chương 5 nền đất yếu và xử lý đất yếu

Chơng 5: nền đất yếu và xử lý đất
yếu

chơng 5
nền đất yếu và xử lý đất yếu
Bài 1 Khái quát chung về đất yếu
I. Khái niệm và phân loại đất yếu
1. Khái niệm về đất yếu
Nói chung khái niệm đất yếu để chỉ các loại đất có sức chống cắt nhỏ
và tính biến dạng lớn đồng thời biến dạng không đều và theo thời gian.
Đặc tính của đất yếu cần thiết phải đợc cải thiện để phục vụ các yêu
cầu thực tế trong quá trình xây dựng và sử dụng công trình.
Đất yếu thờng có độ ẩm cao và sức kháng cắt không thoát nớc thấp. Đất
thuộc dạng cố kết bình thờng và có khả năng thoát nớc thấp. Mực nớc
ngầm trong nền đất thờng gần bề mặt, cách từ 0.5~2.5m. Một số trờng
hợp đất yếu có hàm lợng hữu cơ cao và có cả lớp than bùn. Đối với một vài
loại đất, độ lún do sơ cấp chiếm từ 14~45% độ lún tổng cộng.
Một số chỉ tiêu của đất yếu có thể tham khảo nh sau:
Độ ẩm: W 30% đối với đất cát pha, W 50% đối với đất sét, W
100% đối với đất hữu cơ.
Chỉ số xuyên tiêu chuẩn N = 0~5.
Sức kháng cắt không thoát nớc 20~40 kPa.
Góc nội ma sát < 10o.
2. Phân loại đất yếu
Những phân loại đất yếu sau đây theo tiêu chuẩn 22TCN 262-2000 :
Qui trình khảo sát thiết kế nền đờng ô tô đắp trên đất yếu
1.1. Tuỳ theo nguyên nhân hình thành, đất yếu có thể có nguồn
gốc khoáng vật hoặc nguồn gốc hữu cơ.
(a) Loại có nguồn gốc khoáng vật: thờng là sét hoặc á sét trầm tích trong
nớc ở ven biển, vùng vịnh, đầm hồ, đồng bằng tam giác châu thổ; loại
này có thể lẫn hữu cơ trong quá trình trầm tích (hàm lợng hữu cơ có

thể tới 10~12%) nên có thể có mầu nâu đen, xám đen và có mùi.
Đối với loại này đợc xác định là đất yếu nếu ở trạng thái tự nhiên có:


Độ ẩm gần bằng hoặc cao hơn giới hạn chảy (WL).



Hệ số rỗng : sét e 1.5, sét pha e 1.0.

Th.S Nguyễn Đình Dũng

226


Chơng 5: nền đất yếu và xử lý đất
yếu



Cờng độ lực dính (c) theo kết quả cắt nhanh không thoát nớc (sơ
đồ UU): cu < 15 kN/m2, hoặc theo kết từ kết quả thí nghiệm cắt
cánh ngoài hiện trờng cu < 35 kN/m2.



Góc nội ma sát = 0~10o.

Ngoài ra ở các vùng thung lũng còn có thể hình thành đất yếu dới dạng
bùn cát, bùn cát mịn (hệ số rỗng e>1.0, độ bão hoà Sr > 0.8).

(b) Loại có nguồn gốc hữu cơ: thờng hình thành từ đầm lầy, nơi nớc tích
đọng thờng xuuyên, mực nớc ngầm cao, tại đây các loài thực vật phát
triển, thối rữa và phân huỷ tạo ra các vật lắng hữu cơ lẫn các trầm tích
khoáng vật. Loại này thờng gọi là đất đầm lầy than bùn, hàm lợng hữu cơ
chiếm tới 20~80%, thờng có mầu đen hay nâu sẫm, cấu trúc không mịn
vì lẫn các tàn d thực vật. Các đặc trng của loại đất này (W , e, c u, )
cũng đợc xác định giống nh loại trên.
Đất yếu đầm lầy than bùn còn đợc phân theo tỷ lệ lợng hữu cơ có trong
chúng:


Đất nhiễm than bùn

:



Đất than bùn:

Lợng hữu cơ có từ 30~60%.



Than bùn

Lợng hữu trên 60%.

:

Lợng hữu cơ có từ 20~30%.

1.2. Theo trạng thái tự nhiên có thể phân loại nh sau:
(a) Đất yếu loại sét hoặc sét pha phân loại theo độ sệt IL::


Nếu IL > 1 thì đợc gọi là bùn sét (đất yếu ở trạng thái chảy).



Nếu 0.75 < IL < 1 là đất yếu dẻo chảy.

(b) Đất yếu loại đầm lầy than bùn đợc phân loại nh sau:
Loại 1 : loại có độ sệt ổn định, thuộc loại này nếu vách đất đào
thẳng đứng sâu 1m trong chúng vẫn duy trì đợc ổn định trong
1~2 ngày.
Loại 2: Loại có độ sệt không ổn định, loại này không đạt tiêu chuẩn
loại 1 nhng đất than bùn cha ở trạng thái chảy.
Loại 3: Đất than bùn ở trạng thái chảy.
iI. Các vấn đề đặt ra với nền đất yếu
1. Các vấn đề đặt ra với nền đất yếu
Móng các công trình đặt trên nền đất yếu thờng đặt ra những bài
toán sau cần giải quyết: Độ lún có trị số lớn, ma sát âm tác dụng lên cọc
do tính nén của nền đất. ổn định nh sức chịu tải của móng, độ ổn
định của nền đắp, ổn định mái dốc, áp lực đất lên tờng chắn, sức
chịu tải ngang trục của cọc. Thấm: cát chảy, thẩm thấu, phá hỏng nền do
bài toán thấm và dới tác động của áp lực nớc. Hoá lỏng: Đất nền bị hoá
lỏng do tải trọng động của tầu hoả, ô tô và động đất.

Th.S Nguyễn Đình Dũng

227


Chơng 5: nền đất yếu và xử lý đất
yếu

2. Các dạng công trình đặt trên nền đất yếu
Trong điều kiện Việt Nam hiện nay, các vấn đề thực tế sau đây cần đợc quan tâm:


Xây dựng công trình giao thông, thuỷ lợi, đê điều và công trình
cơ sở trên nền đất yếu.



Xử lý và gia cờng nền đê, nền đờng trên đất hiện đang khai thác
và sử dụng cần có công nghệ xử lý sâu.



Xử lý trợt lở bờ sông, bờ biển và đê điều.



Lấn biển và các công trình trên biển.



Xử lý nền cho các khu công nghiệp đợc xây dựng ở ven sông, ven
biển.

iI. Khái quát về một số phơng pháp xử lý nền đất yếu
1. Bệ phản áp
Giải pháp này chỉ dùng khi đắp nền đờng trực tiếp trên đất yếu với tác
dụng tăng mức ổn định trợt trồi cho nền đờng. Nếu đắp nền và đắp
bệ phản áp đồng thời ở hai bên thì không cần khống chế tốc độ đắp,
vì vậy có thể thi công nhanh.
Nhợc điểm của phơng pháp này là không giảm đợc thời gian lún cố kết và
không những không giảm đợc độ lún mà còn tăng thêm độ lún (do thêm
tải trọng của bệ phản áp ở hai bên). Khối lợng đắp lớn và diện tích chiếm
dụng phải giải phóng mặt bằng là lớn.
Một số tiêu chí cho bệ phản áp:


Vật liệu đắp: là các loại đất hoặc cát thông thờng, khi khó khăn có
thể dùng cả đất lẫn hữu cơ.



Kích thớc:

-

Bề rộng bệ phản áp mỗi bên nên vợt quá phạm vi cung trợt nguy hiểm
ít nhất từ 1~3m. Mặt trên bệ phản áp phải tạo dốc ngang 2% ra
phía ngoài.

-

Chiều cao bệ phản áp không quá lớn để có thể gây trợt trồi đối với

chính phần đắp phản áp. Thờng giả thiết chiều cao bệ phản áp
bằng 1/3~1/2 chiều cao nền đắp rồi kiểm toán ổn định theo phơng pháp mặt trụ tròn đối với bản thân bệ phản áp và đối với nền
đắp có bệ phản áp.



Độ chặt đất đắp bệ phản áp nên đạt K 0.9.

2. Gia tải trớc

Th.S Nguyễn Đình Dũng

228


Chơng 5: nền đất yếu và xử lý đất
yếu

Phơng pháp gia tải trớc thờng là giải pháp kinh tế nhất để xử lý nền đất
yếu. Thông thờng phơng pháp này đợc kết hợp với thoát nớc thẳng đứng
bằng giếng cát hoặc bấc thấm.
Tải trọng gia tải trớc có thể bằng hoặc lớn hơn tải trọng công trình trong
tơng lai. Trong thời gian chất tải, độ lún và áp lực nớc đợc quan trắc. Lứp
đất đắp để gia tải đợc dỡ bỏ khi độ lún kết thúc hoặc đã đạt đến mức
độ yêu cầu.
Việc chất tải có thể đắp theo từng giai đoạn, sau mỗi lần chất tải tiến
hành theo dõi độ lún và quan trắc tốc độ biến dạng của nền để tiếp tục
chất tải hoặc có biện pháp điều chỉnh cho phù hợp với thực tế.
Gia tải trớc là một công nghệ đơn giản, tuy vậy cần thiết phải khảo sát
đất nền một cách chi tiết. Một số trờng 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 h hỏng.
3. Cố kết động (đầm chặt lớp mặt)
Cố kết động cho phép tăng cờng độ và sức chịu tải và giảm độ lún của
nền.
Quả đầm bằng khối bê tông đúc sẵn có trọng lợng từ 10~15 tấn, đợc
nhấc lên bằng cẩu và rơi xuống bề mặt nền từ độ cao 10~15m để
đầm chặt nền. Khoảng cách giữa các hố đầm là 3x3m, 4x4m hoặc
5x5m. Độ sâu ảnh hởng của đầm chắt cố kết động đợc tính bằng:
D=

W .H
2

(5.1)

Trong đó:
D:

Độ sâu hữu hiệu đợc đầm chặt

W
:

Trọng lợng quả đầm (tấn).

H:

Chiều cao rơi của quả đầm (m).

Sau khi đầm chặt tại một điểm một vài lần, cát và đá đợc đổ đầy hố
đầm.
Phơng pháp cố kết động để gia cố đất yếu đơn giản và kinh tế, thích
hợp với hiện trờng mới san lấp và đất đắp.
4. Cọc tre và cọc tràm
Cọc tre và cọc tràm là công nghệ mang tính truyền thống để xử lý nền
cho công trình có tải trọng nhỏ trên nền đất yếu.
Cọc tre và cọc tràm có chiều dài từ 3~6m, có đờng kính từ 5~10cm, đợc
đóng để gia cờng nền đất với mục đích làm tăng khả năng chịu tải và
giảm độ lún. Theo kinh nghiệm, thờng đóng 20~25 cọc cho 1m2.

Th.S Nguyễn Đình Dũng

229


Chơng 5: nền đất yếu và xử lý đất
yếu

5. Gia cờng bằng cọc tiết diện nhỏ
Cọc tiết diện nhỏ đợc hiểu là các loại cọc có đờng kính từ 10~25 cm. Cọc
nhỏ có thể đợc thi công bằng công nghệ đóng, ép, khoan phun.
Cọc nhỏ là một giải pháp tốt vì mang lại hiệu quả kinh tế và kỹ thuật.
Công nghệ cọc nhỏ cho phép giảm chi phí vật liệu, thi công đơn giản
đồng thời truyền tải trọng công trình xuống lớp đất sâu hơn, giảm độ
lún tổng cộng và độ lún lệch của công trình.
6. Cọc đất vôi và đất xi măng
Thiết bị công nghệ đợc dùng để chế tạo cọc đất xi măng và đất vôi. Các
kết quả nghiên cứu cho thấy:
-

Cọc đất vôi và đất xi măng đóng vai trò thoát nớc và gia cờng nền.
Đây là giải pháp công nghệ thích hợp để gia cố sâu nền đất yếu.

-

Các chỉ tiêu về cờng độ, biến dạng phụ thuộc vào thời gian, loại
đất nền, hàm lợng nớc, hàm lợng hữu cơ, thành phần hạt và hàm lợng xi măng và vôi sử dụng..

-

Việc sử dụng xi măng rẻ hơn trong điều kiện Việt nam so với vôi. Tỷ
lệ phần trăm thờng dùng của vôi là từ 8~12% , đối với ximăng là từ
12~15% so với trọng lợng khô của đất.

7. Cọc đá và cọc cát đầm chặt
Nhằm giảm độ lún và tăng cờng độ đất yếu, cọc cát hoặc cọc đá đầm
chặt đợc sử dụng. Cát đợc đầm chặt bằng hệ thống đầm rung và có thể
sủ dụng công nghệ đầm trong ống thép. Sức chịu tải của cọc cát phụ
thuộc váo áp lực bên của đất yếu tác dụng lên cọc. Theo Broms (1987) áp
lực tới hạn bằng 25cu với cu = 20kPa, cọc cát D=40cm có sức chịu tải tới hạn
là 60kPa. Hệ số an toàn bằng 1.5 có thể đợc sử dụng.
8. Giếng cát và bấc thấm
Giếng cát và bấc thấm đều dùng để tăng độ cố kết cho nền đất yếu
bằng việc tăng khả năng thoát nớc theo chiều thẳng đứng. Tuy nhiên hai
phơng pháp có các công nghệ thi công khác nhau và tác động, hiệu quả
xử lý cũng khác nhau. Nói chung, thi công bằng bấc thấm có tốc độ nhanh
hơn thi công giếng cát nên các nhà thầu thờng a thích hơn. hai phơng
pháp này sẽ đợc đề cập kỹ hơn trong phần sau.

Th.S Nguyễn Đình Dũng

230


Chơng 5: nền đất yếu và xử lý đất
yếu

Bài 2

Một số biện pháp cơ học xử lý nền đất
yếu

1. Biện pháp thay đất (đệm cát)

H

P

h

Khái niệm: Thay đất là đào bỏ một phần lớp đất yếu đến chiều sâu
do tính toán yêu cầu và sau đó thay bằng lớp cát đợc đầm chặt. Nh
vậy phía dới tầng đệm cát có thể vẫn là tầng đất yếu và tầng đệm
cát đợc xem nh là lớp balát dới móng công trình.

d

Tầng đệm cát

Hình 5.1 : Tầng đệm cát dới móng công trình
Tác dụng của tầng đệm cát: Tăng sức chịu tải cho nền đất, giảm
độ lún tổng cộng và giảm độ chênh lệch lún. Ngoài ra tầng đệm cát
còn tăng nhanh khả năng thoát nớc cố kết từ phía dới đất yếu lên mặt
đất tự nhiên dới tác dụng của tải trọng công trình.
Tính toán và bố trí tầng đệm cát: Thờng giả thiết trớc chiều dày
tầng đệm cát sau đó kiểm toán lại sức chịu tải của nền đất phía dới
tầng đệm cát, nếu đạt yêu cầu là đợc. Công thức kiểm toán:
q H + k o ( po .h ) RH

(5-2)

Trong đó:
q

ứng suất do trọng lợng bản thân của đất ở độ sâu H.

H

ko
po

Hệ số tính ứng suất thẳng đứng của các điểm nằm dới
trọng tâm diện tích tải trọng.
áp lực đáy móng. po =

Th.S Nguyễn Đình Dũng

231

P
F

(P: tải trọng tác dụng tại đáy móng;


Chơng 5: nền đất yếu và xử lý đất
yếu

F : diện tích chịu tải của công trình).



Trọng lợng thể tích của đất yếu.

h

Chiều sâu đặt móng.

R

Sức chịu tải tính toán của đất yếu tại độ sâu H.

H

Bề rộng mặt tầng đệm cát phải rộng hơn đáy nền công trình mỗi
bên tối thiểu là 0.5~1m. Độ chặt tầng đệm cát chỉ yêu cầu đạt K=
0.9.
Cát dùng làm tầng đệm cát phải đợc đảm bảo các yêu cầu sau: Phải là
loại cát có tỷ lệ hữu cơ 5%, cỡ hạt lớn hơn 0.25mm chiếm trên 50%, cỡ

hạt nhỏ hơn 0.08mm chiếm ít hơn 5% và phải thoả mãn một trong hai
điều kiện sau:
D60
>6
D10
1<

(5-3)

( D30 ) 2 < 3
( D10 ).( D60 )

Trong đó:
D10,
D30,
D60

Là kích cỡ hạt mà lợng chứa các cỡ hạt nhỏ hơn nó chiếm
tơng ứng là 10%, 30% hay 60%.

Thi công tầng đệm cát: Yếu tố quan trọng nhất để đảm bảo phát
huy hiệu quả của tầng đệm cát chính là độ chặt trong quá trình thi
công. Để đảm bảo thi công đạt đợc độ chặt tốt nhất cho tầng đệm
cát thờng tiến hành thi công thành từng lớp có chiều dày mỗi lớp từ
25~50cm, không nên lớn quá 50cm. Thiết bị để đầm thờng sử dụng là
lu chân cừu, lu bánh lốp hay đầm rung có kết với với tới nớc khi đầm.
Ưu nhợc điểm: Phơng pháp đệm cát thi công đơn giản và rẻ tiền, thờng áp dụng cho công trình có tải trọng nhỏ và khi lớp đất yếu nằm
gần mặt. Tuy nhiên, phơng pháp này có nhợc điểm là khối lợng đào
đắp tơng đối lớn sẽ có khả năng đẩy giá thành công trình tăng lên khi
chiều dầy tầng đệm cát lớn. Hơn nữa khi tầng đệm cát nằm trong

vùng có nớc ngầm thay đổi thì trong tơng lai có nguy cơ tầng đệm
cát bị nớc ngầm cuốn đi dẫn đến gây khả năng lún sụt cục bộ cho
công trình.
2. Biện pháp cọc cát

Th.S Nguyễn Đình Dũng

232


Chơng 5: nền đất yếu và xử lý đất
yếu

Khái niệm: Phơng pháp cọc cát là dùng một cọc gỗ hay thép đóng vào
trong đất yếu sau đó nhổ cọc lên và lấp đầy cát to hoặc cát vừa vào
lỗ cọc làm thành cọc cát.
Tác dụng của cọc cát: Cọc cát làm tăng độ chặt của đất vì khi
đóng cọc vào trong đất, thể tích lỗ rỗng giảm đi bằng chính thể tích
cọc cát đóng xuống, đồng thời cọc cát còn có tác dụng tăng độ cố kết
của đất yếu do nớc xung quanh cọc có thể thông qua cọc cát thoát lên
phía trên.
Tính toán cọc cát: Thờng chọn trớc đờng kính cọc cát (từ 20~60cm),
sau đó tính khoảng cách cần thiết giữa các cọc cát (giá trị tham khảo
khoảng cách giữa các cọc cát từ 1.5d~4d).

C

C

C

C

d

d

d

a) Bố trí hình vuông

d

b) Bố trí hình tam

giác đều

Hình 5.2: Khoảng cách cọc cát đợc bố trí
Khoảng cách giữa các cọc cát có thể tính theo công thức:
c = d.

(1 + eo )
= 0.952d
2 3.( eo etk )

c = 0.952d
Trong đó:

( eo etk )

(5-4)

tk
( tk o )

c

Khoảng cách giữa tim các cọc cát.

d

Đờng kính cọc cát.

eo

Hệ số độ rỗng của đất yếu ở trạng thái tự nhiên.

etk

Hệ số độ rỗng của đất sau khi có cọc cát.

o

Trọng lợng thể tích của đất yếu ở trạng thái tự nhiên.

tk

Trọng lợng thể tích của đất sau khi có cọc cát.

Nh vậy hệ số rỗng đã giảm là

quyết định etk :

Th.S Nguyễn Đình Dũng

233

(1 + eo )

e = eo etk và tuỳ theo loại đất để


Chơng 5: nền đất yếu và xử lý đất
yếu

(1)Đất cát: Trớc tiên phải quyết định độ chặt tơng đối Id = 0.7~0.8,
sau đó tính etk :
etk = emax I d ( e max emin )

(5-5)

(2)Đất sét pha: Trớc tiên cũng phải quyết định trị số độ sệt I L muốn
đạt tới. Từ chỉ số độ sệt IL đã định trớc, tính độ ẩm:
Wtk = WP + I L (W LWP )

(5-6)

etk = .Wtk
(3)Đất cát pha: tính chất loại đất này ở giữa hai loại đất trên rất khó
xác định giới hạn chảy và dẻo. Căn cứ vào tài liệu có thể dùng e tk =
0.6~0.8 (cát nhiều thì dùng trị số nhỏ, tính dính nhiều thì dùng

trị số lớn).
(4)Sau khi tính đợc etk có thể căn cứ vào diện tích nền cần xử lý A để
tính tổng diện tích mặt cắt cọc cát F (trị số A thờng lấy lớn hơn
diện tích đáy móng từ 10~20%)
F=

e e
e
. A = 0 tk . A
1 + eo
1 + eo

(5-7)

Thi công cọc cát: Thi công bằng máy chuyên dụng. Bộ phận chính của
máy đóng là một ống thép rỗng, có đờng kính bằng đờng kính cọc
cát cần đóng. Phía dới đáy ống có một chi tiết là cái nắp, có tác dụng
khi đóng ống thép cái nắp đặy lại không cho đất chui vào trong ống,
còn khi rút lên cái nắp sẽ đợc mở ra, cát sẽ đợc một bộ phận phía trên
nhồi vào trong ống thép và đợc đầm chặt bằng phơng pháp đầm
rung hay đầm trong ống chống.
Ưu nhợc điểm của cọc cát: Cọc cát có u điểm là có độ tin cậy cao vì
khi đóng cọc đến đâu thì thể tích lỗ rỗng trong nền đất giảm đi
đến đó làm cho đất chặt ngay khi thi công, có thể sử dụng ngay khi
lớp đất yếu nằm tơng đối sâu. Ngoài ra cọc cát còn tạo khả năng thoát
nớc ở xung quanh cọc làm tăng độ cố kết cho nền dất.
Tuy nhiên cọc cát có nhợc điểm là kéo dài thới gian thi công và tạo ra
chấn động trong quá trình thi công ảnh hởng đến sự an toàn công
trình lân cận. Nếu cọc cát còn thoát nớc thì có khả năng dễ bị tắc
đờng thấm do các hạt nhỏ chui vào cọc và có thể bị ngắt đờng thấm

do nền đất bị biến dạng.
áp dụng: Phơng pháp cọc cát đợc áp dụng khi nền đất yếu là loại đất
rời rạc, cát pha hoặc sét pha có IL > 1.
3. Biện pháp giếng cát
Khái niệm: Khi xây dựng công trình trên nền đất dính bão hoà nớc,
sự cố kéo theo lún phụ thuộc vào tốc độ thoát nớc, muốn cho đất chặt
hơn, giảm độ lún lớn có thể dùng giếng cát để ép và thu nớc xung

Th.S Nguyễn Đình Dũng

234


Chơng 5: nền đất yếu và xử lý đất
yếu

quanh giếng cát làm cho đất chặt hơn. Phơng pháp giếng cát là tạo ra
nhiều rãnh để thoát nớc đợc nhanh hơn và biện pháp này thờng đợc
kết hợp với gia tải trớc.
Trong quá trình cố kết nớc bị ép ra làm u (u: áp lực nớc lỗ rỗng) giảm.
Theo tính toán có thể biết thời gian t để nền lún độ lún St. sau khi
tiếp tục xây dựng công trình thì công trình sẽ bị lún một lợng là
S = S S t (S: là độ lún tổng cộng).
Độ lún S của công trình phải nhỏ hơn độ lún cho phép đối với từng
loại công trình.
Tính toán giếng cát: Độ cố kết của nền có giếng cát đợc tính theo
công thức của Hansbo sau đây:
U = 1 [ (1 U V ).(1 U h ) ]
Trong
đó:

(5-8)

U

Độ cố kết tổng.

UV

Độ cố kết theo phơng thẳng đứng (tra bảng hay biểu
đồ dựa vào yếu tố thời gian TV).
TV =
C =
tb
V

CVtb
.t
H2
Z a2


hi

CVi

2

H là chiều sâu thoát nớc cố kết theo phơng thẳng đứng
(thờng bằng chiều sâu giếng cát H= L), nếu có một mặt
thoát nớc thì H=Za, nếu có hai mặt thoát nớc thì
H=0.5Za (Za : chiều sâu vùng chịu nén)
Uh

Độ cố kết theo phơng thẳng ngang (tra biểu đồ dựa vào
yếu tố thời gian Th)
Ch
.t
4.R 2
k .(1 + e )
Ch = h
a. n

Th =

t

Thời gian cố kết.

kV

Hệ số thấm theo phơng đứng

kh

Hệ số thấm theo phơng ngang

L

Chiều sâu giếng cát

R

Một nửa khoảng cách giữa hai giếng cát.

Th.S Nguyễn Đình Dũng

235


Chơng 5: nền đất yếu và xử lý đất
yếu

a

Hệ số nén lún của đất.

e

Hệ số rỗng của đất ở trnạg thái tự nhiên

n

Trọng lợng riêng của nớc.

Cho t một giá trị rồi tra ra UV và Uh thay vào đợc U từ đó tính ra St. Khi
cần giảm thời gian cố kết thì giảm khoảng cách giữa các giếng cát.
Thi công: Phơng pháp thi công cũng gần giống nh thi công cọc cát, tuy
nhiên khi cho cát vào trong ống thì cát không đợc đầm kỹ nh phơng
pháp cọc cát.
Ưu nhợc điểm: Ưu điểm của giếng cát là tăng nhanh khả năng thoát nớc
làm tăng độ cố kết của nền và làm cho nền chặt lại. Phơng pháp này
có thể sử dụng vật liệu cát địa phơng nên đôi khi mang giá trị kinh
tế cao.
Tuy nhiên cũng nh cọc cát, khi thi công gây chấn động và kéo dài thời
gian đồng thời trong quá trình thoát nớc có khả năng bị tắc hay ngắt
đờng thấm.
4. Biện pháp bấc thấm
Khái niệm: Bấc thấm (PVDs: Prefabricated Vetical Drainages) có chiều
rộng a = 100~120mm, và chiều dày b= 5~10mm, gồm hai bộ phận
chính:
Lõi bấc thấm là một băng chất dẻo bằng nhựa tổng hợp
Polypropylene (hay polyester), có tính dai và co giãn, chịu đợc lực
kéo. Chức năng của lõi là tạo ra các rãnh trong đất để nớc xung
quanh thông qua lõi thoát nớc theo chiều thẳng đứng lên phía trên
hay xuống phía dới, từ đó đợc thoát ra ngoài nhằm tăng độ chặt
cho nền đất. Mặt cắt ngang của lõi nh hình 5.3.
b

b

-

a

a

Hình 5.: Cấu tạo mặt cắt lõi bấc thấm
-

Vỏ bọc bằng vải địa kỹ thuật có chức năng bảo vệ phần lõi bên
trong không cho các hạt vật liệu nhỏ chui vào trong làm tắc đờng
thấm.

Yêu cầu kỹ thuật của bấc thấm: Bấc thấm phải đạt các yêu theo
TCXD 245-2000:
Cờng độ chịu kéo (cặp hết chiều rộng bấc thấm) > 1.6kN.
Độ giãn dài (cặp hết chiều rộng bấc thấm) > 20%.
Khả năng thoát nớc dới áp lực 10 kN/m2 với gradien i = 0.5 là (80~140).10 -6
m3/s.

Th.S Nguyễn Đình Dũng

236


Chơng 5: nền đất yếu và xử lý đất
yếu

Khả năng thoát nớc dới áp lực 400 kN/m2 với gradien i = 0.5 là (60~80).10 -6
m3/s.
Tính toán và bố trí bấc thấm:
Tính toán và bố trí bấc thấm phải xuất phát từ yêu cầu đối với mức độ cố
kết cần đạt đợc hoặc tốc độ lún dự báo còn lại trớc khi xây dựng công

trình. Trờng hợp chung, mức độ cố kết phải đạt đợc tối thiểu U=90%. Đối
với đờng cấp cao tốc độ lún dự báo còn lại phải < 2cm/năm.
Tính toán mật độ cắm bấc thấm theo nguyên tắc thử dần với các cự li
cắm bấc thấm khác nhau. Để không làm xáo động đất quá lớn, khoảng
cách cắm bấc thấm tối thiểu là 1.3m, còn để đảm bảo chúng làm việc
hiệu quả không nên bố trí xa quá 2.2m.
Qui định về bố trí bấc thấm nh sau:
-

Phải bố trí bấc thấm phân bố đều trên mặt bằng công trình có
điều kiện địa chất công trình nh nhau.

-

Đối với công trình dân dụng và công nghiệp, bấc thấm đợc bố trí
ngay dới móng công trình và ra ngoài mép công trình về mỗi phía
một khoảng 0.2b (b : bề rộng công trình).

-

Đối với công trình đờng thì phải bố trí bấc thấm đến chân taluy
của nền đắp.

-

Bấc thấm đợc bố trí theo lới vuông hoặc tam giác đều.

Chiều dài cắm của bấc thấm phải bố trí hết chiều dài chịu nén cực hạn
Za của nền đất dới tác dụng của tải trọng công trình. Chiều sâu Z a này
kết thúc ở chỗ có z = (0.1~0.2).VZ. (z do tải trọng công trình, VZ do

trọng lợng bản thân của các lớp đất, và phải xét đến các trờng hợp sau:
-

Nếu Za < chiều dày tầng đất yếu thì bấc thấm chỉ cần cấm hết
chiều dày Za.

-

Khi lớp đất yếu quá dầy, bề rộng công trình quá lớn (Z a > 20m) thì
cần chú ý đến chiều sâu hiệu quả thực sự của bấc thấm.

-

Trờng hợp bên dới Za có tầng cát mịn chứa nớc có áp thì không csắm
bấc thấm vào tầng cát mịn đó.

Khoảng cách giữa các bấc thấm đợc tính theo công thức: Căn cứ vào thời
gian cần thiết t để đạt đợc độ cố kết yêu cầu U% (U=90% hay U=0.9)
để xác định đờng kính ảnh hởng của bấc thấm D (tính bằng m), từ đó
xác định ra khoảng cách giữa các bấc thấm L:
L=
Trong đó:



2 D. n
.D .
.

P

(5-9)

= 0.5~1.0
Hệ số, phụ thuộc vào n=D/d W xác định theo biểu đồ.
Hệ số này do ngời thiết kế lựa chọn bằng cách thử dần

Th.S Nguyễn Đình Dũng

237


1
1
(1 U )


Chơng 5: nền đất yếu và xử lý đất
yếu

quan hệ n=D/dW sao cho có độ cố kết U tốt nhất và thời
gian cố kết t ngắn nhất.
dW

Đờng kính tơng đơng của bấc thấm.
dW =
thấm)

2.( a + b )

(với a, b là kích thớc của bấc

n

Trọng lợng riêng của nớc

P

Tải trọng công trình hay tải trọng nén trớc.

U

Độ cố kết tổng cộng. (đợc tính nh công thức 5-8)
U = 1 [ (1 U V ).(1 U h ) ]

Xác định UV nh tính giếng cát, còn Uh đợc tính nh sau:


8Th
U h = 1 exp

F( n ) + FS + Fr

(5-10)

Trong đó:
Th

Nhân tố thời gian theo phơng ngang.

Th =

Ch
.t
D2

Bố trí bấc thấm theo sơ đồ hình vuông hay tam giác:
-

Với sơ đồ hình vuông D = 1.13L.

-

Với sơ đồ hình tam giác D = 1.05L.

Ch

Hệ số cố kết theo phơng ngang. ở giai đoạn lập dự án khả
thi trị số Ch = (2~5) CV

F(n

Nhân tố xét đến ảnh hởng của khoảng cách bố trí bấc
thấm, đợc xác định tuỳ thuộc vào n, theo công thức:

)

F( n ) =

n2

3n 2 1
(
)
.
ln
n

n2 1
4n 2

Fs

Nhân tố xét đến ảnh hởng của vùng đất bị xáo động xung
quanh bấc thấm (làm hệ số thấm trong vùng đó giảm đi)

Fr

Nhân tố xét đến ảnh hởng về sức cản của bấc thấm.

Thi công bấc thấm:
Thiết bị cắm bấc thấm có các đặc trng kỹ thuật sau:

Th.S Nguyễn Đình Dũng

238


Chơng 5: nền đất yếu và xử lý đất
yếu

-

Trục tâm để lắp bấc thấm có tiết diện 60x120mm, dọc trục có
vạch chia đến cm để theo dõi chiều sâu cắm bấc thấm và phải có
quả dọi để thờng xuyên kiểm tra độ thẳng đứng khi cắm bấc
thấm vào trong đất.

-

Máy phải có lực đủ lớn để cắm bấc thấm đến độ sâu thiết kế.

Trình tự thi công bấc thấm nh sau:
(1)Định vị tất cả các điểm sẽ phải cắm bấc thấm bằng máy đo đạc
thông thờng theo hàng dọc và hàng ngang đúng với sơ đồ thiết kế,
công việc này áp dụng cho từng ca máy.
(2)Đa máy cắm bấc thấm vào đúng vị trí theo đúng hành trình đã
vạch trớc. Xác định vạch xuất phát trên trục tâm để tính chiều dài
bấc thấm đợc cắm vào đất, kiểm tra độ thẳng đứng của bấc
thấm.
(3)Lắp bấc thấm vào trục tâm và điều khiển máy đa đầu trục tâm
đến vị trí cắm bấc thấm.
(4)Gắn đầu neo vào đầu dới của bấc thấm với chiều dài bấc thấm đợc
gấp lại tối thiểu là 30cm và đợc ghim bằng ghim thép. Các đầu neo
phải có kích thớc phù hợp với bấc thấm (thờng là bằng tôn 85x150mm
dày 0.5mm).
(5)Cắm trục tâm đã đợc lắp bấc thấm đến độ sâu thiết kế với tốc
độ đều trong phạm vi 0.2~0.6m/s. sau khi cắm xong, kéo trục
tâm lên (lúc này đầu neo giữ bấc thấm lại trong đất). Khi trục tâm
đã đợc kéo lên hết, dùng kéo cắt đứt bấc thấm sao cho còn lại ít
nhất 20cm đầu bấc thấm nhô lên trên lớp đệm cát và quá trình lặp

lại cho vị trí khác.
(6)Sau khi cắm xong thi công lớp đệm cát thoát nớc ở bên trên.
Một số yếu tố ảnh hởng đến hiệu quả của bấc thấm:
-

Chiều cao đất đắp: có ảnh hởng đến hiệu quả của bấc thấm.
Chiều cao đất đắp phải tạo nên một áp lực đủ lớn để quá trình cố
kết trong đất xảy ra. Chiều cao đất đắp tối thiểu đợc xác định
theo công thức:

Zi > Pi

(5-11)

Trong đó:

-

Pi

áp lực tiền cố kết trong lớp đất thứ i.

Zi

ứng suất do tải trọng ngoài gây ra tại lớp đất thứ i.

Thành phần và tính chất của đất yếu: khả năng lấy nớc của bấc
thấm ra khỏi đất không chỉ phụ thuộc vào cấu tạo của bấc thấm
mà còn phụ thuộc vào thành phần và tính chất của đất yếu, đặc

Th.S Nguyễn Đình Dũng

239


Chơng 5: nền đất yếu và xử lý đất
yếu

biệt là các chỉ tiêu về tính thấm của đất (K V. Kh), các chỉ tiêu về
cờng độ của đất (, c) và các tạp chất hữu cơ có trong đất.
-

Khoảng cách cắm bấc thấm: có ảnh hởng đến tốc độ cố kết của
đất nền, khi khoảng cách giữa các bấc thấm càng gần tốc độ cố
kết của đất càng tăng lên, ngợc lại nếu xa quá thì chiều dài dòng
thấm tới bấc thấm sẽ lớn khi đó hiệu quả của bấc thấm là kém.

-

Chiều sâu cắm bấc thấm: nếu chiều sâu cắm lớn thì hiệu quả
thoát nớc của bấc thấm cũng giảm đi do chiều dài dòng thấm theo
phơng thẳng đứng là lớn. Trong trờng hợp nếu cấu trúc địa chất dới
nền công trình là tầng cát chứa nớc có áp mà chúng ta lại cắm bấc
thấm vào tầng đó thì bấc thấm chỉ lấy nớc của tầng nớc có áp, ngợc
lại nếu dới là nền cát chứa nớc không áp thì nên cắm bấc thấm vào
tầng này để giảm chiều dài đờng thấm.

Ưu nhợc điểm của bấc thấm:
Ưu điểm của phơng pháp này là thi công rất nhanh, tốc độ thoát nớc
tốt và hiệu quả xử lý thờng là có kết quả tốt do bấc thấm không bị

cắt hay tắc đờng thấm mà có khả năng biến dạng khi nền biến dạng.
Nhợc điểm của phơng pháp này là đôi khi độ tin cậy thấp do trong
quá trình tính toán phải phụ thuộc vào rất nhiều tham số khác nhau
nên ngời thiết kế dễ mắc sai lầm khi đa vào các giá trị tham số tính
toán. Hơn nữa hiện tại Việt Nam vẫn phải nhập bấc thấm nên giá
thành cao. Và cuối cùng cần phải xem xét đến vấn đề môi trờng địa
kỹ thuật sẽ bị ảnh hởng do bấc thấm là chất nhựa tổng hợp đợc cắm
vào trong đất sau nhiều năm có thể tác động xấu đến môi trờng.

Th.S Nguyễn Đình Dũng

240