Nghiên cứu giải pháp dùng cọc xi măng đất để xử lý lún lệch giữa đường dẫn vào cầu và mố cầu cho một số công trình khu vực cần thơ

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

PHẠM LÊ THANH

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP DÙNG CỌC XI MĂNG
ĐẤT ĐỂ XỬ LÝ LÚN LỆCH GIỮA ĐƯỜNG DẪN
VÀO CẦU VÀ MỐ CẦU CHO MỘT SỐ CƠNG TRÌNH
KHU VỰC CẦN THƠ
CHUYÊN NGÀNH

: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

MÃ SỐ NGÀNH

: 60.58.61

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. Hồ Chí Minh, tháng 6 năm 2013


CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học

:PGS TS. VÕ PHÁN

Cán bộ chấm nhận xét 1

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

Cán bộ chấm nhận xét 2

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

Luận Văn Thạc Só được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN
THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA,

ngày………tháng……năm 2013


TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC

-----------------------------

----------------------------------------Tp. HCM, ngày……tháng… năm 2013
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên
Ngày, tháng, năm sinh
Chuyên ngành

: Phạm Lê Thanh

: 06/9/1989
: Địa kỹ thuật xây dựng

Phái
: Nam
Nơi sinh : TP Cần Thơ
MSHV : 11864452

I- TÊN ĐỀ TÀI:
Nghiên cứu giải pháp dùng cọc xi măng đất kết hợp vải địa kỹ thuật để xử lý lún lệch
giữa đường dẫn vào cầu và mố cầu cho một số cơng trình khu vực Cần Thơ.
II- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:
Mở đầu
Chương 1 : Các giải pháp xử lý đoạn lún đường dẫn vào cầu.
Chương 2 : Cơ sở lý thuyết xử lý lún lệch giữa đường dẫn và mố cầu bằng cọc xi măng
đất.
Chương 3 : Thí nghiệm xác định hàm lượng xi măng tối ưu khi trộn với đất khu vực
Cần Thơ.
Chương 4 : Ứng dụng ước lượng lún lệch giữa đường dẫn và mố cầu Xà No.
Kết luận và kiến nghị
III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ
: 21/01/2013
IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ
: 21/6/2013
V - HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN ( Ghi đầy đủ học hàm, học vị ) :
PHÓ GIÁO SƯ – TIẾN SĨ VÕ PHÁN
Nội dung và đề cương luận văn thạc só đã được hội đồng chuyên ngành thông qua.

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN
QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH

PGs TS. VÕ PHÁN

PGs TS. VÕ PHÁN

TRƯỞNG PHÒNG ĐT - SĐH

Ngày
tháng
năm 2013
TRƯỞNG KHOA QUẢN LÝ NGÀNH


LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên cho học viên gửi đến q Thầy Cơ trong Bộ mơn Địa Cơ Nền Móng
lịng biết ơn sâu sắc vì sự tận tình mà quý Thầy Cô đã hướng dẫn và truyền đạt cho học
viên những kiến thức quý báu trong các học kỳ vừa qua. Học viên xin bày tỏ lòng biết
ơn chân thành.
Học viên xin chân thành cám ơn Thầy PGs Ts. Võ Phán, người Thầy đã hết lòng
giúp đỡ và hướng dẫn học viên trong thời gian học tập tại trường, Thầy đã hỗ trợ học
viên rất nhiều về việc bổ sung kiến thức chuyên môn, nguồn tài liệu và những lời động
viên quý báu trong quá trình học viên học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn này.
Học viên xin chân thành cám ơn các Thầy PGs.Ts. Châu Ngọc Ẩn, Ts Lê Bá
Vinh, Ts. Bùi Trường Sơn, Ts. Nguyễn Minh Tâm, Ts. Lê Trọng Nghĩa, Ts. Trần
Xuân Thọ, Ts. Trần Tuấn Anh đầy nhiệt huyết và lòng yêu nghề, tạo điều kiện tốt
nhất cho học viên học tập và nghiên cứu, luôn tận tâm giảng dạy và cung cấp cho học
viên nhiều tư liệu quan trọng và cần thiết, giúp học viên giảm bớt rất nhiều khó khăn
trong thời gian thực hiện luận văn.

Học viên xin chân thành cám ơn q Thầy, Cơ, Anh Chị nhân viên của Phịng
Đào tạo Sau Đại học và bạn bè, gia đình đã giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi
cho học viên trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn.
TP. Hồ Chí Minh, ngày 19 tháng 6 năm 2013
Học viên thực hiện

Phạm Lê Thanh


TÓM TẮT
Trong những năm gần đây, khu vực Đồng Bằng Sơng Cửu Long nói chung và khu vực
Cần Thơ - Hậu Giang nói riêng, một trong những vấn đề nan giải của mạng lưới giao
thông đường bộ là sự lún lệch giữa đường dẫn vào cầu và mố cầu trên đất yếu. Đặc
điểm của đất yếu là có sức chống cắt nhỏ, độ nén lún lớn và hệ số thấm nhỏ. Cọc xi
măng đất là một trong những giải pháp xử lý hiệu quả và kinh tế đối với vấn đề này.
Luận văn này trình bày cấu tạo, quan điểm tính tốn cọc xi măng đất và vải địa kỹ
thuật và qua đó đưa ra phương pháp xử lý lún lệch giữ đường dẫn và mố cầu. Ngồi ra,
trình bày cơ chế truyền tải của phương pháp gia cố nền đất yếu bằng cọc xi măng đất.
Phần tính tốn áp dụng thực tế đối với đường dẫn cầu Xà No, kiểm tra lại bằng việc
mô phỏng đường dẫn bằng phần mềm Plaxis.


ABSTRACT
In the recent years, in the Mekong Delta general, in Can Tho and Hau Giang areas
particular, one of the problem of road network is the unequal settlement between the
approach roadway and bridge abutment on soft soil. Characteristics of the soil are very
small shear, compression major subsidence and small permeability. Soil cement pile is
one of the most effective and economical treatment for this problem. This paper
presents the structure, perspective calculate soil cement pile and geotextile and thereby
provide treatment difference settlement kept approach roadway and abutments. In

addition, the present transmission mechanism of soft soil reinforcement method soil
cement pile. The actual calculation applied to the approach roadway away from it,
checked by simulation approach roadway using PLAXIS software.


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan nội dung trong luận văn này là do chính tơi thực hiện, các số liệu,
hình ảnh, biểu đồ trong đề tài đều là chân thực, không trùng lập với bất kỳ nghiên cứu
nào trước đây. Các biểu đồ, số liệu và tài liệu tham khảo đều được trích dẫn, chú thích
nguồn thu thập chính xác rõ ràng.
Cần Thơ, ngày 19 tháng 6 năm 2013

Phạm Lê Thanh


MỤC LỤC

MỞ ĐẦU ........................................................................................................................ 1
1. Đặt vấn đề .............................................................................................................. 1
2. Nhiệm vụ của luận văn bao gồm ......................................................................... 2
3. Phương pháp nghiên cứu ..................................................................................... 2
4. Tính khoa học và thực tiễn của đề tài ................................................................. 2
5. Hạn chế của đề tài ................................................................................................. 3
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ LÚN ĐOẠN ĐƯỜNG
DẪN VÀO CẦU............................................................................................................. 4
1.1 Tổng quan về lún lệch đường dẫn vào cầu ...................................................... 4
1.2 Đánh giá về hiện tượng lún lệch đường dẫn vào cầu...................................... 4
1.3 Một số giải pháp xử lý lún lệch giữa đường dẫn vào cầu và mố cầu trên đất
yếu hiện nay ............................................................................................................... 5
1.4 Giới thiệu chung giải pháp xử lý lún lệch giữa đường dẫn và mố cầu bằng

cọc đất xi măng .......................................................................................................... 5
1.5 Cọc xi măng đất 6
1.5.1 Giới thiệu chung ........................................................................................... 6
1.5.2 Các kiểu bố trí cọc xi măng đất .................................................................... 8
1.5.3 Cơng nghệ thi cơng ....................................................................................... 9
1.5.4 Trình tự thi công cọc xi măng đất .............................................................. 10
1.5.5 Công tác thí nghiệm cọc xi măng đất .......................................................... 10
1.6 Những biện pháp thông dụng để xử lý nền đường vào cầu được đắp cao
trên đất yếu hiện nay .............................................................................................. 10
1.6.1 Đào và thay lớp đất yếu bằng đất tốt được đầm chặt kết hợp vải địa kỹ thuật
.............................................................................................................................. 10


1.6.2 Cọc đất trộn xi măng hoặc vôi: .................................................................. 12
1.6.3 Sàn giảm tải bê tông cốt thép trên hệ cọc bêtông cốt thép : ....................... 13
1.6.4. Cọc bêtông cốt thép kết hợp vải địa kỹ thuật : ........................................... 14
1.7. Một số cơng trình ứng dụng cọc xi măng đất ở nước ta ............................... 15
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT XỬ LÝ LÚN LỆCH GIỮA ĐƯỜNG DẪN
VÀ MỐ CẦU BẰNG CỌC XI MĂNG ĐẤT ............................................................ 18
2.1 Cơ sở lý thuyết tính tốn cọc xi măng đất ..................................................... 18
2.1.1 Phương pháp tính toán theo quan điểm cọc xi măng đất làm việc như cọc 19
2.1.2 Phương pháp tính tốn theo quan điểm nền tương đương .......................... 19
2.1.3 Phương pháp tính tốn theo quan điểm hỗn hợp của Viện Kỹ Thuật Châu Á
.............................................................................................................................. 20
2.1.4 Tính tốn biến dạng ..................................................................................... 21
2.1.5 Tính tốn các thông số cọc xi măng đất ...................................................... 23
2.1.6 Kiểm tra ổn định ........................................................................................ 24
2.2 Cơ sở lý thuyết xử lý lún lệch giữa đường dẫn vào cầu và mố cầu bằng cọc
xi măng đất ............................................................................................................. 26
2.2.1 Độ lún của mố cầu ...................................................................................... 26

2.2.2 Độ lún của nền đường đã được gia cố bằng cọc xi măng đất ..................... 28
2.3 Nhận xét ............................................................................................................. 29
CHƯƠNG 3: THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG XI MĂNG TỐI ƯU
KHI TRỘN VỚI ĐẤT KHU VỰC CẦN THƠ. ........................................................ 31
3.1 Thí nghiệm xác định đặc trưng cơ lý của đất nền ........................................ 31
3.2 Thí nghiệm xác định đặc trưng cơ lý của mẫu đất trộn với xi măng .......... 31
3.2.1 Dụng cụ thiết bị thí nghiệm và chuẩn bị vật tư ........................................... 31
3.2.2 Các đặc trưng cơ lý của đất, xi măng, nước làm thí nghiệm ...................... 32
3.2.3 Phương pháp thí nghiệm............................................................................. 34
3.2.4 Đúc mẫu và dưỡng hộ ................................................................................ 36
3.2.5 Trình tự thí nghiệm ..................................................................................... 37


3.2.6 Tiến hành thí nghiệm nén đơn trục............................................................. 37
3.2.7 Kết quả thí nghiệm ..................................................................................... 38
3.3 Nhận xét ............................................................................................................ 42
3.4 Kết luận chương: ............................................................................................. 43
CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG ƯỚC LƯỢNG ĐỘ LÚN LỆCH GIỮA ĐƯỜNG DẪN
VÀ MỐ CẦU XÀ NO. ................................................................................................. 44
4.1. Giới thiệu chung: ............................................................................................. 44
4.1.1. Đặc điểm địa hình, địa mạo ........................................................................ 47
4.1.2. Địa tầng và đặc tính cơ lý của các lớp đất của nền đường dẫn .................. 47
4.1.3. Đặc điểm địa chất động lực ........................................................................ 51
4.1.4. Đặc điểm thủy văn, địa chất thủy văn ........................................................ 51
4.2. Xác định độ lún của mố cầu ............................................................................ 51
4.2.1 Số liệu tính tốn ........................................................................................... 51
4.2.2 Độ lún mố cầu ............................................................................................. 53
4.3. Phân tích độ lún của nền đường dẫn vào cầu trên đất yếu được xử lý bằng
cọc xi măng đất ........................................................................................................ 56
4.3.1 Số liệu tính tốn ........................................................................................... 56

4.3.2 Tính tốn thiết kế cọc xi măng đất cho đoạn 1 giáp mố cầu ( sử dụng ....... 57
4.3.3 Tính tốn thiết kế cọc xi măng đất cho đoạn 2 ( sử dụng “Phương pháp tính
tốn theo quan điểm hỗn hợp của Viện Kỹ Thuật Châu Á”) ............................... 67
4.3.4. Tính tốn thiết kế cọc xi măng đất cho đoạn 3 ( sử dụng “Phương pháp tính
tốn theo quan điểm hỗn hợp của Viện Kỹ Thuật Châu Á”) ............................... 75
4.3.5 Tính tốn lựa chọn vải địa kỹ thuật gia cường cho cả đoạn đường dẫn ...... 85
4.4 Phân tích độ lún của nền đường dẫn vào cầu trên đất yếu được xử lý bằng
cọc xi măng đất theo phương pháp phần tử hữu hạn ......................................... 87
4.4.1 Giới thiệu về phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH) ................................. 87
4.4.2 Trình tự phân tích bài toán theo phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH) ... 87
4.4.3 Mơ hình phần tử hữu hạn ............................................................................ 88


4.5 Nhận xét ............................................................................................................ 94
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................................... 97
KẾT LUẬN .............................................................................................................. 97
KIẾN NGHỊ............................................................................................................. 98
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................... 99
PHỤ LỤC


HÌNH ẢNH VÀ BIỂU ĐỒ

Tên hình

Trang

Hình 1.1: bố trí cọc trùng nhau theo khối

8

Hình 1.2: Bố trí cọc trơn ướt trên mặt đất

9

Hình 1.3: Bố trí cọc trộn khơ

9

Hình 1.4 : Các phương án thay đất

11

Hình 1.5: Cọc có hệ liên kết bằng tấm BTCT

13

Hình 1.6 : Nền đường gia cố bằng cọc kết hợp vải địa kỹ thuật

14

Hình 1.7: Cọc xi măng đất dùng trong dự án đường sân bay Cần Thơ

16

Hình 1.8: Cọc xi măng đất ứng dụng dưới bồn chứa xăng dầu Cần Thơ

16

Hình 2.:1 Mơ hình tính lún trường hợp A

22

Hình 2.2: Mơ hình tính lún trường hợp B

23

Hình 2.3: Phương pháp tính tốn ổn định mái dốc

25

Hình 2.4: Mặt cắt dọc đường dẫn vào cầu được xử lý bằng cọc xi măng đất

26

Hình 2.5: Xác định móng khối quy ước cho nền nhiều lớp

26

Hình 2.6:Phân bố ứng suất dưới đáy móng

28

Hình 2.7: Các phương pháp bố trí cọc xi măng đất nền đường dẫn

29

Hình 3.1: Máy nén nén đơn khơng hạn chế nở hơng

32

Hình 3.2: Máy trộn mẫu đất vơi – xi măng

32

Hình 3.3:Cho xi măng vào máy trộn

35

Hình 3.4: Lấy mẫu xi măng đất

36

Hình 3.5: Gia cơng mẫu xi măng đất trước khi nén

37

Hình 3.6: Mẫu xi măng đã được gia cơng

37

Hình 3.7: Nén đơn trục khơng nở hơng mẫu xi măng đất

38

Hình 3.8: Sự gia tăng cường độ kháng nén đơn tương ứng với tỷ lệ ximăng/đất
ở độ tuổi 7 ngày

40

Hình 3.9: Sự gia tăng cường độ kháng nén đơn tương ứng với tỷ lệ ximăng/đất
ở độ tuổi 14 ngày

41

Hình 3.10: Sự gia tăng cường độ kháng nén đơn tương ứng với tỷ lệ ximăng/đất
ở độ tuổi 28 ngày

41

Hình 3.11: Quan hệ giữa cường độ nén đơn và biến dạng theo hàm lượng xi măng
15% ở tuổi 28 ngày

42

Hình 4.1: Vị trí dự án cầu Xà No

44

Hình 4.2: Phạm vi xây dựng cơng trình cầu Xà No

45

Hình 4.3: Mặt cắt địa chất cơng trình cầu Xà No

46

Hình 4.4: Cầu Xà No khi hồn thành

47

Hình 4.5: Mặt cắt ngang mố cầu và dầm cầu

53

Hình 4.6: Mặt bằng móng cọc mố cầu

53

Hình 4.7: Sơ đồ tính lún mố cầu

56

Hình 4.8: Sơ bộ về đường dẫn cầu Xà No

57

Hình 4.9 : Sơ đồ xác định Lp, Ls

61

Hình 4.10 : Các kích thước cơ bản nền gia cố

62

Hình 4.11 : Mặt bằng bố trí cọc đoạn 1 đường dẫn vào cầu

62

Hình 4.12 : Sơ đồ xác định Lp, Ls

70

Hình 4.13 : Các kích thước cơ bản nền gia cố

71

Hình 4.14: Sơ đồ xác định Lp, Ls

79

Hình 4.15: Các kích thước cơ bản nền gia cố

80

Hình 4.16: Mặt trượt nguy hiểm nhất

86

Hình 4.17: Mơ phỏng bài tốn trong Plaxis

88

Hình 4.18: Chuyển vị thẳng đứng

91

Hình 4.19: Phân bố ứng suất trong nền móng cơng trình

91

Hình 4.20: Phân bố áp lực nước lỗ rỗng trong nền đất

92

Hình 4.21: Chuyển vị thẳng đứng

93

Hình 4.22: Phân bố ứng suất trong nền móng cơng trình

93

Hình 4.23: Phân bố áp lực nước lỗ rỗng trong nền đất

94


BẢNG BIỂU
Tên bảng biểu

Trang

Bảng 3.1: Các chỉ tiêu cơ lý của đất làm thí nghiệm

33

Bảng 3.2: Các chỉ tiêu cơ lý của xi măng

33

Bảng 3.3 Các chỉ tiêu của nước theo TCXDVN302: 2004

34

Bảng 3.4 Chế bị mẫu đất trộn và xi măng theo hàm lượng ở tuổi 7,14 và 28 ngày

35

Bảng 3.5 : Kết quả thí nghiệm mẫu đất trộn xi măng với hàm lượng %

39

Bảng 3.6: Cường độ kháng nén đơn của mẫu M1, M2, M7, M8, M13, M14, M19,
M20 ứng với 7 ngày tuổi

40

Bảng 3.7: Cường độ kháng nén đơn của mẫu M3, M4, M9, M10, M15, M16, M21,
M22 ứng với 14 ngày tuổi

40

Bảng 3.8: Cường độ kháng nén đơn của mẫu M5, M6, M11, M12, M17, M18, M23,
M24 ứng với 28 ngày tuổi

41

Bảng 4.1 Thí nghiệm 35 mẫu đất trong lớp 2, chỉ tiêu cơ lý đặc trưng

48

Bảng 4.2 Thí nghiệm 21 mẫu đất trong lớp 3, chỉ tiêu cơ lý đặc trưng

48

Bảng 4.3 Thí nghiệm 16 mẫu đất trong lớp 4, chỉ tiêu cơ lý đặc trưng

49

Bảng 4.4 Thí nghiệm 09 mẫu đất trong lớp 5, chỉ tiêu cơ lý đặc trưng

50

Bảng 4.5 Thí nghiệm 25 mẫu đất trong lớp 6, chỉ tiêu cơ lý đặc trưng

51

Bảng 4.6 Tính tốn độ lún của mố cầu theo tổng phân tố

55

Bảng 4.7: Các chỉ tiêu cơ lý đặc trưng

58

Bảng 4.8 Tính lún của đất nền tự nhiên dưới mũi cột đất gia cố

66

Bảng 4.9: Tính lún của đất nền tự nhiên dưới mũi cột đất gia cố

75

Bảng 4.10: Tính lún của đất nền tự nhiên dưới mũi cột đất gia cố

84

Bảng 4.11: Kiểm tra hệ số an toàn tương ứng với các mặt trượt

86

Bảng 4.12 : Các thông số vật liệu của mơ hình Plaxis

89

Bảng 4.13: Tổng hợp kết quả

94

Bảng 4.14: Độ chênh lệch lún của đoạn 1 đường dẫn theo giải tích và mơ phỏng

95


Bảng 4.15: Sự thay đổi của độ lún nền đường dẫn khi chiều dài, đường kính,
khoảng cách cọc xi măng đất thay đổi

95

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

Qult

(kN)

: sức chịu tải giới hạn của cọc xi măng đất.

[M]

(kNm)

: Moment giới hạn của cọc xi măng đất.
: là hệ số an toàn.

Fs
(cm)

: độ lún giới hạn cho phép

(cm)

: độ lún tổng cộng của móng cọc

as

(cm2)

:Diện tích tương đối của cọc xi măng đất.

Ecol

(kN/m2)

: Mơ đun đàn hồi của cọc xi măng đất.

Ccol

(kN/m2)

: Lực dính của cọc xi măng đất.

φcol

độ

: Góc nội ma sát của cọc xi măng đất.

Acol

(m2)

: Diện tích của cọc xi măng đất.

Esoil

(kN/m2)

: Mô đun đàn hồi của vùng đất yếu cần được gia cố

[S]

S

i

xung quanh cọc xi măng đất.
Csoil

(kN/m2)

: Lực dính của vùng đất yếu cần được gia cố xung

quanh cọc xi măng đất.
φsoil

(độ)

: Góc nội ma sát của vùng đất yếu cần được gia cố

xung quanh cọc xi măng đất.
(m2)

: Diện tích vùng đất yếu cần được gia cố xung quanh

(kN/m2)

: Mô đun đàn hồi tương đương của nền đất yếu được

Ctđ

(kN/m2)

: Lực dính tương đương của nền đất yếu được gia cố.

φtđ

(độ)

: Góc nội ma sát tương đương của nền đất yếu được

E50

(kN/m2)

: Mơ đun biến dạng.

d

(m)

: đường kính cọc.

Asoil
cọc xi măng đất.
Etđ
gia cố.

gia cố.


Lcol

(m)

: chiều dài cọc.

Cu.soil

(kN/m2)

: độ bền chống cắt khơng thốt nước.

B, L, H

(m)

: chiều rộng, chiều dài và chiều cao của nhóm cọc xi

(m)

: bề dày lớp đất tính lún thứ i.

măng đất.
hi
eoi

: hệ số rỗng của lớp đất.

Cri

: chỉ số nén lún hồi phục ứng với quá trình dỡ tải.

Cci

: chỉ số nén lún.

σ’vo

(kN/m2)

: ứng suất do trọng lượng bản thân.

Δσ’v

(kN/m2)

: gia tăng ứng suất thẳng đứng.

σ’p

(kN/m2)

: ứng suất tiền cố kết.

Qp

kN

: khả năng chịu tải mỗi cột trong nhóm cọc

ffs

: hệ số riêng phần đối với trọng lượng đất

fq

: hệ số riêng phần đối với tải trọng ngoài

H

(m)

: chiều cao nền đắp.

q

(kN/m2)

: ngoại tải tác dụng.

γ

(kN/m3)

: dung trọng đất đắp.

R

(m)

: bán kính cung trượt trịn

τe

(kN/m2)

: sức chống cắt của vật liệu đất đắp

τav

(kN/m2)

: sức chống cắt của vật liệu cọc

cu

(kN/m2)

: lực dính của cọc xi măng – đất và đất nền khi đã gia

Δl

(m)

: chiều dài cung trượt tương ứng

wi

(kN)

: trọng lượng của mảnh thứ i

xi

(m)

: cánh tay địn của mảnh thứ I so với tâm quay.

i

(độ)

: góc ma sát trong của lớp đất.

Ltb

(m)

: độ sâu hạ cọc trong đất kể từ đáy đài.

Q

(kg)

: khối lượng đất ở trạng thái tự nhiên.

t

(%)

: tỉ lệ xi măng dự kiến.

cố


1

MỞ ĐẦU

1. Đặt vấn đề
- Hiện nay, đối với khu vực đồng bằng sơng Cửu Long nói chung , khu vực TP.
Cần Thơ nói riêng thì các cơng trình xây dựng tăng cả về quy mô, số lượng và chất
lượng. Tuy nhiên, đất nền ở khu vực này chủ yếu là đất yếu có sức chịu tải thấp và
độ lún lớn nên nhu cầu cấp thiết được đặt ra hiện nay là gia cố nền đất dưới cơng
trình nhằm tăng sức chịu tải và giảm độ lún của cơng trình, đặc biệt là cho các nền
kho chứa, đường dẫn vào cầu, sân bay,... Cơng trình được xây trên nền đất yếu ở
khu vực này, việc ước lượng độ lún theo thời gian đóng vai trị rất quan trọng nhằm
đảm bảo chất lượng và nâng cao tuổi thọ của cơng trình.
- Đối với riêng mảng xây dựng cầu đường, cơng trình sau thời gian thi công và
đưa vào sử dụng , do q trình cố kết thấm, cơng trình bị lún theo thời gian và bị
biến dạng gây ra hậu quả nghiêm trọng trong quá trình sử dụng. Trong đa số các
trường hợp, độ lún không đồng đều trong phạm vị cục bộ giữa mố cầu và đường
dẫn vào cầu có thể dẫn đến phá hoại điều kiện làm việc của cơng trình.
- Đối với đất yếu, có nhiều biện pháp để gia cố nền đất yếu nhằm làm sự lún
lệch giữa mố cầu và đường dẫn không chênh lệch quá mức cho phép ở đường dẫn
vào cầu như : phương pháp cọc đất trộn xi măng, phương pháp gia tải trước kết hợp
sử dụng cọc cát và bấc thấm, phương pháp dùng sàn giảm tải, phương pháp cống

hộp.... Đây là một số biện pháp phát huy được nhiều ưu điểm, phù hợp với điều kiện
đất yếu thực tế ở khu vực Cần Thơ đem lại hiệu quả kinh tế cao.
- Với mục đích đề ra phương pháp xử lý vấn đề lún lệch giữa đường dẫn vào
cầu và mố cầu, tôi xin đơn cử đề tài: “Nghiên cứu giải pháp dùng cọc xi măng
đất để xử lý lún lệch giữa đường dẫn vào cầu và mố cầu cho một số cơng trình
khu vực Cần Thơ”.


2

2. Nhiệm vụ của luận văn bao gồm
- Tổng quan các giải pháp dùng cọc xi măng đất để xử lý lún lệch của nền đất
yếu giữa đường dẫn vào cầu và mố cầu.
- Thí nghiệm nhằm xác định được hàm lượng xi măng cần thiết kết hợp với đất
yếu đạt cường độ và sức chống cắt tốt nhất, từ đó ứng dụng cho việc xử lý , gia tăng
ổn định cho nền đất yếu của cơng trình cụ thể.
- Từ các thơng số độ dài, đường kính, khoảng cách cọc xi măng tác giả ước
lượng độ lún của đường dẫn vào cầu gia cố bằng cọc xi măng từ đó so sánh với độ
lún của mố cầu.
- Ứng dụng tính tốn, mơ phỏng bằng phần mềm Plaxis có sử dụng phương
pháp gia cố nền đường dẫn đoạn sát mố cầu bằng cọc xi măng cho cơng trình cụ
thể.
3. Phương pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu lý thuyết: Phân tích những yếu tố ảnh hưởng đến độ lún lệch của
nền đường dẫn đã được gia cố bằng cọc xi măng đất đó đưa ra được các lựa chọn
thích hợp để thiết kế và ước lượng độ lún của nền đường dẫn.
- Nghiên cứu thực nghiệm: Chế bị mẫu thử và thử nghiệm tìm ra kết quả tối ưu
hàm lượng đất – xi măng theo độ ẩm và thời gian. Phân tích và đánh giá kết quả thử
nghiệm đồng thời ứng dụng kết quả vào tính tốn sức chịu tải của cọc xi măng đất
và độ lún nền đường dẫn thực tế ở địa phương.

- Nghiên cứu mô phỏng: Ứng dụng phần mềm Plaxis để mơ phỏng tính tốn
cơng trình cụ thể.
4. Tính khoa học và thực tiễn của đề tài
- Cơng nghệ cọc xi măng đất được ứng dụng trong việc gia cố nền đường dẫn đã
giải quyết vấn đề chống lún cục bộ, lún không đều cho nền đường dẫn.
- Nghiên cứu này sử dụng như một tài liệu tham khảo hữu ích cho kỹ sư thiết kế
và chủ đầu tư trong việc tính tốn lựa chọn phương án xử lý nền đất yếu tại khu vực


3

Cần Thơ, đồng thời công nghệ thi công đơn giản, an toàn, tiết kiệm và mang lại
hiệu quả kinh tế cao.
5. Hạn chế của đề tài
- Phạm vi đề tài chỉ nghiên cứu đến trường hợp tải trọng tĩnh, chưa tính đến
trường hợp động đất và các yếu tố chất lượng của cọc xi măng đất.
- Thí nghiệm trộn đất – xi măng chỉ giới hạn ở một độ ẩm nhất định.
- Thời gian nghiên cứu đề tài còn ngắn, kiến thức cũng như kinh nghiệm của
bản thân còn nhiều hạn chế.


4

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ LÚN
ĐOẠN ĐƯỜNG DẪN VÀO CẦU.

1.1 Tổng quan về lún lệch đường dẫn vào cầu
Nền đất đắp là một trong những loại cơng trình phổ biến mà chúng ta thường
gặp. Trong cơng cuộc xây dựng và phát triển kinh tế xã hội của nước ta hiện nay,
khối lượng các cơng trình xây dựng trên nền đất yếu đã gia tăng một cách đáng kể

trong phạm vi cả nước nói chung và khu vực Đồng bằng sơng Cửu Long nói riêng.
Các vấn đề liên quan tới ổn định, biến dạng của nền đắp trên nền đất yếu là
những điều cần được quan tâm trước tiên. Do những thiếu sót của cơng tác khảo sát,
thiết kế hoặc thi công dẫn tới nền đường thường xuyên bị hư hỏng ngay trong giai
đoạn thi công và sau khi xây dựng cơng trình hoặc đã đưa nó vào sử dụng. Hiện
nay hiện tượng lún lệch nền đường đầu cầu gần như xuất hiện ở tất cả các cơng
trình cầu trên nền đầt yếu trên phạm vi cả nước, việc xử lý hậu quả do những hư
hỏng vì nền đắp bị mất biến dạng khơng kiểm sốt được thường rất phức tạp và tốn
kém, chưa kể những hư hỏng này đơi khi cịn gây ra những hậu quả ngoài mong
muốn.
1.2 Đánh giá về hiện tượng lún lệch đường dẫn vào cầu
- Đối với khu vực đồng bằng Sông Cửu Long tính tới nay đã xây dựng hàng
nghìn cây cầu phục vụ nhu cầu qua lại của người dân trong vùng và phát triển kinh
tế trong khu vực. Gần như tồn bộ cơng trình cầu xây dựng trong khu vực này là
xây dựng trên nền đất yếu. Đặc điểm của nền yếu là khả năng chịu tải của đất nền
thấp, biến dạng lớn và kéo dài, độ thấm nước tương đối nhỏ, độ nén lún lớn.
- Theo thống kê năm 2005 của Sở Giao Thơng Cơng Chính thành phố Hồ Chí
Minh có tổng số 61 cầu bị lún ngay ở vị trí tiếp giáp giữa đường dẫn vào cầu với
mố. Các cầu thường xuyên phải duy tu đắp bù lún hằng năm như cầu Phú Xuân
thuộc địa bàn Quận 7, cầu Đỏ thuộc Quận Bình Thạnh, cầu Bình Triệu 2, Quận
Bình Thạnh, cầu Đinh Bộ Lĩnh hằng năm phải đắp bù lún hằng 5÷7cm. Đặc biệt cầu


5

Văn Thánh 2 thì liên tục phải bù lún, mỗi lần lên tới cả vài chục centimet.
- Hiện tượng lún lệch nền đường dẫn đầu cầu có thể do một số nguyên nhân
cơ bản sau đây :
+ Do tài liệu khảo sát địa chất cơng trình khơng chính xác.
+ Do nhà thầu tư vấn.

+ Do nhà thầu thi công.
1.3 Một số giải pháp xử lý lún lệch giữa đường dẫn vào cầu và mố cầu trên đất
yếu hiện nay
- Đào và thay lớp đất yếu bằng đất tốt được đầm chặt kết hợp vãi địa kỹ thuật.
- Giếng cát gia tải trước.
- Bấc thấm.
- Cọc đất trộn xi măng hoặc vôi.
- Sàn giảm tải BTCT trên hệ cọc BTCT
- Cọc BTCT kết hợp vãi địa kỹ thuật.
- Cọc xi măng đất kết hợp vãi địa kỹ thuật (phương pháp được tác giả nghiên
cứu trong luận văn này).
1.4 Giới thiệu chung giải pháp xử lý lún lệch giữa đường dẫn và mố cầu bằng
cọc đất xi măng
- Từ lâu ta đã biết nếu trộn đất sét với một lượng xi măng hoặc chất liên kết vơ
cơ tương tự thì sẽ được một vật liệu có tính chất cơ học cao hơn hẳn đất khơng gia
cố. Phương pháp hình thành cọc trộn đất với xi măng nhờ vào thiết bị khoan hai
hoặc ba lưỡi khoan quay ngược chiều nhau trộn đều đất với vật liệu kết dính.
- Q trình ninh kết hỗn hợp đất – xi măng sẽ phát sinh nhiệt, một phần nước
xung quanh sẽ bị hút vào quá trình thuỷ hố, một phần nước khác sẽ bị bóc hơi do
nhiệt. Hiện tượng này làm cho đất xung quanh cọc tăng độ bền hơn trước. Cọc đất
trộn ximăng là loại cọc mềm có độ cứng tăng lên khoảng vài chục lần so với đất tự
nhiên. Tuy nhiên hỗn hợp đất–ximăng sẽ đạt tốt nhất chỉ với một hàm lượng tối ưu
của chất ninh kết. Cho nên phải được thí nghiệm thật kỹ để xác định hàm lượng tối
ưu đó và hướng dẫn cụ thể khi tiến hành thi công tại hiện trường. Tham khảo nhiều


6

kết quả thí nghiệm cho thấy khả năng ứng dụng các loại cọc đất trộn xi măng có thể
áp dụng trong các vùng đất bùn yếu, có hệ số thấm bé không áp dụng được các loại

cọc vật liệu rời. [1]
- Vải địa kỹ thuật được bố trí bên trên đầu cọc giúp truyền tải trọng của khối đất
đắp xuống cọc và ổn định trượt cho mái taluy. Cọc xi măng đất truyền tất cả tải
trọng xuống tầng đất chịu lực. Phương pháp này giảm lún cho nền đường và giảm
sự lún lệch giữa các cọc, vừa đảm bảo ổn định trượt và ổn định tổng thể
Ưu điểm:
- Rút ngắn thời gian lún cố kết và làm giảm độ lún trong quá trình sử dụng;
- Cải thiện đáng kể sức chịu tải của cơng trình.
- Thời gian sử dụng được kéo dài theo tuổi thọ của vải địa kỹ thuật và sự lún
lệch giữa các cọc được hạn chế tối đa và không làm ảnh hưởng nhiều đến ổn định
tổng thể.
Nhược điểm:
- Phải thực hiện thí nghiệm nhiều lần để tìm ra hàm lượng chất ninh kết tối ưu
cho từng khu vực có địa chất thay đổi.
- Chi phí cho giá thành hơi cao;
- Thi cơng phức tạp, địi hỏi phải có máy móc đạt u cầu và cơng nhân kỹ
thuật có kinh nghiệm hoặc được đào tạo chun mơn.
- Khó kiểm tra chất lượng cọc sau khi thi cơng.
Phạm vi áp dụng :
- Chống trượt mái dốc, sườn dốc, nền đường đắp cao
- Ổn định nền đắp cao trên địa tầng yếu, hệ số thấm nhỏ.
1.5 Cọc xi măng đất [2]
1.5.1 Giới thiệu chung
Phương pháp trộn xi măng với đất nền dưới sâu gọi là phương pháp trụ đất xi
măng hay cọc xi măng đất, đã được rất nhiều nước trên thế giới sử dụng để cải tạo
đất yếu khi xây dựng cơng trình.
Cọc xi măng đất là một trong những phương pháp làm tăng nhanh chóng sức


7

chống cắt của đất bằng cách dùng các lọai máy chuyên dụng khoan sâu vào trong
đất nền đất yếu. Sản phẩm cọc xi măng đất có tính thấm và tính nén lún thấp hơn so
với đất nền xung quanh. Phương pháp dung cọc xi măng đất nhằm một số mục
đích:
Tăng cường khả năng chống biến dạng của nền đất:
- Giảm độ lún và độ lún lệch
- Giảm biến dạng ngang
- Rút ngắn thời gian lún, rút ngắn thời gian xây dựng cơng trình
- Giảm áp lực nước lỗ rỗng trong nền đất sét yếu
Tăng cường sức chống cắt của đất nền để:
- Tăng cường khả năng ổn định của đường, đê, đập…
- Tăng cường khả năng chịu tải của nền.
- Giảm bớt áp lực đất chủ động lên tường chắn
- Ngăn ngừa sự hóa lỏng của đất
Rút ngắn thời gian đông cứng nền đất để:
- Giảm bớt chấn động gây ra do các dịng xe ơ tơ, xe lửa hoạt động trên các
tuyến đường cao tốc, đường ray.
- Giảm bớt chấn động cho các vùng đất xung quanh khu vực xây dựng.
Phạm vi ứng dụng:
Khi xây dựng các cơng trình dân dụng, nền đường, đường dẫn vào cầu trền nền
đất yếu cần phải có các biện pháp xử lý đất nền bên dưới nhất là những khu vực có
tầng đất yếu khá dày như vùng Ninh Kiều, Bình Thủy, Cái Răng và một số tỉnh ở
đồng bằng sông Cửu Long.
Ưu điểm:
So với một số giải pháp xử lý nền hiện có, cơng nghệ cọc xi măng đất có ưu
điểm là khả năng xử lý sâu (đến 50m), thích hợp với các loại đất yếu (từ cát thô cho
đến bùn yếu), thi công được cả trong điều kiện nền ngập sâu trong nước hoặc điều
kiện hiện trường chật hẹp.

8

Thi công nhanh, kỹ thuật thi công không phức tạp, khơng có yếu tố rủi ro cao.
Tiết kiệm thời gian thi công đến hơn 50% do không phải chờ đúc cọc và đạt đủ
cường độ ( dự án Sunrise). Tốc độ thi công cọc rất nhanh.
Hiệu quả kinh tế cao. Giá thành hạ hơn nhiều so với phương án cọc đóng, đặc
biệt trong tình hình giá vật liệu leo thang như hiện nay.
Thích hợp cho cơng tác xử lý nền cơng trình, nền đường, đường dẫn các cơng
trình ở các khu vực nền đất yếu như bãi bồi, ven sông, ven biển.
Tiêu chuẩn thiết kế
Tại Việt Nam, tiêu chuẩn thiết kế - thi công – nghiệm thu cọc xi măng đất là
TCXDVN 385 : 2006 "Phương pháp gia cố nền đất yếu bằng trụ đất xi măng" do
Viện Khoa học Công nghệ Xây Dựng - Bộ Xây Dựng biên soạn, Vụ Khoa học Công
nghệ Xây Dựng đề nghị, Bộ Xây Dựng ban hành theo Quyết định số 38/2006/QĐBXD ngày 27 tháng 12 năm 2006.
Tiêu chuẩn của nước ngồi thì có Shanghai-Standard ground treatment code
DBJ08-40-94. (Tuy nhiên trong các tài liệu tính tóan này chỉ chủ yếu đề cập đến vấn
đề lực thẳng đứng là chính mà chưa thấy đề cập đến vấn đề thiết kế khi cơng trình
chịu tải trọng ngang.)
1.5.2 Các kiểu bố trí cọc xi măng đất
Tùy theo mục đích sử dụng có thể bố trí cọc theo các mơ hình khác nhau. Để
giảm độ lún bố trí cọc đều theo lưới tam giác hoặc ô vuông để làm tường chắn
thường bố trí thành dãy.

Hình 1.1: bố trí cọc trùng nhau theo khối