ghiên cứu giải pháp gia cố nền đường bằng cọc xi măng đất ứng dụng xử lý nền đường sắt, lý trình KM 112 đến KM 112+ 550

MỤC LỤC
1. Tính cấp thiết của đề tài. ..........................................................................................1
2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu. ...........................................................................1
3. Các tiếp cận và phương pháp nghiên cứu. ............................................................... 2
4. Kết quả dự kiến đạt được. ........................................................................................2
1.1. Nguyên nhân gây mất ổn định nền công trình. .....................................................3
1.1.1. Nền công trình mất ổn định do nền đất yếu. ...................................................3
1.1.2.Nền công trình mất ổn định do sai sót trong giai đoạn khảo sát. ....................4
1.1.3.Mất ổn định do tác động tải trọng. ...................................................................5
1.2. Các giải pháp gia cường nền đường. .....................................................................5
1.2.1. Các vấn đề cần đặt ra với nền đất yếu. ...........................................................6
1.2.2. Một số biện pháp xử lý nền hay dùng trong ngành xây dựng cầu đường. .....6
1.3. Kết luận chương 1. .............................................................................................. 24
2.1. Tiêu chuẩn áp dụng tính toán thiết kế cọc xi măng đất. .....................................25
2.1.1. Tình hình nghiên cứu, ứng dụng phương pháp xử lý nền bằng cọc xi măng đất.
................................................................................................................................ 25
2.1.2. Tiêu chuẩn áp dụng tính toán thiết kế cọc xi măng đất. ............................... 26
2.1.3. Nguyên tắc làm việc của cọc xi măng đất. ...................................................26
2.2. Tính toán thiết kế cọc xi măng đất. .....................................................................27
2.2.1. Tính sức chịu tải của cọc ..............................................................................27
2.2.2. Đánh giá ổn định cọc xi măng đất theo trạng thái giới hạn 2. ......................28
2.2.3. Phương pháp tính toán theo quan điểm như nền tương đương. ...................29
2.2.4. Kiểm tra sức chịu tải của lớp đất yếu cần được xử lý. .................................29
2.2.5. Kiểm tra ổn định sau khi thi công xong bằng phần mềm Plaxis ..................31
2.3. Bố trí cọc. ............................................................................................................31
2.4. Công nghệ thi công. ............................................................................................ 33

iii


2.5. Một số hình ảnh về thi công cọc xi măng đất. .................................................... 49

2.6. Kết luận chương 2. .............................................................................................. 50
3.1. Giới thiệu công trình. .......................................................................................... 51
3.1.1. Tài liệu về công trình. ................................................................................... 51
3.2.1. Tài liệu về địa chất. ...................................................................................... 52
3.2. Phân tích điều kiện công trình và tải trọng. ........................................................ 54
3.2.1. Phân tích tài liệu về địa chất. ........................................................................ 54
3.2.2. Phân tích các biện pháp xử lý nền. ............................................................... 55
3.3. Ứng dụng kỹ thuật giải pháp gia cố nền bằng cọc xi măng đất để gia cố nền
đường sắt tại KM 112 + 200. ..................................................................................... 57
3.3.1. Các tiêu chuẩn tính toán. .............................................................................. 57
3.3.2. Các phần mềm sử dụng ................................................................................ 58
3.3.3. Thông số tính toán. ....................................................................................... 58
3.3.4. Tính toán mặt cắt KM 112+200. .................................................................. 60
3.3.5. Tính toán ổn định tại mặt cắt KM 112 + 200. .............................................. 63
3.3.6. Tính toán kiểm tra sức chịu tải của nền tại mặt cắt KM112 + 200. ............. 67
3.3.7. Tính toán độ lún của cọc xi măng đất tại mặt cắt KM112 + 200. ................ 68
3.4. Tiến hành tính toán tương tự với các mặt cắt khác có kết quả như sau. ............. 71
3. .1. Kết quả tính ổn định ..................................................................................... 71
3. .2. Kết quả kiểm tra sức chịu tải của nền........................................................... 78
3.4.3. Kết quả tính biến dạng. ................................................................................. 78
3. Kết luận chương 3 ................................................................................................ 79
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ....................................................................................... 80
. Kết luận................................................................................................................... 80
. Kiến nghị ............................................................................................................... 80
III. Một số tồn tại và hướng nghiên cứu tiếp theo. .................................................... 81

iv


1. Một số điểm còn tồn tại..........................................................................................81

2. Hướng nghiên cứu tiếp theo. ..................................................................................81
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 82

v


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1. Đệm cát............................................................................................................ 7
Hình 1.2. Cọc cát ........................................................................................................... 10
Hình 1.3. Thiết bị đóng cọc bằng chấn động ................................................................ 11
Hình 1. . Sơ đồ cấu tạo giếng cát.................................................................................. 12
Hình 1. . Các điều kiện địa chất công trình để dùng phương pháp gia tải ................... 13
Hình 1.6. Gia cố bằng điện hóa học .............................................................................. 19
Hình 2.1. Sơ đồ tính lún ................................................................................................ 28
Hình 2.2. Bố trí cọc trộn khô ......................................................................................... 32
Hình 2.3. Bố trí cọc trùng nhau theo khối ..................................................................... 32
Hình 2.4. Bố trí cọc trộn ướt trên mặt đất ..................................................................... 32
Hình 2.5. Bố trí cọc trộn ướt trên biển .......................................................................... 33
Hình 2.6. Công nghệ thi công cọc xi măng đất ............................................................. 33
Hình 2.7. Phạm vi ứng dụng của các loại khoan phụt................................................... 42
Hình 2.8. Công nghệ đơn pha........................................................................................ 42
Hình 2.9. Công nghệ hai pha ......................................................................................... 43
Hình 2.10. Công nghệ ba pha ........................................................................................ 43
Hình 2.11. Sơ đồ thiết bị công nghệ JG ........................................................................ 46
Hình 2.12. Một số hình ảnh về thi công cọc xi măng đất ............................................. 49
Hình 2.13. Xe khoan Kobelco DJM-2090 và xe khoan Nippon Sharyo DHP-70 ........ 49
Hình 2.14. Một số hình ảnh về thí nghiệm cọc xi măng đất ......................................... 50
Hình 3.1. Mặt cắt ngang nền đường .............................................................................. 51
Hình 3.2. Mô phỏng mặt cắt .......................................................................................... 63
Hình 3.3. Sơ đồ tính toán mặt cắt KM112+200 ............................................................ 64

Hình 3.4. Tổng chuyển vị sau khi thi công xong .......................................................... 65
Hình 3.5. Kết quả tính toán ổn định : ∑Msf ≈ 2 ............................................................ 65
vi


Hình 3. . Kích thước móng quy ước .............................................................................68
Hình 3.7 Sơ đồ tính lún công trình. ...............................................................................69
Hình 3.8. Mô hình tính toán mặt cắt KM112+350 ........................................................72
Hình 3.9. Tổng chuyển vị sau khi thi công xong .......................................................... 73
Hình 3.10. Kết quả tính toán ổn định : ∑Msf = 1,65......................................................73
Hình 3.11. Mô hình tính toán mặt cắt KM112+450 ......................................................74
Hình 3.12. Tổng chuyển vị sau khi thi công xong ........................................................75
Hình 3.13. Kết quả tính toán ổn định: ∑Msf = 1,73.......................................................75
Hình 3.14. Mô hình tính toán mặt cắt KM112+550 ......................................................76
Hình 3.15. Tổng chuyển vị sau khi thi công xong ........................................................77
Hình 3.16. Kết quả tính toán ổn định : ∑Msf = 1,609...................................................77

vii


DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1. Phân loại chung các thiết bị trộn sâu ............................................................ 34
Bảng 2.2: Sơ đồ thi công trộn khô................................................................................. 35
Bảng 2.3. So sánh công nghệ trộn Bắc Âu và Nhật Bản ............................................... 36
Bảng 2. . Đặc tính kỹ thuật công nghệ trộn của Bắc Âu và Nhật Bản ......................... 37
Bảng 2. . Sơ đồ thi công trộn ướt ................................................................................. 39
Bảng 2.6. Công nghệ trộn ướt châu Âu và Nhật Bản.................................................... 40
Bảng 2.7. Đặc tính kỹ thuật công nghệ trộn ướt châu Âu và Nhật Bản ........................ 41
Bảng 2.8. Các thông số kỹ thuật thông dụng ................................................................ 45
Bảng 3.1. Các thông số cơ bản ...................................................................................... 52

Bảng 3.2. Chỉ tiêu cơ lý đặc trưng của các lớp đất ....................................................... 53
Bảng 3.3. Chỉ tiêu của đất đắp ...................................................................................... 54
Bảng 3.4. Chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất ........................................................................ 54
Bảng 3.5. Phân tầng các lớp đất (m) ............................................................................. 55
Bảng 3.6. Các thông số tính toán lấy từ tài liệu địa chất............................................... 58
Bảng 3.7. Chiều sâu cắm cọc vào các lớp đất ............................................................... 59
Bảng 3.8. Kết quả tính toán nền tương đương .............................................................. 60
Bảng 3.9. Tính sức chịu tải của cọc theo điều kiện làm việc của đất nền ..................... 62
Bảng 3.10. Tính giá trị độ lún S1 tại KM 112+200 ....................................................... 70
Bảng 3.11. Tính giá trị độ lún S2 tại KM 112+200 ....................................................... 71
Bảng 3.12. Tổng hợp kết quả tính ổn định của các mặt cắt với chiều dài cọc kiểm tra 72
Bảng 3.13. Kiểm tra sức chịu tải của nền tại các mặt cắt với chiều dài cọc kiểm tra ... 78
Bảng 3.14. Kiểm tra sức chịu tải của nền tại các mặt cắt với chiều dài cọc thiết kế .... 78
Bảng 3.15. Tổng hợp kết quả tính biến dạng các mặt cắt ............................................. 79

viii


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài.
Trong xu thế hội nhập và phát triển ngày này, việc xây dựng tuyến đường sắt là một
công trình trọng điểm trong việc phát triển kinh tế ở nước ta. Những tuyến đường sắt
có nhiều đoạn nằm trên nền đất yếu. Vì vậy, giải pháp xử lý nền đất yếu là hết sức
quan trọng, quyết định đến tính khả thi của dự án.
Cùng với những tiến bộ về khoa học kỹ thuật nói chung, xử lý nền đất yếu ngày càng
được cải tiến và hoàn thiện. Hiện nay, có nhiều giải pháp để xử lý nền đất yếu như: cọc
cát, vải địa kỹ thuật kết hợp gia tải trước, hút chân không, cọc xi măng đất, cọc tre, cọc
tràm, cọc bê tông cốt thép..., mỗi giải pháp đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng.
Vì vậy, việc lựa chọn giải pháp tối ưu nhất về kinh tế, kỹ thuật đòi hỏi người thiết kế
phải tính toán và so sánh giữa các giải pháp xử lý nền đất yếu với nhau.

Dự án tuyến đường sắt lý trình KM112 đến KM112+550 từ Nam Định đi Ninh Bình
nằm trên nền đất yếu. Để tuyến đường có độ ổn định cao, sử dụng lâu dài và giảm giá
thành xây dựng thì mục đích đặt ra là phải nghiên cứu, lựa chọn giải pháp xử lý nền
móng tối ưu nhất. Thực tế giải pháp xử lý công trình hiện nay có nhiều giải pháp xử lý
nền công trình. Các giải pháp này phụ thuộc vào nhiều điều kiện xung quanh vì vậy
mà mức độ ổn định cũng như giá thành xây dựng khác nhau nhiều. Giải pháp sử dụng
cọc xi măng đất trong đất để xử lý nền là một trong những giải pháp mới được áp dụng
ở nước ta.
Tuy chưa ở mức độ phổ biến nhưng đã phản ánh nhiều ưu điểm vượt trội của giải
pháp. Vì vậy Đề tài “Nghiên cứu giải pháp gia cố nền đường bằng cọc xi măng đất.
Ứng dụng xử lý nền đường sắt, lý trình KM 112 đến KM 112+

0” có tính khoa học

và thực tiễn, giải quyết cấp bách tình trạng thực tế xây dựng hiện nay.
2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.
- Giải pháp kỹ thuật gia cố nền bằng cọc xi măng đất

1


- Ứng dụng xử lý nền đường sắt, lý trình KM 112 đến KM 112+550
3. Các tiếp cận và phương pháp nghiên cứu.
- Thu thập, tổng hợp và phân tích tài liệu thực tế (tài liệu khảo sát địa chất, tài liệu
thiết kế, tài liệu hoàn công…) để làm rõ nguyên nhân gây mất ổn định nền đường.
- Phân tích lý thuyết gia cố nền bằng cọc xi măng đất và nguyên tắc thiết kế tính toán
- Mô hình hóa bài toán ứng dụng.
4. Kết quả dự kiến đạt được.
- Phân tích cơ sở khoa học nguyên nhân dẫn đến sự cố mất ổn định nền công trình;
- Tổng hợp cơ sở lý thuyết nghiên cứu gia cố nền bằng cọc xi măng đất;

- Ứng dụng giải pháp gia cố nền bằng cọc xi măng đất cho công trình thực tế.

2


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN CÁC GIẢI PHÁP GIA CỐ NỀN BẰNG CỌC
XI MĂNG ĐẤT
1.1. Nguyên nhân gây mất ổn định nền công trình.
Nền công trình là điều kiện tiên quyết để công trình tồn tại lâu dài trong suốt quá trình
sử dụng, nền phải ổn định, chịu được tải trọng lâu dài và có sự biến dạng trong giới
hạn cho phép.
1.1.1. Nền công trình mất ổn định do nền đất yếu.
Nền đất yếu đến nay chưa có khái niệm chính thức, nhưng cơ bản là nền đất không đủ
sức chịu tải, không đủ độ bền và biến dạng nhiều, do vậy không thể làm nền thiên
nhiên cho công trình xây dựng.
Khi thi công các công trình xây dựng gặp các loại nền đất yếu, tùy thuộc vào tính chất
của lớp đất yếu, đặc điểm cấu tạo của công trình mà người ta dùng phương pháp xử lý
nền phù hợp để tăng sức chịu tải của nền dất, giảm độ lún, đảm bảo điều kiện khai thác
bình thường cho công trình.
a) Các loại nền đất yếu chủ yếu và thường gặp:
- Đất sét mềm gồm các loại đất sét hoặc á sét tương đối chặt, ở trạng thái bão hòa
nước, có cường độ thấp;
- Đất bùn gồm các loại đất tạo thành trong môi trường nước, thành phần hạt rất mịn, ở
trạng thái luôn no nước, hệ số rỗng rất lớn, rất yếu về mặt chịu lực;
- Đất than bùn là các loại đất yếu có nguồn gốc hữu cơ, được hình thành do kết quả
phân hủy các chất hữu cơ có ở các đầm lầy (hàm lượng hữu cơ từ 20 - 80%);
- Cát chảy gồm các loại cát mịn, kết cầu hạt rời rạc, có thể bị nén chặt hoặc pha loãng
đáng kể, loại đất này khi có tải trọng động thì chuyển sang trạng thái chảy gọi là cát
chảy;

3


- Đất bazan là loại đất yếu có độ rỗng lớn, dung trọng khô bé, khả năng thấm nước
cao, dễ bị lún sụt [25].
b) Một số đặc điểm của nền đất yếu:
- Thuộc loại nền đất yếu thường là đất sét có lẫn nhiều hữu cơ;
- Sức chịu tải bé từ 0, - 1 kG/cm2;
- Đất có tính nén lún lớn: a > 0,1 cm2/kG;
- Hệ số rỗng lớn: e > 1;
- Độ sệt lớn: B > 1;
- Mô đun biến dạng bé: E < 0 kG/cm2;
- Khả năng chống cắt, thấm nước bé;
- Hàm lượng nước trong đất cao, độ bão hòa nước G > 0,8, dung trọng bé.
Các loại đất yếu nói trên sức chịu tải rất nhỏ không thể đặt trực tiếp công trình lên đó
vì dễ bị mất ổn định hoặc có độ lún lớn gây phá hoại vì nứt vỡ. Độ lún của công trình
có khi lớn đến hàng mét, nếu không có biện pháp xử lý thích đáng thì không đảm bảo
sử dụng an toàn [25].
1.1.2.Nền công trình mất ổn định do sai sót trong giai đoạn khảo sát.
Trong thực tế xây dựng, có rất nhiều công trình bị lún, sập khi xây dựng trên nền đất
yếu do có sai sót trong hoạt động khảo sát xây dựng từ đó không có những biện pháp
xử lý hiệu quả, không đánh giá chính xác được các tính chất cơ lý của nền đất để làm
cơ sở và đề ra các giải pháp xử lý nền móng phù hợp.
Không phát hiện được hoặc phát hiện không đầy đủ quy luật phân bố không gian (theo
chiều rộng và chiều sâu) các phân vị địa tầng, đặc biệt các đất yếu hoặc các đới yếu
trong khu vực xây dựng và khu vực liên quan khác.

4

Đánh giá không chính xác các đặc trung tính chất xây dựng của các phân vị địa tầng có
mặt trong khu vực xây dựng, thiếu sự hiểu biết về nền đất hoặc do công tác khảo sát
địa kỹ thuật sơ sài, đánh gia sai về các chỉ tiêu cơ lý của nền đất.
Không phát hiện được sự phát sinh và chiều hướng phát triển của các quá trình địa kỹ
thuật có thể dẫn tới sự mất ổn định của nền công trình xây dựng như động đất,…
Không điều tra, khảo sát các công trình lân cận đã xây dựng trước đó, tham khảo các
khảo sát địa chất nền của các công trình đó để từ đó xác định một cách chính xác các
tầng đất, tính chất cơ lý của đất trong và gần phạm vi xây dựng công trình.
Đây là một vấn đề hết sức khó khăn, đòi hỏi sự kết hợp chặt chẽ giữa kiến thức khoa
học và kinh nghiệm thực tế để giải quyết, giảm được tối đa các sự cố, hư hỏng của
công trình khi xây dựng trên nền đất yếu.
1.1.3.Mất ổn định do tác động tải trọng.
Tải trọng là các loại ngoại lực tác dụng xuống nền. Đó là trọng lượng bản thân các bộ
phận công trình và các tác động lâu dài và tạm thời trong thời gian sử dụng công trình.
Dưới tác dụng của tải trọng công trình và trọng lượng bản thân của đất, nền sẽ bị biến
dạng và làm cho công trình bị lún. Trong nhiều trường hợp tải trọng công trình tác
dụng chưa đạt đến giới hạn về cường độ nhưng đất nền đã bị biến dạng quá lớn làm
ảnh hưởng đến sự làm việc bình thường của công trình. Độ lún mà toàn bộ công trình
mà đều thì không gây những ứng suất phụ thêm trong kết cấu của nó, nhưng khi độ lún
của từng phần công trình mà khác nhau thì sẽ gây ra các ứng suất phụ cho móng và kết
cấu bên trên ảnh hưởng xấu đến độ bền công trình. Vì vậy khi thiết kế cần phải khống
chế độ lún tuyệt đối cũng như độ lún không đều giữa các bộ phận của công trình trong
một giới hạn cho phép.
1.2. Các giải pháp gia cường nền đường.
Khi xây dựng các công trình dân dụng, cầu đường, thường gặp các loại nền đất yếu,
tùy thuộc vào tính chất của lớp đất yếu, đặc điểm cấu tạo của công trình mà người ta
dùng phương pháp xử lý nền móng cho phù hợp để tăng sức chịu tải của nền đất, giảm
độ lún, đảm bảo điều kiện khai thác bình thường cho công trình.
5

Xử lý nền đường 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,….
1.2.1. Các vấn đề cần đặt ra với nền đất yếu.
Các công trình và móng của đường, nhà cửa và các dạng công trình khác đặt trên nền
đất yếu đặt ra các vấn đề sau:
- Độ lún: Độ lún có trị số lớn, ma sát âm tác dụng lên cọc do tính nén của nền đất.
- Độ ổn định: Sức chịu tải của móng, độ ổn định của nền đắp, ổn định mái dốc, áp lực
đất lên tường chắn, sức chịu tải của cọc.
- Thấm: Hiện tượng cát xủi, thấm thấu, phá hỏng nền do bài toán thấm và dưới tác
dụng của áp lực nước (đối với nền đường thì ít xét đến vần đề này).
- Hóa lỏng: Đất bị hóa lỏng do tải trọng của tàu hỏa, ô tô và động đất[25].
1.2.2. Một số biện pháp xử lý nền hay dùng trong ngành xây dựng cầu đường.
1.2.2.1. Các biện pháp cải tạo sự phân bố ứng suất của nền.
a) Phương pháp thay đất (đệm cát).
Đệm cát thường sử dụng khi lớp đất yếu ở trạng thái bão hòa nước như sét nhão; cát
pha bão hòa nước, sét pha nhão; bùn; than bùn có chiều dày lớp đất cần thay thế không
lớn lắm (nhỏ hơn 3m). Người ta bóc bỏ các lớp đất yếu này và thay thế bằng lớp cát có
khả năng chịu lực lớn hơn.

6


Hình 1.1. Đệm cát
Bề dày của đệm cát được quyết định như thế nào để ứng suất lên tầng đất yếu không
vượt quá tải trọng cho phép.
Như vậy phải thỏa mãn yêu cầu:

qH  k0 ( p0   hm )  RH

(1.1)

Trong đó:
qH là ứng suất do trọng lượng bản thân đất ở độ sâu H
k0 là hệ số tính ứng suất pháp thẳng đứng của các điểm nằm dưới trọng tâm diện tích
tải trọng

p0 là áp lực đáy móng
 là trọng lượng thể tích của đất yếu

hm là độ sâu đặt móng
RH là sức chịu tải tính toán của đất yếu ở độ sâu H [1].
* Tác dụng của đệm cát:

7


- Lớp đệm cát đóng vai trò như một lớp chịu lực tiếp thu tải trọng công trình truyền
xuống lớp đất thiên nhiên. Làm tăng sức chịu tải của đất nền.
- Làm giảm độ lún của móng; giảm độ lún lệch của móng do có sự phân bố lại ứng
suất do tải trọng ngoài gây ra trong đất nền ở dưới tầng đệm cát.
- Giảm chiều sâu chôn móng từ đó giảm khối lượng vật liệu xây móng.
- Tăng nhanh tốc độ cố kết của nền, do đó làm tăng nhanh sức chịu tải của nền và rút
ngắn quá trình lún.
Tuy nhiên, khi sử dụng biện pháp đệm cát cần phải chú ý đến trường hợp sinh ra hiện
tượng cát chảy, xói ngầm trong nền do nước ngầm hoặc hiện tượng hóa lỏng do tác
dụng của tải trọng động[10].
* Những trường hợp sau đây không nên sử dụng đệm cát:
- Lớp đất phải thay thế có chiều dày lớn hơn 3m, lúc này đệm cát có chiều dày lớn, thi

công khó khăn, không kinh tế.
- Mực nước ngầm cao và có áp. Lúc này hạ mực nước ngầm rất tốn kém và đệm cát
không ổn định.
Kích thước đệm cát được xác định bằng tính toán nhằm thoả mãn 2 điều kiện: ổn định
về cường độ và đảm bảo độ lún của công trình sau khi có đệm cát nằm trong giới hạn
cho phép [10].
* Thi công đệm cát:
Hiệu quả của đệm cát phụ thuộc phần lớn vào công tác thi công, do vậy phải đầm nén
đảm bảo đủ độ chặt và không làm phá hoại kết cấu của lớp đất bên dưới. Trường hợp
không có nước ngầm, cát được đổ từng lớp dày khoảng 20cm, làm chặt bằng đầm lăn,
đầm rung… khi có nước ngầm cao, phải có biện pháp hạ mực nước ngầm hoặc dùng
biện pháp thi công trong nước.
Sau khi đầm nén cần kiểm tra lại độ chặt của đệm cát bằng cách sử dụng xuyên tiêu
chuẩn; xuyên tĩnh hoặc xuyên động [10].

8


b) Bệ phản áp.
Bệ phản áp thường được dùng để tăng độ ổn định của khối đất đắp của nền đường
hoặc nền đê trên nền đất yếu. Phương pháp đơn giản song có giới hạn là phát sinh độ
lún phụ của bệ phản áp và diện tích chiếm đất để xây dựng bệ phản áp. Chiều cao và
chiều rộng của bệ phản áp được thiết kế từ các chỉ tiêu về sức kháng cắt của đất yếu,
chiều dày, chiều sâu lớp đất yếu và trọng lượng của bệ phản áp. Bệ phản áp cũng được
sử dụng để bảo vệ đê điều, chống mạch sủi và cát sủi.
1.2.2.2. Các biện pháp làm tăng độ chặt của đất nền.
a) Cọc cát.
* Đặc điểm và phạm vi ứng dụng:
- Cọc cát được sử dụng trong các trường hợp sau đây : Công trình chịu tải trọng lớn
trên nền đất yếu có chiều dày > 3m.

Những trường hợp sau đây không nên dùng cọc cát :
+ Đất quá nhão yếu, lưới cọc cát không thể lèn chặt được đất (khi hệ số rỗng nén chặt
enc > 1 thì không nên dùng cọc cát.
+Chiều dày lớp đất yếu dưới đáy móng nhỏ hơn 3m, lúc này dùng đệm cát tốt hơn.
- Tác dụng của cọc cát :
+ Làm cho độ rỗng, độ ẩm của nền đất giảm đi, trọng lượng thể tích, modun biến dạng,
lực dính và góc ma sát trong tăng lên.
+ Do nền đất được nén chặt, nên sức chịu tải tăng lên, độ lún và biến dạng không đều
của đất nền dưới đế móng giảm đi đáng kể.
+ Dưới tác dụng của tải trọng, cọc cát và vùng đất được nén chặt xung quanh cọc cùng
làm việc đồng thời, đất được nén chặt đều trong khoảng cách giữa các cọc. Vì vậy sự
phân bố ứng suất trong nền được nén chặt bằng cọc cát có thể được coi như một nền
thiên nhiên.
+ Khi dùng cọc cát, quá trình cố kết của nền đất diễn ra nhanh hơn nhiều so với nền
9


thiên nhiên hoặc nền gia cố bằng cọc cứng. Phần lớn độ lún của công trình diễn ra
trong quá trình thi công, do vậy công trình mau chóng đạt đến giới hạn ổn định.
Sử dụng cọc cát rất kinh tế so với cọc cứng (so với cọc bê tông giá thành giảm 0%, so
với cọc gỗ giảm 30%), không bị ăn mòn, xâm thực. Biện pháp thi công đơn giản
không đòi hỏi những thiết bị thi công phức tạp.[10]

Hình 1.2. Cọc cát
1 - Lớp cát đệm
2 - Cọc cát
3 - Lớp đất yếu
4 - Đất mềm
* Thi công cọc cát:
Cọc cát được thi công bằng máy chuyên dùng. Sử dụng ống thép tạo lỗ và nhồi cát vào

trong ống. Cần lưu ý khi đào hố móng không đào sâu đến cao trình thiết kế mà để lại
khoảng 1m, sau này khi thi công móng mới đào tiếp vì cát ở đoạn đầu trên của cọc
thường không chặt. Ống thép được hạ xuống bằng chấn động đến độ sâu cần thiết,
nhồi cát và rút ống lên từ từ.
Sau khi thi công cần kiểm tra lại bằng các phương pháp sau đây :
- Khoan lấy mẫu đất ở giữa các cọc cát để xác định trọng lượng riêng của đất được nén
chặt nc, hệ số rỗng nén chặt enc và c,  sau khi nén chặt. Từ đó tính ra cường độ của
đất nền sau khi nén chặt.
- Dùng xuyên tiêu chuẩn để kiểm tra độ chặt của cát trong cọc và đất giữa các cọc cát.
- Thử bàn nén tĩnh tại hiện trường, trên mặt nền cọc cát. Diện tích bàn nén phải lớn để
trùm qua được ít nhất 3 cọc cát.

10


Thông thường, nếu cọc cát được thi công tốt, sức chịu tải của đất nền có thể tăng lên
gấp 2-3 lần so với ban đầu [10].

Hình 1.3. Thiết bị đóng cọc bằng chấn động
(kích thước trên hình tính bằng mm)
1. máy xúc có lắp cần trục; 2. cần trục;
3. Chỉnh góc nghiêng;
4. máy chấn động;
. đầu máy chấn động;
6. ống khoan bằng thép;
7. mũi ống thép tự mở; 8. cột dẫn hướng;
9. giá đỡ cột dẫn hướng;
10. cột dẫn hướng của máy chấn động.

11

b) Giếng cát.
Giếng cát là một trong những biện pháp gia tải trước được sử dụng đối với các loại đất
bùn, than bùn cũng như các loại đất dính bão hòa nước, có tính biến dạng lớn… khi
xây dựng các công trình có kích thước và tải trọng lớn thay đổi theo thời gian như nền
đường, sân bay, bản đáy các công trình thủy lợi…
Giếng cát có hai tác dụng chính :
- Giếng cát sẽ làm cho nước tự do trong lỗ rỗng thoát đi dưới tác dụng của gia tải vì
vậy làm tăng nhanh tốc độ cố kết của nền, làm cho công trình nhanh đạt đến giới hạn
ổn định về lún, đồng thời làm cho đất nền có khả năng biến dạng đồng đều.
- Nếu khoảng cách giữa các giếng được chọn thích hợp thì nó còn có tác dụng làm
tăng độ chặt của nền và do đó sức chịu tải của đất nền tăng lên.
- Giếng cát để thoát nước lỗ rỗng là chính, tăng nhanh quá trình cố kết, làm cho độ lún
của nền nhanh chóng ổn định. Làm tăng sức chịu tải của nền là phụ [10].

Hình 1.4. Sơ đồ cấu tạo giếng cát
c) Nén trước bằng tải trọng tĩnh.
* Đặc điểm và phạm vi ứng dụng:
Nén trước bằng tải trọng tĩnh sử dụng trong trường hợp gặp nền đất yếu như than bùn,
bùn, sét và sét pha dẻo nhão… Mục đích của gia tải trước là:
- Tăng cường sức chịu tải của đất nền.
12


- Tăng nhanh thời gian cố kết, tức là làm cho lún ổn định nhanh hơn.
Muốn đạt được mục đích trên, người ta dùng các biện pháp sau đây :
Chất tải trọng bằng cát, sỏi, gạch, đá… bằng hoặc lớn hơn tải trọng công trình dự định
xây dựng để cho nền chịu tải trước và lún trước khi xây dựng.
Dùng giếng cát (biện pháp ở phần trên) hoặc bản giấy thấm để thoát nước lỗ rỗng, tăng

nhanh quá trình cố kết của đất nền [10].
* Điều kiện về địa chất công trình:
Để đạt được mục đích nén chặt đất và nước trong lỗ rỗng thoát ra, điều kiện cơ bản là
phải có chỗ cho nước thoát ra được. Những sơ đồ về địa chất sau đây được xem là phù
hợp cho phương pháp này :
- Sơ đồ theo hình a: khi bị ép, nước sẽ bị ép xuống lớp cát bên dưới.
- Sơ đồ theo hình b: khi bị ép, nước sẽ bị ép theo hai hướng lên trên và xuống lớp cát
bên dưới.
- Sơ đồ theo hình c: khi bị ép, nước sẽ thoát theo hướng lên lớp cát phía trên.
Để đạt được hiệu quả tốt, chiều dày lớp đất yếu nên được hạn chế hđy  3m.[10]

Hình 1.5. Các điều kiện địa chất công trình để dùng phương pháp gia tải
nén trước không dùng giếng thoát nước.

13


* Biện pháp thi công:
Có hai cách gia tải nén trước :
- Chất tải trọng nén trước ngay trên mặt đất, tại vị trí sẽ xây móng, đợi một thời gian
theo yêu cầu để độ lún ổn định, sau đó dỡ tải và đào hố thi công móng.
- Có thể xây móng, sau đó chất tải lên móng cho lún đến ổn định, sau đó dỡ tải và xây
các kết cấu bên trên.
Lưu ý chất tải tăng dần theo từng cấp. Mỗi cấp khoảng 15 – 20% tổng tải trọng. Cần
tiến hành theo dõi, quan trắc độ lún để xem độ lún có đạt yêu cầu không, nếu không
đạt cần có biện pháp tích cực hơn để nước tiếp tục thoát ra.[10]
1.2.2.3. Các biện pháp xử lý nền bằng hóa lý.
Gia cố đất theo phương pháp hóa học nói chung là phương pháp dùng các công cụ
bơm ép các loại vật liệu ở trạng thái keo và trong tầng đất sâu, sau một thời gian keo
khô đi, nó sẽ tăng cường kết cấu của đất, do đó sẽ nâng cao năng lực chịu tải trọng và

giảm bớt độ thấm nước của đất.
Do vật liệu bơm vào đất khác nhau nên có nhiều phương pháp bơm chất keo nhưng
chủ yếu là các phương pháp sau đây:
a) Bơm vữa xi măng.
* Phạm vi và điều kiện áp dụng.
Muốn dùng phương pháp này phải xét đến các điều kiện chủ yếu:
- Độ lớn của các vết nứt và khe hở trong tầng đất. Phương pháp này thích hợp cho tầng
đá có vết nứt không nhỏ hơn 0,1 - 0,2 mm, nếu là tầng cát thì đường kính hạt cát bé
nhất không nhỏ hơn 0, mm, có như vậy vữa xi măng có thể chảy đến các nơi trong
đất một cách dễ dàng.
- Lưu tốc của nước mạch: Muốn cho các hạt xi măng trong quá trình bơm ép vào trong
đất không bị nước mạch cuốn trôi đi mất thì nên hạn chế áp dụng và chỉ dùng khi lưu
tốc nước mạch dưới 100mm/1 ngày đêm, nếu lưu tốc lớn hơn 100mm/1 ngày đêm thì
14


phải căn cứ vào thí nghiệm xem có dùng được không, nếu cần có thể dùng xi măng
khô nhanh để rút ngắn thời gian khô.
- Thành phần hóa học của nước: Phải xác định thành phần hóa học của nước xem có
tác dụng ăn hỏng xi măng không, để quyết định có thể dùng phương pháp bơm xi
măng hay không.
* Phương pháp thi công.
Đầu tiên khoan lỗ trong nền, sau đó đặt các ống bơm vào trong lỗ bơm vữa xi măng.
Để tránh vữa xi măng tràn lên mặt đất, phải bịt chặt khe hở giữa ống bơm và thành lỗ
khoan.
Khi độ sâu bơm vữa lớn thì phải phân đoạn bơm từ dưới lên trên, chiều cao mỗi đoạn
không quá 4 - 5 m
Áp lực bơm vữa tùy theo độ sâu của lỗ khoan, tính chất tầng đá, độ lớn vết nứt, độ đặc
của vữa xi măng mà quyết định, nói chung có thể áp dụng khi lỗ sâu tăng 1m thì áp
dụng lực tăng từ 0,2 - 0,25 atm

Độ đặc của vữa xi măng, nghĩa là tỷ lệ nước xi măng thì tùy theo độ lớn vết nứt của
tầng đó hoặc độ lớn khe hở của đất mà định, phạm vi biến đổi của nó rất rộng có thể từ
0,7 -7,0.
Cường độ của nền sau khi xi măng đông cứng có thể đạt đến 10 - 15 kG/cm2.[1]
b) Trộn xi măng.
* Giới thiệu chung.
Một số công trình cầu đường trong quá trình khai thác đã và đang tồn tại hiện tượng
khá phổ biến là lún lệch hai bên đầu cầu, hai bên cống hộp,…. Sự lún lệch này là trở
ngại lớn nhất trong lưu thông, gây hiện tượng nảy, xốc đột ngột rất dễ xảy ra tai nạn.
Đồng thời phát sinh hàng loạt các vấn đề khác như làm giảm năng lực khai thác của
công trình do phải giảm tốc độ khi đi qua những vị trí lún lệch, làm tăng mức độ hao
phí,… của các phương tiện.

15


Trong xây dựng tầng hầm các công trình cao tầng, nhất là các tầng hầm có chiều sâu
lớn việc chống ổn định thấm bằng móng cọc bares hoặc tường cừ lá sen thường không
đạt hiệu quả, nhiều công trình dẫn đến sự cố xói ngầm.
Để giải quyết những vấn đề trên, hiện nay trên thế giới và nước ta đã ứng dụng công
nghệ đất trộn xi măng bằng phương pháp trộn sâu.
Phương pháp này là một kỹ thuật cải tạo đất để gia tăng cường độ, kiểm soát biến dạng
và giảm thấm nhờ đất được trộn với xi măng và các vật liệu khác. Những vật liệu này
có liên quan đến chất kết dính và dưới dạng lỏng hoặc khô. Điều này được thực hiện
bằng các cọc xi măng - đất.
* Cọc xi măng - đất.
- Giới thiệu.
Cọc xi măng - đất (hay còn gọi là cột xi măng - đất, trụ xi măng - đất) là hỗn hợp giữa
đất nguyên trạng nơi gia cố và xi măng được phun xuống nền đất bởi thiết bị khoan
phun. Mũi khoan được khoan xuống làm tơi đất cho đến khi đạt độ sau lớp đất cần gia

cố thì quay ngược lại và dịch chuyển lên. Trong quá trình dịch chuyển lên, xi măng
được phun vào nền đất (bằng áp lực khí nén đối với hỗn hợp chất kết dính khô “xi
măng” hoặc bơm vữa xi măng đối với hỗn hợp dạng vữa ướt).
Phương pháp này nhờ một loạt các phản ứng hóa học - vật lý xảy ra giữa chất đóng
rắng với đất, làm cho đất sét yếu đóng rắn lại thành một thể cọc có tính chỉnh thể, tính
ổn định và có cường độ nhất định. Phương pháp mà bột xi măng khô được sử dụng
như là tác nhân chính làm ổn định được gọi là phương pháp trộn khô dưới sâu; còn tác
nhân làm ổn định là hình thức vữa được gọi là phương pháp trộn ướt dưới sâu.
- Các ứng dụng của cọc xi măng - đất.
+ Cải tạo đất nền yếu dưới nền đường vào cầu: việc thi công công trình trên nền đất sét
mềm hoặc hữu cơ có những khó khăn và phức tạp rất lớn. Nhất là sự cố do biến dạng
thẳng đứng và biến dạng ngang lớn. Bằng cách sử dụng cọc xi măng - đất thì các đặc

16


trưng độ bền và biến dạng của đất có thể được cải thiện một cách rất đáng kể và nhanh
chóng.
+ Làm chặt lại nền đất yếu phục vụ các công trình giao thông, các bãi congtenner, nền
công trình thủy lợi,…..
+ Gia cố mái taluys công trình: khi mái dốc công trình có độ ổn định kém, đất chịu
ứng suất cắt lớn, hệ số an toàn về phá hoại có thể được cải thiện bằng cách gia cố các
lớp đất có sự chịu tải phù hợp thông qua các cọc xi măng - đất.
+ Làm móng vững chắc cho công trình nhà cao tầng, công trình công nghiệp, làm
tường chắn đất, làm bờ kè.
+ Gia cố thành hố đào, đặc biệt là những hố sâu, yêu cầu chống thấm cao.
* Ưu điểm của phương pháp.
- Tốc độ thi công cọc nhanh, kỹ thuật thi công không phức tạp, tiết kiệm thời gian thi
công đến hơn 0% do không phải chờ đúc cọc và đạt đủ cường độ.
- Hiệu quả kinh tế cao, giá thành hạ hơn nhiều so với phương án xử lý khác.

- Rất thích hợp cho công tác xử lý nền, xử lý móng cho các công trình ở các khu vực
đất yếu như bãi bồi, ven sông, ven biển.
- Thi công được trong điều kiện mặt bằng chật hẹp, mặt bằng ngập nước.
- Khả năng xử lý sâu (có thể đến 50m).
- Địa chất nền đất pha cát càng phù hợp với công nghệ gia cố xi măng, độ tin cậy cao.
c) Phương pháp silicat hóa.
* Mô tả phương pháp.
Nếu khe hở của đất nhỏ không thể dùng phương pháp bơm vữa xi măng được, lúc đó
có thể dùng phương pháp bơm chất hóa học để tăng cường nền đất.

17


Chất hóa học thường dùng nhất là keo thủy tinh (Na2O.nSiO2) và clorua canxi (CaCl2).
Đầu tiên bơm keo thủy tinh vào trong nền đất, sau đó bơm dung dịch CaCl2, hai hóa
chất này tiếp xúc với nhau phát sinh ra phản ứng hóa học, kết quả sinh ra các màng
keo silicat có tính chất keo dính, nó liên kết các hạt đất lại với nhau và chịu được một
tải trọng nào đó.
Na2O.nSiO2 + CaCl2 + mH2O → nSiO2 (m-1) H2O + Ca(OH)2 + 2NaCl
Đồng thời Ca(OH)2 và NaCl lại sinh ra phản ứng phụ cũng có tác dụng keo dính:
nCa(OH)2 + NaCl + mH2O → nCaO.NaCl.mH2O
Phương pháp trên dùng hai chất hóa học nên gọi là phương pháp hai dung dịch, ngoải
ra còn phương pháp một dung dịch,
Phương pháp một dung dịch là phương pháp trước tiên bơm keo thủy tinh hòa lẫn với
dung dịch axit phootphoric, sau đó mang hổn hợp này bơm vào trong đất, sau vài giờ
sẽ sinh ra keo silicat, cũng có phương pháp chỉ bơm riêng keo thủy tinh.
* Phạm vi áp dụng.
Phương pháp này thích hợp cho các loại đất khác nhau:
- Phương pháp hai dung dịch thích hợp cho đất cát, hệ số thấm vào khoảng 2 8m/ngày đêm; phương pháp một dung dịch thích hợp cho cát chảy có hệ số thấm 0,5 m/ngày đêm, nếu trong đất có chất dầu, nhựa cây, độ pH của nước mạch lớn hơn 9 thì
phương pháp silicat hóa không dùng được nữa.

- Tầng đất sau khi được tăng cường bằng phương pháp silicat hóa, tính chất công trình
của nó sẽ tốt lên rất nhiều, ví dụ như cát nhỏ, cường độ vốn rất bé, sau khi tăng cường
bằng phương pháp này sẽ chịu được 30 - 35 kG/cm2, trí số K của nó có thể giảm
xuống đến 0 - 0,002m/ngày đêm, đồng thời góc nội ma sát của nó giảm nhỏ và lực
dính kết tăng.
- Người ta dùng phương pháp silicat hóa để tăng cường nền của các vật kiến trúc đã
lâu đời để nâng cao năng lực chịu tải trọng của nó hoặc để ngăn chặn sự lún không

18


đều. Đối với loại đất có tính chất cát mà rời rạc và đối với đất vàng có tính chất lún sụt
cũng có thể tăng cường nền trước khi xây dựng để tránh nền bị lún quá lớn.[1]
d) Phương pháp điện thấm
* Hiện tượng điện thấm trong đất dính.
Cắm vào trong đất dính bão hòa hai điện cực,cực dương là một thanh kim loại, cực âm
là một ống kim loại có nhiều lỗ nhỏ, sau khi cho dòng điện một chiều chạy qua thấy
nước ở trong đất chạy từ các cực dương sang cực âm, khiến cho trong ống phía cực âm
có rất nhiều, hiện tượng đó gọi là hiện tượng điện thấm.
* Phương pháp gia cố bằng điện hóa học (thoát nước bằng điện).
- Có thể dùng phương pháp điện hóa học thoát bớt nước trong đất sét mềm bão hòa để
gia cường nền, phương pháp này dựa vào nguyên lý điện thấm ở trên. Đất sét mềm sẽ
rắn chắc lại và cường độ sẽ tăng lên nhiều.

Hình 1. . Gia cố bằng điện hóa học
- Lượng nước hút ra được nhiều hay ít biến đổi theo hàm lượng các hạt đất sét, hạt đất sét
càng nhiều thì nước hút ra càng nhiều, nói chung đối với đất sét có thể đến 50% [1].
* Phương pháp điện động Al hóa.

19