“NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU SỬ DỤNG KẾT HỢP CỌC TRE VÀ VẢI ĐỊA KỸ THUẬT” d

1
LỜI CẢM ƠN
Qua một thời gian nghiên cứu và thực hiện dưới sự giúp đỡ chỉ bảo nhiệt tình
của giáo viên hướng dẫn và các thầy cô giáo tác giả đã hoàn thành luận văn tốt
nghiệp với đề tài
“NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU SỬ DỤNG KẾT
HỢP CỌC TRE VÀ VẢI ĐỊA KỸ THUẬT”
Tác giả xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn đến thầy hướng dẫn – PGS. TS
Nguyễn Hồng Nam đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn trong suốt thời gian học tập và
nghiên cứu để hoàn thành luận văn này.
Lời cảm ơn cũng xin được gửi tới các thầy cô giáo trong khoa Công Trình
Thủy – Trường Đại Học Thủy Lợi và các thầy cô giáo đã giảng dạy và truyền đạt
kiến thức cho tôi. Tôi cũng xin bày tỏ lòng cảm ơn tới Ban Giám Hiệu khoa Đào tạo
sau đại học – Trường Đại Học Thủy Lợi đã giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập
và nghiên cứu.
Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới lãnh đạo Công ty Cổ phần
Thương mại và Công nghệ Việt Thành, nơi tôi đang công tác, đã tạo điều kiện về
thời gian và tinh thần giúp tôi hoàn thành luận văn này
Với trình độ hiểu biết và kinh nghiệm thực tế còn hạn chế đồng thời đối tượng
nghiên cứu là một công trình có điều kiện địa chất phức nên nội dung của luận văn
không tránh khỏi những sai sót. Tác giả rất mong nhận được sự chỉ bảo và đóng góp
ý kiến của các thầy cô giáo và của các quí vị quan tâm.
.
Hà Nội, tháng 12 năm 2011


2
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................... 1
MỤC LỤC ................................................................................................................. 2
THỐNG KÊ CÁC BẢNG BIỂU ............................................................................. 7

THỐNG KÊ CÁC BẢN HÌNH VẼ ......................................................................... 8
MỞ ĐẦU ................................................................................................................. 11
CHƯƠNG I.TỔNG QUAN VỀ NỀN ĐẤT YẾU VÀ CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ
...................................................................................................................................13
1.1. Khái quát về đất yếu và nền đất yếu. .........................................................13
1.1.1. Đất yếu ................................................................................................13
1.1.2. Nền đất yếu .........................................................................................13
1.2. Các loại nền đất yếu thường gặp ................................................................14
1.2.1. Một số đặc điểm của nền đất yếu ........................................................14
1.2.2. Các loại nền đất yếu thường gặp .........................................................14
1.3. Các yêu cầu thiết kế công trình trên nền đất yếu .......................................15
1.3.1. Các yêu cầu về khảo sát phục vụ thiết kế ...........................................15
1.3.2.Yêu cầu thiết kế về cường độ và biến dạng .........................................15
1.4. Các biện pháp xử lý nền đất yếu ................................................................16
1.4.1.Các biện pháp xử lý về kết cấu công trình ...........................................16
1.4.1.1.Dùng vật liệu nhẹ và kết cấu nhẹ ...................................................17
1.4.1.2.Làm tăng độ mềm của kết cấu công trình ......................................17
1.4.1.3.Tăng thêm cường độ cho kết cấu công trình ..................................17
1.4.2.Các biện pháp xử lý về móng. ..............................................................18
1.4.2.1.Thay đổi chiều sâu chôn móng .......................................................18
1.4.2.2.Biện pháp thay đổi kích thước móng .............................................19
1.4.2.3.Thay đổi loại móng và độ cứng của móng .....................................20
1.4.3.Các biện pháp xử lý nền đất yếu. .........................................................21
1.4.3.1.Mục đích .........................................................................................21
1.4.3.2. Các biện pháp cơ học xử lý nền đất yếu: ......................................21
1.4.3.3. Các biện pháp vật lý xử lý nền đất yếu. ........................................25
1.4.3.4. Các biện pháp hóa học xử lý nền đất yếu. .....................................26


3

1.4.3.5. Một số phương pháp mới trong xử lý nền đất yếu ........................28
1.4.4. Dùng biện pháp thi công để xử lý nền ................................................29
1.4.4.1. Nén chặt đất bằng cách hạ thấp mực nước ngầm. .........................29
1.4.4.2. Khống chế tốc độ thi công để cải thiện điều kiện chịu lực của nền
đất. ..............................................................................................................30
1.4.4.3. Thay đổi tiến độ thi công để cải thiện điều kiện biến dạng của nền.
....................................................................................................................30
1.5. Tóm tắt chương I ........................................................................................31
CHƯƠNG II.PHƯƠNG PHÁP GIA CỐ ĐẤT SỬ DỤNG VẢI ĐỊA KỸ
THUẬT .....................................................................................................................33
2.1. Khái quát ....................................................................................................33
2.1.1. Định nghĩa: ..........................................................................................33
2.1.2. Cấu tạo: ...............................................................................................33
2.1.3. Ứng dụng:............................................................................................34
2.2. Các đặc tính cơ học của vải địa kỹ thuật. ...................................................35
2.2.1. Tính chất cơ lý.....................................................................................35
2.2.1.1. Tính đẳng hướng và bất đẳng hướng.............................................35
2.2.1.2. Quan hệ giữa ứng suất và biến dạng khi chịu lực trong thời gian
ngắn ............................................................................................................36
2.2.1.3. Tính đàn hồi dẻo ............................................................................37
2.2.1.4. Độ bền chống xé rách ....................................................................38
2.2.1.5. Độ bền chống sờn, mòn .................................................................38
2.2.1.6. Lực ma sát .....................................................................................38
2.2.2. Tính thấm nước và lọc cát. ..................................................................39
2.2.2.1. Tính thấm nước .............................................................................39
2.2.2.2.Tính lọc cát .....................................................................................40
2.2.3.Tính chất hóa học .................................................................................41
2.3. Ứng dụng vải địa kỹ thuật gia cố đất. ........................................................41
2.4. Phương pháp tính toán thiết kế vải địa kỹ thuật tăng cường ổn định nền
đất đắp. ..............................................................................................................43

2.4.1. Phương pháp tính toán ........................................................................43


4
2.4.2. Những yếu tố ảnh hưởng đến sức chống trượt của lớp đất được tăng
cường vải địa kỹ thuật ................................................................................44
2.4.2.1. Những yếu tố sau có ảnh hưởng đến sức chống trượt của lớp đất
đắp được tăng cường vải địa kỹ thuật:....................................................44
2.4.2.2. Ưu điểm của loại đất đắp tăng cường vải địa kỹ thuật: .............44
2.5. Tiêu chuẩn thiết kế vải địa kỹ thuật tăng cường ổn định đất đắp trên nền
yếu .....................................................................................................................45
2.5.1. Các trạng thái phá hoại........................................................................45
2.5.2. Tiêu chuẩn thiết kế ổn định vùng đắt đắp ...........................................47
2.5.3. Tiêu chuẩn thiết kế ổn định chống trượt nền ......................................49
2.5.4. Tiêu chuẩn thiết kế ổn định (trượt sâu) ...............................................50
2.6. Tóm tắt chương II. .....................................................................................51
CHƯƠNG III.CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHƯƠNG PHÁP ĐÓNG CỌC TRE GIA
CỐ NỀN ĐẤT YẾU ................................................................................................52
3.1. Khái quát ....................................................................................................52
3.2. Các đặc tính cơ học của cọc tre. .................................................................52
3.3. Tính toán cọc tre xử lý nền đất yếu theo phương án cọc tre và nền đất yếu
coi như một nền mới . .......................................................................................53
3.3.1. Cọc tre có khả năng nén chặt đất nền..................................................53
3.3.2. Cọc tre có khả năng làm tăng sức chịu tải của nền. ............................56
3.5. Tóm tắt cơ sở lý thuyết phương pháp phần tử hữu hạn. ............................62
3.5.1. Khi phân tích bài toán địa kỹ thuật cần phải xem xét: ........................62
3.5.2. Các phương pháp giải bài toán địa kỹ thuật ........................................62
3.5.3. Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) ................................................62
3.5.3.1. Khái niệm ......................................................................................62
3.5.3.2. Nội dung phương pháp: .................................................................63

3.5.3.3. Các bước cơ bản của phương pháp phần tử hữu hạn ....................64
3.5.3.4. Các phần tử cơ bản của phương pháp ...........................................64
3.5.3.5. Tóm tắt ..........................................................................................65
3.6. Cơ sở giải bài toán ứng suất - biến dạng, ổn định trong công trình trên nền
đất yếu sử dụng kết hợp cọc tre và vải địa kỹ thuật. .........................................65


5
3.7. Giới thiệu phần mềm Plaxis. ......................................................................66
3.7.1. Quá trình phát triển phần mềm Plaxis. ................................................66
3.7.2. Khái quát mô hình hóa trong Plaxis. ...................................................66
3.7.2.1. Thiết lập sơ đồ công trình – Input Progam....................................66
3.7.2.2. Xác định các “pha” tính toán và phân tích: Calculation Program.68
3.7.2.3. Xem kết quả - Output – Curves. ....................................................69
3.8. Tóm tắt chương III. ....................................................................................69
CHƯƠNG IV.PHÂN TÍCH ỨNG SUẤT – BIẾN DẠNG, ỔN ĐỊNH CÔNG
TRÌNH THỰC TẾ TRÊN NỀN ĐẤT YẾU SỬ DỤNG GIẢI PHÁP KẾT HỢP
CỌC TRE VÀ VẢI ĐỊA KỸ THUẬT ...................................................................70
4.1. Giới thiệu công trình kênh xả nhà máy nhiệt điện Hải Phòng. ..................70
4.1.1. Giới thiệu chung ..................................................................................70
4.1.2. Điều kiện địa chất, thủy văn................................................................71
4.1.2.1. Địa hình khu vực tuyến kênh: .......................................................71
4.1.2.2.Đặc điểm về khí tượng thủy văn liên quan đến công trình. ...........71
4.1.2.3. Đặc điểm địa chất công trình.........................................................72
4.2. Mô phỏng bài toán ứng suất - biến dạng, ổn định của công trình trên nền
tự nhiên. .............................................................................................................73
4.2.1. Mô phỏng bài toán ..............................................................................73
4.2.1.1. Mô phỏng bài toán.........................................................................73
4.2.1.2. Trường hợp tính toán:....................................................................75
4.2.2. Kết quả tính toán .................................................................................76

4.3. Mô phỏng bài toán ứng suất - biến dạng, ổn định của công trình trên nền
được xử lý bằng giải pháp kết hợp cọc tre và vải địa kỹ thuật. ........................78
4.3.1. Mô phỏng bài toán ..............................................................................78
4.3.1.1.Mô phỏng bài toán..........................................................................78
4.3.1.2. Trường hợp tính toán:....................................................................82
4.3.2. Kết quả tính toán: ................................................................................83
4.3.2.1. Giai đoạn đắp đến cao trình +1.5 m ..............................................83
4.3.2.2. Giai đoạn đắp đến cao trình +3.14m .............................................87
4.3.3. Tóm tắt ................................................................................................94


6
4.4. Nghiên cứu tham số ảnh hưởng. ................................................................95
4.4.1.Nghiên cứu tham số: Mođun biến dạng của nền (E)............................95
4.4.1.1. Mối quan hệ giữa độ lún với mô đun biến dạng của đất nền . ......96
4.4.1.2. Quan hệ giữa hệ số an toàn ổn định với mô đun biến dạng E của
đất nền ........................................................................................................98
4.4.1.3. Quan hệ giữa áp lực nước lỗ rỗng dư với mô đun biến dạng E của
đất nền. .......................................................................................................99
4.4.1.4. Quan hệ giữa mô men uốn trong đáy kênh với mô đun biến dạng E
của đất nền. ...............................................................................................100
4.4.2. Ảnh hưởng của chiều sâu đóng cọc tre .............................................101
4.4.2.1. Mối quan hệ giữa độ lún với chiều sâu đóng cọc h .....................102
4.4.2.2. Mối quan hệ giữa Fs với chiều sâu đóng cọc h ...........................103
4.4.2.3. Quan hệ giữa hệ số an toàn ổn định với mô đun biến dạng E của
đất nền ......................................................................................................104
4.4.4. Ảnh hưởng của mật độ cọc ...............................................................105
4.5. Tóm tắt chương IV. ..................................................................................105
CHƯƠNG V. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..................................................... 107

7
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 3.1. Thông số cọc tre ở Quảng Ngãi – Việt Nam ....................................... 52
Bảng 3.2: Bảng so sánh các chỉ tiêu cơ lý của 2 lớp đất trước và sau khi xử lý nền
bằng cọc tre. ......................................................................................................... 55
Bảng 3.3: Sức chịu tải của nền cọc trong đất sét nhão......................................... 57
Bảng 3.4: Tỷ số Rgh/Ro ......................................................................................... 57
Bảng 3.5: Sức chịu tải của cừ tràm đơn. .............................................................. 59
Bảng 3.6. Sức chịu tải giới hạn của 1 cừ tràm ..................................................... 60
Bảng 4.1 Chỉ tiêu vật lý các lớp đất trong trường hợp nền chưa được xử lý. ...... 75
Bảng 4.2. Chỉ tiêu của vật liệu kênh .................................................................... 75
Bảng 4.3 Chỉ tiêu của đất nền khi đã đóng cọc tre............................................... 81
Bảng 4.4. Chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất nền ....................................................... 81
Bảng 4.5.Chỉ tiêu của vải địa kỹ thuật ................................................................. 81
Bảng 4.6. Chỉ tiêu của vật liệu kênh .................................................................... 96
Bảng 4.7. Bảng giá trị mô đun biến dạng E ứng với từng RE .............................. 97
Bảng 4.8. Bảng giá trị quan hệ E ~ Sk , E ~ Sd...................................................... 98
Bảng 4.9. Bảng giá trị quan hệ E ~ Fs ................................................................. 99
Bảng 4.10. Bảng giá trị quan hệ E ~ Excess PP................................................. 100
Bảng 4.11. Bảng giá trị quan hệ E ~ Mmax ......................................................... 102
Bảng 4.12. Bảng giá trị quan hệ h ~ Sk , h~ Sd ................................................... 102
Bảng 4.13. Bảng giá trị quan hệ h ~ Fs .............................................................. 103


8
THỐNG KÊ CÁC BẢN HÌNH VẼ
Hình 1.1: Bố trí khe lún........................................................................................ 17
Hình 1.2 : Bố trí đai BTCT .................................................................................. 18
Hình 1.3: Đặt móng ở nhiều cao trình khác nhau. ............................................... 19

Hình 1.4: Thay đổi bề rộng móng ........................................................................ 20
Hình 1.5: Phương pháp cọc tre............................................................................. 22
Hình 1.6: Thi công cọc cát ................................................................................... 23
Hình 1.7: Thi công cọc xi măng đất ..................................................................... 28
Hình 1.8: Các giai đoạn thi công .......................................................................... 31
Hình 2.1.Vải địa kỹ thuật dệt ............................................................................... 34
Hình 2.2.Vải địa kỹ thuật không dệt .................................................................... 34
Hình 2.3: Ứng suất và biến dạng của vải địa kỹ thuật ......................................... 35
Hình 2.4. Ứng suất và biến dạng của vải địa kỹ thuật dệt và cán nóng từ các nguyên
liệu khác nhau. ..................................................................................................... 36
Hình 2.5. Quan hệ giữa độ bền thời gian và lực kéo ........................................... 37
Hình 2.6: Đắp đất trên nền mềm yếu ................................................................... 42
Hình 2.7. Giữ mái đất đắp gần như thẳng đứng. .................................................. 42
Hình 2.8. Vải địa kỹ thuật tạo mái rất dốc. .......................................................... 43
Hình 2.9 – Sơ đồ tính ứng suất cắt trong đất đắp ................................................. 43
Hình 2.10. Mất ổn định trong vùng đất đắp ........................................................ 46
Hình 2.11. Mất ổn định tổng thể .......................................................................... 46
Hình 2.12. Nền trượt ............................................................................................ 46
Hình 2.13. Vượt quá sức chịu đựng của nền ........................................................ 47
Hình 2.14. Sơ đồ tính ổn định vùng đất đắp. ....................................................... 47
Hình 2.15. Sơ đồ chọn vải địa kỹ thuật ................................................................ 48
Hình 2.16. Sơ đồ tính ổn định chống trượt nền.................................................... 49
Hình 2.17: Sơ đồ tính trượt sâu, vòng cung ......................................................... 50
Hình 3.1: Sơ đồ để tính toán nền cọc tre .............................................................. 53
Hình 3.2: Phân bố ứng suất do cọc đơn và do nhóm cọc ........................................
Hình 3.3: Khoảng cách tốt nhất giữa các cọc treo. ..................................................
Hình 3.4: Lưới phần tử hữu hạn ...............................................................................


9

Hình 3.5: Mô hình bài toán phần tử hữu hạn ...........................................................
Hình 3.6: Các moddun trong phần mềm Plaxis .......................................................
Hình 3.7: Các công cụ định dạng trong phần mềm Plaxis .......................................
Hình 3.8: Lập và gán dữ liệu vào phần mềm Plaxis. ..............................................
Hình 3.9: Kết quả chuyển vị đứng trong Plaxis ......................................................
Hình 3.10: Một số output Plaxis 8.2 ........................................................................
Hình 4.1. Vị trí nhà máy nhiệt điện Hải Phòng trên bản đồ Việt Nam ................ 70
Hình 4.2: Mặt cắt tính toán (trường hợp chưa gia cố nền) .................................. 73
Hình 4.3:Lưới phần tử hữu hạn (trường hợp chưa gia cố nền) ............................ 74
Hình 4.4: Lưới biến dạng đắp đến cao trình + 1.5 m ........................................... 77
Hình 4.5: Đường đẳng chuyển vị theo phương ngang (đắp đến cao trình +1.5m)77
Hình 4.6: Đường đẳng vị chuyển vị theo phương đứng (đắp đến cao trình +1.5 m)
.............................................................................................................................. 78
Hình 4.7: Đường đẳng áp lực nước lỗ rỗng dư ( đắp đến cao trình + 1.5 m) ...... 78
Hình 4.8: Mặt cắt tính toán(trường hợp xử lý nền bằng cọc tre + vải ĐKT) ....... 79
Hình 4.9: Lưới phần tử hữu hạn (trường hợp xử lý nền bằng giếng cát) ............. 79
Hình 4.10: Lưới biến dạng (đắp đến cao trinh +1.5 m) ....................................... 83
Hình 4.11: Đường đẳng chuyển vị ngang (đắp đến cao trình +1.5 m) ................ 84
Hình 4.12: Đường đẳng vị chuyển vị đứng (đắp đến cao trình +1.5 m) .............. 84
Hình 4.13: Đường đẳng áp lực nước lỗ rỗng dư (đắp đến cao trình + 1.5m) ...... 85
Hình 4.14: Kết quả tính mô men uốn trong đáy và tường kênh........................... 85
Hình 4.15: Kết quả tính lực dọc trong đáy và tường kênh ................................... 86
Hình 4.16: Kết quả tính lực cắt trong đáy và tường kênh. ................................... 86
Hinh 4.17. Kết quả tính chuyển vị đứng của bản đáy kênh ................................. 87
Hình 4.18: Lưới biến dạng (đắp đến cao trình +3.14 m). .................................... 87
Hình 4.19: Đường đẳng chuyển vị ngang (đắp đến cao trình +3.14m) ............... 89
Hình 4.20: Đường đẳng chuyển vị đứng (đắp đến cao trình +3.14 m) ................ 89
Hình 4.21: Đường đẳng áp lực nước lỗ rỗng dư (đắp đến cao trình +3.14 m). ... 90
Hình 4.22: Kết quả tính hệ số an toàn ổn định trượt mái tại giai đoạn đắp đến cao
trình +3.14 ............................................................................................................ 90

10
Hình 4.23: Kết quả tính hệ số an toàn ổn định trượt mái tại giai đoạn cố kết hoàn
toàn. ...................................................................................................................... 91
Hình 4.24: Kết quả tính mô men uốn trong đáy và tường kênh........................... 91
Hình 4.25: Kết quả tính lực dọc trong đáy và tường kênh ................................... 92
Hình 4.26: Kết quả tính lực cắt trong đáy và tường kênh. ................................... 92
Hình 4.27: Kết quả chuyển vị đứng của bản đáy kênh. ....................................... 93
Hình 4.28: Kết quả tính lực kéo trong lớp vải dưới cùng. ................................... 93
Hình 4.29: Đường đẳng chuyển vị đứng khi cố kết hoàn toàn. ........................... 94
Hình 4.30. Tọa độ các điểm nghiên cứu. ............................................................. 94
Hình 4.31: Biểu đồ quan hệ RE ~ Sk và RE ~ Sd ............................................................................... 97
Hình 4.32.Biểu đồ quan hệ RE ~ FS ...................................................................... 97
Hình 4.33. Biểu đồ quan hệ RE ~ Excess PP ........................................................ 98
Hình 4.34. Biểu đồ quan hệ RE ~ Mmax ....................................................................
Hình 4.35. Tọa độ các điểm nghiên cứu. .................................................................
Hình 4.36: Biểu đồ quan hệ h~ Sk và RE ~ Sd .......................................................................................
Hình 4.37: Biểu đồ quan hệ h~ FS ..................................................................................................................


11

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Nước ta đang bước vào thời kỳ công nghiệp hoá, hiện đại hoá, các công trình
xây dựng nói chung – công trình thủy lợi nói riêng đang được xây dựng với tốc độ
nhanh. Nhiều công trình thường tập trung ở những nơi có điều kiện bất lợi về địa
chất công trình. Tại đây, cấu trúc nền thường rất phức tạp, gồm nhiều lớp đất yếu,
có chiều dày lớn, phân bố ngay trên mặt. Khi xây dựng các công trình có quy mô

vừa và nhỏ, việc lựa chọn giải pháp nền móng như cọc bê tông cốt thép, cọc cát…
thì đảm bảo yêu cầu kỹ thuật nhưng giá thành cao dẫn đến hiệu quả kinh tế không
cao.
Trong khi đó cọc tre là giải pháp truyền thống thường được sử dụng để xử lý
nền các công trình có quy mô vừa và nhỏ trên nền đất yếu. Cọc tre là một giải pháp
gia cố nền đất yếu hay dùng trong dân gian, thường chỉ dùng dưới móng chịu tải
trọng không lớn (móng trạm bơm, móng cống nhỏ…).
Vải địa kĩ thuật là tấm vải có tính thấm, khi sử dụng lót trong đất nó có khả
năng phân cách, lọc, bảo vệ, gia cường và thoát nước.
Đóng cọc tre kết hợp vải địa kỹ thuật nhằm nâng cao độ chặt của đất, giảm
hệ số rỗng dẫn đến nâng cao sức chịu tải của đất nền.
Thực tế cho thấy giải pháp gia cố nền đất yếu sử dụng kết hợp cọc tre và vải
địa kỹ thuật có thể đem lại hiệu quả cao, giá thành thấp hơn so với giải pháp cọc bê
tông cốt thép hoặc đất xi măng, và đã được ứng dụng thành công đối với một số
công trình trong nước có quy mô vừa và nhỏ. Tuy nhiên cơ sở lý thuyết tính toán,
bố trí cọc tre không rõ ràng, đa phần dựa vào kinh nghiệm dân gian và chưa được
đưa vào trong tiêu chuẩn thiết kế.
Vì vậy đề tài “ Xử lý nền đất yếu sử dụng kết hợp cọc tre và vải địa kỹ thuật
” có ý nghĩa khoa học và thực tiễn lớn.
2. Mục đích của đề tài


12
- Nghiên cứu giải pháp xử lý nền đất yếu sử dụng kết hợp cọc tre và vải địa
kỹ thuật.
- Đánh giá ổn định của công trình sử dụng giải pháp nói trên.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.
- Nghiên cứu xử lý nền hạnh mục kênh thải nước tuần hoàn, nhà máy nhiệt
điện Hải Phòng.
4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

- Điều tra, thống kê và tổng hợp tài liệu nghiên cứu đã có ở trong và ngoài
nước có liên quan đến nội dung đề tài.
-Mô phỏng số theo phương pháp phần tử hữu hạn giải bài toán ứng suất biến dạng, ổn định của công trình trên nền đất yếu sử dụng cọc tre kết hợp vải địa
kỹ thuật, sử dụng phần mềm Plaxis.
- Phân tích, so sánh đánh giá kết quả, đề xuất giải pháp thiết kế hiệu quả


13
CHƯƠNG I.
TỔNG QUAN VỀ NỀN ĐẤT YẾU VÀ CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ
1.1. Khái quát về đất yếu và nền đất yếu.
1.1.1. Đất yếu
Đất yếu gồm các loại đất sét mềm bão hòa nước; các loại cát hạt nhỏ, mịn;
than bùn; các trầm tích bị mùn hóa vv… chúng rất đa dạng về thành phần khoáng
vật nhưng thường giống nhau về tính chất cơ lý và chất lượng xây dựng.
Định nghĩa và đặc trưng của đất yếu được trình bày trong 22TCN 262-2000
và TCXD 245:2000 “ là đất yếu nếu ở trạng thái tự nhiên độ ẩm của chúng gần bằng
hoặc cao hơn giới hạn chảy, hệ số rỗng lớn, lực dính C theo kết quả cắt nhanh
không thoát nước từ 0.15 daN/cm2 trở xuống, góc nội ma sát từ 00 đến 100 hoặc lực
dính từ kết quả cắt canh hiện trường Cu ≤ 0.35 daN/cm2”.
Phần lớn các nước trên thế giới thống nhất về định nghĩa nền đất yếu theo
sức kháng cắt không thoát nước, su và trị số xuyên tiêu chuẩn N, như sau:
+ Đất rất yếu: su ≤ 12.5 kPa hoặc N ≤ 2
+ Đất yếu: su ≤ 1225.5 kPa hoặc N ≤ 4
1.1.2. Nền đất yếu
Nền đất yếu là phạm vi đất nền gồm các tầng đất có khả năng chịu lực kém,
nằm ở bên dưới móng công trình và chịu tác động của tải trọng công trình truyền
xuống. Xét về mặt cấu trúc, tầng đất nền này có thể được hợp thành do một hoặc
nhiều lớp đất yếu xen kẽ nhau hoặc xen giữa các lớp đất khác có khả năng chịu lực
tốt hơn.

Khi xây dựng các công trình dân dụng, cầu đường, các công trình thủy lợi,
thường gặp các loại nền đất yếu. Tùy thuộc vào tính chất của lớp đất yếu, đặc điểm
cấu tạo của công trình mà người ta dùng phương pháp xử lý nền móng cho phù hợp
để tăng sức chịu tải của nền đất, giảm độ lún, đảm bảo điều kiện khai thác bình
thường cho công trình.


14
Trong thực tế xây dựng, có rất nhiều công trình bị lún, sập hư hỏng khi xây
dựng trên nền đất yếu do không có những biện pháp xử lý phù hợp, không đánh giá
chính xác được các tính chất cơ lý của nền đất.
Do vậy việc đánh giá chính xác và chặt chẽ các tính chất cơ lý của nền đất
yếu ( chủ yếu bằng các thí nghiệm trong phòng và hiện trường) để làm cơ sở và đề
ra các giải pháp xử lý nền móng phù hợp là vấn đề hết sức khó khăn. Nó đòi hỏi sự
kết hợp chặt chẽ giữa kiến thức khoa học và kinh nghiệm thực tế để giải quyết ,
giảm được tối đa các sự cố, hư hỏng công trình khi xây dựng trên nền đất yếu.
1.2. Các loại nền đất yếu thường gặp
1.2.1. Một số đặc điểm của nền đất yếu
Sức chịu tải thấp (0,5 – 1kG/Cm2)
Đất có tính nén lún lớn (a > 0,1 cm2/kG)
Hệ số rỗng e lớn ( e > 1,0)
Độ sệt lớn ( B > 1)
Mô đun biến dạng nhỏ (E < 50kG/ cm2)
Khả năng chống cắt thấp (ϕ, c bé), khả năng thấm nước nhỏ
Hàm lượng nước trong đất cao, độ bão hòa nước G > 0,8, dung trọng bé.
1.2.2. Các loại nền đất yếu thường gặp
Đất sét mềm: gồm các loại đất sét hoặc á sét tương đối chặt, ở trạng thái bão
hòa nước, có cường độ thấp.
Bùn: Các loại đất tạo thành trong môi trường nước, thành phần hạt rất mịn (<
200µm) ở trạng thái luôn no nước, hệ số rỗng rất lớn, rất yếu về mặt chịu lực.

Than bùn: Là loại đất yếu có nguồn gốc hữu cơ, được hình thành do kết quả
phân hủy các chất hữu cơ có ở các đầm lầy( hàm lượng hữu cơ từ 20 – 80%).
Cát chảy: Gồm các loại cát mịn, kết cấu hạt rời rạc, có thể bị nén chặt hoặc
pha loãng đáng kể. Loại đất này khi chịu tải trọng động thì chuyển sang trạng thái
chảy gọi là cát chảy.


15
Đất bazan: Đây cũng là đất yếu với đặc điểm độ rỗng lớn, dung trọng khô bé,
khả năng thấm nước cao, dễ bị lún sập.
1.3. Các yêu cầu thiết kế công trình trên nền đất yếu
1.3.1. Các yêu cầu về khảo sát phục vụ thiết kế
−
về

phân
-

bố,

Phải điều tra xác định được phạm vi phân bố của các vùng đất yếu
chiều

sâu,

nguồn

gây

ẩm,

khả

năng

thoát

nước…

Lấy mẫu và tiến hành các thí nghiệm trong phòng và thí nghiệm hiện

trường để xác định loại đất yếu, chỉ tiêu phục vụ cho tính toán.
1.3.2.Yêu cầu thiết kế về cường độ và biến dạng
a. Yêu cầu về cường độ
Nền đắp trên đất yếu phải đảm bảo ổn định, không bị lún trồi và trượt sâu
trong quá trình thi công đắp nền và trong quá trình khai thác sau này. Nói khác đi là
phải tránh gây ra sự phá hoại trong nền đất yếu trong và sau khi thi công làm hư
hỏng nền đắp cũng như các công trình xung quanh, tức là phải bảo đảm cho nền
đường luôn ổn định
Theo 22TCN 262 -2000 và TCXD 245:2000 quy định về hệ số an toàn
chống trượt tính theo cung trượt tròn, Kmin của nền đắp trên đất yếu như sau:
+ Kmin ≥ 1.40 khi tính theo phương pháp Bishop
+ Kmin ≥ 1.2 khi tính theo phương pháp phân mảnh cổ điển.
b. Yêu cầu về biến dạng
Độ lún tuy tiến triển chậm hơn nhưng cũng rất bất lợi. Khi độ lún lớn mà
không được xem xét ngay từ khi bắt đầu xây dựng thì có thể làm biến dạng nền đắp
nhiều, không đáp ứng được yêu cầu sử dụng.
Theo 3 tiêu chuẩn 22TCN 262 -2000, TCXD 245:2000 và 22TCN 244 -98,
tổng độ lún tính toán của nền đất yếu, S, và mức độ cố kết yêu cầu, U, trước khi dỡ
tải như sau:

S = Si + Sc + Ssvà U ≥ 90%.


16
Trong đó, Si là độ lún tức thời, Sc là lún cố kết sơ cấp, Ss là độ lún từ biến
và U mức độ cố kết của nền đất yếu ứng với tải trọng làm việc.
1.4. Các biện pháp xử lý nền đất yếu
Với các đặc đểm của đất yếu như trên, muốn đặt móng xây dựng công trình
trên nền đất yếu thì phải có các biện pháp kỹ thuật để cải tạo tính năng xây dựng
của nó. Nền đất sau khi xử lý gọi là nền nhân tạo.
Việc xử lý khi xây dựng công trình trên nền đất yếu phụ thuộc vào điều kiện
như: Đặc điểm công trình, đặc điểm của nền đất... Với từng điều kiện cụ thể mà
người thiết kế đưa ra các biện pháp xử lý hợp lý.
Các biện pháp xử lý cụ thể khi gặp nền đất yếu:
+ Các biện pháp xử lý về kết cấu công trình
+ Các biện pháp xử lý về móng
+ Các biện pháp xử lý nền
+ Các biện pháp thi công để xử lý nền.
1.4.1.Các biện pháp xử lý về kết cấu công trình
Kết cấu công trình có thể bị phá hỏng cục bộ hoặc hoàn toàn do các điều kiện
biến dạng không thỏa mãn: Lún hoặc lún lệch quá lớn do nền đất yếu, sức chịu tải
bé.
Các biện pháp về kết cấu công trình nhằm giảm áp lực tác dụng lên mặt nền
hoặc làm tăng khả năng chịu lực của kết cấu công trình. Người ta thường dùng các
biện pháp sau:
+ Dùng vật liệu nhẹ và kết cấu nhẹ.
+ Làm tăng độ mềm của kết cấu công trình
+ Làm tăng cường độ cho kết cấu công trình

17
1.4.1.1.Dùng vật liệu nhẹ và kết cấu nhẹ
Mục đích: Làm giảm trọng lượng bản thân công trình, giảm được tĩnh tải tác
dụng lên móng.
Biện pháp: Có thể sử dụng các loại vật liệu nhẹ, kết cấu thanh mảnh, nhưng
phải đảm bảo cường độ công trình.
1.4.1.2.Làm tăng độ mềm của kết cấu công trình
Mục đích: Làm tăng độ mềm của kết cấu công trình kể cả móng để khử được
ứng suất phụ thêm phát sinh trong kết cấu khi xảy ra lún lệch hoặc lún không đều
Biện pháp: Dùng kết cấu tĩnh định hoặc phân cắt các bộ phận của công trình
bằng các khe lún.

Hình 1.1: Bố trí khe lún

1.4.1.3.Tăng thêm cường độ cho kết cấu công trình
Mục đích: Làm tăng cường độ kết cấu công trình để đủ sức chịu các ứng lực
sinh ra di lún lệch và lún không đều
Biện pháp: Người ta dùng các đai bê tông cốt thép để tăng khả năng chịu ứng
suất kéo khi chịu uốn, đồng thời có thể gia cố tại các vị trí dự đoán xuất hiện ứng
suất cục bộ lớn.


18

Hình 1.2 : Bố trí đai bê tông cốt thép
1.4.2.Các biện pháp xử lý về móng.
Khi xây dựng công trình trên nền đất yếu, ta có thể sử dụng một số phương
pháp xử lý về móng thường dùng như sau:
+ Thay đổi chiều sâu chôn móng
+ Thay đổi kích thước móng

+ Thay đổi loại móng và độ cứng của móng
1.4.2.1.Thay đổi chiều sâu chôn móng
Thay đổi chiều sâu chôn móng nhằm giải quyết sự lún và khả năng chịu tải
của nền. Khi tăng chiều sâu chôn móng sẽ làm tăng trị số sức chịu tải của nền đồng
thời làm giảm ứng suất gây lún cho móng nên giảm được độ lún của móng. Đồng
thời tăng độ sâu chôn móng, có thể đặt móng xuống các tầng đất phía dưới chặt
hơn, ổn định hơn. Tuy nhiên việc tăng chiều sâu chôn móng phải cân nhắc giữa 2
yếu tố kinh tế và kỹ thuật.
Một số trường hợp để giảm bớt độ chênh lệch lún giữa cao trình đặt móng
thiết kế với cao trình đáy móng sau khi lún ổn định, thường phải nâng cao trình đặt
móng lên mộ trị số dự phòng.
Sdp =

1
( S + Stc )
2

Trong đó: S - Độ lún ổn định tính toán
Stc - Độ lún xảy ra khi thi công.


19
Trường hợp nền đất yếu có chiều dày thay đổi nhiều, để giảm chênh lêch lún
có thể đặt móng ở nhiều cao trình khác nhau

Hình 1.3: Đặt móng ở nhiều cao trình khác nhau.
1.4.2.2.Biện pháp thay đổi kích thước móng
Thay đổi kích thước móng và hình dạng móng sẽ có tác dụng thay đổi trực
tiếp áp lực tác dụng lên mặt nền, do đó cũng cải thiện được điều kiện chịu tải cũng
như điều kiện biến dạng của nền.

Khi tăng diện tích đáy móng thường làm giảm được áp lực tác dụng lên mặt
nền và làm giảm độ lún của công trình. Tuy nhiên với đất có tính nén lún tăng dần
theo chiều sâu thì biện pháp này không tốt.
Nếu tầng đất yếu chịu nén có chiều dày khác nhau, có thể dùng biện pháp
thay đổi chiều rộng móng để cân bằng ứng suất cho toàn bộ công trình.


20

Hình 1.4: Thay đổi bề rộng móng
1.4.2.3.Thay đổi loại móng và độ cứng của móng
Khi thiết kế tùy sự phân bố tải trọng tác dụng lên móng và điều kiện địa chất
mà chọn kết cấu móng cho phù hợp.
Với nền đất yếu, khi dùng móng đơn, độ lún chênh lệch sẽ lớn. Do vậy để
giảm ảnh hưởng của lún lệch ta có thể thay thế bằng móng băng, móng băng giao
thoa, móng bè hoặc móng hộp.
Trường hợp sử dụng móng băng mà biến dạng vẫn lớn thì cần tăng thêm
cường độ cho móng. Độ cứng của móng bản, móng băng càng lớn thì biến dạng bé
và độ lún lệch sẽ bé. Ta có thể sử dụng các biện pháp như: tăng chiều dang móng,
tăng cốt thép dọc chịu lực, tăng độ cứng kết cấu bên trên, bố tríc các sườn tăng
cường khi móng bản có kích thước lớn.


21
1.4.3.Các biện pháp xử lý nền đất yếu.
1.4.3.1.Mục đích
Xử lý nền đất yếu nhằm mục đích tăng sức chịu tải của nền đấtm cải thiện
một số tính chất cơ lý của nền đất như: giảm hệ số rỗng, giảm tính nén lún, tăng độ
chặt, tăng trị số modun biến dạng, tăng cường độ chống cắt của đất…
Đối với công trình thủy lợi, việc xử lý nền đất yếu còn làm giảm tính thấm

của đất , đảm bảo ổn định cho khối đắp.
Các biện pháp xử lý nền thông thường:
+ Các biện pháp cơ học: Bao gồm các phương pháp làm chặt bằng
đầm, đầm chấn động, phương pháp làm chặt bằng các loại cọc (cọc cát, cọc đất, cọc
balat, cọc vôi…), phương pháp thay đất, phương pháp nén trước….
+ Các biện pháp vật lý: Gồm các phương pháp hạ mực nước ngầm,
phương pháp dùng giếng cát, bậc thấm, điện thấm….
+ Các biện pháp hóa học: Gồm các phương pháp keo kết đất bằng xi
măng, vữa xi măng, phương pháp silicat hóa, phương pháp điện hóa…
Ngoài ra hiện nay còn có các phương pháp mới như phương pháp bơm hút
chân không, phương pháp sử dụng cọc xi măng – vôi – đất…
1.4.3.2. Các biện pháp cơ học xử lý nền đất yếu:
a. Cọc tre và cọc tràm
Cọc tre và cọc tràm là giải pháp công nghệ mang tính truyền thống để xử lý
nền cho công trình có tải trọng nhỏ trên nền đất yếu. Cọc tràm và tre có chiều dài từ
3 - 6m được đóng để gia cường nền đất với mực đích làm tăng khả năng chịu tải và
giảm độ lún. Theo kinh nghiệm, thường 25 cọc tre hoặc cọc tràm được đóng cho
1m2 .
Tuy vậy nên dự tính sức chịu tải và độ lún của móng cọc tre hoặc cọc tràm
bằng các phương pháp tính toán theo thông lệ. Việc sử dụng cọc tràm trong điều
kiện đất nền và tải trọng không hợp lý đòi hỏi phải chống lún bằng cọc tiết diện
nhỏ.


22

Hình 1.5: Phương pháp cọc tre xử lý nền đất yếu
b. Phương pháp cọc cát
Khái niệm:
Phương pháp cọc cát đầm là một phương pháp để làm ổn định nền đất yếu

bằng cách thi công các cọc cát được đầm kĩ với đường kính lớn bằng quá trình lặp
đi lặp lại rút hạ cọc ống thép được rung. Phương pháp này tạo ra các ống mao dẫn
(là cọc cát) làm giảm mực nước ngầm trong đất, làm chặt đất và cải thiện chỉ tiêu cơ
lý của đất nền.
Ưu điểm :
+ Cọc cát làm nhiệm vụ như giếng cát, giúp nước lỗ rỗng thoát ra nhanh, làm
tăng nhanh quá trình cố kết và độ lún ổn định diễn ra nhanh hơn
+ Nền đất được ép chặt do ống thép tạo lỗ, sau đó lèn chặt đất vào lỗ làm cho
đất được nén chặt thêm, nước trong đất bị ép thoát vào cọc cát, do vậy làm tăng khả
năng chịu lực cho nền đất sau khi xử lý
+ Cọc cát thi công đơn giản, vật liệu rẻ tiền (cát) nên giá thành rẻ hơn
so với dùng các loại vật liệu khác.


23
Nhược điểm:
Phương pháp cọc cát gây tốn kém, thời gian thi công kéo dài gây xáo trộn
cấu trúc nền đất và khó kiểm tra chất lượng cọc cát có được liên tục trong đất yếu
hay không.
Phạm vi ứng dụng:
+ Cọc cát thường được dùng để gia cố nền đất yếu có chiều dày > 3m.

Hình 1.6: Thi công cọc cát
c. Phương pháp cọc vôi.
Phạm vi ứng dụng:
+ Cọc vôi thường được dùng để xử lý, nén chặt các lớp đất yếu như: Than
bùn, bùn, sét và sét pha ở trạng thái dẻo nhão.
Ưu điểm:
+ Sau khi cọc vôi được đầm chặt, đường kính cọc vôi sẽ tăng lên 20% làm
cho đất xung quanh nén chặt lại.

+ Khi vôi được tôi trong lỗ khoan thì nó toả ra một nhiệt lượng lớn làm cho
nước lỗ rỗng bốc hơi làm giảm độ ẩm và tăng nhanh quá trình nén chặt.


24
+ Sau khi xử lý bằng cọc vôi nền đất được cải thiện đáng kể: Độ ẩm của đất
giảm 5 - 8%; Lực dính tăng lên khoảng 1,5 - 3lần; Mô đun biến dạng tăng 3-4 lần;
Cường độ của đất giữa các cọc vôi có thể tăng lên đến 2 lần.
Nhược điểm:
+ Với những ưu điểm như trên cho thấy rằng xử lý nền đất yếu bằng cọc vôi
có hiệu quả đáng kể. Tuy nhiên khi gặp các nền đất quá nhão, yếu (đất có B>1) thì
hiệu quả nén chặt của cọc vôi bị hạn chế.
+ Với các loại bùn gốc sét nhão yếu thì hiệu quả nén chặt càng ít vì vôi tôi và
đất sét đều thấm nước yếu nên việc thoát nước lổ rỗng khó, kém hiệu quả.
d. Phương pháp gia tải nén trước.
Phạm vi áp dụng:
+ Phương pháp này có thể sử dụng để xử lý khi gặp nền đất yếu như
than bùn, bùn sét và sét pha dẻo nhão, cát pha bão hoà nước.
Ưu điểm:
+ Tăng nhanh sức chịu tải của nền đất;
+ Tăng nhanh thời gian cố kết, tăng nhanh độ lún ổn định theo thời
gian.
Các biện pháp thực hiện:
+ Chất tải trọng (cát, sỏi, gạch, đá…) bằng hoặc lớn hơn tải trọng công trình
dự kiến thiết kế trên nền đất yếu, để chọn nền chịu tải trước và lún trước khi xây
dựng công trình.
+ Dùng giếng cát hoặc bấc thấm để thoát nước ra khỏi lỗ rỗng, tăng nhanh
quá trình cố kết của đất nền, tăng nhanh tốc độ lún theo thời gian.

25
+ Tùy yêu cầu cụ thể của công trình, điều kiện địa chất công trình, địa chất
thuỷ văn của nơi xây dựng mà dùng biện pháp xử lý thích hợp, có thể dùng đơn lẻ
hoặc kết hợp cả hai biện pháp trên.
1.4.3.3. Các biện pháp vật lý xử lý nền đất yếu.
a. Phương pháp xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm
Khái niệm:
Phương pháp bấc thấm là phương pháp kỹ thuật thoát nước thẳng đứng bằng
bấc thấm kết hợp với gia tải trước. Khi chiều dày đất yếu rất lớn hoặc khi độ thấm
của đất rất nhỏ thì có thể bố trí đường thấm thẳng đứng để tăng tốc độ cố kết.
Phạm vi ứng dụng:
Phương pháp này thường dùng để xử lý nền đường đắp trên nền đất yếu.
Ưu điểm:
Phương pháp bấc thấm có tác dụng thấm thẳng đứng để tăng nhanh quá trình
thoát nước trong các lỗ rỗng của đất yếu, làm giảm độ rỗng, độ ẩm, tăng dung trọng.
Kết quả là làm tăng nhanh quá trình cố kết của nền đất yếu, tăng sức chịu tải và làm
cho nền đất đạt độ lún quy định trong thời gian cho phép.
Phương pháp bấc thấm có thể sử dụng độc lập, nhưng trong trường hợp cần
tăng nhanh tốc độ cố kết, người ta có thể sử dụng kết hợp đồng thời biện pháp xử lý
bằng bấc thấm với gia tải tạm thời, tức là đắp cao thêm nền đường so với chiều dày
thiết kế 2 - 3m trong vài tháng rồi sẽ lấy phần gia tải đó đi ở thời điểm mà nền
đường đạt được độ lún cuối cùng như trường hợp nền đắp không gia tải.
Cấu tạo:
Bấc thấm được cấu tạo gồm 2 phần: Lõi chất dẽo (hay bìa cứng) được bao
ngoài bằng vật liệu tổng hợp (thường là vải địa kỹ thuật Polypropylene hay Polyesie
không dệt…)