Nghiên cứu giải pháp nền móng hợp lý cho công trình nhà từ 3 6 tầng trên nền xét yếu có xét đến ảnh hưởng của ma sát âm tại khu vực quận 7 tp hồ chí minh

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
WX

NGUYỄN NGUYÊN THÁI

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP NỀN MÓNG HP LÝ CHO
CÔNG TRÌNH NHÀ TỪ 3-6 TẦNG TRÊN NỀN SÉT
YẾU CÓ XÉT ĐẾN ẢNH HƯỞNG CỦA MA SÁT ÂM
TẠI KHU VỰC QUẬN 7, TP.HCM

Chuyên ngành :
Mã số ngành:

CÔNG TRÌNH TRÊN ĐẤT YẾU
31.10.02

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 08 năm 2004


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

Cán bộ hướng dẫn khoa học1

: 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 06 tháng 09 naêm 2003


Lời cảm ơn
Để có kết quả ngày hôm nay, tôi xin chân thành biết ơn đến tất cả
Thầy Cô đã truyền đạt kiến thức và hướng dẫn giúp đỡ hoàn thành
Luận văn thạc só:
* Giáo sư - Tiến só Khoa học
Chủ nhiệm ngành

Lê Bá Lương

* Giáo sư - Tiến só Khoa học

Nguyễn Văn Thơ

* Tiến só
Phó Chủ Nhiệm Khoa KTXD

* Tiến só

Châu Ngọc Ẩn
Lê Bá Vinh

* Thạc só
Chủ Nhiệm Bộ Môn

Võ Phán

* Phó giáo sư - Tiến só

Trần Thị Thanh

* Tiến só

Cao Văn Triệu

* Tiến só

Lê Bá Khánh

* Phó giáo sư -Tiến só

Nguyễn Quang Điển

* Viện só - Tiến só

Nguyễn Văn Đáng

* Tiến só

Ngô Trần Công Luận

Xin chân thành biết ơn Tiến Só Lê Bá Vinh và Giáo sư – Tiến só Khoa
học Lê Bá Lương đã tận tình hướng dẩn để hoàn thành Luận Văn Thạc
Só này
Xin tỏ lòng cảm ơn lãnh đạo và tập thể các Thầy Cô Phòng Đào Tạo
Sau Đại Học đã giúp đỡ trong suốt khóa đào tạo
Xin chân thành biết ơn đến Thầy Cô bộ môn Cơ học đất – Nền và
móng công trình, Bạn đồng nghiệp xa gần, Gia đình đã hết lòng giúp
đỡ và tạo điều kiện thuận lợi trong quá trình học tập và hoàn thành
luận văn


PHẦN I
NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN


PHẦN II
NGHIÊN CỨU
ĐI
ĐISÂ
SÂ
UU&PHÁ
PHÁ
TTTRIỂ
TRIỂ
NN

PHẦN III
NHẬN XÉT, KẾT LUẬN
& KIẾN NGHỊ



TÓM TẮT LUẬN VĂN
Tên đề tài:
Nghiên cứu giải pháp hợp lý cho công trình nhà từ 3-6 tầng trên nền sét yếu
có xét ảnh hưởng của ma sát âm tại khu vực Q7, TP.HCM
Tóm tắt :
Nội dung của luận văn nhằm tìm kiếm giải pháp nền và móng thích hợp
cho các công trình nhà từ 3-6 tầng, loại công trình chiếm tỉ lệ lớn tại Q7,
TP.HCM.
Qua phân tích các giải pháp nền móng đối với công trình có tải trọng tương
đương 3 tầng ứng với chiều dày lớp đất yếu tại khu vực Q7, tác giả đã chọn
giải pháp móng bè trên nền đất đã xử lý cố kết bằng bấc thấm. Lý do bấc
thấm được chọn thay cho giếng cát được giải thích như sau: bấc thấm cố kết
tốt, thời gian thi công nhanh, có tính công nghiệp cao, ít xáo động đất nền
... Bên cạnh đó, móng bè là loại móng nông nên có thể tiết kiệm được chi
phí và thời gian thi công so với các loại móng sâu. Trong trường hợp chiều
dày lớp đất yếu là 8m, nên sử dụng giải pháp móng băng trên đệm cát kết
hợp cừ tràm để tiết kiệm thời gian gia tải.
Đối với công trình có tải trọng tương đương 4-6 tầng, giải pháp được sử
dụng là cọc bê tông cốt thép tiết diện 25x25cm với chiều dài cọc thay đổi.
Tác giả cũng phân tích ảnh hưởng của lực ma sát âm đến khả năng chịu tải
của cọc cũng như sự thay đổi giá trị của lực ma sát âm khi chiều dài lớp đất
yếu thay đổi. Từ đó, đề xuất các giải pháp xử lý lực ma sát âm
Để tăng sức chịu tải của cọc do ảnh hưởng của lực ma sát âm có thể tăng

chiều dài cọc, độ tăng thêm này phụ thuộc chủ yếu vào chiều dày của lớp
đất yếu và các đặc trưng cơ lý của lớp đất chứa mũi cọc. Bên cạnh đó, có
thể sử dụng các giải pháp khác để hạn chế ảnh hưởng của lực ma sát âm :
tạo lớp phủ mặt ngoài cọc, gia tải nén trước…


SUMMARY
Thesis: study the resonnable foundations for buildings from 3-6 storeys on
the weak clay base with the effect of negative friction in district 7, HCM
City.
Summary :
The purpose of this thesis is to find out the suitable foundations and its base
for buildings from 3-6 storeys, the kind that occupys a big portion in district
7, HCM City.
Through the analysis of the foundation solutions for the 3-storey buildings,
the author suggest using the mat foundation on the base which is treated
with PVDs. The reason that PVDs are chosen instead of saindy drains can
be clarified : good consolidation, quick execution, less smear to the soil,
with mass production ... Besides, the mat foundation is the shadow one so
we can save cost and time compared with deep foundation. In case that the
weak layer is 8m, we can use the spread foundation on sand mat and
“traøm” piles for not preloading.
For 4-6 storey buildings or equavalent loads, we have to use the pile
foundation with dimension 25x25cm and the pile length varies. The author
also analyse the effect of the negative friction force to the bearing capacity
of the piles. And thenceforth, the solutions for negative friction are
promoted.
In order to increase the bearing capacity of the pile from the effect of the
negative friction, we can increase the pile length, the increase depends on
the length of the weak layer and the chatacters of the layer below.

Furthermore, we can use other methods such as: covering the pile with
bitumen, preloading…


1. Đặt vấn đề nghiên cứu ..................................................................................... 1
2. Giới hạn của đề tài ........................................................................................... 2
PHẦN I : NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN
NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ CÁC GIẢI PHÁP NỀN MÓNG HP LÝ CHO
CÔNG TRÌNH NHÀ TỪ 3-6 TẦNG TRÊN NỀN SÉT YẾU CÓ XÉT ẢNH
HƯỞNG CỦA MA SÁT ÂM
1.1. Tổng quan về tình hình nghiên cứu các giải pháp nền móng công trình trên
nền sét yếu bão hòa nước .................................................................................... 3
1.2. Tổng quan về các trường phái nghiên cứu tính toán nền móng,
các mô hình nền ................................................................................................... 6
1.2.1 Các trường phái nghiên cứu tính toán nền móng ......................................... 6
1.2.2 Các loại mô hình nền đã và đang nghiên cứu.............................................. 6
1.23 Sự biến đổi các đặc trưng cơ lý của đất sét yếu do hiện tượng
cố kết đất nền .................................................................................................... 10
1.3. Các giải pháp nền móng thường dùng trong điều kiện đất yếu .................. 13
1.3.1 Giải pháp kết cấu bên trên ........................................................................ 13
1.3.2 Giải pháp về nền móng ............................................................................. 14
1.3.3 Biện pháp cải tạo đất nền công trình ........................................................ 14
PHẦN II : NGHIÊN CỨU ĐI SÂU VÀ PHÁT TRIỂN

NGHIÊN CỨU CÁC ĐẶC TRƯNG CƠ LÝ CƠ BẢN CỦA ĐẤT SÉT YẾU LIÊN
QUAN ĐẾN HIỆN TƯNG MA SÁT ÂM Ở KHU VỰC
QUẬN 7. TP.HCM
2.1. Đất yếu ở TP.HCM và Q7 ........................................................................... 19
2.2. Khái quát tình hình địa hình – địa chất TP.HCM ....................................... 29

2.3 Thống kê số liệu địa chất ............................................................................. 34
2.4 Các đặc trưng cơ bản của đất sét yếu ở khu vực Q7 .................................... 40
2.5 Nhận xét về địa chất công trình ở TP.HCM và khu vực Q7 ......................... 41
2.6 Một số mặt cắt địa chất tiêu biểu ................................................................ 43

NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP CẤU TẠO ĐỂ XỬ LÝ NỀN MÓNG CHO
CÔNG TRÌNH NHÀ TỪ 3-6 TẦNG TRÊN NỀN SÉT YẾU CÓ XÉT ẢNH
HƯỞNG CỦA MA SÁT ÂM Ở QUẬN 7
3.1 Giải pháp giếng cát kết hợp gia tải trước .................................................... 47
3.2 Xử lý nền bằng bấc thấm kết hợp gia tải trước ............................................ 54
3.3 Móng bè trên nền đã gia tải trước kết hợp bấc thấm .................................... 60
3.4 Giải pháp móng băng trên đệm cát kết hợp cừ tràm cho
công trình nhà 3 tầng (dùng cho trường hợp chiều dày lớp đất yếu 8m) ...... 62
3.5 Móng cọc bê tông cốt thép ........................................................................... 63

NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN MỘT SỐ GIẢI PHÁP NỀN MÓNG CHO CÔNG
TRÌNH NHÀ TỪ 3-6 TẦNG TRÊN NỀN SÉT YẾU CÓ XÉT ẢNH HƯỞNG
CỦA MA SÁT ÂM Ở QUẬN 7
4.1 Giải pháp móng bè trên nền đã gia tải trước kết hợp bấc thấm ................... 65
4.3 Móng băng trên đệm cát kết hợp cừ tràm cho công trình nhà 3 tầng
( dùng cho trường hợp lớp đất yếu dày 8m ) ................................................. 82
4.3 Trình tự tính toán móng cọc BTCT............................................................... 83

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MA SÁT ÂM ĐẾN SỨC CHỊU TẢI CỦA
CỌC BÊ TÔNG CỐT THÉP Ở KHU VỰC Q7, TP.HCM
5.1 Hiện tượng ma sát âm của cọc BTCT ở khu vực Quận 7, TP.HCM ............. 87
5.2 Xác định chiều dài đoạn cọc chịu ảnh hưởng bởi lực ma sát âm (Lf) và
trị số lực ma sát âm ...................................................................................... 96
5.3 Tính giá trị lực ma sát âm dựa trên quan điểm cố kết đất nền .................. 105

5. 4 Lực ma sát âm theo thời gian.................................................................... 106
5.5 nh hưởng của ma sát âm đến sức chịu tải của cọc đơn ........................... 109
5.6 Chuyển vị của cọc đơn khi chịu lực ma sát âm ......................................... 113
5.7 Thiết kế cọc có xét ảnh hưởng ma sát âm ................................................ 114
5.8 Các kiến nghị để khắc phục hiện tượng m a sát âm ở cọc bê tông cốt thép ở
khu vực Q7, TP.HCM ....................................................................................... 116

ỨNG DỤNG NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN CÁC CÔNG TRÌNH CỤ THỂ
6.1.Giải pháp móng bè trên nền xử lý bằng bấc thấc kết hợp gia tải trước cho
công trình nhà 3 tầng ........................................................................................ 118
6.2 Móng băng trên đệm cát kết hợp cừ tràm cho công trình nhà 3 tầng
( dùng cho trường hợp lớp đất yếu dày 8m ) ............................................... 126
6.3 Giải pháp móng bê tông cốt thép có xét ảnh hưởng của ma sát âm cho công
trình nhà từ 4-6 tầng ......................................................................................... 130
PHẦN III : NHẬN XÉT, KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
NHẬN XÉT, KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
7.1. Các nhận xét, và kết luận ........................................................................ 151
7.3. Hướng nghiên cứu tiếp theo ...................................................................... 153


-1-

MỞ ĐẦU

1. ĐẶT VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU :
TP Hồ Chí Minh là một không gian nhỏ bé so với cả nước, nhưng cái
không gian đó đã chiếm một trong những vị trí then chốt, rất mực quan trọng của
Việt Nam. Trong sự phát triển của đất nước, TP Hồ Chí Minh đóng vai trò quan

trọng, phát triển hàng đầu, góp phần thúc đẩy sự phát triển của cả nước . Sự phát
triển kinh tế -xã hội của Thành Phố thúc đẩy sự hình thành nên những khu dân cư
mới, những quận mới thành lập tạo, những điều này tiền đề cho sự tiếp tục phát
triển của Thành Phố. Trong số những quận mới được thành lập, Quận 7 là một
trong những nơi có tốc độ đô thị hoá cao nhất Thành Phố với hàng loạt các khu
dân cư của các công ty kinh doanh nhà như: Phú Mỹ Hưng, Nam Long, Kiến
Á…trong đó các công trình từ 3-6 tầng chiếm tỷ lệ lớn.
Hiện nay có thể dẫn ra hàng loạt công trình xây dựng dân dụng và công
nghiệp đã và đang được triển khai xây dựng trên vùng đất sét yếu bảo hoà nước
tại Q7 và các khu vực lân cận như : khu đô thị mới Phú Mỹ Hưng, khu nhà ở Nam
Long, khu dân cư Phú Mỹ, nhà máy điện Hiệp Phước…Địa chất khu vực này thuộc
loại đất sét yếu bảo hòa nước, không thuận lợi cho việc xây dựng, thường có các
đặc điểm sau: hệ số rỗng lớn, độ ẩm tự nhiên rất cao, khả năng chịu tải thấp… nói
chung là không thể xây dựng công trình trực tiếp mà không có biện pháp xử lý
nền.
Các hiện tượng hay sự cố nền móng xảy ra tại các công trình xây dựng ở Thành
phố Hồ Chí Minh đều có liên quan đến khả năng chịu lực lâu dài của đất nền và
việc lựa chọn giải pháp nền móng hoặc sơ đồ tính chưa hợp lý.

Như vậy việc nghiên cứu đề tài này là cần thiết cho các công trình xây dựng trên
nền đất yếu.


-2-

2. GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI
- Tài liệu nghiên cứu cho công trình trên đất yếu còn ít, tài liệu địa chất chỉ có ở
một số vị trí đại diện.
- Chưa nghiên cứu được tất cả các giải pháp khác, đặc biệt cho các toà nhà cao
tầng hơn (10 tầng)

-3-

CHƯƠNG 1
XœW
NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ CÁC GIẢI PHÁP NỀN MÓNG HP
LÝ CHO CÔNG TRÌNH NHÀ TỪ 3-6 TẦNG TRÊN NỀN SÉT YẾU
CÓ XÉT ĐẾN ẢNH HƯỞNG CỦA MA SÁT ÂM
1.1 TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU CÁC GIẢP PHÁP NỀN
MÓNG CÔNG TRÌNH Ở TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC TRÊN NHỮNG
VÙNG ĐẤT SÉT YẾU BÃO HÒA NƯỚC
Khi ngành xây dựng càng phát triển thì vùng đất dùng cho xây dựng càng
trở nên thu hẹp dần. Vùng đất được coi là yếu hoặc xấu từ trước đến nay cần
phải có những biện pháp gia cố để sử dụng mục đích công trình. Các tài liệu nói
về vùng đất yếu nói chung nói chung tuy có nhiều nhưng khái niệm về đất yếu
còn rất tản mạn, cho nên việc hệ thống hoá các kết quả nghiên cứu về loại đất
yếu, dù chỉ mới sơ lược nhưng cũng rất cần thiết.
Việc phân loại đất yếu chủ yếu dựa vào kinh nghiệm đã được đúc kết
trong quá trình xây dựng công trình. Theo đó đất yếu là những loại đất sau đây:
Đất bùn các loại (bùn ở biển, ao hồ, đất phù xa...), đất sét ở trạng thái dẽo mềm,
dẽo chảy và chảy. Chúng thường có khả năng chịu lực thấp ( 0,5-1 KG/cm2 ), ít
khi lớn hơn, biểu hiện qua các chỉ tiêu cơ lý: góc nội ma sát nhỏ thường trong
khoảng (40 – 80 ), lực dính đơn vị nhỏ ( 0,05 – 0,1) KG/cm2 . Đặc điểm biến dạng
của các loại đất yếu này là mô đun biến dạng tổng quát của đất E0 < 50 kg/cm2,
độ lún này là do cố kết của đất và kéo dài theo thời gian. Đất yếu hầu như hoàn
toàn bão hoà nước, hệ số rỗng lớn (ε >1). Việc xây dựng công trình trên những
vùng đất này khó có thể thực hiện được nếu không có biện pháp xử lý.
Trong những thập kỷ 40 – 50 , tại những vùng đất yếu thì giải pháp nền
móng cho việc xây dựng các công trình dân dụng và công nghiệp là đào lên và

chuyển đi các lớp đất yếu của nền công trình. Điều đó dẫn đến việc làm tăng
khối lượng đào đất và làm tăng chi phí công trình lên rất nhiều. Vấn đề hết sức
bức thiết là phải nghiên cứu bản chất hoá lý của các loại đất yếu để có giảp
pháp phù hợp sử dụng chúng làm nền móng công trình xây dựng.
Trong những năm gần đây đã có hàng loạt những công trình nghiên cứu
đặc điểm tính chất của đất yếu và phương pháp xây dựng công trình trên vùng
đất này. Trong đó phải kể đến các tác giả: B.I Đalmatov, M.IuAbeliev, A Vilo,
N.N Mararescul, N.Ia Denhixov, A.Klarionov, D.T Bergado...Những tác giả này
đã đóng góp công sức trong lónh vực sử dụng đất yếu để làm nền các công trình
xây dựng dân dụng và công nghiệp. Ngoài ra còn phải kể đến các công trình


-4nghiên cứu của các tác giả P.D.Evđokimov, A.A.Nhichiprovich, V.M.Xamarin,
N.A.Craxinhicov, các tác giả này đã tập trung nghiên cứu vùng đất yếu làm nền
cho các công trình kỹ thuật thuỷ lợi và cải tạo đất. Các công trình nghiên cứu
của V.F Babcov, G.I.Gluscov và các tác giả khác trong lónh vực thiết kế và xây
dựng công trình sân bay, phi cảng trong những điều kiện địa chất phức tạp mà
trong điều kiện thông thường không thể thực hiện được.

Hình1.1 Lún nền công trình tại bờ sông - khu vực Quận 7, TP.HCM
Ở nước ta, trong thời gian qua vấn đề xây dựng công trình trên nền đất yếu cũng
được tăng cường nghiên cứu, nhất là trong lónh vực xây dựng những công trình
dân dụng và công nghiệp ở những vùng đất có khả năng chịu tải kém, những đặt
tính đất yếu các loại. Qua những vấn đề nghiên cứu đó cũng đã thu được nhiều
kết quả q báu trong lónh vực này để đưa ra những giải pháp sử dụng hợp lý các
loại đất yếu làm nền các công trình dân dụng công nghiệp, thủy lợi giao thông
vận tải và công trình quốc phòng. Các nhà nghiên cứu Việt Nam tiếp tục ra sức
phấn đấu nghiên cứu để giải quyết những vấn đề gắn kiền với điều kiện cụ thể
với địa chất Việt Nam. Trong lónh vực cải tạo nền đất sét yếu phải kể đến các
công trình của các tác giả: Lê Bá Lương , Hoàng Văn Tân , Pierre Lareal,

Nguyễn Văn Chiêu, Vũ Đức Lục, Nguyễn Văn Quảng, Bùi Anh Định…Các tác
giả có xu thế tập trung nghiên cứu hiện tượng cố kết thấm có xét đến từ biến của
đất sét. Trong lónh vực nghiên cứu các giải pháp nền móng hợp lýcũng có rất
nhiều tác giả nghiên cứu và cũng gặt hái được thành công bước đầu phục vụ ứng
dụng trong công tác thiết kế và thi công nền móng cho ngành xây dựng Việt
Nam. Hầu hết các công trình nghiên cứu của nhiều tác giả trên nhiều quốc gia
khác nhau nghiên cứu công trình của mình điều dựa trên lý thuyết cổ điển về cơ


-5học đất của K.Terzaghi, O.Xkemton. Tất cả các công trình nghiên cứu trên
chúng ta có thể rút ra những kết luận quan trọng sau đây:
-Tất cả các công trình khoa học trên đây của nhiều tác giả đã đề cập đến
nhiều vấn đề khác nhau, trong đó có những vấn đề liên quan đến xây dựng công
trình trên những vùng đất sét yếu bão hòa nước, đặc biệt trong lónh vực cơ học
đất nền móng công trình và địa chất công trình.
-Để tìm được một giải pháp nền móng hợp lý cho việc thiết kế và thi công
xây dựng các công trình dân dụng và công nghiệp ở những vùng đất yếu, cần
phải tiến hành nghiên cứu nhiều vấn đề độc lập, mỗi vấn đề là một đối tượng
nghiên cứu rõ ràng. Trong đó khâu quan trọng là nghiên cứu độ bền và sự biến
dạng của bản thân đất sét yếu bão hòa nước dùng làm nền các công trình dân
dụng và công nghiệp dưới tác dụng của tải trọng công trình theo thời gian, cũng
như việc lựa chọn hợp lý mô hình nền để mô tả quan hệ giữa ứng suất và biến
dạng của đất nền thuộc loại đất sét yếu bão hòa nước dưới công trình, và vận
dụng mô hình đó để giải quyết bài toán nền trong từng trường hợp cụ thể.
-Các biện pháp xử lý nền móng đều là nhằm mục đích làm tăng sức chịu
tải và giảm tính nén lún của nó. Biện pháp xử lý nền có thể phân chia làm 3 loại
chính:
+ Biện pháp cơ học: Có phương pháp làm tăng độ chặc nền bằng đầm, bằng
chấn động, phương pháp làm chặt nền bằng các loại cọc, phương pháp thay đất,
phương pháp nén trước…

+ Biện pháp vật lý: Phương pháp hạ mực nước ngầm, phương pháp dùng giếng
cát, phương pháp điện thấm.
+ Biện pháp hoá học: Phương pháp keo kết bằng xi măng, phương pháp silicát
hóa, phương pháp điện hóa.

Hình 1.2 Lún bậc thềm công trình tại khu vực Quận 7, TP.HCM


-61.2 TỔNG QUAN CÁC TRƯỜNG PHÁI NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN NỀN
MÓNG, CÁC MÔ HÌNH NỀN
1.2.1 CÁC TRƯỜNG PHÁI NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN NỀN MÓNG
Hiện nay có 2 trường phái tính toán nền móng chính dựa vào cơ sở những lý
thuyết như sau:
-Trường phái toán cơ: Mô hình hoá sự làm việc của các phân tố đất nền từ các
mô hình cơ bản của đất nền từ các mô hình cơ bản của vật thể đàn hồi(Hook),
vật thể nhớt(Newton), vật thể dẻo (Saint venant)…liên kết thành các mô hình lưu
biên phức tạp. Từ việc giải các mô hình này tác giả đưa ra các phương trình vi
phân cơ bản để tính toán nền móng.
-Trường phái độ ẩm – độ chặt: đây là trường phái của Maslov, từ thí nghiệm
thực tế mẫu đất dưới công trình để tính toán tương đương khi chịu tải thực tế với
quan điểm độ ẩm – độ chặt của đất nền thay đổi sẽ làm thay đổi khả năng chịu
tải của nó.
1.2.2 CÁC LOẠI MÔ HÌNH NỀN ĐÃ VÀ ĐANG NGHIÊN CỨU
a. Mô hình nền biến dạng cục bộ: đây là loại mô hình đơn giản nhất và thích
hợp với các loại đất yếu
a1. Mô hình nền một thông số (Cz) (Mô hình nền Winkler)
Theo giả thiết của Winkler , ta có:
P=Cz.S, với Cz là hệ số nền theo phương thẳng đứng được xác định dựa vào kết
quả thí nghiệm bàn nén hiện trường.
Theo đềnghị của các giáo sư Terzaghi và Peck:

+ đối với đất rời:
Cz = Cz0.3m [

b + 0.3m 2
]
2b

+ đối với đất dính(sét, sét pha, cát pha):
Cz = Cz0.3m [

0.3m
]
b

Trong đó:
Cz0.3m : hệ số nền được xác định ứng với bề rộng bàn nén là 0.3m
b: bề rộng móng
* hệ số Cz cũng có thể xác định theo cách khác
-Theo Vesic:
Cz =0.65 12

E

0

EJ

E

b4

O

b(1 − µ )
o

-Theo các tác giả khác:
Cz =

E

0

(1 − µ )
O

H (1 + µ )(1 − µ )
O
o

2

=

EO

b(1 − µ )
o
2

-7Eo : module biến dạng của đất nền
µ : hệ số poisson của nền đất
o

H : phạm vi chịu nén
Mô hình nền Winkler có thiếu sót là không kể đến tính phân phối của đất và
hệ số nền CZ Không có ý nghóa vật lý rõ ràng. Ngay cả đối với một lọai đất, CZ
cũng biến đổi phụ thuộc hình dạng, kích thước đáy móng, tải tác dụng…
a2. Mô hình nền 2 thông số (CZ và CX)
Theo P.L.Pasternak biến dạng của nền được thể hiện qua hai hệ số nền : hệ số
nền chịu nén CZ cho liên hệ giữa phản lực nền thẳng đứng và độ lún; hệ số nền
chịu cắt CX cho liên hệ giữa ứng suất cắtcủa nền với sự biến đổi của độ lún
hệ số CX được xác định theo biểu thức
CX =

T
F .∆

trong đó:

T: lực ngang tác dụng
F: diện tích đế móng
∆: chuyển vị ngang
giải bài toán về bán không gian đặc trưng bởi 2 hệ số nền CZ và CX chịu tác
dụng của lự tập trung P trênbề mặt, ta được độ lún u của nền là:
y(x) =

P
K 0 (x); với K 0 (x) là hàm số Bessel loại 2 cấp 0.

2πC X

a3. mô hình nền 3 thông số : CZ, CX, Cϕ
Mô hình nền 3 thông số khi có lự thẳng đứng, lực ngang và mômen uốn tác dụng
đồng thời:
hệ số Cϕ được xác định theo biểu thức:
Cϕ =

M
ϕ .J

Trong đó

M: mômen uốn
ϕ : góc xoay dưới đế móng
J: mômen quán tính của tiết diện móng

b. Mô hình nền bán không gian đàn hồi vô hạn
Mô hình nền bán không gian đàn hồi vô hạn mang tích chất tổng quát cho nền
đất tốt đặc trưng bởi mun biến dạng E o và hệ số poisson µ o
Đặc trưng biến dạng E o của mô hình này có thể xác định dựa vào kết quả thí
nghiệm trong phòng hoặc thí nghiệm hiện trường.
Dùng kết quả lý thuyết đàn hồi ta có phương trình
-trường hợp bài toán không gian, theo lời giải của Boussineq ta coù


-8y=

P(1 − µ

πEO d

2
O

trong đó: E o , µ o : mô đun biến dạng và hệ số poisson của nền
d: khoảng cách từ điểm đang xét đến điểm lực tác dụng
-trường hợp bài toán phẳng: theo lời giải Flaman ta có độ lún điểm A so với
điểm B là:
2(1 − µ )
2

y=P

πEO

O

ln

D
d

mô hình nền bán không gian đàn hồi đã xét đến tính phân phối của đất, vì vậy
mô hình này còn gọi là mô hình biến dạng tổng quát. Nhưng điều này cũng
chính là thiếu sót chủ yếu của nó vì đã đánh giá quá cao tính phân phối của đất,
dẫn đến trị số nội lực trong kết cấu tính theo mô hình này rất lớn, kích thước mặt
bằng càng lớn thì sự ảnh hưởng này là đáng kể.
c. Mô hình nền lớp đàn hồi hữu hạn
Khi dưới lớp đất chịu lực gặp nền đá hoặc lớp đất sét cứng, có thể xác định

chuyển vị của đất nền qua biểu thức sau đây:
2
qc
(1 − µ ) K I
O
πEO
 c x
K I =F  ,  được tra bảng do tác giả Sexter đề nghị, mô hình này được dùng để
H c

Si =

tính toán móng cho các công trình thuỷ lợi
d. Mô hình nền biến dạng phi tuyến và không đồng nhất
Mô hình này xét đến tính chất biến dạng phi tuyến của đất nền khi tải trọng
công trình tác dụng lớn và tính không đồng nhất của đất nền
1

σ i =A ε In (n>1)

A=AmZn (m ≠ n)
Trong đó σ i =

2
(σ 1 − σ 2 ) 2 + (σ 2 − σ 3 ) 2 + (σ 3 − σ 1 ) 2 =
2

I 1 = σ 1 + σ 2 +σ 3 , I 2 = σ 1 .σ 2

ε

=
i

2

2(1 + µ )

+ σ 2 .σ 3 +σ 3 .σ 1

(ε1 − ε 2 ) 2 + εσ 2 − ε 3 ) 2 + (ε 3 − ε1 ) 2

o

σi

- cường độ ứng suất

ε

- cường độ biến dạng

i

σ 1 , σ 2 , σ 3 -thành phần ứng suất chính

I

2
1

− 3I 2


-9-

ε ,ε ,ε
1

2

-các thành phần biến dạng chính ứng với σ 1 , σ 2 , σ 3

3

Dạng mô hình này có tính chất tổng quát thích hợp với công trình lớn và điều
kiện địa chất phức tạp.
e. Mô hình nền đàn hồi dẻo
Để xét đến điều kiện của đất nền làm việc ngoài giới hạn đàn hồi dưới tác dụng
của tải trọng công trình, mô hình nền được mô tả liên quan đến đề nghị sau:

ε =σ

k xσ
− K .σ + K
2

i

tb

1

1

1

c

Trong đó:
Kc = C.cotgϕ,
K1 và K2 là các hệ số được xác định qua kết quả thí nghiệm trên máy nén 3 trục
đối với mỗi loại đất
Nếu kể đến sự làm việc của đất nền ngoài giới hạn đàn hồi, chắc chắn sẽ dẫn
đến việc xác định kích thước móng hợp lý và kinh tế hơn.
f. Mô hình nền lưu biến
Để xét đến yếu tố thời gian dưới tác dụng của tải trọng với môi trường đất dính,
các dạng mô hình lưu biến được xây dựng dựa vào kết quả thực nghiệm đối với
từng loại đất.
Phương trình cơ bản biểu diễn đối với đất nền có tính chất lưu biến như sau:
F(σ i ,ε i , t ) = 0

Hình 1.3 Lún nền tại các tường rào công trình- khu vực Quận 7, TP.HCM


-101.2.3 SỰ BIẾN ĐỔI CÁC ĐẶC TRƯNG CƠ LÝ CỦA ĐẤT SÉT YẾU DO
HIỆN TƯNG CỐ KẾT ĐẤT NỀN
Trong thực tế tính toán, khi nền chịu tác dụng của tải trọng thì các đặc trưng cơ
lý sẽ biến đổi với mức độ, đặc điểm tùy thuộc rất nhiều vào thành phần đất, giá
trị tải trọng, Sự biến đổi này chính là do quá trình cố kết của đất nền, là sự phát

triển theo thời gian của quá trình nén chặt đất trong thời gian lâu dài dưới tác
dụng của tải trọng tónh.
Hiện có hai trường hướng lớn nghiên cứu về hiện tượng cố kết của đất, xác định
sự nâng cao sức kháng cắt, độ bền của đất dính bão hòa nước đó là trường hướng
dựa vào lý thuyết độ ẩm-độ chặt của Maslov và trường hướng dựa vào sự biến
đổi áp lực nước lỗ rỗng trong đất theo lý thuyết cố kết của Terzaghi.
a. Trường hướng độ ẩm-độ chặt:
i) các nguyên tắc cơ bản:
Theo quan niệm của lý thuyết này: quá trình thoát nước ra khỏi đất dưới tác
dụng của tải trọng công trình và trọng lượng bản thân đất làm cho đất nền bị lún
đồng thời làm tăng độ bền và khả năng chịu tải của đất. Để hiểu rõ hơn về quan
niệm này ta tìm hiểu các nguyên tắc về consolidation như sau:
Nguyên tắc1 : trong những điều kiện giống nhau, quá trình conso xảy ra ở trong
nền công trình tương tự trên mẫu đất ở trong phòng thí nghiệm.
Nguyên tắc2: hai lớp đất có chiều dày khác nhau H1 và H2 có độ ẩm ban đầu
Wd giống nhau, chịu áp lực giống nhau, có điều kiện thoát nước như nhau, khi
đạt tới cùng độ ẩm, độ chặt W thì : Thời gian cố kết T1 và T2 liên hệ với nhau
theo công thức:
T1(w) = T2(w).(H1/H2)n
H1, H2 : phản ảnh không gian của hai lớp đất nghiên cứu
T1, T2 : phản ảnh thời gian của hai lớp đất nghiên cứu
n:
: chỉ tiêu cố kết của đất sét phụ thuộc vào độ sệt, chỉ số dẻo của đất.
Theo kết quả nghiên cứu của GS.TSKH. Lê Bá Lương:
+ n=2
: đất ở trạng thái nhão (IL=1)
+ n=2
: đất ở trạng thái cứng (IL=0)
khi đất ở các trạng thái khác thì n được xác định theo công thức:
+ n = -0.75Spw + 2

Spw : sức chống cắt của đất từ thí nghiệm cắt cánh hiện trường
+ n = aαIp + bα
α = 1-IL
aα, bα : các thông số xác định bằng thí nghieäm


-11tính toán thời gian cố kết thực tế (T) của đất nền dựa vào thời gian cố kết của
mẫu đất (t) ở trong phòng thí nghiệm như sau:
T =t(D/h)n
Trong đó : h-chiều cao mẫu đất thí nghiệm
D-chiều dày vùng hoạt động về cố kết.
-Nguyên tắc 3: quá trình cố kết và từ biến của đất nền xảy ra theo 2 giai đoạn
Giai đoạn 1: giai đoạn cố kết, chủ yếu là vắt ép nước ra khỏi đất
Giai đoạn 2: giai đoạn từ biến, chủ yếu là do ứng suất pháp gây ra
-Nguyên tắc 4:
Hiện tượng từ biến do ứng suất pháp là quá trình sắp xếp các phần tử nước liên
kết sung quanh hạt rắn theo xu hướng làm tăng mật độ của chúng.
ii) Sự thay đổi các đặc trưng biến dạng của đất theo thời gian:
trong quá trình nén lún do cố kết của đất nền dưới một cấp tải trọng nhất định,
hệ số rỗng e của đất ngày càng giảm thể hiện trong công thức sau:
e=

∆ (1 + 0.01W )

γ

−1

w

tương tự, hệ số nén lún a và mô đun niến dạng Eo là các đai lượng phụ thuộc
vào hệ số rỗng của đất nên nó cũng thay đổi theo trong quá trình cố kết
iii) Sự thay đổi các đặc trưng độ bền của đất theo thời gian:
Thí nghiệm trong phòng xác định: biểu đồ biến đổi độ ẩm theo thời gian W=f(t)
dưới một cấp tải trọnh nhất định; trị biểu đồ Spw =f(w) , ϕ w =f(w), cw=f (w)
Dựa vào các biểu đồ xác định các thông số cần thiết.
Tính toán thời gian Tw để đạt đến độ ẩm tính toán Wt, từ đó đạt đến trị

ϕ

w

, cw

tính toán của nền đất có chiều dày H theo nguyên tắc 4
Theo nguyên cứu của GS. TSKH Lê Bá Lương, trong trường hợp đất bảo hòa
nước, mức độ cố kết của đất nền Ut thuộc độ ẩm – độ chặt của đất nền :
Ut= wd

− wt

d

c

w −w

Hay Wt = Wd –(Wd-Wc)Ut
Độ lún tính theo lý thuyết độ ẩm-độ chặt được tính toán theo công thức
S=

w −w
1
+ wd
∆

∆

Wd,Wc

d

c

-tỷ trọng hạt rắn
-độ ẩm đầu tiên và độ ẩm cuối cùng ứng với thực tế tính tn


-12b. Trường hướng áp lực nước trong lỗ rỗng:
i)Cơ sở lý thuyết: nguyên cứu sự thay đổi áp lực nước trong lỗ rỗng của đất trong
quá trình cố kết thấm , xác định độ cố kết và độ lún của đất nền theo thời gian .
Để đơn giản hóa tính toán, các tác giả đã đưa ra các giả thuyết sau :
-Đất ở trạng thái hoàn toàn bảo hoà nước, trong đất không có không khí kín hoặc
nếu có thì cũng chỉ chiếm một thể tích khá nhỏ, có thể bỏ qua.
-Nước trong lỗ rỗng và hạt đất xem như không nén được.
-Tốc độ lún của đất chỉ phụ thuộc vào tốc độ thoát nước lỗ rỗng .
-Hệ số thấm k, hệ số nén a của đất không thay đổi trong quá trình cố kết.
-Tốc độ thấm của nước trong lỗ rỗng rất nhỏ, do đó có thể áp dụng được trong
định luật Darcy trong tính toán quá trình cố kết của đất.
ii)Trường hợp thoát nước một chiều:

Phương trình vi phân cố kết thấm trong trường hợp thoát nứơc một chiều:
u
∂u
= cz ∂ 2
∂t
∂z
2

Để đơn giản tính toán, trong 22TCN 262-2000 đã lập sẳn bảng tra độ cố kết U
đạt được trong thời gian t kể từ khi bắt đầu tra tải tuỳ thuộc nhân tố thời gian Tv:
tb

Tv = C
∂z

v
2

t
2

Z
Với C

h

∑
C

tb

a

v

i




zi 

2

; hi –bề dày các lớp đất yếu nằm trong phạm vi Za

H: chiều dài thoát nước hữu hiệu
Công thức xác địnhUz(t) có thể xác định gần đúng theo biểu thức căn bậc 2 của
Taylor như sau:

U

z

≈

4T V

π

iii) Trường hợp thoát nước hai chiều :
L.Rendulic đề nghị phương trình vi phân của bài toán thoát nước hai chiều :
2
 2 u 1 ∂u 
u
∂u
∂
∂


= cr
+
+ cz 2
2
 ∂r
∂t
r ∂r 
∂z


Theo N.Carillo (1942) biểu thức xác định độ cố kết toàn phần có dạng:
U(t)=1-[1-Uz(t)][1-Ur(t)]
Trong đó:Uz(t),Ur(t) là độ cố kết theo phương đứng và phương ngang.


-13Năm 1948, R.A Barron đã đưa ra giải phát về cố kết của hình trụ đất có lõi bấc
thoát ở giữa với điều kiện là: Biến dạng thẳng đứng là tự do và cân bằng
Với biến dạng cân bằng , phương trình vi phân mô tả quá trình cố kết:
∂u
 ∂u 1 ∂u 

= Ch  2 + . 
r ∂r 
∂t
 ∂r

Trong đó:
u: áp suất lỗ rỗng dư trung bình tại bất kỳ điểm nào và bất kỳ thời gian t nào sau
khi xảy ra sự tăng ứng suất thẳng đứng tổng cộng.

-

1.3 CÁC GIẢI PHÁP NỀN MÓNG THƯỜNG DÙNG TRONG ĐIỀU KIỆN
ĐẤT YẾU
Các giải pháp nền móng trong điều kiện đất yếu thường có 3 phương pháp
chủ yếu sau đây:
Giải pháp kết cấu bên trên công trình
Giải pháp về móng
Giải pháp cải tạo nền đất yếu bên dưới

Hình 1.4 Lún nền sân công trình tại khu vực Quận 7, TP.HCM

1.3.1 Giải pháp kết cấu bên trên công trình:
Nền đất dưới tác dụng của tải trọng có thể bị phá hoại do các nguyên
nhân:Không đảm bảo về mặt cường độ hoặc biến dạng lún vượt quá giới hạn
cho phép. Trong nhiều trường hợp nền đất vẫn chưa mất ổn định về cường độ
nhưng vì có biến dạng quá lớn hoặc biến dạng không đồng đều trong công trình
và đều đó có thể dẫn đến công trình không sử dụng được. Chính vì vậy trong
việc tính toán và thiết kế công trình xây dựng chúng ta luôn quan tâm đến độ lún