Ứng dụng trụ đất xi măng để xử lý đất yếu đoạn đường dẫn vào cầu cầu ranh, tỉnh an giang

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

NGUYỄN QUỐC VĨNH PHÚ

ỨNG DỤNG TRỤ ĐẤT XI MĂNG ĐỂ XỬ LÝ ĐẤT YẾU ĐOẠN
ĐƯỜNG DẪN VÀO CẦU CẦU RANH, TỈNH AN GIANG
:Chuyên
Địa Kỹ ngành
Thuật Xây Dựng
:Mã
60580211
số ngành

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 01 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: PGS.TS VÕ PHÁN
Cán bộ chấm nhận xét 1: TS. LÊ TRỌNG NGHĨA
Cán bộ chấm nhận xét 2: TS. PHẠM VĂN HÙNG
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM, ngày 09 tháng
01 năm 2019.
Thành phần Hội đồng đánh giá đề cương Luận văn thạc sĩ gồm:
1. GS. TSKH NGUYỄN VĂN THƠ
2. PGS. TS NGUYỄN THÀNH ĐẠT

3. PGS. TS VÕ NGỌC HÀ
4. TS. LÊ TRỌNG NGHĨA
5. TS. PHẠM VĂN HÙNG

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA
KỸ THUẬT XÂY DỰNG

GS. TSKH NGUYỄN VĂN THƠ

TS. LÊ ANH TUẤN


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
NAM

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên : NGUYỄN QUỐC VĨNH PHÚ
Ngày sinh
: 15/01/1989
1- TÊN ĐỀ TÀI
: Địa Kỹ Thuật Xây Dựng
Chuyên ngành

MSHV : 1670172
Nơi sinh : AN GIANG
Mã ngành : 60580211

Ứng dụng trụ đất xi măng để xử lý đất yếu đoạn đường dẫn vào cầu cầu
Ranh, tỉnh An Giang.
2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN
Mở đầu
Chương 1. Tổng quan về các giải pháp gia cố nền đất yếu bằng trụ đất xi
măng .
Chương 2. Cơ sở lý thuyết tính toán trụ đất xi măng để xử lý nền đất yếu.
Chương 3. ứng dụng trụ đất xi măng để xử lý đoạn đường dẫn vào cầu
Ranh, tỉnh An Giang.
Kết luận, kiến nghị
Tài liệu tham khảo
3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ

: Ngày 16 tháng 02 năm 2018

4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: Ngày 04 tháng 12 năm 2018
5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DÃN: PSG.TS võ PHÁN
TP. HCM, ngày 04 tháng 12 năm 2018

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN
TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

TS. LÊ ANH TUẤN

PGS.TS VÕ PHÁN

PGS.TS LÊ BÁ VINH


LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên học viên xin gửi lời cám ơn đến quý Thầy, Cô trong Bộ Môn Địa Cơ Nền
Móng - khoa Kỹ thuật xây dụng, truờng Đại Học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh đã luôn
quan tâm, truyền đạt những kiến thức và kinh nghiêm quý báu trong suốt thời gian học tập tại
truờng giúp học viên hoàn thành luận văn tốt nghiệp.
Xin chân thành cảm ơn thầy PGS. TS Võ Phán, nguời Thầy đã hết lòng huớng dẫn góp
ý để học viên hoàn thành luận văn này, các thầy cô đã tạo điều kiện, giúp đỡ học viên có môi
truờng học tập và thục hiện luận văn này.
Một lần nữa xin gửi đến Quý Thầy Cô Gia Đình và bạn bè lòng biết ơn sâu sắc, đã động
viên học viên trong suốt quá trình thục hiện luận văn.
Tuy vậy, với những hạn chế về số liệu cũng nhu thời gian thục hiện, chắc chắn luận văn
sẽ không tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong đuợc sụ đóng góp ý kiến từ quý Thầy, Cô, đồng
nghiệp và bạn bè để luận văn thêm hoàn thiện và có đóng góp vào thục tiễn.
Trân trọng cám ơn !
TP. Hồ Chí Minh, ngày 04 tháng 12 năm 2018
Học viên

Nguyễn Quốc Vĩnh Phú


TÓM TẮT LUẬN VĂN
Nhằm tìm hiểu chuyên sâu về ứng xử và nghiên cứu ứng dụng công nghệ trụ đất xi măng
trong gia cố nền đuờng trên đất yếu khu vực đồng bằng sông Cửu Long, cụ thể là tuyến đường
liên tỉnh ĐT.945, tỉnh An Giang. Luận văn trình đã thực hiện các phần tính toán như: kiểm tra ổn

định mái dốc cho công trình đường trên đất yếu, tính toán trụ đất xi măng bằng các phương pháp
giải tích cũng như phương pháp phần tử hữu hạn, từ đó áp dụng các kết quả từ thí nghiệm trong
phòng vào tính toán công trình thực tế. ứng dụng trụ đất xi măng được tính theo 2 quan điểm vào
xử lý nền đất yếu được tính theo 2 quan điểm là nền tương đương và theo viện kỹ thuật Châu Á
AIT, tính toán xác định chiều dài, đường kính trụ và khoảng cách giữa các trụ đất xi măng đối với
khu vực tỉnh An Giang. Phương pháp phần tử hữu hạn được thực hiện trong luận văn thông qua
mô hình hóa nền đường bằng phần mềm Plaxis 2D; mô hình trụ đơn và nhóm trụ bằng phần mềm
Plaxis 3D với mô hình Mohr-Coulomb. Kết quả cho thấy tính toán theo phương pháp giải tích
cho ra độ lún của nền đường dẫn vào cầu Ranh lớn hơn 14% so với phương pháp phần tử hữu
hạn.


ABSTRACT
Aiming to examine the behaviors and application of cement deep mixing technology to ground
improvement in Mekong delta, especially interdepartmental road ĐT.945, An Giang province.
The thesis described the calculation results of cement deep mixing piles (CDM), such as:
calculation of slope stability, analytical methods, and finite element method; therefrom the
purpose is to check the testing results from the laboratory and apply to realistic project. The
application of CDM piles for soft soil treatment is based on two points of view, equivalent
background and Asian Institute of Technology (AIT), including determination of length, diameter
and distance between CDM piles in the actual cfrcumstance. The finite element method is
implemented in this thesis by using the Plaxis 2D software, and Plaxis 3D software. The results
show that analytical method provided the settlement of the guiding raod adjacent to the bridge
abutment much larger than 14% those from the finite element method.


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công việc do chính tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn của Thầy
PGS.TS. Võ Phán.
Các so sánh, đánh giá, 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. Hồ Chi Minh, ngấy 04 tháng 12 năm 2018
Học Viên

Nguyễn Quốc Vĩnh Phú


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU.....................................................................................................................................1
1. Tinh cấp thiết của đề tài................................................................................................1
2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài.....................................................................................1
3. Phuong pháp nghiền cứu...............................................................................................2
4. Tính khoa học và thục tiễn của luận văn.....................................................................2
4.1 Tính khoa học..........................................................................................................2
4.2 Tính thực tiễn..........................................................................................................2
5. Hạn chế của đề tài..........................................................................................................3
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ GIẢI PHÁP TRỤ ĐẤT XI MĂNG ĐÊ xử LÝ ĐẤT
YẾU.............................................................................................................................................4
1.1 Lịch sử phát triển và ứng dụng trụ đất xi măng.........................................................4
1.1.1
ửng dụng công nghệ trụ đất xì măng trong gia cố nền đất yếu trên thế
giới................ 4
1.1.2
ửng
dụng
công
nghệ
Nam.......................................................... 5

trụ

đất

xì

măng

ở

Việt

1.2Một số hình ảnh công trình trụ đất xỉ măng trên thế giới và Việt Nam......................5
1.2.1..............................................................................................Sân bay Trà Nóc cần Thứ.
........................................................................................................................................5
1.2.2
Khách
sạn
Vĩnh
Trung
Nắng........................................................................... 6
1.2.3
Cảng
Sao
Mai
Bến
Tàu ................................................................................ 7

Plaza
Đình

1.2.4
Cao
tốc
Hạ
Long
Phong.........................................................................................7

Đà
Vũng
-Hải

1.3 Các yếu tố của đất ảnh hưởng đến cường độ trụ đất xi măng....................................8
1.4 Nguyên lý làm việc của trụ đất xi măng.....................................................................10
1.5 Một số dữ liệu về trụ đất xỉ măng...............................................................................11
1.6 Sư đồ bố trí trụ đất xỉ măng và ứng dụng của trụ đất xi măng................................12
1.7 Công nghệ thi công trụ đất xỉ măng...........................................................................13
1.7.1_________________________________Phương pháp thi công trộn khô (Dry Mixing)
_____________________________________________________________________13
1.7.2______________________Phương pháp thi công trộn ướt (Wet Mixing, Jet-grouting)
_____________________________________________________________________14
1.8 Các tiêu chí và nguyên tắc xử lý nền đường dẫn vào cầu.........................................17
1.8.1_____________Các tiêu chí để lựa chọn giải pháp áp dụng cho một cóng trình cụ thể
_____________________________________________________________________Y1
1.8.2_____________________________________Nguyên tắc xử lý nền đường dẫn vào cầu
_____________________________________________________________________18
1.9 Nhận xét......................................................................................................................18
CHƯƠNG 2: cơ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN TRỤ ĐẮT XI MĂNG ĐỂ xử LÝ

ĐẮT YẾU................................................................................................................................ 20
2.1 Cư sở lý thuyết tính toán trụ đất xi măng..................................................................20
2.2 Phưưng pháp tính toán theo quan điểm làm việc như trụ........................................20
2.2.1_____________________Đánh giá ẩn định trụ đất xi măng theo trạng thái giới hạn 1
_____________________________________________________________________20
2.1.2_____________________Đánh giá ẩn định trụ đất xi măng theo trạng thái giới hạn 2
_____________________________________________________________________21
2.1.3 Theo quan niệm tính toán như nền tương đương........................................................ 21
2.3

Quan niệm hỗn họp.......................................................................................................22

2.3.1 Sức chịu tữ trụ đơn........................................................................................................22
2.3.2 Khả năng chịu lực tới hạn của nhóm trụ đất xì măng................................................. 24
2.3.4

Tính toán biến dạng .......................................................................................................25

2.4

Cừ sở lý thuyết xử lý đất yếu dưới nền đường dẫn vào cầu bằng trụ đất xỉ măng..... 26

2.4.1 Tính toán các thông số trụ đất xì măng......................................................................... 26
2.4.2 Ước lượng độ lún s của nền đường dẫn sau khi đã gia cố bằng trụ đất xì măng....... 27
2.5 Cư sở lý thuyết mô hình Plaxỉs.............................................................................27
2.5.1

Lịch

sử

phát

triển............................................................................................................27
2.5.2______________________________________________________________Mô
hình tính toán PTHH_____________________________________________28
2.5.3........................................................................................................................Phâ
n tích, lụa chọn mô hình để phục vụ cho mô phỏng bài toán:.......................32
2.6 Nhận xét.................................................................................................................32
CHƯƠNG 3: ÚNG DỤNG TRỤ ĐẤT XI MĂNG ĐÊ xử LÝ ĐOẠN ĐƯỜNG DẪN VÀO
CẦU RANH, TỈNH AN GIANG..............................................................................................34
3.1 Giới thiệu chung...........................................................................................................34
3.1.1

Đặc

điểm

địa

chắt

đường

dẫn

vào

cầu

đất

khảo

Ranh ................................................................ 38
3.1.2

Thông

sổ

chỉ

tiêu

cơ

lý

các

lớp

sát.................................................................. 39
3.1.3

Đặc

điểm

thủy

văn,

địa

chất

thủy

văn

khu

vực

khảo

sát..............................................42
3.2 Phân tích độ lún của nền đường dẫn vào cầu trên đất yếu được xử lý bằng trụ đất
xỉ măng...................................................................................................................42
3.2.1

Sổ

liệu

tính

toán..............................................................................................................42

3.2.2

Trình tự tính toán thiết kế trụ đất xi măng cho một đoạn giáp mổ

cầu....................... 43


3.3 Tính toán thiết kế phưưng án trụ đất xỉ măng theo phưưng pháp giải tích......58
3.4 Phân tích độ lún của nền đường dẫn vào cầu trên đất yếu đưực xử lý bằng trụ đất
xỉ
măng theo phưưng pháp phần tử hữu hạn.............................................................................65
3.4.1______________________________________________________________Giới
thiệu về phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH)______________________65
3.4.2______________________________________________________________Trìn
h tự phân tích bài toán theo phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH)______66
3.4.3______________________________________________________________Mô
hình phần tử hữu hạn____________________________________________66
3.4.4______________________________________________________________Phă
n tích Eso cửa trụ xi măng đất_____________________________________72
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ..................................................................................................89
Kết luận.....................................................................................................................................89
Kiến nghị và hướng nghiên cứu tiếp theo...............................................................................89
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................................90

HĨNH ÁNH VÁ BIÊU Đô
Hình 1.1 Sân bay Trà Nóc cần Thơ................................................................................................6
Hĩnh 1.2 thỉ công khách sạn Vĩnh Trung Plaza Đà Nang...............................................................6
Hình 1.3 Cảng Sao Mai Bển Đình..................................................................................................7
Hĩnh 1.4 Cao tốc Hạ Long - Hải Phòng.........................................................................................8
Hĩnh 2.1 Sơ đồ phá hoại của đẩt dính gia cố bằng trụ xi măng-đẩt.............................................22

Hĩnh 2.2 Quan hệ ứng suất - biển dạng vật liệu xi măng đất.......................................................23
Hình 2.3 Sơ đồ tính toán biến dạng..............................................................................................25
Hình 2.4 Sơ đồ tải trọng truyền cho trụ.......................................................................................25
Hình 2.5 Tính toán chênh lệch lún...............................................................................................26
Hĩnh 2.6 Mặt cẳt dọc đường dẫn vào cầu được xử lý bằng trụ đất xi măng................................26
Hĩnh 2.7 Quan hệ ứng suất và biển dạng của mô hình Mohr Coulomb........................................28
Hình 2.8 Mô hình Mohr Coulomb trong không gian....................................................................29
Hĩnh 2.9 Mặt thế năng dẻo của mô hình Mohr Coulomb.............................................................29
Hình 2.10 Mô hình Hardening soil...............................................................................................30
Hình 2.11 Mô hĩnh Hardening soil trong hệ trục không gian.......................................................31
Hình 2.12 Đàn hồi........................................................................................................................31
Hình 2.13 Tăng bền cẳt................................................................................................................31
Hình 2.14 Tăng bền theo thể tích và cẳt.......................................................................................32


Hình 2.15 Tăng bền theo thể tích.................................................................................................32
Hĩnh 3.1 Tuyến đường liên tỉnh 945.............................................................................................35
Hình 3.2 VỊ trí dự án cầu Ranh...................................................................................................35
Hình 3.3 Mặt cắt dọc cầu.............................................................................................................36
Hình 3.4 Mặt cắt trên mo trụ cầu.................................................................................................37
Hình 3.5 Mặt cắt trên trụ cầu.......................................................................................................37
Hình 3.6 Trụ địa chất tại HK1 và HK2 vị tri đường dẫn vào cầu.................................................38
Hình 3.7 Sơ bộ về đường dẫn cầu Ranh......................................................................................43
Hình 3.8 Xác định hệ so an toàn bằng cách thủ đủng dần vòng tròn ma sát................................45
Hình 3.9 Phương pháp phân mảnh..............................................................................................46
Hình 3.10 Phương pháp cung trượt tròn của Bishop...................................................................49
Hình 3.11 Thiết lập mô hình hình học các lớp địa chất...............................................................51
Hình 3.12 Nhập thông so địa chất các lớp địa chất.....................................................................52
Hĩnh 3.13 Gán các lớp địa chẩt vào mô hình...............................................................................53
Hình 3.14 Kết quả tỉnh toán ổn định trượt cho trường hợp không sử dụng trụ CDM....54

Hình 3.15 Thiết lập mô hình hình học các lớp địa chẩt................................................................55
Hình 3.16 Nhập thông số địa chẩt các lớp địa chẩt......................................................................56
Hình 3.17 Gán các lớp địa chẩt vào mô hình...............................................................................57
Hĩnh 3.18 Kết quả tỉnh toán ổn định trượt cho trường hợp sử dụng trụ CDM.............................58
Hình 3.19 Sơ đồ xác định Lp, Ls..................................................................................................59
Hình 3.20 Sơ đồ bố trí trụ xỉ mãng đẩt.........................................................................................60
Hình 3.21 Mặt bằng bố trí trụ đoạn 1 đường dẫn vào cầu..........................................................61
Hình 3.22 Mô phỏng bài toán trong Plaxỉs 2D............................................................................67
Hĩnh 3.23 Các phase tỉnh toán theo giai đoạn thỉ công................................................................67
Hình 3.24 Chuyển vị lớn nhất của đường sau khỉ hoàn thiện xong..............................................68
Hình 3.25 Chuyển vị lớn nhất của đường sau khi cố kết hoàn toàn..............................................68
Hình 3.26 VỊ trí điểm cần tính toán.............................................................................................69
Hình 3.27 Độ lún tại tim đường (điểm A) và mép đường (điểm B)...............................................69
Hĩnh 3.28 Áp lực nước lỗ rỗng thặng dư tạỉ đỉểm c.....................................................................70
Hĩnh 3.29 Áp lực nước lỗ rỗng thặng dư tạỉ đỉểm D....................................................................70
Hĩnh 3.30 Áp lực nước lỗ rỗng thặng dư tạỉ đỉểm E.....................................................................71
Hĩnh 3.31 Áp lực nước lỗ rỗng thặng dư theo độ sâu...................................................................71
Hình 3.32 Sự phân bố áp lực nước lỗ rỗng thặng dư....................................................................72
Hình 3.33 Thiết lập bài toán 3D...................................................................................................73


Hĩnh 3.34 Thiết lập thông số hình học cho

trụ...................................................................73

Hĩnh 3.35 Nhập thông số địa chất các lớpđẩt cho bài toán 3D....................................................74
Hĩnh 3.36: Nhập thông số tẩm thép đầu trụ.................................................................................74
Hình 3.37: Chia lưới phần tủ hữu hạn 2D....................................................................................75
Hình 3.38: Chia lưới phần tử hữu hạn 3D....................................................................................76
Hình 3.39 Khai báo tải trọng 100% Qtk.......................................................................................77

Hình 3.40 Khai báo tải trọng 150% Qtk.......................................................................................77
Hĩnh 3.41 Khai báo các giai đoạn tính toán cho trụ CDM...........................................................77
Hình 3.42 Chọn vị trí tính toán và xuãt két quả............................................................................78
Hĩnh 3.43 Cửa số tính toán trong Plaxis 3D Foundation.............................................................78
Hĩnh 3.44 Độ lún trụ xỉ măng đẩt ứng với 100% Qtk...................................................................79
Hĩnh 3.45 Độ lún đầu trụ và mũi trụ ở cấp tải 100% Qtk.............................................................79
Hĩnh 3.46 Độ lún trụ xỉ măng đẩt ứng với 100% Qtk...................................................................81
Hĩnh 3.47 Độ lún trụ xỉ măng đẩt ứng với 150% Qtk...................................................................81
Hĩnh 3.48 Độ lún đầu trụ và mũi trụ ở cẩp tải 100% Qtk.............................................................83
Hình 3.49 Mô hình 3D của nhóm trụ CDM..................................................................................84
Hình 3.50 Chia lưới 2D cho hệ nhóm trụ CDM............................................................................85
Hĩnh 3.51 Chia lưới 3D cho hệ nhóm trụ CDM............................................................................85
Hĩnh 3.52 Các gia đoạn tính toán cho hệ nhóm trụ CDM............................................................86
Hĩnh 3.53 Độ lún trụ xỉ măng đẩt ứng với 100% Qtk...................................................................86
Hĩnh 3.54 Độ lún trụ xỉ măng đẩt ứng với 150% Qtk...................................................................87


BÁNG BIÊU
Bảng 1.1 Bảng tổng hợp tỷ lệ xỉ măng với các loại đẩt khác nhau..........................................9
Bảng 1.2 Tỷ lệ xỉ măng với đẩt của các loại đẩt khác nhau theo hệ thống phân loại
Unified (Mitchell and Freitag, 1959 ).......................................................................................9
Bảng 3.1 Các thông số chỉ tiêu cơ lỷ của Lớp 1......................................................................39
Bảng 3.2 Các thông số chỉ tiêu cơ lỷ của Lớp 3a....................................................................39
Bảng 3.3 Các thông số chỉ tiêu cơ lỷ của Lớp 4a....................................................................40
Bảng 3.4 Các thông số chỉ tiêu cơ lỷ của Lớp 5b....................................................................41
Bảng 3.5 Chỉ tiêu cơ lỷ các lớp đẩt khảo sát tại hố khoan HK1 và HK2.................................41
Bảng 3.6: Phương trình cân bằng khỉ xét ổn định theo các tác giả.........................................50
Bảng 3.7: Lực tương tác giữa các phân mảnh theo các tác giả khác nhau.............................50
Bảng 3.8 Tinh lún của đẩt nền tự nhiên dưới mũi trụ đất gia cố.............................................65
Bảng 3.9 Thông số đầu vào mô hĩnh Plaxỉs............................................................................75

Bảng 3.10 Bảng tổng hợp kết quả nén tình trụ đơn.................................................................82
Bảng 3.11 Bảng tổng hợp kết quả nén tình nhóm trụ..............................................................88


DANH MỤC KÝ HIỆU
TTGHITrạng thái giới hạn I
TTGHII
Trạng thái giới hạn n

Hệ số uốn dọc của cọc

Ả

Độ mảnh của cọc

r(m) b(m)
Bán kính của cọc tròn hoặc cạnh cọc vuông
10

Bề(m)
rộng của tiết diện chữ nhật

11(m) Chiều
Qa dài tính toán của trụ
(kN) Chiều dài đoạn cọc lớn nhất khi chưa ép vào đất
Sứcktc
chịu tải cho phép tính toán
Qtc (kN)
Sức2)chịu

qp (kN/m
fs tải tiêu chuẩn của trụ
Hệ số an toàn
(kN/m2) m
Cường độ đất nền dưới mũi cọc
mR, mf
Lực ma sát đơn vị của đất ở mặt bên của cọc
Qu (kN) Qs
Hệ số điều kiện làm việc của trụtrong đất, lấy bằng 1.0
(kN)
Hệ số điều kiện làm việc của đất
Qp (kN)
Sức chịu tải cực hạn của cọc
FS,
Sức chịu tải cực hạn do ma sát
FS

P

2
fsi (kN/m
) tải cực hạn do kháng mũi
Sức chịu

li(m) Hệ số an toàn cho thành phần ma sát bên.
2
< (kN/m
ráan toàn cho sức kháng mũi cọc
Hệ)số

(°)

Lực ma sát đơn vị ở giữa lớp đất thứ i tác dụng lên trụ
Chiều dài của lớp đất thứ i mà trụ đi qua
(kN/m2)
Lực dính giữa thân trụ và đất

k

si

Góc ma sát giữa trụ và đất nền
2
ơvi (kN/m ) r'
ứng suất hữu hiệu giữa lớp đất thứ I theo phương ngang
(kN/m3)
Hệ số áp lực ngang
Ap(m2)
ứng suất hữu hiệu giữa lớp đất thứ i theo phương đứng
Trọng lượng riêng hữu hiệu của đất
Diện tích tiết diện ngang mũi trụ


qp (kN/m2) :

Cường độ chịu tải của đất dưới mũi ưụNc;N9;N : Hệ số sức chịu

tải phụ thuộc vào gốc ma sát của đất dưới mũi trụ
d(m)

Cạnh trụ vuông hoặc đường kính của trụ tròn
Hệ số phụ thuộc vào trụ hình dạng trụ

a
Y (kN/m3)

Trọng lượng thể tích trung bình của đất tự nhiên

Kc

Hệ số mang tải
(kN/m2)

u (m)

Sức chống xuyên trung bình

N

Chu vi tiết diện trụ
Chỉ số SPT trung bình

Ns

Chỉ số SPT trung bình trong lớp đất rời

Nc

Chỉ số SPT trung bình trong lớp đất dính

Ls (m)

Chiều dài đoạn trụ nằm trong lớp đất rời

Lc (m)

Chiều dài đoạn trụ nằm trong lớp đất dính

Wp(kN)

Hiệu số trọng lượng trụ và trọng lượng đất

Ntb

Chỉ số SPT trung bình dọc thân trụ trong phạm vi lớp đất rời

Asb (m2)

Diện tích mặt bên trụ trong phạm vi lớp đất rời

K1, K2

Hệ số

Fs

Hệ số an toàn

kd

Hệ số an toàn theo đất

k

Hiệu suất cơ học của búa đóng trụ.

Wc (kN)

Trọng lượng của trụ

w (kN)
h(m)

Trọng lượng của búa đóng
Chiều cao rơi búa

e

Hệ số phục hồi

ef (m)
C1 ,C2 (m)

Độ lún của trụ dưới một nhát búa khi thí nghiệm
Biến dạng đàn hồi của trụ

C3 (m)
E (kN/m2)

Biến dạng của đất nền Mô đun đàn hồi của vật liệu trụ

S(m)

Độ lún

[S]gh (m)

Độ lún giới hạn

A5 (m)
i

Chênh lệch lún
Độ dốc dọc thiết kế

La (m)

Chiều dài đoạn đường dẫn thiết kế


BTCT

Bê tông côt thép

PTHH

Phần tử hữu hạn

ric

Số lượng trụ

p

Hệ số xét đến mô ment và lực ngang chiều rộng hay chiều

B

nhỏ nhất của nhóm trụ(mm)

p

Độ lún của nhóm cọc (mm)

I
N

hệ số ảnh hưởng của chiều sâu chôn hữu hiệu của nhóm
giá trị số đếm SPT chưa được hiệu chỉnh (búa/300mm)

o'v

ứng suất thẳng đứng hữu hiệu (Mpa)

a m2/KN

Hệ số nén.

c Kpa

Lực dính của đất.

Cc

:

Chỉ số nén.

Cs

:

Chỉ số nở.

Cv m2/s

:

Hệ số cố kết theo phương đứng.

Ch m2/s

:

Hệ số cố kết theo phương ngang.

eo

:

Hệ số rỗng tự nhiên của đất.

Eo Kpa

:

Module biến dạng của đất.

G Kpa

:

Module đàn hồi biến dạng cắt của đất.

Ho m

:

Chiều dài ban đầu của lóp đất.

Ip

:

Chỉ số dẻo của đất.

II

:

Độ sệt của đất.

kv m/s

:

Hệ số thấm theo phương đứng.

kh m/s

:

Hệ số thấm theo phương ngang.

mv m2/KN

:

Hệ số nén thể tích.

n

:

Độ rỗng của đất.

OCR

:

Hệ sô quá cô kêt.

Pc Kpa

:

Áp lực tiền cố kết.

qu Kpa

:

Sức kháng nén đơn.


So m

:

Độ lún ban đầu.

Sc m

:

Độ lún cố kết.

sm

:

Độ lún ổn định cuối cùng.

St m

:

Độ lún theo thời gian t

Sr %

:

Độ bão hòa ban đầu.

u Kpa

:

Áp lực nước lỗ rỗng.

Uo Kpa

:

Áp lực nước lỗ rỗng ban đầu.

u%

:

Mức độ cố kết.

Uv %

:

Mức độ cố kết theo phương đứng.

Uh %

:

Mức độ cố kết theo phương ngang.

w%

:

Độ ẩm tự nhiên.

9 Degree :

Góc ma sát trong của đất.

ỴunsatKN/m3 ;

Dung trọng tự nhiên của đất.

Ỵsat KN/m3 :

Dung trọng bão hòa của đất

ơvz Kpa

:

ứng suất do trọng lượng bản thân của đất.

ơz Kpa

:

ứng suất do tải trọng ngoài gây ra.

T Kpa

:

Sức chống cắt của đất.

V

:

Hệ số poisson của đất.

Tv

:

Nhân tố thời gian theo phương đứng.

Th

:

Nhân tố thời gian theo phương ngang.

Sgh m

:

Độ lún giới hạn cho phép của đất nền.


MỞ ĐẦU
1. Tinh cấp thiết của đề tài
- Ngày nay, để thúc đẩy việc giao lưu văn hoá và phát triển kinh tế xã hội vùng Đồng Bằng Sông
Cửu Long (ĐBSCL), Bộ Giao Thông Vận Tải đang triển khai thực hiện 16 dự án đầu tư kết cấu
hạ tầng giao thông quan trọng trong năm 2017 với gần 89 nghìn tỷ đồng. Tuy nhiên đặc điểm cơ
bản ảnh hưởng đến cơ sở hạ tầng của ĐBSCL là đất yếu trên toàn lãnh thổ, lũ lụt hàng năm chiếm
gần 50% lãnh thổ và kênh rạch chằng chịt. 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 nền đường, việc lựa chọn giải
pháp thiết kế nền móng thường gặp nhiều khó khăn, khó khăn là ở chỗ, chọn giải pháp vừa đáp
ứng được yêu cầu của kết cấu, vừa đảm bảo tiến độ thi công và giá thành hợp lý. Hiện nay, việc
xử lý nền đất yếu khi xây dựng nền đường đã và đang áp dụng những biện pháp như: thay thế
một phần hoặc toàn bộ lớp đất yếu bằng lớp vật liệu có chỉ tiêu cơ lý tốt hơn, sử dụng vật liệu địa
kỹ thuật, bấc thấm, trụ cát, giếng cát, trụ đất gia cố xi măng ...
- Chính vì điều kiện địa lý sông ngòi chằng chịt việc kết nối giao thông gặp rất nhiều khó khăn

trong xây dựng những tuyến đường và cầu liên tỉnh khi xây dựng cơ sở hạ tầng, đặc biệt là xử lý
lún cho nền đường. Thông thường giải pháp xử lý hay sử dụng là giếng cát kết hợp với bấc thấm,
tuy nhiên do đoạn đường dẫn vào cầu có khối lượng đất đắp rất cao nên phải tốn rất nhiều thời
gian để xử lý đất yếu bằng giếng cát kết hợp bấc thấm. Việc xử lý lớp đất yếu này khá phức tạp
để khống chế độ lún cũng như là đẩy nhanh thời gian thi công. Phương án trụ đất trộn xi măng
(Cement Deep Mixing) đã được đề xuất với những ưu điểm thời gian thi công nhanh, công nghệ
không quá phức tạp và xử lý khá triệt để vấn đề lún của công trình. Để hiểu rõ về sự làm việc của
trụ CDM trong điều kiện địa chất đó, thì việc phân tích ứng xử của trụ đất xi măng khi gia cố đất
yếu cho đoạn đường dẫn vào cầu cầu Ranh thuộc tuyến đường liên tỉnh ĐT.945 là cần thiết, nhằm
thấy được hiệu quả khi xử lý nền đường bằng trụ CDM. Dựa trên thực tế đó, học viên lựa chọn đề
tài: “ửng Dụng Trụ đất xì măng Để Xử Lý Đất Yếu Đoạn Đường Dan Vào cầu cầu Ranh,
Tỉnh An Giang”
2. Mục tiều nghiền cứu của đề tài
- Nghiên cứu về công nghệ xử lý đất yếu dưới nền đường dẫn vào cầu bằng trụ đất xi măng để
tìm ra độ lún của nền đường.


2
- Làm rõ hơn mối quan hệ giữa các thông số trụ CDM từ kết quả trong phòng thí nghiệm và
hiện trường, từ đó đưa ra những thông số tương quan áp dụng cho công trình ngoài thực tế.
- ứng dụng tính toán, mô phỏng bằng phần mềm Plaxis có sử dụng phương pháp gia cố nền
đường dẫn đoạn sát mố cầu bằng trụ xi măng cho công trình cụ thể.
- Kiểm tra ổn định mái dốc của nền đường bằng phần mềm Geostudio Slope/W tìm ra hệ số ổn
định FS theo phương pháp Bishop.
3. Phương pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu cơ sở lí thuyết tính toán ổn định và biến dạng cho công trình trên nền đất yếu.
- Nghiên cứu các lý thuyết tính toán trụ đất xi măng và áp dụng tính toán khả năng chịu tải, độ
lún, sức kháng cắt để gia cố dưới nền đất yếu.
- Phương pháp giải tích dựa trên số liệu của các nghiên cứu đã có
- Phương pháp mô phỏng: áp dụng phần mềm Plaxis để mô phỏng sự làm việc của hệ trụ đất xi

măng, từ đó đánh giá sự chênh lệch giữa số liệu trong tính toán và thực tế và đưa ra đề nghị cho
thiết kế trong tương lai.
4. Tính khoa học và thực tiễn của luận văn
4.1 Tính khoa học
- Công nghệ trụ đất xi măng được ứng dụng trong việc gia cố nền đường dẫn đã giải quyết vấn
đề ổn định mái dốc, chống lún cục bộ, lún không đều cho nền đường dẫn.
- Góp phần làm rõ hơn mối quan hệ giữa các thông số cọc CDM từ kết quả trong phòng thí
nghiệm và hiện trường. Từ đó đưa ra những thông số tương quan áp dụng cho công trình ngoài
thực tế.
4.2

Tính thực tiễn

- Hiện nay, việc lựa chọn hàm lượng, tuổi ngày của xi măng ảnh hưởng rất lớn đến cường độ
chịu nén của mẫu xi măng đất. Tuy nhiên, nhiều kết quả nghiên cứu cho thấy tùy theo địa chất
khu vực mà sự ảnh hưởng của hàm lượng xi măng, sự gia tăng cường độ của xi măng của trụ đất
xi măng theo thời gian rất khác nhau.
- Bằng các kết quả thực tiễn, đề tài góp một phần nhỏ vào kết quả nghiên cứu chung trên các
khu vực đất yếu tại khu vực cầu Ranh, An Giang nói riêng và đất yếu khu vực đồng bằng sông
Cửu Long nói chung.
5. Hạn chế của đề tài
- Do thời gian, khả năng còn hạn chế nên tác giả chỉ tiến hành mô phỏng kiểm tra lại kết quả từ
các thí nghiệm hàm lượng xi măng có sẵn trong hồ sơ.


3
- Chỉ có số liệu thí nghiệm của 1 công trình, nên các tính toán và kết luận chỉ mang tính chất
cục bộ, cần thực hiện tính toán trên nhiều công trình có cấu tạo địa chất tương tự để đánh giá khả
năng áp dụng sâu rộng, đặc biệt cho khu vực đồng bằng sông Cửu Long.

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VÈ GIẢI PHÁP TRỤ ĐẤT
XI MĂNG ĐẺ XỬ LÝ ĐẤT YẾU
1.1 Lịch sử phát triển và ứng dụng trụ đất xi măng
1.1.1 ứng dụng công nghệ trụ đất xi măng trong gia cố nền đắt yếu trên thế giới
Từ rất lâu, con người đã cải tạo nền đất yếu bằng cách trộn với các chất liên kết như vôi, xi măng.
Phương pháp trụ trộn tại chỗ, gọi là “Mixed In Place Pile”, (gọi tắt là phương pháp MIP) dùng
chất Hên kết là vôi do nước Mỹ nghiên cứu thành công đầu tiên sau Đại chiến thế giới thứ 2 năm
1954, khi đó dùng trụ có đường kính từ 0.3 - 0.4 m, dài 10 -12 m. Nhưng cho đến 1996 trụ đất gia
cố xi măng với mục đích thương mại mới được sử dụng với số lượng lớn.
Đến năm 1992, một hợp tác giữa Nhật và Trung Quốc đã tạo ra sự thúc đẩy cho những bước đầu
tiên của công nghệ CDM ở Trung Quốc, công trình hợp tác đầu tiên là cảng Yantai. Trong dự án
này 60.000 m3 xử lý ngoài biển đã được thiết kế và thi công bởi chính các kỹ sư Trung Quốc.
Từ những năm 1970 và đến những năm 1980, các công trình nghiên cứu và ứng dụng tập trung
chủ yếu vào việc tạo ra vật liệu gia cố, tối ưu hoá hỗn hợp ứng với các loại đất khác nhau.
Năm 1993, Hiệp hội DJM (Deep Jet Mixing - phun trộn khô dưới sâu) của Nhật Bản xuất bản
sách hướng dẫn những thông
Tại Mỹ, việc xử lý và nâng cấp các đập đất nhằm đáp ứng mục tiêu an toàn trong vận hành và
ngăn ngừa hiện tượng thấm rất được quan tâm. CDM đã được ứng dụng để nâng cấp các đập đất
hiện có, tạo ra các tường chống thấm.
Tại Đông Nam Á, trụ đất - vôi hay xi măng chưa được thông dụng vì lý do chủ yếu là các máy
móc thi công, chi phí khai thác vôi sống tinh khiết cao.
Xu hướng phát triển của công nghệ CDM trên thế giới hiện nay hướng vào việc khai thác mặt
mạnh của CDM. Khi mới phát minh, yêu cầu đối với CDM ban đầu chỉ là nhằm đạt được cường độ
cao và chi phí thấp; nhưng gần đây do những nan giải trong xây dựng đã đặt ra những yêu cầu cao
hơn về sự tin cậy và hoàn chỉnh của công nghệ. Xu thế quan trọng của công nghệ này là ở chỗ nó
cho phép xử lý tại chỗ và cô lập các chất ô nhiễm trong đất, hứa hẹn cho những nghiên cứu tiếp
tục. Trong lĩnh vực chống động đất, người ta đang tiếp tục nghiên cứu ứng dụng CDM nhằm ngăn
chặn sự hoá lỏng đất, tìm ra những phương án có hiệu quả kinh tế, sử dụng vật liệu có sợi để chịu
được uốn khi có động đất.

1.1.2 ứng dụng công nghệ trụ đất xi măng ở Việt Nam
Tại Việt Nam, công nghệ trụ đất - vôi hay xi măng bắt đầu nghiên cứu vào năm 1980 với sự giúp
đỡ của Viện địa Kỹ thuật Thụy Điển (SGI). Đề tài nghiên cứu được Bộ Xây dựng nghiệm thu vào


năm 1985 và đã được áp dụng cho một số công trình dân dụng và công nghiệp ở Hà Nội và Hải
Phòng. Công trình đầu tiên ở phía Nam do công ty Hercules kết hợp với công ty phát triển kỹ thuật
xây dựng thi công là công trình Tổng kho xăng dầu Hậu Giang tại khu công nghiệp Trà Nóc, TP
cần Thơ vào đầu năm 2001 với khối lượng khoảng 50.000m dài trụ.
Năm 2002, đã có một số dự án bắt đầu ứng dụng trụ đất xi măng vào xây dựng các công trình
trên nền đất yếu ở Việt nam. Cụ thể như: Dự án Cảng Ba Ngòi (Khánh Hoà) đã sử dụng 4000m trụ
đất xi măng có đường kính 600cm thi công bằng trộn khô. Năm 2003, một Việt kiều ở Nhật đã
thành lập công ty xử lý nền móng tại TP Hồ Chí Minh, ứng dụng thiết bị trộn khô để tạo trụ đất xi
măng lồng ống thép. Trụ đất xi măng lồng ống thép cho phép ứng dụng cho các nhà cao tầng (đến
15 tầng) thay thế cho trụ nhồi, rẻ và thi công nhanh hơn. Năm 2004 trụ đất xi măng được sử dụng
để gia cố nền móng cho nhà máy nước huyện Vụ Bản (Hà nam), xử lý móng cho bồn chứa xăng
dầu ở Đình Vũ (Hải Phòng). Các dự án trên đều sử dụng công nghệ trộn khô, độ sâu xử lý trong
khoảng 20m. Tháng 5 năm 2004, các nhà thầu Nhật bản đã sử dụng Jet - Grouting để sửa chữa
khuyết tật cho các trụ nhồi của cầu Thanh Trì (Hà Nội). Năm 2005, một số dự án cũng đã áp dụng
trụ đất xi măng như: dự án thoát nước, khu đô thị Đồ Sơn - Hải Phòng, dự án đường cao tốc TP Hồ
Chí Minh đi Trung Lương, dự án Đại lộ Đông Tây
- Sài Gòn hay dự án cải tạo, nâng cấp đường hạ cất cánh, đường lăn và sân đỗ máy bay cảng hàng
không cần Thơ... và đặc biệt là các cảng nằm ở khu vực Bà Rịa - Vũng Tàu như SP-PSA, SITV...
1.2

Một số hình ảnh công trình trụ đất xi măng trên thế giói và Việt Nam

1.2.1 Sân bay Trà Nóc cần Thơ
- Công trình do Cụm Cảng Hàng Không Miền Nam, Cục Hàng Không dân dụng Việt Nam, Bộ
Giao Thông vận tải làm chủ đầu tư.

- Công ty thiết kế và tư vấn xây dựng công trình hàng không ADCC thiết kế
- Công ty xây dựng công trình hàng không ACC thi công


- Tổng diện tích 108.000 m2
- Chiều dài trụ đất xi măng 6m, đường kính 600mm, mật độ 1 trụ /m2
- Hàm lượng xi măng : 65kg/md ( 230kg/m3)

Hình 1.1 Sân bay Trà Nóc cần Thơ
1.2.2

Khách sạn Vinh Trung Plaza Đà Nắng

- Công trình do Công ty Đức Mạnh làm chủ đầu tư.
- Tập đoàn TENOXKYUSYU là đơn vị thiết kế và thi công
- Vĩnh Trung Plaza rộng trên 13.000 m2
- Số lượng 2.765 trụ đất - xi măng, đường kính 800mm, chiều dài trụ 17m

Hình 1.2 Thi công khách sạn Vĩnh Trung Plaza Đà Nang


1.2.3

Cãng Sao Mai Bến Đình Vũng Tàu

- Chủ đầu tư: Công ty cổ phần Đầu tư Dầu khí Sao Mai - Bến Đình
- Công ty TNHH MTV xây dựng Hưu Lộc thiết kế và thi công
- Tổng diện tích 103.500 m2
- Chiều dài trụ 27m, đường kính cọc D1000

7/ìn/ỉ 1.3 Cảng Sao Mai Bển Đình

L2A Cao tắc Hạ Long - Hải Phòng
Tiêu chuẩn đường: cáp 1
- Vận tốc thiết kế 100 km/h
- Sử dụng trụ đất/xi măng gia cố nền
Trụ có đường kính 800mm, dài 15.5m
- Hàm lượng xi măng 260kg/m3


- Công ty cổ phần đầu tư xây dựng Thải Hà trúng thầu thi công.

Hình 1.4 Cao tốc Hạ Long - Hải Phòng
1.3 Các yếu tố của đất ảnh hưởng đến cường độ trụ đất xi măng
- Hàm lượng hữu cư: Hàm lượng hữu cơ càng cao làm ngăn cản quá trình hydrat hốa cùa xi
mãng, làm giảm cường độ chịu nén. Lượng sét mịn càng cao làm tăng lượng xỉ măng cần dùng.
- Thành phần khoáng: Trong trường hợp đất có hoạt tính pozzolan cao thì đặc trưng cường
độ của đất trộn xi măng phụ thuộc chủ yếu vào sự ứng xử về cường độ của những hạt xỉ măng
đông cứng. Trong trường hợp đất cố hoạt tính pozzolan kém thì đặc trưng cường độ của đất trộn xỉ
mãng phụ thuộc chủ yếu vào sự ứng xử về cường độ của những hạt đất đông cứng ( Saitoh, 1985)
cho nên nếu điều kiện cải tạo đất nền như nhau thì loại đất cố hoạt tính pozzolan cao hơn cho
cường độ lớn hơn. Hilt và Davidson ( 1960) quan sát thấy rằng các loại đất sét monmorỉlonit và
kaolỉnỉt là những hoạt chất pozzolan có hiệu quả so với các loại đất sét chứa khoáng illite, chlorite
hoặc vermoculỉte. Wissa và những người khác
( 1965) cũng giải thích rằng số lượng xỉ măng thử cấp sinh ra trong phản ứng pozzolan giữa hạt sét
và vôi tôi phụ thuộc vào số lượng và thành phần khoáng của sét cũng như silica và alumina trong
đất
- Độ pH của đất: Những phản ứng pozzolan lâu dài sẽ thuận lợi khi độ pH lớn vì phản ứng
sẽ đuợc đẩy nhanh nhờ độ hòa tan của silicatr và aluminate trong hạt sét gia tăng