Nghiên cứu ứng dụng phương pháp bơm hút chân không kết hợp với bấc thấm xử lý nền đất yếu dưới nền đường khu vực đồng bằng sông cửu long

1

MỤC LỤC
MỤC LỤC.................................................................................................... 1
MỘT SỐ KÝ HIỆU SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN ................................ 5
MỘT SỐ THUẬT NGỮ ðƯỢC VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN ............. 7
CHƯƠNG MỞ ðẦU.................................................................................... 8
1

Tính cấp thiết và mục tiêu của ñề tài ..................................................... 8

2

Nội dung nghiên cứu............................................................................. 9

3

Phạm vi nghiên cứu .............................................................................. 9

4

Phương pháp nghiên cứu....................................................................... 9

5

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của ñề tài ............................................... 9

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ðẤT YẾU KHU VỰC ðỒNG BẰNG
SƠNG CỬU LONG...............................................................................................10
1

Khái niệm về đất yếu ...........................................................................10

2

Sự phân bố đất yếu khu vực đồng bằng sơng Cửu Long .......................11

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NỀN ðẤT YẾU
BẰNG BƠM HÚT CHÂN KHÔNG......................................................................15
1

Sơ lược các phương pháp xử lý nền đất yếu dưới cơng trình [3,4]........15
1.1

Mở đầu .........................................................................................15

1.2

Các kĩ thuật xây dựng ...................................................................15

1.3

Các biện pháp xử lí ñồng thời với việc xây dựng nền ñắp .............17

1.3.1 Xây dựng nền ñắp theo giai ñoạn..............................................17
1.3.2 Tăng chiều rộng nền ñường, làm bệ phản áp.............................19
1.3.3 Phương pháp gia tải tạm thời ....................................................20
1.3.4 Tăng cường bằng vật liệu ñịa kĩ thuật tổng hợp ........................21
1.4

Các biện pháp cải thiện ñất yếu dưới nền ñắp ...............................23

2

1.4.1 ðào thay ñất xấu bằng ñất tốt....................................................23
1.4.2 ðường thấm thẳng ñứng ...........................................................24
1.4.3 Cột balat (cột vật liệu rời) .........................................................25
1.4.4 Cột đất gia cố vơi và cột đất gia cố xi măng..............................26
1.4.5 Nền đắp trên móng cọc .............................................................27
1.4.6 ðiện thấm.................................................................................27
2

Phương pháp xử lý nền ñất yếu bằng bơm hút chân khơng...................28
2.1

Khái niệm .....................................................................................28

2.2

Lịch sử hình thành và phát triển ....................................................29

2.3

Phương pháp thi công ...................................................................30

2.4

Kiểm tra chất lượng ......................................................................30

CHƯƠNG 3 : CẤU TẠO VÀ THI CÔNG PHƯƠNG PHÁP BƠM HÚT

CHÂN KHÔNG KẾT HỢP VỚI BẤC THẤM ......................................................31
1

2

Cấu tạo hệ thống gia tải bằng bơm hút chân không ..............................31
1.1

Bấc thấm (PVDS) .........................................................................32

1.2

ðường thốt nước ngang (SB drain) .............................................32

1.3

ðệm cát ........................................................................................33

1.4

Màng địa kỹ thuật .........................................................................33

1.5

Rãnh chèn màng ñịa kỹ thuật ........................................................33

1.6

Hệ thống máy bơm chân không ....................................................34

Phương pháp thi công bơm hút chân không kết hợp với bấc thấm........34
2.1

Phương pháp thiết kế thi cơng.......................................................34

2.2

Trình tự thi cơng ...........................................................................35

2.3

Một số hình ảnh thi cơng ..............................................................36

CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN PHƯƠNG PHÁP GIA TẢI
TRƯỚC BẰNG BƠM HÚT CHÂN KHÔNG .......................................................44


3

1

2

3

Cơ sở lý thuyết của bài toán cố kết thấm ..............................................44
1.1

Các giả thiết của bài toán cố kết....................................................44

1.2

Lời giải giải tích cho bài tốn cố kết .............................................46

Lý thuyết tính tốn bấc thấm [13] ........................................................49
2.1

Lý thuyết lực căng ñứng cân bằng (Barron, 1948).........................50

2.2

Lý thuyết lực căng đứng cân bằng thích hợp (Hansbo, 1981)........51

Ngun tắc tính tốn gia tải bằng chân khơng ......................................53
3.1

Phân bố ứng suất trong ñất nền khi gia tải bằng chân khơng .........53

3.2

ðộ lún nền đường .........................................................................55

3.2.1 Lún tức thời..............................................................................55
3.2.2 Lún cố kết.................................................................................56
3.2.3 Lún thứ cấp ..............................................................................57
3.3

Dự tính độ tăng sức chống cắt của nền ñất [1]...............................58

CHƯƠNG 5: PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN TRONG PHÂN

TÍCH BÀI TỐN XỬ LÝ NỀN BẰNG BƠM HÚT CHÂN KHÔNG...................60
1

Giới thiệu sơ lược phương pháp phần tử hữu hạn.................................60

2

Mơ hình Cam-Clay [1].........................................................................62
2.1

Những lập luận cơ bản của mơ hình Cam-clay..............................62

2.2

Các đặc điểm của mơ hình Cam-clay ............................................63

2.3

Mơ phỏng bấc thấm trong phương pháp PTHH.............................69

2.4

ðiều kiện biên trong phương pháp PTHH .....................................72

2.5

Mô phỏng áp suất chân không do máy bơm ..................................72

CHƯƠNG 6: ÁP DỤNG TÍNH TỐN CHO CƠNG TRÌNH THỰC TẾ ....73
1

Mơ tả đặc điểm cơng trình ...................................................................73

2

ðiều kiện tải trọng ...............................................................................73

3

ðiều kiện đất nền .................................................................................73


4

4

Q trình thi cơng gia tải......................................................................74

5

Mơ hình tính tốn.................................................................................76

6

Kết quả tính tốn..................................................................................78

7

6.1

Trường hợp tải trọng sử dụng 5 T/m2 ...........................................78

6.2

Trường hợp tải trọng sử dụng 8 T/m2 ...........................................86

Khi thay ñổi khoảng cách cắm bấc thấm: 0.6m, 0.9m, 1.2m, 1.5m và sơ

đồ bố trí theo hình vng, hình tam giác ................................................................94
CHƯƠNG 7 : KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.............................................102
1

Kết luận .............................................................................................102

2

Kiến nghị ...........................................................................................102

TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................104


5

MỘT SỐ KÝ HIỆU SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN

a

:

Hệ số nén.

a0

:

Hệ số nén tương đối.

c

:

Lực dính.

c’

:

Lực dính thốt nước.

Cc

:

Hệ số nén.

Cs

:

Hệ số nở.

Cv

:

Hế số cố kết theo phương ñứng.

Ch

:

Hệ số cố kết theo phương ngang.

e0

:

Hệ số rỗng tự nhiên của ñất.

E0

:

Module biến dạng của ñất.

G

:

Module ñàn hồi biến dạng cắt của ñất.

H0

:

Chiều dày ban ñầu của lớp ñất sét yếu.

Ip

:

Chỉ số dẻo.

IL

:

ðộ sệt.

K

:

Module biến dạng thể tích.

K0

:

Hệ số áp lực ñất dính.

Kv

:

Hệ số thấm theo phương ñứng.

Kh

:

Hệ số thấm theo phương ngang.

mv

:

Hệ số nén thể tích.

n

:

ðộ rỗng của đất.


6

OCR

:

Hệ số quá cố kết.

LL

:

ðộ ẩm giới hạn chảy.

PL

:

ðộ ẩm giới hạn dẻo.

pa

:

Áp lực khí quyển.

pc

:

Áp lực tiền cố kết.

qu

:

Sức chịu nén ñơn.

S0

:

ðộ lún ban ñầu.

Sc

:

ðộ lún cố kết.

S

:

ðộ lún ổn định cuối cùng.

Sr

:

ðộ bảo hịa ban đầu.

u

:

Áp lực nước lỗ rỗng.

u0

:

Áp lực nước lỗ rỗng ban ñầu.

U

:

Mức ñộ cố kết.

W0

:

ðộ ẩm tự nhiên.

ϕ

:

Góc ma sát trong của đất.

ϕ’

:

γw

:

Trọng lượng riêng ướt.

γd

:

Trọng lượng riêng khơ.

γ’

:

Trọng lượng riêng đẩy nổi.

σvz

:

Ứng suất do trọng lượng bản thân ñất.

σz

:

Ứng suất do tải trọng ngồi gây ra.

Góc ma sát trong trong điều kiện thốt
nước.


7

τ

:

Sức chống cắt của ñất.

υ

:

Hệ số poisson của ñất.

εv

:

Biến dạng của ñất.

MỘT SỐ THUẬT NGỮ ðƯỢC VIẾT TẮT TRONG LUẬN
VĂN

BHCK

:

Bơm hút chân không.

PVD

:

Bấc thấm.

ðBSCL

:

ðồng bằng sông Cửu Long.

TpHCM

:

Thành phố Hồ Chí Minh.

PTHH

:

Phần tử hữu hạn.

ðCCT

:

ðịa chất cơng trình


8

CHƯƠNG MỞ ðẦU
1 Tính cấp thiết và mục tiêu của ñề tài
Trước ñây người ta thường xây dựng nền ñắp ñi qua các vùng ñịa chất tốt ñể
giảm bớt vấn ñề kỹ thuật phải xử lý và hạ giá thành xây dựng. Tuy nhiên sự nghiệp
xây dựng và phát triển kinh tế xã hội hiện nay ñã ñặt ra việc chinh phục và sử dụng
các vùng ñất mềm yếu mà trước hết là việc xây dựng các tuyến ñê lấn biển, việc
phát triển mạng lưới các đường giao thơng, cầu cống… trên nền ñất mềm yếu. Mặc
dù việc xây dựng nền ñắp trên ñất yếu ở nước ta ñã bắt ñầu từ thế kỷ thứ 19 do
Nguyễn Công Trứ chỉ ñạo và các nước trên thế giới ñã thực hiện từ hàng rất lâu,
nhưng nó vẫn đặt ra nhiều vấn ñề phức tạp, cần ñược nghiên cứu nghiêm túc. Các
phương pháp xử lý nền ñất yếu hoặc gia cường phổ biến hiện nay ở nước ta là ñắp
gia tải kết hợp với bấc thấm hoặc giếng cát ñể xử lý lún của nền ñắp trên ñất yếu
hoặc các phương pháp gia cố nền như cọc cát, cọc ñất gia cố vôi, vữa xi măng….
Các phương pháp xử lý nền như gia tải kết hợp với bấc thấm hoặc giếng cát chờ lún
có nhược điểm như là : bị giới hạn về chiều cao ñắp gia tải tùy thuộc vào ñộ ổn ñịnh
của nền ñắp là hạn chế chiều cao ñắp gia tải, thời gian chờ lún lâu, khó đẩy nhanh
được tiến độ thi cơng dẫn đến kéo dài thời gian thi công, giảm hiệu quả kinh tế. Mặt
khác, nguồn vật liệu cát ñắp ngày càng khan hiếm do việc xây dựng cùng lúc quá
nhiều, ñể ñắp gia tải nền ñường ñẩy nhanh ñộ bơm hút xử lý nền ñáp ứng được tiến
độ cơng trình là rất khó khăn.
Vấn đề đặt ra là chỉ cần tăng ñược tải trọng ép nền trong q trình xử lý nền
mà vẫn đảm bảo được ổn ñịnh nền ñường. ñẩy nhanh giai ñoạn bơm hút xử lý nền

đường để đẩy nhanh tiến độ thi cơng và giải quyết ñược vần ñề sự khan hiếm vật
liệu cát xây dựng. Phương pháp bơm hút chân không kết hợp với bấc thấm xử lý
nền ñường ñáp ứng ñược các yêu cầu trên. ðây là phương pháp xử lý nền ñã ñược
xử dụng phổ biến trên thế giới nhưng nó vẫn cịn mới mẻ đối với nước ta, chỉ áp
dụng vào được vài cơng trình.


9

2 Nội dung nghiên cứu
Nội dung nghiên cứu ñề tài này gồm các vấn đề sau :
•

Cấu tạo phương pháp bơm hút chân không kết hợp với bấc thấm xử lý
nền các cơng trình trên đất yếu.

•

Lý thuyết tính tốn.

•

Lập mơ hình tính tốn q trình xử lý.

3 Phạm vi nghiên cứu
Nền đất yếu khu vực đồng bằng sơng Cửu Long.
4 Phương pháp nghiên cứu
Trên cơ sở số liệu về ñịa hình, ñịa chất và kết quả thiết kế thi cơng tại Nhà
máy điện Cà Mau, nghiên cứu lý thuyết tính tốn, đưa ra mơ hình tính tốn theo
phương pháp PTHH bằng phần mềm Plaxis 8.2. So sánh kết quả tính lý thuyết theo

mơ hình và kết quả quan trắc thực tế của cơng trình đưa ra kết luận về tính chính
xác của mơ hình và lý thuyết tính tốn.
5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của ñề tài
Ưu ñiểm của phương pháp này là thời gian thi công nhanh, giảm khả năng
mất ổn định cơng trình trong thời gian gia tải, giảm khối lượng cát gia tải so với
phương pháp gia tải bằng cát ñắp truyền thống. Nếu tiếp tục nghiên cứu làm chủ
công nghệ thi công giúp hạ giá thành thi cơng, đây là phương pháp phù hợp, có thể
áp dụng phổ biến trong tương lai, thay thế cho phương pháp gia tải truyền thống.


10

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ðẤT YẾU KHU VỰC ðỒNG
BẰNG SƠNG CỬU LONG
1 Khái niệm về đất yếu
ðất yếu là những đất có khả năng chịu tải nhỏ (vào khoảng 0,5 – 1,0
daN/cm2) có tính nén lún lớn, hầu như bão hịa nước, có hệ số rỗng lớn (e > 1),
mơđun biến dạng thấp (thường thì E0=50daN/cm2), sức chống cắt nhỏ .... Nếu
khơng có biện pháp xử lý đúng đắn thì việc xây dựng cơng trình trên đất yếu này sẽ
rất khó khăn hoặc khơng thể thực hiện được.
ðất yếu là các vật liệu mới hình thành (từ 10000 đến 15000 năm tuổi), có thể
chia thành ba loại : đất sét hoặc đất á sét bụi mềm, có hoặc khơng có chất hữu cơ,
than bùn hoặc các loại đất rất nhiều hữu cơ và bùn.
Tất cả các loại ñất này ñều ñược bồi lắng trong nước một cách khác nhau
theo các điều kiện thủy lực tương ứng : bồi tích ven biển, đầm phá, cửa sơng, ao hồ
.... Trong các loại này ñất sét mềm bồi tụ ở bờ biển hoặc gần biển (đầm phá, tam
giác châu, cửa sơng...) tạo thành một nhóm đất yếu phát triển nhất. Ở trạng thái tự
nhiên ñộ ẩm của chúng thường bằng hoặc lớn hơn giới hạn chảy, hệ số rỗng lớn (ñất
sét mềm e ≥ 1,5, ñất á sét bụi e ≥ 1), lực dính khơng thốt nước Cu ≤ 0,15 daN/cm2,
góc nội ma sát ϕu=0, ñộ sệt IL > 0,50 (trạng thái dẻo mềm).

Loại có nguồn gốc hữu cơ (than bùn và ñất hữu cơ) thường hình thành từ
ñầm lầy, nơi ñọng nước thường xuyên hoặc có mực nước ngầm cao, các loại thực
vật phát triển, thối rửa và phân hủy, tạo thành trầm tích hữu cơ lẫn với trầm tích
khống vật. Loại này thường gọi là ñất ñầm lầy than bùn, hàm lượng hữu cơ chiếm
tới 20 – 80%.
Trong ñiều kiện tự nhiên, than bùn có độ ẩm cao, trung bình W=85 – 95% và
có thể lên tới vài trăm phần trăm. Than bùn là loại ñất bị nén lún lâu dài, khơng đều
và mạnh nhất ; hệ số nén lún có thể đạt 3 – 8 – 10 cm2/daN, vì thế thường phải thí
nghiệm than bùn trong các thiết bị nén với mẫu cao ít nhất 40 – 50 cm.


11

ðất yếu đầm lầy than bùn cịn được phân loại theo hàm lượng hữu cơ của
chúng :
−

Hàm lượng hữu cơ từ 20 – 30% : ñất nhiễm than bùn;

−

Hàm lượng hữu cơ từ 30 – 60% : ñất than bùn;

−

Hàm lượng hữu cơ trên 60% : than bùn.

Bùn là các lớp đất được tạo thành trong mơi trường nước ngọt, nước biển
gồm các hạt rất mịn (< 200µm) với tỉ lệ phần trăm các hạt < 2µm cao, bản chất
khống vật thay đổi và thường có kết cấu tổ ong. Hàm lượng hữu cơ thường dưới

10%.
Bùn ñược tạo thành chủ yếu do sự bồi lắng tại ñáy các vũng, vịnh, hồ hoặc
các cửa sông nhất là các cửa sông chịu ảnh hưởng của thủy triều. Bùn luôn no nước
và rất yếu về mặt chịu lực. Cường ñộ của bùn rất nhỏ, biến dạng rất lớn, mơđun
biến dạng chỉ vào khoảng 1 – 5 daN/cm2 với bùn sét và từ 10 – 25 daN/cm2 với bùn
á sét, bùn á cát; hệ số nén lún thì có thể lên tới 2 – 3 cm2/daN. Như vậy bùn là trầm
tích nén chưa chặt, dễ bị thay đổi kết cấu tự nhiên, do đó việc xây dựng trên bùn chỉ
có thể thực hiện sau khi áp dụng các biện pháp ñặc biệt, mà tốt nhất là vét bùn thay
ñất tốt.
2 Sự phân bố ñất yếu khu vực đồng bằng sơng Cửu Long
Theo tài liệu địa chất cơng trình của Phân hội Khoa Học Kỹ Thuật chuyên
ngành ðCCT Việt Nam và tham khảo các tài liệu khảo sát thiết kế, khoan ðCCT
khu vực do Công ty Tư Vấn Thiết Kế Giao Thơng Vận Tải Phía Nam thực hiện,
ðCCT khu vực ðồng bằng Sông Cửu Long có đặc điểm cơ bản sau :
•

Tồn bộ khu vực chủ yếu là địa tầng trầm tích Hơloxen có niên ñại
4.500 năm. Phần ñịa chất ảnh hưởng trực tiếp ñến tính tốn xử lý nền
móng cơng trình nằm ở lớp Hơloxen trên có bề dày rất lớn chủ yếu là
đất bùn sét màu xám nâu, xám xanh, xám vàng... trạng thái chủ yếu từ
nửa cứng – dẻo chảy. Phạm vi khu vực có nền địa chất yếu xem bản đồ
vùng ñất yếu trang 6. Cột ñịa tầng tổng hợp vùng ñồng bằng sông Cửu


12

Long xem trang 7. Các chỉ tiêu cơ lý ñặc trưng xem bảng tổng hợp trang
8.
•

Theo các tài liệu khoan địa chất cơng trình đã thực hiện ở khu vực ñồng
bằng sông Cửu Long mặt cắt ñịa chất thường gặp có thể phân chia như
sau:
+

Khu vực ven Thành phố Hồ Chí Minh với các tỉnh Bình Dương
và ðồng Nai, vùng thượng nguồn Vàm Cỏ ðơng, Vàm Cỏ Tây,
ven rìa tây ðồng Tháp Mười, ven biển Hà Tiên ñến Rạch Giá, phía
đơng bắc Vũng Tàu đến Biên Hịa là khu vực lớp đất yếu có bề
dày trung bình khoảng từ 1÷10m;

+

Khu vực có lớp đất yếu dày từ 5 ÷ > 30m phân bố kế cận các khu
vực trên và chiếm ñại bộ phận trung tâm vùng ñồng bằng Châu
Thổ và vùng ðồng Tháp Mười;

+

Khu vực có lớp đất yếu dày > 30m chủ yếu thuộc ñịa phận tỉnh
Bến Tre, Trà Vinh, Tiền Giang, Cà Mau, Cần Giuộc_Long An,
Nhà Bè_Thành phố Hồ Chí Minh, Phú Mỹ _Vũng Tàu....

Các đặc trưng cơ lý của ñất ở một số khu vực:
STT Khu vực
Các chỉ tiêu

Tp HCM

Long An

Bùn sét

Bùn sét

Bùn sét pha

(ambQIV)

(ambQIV)

cát (ambQIV)

0-21

0.5-1.5

1.5-5

-

-

-

Cát 2-0.05mm

16

15.5

43

Bụi 0.05-0.005mm

29

31.5

34

Sét < 0.005mm

42

47

20

1

Chiều sâu (m)

2

Thành Sỏi > 2mm

3

phần

hạt

4
5

(%)


13

6

Thành phần hữu cơ

13

6

3

7

ðộ ẩm (%)

77.2

73

45

8

Dung trọng tự nhiên (g/cm3)

1.55

1.53

1.77

9

Dung trọng khơ (g/cm3)

0.87

0.88

1.22

10

Tỷ trọng

2.64

2.63

2.7

11

Hệ số rỗng

2.03

1.99

1.21

12

ðộ bão hịa (%)

100

96.5

100

13

Giới hạn chảy (%)

69

57

32.3

14

Giới hạn dẻo (%)

43

36

19.9

15

Chỉ số dẻo (%)

26

21

12.4

16

ðộ sệt

1.33

1.76

2.03

17

Góc ma sát (độ)

4

5

9

18

Lực dính (kg/cm2)

0.06

0.12

0.04

19

Hệ số nén lún a1-2(cm2/kg)

0.162

0.140

0.097

Bến Tre

STT

ðồng Tháp

Cần thơ

Bùn sét

Bùn sét

Bùn sét

Bùn sét

Bùn sét

Bùn sét

(ambQIV)

pha cát

(ambQIV)

pha cát

(ambQIV)

pha cát

(ambQIV)
1

1.5-3

1.5-7.5

2-7

0-4

0-6.5

2

-

-

-

-

-

-

3

23

30

14

17

15

25

4

32

42

32

33

30

40


14

5

40

26

47

46

45

28

6

5

2

7

14

10

7

7

64.9

42

62

101

68

44.5

8

1.59

1.79

1.62

1.43

1.61

1.74

9

0.96

1.26

1.00

0.71

0.96

1.20

10

2.69

2.7

2.64

2.62

2.64

2.68

11

1.80

1.14

1.64

2.69

1.75

1.23

12

97

99.5

99.9

98.5

100

97

13

63.3

35.5

58.6

74.4

64.1

31.5

14

42.6

23.2

33.8

48.7

39.3

18.8

15

20.7

13.3

24.8

25.7

24.9

12.7

16

1.06

1.49

1.14

2.04

1.15

2.02

17

6

8

6

5

6

8

18

0.07

0.05

0.11

0.04

0.07

0.06

19

0.140

0.069

0.105

0.203

0.135

0.083

15

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NỀN
ðẤT YẾU BẰNG BƠM HÚT CHÂN KHÔNG
1 Sơ lược các phương pháp xử lý nền đất yếu dưới cơng trình [3,4]
1.1 Mở ñầu
Hiện nay ở nước ta và trên thế giới ñã và ñang sử dụng nhiều phương pháp
xử lý nền ñất yếu khác nhau, việc lựa chọn các kĩ thuật xây dựng nền ñắp trên ñất
yếu phụ thuộc vào:
−

Thời gian u cầu thi cơng các cơng trình;

−

Biên độ các biến dạng cho phép sau khi đưa vào sử dụng;

−

Những bó buộc về môi trường của dự án (phạm vi chiếm ñất,
sự nhạy cảm với chấn ñộng, việc bảo vệ mực nước ngầm
…);

−

Những bó buộc về ngân sách.

Các giải pháp được chọn gắn liền với hai nhóm kĩ thuật:
−

Nhóm thứ 1 tập hợp các giải pháp bố trí xây dựng trực tiếp
gắn liền với nền ñắp (xây dựng theo giai ñoạn, gia tải …);

−

Nhóm thứ 2 là nhóm các kĩ thuật cần thiết có những can
thiệp trong đất nền (thay thế ñất xấu, thoát nước, cột balát
…).

1.2 Các kĩ thuật xây dựng
Các kĩ thuật cổ ñiển ñược sử dụng ñể xây dựng nền đắp trên đất yếu gồm 2
nhóm:
•

Bố trí xây dựng cùng với nền ñắp:
+

Xây dựng theo giai ñoạn;

+

Bệ phản áp;


16

•

+

Gia tải tạm thời;

+

Nền đắp nhẹ;

+

Tăng cường bằng vật liệu ñịa kĩ thuật.

Cải thiện ñất dưới nền ñắp
+

Thay ñất xấu;

+

ðường thấm thẳng đứng;

+

Cố kết bằng bơm hút chân khơng;

+

Cột balát (hoặc cột ñá dăm);

+

Hào balát;

+

Phun chất rắn;

+

Cột vữa ñất – xi măng, tiến hành bằng phun;

+

Cột đất gia cố vơi hoặc xi măng;

+

Nền đắp trên móng cứng;

+

ðiện thấm.

Các kĩ thuật xây dựng ñặc thù của nền ñắp trên ñất yếu nhằm ñảm bảo ñộ ổn
ñịnh của ñất và hạn chế các biến dạng của nền ñường ñắp ở các trị số quy ñịnh trong
ñồ án.
Bảng 2.1. Các tác dụng của những kĩ thuật xây dựng nền ñắp trên ñất yếu
Tác
dụng
lên ñất

ðiện thấm
ðắp trên nền cứng
Cột ñất gia cố

nền
móng

Cột phun vữa xi măng + ñất
Phun chất rắn
Hào balát
Cột balát


17

Cố kết bằng bơm hút chân khơng
ðường thấm thẳng đứng
Tác

Thay ñất

dụng

Tăng cường bằng vật liệu ñịa kỹ thuật tổng hợp

lên

Nền ñắp nhẹ

nền

Gia tải tạm thời

ñắp

Bệ phản áp
Xây dựng theo giai ñoạn
Cải thiện ñộ ổn ñịnh

+

+

+

Giảm biên ñộ lún
Giảm chuyển vị ngang
ðạt ñược tỉ lệ % ñã cho của ñộ lún cuối

+
+

+

+

+

+

+

+
+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

cùng nhanh hơn
Tăng nhanh cố kết (xây dựng theo giai
ñoạn)

1.3 Các biện pháp xử lí đồng thời với việc xây dựng nền ñắp
ðây là các biện pháp thường ñược sử dụng. Áp dụng các biện pháp này nhằm
ñạt ñược 2 mục tiêu:
+

Bảo ñảm sự ổn ñịnh nền ñắp trong khi xây dựng;

+

ðạt ñược một tốc ñộ lún phù hợp với thời gian thi công.

Khi áp dụng biện pháp này yêu cầu lớp trên nền ñất yếu phải tiếp xúc với một
lớp vật liệu thấm nước tốt. Nếu vật liệu ñắp nền đường là đất dính thì phải làm một
lớp đệm cát dày 0.5 – 1.0m ñể tăng nhanh thời gian cố kết.
1.3.1 Xây dựng nền đắp theo giai đoạn
Trình tự tính tốn như sau:

+


18

•

Trước hết xác định chiều cao cho phép của lớp ñất yếu ñầu tiên H1, sức
chống cắt của ñất yếu Cu1 (lực dính xác định bằng thí nghiệm khơng cố
kết, khơng thốt nước). Có thể bỏ qua phần sức chống cắt do ma sát vì
áp lực có hiệu truyền lên đất xem như khơng đáng kể.

Chiều cao H1 tính từ cơng thức Mandel-Salencon:
H1 =

Trong đó :

N c C u1
γF

F – hệ số an toàn, lấy bằng 1,5;

Nc – hệ số tra ở hình 2.1 theo tỉ số B/h (với B chiều rộng trung bình
của nền đắp, h là chiều dày lớp đất yếu).
Nc
9
8
7
6
5

π+2
B

4
Cu

h

3
2
1
1,49

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10 B
H

Hình 2.1: biểu đồ xác định sức chịu tải của nền đất yếu (theo Mandel và Salencon)
•

Chờ cho đất cố kết hồn tồn dưới tác dụng của tải trọng γH1 thì đắp
tiếp lớp thứ hai, khi đó sức chống cắt của ñất yếu tại ñộ sâu z sẽ tăng
thêm:


19

∆C u = ∆σtgϕ cu = γH 1tgϕ cu

Trong đó:

∆σz – độ tăng ứng suất có hiệu thẳng đứng trong nền ñất yếu ở

ñộ sâu z do tải trọng ñất đắp γH1 gây ra.
Nếu khơng chờ cố kết hồn tồn mà chỉ cố kết U% thì độ tăng của sức chống
cắt là:
∆Cu = γH 1Utgϕ cu

Thực tế công thức này cho ñộ tăng sức chống cắt ở dưới tim của nền đắp, cịn
∆Cu sẽ gần bằng 0 ở chân taluy. Vì vậy ta lấy độ tăng trung bình gần đúng theo
cung trượt là:
∆C u = 1 / 2γH 1Utgϕ cu

Như vậy ta sẽ có sức chống cắt (lực dính) mới là Cu2 = Cu1 + ∆Cu cho phép ta
ñắp nền ñường ñến chiều cao H2 và cứ tiếp tục như vậy cho tới lớp tiếp theo …
Có thể kiểm tra trạng thái cố kết của ñất yếu dưới nền ñắp bằng các biện pháp
sau:
+

ðo áp lực lỗ rỗng;

+

ðo ñộ lún của lớp đất yếu;

+

Xác định độ tăng của lực dính Cu bằng thí nghiệm cắt cánh.

ðây là biện pháp xử lý đơn giản nhất nhưng thời gian thi cơng kéo dài.
Nếu thời gian giữa các giai ñoạn xây dựng quá dài có thể kết hợp với biện
pháp cọc cát.

1.3.2 Tăng chiều rộng nền ñường, làm bệ phản áp
Khi cường ñộ chống cắt của nền đất yếu khơng đủ để xây dựng nền ñắp theo
giai ñoạn hoặc khi thời gian cố kết quá dài so với thời hạn thi công dự kiến thì có
thể áp dụng các biện pháp này nhằm tăng ñộ ổn ñịnh, giảm khả năng trồi ñất ra hai
bên.


20

Bệ phản áp đóng vai trị một đối trọng, tăng ñộ ổn ñịnh và cho phép ñắp nền
ñường với các chiều cao lớn hơn, do đó đạt được độ lún cuối cùng trong một thời
gian ngắn hơn. Bệ phản áp cịn có tác dụng phịng chống lũ, chống sóng, chống
thấm nước….
Khi tăng chiều rộng của bệ phản áp thì giá trị của hệ số an toàn F sẽ tăng lên.
Chiều cao và bề rộng của bệ phản áp ñược xác ñịnh theo cường ñộ chống cắt, chiều
dày của lớp ñất yếu và hệ số an tồn u cầu
Kích thước bệ phản áp thường ñược lấy như sau:
+

+

Theo kinh nghiệm của Trung Quốc:
−

Chiều cao h > 1/3H;

−

Chiều rộng L = (2/3 – 3/4 ) chiều dài trồi đất.

Theo tốn đồ Pilot hình 2.6:
−

Chiều cao bằng 40 – 50% chiều cao nền ñường H;

−

Chiều rộng bằng 2 – 3 lần chiều dày lớp ñất yếu D.

Bệ phản áp thường ñược ñắp cùng một lúc với việc xây dựng nền đắp chính.
Nếu khơng cho máy thi cơng đi lại trên đó thì khơng cần đầm lèn. Nếu có dùng cho
máy thi cơng đi lại thì phần dưới của bệ phản áp phải đắp bằng vật liệu thấm nước.
Khi có một nền đắp bị trượt trồi thì đắp bệ phản áp có khả năng tăng ñộ ổn
ñịnh chống trượt sâu cho nền ñắp trở lại ổn định. Ví dụ việc xử lý đoạn nền ñắp bị
phá hoại do trượt sâu ở phía bắc cầu Hàm Rồng năm 1963 bằng bệ phản áp là nhằm
mục đích đó.
Tuy nhiên muốn cho bệ phản áp phát huy ñược hiệu quả ñể có thể xây dụng
nền ñắp theo giai đoạn thì thể tích của nó phải rất lớn. Vì vậy phương pháp này chỉ
thích hợp nếu vật liệu ñắp nền rẻ và phạm vi ñắp ñất không bị hạn chế.
1.3.3 Phương pháp gia tải tạm thời
•

Khái niệm:


21

Phương pháp này gồm có việc đặt một gia tải (thường là 2 -3m nền ñắp bổ
sung) trong vài tháng rồi sẽ lấy ñi ở thời ñiểm t mà ở ñó nền ñường sẽ ñạt ñược ñộ
lún cuối cùng dự kiến như trường hợp với nền đắp khơng gia tải. Nói cách khác đây

là phương pháp cho phép đạt được một ñộ cố kết yếu cầu trong một thời gian ngắn
hơn.
Gia tải này phải phù hợp với ñiều kiện ổn ñịnh của nền ñắp. Phương pháp
này chỉ nên dùng khi chiều cao tới hạn cao hơn nhiều so với chiều cao thiết kế.
Tính các trị số lún tương ứng với chiều cao thiết kế, chiều cao có gia tải thêm
rồi chọn trị số ñộ lún gần với ñộ lún ổn ñịnh của nền ñắp trong thời hạn thi công cho
trước.
Phương pháp này chỉ cho phép cải thiện ñộ lún trong một số trường hợp hạn
chế:
+

Nếu nền đắp có chiều cao lớn thì khơng nên đắp thêm gia tải để
đảm bảo ñiều kiện ổn ñịnh;

+

Nếu chiều dày lớp ñất yếu lớn thì đắp thêm gia tải cũng ít có hiệu
quả;

+

Nếu chiều dày lớp ñất yếu nhỏ và nếu ñất thấm ñược cả trên lẫn
dưới thì đắp thêm gia tải khoảng 2m có thể có một hiệu quả nhất
định. Tuy nhiên khi ñó cần mở rộng.

1.3.4 Tăng cường bằng vật liệu ñịa kĩ thuật tổng hợp
•

Mơ tả và ngun lí tác dụng

Việc ñặt một hoặc nhiều lớp thảm bằng vải ñịa kĩ thuật hoặc lưới vải ở ñáy
của nền ñắp sẽ làm tăng cường ñộ chịu kéo cà cải thiện ñộ ổn ñịnh của nền ñường
chống lại sự trượt tròn. Như vậy có thể tăng chiều cao đắp đất của từng giai ñoạn
không phụ thuộc vào sự lún trồi của ñất. Vải địa kĩ thuật cịn có tác dụng phụ làm
cho độ lún của ñất dưới nền ñắp ñược ñồng ñều hơn.


22

Việc chọn vải địa kĩ thuật và tính tốn thiết kế (cường ñộ, ñộ ổn ñịnh của nền
ñắp …) phải do chun gia đảm nhiệm.
•

Phạm vi áp dụng

Xử lý cục bộ mất ổn định nền đắp.
•

Thi cơng

Các thảm vải địa kĩ thuật được đặt ở cao trình quy định trong khi xây dựng
nền đắp.
•

Kiểm tra chất lượng

Kiểm tra sự phù hợp với đồ án (số lớp và vị trí các lớp vải ñịa kĩ thuật).
Kiểm tra vải ñịa kĩ thuật (cường độ chịu kéo, độ dãn dài).
•

Ưu điểm và tồn tại

Cải thiện cường độ chống trượt nhưng khơng chống được sự lún trồi.
•

Chú ý

Nên sử dụng các vật liệu địa kĩ thuật (vải ñịa kĩ thuật, lưới ñịa kĩ thuật …) có
cường độ cao, biến dạng tương đối nhỏ, lâu hóa già làm lớp thảm tăng cường của
nền đắp. Hướng dọc hoặc hướng có cường độ cao của lớp thảm phải thẳng góc với
tim đường, phải tận lượng bố trí thảm ở phần ñáy của nền ñắp.
Nền ñường tăng cường bằng lớp vải địa kĩ thuật khơng bị hạn chế bởibởi ñiều
kiện ñịa chất, nhưng khi ñất nền thiên nhiên càng yếu thì tác dụng của nó càng rõ.
Số lớp thảm tăng cường phải dựa vào tính tốn để xác định, có thể bố trí một hoặc
nhiều lớp (1 -4 lớp), mỗi lớp xen kẽ vật liệu ñắp dày 15-30cm.
Vật liệu lớp thảm tăng cường dù ở trong hoặc ngoài khối trượt đều phải có
đủ chiều dài neo giữ. Trong chiều dài ñoạn neo tỉ số của lực ma sát của ñất với mặt
trên và mặt dưới của lớp thảm Pf và lực kéo thiết kế của lớp thảm Pj phải thỏa mãn
yêu cầu sau:
Pf
Pj

> 1,5


23

Lực kéo thiết kế Pj là lực kéo làm vật liệu địa kĩ thuật dãn dài 10%.
Góc ma sát giữa lớp thảm và vật liệu ñắp φf nên dựa vào kết quả thí nghiệm
để xác định, nếu khơng làm được thí nghiệm thì có thể tính theo cơng thức sau:

tgφ f =

Trong đó:

2
tgφ q
3

φq là góc nội ma sát xác ñịnh bằng thí nghiệm cắt nhanh của

vật liệu ñắp tiếp xúc với lớp thảm.
1.4 Các biện pháp cải thiện ñất yếu dưới nền ñắp
1.4.1 ðào thay ñất xấu bằng ñất tốt
•

Mơ tả và ngun lí tác dụng

Việc thay đất là ñào bỏ ñất xấu ñể thay bằng ñất tốt và ñầm chặt. Việc thay
ñất này sẽ khó khăn hơn khi thi công dưới nước (trường hợp thường gặp dưới than
bùn) và thực tế chỉ giới hạn với các chiều sâu ñến vài mét. Mặt khác việc thay ñất
cũng thường ảnh hưởng đến mơi trường (phải tìm các chỗ lấy đất và các chỗ đổ
đất).
Việc thay thế tồn bộ hoặc một phần đất yếu bằng vật liệu có cường độ cao
hơn và ít biến dạng hơn sẽ khắc phục được tồn bộ hoặc một phần các vấn ñề về lún
và ổn đinh.
•

Phạm vi áp dụng

Các vị trí mà lớp đất gần bề mặt là nguyên nhân chính gây lún và mất ổn

ñịnh. Cần ưu tiên áp dụng kĩ thuật này với các đường ơ tơ mà lớp mặt là lớp hữu cơ
có biến dạng từ biến lớn, ảnh hưởng xấu đến kết cấu mặt đường.
Có thể áp dụng biện pháp đào thay ñất trong những trường hợp sau:
+

Khi thời gian ñưa cơng trình vào sử dụng là rất ngắn thì đây là một
giải pháp tốt để tăng nhanh q trình cố kết.


24

+

Khi các ñặc trưng cơ học của ñất yếu nhỏ mà việc cải thiện nó
bằng cố kết sẽ khơng có hiệu quả ñể ñạt ñược chiều cao thiết kế
của nền ñắp.

+

Khi cao ñộ thiết kế gần với cao ñộ thiên nhiên, khơng thể đắp nền
đường đủ dày để đảm bảo cường độ cần thiết dưới kết cấu mặt
đường.

ðể tính kích thước hợp lí nhất của phần đất đào bỏ đi cần xét ñến các ñiểm
sau:
+

Về mặt kinh tế: chỉ ñào tồn bộ lớp đất yếu khi chiều dày từ 2m
trở xuống. Thường thì giá thành đào thay đất xấp xỉ bằng giá thành
cọc cát, tuy nhiên tránh ñược thời gian chờ ñất cố kết.

+

Về chiều rộng thay ñất cần ñược xác định có xét đến khả năng mất
ổn định của phần đất yếu cịn lại trong khi thi cơng.

•

Thi cơng

Thường dùng máy xúc gầu ngược ñể ñào bỏ ñất yếu thay bằng đất tốt (đất cát
khơng nhạy cảm với nước) và lu lèn thành từng lớp.
1.4.2 ðường thấm thẳng ñứng
ðường thấm thẳng ñứng bằng giếng cát gồm một cột vật liệu thấm nước và
thoát nước tự do nằm trong một giếng thẳng ñứng ñược tạo thành trong ñất yếu và
một lớp cát ñệm rải trên nền thiên nhiên. Chức năng của giếng cát là làm thành một
tuyến thoát nước nhân tạo ñể tăng nhanh mức ñộ cố kết.
Khi chất tải trên lớp ñất yếu nước trong lỗ rỗng chịu một áp lực sinh ra một
gradient thủy lực và bị ñẩy ra đường giới hạn của lớp đất yếu. Nếu khơng có đường
thấm thẳng đứng thì thời gian nước thấm từ lỗ rỗng chứa nước tới bề mặt thấm
nước sẽ chậm hơn thời gian yêu cầu ñể ñạt một ñộ cố kết cho trước.
Giếng cát tạo thành một đường thốt nước nhân tạo gần nhất của nước lỗ
rỗng ñể tăng nhanh ñộ cố kết. ðể ñạt ñược mục tiêu này phải bố trí khoảng cách và


25

đường kính của giếng cát sao cho việc thốt nước và cố kết tăng nhanh và cho phép
ñạt mức ñộ cố kết mong muốn trong thời gian quy ñịnh.
1.4.3 Cột balat (cột vật liệu rời)

Từ những năm 1960 người ta bắt ñầu áp dụng kĩ thuật làm cột balat ñể gia cố
các nền ñất yếu bằng ñất sét hoặc á sét.
Cột balat thường được thi cơng thành hai bước (hình 2.12)
•

Khoan lỗ đường kính từ 0,6 – 1,0m, chiều sâu có thể đến 15 – 20m bằng
ống dùi chấn động. Ong dùi này là một ống hình trụ đường kính 3040cm, dài từ 2 đến 5m trong có bố trí một thiết bị chấn ñộng. Ống dùi
xuyên vào ñất dưới tác dụng của trọng lượng bản thân, của chấn ñộng
kết hợp với việc xói nước ở đầu dùi. Nước bùn xói sẽ được bơm hút lên
mặt đất và thốt đi.

•

Sau khi khoan lỗ xong thì lấp ngay vật liệu rời có góc nội ma sát lớn (ví
dụ đá balat) vào lỗ khoan.

Vật liệu rời sẽ lọt vào khoảng trống giữa dùi chấn ñộng và thành lỗ khoan rồi
tụt dần xuống mũi ống và ñược lèn chặt ở ñây. Tiếp tục nâng thiết bị chấn ñộng lên
chầm chậm sao cho dưới tác dụng của chấn động hình thành một cột vật liệu rời
ñược nén chặt từ dưới lên trên gọi là cột balat.
Cột balat thường có tiết diện thay đổi theo chiều cao: tiết diện của cột sẽ to ra
ở những lớp đất mềm hơn, do đó số lượng vật liệu rời sử dụng cũng thay ñổi theo.
Nền ñất ñược xử lí theo phương pháp này thường gồm các cột balat phân bố
đều mỗi cột diện tích khoảng 5m2. Các cột này có mơđun biến dạng cao hơn nhiều
so với mơđun của nền đất thiên nhiên vì vậy khi tác dụng tải trọng lên mặt đất đã
gia cố thấy có sự tập trung tải trọng trên các cột balat. Vật liệu của cột sẽ làm việc
tương tự như trong thiết bị nén ba trục: áp lực hông do tác dụng của nền ñất thiên
nhiên và tải trọng dọc trục tác dụng từ trên bề mặt.
Xử lí bằng cột balat có thể tăng ñộ ổn ñịnh của nền ñất thiên nhiên lên nhiều
cũng như giảm được độ lún của cơng trình một cách ñáng kể.