Nghiên cứu xử lý nền đất yếu và xác định sức chịu tải của nền bằng phụ gia hóa học

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các 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 các thông tin trích dẫn trong luận văn đều đã được chỉ
rõ nguồn gốc.
Hải Phòng, ngày……tháng.….. năm 2016
Học viên

Nguyễn Quang Dũng

i


LỜI CẢM ƠN

Tác giả luận văn xin chân thành cảm ơn trường Đại học Hàng hải Việt Nam
trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu vừa qua, đã giúp tác giả được trang bị
thêm những kiến thức cần thiết về các vấn đề kỹ thuật - kinh tế. Cùng sự hướng
dẫn nhiệt tình của các Giảng viên trong trường đã giúp tác giả hoàn thiện mình hơn
về trình độ chuyên môn. Đặc biệt, tác giả xin chân thành cảm ơn tới thầy giáo TS.
Trần Long Giang đã trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ tác giả tận tình trong suốt quá
trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn. Đồng thời, tác giả cũng xin chân thành
cảm ơn các thầy cô giáo, Viện Đào tạo sau đại học đã cung cấp những kiến thức về
chuyên ngành, giúp tác giả có đủ cơ sở lý luận và thực tiễn để hoàn thành luận văn
này.
Do trình độ, kinh nghiệm cũng như thời gian nghiên cứu còn hạn chế nên
Luận văn khó tránh khỏi những thiếu sót, tác giả rất mong nhận được những ý kiến
đóng góp của quý độc giả.
Xin trân trọng cảm ơn!

ii


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN .................................................................................................... I
LỜI CẢM ƠN ......................................................................................................... II
MỤC LỤC ............................................................................................................. III
DANH MỤC CÁC BẢNG .................................................................................. VII
DANH MỤC CÁC HÌNH ................................................................................... VII
MỞ ĐẦU .................................................................................................................. 1
1. Sự cần thiết của đề tài ........................................................................................ 1
2. Mục đích của đề tài. ........................................................................................... 2
3. Đối tượng nghiên cứu. ....................................................................................... 2
4. Phương pháp nghiên cứu.................................................................................... 2
5. Ý nghĩa khoa học thực tiễn của đề tài ................................................................ 2
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC BIỆN PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU . 3
1.1. Khái niệm về đất yếu và các loại đất yếu thường gặp. ................................... 3
1.2. Các vấn đề gặp phải khi xây dựng công trình trên nền đất yếu. ..................... 4
1.3. Các vấn đề về lún. ........................................................................................... 4
1.4. Các biện pháp xử lý nền đất yếu đã áp dụng tại Việt Nam. ............................ 5
1.5. Cơ sở lý thuyết về tính toán xử lý nền đất yếu bằng các giếng tiêu nước
thẳng đứng. ........................................................................................................... 21
1.5.1. Giới thiệu phương pháp giếng tiêu nước thằng đứng. ........................... 21
1.5.2. Nguyên lý xử lý nền đất yếu bằng gia tải trước..................................... 22
1.5.3. Nguyên lý xử lý nền đất yếu bằng các trụ vật liệu rời. .......................... 23
1.5.4. Nguyên lý xử lý nền đất yếu bằng giếng tiêu nước thẳng đứng. ............ 31
1.6. Cơ sở lý thuyết tính toán xử lý nền đất yếu bằng trụ đất xi măng/vôi – trộn
sâu......................................................................................................................... 34
1.6.1. Giới thiệu phương pháp. ....................................................................... 34

1.6.2. Những nguyên tắc cải tạo sâu. .............................................................. 37
1.6.3. Tính toán - thiết kế. .............................................................................. 39
1.7. Cơ sở lý thuyết tính toán xử lý nền đất yếu bằng tường chắn đất có cốt ổn
định cơ học - điều kiện tĩnh.................................................................................. 43
1.7.1. Giới thiệu, mô tả hệ thống tường chắn đất có cốt ổn định cơ học. ......... 43
1.7.2. Trình tự thi công. .................................................................................. 47
1.7.3. Những nguyên tắc gia cường đất. ......................................................... 51
1.7.4. Tương tác cốt và đất. ............................................................................ 53
1.7.5. Đánh giá các tính chất xây dựng dựa trên khảo sát và thí nghiệm khu
vực. ................................................................................................................ 55

iii


1.8. Cơ sở lý thuyết tính toán xử lý nền đất yếu bằng sườn dốc đất có cốt – điều
kiện tĩnh. ............................................................................................................... 56
1.8.1. Giới thiệu. ............................................................................................ 56
1.8.2. Tính toán - thiết kế. .............................................................................. 59
CHƢƠNG 2: CƠ SỞ KHOA HỌC PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU
BẰNG PHỤ GIA HÓA HỌC ............................................................................... 61
2.1. Nghiên cứu xử lý nền đất yếu và xác định sức chịu tải bằng phụ gia hóa học.
.............................................................................................................................. 61
2.1.1. Giới thiệu phương pháp. ....................................................................... 61
2.2. Các yêu cầu về đất khi áp dụng phụ gia hóa học để hóa cứng đất. .............. 62
2.2.1. Những yêu cầu phân tích đất. ............................................................... 62
2.2.2. Cải tạo những tính chất của đất............................................................. 62
2.2.3. Các loại đất và hiệu suất của phụ gia hóa học. ...................................... 62
2.3. Trình tự thí nghiệm với đất. .......................................................................... 64
2.3.1. Thí nghiệm độ thẩm thấu. ..................................................................... 65
2.3.2. Thí nghiệm hệ số chịu tải California (CBR). ........................................ 65

2.3.3. Thí nghiệm thành phần cấp phối. .......................................................... 65
2.3.4. Thí nghiệm chỉ số dẻo. ......................................................................... 66
2.3.5. Thí nghiệm độ pH. ............................................................................... 66
2.3.6. Dung trọng khô tối đa/Độ chứa ẩm tối ưu (OMC). ............................... 66
2.3.7. Các yêu cầu của công tác thí nghiệm. ................................................... 66
2.4. Trình tự thực hiện.......................................................................................... 67
2.5. Thi công. ....................................................................................................... 72
CHƢƠNG 3: CảI TạO NềN ĐấT ĐƢờNG GIAO THÔNG LIÊN HUYệN
VIệT YÊN TỉNH BắC GIANG............................................................................. 77
3.1. Khu vực thiết kế. ........................................................................................... 77
3.1.1 Điều kiện địa chất khu vực thiết kế. ....................................................... 77
3.1.2 Giải pháp thiết kế.
.................................................................... 79
3.1.3 Giải pháp xử lý nền đất yếu. .................................................................. 80
3.1.4 Yêu cầu thiết kế. .................................................................................... 80
3.1.5 Phương pháp tính toán. .......................................................................... 83
3.2. Tính toán xử lý nền đường và xác định sức chịu tải của đất. ....................... 84
3.2.1 Lựa chọn mô hình tính toán. .................................................................. 84
3.2.2 Tính toán sức chịu tải. ........................................................................... 84
3.2.3 Sử dụng phụ gia hóa học để gia cố nền đất. ........................................... 86
3.3 So sánh giá trị kinh tế các phương án xử lý. .................................................. 88
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .............................................................................. 89
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................... 91

iv


DANH MỤC CÁC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU
Ký hiệu
Se

SC
SS
’h
S1
h
q1
aS
Etrụ
S2
q2
Mđất
Sm
Q
Em
U
Ch
CV
T
Re
R
LD
Kđất
Ktrụ
N
C’K(trụ)
CU K(trụ)
υ’K(trụ)
Β
AS
S

Le . C
Le

Tên đại lƣợng
Độ lún tức thời
Độ lún cố kết ban đầu
Độ lún cố kết thứ sinh
Ứng suất ngang hữu hiệu giữa đất và trụ
Độ lún trong trụ m
Chiều dày tầng đất gia cường m
Tải trọng truyền lên trụ đã nói ở trên kPa
Tỷ số diện tích thay thế
Mô đun đàn hồi của trụ kPa
Độ lún trong đất không gia cường m
Tải trọng tác dụng lên đất không gia cường kPa
Mô đun đàn hồi của đất trong gia cường kPa
Độ lún của thể tích gia cường toàn khối m
Tải trọng tác dụng lên khối gia cường kPa
Mô đun nén lún của đất gia cường toàn khối kPa
Mức độ cố kết
Hệ số cố kết theo phương ngang trong đất chưa gia cường
Hệ số cố kết theo phương đứng trong đất chưa gia cường và cho
biến dạng đứng
Thời gian cố kết
Bán kính ảnh hưởng của trụ
Bán kính trụ
Tổng chiều dài trụ khi chỉ thoát nước một phía
Hệ số thấm của đất chưa gia cường
Hệ số thấm của trụ
Hệ số Barron

Lực đính hữu hiệu của trụ
Lực đính không thoát nước của trụ
Góc ma sát trong hữu hiệu của trụ
Hệ số tính lực đính hữu hiệu của trụ
Diện tích tiết diện ngang của trụ
Khoảng cách giữa các tâm trụ
Tổng diện tích bề mặt trên một đơn vị chiều rộng cốt trong vùng
kháng nhổ sau bề mặt trượt
Chiều dài neo của cốt trong vùng kháng nhổ sau bề mặt trượt
v


C
F*
Α
σ’V
υr
H
Β
Tr
L
Sv
Γq
Am
Ao
dw
dwf
Cu và υu hay
C’ và υ’
Cc; Ch; Cv và

υ’p
γr; γb và γf
g
MR
MD
C
MG
RPO
Ci
σn
υi
FS
φ’
 'f

γ
LB
Tth
RFCR
RFID
RFD
N
Tmax

Chu vi đơn vị hữu hiệu của cốt
Hệ số kháng nhổ (hệ số ma sát - chịu tải)
Hệ số hiệu chỉnh tỷ lệ
Ứng suất thẳng đứng hữu hiệu tại ranh giới giữa cốt và đất
Góc ma sát trong tương tác giữa cốt và đất
Chiều cao sườn dốc

Góc dốc sườn dốc
Độ bền của cốt
Chiều dài cốt
Khoảng cách đứng giữa hai cốt cạnh nhau
Tải trọng động tạm thời
Gia tốc địa chấn tính toán
Hệ số gia tốc địa chấn
Chiều sâu mực nước dưới đất trong sườn dốc
Chiều sâu mực nước dưới nền đất
Các tham số độ bền của từng lớp đất
Các tham số cố kết của từng lớp đất
Các trọng lượng đơn vị của từng lớp đất
Gia tốc lực trọng trường
Moment kháng trượt
Moment gây trượt
Lực dính
Moment kháng trượt do cốt gây ra
Cường độ kháng nhổ
Hệ số tương tác đối với nhổ
Ứng suất pháp tác dụng trên chiều dài neo của cốt
Góc ma sát trong lớn nhất của đất có cốt
Hệ số an toàn kháng nhổ
Góc ma sát trong của đất
Góc ma sát hiệu chỉnh của đất
Trọng lượng đơn vị đất ẩm
Chiều dài cốt tại đáy sườn dốc đỉnh sườn dốc
Độ bền kéo tới hạn của cốt theo tiêu chuẩn ASTM D 4595
Hệ số giảm do từ biến
Hệ số giảm do phá hoại xảy ra khi lắp đặt cốt
Hệ số giảm theo thời gian

Số lớp lưới địa kỹ thuật
Tổng độ bền của lưới địa kỹ thuật
vi


Số Bảng
Bảng 1.1

DANH MỤC CÁC BẢNG
Tên Bảng
Những loại vật thoát phổ biến (theo Rixner và cộng sự 1986)

Bảng 1.2

Xác định khả năng chịu tải tới hạn ( Theo Aboshi & Suematsu 1985)

Bảng 3.1
Bảng 3.2

Kết quả hệ chuyển đổi nhiều lớp để xác định Etb
Kết quả thí nghiệm

Bảng 3.3

Kết quả thí nghiệm DZ33

Bảng 3.4
Bảng 3.5

Phân loại vôi theo 2 chỉ tiêu cơ bản là hàm lượng CaO+MgO

Giá trị xây lắp của công trình sử dụng phụ gia hóa học hóa cứng nền
đất

Số TT
1.1, 1.2
1.3
1.4
1.5, 1.6
1.7
1.8
1.9
1.10
1.11
1.12
1.13
1.14, 1.15
1.16
1.17, 1.18, 1.19
1.20
1.21
1.22
1.23
1.24
1.25
1.26
1.27

DANH MỤC CÁC HÌNH
Tên Hình
Cọc cừ tràm, cọc tre

Gia tải trước bằng cát
Đệm cát
Bệ phản áp bằng bê tông tại Nhật, Việt Nam
Nền đường gia cố bằng hóa chất
Bấc thấm
Cọc cát
Ép chân không
Bơm chân không - chất dự tải liên hợp
Ép cọc bê tông
Hạ cọc bằng chấn động
Cọc xi măng, xi măng đất
Phương pháp ổn định toàn khối
Thi công cọc cát
Lý tưởng hóa trụ đơn vị
Sơ đồ bố trí các trụ vật liệu rời trong gia cường nền đất yếu
Các cơ chế phá hoại trụ đơn vật liệu rời trong tầng đất yếu đồng
nhất (theo Barkscale và Bachus 1983)
Các cơ chế phá hoại trụ vật liệu rời trong nền đất dính không
đồng nhất
Các kiểu phá hoại nhóm các trụ vật liệu rời
Sự phá hoại khả năng chịu tải đối với diện chịu nén dạng băng
và trụ vật liệu rời - biến dạng phẳng ( Balaam, N.P; P.T. Brown;
và H.G. Poulos 1971)
Phân tích nhóm trụ vật liệu rời - đất dính rắn chắc đến cứng (
Theo Barksdale và Bachus, 1983)
Giếng tiêu nước thẳng đứng tiêu biểu lắp đặt cho nền đường cao

vii

tốc
1.28
1.29

Thiết bị gia cường đất yếu bằng bấc thấm
Sơ đồ cải tạo khối và trụ kết hợp

1.30
1.31
1.32

Kỹ thuật gia cường khối
Phun trộn ướt
So sánh phương pháp gia cường sâu với một số phương pháp
khác
Những ví dụ dạng hình học bố trí các trụ gia cường nền đất yếu
Sơ đồ nguyên tắc phân bố tải trọng trong nền gia cường bằng trụ
Mặt cắt ngang tổng quát của tường chắn đất có cốt ổn định
về mặt cơ học (MSEW)
Tường chắn
Các cấu kiện MBW thương mại thích hợp
Lớp bảo vệ bằng rọ đá

1.33
1.34
1.35
1.36
1.37
1.38
1.39

1.40 đến 1.46
1.47
1.48
1.49

Đường cong thực nghiệm để xác định chuyển vị ngang tiềm ẩn
xảy ra trong quá trình thi công các tường chắn MSEW
(FHWARD 89-403)
Thi công tấm panel
Những cơ chế truyền ứng suất cho cốt trong đất
Cách xác định các kích thước lưới để tính khả năng chịu nhổ
Những yêu cầu cho tính toán sườn dốc đất có cốt

2.1 đến 2.10

Những dạng phá hoại ngoài đối với sườn dốc đất có cốt
Hình dạng sườn dốc và các định nghĩa
Lời giải bằng sơ đồ để xác định chiều dài cốt yêu cầu
(theo Schmertmann và cộng sự 1987)
Trình tự thực hiện hóa cứng đất bằng phụ gia hóa học

2.11 đến 2.20

Thi công hóa cứng đất bằng phụ gia hóa học

3.1

Bản đồ Huyện Việt Yên

3.2

Hiện trạng tuyến đường

3.3

Sơ đồ các lớp

3.4

Công trình sau khi thử nghiệm và hoàn thành

1.50
1.51
1.52

viii


MỞ ĐẦU
1. Sự cần thiết của đề tài.
Các kết cấu đường giao thông và bãi theo công nghệ truyền thống thường phải
đào và xúc bỏ đi toàn bộ lớp đất tự nhiên trên nền khuôn, sau đó tiến hành thi công
các lớp cấp phối vật liệu đá từ cỡ 4 x 6 đến đá 0 - 4, các lớp cấp phối base hoặc cấp
phối đất sỏi đồi....
Lớp nền móng đường thi công như trên thường có giá thành rất cao đối với
những nơi cách xa nguồn đá mỏ (do chi phí vận chuyển cao). Hiện nay ở một số
nơi các cơ quan quản lý địa phương đã cấm phá núi để khai thác đá xây dựng vì sợ
ảnh hưởng đến môi trường sinh thái, do vậy nguồn đá mỏ ngày càng khan hiếm và
đắt đỏ.
Cấp phối vật liệu đá, dù có thi công lu nèn chặt đến đâu thì chúng vẫn là một

kết cấu rời do vậy nền đường dễ bị ngấm nước và sẽ sụt lún.
Việc nghiên cứu sử dụng vật liệu tại chỗ để thay thế cho vật liệu đá trong làm
đường giao thông và bãi truyền thống là việc làm hết sức cần thiết và có ý nghĩa
cao. Đến nay loại vật liệu được nghiên cứu để đưa vào sử dụng trong xây dựng thay
thế một phần cho các loại cấp phối đá chính là các loại đất hiện hữu ở mọi nơi.
Các loại phụ gia nhập khẩu từ các nước tiên tiến với giá thành quá cao làm
đơn giá vật liệu đất gia cố cao, do đó chưa có hiệu quả kinh tế trong việc sử dụng.
Mặt khác việc gia cố hóa cứng đất muốn đạt được tiêu chuẩn kỹ thuật cao đòi
hỏi phải có phương tiện chuyên dùng đó là máy phay nghiền đất và trộn phụ gia
đều với đất. Loại thiết bị này ở Việt Nam còn rất ít. Đồng thời khi thi công phải
tuân thủ chặt chẽ quy trình thi công gia cố đất với chất kết dính vô cơ (Vôi hoặc xi
măng), điều này đòi hỏi phải có đội ngũ kỹ thuật hiểu biết chuyên môn và có kinh
nghiệm hướng dẫn thực hiện. Đội ngũ công nghệ này hiện rất thiếu nên công nghệ
này chưa được phổ biến mạnh.
Công nghệ này còn góp phần bảo vệ môi trường do tận dụng phế thải của các
ngành công nghiệp khác như tro bay, xỉ than của các nhà máy nhiệt điện làm chất
phụ gia, kết dính để sử dụng cho chính việc xử lý nền đất yếu này. Khi gia cố, đơn
vị thi công không phải bốc vứt đất cũ đi mà thực hiện gia cố tại chỗ, trên chính nền
đất đó, mặt bằng đó. Công nghệ này rất thích hợp khi xử lý nền móng tại những
vùng đất ô nhiễm, đặc biệt là với các công trình lấn biển, làm nền đường trên khu
vực sình lầy…; ngoài ra còn tận dụng được các phế phẩm khác như tro bay, xỉ…
mà các nhà máy công nghiệp của Việt Nam đang thải và thừa rất nhiều.
Do vậy đề tài “ Nghiên cứu xử lý nền đất yếu và xác định sức chịu tải của
nền bằng phụ gia hóa học ” là vấn đề có ý nghĩa cấp bách và thiết thực.

1


2. Mục đích của đề tài.
Nghiên cứu, tìm hiểu công nghệ xử lý nền đất yếu bằng phụ gia hóa học.

Nghiên cứu cụ thể quy trình, cách thức sử dụng phụ gia hóa học để hóa cứng
đất.
Áp dụng phương pháp sử dụng phụ gia hóa học vào công trình cụ thể để thấy
được hiệu quả của phương pháp.
3. Đối tƣợng nghiên cứu.
Nghiên cứu, tìm hiểu các công nghệ xử lý nền đất yếu.
Các lý thuyết tính toán sức chịu tải của nền.
Nghiên cứu xử lý nền đất yếu của các công trình đường giao thông và bãi
bằng phụ gia hóa học.
Công trình đường giao thông liên huyện Việt Yên Tỉnh Bắc Giang.
4. Phƣơng pháp nghiên cứu.
Thu thập tài liệu về xử lý nền đất yếu của các công trình đường giao thông và
bãi, công nghệ xử lý nền đất yếu bằng phụ gia hóa học trên thế giới và trong nước
để hiểu rõ về công nghệ.
Nghiên cứu tài liệu về cách làm truyền thống để so sánh với công nghệ xử lý
nền đất yếu bằng phụ gia hóa học.
Nghiên cứu tính toán cho một công trình cụ thể.
5. Ý nghĩa khoa học thực tiễn của đề tài.
Việc nghiên cứu sử dụng vật liệu tại chỗ để thay thế cho vật liệu đá trong làm
đường giao thông và bãi truyền thống là việc làm hết sức cần thiết và có ý nghĩa
cao. Đến nay loại vật liệu được nghiên cứu để đưa vào sử dụng trong xây dựng thay
thế một phần cho các loại cấp phối đá chính là các loại đất hiện hữu ở mọi nơi. Tận
dụng được các phế phẩm khác như tro bay, xỉ công nghiệp, chất thải rắn công
nghiệp mà các nhà máy công nghiệp của Việt Nam đang thải và thừa rất nhiều để
làm vật liệu gia cố nền. Do vậy đề tài này nghiên cứu xử lý nền đất yếu và xác định
xức chịu tải của nền bằng phụ gia hóa học.

2

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC BIỆN PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU
1.1 Khái niệm về đất yếu và các loại đất yếu thƣờng gặp.
*) Khái niệm đất yếu:
Định nghĩa và đặc trưng của nền đất yếu trình bày trong 22TCN 262-2000 và
TCXD 245:2000: “là đất yếu nếu ở trạng thái tự nhiên, độ ẩm của chúng gần bằng
hoặc cao hơn giới hạn chảy, hệ số rỗng lớn, lực dính C theo cắt quả cắt nhanh
không thoát nước từ 0,15 daN/cm2 trở xuống, góc nội ma sát từ 00 đến 100 hoặc
lực dính từ kết quả cắt cánh hiện trường Cu ≤ 0.35daN/cm2 ”. Phần lớn các nước
trên thế giới thống nhất về định nghĩa nền đất yếu theo sức kháng cắt không thoát
nước su, và trị số xuyên tiêu chuẩn N, như sau: Đất rất yếu: su ≤ 12.5 kPa hoặc N ≤
2; Đất yếu: su ≤ 25 kPa hoặc N ≤ 4.
Nền đất yếu là nền đất không đủ độ bền, không đủ sức chịu tải và biến dạng
nhiều nên không thể làm nền thiên nhiên cho các công trình xây dựng.
“Khi thi công các công trình dân dụng, cầu đường thường gặp các loại nền
đất yếu, tùy thuộc vào tính chất của lớp đất yếu và đặc điểm cấu tạo của công trình
mà sử dụng các biện pháp xử lý nền móng cho phù hợp để giảm độ lún, tăng sức
chịu tải của nền đất, đảm bảo điều kiện khai thác bình thường cho các công
trình.”[16]
“Trong thi công thực tế, có rất nhiều công trình bị lún, sập hư hỏng khi xây
dựng trên nền đất yếu do không có những biện pháp xử lý phù hợp, không đánh giá
được chính xác các tính chất cơ lý của nền đất. Do đó việc đánh giá chặt chẽ và
chính xác các tính chất cơ lý của nền đất yếu (chủ yếu bằng các thí nghiệm tại hiện
trường và trong phòng thí nghiệm) để làm cơ sở và đưa ra các giải pháp xử lý nền
móng phù hợp là một vấn đề hết sức khó khăn, nó đòi hỏi sự kết hợp chặt chẽ giữa
kinh nghiệm thực tế và kiến thức khoa học để giải quyết, giảm được tối đa các sự
cố, hư hỏng công trình khi xây dựng trên nền đất yếu.”[16]
*) Các loại đất yếu 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.”[16]
- “Bùn: Các loại đất tạo thành các môi trường nước, thành phần hạt rất mịn

(< 200µm) ở trạng thái luôn no nước, hệ số rỗng rất lớn, yếu về mặt chịu lực.”[16]
- “Than bùn: là 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%).”[16]

3


- “Cát chảy: gồm các loại cát mịn, kết cấu hạt rời rạc, có thể bị nén chặt hoặc
pha loãng đáng kể. Loại đất này khi chịu tải trọng động thì chuyển sang trạng thái
chảy gọi là cát chảy.”[16]
- “Đất bazan: cũng là đất yếu với đặc điểm độ rỗng lớn, dung trọng bé, khả
năng thấm nước cao, dễ bị sập lún.”[16]
1.2 Các vấn đề gặp phải khi xây dựng công trình trên nền đất yếu.
Các vấn đề được đặt ra và cần được giải quyết khi xây dựng các công trình
trên nền đất yếu là:
- Độ lún: Độ lún có trị số lớn, ma sát âm tác dụng lên cọc do tính nén của
nền đất.
- “Độ ổn định: Độ ổn định của nền đắp, ổn định mái dốc, áp lực đất lên
tường chắn, sức chịu tải của móng, sức chịu tải ngang của cọc. Bài toán trên phải
được xem xét do sức chịu tải và cường độ của nền không đủ lớn.”[16]
- “Thấm: Cát xủi, thẩm thấu, phá hỏng nền do bài toán thấm và dưới tác
động của áp lực nước.”[16]
- Hoá lỏng: Đất nền bị hoá lỏng do tải trọng của tầu hỏa, ô tô và động đất.
Trong điều kiện Việt Nam hiện nay, các vấn đề thực tế sau đây đang được
quan tâm:
- “Xây dựng công trình đường giao thông, thủy lợi, đê điều và công trình cơ
sở trên nền đất yếu.”[16]
- Xử lý trượt lở bờ sông, bờ biển và đê điều.
- “Xử lý và gia cường nền đê, nền đường trên nền đất yếu hiện đang khai
thác và sử dụng cần có công nghệ xử lý sâu.”[16]

- Xử lý nền cho các khu công nghiệp được xây dựng ven sông, ven biển.
- Xử lý nền đất yếu để chung sống với lũ tại đồng bằng sông Cửu Long.
- Lấn biển và xây dựng các công trình trên biển.
1.3 Các vấn đề về lún.
Công trình liên hệ với nền đất thông qua móng. Nền đất chịu tác động của tất
cả các tải trọng lên công trình do móng truyền xuống. Biến dạng của nền sẽ làm
cho móng bị lún và làm biến dạng công trình.
Tùy thuộc vào độ cứng của công trình, tải trọng, sự phân bố của đất trong
mặt bằng có đối xứng hay không mà có thể có các loại biến dạng lún:
- Lún đều: Khi toàn bộ công trình lún một độ lún như nhau. Trường hợp này
xảy ra khi tải trọng, độ cứng của công trình và tính nộn lún của đất nền phân bố
đồng đều trong mặt bằng.
4


- Nghiêng: Đó là sự quay của công trình so với trục nằm ngang. Trường hợp
này xảy ra khi gia tải không đối xứng hoặc khi có các lớp đất phân bố không đối
xứng so với trục đứng của móng. Biến dạng loại này hay gặp ở các công trình có độ
cứng lớn.
- Võng xuống, vồng lên: Khi bị các dạng này công trình sẽ bị uốn. Thường
gặp loại biến dạng này ở các công trình có độ cứng không lớn. Khi bị võng thì vùng
phía dưới bị kéo, vùng bên trên bị nén. Do các vật liệu như gạch, bê tông chịu kéo
kém hơn chịu nén nên vùng chịu kéo sẽ bị nứt. Trong trường hợp bị vồng lên thì sẽ
ngược lại, vết nứt có thể xuất hiện ở phía trên. Trong một số công trình dài có thể ở
đoạn này thì vồng lên, ở đoạn khác lại võng xuống. Khi vồng lên hoặc võng xuống
nếu công trình có độ cứng càng lớn thì độ võng càng giảm.
- Lệch (vênh): Xuất hiện khi các phần gần nhau của công trình bị lún chênh
nhau nhiều và các phần đó vẫn giữ nguyên vị trí thẳng đứng.
- Xoắn: Hiện tượng xoắn quan sát thấy khi công trình bị nghiêng không như
nhau theo chiều dọc và đặc biệt khi sự nghiêng của công trình phát triển theo hai

hướng khác nhau.
Các biến dạng trên đều do sự lún không đều gây ra. Sự lún không đều làm
xuất hiện các ứng suất bổ sung trong các kết cấu siêu tĩnh và nhiều khi làm cho kết
cấu bị hư hỏng.
1.4. Các biện pháp xử lý nền đất yếu đã áp dụng tại Việt Nam.
- “Xử lý nền bằng cọc tre và cọc cừ tràm: xử lý nơi nền đất yếu có chiều nhỏ,
hay dùng trong dân gian thường chỉ dùng khi dưới móng chịu tải trọng không lớn (
móng nhà dân, móng dưới cống...). Miền Nam thường dùng cọc tràm do nguyên
liệu sẵn có. Chỉ được đóng cọc tre trong đất ngập nước để tre không bị mục nát,
nếu đóng trong đất khô không nước sau đó tre bị mục nát thì lại phản tác dụng làm
nền đất yếu đi. Không đóng cọc tre trong đất cát vì đất cát không giữ được nước,
thường chỉ đóng cọc tre trong nền đất sét có nước. Cọc tràm và tre có chiều dài từ 3
- 6m được đóng để gia cường nền đất với mục đích làm tăng khả năng chịu tải và
giảm độ lún. Theo kinh nghiệm, thường 25 cọc tre hoặc cọc tràm được đóng cho
1m2 . Tuy vậy nên dự tính sức chịu tải và độ lún của móng cọc tre hoặc cọc tràm
bằng các phương pháp tính toán theo thông lệ. Việc sử dụng cọc tràm trong điều
kiện đất nền và tải trọng không hợp lý đòi hỏi phải chống lún bằng cọc tiết diện
nhỏ.”[16]

5


Hình 1.1. Cọc cừ tràm

Hình 1.2. Cọc tre
- Gia cố nền đường: dùng cho các dạng đất yếu để nâng cao độ ổn định, giảm
bớt biến dạng không đều.

6

- Nền đường chất dẻo (sử dụng bọt khí FPS gia cố nền đất, trọng lượng FPS
ở đất là 1/50, 1/100): làm giảm tải trọng nền đường, giảm độ lún thích hợp lớp đất
có hàm lượng nước lớn, lớp đất yếu có độ dày lớn.
- Thay thế lớp đất yếu: dùng ở lớp đất mỏng, dùng xử lý tầng nông, độ dày
không lớn và thuộc đất bùn.
- “Chất tải nén trước (gia tải trước): dùng để xử lý lớp đất yếu, có thể sử
dụng đơn độc hoặc có thể kết hợp với thoát nước cố kết, sử dụng liên hợp một cách
phức hợp. 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 dỡ khi độ lún kết thúc hoặc đã cơ bản xảy ra.”[16]
“Gia tải trước là công nghệ đơn giản nhưng vẫn 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.”[16]
“Cọc cát được đóng bằng công nghệ rung ống để không chiếm đất, sau đó cát
được làm đầy ống và rung để đầm chặt. Cọc cát có đường kính 30-40cm. Có thể
được thi công đến 6-9m. Trong rất nhiều trường hợp, thời gian gia tải trước cần
thiết được rút ngắn để xây dựng công trình, vì vậy tốc độ cố kết của nền được tăng
do sử dụng cọc cát hoặc bằng thoát nước.”[16]
“Công nghệ cho phép tăng cường độ đất nền và giảm thời gian cố kết. Thiết
bị và công nghệ của Thuỵ Điển được sử dụng để thi công bản nhựa. Bản nhựa được
dùng để xử lý nền đất yếu của Việt Nam từ những năm 1980.”[16]
“Tại ven sông Sài Gòn đã xây dựng một bể chứa với các kích thước hình học
và tải trọng đường kính 43m, chiều cao 15m, tải trọng 20.000 tấn. Nền công trình là
đất yếu có chiều dày lớn được xử lý nền bằng bản nhựa thoát nước thẳng đứng kết

hợp với gia tải bằng hút chân không. Độ lún được tính xấp xỉ 1,0m. Kết quả độ lún
thực tế sau 2 lần gia tải là 3,26m (lần đầu độ lún bằng 2,4m và lần sau độ lún bằng
0,86m), ở đây có sự sai khác giữa kết quả đo và dự tính. Sự khác nhau có thể do
quá trình tính toán chưa kể đến biến dạng ngang của nền và điều kiện công trình đặt
ven sông”[16]

7


Hình 1.3. Gia tải trước bằng cát
- “Tầng đệm cát: thường kết hợp với thoát nước theo chiều thẳng đứng, sử
dụng nhiều ở lớp mặt nền đất yếu.
Lớp đệm cát sử dụng hiệu quả cho các lớp đất yếu chiều dày nhỏ hơn 3m và
các lớp đất yếu ở trạng thái bão hoà nước (sét nhão, sét pha nhão, cát pha, bùn, than
bùn,…).
Biện pháp thi công: Đào bỏ một phần hoặc toàn bộ lớp đất yếu (trường hợp
lớp đất yếu có chiều dày bé) và thay vào đó bằng cát hạt trung, hạt thô đầm chặt.
Việc thay thế lớp đất yếu bằng tầng đệm cát có những tác dụng chủ yếu sau:
Đệm cát đóng vai trò như một lớp chịu tải, tiếp thu tải trọng công trình và
truyền tải trọng đó các lớp đất yếu bên dưới. Lớp đệm cát thay thế lớp đất yếu nằm
trực tiếp dưới đáy móng.”[16]
Do có sự phân bộ lại ứng suất do tải trọng ngoài gây ra trong nền đất dưới
tầng đệm cát nên giảm được chênh lệch lún và độ lún của công trình.
Giảm được khối lượng vật liệu làm móng do giảm được chiều sâu
chôn móng.
Giảm được áp lực công trình truyền xuống đến trị số mà nền đất yếu có thể
tiếp nhận được.
Vì cát được nén chặt làm tăng sức chống trượt và lực ma sát nên làm tăng
khả năng ổn định của công trình, kể cả khi có tải trọng ngang tác dụng.
8

Tăng nhanh quá trình cố kết của đất nền dẫn đến tăng nhanh thời gian ổn
định về lún cho công trình và làm tăng nhanh khả năng chịu tải của nền.
Được sử dụng tương đối rộng rãi do thi công đơn giản và không đòi hỏi thiết
bị phức tạp.
“Không nên sử dụng phương pháp này khi nước có áp, nền đất có mực nước
ngầm cao vì sẽ tốn kém về việc hạ mực nước ngầm và đệm cát sẽ kém ổn định.
Phạm vi áp dụng tốt nhất khi lớp đất yếu có chiều dày bé hơn 3m.”[16]

Hình 1.4 Đệm cát
- Gia cố nền đường bằng chất vô cơ (vôi, sợi tổng hợp): được dùng khi
cường độ chịu cắt thấp và hàm lượng nước lớn.
- Bệ phản áp: thường được dùng để tăng độ ổn định của nền đê trên nền đất
yếu hay khối đất đắp của nền đường. Phương pháp này đơn giản nhưng lại 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 rộng và chiều cao của bệ phản áp được thiết kế từ các chỉ tiêu về
chiều dày, chiều sâu lớp đất yếu, sức kháng cắt của đất yếu, và trọng lượng của bệ
phản áp. Bệ phản áp cũng được sử dụng để chống mạch sủi, cát sủi và bảo vệ đê
điều.

9


Hình 1.5. Bệ phản áp bằng bê tông tại Nhật

Hình 1.6. Bệ phản áp bằng bê tông tại Việt Nam

10

- Nền đường được gia cố bằng hoá chất: khi phun nước, bọt khí và hóa chất
qua hỗn hợp trộn xong hình thành vật liệu sợi, trọng lượng có thể đạt 1/4 trọng
lượng đất, thích hợp với lớp đất có độ dày đất yếu lớn, hàm lượng nước lớn.

Hình 1.7. Nền đường gia cố bằng hóa chất
- Bấc thấm, giếng bao cát: sử dụng xử lý lớp bùn sét, bùn đất độ sâu xử lý
không lớn hơn 25m.
“Bấc thấm được cấu tạo gồm 2 phần: Lõi chất dẽo (hay bìa cứng) được bao
ngoài bằng vật liệu tổng hợp (thường là vải địa kỹ thuật Polypropylene hay
Polyesie không dệt…). Bấc thấm có các tính chất vật lý đặc trưng sau:
Cho nước trong lỗ rỗng của đất thấm qua lớp vải địa kỹ thuật bọc ngoài vào lõi chất
dẽo. Là phương pháp kỹ thuật thoát nước thẳng đứng bằng gia tải trước kết hợp với
bấc thấm. Khi độ thấm của đất rất nhỏ hoặc khi chiều dày đất yếu rất lớn thì có thể
bố trí đường thấm thẳng đứng để tăng tốc độ cố kết. Phương pháp này thường dùng
để xử lý nền đường đắp trên nền đất yếu. Phương pháp bấc thấm (PVD) có tác
dụng thấm thẳng đứng để làm giảm độ rỗng, độ ẩm, tăng dung trọng, tăng nhanh
quá trình thoát nước trong các lỗ rỗng của đất yếu. Kết quả là làm tăng sức chịu tải,
làm cho nền đất đạt độ lún quy định trong thời gian cho phép và tăng nhanh quá
trình cố kết của nền đất yếu. Phương pháp bấc thấm có thể sử dụng độc lập nhưng
nếu cần phải tăng nhanh tốc độ cố kết, người ta có thể sử dụng kết hợp đồng thời
11


biện pháp xử lý bằng bấc thấm với gia tải tạm thời. Khi đó đắp cao thêm nền đường
so với chiều dày thiết kế 2 - 3m trong một thời gian rồi sẽ lấy phần gia tải đó đi khi
mà nền đường đạt được độ lún cuối cùng như trường hợp nền đắp không gia
tải.”[16]
Lõi chất dẽo chính là đường tập trung nước và dẫn chúng thoát ra ngoài khỏi
nền đất yếu bão hòa nước.

Hình 1.8. Bấc thấm
- Cọc đá dăm, giếng cát, cột cát: sử dụng ở lớp bùn, bùn đất sét nhưng dễ
xuất hiện hiện tượng co ngót.
“Cọc cát thi công đơn giản, vật liệu rẻ tiền (cát) nên giá thành rẻ hơn so với
dùng các loại vật liệu khác. Cọc cát thường được dùng để gia cố nền đất yếu có
chiều dày > 3m. Được sử dụng nhằm tăng cường độ đất yếu, cọc đã đầm chặt, cọc
cát và giảm độ lún. Cát và đá được đầm bằng hệ thống đầm rung và có thể sử dụng
công nghệ đầm trong ống chống. Công nghệ cọc cát và cọc đá đã được dùng để xây
dựng một số công trình tại Tp Hà Nội, Hồ Chí Minh, Vũng Tàu và Hải Phòng. Sức
chịu tải của cọc cát phụ thuộc vào áp lực bên của đất yếu tác dụng lên cọc. Theo
Broms (1987): “áp lực tới hạn bằng 25 Cu với Cu = 20kPa, cọc cát Ф 40cm có sức
chịu tải tới hạn là 60KN. Hệ số an toàn bằng 1,5 có thể được sử dụng”. Không như
các loại cọc cứng khác (cọc gỗ, cọc cừ tràm, cọc tre, bê tông, bê tông cốt thép,...) là
một bộ phận của kết cấu móng làm nhiệm vụ tiếp nhận và truyền tải trọng xuống
đất nền, mạng lưới cọc cát làm nhiệm vụ gia cố nền đất yếu nên còn gọi là nền cọc
cát. Khi sử dụng cọc cát để gia cố nền có những ưu điểm nổi bật sau: Cọc cát làm
12


nhiệm vụ như giếng cát giúp nước lỗ rỗng thoát ra nhanh, làm tăng nhanh quá trình
cố kết và độ lún ổn định diễn ra nhanh hơn. Nền đất được ép chặt do ống thép tạo
lỗ, sau đó lèn chặt đất vào lỗ làm cho đất được nén chặt thêm, nước trong đất bị ép
thoát vào cọc cát vì thế làm tăng khả năng chịu lực cho nền đất sau khi xử lý.”[16]

Hình 1.9. Cột cát
- Dự ép chân không: sử dụng với nền móng thuộc lớp bùn đất dính, bùn đất.
Bơm hút chân không là một phương pháp gia cố nền đất sét yếu, dùng công
nghệ bơm hút chân không để hút nước trong đất làm cho đất cố kết nhanh chỉ trong
thời gian ngắn. Công nghệ này được thực hiện nhanh thông qua vài lần làm áp lực

bằng chân không kết hợp với số lần biến đổi năng lượng thích hợp để đóng nền từ
đó nâng cao mật độ đất, sức tải của nền, hạ thấp tỷ lệ chứa nước trong đất, giảm sự
sụt lún sau khi thi công và sự sụt lún sai khác ở nền đất yếu.

13


Hình 1.10. Bơm hút chân không
- Bơm chân không - chất tải dự ép liên hợp: liên kết chân không và chất tải
dự ép dùng cho đoạn đường đầu cầu và đường đắp cao, sử dụng chân không chất
tải dự ép nên sử dụng trong nền móng có bố trí bấc thấm hoặc giếng cát và bản
thoát nước, ép chân không có độ chân không < 70 Kpa.

Hình 1.11. Bơm chân không - chất tải dự ép liên hợp
14


- Ép cọc bê tông: sử dụng trường hợp chống cắt lớn hơn 10 Kpa, không thoát
nước.

Hình 1.12. Ép cọc bê tông
15


- Hạ cọc bằng chấn động: sử dụng khi cường độ chống cắt > 15 Kpa, không
thoát nước.

Hình 1.13. Hạ cọc bằng chấn động
16

- Cọc xi mămg (cọc xi măng - đất): gồm có cọc phun vữa xi măng sử dụng
để gia cố nền đất yếu có cường độ chống cắt không < 10 Kpa, sử dụng cọc phun
bột xi măng (khô hoặc ướt) để gia cố nền đất yếu có độ sâu không > 15m.
Cọc vôi thường được dùng để xử lý, nén chặt các lớp đất yếu như: bùn, than
bùn, sét, sét pha ở trạng thái dẻo nhão.
Khi sử dụng cọc vôi thì có những tác dụng sau:
Đường kính cọc vôi sẽ tăng lên 20% sau khi cọc vôi được đầm chặt làm cho
đất xung quanh nén chặt lại.
“Khi vôi được tôi trong lỗ khoan thì nó toả ra một nhiệt lượng lớn làm cho
nước lỗ rỗng bốc hơi làm giảm độ ẩm và tăng nhanh quá trình nén chặt.
Sau khi xử lý bằng cọc vôi nền đất được cải thiện đáng kể: Lực dính tăng lên
khoảng 1,5 - 3 lần; Độ ẩm của đất giảm 5-8%.”[16]
“Việc chế tạo cọc xi măng đất cũng giống như đối với cọc đất - vôi, ở đây
xilô chứa xi măng và phun vào đất với tỷ lệ định trước. Xi măng cần được sàng
trước khi đổ vào xilô để đảm bảo xi măng không bị vón cục và các hạt xi măng có
kích thước đều nhỏ hơn 0,2mm, để không bị tắc ống phun. Hàm lượng xi măng có
thể từ 7-15% và kết quả cho thấy đất được gia cố bằng xi măng tốt hơn vôi và đất
bùn gốc sét có hiệu quả kém hơn so với đất bùn gốc cát.”[16]
“Thí nghiệm xuyên cho thấy sức kháng xuyên của đất nền so với khi chưa
gia cố tăng lên từ 4 - 5 lần. Hiện nay triển vọng sử dụng loại cọc đất - xi măng này
để gia cố nền là rất tốt và nước ta đã sử dụng loại cọc đất - xi măng này để gia cố,
xử lý một số công trình.”[16]
Đất vôi và đất xi măng được dùng thiết bị và công nghệ của Thụy Điển để
chế tạo. Sau khi nghiên cứu trong phòng thí nghiệm và áp dụng hiện trường ta được
kết quả như sau:
Giải pháp công nghệ này thích hợp để gia cố sâu nền đất yếu. Cọc đất vôi và
xi măng đất đóng vai trò thoát nước và gia cường nền.
Các chỉ tiêu về biến dạng, cường độ phụ thuộc vào loại đất nền, thời gian,
thành phần hạt, hàm lượng hữu cơ và hàm lượng vôi, xi măng sử dụng.

Tại Việt Nam thì sử dụng xi măng rẻ hơn là dùng vôi. Tỷ lệ sử dụng thường
dùng là 8 - 12% và tỷ lệ phẩn trăm của xi măng là 12 - 15% trọng lượng khô của
đất.
Thiết bị Thụy Điển có khả năng thi công cọc đất xi măng.
Có thể dùng thiết bị xuyên có cánh để kiểm tra chất lưọng cọc.
Cọc xi măng đất được dùng để gia cố nền đường, nền nhà, khu công
nghiệp,...

17