Phân tích ứng xử của nền đường cấp iii trên đất yếu được xử lý bằng cọc xi măng đất khu vực tỉnh an giang

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
************

TRẦN DŨ BÌNH

PHÂN TÍCH ỨNG XỬ CỦA NỀN ĐƯỜNG CẤP III
TRÊN ĐẤT YẾU ĐƯỢC XỬ LÝ BẰNG CỌC XI MĂNG ĐẤT
KHU VỰC TỈNH AN GIANG

Chuyên ngành: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG
Mã số ngành: 60580211

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, 2016


Cơng trình đƣợc hồn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG-HCM
Cán bộ hƣớng dẫn khoa học : TS. Lê Trọng Nghĩa

Cán bộ chấm nhận xét 1

: .............................................................................

Cán bộ chấm nhận xét 2

: .............................................................................

Luận văn Thạc sĩ đƣợc bảo vệ tại Trƣờng Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM
ngày………tháng………năm …….

Thành phần hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:

1. . ........................................................................
2. . ........................................................................
3. . ........................................................................
4. . ........................................................................
5. . ........................................................................
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Chủ nhiệm Bộ môn quản lý chuyên ngành
sau khi luận văn đã đƣợc sửa chữa (nếu có).
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc
Tp. HCM, ngày . . . . . tháng . . . . . năm 2015

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên: TRẦN DŨ BÌNH

MSHV: 7140765

Ngày, tháng, năm sinh: 08/1/1986

Nơi sinh: An Giang

Chuyên ngành: Địa kỹ thuật xây dựng

MN: 60 58 02 11

Khoá (Năm trúng tuyển): 2014
I- TÊN ĐỀ TÀI:

PHÂN TÍCH ỨNG XỬ CỦA NỀN ĐƯỜNG CẤP III
TRÊN ĐẤT YẾU ĐƯỢC XỬ LÝ BẰNG TRỤ XI MĂNG ĐẤT
KHU VỰC TỈNH AN GIANG
Mở đầu: Giới thiệu nội dung nghiên cứu.
Chƣơng 1: Tổng quan về các giả pháp xử lý nền đất yếu trong x y dựng cơng trình
giao thơng trên thế giới và Việt Nam.
Chƣơng 2: Nghiên cứu lựa chọn mơ hình tính tốn hợp lý khi thiết kế hệ cọc đất trộn
xi măng đề gia cƣờng nền đƣờng đắp trên đất yếu.
Chƣơng 3: Cơ sở lý thuyết về ứng dụng phƣơng phap phần tử hữu hạn trong việc
ph n tích ổn định và biến dạng của nền đƣờng trên đất yếu.
Chƣơng 4: Ph n tích ứng xử của nền đƣờng trên đất yếu đƣợc xử lý bằng cọc đất trộn
xi măng - dự án đầu tƣ x y dựng tuyến tránh thị trấn Cái Dầu - Quốc lộ
91, huyện Ch u Phú tỉnh An Giang.
Kết luận và kiến nghị
II- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 06/07/2015.

III- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 04/12/2015.
IV- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS. Lê Trọng Nghĩa
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

TS. Lê Trọng Nghĩa

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN

KHOA QL CHUYÊN NGÀNH

PGS.TS. Lê Bá Vinh

PGS.TS. Nguyễn Minh Tâm


LỜI CẢM ƠN

Thấm thoát đã 2 năm học sau đại học đã trơi qua, đó là một khoảng thời gian
khơng dài đối với chúng em. Nhƣng khoảng khắc đó lại một lần nữa đã ghi trong
chúng em một tình cảm tốt đẹp, lòng biết ơn tr n trọng, sự cống hiến của quý thầy cô
trƣờng Đại học Bách Khoa - Đại học Quốc Gia - Thành Phố Hồ Chí Minh. Em tin rằng
trong những ngày tháng qua, với kiến thức khoa học lẫn kiến thức đời thƣờng mà thầy
cô đã truyền đạt, hƣớng dẫn sẽ là cơ sở giúp em vững bƣớc vào đời và thành công
trong cuộc sống sau này.
Qua thời gian làm luận văn tốt nghiệp, mặc dù gặp nhiều khó khăn trong việc thu
thập tài liệu, cũng nhƣ thu thập kiến thức thực tế, có đơi lúc tƣởng chừng sẽ không thể
thực hiện đƣợc, nhƣng với sự giúp đỡ tận tình của thầy hƣớng dẫn, em đã hồn thành
luận văn tốt nghiệp đúng thời hạn.
Với lịng kính trọng và biết ơn, xin đƣợc bày tỏ lời cảm ơn s u sắc đến: Ban giám
hiệu Trƣờng Đại học Bách Khoa - Đại học Quốc gia - Thành phố Hồ Chí Minh, Ban
chủ nhiệm khoa kỹ thuật x y dựng, các thầy cơ Bộ mơn Địa cơ nền móng, Phòng Đào
tạo sau đại học và đặc biệt là thầy Tiến sĩ Lê Trọng Nghĩa, ngƣời đã giúp đỡ, chỉ dẫn
tận tình và ln quan t m, động viên tinh thần trong thời gian em thực hiện Luận văn.
Trong suốt thời gian thực hiện Luận văn, mặc dù rất bận rộn trong công việc nhƣng
Thầy vẫn giành nhiều thời gian và t m huyết trong việc hƣớng dẫn em thực hiện luận

văn.
Cuối cùng, xin gửi lời tri n s u sắc đến gia đình và những ngƣời bạn đã động
viên, hỗ trợ em rất nhiều trong suốt quá trình học tập, làm việc và hồn thành Luận văn
này.
TP. Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2015
Học viên


TÓM TẮT LUẬN VĂN
Từ trƣớc đến nay trên địa bàn tỉnh An Giang việc gia cố nền đƣờng trên đất yếu
chủ yếu dựa vào các biện pháp truyền thống nhƣ gia cố cừ tràm, gia cố bằng cọc cát, ...
Dẫn đến việc khang hiếm vật liệu thi công và tốn kém. Qua vấn đề thực tế nhƣ trên,
luận văn này muốn giới thiệu về một phƣơng pháp gia cố nền đƣờng cấp III trên đất
yếu tiên tiến hơn những phƣơng pháp gia cố truyền thống đó là gia cố nền đƣờng bằng
trụ xi măng đất.
Luận văn sử dụng phần mềm Plaxis 2D để mơ phịng bài tốn kết hợp với so sánh
các kết quả bằng phƣơng pháp giải tích từ đó đề xuất phƣơng án gia cố nền đƣờng cấp
III trên đất yếu một cách hiệu quả. Kết quả trong luận văn cho thấy độ lún cố kết của
nền đƣờng cấp III khu vực An Giang đƣợc gia cố cọc xi măng đất với hàm lƣợng trộn
từ 200 300kg m3 đƣờng kính cọc D 0,6m và mật độ bố trí cọc S 1,2 1,8m thỏa điều
kiện độ lún sau 15 năm. Khi gia tăng mô đun đàn hồi cát tuyến hoặc mật độ gia cố cọc
đất trộn xi măng (S) thì độ lún cố kết của nền đƣờng sẽ giảm, cụ thể trong trƣờng hợp
ph n tích trong mơ hình Plaxis nền đƣờng chƣa gia cố cọc đất trộn xi măng thì độ lún
cố kết của nền đƣờng là 1,106m và sau khi gia cố độ lún là 0,476

0,292m (trƣờng

hợp gia cố với hàm lƣợng 200kg m3; mật độ S 1,8 1,2m) và 0,317

0,186m (trƣờng

hợp gia cố với hàm lƣợng 300kg m3; mật độ S 1,8 1,2m).
Việc tính tốn độ lún của nền đƣờng theo phƣơng pháp plaxis cho kết quả lún
lớn hơn kết quả tính bằng phƣơng pháp giải tích (trƣờng hợp chƣa gia cố theo phƣơng
pháp giải tích là 1,073m và phƣơng pháp mô phỏng Plaxis là 1,106m). Quan điểm mơ
phỏng mơ hình Plaxis theo quan điểm nền tƣơng đƣơng và quan điểm cọc cứng cho kết
quả gần giống nhau, cụ thể độ lún cố kết của nền đƣờng gia cố bằng cọc đất trộn xi
măng trong các trƣờng hợp gia cố mật độ từ 1,2 1,8m (hàm lƣợng trộn 200 300kg m3)
theo quan điểm cọc cứng cho kết quả là 0,476 0,18m và 0,574 0,18m theo quan điểm
nền tƣơng đƣơng.
Hệ số an toàn m của khối đất trên nền đƣờng sẽ gia tăng khi ta tăng hàm lƣợng
trộn cọc đất trộn xi măng hoặc tăng mật độ gia cố cọc đất trộn xi măng. Trƣờng hợp


chƣa gia cố cọc đất trộn xi măng hệ sô an toàn là 1,282 và gia cố cọc đất trộn xi măng
là 1,469

1,483.

Lựa chọn phƣơng pháp gia cố nền đƣờng cấp III bằng cọc đất trộn xi măng sẽ
tiết kiệm đƣợc thời gian chờ cố kết, cụ thể sau khi thi cơng hồn thành cơng trình (360
ngày) thì độ lún của nền đƣờng khi chƣa gia cố đạt 47 và sau khi gia cố cọc đất trộn
xi măng độ lún đạt 75 85

tùy theo mật độ gia cố và hàm lƣợng trộn.

Những kết quả này rất quan trọng và hữu ích, đặc biệt là thực hiện trƣớc khi tiến
hành thi cơng gia cố nền đƣờng. Bằng phƣơng pháp này có thể giúp đỡ trong việc thiết
kế gia cố nền đƣờng cấp III trên đất yếu một cách hiệu quả và kinh tế.

SUMMARY OF THESIS
Up to now, the province of An Giang to reinforce the roadbed on soft ground
based primarily on traditional measures such as melaleuca reinforced piles, reinforced
with sand piles, ... Lead The rare electric installation fittings and costly. Through
practical problems as above, this thesis wants to introduce a method of reinforcing the
roadbed on soft ground level III advanced than the traditional method of reinforcement
that is reinforced roadbed with soil cement pillars.
Thesis using Plaxis 2D software for simulation of problems associated with
comparing the results with analytical methods from which the proposed plan for
reinforcing the roadbed on soft ground level III efficiently. The results of the thesis
shows that settlement of roadbed consolidation area An Giang III reinforced concrete
pile mixed soils with 200 ÷ 300 kg/m3 pile diameter D = 0.6m and layout density S =
1.2÷1.8m piles eligible after 15 years of settlement. When increasing secant elastic
modulus or density reinforced soil cement mixing pile (S), the consolidation settlement
of roadbed will decrease, particularly in the case analyzed in Plaxis model roadbed not
reinforced piles soil cement mix, the consolidation settlement of roadbed is reinforced
1,106m and after settlement is 0.476÷0,292m (case reinforced with content 200kg/m3
density S = 1.8÷1.2m ) and 0.317÷0,186m (reinforced case with a content of 300 kg/m3
density S = 1.8÷1.2m).
The calculation of roadbed settlement method resulted plaxis larger settlement
results calculated by the method of analysis ( case not reinforced by the method of
analysis is 1,073m and simulation methods Plaxis is 1,106m ) . Viewpoint simulation
model in view Plaxis equivalent background and perspective hard pile similar results ,
namely consolidation subsidence of roadbed soil reinforced with cement mixing piles
in the case of reinforced density from 1.2÷1.8 m ( 200 ÷ 300 kg/m3) in view of the
resulting hard pile 0,476÷0,18m and 0,574÷0,18m standpoint equivalent background.
Safety factor cubic m of land on the road will increase as we increase the
amount of soil mixing cement mixer or increase the density reinforced soil cement

mixing pile. Where not reinforced soil cement mixing pile safety factor is 1,282 and
reinforced soil cement mixing pile is 1,469 ÷ 1,483.
Selection methods III reinforced roadbed soil cement mixing pile will save
waiting time consolidation , in particular after the completion of construction works
(360 days) , the subsidence of the road when not reinforced reaching 47 % and after
reinforced soil cement mixing piles settlement of 75 ÷ 85 % depending on the density
of reinforcement and mixed content. These results are very important and useful ,
especially done prior to construction of road base reinforcement. By this method may
help in the design of reinforced embankment on soft soil grade III efficiently and
economically.


LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn thạc sỹ kỹ thuật PHÂN TÍCH ỨNG XỬ CỦA NỀN
ĐƢỜNG CẤP III TRÊN ĐẤT YẾU ĐƢỢC XỬ LÝ BẰNG TRỤ XI MĂNG ĐẤT
KHU VỰC TỈNH AN GIANG là cơng trình nghiên cứu của cá nh n tôi. Các số liệu
trong luận văn là số liệu trung thực.
Tơi xin chịu hồn tốn trách nhiệm về nội dung của luận văn này.

TP. HCM, tháng 12 năm 2015

TRẦN DŨ BÌNH
Học viên cao học khóa 2014
Chun ngành: Địa kỹ thuật x y dựng
Trƣờng Đại học Bách Khoa TP. Hồ Chí Minh


MỤC LỤC

MỞ ĐẦU ...................................................................................................................... -11. Vấn đề thực ti n và tính cấp thiết của đề tài ............................................................ -12. Mục tiêu nghiên cứu ................................................................................................. -13. Phƣơng pháp nghiên cứu .......................................................................................... -14. Nội dung nghiên cứu và ý nghĩa thực ti n của đề tài ............................................... -25. Giới hạn của của đề tài ............................................................................................. -2CHƢƠNG I. TỔNG QUAN VỀ C C GIẢI PH P XỬ LÝ NỀN Đ T YẾU DƢỚI
NỀN ĐƢỜNG Ở VI T NAM...................................................................................... -31.1 C C PHƢƠNG PH P XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU TRONG X Y DỰNG CƠNG
TRÌ
NH GIAO THƠNG TRÊN THẾ GIỚI VÀ VI T NAM ...................................... -31.1.1 Các nguyên tắc xử lý nền đất yếu trong các cơng trình giao thơng .................... -31.1.2 Các giải pháp xử lý nền đƣờng đắp trên đất yếu hiện nay .................................. -31.2 TỔNG QUAN VỀ CỌC ĐẤT TRỘN XI MĂNG ............................................... -131.2.1 Khái niệm .......................................................................................................... -131.2.2 Ph n loại ............................................................................................................ -131.2.3 Lịch sử phát triển cọc đất trộn xi măng ............................................................ -141.2.4 Các ứng dụng cọc đất trộn xi măng .................................................................. -151.2.5 Công nghệ thi công cọc đất trộn xi măng ......................................................... -16CHƢƠNG II. NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN MÔ HÌNH TÍNH TO N HỢP LÝ KHI
THIẾT KẾ H CỌC ĐẤT XI MĂNG ĐỂ GIA CƢỜNG NỀN ĐƢỜNG ĐẮP TRÊN
ĐẤT YẾU .................................................................................................................. -202.1 TỔNG QUAN ...................................................................................................... -202.2 NH M C C PHƢƠNG PH P TÍNH TO N THEO C C TIÊU CHUẨN THIẾT
KẾ............................................................................................................................... -212.2.1 Phƣơng pháp tính tốn theo quan điểm cọc đất trộn xi măng làm việc nhƣ cọc
cứng ............................................................................................................................ -212.2.2 Phƣơng pháp tính tốn theo quan điểm hệ làm việc nhƣ nền tƣơng đƣơng ..... -212.2.3 Phƣơng pháp tính tốn theo quan điểm của Viện cơng nghệ ch u

(AIT) ..... -23-


2.2.4 Phƣơng pháp tính tốn theo tiêu chuẩn ch u u .............................................. -262.2.5 Phƣơng pháp tính tốn theo tiêu chuẩn Thƣợng Hải -Trung Quốc .................. -272.2.6 Phƣơng pháp tính tốn trong các hồ sơ thiết kế ở Việt Nam ............................ -282.2.7 Phƣơng pháp thiết kế theo BCJ của Nhật Bản (The Building Center of Japan) -302.2.8 Phƣơng pháp thiết kế theo CDIT của Nhật Bản (Coastal Development Institute of
Technology) ............................................................................................................... -382.3 NH M C C PHƢƠNG PH P TÍNH TO N THEO PHƢƠNG PH P PHẦN TỬ
HỮU HẠN ................................................................................................................. -47CHƢƠNG III. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ỨNG DỤNG PHƢƠNG PH P PHẦN TỬ
HỮU HẠN TRONG VI C PH N TÍCH ỔN ĐỊNH VÀ BIẾN DẠNG CỦA NỀN
ĐƢỜNG TRÊN ĐẤT YẾU ....................................................................................... -483.1 CÁ C THÔNG SỐ CƠ BẢN TRONG MÔ HÌNH PLAXIS ................................ -483.1.1 Loại vật liệu đất nền “Drained, Undrained, Non-porous” ................................ -483.1.2 Dung trọng khơng bão hồ và dung trọng bão hoà ........................................... -493.1.3 Hệ số thấm......................................................................................................... -503.1.4 Thông số độ cứng của đất nền........................................................................... -503.1.5 Thông số sức kháng cắt của đất nền.................................................................. -523.2 C C MÔ HÌNH ĐẤT NỀN TRONG PLAXIS ................................................... -533.2.1 Mơ hình Morh-Coulomb ................................................................................... -533.2.2 Mơ hình Hardening Soil .................................................................................... -573.3 C C PHƢƠNG PH P PH N TÍCH KHƠNG THO T NƢỚC, THO T NƢỚC VÀ
PH N TÍCH KÉP (KHƠNG THO T NƢỚC KẾT HỢP VỚI CỐ KẾT) VÀ ỨNG DỤNG
C C PHƢƠNG PH P NÀY TRONG VI C PH N TÍCH BẰNG PLAXIS ................... -62-

3.3.1 Ph n tích khơng thoat nƣớc ............................................................................... -633.3.2 Ph n tích thốt nƣớc .......................................................................................... -653.3.3 Phân tích kép (Couple Analysis) ....................................................................... -65CHƢƠNG IV. PH N TÍCH ỨNG XỬ CỦA NỀN ĐƢỜNG TRÊN ĐẤT YẾU ĐƢỢC
XỬ LÝ BẰNG CỌC ĐẤT TRỘN XI MĂNG - DỰ

N ĐẦU TƢ X Y DỰNG


TUYẾN TR NH THỊ TRẤN C I DẦU - QUỐC LỘ 91, HUY N CH U PHÚ, TỈNH
AN GIANG ................................................................................................................ -674.1 GIỚI THI U VỀ CƠNG TRÌNH .......................................................................... -67
4.1.1 Giới thiệu chung ................................................................................................ -674.1.2 Qui mô và các thông số kỹ thuật tổng quan ...................................................... -674.2 TRÌ
NH TỰ THI CƠNG NỀN THEO THỰC TẾ ................................................ -704.3 TÍNH TO N QU TRÌNH LÚN (THEO 22TCN 262-2000) ............................ -734.3.1 Số liệu tính tốn ................................................................................................ -734.3.2 Tải trọng tính tốn ............................................................................................. -744.4 TÍNH TO N BẰNG PHƢƠNG PH P GIẢI TÍCH ........................................... -754.4.1 Tính tốn q trình lún cho nền đƣờng chƣa gia cố ......................................... -754.4.2 Kết luận ............................................................................................................. -784.5 TÍNH TO N NỀN ĐƢỜNG ĐƢỢC GIA CỐ BẰNG CỌC ĐẤT TRỘN XI

MĂNG ........................................................................................................................ -784.5.1 Tính tốn bằng phƣơng pháp giải tích .............................................................. -784.5.2. Mơ phỏng mơ hình nền đƣờng bằng Plaxis ..................................................... -844.5.3. Tải trọng xe và tải trọng kết cấu áo đƣờng ...................................................... -854.5.4 Các thông số của cọc đất trộn xi măng ............................................................. -854.5.5 Khai báo trình tự thi cơng nền đƣờng chƣa gia cố cọc đất trộn xi măng trong
plaxis: ......................................................................................................................... -864.5.6 Khai báo trình tự thi cơng nền đƣờng đƣợc gia cố cọc đất trộn xi măng trong
plaxis .......................................................................................................................... -884.5.7 Kết quả tính tốn: .............................................................................................. -95KẾT LU N VÀ KIẾN NGHỊ.................................................................................. -106Kết luận .................................................................................................................... -106Kiến nghị .................................................................................................................. -107TÀI LI U THAM KHẢO ............................................. Error! Bookmark not defined.
PHỤ LỤC LU N VĂN


DANH MỤC KÝ HIỆU, CH

VIẾT TẮT

a

Tỷ số quy đổi diện tích.

as

Tỷ số gia cố.

A

Diện tích.

Ac

Diện tích cọc.

Ap

Diện tích đất nền đƣợc gia cố.

Af

Diện tích ch n móng hay diện tích của đỉnh bản móng.

Axq

Diện tích xung quanh cọc gia cố.

B

Chiều rộng .

c

Lực dính đơn vị.

cc

Lực dính đơn vị của cọc.

cn

Lực dính đơn vị của nền.

ctđ

Lực dính đơn vị tƣơng đƣơng.

cuc

Sức kháng cắt khơng thốt nƣớc của cọc đất trộn xi măng.

cun

Chỉ số nén. cuu Sức kháng cắt khơng thốt nƣớc của đất yếu.

cu0

Sức kháng cắt khơng thốt nƣớc của đất yếu huy động khi sức
kháng cắt của đất ổn định đƣợc huy động cao nhất.

cus

Sức kháng cắt khơng thốt nƣớc của đất ổn định.

cs

Sức kháng cắt khơng thốt nƣớc của đất ổn định (kN).

S

Khoảng cách giữa các cọc.

D

Đƣờng kính cọc.

DDM

(Phƣơng pháp trộn s u) Deep Mixing Method.

DJM

(Phƣơng pháp trộn khô) Dry Jet Mixing.

e

Hệ số rỗng.

e0

Hệ số rỗng tự nhiên của lớp đất yếu.

E

Mô đun đàn hồi.

Ec

Mô đun đàn hồi của cọc.

Ep

Mô đun đàn hồi của đất nền.


Etđ

Mô đun đàn hồi tƣơng đƣơng.

f

Lực ma sát.

fdi

Ma sát thành bên đơn vị tới hạn của nền hỗn hợp.

Hđắp

Chiều cao đất đắp.

Hf

Chiều cao của chu vi nền gia cố mà lực dính đƣợc huy động.

i

Độ dốc mái taluy.


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1: Sơ đồ điển hình mặt cắt ngang khi thiết kế thay đất .................................... -3Hình 1.2: Bệ phản áp .................................................................................................... -5Hình 1.3: Giải pháp đất có cốt khi thi cơng nền đƣờng ............................................... -6Hình 1.4: Rải vải địa kỹ thuật trong thi công nền đƣờng ............................................. -7Hình 1.5: Giải pháp đắp nền đƣờng trên móng cứng (sàn giảm tải) ............................ -8Hình 1.6: Giải pháp cọc cát gia cố nền đất yếu............................................................ -9Hình 1.7: Giải pháp bấc thấm gia cố nền đất yếu ...................................................... -10Hình 1.8: Giải pháp gia cố nền đất yếu bằng cọc đất trộn xi măng ........................... -12Hình 1.9: Mơ tả phƣơng pháp thi cơng Cọc đất trộn xi măng ................................... -17Hình 1.10: Phƣơng pháp trộn khô DJM theo công nghệ Nhật Bản ........................... -18Hình 1.11: Phƣơng pháp trộn ƣớt (WJM) .................................................................. -18Hình 1.12: Giải pháp cọc chống hoặc cọc treo .......................................................... -19Hình 2.1: Quy đổi nền tƣơng đƣơng .......................................................................... -22Hình 2.2: Mơ hình biến dạng phẳng theo mơ hình nền tƣơng đƣơng ........................ -23Hình 2.3: Ph n tích lún khi gia cố bằng cọc đất trộn xi măng ................................... -24Hình 2.4: Sơ đồ bố trí cọc đất trộn xi măng trên mặt bằng ........................................ -25Hình 2.5: Các thành phần liên quan đế tải trọng thiết kế ........................................... -32Hình 2.6: Ph n tích sức chịu tải ................................................................................. -33Hình 2.7: Mơ hình ph n tích khả năng chịu áp lực thẳng đứng ................................. -34Hình 2.8: Minh họa chu vi nền gia cố ........................................................................ -34Hình 2.9: Minh họa ký hiệu tính tốn ........................................................................ -36Hình 2.10: Quy đổi áp lực trong trƣờng hợp đất nền không đồng nhất .................... -36Hình 2.11 và Hình 2.12: Phá hoại trƣợt ngang (ổn định ngồi) và phá hoại trƣợt trịn
(ổn định trong)............................................................................................................ -38Hình 2.13: Trình tự thiết kế cọc đất trộn xi măng theo phƣơng pháp CDIT ............. -39Hình 2.14: Ph n tích ổn định trƣợt ngang ................................................................. -40Hình 2.15: Cọc ngàm vào lớp đất tốt ........................................................................ -40Hình 2.16: Cọc treo ................................................................................................... -41-


Hình 2.17: Ph n tích phá hoại mặt trƣợt trụ trịn ...................................................... -43Hình 2.18: Mơ hình lún cho trƣờng hợp cọc chống .................................................. -44Hình 2.19: Mơ hình lún cho trƣờng hợp cọc treo ..................................................... -45Hình 3.1: Ý tƣởng cơ bản của mơ hình đàn dẻo lý tƣởng .......................................... -54Hình 3.2: Xác định Eref từ thí nghiệm 3 trục cố kết thốt nƣớc ................................. -55Hình 3.3: Xác định Eoed từ thí nghiệm nén cố kết ...................................................... -56Hình 3.4: Mối quan hệ Hyperpolic giữa ứng suất lệch và biến dạng dọc trục trong thí
nghiệm 3 trục thốt nƣớc............................................................................................ -58Hình 3.5: Vùng đàn hồi mơ hình Hardening soil trong khơng gian ứng suất chính .. -59ref
Hình 3.6: Xác định E50 từ thí nghiệm 3 trục thốt nƣớc .......................................... -60ref
Hình 3.7: Xác định Eoed từ thí nghiệm nén cố kết ..................................................... -61-

Hình 3.8: Xác định hệ số mũ (m) từ thí nghiệm 3 trục thốt nƣớc ............................ -62Hình 4.1: Bản đồ hánh chánh tỉnh An Giang ............................................................. -67Hình 4.2: Thi cơng đào nền đƣờng 0,5m ................................................................... -71Hình 4.3: Thi cơng đắp nền đƣờng bằng cát san lấp đƣợc bao bằng đất dính ........... -71Hình 4.4: Thi cơng lớp kết cấu áo đƣờng................................................................... -72Hình 4.5: Mặt cắt địa chất cơng trình ......................................................................... -73Hình 4.6: Chia lớp ph n tố tính lún cho nền đƣờng ................................................... -75Hình 4.7: Sơ đồ chuyển đổi mơ đun E50 thành mơ đun E50tđ ..................................... -86Hình 4.8: Mơ hình đào nền đƣờng -0,5m không gia cố cọc đất trộn xi măng ........... -87Hình 4.9: Mơ hình đắp cát nền đƣờng đến độ cao thiết kế 4.0m không gia cố cọc đất
trộn xi măng ............................................................................................................... -87Hình 4.10: Tải trọng do kết cấu áo đƣờng g y ra trên nền không gia cố cọc đất trộn xi
măng ........................................................................................................................... -88Hình 4.11: Tải trọng do hoạt tải xe g y ra trên nền đƣờng không gia cố cọc đất trộn xi
măng ........................................................................................................................... -88Hình 4.12: Sơ đồ bố trí cọc đất trộn xi măng ............................................................. -89Hình 4.13: Mơ hình thi cơng cọc đất trộn xi măng (S 1,8m) .................................... -90-


Hình 4.14: Mơ hình đào nền đƣờng -0,5m (S=1,8m) ................................................ -90Hình 4.15: Mơ hình đắp cát nền đƣờng 4.0m (S 1,8m) .......................................... -90Hình 4.16: Hoạt tải do kết cấu áo đƣờng gây ra (S=1,8m) ........................................ -91Hình 4.17: Tải trọng do hoạt tải xe g y ra (S 1,8m) ................................................. -91Hình 4.18: Mơ hình thi cơng cọc đất trộn xi măng (S 1,2m) .................................... -91Hình 4.19: Mơ hình đào nền đƣờng -0,5m (S=1,2m) ................................................ -92Hình 4.20: Mơ hình đắp cát nền đƣờng 4.0m (S 1,2m) .......................................... -92Hình 4.21: Hoạt tải do kết cấu áo đƣờng g y ra (S 1,2m) ........................................ -92Hình 4.22: Tải trọng do hoạt tải xe g y ra (S 1,2m) ................................................. -93Hình 4.23: Mơ hình thi cơng cọc đất trộn xi măng (nền đƣờng tƣơng đƣơng) ......... -93Hình 4.24: Mơ hình đào nền đƣờng -0,5m (nền tƣơng đƣơng) ................................. -93Hình 4.25: Mơ hình đắp cát nền đƣờng 4.0m (nền tƣơng đƣơng) ........................... -94Hình 4.26: Hoạt tải do kết cấu áo đƣờng g y ra (nền tƣơng đƣơng) ......................... -94Hình 4.27: Tải trọng do hoạt tải xe g y ra (nền tƣơng đƣơng) .................................. -95Hình 4.28: Lún cố kết của nền đƣờng khi chƣa gia cố cọc xi măng đất .................... -95Hình 4.29: Lún cố kết của nền đƣờng khi gia cố cọc xi măng đất (hàm lƣợng 200kg/m3;
S=1,8m) ...................................................................................................................... -96Hình 4.30- Lún cố kết của nền đƣờng khi gia cố cọc đất trộn xi măng (hàm lƣợng
200kg/m3; S=1,2m) .................................................................................................... -96Hình 4.31: Lún cố kết của nền đƣờng khi gia cố cọc đất trộn xi măng (hàm lƣợng
300kg/m3; S=1,8m) .................................................................................................... -97Hình 4.32: Lún cố kết của nền đƣờng khi gia cố cọc đất trộn xi măng (hàm lƣợng
300kg/m3; S=1,2m) .................................................................................................... -97Hình 4.33: Lún cố kết của nền đƣờng khi gia cố cọc đất trộn xi măng theo phƣơng
pháp nền tƣơng đƣơng (hàm lƣợng 200kg m3; S=1,8m) ........................................... -97Hình 4.34: Lún cố kết của nền đƣờng khi gia cố cọc đất trộn xi măng theo phƣơng
pháp nền tƣơng đƣơng (hàm lƣợng 200kg/m3; S=1,2m) ........................................... -98Hình 4.35: Lún cố kết của nền đƣờng khi gia cố cọc đất trộn xi măng theo phƣơng
pháp nền tƣơng đƣơng (hàm lƣợng 300kg m3; S=1,8m) ........................................... -98-


Hình 4.36: Lún cố kết của nền đƣờng khi gia cố cọc đất trộn xi măng theo phƣơng
pháp nền tƣơng đƣơng (hàm lƣợng 300kg m3; S=1,2m) ........................................... -98Hình 4.37: Khối trƣợt của nền đƣờng chƣa gia cố cọc xi măng đất .......................... -99Hình 4.38: Khối trƣợt của nền đƣờng đƣợc gia cố cọc xi măng đất (hàm lƣợng
200kg/m3; S=1,8m) .................................................................................................... -99Hình 4.39: Khối trƣợt của nền đƣờng đƣợc gia cố cọc xi măng đất (hàm lƣợng
200kg/m3; S=1,2m) .................................................................................................. -100Hình 4.40- Khối trƣợt của nền đƣờng đƣợc gia cố cọc xi măng đất (hàm lƣợng
300kg/m3; S=1,8m) .................................................................................................. -100Hình 4.41: Khối trƣợt của nền đƣờng đƣợc gia cố cọc xi măng đất (hàm lƣợng
300kg/m3; S=1,2m) .................................................................................................. -101Hình 4.42: Biểu đồ lún của nền đƣờng sau 01 năm theo quan điểm cọc cứng ........ -101Hình 4.43: Biểu đồ lún của nền đƣờng sau 15 năm theo quan điểm cọc cứng ........ -102Hình 4.44: Biểu đồ quan hệ của hệ số an toàn (m) của khối đắp trên nền đƣờng .. .-103Hình 4.45: Biểu đồ so sánh độ lún 15 năm giữa phƣơng pháp giải tích và phƣơng pháp
mơ hình trong Plaxis (quan điểm nền tƣơng đƣơng và quan điểm cọc cứng) ......... -104-


DANH MỤC BẢNG BI U

Bảng 2.1: Bảng tra hệ số σ1 và 1 .............................................................................. -35Bảng 2.2: Bảng tra hệ số sức chịu tải ......................................................................... -35Bảng 4.1: Kích thƣớc nền đƣờng ............................................................................... -73Bảng 4.2: 22TCN 262-2000 ....................................................................................... -75Bảng 4.3: Tính lún ổn định của nền đất trƣớc khi gia cố cọc ximăng. ........................ 77Bảng 4.4: Số liệu nén nở hông tự do UCS các mẫu đất trộn xi măng ....................... -78Bảng 4.5: Tính lún ổn định của nền đất khi gia cố cọc ximăng hàm lƣợng 200kg m3,
S=1,8m. ...................................................................................................................... -80Bảng 4.6: Tính lún ổn định của nền đất khi gia cố cọc ximăng hàm lƣợng 200kg m3,

S=1,2m. ...................................................................................................................... -81Bảng 4.7: Tính lún ổn định của nền đất khi gia cố cọc ximăng hàm lƣợng 300kg m3,
S=1,8m. ...................................................................................................................... -82Bảng 4.8: Tính lún ổn định của nền đất khi gia cố cọc ximăng hàm lƣợng 300kg m3,
S=1,2m. ...................................................................................................................... -83Bảng 4.9: Chỉ tiêu khai báo của các lớp đất ............................................................... -84Bảng 4.10: Bảng thông số cọc xi măng đất khi báo cho mơ hình Plaxis .................. -85Bảng 4.11: Độ lún cố kết của nền đƣờng sau khi thi cơng hồn thành cơng trình .. -102Bảng 4.12: Mối quan hệ giữa chiều s u lún với Mô đun đàn hồi cát tuyến (E) và mật độ
gia cố cọc đất trộn xi măng (S) ................................................................................ -103Bảng 4.13: Biểu đồ quan hệ của hệ số an toàn (m) của khối đắp trên nền đƣờng .. -103Bảng 4.14- Bảng so sánh kết quả tính lún trong các trƣờng hợp tính tốn lún nền đƣờng
bằng phƣơng pháp giải tích và phƣơng pháp mô phỏng trên Plaxis ........................ -105-


-1-

MỞ ĐẦU
1. Vấn đề thực tiễn và tính cấp thiết của đề tài:
Tỉnh An Giang là một trong các tỉnh thành thuộc khu vực đồng bằng sơng Cửu
Long, có tốc độ tăng trưởng kinh tế khá cao, các khu vực trung tâm kinh tế - hành
chánh của tỉnh phần lớn nằm dọc theo Quốc Lộ 91 như: Long Xuyên, An Châu, Cái
Dầu, Châu Đốc... Các trục lộ chính này thường xuyên được nâng cấp và mở rộng tuy
nhiên vẫn chưa tương xứng với tiềm năng và lợi thế của khu vực. Ngoài ra do mật độ
dân cư dọc 02 bên tuyến khá nhiều, một số đoạn nằm sát sông Hậu nên có khả năng
sạt lỡ khá cao nên cần thiết phải đầu tư xây dựng tuyến tránh Thị trấn Cái Dầu nhằm
đảm bảo khai thác có hiệu quả tuyến Quốc Lộ 91.
Chính vì vậy, việc nhiên cứu lựa chọn giải pháp cơng trình Tuyến tránh thị trấn
Cái Dầu là phù hợp với điều kiện địa chất của khu vực, ứng phó với tình trạng thường
xun sạt lỡ của khu vực Quốc Lộ 91 đoạn sát với sông Hậu, đồng thời việc xử lý nền
đường cấp III trên đất yếu khu vực tỉnh An Giang bằng những biện pháp mới ngoài
các giải pháp truyền thống là hết sức cần thiết.
2. Mục tiêu nghiên cứu.
Nghiên cứu cơ sở khoa học để lựa chọn giải pháp hợp lý gia cố đất nền cơng
trình trên đường cấp III trên đất yếu khu vực tỉnh An Giang thích ứng với địa chất
khu vực đồng bằng sông Cửu Long.
3. Phƣơng pháp nghiên cứu.
Để nghiên cứu các nội dung nêu trên, học viên đã lựa chọn phương pháp

nghiên cứu chính của đề tài như sau:
- Thu thập tài liệu và tìm hiểu về các loại biện pháp gia cố nền đường trên đất
yếu trong và ngoài nước, đặc biệt là khu vực nhiên cứu.
- Tiếp cận các phương pháp tính tốn, thiết kế cơng trình đường trên đất yếu.
- Đề xuất giải pháp kết cấu cơng trình đảm bảo an toàn, hiệu quả kinh tế trong
đầu tư.
- Sử dụng phần mềm Plaxis 2D mơ phỏng và tính tốn để phân tích ứng xử của
nền đường cấp III trên đất yếu.


-2-

- So sánh phương pháp tính tốn bằng Plaxis và giải tích từ đó đưa ra hướng
tính tốn hợp lý.
4. Nội dung nghiên cứu và ý nghĩa thực tiễn của đề tài.
Nội dung của luận văn chỉ tập trung nghiên cứu vào các vấn đề sau:
Phân tích ứng xử của nền đường cấp III trên đất yếu chưa được gia cố và được
gia cố cọc đất trộn xi măng.
Kết quả của đề tài sẽ được sử dụng như tài liệu tham khảo cho việc tính tốn,
thiết kế và thi cơng các cơng trình nền đường trên đất yếu ở khu vực An Giang và
các khu vực lân cận.
5. Giới hạn của đề tài.
Đề tài chỉ nghiên cứu cho khu vực trên địa bàn tỉnh An .
Chưa so sánh với số liệu quan tr c và thí nghiệm cọc đất trộn xi măng được thi
cơng ngồi hiện trường.


-3-

CHƢƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ C C GIẢI PH P

L NỀN Đ T

U DƢỚI

NỀN ĐƢỜNG Ở VI T NAM
1.1. C C PHƢƠNG PH P

L

NỀN ĐẤT

U TRONG

DỰNG

CƠNG TRÌ
NH GIAO THƠNG TRÊN TH GIỚI VÀ VI T NAM
1.1.1. Các nguyên tắc xử lý nền đất yếu trong các cơng trình giao thơng
Ngun t c lựa chọn công nghệ xây dựng nền đ p trên đất yếu là ưu tiên áp
dụng các giải pháp đơn giản, chỉ tác động đến bản thân nền đ p. Tiếp đó là đến các
giải pháp xử lý nơng, rồi đến các giải pháp xử lý sâu. Việc lựa chọn thường theo các
tiêu chí sau: khả năng thực hiện tại chỗ về vật liệu, thiết bị, tay nghề, thời gian chờ
cố kết, tuổi thọ của cơng trình (vĩnh cửu, tạm thời hay độ lún cho phép trong quá
trình khai thác), công nghệ thi công, vật liệu thi công.
1.1.2. Các giải pháp xử lý nền đƣờng đắp trên đất yếu hiện nay
1.1.2.1. Giải pháp thay đất
Giải pháp thay đất là thay thế một phần hoặc toàn bộ lớp đất yếu dưới nền
đường bằng lớp đất khác (đệm cát, đệm đất) có khả năng chịu tải tốt hơn. Có thể sử

dụng vật liệu địa phương tại chỗ để cải thiện tính chất của nền đất yếu.

Căn cứ vào thời gian cố kết dự kiến, yêu cầu về độ ổn định nền đ p cần đạt
được để tính tốn chiều dày lớp đất cần thay thế. Khi kiểm toán thiết kế nền đất yếu
bằng giải pháp thay đất, cần kiểm tra hai điều kiện: Biến dạng lún và ổn định trượt


-4-

để xác định chiều dày thay đất, độ lún còn lại và độ ổn định trượt trước và sau khi
thay đất.
Giải pháp thay đất thi công đơn giản, tăng khả năng ổn định của nền đất đ p,
thường áp dụng trong các trường hợp khi thời hạn thi công ng n; chiều cao đất đ p
là không lớn; đặc trưng cơ lý, đặc biệt là sức chịu tải của đất yếu là rất nhỏ mà việc
cải thiện nó bằng cố kết là khơng có hiệu quả để đạt được chiều cao thiết kế của nền
đ p; đất yếu là than bùn loại I hoặc loại á sét dẻo mềm, dẻo chảy. Chiều dày lớp đất
yếu dưới 2m nên đào bỏ toàn bộ lớp đất yếu để đáy nền đường tiếp xúc với tầng đất
không yếu.
1.1.2.2. Giải pháp đắp trực tiếp và đắp dần theo thời gian
Đ p trực tiếp chỉ đảm bảo ổn định khi chiều cao đ p < chiều cao đ p giới hạn
Hgh. Đ p dần theo giai đoạn là lợi dụng thời gian thi công cho phép để tăng chiều
cao đất đ p trực tiếp lên trên trị số Hhg1. Lần đ p này gọi là giai đoạn 1, duy trì tải
trọng đ p trong một thời gian để chờ đất yếu cố kết và tăng chiều cao đất đ p giới
hạn Hhg2. Đến đây lại có thể chờ đ p giai đoạn 3 lên Hgh3.
Giải pháp này thi công đơn giản, kinh tế tuy nhiên địi hỏi thời gian thi cơng
kéo dài do chờ lún; phù hợp với chiều sâu đất đ p nhỏ (thường dưới 6m), chiều cao
nền đ p dưới 3m và có thời gian thi công dài. Cần lưu ý quãng thời gian chờ cho
phép (phụ thuộc vào tính tốn dự báo cố kết), nếu không sẽ xảy ra các trường hợp
như đ p xong từng giai đoạn nhưng không thấy lún hoặc chưa đ p đến Hgh nhưng
lại xảy ra trượt trồi. Do vậy ngồi việc tính tốn thiết kế cần thiết phải quan tr c lún

thẳng đứng cũng như chuyển vị ngang của đất yếu trong thi cơng để có những điều
chỉnh phù hợp.
1.1.2.3. Giải pháp bệ phản áp
Giải pháp xử lý nền đất yếu bằng bệ phản áp là giải pháp cổ điển thường được
áp dụng nhằm mục đích chính là tăng cường sự ổn định trượt của nền đường trong
quá trình đ p cũng như trong quá trình đưa tuyến đường vào khai thác.


-5-

Khi dùng giải pháp bệ phản áp, không cần khống chế tiến trình đ p, vì vậy thi
cơng đ p thân đường nhanh, tuy nhiên địi hỏi diện tích chiếm dụng đất lớn. Bệ
phản áp thường được áp dụng khi cường độ chống c t của nền đất yếu nhỏ, không
đảm bảo để xây dựng nền đ p theo giai đoạn, có khả năng xảy ra trượt trồi ở hai
bên; thời hạn thi công ng n, không đủ thời gian cố kết; chiều cao đất đ p tương đối
lớn, độ ổn định không đạt yêu cầu và chiều sâu đất yếu tương đối lớn. Giải pháp này
thường được áp dụng cho các đoạn đường đầu cầu, có chiều dài ng n và diện tích
đất xung quanh khơng được sử dụng.
1.1.2.4. Giải pháp đất có cốt
Đất có cốt là thuật ngữ chung liên quan đến việc sử dụng đất tại chỗ, đất nhân
tạo hoặc vật liệu khác trong đó các cốt (cốt cứng hoặc cốt mềm) chịu kéo làm việc
nhờ ma sát tiếp xúc, khả năng chịu đựng và các hiệu quả khác nhằm tăng cường ổn
định.
Cốt thường đặt ở đáy nền đ p và trong thân nền đường làm tăng độ ổn định
của nền đ p trên đất yếu chính là nhờ tác dụng ngăn ngừa vật liệu đ p dịch chuyển
sang ngang, hạn chế đẩy trồi đất yếu. Do ứng suất c t trượt truyền từ đất yếu và vật
liệu đ p khiến cho cốt chịu kéo và nhờ có lực kéo đó mà nền đất ổn định.


-6-

Các loại cốt được sử dụng bao gồm các loại dải (thanh), lưới hoặc khung bằng
thép (cốt cứng) hoặc bằng polyme (Vải địa kỹ thuật, lưới địa kỹ thuật - cốt mềm) và
cốt chèn và cốt gia cường đất tại chỗ (cốt tre, cốt thép)…

Hình 1.3 - Giải pháp đất có cốt khi thi cơng nền đường
Thiết kế thường áp dụng theo hai trạng thái giới hạn: Cường độ (ổn định trượt)
và u cầu sử dụng cơng trình (mức độ ổn định về biến dạng và chuyển vị vượt quá
giới hạn cho phép).
Giải pháp đất có cốt có ưu điểm giảm thiểu khả năng lún lệch của nền đ p do
cải thiện được sự phân bố đều ứng suất của đất đ p trên nền đất yếu tuy nhiên đòi
hỏi chi phí xây dựng lớn, cơng nghệ thi cơng phức tạp, khó kiểm sốt về mặt chất
lượng… Do vậy thường được áp dụng khi chiều cao đất đ p lớn nhưng diện tích
mặt bằng nhỏ, khơng đủ để đ p theo độ dốc quy định (thường là 1/1,5) như tại các
nút giao thơng, đường đầu cầu, trong thành phố thì giải pháp này có hiệu quả và tiết
kiệm được diện tích chiếm dụng.
1.1.2.5. Giải pháp vải địa kỹ thuật
Vải địa kỹ thuật là loại vật liệu Polyme có tính thấm tốt, được sản xuất theo
công nghệ dệt thoi, dệt kim hoặc khơng dệt và sử dụng trong các cơng trình xây
dựng.
Khi bố trí vải địa kỹ thuật giữa đất yếu và nền đ p, ma sát giữa đất đ p và vải
địa kỹ thuật sẽ tạo ra một lực giữ khối đất đ p, nhờ đó mức độ ổn định của nền đất
đ p được tăng lên đáng kể.