Nghiên cứu xử lý đất yếu nền đường bằng bấc thấm kết hợp cố kết hút chân không đoạn km

LỜI CAM ĐOAN
Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả. Các kết quả
nghiên cứu và các kết luận trong Luận văn là trung thực, không sao chép từ bất kỳ một
nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào. Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã được
thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định.
Tác giả Luận văn

Trần Đình Công

i


LỜI CÁM ƠN
Luận văn được hoàn thành, là thành quả của sự cố gắng, nỗ lực hết mình của bản thân
và sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô trong bộ môn Địa kỹ thuật trường Đại học Thủy
Lợi Hà Nội, đặc biệt dưới sự hướng dẫn khoa học, liên tục quan tâm tận tình giúp đỡ
đưa ra nhiều ý kiến quý báu của GS.Trịnh Minh Thụ trong quá trình thực hiện luận văn.
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy hướng dẫn, đã tận tâm hướng dẫn khoa
học suốt quá trình từ khi lựa chọn đề tài, xây dựng đề cương đến khi hoàn thành luận văn.
Tác giả xin trân trọng cảm ơn các thầy cô trong bộ môn Địa kỹ thuật, Khoa công trình
đã giúp đỡ và tạo điều kiện để tác giả hoàn thành luận văn này. Xin chân thành cảm ơn
liên doanh tư vấn CDM SMITH - WSP FINLAND - YOOSHIN đã cung cấp những số
liệu cần thiết và tạo điều kiện thuận lợi để tác giả thí nghiệm trong phòng và tác
nghiệp tại hiện trường.

ii


MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH ẢNH ..............................................................................................vi

DANH MỤC BẢNG B ................................................................................................ vii
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ............................................................................. viii
PHỤ LỤC .......................................................................................................................ix
MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐẤT YẾU VÀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT
YẾU BẰNG BẤC THẤM KẾT HỢP VỚI CỐ KẾT HÚT CHÂN KHÔNG ................4
1.1 Tổng quát về đất yếu và nền đất yếu .................................................................4
1.1.1 Khái niệm về đất yếu ..................................................................................4
1.1.2 Khái niệm nền đất yếu ................................................................................6
1.2 Giải pháp xây dựng công trình trên đất yếu ......................................................7
1.2.1 Mục đích của công tác xử lý nền đất yếu ...................................................7
1.2.2 Cơ sở lý thuyết xây dựng công trình trên nền đất yếu ...............................7
1.2.3 Các giải pháp xây dựng công trình trên nền đất yếu ..................................7
1.3 Các nhóm giải pháp xử lý trên nền đất yếu .......................................................8
1.3.1 Nhóm phương pháp cơ học ........................................................................8
1.3.2 Nhóm phương pháp Vật lý .........................................................................8
1.3.3 Nhóm phương pháp thay đất ......................................................................8
1.3.4 Nhóm giải pháp khác ..................................................................................8
1.3.5 Đánh giá các giải pháp xử lý nền đất yếu...................................................9
1.4 Sơ lược về phương pháp bấc thấm kết hợp với cố kết hút chân không và gia
tải ...........................................................................................................................11
1.4.1 Sơ lược về lịch sử phát triển và đặc điểm của phương pháp cố kết hút
chân hút chân không ..........................................................................................11
1.4.2 Giới thiệu các công nghệ thi công ............................................................14
1.4.3 Phân tích ưu nhược điểm của phương pháp bấc thấm kết hợp với cố kết
hút chân không ..................................................................................................17
1.5 Kết luận chương 1 ...........................................................................................18

iii

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG
BẤC THẤM KẾT HỢP VỚI CỐ KẾT HÚT CHÂN KHÔNG.................................... 19
2.1 Các phương pháp tính lún cố kết .................................................................... 19
2.1.1 Phương pháp giải tích............................................................................... 19
2.1.2 Độ lún theo thời gian của đất nền ............................................................ 21
2.1.3 Độ lún cố kết của nền dùng bấc thấm (bài toán cố kết hai chiều) ........... 21
2.1.4 Độ lún cố kết của nền gia tải bằng hút chân không kết hợp với bấc thấm
........................................................................................................................... 23
2.1.5 Các phương pháp xác định độ lún từ kết quả quan trắc ........................... 25
2.2 Các phương pháp kiểm tra ổn định của nền .................................................... 27
2.2.1 Phương pháp cân bằng hữu hạn (phương pháp phân mảnh Bishop) ....... 27
2.2.2 Phương pháp tính toán ổn định chống lún trồi (chống phá hủy nền):...... 29
2.2.3 Tính toán ổn định chống lún trồi khi có vải địa kỹ thuật tăng cường ...... 30
2.3 Các yêu cầu thiết kế nền đường đắp trên nền đất yếu ..................................... 31
2.3.1 Yêu cầu ổn định trượt ............................................................................... 31
2.3.2 Yêu cầu ổn định lún ................................................................................. 32
2.4 Kết luận chương 2 ........................................................................................... 33
CHƯƠNG 3 : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ GIẢI PHÁP XỬ LÝ ĐẤT YẾU NỀN
ĐƯỜNG BẰNG BẤC THẤM KẾT HỢP CỐ KẾT HÚT CHÂN KHÔNG................ 35
3.1 Giới thiệu về công trình .................................................................................. 35
3.1.1 Quy mô đặc điểm công trình .................................................................... 35
3.1.2 Điều kiện địa chất đất công trình khu vực dự án: .................................... 35
3.2 Kết quả tính toán ổn định lún khi chưa xử lý .................................................. 37
3.2.1 Độ lún cố kết trước khi xử lý ................................................................... 37
3.2.2 Trình tự tính toán lún của nền đắp trên đất yếu ....................................... 38
3.3 Phân tích lựa chọn tính toán giải pháp xử lý nền đường................................. 45
3.3.1 Luận chứng giải pháp xử lý nền đất yếu .................................................. 45
3.3.2 Phân tích lựa chọn các giải pháp xử lý nền đất yếu ................................. 46
3.3.3 Lựa chọn giải pháp xử lý nền áp dụng cho đoạn tuyến ........................... 51

3.4 Tính toán phương pháp bấc thấm kết hợp với cố kết chân không và gia tải .. 52
3.4.1 Thiết kế tầng đệm cát ............................................................................... 52
3.4.2 Tính toán thiết kế bấc thấm ...................................................................... 52

iv


3.5 Quan trắc trong quá trình thi công...................................................................68
3.5.1 Kiểm tra độ cao mặt bằng.........................................................................68
3.5.2 Quan trắc độ lún bề mặt ...........................................................................68
3.5.3 Quan trắc áp lực chân không ....................................................................69
3.5.4 Quan trắc áp lực nước lỗ rỗng (ALNLR) .................................................70
3.5.5 Ống thoát nước .........................................................................................70
3.6 Quy trình thi công xử lý nền............................................................................70
3.7 Kiểm tra và nghiệm thu ...................................................................................71
3.7.1 Lớp vải địa kỹ thuật ngăn cách.................................................................71
3.7.2 Tầng đệm cát thoát nước ngang và hệ thống thoát nước bề mặt ..............72
3.7.3 Thi công cắm bấc, hào kín khí hoặc tường kín khí ..................................72
3.7.4 Hệ thống thiết bị quan trắc .......................................................................72
3.7.5 Hệ thống ống hút nước ngang, ống hút chân không và bản thoát nước
ngang .................................................................................................................73
3.7.6 Kiểm tra màng kín khí ..............................................................................73
3.7.7 Độ kín khí khi gia tải hút chân không ......................................................73
3.7.8 Lớp bù lún và đắp gia tải thêm .................................................................73
3.8 Kết luận chương 3 ...........................................................................................74
CHƯƠNG 4 CHUYÊN ĐỀ KỸ THUẬT TÍNH TOÁN ĐỘ LÚN VÀ ỔN ĐỊNH CỦA
NỀN ĐƯỜNG BẰNG PHẦN MỀM ĐỊA KỸ THUẬT ...............................................75
4.1 Mục đích ..........................................................................................................75
4.2 Giới thiệu phần mềm Geostudio 2012.............................................................75
4.2.1 Giới thiệu chung về phần mềm Geostudio 2012 và modul SIGMA/W ...75

4.3 Trinh tự tính toán ổn định bằng Geostudio với modul SIGMA/W .................76
4.3.1 Mô hình bài toán cố kết chân không ........................................................76
4.3.2 Mô phỏng và các bước thực hiện .............................................................77
4.4 Đánh giá số liệu quan trắc ...............................................................................84
4.4.1 Xác định độ lún cuối cùng từ số liệu quan trắc : ......................................84
4.4.2 Đánh giá số liệu quan trắc so với số liệu tính toán...................................87
4.5 Kết luận chương 5 ...........................................................................................88
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................................................89
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................90
v


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Mô hình hoá kiểu lò xo cho quá trình cố kết.................................................. 12
Hình 1.6 Bơm hút nước trên bề mặt màn kín ................................................................ 18
Hình 2.1 Biểu đồ đo lún theo thời gian quan trắc ......................................................... 25
Hình 2.2 Biểu đồ xác định hệ số α và ß theo phương pháp Hyperbolic ....................... 26
Hình 2.3 Biểu đò quan hệ độ lún St = f(t) (trích dẫn mục [13]) ................................... 26
Hình 2.4 Biểu đò quan hệ độ lún Si = f(Si-1) (trích dẫn mục [13]) .............................. 27
Hình 2.5 Sơ đồ tính ổn định trượt theo phương pháp Bishop ....................................... 28
Hình 2.6 Sơ đồ xác định Nc theo phương pháp Mandle- Salencon............................... 29
Hình 2.7 Sơ đồ tính toán ổn định trượt khi có vải địa kỹ thuật gia cường .................... 30
Hình 3.6 Sơ đồ đào một phần đất yếu ........................................................................... 46
Hình 3.7 Sơ đồ bố trí vải địa kỹ thuật ........................................................................... 48
Hình 3.8 Sơ đồ cắm bấc thấm ....................................................................................... 49
Hình 3.9 Biểu đồ độ lún theo thời gian sau xử lý ......................................................... 65
Hình 3.10 Biểu đồ kiểm tra ổn định sau xử lý .............................................................. 68
Hình 3.11 Biểu đồ đo lún tại km 19+080 ...................................................................... 69
Hình 4.1 Sơ đồ trình tự giải bài toán bấc thấm + cố kết chân không + đắp GĐ ........... 76
Hình 4.2 Mô hình bài toán ............................................................................................ 78

Hình 4.3 Mô hình khai báo đầy đủ ............................................................................... 80
Hình 4.4 Sơ đồ gia tải đắp ............................................................................................. 81
Hình 4.5 Đường đẳng chuyển vị theo phương Y giai đoạn1 ....................................... 82
Hình 4.6 Đường đẳng chuyển vị theo phương Y giai đoạn 2 ...................................... 83
Hình 4.7 Đường đẳng chuyển vị theo phương Y giai đoạn 3 ...................................... 83
Hình 4.8 Đường đẳng chuyển vị theo phương Y giai đoạn 4 ....................................... 83
Hình 4.9 Đường đẳng chuyển vị theo phương Y giai đoạn 5 ....................................... 84
Hình 4.10 Biểu đồ quan hệ độ lún Si = f(si-1) .............................................................. 85
Hình 4.11 Biểu độ độ lún theo thời gian tại tim đường ................................................ 87

vi


DANH MỤC BẢNG B

Bảng 1. 1 Đánh giá các phương pháp xử lý nền đất yếu ...............................................10
Bảng 2. 1 Phần độ lún cố kết cho phép còn lại ΔS tại trục tim của nền đường sau khi
hoàn thành công trình ....................................................................................................33
Bảng 3. 1 Thông số đất nền tính toán xử lý...................................................................36
Bảng 3. 2 Bảng tính toán lún tại tim đường ..................................................................41
Bảng 3. 3 Bảng tính toán lún tại lề đường B .................................................................42
Bảng 3. 4 Bảng tính lún tại chân taluy ..........................................................................43
Bảng 3. 5 Bảng tổng hợp kết quả tính lún tại các vị trí của nền đường ........................44
Bảng 3. 6 Bảng xác định độ cố kết theo khoảng cách ...................................................53
Bảng 3. 7 Bảng thông số bấc thấm ................................................................................54
Bảng 3. 8 Thông số cố kết tính toán ..............................................................................54
Bảng 3. 9 Bảng tổng hợp độ cố kết theo thời gian ........................................................59
Bảng 3. 10 Kết quả tính lún tại giai đoạn 1 ...................................................................60
Bảng 3. 11 Bảng kết quả tính lún giai đoạn 2 (áp lực tính toán 6.5 T/m2) ....................61
Bảng 3. 12 Bảng kết quả tính lún giai đoạn 3 ...............................................................62

Bảng 3. 13 Bảng kết quả tính lún giai đoạn 4 ...............................................................63
Bảng 3. 14 Bảng kết quả tính lún giai đoạn 5 ...............................................................64
Bảng 4. 1 Kết quả tính độ lún theo giai đoạn đắp ........................................................82
Bảng 4. 2 Số liệu quan trắc lún theo khoảng theo thời gian ∆t....................................84
Bảng 4. 3 Số liệu quan trắc lún tại km 19 +080 ...........................................................86

vii


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
NLR: Nước lỗ rỗng
PTHH: Phần tử hữu hạn
CBGH: Cân Bằng giới hạn
LEM: Limit Equilibrium Methods
MVC – Menard Vacuum Consolidation
HVDM: High Vacuum Consolidation Method
TCVN: Tiêu chuẩn việt nam
TCN: Tiêu chuẩn ngành

viii


PHỤ LỤC
Phục lục 1: Bảng tính lún
Phục lục 2: Kiểm tra ổn định trượt
Phục lục 3: Số liệu quan trắc lún
Phục lục 3.1: Số liệu bàn đo lún
Phục lục 3.2: Nhật ký quan trắc áp lực chân không

ix

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Đồng bằng sông Cửu Long được thành tạo bởi các bồi tích trẻ với các lớp đất yếu có
chiều dày lớn. Khi xây dựng công trình nói chung và đường giao thông nói riêng việc
xử lý nền và các sự cố để đảm bảo được kinh phí, nên dùng nhiều giải pháp xử lý nền
khác nhau. Đoạn đường Cao lãnh – Vàm Cống với địa tầng có chiều dày lớp đất yếu
lớn, để đảm bảo về kinh tế, kỹ thuật, việc nghiên cứu xử lý đất yếu nền đường bằng
bấc thấm kết hợp với cố kết hút chân không đoạn từ km 18+000 ÷ 19+277 đoạn nối
Cao lãnh Vàm Cống là cấp thiết, có ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn.
Đoạn đường này kết nối Cao Lãnh Vàm Cống, tuyến đi mới qua khu đất nông nghiệp
và giáp khu dân cư địa phận Cão Lãnh. Khu vực tuyến đi qua có dạng địa mạo trầm
tích do quá trình bồi tích – lũ tích trong Kỷ Đệ Tứ tạo thành vùng đầm lầy tích tụ phù
sa, chịu ảnh hưởng của mực nước trong các sông lớn khi thủy triều lên. Số liệu khảo
sát địa chất công trình dọc tuyến cho thấy khu vực dự kiến xây dựng có điều kiện địa
chất không đồng nhất. Các lớp đất yếu nằm gần ngay bề mặt, phân bố trên toàn tuyến
với chiều dày biến đổi. Do vậy, việc xây dựng tuyến đường phải có các biện pháp xử
lý nền đất yếu mới đảm bảo các điều kiện ổn định, điều kiện khai thác bình thường và
bền vững của tuyến đường.
Hiện nay, có nhiều giải pháp xử lý nền đất yếu, nhưng lựa chọn giải pháp xử lý phù
hợp phải được dựa trên sự phân tích, so sánh, đánh giá đặc điểm cấu trúc địa chất với
quy mô và các yêu cầu kỹ thuật đặt ra cho công trình. Tuy nhiên, với chiều dài tuyến
lớn, khối lượng tính toán nhiều, do đó cần phải phân chia đoạn dựa trên cấu trúc nền
địa chất, lựa chọn mặt cắt tính toán hợp lý đối với đặc điểm cấu trúc địa chất và quy
mô, tải trọng công trình. Với đặc điểm cấu trúc nền đất yếu dày, thời gian thi công gấp
việc sử dụng biện pháp xử lý nền đường đất yếu bằng bấc thấm kết hợp gia tải cố kết
hút chân không là một biện pháp hợp lý.
Do đó, đề tài “Nghiên cứu xử lý đất yếu nền đường bằng bấc thấm kết hợp cố kết hút

chân không đoạn từ km 18+000 ÷ 19 + 277 đoạn nối cao lãnh Vàm Cống” có tính
cấp thiết và ý nghĩa thực tiễn quan trọng.
1


2. Mục đích nghiên cứu
- Phân tích các phương án xử lý nền, đề xuất phương án bấc thấm kết hợp với cố kết
hút chân không và đánh giá điều kiện áp dụng, mức độ tin cậy trong tính toán.
- Làm tài liệu tham khảo cho các công trình tương tự.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu giải pháp xử lý nền đường bằng bấc thấm kết hợp với cố kết
hút chân không;
- Phạm vi nghiên cứu đoạn tuyến từ km 18+ 00 ÷ 19+277 đoạn nối Cao Lãnh Vàm
Cống;
4. Nội dung nghiên cứu
- Đánh giá được tổng quan về đất yếu và các giải pháp xử lý, xây dựng công trình trên
nền đất yếu.
- Tổng quan chung về đất yếu và phương pháp xây dựng công trình trên nền đất yếu.
- Phân tích giải pháp xử lý nền bằng bấc thấm kết hợp với cố kết chân không và gia
tải.
- Tính toán, xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm gia tải cố kết hút chân không và gia tải
trên đoạn tuyến km 18+ 00 ÷ 19+277.
- Phân tích mô hình tính toán của các phần mềm địa kỹ thuật
- Đánh giá kết quả tính toán của các phần mềm qua số liệu quan trắc
Nội dung nghiên cứu được tác giả phân tích đánh giá trên sơ đồ khối được thể hiện
như sau:
5. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp thu thập và tổng hợp tài liệu (Chương 1);
- Phương pháp địa chất (Chương 2);
- Phương pháp phân tích hệ thống (Chương 3);

2


- Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm trên kết quả quan trắc (Chương 4);
- Mô hình tính toán bằng phần mềm Geostudio 2012 (Chương 4).
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
- Kết quả của đề tài nghiên cứu góp phần bổ sung cho các tài liệu tham khảo khi thiết
kế, xây dựng cho các công trình tương tự.
- Xây dựng cơ sở lựa chọn thiết kế xử lý nền đất yếu thích hợp về kỹ thuật và kinh tế
cho đoạn tuyến đường này.
7. Cấu trúc của luận văn
Cấu trúc của luận văn bao gồm 04 chương, tổng cộng 90 trang, 63 hình vẽ và ảnh chụp
tư liệu; 18 bảng biểu; 02 phụ lục tính toán.
Luận văn gồm các chương sau:
Chương 1: Tổng quan về đất yếu và phương pháp xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm kết
hợp với cố kết hút chân không
Chương 2: Cơ sở lý thuyết tính toán xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm kết hợp với cố
kết hút chân không.
Chương 3: Tính toán thiết kế giải pháp xử lý nền đường bằng bấc thấm kết hợp với cố
kết hút chân không.
Chương 4: Chuyên đề kỹ thuật tính toán độ lún và ổn định của nền đường bằng phần
mềm địa kỹ thuật.
Kết luận và kiến nghị.
Tài liệu Tham khảo.

3


CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐẤT YẾU VÀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ

NỀN ĐẤT YẾU BẰNG BẤC THẤM KẾT HỢP VỚI CỐ KẾT HÚT CHÂN
KHÔNG
1.1 Tổng quát về đất yếu và nền đất yếu
1.1.1 Khái niệm về đất yếu
- Khái niệm “Đất yếu” là một khái niệm được sử dụng khá rộng rãi trong xây dựng, có
nhiều định nghĩa khác nhau về đất yếu, nhưng hiện nay tồn tại các quan điểm chính
đưa ra định nghĩa về đất yếu dựa vào định tính, định lượng và nguồn gốc.
1.1.1.1 Khái niệm đất yếu bằng định tính
Đất yếu là loại đất mà bản thân nó không đủ khả năng tiếp thu tải trọng của công trình
bên trên như các công trình nhà cửa, đường xá, đê đập…, loại đất khi sử dụng cho mục
đích xây dựng đều phải xử lý kỹ thuật mới đảm bảo được các điều kiện ổn định. Đất
yếu là loại đất có sức chịu tải kém (nhỏ hơn 0,5 – 1,0 kG/cm2), dễ bị phá hoại, biến
dạng dưới tác dụng của tải trọng công trình dựa trên những số liệu về cơ lý cụ thể.
Khái niệm này được thế giới chấp nhận và có cơ sở khoa học.
+ Dựa vào chỉ tiêu vật lý, đất được gọi là yếu khi (theo tiêu chuẩn 22TCN 262:2000)
[12]:
- Dung trọng: γW ≤ 1,7 T/m3;
- Hệ số rỗng: e ≥ 1;
- Độ ẩm: W ≥ 40%;
- Độ bão hòa: G ≥ 0,8;
+ Dựa vào các chỉ tiêu cơ học:
- Modun biến dạng: E0 ≤ 50 kG/cm2;
- Hệ số nén : a ≥ 0,01 cm2/kG;

4


- Góc ma sát trong: ϕ ≤ 100
- Lực dính (đối với đất dính): c ≤ 0,1 kG/cm2;
- Lực dính theo kết quả cắt nhanh không thoát nước c < 0.15 kG/cm2;

- Lực dính theo kết quả cắt cánh tại hiện trường Cu < 0.35 kG/cm2;
- Sức chống mũi xuyên qc < 1 kG/cm2;
- Chỉ số xuyên tiêu chuẩn (SPT) là N30 < 5;
1.1.1.2 Khái niệm đất yếu bằng định lượng
Khái niệm về đất yếu đã được đề cập trong các tiêu chuẩn xây dựng, cụ thể như sau:
Theo tiêu chuẩn TCVN 9355:2012 [13]: đất yếu là loại đất phải xử lý, gia cố mới có
thể làm nền móng cho công trình. Các loại đất yếu thường gặp là bùn, đất loại sét (sét,
sét pha, cát pha) ở trạng thái dẻo chảy.
Theo tiêu chuẩn 22TCN 262:2000 [12] đưa ra các tiêu chuẩn nhận biết đất yếu như
sau:
- Theo nguyên nhân hình thành, đất yếu có nguồn gốc khoáng vật hoặc nguồn gốc hữu cơ:
+ Loại có nguồn gốc khoáng vật thường là sét hoặc sét pha trầm tích trong nước ở ven
biển, vũng vịnh, đầm hồ, đồng bằng tam giác châu; loại này có thể lẫn hữu cơ trong
quá trình trầm tích (hàm lượng hữu cơ có thể tới 10 - 12%) nên có mầu nâu đen, xám
đen, có mùi. Đối với loại này, được xác định là đất yếu nếu ở trạng thái tự nhiên, độ
ẩm của chúng gần bằng hoặc cao hơn giới hạn chảy, hệ số rỗng lớn (sét e ≥ 1,5; sét
pha e ≥ 1,0; cát pha e ≥ 0,9), lực dính theo kết quả cắt nhanh không thoát nước c ≤
0,15 daN/cm2, góc nội ma sát φ từ 0 -100 hoặc lực dính theo kết quả cắt cánh hiện
trường cu < 0,35 daN/cm2. Ngoài ra ở các vùng thung lũng còn có thể hình thành đất
yếu dạng bùn cát, bùn cát mịn (hệ số rỗng e >1,0 độ bão hoà G > 0,8).
+ Loại có nguồn gốc hữu cơ thường hình thành từ đầm lầy, nơi nước tích đọng thường
xuyên, mực nước ngầm cao, tại đây các loài thực vật phát triển, thối rữa và phân huỷ,
tạo ra các vật lắng hữu cơ lẫn với các trầm tích khoáng vật. Loại này thường gọi là đất

5


đầm lầy than bùn, hàm lượng hữu cơ chiếm tới 20 - 80%, thường có màu đen hay nâu
xẫm, cấu trúc không mịn (vì lẫn các tàn dư thực vật). Đất yếu đầm lầy còn được phân
theo tỷ lệ lượng hữu cơ chứa trong chúng:

Lượng hữu cơ từ 20-30% : đất nhiễm than bùn
Lượng hữu cơ từ 30-60%: đất than bùn
Lượng hữu cơ từ 60-80%: than bùn
Thực tế hiện nay, khi mà tính toán nền móng công trình tuân theo hai trạng thái giới
hạn, đánh giá đối với xây dựng, đất có sức chịu tải quy ước R ≤ 1,0 kG/cm2, mô đun
tổng biến dạng E0 ≤ 50,0 kG/cm2 không thỏa mãn điều kiện ổn định cho công trình
bình thường được xem là đất yếu. Ở nước ta, đất yếu phân bố chủ yếu ở vùng đồng
bằng, là các thành tạo trầm tích Đệ tứ, có nguồn gốc sông, hồ, đầm lầy,…Bao gồm các
loại đất sau: Đất loại sét (sét, sét pha, cát pha) trạng thái dẻo chảy, chảy; đất bùn; đất
than bùn (có hàm lượng hữu cơ >13%); cát chảy; đất có hàm lượng tạp chất hòa tan
muối clorua lớn hơn 5%, muối sunphat hoặc muối sunphat clorua lớn hơn 10% theo
trọng lượng; …
1.1.2 Khái niệm nền đất yếu
Nền đất yếu là khái niệm dùng để chỉ các nền đất mà khi xây dựng công trình thường
không đảm bảo các điều kiện ổn định theo các trạng thái giới hạn, phải xử lý kỹ thuật
mới đảm bảo các điều kiện ổn định. Để đánh giá ổn định, cần thiết phải nghiên cứu
phân chia cấu trúc nền, đánh giá theo các kiểu cấu trúc nền.
Khái niệm nền đất yếu, phải được xem xét trong mối quan hệ giữa các đặc điểm nền
đất tự nhiên với đặc điểm công trình xây dựng. Đó là tồn tại các lớp đất yếu trong
phạm vi nền hoặc liên quan đến đặc điểm làm việc, tính chất tải trọng tác dụng của
công trình, ... để làm sáng tỏ vai trò của đất yếu trong phạm vi nền nền cần tìm hiểu
khái niệm cấu trúc nền, đặc biệt là cấu trúc nền đất yếu.
Trên cơ sở cấu trúc nền địa chất nền đất yếu được hiểu là cấu trúc nền có liên quan
trực tiếp với các thành tạo đất yếu, nó có ý nghĩa quan trọng đến sự mất ổn định của
công trình. Các lớp đất khác có khả năng chịu lực cao hơn thường là vị trí lựa chọn tựa
cọc hay là giới hạn xử lý nền công trình.

6

1.2 Giải pháp xây dựng công trình trên đất yếu
1.2.1 Mục đích của công tác xử lý nền đất yếu
- Tăng sức chịu tải của nền đất;
- Tăng khả năng chống biến dạng của nền đất, thỏa mãn các trạng thái giới hạn của
nền và công trình;
- Giảm tính thấm nước cho đất, cải thiện một số tính chất cơ lý của đất nền yếu như:
giảm hệ số rỗng, tăng độ chặt, giảm tính nén lún, tăng trị số mođun biến dạng, tăng
cường độ chống cắt của đất,...
1.2.2 Cơ sở lý thuyết xây dựng công trình trên nền đất yếu
Để xây dựng công trình trên nền đất yếu thì phải có các biện pháp kỹ thuật để cải tạo
khả năng chịu lực của đất nền. Kỹ thuật cải tạo đất yếu cần thiết đưa ra các cơ sở lý
thuyết và phương pháp, công nghệ để cải thiện khả năng chịu tải của đất sao cho phù
hợp với yêu cầu của từng loại công trình khác nhau. Nền đất sau khi xử lý gọi là nền
nhân tạo.
Công tác xử lý nền đất yếu, lựa chọn giải pháp xử lý khi xây dựng công trình phụ
thuộc vào điều kiện như: đặc điểm quy mô, tải trọng và loại công trình, đặc điểm của
cấu trúc nền, thiết bị và điều kiện thi công, yêu cầu tiến độ... Với từng điều kiện cụ thể
mà người thiết kế đưa ra các giải pháp xử lý hợp lý riêng biệt hoặc kết hợp với nhau để
dự báo hiệu quả cao nhất.
1.2.3 Các giải pháp xây dựng công trình trên nền đất yếu
Khi xây dựng công trình trên cấu trúc nền đất yếu, có các biện pháp xử lý theo hướng
sau như sau:
- Các giải pháp xử lý về kết cấu công trình;
- Các giải pháp xử lý về móng;
- Các giải pháp xử lý nền.

7


1.3 Các nhóm giải pháp xử lý trên nền đất yếu

Tùy theo các hướng xử lý khác nhau các giải pháp xử lý nền có thể được xếp theo một
số nhóm chính như sau (tham khảo [1]):
1.3.1 Nhóm phương pháp cơ học
Phương pháp lu lèn, đầm, nén rất hiệu quả cho các loại đất có độ rỗng lớn, Ví dụ như
cát xốp. Tuy nhiên chúng chỉ có thể tăng độ chặt cho các lớp đất trên bề mặt với độ
sâu hiệu quả không lớn;
Phương pháp đóng các loại cọc vật liệu rời như cát, sỏi, đá dăm. Các loại cọc đóng này
ngoài việc nén chặt đất (giảm độ rỗng của đất) chúng còn tăng cường khả năng thoát
nước cho nền đất giúp tăng khả năng cố kết của nền đất. Sử dụng hiệu quả cho các loại
đất có lỗ rỗng lớn, các loại đất yếu như bùn cát, á sét, á cát. Sử dụng cọc vật liệu rời có
thể nén chặt đất cho cả các lớp đất yếu dưới sâu.
1.3.2 Nhóm phương pháp Vật lý
Gồm các phương pháp hạ thấp mực nước ngầm, phương pháp giếng cát, bấc thấm, điện
thấm … hoặc kết hợp bấc thấm kết hợp và gia tải trước, bấc thấm kết hợp hút chân
không.
1.3.3 Nhóm phương pháp thay đất
Nhóm phương pháp này dùng vật liệu có sức chịu tải tốt thay thế các lớp đất hoặc một
phần lớp đất yếu để tăng sức chịu tải của nền
1.3.4 Nhóm giải pháp khác
a) Nhóm phương pháp biến đổi cấu trúc đất nền bằng các biện pháp hóa – lý – sinh:
Gia cường đất bằng xi măng, bằng hóa chất, điện thấm, điện hóa, sử dụng cho các loại
đất như cát xốp, các loại đất có độ rỗng lớn, các loại đá nứt nẻ, các loại sét yếu, các
loại cát, á cát, á sét bão hòa nước. Thay thế lớp đất dưới đế móng bằng loại đất khác
tốt hơn: đây là một phương pháp ít được sử dụng. Để khắc phục vướng mắc do gặp lớp
đất yếu phân bố ngay dưới đáy móng, người ta thay một phần hoặc toàn bộ nền đất yếu

8


bằng lớp đất mới có tính bền cơ học cao, như làm gối cát, đệm cát. Phương pháp này

đòi hỏi kinh phí đầu tư lớn và thời gian thi công lâu dài.
b) Nhóm phương pháp lợi dụng thi công để xử lý nền: Điều chỉnh tiến độ thi công:
tăng tải dần hoặc xây dựng từng bộ phận công trình theo từng giai đoạn nhằm cải thiện
khả năng chịu lực của nền đất, cân bằng độ lún giữa các bộ phận của kết cấu công
trình. Đối với việc xử lý nền khối đắp (đê, đường, kho bãi, ...), yêu cầu xử lý với diện
tích rất lớn, yêu cầu độ lún dư không quá nghiêm ngặt như xử lý nền móng cho các
công trình xây dựng. Hiện nay, thường áp dụng các giải pháp xử lý như sau:
- Các giải pháp công nghệ tác động đến bản thân khối đắp, gồm:
+ Xây dựng nền đắp theo giai đoạn;
+ Xây dựng các bệ phản áp;
+ Đắp gia tải trước: tăng nhanh lún;
+ Giảm trọng lượng của khối đắp lên nền: đắp bằng vật liệu nhẹ (polyetylen nở, lốp
xe,..), đặt thêm các cống trong thân nền đắp;
+ Tăng cường ổn định cho nền đắp bằng cách bố trí các lớp vải hoặc lưới địa kỹ thuật
ở đáy và thân khối đắp.
- Các giải pháp công nghệ tác động đến nền đất yếu dưới khối đắp:
+ Thay thế toàn bộ hay một phần đất yếu bằng vật liệu đắp có tính chất xây dựng tốt
+ Bố trí các hệ thống thoát nước thẳng đứng: bấc thấm, giếng cát
+ Bơm hút chân không
+ Cột balat, cọc cát
+ Cọc xi măng đất
+ Cọc đóng vào nền đất yếu
1.3.5 Đánh giá các giải pháp xử lý nền đất yếu
Để lựa chọn được giải pháp xử lý nền thích hợp cho công trình chúng ta cần đánh giá
được nội dung , tác dụng, phạm vi áp dụng của phương pháp. Tác giả đưa ra bảng 1-1

9


đánh giá chung cho các phương pháp xử lý nền đất yếu được áp dụng phổ biến như

sau:
Bảng 1. 1 Đánh giá các phương pháp xử lý nền đất yếu
TT

1

2

3

4

5

6

7

P Pháp

Nội dung

Tác dụng

Xử lý nền Đào bỏ lớp đất yếu, thay Tăng khả năng chịu
bằng
đệm thế bằng cát hạt trung, hạt tải của nền, tăng ổn
cát
thô và đầm chặt
định của công trình,

giảm chiều sâu chôn
móng nên giảm khối
lượng vật liệu làm
móng
Đầm
chặt Đầm chặt lớp đất mặt bằng Tăng cường độ, sức
đất
đầm rung hoặc bằng các chịu tải, giảm tính
(cố
kết khối
nặng nén lún của đất nền
động)
10-15T
Gia tải nén Chất tải trọng (gạch, đá, Tăng sức chịu tải của
trước
cát sỏi..) bằng hoặc lớn đất nền, tăng nhanh
hơn
tải
trọng cố kết và ổn định lún
TK
Xử lý nền Cọc cát đường kính 30- Thoát nước, tăng
bằng
cọc 40cm
được
đóng nhanh cố kết, tăng
cát
bằng công nghệ rung ống cường độ của nền
ống chống để chiếm đất, cọc cát (cọc cát và
đổ
đầy

cát đất giữa các cọc)
và rung để đầm chặt
Xử lý nền Cho nước trong lỗ Tăng tốc độ cố kết,
bằng
rỗng của đất thấm giảm độ rỗng, tăng
bấc thấm
qua lớp vải địa kỹ dung trọng, tăng sức
thuật vào lõi chất dẻo, lõi chịu tải
này là đường tập trung và
dẫn
nước
thoát ra khỏi nền đất yếu
Gia cường Cọc tre, cọc tràm dài từ Tăng khả năng chịu
nền đất yếu 2,5-6m
được
đóng tải và giảm độ lún
bằng
cọc với
mật
độ
16-25 của đất nền
2
tre và cọc cọc/m
tràm
xử lý nền Tôi vôi hoặc phun xi măng Giảm độ ẩm (5-8%),
bằng
cọc - đất vào lỗ khoan với tỷ tăng lực dính (1,5-3
vôi và cọc xi lệ định trước
lần), tăng cường độ
măng đất

chịu tải

10

Phạm vi áp dụng

Lớp đất yếu có
chiều dày <3m,
không sử dụng khi
nền đất có MN
ngầm cao vì đệm cát
kém ổn định, hạ
MN ngầm tốn kém
Đất có lỗ rỗng lớn,
cát tơi, đất chưa nén
chặt
Cát pha bão hoà
nước, sét pha, bùn
sét, than bùn
Nền đất yếu dày hơn
3m, không dùng khi
đất quá nhão

Chiều dày lớp đất
yếu lớn, độ thấm
của nền đất nhỏ

Nền đất luôn ở trạng
thái ẩm ướt, công
trình có tải trọng

không lớn, không
dùng cho đất cát
Đất sét và sét pha
dẻo
nhão,
bùn


TT

P Pháp

8

Phương
pháp
cố
kết bằng hút
chân không

Nội dung

Tác dụng

Phạm vi áp dụng

Dùng công nghệ bơm hút Tăng tốc độ cố kết, Nền đất sét yếu
chân không tạo ra áp lực tăng sức chịu tải,
âm đẩy nước ra ngoài làm giảm tính nén lún
đất cố kết nhanh hơn

1.4 Sơ lược về phương pháp bấc thấm kết hợp với cố kết hút chân không và gia
tải
1.4.1 Sơ lược về lịch sử phát triển và đặc điểm của phương pháp cố kết hút chân hút
chân không
1.4.1.1 Lịch sử phát triển phướng pháp cố kết hút chân không
Phương pháp cố kết hút chân không là một trong những phương pháp gia cố nền đất
sét yếu bão hòa nước do Chủ tịch HĐQT Công ty cổ phần Cảng Loan Tân Hải - Từ Sĩ
Long phát minh và đã được Uỷ ban Khoa học Thượng Hải -Trung Quốc giám định đạt
Tiêu chuẩn tiên tiến quốc tế, hiện nay phương pháp này đang được nhiều quốc gia áp.
Năm 2008 công nghệ này bắt đầu được ứng dụng trong xử lý nền đất yếu tại Việt Nam
cho một số công trình Nhà máy khí điện đạm Cà Mau, nhà máy DAP, nhà máy sợi
Polyeste Đình Vũ, nhà máy điện chu trình hỗn hợp Nhơn Trạch II, Cảng Đình Vũ Hải
Phòng, dự án đường cao tốc Long Thành – Dầu Giây,… đã đạt hiệu quả cố kết trong
thời gian ngắn, đảm bảo tốt các yêu cầu kỹ thuật. Mới đây Viện khoa học và công
nghệ giao thông vận tải biên soạn tiêu chuẩn quốc gia TCVN 9842:2013 [13] “xử lý
nền đất yếu bằng phương pháp cố kết hút chân không có màng kín khí trong xây dựng
các công trình giao thông – thi công và nghiệm thu”.
1.4.1.2 Đặc điểm và nguyên lý của phương pháp cố kết hút chân không
Đặc điểm vượt trội của công nghệ hút chân không so với các phương pháp khác là tốc
độ nhanh, thời gian thi công ngắn (giảm 50%), chi phí thi công giảm (30%), chất
lượng tốt, thi công đảm bảo vệ sinh môi trường (Theo kết luận của các chuyên gia
Trung Quốc tại Hội thảo do Sở XD TP Hồ Chí Minh tổ chức năm 2009).

11


U0 = Pa
∆δ = Pa + ∆p – (U0 + ∆U) = ∆p -∆U

U0 = Pa
∆δ = Pa - (U0 + ∆U) = ∆U

(Hình a)

(Hình b)
Hình 1.1 Mô hình hoá kiểu lò xo cho quá trình cố kết

(a) Dưới tác động chất tải đơn thuần; (b) Dưới sự gia tải chân không
Nguyên lý làm cố kết trước cho nền đất yếu là đặt lên trên nền một tải trọng có giá trị
tương đương với tải trọng công trình để nước thoát ra khỏi các lỗ rỗng cho đến khi nền
đất được ổn định, sau đó dỡ tải. Để quá trình thoát nước xảy ra nhanh, người ta tạo
những biên thoát nước (cọc cát, bấc thấm), công nghệ này gọi là cố kết trước bằng
phương pháp thoát nước thẳng đứng. Phương pháp hút chân không thay thế cho phần
gia tải trong công nghệ cố kết tức là vẫn có cột thoát nước thẳng đứng (Trường hợp
cần thoát nước nhanh hơn vẫn sử dụng cả gia tải).
Phân tích áp lực trong quá trình hút chân không :

12


Hình 1.2 Sơ đồ phân tích nguyên lý cố kết hút chân không
Tại điểm A có độ sâu Z1+Z2 với cao trình Z2 ngang với cao trình mực nước ngầm, chịu
ứng suất tổng, áp lực nước và áp lực khí lỗ rỗng:
𝜎 = 𝑍1 × 𝛾𝑢𝑛𝑠𝑎𝑡 + 𝑍2 × 𝛾𝑠𝑎𝑡 + 𝑃𝑎

(1-1)

𝑢0 = ℎ × 𝛾𝑤 + 𝑃𝑎

(1-2)

𝜎𝑧′ = 𝜎 − 𝑢0 = 𝑍1 × 𝛾𝑢𝑛𝑠𝑎𝑡 + 𝑍2 × 𝛾𝑠𝑎𝑡 − ℎ × 𝛾𝑤

(1-3)

Ngay sau khi gia tải bằng chân không ứng suất tổng 𝜎 không thay đổi. Ứng suất hữu
hiệu trong suốt quá trình hút chân không bằng:
𝑢1 = ℎ × 𝛾𝑤 + 0

(1-4)

𝜎𝑧′ = 𝜎 − 𝑢1 = 𝑍1 × 𝛾𝑢𝑛𝑠𝑎𝑡 + 𝑍2 × 𝛾𝑠𝑎𝑡 − ℎ × 𝛾𝑤 + 𝑃𝑎

(1-5)

Như vậy giá trị tăng của ứng suất hữu hiệu đúng bằng độ lớn của áp suất khí quyển và
quá trình này được thực hiện trong pha nước nên mang tính đẳng hướng. Trong thực
tế, lực hút chân không tác dụng lên lỗ rỗng trong đất khó đạt đến giá trị Pa do tổn thất
áp suất, vùng đất nền xử lý không thể kín khí hoàn toàn,... Do vậy, tính đến hiệu suất
máy bơm là n thì :

13


∆𝜎 ′ = 𝑛 × 𝑃𝑎

(1-6)

1.4.2 Giới thiệu các công nghệ thi công

1.4.2.1 Công nghệ thi công có màng kín khí (phương pháp cố kết MVC – Menard
Vacuum Consolidation):
Công nghệ này được phát triển năm 1989 do hãng xây dựng Menard (Pháp) trên kết
quả nghiên cứu của giáo sư J.M. Cognon. Theo công nghệ này, sau khi thi công cắm
bấc thấm và rải lớp đệm cát phía trên sẽ lắp đặt các ống dẫn nước ngang vào hệ thống
tiêu thoát nước thẳng đứng. Sau đó, các ống dẫn nước ngang này nối với gờ của hào
dung dịch bentonite ở biên khu vực xử lý. Các hệ thống này được bao kín bằng màng
kín khí (thường là màng địa kỹ thuật geo-membrane) trên toàn bộ khu vực thi công
(hình 1.2 và hình 1.3). Theo công nghệ này, sau khi thi công cắm bấc thấm và rải lớp
đệm cát phía trên sẽ lắp đặt các ống dẫn nước ngang vào hệ thống tiêu thoát nước
thẳng đứng. Sau đó, các ống dẫn nước ngang này nối với gờ của hào dung dịch
bentonite ở biên khu vực xử lý. Các hệ thống này được bao kín bằng màng kín khí
(thường là màng địa kỹ thuật geo-membrane) trên toàn bộ khu vực thi công.

Hình 1.3 Sơ đồ công nghệ phương pháp MVC

14


Hình 1.4 Màng địa kỹ thuật
Trong quá trình bơm hút, mực nước ngầm hạ xuống và không khí cũng được rút ra, tạo
một vùng áp suất nhỏ hơn áp suất khí quyển trong lớp đất gia tải nằm dưới màng, từ đó
hình thành một gia tải phụ do sự chênh lệch về áp suất không khí ở trên và dưới màng
kín khí. Phương pháp này luôn đòi hỏi trong quá trình thi công và bơm hút phải đảm
bảo sự kín khí của lớp màng, nếu không nên chỉ hiệu quả khi xử lý cho diện tích
không lớn. Trình tự thi công của phương pháp này gồm 06 bước chính:
- Bước 1: Thi công lớp thoát nước nằm ngang (lớp cát thô).
- Bước 2: Thi công cắm bấc thấm.
- Bước 3: Lắp hệ thống hút chân không gồm ống hút chân không, ống thoát nước dọc,
ống thoát nước ngang, các thiết bị quan trắc.

- Bước 4: Lắp đặt lớp màng kín.
- Bước 5: Bơm hút chân không, phân tích xử lý kết quả quan trắc.
- Bước 6: Đắp cát bù lún.
1.4.2.2 Công nghệ thi công không có màng kín khí (phương pháp Beaudrain)
Nguyên tắc của công nghệ thi công không có màng kín khí dựa trên việc đơn giản hóa
phương pháp MVC bằng cách bỏ đi màng kín khí. Thay vào đó, nhóm phương pháp
này yêu cầu đắp lớp gia tải cao hơn để bù đắp sự thiếu hụt về áp lực gia tải; bấc thấm
15