Nghiên cứu tính chất cơ lý nền đất yếu đồng bằng ven biển quảng nam đà nẵng phục vụ xây dựng đường giao thông tt

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

NGUYỄN THỊ NGỌC YẾN

NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT CƠ LÝ NỀN ĐẤT YẾU
ĐỒNG BẰNG VEN BIỂN QUẢNG NAM – ĐÀ NẴNG PHỤC VỤ
XÂY DỰNG ĐƢỜNG GIAO THÔNG

Chuyên ngành: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG
Mã số chuyên ngành: 9580211

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI, NĂM 2018
1


Công trình được hoàn thành tại Trƣờng Đại học Thủy lợi

Người hướng dẫn khoa học 1: PGS.TS Bùi Văn Trường
Người hướng dẫn khoa học 2: GS.TSKH Nguyễn Thanh

Phản biện 1: PGS.TS Nguyễn Huy Phương
Phản biện 2: PGS.TS Đoàn Thế Tường
Phản biện 3: PGS.TS Phùng Vĩnh An

Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án họp tại

...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
vào lúc
giờ
ngày 8 tháng 11 năm 2018

Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện:
- Thư viện Quốc gia
- Thư viện Trường Đại học Thủy lợi
2


MỞ ĐẦU
1

Tính cấp thiết

Quá trình đô thị hóa và phát triển du lịch tại đồng bằng ven biển (ĐBVB)
Quảng Nam - Đà Nẵng đang diễn ra nhanh chóng và cần thiết phải phát triển cơ
sở hạ tầng giao thông. Mặt khác, do đặc điểm nền đất yếu của nước ta phân bố
rộng khắp không chỉ ở đồng bằng Bắc Bộ (ĐBBB), đồng bằng sông Cửu Long
(ĐBSCL) mà còn phân bố ở khu vực miền Trung, nhất là ĐBVB Quảng Nam Đà Nẵng. Do đất yếu có tính nén lún lớn, khả năng thoát nước nhỏ nên nền đắp
thường bị lún mạnh và kéo dài, đòi hỏi kỹ thuật xử lý phức tạp, tốn kém. Thực
tế xây dựng cho thấy, có rất nhiều công trình bị lún, hư hỏng nặng khi xây dựng
trên nền đất yếu là do không đánh giá một cách có hệ thống, đầy đủ và chính
xác tính chất cơ lý (TCCL) của đất yếu, cũng như xem xét mối quan hệ giữa đất
yếu với các thành tạo đất đá xung quanh, để làm cơ sở khoa học và đề ra các
giải pháp xử lý (GPXL) phù hợp. Trong những năm gần đây, ở khu vực nghiên
cứu xuất hiện nhiều sự cố công trình, đặc biệt là các tuyến đường xây dựng trên
nền đất yếu.

Bên cạnh đó, đất yếu ở khu vực là những trầm tích trẻ hiện đại có tuổi Holocen
và Pleistocen muộn, được hình thành đa nguồn gốc. Khả năng xây dựng công
trình trên nền đất yếu, cũng như việc lựa chọn GPXL phụ thuộc rất lớn vào các
TCCL của đất, thành phần vật chất (TPVC) và vị trí tồn tại của đất yếu trong
cấu trúc nền. Do đó, nghiên cứu một cách đầy đủ, có hệ thống về TPVC, TCCL
và cấu trúc nền (CTN) đất yếu ở khu vực là hết sức cần thiết, nhằm cung cấp đủ
luận cứ khoa học để tính toán thiết kế đường giao thông cũng như cung cấp cơ
sở quan trọng trong việc lựa chọn, đề xuất và tính toán - thiết kế đúng đắn các
GPXL nền đường đất yếu. Vì vậy, đề tài luận án "Nghiên cứu tính chất cơ lý
nền đất yếu đồng bằng ven biển Quảng Nam - Đà Nẵng phục vụ xây dựng
đường giao thông" có tính cấp thiết, ý nghĩa khoa học và thực tiễn.
2

Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu là nghiên cứu, xác định thành phần vật chất, tính chất cơ lý của đất
3


yếu vùng đồng bằng ven biển Quảng Nam - Đà Nẵng, đặc biệt là đặc tính biến
dạng, cố kết thấm, độ bền chống cắt và quan hệ tương quan của chúng phục vụ
cho lựa chọn, tính toán, thiết kế các GPXL nền được chính xác và phù hợp.
3

Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng: Đất yếu đa nguồn gốc ở ĐBVB Quảng Nam - Đà Nẵng.
Phạm vi: Dải đồng bằng ven biển Quảng Nam - Đà Nẵng từ huyện Núi Thành
(Quảng Nam) đến quận Liên Chiểu (Đà Nẵng), chiều sâu nghiên cứu đến 30 m,
khống chế đới ảnh hưởng của nền đường và chiều sâu phân bố đất yếu.

4

Nội dung nghiên cứu

- Tổng quan về nghiên cứu TCCL và các giải pháp kỹ thuật xử lý nền đất yếu
trên thế giới, Việt Nam và ở ĐBVB Quảng Nam - Đà Nẵng, từ đó đánh giá
những thành tựu, tồn tại và chỉ ra vấn đề mà luận án tập trung giải quyết.
- Điều kiện địa kỹ thuật vùng ĐBVB Quảng Nam - Đà Nẵng và xây dựng bản
đồ phân bố đất yếu sử dụng trong xây dựng đường giao thông.
- Nghiên cứu chi tiết về thành phần vật chất (thành phần khoáng vật, thành
phần hóa học, vật chất hữu cơ và thành phần hạt) của đất yếu, nhằm làm sáng tỏ
nguồn gốc, điều kiện thành tạo và tồn tại của đất yếu, đây là những yếu tố quan
trọng quyết định đến tính chất xây dựng (TCXD) của đất yếu.
- Nghiên cứu đặc tính biến dạng - cố kết thấm, xác định hệ số tỉ lệ m=Ch/Cv và
sức kháng cắt của các thành tạo đất yếu, cung cấp cơ sở khoa học để lựa chọn,
tính toán thiết kế GPXL nền đất yếu được chính xác và hiệu quả hơn.
- Xây dựng bản đồ cấu trúc nền đất yếu theo một hệ thống tiêu chí nhất quán,
có cơ sở khoa học và dễ sử dụng trong trong xây dựng đường giao thông.
5

Phƣơng pháp nghiên cứu

Luận án sử dụng tổng hợp các phương pháp nghiên cứu: Phương pháp kế thừa,
Phương pháp địa chất, Phương pháp số, Phương pháp thực nghiệm, Phương
pháp thống kê và địa thống kê, Phương pháp phân tích hệ thống, Phương pháp
4


phân tích tính toán lý thuyết, Phương pháp chuyên gia.
6

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án

Xác định được các đặc trưng cơ lý, thành phần vật chất và sự phân bố của đất
yếu ven biển Quảng Nam - Đà Nẵng.
Xây dựng được bản đồ phân vùng cấu trúc nền phục vụ xử lý nền cho công
trình giao thông.
7

Bố cục luận án

Ngoài phần mở đầu, kết luận, nội dung luận án được thể hiện trong 4 chương.
Chương 1: Tổng quan các nghiên cứu tính chất cơ lý và ứng dụng cho xử lý nền
đất yếu.
Chương 2: Điều kiện địa kỹ thuật đồng bằng ven biển Quảng Nam - Đà Nẵng.
Chương 3: Nghiên cứu thành phần vật chất và tính chất cơ lý của đất yếu.
Chương 4: Cấu trúc nền đất yếu và phân tích lựa chọn thông số đất nền trong
tính toán xử lý nền đất yếu.
CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT CƠ LÝ
VÀ ỨNG DỤNG CHO XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU
1.1
1.1.1

Tổng quan về nghiên cứu tính chất cơ lý nền đất yếu
Khái niệm về đất yếu và nền đất yếu

Trên thế giới cũng như trong nước tồn tại nhiều quan điểm khác nhau về đất
yếu. Trên quan điểm xem xét quan hệ tương tác giữa tính chất, quy mô tải trọng
công trình và sức chịu tải của nền đất, tác giả cho rằng: Đất yếu là đất có khả
năng chịu tải thấp (<50 - 100 kPa), độ bền kháng cắt được đặc trưng bằng

cường độ lực dính và góc ma sát trong thấp (c<10 kPa, φ<80), khả năng biến
dạng được đặc trưng bằng hệ số nén lún lớn (a≥ 10 kPa-1) và môđun tổng biến
dạng nhỏ (E0≤5000 kPa). Nếu không có biện pháp xử lý thích hợp thì không thể
xây dựng công trình trên nó. Nền đất yếu là nền đất không thuận lợi cho việc
xây dựng công trình, cần phải áp dụng các giải pháp xử lý nền một cách hợp lý
và hiệu quả, nhằm đảm bảo sự ổn định lâu dài cho công trình.
5


1.1.2

Nghiên cứu, sử dụng nền đất yếu trên thế giới

Trên thế giới đề cập đến các nghiên cứu như: Phương pháp lấy mẫu nguyên
dạng của Zhang (1995), Andresen và Kolstad (1979); Nagaraj.T.S, Norihiko
Miura (2001), về thành phần vật chất của Ohtsubo và nnk (2006),
V.D.Lomtadze, V.P.Petrukhin, K. Terzaghi (1960); nghiên cứu tính chất cơ học
của K. Terzaghi và nnk (1925-1948); Casagrande.A. (1938); L.Bjerrum (1967);
Hanzawa (1989); Germaine J.T. (2009),…Hệ số cố kết thấm ngang được đề cập
bởi các tác giả như: P.W.Rowe (1996); Tavenas (1983); Seah và nnk (20032004); Bergado (2002). Sức kháng cắt của đất được nghiên cứu bởi Bjerrum
(1972), Azzouz (1983), Duncan (1989), Kulhawy và nnk (1990), Morris và nnk
(1994), Skempton (1957). Các nghiên cứu về cấu trúc nền của M.V.Ras (1973)
và các tác giả thuộc Liên Xô củ. Các nghiên cứu về giải pháp cải tạo, xử lý nền
đất yếu cũng được tiến hành từ những năm 1960 và không ngừng được cải tiến
cho đến nay, được đề cập bởi nhiều tác giả với các GPXL khác nhau như: Cọc
đất - Vôi/xi măng, bấc thấm, chất kết dính vô cơ, bơm hút chân không.
1.1.3

Tình hình nghiên cứu đất yếu ở Việt Nam

Ở Việt Nam, đất yếu và nền đất yếu được đề cập trong nhiều lĩnh vực, tiêu biểu
là nghiên cứu của Tạ Đức Thịnh (2010); Phạm Văn Tỵ (1993); Trần Thị Thanh,
Nguyễn Văn Thơ, Tô Văn Lận (1999); Nguyễn Thanh (1984); Võ Ngọc Hà
(2012); Trần Huy Tấn và nnk (2013); Trần Xuân Thọ (2014); Nguyễn Thị Nụ
(2015); ….chủ yếu tập trung ở ĐBBB và ĐBCSL. Đây là những định hướng
quan trọng cho nghiên cứu đất yếu ở ĐBVB Quảng Nam - Đà Nẵng.
1.2
Tình hình nghiên cứu, sử dụng nền đất yếu ở ĐBVB Quảng Nam Đà Nẵng
Trong những năm gần đây, vấn đề đất yếu trong khu vực bắt đầu được quan
tâm nghiên cứu và đề cập bởi các tác giả như: Bùi Hồng Trung và nnk (2006);
Đỗ Minh Toàn (2008); Nguyễn Thu Hà (2013); Đỗ Quang Thiên (2013, 2014).
Tuy nhiên, công trình nghiên cứu còn ít, TCCL của đất yếu chưa được nghiên
cứu một cách có tính hệ thống và đồng bộ, nên chưa có đủ luận cứ khoa học để
làm cơ sở cho công tác khảo sát, lựa chọn và thiết kế các GPXL nền đường.
6


1.3
1.3.1

Các thành tựu, tồn tại trong nghiên cứu xử lý nền đất yếu và những
vấn đề luận án tiếp tục giải quyết
Các thành tựu cơ bản trong nghiên cứu, sử dụng đất yếu

Trên thế giới, công tác nghiên cứu đặc tính địa kỹ thuật và cải tạo đất yếu đã
đạt được những thành tựu nổi bật trong các lĩnh vực khác nhau, từ cơ bản đến
chuyên sâu. Ở Việt Nam, công tác nghiên cứu đất yếu cũng đã đạt được những
thành tựu nhất định, đặc biệt là tại đồng bằng Bắc Bộ và đồng bằng sông Cửu
Long. Đây là luận cứ khoa học để chỉ ra được khả năng quy hoạch, thiết kế
nhiều đối tượng công trình xây dựng, đặc biệt là xây dựng đường trên đất yếu.

1.3.2

Những tồn tại chủ yếu trong nghiên cứu, sử dụng đất yếu ở Việt Nam

(1) Phần lớn đất yếu được đề cập trong công tác khảo sát ĐCCT - ĐKT phục vụ
thiết kế xây dựng công trình. (2) Các nghiên cứu cơ bản còn chưa đầy đủ, thiếu
tính hệ thống. (3) Việc áp dụng các thành tựu nghiên cứu trong cải tạo ĐKT đất
yếu của thế giới vào Việt Nam còn có hạn chế, nên chưa phát huy được hết
những ưu điểm của các GPXL.
1.3.3

Các vấn đề tồn tại trong nghiên cứu, xử lý đất yếu ở ĐBVB Quảng
Nam - Đà Nẵng cần tiếp tục giải quyết trong đề tài luận án

(1) - Công tác nghiên cứu chưa tập trung đề cập đến sự hình thành các tính chất
cơ lý của đất yếu. (2)- Phương pháp tiếp cận nghiên cứu còn thiếu tính khoa
học và hệ thống. (3)- Chưa đầy đủ những luận cứ khoa học để lựa chọn, tính
toán thiết kế GPXL nền đường chính xác và hiệu quả. Do vậy, luận án sẽ đi sâu
nghiên cứu một cách có hệ thống và đầy đủ hơn về TPVC, TCCL của nền đất
yếu phân bố ở vùng ĐBVB Quảng Nam - Đà Nẵng phục vụ xây dựng đường.
1.4

Phƣơng pháp luận và cách tiếp cận

Để làm sáng tỏ TPVC và TCCL đất yếu phục vụ xây dựng đường giao thông ở
ĐBVB Quảng Nam - Đà Nẵng, cần phải tìm hiểu quá trình hình thành đất yếu
và các yếu tố môi trường xung quanh trên quan điểm tiếp cận hệ thống. Khi vận
dụng phương pháp hệ thống (PPHT) trong xây dựng công trình giao thông, cần
phải gắn đối tượng nghiên cứu (đất yếu) với các hoạt động xử lý nền (GPXL
7

nền đường) và đặc điểm công trình (quy mô, tải trọng nền đường đắp) tạo thành
hệ thống địa hệ tự nhiên - kỹ thuật. Tức là cần phải dựa vào CTN, xem xét địa
hệ tự nhiên - kỹ thuật và mối tương tác giữa các hợp phần trong đó, để đề xuất
GPXL và kiến nghị các chỉ tiêu cơ lý đất yếu phục vụ xử lý nền đường. Mặt
khác, phải xác định các chỉ tiêu cơ lý trong thiết kế và kiểm toán ổn định của
nền đất xử lý, đồng thời kiến nghị GPXL phù hợp với từng kiểu CTN. Vì vậy,
cần phải nghiên cứu những tính chất đặc trưng (biến dạng - cố kết thấm, sức
kháng cắt) quyết định đến việc lựa chọn, đề xuất và tính toán thiết kế GPXL.
1.5

Kết luận chƣơng 1

Luận án đã tổng hợp, phân tích các công trình nghiên cứu có liên quan mật thiết
đến đề tài, đặc biệt là các công trình nghiên cứu ở ĐBVB Quảng Nam - Đà
Nẵng. Các nghiên cứu liên quan đến đất yếu ở trên thế giới đã đạt được những
thành tựu nổi bậc về TPVC và TCCL. Ở Việt Nam, công tác nghiên cứu đất yếu
cũng đã đạt được những thành tựu nhất định, đặc biệt tại ĐBBB và ĐBSCL.
Tuy nhiên, ở ĐBVB Quảng Nam - Đà Nẵng các công trình nghiên cứu còn ít,
tính chất cơ lý của đất yếu chưa được nghiên cứu một cách có tính hệ thống và
đồng bộ, phương pháp tiếp cận nghiên cứu còn thiếu tính khoa học và hệ thống,
chưa đủ luận cứ khoa học để lựa chọn, tính toán thiết kế giải pháp xử lý nền
đường chính xác và hiệu quả hơn. Khả năng xây dựng công trình trên nền đất
yếu ngoài phụ thuộc vào thành phần vật chất và tính chất cơ lý của đất yếu, còn
phụ thuộc vào bề dày, sự phân bố của đất yếu trong cấu trúc nền. Do vậy, nhằm
định hướng cho công tác nghiên cứu tính chất cơ lý đất yếu phục vụ xây dựng
đường, cần phải xem xét tất cả các yếu tố nằm trong mối quan hệ có sự tác
động lẫn nhau và được quyết định bởi điều kiện địa kỹ thuật của khu vực.
CHƢƠNG 2 ĐIỀU KIỆN ĐỊA KỸ THUẬT ĐỒNG BẰNG VEN BIỂN

QUẢNG NAM - ĐÀ NẴNG
2.1

Quan điểm về điều kiện địa kỹ thuật

Có nhiều nghiên cứu liên quan đến điều kiện địa kỹ thuật, nhưng phần lớn các
tác giả chỉ đề cập đến các yếu tố của điều kiện địa kỹ thuật mà chưa đưa ra một
8


khái niệm cụ thể về điều kiện địa kỹ thuật. Theo tác giả: “Điều kiện địa kỹ thuật
là tổng hợp các yếu tố tự nhiên thuộc thạch quyển (cấu trúc địa chất, địa hình địa mạo, đặc điểm địa chất thủy văn, tính chất cơ lý đất đá, các quá trình và
hiện tượng địa chất, vật liệu xây dựng) trong mối tương tác với khí quyển, thủy
quyển, sinh quyển cùng với các yếu tố của hệ thống kỹ thuật khu vực, đặc tính
kỹ thuật, quy mô của công trình”.
2.2 Điều kiện địa kỹ thuật khu vực
2.2.1 Thạch quyển
2.2.1.1 Cấu trúc địa chất
Bao gồm các thành tạo địa chất trước Đệ Tứ và Đệ Tứ có tuổi và nguồn gốc
khác nhau (hình 2.1). Trong đó ambQ23, mbQ22, ambQ22, abmQ21 và amQ13(2) là
các thành tạo đất yếu, TCCL của chúng quyết định ổn định công trình và là đối
tượng nghiên cứu chính của luận án.
2.2.1.2

Điều kiện địa hình - địa mạo

Gồm 6 kiểu địa hình - địa mạo (hình 4 phụ lục), được đặc trưng bởi mức độ
chia cắt và độ dốc lớn hơn so với đồng bằng Bắc Bộ và ĐBSCL. Điều kiện đó
có ý nghĩa quan trọng hình thành TPVC, TCCL các thành tạo đất yếu ở đây.
2.2.1.3

Đặc điểm địa chất thủy văn (nước dưới đất)

Vùng nghiên cứu gồm tầng chứa nước Holocen (qh), Pleistocen (qp), Đệ Tứ
không phân chia (q), Neogen (n) và Khe nứt (hình 5 phụ lục). Trong đó, tầng
chứa nước Holocen (qh) và Pleistocen (qp) chiếm phần lớn diện tích khu vực và
có ảnh hưởng trực tiếp đến TCCL, điều kiện cố kết thấm của đất yếu.
2.2.1.4

Tính chất cơ lý của đất đá ĐBVB Quảng Nam - Đà Nẵng

Căn cứ vào tuổi, nguồn gốc thành tạo và TCCL, độ bền và biến dạng, tác giả
chia đất đá thuộc vỏ trái đất vùng nghiên cứu thành 5 nhóm: đá cứng, đá nửa
cứng, đất rời, đất dính và đất yếu (hình 2.2; bảng 2.2, 2.3, 2.4, 2.5). Trong đó,
nhóm đất yếu hầu như chưa tự nén chặt có hệ số nén chặt kd từ - 0,31 đến 1,07; a= 6,8 -12,8 kPa-1; sức kháng cắt thấp (  < 50; C<10 kPa). Nhóm đất yếu
có tính năng xây dựng rất thấp, do đó không thể làm nền tự nhiên cho các công
9


trình, kể cả những loại công trình có tải trọng nhỏ, ít quan trọng. Đây là đối
tượng chính, luận án sẽ tập trung nghiên cứu.
2.2.1.5

Các quá trình địa động lực công trình

Các quá trình địa chất động lực ngoại sinh, nội sinh. Bên cạnh đó, tình trạng lún
và mất ổn định nền đường đất yếu cũng xảy ra khá phổ biến.
2.2.1.6 Vật liệu xây dựng tự nhiên.
Vật liệu xây dựng gồm: đá xây dựng, đá ốp lát, cát, sạn, sỏi xây dựng,…

2.2.2

Khí quyển

Khí hậu nhiệt đới ẩm gió mùa đặc trưng là điều kiện thuận lợi cho quá trình
phong hóa, tạo nguồn vật liệu trầm tích cho sự hình thành đất yếu. Lượng mưa
lớn làm cho lưu lượng dòng chảy trong các sông suối tăng cao, tạo điều kiện
thuận lợi cho quá trình vận chuyển trầm tích, đặc biệt là trầm tích hạt thô, đây
là nét đặc trưng riêng của ĐBVB Quảng Nam - Đà Nẵng.
2.2.3

Thủy quyển (hải văn, thủy văn)

Mạng lưới thủy văn - hải văn phong phú, góp phần cung cấp nguồn vật liệu
trầm tích cho quá trình hình thành đất yếu, làm thay đổi TPVC, TCCL cũng
như thay đổi trạng thái của đất yếu. Các sông có độ dài ngắn, độ dốc lớn, chế
độ dòng chảy tăng cao nên quá trình vận chuyển vật liệu trầm tích sẽ tích tụ hạt
cát, bụi chiếm ưu thế hơn so với hạt sét. Đây là nét đặc trưng riêng biệt của
vùng ĐBVB Quảng Nam - Đà Nẵng so với ĐBBB và ĐBCSL.

2.2.4

Sinh quyển

Nguồn sinh quyển đa dạng và phong phú, là yếu tố quyết định sự hình thành đất
và tạo nên nét đặc trưng riêng biệt về TPVC và TCCL đất yếu khu vực.
2.2.5

Hệ thống hạ tầng kỹ thuật công trình đường giao thông

Theo quy hoạch phát triển hạ tầng vùng kinh tế trọng điểm miền Trung đến
năm 2020 tầm nhìn đến năm 2030, hệ thống giao thông ĐBVB Quảng Nam Đà Nẵng bao gồm đường cao tốc, các đường cấp I-VI đồng bằng đều được
nâng cấp và đầu tư xây dựng. Hệ thống công trình đó chủ yếu được xây dựng
10


trên đất yếu. Tính chất, cấu trúc nền đất yếu trong phạm vi ảnh hưởng của công
trình có chiều sâu 30 m là yếu tố quyết định đới tương tác và ổn định của địa hệ tự
nhiên - kỹ thuật này.
2.3
2.3.1

Đặc điểm đất yếu đồng bằng ven biển Quảng Nam - Đà Nẵng
Sự hình thành đất yếu lãnh thổ nghiên cứu

Quá trình hình thành đất yếu vùng nghiên cứu có liên quan trực tiếp đến các đợt
biển tiến Holocen và Pleistocen với tốc độ chậm vào đồng bằng, tiếp theo các
đợt biển thoái liên quan đến băng hà Wurrn và băng hà Riss.
2.3.2

Đặc điểm phân bố không gian của đất yếu

Đất yếu đa nguồn gốc chiếm khoảng 1/3 diện tích khu vực và tập trung chủ yếu
ở phía Bắc tỉnh Quảng Nam từ sông Thu Bồn đến ĐBVB Đà Nẵng, với chiều
dày từ 5 - 10 m đến trên dưới 20 m. Bao gồm các thành bùn sét, bùn sét pha:
ambQ23, mbQ22, ambQ22, mQ22no, abmQ21, amQ13(2), mQ13(2)đn, mlQ13(1)ht.
Trong đó các thành tạo bùn sét, bùn sét pha ambQ23, mbQ22, ambQ22, abmQ21 và
amQ13(2) có diện phân bố rộng, đồng thời là các đối tượng có liên quan trực tiếp
đến nền các công trình xây dựng. Phân bố đất yếu được thể hiện chi tiết trong
bản đồ phân bố đất yếu tỉ lệ 1/50.000 (hình 2.4). Bản đồ này được xây dựng

bằng phần mềm ArcMap 10.2.2 với nguyên tắc và tiêu chí cơ bản sau: Đất yếu
được khoanh vùng theo sự đồng nhất về thành phần, trạng thái, TCCL cùng với
nguồn gốc, tuổi địa chất và được chi tiết hóa dựa vào bề dày đất yếu ở các mức:
< 2 m, 2 - 5 m, >5 - 10 m và lớn hơn 10 m. Phân vùng đất yếu như vậy là cơ sở
tốt cho quy hoạch xây dựng các công trình trong vùng.
2.4

Kết luận chƣơng 2

Khu vực nghiên cứu có điều kiện địa kỹ thuật phức tạp, gồm nhiều lớp đất đá
có thành phần, tính chất không đồng nhất theo diện và chiều sâu. Đặc biệt là
nhóm đất yếu có TCXD rất thấp, không thể sử dụng trực tiếp làm nền đường giao
thông. Đất yếu phân bố không đều, tập trung chủ yếu ở phía Bắc với bề dày từ 5
- 10 m đến trên dưới 20 m; được hình thành trong điều kiện địa hình - địa mạo,
chế độ thủy động lực và khí hậu rất đặc trưng ở miền Trung với nguồn gốc khác
11


nhau (ambQ23, mbQ22, ambQ22, mQ22no, abmQ21, amQ13(2), mQ13(2)đn,
mlQ13(1)ht). Nền đất yếu là hợp phần quan trọng trong địa hệ tự nhiên - kỹ thuật
công trình; TPVC, TCCL của đất yếu quyết định GPXL nền móng và ổn định
công trình. Do vậy, cần nghiên cứu TPVC, TCCL của các thành tạo đất yếu
trên để lựa chọn, tính toán, thiết kế các GPXL nền được chính xác và phù hợp.
CHƢƠNG 3 NGHIÊN CỨU THÀNH PHẦN VẬT CHẤT VÀ TÍNH
CHẤT CƠ LÝ CỦA ĐẤT YẾU
3.1

Vị trí, địa điểm lấy mẫu nghiên cứu

Các trầm tích đất yếu ambQ23, mbQ22, ambQ22, abmQ21, amQ13(2) có diện phân

bố rộng, đồng thời là các đối tượng có liên quan trực tiếp đến nền các CTXD,
nên tác giả lựa chọn để nghiên cứu TPVC và TCCL (bảng 5 phụ lục).
3.2 Nghiên cứu thành phần vật chất đất yếu
3.2.1 Thành phần khoáng vật và hợp chất hữu cơ
3.2.1.1 Thành phần khoáng vật (TPKV)
TPKV đóng vai trò quan trọng, quyết định chiều dày và độ nhớt của lớp nước
màng mỏng bao quanh hạt đất, do đó ảnh hưởng đến tính chất cơ học, đặc biệt
là sức chống cắt, tính cố kết thấm của đất yếu. Kết quả phân tích TPKV ở bảng
3.1 và hình 3.1.

Hình 3.1 Hàm lượng các khoáng vật
trong đất yếu ĐBVB
Quảng Nam - Đà Nẵng

Hình 3.2 So sánh hàm lượng các
khoáng vật sét trong đất yếu ĐBVB
Quảng Nam - Đà Nẵng với ĐBSCL

TPKV chủ yếu khoáng vật Thạch anh, Illit, Kaolinit, với hàm lượng cao hơn so
với đất yếu ở ĐBSCL (hình 3.2). Sự phổ biến của khoáng vật Illit và sự có mặt
của Montmorilonit ảnh hưởng tới tính dẻo, tính trương nở và tính biến dạng của
12


đất cũng như ảnh hưởng xấu tới khả năng xử lý nền.
3.2.1.2

Hợp chất hữu cơ

Hàm lượng hữu cơ trong đất thấp (<10%), có xu hướng giảm dần theo chiều

sâu (hình 3.3) và ít hơn so với đất yếu ở ĐBBB và ĐBSCL (hình 3.4, bảng 3.2).
Hàm lượng hữu cơ, %

Sự có mặt của vật chất hữu cơ ảnh hưởng đến khả năng cải tạo đất.

Hình 3.4 Hàm lượng vật chất hữu cơ trong đất yếu ĐBVB
Quảng Nam - Đà Nẵng và các khu vực khác
3.2.2

Thành phần hoá học của đất yếu (TPHH)

Thành phần hóa học chủ yếu trong đất là các oxit SiO2, Al2O3 chiếm tỷ lệ cao
và biến đổi có tính chu kỳ, theo chiều hướng từ đồng bằng ra biển hàm lượng
SiO2 tăng dần và hàm lượng Al2O3 giảm dần. Nhìn chung, hàm lượng Al2O3
cao hơn, nhưng hàm lượng SiO2 thấp hơn so với đất yếu ở ĐBSCL và Hồ Chí
Minh (bảng 3.3, hình 3.5, 3.6).

Hình 3.5 Thành phần hóa học của đất
yếu ở ĐBVB Quảng Nam - Đà Nẵng
3.2.3

Hình 3.6 So sánh TPHH đất yếu ở
ĐBVB Quảng Nam - Đà Nẵng với các
khu vực khác

Thành phần hạt đất yếu

Nhóm hạt cát và bụi chiếm ưu thế hơn, trong khi đó ở ĐBBB và ĐBSCL thì
ngược lại, nhóm hạt sét và bụi lại chiếm ưu thế hơn (bảng 3.4, hình 3.7, 3.8).
Nhìn chung, TPVC có những khác biệt rất rõ ràng và quan trọng nhất của đất

13


yếu nơi đây so với đất yếu của hai đồng bằng lớn ở miền Bắc và miền Nam
nước ta và là luận cứ khoa học xác đáng luận giải cho sự hình thành TPVC của
đất yếu nơi đây trong điều kiện địa hình, khí hậu, chế độ thủy văn - hải văn rất
đặc trưng và khác biệt ở Quảng Nam - Đà Nẵng. Đó cũng chính là yếu tố quyết
định sự hình thành TCCL của đất yếu trong khu vực.

Hình 3.7 Hàm lượng các nhóm hạt
của các thành tạo bùn sét pha ĐBVB
Quảng Nam - Đà Nẵng và ĐBSCL

Hình 3.8 Hàm lượng các nhóm hạt
của các thành tạo bùn sét ĐBVB
Quảng Nam - Đà Nẵng và các khu
vực khác ở Việt Nam
3.3 Nghiên cứu tính chất cơ học đất yếu
3.3.1 Đặc tính cố kết thấm theo phương đứng của đất yếu (Cv)
Các thông số biến dạng - cố kết thấm là một trong những chỉ tiêu quan trọng để
lựa chọn, tính toán thiết kế GPXL nền đường đất yếu. Đặc trưng cố kết thấm
đứng được tiến hành thí nghiệm trên thiết bị nén một trục VJ Tech (ASTM
D2435, TCVN 4200:2012) và kết quả cụ thể được trình bày ở bảng 3.5. Kết quả
nghiên cứu cho thấy, các thông số cố kết (Pc, Cc, Cs, Cv, kv, a) của đất có giá trị
thấp: Bùn sét pha Pc = 52,6 - 61,5 kPa và bùn sét Pc = 45,5 - 58,8 kPa; hệ số nén
lún lớn (a≥10 kPa-1). Các thông số cố kết: Cv= 1,70 - 2,14 m2/năm; Cc= 0,4410,660; Cs= 0,057 - 0,082; Cc/Cs =7,69 - 8,65 (bùn sét pha); Cv= 1,31 - 1,43
m2/năm; Cc = 0,512 - 0,688; Cs =0,088 - 0,090; Cc/Cs =7,67 - 8,40 (bùn sét).
Bên cạnh đó, chỉ số nén Cc và Cs có quan hệ tương quan chặt chẽ với e0, W, LL,
a. Quan hệ tương quan đó được trình bày cụ thể ở bảng 3.7 và hình 3.15. Đặc
trưng biến dạng - cố kết thấm phụ thuộc chặt chẽ vào TPVC của đất yếu. Đất

yếu có hàm lượng khoáng vật Thạch anh, Kaolinit, Illit lớn; nhóm hạt cát và bụi
chiếm ưu thế hơn so với đất yếu ở ĐBBB và ĐBSCL, nên hệ số cố kết thấm lớn
nhưng hệ số nén lún nhỏ hơn so với đất yếu ở các khu vực trên (bảng 3.6).
14


Bảng 3.5 Tổng hợp kết quả thí nghiệm nén cố kết thấm
theo phương thẳng đứng của đất yếu
Chỉ tiêu
Số mẫu
W, %

Vật lý

e0
LL,%
PI,%
IL
Pc , kPa

Nén cố kết tiêu chuẩn

Cc
Cs
Cc/Cs
Cv
m2/năm
kv ,
10-7cm/s
a, kPa-1

E0, kPa

3.3.2

ambQ23
93
38,9-45,8/
43,3
1,15-1,29
1,25
35,3-41,8/
39,6
10,5-16,9/
13,6
1,14-1,43/
1,28
42,7 - 83,3/
56,8
0,459 - 0,653/
0,540
0,063 - 0,082/
0,073
7,29 - 9,01/
8,41
1,63 - 2,78/
1,89
0,37 - 0,51/
0,42
4,9 - 14,1/
10,5

Bùn sét pha
mbQ22
ambQ22
98
84
40,0-50,0/
43,0-53,1/
43,1
46,7
1,11-1,37/
1,25-1,44/
1,22
1,32
36,1-41,7/
38,4-44,2/
38,5
40,9
11,9-16,9/
11,0-19,3/
15,1
15,2
1,18-1,50/
1,17-1,65/
1,31
1,39
56,6 - 67,3/
47,9 - 55,9/
61,5
52,6

0,362 - 0,556/
0,511 - 0,731/
0,441
0,610
0,049 - 0,067/
0,068 - 0,096/
0,057
0,082
7,02 - 8,50/
8,55 - 9,12/
7,69
8,55
1,38 - 1,91/
1,62 - 2,66/
1,70
2,14
0,16 - 0,34/
0,30 - 0,69/
0,25
0,52
6,9 - 16,4/
6,5 - 12,4/
11,7
13,8

996 - 2718/
1698

897 - 1937/
1239

815 - 1867/
1177

abmQ21
25
46,3-50,1/
48,4
1,29-1,48/
1,40
38,1-40,2/
39,2
13,4-16,2/
14,8
1,52-1,77/
1,63
56,9 - 79,4/
62,3
0,583 - 0,711/
0,660
0,061-0,092/
0,081
7,89 - 9,38/
8,65
1,61 - 2,15/
1,84
0,31 - 0,44/
0,38
9, 1 - 11,9/
10,7

785 - 1561/
1025

Bùn sét
mbQ22
amQ13(2)
38
19
55,3-59,6/
50,1-52,1/
57,5
51,4
1,14-1,64/
1,44-1,52/
1,53
1,48
47,3-50,4/
42,0-45,1/
48,7
43,3
20,1-26,0/
18,2-19,2/
22,6
18,6
1,30-1,51/
1,38-1,51/
1,39
1,44
52,4 - 66,1/
42,9 - 59,8/

57,9
45,5
0,517 - 0,889
0,485 -0,641/
0,688
0,512
0,077 - 0,104
0,071- 0,098/
0,09
0,088
7,72 - 9,07/
7,51- 7,95/
8,40
7,67
1,08 - 1,46/
1,36 - 1,51/
(1,31)
1,43
0,17 - 0,25/
0,21 - 0,26/
0,21
0,24
12,4 - 15,4/
10,9 - 13,2/
13,8
12,3
637 - 852/
738

615 - 764/

708

Đặc tính cố kết thấm theo phương ngang của đất yếu (Ch)

Hệ số cố kết thấm ngang thường được sử dụng trong tính toán thiết kế GPXL
nền đất yếu bằng tiêu thoát nước thẳng đứng, để đẩy nhanh quá trình cố kết của
đất cũng như dự báo độ lún theo thời gian của nền sau khi xử lý. Do điều kiện
thí nghiệm hạn chế nên tác giả xác định theo 2 phương pháp sau: Thông qua thí
nghiệm nén một trục không nở hông (ASTM D2435, TCVN 4200-2012) và sử
dụng bài toán phân tích ngược dựa trên kết quả quan trắc lún hiện trường. Kết
quả thể hiện ở bảng 3.8, 3.9, 3.10 và hình 3.18, 3.19, 3.22.
Hệ số cố kết ngang Ch và hệ số tỉ lệ m=Ch/Cv thay đổi phạm vi rộng và phụ
thuộc vào TPVC của đất yếu: Bùn sét Ch(tp) =2,25 - 2,47 m2/năm; Ch(ap)=2,51 3,08 m2/năm; m=Ch(tp)/Cv=1,32 - 4,19; m=Ch(ap)/Cv=1,82 -1,86. Bùn sét pha Ch(tp)=2,14

- 2,40 m2/năm; Ch(ap)=1,99 - 2,73 m2/năm; m=Ch(tp)/Cv=1,09 - 4,14;

m=Ch(ap)/Cv=1,52 -1,91.
Sự khác nhau về hệ số cố kết giữa các thành tạo đất yếu phù hợp với quy luật
15


Hệ số cố kết thấm, m2/năm

biến đổi TPVC. Đất yếu có hệ số cố kết ngang lớn hơn so với đất yếu ĐBBB và
ĐBSCL (thể hiện ở bảng 3.11).
3.5

Cv

Ch(TP)

Ch(ap)

3.0
2.5
2.0
1.5
1.0

Thành tạo đất yếu

Ghi chú: BSP - Bùn sét pha; BS - Bùn sét
Hình 3.22 Hệ số cố kết thấm theo phương đứng và phương ngang xác định theo
các phương pháp khác nhau
3.3.3 Các đặc tính kháng cắt đất yếu
- Thí nghiệm sức kháng cắt không cố kết - không thoát nước để kiểm toán mức
độ ổn định của nền đắp trong quá trình đắp, đề xuất GPXL, được xác định bằng
thí nghiệm cắt phẳng trực tiếp, thí nghiệm hiện trường VST, thí nghiệm nén ba
trục theo sơ đồ UU và kết quả trình bày ở bảng 3.12.
Bảng 3.12 Các thông số sức kháng cắt không thoát nước của đất yếu

Vật lý

Chỉ tiêu
IL
e0

VST

Cắt phẳng trực

tiếp

Sơ đồ UU

Số mẫu

uu
độ
cuu, kPa
Số mẫu

u
độ
cu, kPa

ambQ23
1,14-1,43/
1,28
1,14-1,43/
1,28
75

Bùn sét pha
mbQ22
ambQ22
1,18-1,50/
1,17-1,65/
1,31
1,39
1,18-1,50/

1,17-1,65/
1,31
1,39
74
60

abmQ21
1,52-1,77/
1,63
1,52-1,77/
1,63
20

Bùn sét
mbQ22
amQ13(2)
1,30-1,51/
1,38-1,51/
1,39
1,44
1,30-1,51/
1,38-1,51/
1,39
1,44
39
19

0028’-1019’/
0048’

0030- 0056’/
0040’

0033’- 0050’/
0039’

0031’-0038’/
0035’

0029’-0055’/
0035’

0028 - 0032’/
0031’

6,9 - 9,0/
7,9
69

7,0 - 8,7/
7,9
80

5,8 - 8,2/
7,2
59

5,4 - 6,0/
5,7
17

6,8 - 7,9/
7,2
35

7,0 - 7,3/
7,1
24

3004’-5018’/
4026'

3049’-4035’/
4016’

3013’- 4024’/
4003’

3012’ - 3052’/
3031’

3001’-3021’/
3012’

3004’- 3011’/
3009’

4,5 - 7,80/
6,4

5,7 - 7,3/
6,4

4,0 - 7,1/
5,6

3,4 - 4,0/
3,7

4,6 - 6,3/
5,1

4,8 - 5,10/
4,9

Điểm

25

21

20

16

13

08

Su,kPa

8,9-9,6

10,2

9,9-10,4

9,4-10,7

9,7-10,1

9,7-10,3

Sức kháng cắt có mối quan hệ chặt chẽ với TPVC và chỉ tiêu vật lý của đất. Giá
trị sức kháng cắt theo thí nghiệm cắt cánh hiện trường lớn hơn nhiều so với thí
16


nghiệm cắt trực tiếp và nén ba trục theo sơ đồ UU. Sức kháng cắt Su của đất yếu
tăng tuyến tính theo độ sâu Z. Sự tăng Su theo ứng suất hữu hiệu được biểu thị
bằng tỷ số Su /  v' 0 và được thể hiện ở hình 3.26.
- Sức kháng cắt cố kết-không thoát nước theo sơ đồ CU để kiểm toán ổn định
của nền đắp khi đưa vào sử dụng cũng như đề xuất GPXL phù hợp, được xác
định bằng thí nghiệm nén ba trục theo sơ đồ CU và kết quả thể hiện bảng 3.13.
Khi đất được cố kết với độ cố kết U = 95%, sức kháng cắt của đất yếu tăng lên
đáng kể: Bùn sét pha ambQ23 tăng 46,99%; bùn sét pha mbQ22 là 28,84%; bùn sét
pha ambQ22 là 65,04% và bùn sét pha abmQ21 là 74,56%. Bùn sét amQ13(2) tăng
38,85% và bùn sét mbQ22 là 59,53%. Sự gia tăng sức kháng cắt (ccu, cu ) làm
tăng TCXD của đất và nâng cao hiệu quả khi cải tạo nền đất yếu. Bên cạnh đó,
sức kháng cắt hữu hiệu của đất đạt giá trị cao: c’=5,1-8,2 kPa;

 '  17057'230 28' (bùn sét pha) và c’=6,4-7,3 kPa;  '  16052'19002' (bùn sét).

Hình 3.27 Cường độ lực dính đơn vị
Hình 3.29 Cường độ lực dính đơn
không cố kết - không thoát nước các thành vị cố kết- không thoát nước của đất
tạo đất yếu ĐBVB Quảng Nam - Đà Nẵng yếu ĐBVB Quảng Nam - Đà Nẵng
và các khu vực khác ở Việt Nam
và ĐBSCL
Sự khác biệt rất rõ ràng về TPVC của đất yếu là yếu tố quan trọng quyết định
đến những đặc trưng riêng biệt về sức kháng cắt của đất yếu ở ĐBVB Quảng
Nam - Đà Nẵng. So với đất yếu ở ĐBSCL và bùn aQ23tb2 phân bố khu vực Hà
Nội, đất yếu ở khu vực nghiên cứu có sức kháng cắt lớn hơn (hình 3.27, 3.29).
3.3.4

Kiến nghị sử dụng các chỉ tiêu cơ lý đất yếu phục vụ thiết kế đường

Từ kết quả nghiên cứu ở trên, tác giả kiến nghị sử dụng các chỉ tiêu cơ lý của
đất yếu ở ĐBVB Quảng Nam - Đà Nẵng trong tính toán thiết kế xử lý nền bằng
thiết bị tiêu thoát nước thẳng đứng như bảng 3.20.
17


Bảng 3.20 Kiến nghị các đặc trưng cơ lý sử dụng trong tính toán thiết kế xử lý
nền đất yếu bằng thiết bị tiêu thoát nước thẳng đứng
Nhóm chỉ tiêu

W, %

Vật lý

e0
LL,%
PI,%

Thông số sức Thông số biến dạng và lịch sử
kháng cắt UU
chịu tải

Hệ số cố kết

IL

Thông số sức kháng cắt CU

V
S
T

3.4

Cv,
m2/năm
Ch,
m2/năm
Ch/ Cv

(ambQ23)
38,9-45,8/
43,3

1,15-1,29
1,25
35,3-41,8/
39,6
10,5-16,9/
13,6
1,14-1,43/
1,28
1,63-2,78/
1,89

Bùn sét pha
(mbQ22)
(ambQ22)
40,0-50,0/
43,0-53,1/
43,1
46,7
1,11-1,37/
1,25-1,44/
1,22
1,32
36,1-41,7/
38,4-44,2/
38,5
40,9
11,9-16,9/
11,0-19,3/
15,1
15,2

1,18-1,50/
1,17-1,65/
1,31
1,39
1,38-1,91/
1,62-2,66/
1,70
2,14

6,5 - 12,4/
13,8
1,25-1,44/
1,32
47,9-55,9/
52,6
0,711 - 0,931/
0,810

1,61-3,75/
2,14
1,12-3,55/
2,22
12,4 - 15,4/
13,8
1,14-1,64/
1,53
52,4 - 66,1/
57,9
0,517 - 0.689
0,588

0,049 - 0,067/
0,057

0,078 - 0,106/
0,092

0,071-0,092/
0,081

0,057 - 0,084
0,07

0028’-1019’/
0048’

0030-0056’/
0040’

0033’- 0050’/
0039’

0031’-0038’/
0035’

0029’-0055’/
0035’

0028 - 0032’/
0031’

Cu,kPa

6,9 - 9,0/
7,9

7,0- 8,7/7,9

5,8-8,2/
7,2

6,8 - 7,9/
7,2

7,0 - 7,3/
7,1

Su, kPa

8,9-9,6

10,2

9,9-10,4

9,4-10,7

9,7-10,1

9,7-10,3

 cu độ

11003’-13004’
12016'

11037’-13014’
12031'

11014’-12045’
11035'

11009’-11036’
11028'

10018’-11054’
11006'

Cu, kPa

11,1-12,2
11,7

9,6-10,8
10,1

10,3-13,4
11,9

8,8-11,1

9,9

10,5-12,6
11,6

18052’-22005’
20033'

18055’-23028’
19019'

19018’-20046’
20002'

16022’-17057’
17010'

16024’-19002’
17043'

7,1-8,1
7,67

6,7-8,2
6,8

7,2-7,8
7,5

5,1-7,3

6,2

6,4-7,3
6,9

Pc, kPa
Cc
Cr

uu
độ

'

độ

C’ kPa

4,9 - 14,1/
10,5
1,15-1,29
1,25
42,7 - 83,3/
56,8
0,459-0,73/
0,640
0,063 - 0,092/
0,083

Bùn sét

(mbQ22)
(amQ13(2))
55,3-59,6/
50,1-52,1/
57,5
51,4
1,14-1,64/
1,44-1,52/
1,53
1,48
47,3-50,4/
42,0-45,1/
48,7
43,3
20,1-26,0/
18,2-19,2/
22,6
18,6
1,30-1,51/
1,38-1,51/
1,39
1,44
1,08 - 1,46/
1,36 - 1,51/
1,31
1,43

1,96-5,42/
2,47
1,32-3,51/

1,95
9, 1 - 11,9/
10,7
1,29-1,48/
1,40
56,9 – 79,4/
62,3
0,583 - 0,811/
0,760

a1-2,
kPa-1
e0

1,80-3,88/
2,25
1,25-4,19/
2,17
6,9 - 16,4/
11,7
1,11-1,37/
1,22
56,6-67,3/
61,5
0,362-0,556/
0,441

(abmQ21)
46,3-50,1/
48,4

1,29-1,48/
1,40
38,1-40,2/
39,2
13,4-16,2/
14,8
1,52-1,77/
1,63
1,61 - 2,15/
1,84

-

-

5,4-6,0/
5,7

1,89-4,84/
2,40
1,09-4,14/
2,34
10,9 - 13,2/
12,3
1,44-1,52/
1,48
42,9 - 59,8/
45,5
0,485-0,541/
0,512

0,0610,072/
0,071

12010’12048’
12011'
10,5-11,3
9,9
16043’17006’
16048'
6,6-6,8
6,6

Kết luận chƣơng 3

Điều kiện địa hình, khí hậu, chế độ thủy văn - hải văn rất đặc trưng và khác biệt
ở Quảng Nam - Đà Nẵng đã tạo nên những khác biệt rất rõ ràng và quan trọng
18


nhất về TPVC của đất yếu nơi đây. Đất yếu có thành phần khoáng vật chủ yếu
Thạch anh, Illit, Kaolinit với hàm lượng cao hơn so với đất yếu ở ĐBSCL. Hàm
lượng hữu cơ thấp và ít hơn so với đất yếu ở ĐBBB và ĐBSCL. Thành phần
hóa học chủ yếu trong đất là các oxit SiO2, Al2O3 chiếm tỷ lệ cao. Nhóm hạt cát
và bụi chiếm ưu thế hơn, trong khi đó ở ĐBBB và ĐBSCL thì nhóm hạt sét và
bụi lại chiếm ưu thế hơn. Sự khác biệt này là yếu tố quan trọng quyết định đến
những đặc trưng riêng biệt về TCCL, đất yếu ở ĐBVB Quảng Nam - Đà Nẵng
có hệ số cố kết thấm, sức kháng cắt lớn hơn nhưng hệ số nén lún nhỏ hơn so với
đất yếu ở các khu vực trên. Để có cơ sở khoa học lựa chọn, tính toán, thiết kế
các giải pháp xử lý nền được chính xác và phù hợp, thì cần phải phân chia cấu
trúc nền kết hợp kết quả nghiên cứu về TPVC, TCCL của đất yếu.

CHƢƠNG 4
CẤU TRÚC NỀN ĐẤT YẾU VÀ PHÂN TÍCH LỰA CHỌN
THÔNG SỐ ĐẤT NỀN TRONG TÍNH TOÁN XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU

4.1
4.1.1

Các vấn đề chung
Các vấn đề về cấu trúc nền và cấu trúc nền đất yếu

Ở Việt Nam trong nhiều năm qua đã có khá nhiều tác giả lập luận và đưa ra
quan điểm của mình về CTN công trình. Tác giả quan niệm cấu trúc nền (hay
mô hình nền) trong xây dựng công trình như sau: Cấu trúc nền là phần tác
động giữa công trình và môi trường địa chất, được đặc trưng bằng quy luật
phân bố theo không gian và theo chiều sâu của các thành tạo đất đá có nguồn
gốc, tuổi, thành phần, cấu trúc, chiều dày, trạng thái và tính chất cơ lý xác
định. Trong cấu trúc nền tồn tại các thành tạo đất yếu được gọi là CTN đất yếu.
4.1.2

Các yếu tố ảnh hưởng đến cấu trúc nền

Các yếu tố ảnh hưởng đến cấu trúc nền bao gồm: địa tầng, tính chất cơ lý đất đá
trong phạm vi nghiên cứu, đặc điểm địa chất thủy văn, quy mô và các đặc trưng
kỹ thuật của công trình, môi trường xung quanh.
4.2
4.2.1

Đặc điểm các đơn vị cấu trúc nền đất yếu và giải pháp xử lý đất yếu
nền đƣờng
Nguyên tắc và tiêu chí phân chia

19


Phân chia cấu trúc nền, đặc biệt cấu trúc nền đất yếu được thực hiện theo
nguyên tắc đi từ Kiểu CTN  Phụ kiểu CTN  Dạng CTN  Phụ dạng
CTN. Sơ đồ phân chia các cấp cấu trúc nền thể hiện hình 4.1, 4.2.

Hình 4.1 Sơ đồ phân chia các cấp cấu trúc nền ĐBVB Quảng Nam - Đà Nẵng
4.2.2

Đặc điểm các đơn vị cấu trúc nền đất yếu vùng nghiên cứu

4.2.3

Giải pháp xử lý đất yếu nền đường

Đề xuất giải pháp xử lý nền cho cấu trúc nền đất yếu được thể hiện trong bản
thuyết minh các kiểu cấu trúc nền (bảng 11 phụ lục).
4.3

Ứng dụng tính toán cho công trình thực tiễn

Từ kết quả nghiên cứu TPVC và TCCL đất yếu, tác giả lựa chọn các thông số
đất nền tính toán thiết kế GPXL cho 2 công trình đi qua kiểu CTN đặc trưng.
4.3.1

Đặc điểm công trình

Công trình nghiên cứu bao gồm dự án đường Nguyễn Tất Thành (Km0+00Km5+987,5) và dự án đường cao tốc Đà Nẵng - Quảng Ngãi (gói số 1 từ
Km0+000 đến Km8+000 và gói số 2 từ Km8+000 đến Km 16+880).

4.3.2

Ổn định và độ lún của nền đường

Kết quả phân tích lún tại mặt cắt MC1 bằng phần mềm Plaxis 8.5 như hình 4.3.
Trên toàn bộ các mặt cắt tính toán đặc trưng, độ lún cố kết và thời gian chờ lún
đều lớn hơn các yêu cầu kỹ thuật về lún của công trình (bảng 4.3). Do vậy, cần
phải có giải pháp xử lý nền để đảm bảo ổn định công trình trong quá trình thi
công và khai thác sử dụng.
20


Hình 4.3 Phân tích lún trước xử lý bằng phần mềm Plaxis 8.5 tại MC1
Bảng 4.3 Tổng hợp các kết quả phân tích lún của nền chưa xử lý
TT
1
2
3

Công trình

Dự án đường
Nguyễn Tất
Thành

4
5
6

Dự án đường

cao tốc ĐN-QN
(gói số 2)

7
8
9

Dự án đường
cao tốc ĐN-QN
(gói số 1)

Mặt
cắt
tính
toán
MC1

Cấu
trúc
nền

Chiều
dày đất
yếu (m)

HTK,
m

HTT,
m

IBq4

17,20

2,95

MC2

IAp4

14,00

3,05

MC3

IAp4

10,10

MC4

IBm3

MC5
MC6

Tính bằng
Plaxis

Tính bằng Excel
Sc,(m)

t,(tháng)

Sc,(m)

t,(tháng)

4,19

1,12

130,7

1,20

138

4,16

1,01

108,5

1,03

102

2,88

3,83

0,86

225,9

0,88

207

9,50

6,00

7,05

0,95

324,3

1,02

335

IBm3

5,30

6,80

7,38

0,53

110,6

0,62

105

IBo4

9,80

7,90

9,08

1,07

272,8

1,12

254

MC7

IBo4

10,84

7,50

9,08

1,44

360,7

1,52

371

MC8

IBp4

21,50

4,50

5,61

1,01

1142,5

1,04

1155

MC9

IBp4

21,00

4,70

5,64

0,85

1716,6

0,88

1675

Kết quả tính ổn định chưa xử lý thể hiện bảng 4.5 và hình 17 phụ lục.
Bảng 4.5 Bảng tổng hợp các kết quả tính toán hệ số ổn định
Công trình
Dự án đường
Nguyễn Tất Thành

Dự án đường cao tốc
Đà Nẵng-Quảng Ngãi (gói số 2)

Dự án đường cao tốc
Đà Nẵng-Quảng Ngãi (gói số 1)

Mặt cắt

Chiều cao
đắp, (m)

Cấu trúc nền

Hệ số ổn định
trượt Plaxis 8.5

MC1
MC2

2,95

IBq4

1,32

3,05

IAp4

1,12

MC3
MC4

2,88

IAp4

1,57

6,0

IBm3

1,65

MC5

6,8

IBm3

1,67

MC6

7,9

IBo4

1,61

MC7

7,5

IBo4

1,42

MC8

4,5

IBp4

0,94

MC9

4,7

IBp4

1,48

21


4.3.3

Phương pháp tính toán thiết kế

Độ cố kết của nền theo thời gian t được xác định trên cơ sở lý thuyết của
Carrillo là nghiệm của phương trình (4-16)
U  1  1  U v 
. 1 Uh 

(4-16)

Xuất phát từ đặc điểm của công trình nền đường, thời gian yêu cầu xử lý và
điều kiện địa chất của nền đường, cũng như khả năng áp dụng của các GPXL ở
khu vực, tác giả lựa chọn GPXL nền đường đất yếu bằng bấc thấm và giếng cát.
4.3.4

Thiết kế xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm

Các thông số vật liệu sử dụng để tính toán được dựa trên cơ sở các yêu cầu vật
liệu sử dụng cho công trình và các yêu cầu vật liệu theo tiêu chuẩn TCVN
9355-2012. Các yêu cầu kỹ thuật của công trình gồm độ lún dư sau thi công đối
với nền đường S < 30 cm, hệ số ổn định: F ≥ 1,20 (thi công) và F ≥1,40 (đưa
vào khai thác), tổng thời gian thi công xử lý nền đường dưới 16 tháng và ít nhất
là 14 tháng (dự án đường cao tốc Đà Nẵng - Quảng Ngãi), dưới 11 tháng và ít
nhất là 9 tháng (dự án đường Nguyễn Tất Thành), độ cố kết sau khi xử lý phải
đạt >90%. Kết quả tính toán xử lý thể hiện bảng 4.6 cho thấy đạt yêu cầu về độ
lún dư và thời gian cho phép xử lý của nền đường. Mô hình tính toán xử lý bấc
thấm bằng phần mềm Plaxis 8.5 tại MC1 thể hiện hình 4.5, hình 22, 23 phụ lục.
Bảng 4.6 Kết quả tính toán xử lý bằng bấc thấm
Công trình

Dự án đường
Nguyễn Tất Thành

Dự án đường cao tốc
Đà Nẵng-Quảng Ngãi (gói số 2)
Dự án đường cao tốc
Đà Nẵng-Quảng Ngãi (gói số 1)

4.3.5

Độ lún đạt được (cm)
tương ứng U=90%
Excel
Plaxis

Mặt cắt

Hệ ổn định
Plaxis 8.5

MC1

101

104

1,57

MC2

90,0

97,1

1,65

MC3

-

-

-

MC4

85,0

87,3

1,94

MC5

48,0

52,2

1,87

MC6

96,0

101

1,81

MC7

129

140

1,85

MC8

91,0

95,3

1,41

MC9

83,0

84,2

1,84

Thiết kế xử lý nền đất yếu bằng giếng cát

22


Trình tự tính toán thiết kế và các yêu cầu tương tự như bấc thấm. Mô hình tính
toán xử lý bấc thấm bằng phần mềm Plaxis 8.5 tại MC1 thể hiện hình 4.6, hình
25, 26 phụ lục. Kết quả tính toán xử lý thể hiện bảng 4.7 cho thấy đạt yêu cầu
về độ lún dư và thời gian cho phép xử lý của nền đường.
Bảng 4.7 Kết quả tính toán xử lý bằng giếng cát
Công trình

Dự án đường
Nguyễn Tất Thành

Dự án đường cao tốc
Đà Nẵng-Quảng Ngãi (gói số 2)
Dự án đường cao tốc
Đà Nẵng-Quảng Ngãi (gói số 1)

Độ lún đạt được (cm)
tương ứng U=90%
Excel
Plaxis

Mặt cắt
MC1

96,0

106

1,62

MC2

87,0

93,1

1,72

MC3

74,0

76,2

1,85

MC4

82,0

84,1

2,07

MC5

46,0

49,4

1,91

MC6

93,0

97,3

1,87

MC7

129

135

1,93

MC8

88,0

91,3

1,44

MC9

79,0

82,4

1,92

Hình 4.5 Mô hình tính toán xử lý bấc
thấm bằng phần mềm
Plaxis 8.5 tại MC1
4.3.6

Hệ ổn định
Plaxis 8.5

Hình 4.6 Mô hình tính toán xử lý
giếng cát bằng phần mềm
Plaxis8.5 tại MC1

Phân tích kết quả tính toán

Kết quả tính toán theo thiết kế GPXL, hồ sơ thiết kế kỹ thuật và quan trắc lún
thực tế được trình bày bảng 4.10. Tác giả đã xét đến TCCL của các lớp đất yếu
có tuổi và nguồn gốc trong tính toán thiết kế và hệ số cố kết C h của các đất yếu
được tác giả sử dụng tính toán trên cơ sở kết quả phân tích tỷ số m= Ch/Cv ở
chương 3. Do vậy, kết quả tính toán theo hồ sơ thiết kế và thực tế xử lý có sự
chênh lệch nhau lớn, hoặc quá thiên về an toàn hoặc kéo dài thời gian thi công.
23


Bảng 4.10 So sánh kết quả tính toán theo các phương pháp khác nhau

Độ lún trước xử lý, cm
Tính toán

Mặt
cắt

HSTK

MC1
MC2
MC3
MC4
MC5
MC6
MC7
MC8
MC9

76,4
87,3
50,0
113,4
61,43
64,89
70,50
115,7
99,0

4.4

Excel

Plaxis8.5

112
101
86
95
53
107
144
101
085

120
103
088
102
062
112
152
104
088

Thiết kế GPXL
PVD
SD
SPVD,
TPVD,
SSD,

TSD,
cm
ngày
cm
ngày
104
283
106
304
97,1
289
93,1
308
76,2
276
87,3
478
84,1
427
52,2
431
49,4
440
101
471
97,3
449
140
462
135

441
95,3
469
91,3
459
84,2
436
82,4
433

Kết quả xử lý thực tế
GPXL

THSTK,
ngày

TQT
ngày

SQT,
cm

PVD-1,3T
PVD-1,3T
PVD-1,3T
SD-1,9V
SD-1,9V
SD-2,0V
SD-1,9V
SD-2,0V

SD-1,9V

264
276
246
462
450
430
435
424
463

342
339
306
705
437
605
702
727
727

115,9
106
102
59,1
111,2
152,1
102,8
91,1

Kết luận chƣơng 4

Kết quả nghiên cứu cho phép phân chia cấu trúc nền vùng ĐBVB Quảng Nam
– Đà Nẵng thành 2 kiểu, 4 phụ kiểu, 53 dạng và 35 phụ dạng CTN đất yếu.
Trong đó phụ kiểu cấu trúc nền IA và IB cần nghiên cứu đánh giá chi tiết . Đây
là cơ sở quan trọng để lựa chọn giải pháp xử lý nền phù hợp (bảng 11 phụ lục).
Kết quả tính toán thiết kế xử lý nền như sau: STXL= 120 cm, SPVD = 104 cm;
TPVD= 283 ngày; SSD = 106 cm; TPVD= 304 ngày. Như vậy, kết quả tính toán với
các chỉ tiêu cơ lý được nghiên cứu, xác định được ở chương 3 có kết quả phù
hợp hơn với số liệu quan trắc thực tế (SQT = 115,9 cm; TQT= 342 ngày). Sự
chênh lệch khá lớn giữa tính toán trong hồ sơ thiết kế (STXL= 76,4 cm; TXL =
264 ngày) với thực tế có thể do sử dụng, lựa chọn các tính chất cơ lý đất yếu,
đặc biệt là các đặc trưng cố kết thấm, độ bền kháng cắt của đất chưa đạt yêu cầu
và chưa phù hợp với thực tế làm việc của đất nền. Điều đó minh chứng kết quả
nghiên cứu của luận án có độ tin cậy cao và phân chia cấu trúc nền là cần thiết.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
1

Các kết quả đạt đƣợc của luận án

- Điều kiện địa kỹ thuật của khu vực phức tạp, gồm nhiều lớp đất đá có thành
phần, tính chất không đồng nhất theo diện và chiều sâu; mực nước dưới đất ở
độ sâu <2 m, cùng với địa hình - địa mạo được đặc trưng bởi mức độ chia cắt
và độ dốc lớn có ảnh hưởng trực tiếp sự hình thành thành phần vật chất và tính
chất cơ lý của các thành tạo đất yếu.
- Điều kiện địa hình, khí hậu, chế độ thủy văn - hải văn rất đặc trưng và khác
24

biệt ở Quảng Nam - Đà Nẵng nên đất yếu được hình thành từ nhiều nguồn gốc
khác nhau, chiếm gần 1/3 diện tích lãnh thổ với diện phân bố không đều, TPVC
và TCCL có những khác biệt rất rõ ràng và quan trọng nhất của đất yếu nơi đây
so với đất yếu của hai đồng bằng lớn ở miền Bắc và miền Nam nước ta, cụ thể:
+ TPKV chủ yếu là Thạch anh, Illit, Kaolinit; hàm lượng hữu cơ trong đất lại
thấp (<10%), có xu hướng giảm dần theo chiều sâu. TPHH chủ yếu trong đất là
các oxit SiO2, Al2O3 chiếm tỷ lệ cao; nhóm hạt cát và bụi chiếm ưu thế.
+ Các thông số cố kết (Pc, Cc, Cs, Cv, Ch, m, kv, a) phụ thuộc chặt chẽ và tuân
theo quy luật biến đổi về TPVC và có giá trị thấp, cụ thể: Bùn sét pha: Pc = 52,6
- 61,5 kPa; hệ số nén lún lớn (a≥ 10 kPa-1); Cc= 0,441 - 0,660; Cs= 0,057 0,082; Cc/Cs =7,69 - 8,65; m=Ch(tp)/Cv=1,32 - 4,19; m=Ch(ap)/Cv=1,82 -1,86. Bùn
sét Pc = 45,5 - 58,8 kPa; a≥ 10 kPa-1; Cc = 0,512 - 0,688; Cs =0,088 - 0,090;
Cc/Cs =7,67 - 8,40; m=Ch(tp)/Cv=1,09 - 4,14; m=Ch(ap)/Cv=1,52 - 1,91.
+ Sức kháng cắt của đất yếu theo các sơ đồ thí nghiệm khác nhau rất thấp, cụ

uu =0035’ - 0048’; cắt cánh
VST: Su=8,9 - 10,7 kPa; theo sơ đồ CU: ccu=9,9 - 11,7 kPa; cu =11028' - 12031';
'
c’=6,2 - 7,7 kPa,  =17010'-20033'. Bùn sét theo sơ đồ UU: cuu=7,1-7,2 kPa;  uu
thể: Bùn sét pha theo sơ đồ UU: cuu= 5,7 - 7,9 kPa,

=0031’ - 0035’; cắt cánh VST: Su=9,7 - 10,3kPa; theo sơ đồ CU: ccu=9,9 - 11,6
kPa; cu =11006' - 12011'; c’=6,6 - 6,9 kPa;

 ' =16048' - 17043'.

+ So với đất yếu ở ĐBBB và ĐBSCL, đất yếu ở ĐBVB Quảng Nam - Đà Nẵng
có hàm lượng khoáng vật Thạch anh, Kaolinit, Illit lớn hơn; hàm lượng hữu cơ
ít hơn; nhóm hạt cát và bụi chiếm ưu thế hơn nên hệ số cố kết thấm, sức kháng
cắt của đất yếu lớn hơn nhưng hệ số nén lún nhỏ hơn.
- Cấu trúc nền khu vực được chia thành 2 kiểu, 4 phụ kiểu, 53 dạng và 35 phụ

dạng cùng với các kết quả nghiên cứu thành phần vật chất, tính chất cơ lý là cơ
sở khoa học quan trọng trong lựa chọn, tính toán, thiết kế giải pháp xử lý cho
từng phụ dạng cấu trúc nền đất yếu nêu trên.
2

Những đóng góp mới của luận án

- Xác định được các đặc trưng cơ bản của đất yếu vùng ĐBVB Quảng Nam Đà Nẵng về phân bố, thành phần vật chất và tính chất cơ lý với trọng tâm là độ
25