Nghiên cứu giải pháp trụ đất xi măng xử lý giảm lún nền đường dẫn vào cầu tuyến đường đê biển trong điều kiện đất yếu tỉnh kiên giang

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
----O0O----

NGUYỄN VĂN MÓT

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP TRỤ ĐẤT-XIMĂNG
XỬ LÝ GIẢM LÚN NỀN ĐƯỜNG DẪN VÀO CẦU
TUYẾN ĐƯỜNG ĐÊ BIỂN TRONG ĐIỀU
KIỆN ĐẤT YẾU TỈNH KIÊN GIANG

Chuyên ngành: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG
Mã số ngành:

60.58.02.11

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 06 năm 2019


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên

: NGUYỄN VĂN MÓT

MSHV

: 1670653

Ngày tháng năm sinh : 01/10/1977

Nơi sinh

: Tiền Giang

Chuyên ngành

Mã số ngành

: 60.58.02.11

: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

Khóa (Năm trúng tuyển): 2016 đợt 2
I.

TÊN ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP TRỤ ĐẤT XI MĂNG XỬ LÝ GIẢM LÚN NỀN
ĐƯỜNG DẪN VÀO CẦU TUYẾN ĐƯỜNG ĐÊ BIỂN TRONG ĐIỀU KIỆN ĐẤT
YẾU TỈNH KIÊN GIANG.
II.

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:
Mở đầu
Chương 1. Tổng quan về gia cố đất yếu bằng trụ đất - xi măng
Chương 2. Cơ sở lý thuyết về tính tốn trụ đất – xi măng trong xử lý nền đất yếu
Chương 3. Nghiên cứu vật liệu đất-xi măng và đánh giá ổn định nền đường dẫn vào
cầu Tuyến đường Đê Biển đoạn qua Thành phố Rạch Giá, tỉnh Kiên Giang.
Kết luận và kiến nghị
Tài liệu tham khảo

III.

NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 02/12/2018

IV.

NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 02/06/2019

V.

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN:
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 1: TS. Nguyễn Ngọc Phúc
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 2: PGS.TS. Võ Phán
Tp. HCM, ngày . . . . tháng .. . . năm 2019

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 2

PGS.TS. VÕ PHÁN

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 1

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

TS. NGUYỄN NGỌC PHÚC
TRƯỞNG KHOA

TS. LÊ ANH TUẤN

PGS.TS LÊ BÁ VINH


Cơng trình được hồn thành tại: Trường đại học Bách khoa – ĐHQG – Tp.HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS. NGUYỄN NGỌC PHÚC
PGS.TS VÕ PHÁN

Cán bộ chấm nhận xét 1: PGS.TS Tô Văn Lận

Cán bộ chấm nhận xét 2: PGS.TS Nguyễn Thành Đạt

Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN
VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày 03 tháng 07 năm
2019.
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1. PGS.TS Lê Bá Vinh
2. PGS.TS Tô Văn Lận
3. PGS.TS Nguyễn Thành Đạt
4. TS. Lại Văn Quí
5. ……………………………………..
Xác nhận của Chủ tịch hội đồng đánh giá Luận văn và Trưởng khoa quản lý
chuyên ngành sau khi luận văn được sửa chữa (nếu có).

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA

PGS.TS Lê Bá Vinh

TS. Lê Anh Tuấn


LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian học tập và nghiên cứu để hồn thành khố học, ngồi nổ lực
bản thân cịn có sự hướng dẫn, giúp đỡ, động viên nhiệt tình của các thầy cô, đồng
nghiệp, bạn bè, cơ quan và gia đình.
Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS. Võ Phán, TS. Nguyễn Ngọc
Phúc là những người Thầy đã tận tình hướng dẫn và hết lịng giúp đỡ tơi trong suốt
thời gian hồn thành luận văn. Bên cạnh đó tơi xin chân thành tri ân sâu sắc đến các
Thầy trong bộ mơn Địa Cơ Nền Móng đã trực tiếp giảng dạy trong thời gian học tập
tại trường.
Tôi cũng xin chân thành cảm ơn sự quan tâm động viên và giúp đỡ của bạn bè,
đồng nghiệp và lãnh đạo cơ quan nơi tôi công tác đã tạo điều kiện tốt để tơi hồn
thành khố học.
Cuối cùng xin gửi đến Cha Mẹ và gia đình lịng biết ơn vơ hạn vì đã ln động
viên cho con trong thời gian học tập
Xin chân thành cảm ơn!
Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2019
Học viên

NGUYỄN VĂN MÓT

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan Luận văn Thạc sĩ này do chính tơi thực hiện dưới sự hướng
dẫn của Thầy PGS.TS. Võ Phán, TS Nguyễn Ngọc Phúc. Các kết quả đạt được
trong Luận văn này là đúng sự thật và chưa được công bố ở các nghiên cứu khác.
Tôi xin chịu trách nhiệm về kết quả thực hiện của mình.
Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2019
Học viên

NGUYỄN VĂN MÓT


TÓM TẮT
Giải pháp xử lý nền đất yếu bằng trụ đất – ximăng đã được ứng dụng rộng rãi trên
thế giới và gần đây áp dụng cho một số công trình ở Việt Nam. Giải pháp này lần đầu tiên
được áp dụng vào địa bàn tỉnh Kiên Giang. Trong điều kiện nền đất yếu nằm ven biển (có
lớp bùn dày 9,0 m), thì kết quả thí nghiệm và tính tốn xác định tỷ lệ Nước/Ximăng là
0,7; hàm lượng xi măng 240 kg/m3 cho cường độ nén đơn của trụ đất - ximăng qu = 370,9
kN/m2 được xem là tối ưu.
Các tính tốn lý thuyết và thực tiễn xây dựng khi ứng dụng giải pháp trụ đấtximăng xử lý nền đất yếu cho đường dẫn vào cầu Km4+600 thuộc dự án tuyến đường đê
biển đoạn qua thành phố Rạch Giá, tỉnh Kiên Giang (trụ có đường kính D = 0,8 m;
khoảng cách giữa các trụ S = 1,2 m; chiều dài trụ L = 10 m) đảm bảo đáp ứng yêu cầu về
ổn định và biến dạng cho cơng trình.


ABSTRACT
Nowaday, deep mixing (soil-cement column) is a widely method be using in the
World and VietNam for treatment soft soil. It was applied firstly in Kien Giang province.
In the soft soil of coast condition has mud layer 0.9m depth, with testing results to
determine Water/cement is 0.7 and 240 kg/m3 content, deep mixing column in unconfined
compression has qu = 370.9 kN/m2.

Calculation results by using logical equations, FEM and in-site construction with
deep mixing solution of leading road to bridge Km4+600 in Rach Gia seaside dyke-Kien
Giang province (Diameter = 0.8m; Space S=1,2m; Length = 10m) is stable and small
displacemence adapting to standards.


MỤC LỤC
Trang
Mở đầu

1

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ GIA CỐ ĐẤT YẾU BẰNG TRỤ ĐẤT -

3

XIMĂNG
1.1- GIỚI THIỆU CHUNG

3

1.1.1- Sơ lƣợc về lịch sử phát triển của trụ đất ximăng

3

1.1.2- Nguyên tắc gia cố đất nền bằng trụ đất-ximăng

4

1.1.3- Công nghệ thi cơng

5

1.1.4- Các kiểu bố trí trụ đất-ximăng

9

1.1.5- Ứng dụng chính của trụ ximăng đất

11

1.2- MỘT SỐ NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGỒI NƢỚC VỀ TRỤ

11

ĐẤT-XIMĂNG
1.2.1. Nhóm các nghiên cứu về đặc tính cƣờng độ vật liệu trụ

11

1.2.2. Nhóm các nghiên cứu về cơ học chịu tải của trụ và nhóm trụ đất-

12

ximăng (Soil Cement Pile - đƣợc viết tắt là trụ SCP)
1.3 NHẬN XÉT CHƢƠNG

13

CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ TÍNH TỐN TRỤ ĐẤT-

15

XIMĂNG TRONG XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU
2.1- CÁC QUAN ĐIỂM VÀ CƠ SỞ TÍNH TỐN

15

2.1.1. Phƣơng pháp tính tốn theo quan điểm CĐXM làm việc nhƣ trụ

16

cứng
2.1.1.1. Đánh giá ổn định trụ theo trạng thái giới hạn 1

16

2.1.1.2. Đánh giá ổn định theo trang thái giới hạn 2

16

2.1.2. Phƣơng pháp tính tốn theo quan điểm hệ làm việc nhƣ nền tƣơng

16

đƣơng
2.1.3. Phƣơng pháp tính tốn theo tiêu chuẩn giá cố trụ đất-ximăng Việt

17

Nam
2.1.3.1. Tính tốn ổn định

18

2.1.3.2. Tính tốn độ lún

20

2.1.4. Phƣơng pháp tính tốn theo quan điểm hỗn hợp của viện kỹ thuật

22

Châu Á (AIT)


2.1.4.1. Khả năng chịu tải của trụ đơn

22

2.1.4.2. Khả năng chịu tải giới hạn của nhóm trụ

23

2.1.5. Phƣơng pháp tính toán theo tiêu chuẩn châu Âu

25

2.1.5.1- Kiểm tra điều kiện về cƣờng độ

25

2.1.5.2- Tính tốn độ lún

26

2.1.6. Phƣơng pháp tính theo tiêu chuẩn Thƣợng Hải-Trung Quốc

26

2.1.6.1. Xác định tỷ số giữa diện tích tính đổi và khoảng cách trụ C

26

2.1.6.2. Xác định đƣờng kính và chiều dài trụ

27

2.1.6.3. Tính tốn độ lún

27

2.1.7. Phƣơng pháp thiết kế theo BCJ của Nhật Bản (The Building Center

28

of Japan)
2.1.7.1. Cơ sở lý thuyết của phƣơng pháp

28

2.1.7.2. Yêu cầu về các thông số đầu vào phục vụ tính tốn

28

2.1.8. Phƣơng pháp thiết kế theo CDIT của Nhật Bản (Coastal

34

Development Institute of Technology)
2.2. Giới thiệu phần mềm Plaxis thƣờng dùng để giải các bài toán địa kỹ

43

thuật hiện nay
2.2.1. Loại vật liệu đất nền “Drained, Undrained, Non-porous”

44

2.2.2. Dung trọng khơng bão hồ và dung trọng bão hồ

45

2.2.3. Hệ số thấm

45

2.2.4. Thơng số độ cứng của đất nền

46

2.2.5. Thông số sức kháng cắt của đất nền

47

2.2.6. Các mơ hình đất nền trong Plaxis

48

2.2.6.1 Mơ hình Mohr-Coulomb

48

2.2.6.2 Mơ hình Hardening Soil

53

2.3. NHẬN XÉT CHƢƠNG

58

CHƢƠNG 3: NGHIÊN CỨU VẬT LIỆU ĐẤT – XIMĂNG VÀ ĐÁNH

59

GIÁ ỔN ĐỊNH NỀN ĐƢỜNG DẪN VÀO CẦU TUYẾN ĐƢỜNG ĐÊ
BIỂN ĐOẠN QUA THÀNH PHỐ RẠCH GIÁ, TỈNH KIÊN GIANG
3.1. YÊU CẦU THIẾT KẾ VÀ ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT CƠNG TRÌNH

59

KHU VỰC XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH
3.1.1 Giới thiệu chung về cơng trình và u cầu thiết kế

59


3.1.2 Cấu tạo địa chất

60

3.1.3 Thành phần hóa học của mẫu nƣớc tại cơng trình

62

3.2. NGHIÊN CỨU CHỌN LỰA HÀM LƢỢNG XIMĂNG - NƢỚC

62

HỢP LÝ ĐỂ XỬ LÝ
3.2.1 Kết quả thí nghiệm ximăng

62

3.2.2 Chọn lựa hàm lƣợng ximăng-nƣớc hợp lý để phục vụ xử lý trụ đất

63

trộn ximăng
3.3 TÍNH TỐN TRỤ ĐẤT - XIMĂNG THEO PHƢƠNG PHÁP GIẢI

66

TÍCH
3.3.1 Thơng tin chi tiết khu vực xử lý nền bằng trụ xi măng đất

66

3.3.1.1 Chi tiết vị trí và kết cấu tổng thể

66

3.3.1.2 Yêu cầu thiết kế

70

3.3.1.3 Phần xử lý trụ đất-ximăng

70

3.3.1.4 Các bƣớc thi công đƣờng

71

3.3.1.5 Số liệu quy đổi về nền tƣơng đƣơng

72

3.3.1.5 Tải trọng tác dụng lên cơng trình

74

3.3.2 Tính tốn kết quả

76

3.3.2.1 Tính tốn kiểm tra cƣờng độ của trụ đất-ximăng

76

3.3.2.2 Kiểm tra sức chịu tải nền sau khi gia cố trụ đất-ximăng

78

3.3.2.3 Tính tốn kiểm tra độ lún

77

3.4 Phân tích mơ phỏng bằng phần mềm Plaxis để đánh giá ổn định tổng

78

thể
3.4.1 Xác lập mơ hình mơ phỏng và chọn lựa đặc trƣng cơ lý cho bài tốn

78

mơ phỏng
3.4.1.1 Xác định mơ hình bài tốn

78

3.4.1.2 Xác định các đặc trƣng cơ lý cho bài tốn mơ phỏng

79

3.4.2 Phân tích kết quả tính tốn

79

3.4.2.1 Phân tích độ lún

79

3.4.2.2 Phân tích ổn định cơng trình

81

3.4.2.3 Phân tích phân bố ứng suất dƣới nền đất xử lý trụ đất-ximăng

84

3.5 KẾT LUẬN CHƢƠNG:

86

KẾT LUẬN KIẾN NGHỊ

88

I. KẾT LUẬN

88

II. KIẾN NGHỊ

89

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO

90


DANH MỤC BẢNG
Trang
Bảng 2.1: Bảng tra hệ số σ1 và β1

32

Bảng 2.2: Bảng tra hệ số xác định sức chịu tải

32

Bảng 3.1: Bảng giá trị trung bình chỉ tiêu cơ lý các lớp đất tại hố khoan HK3

61

& HK4
Bảng 3.2: Kết quả thí nghiệm nén ba trục

61

Bảng 3.3: Bảng phân tích thành phần hóa học nước

62

Bảng 3.4: Tổng hợp kết quả thí nghiệm cường độ ximăng

63

Bảng 3.5: Tổng hợp chỉ tiêu cơ lý đất nền trước và sau khi gia cố trụ đất-

73

ximăng
Bảng 3.6: Chi tiết tính tốn độ lún của nền đất dưới mũi trụ

78

Bảng 3.7: Tổng hợp thông số các đặc trưng cơ lý của các lớp đất mơ phỏng

80

tính tốn
Bảng 3.8: Phân phối ứng suất giữa trụ đất-ximăng và đất nền theo độ sâu

85

DANH MỤC HÌNH

Trang
Hình 1.1: Cơng nghệ thi cơng trụ đất- xi măng

5

Hình 1.2: Máy trộn khơ dưới sâu

7

Hình 1.3 Cánh trộn theo phương pháp trộn khơ (SGF 2000)

7

Hình 1.4: Thiết bị khoan

8

Hình 1.5: Cánh trộn theo phương pháp trộn ướt

9

Hình 1.6: Bố trí trụ trộn khơ

9

Hình 1.7: Bố trí trụ trùng nhau theo khối

9

Hình 1.8 Bố trí trụ trộn ướt trên mặt đất

10

Hình 1.9: Bố trí trụ trên biển

10

Hình 1.10: Bố trí trùng nhau trộn ướt –Trình tự thi cơng

10

Hình 1.11: Các ứng dụng trộn sâu (Terashi, 1997)

11

Hình 2.1: Mơ hình quy đổi nền tương đương

17

Hình 2.2: Lực dọc trục của trụ trong vùng chủ động tăng sức kháng cắt

19

và kháng uốn, trong vùng bị động trụ có thể bị nứt khi chịu kéo
Hình 2.3: Tính lún nền gia cố khi tải trọng tác dụng chưa vượt quá sức

21

chịu tải cho phép của vật liệu trụ
Hình 2.4: Sơ đồ bố trí cọc đất ximăng

24

Hình 2.5: Các thành phần liên quan đến tải trọng thiết kế

29

Hình 2.6: Phân tích sức chịu tải

30

Hình 2.7: Mơ hình phân tích khả năng chịu áp lực thẳng đứng

30

Hình 2.8: Minh họa chu vi nền gia cố

31

Hình 2.9: Minh họa ký hiệu tính tốn

32

Hình 2.10: Quy đổi áp lực trong trường hợp đất nền không đồng nhất

33

Hình 2.11: Phá hoại trượt ngang

35

Hình 2.12: Phá hoại trượt trịn

35

Hình 2.13: Trình tự thiết kế CĐXM theo phương pháp CDIT

36

Hình 2.14: Trụ ngàm vào lớp đất tốt

37

Hình 2.15: Trụ treo

37

Hình 2.16: Phân tích phá hoại mặt trượt trụ trịn

39

Hình 2.17: Mơ hình cho trụ chống

40


Hình 2.18: Mơ hình tính lún cho trường hợp trụ treo

41

Hình 2.19: Ý tưởng cơ bản của mơ hình đàn dẻo lý tưởng

49

Hình 2.20: Xác dịnh Eref từ thí nghiệm 3 trục cố kết thốt nước

51

Hình 2.21: Xác định Eoed từ thí nghiệm nén cố kết

52

Hình 2.22: Xác định Erefoed từ thí nghiệm nén cố kết

53

Hình 2.23: Mối quan hệ Hyperpolic giữa biến dạng và ứng suất dọc trọc

54

trong thì nghiệm 3 trục thốt nước
Hình 2.24: Vùng đàn hồi của mơ hình Hardening Soil trong khơng gian

55

ứng suất chính
Hình 2.25: Xác định E50ref từ thí nghiệm 3 trục thốt nước

56

Hình 2.26: Xác định Erefoed từ thí nghiệm nén cố kết

57

Hình 3.1: Quan hệ cường độ sức kháng nén và tỷ lệ N/XM với các

64

hàm lượng xi măng khác nhau ở 14 ngày
Hình 3.2: Quan hệ cường độ sức kháng nén và tỷ lệ N/XM

64

với các hàm lượng xi măng khác nhau ở 28 ngày
Hình 3.3: Quan hệ cường độ sức kháng nén và hàm lượng xi măng

65

với tỷ lệ N/XM 0,7 ở 14 ngày
Hình 3.4: Quan hệ cường độ sức kháng nén và hàm lượng xi măng

65

với tỷ lệ N/XM 0,7 ở 28 ngày.
Hình 3.5: Vị trí xây dựng cơng trình

67

Hình 3.6: Tổng mặt bằng đường dẫn vào cầu

68

Hình 3.7: Trắc dọc cầu

68

Hình 3.8: Trắc dọc phần xử lý trụ đất-ximăng

69

Hình 3.9: Phạm vi xử lý nền trụ đất-ximăng phí bên phải cầu

69

Hình 3.10: Phạm vi xử lý nền trụ đất-ximăng phí bên trái cầu

70

Hình 3.11: Mặt bằng bố trí cọc đất-ximăng

71

Hình 3.12: Mặt cắt ngang bố trí cọc đất-ximăng

72

Hình 3.13: Mặt bằng bố trí lưới trụ

72

Hình 3.14: Mặt cắt ngang đoạn đường xử lý trụ đất - ximăng

75

Hình 3.15: Mơ hình phân tích lún giả thiết tải trọng nền phân bố đàn hồi

75

tuyến tính
Hình 3.16: Mơ hình nền đường theo sơ đồ bài toán phẳng

79


Hình 3.17: Các Phase tính tốn kết quả

79

Hình 3.18: Độ lún khi vừa thi cơng xong

81

Hình 3.19: Độ lún sau khi cố kết ổn định

81

Hình 3.20: Ứng suất tiếp tương đối sau khi cố kết ổn định

82

Hình 3.21: Xu hướng phá hoại cơng trình

82

Hình 3.22: Hệ số an tồn

83

Hình 3.23: Phân bố ứng suất trong nền đất

84

Hình 3.24: Phân bố ứng suất sau khi cố kết ở mặt cắt ngang

84

nền đất xử lý trụ đất - ximăng
Hình 3.25: Phân bố độ lún sau khi cố kết ở mặt cắt ngang nền đất xử lý

85

trụ đất - ximăng
Hình 3.26: Phân phối ứng suất trong nền xử lý trụ đất - ximăng

86

Hình 3.27: Hệ số tập trung ứng suất thay đổi theo độ sâu

86


MỘT SỐ KÍ HIỆU ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN
Wt %

Giới hạn chảy

Wp %

Giới hạn lăn

Wn %

Chỉ số dẻo

W%

Độ ẩm tự nhiên

Gs

Tỷ trọng

e

Hệ số rỗng

e0

Hệ số rỗng ban đầu

Sr %

Độ bão hịa

γ0

(kN/m3)

Trọng lượng tự nhiên

c

(kN/m3)

Lực dính c

0

(độ)

Góc ma sát trong

ccu

(kN/m3)

Lực dính trong thí nghiệm CU

cu0

(độ)

Góc ma sát trong thí nghiệm CU

c'cu

(kN/m3)

Lực dính có hiệu trong thí nghiệm CU

'cu0

(độ)

Lực dính có hiệu trong thí nghiệm CU

σp

(kN/m2)

Áp lực cố kết trước

Cc

cm2/kG

Chỉ số nén

Cr

cm2/kG

Chỉ số nén lại

φtrụ

(độ)

Lực dính của trụ đất-măng

φtđ

(độ)

Góc ma sát của nền tương đương

γtđ

(kN/m3)

Trọng lượng riêng quy đổi tương đương

γc

(kN/m3)

Trọng lượng riêng trụ đất - ximăng

As

cm²

Diện tích đất nền cần thay thế

Ap

cm²

Diện tích đất nền thay thế bằng trụ xi măng - đất
Tỷ số thay thế

as
qu

kG/cm²

cường độ nén của mẫu đất – ximăng

Etrụ

kG/cm²

Mô đun vật liệu trụ

Etđ

kG/cm²

Mô đun quy đổi thành đất nền tương đương

R3xm

MPa

cường độ ximăng nén ở tuổi 3 ngày

R28xm

MPa

cường độ nén ximăng ở tuổi 28 ngày


He

m

Tổng chiều dày nền đường

Hy

m

Chiều sâu lớp đất yếu cần xử lý
Hệ số sức chịu tải

Nc
unsat

(kN/m3)

Trọng lượng riêng trên MNN

sat

(kN/m3)

Trọng lượng riêng dưới MNN

kx

(m/ngày)

Hệ số thấm phương đứng

ky

(m/ngày)

Hệ số thấm phương ngang

E50ref

(kN/m2)

Module thí nghiệm CU

Erefur

(kN/m2)

Module dỡ tải

Eoed

(kN/m2)

Oedometer module

pref

(kN/m2)

Hệ số cấp áp lực thí nghiệm

n

Hệ số poisson

n'

Hệ số poisson

c'

(kN/m2)

Lực dính có hiệu

'

(độ)

Góc ma sát trong có hiệu



(độ)

Góc giản nở

m

Hệ số mũ m

Rinter

Hệ số giảm ứng suất

K0nc

Hệ số áp lực ngang


-1-

MỞ ĐẦU
1- Đặt vấn đề nghiên cứu

Cùng với sự phát triển mạng lưới hạ tầng giao thông và đặc điểm cấu tạo địa chất
vùng Đồng Bằng sông Cửu Long, việc xây dựng cơng trình đắp trên nền đất yếu là vấn đề
thường xuyên gặp phải. Thành phố Rạch Giá là đô thị thuộc địa bàn tỉnh Kiên Giang nằm
trong vịnh Rạch Giá, một phần của Biển Tây thuộc Đồng bằng Sông Cửu Long là nơi
đang phát triển nhiều dự án lấn biển, đặc biệt có tuyến đường đê biển được xây dựng nằm
dọc theo bờ biển trong chương trình chống nước biển dâng do biến đổi khí hậu tồn cầu.
Với địa hình có nhiều cửa sơng thốt ra biển và có đặc điểm địa chất là nền đất yếu phân
bố ngay trên lớp bề mặt có chiều dày dao động từ 6m đến 10 m, cần thiết phải xử lý nền
đất yếu khi xây dựng tuyến đường đê biển.
Việc xử lý nền đất yếu nhằm mục đích làm tăng độ ổn định, giảm độ lún nền
đường; giảm độ lún lệch giữa nền đường và mố cầu; đảm bảo yêu cầu sử dụng bình
thường trong quá trình khai thác. Trong nhiều giải pháp xử lý nền đất yếu phổ biến như:
trụ đất-xi măng; giếng cát hoặc bấc thấm kết hợp gia tải trước; bơm hút chân khơng.v.v..
thì giải pháp xử lý nền đất yếu bằng trụ đất-xi măng đã được nghiên cứu ứng dụng nhiều
do giải pháp xử lý nền này có thời gian thi cơng nhanh, mặt bằng thi cơng nhỏ, thiết bị thi
công đơn giản, tiết kiệm vật liệu san lấp ngày càng khan hiếm ở địa phương.
Do đó, việc nghiên cứu ứng dụng trụ đất-xi măng để xử lý nền đường dẫn vào cầu
Km4+600 thuộc dự án tuyến đường đê biển đoạn qua thành phố Rạch Giá, tỉnh Kiên
Giang là cần thiết và phù hợp với điều kiện thực tế.
2- Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
Mục tiêu nghiên cứu của đề tài là nghiên cứu đánh giá hàm lượng xi măng và tỷ lệ
nước hợp lý cho trụ đất-xi măng để xử lý giảm lún của nền đường. Từ đó đánh giá sự phù
hợp của giải pháp sử dụng trụ đất-xi măng trong xử lý nền đường dẫn vào cầu cũng như
áp dụng tính tốn bài tốn thực tế trong điều kiện nền đất yếu trên địa bàn tỉnh Kiên
Giang.
3- Phƣơng pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết dựa vào các tài liệu về phương pháp xử lý nền bằng
trụ đất ximăng như: Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 9403:2012 Gia cố đất nền yếu–Phương
pháp trụ đất-xi măng; Tiêu chuẩn TCCS 05:2010/VKHTLVN tiêu chuẩn cơ sở Hướng

-2-

dẫn sử dụng phương pháp Jet-grouting tạo trụ đất-ximăng để gia cố đất yếu, chống thấm
nền và thân cơng trình đất;
- Nghiên cứu các số liệu thí nghiệm trong phịng và hiện trường về đặc điểm
cường độ, biến dạng trụ đất-ximăng;
- Tính tốn mơ phỏng bằng phương pháp phần tử hữu hạn theo các điều kiện thực
tế đã triển khai áp dụng vào cơng trình để đánh giá độ lún cũng như sức chịu tải của nền
đất.
4- Giới hạn phạm vi nghiên cứu
- Phạm vi nghiên cứu chỉ giới hạn trong cơng trình Tuyến đê biển, đoạn qua thành
phố Rạch Giá, tỉnh Kiên Giang (Vịnh Rạch Giá), phần cơng trình nằm bên ngồi phía
biển.
- Chỉ phân tích tính tốn đối với một loại trụ đất-xi măng có cùng đường kính,
chiều dài, lưới bố trí và với một hàm lượng xi măng trong xử lý nền đường theo hồ sơ
thiết kế ban đầu đã được xác định trước.
- Chỉ nghiên cứu thiết kế trụ đất-ximăng đối với một loại xi măng Holcim PCB40.
- Không xét ảnh hưởng hàm lượng muối (độ nhiễm mặn) đến cường độ trụ đất-xi
măng.
5- Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
- Cung cấp thêm kho dữ liệu về thiết kế trụ đất-ximăng cho các cơng trình thuộc
các dự án Lấn biển thành phố Rạch Giá và các cơng trình đê biển trên địa bàn tỉnh Kiên
Giang để ứng dụng vào các giải pháp thiết kế nền, móng trong các cơng trình xây dựng,
nhất là phần đường dẫn vào cầu được xây dựng trên nền đất yếu trên địa bàn tỉnh Kiên
Giang.
- Làm cơ sở để nghiên cứu phát triển trụ đất-xi măng ứng dụng vào các công trình
cống ngăn mặn, kè chống sạt lở cho vùng ven biển trên địa bàn tỉnh Kiên Giang.

-3CHƢƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ GIA CỐ ĐẤT YẾU
BẰNG TRỤ ĐẤT-XI MĂNG
1.1- GIỚI THIỆU CHUNG

1.1.1- Sơ lƣợc về lịch sử phát triển của trụ đất xi măng
Phương pháp trụ đất-xi măng đã được dùng để cải tạo đất từ rất lâu. Mục đích của
phương pháp này là cải thiện các đặc trưng của đất như tăng cường độ chống cắt, giảm
tính nén lún bằng cách trộn đất nền với ximăng (vữa xi măng) để chúng tương tác với đất.
Sự đổi mới tốt hơn nhờ trao đổi ion tại bề mặt các hạt sét, gắn kết các hạt đất và lấp các lỗ
rỗng bởi các sản phẩm của phản ứng hóa học.
Tại Châu Âu, công nghệ trụ đất-xi măng được nghiên cứu và ứng dụng bắt đầu ở
Thụy Điển và Phần Lan bắt đầu từ năm 1967. Từ những năm 1960, Thụy Điển và Nhật
Bản đã bắt đầu nghiên cứu và phát triển kỹ thuật trộn sâu sử dụng vôi hạt làm chất gia cố.
Thụy Điển sử dụng kỹ thuật trộn sâu chủ yếu trong cải tạo nền đất bùn, sét yếu cho các
nền đường và nền đường sắt. Trong khi đó tại Nhật Bản sử dụng phù hợp cho cải tạo đất
tại các dự án lớn ở cửa biển và cửa sông lớn.
Đến giữa những năm 1970, trong nỗ lực nghiên cứu ứng dụng phương pháp trộn
sâu, người Nhật đã giới thiệu áp dụng giải pháp phun xi măng vào đất ở dạng vữa. Cách
sử dụng vữa xi măng để phun vào trộn với đất được gọi là phương pháp trộn ướt (Wet
Method). Phương pháp này được áp dụng ở Nhật Bản với khối lượng rất lớn các dự án cải
tạo đất sét yếu cho nền đường, sân bay, cảng biển.
Hiện nay, nước ứng dụng công nghệ trụ đất-xi măng nhiều nhất là Nhật Bản. Theo
thống kê của hiệp hội đất trộn xi măng (Nhật Bản), tính chung trong giai đoạn 1980-1996
sử dụng 26 triệu m3. Riêng từ 1977 đến 1993, lượng đất gia cố bằng xi măng ở Nhật vào
khoảng 23,6 triệu m3 cho các dự án ngoài biển, cửa biển và của sông lớn với khoảng 300
dự án. Hiện nay hàng năm thi công khoảng 2 triệu m3.
Tại Việt Nam, việc áp dụng thi công đại trà gia cố nền đất sử dụng công nghệ khô
trộn sâu thi công trụ đất-xi măng bắt đầu được tiến hành từ những năm 80 thế kỷ trước.

Năm 2001, tập đoàn Hercules của Thụy Điển hợp tác với Công ty CP Phát triển kỹ thuật
xây dựng (TDC) thuộc Tổng công ty xây dựng Hà Nội đã thi cơng xử lý nền móng cho 08
bể chứa xăng dầu có đường kính 21m, cao 9m (dung tích 3000m3/bể) của cơng trình Tổng
kho xăng dầu Cần Thơ bằng trụ đất xi măng. Từ năm 2002 đến 2005 đã có một số dự án


-4-

bắt đầu ứng dụng trụ đất-xi măng vào xây dựng các cơng trình trên nền đất, như: Dự án
cảng Ba Ngòi (Khánh Hòa) đã sử dụng 4000m trụ đất-xi măng có đường kính 0,6m, gia
cố nền móng cho nhà máy nước huyện Vụ Bản (Hà Nam), xử lý móng cho bồn chứa xăng
dầu ở Đình Vũ (Hải Phịng), dự án thốt nước khu đơ thị Đồ Sơn-Hải Phịng, dự án sân
bay Cần Thơ, dự án cảng Bạc Liêu, các dự án trên đều sử dụng công nghệ trộn khô, độ
sâu xử lý trong khoảng 20m.
Năm 2004, Viện Khoa học Thủy lợi đã tiếp nhận chuyển giao công nghệ khoan
phụt cao áp (Jet-grouting) từ Nhật Bản. Đề tài đã ứng dụng công nghệ và thiết bị này
trong nghiên cứu sức chịu tải của trụ đơn và nhóm trụ, khả năng chịu lực ngang, ảnh
hưởng của hàm lượng xi măng đến tính chất của trụ đất-xi măng, ... nhằm ứng dụng trụ
Đất-xi măng vào xử lý đất yếu, chống thấm cho các cơng trình thuỷ lợi. Nhóm đề tài cũng
đã sửa chữa chống thấm cho Cống Trại (Nghệ An), cống D10 (Hà Nam), Cống Rạch C
(Long An) ...Tại thành phố Đà Nẵng, trụ Đất-xi măng được ứng dụng ở Plazza Vĩnh
Trung dưới 2 hình thức: Làm tường trong đất và làm trụ thay trụ nhồi.
Tại Tp. Hồ Chí Minh, trụ đất-xi măng đã được sử dụng trong dự án Đại lộ Đông
Tây, Building Saigon Times Square và được ứng dụng rộng rãi để chống mất ổn định nền
móng, tường, kè nhiều cơng trình trên địa bàn Thành phố Hồ Chí Minh.
1.1.2- Ngun tắc gia cố đất nền bằng trụ đất-ximăng
Vấn đề tên gọi là “Trụ”, “Cột” hay là “Trụ” thì hiện nay có hai trường phái.
Theo trường phái thứ nhất ở Châu Á (học viện kỹ thuật châu Á A.I.T) thì tên gọi
là “trụ” xi măng-đất. Theo trường phái thứ hai gồm các nước Mỹ, Nhật, Châu Âu… thì
gọi là “Trụ” đất-xi măng.

Trụ đất-xi măng được gia cố là hỗn hợp giữa đất nguyên trạng nơi gia cố với hỗn
hợp xi măng được phun xuống thông qua thiết bị khoan phun. Cột gia cố tạo thành bởi
hỗn hợp đất tại chỗ và chất kết dính (thơng thường là vơi và xi măng). Mũi trộn được đưa
xuống đất bằng cách khoan xoay, khi tới độ sâu thiết kế, mũi trộn đảo chiều ngược lại và
đồng thời rút dần lên. Trong quá trình dịch chuyển lên, hỗn hợp chất gia cố (xi măng)
được phun vào nền đất bằng áp lực khí nén (đối với hỗn hợp khô) hoặc bằng bơm vữa
(đối với hỗn hợp ướt) ở đầu mũi trộn, tới cao độ đầu cột thì dừng lại.


-5-

Hình 1.1 Cơng nghệ thi cơng trụ đất- xi măng
Việc hình thành cường độ xảy ra thơng qua q trình ninh kết của hỗn hợp đất-xi
măng. Khi ximăng được trộn với đất, xi măng phản ứng với nước tạo ra Canxi hyđrơxit
Ca(OH)2 từ đó kết hợp với đất nền tạo ra keo ninh kết CSH, đây là quá trình Hydrat hoá.
Phản ứng này diễn ra nhanh và mạnh toả ra một nhiệt lượng lớn và giảm bớt lượng nước
có trong đất gia cố. Hợp chất Hydrat này tạo ra một hỗn hợp liên kết các thành phần hạt
trong đất gia cố hình thành lên khống chất nền bền vững, cứng. Xi măng + H2O → Keo
CSH + Ca(OH)2.
1.1.3- Công nghệ thi công
Hiện nay phổ biến hai công nghệ thi công trụ đất-xi măng là: Công nghệ trộn khô
(Dry Jet Mixing) và Cơng nghệ trộn ướt (Wet Mixing hay cịn gọi là Jet-grouting).
Trong phương pháp trộn khơ, khơng khí dùng để dẫn xi măng bột vào đất (độ ẩm
của đất cần phải không nhỏ hơn 20%). Trong phương pháp trộn ướt, vữa xi măng là chất
kết dính. Trộn khơ chủ yếu dùng cải thiện tính chất của đất dính, trong khi phun ướt
thường dùng trong đất rời.
Công nghệ thi công trộn khô (DJM)
Phương pháp trộn khô đã được ứng dụng từ giữa thập niên 70 của thế kỷ trước, bắt
đầu ở Thụy Điển, Phần Lan. Trong thập kỷ 80 và 90, việc ứng dụng phương pháp này đã
tăng với một tốc độ lớn trong cả các nước Bắc Âu và Nhật Bản.

-6-

Ở Nhật Bản, công nghệ trộn khô đã được Viện nghiên cứu kỹ thuật xây dựng của
Bộ Xây dựng Nhật Bản phát triển và ứng dụng vào năm 1980. Đến nay đã có 2.500 dự án
đã được hồn thành với tổng số thể tích xi măng đất được sản xuất vượt quá 15 triệu m3.
Công nghệ này sử dụng cần khoan có gắn các cánh cắt đất để trộn hỗn hợp khơ
như ximăng, chúng cắt đất sau đó trộn đất với xi măng bơm theo trục khoan.
Việc hoạt động của các cần khoan làm cho xi măng trộn lẫn với đất. Theo từng
loại đất mà hàm lượng xi măng có thể được điều chỉnh cho thích hợp. DJM sử dụng hệ
thống giám sát tự động chất lượng cao mà cung cấp các số liệu chính xác và liên tục về
chiều sâu trộn đất, độ sâu đóng trụ và tốc độ rút cần cũng như tốc độ xoay của cần khoan.
* Ưu điểm của công nghệ trộn khô:
- Sử dụng thiết bị thi công đơn giản;
- DJM không cần nước trong q trình tạo vữa dung dịch. Hoạt động khơng có
nước sẽ làm công trường sạch sẽ, giảm thiểu khối lượng phá hoại cơng trường;
- Cơng nghệ này cịn sử dụng một hệ thống khép kín để vận chuyển và bơm xi
măng vào đất. Do đó chỉ có một lượng nhỏ được thải ra khơng khí. Q trình hoạt động an
tồn và tạo ra ít rung động cũng như tiếng ồn;
- Máy trộn được sử dụng có tính cơ động cao và có thể dẽ dàng di chuyển đến vị
trí trộn đất tiếp theo trên công trường. Hệ thống ống dẫn vật liệu tự động nên tiết kiệm
nhân công.
- Hàm lượng xi măng sử dụng ít hơn cơng nghệ trộn ướt;
- Quy trình kiểm sốt chất lượng đơn giản hơn cơng nghệ trộn ướt.
* Nhược điểm của công nghệ trộn khô:
- Do cắt đất bằng các cánh cắt nên gặp hạn chế trong đất có lẫn rác, đất sét, cuội đá
hoặc khi cần xuyên qua các lớp đất cứng;
- Không thi công được nếu phần xử lý ngập trong nước;
- Chiều sâu xử lý khoản 15÷20m.

-7-

Hình 1.2 Máy trộn khơ dưới sâu

Hình 1.3 Cánh trộn theo phương
pháp trộn khô (SGF 2000)

Công nghệ trộn ướt Jet Grouting
Công nghệ Jet Grouting (Khoan phụt vữa cao áp–KPVCA) được phát minh ở Nhật
Bản năm 1970. Sau đó các cơng ty của Ý, Đức đã mua lại phát minh trên và đến nay
nhiều cơng ty xử lý nền móng hàng đầu thế giới như Công ty Layne Christensen (Mỹ),
Bauer (Đức), Keller đều có sử dụng cơng nghệ này. Đến nay công nghệ này đã được thừa
nhận rộng khắp, được kiểm nghiệm và đưa vào tiêu chuẩn ở các nước phát triển trên thế
giới.


-8-

Khoan phụt vữa cao áp là q trình bêtơng hóa đất. Nhờ có tia nước và tia vữa
phun ra với áp suất cao (200÷400 atm), vận tốc lớn ≥100m/s, các phần tử đất xung quanh
lỗ khoan bị xói tơi ra và hịa trộn với vữa phụt đơng cứng tạo thành một khối đồng nhất
“ximăng-đất”.
* Ưu điểm của công nghệ khoan phụt vữa cao áp.
- Phạm vi áp dụng rộng, thích hợp cho 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 hoặc 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 nhỏ gọn, có thể thi cơng trong khơng gian có chiều cao hạn chế, nhiều
chướng ngại vật.
* Nhược điểm của công nghệ khoan phụt vữa cao áp.
- Có thể gây ra trương nở và gây ra các chuyển vị quá giới hạn trong lòng đất. Áp
lực siêu cao cịn có khả năng gây nên rạn nứt nền đất lân cận và tia vữa có thể lọt vào các
cơng trình ngầm sẵn có như hố ga, tầng hầm lân cận;
- Đối với đất nền chứa nhiều túi bùn hoặc rác hữu cơ thì axít humic trong đất có
thể làm chậm hoặc phá hoại q trình ninh kết của hỗn hợp xi măng đất.

Hình 1.4 Thiết bị khoan