Nghiên cứu xử lý nền đất yếu bằng Cọc cát đầm và bấc thấm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA CHẤT

TRẦN VĂN DŨNG

NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM ĐCCT ĐOẠN TUYẾN TỪ KM0+188,00
ĐẾN KM3+ 511,85 THUỘC TUYẾN ĐƯỜNG CHÍNH R4 KHU ĐÔ THỊ
MỚI THỦ THIÊM, QUẬN 2, THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, LUẬN
CHỨNG VÀ THIẾT KẾ GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐOẠN ĐƯỜNG TRÊN

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Hà Nội, 2017


2

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA CHẤT

TRẦN VĂN DŨNG

NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM ĐCCT ĐOẠN TUYẾN TỪ KM0+188,00 ĐẾN
KM3+511,85 THUỘC TUYẾN ĐƯỜNG CHÍNH R4 KHU ĐÔ THỊ MỚI THỦ
THIÊM, QUẬN 2, THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, LUẬN CHỨNG VÀ THIẾT
KẾ GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐOẠN ĐƯỜNG TRÊN
Ngành: Kỹ thuật địa chất
Mã số: 60520501

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

PGS.TS ĐỖ MINH TOÀN


3
Hà Nội, 2017

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan Luận văn thạc sỹ này là công trình nghiên cứu của bản thân.
Các kết quả, số liệu trình bày trong luận văn là đúng sự thật, có nguồn gốc rõ ràng.
Hà Nội, ngày 14 tháng 04 năm 2017
Tác giả

Trần Văn Dũng


4
MỤC LỤC


5
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
Ký hiệu

Đơn vị

Giải thích

ĐCCT

Địa chất công trình.

CPTU

Thí nghiệm xuyên có tính đo áp lực nưóc lỗ rỗng

SPT

Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn

a1-2

cm2/kG

Hệ số nén lún của đất trong khoảng áp lực nén 1-2
kG/cm2.

Pc

kG/cm2

Áp lực tiền cố kết.

E0

kG/cm2

Môđun tổng biến dạng

∆

g/cm3

Khối lượng riêng của đất.

γc

g/cm3

Khối lượng thể tích khô của đất.

γw

g/cm3

Khối lượng thể tích tự nhiên của đất.

e

Hệ số rỗng.

n

%

Độ lỗ rỗng.

Cu

kG/cm2

Lực dính kết không thoát nưóc.

ϕu

Độ

Góc nội ma sát không thoát nưóc.

C

kG/cm2

Lực dính

ϕ'

Độ

Góc nội ma sát

W

%

Độ ẩm tự nhiên.

WL

%

Độ ẩm giói hạn chảy.

WP

%

Độ ẩm giói hạn dẻo.

Ip

%

Chỉ số dẻo.

B

Độ sệt.

Cv

cm2/s

Hệ số cố kết theo phương đứng

Ch

cm2/s

Hệ số cố kết theo phương ngang

Cc

Chỉ số nén

σvz

kG/cm2

Ứng suất bản thân

σz

kG/cm2

Ứng suất phụ thêm


6
U

%

Độ cố kết

Uh

%

Độ cố kết theo phương ngang

Uv

%

Độ cố kết theo phương đứng

c

%

Hàm lượng vật chất hữu cơ


7
DANH MỤC CÁC BẢNG

DANH MỤC CÁC HÌNH


8
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Dự án xây dựng 4 tuyến đường chính trong khu đô thị mới Thủ Thiêm có chiều
dài 11.836m, trong đó tuyến đường vòng châu thổ R4 có chiều dài 2.530m - bắt đầu từ
Km0+000 và kết thúc tại Km 2+527,10 . Đoạn tuyến đường R4 được thiết kế theo tiêu
chuẩn đường cấp II với bề rộng nền đường từ 11,6 đến 24,1m.
Đoạn tuyến đường dự kiến được xây dựng với yêu cầu chất lượng công trình
cao, nền đất lại có đặc điểm cấu trúc phức tạp. Cấu trúc địa chất nền đất gồm nhiều lớp

với chiều sâu phân bố và bề dày không ổn định. Đặc biệt, trong phạm vi nền đường có
gặp các lớp đất yếu với phạm vi phân bố và bề dày biến đổi phức tạp, khi xây dựng
đường đòi hỏi phải có giải pháp xử lý nền. Vì vậy, việc nghiên cứu đặc điểm đặc điểm
ĐCCT nền tuyến đường, trên cơ sở đó phân tích, đề xuất và tính toán thiết kế xử lý nền
đất yếu một cách hợp lý và có hiệu quả là rất cần thiết. Bởi vậy đề tài “Nghiên cứu đặc
điểm địa chất công trình đoạn tuyến từ Km0+188.00 đến Km3+511.85 thuộc tuyến
đường chính R4 khu đô thị mới Thủ Thiêm, quận 2, thành phố Hồ Chí Minh. Luận
chứng và thiết kế giải pháp xử lý nền đoạn đường trên” có tính cấp thiết và ý nghĩa
thực tiễn.
2. Mục đích nghiên cứu của đề tài
Làm sáng tỏ điều kiện địa chất công trình của tuyến đường R4, luận chứng để
lựa chọn giải pháp và thiết kế giải pháp xử lý nền đường thích hợp cho từng đoạn
tuyến từ Km0+188.000 đến Km3+511.85.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài
- Đối tượng nghiên cứu: môi trường địa chất thuộc phạm vi nền tuyến đường
R4, từ Km0+188.000 đến Km3+511.85 trong khu đô thị mới Thủ Thiêm
- Phạm vi nghiên cứu là: đặc điểm ĐCCT của nền đất và thiết kế xử lý nền đất
yếu.
4. Nhiệm vụ của luận văn:
Đề thực hiện được mục tiêu của đề tài đặt ra, các nhiệm vụ luận văn cần làm
sáng tỏ:


9
- Đặc điểm điều kiện tự nhiên khu xây dựng;
- Nghiên cứu đặc điểm địa chất công trình đoạn tuyến đường, phân chia cấu trúc
nền đất yếu phục vụ thiết kế xử lý nền đường;
- Luận chứng kỹ thuật lựa chọn giải pháp xử lý cho từng đoạn cấu trúc nền;
- Thiết kế xử lý theo các giải pháp đã lựa chọn cho các kiểu cấu trúc nền.
5. Nội dung nghiên cứu:

Để thực hiện được mục tiêu và nhiệm vụ đề tài đặt ra, nội dung nghiên cứu của
lận văn gồm:
- Tổng quan các vần đề nghiên cứu ( đất yếu, nền đất yếu, tình hình nghiên cứu
thiết kế xử lý nền đất yếu trong xây dựng đường trên thế giới , ở VN và khu vực nghiên
cứu);
- Đặc điểm điều kiện tự nhiên khu xây dựng (địa hình, địa chất Đệ tứ, ĐCTV, ..);
- Đặc điểm địa chất công trình tuyến đường, phân chia cấu trúc nền đường;
- Luận chứng kỹ thuật và thiết kế các giải pháp xử lý nền đất yếu thuộc tuyến
đường R4.
6. Phương pháp nghiên cứu
Để nghiên cứu các nội dung trên, đề tài sử dụng các phương pháp nghiên cứu
sau:
- Phương pháp thu thập, phân tích, tổng hợp tài liệu: được sử dụng để thu thập
thông số kỹ thuật tuyến đường, tài liệu địa chất, địa chất công trình, ….
- Phương pháp địa chất và thực nghiệm trong phòng: khảo sát thực địa bổ sung,
kết hợp thực tế sản xuất khoan thăm dò kiểm tra, lấy mẫu đất và thí nghiệm khi cần
thiết phục vụ tính toán;
- Phương pháp tính toán: sử dụng các lý thuyết mô hình toán – cơ ứng dụng để
kiểm toán ổn định nền đường, thiết kế xử lý nền đất yếu cho các kiểu cấu trúc nền.
7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
- Kết quả nghiên cứu góp phần làm phong phú thêm những kinh nghiệm về
nghiên cứu và thiết kế xử lý nền yếu ở khu vực thành phố Hồ Chí Minh và Việt Nam
nói chung;


10
- Tài liệu nghiên cứu có thể tham khảo, rút kinh nghiệm khi thiết kế xử lý nền
đường cho đoạn đường trên và các đoạn đường có quy mô và cấu trúc nền địa chất
tương tự.
8. Cơ sở tài liệu của đề tài

- Các hồ sơ, báo cáo khảo sát địa chất công trình và hồ sơ thiết kế của dự án Dự
án xây dựng 4 tuyến đường chính trong khu đô thị mới Thủ Thiêm, Quận 2, Tp. Hồ Chí
Minh.
- Bình đồ công trình;
- Sơ đồ bố trí hố khoan khảo sát ĐCCT;
- Mặt cắt dọc công trình;
- Bảng tổng hợp chỉ tiêu cơ lý các lớp đất;
- Các tài liệu có liên quan đến công trình;
- Các tiêu chuẩn thiết kế xử lý nền đất yếu, các tài liệu liên quan.
9. Cấu trúc luận văn
Luận văn gồm 3 chương tổng cộng có 113 trang với 19 hình vẽ và 26
bảng.
Chương I: Tổng quan về nghiên cứu đất yếu và xử lý nền đất yếu trong xây dựng
đường trên Thế giới và ở Việt Nam.
Chương II: Đặc điểm địa chất công trình đoạn tuyến đường .
Chương III: Luận chứng kỹ thuật và thiết kế xử lý nền đất yếu đoạn tuyến đường
R4.
Luận văn được hoàn thành tại Bộ môn Địa chất công trình, Trường Đại học Mỏ Địa chất, dưới sự hướng dẫn khoa học của NGƯT. PGS. TS Đỗ Minh Toàn.
Tôi xin chân thành cảm ơn các Thầy trong Bộ môn Địa chất công trình, Phòng
Sau đại học thuộc trường Đại học Mỏ - Địa chất đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi
để tác giả hoàn thành luận văn này.
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới NGƯT. PGS. TS Đỗ Minh Toàn,
người thầy đã tận tâm hướng dẫn khoa học trong suốt quá trình từ khi lựa chọn đề tài,
xây dựng đề cương cho đến khi hoàn thành luận văn.


11
Tác giả xin chân thành cảm ơn các đồng nghiệp công tác tại Công ty TNHH Thế
giới kỹ thuật đã cung cấp những số liệu cần thiết và tạo điều kiện thuận lợi để hoàn
thành luận văn này.

12

CHƯƠNG 1 :
TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU ĐẤT YẾU VÀ XỬ LÝ NỀN ĐẤT
YẾU TRONG XÂY DỰNG ĐƯỜNG TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM
1.1. Khái niệm đất yếu, nền đất yếu
“Đất đá nền” là khái niệm được sử dụng khi sử dụng đất đá làm nền cho các
công trình xây dựng, là giới hạn không gian mà đất đá chịu ảnh hưởng của tải trọng
công trình truyền xuống tức nằm trong đới ảnh hưởng của công trình xây dựng. Nền
được cấu tạo bởi đất (mềm dính và mềm rời) được gọi là nền đất.
Trong xây dựng, đặc biệt là lĩnh vực xây dựng công nghiệp – dân dụng và xây
dựng giao thông (đường xá, sân bay, kho cảng),... đất yếu hiện tồn tại hai quan điểm
khác nhau.
Theo quan điểm thứ nhất: đa số các nhà nghiên cứu đều cho rằng “Đất yếu” là
những đất có sức chịu tải thấp, vào khoảng 0,5 - 1,0 kG/cm 2, có tính biến dạng lớn, có
hệ số rỗng tự nhiên lớn ( e 0>1), mô đun tổng biến dạng thấp (thường thì E 0 < 50 kG
/cm2), sức kháng cắt không đáng kể,... và thông thường nếu không áp dụng các giải
pháp xử lý thích hợp thì việc xây dựng công trình trên nền đất yếu sẽ rất khó khăn hoặc
không thực hiện được.
Theo quan điểm này thuộc phân loại của Anh (BS 1377):
Loại đất chứa ít hữu cơ có đặc điểm màu xám đen, nâu đen, vật chất hữu cơ có
thể phân biêt qua màu sắc. Loại chứa nhiều hữu cơ (than bùn) thì xốp, thực vật bị phân
hủy với những mức độ khác nhau. Tùy theo mức độ phân hủy có thể chia thành hai
dạng:
- Thớ (Fibrous - xơ) gổm: thớ thô (coarse fibrous), thớ mịn (fine fibrous);
- Vô định hình (Amorphous hoặc Pseudo - fibrous).
Than bùn được xem như là một hỗn hợp những di tích thực vật được phân hủy ở
những mức độ khác nhau, tổn tại trong điều kiện thông khí không hoàn toàn và chứa

một lượng nước cao (Hobbs, 1986), các quá trình vật lý, hóa học và sinh vật học tạo
cho các vật chất này tổn tại ở một trạng thái nhất định trong một thời gian dài.


13
Tương tự, theo phân loại của Mỹ ASTM:
Các loại đất yếu có chứa hữu cơ trước hết phải là đất sét hoặc bụi, các giá trị giới
hạn chảy của đất sau khi sấy phải < 75% so với giới hạn chảy của chính đất ấy trước
khi sấy khô.
- Đất sét: đất hạt mịn (> 50% hạt lọt qua rây No 200 - 0.075mm) gọi là đất sét
khi có chỉ số dẻo > 4, nằm tại hoặc phía trên đường "A" của biểu đổ dẻo;
- Đất bụi: là đất có chỉ số dẻo < 4, nằm dưới đường "A" của biểu đổ dẻo;
- Than bùn: là đất có chứa các vật chất hữu cơ phân hủy ở mức độ khác nhau, có
màu nâu đen đến đen, xốp.
Cấu tạo gồm 2 loại: Fibrous và Amorphous (giống phân loại của Anh).
Theo tiêu chuẩn phân loại của Nga:
Các dạng đất yếu bao gồm bùn các loại, đất than bùn hóa và than bùn..
Ở Việt Nam:
Theo TCXD 245 - 2000, các loại đất yếu bao gồm bùn các loại, đất loại sét (sét,
sét pha, cát pha) ở trạng thái chảy hoặc dẻo chảy. Những loại đất này thường có độ sệt
lớn (Is > 1 hoặc xấp xỉ 1), hệ số rỗng tự nhiên lớn (thường e 0 > 1), góc ma sát trong <
10°, có lực dính kết theo kết quả cắt nhanh không thoát nước C < 0,15 kG/cm 2, có lực
dính kết theo kết quả cắt cánh tại hiện trường Cu < 0,35 kG/cm 2, có sức chống mũi
xuyên tĩnh qc < 10 kG/cm2 và có chỉ số xuyên tiêu chuẩn SPT là N30 < 5.
Theo 22TCN 262-2000 của Bộ GTVT: tùy theo nguyên nhân hình thành, đất yếu
có thể có nguồn gốc khoáng vật hoặc nguồn gốc hữu cơ:
Loại có nguồn gốc khoáng vật thường là sét hoặc sét pha trầm tích trong nước ở
ven biển, vũng vịnh, đầm hồ, đồng bằng tam giác châu; hoặc là có thể lẫn hữu cơ trong
quá trình trầm tích (hàm lượng có thể tới 10 - 12%) nên có thể có màu nâu đen, xám
đen, có mùi hôi. Đối với loại này, được xác định 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 (e 0 sét > 1,5; sét
pha e0 > 1), lực dính C theo kết quả cắt nhanh không thoát nước từ 0,15 kG/cm 2 trở
xuống, góc nội ma sát ϕ từ 0 - 10° hoặc lực dính từ thí nghiệm cắt cánh hiện trường Cu
< 0,35 kG/cm2.


14
Loại có nguồn gốc hữu cơ thường hình thành từ đầm lầy, nơi tích đọng nước
thường xuyên, mực nước ngầm cao, tại đây các loài thực vật phát triển, thối rữa và
phân hủy, tạo ra các vật lắng hữu cơ lẫn các trầm tích khoáng vật. Loại này thường gọi
là đất đầm lầy than bùn, hàm lượng hữu cơ chiếm tới 20 - 80%, thường có màu đen hay
nâu sẫm, cấu trúc không mịn (vì lẫn các tàn dư thực vật). Đối với loại này được xác
định là đất yếu nếu hệ số rỗng và các đặc trưng sức chống cắt của chúng cũng đạt các
trị số như đã nêu trên.
Đất yếu loại sét được phân theo độ sệt:
- Nếu Is > 1 là bùn loại sét;
- Nếu 0,75 < Is < 1 là đất loại sét yếu, dẻo chảy.
Theo quan điểm thứ hai: đất yếu được xét khi có sự tương tác với công trình
xây dựng. Ở Việt Nam, theo TCXD 245 - 2000, đất yếu là loại đất phải xử lý, gia cố
mới có thể dùng làm nền cho móng công trình.
Theo quan điểm này, các loại đất yếu thường gặp cũng tương đồng với quan
điểm thứ nhất, bởi lẽ các loại đất này đa số thường không thích hợp cho việc sử dụng
làm nền xây dựng cho bất kỳ một loại công trình nào mặc dù có quy mô không lớn.
Như vậy, các loại đất trạng thái dẻo chảy đến chảy, thành tạo trong môi trường ẩm thấp,
thường xuyên bị ngập nước, bán ngập cũng được xem là đất yếu. Vì vậy, trong đất yếu
thường chứa vật chất hữu cơ. Nếu xét về thành phần, chúng có thể là bùn sét, bùn sét
pha, bùn cát pha. Tuỳ theo trong thành phần có chứa hàm lượng vật chất hữu cơ có đất
bùn, đất than bùn hoá và than bùn.
Đối với các công trình có quy mô lớn như nhà cao tầng, cầu, hầm, các công trình
thuỷ công, một số loại đất có cường độ từ trung bình đến cao như đất loại sét trạng thái

nửa cứng đến cứng hoặc thậm chí cả đá nửa cứng vẫn có thể là đất yếu.
Đất yếu có nhiều nguổn gốc khác nhau, chủ yếu là trầm tích dưới nước, bao gổm
nguổn gốc đầm lầy (ven sông, ven biển), hoặc các nguồn gốc trầm tích khác như sông,
biển, hồ, vũng, vịnh hoặc nguổn gốc hỗn hợp các kiểu nguổn gốc trên.
Nguồn gốc vũng, vịnh có thể là cửa sông, tam giác châu hoặc vịnh, biển. Đất
yếu nguồn gốc biển có thể được thành tạo ở khu vực nước nông (không quá 200m),


15
thềm lục địa (200 - 3000m) hoặc biển sâu (hơn 3000m). Đối với đất yếu nguổn gốc
vũng, vịnh hoặc biển, quá trình hình thành được bắt đầu khi các hạt sét bị phong hoá từ
đá mẹ bị biến đổi tính chất dưới tác dụng của điều kiện khí hậu, qua quá trình vận
chuyển, trầm đọng và tích tụ trong môi trường trầm tích yên tĩnh.
Nguồn gốc lục địa có thể là tàn tích (eluvi), sườn tích (deluvi), lũ tích (proluvi),
gió, lầy, băng tuyết hoặc do con người gây ra (đất đắp).
Về tuổi của đất yếu, có ý kiến cho rằng: đất yếu là vật liệu mới hình thành vào
khoảng 20.000 năm trước đây (kỷ Pleistocene) hoặc hình thành trong khoảng từ 10.000
năm hoặc 15.000 năm trước đây. Nhìn chung, chúng mới được thành tạo và có tuổi
thuộc kỷ thứ tư.
Có thể nói, đối với đất yếu, không thể áp dụng giải pháp móng nông đặt trực tiếp
trên nền thiên nhiên cho công trình vừa và nhỏ; không thể dùng làm lớp tựa mũi cọc;
đất yếu rất dễ nhạy cảm khi chịu tải trọng động và với sự biến đổi môi trường địa chất.
Đất yếu là loại đất có thành phần, trạng thái và tính chất đặc biệt.
Đất yếu gồm các loại bùn hữu cơ, đất than bùn hóa, than bùn, các loại bùn sét,
bùn sét pha, bùn cát pha và các dạng đất dính ở trạng thái chảy hoặc dẻo chảy.
Đất yếu có những đặc điểm riêng dễ nhận biết thông qua các đặc trưng về thành
phần, trạng thái và tính chất của chúng.
- Có chứa hàm lượng hữu cơ nên thường có màu xám đen, màu xám;
- Chưa được cố kết, nên độ chặt thấp, thường eo>1;
- Đất có các đặc trưng cơ học thấp, cụ thể:

+ Độ bền liên kết kiến trúc nhỏ;
+ Sức kháng cắt không thoát nước thấp: theo kết quả cắt nhanh không thoát
nước Cu<0,15 kG/cm2, góc ma sát trong ϕ < 100, theo cắt cánh ,C < 0,35
kG/cm2;
+ Hệ số nén lún lớn a > 0,1 cm2/kG, hay môđun tổng biến dạng nhỏ, E0 < 50
kG/cm2;
+ Thường cố kết theo thời gian dài, Cv nhỏ;
+ Đất có tính chất lưu biến.


16
Chỉ tiêu nhận biết nhanh theo thí nghiệm ngoài trời:
- Sức kháng xuyên tĩnh nhỏ: qc < 10 kG/cm2, chỉ số xuyên tiêu chuẩn SPT
N30<5.
Đặc tính của địa chất công trình của đất yếu rất phức tạp, chúng biến đổi rất
mạnh phụ thuộc vào nguồn gốc thành tạo, tuổi địa chất, thành phần vật chất của trầm
tích, điều kiện tồn tại của chúng.
Trong phạm vi nền đất có phân bố các lớp đất yếu ảnh hưởng đến sự ổn định của
các công trình được gọi là “Nền đất yếu”.
1.2. Nghiên cứu đất yếu và xử lý nền đất yếu trong xây dựng đường trên
Thế giới.
Trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng, việc xây dựng các công trình
trên nền đất yếu rất phổ biến. Bởi vậy, đất yếu là đối tượng đã và đang được quan tâm
nghiên cứu rộng rãi. Ngay từ những năm 1965, 1972, ở Liên Xô trước đây đã có các
Hội nghị về đất yếu và nhiều công trình nghiên cứu về đất yếu. Trong tác phẩm “Thạch
luận công trình” [3], V.D Lomtadze đã xếp đất yếu vào nhóm đất có thành phần, trạng
thái và tính chất đặc biệt. Một số công trình khác nghiên cứu về đất yếu có thể kể đến
như: “Đất sét yếu bão hòa nước làm nền cho công trình”-M.I.Abelev, “Nghiên cứu tính
chất lưu biến của đất” –G.X Zolotarev, “Độ bền và biến dạng của đất than bùn” –
L.X.Amarian…

Nghiên cứu cấu trúc nền không thể tách rời việc nghiên cứu môi trường địa chất.
Trong các tác phẩm "Lý thuyết chung của Địa chất công trình" của G.K. Bônđaríc và
"Địa chất công trình - Khoa học về môi trường địa chất" của E.M Xergheev, các tác giả
đã đưa ra các định nghĩa về môi trường địa chất và các quan điểm nghiên cứu chúng.
Hàng loạt các công trình liên quan nghiên cứu về ảnh hưởng của các tác động kinh tế công trình của con người làm biến đổi môi trường địa chất, trong đó phải kể đến: tác
phẩm "Kỹ thuật nước ngầm" của Abdel - Aziz Usmail Kashep, đã đề cập đến các vấn
đề liên quan đến nước dưới đất, trong đó có vấn đề sụt lún mặt đất do khai thác nước.
Nhiều cồng trình nghiên cứu của các nhà bác học Nga đã đề cập đến các tác động biến
đổi môi trường địa chất do con người gây nên như: "Những vấn đề địa chất công trình


17
liên quan đến nhiệm vụ sử dụng hợp lý và bảo vệ môi trường địa chất" của E.M.
Xergheev ; "Sự biến đổi của môi trường địa chất dưới ảnh hưởng của các hoạt động
của con người" của Kotlov; "Những vấn đề dự báo sự biến đổi môi trường địa chất
dưới ảnh hưởng của các tác động kỹ thuật" của V.A. Mironhenko, X.E Gretrinsep, B.V
Xnaimov, V.M. Sextakov; "Kết quả và nhiệm vụ nghiên cứu sự biến đổi của môi
trường địa chất khi khai thác nước dưới đất" của L.X. Iazvin, B.V. Borevxki, I.K
Gavice, K.I. Xưtrev, M.A Khordikainhen...
Đất yếu rất nhạy cảm với tác động của điều kiện môi trường. Chính vì vậy, để
nghiên cứu trong phòng, quan trọng nhất là khi lấy các mẫu nghiên cứu cần đảm bảo
được tính nguyên trạng của chúng. Vấn đề này đặc biệt đã được các nhà Khoa học trên
thế gới quan tâm. Sự thay đổi cấu trúc của đất có ảnh hưởng sâu sắc tới việc xác định
các đặc trưng cơ lý của đất (Li,1982; Burland,1990; Tan và nnk,1992; Feng,1992;
Zhang,1995; Shen,1998) [19]. Theo số lượng lớn kết quả thí nghiệm trong phòng của
Burland (1990), Shen(1998) đã chỉ ra: tính chất cơ lý của đất có sự khác biệt lớn giữa
trước và sau khi phá hủy cấu trúc tự nhiên, thể hiện rõ trên các đồ thị nén lún, quan hệ
giữa ứng suất và biến dạng; sức kháng cắt, hệ số cố kết và hệ số thấm của đất. Các kết
quả quan trắc ngoài hiện trường của Zhang (1995) cũng đưa ra nhận định tương tự
trong hầu hết các đồ thị quan hệ giữa độ lún và thời gian, sự thay đổi giá trị áp lực

nước lỗ rỗng và dịch chuyển ngang theo thời gian. Hơn nữa, các kết quả nghiên cứu
của Feng (1992), Li (1982) Tan và Zhang (1992) [19] cũng đã chỉ ra: các tính chất cơ
học của đất sét yếu rất khó khôi phục khi phá hủy cấu trúc tự nhiên. Từ đó cho thấy, sự
cần thiết phải đảm bảo tính nguyên dạng của đất yếu sử dụng để thí nghiệm trong
phòng, khi đó mới cho các kết quả nghiên cứu tính chất cơ lý của đất yếu đúng với điều
kiện ngoài hiện trường.
Đối với đất yếu, cần sử dụng các phương pháp thí nghiệm thích hợp. Nagaraj và
nnk (2001)[18] đã đề cập phương pháp nghiên cứu thành phần vật chất, đặc điểm cố
kết và sức kháng cắt của đất yếu. František Havel (2004)[15] đã nghiên cứu đặc điểm
từ biến của đất yếu bằng thí nghiệm nén cố kết, nén ba trục đồng thời mô hình hóa trên
phần mềm Plaxis 8.2. Hans-Georg Kempfert và nnk (2006) [16] đề cập đến việc khảo


18
sát, nghiên cứu các tính chất cơ lý chủ yếu của đất yếu. Đây là những chỉ dẫn quan
trọng để đảm bảo cung cấp các chỉ tiêu cơ lý chính xác của đất yếu phục vụ xây dựng
công trình.
Balasubramaniam và nnk (1988,1989)[20] đã xác định được hàm lượng vôi thích
hợp cải tạo cho đất yếu ở Bangkok là 5-10%. Hỗn hợp sau gia cố có cường độ kháng
nén nở hông tăng lên khoảng 5 lần và áp lực tiền cố kết tăng lên khoảng 3 lần. Hệ số cố
kết thẳng đứng tăng 10 - 40 lần, góc ma sát tăng từ 24 -400.
Bergado và nnk (1996)[17] đã phân tích các yếu tố ảnh hưởng tới khả năng cải
tạo đất bằng xi măng là loại, lượng xi măng, thời gian, nhiệt độ bảo dưỡng; loại đất,
thành phần khoáng vật và đặc điểm môi trường nước lỗ rỗng trong đất.
1.3. Nghiên cứu đất yếu và xử lý nền đất yếu trong xây dựng đường ở Việt
Nam và khu vực TP Hồ Chí Minh
Ở Việt Nam, những nghiên cứu về thành phần và tính chất của đất yếu chủ yếu
được đề cập dưới dạng các bài báo đăng trên các tạp chí khoa học trong nước. Năm
1971-1972, Lê Huy Hoàng có công trình nghiên cứu tính chất của đất sét rìa Bắc đồng
bằng Bắc Bộ. Năm 1973, Hoàng Văn Tân cùng tập thể tác giả [6] đã đưa ra quan điểm

nghiên cứu về đất yếu và tổng kết các đặc trưng cơ lý của chúng, trong đó có đất yếu
của khu vực nghiên cứu. Năm 1984, Tạ Hồng Quân [5] đã đưa ra các kết quả về tính
chất cố kết của một số loại đất yếu chính ờ Hà Nội. Năm 1984, Đỗ Trọng Đông và
Đoàn Thế Tường [2] đã đi sâu nghiên cứu các đặc điểm biến dạng của đất bùn, than
bùn hệ tầng Giảng Võ trước đây, nay được xếp vào hệ tầng Hải Hưng, phụ hệ tầng
dưới. Năm 1990, Nguyễn Vũ Tùng [13], đã nêu lên các phương pháp thí nghiệm hiện
trường áp dụng thích hợp khi tiến hành khảo sát ĐCCT cho vùng có đất yếu. Năm
1994, Lê Trọng Thắng [10] đã đưa ra quan điểm phân chia thể địa chất và đưa ra các
kết quả xử lý tài liệu xuyên tĩnh của các thành tạo đất đá tham gia trong cấu trúc nền
đất yếu ở khu vực Hà Nội. Năm 1994, Nguyễn Viết Tình và Phạm Văn Tỵ [11] đã đưa
ra kết luận về tính biến đổi thành phần và tính chất cơ lý của loại đất yếu phổ biến nhất
trong khu vực nghiên cứu. Năm 2014, Nguyễn Thị Nụ [4] đã làm sáng tỏ đặc tính


19
2-3

ĐCCT của đất loại sét yếu amQ2

phân bố ở các tỉnh ven biển Đồng bằng sông Cửu

Long, từ đó phân tích, đề xuất về các vấn đề khảo sát ĐCCT, kiến nghị các biện pháp
xử lý và sử dụng các chỉ tiêu cơ lý trong tính toán xử lý nền đất yếu.
Thành phố Hồ Chí Minh là nằm trên đồng bằng sông Cửu Long là đồng bằng
trũng thấp, do đó nền địa hình thành phố Hồ Chí Minh tồn tại các trầm tích biển, ven
biển, đầm lầy, có bề dày lớn, đất yếu phân bố trong các hệ tầng Bình Chánh và Cần
Giờ. Tại thành phố Hồ Chí Minh nhiều công trình giao thông đã phải áp dụng các giải
pháp kỹ thuật xử lý nền đất yếu như cao tốc thành phố Hồ Chí Minh – Long Thành –
Dầu Giây, cao tốc thành phố Hồ Chí Minh – Trung Lương. Tại những tuyến đường
trên, đã áp dụng các giải pháp xử lý nền đường như: bấc thấm kết hợp gia tải trước,

giếng cát, cọc cát,… có những đoạn gặp nhiều khó khăn trong xử lý nền đất yếu và
phải xử dụng phương án xây dựng cầu cạn.
1.4. Một số phương pháp xử lý nền đất yếu đã và đang áp dụng trên thế
giới, ở Việt Nam và khu vực nghiên cứu
Việc xử lý nền đất yếu khi xây dựng các công trình phụ thuộc vào nhiều yếu tố:
đặc điểm của công trình, cấu trúc nền đất, nước dưới đất, điều kiện thi công, hiệu quả
kinh tế…Với từng điều kiện cụ thể mà người thiết kế đưa ra những giải pháp xử lý phù
hợp.
Mục đích của công tác xử lý nền đất yếu là làm tăng sức chịu tải, giảm tính biến
dạng của nền đất, thỏa mãn các trạng thái giới hạn của nền và công trình; cụ thể cải
thiện một số tính chất cơ lý của các lớp đất yếu như: giảm hệ số rỗng, tăng độ chặt,
giảm tính nén lún,….
Đối với công trình thủy lợi, việc xử lý nền đất yếu còn làm giảm tính thấm của
đất, đảm bảo ổn định cho khối đất đắp.
Trên thế giới:
Hiện nay, tổng thể các tác giả đã đi đến phân chia bảng phân loại các biện pháp
xử lý nền đất yêú như ở bảng 1.1:
Bảng 1.1 Các nhóm phương pháp xử lý nền đất yếu


20
STT

1

2

3

Các nhóm phương pháp

Các phương
pháp làm chặt
Các phương
pháp sử dụng
chất kết dính

Trên mặt
Dưới sâu
Trên mặt
Dưới sâu

Các phương pháp thoát
nước thẳng đứng

Phương pháp
Đầm chặt, đầm
rung, xe lu…
Cọc cát, nổ mìn,
thủy chấn…
Trộn vôi, xi măng,
bitum…
Cọc đất- xi măng,
cọc đất- vôi
Bấc thấm kết hợp
gia tải trước và hút
chân không, giếng
cát,…
Silicat

4

Phụt dung dịch

Xi măng

Phạm vi áp dụng
Sử dụng nhiều trong lĩnh
vực giao thông , nhà dân
dụng,…
Sử dụng nhiều trong lĩnh
vực thuỷ công, đường,
cầu,…
Sử dụng nhiều trong lĩnh
vực giao thông, nền nhà
công nghiệp, chiều sâu xử
lý lớn (10-40m)
Sử dụng trong lĩnh vực
dân dụng và công nghiệp

Nhiệt, dòng điện 1
chiều
Điện silicat
5

Một số phương pháp khác

Bổ sung, thay thế
thành phần hạt đất

Sử dụng trong xây dựng

dân dụng và công nghiệp

Hạ thấp mực nước
dưới đất…..
Việt Nam:
Cho đến nay ở nước ta, việc xây dựng nền đắp trên đất yếu vẫn là một vấn đề
tồn tại và một bài toán khó đối với người xây dựng. Do đó khi xây dựng công trình trên
nền đất yếu thì phải có các biện pháp kỹ thuật để cải tạo tính năng chịu lực của nền đất
đó, để đưa công trình vào sử dụng lâu dài và bền vững. Từ bảng 1.1, một số biện pháp
cải tạo đã và đang sử dụng ở nước ta:
- Các phương pháp làm chặt cơ học: đầm rung, đầm chặt, cọc cát,…


21
- Các phương pháp sử dụng chất kết dính: cọc đất- xi măng, cọc đất- vôi: áp
dụng trong xây dựng đường, thuỷ lợi ở một số tỉnh ở khu vực đồng bằng sông Cửu
Long như Bạc Liêu, Sóc Trăng,…
- Các phương pháp thoát nước thẳng đứng kết hợp với gia tải hoặc hút chân
không:
+ Giếng cát thoát nước thẳng đứng: đã áp dụng ở tuyến đường Thăng Long- Nội
Bài ( Hà Nội), đoạn Km93 QL5 (đoạn Cảng Chùa Vẽ, Hải Phòng), đường Láng – Hoà
Lạc, Pháp Vân- Cầu Giẽ.
+ Bấc thấm kết hợp gia tải trước, hút chân không: đã xử lý cho dự án nâng cấp
QL5 trên đoạn Km47-Km62 ( năm 1993), QL51 ( thành phố Hồ Chí Minh đi Vũng
Tàu), Láng- Hoà Lạc, QL1A, QL18,…
Một số phương pháp xử lý đất yếu ứng dụng ở thành phố Hồ Chí Minh:
Thành phố Hồ Chí Minh là Trung tâm kinh tế lớn nhất nước và đây cũng là đầu
mối giao thông của nhiều tuyến đường lớn đi qua như QL1A, QL21, QL38,…. Tại các
tuyến đường này đã sử dụng các phương pháp xử lý đất yếu như cọc cát, giếng cát, bấc
thấm kết hợp gia tải trước,…

Dưới đây, tác giả trình bày một số phương pháp xử lý nền đất yếu chủ yếu đã sử
dụng trong xây dựng đường tại Việt Nam nói chung và khu vực vùng nghiên cứu nói
riêng:
*Giải pháp đào thay đất (xây dựng lớp đệm cát hay đệm đất)
Đây là giải pháp thường được sử dụng với những đoạn nền đường đắp trực tiếp
trên nền đất yếu có chiều cao nền đắp thấp, chiều dày lớp đất yếu bên dưới không lớn
và mực nước ngầm ở dưới sâu.
Trong những trường hợp như vậy, người ta đào bỏ toàn bộ lớp đất yếu phía trên
(từ 2-3m) hoặc một phần lớp đất yếu và thay thế bằng các lớp cát hoặc đất đắp có
cường độ chống cắt lớn hơn. Có thể sử dụng vật liệu địa phương tại chỗ để cải thiện
tính chất của nền đất yếu.
Ưu, nhược điểm của phương pháp và điều kiện áp dụng:


22
-Giải pháp thay đất thi công đơn giản, không đòi hỏi các thiết bị phức tạp, khá
rẻ; tuy nhiên chỉ áp dụng khi bề dày lớp đất yếu mỏng (<3m) và không chịu ảnh hưởng
của nước có áp.
Giải pháp này đã được áp dụng trong xây dựng giao thông ở nước ta, như tuyến
N2, QL1A, đường cao tốc TP. HCM - Trung Lương,…
*Cọc cát
Cọc cát xuất phát từ cột đá Ballast là loại cọc được cấu tạo từ vật liệu rời đặt
trong đất tham gia cùng đất nền chống đỡ tải trong công trình, đã gọi là cọc, nên bản
thân cọc cát phải được tạo thành từ những loại cát đồng nhất, tiết diện liên tục theo
chiều sâu, sức chịu tải của cát được chọn phải lớn hơn nhiều lần so với đất nền tự
nhiên. Vật liệu làm cọc không thể hòa lẫn vào đất (chìm dần vào đất yếu). Do đó,
không phải loại đất yếu bất kỳ nào cũng có thể sử dụng cọc cát để xử lý.
Cần phải phân biệt cọc cát với các cọc cứng khác như cọc bê tông cốt thép, cọc
thép... Cọc cứng là một bộ phận của kết cấu móng làm nhiệm vụ truyền tải trọng công
trình xuống nền đất còn cọc cát làm nhiệm vụ lèn chặt và thoát nước cho nền đất làm

tăng sức chịu tải cho nền.
Việc sử dụng cọc cát được nhà bác học Nga M.X.Voikov đề nghị đầu tiên vào
năm 1840 và sau đó là giáo sư V.I.Kurdyumov năm 1886. Qua hơn một thập kỷ
phương pháp này đã được tiếp tục nghiên cứu, bổ sung và được ứng dụng ở nhiều nước
trên thế giới như Liên Xô trước đây, Trung Quốc, Anh, Pháp, Hà Lan và Mỹ.

Hình 1.1: Quy trình thi công cọc cát


23
Ưu, nhược điểm của phương pháp và điều kiện áp dụng:
- Khi dùng cọc cát, ngoài nhiệm vụ chính là làm chặt đất, quá trình cố kết của
nền đất diễn biến nhanh hơn nhiều so với nền đất thiên nhiên hoặc nền đất dùng cọc
cứng. Bởi vì lúc này cọc cát làm việc như các giếng thoát nước, nước trong đất có điều
kiện thoát ra nhanh theo chiều dài cọc dưới tác dụng của tải trọng ngoài. Phần lớn độ
lún của nền đất có cọc cát thường kết thúc trong quá trình thi công, do đó tạo điều kiện
cho công trình mau chóng đạt đến giới hạn ổn định.
- Sử dụng cọc cát về mặt kinh tế rẻ hơn so với khi sử dụng các phương án cọc
khác như: cọc bêtông, cọc bêtông cốt thép. Vật liệu làm cọc cát rẻ hơn nhiều so với
thép, bêtông cốt thép dùng trong cọc cứng và không bị ăn mòn nếu nước ngầm có tính
xâm thực. Biện pháp thi công cọc cát tương đối đơn giản, không đòi hỏi những thiết bị
phức tạp.
-Nén chặt bằng cọc cát là một phương pháp có hiệu quả khi xây dựng các công
trình có tải trọng lớn trên nền đất yếu. Khi chiều dày lớp đất yếu nhỏ hơn 10m có thể
dùng cọc cát nén chặt được.
Một số công trình áp dụng hiệu quả phương pháp này như: đường Bắc Thăng
Long – Nội Bài, đường hành lang ven biển phía Nam đi qua Đồng Tháp và Kiên
Giang,…
*Phương pháp cọc cát đầm
Cọc cát đầm được sử dụng để làm chặt đất và tăng nhanh quá trình cố kết của

đất nền, làm cho nền đất có khả năng biến dạng đều và nhanh chóng đạt đến giới hạn
ổn định về lún. Phương pháp này sử dụng tải trọng nén kết hợp với rung để xuyên một
ống nhồi cát và đầm chặt vào lớp đất yếu làm cho đất được nén chặt, hệ số rỗng giảm
từ đó tăng cường độ và modun biến dạng của đất nền.
Dưới tác dụng của tải trọng, cọc cát đầm 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.
So với phương pháp cọc cát, phương pháp cọc cát đầm chặt có những ưu nhược
điểm:


24
- Khi dùng cọc cát đầm, đường kính cọc được thiết kế lớn hơn (từ 600- 800mm),
do đó hiệu quả nén chặt sẽ cao hơn. Chiều sâu xử lý lớn, có thể tới 40m.
- Tuy nhiên kỹ thuật thi công cọc cát đầm khá phức tạp, đòi hỏi phải có thiết bị
chuyên dụng và có thể gây ảnh hưởng xấu đến các công trình lân cận.
Kinh nghiệm xây dựng cũng như những kết quả đã nghiên cứu cho thấy rằng:
phương pháp xử lý nền đất yếu bằng cọc cát đầm có phạm vi áp dụng khá lớn, có thể
áp dụng cho các loại đất yếu có chiều dày lớn như các loại đất cát nhỏ, cát bụi rời ở
trạng thái bão hòa nước, các đất cát có xen kẽ những lớp bùn mỏng, các loại đất dính
yếu (sét, sét pha cát và cát pha sét) cũng như các loại đất bùn và than bùn.
Phương pháp cọc cát đầm đã được sử dụng ở dự án đường cao tốc Hà Nội – Hải
Phòng với chiều sâu xử lý đến 40m và nền đắp cao 9m.
*Giếng cát
Biện pháp thoát nước thẳng đứng bằng giếng cát được áp dụng phổ biến để xử lý
đất yếu có bề dày lớn. Giếng cát thường có đường kính từ 20 - 60cm, bằng cát hạt
trung hoặc thô. Áp dụng biện pháp xử lý bằng giếng cát đạt được hai mục đích chính
sau:
-Tăng nhanh độ cố kết, làm cho nền đất có khả năng biến dạng đồng đều do đó
giảm được thời gian lưu tải;
-Tăng cường độ của đất nền, đảm bảo độ ổn định của nền đường đắp trên các

đoạn đất yếu.
Cần lưu ý rằng, khi sử dụng giếng cát gia cố nền đất yếu cần đảm bảo đạt được
độ đồng đều của cát trong suốt chiều dài giếng cát, tránh hiện tượng đứt đầu giếng cát
dưới tác dụng các loại tải trọng.
Xử lý nền đất yếu bằng giếng cát sẽ phát huy hiệu quả cao nếu đất yếu có hàm
lượng hữu cơ không lớn (thường <10%) và tải trọng đắp lớn hơn áp lực tiền cố kết của
đất yếu. Khi ứng dụng giếng cát cũng cần chú ý rằng, nếu nền đất có trị số độ dốc thủy
lực ban đầu và độ bền cấu trúc lớn thì phải đi kèm với biện pháp gia tải trước để nước
thoát ra nhanh hơn.
*Bấc thấm (PVD)


25
Bấc thấm là thiết bị tiêu nước thẳng đứng chế tạo sẵn. Giải pháp xử lý đất yếu
bằng bấc thấm cần thiết áp lực đất đắp đủ lớn để nước trong đất yếu thoát ra ngoài, làm
tăng tốc độ cố kết và cường độ đất nền.

Hình 1.2: Hình ảnh bấc thấm sau cắm
Ưu, nhược điểm của phương pháp và điều kiện áp dụng:
+Tốc độ lắp đặt bấc thấm nhanh, vì thế giảm giá thành công trình;
+Trong quá trình cố kết, bấc thấm đặt trong nền đất yếu sẽ không xảy ra hiện
tượng bị cắt trượt do lún cố kết gây ra;
+Không yêu cầu nước phục vụ thi công;
+Bấc thấm là sản phẩm được chế tạo trong nhà máy với chất lượng và công nghệ
ổn định;
+Tuy nhiên, khi thi công, bấc thấm có thể bị gãy hoặc bị vật liệu chui vào làm
tắc nghẽn và giảm khả năng thấm nước dẫn đến hiệu quả xử lý giảm đi rất nhiều.
Bấc thấm thường được sử dụng với nền đắp có chiều cao <5,0m, chiều dày đất
yếu <40m, lượng lún cố kết Sc<1,5m, không có lớp vỏ cứng phía trên và thấu kính cát
xen kẹp. Khi thi công bấc thấm có thể bị gãy hoặc bị vật liệu chui vào làm tắc nghẽn và

giảm khả năng thấm nước dẫn đến hiệu quả xử lý giảm đi rất nhiều.
Phương pháp PVD kết hợp với gia tải trước được sử dụng ở Việt Nam lần đầu
tiên trong dự án nâng cấp đường Quốc lộ 51 (đoạn từ TP Hồ Chí Minh đi Vũng Tàu)
sau đó được áp dụng rộng rãi: nâng cấp Quốc lộ 5, đường Láng-Hòa Lạc, ...