Phân tích đánh giá lún lệch nền đất yếu dưới nền đường ven sông ở An Giang

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BẮCH KHOA - ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS. TS. BÙI TRƯỜNG SƠN
Cán bộ chấm nhận xét 1: TS. PHẠM VẤN HÙNG
Cán bộ chấm nhận xét 2: TS. TRƯƠNG QUANG HÙNG
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM
ngày 08 tháng 01 năm 2016.
Thành phần Hội đong đánh giá luận vãn thạc sĩ gồm:
1. Chủ tịch Hội đồng: PGS. TS. LÊ BÁ VINH
2. Cán bộ nhận xét 1: TS. PHẠM VĂN HÙNG
3. Cán bộ nhận xét 2: TS. TRƯƠNG QUANG HÙNG
4. Thư ký: TS. NGUYỄN CẢNH TUẨN
5. ủy viên: PGS. TS. TRẦN TUẨN ANH
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đảnh giả LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên
ngành sau khỉ luận văn đã được sủa chữa (nếu cố).
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA KT XÂY DỰNG

PGS. TS. LÊ BÁ VINH

PGS. TS. NGUYỄN MINH TÂM


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

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: Nguyễn Dương Xuân Nguyên

MSHV: 7140132

Ngày, tháng, năm sinh: 14/10/1986

Nơi sinh: An Giang

Chuyên ngành: Kỹ Thuật Xây Dựng Công Trình Ngầm

Mã số: 60580204

I. TÊN ĐỀ TÀI
“PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ LÚN LỆCH NỀN ĐẤT YẾU DƯỚI NỀN ĐƯỜNG VEN SÔNG Ở
AN GIANG”
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG
- Đánh giá độ lún của nền đất yếu dưới công trình đường đắp theo bài toán một chiều và
theo cơ sở lý thuyết có xét chuyển vị ngang của đất nền.
- Đánh giá độ lún của nền đất yếu dưới công trình đường có xét đến sự phân bố ứng suất
trong điều kiện không giới hạn chuyển vị ở biên ngang.
- Phân tích ảnh hưởng của khoảng cách biên ngang lên giá trị độ lún.
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 17 / 08 / 2015
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 04 /12 / 2015
V.

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS. BÙI TRƯỜNG SƠN
Tp. HCM, ngày 03 tháng 12 năm 2015

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN
ĐÀÒTẠÓ

PGS.TS. BÙI TRƯỜNG SƠN

PGS. TS. LÊ BÁ VINH

TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT
XÂY DỰNG

PGS. TS. NGUYỄN MINH TÂM


LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành được chương trình cao học và thực hiện luận văn này, tôi đã nhận được sự
hướng dẫn, giúp đỡ nhiệt tình của quý thầy cô trường Đại học Bách khoa - Đại học Quốc Gia
thành phố Hồ Chí Minh.
Trước tiên, tôi xin chân thành cảm ơn quý thày cô Bộ môn Địa cơ nền móng đã tận tâm
truyền đạt kiến thức cho tôi suốt thời gian học tập tại trường.
Quan trọng nhất, tôi xỉn gửi lời biết ơn sâu sắc đến Thầy Bùi Trường Sơn đã dành nhiều
thời gian và tâm huyết hướng dẫn tận tình, truyền đạt nhiều kiến thức, động viên tôi nghiên cứu,
giúp đỡ tôi thực hiện và hoàn thành luận văn này.
Tôi cũng chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu trường Đại học Bách khoa - Đại học Quốc
Gỉa thành phố Hồ Chí Mỉnh, các Thầy Cô ở phòng Đào tạo sau đại học đã giúp đỡ để tồi học tập
và hoàn thành tốt khóa học.
Lời cảm ơn cuối cùng xin dành cho gia dinh tôi, những người thân yêu đã khuyến khích,
động viên tạo điều kiện và là nguồn động lực đề cho tôi học tập, cảm ơn những bạn bẻ củng lớp
đã cùng tôi phấn đấu, chia sẻ kiến thức, tài liệu học tập và thực hiện luận văn này.
TP. HỒ Chí Minh, tháng 12 năm 2015

Học viên

Nguyễn Dương Xuân Nguyên


TÓM TẮT LUẬN VĂN
Tên đề tài:
“PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ LÚN LỆCH NỀN ĐẤT YẾU DƯỚI NỀN ĐƯỜNG VEN
SÔNG Ở AN GIANG”
Tóm tắt:
Nền đưừng đắp ven sông bị phân cắt nên sự phân bố ứng suất trong nền khác biệt. Căn cứ
việc phân chia độ lún thành hai thành phần và ứng suất trong nền giới hạn, việc đánh giá sụ phân
bố độ lún và độ lún lệch đuợc thục hiện. Kết quả tính toán cho thấy độ lún và độ lún lệch của nền
đuờng ven sông khác biệt so với không xét. Kết quả nghiên cứu của luận văn là cần thiết trong
tính toán thiết kế công trình trên đất yếu ở khu vục Đồng Bằng Sông Cửu Long.

SUMMARY OF THESIS
Title:
“ANALYSIS AND EVALUATING DIFFERENT SETTLEMENT OF SOFT GROUND
UNDER EMBANKMENT ALONG RIVER SIDE IN AN GIANG PROVINCE”
Abstract:
The ground under embankment along river side is divided so stress distribution is different.
Based on devision of settlement in two components and stress distribution of limited ground, the
evaluating settlement distribution is carried out. The Calculation results show that settlement and
different settlement are different in comparison with non-accounting. The research results of the
thesis is necessary for calculation and design construction on soft soil in Mekong delta.


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố ửong
bất kỳ công trình nào khác.
Học viên

Nguyễn Dưong Xuân Nguyên


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1
1. Ỷ nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài .................................................................... 1
2. Phương pháp và mục đích nghiên cứu ...................................................................... 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN BIẾN
DẠNG VÀ CHUYÊN VỊ CỦA ĐẤT NỀN .................................................................... 2
1.1. Các phương pháp đánh giá độ lún của nền công trình ............................................. 2
1.1.1. Tính lún của nền đất theo lý thuyết đàn hồi [ 1 ] .................................................. 2
1.1.2. Tính lún của nền đất bằng phương pháp cộng lún các lớp phân tố ...................... 2
1.1.3. Tính lún của nền đất bằng phương pháp dựa vào lý thuyết nền biến dạng đàn hồi
toàn bộ ............................................................................................................................... 5
1.1.3.1. Xác định độ lún ổn định khi nền đất có chiều dày vô hạn ................................. 5
1.1.3.2. Xác định độ lún ổn định khi nền đất có chiều dày giới hạn ............................... 5
1.1.3.3. Xác định độ lún ổn định khi nền đất gồm nhiều lớp đất .................................... 7
1.1.3.4. Xác định độ lún ổn định theo phương pháp lớp tương đương ........................... 8
1.1.3.5. Xác định độ lún ổn định khi nền đất là một lớp đàn hồi có chiều dày hữu hạn
........................................................................................................................................... 9
1.2. Các phương pháp đánh giá chuyển vị ngang của nền công trình ......................... 10
1.2.1. Nguyên lý tính toán chuyển vị ngang ................................................................. 10
1.2.2. Chuyển vị ngang của nền đất trong quá trình thi công ...................................... 13
1.2.3. Chuyển vị ngang của nền đất sau khi thi công .................................................... 19
1.2.4. Chuyển vị ngang của nền đất trong trường hợp thi công nhiều đợt .................... 22
1.3. Nhận xét chương 1 ................................................................................................... 28

CHƯƠNG 2. CÁC VẤN ĐÈ VÈ ĐÁNH GIÁ TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT TRONG
NỀN GIỚI HẠN VÀ ĐẶC DIÊM BIẾN DẠNG CÓ XÉT ĐẾN CHUYÊN VỊ NGANG
CỦA ĐẤT NỀN ............................................................................................................. 29
2.1. Các thành phần ứng suất trong nền giới hạn ...........................................................29


2.1.1. Chọn lựa mô hình nền ..........................................................................................29
2.1.2. Phương trình cơ bản ứng dụng cho việc xác định các thành phần ứng suất - biến
dạng ..................................................................................................................................30
2.1.3. Lời giải xác định các thành phần ứng suất ..........................................................33
2.1.4. Điều kiện biên thứ hai (không có chuyển vị thẳng đứng tại các biên hông và
không có ứng suất nén tại biên ngang) ............................................................................33
2.2. Quan hệ giữa tải trọng và chuyển vị trên cơ sở lý thuyết đàn hồi ..........................34
2.2.1. Cơ sở lý thuyết đàn hồi xác định chuyển vị dưới tác dụng tải trọng ngoài ........ 34
2.2.2. Áp dụng đánh giá chuyển vị trong môi trường đất ..............................................35
2.3. Nhận xét chương 2 ..................................................................................................39
CHƯƠNG 3. PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ LÚN LỆCH NỀN ĐẤT YẾU DƯỚI NỀN
ĐƯỜNG VEN SÔNG Ở AN GIANG ...........................................................................40
3.1. Giới thiệu sơ đồ bài toán và cấu tạo địa chất đặc trưng ở An Giang ......................40
3.2. Độ lún của nền đất yếu dưới công trình đắp theo phân bố ứng suất trong nền bán
không gian vô hạn ............................................................................................................47
3.3. Độ lún của nền đất yếu dưới công trình đường ven sông theo phân bố ứng suất
trong nền giới hạn ............................................................................................................54
3.4. Kết luận chương 3 ...................................................................................................68
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................................................69
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................70


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Sơ đồ bài toán tính lún cộng lún lớp phân tố cho trường hợp tải trọng phân

bố đều trên diện truyền tải ................................................................................................. 4
Hình 1.2. Phương pháp tính lún lớp tương đương ............................................................. 8
Hình 1.3. Sơ đồ tính toán độ lún bằng phương pháp lớp tương đương ............................. 9
Hình 1.4. Lộ trình ứng suất có hiệu bên dưới công trình ............................................... 11
Hình 1.5. Quan hệ giữa chuyển vị ngang tối đa và độ lún ............................................. 12
Hình 1.6. Lộ trình ứng suất có hiệu và mối quan hệ giữa độ lún và chuyển vị ngang .. 13
Hình 1.7. Độ lún và áp lực nước lỗ rỗng trong quá trình thi công (theo Holtz và Holm,
1979) ............................................................................................................................... 14
Hình 1.8. Lộ trình ứng suất dưới tâm công trình ............................................................ 15
Hình 1.9. Sự thay đổi chuyển vị ngang theo độ lún của công trình trong thời gian thi công
(theo Javenas et al, 1990c) .............................................................................................. 15
Hình 1.10. ứng suất có hiệu và chuyển vị ngang vào cuối giai đoạn thi công .............. 17
Hình 1.11. Quan hệ giữa chuyển vị ngang theo độ lún trong quá trình thi công (Tavenas,
1979) ............................................................................................................................... 18
Hình 1.12. Phương pháp tính toán sự phân bố chuyển vị ngang theo độ sâu ở chân mái dốc
(Tavenas)......................................................................................................................... 19
Hình 1.13. Lộ trình ứng suất và các ứng suất tổng ở tâm công trình .............................. 20
Hình 1.14. Các thông số ảnh hưởng đến mối quan hệ giữa chuyển vị ngang với độ lún dài
hạn .................................................................................................................................... 21
Hình 1.15. Quan hệ giữa tỷ số ệ với góc mái dốc p......................................................... 22
Hình 1.16. Lộ trình ứng suất có hiệu dưới tâm công trình trường hợp thi công nhiều đợt
.......................................................................................................................................... 23
Hình 1.17. Lộ trình ứng suất có hiệu bên dưới công trình thi công nhiều đợt ................ 24


Hình 1.18. Chuyển vị ngang của đất nền dưới đập theo độ sâu (đập 1-95 See 246 theo
Ladd và đồng nghiệp 1994) ........................................................................................... 26
Hình 1.19. Lún theo thời gian của đất nền dưới tâm đập (SRI1-95 See 246) ............... 27
Hình 1.20. Chuyển vị ngang lớn nhất của đất nền dưới đập theo phương ngang (đập Rio
de Janeiro Trial) .............................................................................................................. 27

Hình 2.1. Phạm vi vùng ảnh hưởng dưới tác dụng của tải trọng hình băng ................... 30
Hình 2.2. Sơ đồ nền giới hạn theo phương đứng và phương ngang do tải trọng hình băng
phân bố đều ..................................................................................................................... 33
Hình 3.1. Đường giao thông ven sông ở khu vực Đồng Bằng Sông Cửu Long ............ 40
Hình 3.2. Hình ảnh đường bộ ven kênh rạch ở các tỉnh phía Nam ................................ 41
Hình 3.3. Sơ đồ cấu tạo đặc trưng đường cấp III ở khu vực Đồng Bằng Sông Cửu
Long ................................................................................................................................ 42
Hình 3.4. Đường cong nén lún đặc trưng của bùn á sét (quan hệ e-logp) ...................... 44
Hình 3.5. Đường cong nén lún đặc trưng của bùn á sét (quan hệ e-p) ........................... 45
Hình 3.6. Quan hệ ứng suất - biến dạng ở cấp áp lực Ơ3 =50KPa .............................. 47
Hình 3.7. Biểu đồ biểu diễn độ lún tức thời (m) ............................................................. 50
Hình 3.8. Biểu đồ biểu diễn độ lún ổn định (m) ............................................................. 52
Hình 3.9. Biểu đồ biểu diễn độ lún tức thời và ổn định (m) ........................................... 53
Hình 3.10. Biểu đồ biểu diễn độ lún tức thời (m) (theo giao diện Mathcab) ứng với các
khoảng cách khác nhau cách biên ngang không hạn chế chuyển vị ............................... 58
Hình 3.11. Biểu đồ biểu diễn độ lún tức thời (m) (theo giao diện Excel) ứng với các
khoảng cách khác nhau cách biên ngang không hạn chế chuyển vị ............................... 60
Hình 3.12. Biểu đồ biểu diễn các độ lún tức thời (m) (theo giao diện Excel) ứng với các
khoảng cách khác nhau cách biên ngang không hạn chế chuyển vị ............................... 61
Hình 3.13. Biểu đồ biểu diễn độ lún ổn định (m) (theo giao diện Mathcab) ứng với các
khoảng cách khác nhau cách biên ngang không hạn chế chuyển vị ............................... 64


Hình 3.14. Biểu đồ biểu diễn độ lún ổn định (m) (theo giao diện Excel) ứng với các khoảng
cách khác nhau cách biên ngang không hạn chế chuyển vị ............................................. 65
Hình 3.15. Biểu đồ biểu diễn các độ lún ổn định (m) (theo giao diện Excel) ứng với các
khoảng cách khác nhau cách biên ngang không hạn chế chuyển vị ................................ 66
Hình 3.16. Biểu đồ biểu diễn chênh lệch độ lún tức thời theo khoảng cách khác nhau
..........................................................................................................................................67
Hình 3.17. Biểu đồ biểu diễn chênh lệch độ lún ổn định theo khoảng cách khác nhau

........................................................................................................................................ 68


DANH MỤC BÁNG
Bảng 3.1. Quan hệ hệ số rỗng và ứng suất nén ............................................................... 45
Bảng 3.2. Quan hệ ứng suất - biến dạng ở cấp áp lục ơ3 = 50KPa.................................. 46
Bảng 3.3. Kết quả tính toán sụ phân bố độ lún túc thời .................................................. 48
Bảng 3.4. Kết quả tính toán sụ phân bố độ lún ổn định .................................................. 51
Bảng 3.5. Kết quả tính toán sụ phân bố độ lún tức thời với các khoảng cách khác nhau 56
Bảng 3.6. Kết quả tính toán sụ phân bố độ lún ổn định với các khoảng cách khác nhau 61
Bảng 3.7. Kết quả tính toán chênh lệch độ lún tức thời với các khoảng cách khác nhau 67
Bảng 3.8. Kết quả tính toán chênh lệch độ lún ổn định với các khoảng cách khác nhau
DANH MỤC PHỤ LỤC
PHỤ LỤC 1. Phương pháp Mathcab tính độ lún tức thời và ổn định của nền đất yếu dưới công
trình đắp theo phân bố ứng suất trong nền bán không gian vô hạn.
67


PHỤ LỤC 2. Phương pháp Mathcab tính độ lún tức thời và ổn định của nền đất yếu dưới công
trình đường ven sông theo phân bố ứng suất trong nền giới hạn.



-1 -

MỞ ĐẦU
1. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Theo quyết định số 11/2012/QĐ-TTg ngày 10/02/2012 của Thủ tướng Chính Phủ về việc phê
duyệt Quy hoạch phát triển giao thông vận tải vùng kinh tế trọng điểm vùng đồng bằng sông Cửu
Long đến năm 2020 và định hướng đến năm 2030. Giao thông vận tải khu vực đồng bằng sông

Cửu Long được xem có tiềm năng rất lớn. Nếu hình thành được một hệ thống giao thông đồng
bộ, liên hoàn và kết hợp được các hình thức vận tải sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho phát triển kinh
tế xã hội của vùng.
Trong thực tế, hệ thống giao thông đường bộ và đường thủy ở khu vực đồng bằng sông Cửu
Long thường có sự liên hệ chặt chẽ. Ngoài ra, do sự khan hiếm của vật liệu san lấp để nâng cao
nền đường nên hệ thống giao thông đường bộ sử dụng vật liệu địa phương thường đặt song song
với kênh rạch. Do đó, nền đất dưới nền đường không phải là một bán không gian hoàn chỉnh mà
bị giới hạn bởi sự phân cắt địa hình. Vì vậy, việc phân tích đánh giá lún lệch nền đất yếu dưới nền
đường ven sông là một trong những vấn đề rất quan trọng trong tính toán thiết kế, nhất là khi
chuyển vị ngang của đất nền lớn về phía sông có thể gây ra lún, trượt dẫn đến phá hoại điều kiện
làm việc ổn định công trình.
Việc phân tích đánh giá ổn định và lún lệch của nền đường ven sông trên đất yếu có ý nghĩa
thực tiễn đối với khu vực các tỉnh đồng bằng sông Cửu Long. Đó cũng là các vấn đề phân tích cần
thiết khi xây dựng, cải tạo, san lấp hay nạo vét kênh rạch.
2. Phương pháp và mục đích nghiên cứu
- Tổng hợp một số phương pháp đánh giá độ lún và chuyển vị của đất nền.
- Thu thập số liệu, chọn lựa phương pháp tính và lập trình tính toán để đánh giá chuyển vị,
đánh giá độ lún, (độ lún lệch) của nền đường ven sông trên cơ sở phân bố ứng suất trong nền giới
hạn của đất yếu dưới công trình đường ven sông.
Mục đích nghiên cứu:
- Đánh giá độ lún của nền đất yếu dưới công trình đường đắp theo bài toán một chiều và theo
cơ sở lý thuyết có xét chuyển vị ngang của đất nền.
- Đánh giá độ lún của nền đất yếu dưới công trình đường có xét đến sự phân bố ứng suất
trong điều kiện không giới hạn chuyển vị ở biên ngang.
- Phân tích ảnh hưởng của khoảng cách biên ngang lên giá trị độ lún.


-2 -

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP

TÍNH TOÁN BIẾN DẠNG VÀ CHUYỂN VỊ CỦA ĐẤT NÈN
Biến dạng của đất nền trong các bài toán Địa kỹ thuật thường được đánh giá thông qua độ
lún. Tồn tại một số phương pháp khác nhau để xác định trị số lún như lý thuyết nền biến dạng đàn
hồi cục bộ, lý thuyết nền hỗn hợp, lý thuyết nền biến dạng tổng quát, lý thuyết nền biến dạng
tuyến tính. Các lý thuyết này đều căn cứ trên cơ sở lý thuyết đàn hồi [1], [2], [3], [12],
Tuy nhiên, kết quả thí nghiệm đối với nhiều loại đất khác nhau đã xác nhận rằng, quan hệ
giữa ứng suất và biến dạng, về thực chất mang tính chất phi tuyến. Để đơn giản trong tính toán,
có thể xem rằng khi tải trọng công trình không lớn lắm (vào khoảng 1-2 kG/cm2) thì quan hệ giữa
ứng suất và biến dạng là tuyến tính và biến dạng lún của đất nền hoàn toàn chỉ do sự giảm thể tích
của các lỗ rỗng gây ra, còn sự giảm thể tích của bản thân các hạt rắn và nước trong lỗ rỗng được
xem như không đáng kể.
Trong phạm vi của chương này, chúng tôi tập trung giới thiệu một số phương pháp tính
toán độ lún dựa vào lý thuyết nền biến dạng tuyến tính, là lý thuyết được áp dụng rộng rãi trong
các quy trình và quy phạm tính toán nền móng hiện nay.
1.1. Các phương pháp đánh giá độ lún của nền công trình
1.1.1. Tính lún của nền đất theo lý thuyết đàn hồi [1]
Xem nền đất là một bán không gian đàn hồi (đồng nhất và đẳng hướng), có thể áp dụng
công thức tính chuyển vị của một điểm nằm trong nền đất của Bussinesq để tính độ lún của nền.
Đổ kể đến cả biến dạng đàn hồi và biến dạng dư của nền đất, module đàn hồi Edh theo công thức
của Bussinesq với nền đàn hồi được thay bằng module biến dạng tổng quát Eo.
1.1.2. Tính lún của nền đất bằng phưong pháp cộng lún các lớp phân tố
Nội dung của phương pháp này là chia nền đất thành những lớp nhỏ có chung một tính
chất bởi những mặt phẳng nằm ngang sao cho biểu đồ phân bố ứng suất nén do tải trọng ngoài
gây nên trong phạm vi mỗi lớp nhỏ thay đổi không đáng kể và độ lún của toàn bộ nền đất sẽ bằng
tổng độ lún của từng lớp nhỏ được chia, tức là:
5=

(1.1)
Khi tính độ lún Si của mỗi lớp có thể áp dụng kết quả của bài toán nén đất một chiều
(không có biến dạng hông từ kết quả của thí nghiệm hộp nén Oedometer) hoặc tính lún có kể

đến biến dạng hông của đất.
Khi không kể đến biến dạng hông của đất, có thể áp dụng kết quả của bài toán nén đất
một chiều để tính độ lún của mỗi lớp chia, cụ thể nhu sau:


-3 ❖ Trường hợp sử dụng đường cong nén e =f(p)

Độ lún của mỗi lớp chia có thể tính bằng công thúc sau:
s = ~7—~ = Onơ h = m ơ h = ơ h

(1-2)

Trong đó: Si - độ lún của lớp đất đang xét.
ei - hệ số rỗng của đất tại điểm giữa lớp đang xét úng với úng suất do trọng
luợng bản thân đất.
e2 - hệ số rỗng của đất cũng tại điểm trên úng với úng suất do trọng luợng
bản thân đất và tải trọng ngoài.
ao - hệ số nén tuơng đối của đất tại điểm giữa lớp đang xét. mv - hệ số nén thể
tích.
a =m

0 v=77—

(!-3)

l + e1

ơz - ứng suất do tải trọng ngoài gây ra tại điểm giữa lớp đang xét. p - hệ số có
xét đến tính nở hông.
7? = !-^-

(L4)

1-v

Giá trị của p phụ thuộc giá trị hệ so Poisson V của tùng loại đất và cũng có khi chọn p =
0,8 chung cho tất cả các loại đất.
E - module biến dạng của đất.
h - chiều dày lớp đất đang xét.
V - hệ so Poisson của đất.


-4 -

Hình 1.1. Sơ đồ bài toán tính lún cộng lún lớp phân tố cho trường hợp tải trọng
phân bố đều trên diện truyền tải
❖ Trường hợp sử dụng đường cong nén e - f (Igp)

Độ lún của mỗi lớp chia tính theo công thức:

c
l + e0
Trong đó: Si - độ lún của lớp đất đang xét.

(1.5)

c - chỉ số nén, lấy là Cr nếu Po, P1< Pc, lấy là Cc nếu Po, P1> Pc- Ở đây, Cr, Cc chỉ số dỡ tải (nén lại), chỉ số nén ; pc - áp lực tiền cố kết.
e0 - hệ số rỗng ban đầu ứng với Po tại điểm giữa lớp đất đang xét.
Po - ứng suất ban đầu tại điểm giữa lớp đất đang xét.
P1 - ứng suất cấp tiếp theo tại điểm giữa lớp đất đang xét.

ho - chiều dày ban đầu tại điểm giữa lớp đất đang xét.
Xác định chiều dày vùng ảnh hưởng của lún tức là phải xác định chiều sâu đường giới hạn nén
lún. Điều này được thực hiện nhờ biểu đồ ứng suất ơz bảnthân và nz gâylún*
Chiều dày lớp đất bị nén chặt được tính từ đáy móng đến độ sâu được xác định theo điều kiện:
^zbảnthân —

5ơz gây lún (trương hợp đát tot)

ơzbảnthân > 10ơzgâyiún (trường

hợp đất yếu)
Chia nền đất dưới đáy móng thành nhiều lớp nhỏ, chiều dày mỗi lớp h < 0,4b, ranh giới lớp
chia trùng với mặt phân lớp tự nhiên và trùng với mặt nước ngầm.
Độ lún của nền bằng tổng độ lún các lớp chia 5=^5,.
❖ Trường hợp sử dụng đường cong nén = f(p)


-5 Với Àz là độ lún tương đối, thì độ lún của lớp đất được tính bằng công thức sau:
(1.6)
1.1.3. Tính lún của nền đất bằng phương pháp dựa vào lý thuyết nền biến dạng đàn hồi toàn
bộ
Mặc dù đất nền không phải là một vật thể hoàn toàn đàn hồi, ngoài biến dạng đàn hồi còn có
biến dạng dư, nhưng lý thuyết đàn hồi được sử dụng hiệu quả đối với môi trường đất khi tải trọng của
công trình tác dụng lên nền đất không lớn lắm. vấn đề này đã được nhiều nhà khoa học trên thế giới
xác minh bằng thực nghiệm ở trong phòng cũng như ở ngoài hiện trường. Do đó, khi tính toán độ lún
ổn định có thể trực tiếp sử dụng những thành quả đạt được trong lý thuyết đàn hồi. Tuy nhiên, để xét
đến đặc tính của đất, tức kể đến biến dạng dư của đất, trong tất cả các biểu thức có chứa trị số E
(module đàn hồi) sẽ được thay thế bằng trị số Eo (module tổng biến dạng).
1.1.3.1, Xác định độ lún ổn định khỉ nền đất có chiều dày vô hạn
Khi nền đất có chiều dày vô hạn, độ lún của những điểm trên mặt đất xác định theo biểu thức

J. Boussinesq [1], [2],
Đối với diện chịu tải hình chữ nhật thì độ lún của móng được tính theo công thức sau:
s

_ p(ỉ-v2)bũ>

(1.7)

Eo

Trong đó: p - ứng suât gây lún.
b - chiều rộng móng.
Eo, V - module tổng biến dạng và hệ so Poisson của đất.
(O - hệ số phụ thuộc hình dạng, kích thước của đáy móng được xác
định bằng cách tra bảng [2],
1.1.3.2. Xác định độ lún ổn định khi nền đất có chiều dày giói hạn
Khi dưới đế móng ở một độ sâu nào đó xuất hiện một lớp đá gốc, biểu thức tính toán độ lún
(1.6) sẽ không còn phù hợp nữa, bởi vì biểu thức này thành lập dựa vào giả thiết nền đất là bán không
gian đồng nhất.


-6vấn đề xác định độ lún ổn định của lớp đất có chiều dày giới hạn được nhiều
tác giả như K. E. Egorov, I. Sovinc, E. H Davis, H. Taylor nghiên cứu [2].
K. E. Egorov đã đề nghị biểu thức tính toán độ lún dưới đế móng hình tròn tuyệt đối cứng khi
đất nền có chiều dày giới hạn như sau:
(1.8)

Eo

Trong đó:

(1.9)
(1.10)
(1.11)
p - tải trọng tập trung tác dụng lên móng r - bán kính móng
Các hệ số ao a2 a4 được xác định bằng cách tra bảng [2].
Dựa vào cơ sở nghiên cứu của D. M. Burmister, đối với dạng chịu tải hình chữ nhật phân bố
đều p, I. Sovinc đã đề nghị biểu thức tính toán độ lún ở góc diện chịu tải
như sau:
(1.12)
Trong đó: fc - hệ số, phụ thuộc vào tỷ số h/bi và 11/bi (bi nửa cạnh ngắn, 11 nửa cạnh dài).
Trong quy phạm tính toán nền móng công trình thủy lợi QP.20-64, biểu thức xác định độ lún
tại điểm góc của móng trong nền đất đồng nhất có dạng tương tự như biểu thức của K. E. Egorov:
(1.13)
u

Trong đó: kz - hệ số, phụ thuộc tỷ số 1/b, z/b và

V
Trị số kz ứng với V = 0,1 - 0,4 cho trong quy phạm QP. 20-64. Trong quy phạm này cũng nêu
biểu thức tính toán độ lún trung bình của móng khi trong nền xuất hiện tầng đá cứng [16].


-7-

1.1.3.3. Xác định độ lún ổn định khỉ nền đất gồm nhiều lớp đất
Trong thực tế, nền đất thường gồm nhiều lớp đất đá có tính chất cơ lý khác nhau, do đó việc
xác định độ lún sẽ phức tạp hơn. Để giải quyết vấn đề này, K. E. Egorov đã đề nghị phương pháp tính
toán gần đúng bằng cách đổi nền đất gồm nhiều lớp thành nền đồng nhất, trong đó mỗi một lớp đất
trong nền được xem như kéo dài cả hai phía: phía trên đến tận đáy móng, còn phía dưới đến vô tận.
Độ lún của toàn bộ nền đất chính bằng tổng độ lún các lớp đất đó.

Chẳng hạn, xét một lớp đất thứ i trong nền đất có đỉnh ở độ sâu Zi-1 và đáy ở độ sâu Zị
Độ lún của lớp đất có chiều dày Zị.i:
z

i-l

11

77

(1.14)

Tương tự độ lún của lớp đất có chiều dày Zị:
pb
v

s[=
à

17

■^0

'

(1.15)

Như vậy độ lún của lớp đất đang khảo sát sẽ là:
pb(ỉ-v2)

Eo

(1.16)

Độ lún của toàn bộ nền đất:
(1-v,2)
s = pb^
i=l

EOi

(kt -k^)

(1.17)

Khi trong nền đất có tầng cứng không lún nằm gần mặt đất, để xét đến ảnh hưởng
của sự tập trung ứng suất, K. E. Egorov đã đề nghị nhân biểu thức với hệ số hiệu chỉnh M:

s=-k-ow

(1.18)

Hệ số ki và M có thể tra bảng theo hệ số V.
Theo nhận xét của giáo sư N. A. Txutovich, kết quả tính toán độ lún theo phương
pháp trên thường nhỏ hơn so với thực tế. Tuy nhiên, vì biểu thức có xét đến ảnh hưởng
biến dạng nở hông, hiện tượng tập trung ứng suất và tính chất không đồng nhất giữa các
lớp đất cho nên phương pháp này vẫn được dùng để đánh giá mức độ biến dạng của nền
đất trong các công trình thủy lợi khi ở gần đế móng xuất hiện tầng đá cứng.

-81.1.3.4. Xác định độ lún ổn định theo phưong pháp lớp tuong đu'0'ng
Phương pháp lớp tương đương cũng như các phương pháp khác đều dựa vào cơ sở
lý thuyết nền biến dạng tuyến tính. Nội dung của phương pháp này là thay việc tính toán
độ lún của nền đất dưới tác dụng của tải trọng phân bố đều trên diện chịu tải giới hạn bằng
việc tính toán độ lún của nền đất đó dưới tác dụng tải trọng có cùng trị số, nhưng phân bố
đều kín khắp trên bề mặt (hình 1.2).
Đối với nền đất đồng nhất, trị số độ lún tính theo phương pháp lớp tương đương
khá chính xác, phù hợp thực tế, còn đối với nền đất gồm nhiều lớp thì trị số độ lún tính
toán thường lớn hơn so với kết quả tính toán theo phương pháp cộng lún từng lớp.

Hình 1.2. Phương pháp tính lún lớp tương đương
Theo lý thuyết đàn hồi:
s

_ pb(ữ(ỉ—v2)
E

(1.19)

Theo bài toán nén đất một chiều:
Sn=^- ơ,h,
E

(1.20)

Muốn tìm hs đặt s = So
pbtữ(ỉ-v2) p _ ,

------ _ ------- = —

E

E"

_ bũ){l-v2) _ 4
h, = ---- ------ - = Aíữb
p

Trị sô của Aro được lập thành bảng tra [8].

(1.21)


-9 Như vậy để tính độ lún của nền đất dưới tải trọng cục bộ bằng phương pháp lớp
tương đương, tiến hành theo trình tự sau:
- Từ hình dạng, kích thước móng, loại đất, vị trí tính lún, tra bảng tìm được giá trị
tương ứng A(0.
-

Tính chiều dày lớp tương đương theo công thức (1.20) hay bảng tra.

-

Tính độ lún theo công thức:
(1.22)
Trường hợp có nhiều lớp đất cần thiết xác định hệ số nén tương đối trung bình

aom trong phạm vi vùng chịu nén 2hs dưới đế móng (hình 1.3):
So=aomphs

(1.23)
(1.24)

Hình 1.3. Sơ đồ tính toán độ lún bằng phương pháp lớp tương đương
Ưu điểm của phương pháp lớp tương đương là cho phép đánh giá độ lún theo thời
gian trên cơ sở lý thuyết cố kết thấm một chiều do sơ đồ bài toán tính lún được chuyển từ
hai chiều thành bài toán một chiều.
I.I.3.5. Xác định độ lún ổn định khi nền đất là một lớp đàn hồi có chiều dày hữu hạn
Áp dụng lời giải của Iegorov về trạng thái ứng suất biến dạng của một lớp đàn hồi
có chiều dày hữu hạn, công thức tính lún là:


-10 (1.25)
Lời giải này cũng có thể áp dụng trong
trường hợp nền đất không đồng nhất, khi đó:
-kj-Ị c,

kị, ki-1 - hệ số ứng với độ sâu Zi của đáy và độ sâu Zi-1 của bề mặt lớp đất i
Al 1

1

1

r

r -4-/

r

>

1

1

z

Hệ sô k phụ thuộc kích thước đáy móng và phụ thuộc độ sâu tương đôi 7 (1.26)
b

(z - độ sâu của lớp đàn hồi hữu hạn, cũng kí hiệu là H; b - bề rộng đáy móng). Trị
số hệ số k tra bảng. Xét đến tập trung ứng suất ở lớp đất đàn hồi, có thể phải hiệu chỉnh
công thức (1.14) bằng cách nhân với hệ số M theo bảng tra [1].
1.2. Các phương pháp đánh giá chuyển vị ngang của nền công trình
1.2.1. Nguyên lý tính toán chuyển vị ngang
Trước thập niên 1980, việc tính toán thiết kế cũng như dự đoán ứng xử của nền sét
dưới công trình đắp chủ yếu dựa trên giả thiết của Skempton với quan điểm là nền sét hoàn
toàn không thoát nước suốt trong quá trình thi công. Giả thiết này dựa trên cơ sở là hệ số
thấm của sét nhỏ và thời gian thi công công trình đắp nhanh cho nên sự thay đổi độ ẩm của
sét không đáng kể [4].
Trên cơ sở này việc thiết kế công trình đất đắp được phân chia làm hai giai đoạn:
- Trong quá trình thi công, nền sét không thoát nước biến dạng được tính toán với
module không thoát nước Eu và hệ so Poisson vu=0,5. Áp lực lỗ rỗng được tính toán trên
cơ sở lý thuyết đàn hồi hoặc trên cơ sở lý thuyết dẻo, phân tích ổn định với sức chống cắt
trong điều kiện không thoát nước với phương pháp tổng ứng suất (- Sau khi thi công nền sét cố kết, áp lực nước lỗ rỗng giảm dần đồng thời ứng suất
có hiệu và độ lún trong nền gia tăng. Việc tính toán độ lún và độ lún theo thời gian dựa trên
thí nghiệm cố kết và chuyển vị ngang trong nền được bỏ qua.
Quan niệm thiết kế trên có thể không được thỏa đáng, đặc biệt khi so sánh kết quả

tính toán theo phương pháp này với kết quả quan trắc ở nhiều công trình thì không mang
lại kết quả mong muốn. Như vậy cần thiết phải dựa trên kết quả quan trắc về áp lực lỗ rỗng
biến dạng và phá hoại từ nhiều công trình khác nhau để phân tích bản chất ứng xử của nền
sét dưới công trình đắp.
Trong thiên nhiên, các lớp sét ít nhiều đều có tính quá cố kết. Khi thi công một công
trình đất đắp trên các lợp sét nói trên thì lộ trình ứng suất có hiệu là 0’P’A’B’D’ (hình


-11
1.11). Ở giai đoạn đầu của quá trình thỉ công, áp lực lỗ rỗng hình thành thấp do phần khí
trong lỗ rỗng bị nén lại hoặc hòa tan trong nước hoặc do sét quá cố kết nên quá trình cố kết
xảy ra nhanh, kết quả là ứng suất có hiệu phát triển nhanh theo lộ trình O’P’. Lộ trình này
gàn với đường Ko và trong giai đoạn này độ lún của nền là quá trình

Hình 1.4. Lộ trình ứng suất cỗ hiệu bên dưới công trình
Khi ứng suất cỏ hiệu tiến về đường cong dẻo Y’o tại P’, có nghĩa là ờv = ờp thì nền
sét trờ nền cố kết thường. Kết quả là độ cứng và hệ số cố kết giảm làm cho nền sét ứng xử
hầu như theo điều kiên không thoát nước suốt trong thời gian còn lại trong quá trình thi
công. Trong thời gian còn lại của quả trình thỉ công, lộ trình ứng suất cỗ hiệu di chuyển lên
trên mặt chảy dẻo P’A’. Biến dạng của nền trong giai đoạn này là biến dạng dẻo trong điều
kiện không thoát nước, tức là biến dạng trượt của sét cố kết thường. Độ lún cùa nền gia
tăng nhanh giống với sự gia tăng tải trọng từ thời điểm này.
Sau khỉ thỉ công xong, nền bắt đầu cố kết, ứng suất cố hiệu gia tăng theo lộ trình
A’B’D’. Suốt quá trình từ ơp đến ơ-’o + &ờv, biến dạng của nền rất lớn và chủ yếu là biến
dạng thể tích theo một phương vì lộ trình A’B’D’ rất gần với lộ trình Ko. Trong giai đoạn
này độ lún được xảc định từ bài toán cố kết thấm một trục.
Chuyển vị ngang của đất nền bên dưới chân mái dổc của các công trình cũng xảy ra
tương tự như trường hợp lún ở tỉm. Ban đầu khỉ đất còn ở trạng thái quá cố kết và thoát
nước thì chuyển vị ngang của nền rất nhỏ so với độ lún ở giai đoạn này (O’P’) vì lộ trình
ứng suất cỏ hiệu di chuyển rất gần với đường Ko (không cỏ chuyển vị ngang). Ở cuối giai

đoạn thỉ công nền sét trở nên cố kết thưởng và không thoát nước (P’A’), chuyển vị ngang
gia tăng cùng tốc độ với độ lún. Sau khi thi công (A’D’) thì quả trình cố kết của nền sét
cũng gây ra chuyển vị ngang nhỏ hon so với độ lún.
Những phân tích trên cho thấy điềm quan trọng trong quả trình hình thành úng suất