Nghiên cứu giải pháp kỹ thuật xử lý hố móng trong điều kiện nền cát và mực nước ngầm cao, áp dụng cho dự án cải tạo sông tích

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

NGUYỄN HỮU HOÀN

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP KỸ THUẬT XỬ LÝ HỐ MÓNG
TRONG ĐIỀU KIỆN NỀN CÁT VÀ MỰC NƯỚC NGẦM CAO,
ÁP DỤNG CHO CƠNG TRÌNH CẢI TẠO LỊNG DẪN SƠNG TÍCH

LUẬN VĂN THẠC SĨ

HÀ NỘI - 2014


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

NGUYỄN HỮU HOÀN

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP KỸ THUẬT XỬ LÝ HỐ MÓNG
TRONG ĐIỀU KIỆN NỀN CÁT VÀ MỰC NƯỚC NGẦM CAO,
ÁP DỤNG CHO CƠNG TRÌNH CẢI TẠO LỊNG DẪN SƠNG TÍCH

Chun ngành: Xây dựng cơng trình thủy
Mã số: 60.58.02.02

LUẬN VĂN THẠC SĨ
Người hướng dẫn: PGS.TS NGUYỄN HỮU HUẾ

Hà Nội - 2014


LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình thực hiện luận văn “Nghiên cứu giải pháp kỹ thuật xử lý hố
móng trong điều kiện nền cát và mực nước ngầm cao, áp dụng cho dự án cải tạo
sơng Tích” học viên đã nhận được sự giúp đỡ của các thầy, cô giáo trường Đại
Học Thủy Lợi, đặc biệt là sự hướng dẫn trực tiếp của PGS.TS Nguyễn Hữu Huế.
Đến nay tơi đã hồn thành luận văn thạc sĩ theo đúng kế hoạch đã đề ra.
Mong muốn của học viên là góp phần nhỏ bé vào việc nghiên cứu đưa giải
pháp xử lý hố móng trong điều kiện địa chất yếu mà cụ thể là nền cát và mực
nước ngầm cao. Tuy nhiên vì sự hiểu biết của bản thân và thời gian thực hiện
luận văn có hạn nên nội dung của luận văn khơng tránh khỏi những thiếu sót.
Rất mong nhận được những ý kiến đóng góp, chỉ bảo của các thầy, cơ để nâng
cao sự hiểu biết và có điều kiện phát triển thêm nội dung nghiên cứu của luận
văn sau này.
Học viên xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đến PGS.TS Nguyễn Hữu Huế,
người đã trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo tận tình, cung cấp các kiến thức khoa học
cho tôi trong suốt thời gian qua. Qua đây tôi gửi lời cảm ơn chân thành đến các
thầy, cô giáo trong trường Đại học Thủy Lợi, các bạn bè, đồng nghiệp đã giúp
đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi để tơi hồn thành luận văn Thạc sĩ này.
Hà nội, ngày…….tháng…….. năm 2014
Học viên

Nguyễn Hữu Hoàn

LỜI CAM ĐOAN
Tơi là Nguyễn Hữu Hồn, học viên cao học lớp 20C21 - Trường Đại học
Thủy lợi.
Tôi là tác giả của bài luận văn này, tôi xin cam đoan đây là cơng trình
nghiên cứu của riêng tơi. Các nội dung và kết quả nghiên cứu là trung thực, chưa
từng được cơng bố trong bất kỳ cơng trình nào khác.
Tác giả

Nguyễn Hữu Hoàn


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .............................................................................................................................. 1
1. Tính cấp thiết của đề tài............................................................................................... 1
2. Mục đích của đề tài ...................................................................................................... 2
3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu ............................................................... 2
4. Kết quả dự kiến đạt được ............................................................................................ 2
5. Nội dung của luận văn ................................................................................................. 3
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÁC GIẢI PHÁP KỸ THUẬT THI CƠNG
CƠNG TRÌNH TRÊN NỀN ĐẤT YẾU .......................................................................... 4
1.1. Nền đất yếu và đặc điểm cơ bản của nền đất yếu..................................................... 4
1.2. Các giải pháp kỹ thuật thi cơng cơng trình trên nền đất yếu. ................................. 6
1.3. Phân tích đánh giá các sự cố hố móng cơng trình trong điều kiện nền yếu ........ 13
CHƯƠNG 2. CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ HỐ MÓNG TRONG ĐIỀU KIỆN NỀN
CÁT VÀ MỰC NƯỚC NGẦM CAO ............................................................................ 18
2.1. Hố móng và các phương pháp thi cơng hố móng................................................... 18
2.2. Các giải pháp cơng nghệ xử lý hố móng trong điều kiện địa chất yếu. ............... 23
2.3. Nghiên cứu giải pháp tường cọc ván thép giữ ổn định mái đào trong điều kiện
nền cát và mực nước ngầm cao. ...................................................................................... 42

CHƯƠNG 3. ỨNG DỤNG GIẢI PHÁP ĐƯỢC CHỌN CHO DỰ ÁN CẢI TẠO
LỊNG DẪN SƠNG TÍCH ............................................................................................... 55
3.1. Giới thiệu về dự án cải tạo lịng dẫn sơng Tích ...................................................... 55
3.2. Nghiên cứu lựa chọn giải pháp kết cấu cho đoạn kênh bê tơng kênh từ
K0÷K2+700 thuộc dự án sơng Tích. ............................................................................... 61
3.3. Đánh giá biện pháp thi cơng hố móng sâu .............................................................. 77


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1. 1 Sơ đồ bố trí khe lún ................................................................................... 7
Hình 1. 2 Thay đổi chiều sâu và kích thước móng ......................................................... 8
Hình 1. 2 Xử lý nền bằng phương pháp đệm cát ...................................................... 9
Hình 1. 3 Cọc bê tơng xử lý nền trạm bơm tiêu Bình Phú – Hà Nội ........................ 10
Hình 1. 3 Thi cơng xử lý nền bằng bấc thấm nhà máy xơ sợi Đình Vũ .................... 12
Hình 1. 4 Cát chảy vào hố móng cơng trình và biện pháp xử lý ................................. 15
Hình 1. 5 Xói ngầm tại đập Tắc Giang .......................................................................... 15
Hình 2. 1 Các bước thi cơng Top-Down ...................................................................... 20
Hình 2. 2 Thi cơng hố móng sâu theo phương thức đào mở ...................................... 21
Hình 2. 3 Thi cơng hố móng khơng có chắn giữ ......................................................... 21
Hình 2. 4 Chắn giữ vách hồ đào bằng cọc ván thép .................................................... 22
Hình 2. 5 Thi công cọc xi măng đất dự án nâng cấp sân bay Cát Bi – Hải Phịng . 26
Hình 2. 6 Cọc xi măng đất được đào lên ...................................................................... 26
Hình 2. 7 Các loại chắn giữ bằng cọc hàng .................................................................. 27
Hình 2. 8 Cọc ván thép bảo vệ hố móng dự án kênh La Khê – Hà Nội ................... 28
Hình 2. 9 Bảo vệ hố móng bằng cừ bê tơng cốt thép .................................................. 29
Hình 2. 10 Thi cơng tường trong đất ............................................................................ 31
Hình 2. 11 Cấu tạo neo trong đất ................................................................................. 33
Hình 2. 12 Tường neo cọc ván thép ............................................................................. 34
Hình 2. 13 Kết hợp neo và cọc xi măng đất bảo vệ hố móng chợ Đà Lạt .............. 34
Hình 2. 14 Phương pháp tháo nước nằm ngang ......................................................... 36

Hình 2. 15 Hình dạng cọc ván thép ............................................................................. 43


Hình 2. 16 Chống giữ thanh nén 1 nhịp ...................................................................... 47
Hình 2. 17 Chống giữ kiểu thanh nén nhiều nhịp ...................................................... 48
Hình 2. 18 Neo giữ bằng khối bê tơng ....................................................................... 48
Hình 2. 19 Neo giữ bằng hàng cừ phụ ......................................................................... 49
Hình 2. 20 Neo giữ bằng thanh neo trong đất .............................................................. 49
Hình 2. 21 Sơ đồ tính theo phương pháp cân bằng tĩnh cho tường có neo .............. 50
Hình 2. 22 Phương pháp đường đàn hồi ...................................................................... 52
Hình 2. 23 Quy luật biến đổi của hệ số nền ................................................................ 53
Hình 3. 1 Hệ văng chống gia cường cho hàng cừ thép ............................................... 63
Hình 3. 2 Chuyển vị của hố móng U = 8,76cm ........................................................... 64
Hình 3. 3 Hệ số ổn định hố móng ................................................................................. 65
Hình 3. 4 Chuyển vị hố móng U = 8,83cm .................................................................. 65
Hình 3. 5 Hệ số ổn định hố móng ................................................................................. 66
Hình 3. 6 Nội lực trong thanh neo ................................................................................. 66
DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 3.1 Các thơng số kỹ thuật chủ yếu của lịng dẫn sơng Tích .............................. 56
Bảng 3.2 Chỉ tiêu cơ lý của đất nền lịng dẫn sơng Tích ............................................. 61
Bảng 3.3 Kết quả tính tốn chuyển vị và ổn định hố móng ........................................ 67
Bảng 3.4 Kết quả tính tốn nội lực trong tường cừ ...................................................... 67
Bảng 3.5 Đơn giá chi tiết cho từng phương án ............................................................. 68
Bảng 3.6 Chi phí lắp dựng cho các phương án ............................................................. 76


1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài

Trong q trình thi cơng cơng trình xây dựng cơng tác hố móng là công việc
quan trọng và chiếm nhiều thời gian. Công tác hố móng phụ thuộc rất nhiều vào
điều kiện địa chất cũng như địa chất thủy văn của khu vực xây dựng. Từ đó dẫn đến
hàng loạt kiểu hố móng sâu khác nhau mà để thực hiện chúng cần có những biện
pháp chắn giữ để bảo vệ thành vách hố và cơng nghệ thi cơng thích hợp về mặt kỹ
thuật – kinh tế cũng như đảm bảo an toàn về môi trường và không gây ảnh hưởng
xấu đến các công trình lân cận.
Sự cố thi cơng hố đào móng cơng trình ln song hành với việc lựa chọn giải
pháp thi cơng hố đào khơng thích hợp với điều kiện địa chất - thuỷ văn cơng trình.
Sự chuyển dịch đất nền quanh hố đào có thể xảy ra ngay trong quá trình đào móng
hay sau thời gian hố đào đã lấp đất. Đây là vấn đề khó tránh khỏi, một khi nhà thầu
kém năng lực, ít kinh nghiệm, hoặc thiếu thơng tin tin cậy về số liệu khảo sát. Vấn
đề đào hố ln ln là chủ đề thời sự, nó tiềm ẩn trong nghề và nghiệp của một kỹ
sư xây dựng nền móng cơng trình.

Hình ảnh gia cố hố đào tại một cơng trình trong thành phố Hồ Chí Minh


2
Hiện nay cùng với sự phát triển của khoa học cơng nghệ, đã có rất nhiều biện
pháp bảo vệ thành vách hố móng, gia cố nền móng được đưa ra và áp dụng thành
công trong thực tế. Tiêu biểu như hệ thống cọc xi măng đất, công nghệ khoan phụt
Jet-Grouting, cừ thép… Trên thực tế có những cơng trình có hố móng đặt sâu vào
tầng cát mịn có hệ số thấm lớn nên cơng tác hố móng trở nên khá phức tạp, do đó
việc nghiên cứu đề xuất biện pháp thi cơng phù hợp với đặc thù cơng trình và điều
kiện địa chất nhằm tiết kiệm chi phí, đẩy nhanh tiến độ thi cơng, đảm bảo an tồn
lao động… là hết sức quan trọng và cần thiết. Vì vậy đề tài “Nghiên cứu giải pháp
kỹ thuật xử lý hố móng trong điều kiện nền cát và mực nước ngầm cao, áp dụng cho
cơng trình cải tạo lịng dẫn sơng Tích” là một hướng nghiên cứu mới về lĩnh vực xử
lý hố móng trong điều kiện nền cát và mực nước ngầm cao.

2. Mục đích của đề tài
Nghiên cứu các giải pháp kỹ thuật xử lý hố móng trong điều kiện nền cát và
mực nước ngầm cao.
3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
Luận văn chủ yếu sử dụng kết hợp các phương pháp:
– Phương pháp nghiên cứu lý thuyết;
– Phương pháp quan sát trực tiếp;
– Phương pháp kế thừa những kết quả đã tổng kết, nghiên cứu.
4. Kết quả dự kiến đạt được
– Phân tích các phương pháp xử lý hố móng trong điều kiện địa chất nền yếu
– Đề xuất biện pháp thi cơng cho hố móng trong điều kiện nền cát và mực
nước ngầm cao. Áp dụng tính tốn cho dự án tiếp nước Sơng Tích


3
5. Nội dung của luận văn
Ngoài phần mở đầu khẳng định tính cấp thiết của đề tài, các mục tiêu cần đạt
được khi thực hiện đề tài, các cách tiếp cận và phương pháp thực hiện để đạt được
các mục tiêu đó. Luận văn gồm 3 chương chính, phụ lục và danh mục tài liệu tham
khảo.


4
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÁC GIẢI PHÁP KỸ THUẬT THI CƠNG
CƠNG TRÌNH TRÊN NỀN ĐẤT YẾU
1.1.

Nền đất yếu và đặc điểm cơ bản của nền đất yếu

1.1.1. Nền đất yếu

Nền đất yếu là nền đất không đủ sức chịu tải, không đủ độ bền và biến dạng
nhiều, do vậy khơng thể làm nền thiên nhiên cho cơng trình xây dựng [1]. Khi xây
dựng các cơng trình dân dụng, cầu đường, thường gặp các loại nền đất yếu, tùy
thuộc vào tính chất của lớp đất yếu, đặc điểm cấu tạo của cơng trình mà người ta
dùng phương pháp xử lý nền móng cho phù hợp để tăng sức chịu tải của nền đất,
giảm độ lún, đảm bảo điều kiện khai thác bình thường cho cơng trình. Trong thực tế
xây dựng, có rất nhiều cơng trình bị lún, sập hư hỏng khi xây dựng trên nền đất yếu
do khơng có những biện pháp xử lý phù hợp, khơng đánh giá chính xác được các
tính chất cơ lý của nền đất. Do vậy việc đánh giá chính xác và chặt chẽ các tính chất
cơ lý của nền đất yếu (chủ yếu bằng các thí nghiệm trong phịng và hiện trường) để
làm cơ sở và đề ra các giải pháp xử lý nền móng phù hợp là một vấn đề hết sức khó
khăn, nó địi hỏi sự kết hợp chặt chẽ giữa kiến thức khoa học và kinh nghiệm thực
tế để giải quyết, giảm được tối đa các sự cố, hư hỏng công trình khi xây dựng trên
nền đất yếu.
Nền đất yếu có một số đặc điểm chung như sau [1]:
– Khả năng chịu lực vào khoảng 0,5 – 1 kG/cm2.
– Đất có tính nén lún lớn ( a > 0,1 cm2/kG);
– Hệ sô rỗng e lớn (e > 1,0);
– Độ sệt lớn ( B > 1);
– Mo đun biến dạng bé (E < 50kG/cm2);
– Khả năng chống cắt (ϕ, c) nhỏ;
– Hàm lượng nước trong đất cao, độ bão hòa nước G > 0,8, dung trọng nhỏ;


5
1.1.2. Đặc điểm của một số loại đất yếu
Trong thực tế xây dựng, chúng ta thường gặp một số loại đất yếu sau: Đất sét
yếu; đất cát yếu; than bùn và đất than bùn [1].
1.1.2.1.

Đất sét yếu

Đặc điểm biến dạng:
Tính chất biến dạng của đất sét yếu do bản chất mối liên kết giữa các hạt của
chúng quyết định. Có thể chia biến dạng của đất sét yếu ra các loại sau đây:
+ Biến dạng khôi phục, gồm biến dạng đàn hồi và biến dạng cấu trúc hấp phụ.
+ Biến dạng dư: chỉ gồm biến dạng cấu trúc.
Biến dạng của đất sét yếu là do sự phá hoại các mối liên kết cấu trúc và biến
dạng các màng hấp phụ của nước liên kết gây nên. Các loại biến dạng chủ yếu của
đất sét yếu là biến dạng cấu trúc và biến dạng cấu trúc hấp phụ.
Tính chất lưu biến:
Đất sét yếu là một mơi trường dẻo nhớt, chúng có tính từ biến và khả năng
thay đổi độ bền khi tải trọng tác dụng lâu dài. Khả năng này gọi là tính chất lưu
biến.
Hiện tượng dão trong đất sét yếu liên quan đến sự ép thoát nước tự do khi nén
chặt. Do vậy hiện tượng này liên quan tới sự thay đổi mật độ kết cấu của đất do kết
quả chuyển dịch, các hạt và các khối lên nhau, cũng như những thay đổi trong sự
định hướng của các hạt và các khối đó với phương tác dụng của tải trọng.
1.1.2.2.

Đất cát yếu

Cát được coi là yếu khi cỡ hạt thuộc loại nhỏ, mịn trở xuống đồng thời có kết
cấu rời rạc, ở trạng thái bão hịa nước, có thể bị nén chặt và hóa lỏng đáng kể, chứa
nhiều di tích hữu cơ và chất lẫn sét. Những loại cát đó khi chịu tác dụng rung hoặc
chấn động thì trở thành trạng thái lỏng nhớt, gọi là cát chảy [5].


6
Đặc điểm quan trọng nhất của cát là bị nén chặt nhanh, có độ thấm nước rất

lớn. Khi cát gồm những hạt nhỏ và bão hịa nước thì chúng trở thành cát chảy, hiện
tượng này rất nguy hiểm cho công trình và cơng tác thi cơng.
1.1.2.3.

Bùn, than bùn và đất than bùn

Bùn là những trầm tích hiện đại, được thành tạo chủ yếu do kết quả tích lũy
các vật liệu phân tán mịn bằng cơ học hoặc hóa học ở đáy sông hồ, bãi lầy. Bùn chỉ
liên quan với các chỗ chứa nước, là các trầm tích mới lắng đọng, no nước và rất yếu
về mặt chịu lực. Thành phần của bùn có thể là cát pha sét, sét pha cát, sét và cũng
có thể là cát, nhưng chỉ là cát nhỏ trở xuống. Độ bền của bùn rất bé, góc ma sát có
thể bằng 0 và chỉ khi mất nước mới có thể cho góc ma sát.
Việc xây dựng cơng trình trên nền bùn chỉ có thể được thực hiện sau khi đã
tiến hành các biện pháp xử lý nền.
Than bùn có nguồn gốc hữu cơ, thành tạo do kết quả phân hủy các di tích hữu
cơ, chủ yếu là thực vật, tại các bãi lầy và những nơi bị hóa lầy. Trong điều kiện thế
nằm thiên nhiên, than bùn có độ ẩm cao (85÷95%). Than bùn là loại đất bị nén lún
lâu dài, không đều và mạnh nhất. Khi xây dựng cơng trình tại những khu vực than
bùn cần áp dụng các biện pháp: làm đai cốt thép, khe lún, làm nền cọc hoặc thay thế
một phần than bùn.
1.2.

Các giải pháp kỹ thuật thi cơng cơng trình trên nền đất yếu.
Với những đặc điểm của đất yếu nêu trên thì muốn đặt móng cơng trình xây

dựng trên nền đất này thì phải có các biện pháp kỹ thuật để cải tạo tính năng chịu
lực của nó. Nền đất sau khi xử lý gọi là nền nhân tạo. Việc xử lý khi xây dựng cơng
trình trên nền đất yếu phụ thuộc vào điều kiện như: Đặc điểm cơng trình, đặc điểm
của nền đất... Với từng điều kiện cụ thể mà người thiết kế đưa ra các biện pháp xử
lý hợp lý. Có thể chia thành ba nhóm biện pháp sau [1]:

– Các biện pháp xử lý về kết cấu cơng trình
– Các biện pháp xử lý về móng


7
– Các biện pháp xử lý nền
1.2.1. Các biện pháp xử lý về kết cấu cơng trình.
Kết cấu cơng trình có thể bị phá hỏng do các điều kiện biến dạng không thỏa
mãn: Lún hoặc lún lệch quá lớn do nền đất yếu, sức chịu tải bé. Các biện pháp về
kết cấu cơng trình nhằm giảm áp lực tác dụng lên mặt nền hoặc làm tăng khả năng
chịu lực của kết cấu cơng trình. Người ta thường dùng các biện pháp sau [1]:
Dùng vật liệu nhẹ và kết cấu nhẹ, thanh mảnh, nhưng phải đảm bảo khả năng
chịu lực của cơng trình nhằm mục đích làm giảm trọng lượng bản thân cơng trình,
giảm được tĩnh tải tác dụng lên móng.
Làm tăng sự linh hoạt của kết cấu cơng trình kể cả móng bằng cách dùng kết
cấu tĩnh định hoặc phân cắt các bộ phận của cơng trình bằng các khe lún để khử
được ứng suất phụ phát sinh trong kết cấu khi xảy ra lún lệch hoặc lún không đều.
Làm tăng khả năng chịu lực cho kết cấu cơng trình để đủ sức chịu các ứng lực
sinh ra do lún lệch và lún không đều bằng các đai bê tông cốt thép để tăng khả năng
chịu ứng suất kéo khi chịu uốn, đồng thời có thể gia cố tại các vị trí dự đốn xuất
hiện ứng suất cục bộ lớn.

Hình 1. 1 Sơ đồ bố trí khe lún
1.2.2. Các biện pháp xử lý về móng
Khi xây dựng cơng trình trên nền đất yếu, ta có thể sử dụng một số phương
pháp xử lý về móng thường dùng như [1]:
Thay đổi chiều sâu chơn móng nhằm giải quyết sự lún và khả năng chịu tải
của nền; Khi tăng chiều sâu chôn móng sẽ làm tăng trị số sức chịu tải của nền đồng

8
thời làm giảm ứng suất gây lún cho móng nên giảm được độ lún của móng; Đồng
thời tăng độ sâu chơn móng, có thể đặt móng xuống các tầng đất phía dưới chặt
hơn, ổn định hơn. Tuy nhiên việc tăng chiều sâu chơn móng phải cân nhắc giữa 2
yếu tố kinh tế và kỹ thuật.

Hình 1. 1 Thay đổi chiều sâu và kích thước móng
Thay đổi kích thước và hình dáng móng sẽ có tác dụng thay đổi trực tiếp áp
lực tác dụng lên mặt nền, và do đó cũng cải thiện được điều kiện chịu tải cũng như
điều kiện biến dạng của nền. Khi tăng diện tích đáy móng thường làm giảm được áp
lực tác dụng lên mặt nền và làm giảm độ lún của cơng trình. Tuy nhiên đất có tính
nén lún tăng dần theo chiều sâu thì biện pháp này khơng hồn tồn phù hợp.
Thay đổi loại móng và độ cứng của móng cho phù hợp với điều kiện địa chất
cơng trình: Có thể thay móng đơn bằng móng băng, móng băng giao thoa, móng bè
hoặc móng hộp; trường hợp sử dụng móng băng mà biến dạng vẫn lớn thì cần tăng
thêm khả năng chịu lực cho móng; Độ cứng của móng bản, móng băng càng lớn thì
biến dạng bé và độ lún sẽ bé. Có thể sử dụng biện pháp tăng chiều dày móng, tăng
cốt thép dọc chịu lực, tăng độ cứng kết cấu bên trên, bố trí các sườn tăng cường khi
móng bản có kích thước lớn.
1.2.3. Các biện pháp xử lý nền
Khi các biện pháp về kết cấu cơng trình và móng mà vẫn khơng đáp ứng u
cầu thiết kế thì mới sử dụng các biện pháp xử lý nền. Xử lý nền là cải thiện các chỉ


9
tiêu cơ lý, hóa học của nền nhằm tăng cường khả năng chịu lực, phòng lún, phòng
thấm, chống trượt và chống lật cho nền cơng trình [1].
Phương pháp thay nền.
Đây là một phương pháp ít được sử dụng, nhà thầu xây dựng thay một phần
hoặc toàn bộ nền đất yếu trong phạm vi chịu lực cơng trình bằng nền đất mới có

tính bền cơ học cao, như làm gối cát, đệm cát. Phương pháp này đòi hỏi kinh tế và
thời gian thi công lâu dài, áp dụng được với mọi điều kiện địa chất. Bên cạnh đó
cũng có thể kết hợp cơ học bằng phương pháp nén thêm đất khô với điều kiện địa
chất đất mùn xốp. Khi sử dụng phương pháp này thường sử dụng vải địa kỹ thuật để
tăng cường khả năng chịu lực giữa các lớp đất mới.

Hình 1. 2 Xử lý nền bằng phương pháp đệm cát
Các phương pháp cơ học.
Là một trong những nhóm phương pháp phổ biến nhất, bao gồm các phương
pháp làm chặt bằng sử dụng tải trọng tĩnh (phương pháp nén trước), sử dụng tải
trọng động(đầm chấn động), sử dụng các cọc không thấm, sử dụng lưới nền cơ học
và sử dụng thuốc nổ sâu , phương pháp làm chặt bằng giếng cát, các loại cọc (cọc
cát, cọc xi măng đất, cọc vôi...), phương pháp vải địa kỹ thuật, phương pháp đệm
cát...để gia cố nền bằng các tác nhân cơ học.


10
Đây là một trong những giải pháp được sử dụng nhiều nhất hiện nay và mang
lại hiệu quả kinh tế cao. Tại Việt Nam, đã có nhiều cơng trình áp dụng giải pháp
như:
- Dự án cảng Ba Ngòi (Khánh Hòa) đã sử dụng 4000m cọc xi măng đất có
đường kính 0,6m thi công bằng trộn khô.
- Tại Hà Nội, hầm đường bộ Kim Liên được xây dựng trong khu vực địa chất
yếu, nhất là khu vực phía đuờng Đào Duy Anh, nền đất dưới hầm đã được cải tạo
bằng phương pháp cột đất gia cố xi măng với chiều dày khoảng 1,5-6m. Việc gia cố
đất tại đáy bằng phương pháp cột đất gia cố xi măng không nhằm gia cố nền đất mà
chỉ với mục đích chống trượt trồi khi đào xuống độ sâu lớn (trên 10m) và cũng
không phải gia cố tại tất cả các vị trí đào mà căn cứ theo điều kiện địa chất từng khu
vực, có nơi gia cố, có nơi khơng.
- Dự án nâng cấp cảng hàng khơng Cát Bi – Hải Phịng sử dụng cọc xi măng

đất để gia cố nền, chiều sâu cọc 13 ÷ 15m, đường kính 0,8m.
- Dự án nâng cấp, cải tạo trạm bơm tiêu Bình Phú – Thạch Thất, Hà Nội sử
dụng cọc bê tông cốt thép để gia cố nền trạm bơm và khu vực nhà trạm, chiều dài
mỗi cọc 10m, kích thước cọc 30x30cm, mật độ 1÷1,2m/cọc.

Hình 1. 3 Cọc bê tông xử lý nền trạm bơm tiêu Bình Phú – Hà Nội


11

Phương pháp nhiệt học
Là một phương pháp độc đáo có thể sử dụng kết hợp với một số phương pháp
khác trong điều kiện tự nhiên cho phép. Sử dụng khí nóng trên 800o để làm biến đổi
đặc tính lí hóa của nền đất yếu. Phương pháp này chủ yếu sử dụng cho điều kiện địa
chất đất sét hoặc đất cát mịn. Phương pháp địi hỏi một lượng năng lượng khơng
nhỏ, nhưng kết quả nhanh và tương đối khả quan.
Phương pháp hóa học.
Là một trong các nhóm phương pháp được chú ý trong vịng 40 năm trở lại
đây. Sử dụng hóa chất để tăng cường liên kết trong đất như xi măng, thủy tinh,
phương pháp Silicat hóa… hoặc một số hóa chất đặc biệt phục vụ mục đích điện
hóa. Phương pháp xi măng hóa và sử dụng cọc xi măng đất tương đối tiện lợi và
phổ biến. Trong vòng chưa tới 20 năm trở lại đây đã có những nghiên cứu tích cực
về việc thêm cốt cho cọc xi măng đất. Sử dụng thủy tinh ít phổ biến hơn do độ bền
của phương pháp khơng thực sự khả quan, cịn điện hóa rất ít dùng do địi hỏi tương
đối về cơng nghệ.
Phương pháp sinh học.
Là một phương pháp mới sử dụng hoạt động của vi sinh vật để làm thay đổi
đặc tính của đất yếu, rút bớt nước úng trong vùng địa chất cơng trình. Đây là một
phương pháp ít được sự quan tâm, do thời gian thi công tương đối dài, nhưng lại
được khá nhiều ủng hộ về phương diện kinh tế.

Các phương pháp thủy lực.
Đây là nhóm phương pháp lớn như là sử dụng cọc thấm, lưới thấm, sử dụng
vật liệu composite thấm, bấc thấm, sử dụng bơm chân không, sử dụng điện thẩm.
Các phương pháp phân làm hai nhóm chính, nhóm một chủ yếu mang mục đích làm
khơ đất, nhóm này thường địi hỏi một lượng tương đối thời gian và cịn khiêm tốn
về tính kinh tế. Nhóm hai ngồi mục đích trên cịn muốn mượn lực nén thủy lực để


12
gia cố đất, nhóm này địi hỏi cao về cơng nghệ, thời gian thi cơng giảm đi và tính
kinh tế được cải thiện đáng kể.
Tại Việt Nam, cơng trình đầu tiên được áp dụng giải pháp này là dự án cụm
khí điện đạm Cà Mau (2002), tuy nhiên do nhà thầu Pháp thi cơng nên giá thành
cịn khá cao. Đến năm 2008, Công ty Fecon của Việt Nam đã trực tiếp thi công tại
dự án nhiệt điện Nhơn Trạch 2 (giá bằng 40%), sau đó đã áp dụng rộng rãi và thành
công tại nhà máy xơ sợi tổng hợp polyester Đình Vũ (Hải Phịng), nhà máy Nhiệt
điện Long Phú 1 (Sóc Trăng), khu liên hợp thép Formosa (Hà Tĩnh), nhà máy Nhiệt
điện Duyên Hải 1 (Trà Vinh)…

Hình 1. 2 Thi công xử lý nền bằng bấc thấm nhà máy xơ sợi Đình Vũ
Nhận xét chung:
Nền đất yếu có nhiều tác hại và nguy cơ gây mất an toàn cho các cơng trình
xây dựng. Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, việc nghiên cứu nền đất
yếu cũng như các giải pháp xử lý nền đất yếu ngày càng hoàn thiện hơn. Trong thực
tế thiết kế cũng như thi công, cần căn cứ vào điều kiện địa chất công trình cụ thể để
lựa chọn các biện pháp xử lý. Có thể sử dụng một giải pháp hoặc sử dụng kết hợp
nhiều biện pháp, giải pháp để xử lý nhằm mang lại hiệu quả cao nhất, đảm bảo an
toàn cho cơng trình xây dựng.

13
1.3.

Phân tích đánh giá các sự cố hố móng cơng trình trong điều kiện nền yếu
Khi thi cơng hố móng trên nền đất yếu, việc xảy ra sự cố là khó tránh khỏi.

Các sự cố hố móng thường rất đa dạng và ứng với mỗi sự cố lại có những cách để
xử lý khác nhau. Dưới đây là một số sự cố thường gặp cũng như biện pháp xử lý khi
thi công hố đào trong vùng đất yếu [1], [5]:
– Sạt trượt thành hố đào
– Xói ngầm
– Cát chảy
1.3.1. Sạt trượt thành hố đào
Đây là sự cố thường xảy ra nhất khi thi cơng hố móng sâu trong điều kiện nền
đất yếu. Sạt trượt xảy ra khi điều kiện cân bằng của khối đất bị phá hủy. Các nguyên
nhân gây trượt chính thường là: tăng cao độ dốc của sườn dốc khi cắt xén, xói lở,
khi thi cơng mái q dốc; giảm độ bền của đất đá do biến đổi trạng thái vật lí khi
tẩm ướt, trương nở, giảm độ chặt, phong hoá, phá huỷ kết cấu tự nhiên, các hiện
tượng từ biến trong đất đá; tác động của áp lực thuỷ tĩnh và thuỷ động lên khối nền,
gây nên biến dạng thấm (xói ngầm, chảy trơi, biến thành trạng thái cát chảy .v.v.);
các tác động bên ngoài như chất tải trên sườn dốc, dao động địa chấn và vi địa chấn,
v.v. Mỗi một nguyên nhân riêng biệt kể trên đều có thể làm mất cân bằng của các
khối đất đá ở sườn dốc, nhưng thông thường là do tác động đồng thời của một số
trong những nguyên nhân đó.
Biện pháp xử lý sạt trượt.
Sạt trượt làm biến dạng thành vách hố móng, tăng khối lượng đào và đặc biệt
gây nguy hiểm cho con người và máy móc thi cơng dưới hố móng. Để phịng ngừa
sạt trượt có thể áp dụng một số phương án sau [5], [6]:
- Sử dụng tường cừ cùng như các biện pháp khác để bảo vệ thành vách
- Hạ các cơ khi chiều sâu hố đào lớn

14
- Tăng hệ số mái đào
- Hạn chế việc chất tải lên mái đào
1.3.2. Cát chảy
Cát chảy là hiện tượng các dòng bùn cát như một dịch thể dẻo nhớt chảy vào
cơng trình đào cắt qua nó, làm hố móng bị biến dạng, các cơng trình ở gần hố móng
sẽ không ổn định. Cát chảy thường là cát hạt nhỏ, cát hạt mịn, bùn sét pha chứa hữu
cơ đồng thời bão hịa nước [5], [9].
1.3.2.1. Phân loại
Theo cơ chế, tính chất và nguyên nhân phát sinh, có thể chia cát chảy làm hai
loại: Cát chảy giả và cát chảy thật.
Cát chảy thật xảy ra trong đất cát không đồng nhất có chứa từ 3%÷5% hạt sét
và hữu cơ, ngun nhân là do ma sát giữa các hạt cát quá nhỏ. Cát chảy thật có một
số đặc điểm như: góc nghỉ tự nhiên của cát khi thốt nước từ 5÷7o; nước dễ dàng
thoát ra khỏi đất, nước đục.
Cát chảy giả xảy ra trong đất cát sạch khơng có lực dính kết, không chứa hạt
sét và hữu cơ. Nguyên nhân là do áp lực thủy động lớn làm cho các hạt đất di
chuyển theo hướng gradien thấm. Cát chảy giả có một số đặc điểm như: Góc nghỉ tự
nhiên của cát khi thốt nước từ 28÷32o; nước dễ thốt ra khỏi đất, nước trong.
1.3.2.2. Biện pháp xử lý cát chảy
Cát chảy gây nên trượt, sụt khi đào hố móng, làm biến dạng bề mặt cơng trình
liền kề và làm tăng khối lượng đào. Để xử lý hiện tượng này, có thể áp dụng một số
phương án sau [5], [9]:
- Bóc bỏ nếu tầng cát chảy nằm nông và mỏng
- Hạ thấp mực nước ngầm tại khu vực xây dựng, giảm gradien thủy lực dịng
thấm để làm khơ vùng cát chảy trong thời gian xây dựng.
- Làm tường cừ vây quanh hố móng.

15
- Gia cố vùng cát chảy (làm đông cứng đất, xi măng hóa, silicat hóa), làm chặt
đất tại khu vực xây dựng.

Hình 1. 3 Cát chảy vào hố móng cơng trình và biện pháp xử lý
1.3.3. Xói ngầm
Xói ngầm là hiện tượng các hạt đất đá, cát nhỏ bị cuốn ra khỏi vị trí ban đầu
dưới tác dụng cơ học của dịng thấm dẫn tới trong đất đá hình thành những lỗ rỗng,
khe rỗng, làm sụt lún mặt đất, gây hư hỏng cơng trình. Tại Việt Nam nhiều cơng
trình nhất là đê điều đã bị hư hại do xói ngầm [5], [9].

Hình 1. 4 Xói ngầm tại đập Tắc Giang


16
1.3.3.1. Điều kiện phát sinh và phát triển xói ngầm
Để xói ngầm phát sinh cần hai điều kiện về đất và dòng thấm: về nền đất và về
dòng thấm [9].
Về nền đất, đất đá phải có các lỗ rỗng đủ lớn để cho các hạt vụn có thể đi qua
được. Các hạt nhỏ chui qua lỗ rỗng giữa các hạt lớn khi tỷ lệ đường kính giữa hạt
lớn nhất và nhỏ nhất D/d > 20. Khi đất đá có nhiều cỡ hạt thì thơng thường đường
kính lỗ rỗng bị giảm đi, hiện tượng xói ngầm khó xảy ra hơn. Trên thực tế, với hai
tầng thấm nước khác nhau (từ lớp thấm yếu sang lớp thấm mạnh) thì xói ngầm xảy
ra khi sự chênh lệch hệ số thấm quá hai lần: K 2 /K 1 > 2 (K 1 , K 2 là hệ số thấm ở lớp
1 và 2).
Đối với dịng thấm phải có năng lượng đủ lớn, dịng thấm chảy rối và trong cát
I > 5. Hiện nay, trong lĩnh vực xác định điều kiện xói ngầm đã có nhiều cơng trình
thực nghiệm khác nhau, E.A. Zamarin dựa vào quan hệ giữa độ rỗng và dung trọng
hạt đã đưa ra công thức xác định I gh [5]:

I gh = (

γs
− 1)(1 − n) + 0,5n
γ
n

Trong đó: γ s - dung trọng hạt đất ; γ n - dung trọng nước; n - độ rỗng của đất.
1.3.3.2.

Ảnh hưởng của xói ngầm và biện pháp xử lý

Xói ngầm tạo ra các lỗ rỗng trong nền gây mất ổn định về cường độ của khối
nền, làm biến dạng, lún không đều, gây thấm mất nước ở các cơng trình ngăn nước.
Để xử lý hiện tượng này, cần phải đề ra các biện pháp để giữ lại cốt đất, không cho
các hạt nhỏ theo dịng thấm ra ngồi. Thơng thường, người ta sử dụng các biện pháp
chính sau [5]:
Điều tiết dịng thấm: Có thể thơng qua điều tiết dịng chảy mặt hay biện pháp
kéo dài dòng thấm nhằm giảm nhỏ gradien thấm thực tế, giảm hoặc triệt tiêu hẳn
xói ngầm, như dùng sân phủ, tường cừ, màn chắn, khống chế nước mặt dao động…
Gia cố đất đá: để tăng trị số gradien thấm tới hạn như đầm chặt đất, phun vữa
gắn kết đất đá để giảm độ rỗng và tăng cường liên két của các hạt đất đá với nhau.


17
Biện pháp gia cố thích hợp cho cơng trình đất đắp, cho nền cơng trình có gradien
thấm cao.
Tạo lớp đất chống xói ngầm bằng cách đặt các thiết bị lọc ngược để tạo lớp lọc
tự nhiên, giảm gradien thấm và không cho hạt đất đá đi qua. Thiết bị lọc ngược
thích hợp với cơng trình đắp thường bố trí sau tường chắn, vách âu thuyền, hạ lưu

đập, cống nước.
Kết luận chương 1
Ngày nay, cùng với sự phát triển của khoa học cơng nghệ đã cho phép thi cơng
cơng trình trong mọi điều kiện địa chất từ đơn giản đến phức tạp. Đi kèm với nó là
sự phát triển của các công nghệ thi công, các biện pháp xử lý nền đất để đảm bảo an
tồn cho cơng trình đặt trên.
Chương 1 của luận văn đã khái quát về nền đất yếu cũng như các giải pháp xử
lý nền đất yếu được sử dụng hiện nay. Có thể thấy, các biện pháp xử lý nền ngày
càng phong phú và đa dạng, các công nghệ mới được áp dụng và mang lại hiệu quả
cao. Đây sẽ là cơ sở để đưa ra những giải pháp khi thi cơng hố móng trong điều
kiện địa chất nền này.


18
CHƯƠNG 2. CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ HỐ MÓNG TRONG ĐIỀU KIỆN
NỀN CÁT VÀ MỰC NƯỚC NGẦM CAO
2.1.

Hố móng và các phương pháp thi cơng hố móng

2.1.1. Hố móng và đặc điểm của cơng trình hố móng
Hố móng là một loại cơng trình tạm thời, tuy nhiên lại là loại cơng trình có giá
thành cao, khối lượng cơng việc lớn. Hố móng có phạm vi ảnh hưởng rộng, kỹ thuật
thi cơng phức tạp, sự cố hay xảy ra nên có tính tranh chấp trong cơng trình xây
dựng. Đồng thời đây cũng là trọng điểm để hạ thấp giá thành và đảm bảo chất lượng
cơng trình [6].
Tính chất của đất đá thường biến đổi trong khoảng khá rộng, tính khơng đồng
đều của địa chất thủy văn thường làm cho số liệu khảo sát có tính phân tán lớn, khó
đại diện cho tình hình tổng thể của các tầng đất, hơn nữa tính chính xác cũng thấp,
dẫn đến tăng thêm khó khăn cho cơng việc thiết kế và thi cơng hố móng.

Đào hố móng trong điều kiện nền yếu, mực nước ngầm cao và các điều kiện
hiện trường phức tạp khác rất dễ xảy ra trượt lở khối đất, mất ổn định hố móng, thân
cọc bị dịch chuyển vị trí, đáy hố móng trồi lên, kết cấu chắn giữ bị dị nước nghiêm
trọng hoặc bị chảy đất …làm hư hại hố móng, nguy hiểm đến các cơng trình xây
dựng xung quanh khu vực hố móng.
Cơng trình hố móng gồm nhiều khâu có quan hệ chặt chẽ với nhau như chắn
đất, chống giữ, ngăn nước, hạ mực nước ngầm, đào đất…trong đó, một khâu nào đó
thất bại sẽ dẫn đến đổ vỡ gây thiệt hại và chậm tiến độ. Việc thi công hố móng ở các
hiện trường lân cận như đóng cọc, hạ mực nước ngầm, đào đất …đều có thể gây ra
những ảnh hưởng hoặc có sự tương quan chặt chẽ với nhau, tăng thêm các nhân tố
bất lợi để có thể gây ra sự cố.
Cơng trình hố móng có thời gian thi cơng dài, từ khi đào móng đến khi hồn
thành tồn bộ các cơng trình kín khuất ngầm dưới mặt đất phải trải qua nhiều lần