Gia cố nền đất yếu bằng phương pháp ổn định toàn khối

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

TRẦN HOÀNG GIANG

GIA CÓ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG PHƯƠNG PHÁP
ỔN ĐỊNH TOÀN KHỐI

Chuyên ngành : ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỤNG
Mã số ngành : 60580211

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 1 năm 2019


CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học:
Cán bộ hướng dẫn: TS. ĐỖ THANH HẢI

Cán bộ chấm nhận xét 1: GS.TS. Trần Thị Thanh

Cán bộ chấm nhận xét 2: TS. Nguyễn Mạnh Tuấn

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa Tp. Hồ Chí Minh, ngày 09 tháng 01
năm 2019
Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn thạc sĩ gồm:
1/ Chủ tịch hội đồng : PGS.TS. Bùi Trường Sơn

2/ Thư ký hội đồng : TS. Lê Văn Pha
3/ ủy viên phản biện 1: GS.TS. Trần Thị Thanh
4/ ủy viên phản biện 2: TS. Nguyễn Mạnh Tuấn
5/ủy viên hội đồng : PGS.TS. Võ Phán

TRƯỞNG
CHỦ TỊCH HỘI
ĐỒNG KHOA
KỸ THUẬT XÂY DỤNG


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên: TRẰN HOÀNG GIANG

MSHV: 1570703

Ngày, tháng, năm sinh: 08/08/1989

Nơi sinh: Kiên Giang

Chuyên ngành: Địa kỹ thuật xây dựng

Mã số: 60580211

I. TÊN ĐỀ TÀI: GIA CỐ NỀN ĐẤT YẾU BANG PHƯƠNG PHÁP ÔN ĐỊNH TOÀN
KHỐI
II.

NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG

1. Nghiên cứu các biện pháp gia cố nền, đặc biệt là biện pháp ổn định toàn khối.
2. Sử dụng Plaxis 2D mô phỏng ứng xử đất, độ bền, chuyển vị mặt đất... khi gia cố nền
và không gia cố để đánh giá vai trò của biện pháp gia cố nền.
3. Tiến hành tính toán bài toán lựa chọn biện pháp gia cố nền cho khu vực đất yếu dưới
nền đường bằng phương pháp trộn nông với chiều dày 2m, 4m và 6m.
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ

: 15 / 09 / 2018

IV.

NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 03 / 12 / 2018

V.

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS. ĐỖ THANH HẢI
Tp. HCM, ngày 03 tháng 12 năm 2018
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

TS. ĐÕ THANH HẢI

CHỦ NHIIỆM BỘ MÔN

PGS.TS. LÊ BÁ VINH

TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỤNG


LỜI CẢM ƠN

Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy TS. Đỗ Thanh Hải đã tận tình hướng dẫn và động
viên em trong suốt quá trình thực hiện. Với sự hỗ trợ rất lớn ngay từ khi bắt đầu em đã có
được những định hướng rõ ràng để hoàn thành tốt luận văn này.
Bên cạnh đó, em xin chân thành cảm ơn các Thầy (Cô) trong bộ môn Địa Cơ- Nền Móng
nói riêng và khoa Kỹ Thuật Xây Dựng, trường Đại học Bách Khoa TP. HCM nói chung.
Trong hơn 2 năm học tập tại trường, các thầy cô đã trang bị cho em những kiến thức, kỹ năng
quý báu cũng như là động lực để thực hiện Luận văn .Đó chính là hành trang tốt nhất và là
nền tảng vững chắc để bước vào con đường sự nghiệp nhiều thử thách.
Bản thân đã cố gắng nghiên cứu và hoàn thiện luận văn này tuy nhiên với kiến thức hiện
tại thì luận văn không tránh khỏi một số thiếu sót. Em kính mong nhận được sự đóng góp ý
kiến từ phía thầy cô và các bạn để luận văn của em được hoàn thiện hơn và kết quả nghiên
cứu có thể được ứng dụng trong thực tế.
Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn !
Tp.HCM, ngày 03 tháng 12 năm 2018
Học viên thực hiện

Trần Hoàng Giang


TÓM TẮT
Việt Nam được biết đến là nơi có nhiều thành phố và thị trấn quan trọng được hình thành
và phát triển trên nền đất yếu. Một trong những phương pháp gia cố nền đất yếu mới được

đưa vào ứng dụng ở Việt Nam là công nghệ thi công xử lý nền đất yếu bằng phương pháp ổn
định toàn khối. Công nghệ này sẽ góp phần cải tạo, biến đổi nền đất bùn, đất yếu thành nền
đất có cường độ cao, khắc phục được hiện tượng sụt lún.
Trong nghiên cứu này, học viên sẽ tổng hợp, phân tích số liệu dựa trên kết quả của các
nghiên cứu có sẵn về đất trộn xi măng nhằm đưa ra các thông số về chỉ tiêu cơ lý phù hợp cho
công trình ở khu đô thị Phú Mỹ Hưng, Quận 7. Từ đó đưa ra sự so sánh về tính lún của nền
công trình bằng phương pháp giải tích và phương pháp phần tử hữu hạn. Kết quả cho thấy đất
nền được gia cố trộn nông có thể bắt đầu từ độ sâu 2m trở lên thì đạt yêu cầu cao về ổn định.
Từ khóa: Đất trộn xi măng, trộn nông, modun biến dạng, nén nở hông tự do, ổn định toàn
khối.


ABSTRACT
Vietnam is known for having many important cities and towns formed and developed on
soft soil layers. One of the new ground improvement methods for soft soil layers introduced
in Vietnam is mass stabilization technology. This technology will contribute to the
improvement and conversion of mud and soft soil into high- intensity soils and overcome the
subsidence phenomenon.
In this study, student will synthesize and analyze the data based on the results of the
available studies on soil - cement mix to provide the appropriate mechanical parameters for
the urban area Phu My Hung, District 7. This gives a comparison of the displacement of the
building by analytical methods and FEM. It is concluded that the depth of over 2m was
suitable for mass stabilization mixing.
Keywords: Soilcrete, shallow mixing, secant modulus of elasticity, unconfined
compressive strength, mass stabilisation.


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công việc do chính tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn của thầy TS.
Đỗ Thanh Hải.

Các kết quả trong Luận văn là đúng sự thật và chưa được công bố ở các nghiên cứu khác.
Tôi xin chịu trách nhiệm về công việc thực hiện của mình.

Tp. HCM, ngày 03 tháng 12 năm 2018
Học viên thực hiện

Trần Hoàng Giang


MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH ẢNH.............................................................................................iv
DANH MỤC BẢNG BIÊU...........................................................................................vii
MỞ ĐẦU .......................................................................................................................viii
1. Tính cấp thiết của đề tài.............................................................................................viii
2. Mục đích nghiên cứu..................................................................................................viii
3. Nội dung nghiên cứu..................................................................................................viii
4. Phương pháp nghiên cứu..............................................................................................ix
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài.....................................................................ix
6. Giới hạn phạm vi nghiên cứu.......................................................................................ix
CHUƠNG 1: TÔNG QUAN VỀ PHUƠNG PHÁP ÔN ĐỊNH TOÀN KHỐI 1
1.1. Giới thiệu về phương pháp ổn định toàn khối...............................................................1
1.1.1, Khái quát..........................................................................................................1
1.1.2, Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước.....................................................3
1.2. Chất liên kết để gia cố nền đất.......................................................................................7
1.2.1, Xi măng............................................................................................................8
1.2.2, Các sản phẩm vôi.............................................................................................8
1.2.3, Các chất liên kết khác....................................................................................10
1.3. Lợi ích của phương pháp ổn định toàn khối..............................................................11
1.4. Các yếu tố của đất ảnh hưởng đến cường độ đất trộn xi măng..................................13
1.5. Thiết bị và công nghệ thi công....................................................................................18

1.6. Các ứng dụng của phương pháp ổn định toàn khối....................................................21
1.6.1, ứng dựng địa kỹ thuật....................................................................................21
1.6.2, ứng dụng trong xây dựng công trình đường bộ.............................................23


1.6.3, Đường sắt........................................................................................................24
1.6.4, Hạ tầng kỹ thuật đô thị...................................................................................25
1.6.5,.................................................................................................. Cảng và kênh đào
...................................................................................................................................................26
1.6.6, Khu vực trồng cây xanh, cảnh quan...............................................................29
1.6.7, Khu vực thể thao ngoài trời............................................................................31
CHƯƠNG 2: Cơ SỞ LÝ THUYẾT xử LÝ NỀN ĐẤT YẾU BANG PHƯƠNG
PHÁP ÔN ĐỊNH TOÀN KHỐI........................................................32
2.1. Nguyên lý của đất trộn xi măng............................................................................32
2.2.

Đặc tính của đất trộn xi măng................................................................................35

2.3.

Thiết kế trộn để gia cố nền đất yếu.......................................................................35

2.3.1,

Số liệu đầu vào...............................................................................................35

2.3.2,

Xác định các thông số thiết kế.......................................................................37

2.4.

Ôn định tổng thể....................................................................................................39

2.4.1,

Trình tự thiết kế..............................................................................................39

2.4.2,

Tính toán ổn định...........................................................................................40

2.5.

Tính toán độ lún đất được gia cố...........................................................................41

2.5.1,

Các giai đoạn lún............................................................................................41

2.5.2,

Tính toán độ lún.............................................................................................43

2.6.

Tính toán chuyển vị nền đất theo phưomg pháp PTHH.......................................45

2.6.1,

Tổng quát về phưomg pháp PTHH................................................................45

2.6.2.

Phần mềm PTHH Plaxis 2D..........................................................................46

CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH VÀ ỨNG DỤNG GIA CỐ NỀN ĐẤT YẾU BẦNG
PHƯƠNG PHÁP ỒN ĐỊNH TOÀN KHỐI CHO KHU vực
PHÚ MỸ HƯNG..............................................................................52
3.1. Giới thiệu công trình............................................................................................52
3.2. Giới thiệu về địa chất.............................................................................................53


3.3. Tổng hợp số liệu để tìm giá trị về chỉ tiêu cơ lý phù hợp.....................................61
3.4. Xác định độ lún của đất nền trước khi gia cố........................................................66
3.4.1,

Trường hợp 1 : Tải trọng tác dụng lên đất nền chỉ có lớp đất đắp .... 66

3.4.2,

Trường hợp 2 : Tải trọng tác dụng lên đất nền gồm lớp đất đắp + tải

trọng làm đường + tải trọng xe.........................................................................................68
3.5. Xác định độ lún của đất nền sau khi xử lý............................................................70
3.5.1,

Trường hợp 1 : Tải trọng tác dụng lên đất nền chỉ có lớp đất đắp .... 70

3.5.2,

Trường hợp 2 : Tải trọng tác dụng lên đất nền gồm lớp đất đắp + tải

trọng làm đường + tải trọng xe.........................................................................................74
3.6. Tính toán độ lún nền theo phần mềm Plaxis.........................................................77
3.6.1,

Thông số đầu vào...........................................................................................77

3.6.2,

Thiết lập mô hình bằng Plaxis 2D - V8.5......................................................78

3.6.3,

Kết quả phân tích độ lún nền đường bằng phần mềm Plaxis 2D................79

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ........................................................................................91
Tài liệu tham khảo......................................................................................................92


DANH MỤC HÌNH ẢNH
•

Hình 1-1 Nguyên tắc của phương pháp ổn định toàn khối và thiết bị..............................3
Hình 1-2 Ảnh hưởng của tuổi đến cường độ...................................................................17
Hình 1-3 Thiết bị cơ bản ổn định toàn khối....................................................................19
Hình 1-4 Trống xoay của thiết bị trộn.............................................................................19
Hình 1-5 Hệ thống kiểm soát quá trình trộn...................................................................20
Hình 1-6 Các dạng ổn định toàn khối.............................................................................22

Hình 1-7 Ôn định toàn khối cho nền đường đi qua khu vực đầm lầy............................23
Hình 1-8 Các trường hợp áp dụng ổn định toàn khối trong các dự án đường sắt
.......................................................................................................................24
Hình 1-9 Dự án đường sắt ở Thụy Điển năm 1996........................................................25
Hình 1-10 Xử lý gia cố nông và tái sử dụng bùn đất nạo vét từ biển khi xây
dựng cảng......................................................................................................27
Hình 1-11 Lưu vực ổn định toàn khối.............................................................................28
Hình 1-12 Ô nhiễm do nạo vét bùn.................................................................................28
Hình 1-13 Cảng Vuosaari: khu vực đất ngập nước.........................................................29
Hình 1-14 Công viên Ida Aalberg ở Helsinki.................................................................30
Hình 1-15 Công tác san nền kết hợp với xử lý nền bằng phương pháp ổn định
toàn khối........................................................................................................30
Hình 2-1 Mối quan hệ giữa cường độ tính toán tại hiện trường và trong phòng
thí nghiệm......................................................................................................39
Hình 2-2 Các giai đoạn lún của đất được gia cố và biểu đồ lún theo thời gian
.......................................................................................................................42
Hình 2-3 Mối quan hệ ứng suất - biến dạng của mô hình đàn dẻo lý tưởng... 48
Hình 2-4 Xác định Eref từ thí nghiệm nén ba trục cố kết thoát nước..........................49
Hình 2-5 Xác định Eoed từ thí nghiệm nén cố kết.........................................................50
I
V


Hình 3-1 Vị trí công trình................................................................................................52
Hình 3-2 Mặt bằng tổng thể công trình...........................................................................53
Hình 3-3 Mặt bằng vị trí hố khoan..................................................................................54
Hình 3-4 Kết quả thí nghiêm nén cố kết mẫu đất có độ

sâu 13.5 -14m............66

Hình 3-5 Kết quả thí nghiêm nén cố kết mẫu đất có độ

sâu 17.5 -18m............67

Hình 3-6 Mặt cắt ngang của mô hình..............................................................................80
Hình 3-7 ứng suất hữu hiệu của nền................................................................................81
Hình 3-8 Các điểm tính lún.............................................................................................82
Hình 3-9 Độ lún của điểm A sau khi hoàn thành các giai đoạn thi công......................82
Hình 3-10 Độ lún của điểm A sau khi cố kết được 15 năm............................................82
Hình 3-11 Độ lún điểm B sau khi hoàn thành các giai đoạn thi công............................83
Hình 3-12 Độ lún điểm B sau khi cố kết 15 năm............................................................83
Hình 3-13 Độ lún chênh lệch tại vị trí A, B và c khi chịu tải trọng tác dụng trên
nền tự nhiên sau khi hoàn thành các giai đoạn thi công.............................84
Hình 3-14 Độ lún chênh lệch tại vị trí A, B và c khi chịu tải trọng tác dụng trên
nền tự nhiên sau khi cố kết 15 năm.............................................................84
Hình 3-15 Độ lún chênh lệch tại vị trí A, B và c khi chịu tải trọng tác dụng trên
nền cải tạo sâu 2m sau khi hoàn thành các giai đoạn thi công.................85
Hình 3-16 Độ lún chênh lệch tại vị trí A, B và c khi chịu tải trọng tác dụng trên
nền cải tạo sâu 2m sau khi cố kết 15 năm...................................................85
Hình 3-17 Độ lún chênh lệch tại vị trí A, B và c khi chịu tải trọng tác dụng trên
nền cải tạo sâu 4m sau khi hoàn thành các giai đoạn thi công.................86
Hình 3-18 Độ lún chênh lệch tại vị trí A, B và c khi chịu tải trọng tác dụng trên
nền cải tạo sâu 4m sau khi cố kết 15 năm...................................................86
Hình 3-19 Độ lún chênh lệch tại vị trí A, B và c khi chịu tải trọng tác dụng trên
nền cải tạo sâu 6m sau khi hoàn thành các giai đoạn thi công..................87
Hình 3-20 Độ lún chênh lệch tại vị trí A, B và c khi chịu tải trọng tác dụng trên
I
V

nền cải tạo sâu 6m sau khi cố kết 15 năm...................................................87
Hình 3-21 Hệ số an toàn của nền đất tự nhiên...............................................................88
Hình 3-22 Hệ số an toàn của nền đất được gia cố.........................................................88

I
V


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1-1 ưu điểm của phương pháp ổn định toàn khối so với một số phương
pháp kỹ thuật cơ bản khác...........................................................................11
Bảng 1-2 Các nhân tố ảnh hưởng đến cường độ xi măng - đất......................................13
Bảng 1-3 Bảng tổng hợp tỷ lệ xi măng với các loại đất khác nhau................................16
Bảng 1-4 Tỷ lệ xi măng với đất của các loại đất khác nhau theo hệ thống phân loại
Unified (Mitchell and Freitag , 1959)............................................................................. 16
Bảng 3-1 Chỉ Tiêu Cơ Lý Của Các Lớp Đất...................................................................57
Bảng 3-2 Bảng tính lún của nền khi chỉ có tải đất đắp...................................................67
Bảng 3-3 Tĩnh tải tác dụng lên đất nền...........................................................................68
Bảng 3-4 Bảng tính lún của nền khi có tải xe và tải kết cấu áo đường.........................69
Bảng 3-5 Tổng hợp độ lún trước và sau khi cải tạo đất khi chỉ có tải đất đắp73 Bảng 3-6
Tổng hợp độ lún trước và sau khi cải tạo đất khi có đủ tải tác dụng
......................................................................................................................76
Bảng 3-7 Thông số đầu vào.............................................................................................78
Bảng 3-8 Tổng hợp các phase tính toán..........................................................................80
Bảng 3-9 Tổng hợp kết quả tính toán..............................................................................89


MỞ ĐẰU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Thành phố Hồ Chí Minh là thành phố lớn nhất cả nước với dân số khoảng 8 triệu

người, có tỷ lệ tăng trưởng đô thị hàng năm trên 3% (Cục Thống Kê, 2013). Nhằm đáp
ứng nhu cầu về nhà ở, căn hộ chung cư., ngày càng cao của người dân đòi hỏi phải phát
triển các công nghệ tiên tiến và thích hợp để xử lý nền đất yếu phục vụ việc xây dựng
công trình ở những khu vực như Quận 7, Nhà Bè....
Nội dung của đề tài là “ Gia cố nền đất yếu bằng phương pháp ổn định toàn
khối”, nghiên cứu các vấn đề do nền đất yếu đặt ra và giải pháp xử lý nền đất yếu bằng
phương pháp ổn định toàn khối tại khu vực Phú Mỹ Hưng, Quận 7, Tp. HCM nhằm giảm
được độ lún lệch của các hạng mục phụ chịu tải trọng nhỏ với phần xây dựng chính của
công trình, nâng cao tính ổn định và giảm nhẹ nguy cơ sụp đổ.

2. Mục đích nghiên cứu
-

Nghiên cứu các biện pháp gia cố nền, lựa chọn phương pháp phù hợp với điều kiện địa
chất khu Phú Mỹ Hưng, Quận 7.

-

Sử dụng Plaxis 2D mô phỏng ứng xử đất, độ biến dạng, chuyển vị mặt đất... khi gia cố
nền và không gia cố để đánh giá vai trò của biện pháp gia cố nền.

3. Nội dung nghiên cứu
Cấu trúc của luận văn được chi thành 03 chương:
-

Chương 1 : Tổng quan về phương pháp ổn định toàn khối

-

Chương 2 : Cơ sở lý thuyết về phương pháp xử lý nền đất yếu bằng phương pháp ổn

định toàn khối.

-

Chương 3 : Phân tích và ứng dụng biện pháp gia cố nền đất yếu bằng phương pháp ổn
định toàn khối cho vực Phú Mỹ Hưng


4. Phuong pháp nghiên cứu
-

Phương pháp lý thuyết: sử dụng các cơ sở lý thuyết về cơ học để tính toán thay đổi khả
năng chịu lực của đất khi được gia cố

-

Phương pháp mô phỏng: sử dụng phần mềm Plaxis 2D để mô phỏng bài toán dùng biện
pháp gia cố nền và không gia cố từ đó có cơ sở để đánh giá và so sánh lựa chọn biện
pháp hơp lý.

5. Ỷ nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
-

Các kết quả nghiên cứu của đề tài có thể làm tài liệu nghiên cứu, tham khảo cho chuyên
ngành địa kỹ thuật xây dựng khi lựa chọn biện pháp gia cố nền với diện tích rộng.

-

Đề tài phù hợp với thực tế ngành xây dựng Việt Nam, đặc biệt là tại thành phố Hồ Chí
Minh. Trên cơ sở đó, kết quả của đề tài có thể áp dụng sơ bộ cho các công trình tương tự,

từ đó lựa chọn được giải pháp thi công phù hợp cũng như có kinh tế cao.

6. Giói hạn phạm vi nghiên cứu
-

Trong phạm vi nghiên cứu đề tài chỉ sử dụng số liệu địa chất tại 1 hố khoan manh tính
chất cục bộ, vì vậy cần mở rộng nghiên cứu, xem xét tổng quát hơn với số liệu địa chất
toàn bộ khu vực Phú Mỹ Hưng.

-

Đề tài chỉ tổng hợp kết quả của các nghiên cứu có số liệu địa chất tương tự mà không
làm thí nghiệm trực tiếp với địa chất của công trình.

-

Trong thực tế, có nhiều biện pháp gia cố nền phù hợp với từng điều kiện cụ thể nhưng đề
tài chỉ tập trung nghiên cứu gia cố nền bằng biện pháp ổn định toàn khối.

I
X


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP ỔN ĐỊNH
TOÀN KHỐI
1.1. Giới thiệu về phương pháp ổn định toàn khối
1,1,7. Khái quát
Ôn định toàn khối là quá trình sử dụng liên kết hóa chất và các chất ổn định để thay đổi
các đặc tính kỹ thuật của khối đất nhưng vẫn đảm bảo quả hiệu quả về mặt kinh tế. Mục
tiêu của phương pháp ổn định toàn khối thường là để cải thiện đặc tính địa kỹ thuật của một

nền đất nào đó, hoặc để đạt được mục tiêu hiệu quả môi trường. Đối với đất yếu, việc áp
dụng các kỹ thuật ổn định toàn khối cho phép thay đổi các thuộc tính kỹ thuật và môi
trường để có thể để xây dựng trực tiếp công trình trên nền đất đã xử lý, hoặc sử dụng như
vật liệu san lấp hoặc vật liệu xây dựng. Nhờ sự phát triển toàn diện của các loại chất liên
kết, rất nhiều loại đất yếu có thể được xử lý ổn định tiết kiệm và hiệu quả.
Tất cả các dự án áp dụng phương pháp ổn định toàn khối đều sử dụng liên kết ở dạng
chất liên kết hoặc chất ổn định có phản ứng hóa học với khối đất làm thay đổi thuộc tính
của nó. Khối lượng và chất lượng của chất liên kết được tối ưu hóa để đạt được mục tiêu đề
ra thông qua kết quả khảo sát hiện trường và thí nghiệm trong phòng. Việc kết hợp sử dụng
các chất liên kết thương mại và các chất liên kết có nguồn gốc từ các phụ phẩm công
nghiệp (xỉ lò cao, tro bay...) đem lại hiệu quả cao về kinh tế và môi trường của phương
pháp ổn định toàn khối.
Ôn định toàn khối là một phương pháp sử dụng chất liên kết trộn với đất yếu, để cải thiện
các đặc trưng cơ lý cho đất yếu nhằm chuyển đổi các lớp đất này thành một lớp đất tốt
đồng nhất đến độ sâu thiết kế. Từ đó, hạn chế được độ lún của kết cấu trong quá trình xây
dựng và khai thác, nâng cao tính ổn định của công trình và giảm nhẹ nguy cơ sụp đổ.
Ôn định toàn khối có thể được sử dụng kết hợp với các phương pháp cải tiến đất nền
khác. Đặc biệt, khi vực cần xử lý có cấu tạo địa chất gồm có các lớp trên cùng là than bùn
(hoặc đất rất yếu khác) được đặt trên lớp đất sét. Khi đó, lớp


đất yếu phía trên sẽ được xử lý bằng phương pháp ổn định toàn khối, trong khi các lớp đất
sét được xử lý bằng phương pháp khác, như cọc xi măng đất, cọc cứng.
Tùy nhiệm vụ, phạm vi xử lý và điều kiện địa chất, có thể sử dụng máy trộn chuyên biệt
hoặc máy trộn thông thường để trộn lẫn chất liên kết dạng bột với đất yếu cần xử lý theo
phương pháp ổn định toàn khối.
Nguyên tắc chung của phương pháp được trình bày trong Hình 1-1. Thiết bị trộn được
gắn với một máy đào cho phép thực hiện tốt công tác xử lý tới độ sâu 7m đến 8m. Chất liên
kết được đưa vào đất thông qua hệ thống máy bơm áp lực và hệ thống vòi phun tại đầu các
thiết bị trộn. Trống quay có tác dụng trộn đều chất liên kết và đất. Quá trình trộn được thực

hiện theo sơ đồ di chuyển trống quay từ trên xuống dưới, từ sau ra trước theo hướng di
chuyển của máy thi công.
Công suất của một máy trộn sẽ quyết định tiến độ công tác xử lý nền bằng biện pháp gia
cố nông. Các khu vực cần xử lý có kích thước lớn thường được chia thành các khu vực nhỏ
hơn, có kích thước từ 3m 2 đến 5 m2. Công tác xử lý, khi đó, được thực hiện riêng rẽ, triệt để
từ khối này tới khối khác. Mỗi khối nền sau khi xử lý sẽ có cường độ và độ ổn định cao
hơn, cho phép máy thi công di chuyển phía trên. Trong quá trình phát triển cường độ của
khối đất được gia cố, có thể kết hợp với công tác đắp gia tải đặc biệt là ở các khu vực chứa
than bùn và các chất hữu cơ. Hỗn hợp đất gia cố thường đạt được cường độ yêu cầu sau
khoảng thời gian từ 1 đến 3 tháng.
Để tăng hiệu quả của công tác thi công nạo vét đất yếu, cũng có thể áp dụng phương
pháp ổn định toàn khối để xử lý sơ bộ khối đất cần đào bỏ. Phương pháp này còn được sử
dụng để cô đặc, chuyển các chất ô nhiễm về dạng khối, ít hòa tan khi xử lý đất bị ô nhiễm
hoặc trầm tích.
Trong nhiều trường hợp, đặc biệt là ở khu vực khan hiếm vật liệu đắp, có thể dùng công
nghệ gia cố nông để xử lý vật liệu đất yếu rồi tái sử dụng chúng ngay tại công trường để
làm lớp nền cải thiện, hoặc làm vật liệu san lấp hay cao cấp hơn là vật liệu xây dựng. Điều
này cho phép tiết kiệm chi phí mua vật liệu mới, giảm chi phí đào và vận chuyển đất thải ra
ngoài công trường, tránh được các nguy cơ gây sạt lở hay ô nhiễm môi trường.
; Peat. ; mud, ị soft
PF Pressure Feeder

2


Preloading embankment Geotextile
(reinforcement)

Hĩnh 1-1 Nguyên tẳc của phương pháp ổn định toàn khối và thiết bị.
Các chất liên kết thông dụng nhất bao gồm xi măng, vôi, hoặc một hỗn hợp của cả hai. Ngoài

ra, có thể bổ sung một số loại khác như bột xỉ lò, tro bay hoặc thạch cao. Việc lựa chọn loại chất
liên kết hoặc hỗn hợp chất liên kết phụ thuộc vào tính chất cơ lý của đất. Khối lượng chất liên
kết được tối ưu hóa qua kết quả thí nghiệm trong phòng và hiện trường.
1,1,2, Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước
1.1,2,1 Tình hĩnh nghiên cứu trong nước
Từ năm 2004 đến nay hàng loạt công nghệ xử lý nền đất yếu được áp dụng tại Việt Nam. Nhu
cầu nghiên cứu và phát triển công nghệ xử lý nền đất yếu ngày càng gia tăng. Thách thức chính
là điều kiện đất nền phức tạp và sự hạn chế về máy móc thiết bị của nước ta. Trong những năm
tới công nghệ xử lý nền đất chắc chắn sẽ không ngừng phát triển nhằm đáp ứng việc xây dựng
đường, cảng biển, lấn biển và công trình hạ tầng cơ sở khác. Hiện tại các công trình xây dựng
trên vùng đất yếu thường bị hư hỏng bởi nguyên nhân từ nền móng là do người thiết kế lựa chọn
sai giải pháp xử lý nền đất và thiết kế móng.
Trước đây, phương pháp thông dụng để xử lý nền đất yếu ở Việt Nam là dùng cừ tre và cừ
tràm. Đây là giải pháp kinh tế cho công trình có điều kiện đất yếu và tải trọng tương đối nhỏ. Do
sự giới hạn của chiều dài cọc, nên khả năng áp dụng thực tế cũng bị hạn chế. cần thiết đánh giá
sức chịu tải và độ lún của nền được gia cố bằng cọc ngắn. Các giải pháp này chỉ có tác dụng cho
công trình nhà ở độc lập. (Theo điều kiện thực tế của từng địa phương, được các nhà khoa học
tin tưởng và xử dụng hiệu quả).
3


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. Trong thời gian chất tải độ lún và áp lực nước
được quan trắc. Lớp đất đắp để gia tải được dỡ khi độ lún kết thúc hoặc đã cơ bản xảy ra.
Phương pháp gia tải trước được dùng để xử lý nền móng của Rạp xiếc Trung ương (Hà Nội) ,
Viện nhi Thuỵ Điển (Hà Nội), Trường Đại học Hàng Hải (Hải Phòng) và một loạt công trình tại
phía Nam.
Gia tải trước là công nghệ đơn giản, tuy vậy cần thiết phải khảo sát đất nền một cách chi tiết.

Một số lớp đất mỏng, xen kẹp khó xác định bằng các phương pháp thông thường. Nên sử dụng
thiết bị xuyên tĩnh có đo áp lực nước lỗ rỗng đồng thời khoan lấy mẫu liên tục. Trong một số
trường hợp do thời gian gia tải ngắn, thiếu độ quan trắc và đánh giá đầy đủ, nên sau khi xây
dựng công trình, đất nền tiếp tục bị lún và công trình bị hư hỏng.
Cọc đất - vôi, đất - xi măng nên được dùng rộng rãi để gia cố sâu đất nền. Đây là giải pháp
hữu ích, nhằm tăng cường độ của nền.
Từ các tiêu chuẩn của Mỹ, các nước châu Âu, Tiêu chuẩn Việt Nam cũng đề cập đến vấn đề
ổn định khối lượng. Theo TCVN 9403:2012. Gia cố nền đất yếu bằng phương pháp trụ xi măng đất cũng đã đề cập về xử lý toàn khối.
Ngày 28/11/2015, tại Hà Nội, Bộ Xây dựng tổ chức hội thảo về “Xây dựng Tiêu chuẩn xử lý
nền đất yếu - Phương pháp xử lý nông và giới thiệu công nghệ xử lý nền đất yếu theo phương
pháp ổn định toàn khối" . Công ty BCX đã được Tập đoàn Bitexco giao nhiệm vụ chuyển giao,
phát triển và ứng dụng rộng rãi công nghệ gia cố toàn khối, xử lý nền đất yếu theo phương pháp
ổn định toàn khối từ Phần Lan để áp dụng tại Việt Nam.”
Thuận tiện thi công, thân thiện môi trường, phát triển bền vững - • • phù hợp áp dụng rộng rãi
ở Việt Nam là những ưu điểm nổi bật của công nghệ xử lý nền đất yếu toàn khối, được các
chuyên gia trong lĩnh vực xây dựng ghi nhận khi tham gia thực nghiêm thực tế tại hiện trường.
Trần Đình Hà, Giới thiệu phương pháp xử lý nông và công nghệ xử lý nền đất yếu theo
phương pháp ổn định toàn khối. Nêu ý kiến của PGS TS. Nguyễn Bá Kế, nguyên Viện trưởng
Viện Khoa học công nghệ Xây dựng Nghiên cứu, đất sau khi trộn với chất kết dính, dưới tác
dụng của các phản ứng hóa học thì hỗn hợp này sẽ cứng chắc dần và cường độ đất gia cố sẽ phát
4


triển theo thời gian để cuối cùng trở thành một loại bê tông mác thấp; có thể gia tải để tăng hiệu
quả làm chặt đất gia cố.
Việt Nam nên lựa chọn và áp dụng công nghệ trên vì nhu cầu đang rất lớn để áp dụng cho
công trình đường bộ ở nông thôn qua vùng sình lầy, xử lý những vị trí đi qua nền đất than bùn,
khu nhà vượt lũ ở đồng bằng sông Cửu Long, đê biển hoặc kè phòng giảm thiệt hại do biến đổi
khí hậu, kè chống sát lở bờ sông, nhà thấp tầng trên vùng đất yếu, quây giữ chống ô nhiễm các
bãi thải rác, khu nghĩa trang - • •

1.1.2,2 Tình hĩnh nghiên cứu ngoài nước.
Theo Makusa, G.p [15] FM5-410. Soil Stabilization for Road and Airfield, 2012. Đăng trên
Tập chí Đại học Công nghệ Luleâ, Thụy Điển năm 2012. Thông qua việc ổn định đất, các vật
liệu không dính có thể được ổn định bằng vật liệu xi măng (xi măng, vôi, tro bay, bitum hoặc
kết hợp).Vật liệu đất ổn định có độ bền cao, khả năng thấm thấp và độ nén thấp hơn đất tự
nhiên (Keller bronchure 32-01E). Phương pháp có thể đạt được theo hai cách, cụ thể là : (1) ổn
định tại chỗ và (2) ổn định tại trạm.
Sự ổn định này được xem như là một biến hóa mà nhờ đó mọi thuộc tính đất có thể được cải
thiện tốt hơn (Ingles và Metcalf, 1972). Quyết định sử dụng công nghệ phụ thuộc vào tính chất
của đất cần được biến đổi. Các tính chất chính của đất mà các kỹ sư quan tâm là tính ổn định
thể tích, độ bền, tính nén, độ thấm và độ ổn định (Ingles và Metcalf, 1972, Sherwood, 1993,
EuroSoilStab, 2002).
Để ổn định thành công, cần phải có một bài kiểm tra trong phòng thí nghiệm, sau đó là các
kiểm tra thực địa để xác định các tính chất kỹ thuật và môi truờng. Các xét nghiệm trong
phòng thí nghiệm mặc dù có thể tạo ra cuờng độ cao hơn vật liệu tuơng ứng từ thục địa, nhung
sẽ giúp đánh giá hiệu quả của các vật liệu ổn định trong đất. Kết quả từ các bài kiểm tra trong
phòng thí nghiệm sẽ nâng cao hiểu biết về sụ lụa chọn chất kết dính và luợng (EuroSoilStab,
2002).
Sụ ổn định toàn khối là một phuơng pháp ổn định nông đến ổn định sâu trong đó toàn bộ khối
luợng của đất mềm có thể đuợc ổn định ở độ sâu quy định . Kỹ thuật này tuơng đối mới và rất
thích hợp cho việc ổn định hàm luợng ẩm cao nhu đất sét, bùn cát, đất hữu cơ và các trầm tích bị
ô nhiễm (EuroSoilStab, 2002; Hayward Baker Inc).

5


Ôn định toàn khối là một giải pháp hiệu quả chi phí để cải tạo mặt đất trong việc khắc phục
tình trạng đất yếu đặc biệt với một luợng lớn các chất gây ô nhiễm và hàm luợng nuớc cao. Xử lý
phần lớn trầm tích bị nạo vét cát, đất hữu cơ và bùn thải thuờng sử dụng phuơng pháp ổn định
toàn khối (Keller, 32-0IE). Phuơng pháp này cung cấp một phuơng pháp thay thế cho phuơng

pháp cải tiến đất truyền thống nhu loại bỏ và thay thế kỹ thuật.
Việc trộn lẫn khối luợng đất có thể đạt đuợc bằng cách sử dụng máy trộn công cụ excavator
với các cần xích độc đáo truyền khí nén cho đầu trộn của công cụ trộn và vào khu trộn hoặc bằng
cách tụ phun chất kết dính vào một máy quay
Đầu khoan hoặc đầu trộn và đất. Máy trộn xoay và đồng thời di chuyển theo chiều dọc và
chiều ngang trong khi trộn khối đất. Đuờng kính của dụng cụ trộn thuờng nằm giữa 600 mm đến
800 mm, với tốc độ quay giữa 80 và 100 vòng / phút. Thông thuờng, đất đuợc ổn định theo một
dãy khối đuợc định nghĩa là phạm vi hoạt động của máy.
Dải tiêu chuẩn tuơng ứng với 8 đến 10 m 2 trong quy hoạch và sâu từ 1,5 đến 3 m (nghĩa là 2
m rộng X 5 m dài X 3 m sâu) với tốc độ sản xuất từ 200 đến 300 m 3 đất mềm ổn định trên mỗi ca
. Lượng chất kết dính thường ở khoảng từ 200 đến 400 kg/ m3 (EuroSoilStab, 2002).
Ở các nước Bắc Âu, lượng chất kết dính nằm trong khoảng 150 và 250 kg /m3, và cường
độ cắt mục tiêu là 50 kPa (Massarsch và Topolnicki, 2005). Phương pháp này đã được tiến
hành bao gồm việc sử dụng xi măng nhanh làm chất kết dính để ổn định vật liệu nạo vét
nhiễm bẩn tại Port Hamina và bờ biển Helsinki, Phần Lan, nơi các vật liệu nạo vét nhiễm bẩn
bị kẹt giữa các kè tạo ra các vùng mới (Andersson et al, 2001). Theo EuroSoilStab (2002),
phương pháp ổn định sâu hơn so với các phương pháp ổn định khác có những ưu điểm chính
sau:
- Kinh tế và linh hoạt
- Tiết kiệm vật liệu và năng lượng
- Nhanh chóng cải thiện tính chất kỹ thuật của đất
- Có thể được linh hoạt liên kết với các cấu trúc khác và với môi trường xung quanh.
1.2. Chất liên kết để gia cố nền đất
Các chất liên kết phổ biến nhất dùng trong ổn định toàn khối là xi măng, vôi. Bên cạnh đó,
nhiều loại sản phẩm được hình thành từ quá trình sản xuất công nghiệp cũng được sử dụng
6


như là 1 thành phần của hỗn hợp chất liên kết. Việc sử dụng các loại sản phẩm này làm cho
quá trình ổn định toàn khối đảm bảo được yêu cầu kỹ thuật và/hoặc môi trường tốt hơn, và

giảm tổng chi phí của chất liên kết.
Những nhân tố chính ảnh hưởng đến quá trình lựa chọn chất liên kết là cường độ yêu càu,
chi phí và khả năng cung ứng của chúng. Bên cạnh đó, cũng phải xem xét thêm một số nội
dung sau:
- Thời gian đóng rắn, đặc tính ứng suất - biến dạng, đặc tính lọc và thấm.
-

Đặc điểm của máy móc thi công, khả năng cung cấp chất liên kết tối đa và số lượng các
chất liên kết.
- Dạng chất liên kết sử dụng (khô hay ướt).
1.2.1, Xi măng
Xi măng là loại chất liên kết phổ biến nhất trong biện pháp xử lý đất yếu bằng ổn định
toàn khối, ưu điểm của xi măng so với các chất liên kết khác là khả năng đóng rắn nhanh
trong đất được ổn định toàn khối (phát triển cường độ nhanh). Ngược lại, đặc điểm đóng
rắn trong thời gian dài của xi măng thường kém hơn các chất liên kết khác. Sản phẩm điển
hình khi sử dụng chất liên kết xi măng mặc dù có độ cứng cao, nhưng giòn, dễ gãy. Tuy
vậy, đối với phương pháp ổn định toàn khối, hạn chế này được khắc phục bời kết cấu cuối
cùng thường là các tấm dầy và các lớp liền khối.
Trong xi măng, khả năng di chuyển của ion Canxi (khuếch tán) trong cấp phối vật liệu là
rất thấp.Vì vậy nếu chỉ sử dụng xi măng làm chất liên kết trong cấp phối vật liệu thì dễ xảy
ra hiện tượng không đồng nhất trong cấp phối vật liệu. Vì lý do này, nếu chất liên kết đá vôi
cùng được sử dụng với xi măng thì sẽ làm cho chất lượng của công tác thi công ổn định
toàn khối sẽ cao hơn rất nhiều.
Theo tiêu chuẩn EN 197, sản phẩm xi măng được sử dụng trong quá trình ổn định toàn
khối bao gồm:

-

Xi măng Póoc lăng với cường độ (CEMII / BM (S-LL*) 42.5N)

-

Xi măng Póoc lăng với đá vôi với cường độ phát triển sớm (CEMII, A-LL 42.5 R)

-

Xi măng Póoc lăng với cường độ cao (CEM I 52.5R), và xi măng SR (CEM I 42,5 nSR3).

7


-

Đối với loại đất được gia cố toàn khối có hàm lượng sun phát cao, sử dụng xi măng SR
có sức bền với sun phát là phù hợp nhất.
1.2.2, Các sán phẩm vôi.
Vôi cung cấp một cách tiết kiệm để ổn định đất. Sự tham gia của vôi làm gia tăng cường
độ mang lại bởi dung lượng trao đổi chất chứ không phải là hiệu ứng xi măng mang lại bởi
phản ứng pozzolanic. Trong quá trình biến đổi đất, đất sét trở nên khô hơn và ít nhạy cảm
với sự thay đổi nồng độ nước. Sự ổn định vôi có thể liên quan đến phản ứng pucolanic,
trong đó vật liệu pozzolana phản ứng với vôi trong nước có thể tạo ra các hợp chất xi măng.
Tác dụng có thể mang lại bởi vôi sống, CaO hoặc vôi hydrat, Ca (OH)2. Vôi bùn cũng có
thể được sử dụng trong điều kiện đất khô có thể yêu cầu nước để đạt được đầm chặt hiệu
quả. Vôi sống là vôi được sử dụng phổ biến nhất. Những điều sau đây là những lợi ích của
việc vôi lâu ngày đối với vôi hydrat hóa :

- Hàm lượng vôi tự do cao hơn trên một đơn vị khối lượng
- Mật độ dày hơn vôi hydrat hóa (cần ít dung tích) và ít bụi
- Tạo ra nhiệt độ làm tăng cường độ tăng cường và giảm độ ẩm theo phương trình phản ứng
dưới đây.

CaO + H2O Ca (OH)2 + Nhiệt (65kJ / mol).
Vôi sống khi trộn với đất ướt, ngay lập tức chiếm đến 32% trọng lượng riêng của nước từ
đất xung quanh để tạo vôi hydrat hóa; Nhiệt tạo ra kèm theo phản ứngnày sẽ làm mất thêm
nước do bay hơi dẫn đến kết quả làm tăng độ dẻo của đất, nghĩa là làm khô và hấp thụ. Ngay
cả trong đất (ví dụ đất vôi), đất sét có thể bão hòa ion canxi, việc thêm vôi làm tăng độ pH và
do đó làm tăng khả năng trao đổi. Giống như xi măng, vôi khi phản ứng với các chất khoáng
đất sét ướt sẽ làm tăng độ pH, tạo thuận lợi cho độ tan của các hợp chất silic và alumin. Các
hợp chất này phản ứng với canxi để hình thành canxi silica và calcium aluminium hydrat, một
sản phẩm xi măng tương tự như bột xi măng. Vật liệu pozzolanas tự nhiên có chứa silica và
alumina (ví dụ như đất sét, tro bay, PFA, xỉ lò cao) có tiềm năng lớn để phản ứng với vôi.
Công nghệ ổn định vôi chủ yếu được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng địa kỹ thuật và
môi trường. Một số ứng dụng bao gồm đóng gói chất gây ô nhiễm, làm đất chôn lấp (ví dụ như
đất kết dính ướt), giới hạn đường cao tốc, ổn định độ dốc và cải thiện nền móng như sử dụng
cọc vôi hoặc cột đất ổn định vôi. Tuy nhiên, sự hiện diện của lưu huỳnh và các chất hữu cơ có
8


thể ức chế quá trình ổn định vôi. Sulphate (ví dụ thạch cao) sẽ phản ứng với vôi và sưng, có
thể có ảnh hưởng đến độ bền của đất.
1,2,3, Các chất liên kết khác
Các chất liên kết khác thường được sử dụng trong ổn định toàn khối bao gồm các sản phẩn từ
quá trình sản xuất công nghiệp như là xỉ quặng, tro bay hay thạch cao. Trong hầu hết các trường
hợp, những vật liệu này thường được sử dụng với nhau và với các thành phần chất liên kết
thương mại với mục đích làm tăng đặc tính kĩ thuật và môi trường của kết cấu hoàn thiện, giảm
chi phí chất liên kết. Trong một số trường hợp đặc biệt, chỉ sử dụng những loại chất liên kết này
để tiến hành ổn định / làm chặt đất. Nhược điểm của phương pháp này là có thể làm chậm tiến
độ thi công gia cố đất bởi lượng chất liên kết lớn.
Các vấn đề sau đây cần phải được xem xét khi sử dụng các chất liên kết là sản phẩm xỉ
quặng, tro bay và thạch cao trong ổn định toàn khối:
-

Khả năng cung ứng vật liệu, chất lượng và sự không đồng nhất về chất lượng của nó.

-

Nhu cầu lưu trữ tạm thời.

-

Phương thức vận chuyển vật liệu đến công trường.

-

Khả năng cung cấp hai hay nhiều chất liên kết đồng thời; yêu cầu trộn các chất liên kết trước
khi thi công ổn định toàn khối thực tế (nếu có).

-

Bảo quản các thành phần chất liên kết và hỗn hợp các chất liên kết đã được phối trộn chuẩn
bị cho thi công.

-

Thiết bị ổn định toàn khối dùng cho các chất liên kết khô và mịn;

-

Chất liên kết ướt cần trải lên bề mặt của các lớp đất ổn định toàn khối; trong một số trường
hợp cụ thể, chất liên kết ướt cần phải trộn lẫn trước bằng máy đào.

-

Những ảnh hưởng xấu có thể có của chất liên kết đối với các thiết bị trộn vật liệu.
Các chỉ tiêu kỹ thuật và cách thức phối trộn, sử dụng chất liên kết cũng như những nhân tố

ảnh hưởng tới kết cấu hoàn thiện cần phải xác định trước trong phòng thí nghiệm.
Kết hợp nhiều chất liên kết sẽ tạo ra được một hỗn hợp có thể đạt được yêu cầu về các đặc
tính đã đặt ra trong một quy mô rộng. Sự biến đổi công thức của chất liên kết (tỷ lệ và hàm
lượng) ảnh hưởng tới tốc độ phát triển cường độ (mặc dù không phải lúc nào phát triển nhanh
cũng là tốt); sự cố kết của hỗn hợp đất có độ ẩm cao; cường độ cuối cùng; đặc tính biến dạng;
9