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

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
TRƢỜNG 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

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI, NĂM 2018


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
TRƢỜNG 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: 9580211

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC

1. PGS.TS. BÙI VĂN TRƢỜNG

2. NGND.GS.TSKH. NGUYỄN THANH

HÀ NỘI, NĂM 2018


LỜI CAM ĐOAN
Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả. Các kết quả
nghiên cứu và các kết luận trong luận án là trung thực, không sao chép từ bất kỳ một
nguồn nào và dƣới bất kỳ thức nào. Việc tham khảo các nguồn tài liệu (nếu có) đã
đƣợc thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định.
Tác giả luận án
Chữ ký

Nguyễn Thị Ngọc Yến

i


LỜI CÁM ƠN
Tác giả luận án xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc và trân trọng nhất đến PGS.TS Bùi Văn
Trƣờng và NGND.GS.TSKH Nguyễn Thanh là hai Thầy hƣớng dẫn trực tiếp đã tận
tình chỉ bảo, giúp đỡ và động viên tác giả trong suốt quá trình thực hiện luận án. Xin
cảm ơn hai Thầy đã dành nhiều công sức, trí tuệ để tác giả hoàn thành luận án.
Tác giả xin chân thành cảm ơn đến Ban Giám hiệu, khoa Công trình, phòng Đào tạo
Đại học và Sau đại học - Trƣờng Đại học Thủy lợi đã tạo điều kiện thuận lợi, hổ trợ
tác giả trong suốt thời gian làm luận án. Đặc biệt tác giả bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc
đến các Thầy/Cô giáo bộ môn Địa kỹ thuật - Trƣờng Đại học Thủy lợi đã tạo điều kiện
và đóng góp những ý kiến quý báu cho tác giả trong quá trình thực hiện luận án.
Tác giả bày tỏ lòng biết ơn đến các anh chị em đang công tác tại các công ty Tƣ vấn
Khảo sát xây dựng đóng trên địa bàn Quảng Nam - Đà Nẵng đã tạo điều kiện, giúp đỡ

tác giả thu thập tài liệu, số liệu, lấy mẫu và thí nghiệm để phục vụ nghiên cứu luận án.
Tác giả cũng gửi lời cảm ơn đến các Thầy/Cô giáo khoa Xây dựng Cầu đƣờng, phòng
thí nghiệm Địa cơ khoa Xây dựng Cầu đƣờng, trƣờng ĐHBK Đà Nẵng, các Thầy/Cô
giáo bộ môn Địa chất công trình - Địa chất thủy văn trƣờng Đại học Khoa học Huế, đã
động viên, giúp đỡ tác giả trong quá trình thực hiện luận án. Đồng thời tác giả cũng
gửi lời cảm ơn chân thành đến các nhà Khoa học đã đóng góp những ý kiến quý báu
cho tác giả trong quá trình hoàn thiện luận án.
Cuối cùng, tác giả xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã động
viên, khuyến khích để tác giả hoàn thành luận án.

ii


MỤC LỤC
Trang
DANH MỤC BẢNG BIỂU .......................................................................................... vii
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT VÀ GIẢI THÍCH THUẬT NGỮ ................................ viii
CÁC KÝ HIỆU SỬ DỤNG TRONG LUẬN ÁN ......................................................... ix
MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1
1 Tính cấp thiết ...........................................................................................................1
2 Mục tiêu nghiên cứu ................................................................................................1
3 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu ...........................................................................2
4 Nội dung nghiên cứu ...............................................................................................2
5 Phƣơng pháp nghiên cứu .........................................................................................2
6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn .................................................................................3
7 Bố cục luận án .........................................................................................................4
CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT CƠ LÝ VÀ ỨNG
DỤNG CHO XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU ...........................................................................5
1.1

Tổng quan về nghiên cứu tính chất cơ lý nền đất yếu .......................................5

1.2

Tình hình nghiên cứu, xử lý nền đất yếu ở ĐBVB Quảng Nam - Đà Nẵng ....17

1.3 Các thành tựu, tồn tại trong nghiên cứu xử lý nền đất yếu và những vấn đề
luận án tiếp tục giải quyết ..........................................................................................19
1.4

Phƣơng pháp luận và cách tiếp cận ..................................................................21

1.5

Kết luận chƣơng 1 ............................................................................................23

CHƢƠNG 2
ĐIỀU KIỆN ĐỊA KỸ THUẬT ĐỒNG BẰNG VEN BIỂN QUẢNG
NAM – ĐÀ NẴNG........................................................................................................24
2.1

Quan điểm về điều kiện địa kỹ thuật ...............................................................24

2.2

Điều kiện địa kỹ thuật khu vực nghiên cứu .....................................................24

2.3

Đặc điểm đất yếu đồng bằng ven biển Quảng Nam - Đà Nẵng .......................48

2.4

Kết luận chƣơng 2 ............................................................................................51

CHƢƠNG 3
NGHIÊN CỨU THÀNH PHẦN VẬT CHẤT VÀ TÍNH CHẤT CƠ
LÝ CỦA ĐẤT YẾU ......................................................................................................53
3.1

Vị trí, địa điểm lấy mẫu nghiên cứu ................................................................53

3.2

Nghiên cứu thành phần vật chất đất yếu ..........................................................53
iii


3.3

Nghiên cứu tính chất cơ học của đất yếu .........................................................63

3.4

Kết luận chƣơng 3 ............................................................................................92

CHƢƠNG 4
CẤU TRÚC NỀN ĐẤT YẾU VÀ PHÂN TÍCH LỰA CHỌN
THÔNG SỐ ĐẤT NỀN TRONG TÍNH TOÁN XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU ..................94

4.1

Các vấn đề chung .............................................................................................94

4.2

Đặc điểm các đơn vị cấu trúc nền đất yếu và giải pháp xử lý đất yếu .............97

nền đƣờng ..................................................................................................................97
4.3

Ứng dụng tính toán cho công trình thực tiễn .................................................102

4.4

Kết luận chƣơng 4 ..........................................................................................122

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .....................................................................................123
1

Các kết quả đạt đƣợc của luận án ......................................................................123

2

Những đóng góp mới của luận án .....................................................................123

3

Những tồn tại và hƣớng nghiên cứu tiếp theo ...................................................123

4

Kiến nghị ...........................................................................................................123

DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ ............................................................126
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...........................................................................................127

iv


DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
Hình 2.1 Bản đồ địa chất ĐBVB Quảng Nam - Đà Nẵng tỉ lệ 1/50.000 (thu nhỏ) .......28
Hình 2.2 Bản đồ địa kỹ thuật ĐBVB Quảng Nam - Đà Nẵng tỉ lệ 1/50.000 (thu nhỏ) 35
Hình 2.3 Lún và mất ổn định mái taluy nền đƣờng đắp trên đất yếu. ...........................42
Hình 2.4 Bản đồ phân bố đất yếu vùng ĐBVB Quảng Nam - Đà Nẵng tỉ lệ 1/50.000 (thu
nhỏ) ................................................................................................................................50
Hình 3.1 Hàm lƣợng các khoáng vật trong đất yếu ĐBVB Quảng Nam - Đà Nẵng ....54
Hình 3.2 So sánh hàm lƣợng các khoáng vật sét trong đất yếu ĐBVB Quảng Nam - Đà
Nẵng với ĐBSCL ..........................................................................................................56
Hình 3.3 Sự thay đổi hàm lƣợng hữu cơ theo chiều sâu của thành tạo mbQ22 .............57
Hình 3.4 Hàm lƣợng hữu cơ của một số thành tạo đất yếu ĐBVB Quảng Nam - Đà
Nẵng và các khu vực khác .............................................................................................58
Hình 3.5 Thành phần hóa học của đất yếu ở ĐBVB Quảng Nam - Đà Nẵng ...............60
Hình 3.6 So sánh thành phần hóa học đất yếu ở Quảng Nam - Đà Nẵng với các khu
vực khác .........................................................................................................................60
Hình 3.7 Hàm lƣợng các nhóm hạt của các thành tạo bùn sét pha ĐBVB Quảng Nam Đà Nẵng và ĐBSCL ......................................................................................................62
Hình 3.8 Hàm lƣợng các nhóm hạt của các thành tạo bùn sét ĐBVB Quảng Nam - Đà
Nẵng và các khu vực khác ở Việt Nam .........................................................................62
Hình 3.9 Thiết bị nén 1 trục không nở hông .................................................................64
Hình 3.10 Sơ đồ hộp nén không nở hông ......................................................................64

Hình 3.11 Cách xác định áp lực tiền cố kết ...................................................................65
Hình 3.12 Đồ thị đƣờng cong lún theo thời gian theo Casagrande ...............................65
Hình 3.13 Hệ số cố kết thấm đứng thay đổi theo cấp áp lực nén của mẫu bùn sét pha 69
Hình 3.14 Hệ số cố kết thấm đứng thay đổi theo cấp áp lực nén của mẫu bùn sét .......69
Hình 3.15 Quan hệ giữa Cv với các chỉ tiêu cơ lý của đất bùn sét pha ambQ23 ...........70
Hình 3.16 Công tác gia công mẫu (a, b, c) và tiến hành thí nghiệm nén cố kết ngang
(d)...................................................................................................................................72
Hình 3.17 Các bƣớc phân tích lún theo Asaoka để xác định Ch....................................72
Hình 3.18 Hệ số cố kết thấm ngang theo các cấp áp lực nén khác nhau .......................75
Hình 3.19 Tỉ số Ch(tp)/Cv theo các cấp áp lực nén khác nhau ........................................75
Hình 3.20 Đồ thị Si=f(Si-1) tại mốc SP-07 đoạn Km12+480 dự án đƣờng cao tốc Đà
Nẵng - Quảng Ngãi ........................................................................................................76
Hình 3.21 Đồ thị Si=f(Si-1) tại mốc SP-01 tại Km1+270 dự án đƣờng Nguyễn Tất
Thành .............................................................................................................................76
Hình 3.22 Hệ số cố kết thấm theo phƣơng đứng và phƣơng ngang xác định theo các
phƣơng pháp khác nhau .................................................................................................76
Hình 3.23 Mẫu trong buồng ba trục trƣớc khi thí nghiệm ............................................81
v


Hình 3.24 Mẫu bị phá hủy sau khi kết thúc thí nghệm .................................................81
Hình 3.25 Quan hệ giữa cƣờng độ lực dính đơn vị cuu với chỉ tiêu vật lý và trạng thái
của đất yếu .....................................................................................................................85
'
Hình 3.26 Sự thay đổi Su, Su /  v 0 (VST) theo độ sâu Z của bùn sét pha mbQ22 .......85

Hình 3.27 Cƣờng độ lực dính đơn vị không cố kết - không thoát nƣớc các thành tạo
đất yếu ĐBVB Quảng Nam- Đà Nẵng và các khu vực khác ở Việt Nam ....................87
Hình 3.28 Mối quan hệ giữa c’,  ' với chỉ số dẻo PI và hàm lƣợng hạt sét của bùn sét
pha ambQ23 ....................................................................................................................89

Hình 3.29 Cƣờng độ lực dính đơn vị cố kết - không thoát nƣớc đất yếu ĐBVB Quảng
Nam - Đà Nẵng và các khu vực khác ở Việt Nam .......................................................90
Hình 4.1 Sơ đồ phân chia các cấp cấu trúc nền ĐBVB Quảng Nam - Đà Nẵng...........98
Hình 4.2 Bản đồ cấu trúc nền ĐBVB Quảng Nam- Đà Nẵng tỉ lệ 1/50.000 (thu nhỏ) 99
Hình 4.3 Phân tích lún trƣớc khi xử lý bằng phần mềm Plaxis 8.5 tại MC1 ..............108
Hình 4.4 Sơ đồ xác định chiều cao đắp bù lún ............................................................115
Hình 4.5 Mô hình tính toán xử lý bấc thấm bằng phần mềm Plaxis 8.5 tại MC1 .......117
Hình 4.6 Mô hình tính toán giếng cát bằng phần mềm Plaxis 8.5 tại MC1 ................118

vi


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1 Đặc điểm các tầng chứa nƣớc ở vùng ĐBVB Quảng Nam - Đà Nẵng ..........31
Bảng 2.2 Giá trị trung bình chỉ tiêu cơ lý nhóm đá cứng và nửa cứng ........................36
Bảng 2.3 Giá trị trung bình thành phần hạt và các chỉ tiêu cơ lý nhóm đất rời ............37
Bảng 2.4 Giá trị trung bình thành phần hạt và các chỉ tiêu cơ lý nhóm đất dính ..........38
Bảng 2.5 Giá trị trung bình thành phần hạt và các chỉ tiêu cơ lý nhóm đất yếu ...........39
Bảng 2.6 Quy mô và tiêu chuẩn kỹ thuật thiết kế đƣờng ..............................................47
Bảng 2.7 Đặc điểm phân bố các thành tạo đất yếu khu vực nghiên cứu .......................49
Bảng 3.1 Kết quả xác định thành phần khoáng vật của đất yếu ....................................54
Bảng 3.2 Hàm lƣợng vật chất hữu cơ trong đất yếu nghiên cứu ...................................57
Bảng 3.3 Kết quả xác định thành phần hóa học của đất yếu .........................................59
Bảng 3.4 Thành phần các nhóm hạt của đất yếu ...........................................................61
Bảng 3.5 Tổng hợp kết quả thí nghiệm nén cố kết thấm theo phƣơng thẳng đứng của các
thành tạo đất yếu .............................................................................................................66
Bảng 3.6 Hàm tƣơng quan dự báo Cc từ W, LL, e0 trên thế giới và Việt Nam .............68
Bảng 3.7 Hàm tƣơng quan dự báo Cc từ e0, W, LL của đất yếu nghiên cứu ................68
Bảng 3.8 Kết quả xác định Ch(tp) và m=Ch(tp)/Cv trong phòng của đất yếu ....................74
Bảng 3.9 Kết quả xác định Ch từ bài toán phân tích ngƣợc quan trắc lún tại hiện trƣờng

.......................................................................................................................................77
Bảng 3.10 Kết quả tính toán hệ số cố kết thấm ngang và hệ số tỉ lệ m=Ch/Cv theo các
phƣơng pháp khác nhau .................................................................................................79
Bảng 3.11 Hệ số tỉ lệ m=Ch/Cv của một số loại đất yếu ở Việt Nam và thế giới ..........80
Bảng 3.12 Các thông số sức kháng cắt không thoát nƣớc của đất yếu .........................83
Bảng 3.13 Kết quả thí nghiệm các thông số sức kháng cắt của đất yếu theo sơ đồ CU88
Bảng 3.14 Kiến nghị các đặc trƣng cơ lý sử dụng trong tính toán thiết kế xử lý nền đất
yếu bằng thiết bị tiêu thoát nƣớc thẳng đứng ................................................................91
Bảng 4.1 Lựa chọn mặt cắt tính toán đặc trƣng dự án đƣờng Nguyễn Tất Thành ......104
Bảng 4.2 Lựa chọn mặt cắt tính toán dự án đƣờng Cao tốc Đà Nẵng - Quảng Ngãi ..105
Bảng 4.3 Tổng hợp các kết quả phân tích lún của nền khi chƣa xử lý ........................109
Bảng 4.4 Kết quả phân tích độ lún theo chiều cao đắp ...............................................109
Bảng 4.5 Bảng tổng hợp các kết quả tính toán hệ số ổn định .....................................110
Bảng 4.6 Tổng hợp các thông số của nền đƣờng thiết kế............................................115
Bảng 4.7 Kết quả tính toán xử lý bằng bấc thấm ........................................................117
Bảng 4.8 Kết quả tính toán xử lý bằng giếng cát ........................................................119
Bảng 4.9 Kết quả tính toán theo hồ sơ thiết kế kỹ thuật và thực tế quan trắc .............120
Bảng 4.10 So sánh kết quả tính toán theo các phƣơng pháp khác nhau ......................121

vii


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT VÀ GIẢI THÍCH THUẬT NGỮ
1. DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
ALNLR
CTN
CKD
CKDVC
CU
ĐBBB

ĐBVB
ĐBSCL
ĐCCT - ĐKT
ĐN-QN
ĐT
ĐH
ĐHBK
GPXL
HSTK
KCN
TLĐVTT
KSXD
MKN
MC1
MTĐC
NGI
QL1A
QL14B
QL14G
PTHT
PVD
SD
TCCL
TCN
TCVN
TCXD
TNHT
TNHH MTV
TN-KT
TPVC

TPHH
TPKV
UU

: Áp lực nƣớc lỗ rỗng
: Cấu trúc nền
: Chất kết dính
: Chất kết dính vô cơ
: Cố kết - không thoát nƣớc
: Đồng bằng Bắc Bộ
: Đồng bằng ven biển
: Đồng bằng sông Cửu Long
: Địa chất công trình - Địa kỹ thuật
: Đà Nẵng - Quảng Ngãi
: Đƣờng tỉnh
: Đƣờng huyện
: Đại học Bách Khoa
: Giải pháp xử lý
: Hồ sơ thiết kế
: Khu công nghiệp
: Trọng lƣợng đơn vị thể tích
: Khảo sát xây dựng
: Mất khi nung
: Mặt cắt 1
: Môi trƣờng địa chất
: Viện Địa kỹ thuật Nauy
: Quốc lộ 1A
: Quốc lộ 14B
: Quốc lộ 14G
: Phân tích hệ thống

: Bấc thấm
: Giếng cát
: Tính chất cơ lý
: Tầng chứa nƣớc
: Tiêu chuẩn Việt Nam
: Tính chất xây dựng
: Thí nghiệm hiện trƣờng
: Trách nhiệm hữu hạn một thành viên
: Tự nhiên – kỹ thuật
: Thành phần vật chất
: Thành phần hóa học
: Thành phần khoáng vật
: Không cố kết - không thoát nƣớc

2. GIẢI THÍCH CÁC THUẬT NGỮ
viii


CÁC KÝ HIỆU SỬ DỤNG TRONG LUẬN ÁN
Ký hiệu
a
Cc
Cs
c
Cv
Ch
Ch(ap)

Đơn vị
kPa-1

kPa
2
cm /s, m2/năm
cm2/s, m2/năm
cm2/s, m2/năm

C

-

ds/dw

-

dw
e0
E0
f
G (Sr)
HTK
HTT
IL
kv
kh
kd

m, cm
−
kPa
%

m
m
cm/s, m/ngày
cm/s, m/ngày
-

kh/ks

-

Km
L
LL
m
N30
Pc (  pz )

m, cm
%
kPa

PL
qu
Su
Sc
Si

%
kPa
kPa

m, cm
m, cm

Tên gọi
Hệ số nén lún
Chỉ số nén
Chỉ số nở
Cƣờng độ lực dính đơn vị
Hệ số cố kết thấm theo phƣơng đứng
Hệ số cố kết thấm theo phƣơng ngang
Hệ số cố kết thấm theo phƣơng ngang tƣơng đƣơng
Hệ số nén thứ cấp
Tỉ số giữa đƣờng kính vùng xáo động và đƣờng kính
tƣơng đƣơng của thiết bị tiêu thoát nƣớc thẳng đứng
Đƣờng kính tƣơng đƣơng của bấc thấm
Hệ số rỗng tự nhiên
Mô đun biến dạng của đất
Hệ số kiên cố
Độ bão hoà
Chiều cao nền đắp thiết kế
Chiều cao nền đắp tính toán
Độ sệt
Hệ số thấm theo phƣơng đứng
Hệ số thấm theo phƣơng ngang
Hệ số tự nén chặt
Tỉ số giữa hệ số thấm theo phƣơng ngang của vùng đất
nguyên trạng và vùng đất xáo động
Hệ số hoá mềm
Khoảng cách bố trí giếng cát hoặc bấc thấm
Giới hạn chảy

Hệ số tỉ lệ
Chỉ số xuyên tiêu chuẩn
Áp lực tiền cố kết
Độ ẩm giới hạn dẻo
Cƣờng độ kháng nén nở hông
Sức kháng cắt không thoát nƣớc theo VST
Độ lún cố kết
Độ lún tức thời
ix


Độ lún theo thời gian
Độ lún trƣớc xử lý
Độ lún theo kết quả quan trắc
Độ lún xử lý bằng bấc thấm
Độ lún xử lý bằng giếng cát
Sức chịu tải
Cƣờng độ chịu kéo
Cƣờng độ chịu nén bão hoà
Cƣờng độ chịu nén khô gió
Nhân tố thời gian
Thời gian theo hồ sơ thiết kế
Thời gian quan trắc
Thời gian xử lý bằng bấc thấm
Thời gian xử lý bằng giếng cát
Thời gian
Độ cố kết
Áp lực nƣớc lỗ rỗng
Độ ẩm
Độ ẩm lớn nhất

Ứng suất tổng



m, cm
m, cm
m, cm
m, cm
m, cm
kPa
kPa
kPa
kPa
ngày
ngày
ngày
ngày
ngày, giờ, giây
%
kPa
%
%
kPa

 v' 0

kPa

Ứng suất hữu hiệu

 v'

kPa

Áp lực hữu hiệu theo phƣơng thẳng đứng



độ

Góc ma sát trong

'

độ

Góc ma sát trong hữu hiệu

αk
αw

amQ22-3

độ
độ
KN/m3
KN/m3
KN/m3
-

ambQ21-2

-

amQ22-3cg

-

bmQ1

-

lbQ21-2hh1

-

St
STXL
SQT
SPVD
SSD
Rn
Rk
Rnbh
Rn
T
THSTK
TQT
TPVD
TSD

t
U
uw
W
Wmax

w
d (c)
s

Góc nghĩ khi khô
Góc nghĩ khi ƣớt
Trọng lƣợng đơn vị thể tích của đất tự nhiên
Trọng lƣợng đơn vị thể tích của đất khô
Trọng lƣợng đơn vị thể tích hạt rắn
Trầm tích sông - biển tuổi Holocen giữa - muộn
Trầm tích sông - biển - đầm lầy tuổi Holocen sớm giữa
Trầm tích sông - biển tuổi Holocen giữa - muộn hệ
tầng Cần Giờ
Trầm tích đầm lầy - biển tuổi Pleistocen
Trầm tích hồ - đầm lầy tuổi Holocen sớm - giữa lầy
phần hệ tầng Hải Hƣng sớm
x


MỞ ĐẦU
1 Tính cấp thiết
Quá trình đô thị hóa và phát triển du lịch tại ĐBVB Quảng Nam- Đà Nẵng đang diễn
ra nhanh chóng và cần thiết phải phát triển các cơ sở hạ tầng giao thông. Mặt khác, do
đặc điểm nền đất yếu của nƣớc ta phân bố rộng khắp không chỉ ở ĐBBB, 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 nƣớc nhỏ nên nền đắp thƣờng 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, hƣ 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 của đất yếu cũng nhƣ chƣa
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) nền phù hợp. Trong những năm gần
đây, ở khu vực nghiên cứu xuất hiện nhiều công trình bị lún mạnh, lún không đều đòi
hỏi phải tiến hành gia cố xử lý mới cho phép sử dụng bình thƣờng, đặc biệt là các
tuyến đƣờng xây dựng trên nền đất yếu.
Bên cạnh đó, đất yếu vùng ĐBVB Quảng Nam - Đà Nẵng là những trầm tích trẻ hiện
đại có tuổi Holocen và Pleistocen muộn đƣợc hình thành từ nhiều nguồn gốc khác
nhau. Khả năng xây dựng công trình trên nền đất yếu cũng nhƣ việc lựa chọn GPXL
phụ thuộc rất lớn vào các TCCL của đất, 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 thành phần vật chất, tính
chất cơ lý và cấu trúc nền đất yếu ở khu vực nghiên cứu là hết sức cần thiết, nhằm
cung cấp đủ luận cứ khoa học để tính toán thiết kế đƣờng giao thông cũng nhƣ cung
cấp cơ sở quan trọng trong việc lựa chọn, đề xuất và tính toán - thiết kế đúng đắn các
giải pháp xử lý nền đƣờng 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 yếu vùng
1


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 tƣơng quan của chúng phục vụ cho lựa chọn, tính
toán, thiết kế các giải pháp xử lý nền đƣợc chính xác và phù hợp.
3 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu

3.1

Đối tượng nghiên cứu: Đất yếu đa nguồn gốc ở đồng bằng ven biển Quảng

Nam - Đà Nẵng.
3.2

Phạm vi nghiên cứu: 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 hƣởng của nền đƣờng 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 cần 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 đƣờng giao thông.
- Nghiên cứu 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 các thành tạo 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 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 giải pháp xử lý nền đất yếu đƣợc 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 đƣờng giao thông.
5 Phƣơng pháp nghiên cứu
- Phương pháp kế thừa: Kế thừa các tài liệu, các công trình nghiên cứu đã có trong
khu vực có liên quan mật thiết với luận án, từ đó phát triển hƣớng nghiên cứu mới.
2

- Phương pháp địa chất: Nghiên cứu sự thành tạo và sự phân bố các thành tạo trầm
tích đất yếu đa nguồn gốc.
- Phương pháp số: Sử dụng phần mềm ArcMap 10.2.2 để lập các bản đồ chuyên đề
(bản đồ điều kiện địa kỹ thuật, bản đồ địa hình - địa mạo, bản đồ địa chất thủy văn,
bản đồ phân bố đất yếu, bản đồ cầu trúc nền đất yếu); phần mềm Plaxis 8.5 để tính lún
và ổn định nền đắp.
- Phương pháp thực nghiệm: Thí nghiệm trong phòng xác định các chỉ tiêu vật lý của
đất, thành phần vật chất, đặc tính biến dạng - cố kết thấm, sức kháng cắt (thí nghiệm
cắt phẳng trực tiếp, thí nghiệm nén ba trục theo sơ đồ UU và CU) của đất và các thí
nghiệm hiện trƣờng (thí nghiệm cắt cánh hiện trƣờng VST và xuyên tiêu chuẩn SPT).
- Phương pháp thống kê và địa thống kê: Nhằm xử lý số liệu, đƣa ra giá trị trung bình
tính chất cơ lý, lập mối tƣơng quan giữa các chỉ tiêu cơ lý, xử lý kết quả thí nghiệm,...
- Phương pháp phân tích hệ thống: Nhằm phân tích các vấn đề lý thuyết và thực
nghiệm liên quan nội dung luận án.
- Phương pháp phân tích tính toán lý thuyết: Nhằm tính toán - thiết kế các giải pháp
xử lý, tính toán các chỉ tiêu cơ lý của đất.
- Phương pháp chuyên gia: Đề tài nghiên cứu là một vấn đề rất phức tạp, vừa có tính
tổng hợp, vừa mang tính chuyên sâu, do đó rất cần sự tham vấn, đóng góp của nhiều
nhà khoa học, chuyên gia thông qua các hội nghị khoa học, hội thảo với sự tham gia
của nhiều chuyên ngành khác nhau.
6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
6.1 Ý nghĩa khoa học
Xác định đƣợc các đặc trƣng cơ lý, thành phần vật chất và sự phân bố của đất yếu ven
biển Quảng Nam - Đà Nẵng.
6.2 Ý nghĩa thực tiễn
Xây dựng đƣợc bản đồ phân vùng cấu trúc nền phục vụ xử lý nền cho công trình giao
thông.
3

7 Bố cục của luận án:
Ngoài mở đầu, kết luận và kiến nghị, nội dung luận án đƣợc trình bày trong 4 chƣơng:
Chƣơng 1: Tổng quan các nghiên cứu tính chất cơ lý và ứng dụng cho xử lý nền đất
yếu.
Chƣơng 2: Điều kiện địa kỹ thuật đồng bằng ven biển Quảng Nam - Đà Nẵng.
Chƣơng 3: Nghiên cứu thành phần vật chất và tính chất cơ lý 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


CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT CƠ
LÝ VÀ ỨNG DỤNG CHO XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU
1.1 Tổng quan về nghiên cứu tính chất cơ lý nền đất yếu
1.1.1 Khái quát về đất yếu và nền đất yếu
Trong tự nhiên, những loại đất yếu thƣờng gặp là đất loại sét (cát pha, sét pha và sét)
trạng thái dẻo chảy đến chảy, cát bụi bão hòa nƣớc hoặc các loại đất ở dạng bùn, than
bùn,...Tùy thuộc vào thành phần vật chất, phƣơng thức và điều kiện hình thành, vị trí
trong không gian, điều kiện địa lý, khí hậu,...mà tồn tại những loại đất yếu khác nhau.
Xét theo nguồn gốc, đất yếu có thể đƣợc hình thành trong điều kiện lục địa, vũng vịnh,
đầm hồ ở khu vực vùng cửa sông, tam giác châu, vịnh biển hoặc nguồn gốc biển đƣợc
hình thành ở khu vực nƣớc nông (<200 m), khu vực thềm lục địa (200 - 3000 m). Đất
yếu đƣợc phân chia nhƣ sau:
- Đất dính yếu hay còn gọi là đất loại sét yếu trạng thái dẻo chảy đến chảy, độ sệt IL >
0,75. Tên của loại sét yếu này đƣợc gọi theo chỉ số dẻo (PI) và bao gồm cát pha (PI
<7), sét pha (PI =7 - 17 ) và đất sét (PI >17).

- Đất bùn hữu cơ, trong nghiên cứu đất xây dựng ngƣời ta thƣờng chia đất hữu cơ theo
hàm lƣợng vật chất hữu cơ chứa trong đất yếu và đƣợc gọi tên nhƣ sau: nếu hàm lƣợng
hữu cơ <10% đƣợc gọi là bùn hữu cơ, đất than bùn có hàm lƣợng hữu cơ từ 10% 60% và than bùn có chứa hữu cơ > 60% [1]. Tuy vậy, theo 22TCN262-2000 thì đất
than bùn, than bùn đƣợc gộp lại và thƣờng gọi là than bùn với hàm lƣợng hữu cơ từ 20
- 80%, bùn hữu cơ nếu hàm lƣợng hữu cơ < 20%. Ngoài ra, còn gọi tên đất theo mức
độ chứa hàm lƣợng hữu cơ: đất chứa ít hữu cơ (2 - 5%), đất chứa hàm lƣợng hữu cơ
trung bình (5 - 10%), đất chứa nhiều hữu cơ (10 - 15%) và đất chứa rất nhiều hữu cơ
(15 - 20%). Có các loại bùn hữu cơ nhƣ: bùn cát pha (PI< 7; e0= 0,9 - 1,0), bùn sét pha
(PI = 7 - 17; e0 = 1,0 - 1,5) và bùn sét (PI >17; e0 >1,5) [2].
Trong các tiêu chuẩn Anh (BS), Mỹ (ASTM) thì than bùn và các loại đất chứa hữu cơ
khác có giới hạn chảy và giới hạn dẻo rất cao, chúng đều nằm dƣới đƣờng A trên biểu
đồ dẻo và khi gọi tên đất đều phải kèm theo chữ Pt hoặc O nhƣ trên hình 1 phụ lục.
5


- Cát bụi bão hòa nƣớc thuộc loại đất rời hay đất loại cát. Tên gọi loại đất này phải
thoả mãn điều kiện: nhóm hạt có đƣờng kính <2 mm chiếm > 50% và nhóm hạt có
đƣờng kính >0,1 mm phải <75% [1].
Các công trình nghiên cứu về đất yếu đƣợc đề cập rất nhiều trong các Hội nghị quốc tế
về “Cơ học đất, nền và móng” ở trên thế giới: Cambridge (1936), Rotterdam (1948),
Paris (1961), Tallin (1965), Riga (1972). Tuy nhiên, khái niệm về đất yếu cho đến nay
vẫn chƣa có sự thống nhất cao. V.D.Lomtadze xếp đất yếu vào nhóm đất có thành
phần, trạng thái và tính chất đặc biệt [3]. Bên cạnh đó, Lareal Pierre quan niệm đất yếu
là đất có khả năng chịu tải thấp (50 -100 kPa), tính nén lún lớn, hầu nhƣ bão hòa nƣớc,
hệ số rỗng lớn (e0 >1), môđun biến dạng thấp (Eo< 5000 kPa), sức kháng cắt nhỏ [4].
Theo quan điểm xây dựng của một số nƣớc, đất yếu đƣợc xác định theo tiêu chuẩn về
sức kháng cắt không thoát nƣớc Su và chỉ số xuyên tiêu chuẩn N30 (đất rất yếu khi Su ≤
12,5 kPa hoặc N30 ≤ 2 và đất yếu khi Su ≤ 25 kPa hoặc N30 ≤ 4) [5], [6], [7].
Theo TCVN 9355-2012 đất yếu là loại đất cần phải tiến hành xử lý mới có thể làm nền
móng cho công trình. Các loại đất yếu thƣờng gặp là bùn, đất loại sét ở trạng thái dẻo

chảy đến chảy. Những loại đất này thƣờng có độ sệt lớn (IL >0,75), hệ số rỗng lớn (e0
>1), góc ma sát trong nhỏ ( <100), cƣờng độ lực dính đơn vị theo kết quả cắt nhanh
không thoát nƣớc c < 15 kPa, sức kháng cắt không thoát nƣớc theo VST Su < 35 kPa,
có sức chống mũi xuyên qc < 10 kPa và chỉ số SPT là N30 < 5 [8]. Nền đất là đất yếu
nếu ở trạng thái tự nhiên, độ ẩm của đất gần bằng hoặc cao hơn giới hạn chảy, hệ số
rỗng lớn, cƣờng độ lực dính đơn vị c theo kết quả cắt nhanh không thoát nƣớc c ≤15
kPa, φ = 00 - 100 hoặc sức kháng cắt không thoát nƣớc theo VST Su ≤ 35 kPa [8].
Có thể nhận thấy trên thế giới và trong nƣớc, khái niệm về đất yếu và nền đất yếu cho
đến nay vẫn chƣa rõ ràng và nhất quán, bởi lẽ đất có thể xem là “tốt” đối với CTXD
này nhƣng lại “yếu” với CTXD khác. Trên quan điểm xem xét mối quan hệ tƣơng 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 đơn vị 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
6


biến dạng nhỏ (E0≤5000 kPa). Nếu không có biện pháp xử lý thích hợp thì không thể
xây dựng công trình trên đó.
Nền đất yếu là nền đất không thuận lợi cho việc xây dựng công trình, khi xây dựng
công trình trên nền đất yếu 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.
1.1.2 Nghiên cứu, sử dụng nền đất yếu trên thế giới
Khi nghiên cứu đất yếu, việc đảm bảo đƣợc độ nguyên trạng của mẫu đất ở trong
phòng là quan trọng nhất và vấn đề này đƣợc nhiều tác giả quan tâm nghiên cứu.
TCCL của mẫu đất trƣớc và sau khi phá hủy kết cấu tự nhiên có sự khác biệt nhau rất
lớn, điều này đƣợc thể hiện rõ trên các đồ thị nén lún, quan hệ giữa ứng suất và biến
dạng, sức kháng cắt và hệ số cố kết thấm của đất. Thông qua các kết quả quan trắc
hiện trƣờng, các biểu đồ quan hệ giữa độ lún và thời gian, sự thay đổi ALNLR và dịch
chuyển ngang theo thời gian, Zhang đã đƣa ra các nhận định tƣơng tự nhƣ đã đề cập ở

trên. Khi bị phá hủy kết cấu tự nhiên thì tính chất cơ học của đất loại sét yếu rất khó
khôi phục. Để đánh giá độ nguyên trạng của mẫu có thể sử dụng nhiều phƣơng pháp
khác nhau nhƣ: dựa vào độ hút dính của đất tại ứng suất hữu hiệu tự nhiên  v' 0 , tốc độ
truyền sóng cắt. Dựa vào độ biến dạng khi nén cố kết hoặc độ biến dạng thể tích  
khi cố kết đẳng hƣớng trên máy nén ba trục ở trạng thái ứng suất hữu hiệu tự nhiên,
Andresen và nnk chỉ ra rằng các mẫu có độ biến dạng thể tích   4% đƣợc xem là đảm
bảo tính nguyên trạng (với  

e0  e1
, %), đây là phƣơng pháp đơn giản và thƣờng sử
1  e1

dụng nhiều nhất để đánh giá chất lƣợng mẫu (chất lƣợng mẫu: rất tốt   1% ; tốt
  1 2% ; khá tốt   2  4% ; mẫu bị phá hoại   4  8% và mẫu xấu   8% ) [6].

Nhằm cung cấp đầy đủ và chính xác các chỉ tiêu cơ lý của đất yếu phục vụ xây dựng
đƣờng giao thông, cần phải sử dụng các phƣơng pháp nghiên cứu thích hợp nhƣ
phƣơng pháp nghiên cứu thành phần vật chất, đặc điểm sức kháng cắt và cố kết của đất
yếu đƣợc đề cập bởi Nagaraj.T.S, Norihiko Miura [9].
TPVC là yếu tố đóng vai trò quyết định đến TCCL của đất yếu. Các nghiên cứu về
7


TPVC, trong đó nghiên cứu về TPKV của Ohtsubo và nnk đã khẳng định điều kiện tồn
tại của đất yếu có vai trò quan trọng quyết định tới TPVC và TCCL của đất yếu [10].
Đất loại sét yếu ở Nhật Bản có TPKV chủ yếu là Smectit với độ nhạy cao, đất sét ở
Singapore có khoáng vật sét chiếm ƣu thế là Kaolinit với độ nhạy trung bình và thấp,
đất loại sét ở Pusan có khoáng vật chính là Vermiculit, Illit và có độ nhạy trung bình
[6], [10]. Ngoài ra, các tác giả nhƣ V.D.Lomtadze, V.P.Petrukhin cũng đã chú trọng
đến việc nghiên cứu ảnh hƣởng của độ nhiễm mặn đến giới hạn chảy, chỉ số dẻo và

sức kháng cắt của đất. Các nghiên cứu này đƣợc xem nhƣ là cơ sở cho những nghiên
cứu về sau đối với đất nhiễm mặn ở nƣớc ta. Đất nhiễm phèn và các tính chất cơ học
của đất cũng đƣợc nhiều tác giả đề cập [6]. Trong tự nhiên, TCXD của đất đá không
chỉ phụ thuộc vào TPVC mà còn phụ thuộc vào đặc điểm kiến trúc của nó (E.M
Xergeev). Bên cạnh đó, cấu tạo tự nhiên của đất cũng có ý nghĩa quan trọng, quyết
định đến TCXD của đất.
Mặt khác, các tính chất cơ học của đất yếu cũng đƣợc nhiều tác giả quan tâm nghiên
cứu một cách chuyên sâu. Thật vậy, từ những năm 20 của thế kỷ trƣớc, đặc tính cố kết
của mẫu đất bão hòa nƣớc đã đƣợc nghiên cứu bởi K. Terzaghi dựa trên mô hình thí
nghiệm nén một trục và lý thuyết này dần đƣợc hoàn thiện bởi nhiều nhà khoa học trên
thế giới [6]. Trên thực tế, các bài toán cố kết một trục của K.Terzaghi vẫn là mô hình
chính để tính toán các đặc tính cố kết của đất [5], [11], [12]. Theo lý thuyết của K.
Terzaghi và nnk (1925-1948), quá trình cố kết thấm xảy ra khi áp lực ngoài tác dụng
vào đất hoặc do trọng lƣợng của các lớp nằm trên, khi đó đất đƣợc nén chặt và nƣớc lỗ
rỗng thoát ra ngoài. Lần đầu tiên K. Terzaghi (1924) đƣa ra biểu thức thể hiện đặc tính
rất cơ bản của cơ học đất, mặt dù nguyên lý áp lực hữu hiệu khá đơn giản  '    uw
(trong đó  là áp lực tổng;  ' áp lực hữu hiệu và uw là ALNLR), song nó rất quan trọng
trong nghiên cứu tính chất cơ học của đất [5], [13].
Bên cạnh đó, V.A. Florin đã giải những bài toán cố kết có xét đến độ bền kiến trúc,
gradient ban đầu, từ biến cốt đất, tính nén ép của nƣớc lỗ rỗng, hàm lƣợng khí trong
đất và sự thay đổi áp lực pháp tuyến theo thời gian, bỏ qua vai trò của áp lực tiếp
tuyến. Trong công trình nghiên cứu của mình, N.N.Verigin đã đƣa ra khái niệm mới
8


hoàn toàn khác với K.Terzaghi, cụ thể là ngay thời điểm ban đầu khi mới đặt tải, nƣớc
lỗ rỗng và hạt đất đều đồng thời chịu tác dụng của lực ngoài. Mặt khác, V.A.Florin và
nnk đã đề nghị lý thuyết cố kết dựa trên mô hình “lực thể tích” có tính chất tổng quát
hơn, nhƣng do phƣơng trình vi phân theo sơ đồ này rất phức tạp, khó tìm đƣợc nghiệm
tổng quát, vì vậy ít đƣợc sử dụng rộng rãi. Theo P.L. Berry và nnk (1972), khái niệm

về cố kết thứ cấp của đất loại sét do K. Terzaghi (1941) và D.W. Taylor đề xuất năm
1942 có thể áp dụng cho đất than bùn. Nén thứ cấp nhận đƣợc từ sự điều chỉnh lại các
hạt đất sau khi có sự phá vỡ cấu trúc xảy ra trong giai đoạn cố kết thứ cấp. A.Dams
(1963) mô tả quá trình cố kết thấm của đất than bùn đƣợc xem nhƣ việc thoát nƣớc từ
mạng vi lỗ rỗng trong cấu trúc của đất. Kết quả nghiên cứu nén cố kết một trục đối với
đất yếu của R. Larsson (1986) cho thấy, cố kết từ biến trong đất than bùn phụ thuộc
vào mức độ phân hủy hàm lƣợng hữu cơ. Tuy nhiên, đối với đất loại sét yếu ở trạng
thái bão hòa nƣớc, chƣa đƣợc nén chặt, để tính lún theo thời gian vẫn có thể dựa vào
cơ sở lý thuyết cố kết thấm (Hamilton và nnk, 1959). Vấn đề này đƣợc nhiều nhà khoa
học trên thế giới xác nhận tại hội nghị Quốc tế “ Xây dựng công trình trên nền đất sét
yếu bão hòa nƣớc” ở Tallin 1965 [5].
A.Casagrande (1938) đã nghiên cứu và đƣa ra phƣơng pháp xác định áp lực tiền cố kết
cho các loại đất dựa trên đƣờng cong quan hệ giữa hệ số rỗng và logarit ứng suất tác
dụng, đặc biệt là đất loại sét, trong đó có tính toán thời gian kết thúc cố kết sơ cấp
(t100), nhằm xác định hệ số cố kết (Cv) của đất loại sét có tính chất mềm yếu thông qua
phƣơng pháp “đƣờng cong phù hợp”. Hiện nay, phƣơng pháp này đƣợc áp dụng rộng
rãi trong các tiêu chuẩn trên thế giới (ASTM 2435, JGS 2000, BS 1377). Ngoài ra, dựa
vào kết quả quan trắc lún của mẫu đất theo thời gian, các nhà nghiên cứu đã đề xuất
phƣơng pháp khác nhau để tính toán hệ số cố kết (Cv) của đất nhƣ phƣơng pháp logarit
thời gian của A.Casagrande và Fadum, hay phƣơng pháp căn bậc 2 thời gian của
D.W.Taylor đã đƣợc công nhận và áp dụng trong các tiêu chuẩn xây dựng [11], [14].
Đồng thời, Hiroyuki Tanaka (2002) đƣa ra một số nhận định có giá trị nhƣ: chỉ số nén
Cc có quan hệ chặt chẽ với giới hạn chảy (LL), sức kháng cắt hữu hiệu không phụ
thuộc vào chỉ số dẻo (PI) mà chỉ có tính bất đẳng hƣớng của sức kháng cắt có quan hệ
chặt chẽ với chỉ số dẻo. L.Bjerrum (1967) đã chỉ ra khi lấy mẫu, đất sẽ bị dỡ tải do sự
9


phân bố lại nƣớc trong ống mẫu, khi thí nghiệm cần thiết lập lại điều kiện hiện trƣờng
[5], [6]. Hanzawa (1989) đã đề cập đến các tính chất cơ học của đất yếu liên quan đến

lịch sử tồn tại, phân tích ƣu - nhƣợc điểm của phƣơng pháp Bjerrum, Shansep để xác
định các thông số kháng cắt và giải thích rằng đất yếu bị quá cố kết (OCR>1) là do ảnh
hƣởng bởi quá trình nén thứ cấp, ximăng hóa trong thời gian tồn tại. Đây là những
nhận định quan trọng minh chứng cho quá trình cố kết của đất bị ảnh hƣởng bởi các
quá trình địa chất [15].
Gần đây nhất, các nhà nghiên cứu ở Nhật Bản đã đề xuất phƣơng pháp 3t, nhằm xác
định thời gian kết thúc cố kết sơ cấp và đã đƣợc quy định trong tiêu chuẩn xây dựng
JGS-2000, cũng nhƣ đƣợc giới thiệu rộng rãi trong các giáo trình thí nghiệm đất xây
dựng trong phòng ở các nƣớc phƣơng Tây [11].
Bên cạnh đó, hệ số cố kết thấm ngang (Ch), hệ số thấm theo phƣơng ngang (kh) quyết
định việc lựa chọn GPXL nền đất yếu và đƣợc các nhà khoa học quan tâm nghiên cứu.
Từ những năm 1966, P.W.Rowe đã chế tạo thiết bị thấm ngang và sau đó là các tác giả
khác nhƣ: Tavenas (1983), Seah và nnk (2003 - 2004), Bergado (2002). Mặt khác, Ch
còn đƣợc xác định ở trong phòng và hiện trƣờng từ bài toán phân tích ngƣợc dựa theo
kết quả quan trắc lún hoặc đo ALNLR. Dựa vào kết quả quan trắc thử nghiệm cho đất
sét yếu ở Bangkok trên nền xử lý bằng bấc thấm, Bergado và nnk (2002) xác định giá
trị Ch=2,8 m2/năm ở độ sâu từ 4 - 8 m khi giả thiết ds/dw = 2, kh/ks =5. Tuy nhiên, Seah
và nnk (2004) xác định hệ số Ch = 0,75 m2/năm khi giả thiết ds/dw =2, kh/ks =1,4 [6].
Ngoài ra, đặc tính sức kháng cắt của đất yếu đóng vai trò quan trọng trong tính toán,
đề xuất cũng nhƣ thiết kế các GPXL nền đƣờng đất yếu. Hệ số Bjerrum để hiệu chỉnh
sức kháng cắt không thoát nƣớc có độ chính xác thấp, mỗi loại đất khác nhau cho giá
trị của hệ số này khác nhau. Thật vậy, các nhà nghiên cứu đã chỉ ra rằng, sức kháng cắt
không thoát nƣớc cu (Su) của đất loại sét cố kết thông thƣờng tăng tuyến tính với sự
giảm độ ẩm, mà độ ẩm thƣờng giảm tuyến tính theo độ sâu. Do đó, sức kháng cắt
không thoát nƣớc tăng tuyến tính theo độ sâu và đối với mỗi loại đất khác nhau tỉ số
cu/  v' là hằng số. Nhiều tƣơng quan giữa sức kháng cắt không thoát nƣớc với các chỉ
tiêu vật lý cơ bản của đất nhƣ độ ẩm (W), giới hạn chảy (LL), chỉ số dẻo (PI) đã đƣợc
10

nghiên cứu và kiến nghị trong các bài viết của các tác giả nhƣ: Bjerrum (1972),
Azzouz (1983), Duncan (1989), Kulhawy và Mayne (1990), Morris và nnk (1994)
[16], [17]. Trong các tƣơng quan đó, các tác giả đều quan niệm đất nền bão hoà có
  0 và sức kháng cắt của đất đƣợc biểu thị bằng cƣờng độ lực dính đơn vị không

thoát nƣớc cu (Su). Skempton (1957) đã đƣa ra mối liên hệ giữa tỉ số cu/  v' với chỉ số
dẻo (PI) theo công thức thực nghiệm cu/  v' =0,11+0,0037PI. Bjerrum (1972) đề nghị
sức kháng cắt không thoát nƣớc Su nên xác định từ kết quả thí nghiệm cắt cánh hiện
trƣờng đƣợc hiệu chỉnh theo hệ số  [16]. Gần đây, tƣơng quan hoàn chỉnh hơn đƣợc
đƣa ra bởi Terzaghi, Peck và nnk (1996). Quan niệm tỉ số cu/  v' cho sét cố kết bình
thƣờng cũng đƣợc mở rộng thêm và phù hợp cho sét quá cố kết nhƣ kết quả nghiên
cứu của Shansep. Các kết quả nghiên cứu chỉ tập trung cho một loại đất nhƣng là cơ sở
quan trọng định hƣớng cho công tác nghiên cứu đất yếu về sau [5], [6].
Cấu trúc nền cùng với TPVC và TCCL của đất yếu là yếu tố đóng vai trò quan trọng
cần đƣợc quan tâm xem xét, làm cơ sở cho việc đề ra công tác khảo sát, lựa chọn, thiết
kế GPXL nền đƣờng. Do đó, nghiên cứu CTN đất yếu phục vụ xây dựng đƣờng đƣợc
đề cập trong công trình nghiên cứu của nhiều tác giả. Thật vậy, M.V.Ras (1973) đƣa ra
khái niệm về mô hình cấu trúc, trong đó có mô hình điều kiện tự nhiên, mô hình nền tự
nhiên và các khái niệm về miền xác định của công trình. Trong nhiều tác phẩm khác,
các tác giả đã chỉ ra các dạng sơ đồ CTN và các giải pháp nền móng thích hợp với
từng dạng CTN khác nhau. Nghiên cứu CTN không thể tách rời với nghiên cứu môi
trƣờng ĐCCT – ĐKT, vấn đề này đƣợc đề cập bởi các tác giả thuộc Liên Xô củ nhƣ:
E.M. Xergheev (1979); G.K. Bônđaríc (1981) [5], [12], [18], [19].
Song song với công tác nghiên cứu TPVC và TCCL của đất yếu, thì việc nghiên cứu
các GPXL nền đất yếu cũng đƣợc tiến hành từ những năm 1960 và không ngừng đƣợc
cải tiến cho đến nay. Trên thế giới vải địa kỹ thuật đƣợc áp dụng 1960, đến năm 1990
các nƣớc trong khối ASEAN bắt đầu áp dụng vải địa kỹ thuật [5], [7]. Phƣơng pháp
gia cố nền đất yếu bằng cọc đất - vôi/xi măng là một công nghệ đƣợc thế giới biết đến,
nhƣng từ năm 1990 trở lại đây phƣơng pháp này mới đạt công nghệ hoàn chỉnh và áp
dụng rất hiệu quả trong các dự án đƣờng bộ, đƣờng sắt. Từ năm 1960, Nhật Bản là

11


nƣớc dẫn đầu trong việc nghiên cứu và phát triển công nghệ cọc xi măng - đất [5], [7].
Từ những năm 90 thế kỷ trƣớc, lần đầu tiên công nghệ xử lý đất yếu bằng bấc thấm
(PVD) kết hợp gia tải trƣớc đƣợc sử dụng rộng rãi trên thế giới do thi công nhanh và
mang lại hiệu quả tốt. Để giải bài toán cố kết thấm theo ba hƣớng đƣợc đơn giản,
N.Carrillo (1942) đã đƣa ra một định lý để phân bài toán cố kết thấm ba hƣớng thành
tổ hợp của bài toán cố kết thấm một hƣớng và bài toán cố kết theo hƣớng bán kính.
K.Terzaghi (1951) đã có lời giải cho bài toán cố kết thấm một hƣớng, R.E.Glover
(1930) hoặc R.A.Barron (1948) đã có lời giải cho bài toán cố kết thấm theo hƣớng bán
kính và dựa vào kết quả đó để tính lún của nền khi tiến hành xử lý bằng giếng cát kết
hợp gia tải nén trƣớc [5], [6], [7]. Nghiên cứu ĐKT cho xử lý nền bằng CKDVC ngày
càng đƣợc hoàn thiện, nghiên cứu của các tác giả chủ yếu đề cập đến vấn đề sau: Đặc
điểm gia cố của các loại đất có thành phần hạt và khoáng vật khác nhau, liều và lƣợng
CKD cần gia cố, các yếu tố ảnh hƣởng tới quá trình hình thành độ bền của hỗn hợp gia
cố. Cải tạo đất yếu bằng CKD có hiệu quả thấp khi hàm lƣợng SO3 và SO4 trong đất
chiếm hơn 0,2% và 0,5% hoặc nƣớc dƣới đất chứa SO3 >300 mg/l (Sherwood, 1957).
Chất hữu cơ trong đất có khuynh hƣớng hấp phụ ion canxi từ các CKD đƣa vào trong
đất (Kuno, 1889); khi hàm lƣợng chất hữu cơ trong đất >2% và pH <5 thì hiệu quả gia
cố bằng xi măng thấp (Anon, 1990). Hàm lƣợng vôi thích hợp để cải tạo đất yếu ở
Bangkok là 5 - 10% (Balasubramaniam, 1988 - 1989). Độ bền nén nở hông qu của hỗn
hợp đất hạt thô gia cố xi măng lớn hơn so với đất bụi, sét đƣợc gia cố (Mitchell,
1981)). Các yếu tố ảnh hƣởng tới khả năng cải tạo đất bằng xi măng là loại, lƣợng xi
măng, thời gian và nhiệt độ bảo dƣỡng, loại đất, TPKV cũng nhƣ đặc điểm môi trƣờng
nƣớc lỗ rỗng [5], [20]. Gần đây phƣơng pháp xử lý đất yếu bằng gia tải nén trƣớc kết
hợp hút chân không đƣợc áp dụng rộng rãi và đã thu đƣợc những thành quả nhất định.
Công nghệ bơm hút chân không xử lý nền đất yếu lần đầu tiên đƣợc giới thiệu vào
năm 1952 bởi tiến sĩ W. Kjellman. Sau đó bài toán cố kết hút chân không đƣợc nghiên
cứu lại bởi giáo sƣ Cognon với một số nguyên tắc lý thuyết cơ bản mới. Đến những

năm 70, phƣơng pháp này đƣợc ứng dụng rộng rãi, đặc biệt là ở Nga, Nhật, Trung
Quốc và sau đó đã đƣợc ứng dụng rộng rãi ở nhiều nƣớc trên thế giới.
1.1.3 Tình hình nghiên cứu đất yếu ở Việt Nam
12


Việt Nam đã và đang nghiên cứu, ứng dụng nhiều thành tựu khoa học về nghiên cứu
đất yếu của thế giới trong xây dựng đƣờng giao thông và đã đạt đƣợc những thành tựu
bƣớc đầu, điển hình là công tác nghiên cứu đất yếu tại ĐBBB và ĐBSCL.
Nghiên cứu điều kiện hình thành, nguồn gốc, đặc điểm phân bố, TPVC và cấu trúc của
đất yếu đƣợc nhiều tác giả quan tâm. Đỗ Minh Toàn và nnk (1993) đã đặt nền móng
cho nghiên cứu đất nhiễm mặn ĐBBB. Nguyễn Văn Thơ và nnk (1999) chỉ ra rằng khi
hàm lƣợng muối tăng từ 0 - 1% thì tính dẻo giảm, cƣờng độ lực dính đơn vị và góc ma
sát trong của đất giảm; hệ số rỗng tăng khi đất bị rửa muối, đất bị trƣơng nở trong môi
trƣờng nƣớc ngọt và giảm tính xói rửa. Đất loại sét yếu phổ biến ở ĐBSCL là bùn sét
và bùn sét pha, TPKV chủ yếu là khoáng vật sét Kaolinit, Illit, sau đó là Chlorit và
Montmorilonit, đất thuộc dạng nhiễm muối và nhiễm muối ít, có nơi muối đạt tới 2%,
hàm lƣợng hữu cơ trong đất đạt tới 10%; đất hầu nhƣ chƣa đƣợc nén chặt, độ lỗ rỗng
lớn, tính nén lún cao, sức kháng cắt nhỏ và đây là các đối tƣợng không thuận lợi cho
việc xây dựng đƣờng [6].
Để có cơ sở khoa học lựa chọn, tính toán thiết kế GPXL nền đƣờng hợp lý, ngoài các
chỉ tiêu cơ lý thông thƣờng cần phải chú trọng đến đặc tính biến dạng - cố kết thấm và
từ biến của đất yếu, các đặc tính về sức kháng cắt không thoát nƣớc và sức kháng cắt
hữu hiệu của đất. Vấn đề này đƣợc đề cập trong nhiều công trình nghiên cứu của tác
giả: Nguyễn Thanh (1984); Nguyễn Viết Tình (2001); Bùi Đức Hải (2006); Võ Ngọc
Hà (2004); Nguyễn Đình Thứ (2005); Lê Trọng Thắng (2006); Jiro Takermura
(2007),… [6], [18], [19]. Công tác khảo sát ĐCCT – ĐKT của đất loại sét yếu từ trƣớc
tới nay ở ĐBSCL cho thấy đặc tính cố kết của đất chỉ thu đƣợc từ thí nghiệm nén cố
kết thông thƣờng, hệ số quá cố kết OCR giảm dần theo độ sâu, giá trị nhỏ hơn 1 và có
sự thay đổi khá lớn của hệ số rỗng (e) khi mẫu đƣợc nén lại tới áp lực bản thân [6],

[21]. Điều đó chứng tỏ mẫu đất thí nghiệm đã bị mất tính nguyên trạng bởi quá trình
lấy mẫu cũng nhƣ việc bảo quản và vận chuyển mẫu không chuẩn. Các thông số cố kết
của đất yếu ĐBBB và ĐBSCL đƣợc nghiên cứu rất tỉ mĩ, tuy nhiên ở miền Trung nói
chung và ĐBVB Quảng Nam – Đà Nẵng nói riêng chƣa có các nghiên cứu chuyên sâu.
Các tác giả Vƣơng Văn Thành (1999), Phạm Văn Long (2010) [6], [22] nhận định hệ
13