Nghiên cứu giải pháp xử lý nền đất yếu dưới nền đường vào cầu bằng cọc đất xi măng kết hợp với vải địa kỹ thuật gia cường

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

^D E]

PHẠM VĂN ĐẠI

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU DƯỚI NỀN ĐƯỜNG
VÀO CẦU BẰNG CỌC ĐẤT - XI MĂNG KẾT HP VỚI VẢI ĐỊA KỸ
THUẬT GIA CƯỜNG.

[\

Chuyên ngành: CẦU, TUYNEN VÀ CÁC CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG
KHÁC TRÊN ĐƯỜNG Ô TÔ VÀ ĐƯỜNG SẮT
Mã số ngành: 2 .15 .10

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Y TP. HỒ CHÍ MINH, THÁNG 10 NĂM 2005 W


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 1 : TS. LÊ BÁ VINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học 2 : GS-TSKH. LÊ BÁ LƯƠNG

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 2005


LỜI CẢM ƠN
Trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu chương trình cao học và thực hiện
luận văn Thạc só tại Trường Đại Học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh, tôi
không thể nào quên được những công lao to lớn của thầy cô giáo, gia đình và bạn
bè đã dành cho tôi.
Tôi bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS. Lê Bá Vinh người đã tận tình hướng
dẫn và mở ra những hướng đi trên con đường nghiên cứu khoa học cho tôi. Thầy
đã hết lòng giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi để tôi có thể hoàn thành luận
văn.
Tôi chân thành cảm ơn GS.TSKH. Lê Bá Lương đã tận tình hướng dẫn và
giúp đỡ trong suốt thời gian tôi thực hiện luận văn này.
Tôi chân thành cảm ơn Quý thầy, cô trong bộ môn Cầu Đường cũng như
Quý thầy, cô phòng Quản Lý Khoa Học Khoa Sau Đại Học đã giảng dạy, giúp đỡ
tôi trong suốt những năm học cao học và hoàn thành luận văn này.
Tôi chân thành cảm ơn sự quan tâm, động viên giúp đỡ của bạn bè, toàn thể
gia đình và Ban lãnh đạo cùng các đồng nghiệp thuộc Công ty Cổ Phần Tư vấn
Xây dựng tổng hợp Tây Ninh đã giúp đỡ, tạo nhiều điều kiện tốt để tôi học tập và
làm việc trong thời gian học và thực hiện luận văn Thạc só .
Tp.HCM, ngày 12 tháng 10 năm 2005

Phạm Văn Đại

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

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên : PHẠM VĂN ĐẠI
Ngày, tháng, năm sinh : 12 – 08 – 1975
Chuyên ngành : CẦU,TUYNEN

tháng

năm 2005

Phái : Nam
Nơi sinh : Đại Lộc – Quảng Nam
Mã số : 00103016

I- TÊN ĐỀ TÀI :
NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU DƯỚI NỀN ĐƯỜNG VÀO CẦU BẰNG CỌC
ĐẤT - XI MĂNG KẾT HP VỚI VẢI ĐỊA KỸ THUẬT GIA CƯỜNG.
II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG :
1- NHIỆM VỤ:
Nghiên cứu giải pháp xử lý nền đất yếu dưới nền đường vào cầu bằng cọc đất - xi măng kết
hợp với vải địa kỹ thuật gia cường.

2- NỘI DUNG ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU:

PHẦN I: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN.
Chương 1 : Nghiên cứu tổng quan về giải pháp xử lý nền đất yếu bằng cọc đất xi măng.
PHẦN II: NGHIÊN CỨU ĐI SÂU VÀ PHÁT TRIỂN.
Chương 2 : Nghiên cứu cấu tạo của giải pháp xử lý nền đất yếu dưới nền đường
đầu cầu bằng cọc đất - xi măng kết hợp vải địa kỹ thuật gia cường.

Chương 3 : Nghiên cứu tính toán xử lý nền đất yếu dưới nền đường đầu cầu bằng
cọc đất - xi măng kết hợp vải địa kỹ thuật gia cường.
Chương 4 : Nghiên cứu ứng dụng cho công trình cụ thể.
PHẦN III: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Chương 5 : Các nhận xét, kết luận và kiến nghị.
III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ
IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ
V – HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

TS. LÊ BÁ VINH

:
:
: TS. LÊ BÁ VINH
GS-TSKH. LÊ BÁ LƯƠNG

CN BỘ MÔN

TS.LÊ THỊ BÍCH THỦY

Nội dung và đề cương Luận văn Thạc só đã được Hội đồng chuyên ngành thông qua

Ngày tháng năm 2005
TRƯỞNG PHÒNG ĐT- SĐH
TRƯỞNG KHOA QL NGÀNH

Học viên: Phạm Văn Đại

Lớp: Cầu Đường K14


LỜI CẢM ƠN
Trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu chương trình cao học và thực hiện
luận văn Thạc só tại Trường Đại Học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh, tôi
không thể nào quên được những công lao to lớn của thầy cô giáo, gia đình và bạn
bè đã dành cho tôi.
Tôi bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS. Lê Bá Vinh người đã tận tình hướng
dẫn và mở ra những hướng đi trên con đường nghiên cứu khoa học cho tôi. Thầy
đã hết lòng giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi để tôi có thể hoàn thành luận
văn.
Tôi chân thành cảm ơn GS.TSKH. Lê Bá Lương đã tận tình hướng dẫn và
giúp đỡ trong suốt thời gian tôi thực hiện luận văn này.
Tôi chân thành cảm ơn Quý thầy, cô trong bộ môn Cầu Đường cũng như
Quý thầy, cô phòng Quản Lý Khoa Học Khoa Sau Đại Học đã giảng dạy, giúp đỡ
tôi trong suốt những năm học cao học và hoàn thành luận văn này.
Tôi chân thành cảm ơn sự quan tâm, động viên giúp đỡ của bạn bè, toàn thể
gia đình và Ban lãnh đạo cùng các đồng nghiệp thuộc Công ty Cổ Phần Tư vấn
Xây dựng tổng hợp Tây Ninh đã giúp đỡ, tạo nhiều điều kiện tốt để tôi học tập và
làm việc trong thời gian học và thực hiện luận văn Thạc só .
Tp.HCM, ngày 12 tháng 10 năm 2005

Phạm Văn Đại

ABSTRACT
Somes of bridges and roads projects had been during operated to show the
problem on differential settlement at bridge approach on soft. This simple reason
that settlement of bridge approaches is that this settlement creates a “bump” in
the road way. Which is a serious problem from the user point of view.
From a motorist’ perpective, this bump problem could be as insiffinicant
as causing a compact disc to skip while driving, or siffinicant enough to cause
damage to the vehicle crossing the interface, or even be severe enough to cause
the motorist to lose the control of the vehicle. This all depends upon the severity
of the elevation difference between the bridge approach and deck. Additionally,
motorists face delays and conveniences when a lane or lanes must be shutdown
to undergo bridge approach repairs.
From the transportation departments’ perspective, a bump problem can
lead to problems ranging from a lowered public perception of the department’s
work to major civil law suits. Both perspectives illutrate that this bump that is
created is a very costly problem, in terms of both economic and punitive looses.
Infact, many projects had been used in the short time to appear different
settlement problem. General comprehensive measures to reduce the settlement
difference are to cut top pavement on structures and/ or to fill the difference by
overlaying the pavement affter the road is used for a period. However, this
repairing method needs much maintenance costs, the total construction
investment becomes very high and take the long time. On the other hand, the
beautifull looking of the project problem is hardly to guarantee.


PHẦN MỤC LỤC
Trang
PHẦN MỞ ĐẦU

TÍNH CẤP THIẾT VÀ MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU.

1

1. Đặt vấn đề.

1

2. Mục tiêu và phạm vi của đề tài nghiên cứu.

4

3. Hạn chế của đề tài nghiên cứu.

5

PHẦN 1. NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN
CHƯƠNG 1. NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN
ĐẤT YẾU BẰNG CỌC ĐẤT - XI MĂNG

6

1.1 Tổng quan một số giải pháp xử lý nền đường vào cầu trên
đất yếu hiện nay

6

1.1.1 Các đặc trưng của nền đất yếu

6

1.1.2 Một số giải pháp xử lý nền đất yếu

6

1.2 Các vấn đề tồn tại khi xử lý nền đất yếu

8

1.2.1 Sự cố trượt nền đất đắp khi xử lý nền đất yếu bằng
bấc thấm, giếng cát hoặc gia tải

8

1.2.2 Một số sự cố trượt nền đắp khi xử lý nền đất yếu bằng gia tải

8

1.2.3 Những tồn tại khi xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm

9

1.3 Tổng quan về giải pháp xử lý nền đất yếu bằng cọc đất- xi măng

10

1.3.1 Giới thiệu chung về cọc đất – xi măng

10

1.3.2 Nguyên lý và đặc tính gia cố xi măng đất

15

1.3.3. Đặc tính của xi măng đất

19

1.3.4 Giới thiệu chung về vải địa kỹ thuật

22

1.3.5 Qui định kỹ thuật của vải gia cường

25


1.4 Các ứng dụng của công nghệ cọc đất xi măng

26

1.4.1. Gia cố nền đất yếu dưới nền đường đầu cầu

26

1.4.2. Gia cố nền đất có chất tải bên trên

27

1.4.3. Làm chặt lại nền đất yếu

27

1.4.4. Gia cố mái taluy công trình

27

1.4.5. Làm móng vững chắc cho công trình nhà cao tầng
công trình công nghiệp, tường chắn đất

27

1.4.6. Chống lún hai đầu cầu

27

1.5 Giới thiệu phương pháp thi công cọc đất xi măng

27

1.5.1 Các cỡ thiết bị thi công cọc đất-ximăng

27

1.5.2 Phương pháp thi công

30

1.5.3 Kiểm tra và khống chế chất lượng

31

PHẦN 2. NGHIÊN CỨU ĐI SÂU VÀ PHÁT TRIỂN
CHƯƠNG 2. NGHIÊN CỨU CẤU TẠO CỦA GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT
YẾU DƯỚI NỀN ĐƯỜNG ĐẦU CẦU
2.1 Các nguyên nhân cơ bản gây ra độ lún lệch đường dẫn vào cầu

33

2.1.1 Sự nén chặt của nền đắp trong quá trình khai thác

33

2.1.2 Độ lún của nền đất dưới nền đường đắp

33

2.1.3 Nguyên nhân từ giải pháp thiết kế và thi công

33

2.1.4 Hệ thống thoát nước kém

34

2.2 Nghiên cứu cấu tạo của giải pháp xử lý nền đất yếu dưới nền
đường đầu cầu bằng cọc đất xi măng kết hợp vải địa kỹ thuật gia cường

36

2.2.1 Sơ đồ bố trí cọc đất xi măng trên mặt bằng

36

2.2.2 Bố trí vải địa kỹ thuật gia cường

37

2.3 Bố trí cấu tạo của giải pháp xử lý đất yếu dưới nền đường đầu cầu

44

2.3.1 Phương án bố trí cấu tạo hệ nền cọc đất xi măng

44

2.3.2 Cách xác định các kích thước cơ bản

46


CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN XỬ LÝ NỀN ĐẤT
YẾU DƯỚI NỀN ĐƯỜNG ĐẦU CẦU BẰNG CỌC ĐẤT XI MĂNG
KẾT HP VẢI ĐỊA KỸ THUẬT GIA CƯỜNG

50

3.1 Các giả thiết tính toán và nguyên lý thiết kế

50

3.1.1 Các giả thiết tính toán

50

3.1.2 Các nguyên lý thiết kế hệ nền cọc đất xi măng

50

3.2 Phương pháp tính toán cọc đất- xi măng

51

3.2.1 Khả năng chịu tải của cọc đơn

51

3.2.2 Khả năng chịu tải giới hạn của nhóm cọc

57

3.2.3 Tính toán độ lún tổng cộng

58

3.3 Kiểm tra ổn định

64

3.3.1 Ổn định tổng thể theo phương dọc cầu

64

3.3.2 Ổn định tổng thể theo ngang đường

65

3.3.3 Ổn định cục bộ tại mép talus

67

3.4 Các trạng thái giới hạn sử dụng

67

3.4.1 Dãn quá mức trong cốt gia cường

67

3.4.2 Lún móng dưới nền đắp

68

CHƯƠNG 4. NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG TRÌNH THỰC TẾ

69

4.1 Số liệu địa kỹ thuật công trình

69

4.2 Trường hợp nền đất yếu chưa có giải pháp xử lý

76

4.2.1 Kiểm toán ổn định tổng thể công trình (bài toán chưa xử lý nền)

76

4.2.2 Tính toán độ lún tổng cộng (bài toán chưa xử lý nền)

81

4.3 Trường hợp nền đất yếu được xử lý bằng hệ nền cọc đất xi măng

84

4.3.1 Yêu cầu về vật liệu

84

4.3.2 Xác định tải trọng tác dụng

84

4.3.3 Điều kiện đất nền

84

4.3.4 Kiểm toán ổn định trượt sâu theo phương dọc cầu

85

4.3.5 Tính toán thiết kế phương án cọc đất – xi maêng

86


4.3.6 Toán lựa chọn vải địa kỹ thuật gia cường
( vải địa kỹ thuật làm cốt đáy)

93

4.4 Phân tích sự phân bố tải trọng thẳng đứng xuống hệ nền cọc đất
xi măng kết hợp vải địa kỹ thuật gia cường bằng phần mềm plaxis 3D

96

4.5 Tính toán phân bố tải trọng thẳng đứng xuống hệ nền cọc đất
xi măng theo phương pháp giải tích

111

4.6 Xác định chiều dài cọc đất –xi măng thay đổi theo mặt cắt ngang đường

112

PHẦN 3. NHẬN XÉT, KẾT LUẬN
CHƯƠNG 5. CÁC NHẬN XÉT, KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

115

5.1 Các nhận xét, kết luận

115

5.2 Các kiến nghị

116

5.3 Các phương hướng nghiên cứu tiếp theo

117


Trang 1

MỞ ĐẦU
TÍNH CẤP THIẾT VÀ MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU
1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Một số các công trình cầu, đường đã và đang trong quá trình khai thác sử
dụng đều bộc lộ một nhược điểm tồn tại khá phổ biến đó là hiện tượng lún lệch
hai bên đầu cầu, hai bên cống hộp…Loại lún lệch này là trở ngại lớn trong lưu
thông. Độ lún lệch giữa đường dẫn vào cầu và công trình cầu là một vấn đề mà
chính sự khác biệt về độ lún này đã gây ra sự nẩy , xóc đột ngột tại hai bên đầu
cầu. Đứng về góc độ người điều khiển phương tiện sự nẩy, xóc ở vị trí này dễ làm
cho người điều khiển mất kiểm soát phương tiện , từ đó dễ dẫn đến tai nạn. Mức
độ nguy hiểm tùy thuộc vào độ lún lệch tại mỗi công trình. Đồng thời phát sinh
hàng loạt các vấn đề khác như: làm giảm năng lực khai thác của công trình đường
do phải hạn chế tốc độ khi lưu thông qua những vị trí lún lệch, làm tăng mức độ

hao phí ( hao phí xăng dầu, hao mòn máy móc ) của các phương tiện giao thông
do phải vượt qua những trở ngại trên. Những biện pháp đối phó thông thường để
giảm thiểu sự lún lệch chỉ mang tính chất là một loại giải pháp tình thế.

Hình 1. Bù lún bằng bê tông nhựa hai bên đầu cầu
Trên thực tế có rất nhiều công trình qua một thời gian khai thác sử dụng
ngắn thì đã xuất hiện hiện tượng lún lệch và người ta thường dùng một giải pháp
xử lý là cào vỡ bỏ lớp mặt lát ở trên của phần cấu trúc, sau đó thảm lại bằng các
lớp bê tông nhựa. Tuy nhiên, cách sửa chữa này đòi hỏi chi phí cao và chỉ mang

Phạm Văn Đại – K14

Phần mở đầu


Trang 2

tính chữa cháy. Bởi vì những giải pháp kiểu như thế , trước hết làm tăng tổng vốn
đầu tư sửa chữa xây dựng lên rất cao và mất thời gian lâu dài. Mặt khác, vấn đề
mỹ quan của công trình thì không thể nào đảm bảo yêu cầu.
Dưới đây là một số công trình điển hình đang trong quá trình khai thác sử dụng đã
xuất hiện các hiện tượng lún không đều ở hai bên đầu cầu.
¾ Công trình cầu An Hạ-huyện Củ Chi-Tp.HCM.
Công trình cầu An Hạ nằm trên Đường Xuyên Á đã được thi công xong và
đưa vào khai thác sử dụng vào năm 2003 đến nay đã gần hai năm. Trong quá
trình sử dụng đường dẫn hai bên đầu cầu bị hiện tượng lún gần vị trí tiếp giáp với
mố cầu. Để khắc phục hiện tượng lún những người có trách nhiệm đã dùng giải
pháp bù lún bằng bê tông nhựa. Cho đến nay tại vị trí này đã được bù lún hai lần
với tổng chiều dày bù lún hơn 25cm nhưng hiện tượng lún vẫn còn tiếp tục diễn
biến xảy ra. Các phương tiện lưu thông qua lại vị trí cầu gặp nhiều khó khăn và

không an toàn. Bởi vì khi thảm lại bằng bê tông nhựa thì người ta không khắc
phục được vấn đề êm thuận hai bên đầu cầu, thường lớp bê tông nhựa bù cao hơn
cao độ của bản mặt cầu tại vị trí tiếp giáp với đường dẫn. Do vậy việc bù lại bằng
bê tông nhựa đã vô tình đẩy người tham gia lưu thông vào một tình huống khó
khăn khác so với hiện trạng ban đầu.
¾ Công trình cầu Bình Triệu 2-Tp.HCM.
Mặc dù chỉ mới đưa vào khai thác sử dụng vào đầu năm 2004 đến nay hơn
một năm nhưng cầu Bình Triệu 2 đang xảy ra hiện tượng lún hai bên đầu cầu.
Nơi tiếp giáp giữa đường dẫn và mố cầu do hiện tượng lún đã gây trở ngại lớn
cho các phương tiện tham gia giao thông. Công trình cầu Bình Triệu 2 có áp dụng
giải pháp xử lý nền đường đầu cầu bằng bấc thấm. Hiện nay, tại góc bên phải
đầu cầu về hướng ngã tư Bình Phước xuất hiện vết nứt dài khoảng hơn 2m. Vị trí
vết nứt nằm tại phần tiếp giáp giữa mố cầu và đường dẫn, mặt cầu thấp hơn
đường dẫn 10cm. Còn phía bên kia cầu, đường dẫn đã lún hẳn xuống so với đầu
cầu.
¾ Công trình cầu vượt
Nguyễn Hữu Cảnh bị
chênh lệch lún giữa đường
dẫn và bản mặt cầu.

Hình 2. Chênh lệch lún giữa đường và cầu

Phạm Văn Đại – K14

Phần mở ñaàu


Trang 3

Hạng mục cầu gồm 3 phần: cầu dài 55m, cầu dẫn lên cầu vượt có chiều dài

mỗi bên đầu cầu 144m, đường dẫn lên cầu dẫn phía Nam quận I là 84m, phía
quận Bình Thạnh là 114m. Cuối tháng 4/2002, ngay sau thông xe cầu đã bị lún.
Hiện tượng sụt lún xuất hiện tại các vị trí tiếp giáp giữa đường dẫn và cầu dẫn.
Độ chênh lệch của đỉnh bệ lan can tại vị trí đo được ở phía quận I khoảng 1012cm, phía quận Bình Thạnh 8-10cm. Ngoài ra, còn có một số hiện tượng như
nhiều vết nứt ở phần gạch xây của tường chắn phần đường dẫn, có một đà giằng
bị nứt vỡ, một số vết nứt xuất hiện ở vòng quanh tiết diện bệ lan can của cầu dẫn
và đường dẫn.
¾ Công trình hầm chui Văn Thánh 2.

Hình 3. Chênh lệch lún tại đầu cầu Văn Thánh 2
Khi hầm chui được xây dựng xong và đưa vào sử dụng, phần mặt đường bê
tông nhựa ở hai đầu cầu Văn Thánh 2 bắt đầu lún xuống. Sự việc diễn ra âm
thầm và kéo dài trong vài ba tháng. Nền đường lún đến đâu đơn vị thi công lại
trải đá, thảm nhựa bù lún trên mặt đường đến đó, cho tới khi nóc hầm chui chỉ
còn cao hơn đầu người một chút.
¾ Công trình cống hộp băng
đường.
Một số công trình cống hộp băng đường
cũng thường xuất hiện lún lệch ở hai
bên thành cống. Hiện tượng này khiến
cho các phương tiện tham gia giao
thông gặp trở ngại đáng kể. Ngay cả
các công trình có hiện tượng ấy cũng bị
ảnh hưởng do tác dụng của lực xung
Hình 4. Hiện tượng chênh lệch lún ở
hai bên thành cống hộp
Phạm Văn Đại – K14

Phần mở đầu

Trang 4

kích gây ra bởi độ không bằng phẳng của mặt đường tại các vị trí lún lệch.
Trong các hồ sơ thiết kế vấn đề chuyển tiếp giữa đường dẫn vào cầu thường
được quan tâm xử lý bằng cách thiết kế cho hai đầu cầu các tấm bản quá độ hoặc
bản giảm tải để tăng dần độ cứng khi vào cầu. Tuy nhiên có một số cầu không có
bản quá độ hoặc bản quá độ cấu tạo không đúng nên phần tiếp giáp của các cầu
này đều bị hư hỏng, tạo ra một độ lún ngay trước hai bên đầu cầu làm hạn chế tốc
độ xe ra vào cầu. Tình hình như vậy không thể đáp ứng yêu cầu giao thông hiện
tại và tương lai.
2. MỤC TIÊU VÀ PHẠM VI CỦA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU
Trước những vấn đề đã trình bày ở phần trên thì mục tiêu và phạm vi nghiên
cứu của đề tài tập trung giải quyết những vấn đề như sau:
9 Tìm hiểu các nguyên nhân đặc trưng, cơ bản gây ra hiện tượng
chênh lệch về lún ở hai bên đầu cầu. Từ đó đề ra giải pháp xử lý vấn đề đó bằng
hệ thống cọc đất xi măng kết hợp vải địa kỹ thuật gia cường.
9 Xác định các kích thước cơ bản để tiến hành bố trí cấu tạo hợp lý
của giải pháp xử lý.
9 Nghiên cứu tính toán xử lý đất yếu dưới nền đường đầu cầu bằng
cọc đất xi măng kết hợp vải địa kỹ thuật gia cường.
-

Trình bày các giả thiết và nguyên lý thiết kế.

-

Trình bày phương pháp tính toán cọc đất xi măng.

-

Kiểm tra ổn định hệ nền cọc bằng phần mềm Geo-Slope phiên bản 5.14;
mô đun SLOPE/W DEFINE.

-

Vận dụng phần mềm Plaxis 3D để phân tích sự phân bố ứng suất thẳng
đứng trên nền cọc có kết hợp vải địa kỹ thuật gia cường.

9 Nghiên cứu ứng dụng tính toán xử lý cho công trình thực tế bằng
giải pháp này.
Phương pháp nghiên cứu thực hiện luận văn.
-

Dựa vào những nghiên cứu của các tác giả đi trước, các tài liệu tham
khảo của các nhà khoa học trong và ngoài nước, tác giả tiến hành nghiên
cứu các vấn đề luận văn đề cập đến.

-

Dựa vào hai phần mềm địa kỹ thuật cơ bản là Geo-Slope phiên bản 5.14
và Plaxis 3D tác giả mô hình bài toán và phân tích tính toán để đưa ra
các kết quả cần nghiên cứu.

Phạm Văn Đại – K14

Phần mở đầu


Trang 5

Phạm vi của luận văn.
-

Do kiến thức và trình độ chuyên môn có hạn nên tác giả chỉ tập trung
vào vấn đề xử lý đất yếu ở nền đường dẫn đầu cầu bằng cọc đất xi măng
kết hợp vải địa kỹ thuật gia cường.

3. HẠN CHẾ CỦA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU
Do thời gian nghiên cứu rất ngắn cho nên đề tài không xét đến bài toán tổng
thể có kể đến sự làm việc của toàn bộ hệ thống đường đầu cầu và công trình cầu
mà trong phạm vi này các vấn đề tính toán chỉ chú trọng đến hệ thống nền đất
dưới nền đường đầu cầu, giả thiết mố cầu là bộ khung cứng không chuyển vị
xoay và không ảnh hưởng đến việc phân tích biến dạng và ổn định của nền đường
đầu cầu. Trong tương lai không xa, bản thân sẽ cố gắng nỗ lực phát huy tốt hơn
nữa những vấn đề đã nghiên cứu kết hợp với kiểm nghiệm bằng thực tế nhằm
mục đích phát triển đề tài đến một mức độ hoàn thiện hơn.
---------oOo---------

Phạm Văn Đại – K14

Phần mở đầu


Trang 6

CHƯƠNG 1
NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN
ĐẤT YẾU BẰNG CỌC ĐẤT - XI MĂNG
1.1 TỔNG QUAN MỘT SỐ GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐƯỜNG VÀO CẦU

TRÊN ĐẤT YẾU HIỆN NAY
1.1.1 CÁC ĐẶC TRƯNG CỦA NỀN ĐẤT YẾU
Đất yếu có thể được định nghóa là những loại đất không có khả năng tiếp
nhận tải trọng công trình nếu không có các biện pháp gia cố xử lý thích hợp. Xét
về nguồn gốc thì đất yếu có thể được tạo thành trong lục địa, vũng vịnh hoặc
biển.
Đất yếu theo các nhà nghiên cứu có các đặc trưng cơ lý như sau:
: 0,5kG/cm2 ÷ 1kG/cm2;

-

Khả năng chịu tải

-

Mô đun tổng biến dạng: Eo ≤ 50 kG/cm2;

-

Hệ số rỗng

: ε > 1;

-

Hệ số nén tương đối

: ao > 0,05 ÷ 0,1 cm2/kG;

-

Góc nội ma sát

: ϕ = 5 ÷ 10o;

-

Lực dính

: C = 0,05 ÷ 0,1 kG/cm2.

* Các dạng đất yếu
Đất yếu có thể được phân làm bốn nhóm chủ yếu như sau :
-

Các loại đất sét (á sét, sét) ở trạng thái mềm, bão hòa nước thuộc các
giai đoạn đầu của quá trình hình thành đá sét;

-

Các loại cát hạt nhỏ, cát bụi ở trạng thái rời, bão hòa nước;

-

Các loại đất bùn, than bùn và đất than bùn;

-

Các loại đất hoàng thổ có độ rỗng lớn gây lún sụt.

Các loại đất yếu trên rất đa dạng về thành phần khoáng vật, nhưng thường
giống nhau về tính chất cơ lý và chất lượng xây dựng.
1.1.2 MỘT SỐ GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU

¾ Giải pháp xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm kết hợp với chất tải trọng phụ
tạm thời:

Phạm Văn Đại – K14

Chương 1


Trang 7

Quá trình lún trong đất yếu xảy ra rất phức tạp bao gồm lún tức thời, lún cố
kết sơ cấp và lún thứ cấp. Trong đó quá trình cố kết của đất thường diễn ra rất
lâu. Để rút ngắn thời gian lún cố kết sơ cấp người ta dùng các thiết bị tiêu nước
thẳng đứng kết hợp với chất tải trọng phụ tạm thời hay bơm hút chân không.
Trước đây, có nhiều biện pháp cải tạo đất như làm cọc cát, giếng cát ...
Trong khoảng 20 năm gần đây, thế giới đang phát triển các loại bấc thấm nhựa
chế tạo sẵn thay thế cho các giải pháp cũ.
Để tăng nhanh quá trình cố kết có thể đạt được bằng cách lắp đặt các bấc
thấm cách quãng nhau và cùng cắm đến độ sâu của lớp đất yếu. Do vậy, thời gian
cố kết sẽ giảm đáng kể và có thể kết thúc cố kết ngay trong giai đoạn thi công.
Nếu việc gia tải khó thực hiện thì một hệ thống bơm hút chân không có thể
được lắp đặt để tạo ra áp lực rút nước lỗ rỗng giống như khi có gia tải trước.
Bấc thấm được giới thiệu lần đầu tiên vào năm 1972. Ngành địa chất Hà
Lan đã phát triển loại Mebradrain vào năm 1978, kể từ đó cùng với Mebradrain
hàng chục loại bấc thấm đã ra đời như Cobondrain (CX-1000), Ali drain, Bando,
Desol, Castle drain board … vaø được sử dụng rộng rãi trên khắp thế giới.

¾ Giải pháp xử lý nền bằng hệ thống cọc đất vôi - xi măng: Phương
pháp trộn vôi-xi măng đất đã được dùng để cải tạo đất từ rất lâu. Cọc vôi, cọc xi
măng được thi công bằng cách trộn cơ học vôi hoặc xi măng với đất sét yếu trong
điều kiện tại chỗ. Sự tăng độ bền và giảm độ ép co của đất yếu là kết quả của
phản ứng giữa đất sét với vôi hay ximăng thông qua quá trình trao đổi ion và kết
bông cũng như phản ứng puzolan.
¾ Giải pháp sử dụng cọc bê tông cốt thép
Giải pháp sử dụng cọc BTCT là giải pháp hiện nay đang được dùng khá phổ
biến, đặc biệt sử dụng cho các công trình công nghiệp như ở các nhà máy điện,
càng đặc biệt hơn cho các công trình xây dựng ven sông trên đất yếu có chiều
dày lớn như ở ĐBSCL.
Tuy sử dụng móng cọc BTCT có nhiều ưu điểm như hạn chế biến dạng
không đều, thời gian thi công, sự an toàn trong quá trình vận hành nhưng việc áp
dụng móng cọc BTCT đã làm giá thành tăng cao từ 30 – 50% so với các giải
pháp khác, vì độ an toàn cao nên hiện nay tại các Nhà máy điện như ở các tỉnh
ĐBSCL đặc biệt hơn nữa là các Nhà máy điện hiện nay ở ĐBSCL thường ven
sông thì giải pháp móng cọc vẫn vẫn là giải pháp được sử dụng nhiều nhất.
1.2 CÁC VẤN ĐỀ TỒN TẠI KHI XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU

Phạm Văn Đại – K14

Chương 1


Trang 8

1.2.1 SỰ CỐ TRƯT NỀN ĐẤT ĐẮP KHI XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG BẤC
THẤM, GIẾNG CÁT HOẶC GIA TẢI
Trong những năm gần đây cùng với việc phát triển kinh tế, nhiều công trình
hạ tầng giao thông vận tải như bến cảng ( Chân Mây, Cái Lân), các tuyến trên

Quốc lộ ( QL 51, 1A 18, 10, 5) được nâng cấp cải tạo, xây dựng mới. Ở các dự án
này nhiều đoạn đường được xây dựng qua khu vực phân bố đất yếu đã gặp khó
khăn trong vấn đề thi công, kéo dài thời gian thi công, tăng giá thành xây dựng
và ảnh hưởng đến chất lượng khai thác trong quá trình sử dụng. Một số giải pháp
xử lý nền đất yếu truyền thống như: thay đất, chất tải trước kết hợp với bệ phản
áp hoặc cọc tre đã được sử dụng. Bên cạnh đó, nhiều giải pháp mới xử lý nền đất
yếu như: bấc thấm, giếng cát, bằng phương pháp rung ép hoặc khoan ép cọc cát
đầm chặt, cọc vôi xi măng đất cũng đã được áp dụng. Các giải mới xử lý nền đất
yếu đã mang lại những hiệu quả kinh tế kỹ thuật rõ rệt, rút ngắn thời gian thi
công, có tác động tốt đến môi trường. Công tác khảo sát thiết kế xử lý và thi
công nền đất yếu đã có những tiến bộ đáng kể: nhiều công trình đã do các kỹ sư
Việt Nam thiết kế có chất lượng tốt. Bên cạnh đó, do các giải pháp kỹ thuật mới
lần đầu tiên được áp dụng và sử dụng rộng rãi trong công tác xử lý nền đất yếu ở
Việt Nam nên không thể tránh khỏi những sai sót. Nhằm góp phần nâng cao tính
hiệu quả của các giải pháp thiết kế xử lý nền đất yếu, vì vậy việc tập hợp một số
sự cố trong quá trình thiết kế thi công nền đắp trên đất yếu để các sai lầm tương
tự sẽ không lặp lại.
1.2.2 MỘT SỐ SỰ CỐ TRƯT NỀN ĐẮP KHI XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG
GIA TẢI
* Sự cố trong quá trình thi công tại Km121 + 325 đến Km 121 + 450 – Quốc lộ
1A đoạn Hà Nội –Lạng Sơn.
Chiều cao nền đắp 2m, chiều cao gia tải 2.5m;
- Địa tầng từ trên xuống dưới
Lớp sét dẻo cứng dày 0.5 – 0.8m;
Lớp bùn sét hữu cơ dày 8.7m;
( Su = 0.12 – 0.15 kG/cm2 bằng thí nghiệm cắt cánh và thí nghiệm nén nở hông Su
= 0.23 kG/cm2 sét, nâu, trạng thái dẻo cứng đến nửa cứng .) SPT =24.
- Giải pháp xử lý khi thiết kế.
Đắp liên tục đến cao độ thiết kế và gia tải 2.5m;

Phạm Văn Đại – K14

Chương 1


Trang 9

Sự cố ngày 17/03/1999 khi đắp đến cao độ 4.25m thì một đoạn nền đường từ
Km121 + 325 đến Km 121 + 450 bị xé làm đôi, với vết nứt sâu tới 2.8m và rộng
0.8 – 1.0m, đẩy mặt ruộng hai bên trồi lên cao 1-1.5m với chiều rộng 8-10m.
- Nguyên nhân gây trượt:
Không tính chiều cao đắp giới hạn, do vậy khi đắp được 2m+2.5m ( gia tải)
sức kháng cắt của đất yếu chưa phát triển kịp để mang tải phía trên 4.25m
Không cho nước thoát ra lớp đệm cát: nhà thầu dùng lớp đệm cát vì cho
rằng cát sẽ bị trôi, chính vì vậy khi tải trọng tăng lên, nước không thoát ra càng
làm cho áp lực nước lỗ rỗng tăng lên, sức kháng cắt bị giảm đi.
Dùng lu rung: trọng lượng 27T, cộng thêm lực rung càng góp phần đẩy
nhanh quá trình trượt.
Không có bàn quan trắc lún và cọc đo chuyển vị ngang.
* Sự cố trượt nền đắp trong quá trình thi công xử lý nền bằng bấc thấm
Sự cố trong quá trình thi công tại Km120+880 đến Km121+040 Quốc Lộ 1A
Trượt tại Km120+880 đến Km121+040
Chiều cao nền đắp: 5m
Nền đường xử lý bằng PVD.
1.2.3 NHỮNG TỒN TẠI KHI XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG BẤC THẤM
-

Phát huy hiệu quả hạn chế, ảnh hưởng đến tiến độ xây lắp các hạng
mục tiếp theo.

-

Kết quả cố kết thực tế lún chưa phù hợp với tính toán ban đầu đã dẫn
đến phải có xử lý bổ sung, ảnh hưởng đến giá thành và chất lượng
công trình.

-

Một số nơi xảy ra tình trạng mất ổn định, gây sụt trượt trong quá trình
gia tải cố kết.

Phạm Văn Đại – K14

Chương 1


Trang 10

1.3 TỔNG QUAN VỀ GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG CỌC
ĐẤT- XI MĂNG
1.3.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CỌC ĐẤT – XI MĂNG

Hình 1.1 Thiết bị thi công cọc đất – xi măng.
Cọc trộn dưới sâu là phương pháp mới để gia cố nền đất yếu, sử dụng vật liệu
là xi măng, vôi, … để làm chất đóng rắn, nhờ vào cần khoan xoắn và thiết bị bơm
phụt vữa vào trong đất để trộn cưỡng bức đất yếu với chất đóng rắn ( dạng bột
hoặc dung dịch), lợi dụng một loạt phản ứng hóa học – vật lý xảy ra giữa chất
đóng rắn với đất, làm cho đất mềm yếu đóng rắn lại thành một thể cọc có tính
chỉnh thể, tính ổn định và có cường độ nhất định.
Công nghệ cọc đất – xi măng được bắt đầu thi công đại trà ở Thụy Điển và

Nhật Bản từ những năm 1970. Tiền thân của công nghệ này là phương pháp gia
cố đất bằng vôi được phát minh bởi Giáo sư Richard Handy (Iowa State
University) từ năm 1967. Phương pháp gia cố đất bằng vôi sau khi phát minh đã
được ứng dụng khá rộng rãi trong việc gia cố mái dốc tại vùng Midwest ( Mỹ)
trong suốt thập kỷ 70 và 80. Nguyên lý cơ bản của phương pháp gia cố đất bằng
vôi được dựa trên hiện tượng ion Ca++ trong vôi chiếm chổ các phân tử nước trên
bề mặt hạt sét.
Vào tháng 5 năm 1996 Hội nghị Quốc tế về phương pháp trộn dưới sâu được
tổ chức tại Nhật Bản và vào tháng 11 năm 1999 Hội nghị Quốc tế về phương
pháp trộn phun khô được tổ chức tại Stockkholm, Thụy Điển.

Phạm Văn Đại – K14

Chương 1


Trang 11

Năm 1954, Công ty Intrusion Prepakt (Mỹ) phát triển kỹ thuật cọc trộn tại
chổ ( Mix in place), kỹ thuật này ứng dụng vào xây dựng tại một vài nơi ở Mỹ.
Năm 1961, loại kỹ thuật này được sử dụng có bản quyền cho hơn 300.000m
dài cọc tại Nhật Bản để chống đỡ hố đào và kiểm soát mực nước ngầm. Tiếp tục
đến những năm đầu của thập niên 70 bởi công ty Seiko Kogyo thành công bằng
kỹ thuật tường ngăn.
Năm 1967, Viện nghiên cứu hải cảng và bến tàu thuộc Bộ giao thông vận
tải Nhật Bản bắt đầu các thí nghiệm trong phòng sử dụng vôi cục hoặc vôi bột để
xử lý đất biển bằng phương pháp trộn vôi dưới sâu. Công việc nghiên cứu bởi
Okumura, Terashi và những người khác suốt những năm đầu của thập niên 70.
Cũng vào năm 1967 Viện địa kỹ thuật Thụy Điển phối hợp với công ty LindenAlimark tiến hành những nghiên cứu trong phòng và ngoài hiện trường về việc xử
lý nền đất sét yếu bằng phương pháp cọc vôi. Nghiên cứu này kéo theo những

phát hiện bởi Paus về việc thi công cọc vôi lỏng tại Mỹ.
Năm 1974, Viện nghiên cứu hải cảng và bến tàu báo cáo phương pháp trộn
vôi dưới sâu đã được bắt đầu ứng dụng toàn diện tại Nhật Bản. p dụng đầu tiên
trong việc cải tạo đất sét yếu tại Chiba với thiết bị Mark IV được phát triển bởi
Fodo Construction Co, Ltd. Các áp dụng tại những nơi khác trong vùng Đông
Nam Á tiếp sau trong cùng một năm.
Năm 1975, những bài báo về phương pháp trộn dưới sâu của các nhà khoa
học Thụy Điển ( Brom , Borman) và Nhật Bản ( Okumura , Terashi) được trình
bày trong hội nghị Bangolore, Ấn Độ. Cả hai quốc gia này đã thảo luận một cách
độc lập về đề tài. Giữa năm 1975 Viện nghiên cứu hải cảng và bến tàu tiếp tục
những nghiên cứu của mình trong những năm 1973-1974 phát triển phương pháp
trộn xi măng dưới sâu bằng việc sử dụng vữa xi măng lỏng và dùng nó lần đầu
tiên trong những dự án quy mô lớn cho đất sét yếu bờ biển.
Năm 1975, phương pháp cột vôi đã được Thụy Điển ứng dụng vào việc
chống đỡ hố đào, ổn định nền đường và móng nông gần Stokkholm bởi LindenAlimark AB như một đối tác.
Năm 1976, Viện nghiên cứu công chánh thuộc Bộ xây dựng Nhật Bản hợp
tác với Viện nghiên cứu máy xây dựng Nhật Bản bắt đầu nghiên cứu phương
pháp trộn phun khô dưới sâu bằng bột xi măng, bước thử nghiệm đầu tiên hoàn
thành vào cuối năm 1980.
Năm 1977, Viện địa kỹ thuật Thụy Điển xuất bản sách hướng dẫn thiết kế,
thi công và giám sát cột vôi. Trong năm này tại Nhật Bản lần đầu tiên phương
pháp trộn xi măng dưới sâu áp dụng trên thực tế.

Phạm Văn Đại – K14

Chương 1


Trang 12

Năm 1980, phương pháp trộn phun khô dưới sâu được sử dụng tại Nhật Bản
cho mục đích kinh tế, phương pháp này sau đó được thay thế bởi phương pháp
trộn vôi.
Năm 1981, Giáo sư Jim Mitchell báo cáo những tài liệu tổng quát tại
Stokholm về cột vôi và vôi xi măng để xử lý đất dẻo dính.
Năm 1986, phương pháp trộn dưới sâu được ứng dụng để gia cố nền đất yếu
tại một số nơi ở Mỹ.
Năm 1987, Công ty Bachy của Pháp phát triển phương pháp trộn và đầm
chặt đất xi măng, phương pháp thực hiện nhờ đảo ngược vòng xoay của máy
khoan trong khi rút lên. Sự phát triển này là kết quả của quá trình nghiên cứu
được tài trợ bởi cơ quan đường bộ và đường sắt quốc gia Pháp.
Năm 1989, các công ty Trevisani, Radio tại Italy phát triển phương pháp
trộn sâu theo phương pháp phun trộn khô và phun trộn ướt.
Chiến tranh thế giới lần thứ II, Mỹ là nước đầu tiên nghiên cứu về cọc đất –
xi măng trộn tại chổ (MIP), đường kính cọc 0,3 – 0,4m, dài 10 đến 12m. Năm
1977, Trung Quốc bắt đầu thí nghiệm trong phòng và nghiên cứu chế tạo máy hai
trục đầu tiên để trộn dưới sâu.
Năm 1990, Nhật Bản đưa ra loại công nghệ thi công trộn dưới sâu mới gọi là
phương pháp RR, khi thi công đầu trộn lên xuống, lắc ngang và quay tròn trộn
ngược lên làm thành cọc, một lần làm cọc có thể trộn được thân cọc có đường
kính tới 2m.
Năm 1991, Viện hàn lâm khoa học Bungari báo cáo kết quả nghiên cứu về
đất – xi măng tại địa phương.
Năm 1992, hướng dẫn thiết kế mới được giới thiệu tại Phần Lan dựa trên
những kinh nghiệm từ những thập niên 1980 và nghiên cứu của Kujuala &
Lahtinen.
Năm 1993, Hiệp hội DJM ( Deep jet mixing -phun trộn khô dưới sâu) của
Nhật Bản xuất bản sách hướng dẫn những thông tin mới nhất thiết kế và thi công
cọc đất xi măng.
Năm 1995, Chính phủ Thụy Điển thành lập Svensk Djupstabilisering –

Trung tâm nghiên cứu ổn định dưới sâu Thụy Điển bao gồm chủ đầu tư, chính
phủ, đối tác, các trường đại học, các nhà tư vấn, các tổ chức nghiên cứu đồng thời
phối hợp với các nhà khoa học tiến hành nghiên cứu lập kế hoạch tạo cơ sở dữ
liệu kinh nghiệm, các tính chất kỹ thuật đất gia cố, mô hình cấu trúc đất gia cố.
Các kết quả được tập hợp lại và xuất bản thành những tập báo cáo.

Phạm Văn Đại – K14

Chương 1


Trang 13

Năm 1996, hơn 5 triệu mét cọc vôi và vôi xi măng đã được thi công tại Thụy
Điển kể từ năm 1975. Sản phẩm từng năm tại Thụy Điển và Phần Lan lúc bấy giờ
là cùng sản lượng như nhau.
Vào tháng 11 năm 1999 một hội nghị quốc tế về phương pháp trộn khô được
tổ chức tại Stokholm, Thụy Điển.
Ở Việt Nam, đầu những năm 80 đã dùng kỹ thuật này của hãng LindenAlimak ( Thụy Điển) làm cọc đất – xi măng/vôi đường kính 40cm, sâu 10m cho
công trình nhà 3-4 tầng. Tại khu công nghiệp Trà Nóc (Cần Thơ) đã sử dụng loại
cọc này sâu đến 20m bằng hệ thống tự động từ khâu khoan, phun xi măng và trộn
dưới sâu do công ty Hercules (Thụy Điển) thi công với tổng chiều dài cọc gần
50.000m. Năm 1999 đã có Hội nghị thế giới về vấn đề này ở Rotterdam (Hà Lan).
Phương pháp trộn dưới sâu thích hợp với các loại đất được hình thành từ các
nguyên nhân khác nhau như đất sét dẻo bão hòa, bao gồm bùn nhão, đất bùn, đất
sét. Các khu vực đất yếu loại này thường gặp ở Khu thương mại và đô thị cửa
khẩu Mộc Bài - Tây Ninh, Khu công nghiệp Tân Tạo, huyện Bình Chánh, khu
vực Đồng bằng sông Cửu Long… Độ sâu gia cố từ vài mét cho đến 50-60m.
Nhìn chung khi gia cố loại đất yếu khoáng vật đất sét có chứa đá cao lanh,
đá cao lanh nhiều nước và đá măng tô v.v… thì hiệu quả tương đối cao; gia cố loại

đất tính sét có chứa đá ilic, có chất chloride và hàm lượng chất hữu cơ cao, độ pH
tương đối thấp thì hiệu quả kém hơn.
Kinh nghiệm ở Việt Nam qua công trình ở khu công nghiệp Trà Nóc (Cần
thơ) cũng chứng tỏ ưu việt của phương pháp này là kinh tế, thi công nhanh, không
có nhiều đất thải, lượng xi măng khống chế điều chỉnh chính xác, không có độ
lún thứ cấp (nếu làm nền), không gây dao động đến công trình lân cận, không
ảnh hưởng đến môi trường xung quanh, thích hợp với đất có độ ẩm cao (>75%).

Một vài số liệu về khối lượng cọc vôi - xi măng được sử dụng ở nước ngoài.

Phạm Văn Đại – K14

Chương 1


Trang 14

Thể tích đất gia cố (10 00 m3)

1400
1183

1200
1000
800

680

658

600

750
710 730

326

400
200

580

638 650

22

60

33

76

196
147 174

0
1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001
Năm

Hình 1.2 Đồ thị biểu hiện số liệu khối lượng cọc vôi - xi măng được sử hàng

năm tại Phần Lan.

500

430

Thể tích đất gia coá (1000m3)

450
400

362

385 395

410

350
266 262 272

300
219

250

197

200
150
100

50

94

267

262

159

115 123

42

0
1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001
Năm

Hình 1.3 Đồ thị biểu hiện số liệu khối lượng cọc vôi - xi măng được sử hàng
năm tại Nhật Bản.
1.3.2 NGUYÊN LÝ VÀ ĐẶC TÍNH GIA CỐ XI MĂNG ĐẤT

Phạm Văn Đại – K14

Chương 1


Trang 15

¾ Khái niệm cơ bản về đất gia cố xi măng

Hạt xi măng Portland là một hợp chất (heterrogeneous) bao goàm Tricalcium
Silicate (C3S), Dicalcium Silicate (C2S), Tricalcium Aluminate (C3A) và các chất
rắn hòa tan như Tetracalcium Alumino-Ferrit (C4A). Bốn phần tử chính này tạo
nên sản phẩm hỗn hợp tạo độ bền chủ yếu. Khi nước lỗ rỗng của đất gặp xi
măng, thủy hóa xi măng xảy ra nhanh chóng và sản phẩm của sự thủy hóa chính
yếu ban đầu naøy laø Hydrated Calcium Silicate (C2SHx, C3S2Hx), Hydrated
Calcium Aluminate (C3AHx, C4AHx) và hydrocide vôi Ca(OH)2. Hai sản phẩm
kết dính xi măng chính được hình thành và thủy hóa vôi được sử dụng như những
pha tinh thể rắn tách biệt. Những phần tử xi măng này kết hợp các hạt xi măng
nằm kế bên với nhau trong suốt quá trình hóa cứng để tạo thành hỗn hợp bộ
khung được hóa cứng bao quanh các hạt đất nguyên vẹn. Các pha Silicate và
Aluminate được kết hợp nội tại, do đó, hầu như không có pha nào kết tinh hoàn
toàn. Một phần của Ca(OH)2 cũng có thể kết hợp với các pha hydrate khác, mà
chỉ một phần được kết tinh. Hơn nữa, thủy hóa xi măng dẫn đến gia tăng độ pH
của nước lỗ rỗng gây ra bởi sự phân ly của vôi hydrate. Các bazơ mạnh hòa tan
Silicate và Aluminate từ cả khoáng vật sét và các chất vô định hình khác trên
những mặt của các hạt sét, theo cách tương tự như phản ứng axít yếu và bazơ
mạnh. Các Silica và Alumina ngậm nước sau đó sẽ từ từ phản ứng với các ion
calcium tự do từ sự thủy phân xi măng để tạo thành hợp chất không hòa tan. Phản
ứng thứ yếu này được gọi là phản ứng pozzolan. Hợp chất thủy hóa xi măng thì
vẫn chưa được xác định rõ ràng bởi các công thức hóa học, vì thế quan tâm đến
các biến thể là khả thi. Các hợp chất trong xi măng Portland được biến thể khi có
nước nhö sau:
2(3CaO.SiO2) + 6H2O = 3CaO.2SiO2.3H2O + 3Ca(OH)2
(Tricalcium Silicate)

(tobermorite gel)

(1-1)

(calcium hydrocide)

2(3CaO.SiO2) + 4H2O = 3CaO.2SiO2.3H2O + Ca(OH)2
(bicalcium Silicate)

(tobermorite gel)

(1-2)

(calcium hydrocide)

4CaO.Al2O3.Fe2O3 + 10H2O +2Ca(OH)2= 6CaO. Al2O3.Fe2O3.12H2O (1-3)
(Tetracalcium Aluminate)

(tobermorite gel)

(calcium hydrocide)

3CaO.Al2O3 + 12H2O +Ca(OH)2= 3CaO. Al2O3. Ca(OH)2 .12H2O
(Tetracalcium Aluminate)

(1-4)

(tetracalcium aluminate hydrate)

3CaO.Al2O3 + 10H2O +CaSO4.2 H2O = 3CaO. Al2O3 CaSO4.12.3H2O (1-5)
(Tetracalcium Aluminate)

Phạm Văn Đại – K14

(tetracalcium monosulfoaluminate)

Chương 1