“ NGHIÊN CỨU XỬ LÝ CÁC SỰ CỐ NỀN ĐẤT TRONG QUÁ TRÌNH THI CÔNG HỐ MÓNG”

Luận văn Thạc sĩ

LỜI TÁC GIẢ
Lời đầu tiên tác giả luận văn xin chân thành cám ơn và ghi nhớ công ơn của
NGND.GS.TS. Lê Kim Truyền đã tận tình chỉ bảo hướng dẫn tác giả trong suốt quá
trình thực hiện luận văn này.
Xin cám ơn trường Đại Học Thủy Lợi - Hà Nội, nơi đã đào tạo tác giả trong
suốt thời gian học đại học, cao học và tạo điều kiện cho tác giả hoàn thành luận văn.
Xin chân thành cảm ơn thầy, cô giáo bộ môn thi công đã tận tình dìu dắt, gắn
bó với tác giả trong suốt thời gian dài sinh hoạt và nghiên cứu. Tác giả xin cám ơn
Khoa công trình, Phòng đào tạo đại học và sau đại học Trường đại học Thủy Lợi đã
giúp đỡ chuyên môn cho tác giả trong những năm qua.
Xin chân thành cảm ơn Công ty cổ phần Bê tông VIDIFI đã tạo điều kiện
giúp đỡ trong suốt thời gian học tập và thực hiện luận văn này.
Tác giả có được kết quả này chính là nhờ sự chỉ bảo ân cần của các thầy, cô giáo,
cùng với sự động viên nhiệt tình của cơ quan, gia đình và bạn bè đồng nghiệp trong
những năm qua. Tác giả xin ghi nhớ tất cả những đóng góp to lớn đó.
Với thời gian và trình độ còn hạn chế, nội dung nghiên cứu còn rộng bao gồm nhiều
vấn đề nghiên cứu phức tạp. do đó luận văn còn có nhiều khiếm khuyết. Rất mong
được sự chỉ bảo và những đóng góp của thầy cô và bạn bè đồng nghiệp.
Hà Nội, tháng 11 năm 2011
Tác giả

Đỗ Bích Hòa

.

Học viên: Đỗ Bích Hoà - Lớp CH 17C2


Luận văn Thạc sĩ

DANH MỤC HÌNH VẼ, BIỂU ĐỒ
Hình 1.1 Các thành phần tạo thành đất (pha, thể).......................................................3
Hình 1.2 Sơ đồ các thể của đất ( Sơ đồ 3 thể hoặc 3 pha)..........................................4
Hình 1.3 : Sơ đồ hệ vi cấu tạo và vĩ cấu tạo của đất do Yong và Sheeran(1973) và
Pusch (1973) đề nghị..................................................................................................7
Hình 1.4 Sơ đồ đại diện về sự bố trí hạt nguyên tố.....................................................8
Hình 1.5 : Kết cấu đơn đất hạt rời...............................................................................9
Hình 1.6 : Khả năng sắp xếp các hạt lý tưởng khi có cùng độ chặt tương đối.........11
Hình 1.7: Phân loại theo phương thức đào hố móng................................................13
Hình1.8: Phân loại theo đặc điểm chịu lực của kết cấu............................................14
Hình 1.9: Phân loại theo chức năng..........................................................................14
Hình 1.10 Các loại chắn giữ bằng cọc hàng..............................................................16
Hình 1.11 : Kết cấu chắn giữ có dạng bức tường......................................................19
Hình 1.12: Một số hình thức mặt bằng kết cấu tường chắn xi măng theo kiểu tường
ô cách........................................................................................................................20
Hình 1.13 : Một số mặt cắt của kết cấu tường chắn bằng cọc trộn...........................20
Hình 2.1: Hình phiễu nước rút khi hút nước trong giếng.........................................33
Hình 2.2: Vỉa thoát nước...........................................................................................34
Hình 2.3 : Thiết bị tiêu nước hệ thống nằm ngang..................................................35
Hình 2.4 : Thiết bị tiêu nước hệ thống thẳng đứng...................................................35
Hình 2.5 : Thiết bị tiêu nước chặn trên ....................................................................36
Hình 2.6 : Tiêu nước theo đường bao công trình ....................................................37
Hình 2.7 : Hệ thống tiêu nước ven bờ......................................................................38
Hình 2.8 Sơ đồ hạ mực nước ngầm theo phương pháp điện thấm...........................39
Hình 2.9 Sơ đồ hoạt động theo phương pháp đóng băng nhân tạo...........................39
Hình 2.10 Sơ đồ bố trí hệ thống giếng kim xung quanh hố móng............................41
Hình 2.11 Sơ đồ bố trí nhiều cấp làm việc của giếng kim khi hố móng sâu............42
Hình 2.12 : Mặt cắt dọc hố đào có hạ mực nước bằng các kim thấm.......................43
Hình 2.13 Bố trí hệ thống tiêu nước trong quá trình đào móng................................46

Học viên: Đỗ Bích Hoà - Lớp CH 17C2


Luận văn Thạc sĩ

Hình 2.16 : Bố trí hệ thống tiêu nước thường xun khi thi cơng trạm bơm tiêu.....46
Hình 3.1 : Phân biệt cát chảy....................................................................................54
Hình 3.2 Móng trực tiếp trên cát chảy, rộng dần về phía nền..................................57
Hình 3.3 Móng trên cát, đáy móng có đệm bê tơng.................................................57
Hình 3.4 : Móng đặt trên cát chảy, đáy móng có đệm dăm thi cơng trong điều kiện
có hàng ván cừ bảo vệ...............................................................................................58
Hình 3.5 Dùng giếng chìm thả để thi cơng hố thẳng đứng trong cát chảy a,bc)
Những giai đoạn kế tiếp thả giếng chìm...................................................................59
Hình 3.6 Mơ hình thể hiện trạng thái của đất đá bị đơng lạnh ở khu vực chuẩn bị thi
cơng cơng trình khai đào ngầm.................................................................................59
Hình 3.7 : Làm dạng bậc thang đối với hố đào sâu..................................................60
Hình 3.8 Tiêu nước cho mái dốc..............................................................................61
Hình 3.9 : Hệ thống giếng tiêu nước áp lực để bảo vệ nền một trạm thủy điện......63
Hình 3.10 : Giếng tiêu nước có áp lực tự chảy.........................................................63
Hình 3.11: Xử lý nước đùn ngược............................................................................63
Hình 3.12 Giếng S32 bị ngập trong nước.................................................................65
Hình 3.13: Thi cơng tầng hầm cao ốc Pacific...........................................................67
Hình 3.14 Một góc còn lại của Viện KHXH cũng bị hư hại hồn tồn....................68
Hình 3.15. Ảnh hưởng của việc xây dựng móng cơng trình trong đơ thị.................68
Hình 3.16 Sơ đồ biến dạng của tường chắn ; đáy hố móng và mặt đất quanh hố
móng (theo K.G.Bauer).............................................................................................70
Hình 3.17 : Đường ứng suất của các phần tử đất ở gần đào ( theo Lambe, 1970)...73
Hình 3.18 : Ảnh hưởng của độ cứng và nhịp chống đỡ tới chuyển dịch ngang của
tường (Goldberg và các đồng sự)..............................................................................77

Hình 3.19 : Sự cố trượt mái hố móng thượng lưu cống và âu thuyền dự án nâng cấp
và mở rộng cống Nam Đàn và hệ thống kênh, giai đoạn I........................................81
Hình

3.20 :

Cung

trượt

hình

thành

sau

trận

mưa

ngày

17/03/2009.......................83
Hình

3.21 :

Cung

trượt

tuần........................................................83

Học viên: Đỗ Bích Hồ - Lớp CH 17C2

phát

triển

sau

2


Luận văn Thạc sĩ

Hình

3.22

Mặt

cắt

ngang

đại

diện

hố

móng.........................................................84
Hình 3.23 Cọc xi măng - đất tại hố móng.................................................................91
Hình 3.24 : Giảm áp lực nước bằng cọc trộn xi măng - dưới đất sâu.......................91
Hình 4.1 : Hình dạng của hố móng.........................................................................102
Hình 4.2 .Sơ đồ hố móng với 2 hàng cừ và 1 hệ thống giếng kim..........................104
Hình 4.3 .Sơ đồ hố móng với 2 hàng cừ và 2 hệ thống giếng kim..........................105
Hình 4.4. Sơ đồ hố móng với 2 hệ thống giếng kim ..............................................106
Hình 4.5.Sơ đồ móng với tường vây và hệ thống giếng lớn...................................106
Hình 4.6 Sơ đồ tính tốn.........................................................................................109
Hình 4.7.Bố trí hệ thống giếng kim........................................................................115
Hình 4.8: Sơ đồ tính tốn chiều sâu cừ...................................................................116
Hình 4.9. Kích thước cơ bản của cừ........................................................................118

Học viên: Đỗ Bích Hồ - Lớp CH 17C2


Luận văn Thạc sĩ

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1-1 : Phạm vi áp dụng các biện pháp hạ mực nước ngầm...............................23
Bảng 3.1: Biến dạng giới hạn của công trình cũ do xây mới liền kề gây ra............89
Bảng 4.1 Các chỉ tiêu cơ lý đất nền........................................................................100
Bảng 4.2 : Thông số cơ bản của cừ ........................................................................118

Học viên: Đỗ Bích Hoà - Lớp CH 17C2


Luận văn Thạc sĩ

Học viên: Đỗ Bích Hoà - Lớp CH 17C2


1
Luận văn Thạc sĩ

MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1
1. Tính cấp thiết của đề tài .......................................................................................1
2. Mục đích và nhiệm vụ của đề tài .........................................................................1
3. Cách tiếp cận, phương pháp nghiên cứu. ...........................................................1
3.1. Cách tiếp cận ....................................................................................................1
3.2. Phương pháp nghiên cứu..................................................................................2
CHƯƠNG 1 .................................................................................................................3
ĐẤT VÀ HỐ MÓNG CÔNG TRÌNH TRÊN NỀN ĐẤT ...............................................3
1.1. Cấu tạo và những tính chất cơ bản của đất. .....................................................3
1.1.1. Khái niệm ..................................................................................................3
1.1.2. Các thành phần vật chất tạo thành đất và các định nghĩa cơ bản ...........3
1.1.3. Kết cấu đất, xác định thành phần hạt .......................................................6
1.2. Đặc điểm của hố móng công trình trên nền đất. ............................................11
1.3. Các phương pháp đào móng và các giải pháp cơ bản chắn giữ mái hố móng.
...............................................................................................................................12
1.3.1 Các phương pháp đào móng ....................................................................12
1.3.2 Các giải pháp cơ bản chắn giữ mái hố móng .........................................15
1.4. Kết luận chương 1 ..........................................................................................24
CHƯƠNG 2 ...............................................................................................................26
ẢNH HƯỞNG CỦA NƯỚC NGẦM ĐẾN CÔNG TÁC ĐÀO MÓNG VÀ CÁC GIẢI
PHÁP HẠ THẤP MỰC NƯỚC NGẦM ĐỂ BẢO VỆ HỐ MÓNG .............................26
2.1. Ảnh hưởng của nước ngầm đến công tác thi công hố móng (Những sự cố do
nước ngầm gây ra). ................................................................................................26

2.2. Các phương pháp hạ thấp mực nước ngầm. ...................................................32
2.2.1. Phương pháp giếng điểm nhẹ. ................................................................32
2.2.2 Các loại công trình hạ thấp mực nước dưới đất ......................................33
2.2.2.1. Tiêu nước hệ thống...........................................................................34
2.2.2.2. Tiêu nước chặn trên (đón phía cao) .................................................36
2.2.2.3. Tiêu nước theo đường bao công trình ..............................................36
2.2.2.4. Tiêu nước ven bờ ..............................................................................37
2.2.3 Hạ thấp mực nước ngầm bằng phương pháp điện thấm. ........................38
2.2.4 Phương pháp đóng băng nhân tạo ...........................................................39
2.2.5 Hạ thấp MNN bằng hệ thống giếng .........................................................40
2.3. Bố trí hệ thống tiêu thoát nước khi đào móng. ..............................................43
2.3.1 Phương pháp tháo nước kiểu lộ thiên ( tiêu nước trên mặt)....................45
2.3.1.1 Bố trí tiêu nước trong thời kỳ đầu ( tiêu nước đọng) ........................45
2.3.1.2 Bố trí hệ thống tiêu nước trong thời kỳ đào móng ............................46
2.3.1.3 Bố trí hệ thống tiêu nước thường xuyên (sau khi hố móng đã đào
xong) ..............................................................................................................46
2.4. Kết luận chương 2. .........................................................................................47
CHƯƠNG 3 ...............................................................................................................48
XỬ LÝ CÁC SỰ CỐ NỀN ĐẤT TRONG QUÁ TRÌNH THI CÔNG HỐ MÓNG. ......48
3.1 Những sự cố nền đất thường gặp trong quá trình thi công hố móng ..............48

Học viên: Đỗ Bích Hoà - Lớp CH 17C2


2
Luận văn Thạc sĩ

3.2. Sự cố cát đùn cát chảy. ...................................................................................48
3.2.1 Khái niệm .................................................................................................48
3.2.2 Những dấu hiệu đặc trưng của cát chảy ..................................................49

3.2.3. Thành phần, tính chất cơ lý của cát chảy ...............................................50
3.2.4 Bản chất tính chảy của cát chảy ..............................................................52
3.2.5 Nguyên nhân.............................................................................................55
3.2.6 Điều kiện xây dựng công trình ở khu vực có cát chảy. ............................55
3.3. Sự cố bục nền đáy hố móng. ..........................................................................61
3.3.1 Khái niệm: ................................................................................................61
3.3.2 Nguyên nhân xảy ra bục nền ....................................................................61
3.3.3 Biện pháp phòng ngừa và khắc phục. ......................................................62
3.3.3.1 Nguyên tắc chung về biện pháp phòng ngừa và khắc phục hiện
tượng bục nền ................................................................................................62
3.3.3.2 Một số thí dụ về biện pháp khắc phục khả năng gây bục nền ..........64
3.4 Sự chuyển vị của đất ở xung quanh hố móng ................................................66
3.4.1 Khái niệm .................................................................................................66
3.4.2 Nguyên nhân và những yếu tố ảnh hưởng đến chuyển vị ........................68
3.4.3 Biện pháp phòng ngừa và giải pháp khắc phục .......................................71
3.4.4 Phân tích nguyên nhân: ...........................................................................72
3.4.4.1 Tác động của sự thay đổi ứng suất trong đất nền .............................72
3.4.4.2 Kích thước hố móng ..........................................................................73
3.4.4.3 Đặc tính của đất ................................................................................74
3.3.4.4 Ứng suất ngang ban đầu trong đất ...................................................75
3.4.4.5 Tình trạng nước ngầm .......................................................................75
3.4.4.6 Độ cứng của hệ chống đỡ .................................................................75
3.5. Sạt lở hố móng. .............................................................................................80
3.6 Ảnh hưởng khi đào móng đến những công trình lân cận. ..............................86
3.6.1 Tương tác giữa công trình cũ-mới ...........................................................86
3.6.2 Nguyên nhân và giải pháp phòng ngừa ...................................................87
3.6.3 Giải pháp nền móng công trình mới ở gần công trình cũ ........................88
3.7 Biện pháp phòng ngừa và giải pháp khắc phục các sự cố ...............................90
3.7.1 Dự báo sự chuyển dịch đất công trình gần hố móng ...............................90
3.7.2 Biện pháp đối với hố móng ......................................................................90

3.8 Kết luận chương 3. ..........................................................................................93
CHƯƠNG 4: HẠ THẤP MỰC NƯỚC NGẦM HỐ MÓNG CỐNG VÂN CỐC, .........94
CỤM ĐẦU MỐI HÁT MÔN- ĐẬP ĐÁY BẰNG PHƯƠNG PHÁP GIẾNG KIM ......94
4.1. Giới thiệu chung công trình ...........................................................................94
4.1.1. Vị trí công trình .......................................................................................94
4.1.2. Nhiệm vụ công trình ................................................................................94
4.1.3.Quy mô, kết cấu các hạng mục công trình ...............................................94
4.1.3.1.Các thông số thiết kế cơ bản .............................................................94
4.1.3.2.Quy mô và kết cấu công trình ...........................................................95
4.2. Đặc điểm địa hình, địa chất. ...........................................................................96

Học viên: Đỗ Bích Hoà - Lớp CH 17C2


3
Luận văn Thạc sĩ

4.2.1. Đặc điểm địa hình. ..................................................................................96
4.2.2.Đặc điểm địa chất . ..................................................................................97
4.2.3.Đặc điểm địa chất thủy văn. .....................................................................98
4.2.4. Đánh giá điều kiện địa chất công trình...................................................99
4.3.Thiết kế bảo vệ hố móng ...............................................................................103
4.3.1 Đặc điểm hố móng .................................................................................103
4.3.2 Phân đợt thi công hố móng. ..................................................................103
4.3.3 Lựa chọn giải pháp bảo vệ hố móng. .....................................................104
4.4.Thiết kế tiêu nước hố móng. .........................................................................108
4.4.1. Nhận xét chung. .....................................................................................108
4.4.2.Tài liệu cần thiết cho thiết kế tiêu nước hố móng ..................................108
4.4.3.Tính toán và xác định lưu lượng cho hệ thống ......................................109
4.4.3.1 Tính toán cho hệ thống giếng thứ nhất ..........................................109

4.4.3.2.Tính toán cho hệ thống giếng thứ 2 ................................................113
4.5. Lựa chọn và tính toán chiều sâu đóng cừ .....................................................115
4.6. Kết luận chương 4. .......................................................................................118
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ. ..................................................................................120
Kết luận. ..............................................................................................................120
Kiến nghị. ............................................................................................................121
Những vấn đề còn tồn tại cần nghiên cứu. ..........................................................121

Học viên: Đỗ Bích Hoà - Lớp CH 17C2


1
Luận văn Thạc sĩ

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Trong quá trình công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước nhiều những công trình
giao thông, xây dựng, thủy lợi, các khu công nghiệp… ngày một phát triển các công
trình hạ tầng cơ sở nói trên hầu hết được xây dựng ở những vùng đồng bằng, vùng
ven biển trên nền đất, mà hầu hết móng làm sâu dưới mặt đất từ vài mét đến hàng
chục mét trên các tầng địa chất và địa chất thuỷ văn khác nhau. Thi công các công
trình trên nền đất như vậy thường gặp các hiện tượng cát đùn cát chảy, bục nền,
chuyển vị của đất … làm cho công tác thi công hố móng gặp rất nhiều khó khăn, đôi
khi bị thất bại nếu lựa chọn giải pháp xử lý không hợp lý làm cho giá thành công
trình tăng lên, thời gian thi công bị kéo dài, ảnh hưởng lớn đến chất lượng công
trình .
Để chủ động phòng ngừa, xử lý các sự cố trong quá trình thi công hố móng
việc nghiên cứu hiện tượng, nguyên nhân của các sự cố giải pháp xử lý thích hợp
các sự cố và giải pháp xử lý thích hợp các sự cố là rất cần thiết và có ý nghĩa lớn về
mặt kinh tế, kỹ thuật trong quá trình xây dựng công trình.

Vì vậy, đề tài “ NGHIÊN CỨU XỬ LÝ CÁC SỰ CỐ NỀN ĐẤT TRONG
QUÁ TRÌNH THI CÔNG HỐ MÓNG” là hết sức cần thiết, có ý nghĩa kinh tế và
khoa học mà thực tiễn trong xây dựng công trình thủy lợi, thủy điện, giao thông,
xây dựng thường gặp.
2. Mục đích và nhiệm vụ của đề tài
1. Nghiên cứu hiện tượng, nguyên nhân gây ra các sự cố trên nền đất trong quá
trình thi công.
2. Đề xuất những giải pháp cơ bản để chủ động khắc phục sự cố.
3. Cách tiếp cận, phương pháp nghiên cứu.
3.1. Cách tiếp cận
Nghiên cứu thông qua các tài liệu về thiết kế và xử lý hố móng ở trong nước và
các giáo trình chuyên ngành dịch từ nước ngoài.

Học viên: Đỗ Bích Hoà - Lớp CH 17C2


2
Luận văn Thạc sĩ

Tìm hiểu qua các dự án thiết kế, xử lý thi công hố móng trên nền đất đã được áp
dụng.
1. Cách tiếp cận thứ nhất là kế thừa có chọn lọc các công trình đã nghiên cứu
2. Cách tiếp cận thứ hai là phân tích quan hệ nhân quả: Khi nghiên cứu các sự cố
xảy ra trong nền đất trong quá trình thi công trước hết cần nghiên cứu nguyên nhân
gây ra sự cố; từ đó mới đề ra được giải pháp xử lý. Trong đề tài này, cách tiếp cận
này có tính chất chỉ đạo.
3.2. Phương pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu lý thuyết: Nghiên cứu những công trình đã được công bố
Nghiên cứu các tài liệu khảo sát về địa chất nền công trình và các biện pháp kỹ
thuật mới cải tạo nền đất yếu trong xây dựng công trình.

Phân tích những sự cố nền đất trong quá trình thi công hố móng.
- Phương pháp thực hành : Tính toán thiết kế cho một bài toán cụ thể để minh
họa cho một phần lý thuyết đã thu nhận được; từ đó phân tích nhận xét đánh giá
phương pháp nghiên cứu.

Học viên: Đỗ Bích Hoà - Lớp CH 17C2


3
Luận văn Thạc sĩ

CHƯƠNG 1
ĐẤT VÀ HỐ MÓNG CÔNG TRÌNH TRÊN NỀN ĐẤT
1.1. Cấu tạo và những tính chất cơ bản của đất.
1.1.1. Khái niệm
Để đưa ra được các giải pháp xử lý các sự cố nền đất trong quá trình thi công
hố móng một cách hợp lý, cần phải nghiên cứu nắm vững cấu tạo những tính chất
cơ bản của đất và những đặc điểm hố móng công trình trên nền đất
Trong thực tế địa kỹ thuật, thuật ngữ cấu tạo của đất được dùng để đề cập sự
sắp xếp hình học của các loại hạt hay khoáng vật cũng như các lực tác động giữa
các hạt của chúng; còn kết cấu đất chỉ đề cập đến sự sắp xếp hình học giữa các hạt.
Trong các đất hạt thô hay đất không dính, các lực giữa các hạt rất nhỏ nên kết cấu
và cấu tạo của sỏi, cát và một số đất bụi là như nhau. Tuy nhiên ngược lại trong đất
hạt mịn hay đất dính, các lực giữa các hạt tương đối lớn vì thế phải xem xét cả các
lực này, cả kết cấu và cấu tạo của đất.
1.1.2. Các thành phần vật chất tạo thành đất và các định nghĩa cơ bản

Hình 1.1 Các thành phần tạo thành đất (pha, thể)
Đất gồm ba thành phần vật chất: hạt rắn, nước và không khí

Học viên: Đỗ Bích Hoà - Lớp CH 17C2


4
Luận văn Thạc sĩ

Đất là tổng hợp các hạt rắn và lỗ rỗng giữa các hạt. Thể rắn là những hạt nhỏ có
thành phần khoáng vật khác nhau. Lỗ rỗng có thể chứa đầy hoặc nước, không khí
hoặc chứa một phần cả nước và không khí.

Hình 1.2 Sơ đồ các thể của đất ( Sơ đồ 3 thể hoặc 3 pha)
V t : Thể tích tổng của đất
V s : Thể tích phần hạt rắn
V v : Thể tích lỗ rỗng (gồm khí + nư ớc)
V v= V a + V w
V a : Thể tích khí
Vw : Thể tích nước
M t : Khối lượng tổng của đất ( hạt rắn và n ước)
M s : Khối lượng hạt rắn
M w : Khối lượng nước
M a : Khối lượng khí ( ≈0)
Chỉ số độ rỗng e được xác định từ công thức
e=

Học viên: Đỗ Bích Hoà - Lớp CH 17C2

Vv
Vs

5
Luận văn Thạc sĩ

Các giá trị điển hình của các chỉ số độ rỗng của cát có thể thay đổi từ 0,4 đến 1,0,
các giá trị điển hình của đất sét thay đổi từ 0,3 đến 1,5 và trị số cao là của một số
đất hữu cơ.
Độ rỗng n được xác định theo công thức
n=

Vv
x100%
Vt

Độ bão hòa S xác định theo công thức :
S=

Vw
x100%
Vt

Độ bão hòa biểu thị tỉ lệ phần trăm của nước chứa trong tổng thể tích của các lỗ
rỗng. Nếu đất hoàn toàn khô thì S=0%, còn nếu các lỗ rỗng hoàn toàn đầy nước thì
đất hoàn toàn bão hòa và S=100%.
Lượng hàm nước (độ ẩm ) W cho biết có bao nhiêu nước trong các lỗ rỗng so với
khối lượng các hạt rắn trong đất
W=

Mw
x100%
Ms

Tỉ số của tổng số nước có trong một thể tích đất theo tổng số của các hạt đất là dựa
trên khối lượng khô của đất chứ không phải theo khối lượng tổng cộng.
Lượng hàm nước thường được biểu thị bằng phần trăm, có thể thay đổi từ 0 (đất
khô) đến vài trăm phần trăm - Lượng hàm nước tự nhiên của phần lớn các loại đất
là dưới 100%, một số đất như đất trầm tích biển hoặc đất hữu cơ có thể đến 500%
hoặc cao hơn.
Dung trọng là một khái niệm rất hay dùng trong địa kỹ thuật công trình. Dung trọng
là tỉ số liên quan đến thể tích và khối lượng các pha của đất.
Dung trọng tổng hoặc dung trọng ẩm ρ ; dung trọng của các hạt hoặc dung trọng
của pha rắn ρ s và dung trọng của nước ρ w xác định như sau:
ρ=

Học viên: Đỗ Bích Hoà - Lớp CH 17C2

Mt Ms + Mw
=
Vt
Vt


6
Luận văn Thạc sĩ

ρs =

Ms
Mv

ρw =

Mw
Vw

Ngoài ra còn ba loại dung trọng khác được dùng trong công trình đất. Đó là dung
trọng khô ρ d , dung trọng bão hòa ρ sat và dung trọng ngập nước hoặc dung trọng đẩy
nổi ρ ' :
ρd =

ρ sat =

Ms
Vt

Ms + Mw
(ở đây V a =0 hoặc S=100%)
Vt

ρ ' = ρ sat − ρ w

Dung trọng khô là một căn cứ chung để đánh giá độ chặt của đất
Do cấu tạo các thành phần trong khối đất như trình bày ở trên nên khi khối đất chịu
tác động một lực ( lực của công trình truyền xuống ) khối đất sẽ bị ép co, lún xuống,
khối đất được cố kết. Tùy thuộc các thành phần vật chất tạo thành mà các đặc tính
trên sẽ khác nhau.
1.1.3. Kết cấu đất, xác định thành phần hạt
- Sự phân loại kết cấu đất dính thành các nhóm đơn giản chỉ dựa theo một số các hạt
sét là không thể làm được
- Các hạt đơn lẻ hoặc các đơn vị hạt riêng lẻ rất hiếm xuất hiện trong tự nhiên và chỉ
tồn tại trong hệ nước - sét pha rất loãng trong các điều kiện môi trường nhất định

- Thực tế cho thấy, các loại hạt sét riêng lẻ dường như luôn bị kết tụ hay liên kết với
nhau thành các đơn vị gọi là các bó (tập hợp) - sau đó các bó tập hợp thành nhóm
với nhau thành các cụm đủ lớn để quan sát được với kính hiển vi.
- Các cụm tập hợp lại với nhau để hình thành các giỏ và nhiều nhóm dạng giỏ.
- Các giỏ này có thể nhìn thấy mà không cần dùng kính hiển vi và chúng cùng với
các cấu tạo vĩ mô.

Học viên: Đỗ Bích Hoà - Lớp CH 17C2


7
Luận văn Thạc sĩ

- Kết cấu vĩ mô, bao gồm sự xắp xếp các lớp trầm tích hạt mịn, có ảnh hưởng quan
trọng đến đặc tính kỹ thuật của đất trong thực tế xây dựng.
Kết cấu của đất là biểu hiện bên ngoài của đất hoặc cảm nhận về nó phụ thuộc vào :
kích thước tương đối của hạt, hình dạng hạt và sự phân bố của các hạt.
Kết cấu hạt thô cát, cuội sỏi
Kết cấu hạt mịn : bụi, sét.
Dựa vào kết cấu đất chia đất được chia thành đất hạt thô và đất hạt mịn.
Kết cấu đất có liên quan đến tính chất cơ học của nó (đặc biệt là với đất hạt thô)
Cấu tạo và kết cấu đất rời: Lực tương tác giữa các hạt rất bé nên cấu tạo và kết cấu
của cuộ sỏi, cát …. gần như giống nhau

Hình 1.3 : Sơ đồ hệ vi cấu tạo và
vĩ cấu tạo của đất do Yong và
Sheeran(1973) và Pusch (1973)
đề nghị
1. Bó; 2: Cụm ; 3. Giỏ; 4: Hạt
bụi; 5: Vi lỗ rỗng; 6: Vĩ lỗ rỗng

Học viên: Đỗ Bích Hoà - Lớp CH 17C2


8
Luận văn Thạc sĩ

Hình 1.4 Sơ đồ đại diện
về sự bố trí hạt nguyên
tố
a.Tương tác phiến sét
riêng biệt; b. Tương tác
hạt bụi hay hạt cát riêng
biệt; c. Tương tác nhóm
phiến sét; d. Tương tác
hạt cát hay bụi được
bao bọc; e. Tương tác
hạt chỉ có được một
phần

Kết cấu của phần lớn các loại đất sét trong tự nhiên rất phức tạp
Đặc tính kỹ thuật của chúng chịu ảnh hưởng rất lớn bởi cả kết cấu vĩ mô và vi mô
- Hiện tại, không có liên hệ về định lượng giữa kết cấu vi mô và các đặc tính xây
dựng, nhưng có một sự đánh giá định tính về kết cấu của các loại đất dính và mối
liên hệ giữa chúng với đặc tính kỹ thuật của đất sẽ rất quan trọng cho người kỹ sư.
- Độ chặt tương đối D r còn gọi là chỉ số dung trọng I D được dùng để so sánh hệ số
rỗng e của đất đã cho với hệ số rỗng lớn nhất và nhỏ nhất. Độ chặt tương đối
Dr = I D =

Học viên: Đỗ Bích Hoà - Lớp CH 17C2

emax − e
x100(%)
emax − emin


9
Luận văn Thạc sĩ

Và thường được dùng bằng phần trăm. Độ chặt tương đối cũng có thể định nghĩa
theo dung trọng khô lớn nhất và nhỏ nhất như sau:
1
Dr = I D =

Trong đó

1

1
ρ d min − ρ d

ρ d min

− 1

x100(%)

ρ d max

ρ d : dung trọng khô của đất có hệ số rỗng e

ρ dmin : dung trọng khô nhỏ nhất của đất có hệ số rỗng e max
ρ dmin : dung trọng khô nhỏ nhất của đất có hệ số rỗng e min

Cấu tạo và kết cấu của đất không dính:
- Các hạt của đất mà có thể lắng chìm trong một chất lỏng huyền phù một cách độc
lập với các loại hạt khác sẽ tạo thành một loại kiến trúc được gọi là kiến trúc hạt
đơn.
- Kết cấu hạt đơn, có thể ‘’xốp’’ hay ‘’chặt’’ của khối đất trong thiên nhiên có ảnh
hưởng rất lớn đến đặc tính kỹ thuật xây dựng của nó.
- Dưới một số điều kiện chìm lắng với vật liệu rời có thể tạo thành kết cấu tổ ong,
đây là kết cấu có độ lỗ rỗng rất lớn, có tính ‘’giả bền’’.
- Các vòm hạt có thể chịu được tĩnh tải, nhưng kết cấu lại nhảy cảm với sự phá hoại
khi chịu rung động hay tải trọng động

Hình 1.5 : Kết cấu đơn đất hạt rời
Độ chặt tương đối không phải là yếu tố duy nhất phản ánh đặc tính xây dựng của
đất không dính
Chẳng hạn hai loại cát có cùng hệ số rỗng và độ chặt tương đối, nhưng có kết cấu
không giống nhau thì đặc tính kỹ thuật sẽ rất khác nhau

Học viên: Đỗ Bích Hoà - Lớp CH 17C2


10
Luận văn Thạc sĩ

Đường kính hạt và cấp phối
Kích thước xấp xỉ
Khoảng (mm)
1.Các vật liệu đều hạt

a.Dạng cầu bằng nhau
b.Cát Ottawa tiêu chuẩn
c.Cát hạt nhỏ đến trung sạch
đều hạt
d.Bụi đều hạt, không chứa hữu
cơ
2.Các vật liệu cấp phối tốt
a.Cát bụi
b.Cát hạt nhỏ đến thô, sạch
c.Cát chứa mica
d.Cát bụi và cuội sỏi

D 10

D max

D min

(mm)

0,84

0,6

0,7

-

-

-

0,05

0

0

Phần rỗng
Hệ số rỗng

Cu

1
1,1
1.22.0
1.22.0

Khối lượng thế tích (Mg/m3)
Độ lỗ rỗng
(%)

Khối lượng thể tích
khô p d

Khối lượng
Dung trọng
thể tích ướt p ngập nước p'

e max

e min

D max

D min

Min

100% Max Min Max Min Max
(xốp) (chặt) (xốp) (chặt) (xốp) Proctor (chặt) (xốp) (chặt) (xốp) (chặt)
cải tiến
0,9
0,8

0,35
0,5

48
44

26
33

1,5

-

1,78

1,5

2,1

0,93

1,12

1

0,04

50

29

1,4

1,86

1,92

1,4

2,2

0,85

1,18

1,1

0,4

52

29

1,3

-

1,92

1,3

2,2

0,83

1,18

0,88
0,86
0,77

1,28
1,4
1,23

0,91

1,49

5
10
0,9
0,3
47
23
1,4
1,98
2,06
1,4
2,3
4 6
1
0,2
49
17
1,4
2,14
2,23
1,4
2,4
1,2
0,4
55
29
1,2

1,95
1,2
2,2
15100
0
0
300 0,9
0,14
46
12
1,4
2,36
1,5
2,5
* Sửa theo B.K Hough (1969), cơ sở đất xây dựng @1969 do NXB Ronald ấn hành
Bảng được lập dựa trên khối lượng riêng g= 2.65 Mg/m3 . Muốn đổi ra đơn vị 1bf/ft3 nhân với 62.4
2
2
-

0
0,1
-

Học viên: Đỗ Bích Hoà - Lớp CH 17C2

0
0,1
-

11
Luận văn Thạc sĩ

Hình 1.6 : Khả năng sắp xếp các
hạt lý tưởng khi có cùng độ chặt
tương đối

1.2. Đặc điểm của hố móng công trình trên nền đất.
Trong quá trình thiết kế, thi công, giám sát thi công hố móng, ta thấy công trình có
sáu đặc điểm chính như sau:
1. Công trình hố móng là loại công trình tạm thời, sự dự trữ về an toàn có thể là tương
đối nhỏ nhưng lại chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố như : Điều kiện thi công, địa hình thi
công, địa chất công trình, nước ngầm, v.v…
2. Công trình hố móng là một khoa học đan xen giữa các khoa học về đất đá, về kết cấu
và kỹ thuật thi công ; là một loại công trình mà hệ thống chịu ảnh hưởng đan xen của
nhiều nhân tố phức tạp; và là nghành khoa học kỹ thuật tổng hợp đang còn phát triển về
mặt lý luận, thực nghiệm và thực tế thi công.
3. Hố móng là loại công trình giá cao, khối lượng công việc lớn, kỹ thuật thi công phức
tạp, phạm vi ảnh hưởng rộng, nhiều nhân tố biến đổi, sự cố hay xảy ra. Đồng thời cũng là
trọng điểm để hạ thấp giá thành và bảo đảm chất lượng công trình. Theo đà phát triển của
xã hội, các công trình nhà cao tầng, siêu cao tầng được xây dựng ngày càng nhiều. Đặc
điểm lại thường được xây dựng tại những khu đất hẹp, đông đúc dân cư, giao thông dầy

Học viên: Đỗ Bích Hoà - Lớp CH 17C2


12
Luận văn Thạc sĩ

đặc, điều kiện thi công công trình hố móng khó khăn. Lân cận công trình thường có các
công trình vĩnh cửu, các công trình văn hoá di tích lịch sử, nghệ thuật bắt buộc phải được
an toàn, không thể đào có mái dốc. Yêu cầu về ổn định và chuyển dịch là rất nghiêm
ngặt. Tính chất của đất đá thường biến đổi trong khoảng khá rộng, điều kiện ẩn dấu địa
chất và tính phức tạp, tính không đồng đều của địa chất thuỷ văn thường làm cho số liệu
khảo sát có tính phân tán lớn, khó đại diện cho tình hình tổng thể của các tầng đất, hơn
nữa tính chính xác cũng thấp, dẫn đến tăng thêm khó khăn cho công việc thiết kế và thi
công công trình hố móng. Đào hố móng trong điều kiện địa chất yếu, mực nước ngầm
cao và các điều kiện hiện trường phức tạp khác rất dễ sinh ra trượt lở khối đất, mất ổn
định hố móng, thân cọc bị chuyển dịch vị trí, đáy hố móng trồi lên, kết cấu chắn giữ bị
dò nước nghiêm trọng hoặc bị chảy đất… làm hư hại hố móng, nguy hiểm đến các công
trình xây dựng, các công trình ngầm và đường ống ở xung quanh khu vực thi công hố
móng.
4. Công trình hố móng gồm nhiều khâu có quan hệ chặt chẽ với nhau như chắn đất,
chống giữ, ngăn nước, hạ mực nước, đào đất…trong đó, một khâu nào đó thất bại sẽ dẫn
đến cả công trình sẽ đổ vỡ. Việc thi công hố móng ở các hiện trường lân cận như đóng
cọc, hạ mực nước ngầm, đào đất … đều có thể gây ra những ảnh hưởng hoặc có tương
quan chặt chẽ với nhau, tăng thêm các nhân tố bất lợi để có thể gây ra sự cố.
5. Công trình hố móng có thời gian thi công dài, từ khi đào móng đến khi hoàn thành
toàn bộ các công trình kín khuất ngầm dưới mặt đất phải trải qua nhiều lần mưa to, nhiều
lần chất tải, chấn động thi công có sai phạm…tính ngẫu nhiên và mức độ an toàn tương
đối lớn, sự cố xảy ra thường là đột biến
1.3. Các phương pháp đào móng và các giải pháp cơ bản chắn giữ mái hố
móng.
1.3.1 Các phương pháp đào móng

Học viên: Đỗ Bích Hoà - Lớp CH 17C2


13

Luận văn Thạc sĩ

(A) Đào hố
không có
chắn giữ

Đào thẳng đứng
Đào có dốc
Đào kiểu con sơn

(B) Đào hố
có
chắn
giữ

Đào có dốc khi không có nước ngầm
Đào có dốc thoát nước bằng máng hở
Đào có dốc khi hạ mực nước bằng giếng

Cọc bản thép, cọc ống thép
Cấu thành bởi cọc nhồi BTCT (cọc xế dày, cọc xếp
thưa), tường chắn đất tổ hợp bởi một hang hoặc hai
hàng - cọc nhồi khoan lỗ và bơm vữa hoặc trộn đất
(Có neo kéo, không
vôi, cọc bơm quay)
có neo kéo)
Tường liên Tường liên tục ngầm BTCT
Tường liên tục ngầm đất vôi
tục ngầm
có cốt (SMW)

Phương thức đào hố

Kết cấu chắn giữ bằng giếng chìm
Tường chắn đất kiểu trọng lực

Cọc giữ đất cốt cứng
Đào kiểu kết cấu chắn giữ hình vòm
Đào kiểu chắn giữ bên trong (hệ thống trong được tạo thành bởi dầm
ngang dọc theo mặt bằng, ống thép, cọc) bao gồm 1 điểm chống,
nhiều điểm chống.
Đào kiểu kết cấu chắn giữ với neo đất (cọc chắn đất, kết cấu neo giữ
giữ một tầng, nhiều tầng đinh đất kiểu thanh neo có tạo lực neo bằng
dự ứng lực và không dự ứng lực).
(C) Đào phân đoạn hố móng – phương pháp đào phân đoạn hố móng (đầu tiên
(Kết hợp
đóng cọc bản – đào ở phần giữa - đổ bê tông móng ở giữa và các kết
phương
cấu ngầm - cọc bản chống chéo và chống ngang - rồi lại đào đất xung
thức A, B)
quanh thi công tiếp)
(D) Đào bằng phương pháp ngược và bán ngược (top – down) - Trước tiên làm cọc
nhồi bê tông hoặc tường rồi làm bản sàn từ trên xuống, lợi dụng nó làm kết cấu chắn
(E) Đào có Đào bơm vữa giữ thành, đào có màng hoá chất giữ thành, đào có ximăng
gia cố thể đất đất lưới thép giữ thành.
thành hố và
Đào có đinh đất giữ thành (bờ thành đặt thép phun bê tong)
đáy hố (sử
dụng riêng lẻ Đào phun neo bê tông giữ thành (hoặc phun neo có thanh neo giữ thành)
hoặc kết hợp Đào với cọc rễ cây dạng lưới giữ thành

kết cấu chắn Đào gia cố bằng bơm vữa dùng áp lực đất bị động đáy hố (hoặc kết hợp
giữ khác)
với cọc chắn đất)
(F) Đào giữ thành bằng biện pháp tổng hợp - hố móng được đào bằng cách có một phần
để mái dốc, có một phần giữ thành.

Hình 1.7: Phân loại theo phương thức đào hố móng

Học viên: Đỗ Bích Hoà - Lớp CH 17C2


14
Luận văn Thạc sĩ

Cọc

Bản

Kết cấu chắn giữ

Kết cấu chắn giữa
chịu lực bị động

Ống
Tường

Cọc nhồi BTCT đào hố bằng công nhân (có thanh neo)
Cọc nhồi BTCT khoa hố bằng máy (có thanh neo)
Cọc BTCT đúc sẵn
Cọc nhào trộn

Cọc phun quay
Cọc thép (có thanh neo)
Bản thép hình chữ I/bản BTCT
Bản thép hình lòng máng …
Cọc ống thép (có thanh neo)
Cọc BTCT ống thép (có thanh neo)
Tường trong đất bằng BTCT (đổ tại chỗ/ lắp ghép)
Tường chắn kiểu trọng lực đất ximăng
Chắn giữ bằng thép

Chống đỡ bằng thép máng
Chống đỡ bằng thép I
Chống bằng ống thép

Chống

Kết cấu chắn giữ
chịu lực chủ động

Chống bằng BTC
Chống bằng gỗ
Chống bằng chất đống bao cát
Phun neo để chắn giữ (bao gồm bơm vữa, kéo neo)
Tường bằng đinh đất để chắn giữ (bao gồm cài thép gia cường)

Hình1.8: Phân loại theo đặc điểm chịu lực của kết cấu

Kết
cấu
chắn

giữ

Bộ phận
chắn đất

Kết cấu chắn đất
thấm nước

Kết cấu chắn đất,
ngăn nước

1. Cọc thép chữ H chữ I có bản cài
2. Cọc nhồi đặt thưa trát mặt ximăng lưới thép
3. Cọc đặt dày (cọc nhồi, cọc đúc sẵn)
4. Cọc hai tầng chắn đất
5. Cọc nhồi kiểu liên vòm
6. Cọc tường hợp chất, cách làm ngược nhà ngầm
7. Chắn giữ bằng đinh đất
8. Chắn giữ bằng cài cốt gia cường
1. Tường liên tục trong đất
2. Cọc, tường trộn ximăng đất dưới tầng sâu
3. Cọc trộn ximăng dưới tầng sâu, thêm cọc nhồi
4. Giữa cọc đặt dày thêm cọc phun ximăng cao áp
5. Giữa cọc đặt dày them cọc bơm vữa hoá chất
6. Cọc bản thép
7. Tường vòm cuốn khép kín
1. Kiểu tự đứng (cọc công xôn, tường)
3. Thanh neo vào tầng đất
4. Ống thép, thép hình chống đỡ (chống ngang)
5. Chống chéo

6. Hệ dầm vòng chống đỡ
7.Thi công theo cách làm ngược (top-down)

Bộ phận chắn giữ kiểu kéo giữ

Hình 1.9: Phân loại theo chức năng

Học viên: Đỗ Bích Hoà - Lớp CH 17C2


15
Luận văn Thạc sĩ

1.3.2 Các giải pháp cơ bản chắn giữ mái hố móng
Hiện nay do khoa học công nghệ phát triển nên có rất nhiều phương pháp
được áp dụng vào việc bảo vệ mái hố móng sâu khi công trình phải xây dựng trên
nền đất yếu, tuỳ vào từng loại công trình (cấp công trình, địa hình, địa chất, mật độ
dân cư, các công trình liền kề..) mà ta đi chọn phương pháp bảo vệ hố móng thích
hợp. Sau đây là một số phương pháp chính:
- Chắn giữ hố móng bằng cọc hàng
Khi thi công cụ thể là đào hố móng, ở những chỗ không tạo được mái dốc hoặc do
hiện trường hạn chế không thể chắn giữ mái hố móng bằng một số phương pháp
khác như: cọc trộn, thanh neo, thanh chống… và độ sâu hố móng khoảng 6÷10m thì
có thể chắn giữ bằng cọc hàng. Chắn giữ bằng cọc hàng có thể dùng cọc nhồi khoan
lỗ, cọc đào bằng nhân công, cọc bản bê tông cốt thép đúc sẵn đặc biệt là cọc bản
thép…
Căn cứ vào kết cấu chắn giữ mái hố móng bằng cọc hàng có thể chia làm ba loại
sau:
1. Chắn giữ bằng cọc hàng theo kiểu dãy cột
Khi đất quanh hố móng tương đối tốt, mực nước ngầm tương đối tốt, mực nước

ngầm tương đối thấp, có thể lợi dụng hiệu ứng vòm giữa hai cọc gần nhau (Ví dụ
khi dùng cọc nhồi khoan lỗ hoặc cọc đào lỗ đặt thưa), để chắn mái đất. Hình 1. 10a
2. Chắn giữ bằng cọc hàng liên tục. Hình 1.10b
Trong đất yếu thì thường không thể hình thành được vòm đất, cọc chắn giữ phải xếp
thành hàng liên tục. Cọc khoan lỗ dày liên tục có thể chồng tiếp vào nhau, hoặc khi
cường độ bê tông thân cọc còn chưa hình thành thì làm một cọc rễ cây bằng bê tông
không có cốt thép ở giữa hai cây cọc để nối liền cọc hàng khoan lỗ lại, như hình
1.10c. Cũng có thể dùng cọc bản thép, cọc bản bê tông cốt thép, như hình 1.10d,e
3. Chắn giữ bằng cọc hàng tổ hợp
Trong vùng đất yếu có mực nước ngầm tương đối cao có thể dùng cọc khoan nhồi
tổ hợp với tường chống thấm bằng cọc xi măng đất, như hình 1.10f

Học viên: Đỗ Bích Hoà - Lớp CH 17C2


16
Lun vn Thc s
cọc rễ cây hoặc bơm vữa

a)

b)

Biên đào hố
c)
Cọc trộn

Bước
Hình U
e)

d)

Biên đào hố
f)

Hỡnh 1.10 Cỏc loi chn gi bng cc hng

Cn c vo sõu h o v tỡnh hỡnh chu lc ca kt cu, chn gi bng cc hng
cú th chia lm ba loi sau õy:
1. Kt cu chn gi khụng cú chng (Conson) : Khi sõu o h múng khụng ln
v cú th li dng c tỏc dng conson chng chn gi c phớa sau
tng
2. Kt cu chn gi cú chng n : Khi sõu o h múng ln hn, khụng th
dựng c kiu khụng cú chng thỡ cú th dựng mt hng chng n trờn nh
ca kt cu chn gi (hoc l dựng neo kộo).
3. Kt cu chn gi nhiu tng chng : Khi sõu o h múng l khỏ sõu cú th
t nhiu tng chng, nhm gim bt ni lc ca tng chn.
Phm vi ỏp dng:
+ Cn c vo thc tin thi cụng vựng t yu, vi sõu h o h<6m, khi iu
kin hin trng cho phộp thỡ ỏp dng kiu tng chn lm bng cc trn di sõu
kiu trng lc l lớ tng hn c.
+ Khi hin trng b hn ch, cng cú th dựng cc conson khoan l hng dy
600mm, gia hai cc c chốn kớn bng cc r cõy, cng cú th lm thnh mng

ngn nc bng cỏch bm va hoc cc trn xi mng phớa sau cc nhi.
+ Vi loi h múng cú o sõu 4 ữ 6m, cn c vo iu kin hin trng v hon
cnh xung quanh cú th dựng loi tng chn bng cc trn di sõu kiu trng lc
hoc úng cc bờ tụng ct thộp ỳc sn hoc cc bn thộp, sau ú ngn thm nc
bng bm va v tng thờm cc trn, t mt ng dm quõy v thanh chng, cú

Hc viờn: Bớch Ho - Lp CH 17C2