Nghiên cứu giải pháp kết hợp cọc xi măng đất và vải địa kỹ thuật để xử lý nền đất yếu cho đê biển đắp bằng vật liệu địa phương

LỜI CẢM ƠN
Tác giả xin trân trọng gửi lời cảm ơn đến PGS.TS Nguyễn Quốc Dũng, người đã
hướng dẫn trực tiếp và vạch ra những định hướng khoa học cho luận văn.
Tác giả xin chân thành gửi lời cảm ơn đến TS Phùng Vĩnh An, người đã có nhiều
ý kiến đóng góp và tài liệu quan trọng cho luận văn.
Tác giả xin chân thành cảm ơn ThS Đỗ Thế Quynh, người đã có rất nhiều giúp
đỡ và hướng dẫn trực tiếp tác giả trong q trình hồn thành luận văn.
Tác giả xin cảm ơn các thày, cô giáo ở trường Đại học Thủy lợi Hà nội, khoa
Cơng trình, khoa Sau đại học về sự giúp đỡ trong thời gian tác giả học tập và
nghiên cứu.
Tác giả xin cảm ơn các đồng nghiệp trong Trung tâm Cơng trình Ngầm – Viện
Thủy Công đã tạo điều kiện, giúp đỡ và động viên tác giả trong suốt thời gian
học tập và hoàn thành luận văn.
Cuối cùng tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Gia đình và những người
thân, đã ln ủng hộ và động viên tác giả hồn thành luận văn này.
Hà nội, ngày

tháng
Tác giả

Phạm Văn Minh

năm 2012


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ................................................................................................................1
T
0

T

0

1. Tính cấp thiết của đề tài ..................................................................................1
T
0

T
0

2. Mục đích của đề tài .........................................................................................2
T
0

T
0

3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu .....................................................2
T
0

T
0

3.1. Cách tiếp cận ............................................................................................2
T
0

T
0

3.1.1. Tiếp cận trên cơ sở đánh giá nhu cầu ................................................2
T
0

T
0

3.1.2. Tiếp cận trên cơ sở đảm bảo các tiêu chuẩn hiện hành .....................2
T
0

T
0

3.1.3. Tiếp cận với thực tiễn cơng trình .......................................................3
T
0

T
0

3.1.4. Tiếp cận trên cơ sở Hợp tác Quốc tế: ................................................3
T
0

T
0

3.2. Phương pháp nghiên cứu ..........................................................................3
T

0

T
0

3.2.1. Phương pháp thu thập thơng tin.........................................................3
T
0

T
0

3.2.2. Phương pháp nghiên cứu trên mơ hình số .........................................3
T
0

T
0

CHƯƠNG I .............................................................................................................4
T
0

T
0

TỔNG QUAN VỀ CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU CHO ĐÊ BIỂN .4
T
0

T
0

1.1 Tổng quan về địa chất nền đê biển Việt Nam ...............................................4
T
0

T
0

1.1.1 Nền đê biển Bắc Bộ ................................................................................4
T
0

T
0

1.1.2. Nền đê biển miền Trung ........................................................................4
T
0

T
0

1.1.3. Nền đê biển khu vực Nam Bộ ...............................................................6
T
0

T
0

1.2 Tổng quan về các giải pháp xử lý nền đất yếu cho đê biển ........................10
T
0

T
0

1.2.1. Cải tạo sự phân bố ứng suất và điều kiện biến dạng nền đất yếu [2][9]
T
0

.......................................................................................................................11
1.2.1.1. Đệm cát .........................................................................................11
T
0

T
0

1.2.1.2. Đệm đất .........................................................................................12
T
0

T
0

1.2.1.3. Bệ phản áp ....................................................................................12
T
0

T
0

1.2.2. Truyền tải trọng cơng trình xuống lớp chịu lực tốt [2][9] ...................12
T
0

T
0

1.2.3. Các phương pháp làm tăng độ chặt nền đất yếu [2][9][8][10] ............13
T
0

T
0

1.2.3.1. Nền cọc cát ...................................................................................13
T
0

T
0

1.2.3.2. Nền cọc vôi ...................................................................................14
T
0

T

0

T
0


1.2.3.3. Nền cọc xi măng – đất ..................................................................15
T
0

T
0

1.2.3.4. Phương pháp gia tải nén trước ......................................................16
T
0

T
0

1.2.4. Đất có cốt bằng vải địa kỹ thuật [9] ....................................................18
T
0

T
0

1.3 Kết luận .......................................................................................................18
T
0

T
0

CHƯƠNG II..........................................................................................................20
T
0

T
0

CƠ CHẾ PHÁ HOẠI CỦA ĐÊ BIỂN KHI XÂY DỰNG TRÊN NỀN ĐẤT YẾU
T
0

T
0

...............................................................................................................................20
2.1 Khái niệm đất yếu, nhận biết đất yếu [2][7][9][12] ....................................20
T
0

T
0

2.2 Phương pháp xác định trạng thái ứng suất biến dạng [7][12] .....................22
T
0

T
0

2.2.1 Phương pháp giải tích ...........................................................................22
T
0

T
0

2.2.2 Phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH) và phần mềm Plaxis ..............23
T
0

T
0

2.2.2.1. Phương pháp phần tử hữu hạn ......................................................23
T
0

T
0

2.2.2.2. Giới thiệu phần mềm Plaxis .........................................................23
T
0

T
0

2.3 Các dạng phá hoại của đê biển khi xây dựng trên nền đất yếu ...................25
T
0

T
0

2.3.1 Những vấn đề về ổn định [2] ................................................................25
T
0

T
0

2.3.1.1 Phá hoại do lún trồi ........................................................................25
T
0

T
0

2.3.1.2. Phá hoại do trượt sâu ....................................................................25
T
0

T
0

2.3.2 Những vấn đề về lún [2] .......................................................................27

T
0

T
0

2.4 Kết luận .......................................................................................................28
T
0

T
0

CHƯƠNG III ........................................................................................................29
T
0

T
0

GIẢI PHÁP KẾT HỢP CỌC XI MĂNG ĐẤT VỚI VẢI ĐỊA KỸ THUẬT ĐỂ
T
0

XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU CHO ĐÊ BIỂN ............................................................29
T
0

3.1 Cọc xi măng đất gia cố nền .........................................................................29
T

0

T
0

3.1.1 Các sơ đồ bố trí cọc xi măng đất gia cố nền đất yếu [3][10] ...............29
T
0

T
0

3.1.2 Lựa chọn sơ đồ bố trí hợp lý cho đê biển .............................................31
T
0

T
0

3.1.3 Ứng xử của cọc xi măng đất trong nền đất yếu khi chịu tải và các hạn
T
0

chế của các quan điểm tính toán xử lý nền bằng cọc xi măng đất hiện nay
[3][8] ..............................................................................................................31
T
0

3.1.4 Các thí nghiệm phục vụ thiết kế và thi công cọc xi măng đất [1][3] ...34
T

0

T
0


3.1.4.1 Thí nghiệm trong phịng xác định cường độ cọc xi măng đất .......34
T
0

T
0

3.1.4.2 Thí nghiệm hiện trường xác định cường độ cọc xi măng đất ........35
T
0

T
0

3.2 Vải địa kỹ thuật gia cố đất [4] .....................................................................36
T
0

T
0

3.2.1 Các chức năng của VĐKT khi làm cốt cho đất [4] ..............................36
T
0

T
0

3.2.2 Chọn vải để gia cố [4] ..........................................................................37
T
0

T
0

3.2.3 Chọn VĐKT theo độ bền cơ học [4] ....................................................37
T
0

T
0

3.2.3.1. Cường độ chịu kéo hay độ bền chịu kéo đứt của VĐKT .............37
T
0

T
0

3.2.3.2. Độ bền chọc thủng ........................................................................38
T
0

T

0

3.2.4 Yêu cầu tuổi thọ [4] ..............................................................................40
T
0

T
0

3.3 Thiết kế đê trên nền đất yếu với sự kết hợp của cọc xi măng đất và vải địa
T
0

kỹ thuật ..............................................................................................................40
T
0

3.3.1 Các hệ số được sử dụng trong thiết kế [4][6] .......................................40
T
0

T
0

3.3.2 Cơ sở thiết kế nền đắp đặt trên cọc có sử dụng cốt đáy tăng cường
T
0

[4][6] ..............................................................................................................41
T

0

3.3.3 Các trạng thái giới hạn [4][6] ...............................................................42
T
0

T
0

3.3.4 Tính tốn khả năng chịu tải của nhóm cọc [4][6] ................................44
T
0

T
0

3.3.5 Phân bố tải trọng thẳng đứng [4][6] .....................................................45
T
0

T
0

3.3.6 Trượt ngang [4][6] ................................................................................48
T
0

T
0

3.3.7 Sức neo bám của cốt [4][6] ..................................................................49
T
0

T
0

3.3.8 Ổn định tổng thể [4][6] .........................................................................51
T
0

T
0

3.3.9 Dãn cốt [4][6] .......................................................................................52
T
0

T
0

3.3.10 Lún móng dưới lớp đắp [4][6] ............................................................52
T
0

T
0

3.4 Lựa chọn phương pháp tính tốn hợp lý .....................................................53
T

0

T
0

3.4.1. Phương pháp tính tốn cọc xi măng đất [3] ........................................53
T
0

T
0

3.4.1.1 Tính sức chịu tải của cọc theo quy phạm Trung Quốc DBJ 08-40T
0

94: ..............................................................................................................53
T
0

3.4.1.2 Tính tốn ổn định tổng thể và lún theo quan điểm nền tương đương
T
0

...................................................................................................................53

T
0

3.4.2. Phương pháp tính tốn vải ĐKT .........................................................54
T

0

T
0


3.5 Kết luận .......................................................................................................54
T
0

T
0

CHƯƠNG IV ........................................................................................................56
T
0

T
0

TÍNH TỐN XỬ LÝ NỀN BẰNG CỌC XI MĂNG- ĐẤT KẾT HỢP VỚI VẢI
T
0

ĐỊA KỸ THUẬT CHO ĐÊ TRÀ LINH ...............................................................56
T
0

4.1 Giới thiệu về công trình ..............................................................................56
T

0

T
0

4.2 Sự cố cơng trình và phân tích ngun nhân ................................................57
T
0

T
0

4.2.1 Diễn biến q trình thi cơng và sự cố cơng trình .................................57
T
0

T
0

4.2.2 Phân tích ngun nhân sự cố ................................................................61
T
0

T
0

4.3 Tính tốn lại bài tốn thiết kế ban đầu ........................................................62
T
0

T
0

4.3.1 Kết cấu mặt đê ......................................................................................62
T
0

T
0

4.3.2 Địa chất nền đê (theo tài liệu thiết kế ban đầu) ....................................63
T
0

T
0

4.3.3 Đất đắp đê .............................................................................................64
T
0

T
0

4.3.4. Số liệu về tải trọng...............................................................................64
T
0

T
0

4.3.5 Phân tích sự cố trên mơ hình tốn ........................................................65
T
0

T
0

4.3.6 Nhận xét ...............................................................................................66
T
0

T
0

4.4 Các giải pháp xử lý đã được xem xét ..........................................................66
T
0

T
0

4.4.1 Yêu cầu chung ......................................................................................66
T
0

T
0

4.4.2 Các phương án được đưa ra xem xét ....................................................66

T
0

T
0

4.4.2.1 Phương án đắp chờ cố kết ..............................................................66
T
0

T
0

4.4.2.2 Phương án làm tường chắn từ cao trình 3,0 ...................................67
T
0

T
0

4.4.2.3 Phương án đắp kết hợp gia cố vải ĐKT ........................................67
T
0

T
0

4.4.2.4 Phương án đắp phản áp ..................................................................68
T
0

T
0

4.4.2.5 Phương án cố kết nền bằng bấc thấm, cọc cát, hút chân không ....68
T
0

T
0

4.4.2.6 Cứng hóa nền bằng cọc xi măng đất kết hợp vải địa kỹ thuật .......68
T
0

T
0

4.5 Tính tốn thiết kế theo phương án cọc xi măng đất kết hợp vải ĐKT ........68
T
0

T
0

4.5.1 Tài liệu khảo sát bổ sung địa chất nền đê .............................................68
T
0

T

0

4.5.2. Tài liệu đất đắp ....................................................................................72
T
0

T
0

4.5.3. Số liệu về tải trọng...............................................................................73
T
0

T
0

4.5.4. Trường hợp tính tốn...........................................................................73
T
0

T
0


4.5.5 Tính tốn các thơng số cọc xi măng đất và khối gia cố tương đương ..73
T
0

T
0

4.5.5.1 Tính tốn lực chịu tải cho phép của cọc ........................................73
T
0

T
0

4.5.5.2 Tính tốn khoảng cách giữa các cọc ..............................................74
T
0

T
0

4.5.5.3 Tính tốn chỉ tiêu cơ lý của cọc xi măng đất và khối gia cố tương
T
0

đương .........................................................................................................74
T
0

4.5.6 Tính tốn cường độ vải ĐKT và chiều dài neo bám của vải ................76
T
0

T
0

4.5.6.1 Tính tốn cường độ vải ĐKT.........................................................76
T
0

T
0

4.5.6.2 Xác định chiều dài neo bám của vải ĐKT .....................................78
T
0

T
0

4.5.6.3 Kiểm tra độ bền chọc thủng ...........................................................78
T
0

T
0

4.5.6.4 Dãn cốt vải .....................................................................................78
T
0

T
0

4.5.7 Bố trí kết cấu phương án xử lý .............................................................78
T

0

T
0

4.5.8 Kết quả tính tốn ..................................................................................80
T
0

T
0

4.5.8.1 u cầu tính tốn ...........................................................................80
T
0

T
0

4.5.8.2 Phương pháp phân tích ..................................................................80
T
0

T
0

4.4.8.3. Kết quả phân tích (chi tiết xem phụ lục tính tốn) .......................80
T
0

T
0

4.5.9 Kết luận ................................................................................................81
T
0

T
0

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..............................................................................82
T
0

T
0

1. Kết luận .........................................................................................................82
T
0

T
0

2. Kiến nghị .......................................................................................................82
T
0

T
0

TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................83
T
0

T
0

Tiếng Việt ..........................................................................................................83
T
0

T
0

PHỤ LỤC A ......................................................................................................85
T
0

T
0

KẾT QUẢ TÍNH TỐN CHO BÀI TỐN HIỆN TRẠNG ............................85
T
0

T
0

PHỤ LỤC B ......................................................................................................89

T
0

T
0

KẾT QUẢ TÍNH TỐN XỬ LÝ NỀN BẰNG CỌC XI MĂNG ĐẤT ...........89
T
0

T
0


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Sơ đồ bố trí vải gia cố nền đất yếu .......................................................18
T
0

T
0

Hình 2.1 Phá hoại của nền đắp do lún trồi ............................................................25
T
0

T
0

Hình 2.2 Các dạng phá hoại dạng đường cung trịn .............................................26

T
0

T
0

Hình 2.3 Phá hoại xảy ra do yêu cầu nâng cấp đê biển ........................................26
T
0

T
0

Hình 2.4 Phá họai xảy ra do đất ở chân đê biển bị hẫng do nạo vét .....................27
T
0

T
0

Hình 3.1 Một số sơ đồ bố trí cọc xi măng–đất thơng thường ...............................29
T
0

T
0

Hình 3.2 Một số kiểu bố trí cọc xi măng-đất đặc biệt khác ..................................29
T
0

T
0

Hình 3.3 Cách bố trí theo kiểu truyền thống và cách bố trí theo kiểu “dạng treo”
T
0

T
0

...............................................................................................................................31
Hình 3.4. Sơ đồ tác dụng của viên đá lên vải .......................................................39
T
0

T
0

Hình 3.5. Các dạng nền đắp trên cọc ....................................................................42
T
0

T
0

Hình 3.6. Các trạng thái giới hạn phá hoại đối với nền đắp trên cọc có cốt đáy gia
T
0

cường. ...................................................................................................................43
T
0

Hình 3.7. Các trạng thái giới hạn sử dụng đối với nền đắp đặt trên cọc .............45
T
0

T
0

Hình 3.8. Mơ phỏng hiệu ứng vịm......................................................................45
T
0

T
0

Hình 3.9 Các thơng số được dùng khi xác định Trp ..............................................48
T
0

R

R0
T

Hình 3.10. Ổn định trượt ngang ở mặt ranh giới cốt/ vật liệu đắp .......................49
T
0

T
0

Hình 3.11 Các thơng số dùng trong tính tốn ổn định tổng thể đất đắp đặt trên
T
0

cọc có cốt đáy tăng cường. ...................................................................................51
T
0

Hình 4.1 Vị trí đoạn đê nối tiếp cống Trà Linh I ..................................................56
T
0

T
0

Hình 4.2 Hiện tượng nứt dọc và nứt xiên tại đỉnh đê. ..........................................59
T
0

T
0

Hình 4.3 Hiện tượng nứt dọc tại cơ đê phía đồng.................................................59
T
0

T
0

Hình 4.4 Hiện tượng nứt xiên, nứt ngang tại cơ đê phía đồng .............................60
T
0

T
0

Hình 4.5 Hiện trường nứt mái đê và đỉnh đê phía biển ........................................60
T
0

T
0

Hình 4.6. Mặt cắt đê theo thiết kế .........................................................................63
T
0

T
0

Hình 4.7. Mặt cắt địa chất dọc tuyến đê theo thiết kế ban đầu .............................64
T
0

T
0

Hình 4.8 Sơ đồ lưới phần tử bài tốn hiện trạng...................................................65
T
0

T
0

Hình 4.9. Biểu đồ quan hệ độ lún theo thời gian ..................................................65
T
0

T
0


Hình 4.10: Phương án làm tường chắn .................................................................67
T
0

T
0

Hình 4.11. Đắp từng lớp và gia cố bằng vải ĐKT ................................................67
T
0

T
0

Hình 4.12 Phân bố địa chất dọc tuyến đê .............................................................69
T
0

T
0

Hình 4.13 Phân bố địa chất trên mặt cắt ngang đại diện ......................................69
T
0

T
0

Hình 4.14 Sơ đồ tính lực căng trong vải Trp .........................................................77
T
0

R

R0
T

Hình 4.15. Mặt bằng bố trí cọc xi măng đất .........................................................79
T
0

T
0

Hình 4.16. Bố trí kết cấu trên mặt cắt ngang ........................................................79
T
0

T
0


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1 Chỉ tiêu cơ lý các lớp đất nền khu vực huyện Tuy Phong ......................6
T
0

T
0

Bảng 1.2 Bảng chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất nền khu vực cửa Bến Hội................7
T
0

T
0

Bảng 1.3. Chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất nền khu vực Ba Lai.................................8
T
0

T
0

Bảng 1.4 Bảng chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất nền huyện Hòn Đất .......................10
T
0

T
0

Bảng 2.1 Một số đặc trưng tiêu biểu của đất yếu .................................................21
T
0

T
0

Bảng 3.1. Bảng các hệ số riêng .............................................................................41
T
0

T
0

Bảng 3.2 Hệ số tạo vòm C c đối với nền đắp đặt trên cọc có cốt đáy tăng cường 46
T
0

R

R

T

0

Bảng 4.1 Chỉ tiêu cơ lý các lớp đất đê nối tiếp đoạn lịng sơng ...........................64
T
0

T
0

Bảng 4.2. Chỉ tiêu đất đắp phục vụ tính tốn........................................................64
T
0

T
0

Bảng 4.3 Chỉ tiêu cơ lý đất nền.............................................................................70
T
0

T
0

Bảng 4.4 Bảng giá trị hệ số pốt xơng theo từng loại đất .....................................71
T
0

T
0

Bảng 4.5 Kết quả tính mơ đun đàn hồi E dựa vào q c cho các lớp đất ..................72
T
0

R

R

T
0

Bảng 4.6 Chỉ tiêu cơ lý của cọc xi măng– đất dự kiến .........................................75
T
0

T
0

Bảng 4.7. Chỉ tiêu tương đương của khối hỗn hợp ...............................................75
T
0

T
0

Bảng 4.8 Phân tích lún cho điểm C (cao độ +1.00) tại tim đê đoạn 2 ..................80
T
0

T

0


1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Ở Việt Nam, tình hình phát triển dân số ngày càng tăng, cùng với xu thế
hướng kinh tế ra biển, việc quai đê lấn biển và xây dựng các tuyến đê biển bảo vệ
các vùng dân cư, sản xuất nông nghiệp, công nghiệp, du lịch...để phát triển kinh
tế, gắn với quốc phòng, an ninh đã và đang được Nhà nước quan tâm. Nước ta,
với tổng chiều dài hơn 3200 km bờ biển, hiện có hơn 2000 km đê biển được xây
dựng. Bên cạnh các tuyến đê có điều kiện thuận lợi để xây dựng, cịn có rất nhiều
những tuyến đê có điều kiện xây dựng khó khăn, nhất là địa chất nền và vật liệu
đắp. Đê biển cần sử dụng khối lượng đất đắp rất lớn, nhưng rất nhiều nơi có vật
liệu đắp không đảm bảo chất lượng, phải chở từ nơi khác đến, làm cho giá thành
xây dựng cao. Mặt khác, phần nhiều các tuyến đê được xây dựng trên nền bồi
tích mềm yếu, có độ ẩm cao, thường ở trạng thái bão hồ nước, cường độ chống
cắt nhỏ, tính nén lún lớn, gây rất nhiều khó khăn cho cơng tác thiết kế và thi công
các tuyến đê, đặc biệt là các tuyến đê có chiều cao lớn do nước biển ngày càng
dâng cao. Các giải pháp trước đây hay được các kỹ sư thiết kế áp dụng bao gồm:
thay thế đất, đắp theo thời gian chờ cố kết, đắp phản áp, cố kết nền bằng bấc
thấm, cọc cát, cọc đá, hút chân không... Tuy nhiên, các giải pháp trên tồn tại
những nhược điểm sau: không tận dụng được nguồn vật liệu địa phương, q
trình thi cơng phụ thuộc rất nhiều vào thời tiết, thời gian xây dựng kéo dài, giá
thành xây dựng cao, không đảm bảo yêu cầu đặt ra cả về ổn định và tiến độ...
Ngày nay, công nghệ trộn sâu (Deep Mixing) và vải địa kỹ thuật đã được
ứng dụng ở nhiều nước trên Thế giới trong việc xử lý nền đất yếu. Đặc biệt là xử
lý nền đất yếu cho các tuyến đê biển.
Công nghệ trộn sâu tạo ra cột xi măng đất đáp ứng được yêu cầu về ổn

định, với chiều sâu xử lý nền lớn và hiệu quả, rút ngắn thời gian thi công, không
sinh ra chất thải, có thể thi cơng trong mặt bằng hẹp và q trình thi cơng ít phụ
thuộc vào thời tiết.


2

Vải địa kỹ thuật có khả năng chịu kéo cao và tương tác hiệu quả với đất để
hình thành một vật liệu tổng hợp có khả năng chịu kéo, chịu nén tốt tăng tính ổn
định cho khối đắp, tận dụng được nguồn vật liệu đắp tại địa phương, giảm giá
thành xây dựng.
Với những tính năng ưu việt trên, việc nghiên cứu, ứng dụng công nghệ
trộn sâu và vải địa kỹ thuật vào điều kiện Việt Nam bước đầu đạt được những kết
quả rất khả quan cho việc xử lý nền các cơng trình dân dụng, giao thơng, thủy
lợi… Tuy nhiên công nghệ này chưa được áp dụng rộng rãi trong việc xử lý nền
đê biển. Giải pháp kết hợp giữa cọc xi măng đất và vải địa kỹ thuật vào xây dựng
đê biển sẽ tận dụng được nguồn vật liệu tại chỗ, tăng cường sự ổn định cho cơng
trình, đáp ứng được yêu cầu đặt ra.
Vì vậy việc nghiên cứu và ứng dụng các công nghệ mới, đặc biệt là công
nghệ trộn sâu tạo cột xi măng đất kết hợp với vải địa kỹ thuật để xử lý nền cho đê
biển đắp bằng vật liệu địa phương là yêu cầu thiết thực.
2. Mục đích của đề tài
- Tổng quan được các giải pháp đã xử lý nền đất yếu cho đê biển;
- Đưa ra được giải pháp gia cố nền đất yếu cho đê biển bằng cọc xi măng
đất kết hợp với vải địa kỹ thuật ;
- Tính tốn thiết kế cho một cơng trình cụ thể.
3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
3.1. Cách tiếp cận
3.1.1. Tiếp cận trên cơ sở đánh giá nhu cầu
Hiện nay nhu cầu xây dựng mới và nâng cấp các tuyến đê biển ở nước ta

là rất lớn. Các công nghệ xử lý nền hiện có chỉ đáp ứng được một phần. Vì thế
việc nghiên cứu giải pháp mới: kết hợp vải địa kỹ thuật và cọc xi măng đất để xử
lý nền đất yếu cho đê biển là rất cần thiết.
3.1.2. Tiếp cận trên cơ sở đảm bảo các tiêu chuẩn hiện hành
- Đảm bảo các tiêu chuẩn, quy trình, quy phạm hiện hành về ổn định, biến
dạng, vật liệu…


3

3.1.3. Tiếp cận với thực tiễn cơng trình
Mỗi nền đê sẽ có các điều kiện địa chất khác nhau, vì thế sẽ có giải pháp
xử lý khác. Căn cứ vào điều kiện cụ thể tại vị trí cơng trình mà có biện pháp xử
lý nền thích hợp.
3.1.4. Tiếp cận trên cơ sở Hợp tác Quốc tế:
Công nghệ thông tin ngày càng phát triển cho phép tiếp cận nhanh
với các tiến bộ kỹ thuật của thế giới.
3.2. Phương pháp nghiên cứu
3.2.1. Phương pháp thu thập thông tin
Thu thập tài liệu hiện có liên quan đến cọc xi măng đất và vải địa kỹ thuật
ở trong nước và trên thế giới
3.2.2. Phương pháp nghiên cứu trên mơ hình số
Nghiên cứu sử dụng các phần mềm địa kỹ thuật có khả năng giải quyết
các bài toán liên quan đến cọc xi măng đất và vải địa kỹ thuật như : Plaxis,
GeoSlope.


4

CHƯƠNG I

TỔNG QUAN VỀ CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU
CHO ĐÊ BIỂN
1.1 Tổng quan về địa chất nền đê biển Việt Nam
Nói chung, địa chất nền đê biển Việt Nam cũng giống như đê biển ở khu vực
Đông Nam Á, hầu hết đều được xây dựng trên nền đất yếu. Nền đất yếu này chủ
yếu là những tầng trầm tích mới được tạo thành trong kỷ thứ tư. Theo kết quả
nghiên cứu về địa chất và địa lý, tầng trầm tích này chủ yếu là trầm tích tam giác
châu, thường gặp ở các miền đồng bằng. Trong đó hai đồng bằng lớn nhất là
đồng bằng Bắc Bộ và đồng bằng Nam Bộ. Căn cứ vào nguồn gốc và điều kiện
hình thành các đồng bằng, đồng thời dựa vào tài liệu thăm dị địa chất cơng trình,
sơ bộ có thể nhận xét về đặc điểm chung của các tầng đất mềm yếu ở Việt Nam
như sau :
1.1.1 Nền đê biển Bắc Bộ
Theo tài liệu thu thập được và các tài liệu báo cáo có liên quan, ở các tỉnh
ven biển miền Bắc, đê biển nằm trên lớp đất nền là cát hạt mịn pha đất thịt hoặc
sét. Đó là dạng lớp phù sa bồi của các cửa sông và được nâng dần lên thành bãi.
Đường kính hạt thay đổi trong khoảng từ 0,01 mm đến 0,2 mm. Góc nội ma sát
ϕ = 5o ÷ 25o, lực dính c = 0,03 ÷ 0,50 kg/cm2, trọng lượng thể tích γ = 1,1 ÷ 1,9
P

P

P

P

P

P

kg/cm3. Cá biệt trong một số trường hợp, nền đê biển nằm trên lớp đất bùn sét
P

P

pha. Đây là lớp đất có sức chịu kéo và nén yếu, độ ngậm nước lớn, dễ bị tác động
phá hoại của sóng và dịng ven bờ; lún lớn và kéo dài, độ ổn định thấp.
1.1.2. Nền đê biển miền Trung
Nhìn chung cấu trúc địa hình khu vực này khơng phức tạp lắm, các nhà địa
chất xếp miền kiến tạo Nam Trung Bộ thuộc đới hoạt hóa Mezozoi Đà Lạt.
Các trầm tích đệ tứ gồm: Cát cuội, cuội tảng, cát, sét tuổi đệ tứ phân bố dọc
các thung lũng sông miền núi với bề dày tối đa không quá 20m. Các thành tạo
cát, cuội sét chủ yếu nguồn gốc sông, sông biển lộ ra ở rìa phía tây, ở phía đơng


5

bị các thành tạo QII có nguồn gốc biển, sơng biển, gió biển (QIV) phụt lên.
Thành phần thạch học nhìn chung không đa dạng, các thành tạo macma xâm
nhập chủ yếu là Granit.
Theo tài liệu tổng kết, địa chất của một số vùng đặc trưng của đê biển miền
Trung như sau:
- Tại khu vực huyện Bình Sơn, tỉnh Quảng Ngãi:
Căn cứ vào tài liệu khảo sát, địa chất khu vực khảo sát có thể chia thành các
lớp sau:
Lớp 1a: Sét pha, màu vàng xám, lẫn lá cây, rễ cây, sạn sỏi nhỏ, chiều dày
trung bình đến 0.5m.
Lớp 1b: sét màu xám vàng, nâu đỏ lẫn ít sạn sỏi nhỏ trạng thái dẻo cứng.
Chiều dày của lớp này chưa xác định và phân bố cục bộ.
Các chỉ tiêu cơ lý của lớp đất này như sau:

+ Tỷ trọng (khối lượng riêng) ∆: 2,72
+ Độ ẩm tự nhiên Wtn :
R

R

25,8%

+ Khối lượng thể tích (dung trọng)
- Tự nhiên γ w :

1,91T/m3

- Khơ γ k :

1,52T/m3

R

R

R

R

P

P

+ Độ sệt B:

< 0,34

+ Góc ma sát trong ϕ:

10027’

+ Lực dính kết C:

0,264 kg/cm2

P

P

P

P

- Tại khu vực huyện Tuy Phong, tỉnh Bình Thuận:
Từ miệng hố khoan đến độ sâu 20m (cao độ -22.0m) bắt gặp các lớp đất theo
thứ tự từ trên xuống như sau:
Lớp 1: Cát mịn đến trung lẫn ít sỏi nhỏ và vụn vỏ sò, màu xám nâu, trạng
thái kém chặt đến chặt vừa, bề dày lớp thay đổi từ 5,3m đến 7,5m
Lớp 2: Cát sét lẫn bụi sỏi nhỏ và vỏ sò hến , màu xám đen trạng thái dẻo
chảy. Nằm kế tiếp dưới lớp cát 1, bề dày lớp thay đổi từ 1,5m đến 3,5m.


6

Lớp 3: Sét bụi lẫn cát mịn và ít sỏi nhỏ, màu xám ghi nhạt lẫn nâu, trạng thái
dẻo cứng. Nằm tiếp theo dưới lớp cát 2, bề dày lớp thay đổi từ 1,9m đến 2,8m
Lớp 4: Cát sét hạt mịn đến trung lẫn bụi, màu xám trắng đốm nâu vàng, trạng
thái nửa cứng, phân bố tiếp theo dưới lớp sét 3 hoặc dưới lớp cát sét 2. Bắt đầu từ
cao độ - 8,5m đến -14,4m cho đến hết chiều sâu hố khoan.
Bảng 1.1 Chỉ tiêu cơ lý các lớp đất nền khu vực huyện Tuy Phong
TT

Chỉ tiêu cơ lý

1

Dung trọng tự nhiên γ w

2

Độ sệt B

3

Lực dính đơn vị C

4

Góc nội ma sát (ϕ)

R

Đơn vị

Lớp 1

Lớp 2

Lớp 3

Lớp 4

g/cm3

1,910

1,956

1,924

2,019

-

0,81

0,31

0,30

Kg/cm2

0,023

0,068

0,266

0,176

Độ

23014’

14034’

19040’

22020’

P

P

P

P

P

P

P

P

P

P

P

P

P

P

-Tại khu vực Đồi Dương (Phan Thiết):
Kết quả khảo sát địa chất cho thấy địa tầng của khu vực bao gồm 2 lớp chính
như sau:
Lớp 1: Nằm trên cùng phân bố đến độ sâu hơn 4m, càng tiến dần về cửa
Thương Chánh chiều dày mỏng, có nơi chiều dày nhỏ hơn 1m, thành phần chủ
yếu là cát thạch anh hạt trung lẫn vỏ sò, vỏ ốc màu xám vàng, vàng nhạt có độ
rỗng tự nhiên n = 37%, trạng thái tự nhiên rời rạc, ẩm đến bão hòa nước.
Lớp 2: Đá gốc, nằm dưới lớp 1, lộ ra không liên tục. Khu vực đá lộ khoảng
200m nằm cách mép kè C1 cảng cá Phan Thiết khoảng 200m. Đây là lớp dưới
cùng trong thành tạo địa chất của vùng. Thành phần thạch học là Granite hạt
trung thuộc phức hệ Đèo Cả.
1.1.3. Nền đê biển khu vực Nam Bộ
Về địa chất cơng trình khu vực này là một dải hẹp gồm các dạng bãi cát, đụn
cát, cồn cát, chạy gần như liên tục từ cửa sơng Sài Gịn men dọc theo bờ biển
Đơng và bờ biển Tây kéo dài tới tận Hà Tiên. Càng về phía giáp biển lớp cát
càng dày. Các hình trụ hố khoan có độ sâu đạt đến 40m, cho biết lớp cát hạt mịn

7

kém chặt dễ biến thành dạng cát chảy hoặc bùn cát khi có tác động lực cơ học,
thường có độ dày 8 – 10m, dưới là tầng sét bùn dày khoảng 15 - 16m, dưới cùng
là tầng sét dẻo cứng. Tầng bồi tích trẻ ở đây có chiều sâu trên 50m. Móng cơng
trình thường nằm trên lớp cát hạt mịn – bùn sét kém chặt có chứa nhiều muối hồ
tan, lớp này có chiều dày thay đổi và nằm trên tầng sét bùn khơng ổn định. Để
cơng trình ổn định phải xử lý nâng cao sức chịu tải của lớp này hoặc truyền tải
xuống tầng sét cứng nằm sâu bên dưới.
Các hình trụ hố khoan và tính chất cơ lý của từng lớp đất được thể hiện trên
một số hình trụ hố khoan phân bố dọc suốt chiều dài từ Bà Rịa Vũng Tàu đến
Kiên Giang như sau:
- Tại khu vực cửa Bến Hội, huyện Xuyên Mộc, tỉnh Vũng Tàu:
Lớp 1: Lớp cát trung, thô màu vàng sậm lẫn xám đen chứa ít vỏ sị, xốp đến
chặt vừa, bão hịa nước. Bề dày trung bình của lớp khoảng 3,0m
Lớp 2: Lớp cát mịn màu xám ửng xanh rêu, chặt vừa, bão hịa nước. Bề dày
trung bình của lớp khoảng 5,54m
Lớp 3: Lớp á sét màu xanh rêu, cứng. Bề dày trung bình khoảng 1,53m
Bảng 1.2 Bảng chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất nền khu vực cửa Bến Hội
TT

W

γw

ε

Lớp

%

T/m3

1

20,8

2
3

C

Độ

Kg/cm2

LL

PL

Ip

%

%

%

%

1,962 0,634

87,1

-

-

-

-

29046’

0,022

23,6

1,932 0,689

91,1

-

-

-

-

290

0,014

23,9

1,872 0,779

82,4

41,0

26,3

14,7

P

R

B

ϕ

S

R

P

P

P

P

P

0,17 19050’
P

P

P

0,226

- Tại khu vực Ba Lai tỉnh Bến Tre:
Lớp 1: từ -1,2 đến -2,05 dày 0,8m là lớp sét màu xám nâu, nâu vàng, trạng
thái dẻo cứng.
Lớp 2: từ -2,05 đến - 5,05 dày 3,0m là sét màu xám đen xanh, có lẫn ít mùn
cây thực vật, trạng thái dẻo mềm, dẻo chảy.


8

Lớp 3: từ -5,05 đến -11,25 dày 6,2m là á sét nhẹ - á cát màu xám xanh đen,
cát hạt vừa mịn, có lẫn mảnh vụn sị ốc. Bão hịa nước kết cấu kém chặt

Lớp 4: từ -11,25 đến -43,25 dày 32m là cát màu xám xanh đen, có lẫn ít ổ cát
hạt mịn, mảng vụ sò, ốc, sạn sỏi. Trạng thái dẻo mềm, dẻo chảy.
Lớp 5: từ -43,25 đến -48,75 dày 5,5m là á sét nặng màu xám vàng, xám
trắng, cát hạt vừa – mịn, có lẫn sỏi sạn vón kết. Trạng thái dẻo cứng nửa cứng.
Bảng 1.3. Chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất nền khu vực Ba Lai
Thơng số thí nghiệm

Đơn vị

Lớp 1

Lớp 2

Lớp 3

Lớp 4

Sét

%

44

34

12

34

Bụi

%

28

25

6

25

Cát

%

28

41

82

41

Giới hạn chảy

%

55

54

24

54

Giới hạn lăn

%

30

30

16

30

Chỉ số dẻo

%

25

24

8

24

0.84

0.82

0.65

0.82

51.1

49.3

21.2

49.3

Thành phần hạt

Hạn độ Atterberrg

Độ sệt
Độ ẩm tự nhiên

%

Dung trọng tự nhiên

T/m3

1.66

1.61

1.88

1.61

Dung trọng khô

T/m3

1.2

1.08

1.55

1.08

Tỷ trọng

T/m3

2.71

2.71

2.72

2.71

Độ rỗng

%

59.4

60.1

43

60.1

1.46

1.51

0.76

1.51

95

89

76

89

P

P

P

Hệ số rỗng
Độ bão hịa

%

Lực dính kết

Kg/cm2

0.14

0.13

0.09

0.13

Độ

3.19

4.44

24.58

4.44

Cm/s

2.00E-06

2.00E-05

Gúc ma sát trong
Hệ số thấm

P

2.00E-05


9

- Tại Gành Hào tỉnh Bạc Liêu:
Lớp 1: Bùn sét màu xám đen ở trạng thái chảy, phân bố đến độ sâu trung
bỡnh 21,5 đến 22m, đây là lớp đất yếu, trầm tích mới chưa cố kết. Hàm lượng hạt
bụi và hạt sét chiếm tới 90%. Tính chất nén lún cao, cường độ chịu tải nhỏ với
các thông số cơ bản:
+ Dung trọng tự nhiên: γ tn = 1,582 g/cm3
R

R

P

+ Dung trọng khơ: γ k = 0,977g/cm3

R

R

+ Góc ma sát trong: ϕ = 30
P

+ Lực dính: C = 0,12 kg/cm2
P

Lớp 2: Sét màu vàng loang lổ xám ở trạng thái dẻo cứng, lớp đất này thường
chứa các thấu kính sét pha trạng thái dẻo mềm, dẻo cứng. Đến độ sâu 30m chưa
khoan qua lớp này.
+ Dung trọng tự nhiên: γ tn = 1,893 g/cm3
R

R

P

+ Dung trọng khụ: γ k = 1,450g/cm3
R

R

+ Góc ma sát trong: ϕ = 160
P

+ Lực dính: C = 0,41 kg/cm2
P

Lớp 2a: (các thấu kính sét pha nằm trong lớp 2):
+ Dung trọng tự nhiên: γ tn = 1,932 g/cm3
R

R

P

+ Dung trọng khụ: γ k = 1,512 g/cm3
R

R

+ Góc ma sát trong: ϕ = 200
P

+ Lực dính:C = 0,19 kg/cm2
P

- Tại Huyện Hòn Đất tỉnh Kiên Giang:
Lớp 1: từ +0.5 đến -1,0 dày 1,5m là đất sét màu xám nâu, nâu vàng, trạng
thái dẻo cứng.
Lớp 2: từ -1,0 đến -8,0 dày 7,0m là sét màu xám đen xanh, có lẫn ít ổ cát hạt
mịn mỏng, mảnh vụn sị, ốc, sạn sỏi vón kết vững chắc. Trạng thái dẻo mềm dẻo
chảy.


10

Lớp 3: từ -8,0 đến -22,0 dày 14m là á sét nặng màu xám vàng, xám trắng, cát
hạt vừa mịn, có lẫn sạn sỏi vón kết. Trạng thái dẻo cứng, nửa cứng.
Bảng 1.4 Bảng chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất nền huyện Hịn Đất
Thơng số thí nghiệm

Đơn vị

Lớp 1

Lớp 2

Lớp 3

Sét

%

44

34

39

Bụi

%

28

25

29

Cát

%

28

41

32

Giới hạn chảy

%

55

54

50

Giới hạn lăn

%

30

30

27

Chỉ số dẻo

%

25

24

23

0,84

0,82

0,30

51,1

49,3

33,9

Thành phần hạt

Hạn độ Atterberrg

Độ sệt

Độ ẩm tự nhiên

%

Dung trọng tự nhiên

T/m3

1,66

1,61

1,76

Dung trọng khơ

T/m3

1,1

1,08

1,31

Tỷ trọng

T/m3

2,71

2,71

2,70

Độ rỗng

%

59,4

60,1

51,5

1,46

1,51

1,07

95

89

86

P

P

P

Hệ số rỗng
Độ bão hịa

%

Lực dính kết

Kg/cm2

0,14

0,13

0,28

Độ

3,12

4,17

12,35

cm/s

3,30E-06

1,70E-05

4,50E-06

Góc ma sát trong
Hệ số thấm

P

1.2 Tổng quan về các giải pháp xử lý nền đất yếu cho đê biển
Để có thể xây dựng được các cơng trình trên nền đất yếu có độ rỗng lớn, kết
cấu dễ bị phá hoại và kém ổn định dưới tác dụng của tải trọng, cần thiết phải áp


11

dụng các phương pháp gia cố nền đất. Có nhiều phương pháp gia cố nền đất yếu,
có thể khái quát như sau:
1.2.1. Cải tạo sự phân bố ứng suất và điều kiện biến dạng nền đất yếu [2][9]
Khi lớp đất yếu có chiều dày khơng lớn nằm trực tiếp dưới móng cơng trình
thì có thể sử dụng các biện pháp xử lý nhân tạo như đệm cát, đệm đất, đệm đá, bệ
phản áp… để làm tăng khả năng chịu lực và hạn chế mức độ biến dạng (đặc biệt
là biến dạng không đều) của đất nền dưới tác dụng của tải trọng cơng trình. Tuy
nhiên, các biện pháp trên có những hạn chế khi lớp đất yếu có chiều dày lớn hoặc
trong lớp đất yếu có nước áp lực cao.
1.2.1.1. Đệm cát
Để tận dụng khả năng của các lớp dưới của đất nền, người ta thường đào bỏ
lớp đất yếu ở phía trên tiếp giáp với móng (thường là sét nhão, á sét nhão, á cát
bão hòa nước, bùn, than bùn…) và thay thế bằng đất cát có cường độ chống cắt
lớn, dễ thi công và là vật liệu địa phương. Lớp cát được thay thế gọi là tầng đệm
cát.

Tầng đệm cát có các ưu điểm sau:
- Giảm độ lún của nền cơng trình và độ lún khơng đều, đồng thời làm tăng
nhanh quá trình cố kết của đất nền.
- Làm tăng khả năng ổn định của cơng trình kể cả khi có tải trọng ngang tác
dụng, vì cát được nén chặt sẽ tăng lực ma sát và tăng sức chống trượt.
Ngồi ra do thi cơng đơn giản, khơng địi hỏi các thiết bị phức tạp nên sử
dụng tương đối rộng rãi. Tuy nhiên, việc sử dụng đệm cát có những nhược điểm
sau:
- Lớp đất yếu cần thay thế khá dày, chiều dày trên 3m, khi đó thi cơng khó,
chi phí lớn.
- Mực nước ngầm cao và nước có áp, vì cần phải hạ thấp mực nước ngầm và
tầng đệm cát khơng ổn định (dễ bị xói ngầm, hóa lỏng)


12

1.2.1.2. Đệm đất
Vật liệu làm lớp đệm trong trường hợp này là sét pha cát, đôi khi dùng cát
pha sét và sét. So với cách gia cố bằng đệm cát thì đệm đất kinh tế hơn và tận
dụng được vật liệu địa phương. Đệm đất được dùng cho các công trình xây dựng
trên nền đất đắp ở trạng thái ẩm và mực nước ngầm ở sâu.
1.2.1.3. Bệ phản áp
Bệ phản áp là các khối đất đá đắp ở hai bên cơng trình để chống trượt do xuất
hiện vùng biến dạng dẻo dưới nền đất yếu khi làm đường, đê, đập ở phía trên. Bệ
phản áp cịn dùng để phịng lũ, chống sóng, chống thấm mất nước.
1.2.2. Truyền tải trọng cơng trình xuống lớp chịu lực tốt [2][9]
Khi dưới lớp đất yếu là lớp chịu lực thì có thể dùng móng cọc. Nhiệm vụ chủ
yếu của móng cọc là truyền tải trọng từ cơng trình xuống các lớp đất ở dưới mũi
cọc và ra các lớp đất xung quanh.
Cọc là bộ phận kết cấu chế tạo bằng bê tông cốt thép hay gỗ (cọc tre, cọc

tràm…) được dùng để tạo móng cọc. Tùy theo kết cấu cơng trình mà các loại cọc
sau được sử dụng:
- Cọc thép: thường dùng cọc thép ống hay cọc thép uốn chữ H. Cọc thép
được đóng vào đất có đầu hở hay đầu đóng. Trong nhiều trường hợp sau khi
đóng, cọc được đổ đầy bê tơng.
- Cọc bê tơng: Có hai loại cọc bê tơng đúc sẵn và cọc bê tông đổ tại chỗ. Cọc
bê tông đúc sẵn làm bằng cốt thép thơng thường, có tiết diện hình vng hay lục
giác. Cốt thép giúp cho cọc có thể chống lại mơ men uốn do tải trọng ngang. Các
cọc đúc sẵn theo chiều dài mong muốn và được bảo dưỡng trước khi vận chuyển
tới cơng trình. Cọc bê tơng đúc sẵn có thể là cọc bê tơng cốt thép ứng suất trước,
dùng cốt thép có cường độ cao, có thể giảm 40-50% cốt thép lại nâng cao tính ổn
định, chống nứt nẻ, uốn dọc khi vận chuyển và đóng cọc.
Cọc bê tơng đổ tại chỗ thực hiện bằng cách tạo hố trong đất rồi đổ bê tông
đầy hố. Có hai loại: cọc được chống và khơng được chống. Cả hai loại đều có bệ
ở đáy.


13

- Cọc gỗ: có ưu điểm là nhẹ, chế tạo đơn giản, vận chuyển thi công dễ dàng.
Nếu cọc gỗ ln ở dưới nước thì tuổi thọ tới hàng trăm năm. Nhược điểm là có
sức chịu tải khơng cao, hạn chế về chiều dài, tiết diện, dễ bị hà mục, hư hỏng.
- Cọc hỗn hợp: phần trên và dưới cọc hỗn hợp có thể làm bằng vật liệu khác
nhau. Chẳng hạn có thể là cọc: thép và bê tơng hoặc gỗ và bê tơng. Cọc thép và
bê tơng gồm có phần dưới là thép và phần trên là bê tông đổ tại chỗ. Loại cọc này
dùng khi chiều dài cọc để cho sức chịu thích hợp vượt sức chịu tải của các cọc bê
tông đổ tại chỗ riêng lẻ. Cọc gỗ và bê tơng thường gồm cọc gỗ ở phía dưới thấp
hơn mực nước ngầm thường xuyên và phần trên là bê tơng. Thường khó nối tiếp
hai loại vật liệu khác nhau này nên cọc hỗn hợp không được dùng rộng rãi.
1.2.3. Các phương pháp làm tăng độ chặt nền đất yếu [2][9][8][10]

Với đất có độ rỗng lớn, ở trạng thái rời, bão hịa nước có tính nén lớn hay đất
có kết cấu dễ bị phá hoại và kém ổn định dưới tác dụng tải trọng còn nhỏ (đất
bùn, than bùn, đất dính ở trạng thái chảy…), để tăng độ chặt của nền tạo điều
kiện để nền đất có khả năng chịu lực, hạn chế độ lún và chênh lệch lún, khi xây
dựng cơng trình, có thể dùng phương pháp làm tăng độ chặt nền đất yếu sau đây:
cọc cát, cọc đất, giếng cát, nén trước bằng tải trọng tĩnh, nén chặt trên mặt và
dưới sâu.
1.2.3.1. Nền cọc cát
Nền cọc cát là một khu vực gia cố nền bởi mạng lưới cọc cát. Cọc cát có các
tác dụng sau:
- Giúp cho nước lỗ rỗng trong đất thoát ra nhanh, làm cho q trình cố kết
của đất nhanh hơn và có độ lún chóng ổn định hơn.
- Đất được nén chặt thêm, độ rỗng của đất giảm và cường độ của nền cọc cát
(bao gồm cọc cát và đất giữa các cọc) được tăng lên.
- Thi công đơn giản bằng các vật liệu rẻ tiền (cát thô, sạn sỏi) nên chi phí
thấp hơn đệm cát và các loại móng cọc. Cọc cát thường dùng để gia cố nền đất
yếu có chiều dày lớn (lớn hơn 3m)


14

Không nên dùng cọc cát trong các trường hợp đất quá nhão (khi hệ số rỗng
nén chặt ε>1), và khi lớp đất yếu có chiều dày mỏng <2m thì nên dùng đệm cát
sẽ tốt hơn.
1.2.3.2. Nền cọc vôi
a. Cọc vôi
Cọc vôi thường dùng để nén chặt các lớp đất yếu như: bùn, than bùn, sét và á
sét ở trạng thái dẻo. Cọc vơi có các tác dụng sau:
Sau khi cọc vơi được đầm chặt, đường kính cọc vơi tăng 20% và làm cho đất
xung quanh nén chặt.

- Trong lỗ khoan, khi vôi được tôi nhiệt độ lên tới 120-1600C với nhiệt lượng
P

P

280 Kcal/1Kg canxi. Do vậy, làm cho nước lỗ rỗng bốc hơi, đất giảm độ ẩm và
nén chặt nhanh. Ngồi ra khi tơi, vơi tăng thể tích lên 2 lần làm cho đất xung
quanh nén chặt thêm.
Khi dùng cọc vôi, độ ẩm đất giảm 5-8%, mô đun biến dạng tăng 3-4 lần, lực
dính tăng 1,5-3 lần, cường độ nền cọc vôi tăng 2-3 lần.
Hiệu quả nén chặt bằng cọc vôi hạn chế trong đất quá nhão yếu (độ sệt >1)
như bùn gốc sét, sét nhão là do các loại này khó thốt nước.
b. Cọc đất- vơi
Gia cố bằng cọc đất- vôi làm tăng độ bền chống cắt lên hàng chục lần. Sức
chống cắt khơng thốt nước có thể đạt tới 1000 Kpa. Nhờ cường độ cọc đất vôi
tăng lên rõ rệt nên có thể dùng cọc này làm tường cừ hoặc làm nền cho móng
cơng trình.
- Làm tường cừ: tường cừ bằng cọc đất- vôi làm thành một dãy sát nhau, tùy
theo u cầu của từng loại cơng trình.
Áp lực chủ động của đất càng lớn thì cần nhiều dãy cọc. Dùng cọc đất- vôi
để làm tường cừ bảo vệ mái dốc và thành hố móng.
- Làm nền cho móng cơng trình: do cọc đất- vơi làm tăng sức chịu tải của nền
từ 3 đến 5 lần, nên dùng cọc này để gia cố nền.


15

Cọc đất vôi được thi công bằng các máy chuyên dụng. Lưỡi khoan có đường
kính 500mm để tạo lỗ và làm đất tơi ra tại chỗ. Khi khoan đến độ sâu thiết kế thì
bắt đầu phun vơi. Với bột được chứa trong xi lơ có dung tích 2,5m3, do áp lực

khoảng 10at tạo bởi một máy nén khí được đẩy ra khỏi xi lô, qua ống dẫn bằng
cao su và cần khoan lỗ, chui ra từ lỗ nhỏ với đường kính 30mm ở dưới lưỡi
khoan và phun vào đất. Vơi bột tác dụng với nước lỗ rỗng trong đất tạo nên liên
kết xi măng và silicats hóa. Các liên kết đó gắn kết các hạt khống kết trong đất
lại và làm cho đất trở nên cứng hơn một cách rõ rệt.
1.2.3.3. Nền cọc xi măng – đất
Khi trộn ximăng vào đất sẽ xảy ra q trình kiềm và sau đó là quá trình
thứ sinh. Quá trình kiềm là quá trình thủy phân và hyđrát hóa ximăng, được coi
là q trình hình thành nên độ bền của đất gia cố. Quá trình kiềm sẽ tạo ra một
lượng lớn hyđroxyt canxi làm tăng độ pH của nước lỗ rỗng trong đất, tạo điều
kiện thúc đẩy qúa trình thứ sinh. Ở điều kiện bình thường, các khống vật sét có
thành phần hố học chính là các ơxít nhơm và silích khá bền vững, khó bị hịa
tan, song trong mơi trường kiềm có độ pH cao, chúng dễ bị hoà tan dẫn đến sự
phá hủy của khống vật. Các ơ xít nhơm và silic ở dạng hịa tan tạo nên một phần
vật liệu đơng cứng và làm tăng cường độ của hỗn hợp đất ximăng. Quá trình thứ
sinh xảy ra chậm chạp trong một thời gian dài.
Để gia cố sâu nền đất yếu, dùng cọc đất – ximăng được chế tạo theo 2
phương pháp: trộn khô và trộn ướt. Phương pháp trộn khô bằng cách dùng máy
khoan kiểu khoan đĩa hoặc khoan guồng xoắn, khoan đến chiều sâu thiết kế và
được rút lên khi xoay ngược chiều. Xi măng khô được đưa vào và trộn với đất
nhờ các cánh quay, quá trình khuấy trộn đồng thời cũng làm chặt đất trong cọc.
Phương pháp trộn ướt sử dụng cơng nghệ Jet-grouting (hay cịn gọi là khoan phụt
cao áp) dùng các tia nước và tia vữa phun ra với áp suất cao (từ 200-400atm),
vận tốc lớn (>100m/s), các phần tử đất xung quanh lỗ khoan bị xói tơi ra và hịa
trộn với vữa phụt, khi đơng cứng tạo thành một khối xi măng đất đồng nhất.
Ngày nay, cọc xi măng- đất thi công theo công nghệ Jet-grouting với những ưu


16

điểm nổi bật, đã được thừa nhận rộng khắp, được kiểm nghiệm và đưa vào tiêu
chuẩn ở trong nước và quốc tế (TCCS 05:2010/VKHTLVN, tiêu chuẩn Châu Âu
EN 12716:2001,…). Những ưu điểm của công nghệ khoan phụt cao áp:
- Phạm vi sử dụng rộng, thích hợp mọi loại đất, từ bùn sét đến sỏi cuội.
- Có thể xử lý các lớp đất yếu một cách cục bộ, không ảnh hưởng đến các lớp
đất tốt.
- Có thể xử lý dưới móng hoạc kết cấu hiện có mà khơng ảnh hưởng đến
cơng trình.
- Thi cơng được trong nước.
- Mặt bằng thi cơng nhỏ, ít chấn động, ít tiếng ồn, hạn chế tối đa ảnh hưởng
đến các cơng trình lân cận.
- Thiết bị thi cơng nhỏ gọn, có thể thi cơng trong khơng gian có chiều cao
hạn chế, nhiều chướng ngại vật.
1.2.3.4. Phương pháp gia tải nén trước
Khi gặp nền đất yếu như than bùn, than bùn, sét và á sét dẻo nhão, á cát bão
hịa nước thì có thể dùng phương pháp gia tải nén trước nhằm:
- Làm tăng sức chịu tải của đất nền.
- Tăng nhanh thời gian cố kết, làm cho độ lún nhanh ổn định.
Để đạt được mục đích đó, người ta tiến hành chất tải trọng (bằng cát, sỏi,
gạch, đá, các khối bê tông) bằng hoặc lớn hơn tải trọng cơng trình định thiết kế
trên nền đất yếu để nền chịu tải và lún trước khi xây dựng thực. Kết hợp có thể
dùng giếng cát hay bản giấy thấm để nước lỗ rỗng để thoát, tăng nhanh quá trình
cố kết của đất nền.
a. Phương pháp nén trước khơng dùng giếng thoát nước
Phương pháp này sử dụng khi cấu tạo địa chất tự nhiên ở vùng đã có các lớp
thoát nước (thường là lớp cát) cho lớp đất yếu cần gia cố. Khả năng thốt nước
có thể một chiều xuống lớp cát nằm dưới hoặc lên lớp cát nằm trên hoặc hai
chiều- thấm lên và xuống hai lớp cát nằm kẹp ở trên và ở dưới lớp đất yếu. Để
đảm bảo điều kiện thoát nước tốt, chiều dày tầng đất yếu không nên lớn quá 3m.