tạo lỗ .............. 8
CHƯƠNG 2 :CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN GIẾNG CÁT KẾT HỢP GIA
TẢI TRƯỚC ĐỂ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU ..............................................................10
Hình 2.1.Biểu đồ xác định hệ số chịu tải Nc của nền đắp có chiều rộng B trên nền
đất yếu có chiều dày Hy ........................................................................................ 13
Hình 2.2.Xử lý nền đất yếu bằng phương pháp giếng cát kết hợp gia tải trước ... 15
Hình 2.3.Sơ đồ bài toán phẳng tương đương ( Indraratna và Redana, 1997 ) ...... 20
CHƯƠNG 3 :. ỨNG DỤNG GIẾNG CÁT KẾT HỢP GIA TẢI TRƯỚC ĐỂ XỬ LÝ
NỀN ĐẤT YẾU DƯỚI KHU CÔNG NGHIỆP .......................................................22
Hình 3.1.Biểu đồ độ cố kết theo thời gian 180 ngày ............................................. 35
Hình 3.2.Biểu đồ độ lún theo thời gian sau 180 ngày ........................................... 36
Hình 3.3.Mô hình lưới phần tử xử lý nền bằng giếng cát ..................................... 42

Hình 3.4.Áp lực lỗ rỗng thặng dư của nền sau khi xử lý bằng giếng cát sau 180
ngày

.............................................................................................................. 42

Hình 3.5.Tổng độ lún của nền sau khi xử lý bằng giếng cát sau 180 ngày ........... 43
CHƯƠNG 4 :PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA ĐƯỜNG KÍNH, CHIỀU DÀI,
KHOẢNG CÁCH CỦA GIẾNG CÁT VÀ ĐỘ XÁO TRỘN CỦA NỀN XUNG
QUANH GIẾNG CÁT ĐẾN MỨC ĐỘ CỐ KẾT DƯỚI NỀN MÓNG ...................44
Hình 4.1.Biểu đồ quan hệ U-t khi thay đổi đường kính giếng cát ........................ 47
Hình 4.2.Biểu đồ quan hệ St − t khi thay đổi đường kính giếng cát ..................... 47
Hình 4.3.Tổng độ lún của nền sau khi xử lý sau 180 ngày d w = 0.3m .................. 48


- ix Hình 4.4.Tổng độ lún của nền sau khi xử lý sau 180 ngày d w = 0.5m .................. 48
Hình 4.5.Biểu đồ quan hệ U-t khi thay đổi khoảng cách giếng cát ....................... 51
Hình 4.6.Biểu đồ quan hệ St − t khi thay đổi đường kính giếng cát ..................... 51
Hình 4.7.Tổng độ lún của nền sau khi xử lý sau 180 ngày L = 2.5m .................... 52
Hình 4.8.Tổng độ lún của nền sau khi xử lý sau 180 ngày L = 2m ....................... 53
Hình 4.9.Biểu đồ quan hệ U-t khi thay đổi chiều sâu giếng cát ............................ 56
Hình 4.10.Biểu đồ quan hệ St - t khi thay đổi chiều sâu giếng cát ........................ 56
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................................................62
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................63
PHỤ LỤC ......................................................................................................................64


-x-

MỤC LỤC BẢNG
MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1

CHƯƠNG 1 :

TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP GIẾNG CÁT KẾT HỢP GIA

TẢI TRƯỚC ĐỂ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU ....................................................................4
CHƯƠNG 2 :

CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN GIẾNG CÁT KẾT HỢP GIA

TẢI TRƯỚC ĐỂ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU ..................................................................10
Bảng 2.1.Độ cố kết U v đạt được tùy thuộc vào nhân tố thời gian Tv ................... 12
CHƯƠNG 3 :

ỨNG DỤNG GIẾNG CÁT KẾT HỢP GIA TẢI TRƯỚC ĐỂ XỬ LÝ

NỀN ĐẤT YẾU DƯỚI KHU CÔNG NGHIỆP ...........................................................22
Bảng 3.1.Bảng xác định chiều sâu chịu ảnh hưởng của tải trọng đắp................... 27
Bảng 3.2.Tính độ lún của nền theo phương pháp tổng phân tố............................. 30
Bảng 3.3.Các thông số thiết kế giếng cát .............................................................. 33
Bảng 3.4.Độ cố kết và độ lún theo thời gian của nên khi xử lý bằng giếng cát .... 34
Bảng 3.5.Số liệu đầu vào để mô phỏng bài toán. .................................................. 37
CHƯƠNG 4 :

PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA ĐƯỜNG KÍNH, CHIỀU DÀI,

KHOẢNG CÁCH CỦA GIẾNG CÁT VÀ ĐỘ XÁO TRỘN CỦA NỀN XUNG
QUANH GIẾNG CÁT ĐẾN MỨC ĐỘ CỐ KẾT DƯỚI NỀN MÓNG .......................44
Bảng 4.1.Bảng tính độ cố kết theo phương ngang của đất nền khi thay đổi đường
kính giếng cát ........................................................................................................ 45
Bảng 4.2.Bảng tính độ cố kết và độ lún đất nền khi thay đổi đường kính giếng .. 46

Bảng 4.3.Bảng tính độ cố kết theo phương ngang của đất nền khi khoảng cách
giếng thay đổi ........................................................................................................ 49
Bảng 4.4.Bảng tính độ cố kết và độ lún của đất nền khi khoảng cách giếng thay
đổi

.............................................................................................................. 50

Bảng 4.5.Bảng tính độ cố kết đất nền khi thay đổi chiều sâu giếng cát ................ 54
Bảng 4.6.Bảng tính độ lún đất nền sau khi thay đổi chiều sâu giếng cát .............. 55
Bảng 4.7.Bảng tính độ cố kết và độ lún đất nền khi xét đến độ xáo trộn
(kh/ks=2.5)............................................................................................................. 58
Bảng 4.8.Bảng tính độ cố kết và độ lún đất nền khi xét đến độ xáo trộn
(kh/ks=3.5)............................................................................................................. 59


- xi Bảng 4.9.Bảng tính độ cố kết và độ lún đất nền khi xét đến độ xáo trộn
(kh/ks=4.5)............................................................................................................. 60
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................................................62
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................63
PHỤ LỤC ......................................................................................................................64


- xii MỘT SỐ KÍ HIỆU ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN
a, av

(m2/kN)

Hệ số nén;

a0

(m2/kN)

Hệ số nén thể tích;

c

(kg/m2)

Lực dính của đất;

cu

(kPa)

Lực dính của đất nền trong điều kiện không thoát nước;

Cc

Chỉ số nén;

Cs

Chỉ số nở;

Cv

Hệ số cố kết theo phương đứng;

Ch

Hệ số cố kết theo phương ngang;

Cr

Hệ số cố kết theo phương ngang hướng tâm;

Cvz

Hệ số cố kết theo phương z phụ thuộc đặc tính của đất;

De

(m)

Đường kính ảnh hưởng của giếng cát;

dw

(m)

Đường kính giếng cát;

ds

(m)

Đường kính vùng bị xáo trộn;

L

(m)

Khoảng cách giữa các trục giếng cát;

e

Hệ số rỗng;

e0

Hệ số rỗng ứng với thời điểm trước khi xây dựng;

e0i

Hệ số rỗng của lớp đất thứ i ở trạng thái tự nhiên ban đầu;
(Chưa đắp nền bên trên)
Hệ số rỗng khi có tải trọng ngoài;

ep

E

(kPa)

Modul biến dạng;

hdd

(m)

Chiều cao đắp nền;

h

(m)

Chiều dài đường thấm trong đất;

H

(m)

Chiều dày lớp đất có giếng cát;

kv

(m/s)

Hệ số thấm theo phương đứng;

kh

(m/s)

Hệ số thấm theo phương ngang;

m

Hệ số kinh nghiệm;

Nc

Hệ số sức chịu tải;


- xiii P0

(kPa)

Ứng suất hữu hiệ trung bình do trọng lượng bản thân gây ra;

qgh

(kPa)

Tải trọng giới hạn;

Sc

(m)

Độ lún cố kết thấm;

St

(m)

Độ lún theo thời gian;

Si

(m)

Độ lún tức thời;

Ss

(m)

Độ lún cố kết thứ cấp – lún do từ biến;

S∞

(m)

Độ lún ổn định;

S

(m)

Khoảng cách giữa các tim các;

Su

(m)

Sức chống cắt không thoát nước;

s

Độ xáo trộn;

Thp

Nhân tố thời gian đối với sự thoát nước ngang trong trường hợp
biến dạng phẳng;
Nhân tố thời gian;

Tv
t

(s)

Thời gian;

u

Áp lực trung bình của nước lỗ rỗng trong đất;

u

Áp lực lỗ rỗng dư trung bình tại thời điểm tính toán t;

u0

Áp lực lỗ rỗng dư trung bình tại thời điểm ban đầu;

Ut

Độ cố kết theo thời gian t;

Uv

Độ cố kết theo phương đứng;

Uh

Độ cố kết theo phương ngang;

R

(m)

Bán kính ảnh hưởng của giếng cát;

r

(m)

Bán kính giếng;

rw

(m)

Bán kính giếng cát;

rs

(m)

Bán kính vùng bị xáo trộn;

W

(%)

Độ ẩm;

WL

(m)

Giới hạn chảy;

Wp

(m)

Giới hạn dẻo;

γw

(kN/m3)

Dung trọng của nước;

- xiv γ dd

(kN/m3)

Dung trọng của khối đất đắp;

ϕ

(độ)

Góc ma sát trong của đất;

γ

(kN/m3)

Dung trọng tự nhiên;

σ bt

(kN/m2)

Ứng suất do trọng lượng bản thân các lớp đất phía trên gây ra ở
độ sâu H a ;

σ gl

(kN/m2)

Ứng suất do trọng tải trọng đắp gây ra ở độ sâu H a ;

-1-

MỞ ĐẦU
I. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Trong những năm gần đây xây dựng các khu công nghiệp đang phát triển
mạnh mẽ. Việc xây dựng các công trình nhà, xưởng là vấn đề thiết yếu nhất. Vì
vậy khi xây dựng các công trình trên nền đất yếu thì việc xử lý nền móng là hết
sức cần thiết. Trong những trường hợp như vậy yêu cầu đặt ra khi thi công công
trình là phải rút ngắn thời gian lún của nền để sau khi hoàn thành việc xây dựng
và đưa công trình vào sử dụng thì độ lún gây ra tiếp đó không vượt quá giới hạn
cho phép theo quy phạm thiết kế.
Việt Nam được biết đến là nơi có nhiều vùng đất yếu, đặc biệt lưu vực
sông Hồng và sông Mê Kông. Khu vực Long Hậu cũng nằm trong số đó nên
gần như toàn bộ diện tích là nền đất yếu với những điều kiện hết sức phức tạp
của đất nền. Thực tế này đã đòi hỏi phải hình thành và phát triển các công nghệ
thích hợp và tiên tiến để xử lý nền đất yếu. Việc xử lý nền đất yếu là vấn đề bức
thiết và quan trọng hàng đầu trong sự phát triển của khu Công nghiệp Long
Hậu. 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 mođun biến dạng, tăng cường độ chống cắt của
đất … đảm bảo điều kiện khai thác bình thường cho công trình.
Một số phương pháp dùng để xử lý nền đất yếu như: Gia tải trước; Tầng
đệm cát; Gia cố nền đường; Bệ phản áp; Sử dụng vật liệu nhẹ ( Sử dụng phụ gia
để gia cố nền đất, Nền đất bằng vật liệu nhẹ… ); Thay bằng lớp đầm chặt, Thả
đá hộc ( với chiều dày lớp bùn không sâu ); Thoát nước cố kết ( Bấc thấm,
Giếng bao cát, Cọc cát, Giếng cát, Cọc đá dăm, dự ép chân không, chân không
chất tải dự ép liên hợp ); Nền móng phức tạp ( hạ cọc bê tông, hạ cọc bằng chấn
động, cọc xi măng đất, cọc đất – vôi – xi măng, cọc bê tông có lẫn bột than );

cọc cứng ( cọc ống mỏng chế tạo tại chỗ ); cọc cừ tràm hoặc cọc tre…
Có rất nhiều biện pháp để xử lý nền đất yếu dưới nền nhưng để đảm bảo
cả về mặt kinh tế và kỹ thuật thì sử dụng giếng cát kết hợp gia tải trước để xử
lý nền đất yếu dưới nền đường là phương án khả thi nhất để ứng dụng tại Khu
vực Long Hậu.


-2-

Để biết được hiệu quả của việc sử dụng và không sử dụng giải pháp giếng
cát kết hợp gia tải trước để xử lý nền đất yếu tại Khu công nghiệp Long Hậu,
đề tài sẽ tiến hành tính toán và so sánh. Ngoài ra, ảnh hưởng của các tham số
như đường kính giếng, khoảng cách giếng, chiều sâu giếng, độ xáo trộn của
giếng đến độ cố kết và độ lún của nền đất yếu cũng được nghiên cứu và phân
tích chi tiết.
II. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI:
Những vấn đề tồn tại được trình bày như trên cũng là mục đích nghiên
cứu của đề tài này. Do đó trong đề tài này tôi tập trung nghiên cứu các vấn đề
như sau:
-

Tính toán và so sánh hiệu quả của việc sử dụng và không sử dụng giếng
cát để xử lý nền đất yếu.

-

Nghiên cứu ảnh hưởng đường kính giếng tới mức độ cố kết của đất nền.

-

Nghiên cứu ảnh hưởng khoảng cách giữa các giếng cát tới mức độ cố kết
của đất nền.

-

Nghiên cứu ảnh hưởng của chiều sâu giếng đến hiệu quả sử dụng giếng
cát.

-

Nghiên cứu ảnh hưởng của độ xáo trộn đất nền khi thi công giếng cát
đến mức độ cố kết của nền đất.

-

So sánh kết quả mô phỏng ảnh hưởng của các tham số với cơ sở lý
thuyết.

III. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU:
Đề tài chỉ dừng lại ở việc nghiên cứu sự cố kết của đất nền khi sử dụng
phương pháp giếng cát kết hợp gia tải trước có xét đến ảnh hưởng của các
thông số như: đường kính giếng, khoảng cách giếng, chiều sâu giếng và có xét
đến độ xáo trộn đất nền khu vực lỗ khoan. Ứng dụng tính toán cho công trình
cụ thể tại “ Công trình Xử lý nền nhà xưởng tại khu Công nghiệp Long Hậu”.
Qua đó có thể rút ra những kết luận nhằm cải thiện điều kiện làm việc của
giếng cát, giúp đẩy nhanh hơn nữa tốc độ cố kết của đất nền theo đúng yêu cầu
thiết kế về mặt kinh tế cũng như mặt kỹ thuật.


-3-

IV.PHƯƠNG PHÁP LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
-

Tổng hợp, nghiên cứu các tài liệu và cơ sở lý thuyết trong và ngoài nước
về giải pháp xử lý nền đất yếu bằng phương pháp giếng cát kết hợp gia
tải trước, các cơ sở lý thuyết tính toán giếng cát.

-

Sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn để mô phỏng bài toán giếng cát
kết hợp gia tải trước.

-

Sử dụng phần mềm Plaxis 2D để khảo sát ảnh hưởng của đường kính
giếng cát, khoảng cách giữa các giếng cát và chiều sâu giếng cát đến
hiệu quả làm việc của giếng.

-

Sử dụng phần mềm Plaxis 2D để khảo sát ảnh hưởng của độ xáo trộn đất
nền.

-

Mô hình tính toán vật liệu theo Morth – Coulomb để tính lún nền đất yếu
sử dụng giếng cát kết hợp gia tải trước.

-

Dùng giải tích để khảo sát ảnh hưởng của các tham số: đường kính
giếng, khoảng cách bố trì giếng cát, chiều sâu giếng và độ xáo trộn của
nền đất đến sự làm việc của giếng cát.

-

So sánh các kết quả thu được từ các phương pháp, đề xuất các giải pháp
thiết kế phù hợp.

V. HẠN CHẾ
Đề tài chỉ nghiên cứu ảnh hưởng của các tham số của giếng cát như:
Đường kính giếng, Khoảng cách giếng, Chiều sâu giếng và Độ xáo trộn đất nền,
còn các tham số khác ảnh hưởng đến sự làm việc của giếng cát như: Biến dạng
của giếng, Mức độ cản thấm của giếng, Sơ đồ bố trí giếng, …tác giả chưa đề
cập đến, đây là hạn chế của đề tài này và cũng là hướng nghiên cứu tiếp theo.
Đề tài chưa có số liệu quan trắc của công trình thực, cho nên chỉ có thể
so sánh với lý thuyết cố kết thấm, nên kết quả nghiên cứu chưa được thuyết
phục lắm.


-4-

CHƯƠNG 1 :

TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP GIẾNG CÁT KẾT HỢP

GIA TẢI TRƯỚC ĐỂ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU
1.1.

TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP GIA TẢI TRƯỚC ĐỂ XỬ LÝ
NỀN ĐẤT YẾU

1.1.1. Giới thiệu chung về phương pháp gia tải trước
Phương pháp gia tải trước thường là giải pháp công nghệ kinh tế nhất để
xử lý nền đất yếu. Trong một số trường hợp phương pháp chất tải trước không
dùng giếng thoát nước thẳng đứng vẫn thành công nếu điều kiện thời gian và
đất nền cho phép. Tải trọng gia tải trước có thể bằng hoặc lớn hơn tải trọng
công trình trong tương lai. Trong thời gian chất tải, độ lún và áp lực nước được
quan trắc. Lớp đất đắp để gia tải được giỡ khi độ lún kết thúc hoặc cơ bản đã
xảy ra.
Gia tải trước là công nghệ đơn giản, tuy vậy cần thiết phải khảo sát đất
nền một cách chi tiết. Một số lớp đất mỏng, xen kẹp khó xác định bằng các
phương pháp thông thường. Nên sử dụng thiết bị xuyên tĩnh có đo áp lực nước
lỗ rỗng đồng thời khoan lấy mẫu liên tục. Trong một số trường hợp do thời gian
gia tải ngắn, thiếu độ quan trắc và đánh giá đầy đủ, nên sau khi xây dựng công
trình, đất nền tiếp tục bị lún và công trình bị hư hỏng.
Việc gia tải trước sẽ ảnh hưởng đến các yếu tố sau:
-

Độ lún tức thời.

-

Độ lún cố kết sơ cấp.

-

Độ lún cố kết thứ cấp.

-

Sức chống cắt không thoát nước của đất.
Tuy nhiên trong thực tế chúng ta chỉ xét đến độ lún cố kết sơ cấp khi sử dụng
biện pháp gia tải
1.1.2. Đặc điểm và phạm vi áp dụng
Dùng phương pháp này có các ưu điểm sau:
-

Tăng sức chịu tải của nền đất;

-

Tăng nhanh thời gian cố kết, tăng nhanh độ lún ổn định theo thời gian.
Để đạt được các yêu cầu trên người ta thường dùng các biện pháp sau để

gia tải:


-5-

-

Chất tải trọng ( cát, sỏi, gạch, đá… ) bằng hoặc lớn hơn tải trọng công
trình dự kiến thiết kế trên nền đất yếu, để cho nền chịu tải trước và lún
trước khi công trình xây dựng.

-

Dùng giếng cát hoặc bấc thấm để thoát nước ra khỏi lỗ rỗng, tăng nhanh

quá trình cố kết của nền đất, tăng nhanh tốc độ lún theo thời gian.
Tuỳ theo yêu cầu của công trình, địa chỉ của nơi xây dựng mà dùng đơn

lẻ hoặc cả hai biện pháp trên.
Phương pháp này có thể xử dụng để xử lý khi gặp đất nền yếu như than
bùn, bùn sét và sét pha dẻo nhão, cát pha bão hoà nước.
Phương pháp này chỉ thực sự hiệu quả cho những vùng có chiều dày lớp
đất yếu nhỏ.
1.1.3. Biện pháp thi công
Kỹ thuật thi công gia tải trước có hai dạng:
-

Chất tải trước với tải trọng lớn hơn tải trọng công trình;

-

Chất tải trước theo từng cấp tải trọng;
Để gia tải nén trước ta có thể dùng hai cách sau:

-

Cách 1: Chất tải trọng nén trước lên mặt đất tại vị trí xây dựng nền
đường hoặc móng, đợi một thời gian theo yêu cầu để độ lún ổn định rồi
giỡ tải sau đó xây dựng công trình.

-

Cách 2: Có thể xây dựng móng trước, sau đó chất tải lên móng để móng
lún đến trị số ổn định, sau đó giỡ tải và xây dựng kết cấu bên trên.
Lưu ý: Chất tải tăng theo từng cấp, mỗi cấp tăng từ 15 – 20% tổng tải

trọng công trình. Cần bố trí mốc để quan trắc lún trong suốt thời gian gia tải để
quan sát xem độ lún đã đạt yêu cầu không, để có biện pháp xử lý kịp thời.
1.2.

TỔNG QUAN VỀ GIẾNG CÁT ĐỂ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU

1.2.1. Lịch sử phát triển
Trên thế giới phương pháp gia cố nền đất yếu bằng trụ vật liệu rồi, cũng
như giếng cát, nó gắn liền với kết quả công trình nghiên cứu về cố kết thấm của
đất sét no nước và người đầu tiên đề cập đến là Tepzaghi, khi ông tìm ra
phương trình vi phân cố kết thấm 1 chiều năm 1925.


-6-

Phương pháp giếng cát là phương pháp tương đối cổ điển dùng để xử lý
nền đất yếu và đã được ứng dụng rộng rãi ở Mỹ, Nhật, … Mặc dù là phương
pháp cổ điển nhưng nó vẫn được ứng dụng cho tới ngày nay vì những ưu điểm
về mặt kỹ thuật và kinh tế. Phương pháp này được sử dụng vào nước ta từ
những năm 1975.
1.2.2. Đặc điểm tác dụng và phạm vi áp dụng của giếng cát
•

Tác dụng chính:

-

Dưới tác dụng cùa gia tải, áp lực nước lỗ rỗng của đất tăng cao, tạo
chênh lệch cột áp ( i-gradien thuỷ lực ) nước sẽ chảy từ nơi có áp lực cao

sang nơi có áp lực thấp. Do đó, nước trong đất sẽ thoát đến giếng cát
theo phương ngang ( cự ly giếng cát thường nhỏ hơn rất nhiều so với
chiều dày của lớp đất yếu ( thường ≥ 10 m ). Sau đó, nước thoát tự do
dọc theo giếng theo phương đứng đến đệm cát dưới nền đường và thoát
ra ngoài, tăng nhanh quá trình thoát nước trong các lỗ rỗng của đất yếu,
làm giảm độ rỗng, độ ẩm, tăng dung trọng. Kết quả là làm tăng nhanh
quá trình cố kết của nền đất yếu, tăng sức chịu tải và làm cho nền đất đạt
độ lún quy định trong thời gian cho phép.

-

Nếu khoảng cách của giếng bố trí thích hợp thì nó còn làm tăng độ chặt
của nền do đó sức chịu tải của nền tăng lên.

-

Tăng khả năng chống trượt khi công trình chịu tải trọng ngang.

•

Khi sử dụng phương pháp giếng cát cần chú ý vấn đề sau:

-

Chỉ sử dụng hiệu quả cho công trình tải trọng trung bình và chiều dày
lớp đất yếu không lớn.

-

Thời gian thi công kéo dài.

-

Không hiệu quả cho nền có k<10-8 cm/s


-7-

•

Sơ đồ bố trí giếng cát:

-

Dạng đường tam giác

Hình 1.1. Bố trí lưới giếng cát theo sơ đồ tam giác đều
-

Dạng lưới hình vuông

Hình 1.2. Bố trí lưới giếng cát theo sơ đồ hình vuông