Ứng dụng giếng cát kết hợp với gia tải trước tính lún nền đất yếu của đường tránh đường nam sông hậu huyện long phú tỉnh sóc trăng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHI MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

....o0o…

BK
TP HCM

NGUYỄN THỊ YẾN NHI

ỨNG DỤNG GIẾNG CÁT KẾT HỢP VỚI GIA TẢI
TRƯỚC TÍNH LÚN NỀN ĐẤT YẾU CỦA ĐƯỜNG
TRÁNH ĐƯỜNG NAM SÔNG HẬU - HUYỆN LONG
PHÚ - TỈNH SÓC TRĂNG

CHUYÊN NGÀNH :
MÃ SỐ NGÀNH :

KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH NGẦM
60.58.02.04

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP.HỒ CHÍ MINH, Tháng 6 Năm 2015


I

Cơng trình được hồn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa - ĐHQG - HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS. TS VÕ PHÁN

Cán bộ chấm nhận xét 1: TS. TRƯƠNG QUANG HÙNG

Cán bộ chấm nhận xét 2: TS. PHẠM VĂN HÙNG

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp.
HCM ngày14 tháng 8 năm 2015
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1. Chủ tịch Hội đồng : GS.TS. TRẦN THỊ THANH
2. Cán bộ nhận xét 1 : TS. TRƯƠNG QUANG HÙNG
3. Cán bộ nhận xét 2 : TS. PHẠM VĂN HÙNG
4. Thư ký : TS. LÊ BÁ KHÁNH
5. Ủy Viên : TS. NGUYỄN KẾ TƯỜNG
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 KTXD

GS.TS. TRẦN THỊ THANH

TS. NGUYỄN MINH TÂM


II

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM

PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH

Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

Tp. HCM, ngày 14 tháng 06 năm 2015
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên:NGUYỄN THỊ YẾN NHI
Ngày sinh: 05/06/1989
Chun ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình ngầm

MSHV:13091303
Nơi sinh: Hậu Giang
Mã số: 60580204

I.TÊN ĐỀ TÀI
Ứng dụng giếng cát kết hợp với gia tải trước tính lún
nền đất yếu của
đường tránh đường Nam Sông Hậu - huyện Long Phú - tỉnh Sóc Trăng.
II.NHIỆM VỤ LUẬN VĂN
Mở đầu
Chương 1: Tổng quan về giếng cát kết hợp gia tải trước xử lý nền đất yếu dưới nền
đường.
Chương 2: Cơ sở lý thuyết tính tốn giếng cát kết hợp gia tải trước cho nền đất yếu.
Chương 3: Ứng dụng giếng cát kết hợp gia tải trước tính lún cho nền đất yếu dưới
nền đường tránh đường Nam Sông Hậu.
Chương 4: Phân tích ảnh hưởng của độ xáo trộn, đường kính, khoảng cách và chiều
dài giếng cát đến mức độ cố kết của nền đất yếu dưới nền đường.
Kết luận và kiến nghị.
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: Ngày 19 tháng 01 năm2015
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: Ngày14 tháng 6 năm 2015
V.HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS VÕ PHÁN

Tp. HCM, ngày 14 tháng 06 năm 2015
CÁN BỘ
HƯỚNG DẪN
(Họ tên và chữ ký)

PGS.TS. VÕ PHÁN

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN QUẢN KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN
LÝ CHUYÊN NGÀNH
NGÀNH
(Họ tên và chữ ký)

TS LÊ BÁ VINH

TS. NGUYỄN MINH TÂM


III

LỜI CẢM ƠN

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật với đề tài “Ứng dụng giếng cát kết hợp với gia tải
trước tính lún nền đất yếu của đường tránh đường Nam Sông Hậu - huyện Long
Phú - tỉnh Sóc Trăng” được thực hiện với kiến thức tác giả thu thập trong suốt quá
trình học tập tại trường. Cùng với sự cố gắng của bản thân là sự giúp đỡ, động viên của
các thầy cơ, bạn bè, đồng nghiệp và gia đình trong suốt quá trình học tập và thực hiện
luận văn.
Xin gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô bộ môn Địa Cơ

- Nền Móng , những

người đã tạo điều kiện cho tôi tiếp cận được những kiến thức và kinh nghiệm q
báu trong suốt q trình học tập và cơng tác.
Xin gửi lời cảm ơn đến các học viên chuyên ngành Kỹ thuật Xây dựng cơng
trình ngầm khóa 2013, những người bạn đã đồng hành và giúp đỡ tôi trong suốt q
trình học tập.
Tơi xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến PGS.TS. Võ Phán, người thầy đã
nhiệt tình hướng dẫn, động viên tơi trong suốt q trình thực hiện luận văn.
Cuối cùng, tôi xin cảm ơn bố mẹ và gia đình đã động viên và tạo điều kiện
tốt nhất cho tôi tinh thần và thời gian trong những năm tháng học tập tại trường.
Luận văn được hoàn thành nhưng khơng thể tránh được những thiếu sót và
hạn chế. Rất mong nhận được sự đóng góp của quý thầy cơ, bạn bè và đồng nghiệp
để luận văn được hồn thiện hơn.
Học viên

Nguyễn Thị Yến Nhi


IV

TÓM TẮT LUẬN VĂN
Luận văn trình bày vấn đề ứng dụng giếng cát kết hợp gia tải trước để tính
lún cho nền đất yế u. Trong quá trình phân tích học viên nghiên cứu cơ sở lý thuyết
tính toán giếng để tiến hành phân tích bài toán

bằng phương pháp giải tích và mô

phỏng phần tử hữu hạn (plaxis 2D) với mô hình Mohr Coulomb để so sánh độ lún
nền đất yếu dưới nền đường của công trình đường Tránh Đường Nam Sông Hậu Huyện Long Phú- Tỉnh Sóc Trăng.
Trong luận văn học viên còn tiến hành phân tích ảnh hưởng của các thông số

như đường kính, chiều dài, khoảng cách và mức độ xáo trộn của giếng cát đến nền
đường để đánh giá sự thay đổi về mức độ cố kết của nền đất dẫn đến thay đổi độ lún
ổn định dưới đất nền.


V

ABSTRACT
Thesis presentation application problems sand wells combined to calculate
subsidence preloading for soft ground. In the process of analyzing research students
calculate the theoretical basis for the analysis wells problem analytical method and
finite element simulation (2D plaxis) Mohr Coulomb model to compare settlement
platform soft soil under the roadbed of the road project South River Road Avoid
Long Phu District Hau- Soc Trang Province.
In the thesis students have analyzed the influence of parameters such as
diameter, length, distance and degree of disturbance of the sand to the road-wells to
evaluate the change in the level of ground consolidation changes resulting stable
settlement under ground.


VI

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ...................................................................................................................... 1
1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI ........................................................................ 1
2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU ................................................................................. 3
3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ........................................................................ 3
4. TÍNH KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN .................................................................. 3
5. HẠN CHẾ CỦA ĐỀ TÀI (GIỚI HẠN NGHIÊN CỨU) ..................................... 4
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ GIẾNG CÁT KẾT HỢP VỚI GIA TẢI

TRƯỚC XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU DƯỚI NỀN ĐƯỜNG......................................... 5
1.1. Khái quát về nền đất yếu ................................................................................... 5
1.2. Tổng quan về phương pháp gia tải trước ........................................................... 6
1.2.1 Giới thiệu về phương pháp gia tải trước ..................................................... 6
1.2.2. Phạm vi áp dụng và đặc điểm ..................................................................... 6
1.2.3. Biện pháp thi công ...................................................................................... 7
1.3. Tổng quan về giếng cát ...................................................................................... 7
1.3.1. Lịch sử phát triển của giếng cát .................................................................. 7
1.3.2. Đặc điểm và phạm vi áp dụng của giếng cát .............................................. 8
1.3.3. Biện pháp thi công giếng cát ...................................................................... 9
1.3.3.1. Trình tự thi công giếng cát .................................................................... 9
1.3.3.2. Biện pháp thi công ................................................................................ 10
1.3.4. Sơ lược về lớp đệm cát trên mặt của giếng cát .......................................... 11
1.4. Nhận xét và phương hướng của đề tài ............................................................... 11
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THÚT TÍNH TỐN GIẾNG CÁT KẾT HỢP
GIA TẢI TRƯỚC CHO NỀN ĐẤT YẾU ................................................................. 13
2.1. Cơ sở lý thuyết về bàitoán cố kết thấm.............................................................. 13
2.1.1. Khái niệm và giả thuyết về bài toán cố kết thấm ....................................... 13
2.1.2. Bài toán cố kết cơ bản ................................................................................ 14
2.2. Lý thuyết tính tốn về độ lún ổn định của nền .................................................. 17
2.2.1.Kiểm tra ổn định nền đất yếu dưới nền đường ...................................................... 17

2.2.2 Độ lún ổn định của nền đất yếu ................................................................... 18


VII

2.2.3. Độ lún nền đất yếu dưới nền đường theo thời gian .................................... 19
2.3. Lý thuyết tính tốn về giếng cát kết hợp với gia tải trước ................................. 22
2.3.1. Khái niệm cơ bản về giếng cát kết hợp gia tải trước .................................. 22

2.3.2. Sự cố kết của giếng cát ............................................................................... 22
2.4. Tính tốn độ lún bằng mơ phỏng phần tử hữu hạn ............................................ 25
2.5. Nhận xét ............................................................................................................. 27
CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG GIẾNG CÁT KẾT HỢP GIA TẢI TRƯỚC ĐỂ
TÍNH LÚN CHO NỀN ĐẤT YẾU DƯỚI NỀN ĐƯỜNG TRÁNH NAM SÔNG
HẬU .............................................................................................................................. 29
3.1. Giới thiệu cơng trình .......................................................................................... 29
3.1.1. Giới thiệu vị trí tính tốn ............................................................................ 29
3.1.2. Đặc điểm về điều kiện địa hình,khí hậu, thủy văn và địa chất ................... 30
3.1.3. Thơng số của nền đắp ................................................................................. 32
3.2. Tính tốn độ lún của nền đường bằng phương pháp giải tích ........................... 32
3.2.1. Tính tốn độ lún gia tải trước kết hợp với giếng cát .................................. 34
3.2.2. Tính tốn độ lún theo thời gian khi sử dụng giếng cát kết hợp với gia tải
trước bằng giải tích........................................................................................................ 38
3.2.2.1. Các thơng số về giếng cát ...................................................................... 38
3.2.2.2. Tính toán độ lún theo thời gian khi sử dụng giếng cát .......................... 39
3.3. Ứng dụng phần mềm mô phỏng phần tử hữu hạn để tính lún cho nền đất yếu
dưới nền đường ............................................................................................................. 40
3.4 Nhận xét chương 3 .............................................................................................. 44
CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH VÀ SO SÁNH ẢNH HƯỞNG CỦA CHIỀU DÀI,
ĐƯỜNG KÍNH, KHOẢNG CÁCH VÀ ĐỘ XÁO TRỘN CỦA GIẾNG CÁT
ĐẾN MỨC ĐỘ CỐ KẾT CỦA NỀN ĐẤT YẾU DƯỚI NỀN ĐƯỜNG ................ 45
4.1. Phân tích ảnh hưởng của chiều dài giếng cát đến độ lún nền đất yếu dưới nền đường
................................................................................................................................................. 45
4.1.1. Phương pháp giải tích ............................................................................................... 45
4.1.2. Phương pháp phần tử hữu hạn .................................................................................. 47


VIII

4.2. Phân tích ảnh hưởng của đường kính giếng cát đến độ lún nền đất yếu dưới nền
đường ....................................................................................................................................... 49

4.2.1. Phương pháp giải tích ................................................................................. 49
4.2.2. Phương pháp phần tử hữu hạn .................................................................... 50
4.3. Phân tích ảnh hưởng của khoảng cách giếng cát bằng phương pháp giải tích .. 53
4.4. Phân tích ảnh hưởng của độ xáo trộn của nền đất yếu dưới nền đường đến
mức độ cố kết bằng phương pháp giải tích ................................................................... 55
4.4.1. Trường hợp số kh/ks=2.5............................................................................. 56
4.4.2. Trường hợp số kh/ks=3................................................................................ 59
4.4.3. Trường hợp số kh/ks=5................................................................................ 60
4.5. Nhận xét chương 4 ............................................................................................. 63
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ....................................................................................... 64
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 66


IX

MỤC LỤC HÌNH ẢNH
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ GIẾNG CÁT KẾT HỢP VỚI GIA TẢI
TRƯỚC XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU DƯỚI NỀN ĐƯỜNG ........................................ 5
Hình 1.1 S ơ đồ bố trí lưới giếng cát hình tam giác
đ ều .............................. 8
Hình 1.2. Sơ đồ bố trí lưới giếng cát hình vng ........................................ 9

Hình 1.3.Thiết bị thi cơng giếng cát bằng cọc đóng ................................ . 10
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THÚT TÍNH TOÁN GIẾNG CÁT KẾT HỢP
GIA TẢI TRƯỚC CHO NỀN ĐẤT YẾU ................................................................. 13
Hình 2.1.S
ơ đ ồ phân tố đất trong quá trình cố kết ....................................

Hình 2.2. Biểu đồ xác định hệ số sức chịu tải Nc của nền đất
yếu có bề dày H dưới diện chịu tải có bề rộng B......................................
Hình 2.3. Sơ đồ các bài tốn cố kết cơ bản. .............................................
Hình 2.4. Xử lý nền bằng giếng cát kết hợp gia tải trước .........................
Hình 2.5. ơ
S đ ồ bài toán phẳng tương đương(Indraratna và Redana, 1997) .. ..

14
17
21
22
26

CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG GIẾNG CÁT KẾT HỢP GIA TẢI TRƯỚC ĐỂ
TÍNH LÚN CHO NỀN ĐẤT YẾU DƯỚI NỀN ĐƯỜNG TR ÁNH NAM SƠNG
HẬU .............................................................................................................................. 29
Hình 3.1.Mặt cắt ngang nền đường và sơ đồ bố trí quan trắc lún .............. 33
Hình 3.2. Mặt cắt nền đường......................................................................................... 34
Hình3.3. Biểu đồ độ lún theo thời gian sau 180 ngày ................................................... 39
Hình 3.4. Lưới phần tử trong trường hợp chưa xử lý nền.......................................................42
Hình 3.5.Mơ hình ưl ới phần tử giếng cát xử lý nền .................................. 43
Hình 3.6.Tổng chuyển vị của nền đất sau 180 ngày .................................. 43

CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH VÀ SO SÁNHẢNH HƯỞNG CỦA CHIỀU DÀI,
ĐƯỜNG KÍNH, KHOẢNG CÁCH VÀ ĐỢ XÁO TRỢN CỦA GIẾNG CÁT ĐẾN
MỨC ĐỘ CỐ KẾT CỦA NỀN ĐẤT YẾU DƯỚI NỀN ĐƯỜNG ..................................... 45

Hình 4.1. Biểu đờ mức đợ cố kết theo thời gian của nền đất yếu dưới nền đường khi
thay đổi chiều dài giếng cát ........................................................................................... 46
Hình 4.2. Biểu đồ so sánh độ lún theo thời gian của nền đất yếu dưới nền đường khi

thay đổi chiều dài giếng cát ........................................................................................... 46
Hình 4.3.Tổng chuyển vị về sau
180 ngày của nền đất ứng với L
=10 m .... 47
Hình 4.4.Tổng chuyển vị về sau
180 ngày của nền đất với L =12 m .......... 48


X

Hình 4.5.Tổng chuyển vị về sau
180 ngày của nền đất với L =14 m .......... 48
Hình 4.6. Biểu đồ so sánh độ lún theo thời gian của nền đất yếu dưới nền đường
khi thay đổi chiều dài giếng cát của mơ hình plaxis ..................................................... 49
Hình 4.7. Biểu đờ mức đợ cố kết theo thời gian của nền đất yếu dưới nền đường khi
thay đổi đường kính giếng cát ....................................................................................... 50
Hình 4.8. Biểu đồ độ lún theo thời gian của nền đất yếu dưới nền đường khi thay
đổi đường kính giếng cát ............................................................................................... 50
Hình 4.9.Tổng chuyển vị về sau
180 ngày của nền đất ứng với d
w =0.4m .. 51
Hình 4.10. Tổng chuyển vị về sau
180 ngày của nền đất ứng với d
w =0.5m .. 51
Hình 4.11 .Tổng chuyển vị về sau 180 ngày của nền đất ứng với d
w =0.6 m .. 52
Hình 4.12.Biểu đồ so sánh độ lún theo thời gian của nền đất yếu dưới nền đường
khi thay đổi đường kính giếng cát của mơ hình plaxis ................................................. 52
Hình 4.13.Biểu đồ so sánh mức độ cố kết của nền đất yếu dưới nền đường khi thay
đổi khoảng cách giếng cát ............................................................................................. 53

Hình 4.14. Biểu đồ so sánh độ lún theo thời gian của nền đất yếu dưới nền đường
khi thay đởi khoảng cách giếng cát ............................................................................... 53
Hình 4.15. Biểu đồ mối quan hệ giữa mức độ cố kết theo thời gian khi xét đến
mức độ xáo trộn của nền trong trường hợp kh/ks=2.5......................................................... 57
Hình 4.16. Biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa độ lún theo thời gian giữa các độ xáo
trộn khác nhau trong trường hợp kh/ks=2.5.......................................................................... 58
Hình 4.17. Biểu đồ mối quan hệ giữa mức độ cố kết theo thời gian khi xét đến mức
độ xáo trộn của nền trong trường hợp kh/ks= 3 ................................................................... 59
Hình 4.18. Biểu đồ mối quan hệ giữa độ lún theo thời gian giữa các độ xáo trộn
khác nhau trong trường hợp kh/ks= 3 .................................................................................... 60
Hình 4.19. Biểu đồ mối quan hệ giữa mức độ cố kết theo thời gian khi xét đến mức
độ xáo trộn của nền trong trường hợp kh/ks= 5 ................................................................... 61
Hình 4.20. Biểu đồ mối quan hệ giữa độ lún theo thời gian giữa các độ xáo trộn
khác nhau trong trường hợp kh/ks= 5 .................................................................................... 62

MỤC LỤC BẢNG BIỂU


XI

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THÚT TÍNH TỐN GIẾNG CÁT KẾT HỢP
GIA TẢI TRƯỚC CHO NỀN ĐẤT YẾU ................................................................. 13
Bảng 2.1. các giá trị U z và T v ................................................................ .. 16
CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG GIẾNG CÁT KẾT HỢP GIA TẢI TRƯỚC ĐỂ
TÍNH LÚN CHO NỀN ĐẤT YẾU DƯỚI NỀN ĐƯỜNG TRÁNH NAM SƠNG
HẬU- TỈNH SĨC TRĂNG ......................................................................................... 29
Bảng 3.1. Thông số địa chất .................................................................... 31
Bảng3.2: Thông số áo đường ................................................................ ... 32
Bảng 3.3. Kết quả tính toán về chiều sâu vùng hoạt động
chịu nén ............ 35

Bảng 3.4. Kết quả độ lún cố kết của nền đường khi chưa có giếng cát
....... 36
Bảng 3.5. Thông số giếng cát ................................................................ ... 38
Bảng 3.6. Độ lún theo thời gian của nền đường khi sử dụng giếng cát
....... 39
Bảng 3.7. Số liệu thông số đầu vào của các lớp đất .................................... 41

CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH VÀ SO SÁNHẢNH HƯỞNG CỦA CHIỀU DÀI,
ĐƯỜNG KÍNH, KHOẢNG CÁCH VÀ ĐỘ XÁO TRỘN CỦA GIẾ

NG CÁT ĐẾN

MỨC ĐỘ CỐ KẾT CỦA NỀN ĐẤT YẾU DƯỚI NỀN ĐƯỜNG ..................................... 45

Bảng 4.1. Kết quả về độ cố kết và độ lún của nền khi thay đổi chiều dài
giếng cát ................................................................................................ . 45
Bảng 4.2.Kết quả về độ cố kết và độ lún của nền khi thay đổi đường kính
giếng cát ................................................................................................ . 49
Bảng 4.3. Kết quả về mức độ cố kết và độ lún khi thay đổi khoảng cách
giếng cát ................................................................................................ . 53
Bảng 4.4. Giá trị hệ số thấm trong vùng xáo trộn của các tác giả
.............. 55
Bảng 4.5. Độ cố kết và độ lún của nền đất khi xét đến độ xáo trộn với
k h =2.5k s ................................................................................................ .. 57
Bảng 4.6.Độ cố kết và độ lún của nền đất khi xét đến độ xáo trộn với
k h =3k s ..................................................................................................... .59
Bảng 4.7.Độ cố kết và độ lún của nền đất khi xét đến độ xáo trộn với
k h =5k s ..................................................................................................... 61

MỘT SỐ KÍ HIỆU ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG ĐỀ CƯƠNG LUẬN VĂN

XII

Hệ số nén;

a,av

(m2/kN)

a0

(m2/kN) Hệ số nén thể tích;

c

(kg/m2)

Lực dính của đất;

cu

(kPa)

Lực dính của đất nền trong điều kiện khơng thốt nước;

Cc

Chỉ số nén;

Cs

Chỉ số nở;

Cv

Hệ số cố kết theo phương đứng;

Ch

Hệ số cố kết theo phương ngang;

Cr

Hệ số cố kết theo phương ngang hướng tâm;

Cvz

Hệ số cố kết theo phương z phụ thuộc vào đặc tính của đất;

De

(m)

Đường kính ảnh hưởng của giếng cát

dw

(m)

Đường kính giếng cát;

ds

(m)

Đường kính vùng đất bị xáo trộn;

e

Hệ số rỗng;

eo

Hệ số rỗng ứng với thời điểm trước khi xây dựng;

𝑒𝑒𝑜𝑜𝑖𝑖

Hệ số rỗng của lớp đất i ở trạng thái tự nhiên ban đầu (chưa
đắp nền bên trên);
Hệ số rỗng khi có tải trọng ngồi;

ep
E

(Kpa)

Modul biến dạng;

hdd

(m)

Chiều cao đắp nền;

h

(m)

Chiều dài đường thấm trong đất;

H

(m)

Chiều dày lớp đất có giếng cát;

kv

(m/s)

Hệ số thấm theo phương đứng;

kh

(m/s)

Hệ số thấm theo phương ngang;

XIII

ks

(m/s)

Hệ số thấm ngang thuộc vùng đất bị xáo trộn;

kr

Hệ số thấm theo phương ngang hướng tâm;

m

Hệ số kinh nghiệm

Nc

Hệ số sức chịu tải;

L

Khoảng cách giữa các trục của giếng cát;

Po

(kPa)

Ứng suất hữu hiệu trung bình do trọng lượng bản thân gây ra;

qgh

(kPa)

Tải trọng giới hạn;
Lưu lượng thấm của giếng ứng với gradient bằng 1;

qw
Sc

(m)

Độ lún do cố kết thấm;

St

(m)

Độ lún theo thời gian;

Si

(m)

Độ lún tức thời;

Ss

(m)

Độ lún do cố kết thứ cấp- lún do từ biến;

S∞

(m)

Độ lún ổn định;

S

(m)

Khoảng cách giữa các tim cát;

Su

(kPa)

Sức chống cắt khơng thốt nước;

s

Độ xáo trộn

Thp

Nhân tố thời gian đối với sự thoát nước ngang trong trường
hợp biến dạng phẳng;
Nhân tố thời gian;

Tv
t

(s)

Thời gian;

u

Áp lực trung bình của nước lỗ rỗng trong đất;

u

Áp lực nước lỗ rỗng dư trung bình tại thời điểm tính tốn t;

u0

Áp lực nước lỗ rỗng dư trung bình tại thời điểm ban đầu

Ut

Độ cố kết theo thời gian;


XIV

Độ cố kết theo phương ngang;

Uh

Độ cố kết theo phương đứng;

Uv

Bán kính ảnh hưởng của giếng cát;

R

(m)

r

(m)

Bán kính giếng;

rw

(m)

Bán kính giếng cát;

rs

(m)

Bán kính vùng xáo trộn;

R

(m)

Bán kính ảnh hưởng;

W

(%)

Độ ẩm;

wL

(%)

Giới hạn chảy;

Wp

(%)

Giới hạn dẻo;

γw

(kN/m3)

Dung trọng của nước;

γdd

(kN/m3)

Dung trọng khối đất đắp;

φ

(độ)

Góc ma sát trong của đất;

γ

(kN/m3)

Dung trọng tự nhiên;

𝜎𝜎𝑏𝑏𝑏𝑏

(kN/m2) Ứng suất do trọng lượng bản thân các lớp đất phía trên gây

𝜎𝜎𝑔𝑔𝑔𝑔

(kN/m2) Ứng suất do tải trọng đắp gây ra ở độ sâu Ha;

ra ở độ sâu Ha;


-1-

MỞ ĐẦU

1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Trong những năm gần đây, nước ta ngày càng phát triển theo hướng cơng
nghiệp hố hiện đại hóa, các cơng trình xây dựng khu cơng nghiệp, các khu đơ vì vậy
việc xây mới và mở rộng tuyến đường để phương tiện có thể lưu thông thuận lợi phục
vụ cho vận chuyển đi lại ở khắp các khu vực từ thành thị đến nông thôn ngày càng
nhiều. Nhưng điều kiện địa chất ở nước ta không thuận lợi đặc biệt là ở khu vực đồng
bằng Sơng Cửu Long nói chung và ở khu vực sóc trăng nói riêng có địa chất phức tạp
với lớp đất yếu có chiều dày lớn nên việc xử lý nền đường để giảm độ lún để đảm bảo
cho công trình hoạt động tốt và an tồn là đều rất quan trọng.
Khi xây dựng nền đường đắp trên đất yếu thì nền đường có khả năng bị biến
dạng lớn do quá trình cố kết. Vấn đề về độ lún cố kết gây ra rất nhiều thiệt hại về kinh
tế, gây cản trở giao thơng và có thể nguy hiểm đến tính mạng của người dân. Tuy
nhiên nguyên nhân gây lún vẫn chưa được nghiên cứu hệ thống hóa một cách đầy đủ
các giải pháp bù lún, chờ lún, xử lý phần nền của kế cấu cơng trình là những giải pháp
gây mất thời gian, tốn kém và hiệu quả không cao. Vì vậy, vấn đề đặt ra là phải có giải
pháp xử lý nhằm tăng độ ổn định của nền đắp trên đất yếu, tăng nhanh độ lún cố kết và
rút ngắn q trình thi cơng, giảm độ lún của nền trong quá trình khai thác. Trong xây
dựng hiện nay việc ước lượng chính xác độ lún tức thời và độ lún lâu dài cơng trình
đường đắp trên đất yếu theo thời gian là vấn đề quan trọng đối với người kỹ sư. Điều
này cho phép tính tốn chính xác khối lượng vật liệu xây dựng trong khi xây dựng và
đưa vào sử dụng cơng trình ở những thời điểm hợp lý giúp đảm bảo điều kiện làm việc
ổn định. Cũng cần thấy rằng, thực tế hiện nay trong xây dựng đường và cơng trình đắp
ở vùng xa, do rất hạn chế về kinh phí nên nền đất yếu dưới nền đường và nền đường
không phải luôn được thiết kế với các biện pháp xử lý hợp lý do giá thành cao và
nguồn vật liệu tốt khan hiếm.
Thực tế này đã địi hỏi phải hình thành và phát triển các cơng nghệ thích hợp và
tiên tiến để xử lý nền đường trên đất yếu nhằm mục đích làm tăng sức chịu tải của nền
đường, cải thiện một số tính chất cơ lý của nền đất yếu như: giảm hệ số rỗng, tăng độ
chặt, tăng sức chống cắt, tăng sức chịu tải của nền… đảm bảo điều kiện thi công và
khai thác sử dụng bình thường.

-2-

Ở Việt Nam hiện nay có rất nhiều biện pháp xử lý nền đường để tăng nhanh quá
trình lún cố kết cho đất yếu rất hiệu quả như bấc thấm kết hợp với gia tải trước,phương
pháp bơm hút chân không kết hợp gia tải trước, vãi địa kỹ thuật, giếng cát kết hợp gia
tải trước… Các phương pháp này qua thử nghiệm đã có tác dụng tăng nhanh q trình
cố kết của nền đất yếu, tăng nhanh quá trình lún của nền, tạo độ lún trước, rút ngắn
thời gian thi cơng và tăng sức chống cắt của đất. Từ đó, làm tăng khả năng chịu tải của
đất yếu.
Có nhiều biện pháp để xử lý nền đất yếu dưới nền đường nhưng để đảm bảo cả
về mặt kinh tế và kĩ thuật thì sử dụng giếng cát để gia cố nền đường là phương án hợp
lý và có tính khả thi dễ thi cơng và chi phí lại thấp nên đề tài được đưa ra là “Ứng
dụng giếng cát kết hợp gia tải trước để tính lún nền đất yếu của đường tránh đường
Nam Sông Hậu - huyện Long Phú - tỉnh Sóc Trăng”.
Việc sử dụng giếng cát kết hợp với gia tải trước giúp làm tăng nhanh thời gian
lún cố kết của nền đất nhưng để biết được hiệu quả của việc sử dụng và không sử dụng
giếng cát khác nhau như thế nào về thời gian lún cố kết của nền, trong đề tài sẽ giúp
hiểu rõ hơn để so sánh được lợi ích từ việc sử dụng giếng cát kết hợp gia tải trước trong
quá trình lún cố kết. Bê n cạnh đó cịn có các thơng số của giếng cát như đường kính,
chiều dài và khoảng cách của giếng cát cũng ảnh hưởng tới q trình thốt nước và tốc
độ cố kết của nền đất cũng được xem xét. Tuy nhiên, khi thi công giếng cát sẽ làm cho
nền đất xung quanh giếng cát sẽ bị xáo trộn ảnh hưởng tới nền đất bị xáo trộn và hệ số
thấm của vùng đất bị xáo trộn giảm một cách đáng kể có thể dẫn đến dự đốn sai độ lún
cịn lại sau khi đưa cơng trình vào khai thác sử dụng. Tất cả các vấn đề trên cần được
xem xét để đưa ra phương pháp nào tốt nhất mang lại hiệu quả cao cho cơng trình.


-3-

2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
Các vấn đề được đề cập trên là mục tiêu nghiên cứu của đề tài này và được
phân ra thành những nội dung sau:
- Phân tích độ lún cố kết của nền đất trước và sau khi sử dụng giếng cát kết hợp
gia tải trước để gia cố nền đường.
- Ảnh hưởng khoảng cách của giếng cát tới độ cố kết của nền đường.
- Phân tích ảnh hưởng đường kính giếng cát tới độ cố kết của nền. đường
- Nghiên cứu chiều dài của giếng cát ảnh hưởng đến độ cố kết của nền đất.
- Xét ảnh hưởng của vùng xáo trộn đến hệ số thấm của giếng cát.
3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
- Tổng hợp cơ sở lý thuyết về tính tốn và thiết kế giếng cát.
- Sử dụng phần mềm plaxis để tính tốn mơ phỏng quá trình cố kết và lún ổn
định của giếng cát.
- So sánh giữa lún trong tính tốn lý thuyết với kết quả mơ phỏng.
4. TÍNH KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN
- Tính khoa học: khi dùng giếng cát sẽ giúp cho nền đất yếu thoát nước nhanh
làm cho hệ số rỗng giảm lại giúp cho nền cố kết, làm tăng tốc độ lún nhanh hơn nhiều
so với nền thiên nhiên hoặc nền được gia cố bằng cọc cứng.
- Thực tiễn: sử dụng dụng giếng cát giúp nền đường lún nhanh hơn, tăng cường
sức chịu tải của nền đất yếu. Ngoài ra giếng cát cịn tiết kiệm chi phí vì có giá thành vật
liệu rẻ hơn các loại vật việu khác và giếng cát cịn dùng để gia cố nền có chiều dày lớn
hơn 3m. Bi ện pháp thi công đơn giản khơng địi hỏi các thiết bị phức tạp.
- Bên cạnh đó việc phân tích tốc độ lún của nền đường bằng phần mềm plaxis
với các thông số thực tế mang lại kết quả nhanh chống và có độ chính xác cao. Vì vậy,
kết quả thu được mang tính khoa học và thực tiễn.

5. HẠN CHẾ CỦA ĐỀ TÀI (GIỚI HẠN NGHIÊN CỨU)
- Chỉ có thể phân tích độ lún và thời gian lún theo thời gian trong quá trình chất
tải chờ cố kết, còn sự thay đổi của nền đất thì chưa được xét đến.

-4-

- Do thời gian có hạn nên đề tài chỉ phân tích được độ lún bằng việc tính tốn lý
thuyết, mô phỏng bằng phần tử hữu hạn để so sánh .
- Chỉ tính tốn và so sánh được đất ở khu vực sóc trăng nên chưa khái quát
được cho tất cả các loại đất trong cả nước.
- Chỉ sử dụng mô phỏng bằng phương pháp phần tử hữu hạn với phần tử 2D.


-5-

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ GIẾNG CÁT KẾT HỢP VỚI GIA TẢI TRƯỚC
XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU DƯỚI NỀN ĐƯỜNG
1.1. Khái quát về nền đất yếu
Các đặc trưng vật lý:
 Dung trọng tự nhiên: γ ≤ 1,7 g / cm 3
 Hệ số rỗng tự nhiên của đất:

e ≥1

 Hệ số nén lún: a > 0.1cm 2 / kg
 Độ bão hòa của đất: S r ≥ 0,8
Các đặc trưng cơ học:
 Modul biến dạng: E ≤ 50kg / cm 2
 Lực dính của đất: C ≤ 0,1kg / cm 2
 Góc ma sát trong của đất: ϕ ≤ 10 0
Các loại nền đất yếu chủ yếu và thường gặp:
- Đất sét mềm: Gồm các loại đất sét hoặc á sét tương đối chặt, ở trạng thái bão

hịa nước, có cường độ thấp;
- Đất bùn: Các loại đất tạo thành trong môi trường nước, thành phần hạt rất mịn,
ở trạng thái luôn no nước, hệ số rỗng rất lớn, rất yếu về mặt chịu lực;
- Đất than bùn: Là loại đất yếu có nguồn gốc hữu cơ, được hình thành do kết quả
phân hủy các chất hữu cơ có ở các đầm lầy (hàm lượng hữu cơ từ 20 -80%);
- Cát chảy: Gồm các loại cát mịn, kết cấu hạt rời rạc, có thể bị nén chặt hoặc
pha lỗng đáng kể. Loại đất này khi chịu tải trọng động thì chuyển sang trạng thái chảy
gọi là cát chảy;
- Đất Bazan: là loại đất yếu có độ rỗng lớn, dung trọng khô bé, khả năng thấm
nước cao, dễ bị lún sụt.


-6-

1.2. Tổng quan về phương pháp gia tải trước
1.2.1 Giới thiệu về phương pháp gia tải trước
Gia tải trước là quá trình nén trước nền đất trước khi xây dựng cơng trình. Nếu
như tải trọng nén trước tác dụng tạm thời lớn hơn tải trọng thường xun của cơng
trình thì phần chênh lệch được gọi là gia tải.
Nền sét yếu dưới tác dụng của tải trọng nén trước có ba loại lún như sau:
- Lún tức thời
- Lún cố kết sơ cấp
- Lún cố kết thứ cấp
Thông thường người ta chỉ xét đến độ lún cố kết sơ cấp trong quá trình gia tải.
1.2.2. Phạm vi áp dụng và đặc điểm
- Độ lún của cơng trình do biến dạng nén cố kết của nền đất là sét yếu hoặc cát
rời thường gây ra những hư hỏng nền móng và cơng trình. Để làm giảm nguy cơ này
người ta thường dùng biện pháp gia tải trên nền đất để tạo độ lún trước rồi dỡ tải đi và
xây dựng cơng trình.
- Đối với nền cát rời có tính thấm nước mạnh hoặc xốp trên mực nước ngầm,

nên độ lún dưới gia tải diễn ra nhanh chống trong vòng vài tuần lễ hoặc vài tháng.
Trong khi đó, nền sét yếu thốt nước kém thời gian lún do cố kết dưới tác động của gia
tải có thể kéo dài đến vài năm thậm chí vài chục năm. Trong trường hợp này để rút
ngắn thời gian cố kết, các thiết bị được sử dụng kèm theo để thoát nước nhanh là giếng
cát, bấc thấm, rãnh cát...
- Gia tải trước thường được dùng trong kĩ thuật nền móng là nhằm làm cho nền
đất yếu lún trước, đất nền giảm độ rỗng tương ứng với gia tải trên mặt đất, sức chịu tải
sẽ gia tăng. Đối với đất rời và đất yếu khơng bảo hịa nước thì thời gian đạt độ lún ổn
định ngắn, cịn với đất sét bão hịa nước thì thời gian lún sẽ phụ thuộc vào tốc độ cố
kết.
Muốn đạt được những mục đích trên, người ta thường dùng các biện pháp sau
đây để gia tải:
- Chất tải trọng bằng cát, sỏi, gạch, đá... bằng hoặc lớn hơn tải trọng cơng trình
dự định xây dựng để cho nền chịu tải trọng trước và lún trước khi xây dựng.


-7-

- Dùng giếng cát hoặc bản giấy thấm để thoát nước lỗ rỗng, tăng nhanh quá
trình cố kết của đất nền.
1.2.3. Biện pháp thi cơng
Kỹ thuật gia tải trước có 2 dạng:
- Chất tải trước với tải trọng lớn hơn tải trọng cơng trình.
- Chất tải trước theo từng cấp tải trọng.
Có hai cách gia tải nén trước:
- Chất tải trọng nén trước ngay trên mặt đất tại vị trí sẽ xây dựng nền đường hoặc
móng, đợi một thời gian theo yêu cầu để độ lún ổn định, sau đó dỡ tải đi và xây dựng.
- Có thể xây móng, sau đó chất tải lên móng cho lún ổn định, rồi dỡ tải và xây
kết cấu bên trên.
Lưu ý: chất tải tăng theo từng cấp. Mỗi cấp tăng 15 -20% tổng tải trọng. Cần

tiến hành theo dõi, quan trắc độ lún để xem xét độ lún có đạt yêu cầu khơng, nếu
khơng đạt u cầu thì cần có biện pháp tích cực hơn để tiếp tục cho nước thốt ra.
1.3. Tổng quan về giếng cát
1.3.1. Lịch sử phát triển của giếng cát
- Trên thế giới phương pháp gia cố nền đất yếu bằng trụ vật liệu rời, cũng như
giếng cát, nó gắn liền với kết quả cơng trình nghiên cứu về cố kết thấm của đất sét no
nước và người đầu tiên đề cập tới là Terzaghi khi ơng tìm ra phương trình vi phân cố
kết thấm 1 chiều năm 1925.
- Ở các nước Mỹ, Pháp phương pháp giếng cát cũng được nghiên cứu ở mặt kĩ
thuật và phương pháp thi công được gia cố nền đường và bến cảng.
- Ở Nhật, do tính hữu ích của giếng cát mang lại nên nhiều công ty đã ứng dụng
phương pháp này. Chỉ tính riêng một cơng ty ở Nhật trước năm 1996 đã sử dụng tổng
chiều dài giếng cát để gia cố nền đất yếu bảo hoà nước nén lún mạnh trên đất liền là 15
triệu mét và dưới đáy biển là 40 triệu met để thốt nước nền cơng trình. Phương pháp
giếng cát thẳng đứng để cố kết thoát nước và giếng cát làm chặt nền đất bảo hoà nước
phục vụ xây dựng cơng trình để làm ổn định nền đường, sân bay, đê chắn sóng...Ví dụ
như sân bay quốc tế kansai, cảng Kôbê, nhà máy nhiệt điện Matsura...


-8-

1.3.2. Đặc điểm và phạm vi áp dụng của giếng cát
Giếng cát là một trong những biện pháp gia tải trước được sử dụng đối với các
loại đất bùn, than bùn cũng như các loại đất dính bão hịa nước có tính biến dạng lớn...
khi xây dựng cơng trình có kích thước và tải trọng lớn thay đổi theo thời gian như nền
đường, sân bay, bản đáy cơng trình thủy lợi...
- Giếng cát có tác dụng chính là:
+ Giếng cát sẽ làm cho nước trong lỗ rỗng thoát đi dưới tác dụng của gia tải vì
vậy làm tăng nhanh tốc độ cố kết của nền, làm cho cơng trình đạt đến giới hạn ổn định
về lún, đồng thời làm cho đất nền có khả năng biến dạng đồng đều.

+ Nếu khoảng cách của giếng được chọn thích hợp thì nó cịn làm tăng độ chặt
của nền và do đó sức chịu tải của nền tăng lên.
+ Tăng khả năng chống trượt khi cơng trình chịu tải ngang.
- Bên cạnh những ưu điểm nêu trên khi sử dụng giếng cát cũng cần phải chú ý
những vấn đề sau:
+ Chỉ sử dụng hiệu quả cho cơng trình tải trọng trung bình và chiều dày lớp đất
yếu không lớn.
+ Thời gian thi công (gia tải) lâu.
+ Khơng hiệu quả cho đất nền có k <10-8 cm/s
* Sơ đồ bố trí giếng cát thường có hai dạng chủ yếu:
 Dạng lưới tam giác đều

Hình 1.1 sơ đồ bố trí lưới giếng cát hình tam giác đều


-9-

 Dạng lưới hình vng

Hình 1.2. Sơ đồ bố trí lưới giếng cát hình vng

Tuy nhiên, khi sử dụng giếng cát cũng có nhiều nhược điểm nhất định. Cát sử dụng
trong giếng cát phải được lựa chọn kỹ lưỡng để có hệ số thấm tốt nhất, cho nên phải vận
chuyển cát từ những nơi xa vị trí cơng trường. Ngồi ra, trong khi thi cơng giếng cát rất có
khả năng giếng cát rất có khả năng giếng cát bị đứt đoạn khơng đảm bảo vai trị thốt
nước do thi cơng bất cẩn hoặc chuyển vị ngang của nền khá lớn. Để tránh hiện tượng đứt
đoạn người ta có thể cho cát vào ruột bằng vải có đường kính chừng 50mm và cắm vào
nền sét yếu làm vai trò thấm nước giống như một bấc thấm bằng cát.
1.3.3. Biện pháp thi công giếng cát
1.3.3.1. Trình tự thi công giếng cát

-Thi công lớp đệm cát (nếu có).
- Định vị vị trí giếng cát.
- Vận chuyển cát đến vị trí làm giếng cát.
- Hạ cọc ống thép( rỗng) để tạo lỗ trong đất yếu đúng vị trí và cao độ thiết kế.
- Đổ cát vào đầy cọc.
- Rút cọc ống và để lại giếng cát.


- 10 -

1.3.3.2. Biện pháp thi công
Trong thi công giếng cát có hai cách để thi cơng giếng cát là: một cách không
làm cho đất chuyển vị và một cách khác làm cho đất chuyển vị lớn.
- Phương pháp thi công làm cho ấtđ không chuyển vị lớn là người ta tạo lỗ
bằng cách khoan vào đất bằng máy khoan hoặc vịi nước áp lực,phương pháp này
khơng gây nhiều xáo trộn cho đất nền.
- Phương pháp thi công làm cho ấđt chuyển vị lớn, người ta tạo lỗ bằng cách
dùng một ống thép bịt đầu ép vào đất, phương pháp này gây xáo trộn đáng kể đối với
đất sét yếu và nhạy.

Hình 1.3.Thiết bị thi cơng giếng cát bằng cọc đóng
1.3.4. Sơ lược về lớp đệm cát trên mặt của giếng cát
Để đảm bảo nước trong đất có thể thốt ra ngoài theo phương thẳng đứng khi
dùng hệ thống giếng cát, người ta thường thiết kết hợp với lớp đệm cát ở trên mặt của
hệ thống giếng cát. Lớp đệm cát thường có chiều dày tối thiểu là 50cm và phải lớn hơn
độ lún dự báo từ 20-40 cm. Bề rộng mặt tầng đệm cát phải rộng hơn đáy nền đắp tối
thiểu là 0.5-1 m .