Gia cố nền đường dẫn vào cầu bằng phương pháp cọc xi măng đất theo công nghệ trộn ướt tại công trình mở rộng ql1 và tuyến tránh tp sóc trăng, tỉnh sóc trăng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

DƯƠNG VĂN ĐẢM

GIA CỐ NỀN ĐƯỜNG DẪN VÀO CẦU BẰNG PHƯƠNG
PHÁP CỌC XI MĂNG ĐẤT THEO CÔNG NGHỆ TRỘN ƯỚT
TẠI CÔNG TRÌNH: MỞ RỘNG QL1 VÀ TUYẾN TRÁNH TP.
SÓC TRĂNG, TỈNH SÓC TRĂNG

CHUYÊN NGÀNH: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG
MÃ Số: 60580204

NGƯỜI HƯỚNG DẪN: PGS.TS HOÀNG VIỆT HÙNG

HÀ NỘI, NĂM 2017



LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan nội dung trong luận văn này là do chính tôi thực hiện, các số liệu,
hình ảnh, biểu đồ trong đề tài đều là chân thực, không trùng lập với bất kỳ nghiên cứu
nào trước đây. Các biểu đồ, số liệu và tài liệu tham khảo đều được trích dẫn, chú thích
nguồn thu thập chính xác rõ ràng.
Tác giả luận văn

DƯƠNG VĂN ĐẢM

i


LỜI CÁM ƠN
Trước hết, tôi xin chân thành cám ơn quý thầy cô của trường Đại học Thủy Lợi, đặc
biệt là những thầy cô thuộc bộ môn Địa kỹ thuật và những thầy cô đã trực tiếp giảng
dạy cho tôi trong thời gian theo học vừa qua.
Tôi xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Hoàng Việt Hùng Thầy đã hỗ trợ tôi rất
nhiều về việc bổ sung kiến thức chuyên môn, nguồn tài liệu và những lời động viên
quý báu trong quá trình học viên học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn này
Nhân đây, tôi chân thành cám ơn quý Thầy, Cô, Anh Chị nhân viên của Phòng Đào tạo
Sau Đại học và bạn bè, gia đình đã giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho học viên
trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn.
Mặc dù tôi đã có nhiều cố gắng để hoàn thiện luận văn bằng tất cả sự nhiệt tình và sự
hiểu biết của mình, tuy nhiên không thể tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận
được những đóng góp quý báo của quý thầy cô và các bạn.

ii


MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH VẼ ..................................................................................................v
DANH MỤC BẢNG BIỂU ............................................................................................vi
KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT ............................................................................................ vii
MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐẤT YẾU MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NỀN
ĐẤT YẾU ........................................................................................................................6
1.1 Tổng quan về đất yếu và nền đất yếu: .......................................................................6
1.1.1 Khái niệm về đất yếu .............................................................................................6
1.1.2 Khái niệm nền đất yếu ............................................................................................6

1.1.3 Một số loại đất yếu thường gặp: ............................................................................7
1.1.4 Các vấn đề đặt ra khi xây dựng công trình trên nền đất yếu : ...............................7
1.2 Một số phương pháp xử lý nền đất yếu: ...................................................................8
1.2.1 phương pháp thay thế lớp đất nền yếu bằng đệm cát: ...........................................8
1.2.2 Phương pháp xử lý nền đất yếu bằng phương pháp cọc cát ...................................9
1.2.3 Phương pháp xử lý nền đất yếu bằng phương pháp bấc thấm..............................10
1.2.4 Phương pháp xử lý nền đất yếu bằng phương pháp gia tải trước .........................12
1.2.5 Phương pháp xử lý nền đất yếu bằng vải địa kỹ thuật ........................................13
1.2.6 Phương pháp xử lý nền đất yếu bằng phương pháp cọc xi măng đất..................15
1.3 Luận chứng chọn phương pháp xử lý nền bên dưới sàn giảm tải vào cầu ..............16
1.3.1 So sánh tính khả thi của các giải pháp xử lý nền ...............................................16
1.3.2 Lựa chọn phương pháp cọc xi măng đất để xử lý nền bên dưới sàn giảm tải vào
cầu [1][2][3]...................................................................................................................17
1.4 Kết luận chương 1 ..................................................................................................20
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CỌC XI MĂNG ĐẤT
.......................................................................................................................................22
2.1. Khái niệm về cọc xi măng đất ................................................................................22
2.1.1 Khái niệm: ..........................................................................................................22
2.1.2 Ưu điểm của cọc xi măng đất: ............................................................................22
2.1.3 Giới thiệu công nghệ trộn sâu khoan phụt vữa cao áp – Jet Grouting: ...............23
2.1.4 Tiến hành phương pháp cọc xi măng đất: [3]....................................................24
2.1.5 Ưu nhược điểm và phạm vi ứng dụng của các phương pháp. ..............................33

iii


2.1.6 Phân tích lựa chọn phương pháp tính toán. ........................................................ 34
2.2 Ứng dụng thực tế của phương pháp cọc xi măng đất trong các công trình xây
dựng hiện nay. ............................................................................................................... 35
2.2.1 Trên thế giới: ........................................................................................................ 35

2.2.2 Ứng dụng cọc xi măng đất ở Việt Nam: .............................................................. 35
2.3 Kết luận .................................................................................................................. 37
CHƯƠNG 3 : TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN CÁC THÔNG SỐ THIẾT KẾ CỌC XI
MĂNG ĐẤT CHO CÔNG TRÌNH MỞ RỘNG QL1 VÀ TUYẾN TRÁNH TP. SÓC
TRĂNG, TỈNH SÓC TRĂNG ...................................................................................... 39
3.1. Tổng quan về công trình: ....................................................................................... 39
3.1.1 Giới thiệu về khu vực và công trình : .................................................................. 39
3.1.2 Điều kiện tự nhiên : ............................................................................................. 40
3.1.3 Đặc điểm địa chất : .............................................................................................. 40
3.2 Lựa chọn thông số và đề xuất phương án thiết kế................................................... 44
3.2.1 Các thông số cơ bản đường dẫn vào cầu ............................................................. 45
3.2.2 Các thông số của nền đường và cọc xi măng đất ................................................. 46
3.2.3 Tính toán thiết kế cọc xi măng đất ...................................................................... 47
3.3 Kết luận .................................................................................................................. 71
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ....................................................................................... 73
I. Những kết quả đã đạt được ........................................................................................ 73
II. Những vấn đề còn tồn tại .......................................................................................... 74
III. Hướng nghiên cứu tiếp theo: .................................................................................. 74
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 75

iv


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Thi công bấc thấm ..........................................................................................11
Hình 1.2 Thi công cọc xi măng đất ...............................................................................15
Hình 2.1. Công nghệ Jet Grouting (a. Công nghệ S; b. Công nghệ D; c. Công nghệ T)
.......................................................................................................................................24
Hình 2.2: Sơ đồ phá hoại của đất dính gia cố bằng cọc xi măng đất ............................28
Hình 2.3: Phá hoại khối .................................................................................................29

Hình 2.4: Phá hoại cắt cục bộ ........................................................................................29
Hình 2.5: Sơ đồ tính toán biến dạng ..............................................................................30
Hình 2.6. Gia cố cọc xi măng đất tại sân bay Cần Thơ. ................................................37
Hình 2.7. Gia cố cọc xi măng đất móng bồn dầu tại Cần Thơ ......................................37
Hình 2.8. Gia cố cọc xi măng đất tại cảng dầu khí Vũng Tàu ......................................37
Hình 3.1. Bảng đồ tuyến tránh thành phố Sóc Trăng, tỉnh Sóc Trăng. .........................39
Hình 3.2 Hình ảnh đường dẫn vào cầu tuyến tránh thành phố Sóc Trăng. ...................45
Hình 3.3 Mặt cắt ngang nền đường dẫn khi áp dụng giải pháp xử lý ...........................47
Hình 3.4 Quan hệ giữa tỉ lệ N/XM với cường độ chịu nén của ĐXM ..........................49
Hình 3.5 Quan hệ giữa hàm lượng xi măng với cường độ chịu nén của ĐXM ............49
Hình 3.6 Cường độ kháng nén đơn tương ứng với một tỷ lệ ximăng/đất ở 28 ngày tuổi
.......................................................................................................................................51
Hình 3.7 Thực hành thí nghiệm mẩu xi măng đất .........................................................51
Hình 3.8: Sơ đồ xác định kích thước khối đắp trên nền gia cố .....................................55
Hình 3.9 Sơ đồ tính lún .................................................................................................60
Hình 3.10: Các điều kiện biên của bài toán- Trường hợp tính khi nền chưa gia cố......66
Hình 3.11: Kết quả tính chuyển vị của trường hợp 1, khi nền chưa có gia cố. .............67
Hình 3.12: Kết quả tính chuyển vị ngang của hệ nền và khối đắp. ...............................68
Hình 3.13: Điều kiện biên bài toán mô phỏng cho trường hợp 2, khi nền có gia cố. ...69
Hình 3.14: Kết quả tính chuyển vị của trường hợp 2, khi nền đã có gia cố. .................70
Hình 3.15: Kết quả tính chuyển vị ngang của trường hợp 2, khi nền đã có gia cố. ......71

v


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1: Phạm vi ứng dụng các phương pháp xử lý đất yếu và một số lưu ý ............ 16
Bảng 3.1 Các thông số của cọc xi măng đất: ................................................................ 41
Bảng 3.2 Các thông số của cọc xi măng đất: ................................................................ 42
Bảng 3.3 Các thông số của cọc xi măng đất: ................................................................ 43

Bảng 3.4 Các thông số của cọc xi măng đất: ................................................................ 44
Bảng 3.5 Các thông số của cọc xi măng đất: ................................................................ 47
Bảng 3.6 Cường độ nén mẩu ở tuổi 28 ngày................................................................. 48
Bảng 3.7 Tổng hợp cường độ kháng nén đơn tương ứng với từng tỷ lệ ximăng/đất ở độ
tuổi 28 ngày ................................................................................................................... 49
Bảng 3.8 Kết quả cường độ chịu nén của ĐXM ........................................................... 50
Bảng 3.9 Phần độ lún cố kết cho phép còn lại ∆S tại trục tim của nền đường sau khi
hoàn thành công trình .................................................................................................... 52
Bảng 3.10 Thống kê các số liệu địa chất nền đường..................................................... 63
Bảng 3.11: Độ lún tại độ sâu 23,25m ........................................................................... 64

vi


KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT
: Sức chịu tải giới hạn của cọc xi măng đất.

Qult
[M]

: Moment giới hạn của cọc xi măng đất.

Fs

: Là hệ số an toàn.

[S]

: Độ lún giới hạn cho phép.

∑ Si
as

: Độ lún tổng cộng của móng cọc.
: Diện tích tương đối của cọc xi măng đất.

Ecol

: Mô đun đàn hồi của cọc xi măng đất.

Ccol

: Lực dính của cọc xi măng đất.

φcol

: Góc nội ma sát của cọc xi măng đất.

Acol

: Diện tích của cọc xi măng đất.

Esoil

: Mô đun đàn hồi của vùng đất yếu cần được gia cố

Csoil
đất.

: Lực dính của vùng đất yếu cần được gia cố xung quanh cọc xi măng

φsoil
măng đất.

:Góc nội ma sát của vùng đất yếu cần được gia cố xung quanh cọc xi

Asoil

: Diện tích vùng đất yếu cần được gia cố xung quanh cọc xi măng đất.

Etđ

: Mô đun đàn hồi tương đương của nền đất yếu được gia cố.

Ctđ

: Lực dính tương đương của nền đất yếu được gia cố.

φtđ

: Góc nội ma sát tương đương của nền đất yếu được gia cố.

E50

: Mô đun biến dạng.

d

: Đường kính cọc.

Lcol

: Chiều dài cọc.

Cu.soil : Độ bền chống cắt không thoát nước.
B, L, H : Chiều rộng, chiều dài và chiều cao của nhóm cọc xi măng đất.

vii


hi

: Bề dày lớp đất tính lún thứ i.

eoi

: Hệ số rỗng của lớp đất.

Cri

: Chỉ số nén lún hồi phục ứng với quá trình dỡ tải.

Cci

: Chỉ số nén lún.

σ’vo

: Ứng suất do trọng lượng bản thân.

Δσ’v

:Gia tăng ứng suất thẳng đứng.

σ’p

: Ứng suất tiền cố kết.

Qp

: khả năng chịu tải mỗi cột trong nhóm cọc.

ffs

: Hệ số riêng phần đối với trọng lượng đất.

fq

: Hệ số riêng phần đối với tải trọng ngoài.

H

: Chiều cao nền đắp.

q

: Ngoại tải tác dụng.

γ

: Dung trọng đất đắp.

R

: Bán kính cung trượt tròn.

τe

: Sức chống cắt của vật liệu đất đắp.

τav

: Sức chống cắt của vật liệu cọc

cu

: Lực dính của cọc xi măng – đất và đất nền khi đã gia cố.

Δl

: Chiều dài cung trượt tương ứng.

xi

: Cánh tay đòn của mảnh thứ I so với tâm quay.

wi

: Trọng lượng của mảnh thứ i.

φi

: Góc ma sát trong của lớp đất.

Ltb

: Độ sâu hạ cọc trong đất kể từ đáy đài.

Q

: Khối lượng đất ở trạng thái tự nhiên.

t

: Tỉ lệ xi măng dự kiến.

viii


MỞ ĐẦU
I. Tính cấp thiết của đề tài
Đồng bằng sông Cửu Long được biết đến là nơi có nhiều vùng đất yếu, đặc biệt lưu
vực sông Tiền và sông Hậu. Nhiều công trình quan trọng được hình thành và phát triển
trên nền đất yếu với những điều kiện hết sức phức tạp của đất nền, dọc theo các dòng
sông và bờ biển. Dọc theo các tuyến đường sự cố tại vị trí tiếp giáp giữa đường và cầu
đắp trên nền đất yếu (lún gãy, độ cứng thay đổi đột ngột), dẫn đến hiện tượng ô tô bị
xóc khi ra vào cầu làm ảnh hưởng đến độ êm của người và hàng hóa trên xe, gây ra tai
nạn giao thông, giảm vận tốc xe chạy và tăng chi phí duy tu bảo dưỡng công trình.v.v.
đây là dạng sự cố phổ biến, không chỉ xuất hiện riêng tại Việt Nam mà ngay cả các
quốc gia phát triển. Trong đó sự cố vị trí tiếp giáp giữa đường và cầu và hiện tượng

mặt đường lún theo vệt bánh xe là hai vấn đề lớn mà Bộ giao thông vận tải đặc biệt
quan tâm. Vùng đồng bằng sông Cửu Long và khu vực tỉnh Sóc Trăng có bề dày tầng
đất yếu lớn và biến đổi phức tạp, cục bộ; Phần lớn các công trình cầu tại khu vực này
đều gặp các sự cố tại vị trí tiếp giáp giữa đường và cầu. Việc nghiên cứu nhằm khắc
phục các sự cố đã nêu tại đoạn đường dẫn vào cầu tại khu vực nghiên cứu có ý nghĩa
quan trọng và cấp thiết.
Các phương pháp sử dụng để khắc phục sự cố tại các vị trí tiếp giáp trên thường được
áp dụng hiện nay là: Thay thế đất; làm chặt đất (đầm chặt đất, giếng cát, cọc cát); tăng
khả năng chịu kéo của đất (vải địa kỹ thuật, lưới địa kỹ thuật); dùng cọc bêtông, cọc
tràm.... Tuy nhiên mỗi phương pháp tồn tại một số nhược điểm riêng: Thiếu vật liệu
thay thế đất yếu do đất tại chỗ không đảm bảo yêu cầu, đôi khi khối lượng đất phải
thay thế quá lớn; đầm chặt đất, bấc thấm vải địa kỹ thuật khó khăn khi thi công trong
nước; cọc cát và giếng cát phải chờ thời gian đất cố kết; cọc bêtông có giá thành cao,
thời gian thi công kéo dài; đất yếu có chiều dày lớn thì dùng cọc tràm hiệu quả thấp...
Cọc xi măng - đất là giải pháp công nghệ xử lý đất yếu đã được áp dụng tại nhiều nước
trên thế giới và gần đây đã du nhập vào nước ta. Đây là giải pháp xử lý nền kinh tế, thi
công nhanh, không có chất thải, không có độ lún thứ cấp.

1


Tuy nhiên việc tính toán thiết kế, nghiệm thu, đánh giá chất lượng cọc ximăng đất hiện
nay vẫn chưa rõ ràng, các quan điểm còn khác nhau, chưa thống nhất. Ở nước ta chỉ
mới có TCXDVN 385:2006 “Phương pháp gia cố nền đất yếu bằng cọc ximăng đất”
do Bộ xây dựng ban hành, phương pháp này chủ yếu đề cập đến phương pháp trộn cơ
khí và khi áp dụng thì thấy nhiều vấn đề còn sơ sài. Vì vậy cần thiết phải có những
nghiên cứu về nhiều khía cạnh để làm rõ những vấn đề nêu trên.
II. Mục đích của đề tài
Mục đích của đề tài là khắc phục các sự cố cho đoạn đường dẫn vào cầu khu vực tỉnh
Sóc Trăng và đồng bằng sông Cửu Long, nhằm chuyển tiếp êm nhẹ nhàng cho đoạn

tuyến vào cầu, đảm bảo cho hàng hóa và hành khách trên ô tô có được sự thỏa mái,
tiện nghi khi ô tô lưu thông qua cầu, đảm bảo an toàn khi lái xe cũng như vận tốc xe
chạy trên tuyến đường.
Đề tài này nghiên cứu ứng dụng cọc xi măng đất để xử lý khối đắp trên đất yếu bằng
công nghệ trộn sâu dạng ướt:
- Xác định phương án bố trí hợp lý khi dùng cọc ximăng đất để gia cố nền;
- Tìm được được phương pháp tính toán gia cố nền đất yếu thích hợp ;
- Nghiên cứu, phân tích phương pháp đánh giá chất lượng cọc ximăng đất.
III. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
III.1 Cách tiếp cận:
Vận dụng phối hợp các phương án gia cố nền đất yếu bằng phương pháp cọc xi măng
đất bằng phương pháp trộn sâu dạng ướt đang được sử dụng phổ biến tại các công
trình thực tế theo tiêu chí thiết kế đã xây dựng, từ đó phân tích - đề xuất ra giải pháp
thiết kế mới. Lý thuyết tính toán gia cố nền đất yếu bằng phương pháp cọc xi măng đất
do các nhà khoa học đã công bố trước đây được xem là đúng đắn, có thể sử dụng để
tính toán các giải pháp thiết kế do luận án đề xuất

2


a. Tiếp cận trên cơ sở đánh giá nhu cầu:
Nhu cầu xử lý nền để đảm bảo ổn định tổng thể các công trình nói chung và công trình
Thuỷ lợi nói riêng trên nền đất yếu là rất lớn. Việc nghiên cứu ứng dụng công nghệ
mới nhằm giải quyết vấn đề trên và khắc phục được nhược điểm của các phương pháp
cũ là rất cần thiết.
b. Tiếp cận trên cơ sở đảm bảo các tiêu chuẩn hiện hành:
- Các tiêu chuẩn về thiết kế công trình trên nền đất yếu;
- Các tiêu chuẩn về ứng suất, biến dạng...; Tiêu chuẩn về vật liệu.
c. Tiếp cận với thực tiễn công trình:
Các công trình đê kè trên nền đất yếu ứng dụng cọc ximăng đất để xử lý nền hiện nay

khá nhiều, việc tính toán nền công trình là không thể thiếu trong quá trình tính toán
thiết kế.
Phương pháp đánh giá chất lượng cọc hiện nay chủ yếu là lấy cọc đã thi công ngoài
hiện trường về thí nghiệm trong phòng, nhưng việc khoan lấy mẫu, vận chuyển đôi khi
làm ảnh hưởng đến mẫu làm kết quả không chính xác
d. Tiếp cận có kế thừa:
Tiếp thu kinh nghiệm, kết quả từ các đề tài, dự án đặc biệt các công trình đang được
thi công tại các tỉnh khu vực đồng bằng sông Cửu Long. Sử dụng các kiến thức đã
được nghiên cứu, phát huy sáng tạo trên nền tảng sẵn có.
III.2 Phương pháp nghiên cứu:
Luận án chọn cách tiếp cận với đoạn đường dẫn vào cầu bằng việc nghiên cứu các yêu
cầu về độ lún, tải trọng tác động lên sàn giảm tải vào đất nền. Từ đó nghiên cứu gia cố
nền móng bên dưới đoạn chuyển tiếp này bằng phương pháp cọc xi măng đất. Sử dụng
phương pháp kết hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm cùng với việc ứng dụng công nghệ
tin học trong tính toán
- Phương pháp thu thập thông tin:

3


+ Thu thập từ các đề tài, Dự án liên quan đến xử lý nền đất yếu.
+ Điều tra, khảo sát, tổng hợp số liệu, thu thập tài liệu thực tế, tài liệu tham khảo, phân
tích, xử lý số liệu;
+ Thu thập từ mạng Internet và các nguồn khác.
- Phương pháp chuyên gia: Tranh thủ ý kiến và kiến thức của các chuyên gia trong các
lĩnh vực.
- Phương pháp nghiên cứu trên mô hình toán: Sử dụng các phần mềm tính toán hiện
đại để mô phỏng bài toán nghiên cứu.
IV. Nội dung nghiên cứu
Nghiên cứu tổng quan về đất yếu và các biện pháp xử lý nền đất yếu

Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về xử lý nền bằng cọc đất-xi măng
Phân tích ứng dụng với công trình và điều kiện đất nền cụ thể, rút ra được kết luận
kiến nghị về hiệu quả ứng dụng của công trình.
V. Kết quả đạt được:
Giới thiệu và phân tích các phương pháp tính toán thiết kế cọc ximăng - đất. Nêu ra ưu
nhược điểm, và những phần còn chưa đủ khi áp dụng, từ đó giúp người thiết kế có cái
nhìn sâu hơn về công nghệ này. Tính toán thiết kế ứng dụng cọc ximăng - đất xử lý
nền cho công trình: Mở rộng QL1 và tuyến tránh TP.Sóc Trăng, tỉnh Sóc Trăng, công
trình đã thi công và đi vào vận hành tốt.
Trong phần ứng dụng, tác giả đã phân tích điều kiện đất nền, điều kiện tải trọng công
trình để đề xuất phương án xử lý nền sao cho đảm bảo tính kinh tế và kỹ thuật của
công trình. Với điều kiện đất nền yếu, chiều dày lớp đất yếu tới 14,5 m, nếu không xử
lý công trình sẽ có độ lún khoảng trên dưới 1 m.
Với đề xuất phương án xử lý nền bằng cọc xi măng đất, luận văn đã tính toán bằng giải
tích để có số liệu sơ bộ cho phương án. Trên cơ sở này tiến hành mô phỏng bằng mô
hình số để có phương án đối chứng.

4


Kết quả mô phỏng cho kết quả khá sát với thực tế, nếu không gia cường nền độ lún
công trình đạt 0,9 m. Không đảm bảo điều kiện vận hành công trình.
Sau khi gia cường bằng cọc xi măng đất, hàm lượng xi măng 200 kg/m3, kết quả mô
phỏng cho giá trị chuyển vị đứng (lún) lớn nhất là 19 cm. Đảm bảo được yêu cầu kỹ
thuật cho công trình.

5


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐẤT YẾU MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP XỬ

LÝ NỀN ĐẤT YẾU
1.1 Tổng quan về đất yếu và nền đất yếu:
1.1.1 Khái niệm về đất yếu
Đất yếu là những loại đất sét trạng thái dẻo mềm, dẻo chảy bão hòa nước, các loại đất
hạt nhỏ, hạt mịn, than bùn
Một số đặc điểm của đất yếu:
Đất yếu thường là đất dính hoàn toàn bão hòa nước:
Sức chịu tải thấp:

0,5 – 1 kG/cm2.

Đất có tính nén lún lớn: a > 0,1 cm2/kG.
Hệ số rỗng lớn:

e > 1,0.

Độ sệt lớn:

B > 1.

Mô đun biến dạng nhỏ, khả năng chống cắt nhỏ (ϕ, c nhỏ)
Hàm lượng nước trong đất cao, độ bão hòa nước lớn, dung trọng nhỏ
1.1.2 Khái niệm nền đất yếu
Nền đất yếu là phạm vi đất nền gồm các tầng đất yếu có khả năng chịu lực kém, nằm
dưới móng công trình và chịu tác động của công trình truyền xuống.
Nền đất yếu có thể là một lớp đất yếu hoặc nhiều lớp đất yếu xen kẽ lớp đất tốt.
Nền đất yếu là nền đất không đủ sức chịu tải, không đủ độ bền và biến dạng khi xây
dựng các công trình trên nó. Công trình khi gặp nền đất yếu thì tùy thuộc vào đặc điểm
kết cấu, tính chất của đất mà sử dụng phương pháp xử lý nền móng cho phù hợp để
tăng sức chịu tải của nền, giảm độ lún, đảm bảo điều kiện khai thác bình thường.

Trong thực tế 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 nhận thức được chính xác các tính

6


chất cơ lý và khả năng làm việc của đất nền. Do vậy việc đánh giá đúng các tính chất
cơ lý của nền đất yếu và từ đó làm cơ sở để đề ra các giải pháp xử lý nền móng phù
hợp là một vấn đề hết sức khó khăn, đòi hỏi sự kết hợp chặt chẽ giữa kiến thức khoa
học và kinh nghiệm thực tế đảm bảo công trình ổn định, tránh được các sự cố, hư hỏng
và giá thành kinh tế nhất.
1.1.3 Một số loại đất yếu thường gặp:
- Đất sét mềm: gồm các loại đất sét hoặc á sét ở trạng thái bão hoà 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 lớn, rất yếu vể 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 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.
- 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.
1.1.4 Các vấn đề đặt ra khi xây dựng công trình trên nền đất yếu :
Móng của công trình thuỷ lợi, giao thông, nhà cửa và các dạng công trình khác đặt trên
nền đất yếu thường đặt ra những bài toán sau cần phải giải quyết :
+ Vấn đề độ lún công trình: Độ lún có trị số lớn, ma sát âm tác dụng lên cọc do tính
nén của nền đất. Nhiều trường hợp tôn nền khu dân cư hoặc bờ đắp trên đất yếu có độ
lún lên đến 2-3m. Có trường hợp do đất nền có tính từ biến, do độ lún của công trình
kéo dài trên 30 năm. Có những trường hợp do lún không đều đã dẫn đến trượt công

trình.

7


+ Vấn đề về ổn định công trình: Các bài toán về sức chịu tải của móng, độ ổn định của
nền móng, ổn định mái dốc, áp lực đất lên tường chắn, sức chịu tải ngang của cọc .....
phải được xem xét do sức chịu tải và cường độ của nền không đủ lớn.
+ Thấm : Cát xủi, thẩm thấu, phá hỏng nền do bài toán thấm và dưới tác động của áp
lực nước.
+ Hóa lỏng: Đất nền bị hóa lỏng do tải trọng tác động (tàu hỏa, ôtô và động đất.... ).
Như vậy: Khi xây dựng công trình trên nền đất yếu, công trình sẽ đứng trước rất nhiều
nguy cơ bị phá hỏng, đòi hỏi phải có phương pháp để sử lý trước hoặc sau khi xây
dựng công trình
1.2 Một số phương pháp xử lý nền đất yếu:
Với các đặc điểm của đất yếu như trên, muốn đặt móng công trình trên nền đất yếu cần
phải có các biện pháp kĩ thuật để cải tạo tính năng xây dựng của nó. Nền đất sau khi
xử lý gọi là nền nhân tạo.
Với việc xử lý khi xây dựng công trình trên nền đất yếu phụ thuộc vào nhiều điều kiện
như : đặc điểm công trình, đặc điểm của nền đất v..v. Với từng điều kiện cụ thể mà
người thiết kế đưa ra biện pháp xử lý hợp lý. Trong phạm vi chương này sẽ đề cập đến
các biện pháp xử lý cụ thể khi gặp nền đất yếu như :
1.2.1 phương pháp thay thế lớp đất nền yếu bằng đệm cát:
Lớp đệm cát sử dụng hiệu quả cho các lớp đất yếu ở trạng thái bão hoà nước (sét nhão,
sét pha nhão, cát pha, bùn, than bùn…) và chiều dày các lớp đất yếu nhỏ hơn 3m.
Biện pháp tiến hành: Đào bỏ một phần hoặc toàn bộ lớp đất yếu (trường hợp lớp đất
yếu có chiều dày bé) và thay vào đó bằng cát hạt trung, hạt thô đầm chặt.
Việc thay thế lớp đất yếu bằng tầng đệm cát có những tác dụng chủ yếu sau:
- Lớp đệm cát thay thế lớp đất yếu nằm trực tiếp dưới đáy móng, đệm cát đóng vai trò
như một lớp chịu tải, tiếp thu tải trọng công trình và truyền tải trọng đó các lớp đất yếu

bên dưới.

8


- Giảm được độ lún và chênh lệch lún của công trình vì có sự phân bộ lại ứng suất do
tải trọng ngoài gây ra trong nền đất dưới tầng đệm cát.
- Giảm được chiều sâu chôn móng nên giảm được khối lượng vật liệu làm móng.
- Giảm được áp lực công trình truyền xuống đến trị số mà nền đất yếu có thể tiếp nhận
được.
- Làm tăng khả năng ổn định của công trình kể cả khi có tải trọng ngang tác dụng vì
cát được nén chặt làm tăng lực ma sát và sức chống trượt. Tăng nhanh quá trình cô kết
của đất nền, do vậy làm tăng nhanh khả năng chịu tải của nền và tăng thời gian ổn định
về lún cho công trình.
- Về mặt thi công đơn giản, không đòi hỏi thiết bị phức tạp nên được sử dụng tương
đối rộng rải. Phạm vi áp dụng tốt nhất khi lớp đất yếu có chiều dày bé hơn 3m. Không
nên sử dụng phương pháp này khi nền đất có mực nước ngầm cao và nước có áp vì sẽ
tốn kém về việc hạ mực nước ngầm và đệm cát sẽ kém ổn định
1.2.2 Phương pháp xử lý nền đất yếu bằng phương pháp cọc cát
Phương pháp cọc cát 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.
Phương pháp này thường được dùng gia cố nền các khu vực đất yếu (Đầm lầy, khu
vực nền ẩm ứơt......). Khu vực đất nền được xác định mật độ cọc, chiều sâu cọc
Một vài dạng của phương pháp này đã có từ đầu thế kỷ 19 do các kỹ sư trong quân đội
Pháp dùng đầu tiên, nhưng phải tới 50 năm sau thì người Đức mới áp dụng các công
nghệ hiện đại cho phương pháp này. Cọc cát đã được thiết kế ở một số công trình xây
dựng dân dụng và giao thông ở Việt Nam khi cần nhanh tiến độ thi công.
Nhược điểm sử dụng 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.
Ứng dụng nền có chiều dày > 3m.

9


* Mức nước ngầm (tại thời điểm thi công) phải ở sâu ( nếu lớn hơn độ sâu đỉnh cọc cát
thì tốt nhất)
* Các lớp đất trong phạm vi gia cố bị ép chặt khi đóng lổ tạo cọc cát ( không xuất hiện
tình huống gia tăng áp lực nước lổ rổng khi tạo lổ , và giảm áp lực này khi kéo ống
vách lên , đầm cát tạo cọc cát.). Do đó nếu nước trồi lên mặt đất thì đây là quá trình
tiêu tán áp lực nước lổ rổng và hiệu quả nén chặt đất không cao. Khi đó Đất đang cố
kết, mà với đất dính thì cần thời gian, không thể có hiệu quả tức thời.
* Không phá hoại đất xung quanh ống vách khi tạo lổ cho cọc cát. Trong trường hợp
làm chặt nền cần thận trọng vì những giả thiết để tính toán là không phù hợp với đất
sét yếu bão hoà nước. Giả thiết đưa ra là thể tích vùng gia cố là không thay đổi (không
có dịch chuyển ngang và đất không trồi lên), như vậy nền sẽ được làm chặt dung trọng
của đất được tăng lên. Giả thiết này chỉ phù hợp với đất thuộc loại hoàng thổ (loss) rời
rạc, có mực nước ngầm nằm sâu. Khi đóng tạo lỗ để thi công cọc cát với hiệu ứng rung
đất sẽ được đầm chặt. Còn đối với đất sét yếu bão hoà nước hiệu ứng nén chặt trong
quá trình thi công cọc cát là không đáng kể vì sự nén chặt của nền đất là quá trình cố
kết và đòi hỏi phải có thời gian. Trước đây một phương pháp gia cố nền được áp dụng
sau đó bị lãng quyên đó là phương pháp cọc tháp, nguyên lý cũng tương tự như cọc cát
làm chặt nền. Nó đã được áp dụng cho nền đất yếu bão hoà nứơc ở Hà nội và đã thất
bại.
1.2.3 Phương pháp xử lý nền đất yếu bằng phương pháp bấc thấm
Bấc thấm là vật liệu địa kỹ thuật dùng để thoát nước đứng nhằm gia tăng khả năng ổn
định của nền móng, được cấu tạo từ hai lớp: lớp áo bằng vải địa kỹ thuật không dệt,
sợi liên tục PP hoặc PET 100%, không thêm bất cứ chất kết dính nào và lớp lõi thoát
thoát nước đùn bằng hạt nhựa PP, có rãnh cả hai phía.

10


Hình 1.1 Thi công bấc thấm
Ứng dụng:
+ Gia cố nền đất yếu: Bấc thấm kết hợp với đắp gia tải được sử dụng để xử lý gia cố
nền đất yếu, trong thời gian ngắn có thể đạt tới 95% độ ổn định dài hạn, tạo khởi động
cho quá trình ổn định tự nhiên ở giai đoạn sau. Quá trình gia cố có thể được rút ngắn 3
tháng bằng gia tải cộng phương pháp bơm hút chân không.
Thi công bấc thấm đứng PVD
+ Ổn định nền: Các công trình có thể ứng dụng bấc thấm để xử lý nền đất yếu rất đa
dạng, bao gồm đường cao tốc, đường dẫn đầu cầu, đường băng sân bay, đường sắt, bến
cảng, kho xăng dầu… xây dựng trên nền đất yếu và có tải trọng động.
+ Xử lý môi trường: Bấc thấm được sử dụng để xử lý nền đất yếu, đất nhão thường
thấy ở các khu vực ô chôn lấp rác. Bấc thấm Ceteau-drain cũng được sử dụng để tẩy
rửa các khu vực đất bị ô nhiễm, bằng công nghệ hút chân không, hút nước ngầm thấm
qua các lớp đất bị ô nhiễm, mang theo các chất ô nhiễm lên bề mặt để xử lý.

11


Những tính năng của bấc thấm:
Khả năng chống chịu được với vi khuẩn bacteria và các loại vi khuẩn hữu cơ khác,
không bị ăn mòn hay biến chất bởi các loại axit, kim loại hay các loại chất hoà tan có
trong đất, khả năng chống mài mòn cực tốt.
Đặc tính chính:
Giảm thiểu tối đa sự sáo trộn các lớp đất, khả năng tương thích cao của lõi cung như
vỏ bấc thấm với nhiều loại đất, dễ dàng thi công, hiệu suất có thể đạt tới 10.000
m/ngày, có thể xử lý nền đất yếu dày do bấc thấm có thể đóng và phát huy tác dụng tới

độ sâu 60m.
Lợi thế khi thi công:
Chi phí thấp, thời gian cô kết nhanh hơn so với các phương truyền thống như đắp gia
tải hoặc giếng cát, tiết kiệm được khối lượng đào đắp, rút ngắn được thời gian thi
công, giảm chi phí vận chuyển, chi phí thi công.
1.2.4 Phương pháp xử lý nền đất yếu bằng phương pháp gia tải trước
Phương pháp gia tải trước thường là giải pháp công nghệ kinh tế nhất để xử lý nền đất
yếu. Trong một số trường hợp phương pháp chất tải trước không dùng giếng thoát
nước thẳng đứng vẫn thành công nếu điều kiện thời gian và đất nền cho phép. Tải
trọng gia tải trước có thể bằng hoặc lớn hơn tải trọng công trình trong tương lai.
Tải trọng gia tải thường được sử dụng là cát đắp với chiều cao đắp có thể từ 1 - 13m,
thời gian gia tải từ vài tháng hoặc vài năm tùy theo yêu cầu của công trình. Một số
công trình có mặt bằng lớn có thể áp dụng biện pháp thi công kiểu cuốn chiếu để tiến
độ thi công luôn được đảm bảo, hiệu quả xử lý nền đất yếu được đo đạc, chứng minh
rất tốt trong thực tế. Trong quá trình gia tải ta đặt quan trắc lún, khi độ lún do gia tải
trước đạt được kết quả mong muốn thì cho tiến hành dở tải.
Mục đích của việc gia tải trước:
+ Tăng khả năng chịu tải và giảm độ nén lún của nền đất yếu

12


+ Đất mềm được cải thiện hay (đất được gia cố) phần lớn bằng việc ép nước trong đất
ra ngoài, tăng cường độ chống cắt nên tiết kiệm diện tích móng
+ Có hiệu quả kinh tế cao đối với các công trình có mặt bằng thi công lớn
1.2.5 Phương pháp xử lý nền đất yếu bằng vải địa kỹ thuật
Trong những năm gần đây, vải địa kỹ thuật đã được ứng dụng rộng rãi ở nước ta, đặc
biệt là trong gia cố nền các công trình đất đắp. Vải địa kỹ thuật được chế tạo từ những
sản phẩm phụ của dầu mỏ, tùy theo hợp chất và cách cấu tạo, mỗi loại vải địa kỹ thuật
có những đặc tính cơ lý hóa như sức chịu kéo, độ thấm nước, độ dãn, môi trường thích

nghi ... khác nhau. Tùy theo mục đích sử dụng, vải địa kỹ thuật có thể được sử dụng
để: Làm cốt gia cố cho khối đắp; Làm chức năng như mặt phân cách nước; Làm vật
liệu tiêu nước, lọc ngược. Ngoài ra vải địa kỹ thuật còn dùng để chống xói mòn, bảo
vệ bờ...vv
Phân loại vải địa kỹ thuật Vải ĐKT được chia làm ba nhóm chính dựa theo cấu tạo sợi:
dệt, không dệt và vải địa phức hợp.
+ Nhóm dệt gồm những sợi được dệt ngang dọc giống như vải may, như vải địa kỹ
thuật loại dệt polypropylen. Biến dạng của nhóm này thường được thí nghiệm theo 2
hướng chính: hướng dọc máy và hướng ngang máy. Sức chịu kéo theo hướng dọc máy
bao giờ cũng lớn hơn sức chịu kéo theo hướng ngang máy. Vải dệt thông thường được
ứng dụng làm cốt gia cường cho các công tác xử lý nền đất khi có yêu cầu.
+ Nhóm không dệt gồm những sợi ngắn và sợi dài liên tục, không theo một hướng
nhất định nào, được liên kết với nhau bằng phương pháp hóa (dùng chất dính), hoặc
nhiệt (dùng sức nóng) hoặc cơ (dùng kim dùi).
+ Nhóm vải phức hợp là loại vải kết hợp giữa vải dệt và không dệt. Nhà sản xuất may
những bó sợi chịu lực (dệt) lên trên nền vải không dệt để tạo ra một sản phẩm có đủ
các chức năng của vải dệt và không dệt.
Ứng dụng của vải địa kỹ thuật Trong giao thông vải, ĐKT có thể làm tăng độ bền, tính
ổn định cho các tuyến đường đi qua những khu vực có nền đất yếu như đất sét mềm,
bùn, than bùn... Trong thủy lợi, dùng che chắn bề mặt vách bờ bằng các ống vải ĐKT

13


độn cát nhằm giảm nhẹ tác thủy động lực của dòng chảy lên bờ sông. Còn trong xây
dựng, dùng để gia cố nền đất yếu ở dạng bấc thấm ứng dụng trong nền móng... Dựa
vào mục đích, công dụng chính, người ta chia vải ĐKT thành 3 loại: phân cách, gia
cường, và tiêu thoát và lọc ngược.
+ Chức năng phân cách Các phương pháp thông thường để ổn định hoá lớp đất đắp
trên nền đất yếu bão hoà nước là phải tăng thêm chiều dày đất đắp để bù vào lượng đất

bị mất do lún chìm vào nền đất yếu trong quá trình thi công. Mức độ tổn thất có thể
hơn 100% đối với đất nền có CBR (chỉ số biểu thị sức chịu tải của đất và vật liệu dùng
trong tính toán thiết kế kết cấu của áo đường theo phương pháp Tạp chí Khoa học
Công nghệ Hàng hải Số 23 – 8/2010 28 của AASHTO.) nhỏ hơn 0,5. Việc sử dụng
loại vải ĐKT thích hợp đặt giữa đất yếu và nền đường sẽ ngăn cản sự trộn lẫn của hai
loại đất. Vải ĐKT phân cách ngăn ngừa tổn thất đất đắp và vì vậy tiết kiệm đáng kể
chi phí xây dựng. Ngoài ra, vải ĐKT còn ngăn chặn không cho đất yếu thâm nhập vào
cốt liệu nền đường nhằm bảo toàn các tính chất cơ lý của vật liệu đắp và do đó nền
đường có thể hấp thụ và chịu đựng một cách hữu hiệu toàn bộ tải trọng xe.
+ Chức năng gia cường Dưới tải trọng bánh xe khả năng chịu tải của nền đường có vải
ĐKT chủ yếu là do chức năng phân cách (nhằm duy trì chiều dày thiết kế và tính chất
cơ học ban đầu của các lớp cốt liệu nền móng đường) hơn là chức năng gia cường về
khả năng chịu kéo của kết cấu. Trong trường hợp xây dựng đê, đập hay đường dẫn vào
cầu có chiều cao đất đắp lớn, có thể dẫn đến khả năng trượt mái hoặc chuyển vị ngang
của đất đắp, vải ĐKT có thể đóng vai trò cốt gia cường cung cấp lực chống trượt theo
phương ngang nhằm gia tăng ổn định của mái dốc. Trong trường hợp này vải ĐKT có
chức năng gia cường. Mái dốc taluy có vải địa kỹ thuật gia cường.
+ Chức năng tiêu thoát/ lọc ngược Đối với các nền đất yếu có độ ẩm tự nhiên lớn và độ
nhạy cảm cao. Vải ĐKT có thể làm chức năng thoát nước nhằm duy trì và thậm chí gia
tăng cường độ kháng cắt của đất nền và do đó làm gia tăng khả năng ổn định tổng thể
của công trình theo thời gian. Vải ĐKT loại không dệt, xuyên kim có chiều dày và tính
thấm nước cao là vật liệu có khả năng tiêu thoát tốt, cả theo phương đứng (thẳng góc
với mặt vải) và phương ngang (trong mặt vải). Vì thế, loại vải ĐKT này có thể làm

14


tiêu tán nhanh chóng áp lực nước lỗ rỗng thặng dư trong quá trình thi công cũng như
sau khi xây dựng và dẫn đến sức kháng cắt của nền đất yếu sẽ được gia tăng.
Trong các công trình thuỷ công, vải ĐKT được sử dụng làm lớp lọc ngược của công

trình sau bến, tường chắn… Hai tiêu chuẩn để đánh giá về đặc trưng lọc ngược là khả
năng giữ đất và hệ số thấm của vải. Vải ĐKT cần phải có kích thước lỗ hổng đủ nhỏ
để ngăn chặn không cho các hạt đất cần bảo vệ đi qua đồng thời kích thước lỗ hổng
cũng phải đủ lớn để có đủ khả năng thấm nước bảo đảm cho áp lực nước lỗ rỗng được
tiêu tán nhanh.
Việc sử dụng vải địa kỹ thuật và lưới ĐKT đem lại nhiều hiệu quả tốt cho công tác xử
lý nền đất yếu và giữ ổn định cho mái dốc đất, có khả năng ứng dụng tốt vào nhiều loại
công trình khác nhau, đây là loại vật liệu mới, được đánh giá là thân thiện với môi
trường nên các cơ quan quản lý nhà nước, các nhà sản xuất, các tổ chức thương mại,
các đơn vị tư vấn…cần tổ chức các Hội thảo để giới thiệu, quảng bá cho loại vật liệu
này.
1.2.6 Phương pháp xử lý nền đất yếu bằng phương pháp cọc xi măng đất
Hình 1.2 Thi công cọc xi măng đất

15