Nghiên cứu chuyển vị ngang đất nền trong điều kiện gia tải đất đắp kết hợp chân không

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

ĐÀO NGUYỄN HUY TÒNG

NGHIÊN CỨU CHUYỂN VỊ NGANG ĐẤT NỀN
TRONG ĐIỀU KIỆN GIA TẢI ĐẤT ĐẮP KẾT HỢP
ÁP LỰC CHÂN KHÔNG


Chuyên ngành

: Địa kỹ thuật xây dựng

Mã số ngành

: 60 58 60

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Tp Hồ Chí Minh, tháng 6 năm 2015


CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học:
Cán bộ hướng dẫn 1: TS. Nguyễn Minh Tâm

Cán bộ chấm nhận xét 1:.......................................................

Cán bộ chấm nhận xét 2: :.......................................................
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM
vào ngày ... tháng ... năm 2015.
Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn thạc sĩ gồm:
1. ..........................................................................................
2. ..........................................................................................
3. ..........................................................................................
4. ..........................................................................................
5. ..........................................................................................
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƢỞNG KHOA
KỸ THUẬT XÂY DỰNG


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên: ĐÀO NGUYỄN HUY TÒNG

MSHV: 12090394

Ngày, tháng, năm sinh: 11/06/1989

Nơi sinh: Cần Thơ

Chuyên ngành: Địa kỹ thuật xây dựng

Mã số: 60.58.60

I.

TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU CHUYỂN VỊ NGANG ĐẤT NỀN TRONG ĐIỀU
KIỆN GIA TẢI ĐẤT ĐẮP KẾT HỢP CHÂN KHÔNG.

II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG
Chương 1: Tổng quan về xử lý đất yếu dưới nền bằng phương pháp cố kết chân không
Chương 2: Cơ sở lý thuyết
Chương 3: Phân tích chuyển vị ngang của đất trong điều kiện gia tải trước bằng đất đắp
và áp lực chân không
Kết luận và kiến nghị
Tài liệu tham khảo
Phụ lục
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ

: 19/01/2015

IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ

: 14/06/2015

V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƢỚNG DẪN : TS. Nguyễn Minh Tâm

Tp. HCM, ngày... tháng... năm 2015
CÁN BỘ HƢỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

(Họ tên và chữ ký)

(Họ tên và chữ ký)

TS. NGUYỄN MINH TÂM

TS. LÊ BÁ VINH

TRƢỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG
(Họ tên và chữ ký)

TS. NGUYỄN MINH TÂM


i

LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên tôi xin gửi lời cám ơn đến Ban Giám Hiệu, Phòng Đào Tạo Sau Đại
Học của trường Đại Học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh đã tạo mọi điều kiện
tốt nhất cho tôi để có thể hồn thành được khóa học này.
Tơi xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy TS. Nguyễn Minh Tâm
người đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo tôi trong suốt thời gian qua. Thầy đã truyền
đạt những kiến thức bổ ích và q báu giúp tơi tiếp cận và làm quen với việc
nghiên cứu khoa học để có thể hồn thành được luận văn Thạc sĩ không những vậy
những lời khuyên những lời động viên kịp thời của Thầy đã giúp tơi vượt qua

được các khó khăn không chỉ trong nghiên cứu học tập mà cả trong cuộc sống
giúp tơi có thể hồn thiện mình hơn. Thầy đã để lại trong tơi những hình ảnh rất
đẹp về một người Thầy luôn cống hiến tận tụy và đáng kính.
Tơi xin gửi lời cám ơn đến q Thầy Cô khoa Kỹ Thuật Xây Dựng, các Thầy Cô
của Bộ mơn Địa Cơ Nền Móng và các Thầy Cơ đã trực tiếp giảng dạy, hướng dẫn
và truyền đạt những kiến thức cho tơi trong suốt khóa học.
Tơi xin gửi lời cảm ơn đến tất cả các anh chị em học viên Cao Học đã hướng dẫn
giúp đỡ và động viên trong khóa học vừa qua.
Sau cùng tơi xin gửi lời cám ơn chân thành đến với gia đình, đến cha mẹ đã tạo
mọi điều kiện tốt nhất cho tôi để tơi có thể hồn thành được chương trình học tập
trong suốt thời gian qua.
Trong quá trình nghiên cứu bản thân tơi mặc dù đã có cố gắng trau dồi và cập nhật
kiến thức tuy nhiên vẫn khơng thể khơng có những thiếu sót nhất định. Kính mong
q Thầy Cơ chỉ dẫn thêm để Luận văn của tơi được hồn thiện hơn.
Tp. HCM, ngày 14 tháng 06 năm 2015

Đào Nguyễn Huy Tòng


ii

TÓM TẮT
Gia tải trước lên đất yếu bằng tải đất đắp và/hoặc áp lực chân không kết hợp PVD là
phương pháp gia cường đất yếu thường được sử dụng. Tuy nhiên, gia tải trước bằng
tải đất đắp sẽ gây ra độ lún và chuyển vị ngang hướng ra (khỏi tâm khối đắp), trong
khi áp lực chân không sẽ gây ra độ lún và chuyển vị ngang hướng vào (tâm khối
đắp). Về mặt lý tưởng, khi kết hợp tải đất đắp và áp lực chân khơng có thể ngăn
chặn hoặc giảm thiểu được chuyển vị ngang đất nền. Khi thi công trong mơi trường
đơ thị, việc kiểm sốt hoặc giảm thiểu chuyển vị ngang của đất là rất quan trọng.
Luận văn này, xét đến những yếu tố ảnh hưởng chủ yếu lên chuyển vị ngang gây ra

bởi tải đất đắp kết hợp chân khơng. Để dự đốn chuyển vị ngang của đất trong điều
kiện kết hợp gia tải đất đắp và áp lực chân không, một thông số không thứ nguyên
DR được giới thiệu để khảo sát xu hướng chuyển vị của đất nền.
Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) với sự hỗ trợ của phần mềm Geostudio/Sigma
để mô phỏng và phân tích yếu tố ảnh hưởng chính lên chuyển vị ngang của đất cho
cơng trình thực tế tại nhà máy chế biến gỗ MDF Kiên Giang. Kết quả cho thấy cho
thấy được xu hướng chuyển vị chung của đất nền khi áp dụng gia tải đất đắp kết
hợp chân không và các yếu tố ảnh hường lên nó.


iii

ABSTRACT
Preloading soft clayey deposit with a surcharge load and/or vacuum pressure with
combination of prefabricated vertical drain (PVD) improvement is a commonly
utilized soft ground improvement method. However, preloading by the surcharge
load results insettlements as well as an immediate outward lateral displacement of
the ground. While, preloading by vacuum pressure results in settlements and an
inward lateral displacement of the ground. Ideally, combination of surcharge load
and vacuum pressure can reduce or minimize the lateral displacement. In an urban
environment, controlling or minimizing the geotechnical engineering activity
induced lateral displacement of the ground is important. In this study, consider the
main influencing factors and the trend of on lateral displacement induced by the
combination of vacuum pressure and surcharge load, a dimensionless parameter,
DR is introduced.
Finite element method (FEM) supported by Geostudio/Sigma software were used to
invaluate the factors influencing the lateral dispalcement of subsoil for actual
project MDF Kien Giang. For the conditions investigated, the results indicate the
general trend of displacement under surcharge load combined vacuum pressure.

iv

LỜI CAM ĐOAN
Tác giả xin cam đoan luận văn thạc sỹ này là trung thực, được thực hiện trên cơ sở
tổng hợp các lý thuyết, kết hợp phân tích phần tử hữu hạn dưới sự hướng dẫn khoa
học của TS. Nguyễn Minh Tâm.
Các số liệu dùng để mơ hình tính tốn và phân tích đều được chú thích và trích dẫn
đầy đủ nguồn gốc tài liệu một cách khách quan và chính xác.
Một lần nữa tơi xin khẳng định sự trung thực của đề tài và hoàn toàn chịu trách
nhiệm với những lời cam kết ở trên


v

KÝ HIỆU
Chữ viết tắt
RL

Tỷ số áp lực (Ratio of Load)

FEM

Phương pháp phần tử hữu hạn (Finite Element Method)

LR

Tốc độ gia tải đất đắp ( Loading Rate)

DR

Hệ số chuyển vị (Displacement Ratio)

PVD

Bấc thấm chế tạo trước

Ký hiệu

Đơn vị

Ý nghĩa



(kN/m3)

Trọng lượng riêng tự nhiên của đất

'

(kN/m3)

Trọng lượng riêng đấy nổi của đất

W

(%)

Độ ẩm của đấ

E
C
pc

Hệ số rỗng
(kN/m2)
3

(kN/m )

Lực dính
Áp lực tiền cố kết

Cc

Chi số nén

Cr

Chỉ số nén lại

K

(m/ngày)

Hệ số thấm

δav

(m)

Chuyển vị ngang trung bình


vi

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU
1.Đặt vấn đề ........................................................................................................... 1
2.Mục tiêu nghiên cứu............................................................................................ 2
3.Phạm vi nghiên cứu ............................................................................................. 2
4.Phương pháp nghiên cứu..................................................................................... 2
5.Ý nghĩa thực tiễn của đề tài................................................................................. 2
CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ ĐẤT YẾU DƢỚI NỀN BẰNG
PHƢƠNG PHÁP CỐ KẾT CHÂN KHÔNG .................................................... 4
1.1 Giới thiệu chung ............................................................................................... 4
1.2 Gia tải trước bằng đất đắp ................................................................................ 4
1.3 Giếng thấm ....................................................................................................... 5
1.4 Gia tải trước bằng phương pháp cố kết chân không ........................................ 7
1.4.1 Đặc điểm phương pháp cố kết chân không ................................................... 7
1.4.2 Nguyên tắc hoạt động của phương pháp cố kết chân không....................... 10
1.4.3 Ưu khuyết điểm của phương pháp cố kết chân khơng ................................ 10
1.4.4 Tình hình ứng dụng của phương pháp cố kết chân không .......................... 11
1.5 Một số nghiên cứu trong và ngoài nước liên quan đến nội dung đề tài ......... 11
CHƢƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ................................................................ 13
2.1 Cơ chế của phương pháp cố kết chân khơng ................................................. 13
2.2 Lộ trình ứng suất cho trường hợp cố kết chân không và gia tải đất đắp ........ 15
2.3 Chuyển vị ngang của đất nền trong điều kiện kết hợp gia tải đất đắp và áp lực
chân không ........................................................................................................... 16

2.3.1 Hệ số chuyển vị ........................................................................................... 17
2.3.2 Khảo sát những yếu tố ảnh hưởng lên chuyển vị ngang đất nền ................ 18
2.4 Lý thuyết cố kết cho nền đất được gia cường bằng PVD thâm nhập hoàn toàn
.. ........................................................................................................................... 19
2.4.1 Cố kết phương đứng .................................................................................... 19
2.4.2 Cố kết xuyên tâm ........................................................................................ 20


vii

2.4.3 Cố kết thẳng đứng và xuyên tâm kết hợp ................................................... 21
2.5 Lý thuyết cố kết cho nền đất dược gia cường bằng PVD thâm nhập khơng hồn
tồn ....................................................................................................................... 22
2.6 Cơ sở lý thuyết của mơ hình nền.................................................................... 24
2.5.1 Mơ hình Mohr-Coulumb (MC) ................................................................... 24
2.5.2 Mơ hình Cam-Clay ...................................................................................... 24
2.7 Thông số kỹ thuật của giếng thấm ................................................................. 27
2.6.1 Đường kính tương đương ............................................................................ 27
2.6.2 Khả năng thốt nước ................................................................................... 27
2.6.3 Vùng ảnh hưởng của giếng thấm ................................................................ 27
2.6.4 Vùng xáo trộn .............................................................................................. 28
2.8 Phương pháp mơ phỏng mơ hình bấc thấm ................................................... 29
2.7.1 Phương pháp khối đất tương đương ............................................................ 29
2.7.2 Phương pháp bài toán đối xứng trục ........................................................... 29
2.7.3 Phương pháp quy đổi tương đương sang bài toán phẳng............................ 30
2.9 Điều kiện biên trong phương pháp phần tử hữu hạn...................................... 31
2.10 Mô phỏng áp suất chân không do máy bơm ................................................ 31
CHƢƠNG III: PHÂN TÍCH CHUYỂN VỊ NGANG CỦA ĐẤT TRONG ĐIỀU
KIỆN GIA TẢI TRƢỚC BẰNG ĐẤT ĐẮP VÀ ÁP LỰC CHÂN KHƠNG
.. ........................................................................................................................... 32

3.1 Giới thiệu cơng trình nghiên cứu thực tế - cơng trình nhà máy chế biến gỗ MDF
VRG Kiên Giang .................................................................................................. 32
3.1.1 Tổng quan dự án.......................................................................................... 32
3.1.2 Mặt bẳng cơng trình .................................................................................... 33
3.2 Điều kiện bài tốn .......................................................................................... 34
3.2.1 Thơng số địa chất ........................................................................................ 35
3.2.3 Phương pháp quan trắc ................................................................................ 35
3.2.4 Dữ liệu quan trắc ......................................................................................... 36
3.5 Kiểm chứng mơ hình dùng để phân tích ........................................................ 38
3.5.1 Thơng số đầu vào cho mơ hình bài tốn ..................................................... 38
3.5.2 Trình tự thi cơng.......................................................................................... 39


viii

3.5.3 Các bước mơ hình bài tốn ......................................................................... 40
3.6 So sánh kết quả mô phỏng và dữ liệu quan trắc thực tế................................. 45
3.7 Phân tích ảnh hưởng của tỷ số áp lực RL và tốc độ gia tải LR lên chuyển vị
ngang đất nển ....................................................................................................... 47
3.7.1 Những trường hợp khảo sát......................................................................... 47
3.7.2 Kết quả khảo sát .......................................................................................... 48
3.8 Ứng dụng mối quan hệ DR - RL; LR vào thực tế .......................................... 55
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................................... 59
Kết luận ................................................................................................................ 59
Kiến nghị .............................................................................................................. 59
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................. 60
PHỤ LỤC ............................................................................................................ 62


ix

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Gia tải trước bằng đất đắp trên nền đất yếu ........................................... 5
Hình 1.2: Gia tải trước kết hợp giếng thấm ........................................................... 6
Hình 1.3: Phương pháp cố kết chân không của Thụy Điển (Kjellman, 1952)....... 7
Hình 1.4: Sơ đồ kỹ thuật cố kết chân khơng thơng thường ................................... 8
Hình 1.4-a: Hệ thống gia tải chân khơng trong thực tế .......................................... 8
Hình 1.5: Sơ đồ kỹ thuật cố kết chân khơng CPVD ............................................. 9
Hình 1.5-a: Hệ thống gia tải chân khơng trong thực tế .......................................... 9
Hình 2.1: Mơ hình lị xo cho q trình cố kết ...................................................... 13
Hình 2.2: a) Trạng thái ban đầu; b) gia tải đất đắp; c) gia tải chân khơng........... 14
Hình 2.3: Lộ trình ứng suất trên mặt p’-q ............................................................ 15
Hình 2.4: Biến dạng của đất gây ra bởi đất đắp và chân khơng........................... 16
Hình 2.5: Những trường hợp chuyển vị ngang có thể xảy ra trong điều kiện kết hợp
gia tải đất đắp và áp lực chân khơng .................................................................... 17
Hình 2.6: Xác định A1, A2 và HL ........................................................................ 18
Hình 2.7: Sơ đồ hoạt động của PVD .................................................................... 22
Hình 2.8: Mặt giới hạn - đường CLS-NCL .......................................................... 25
Hình 2.9: Đường kính tương đương ..................................................................... 27
Hình 2.10: Sơ đồ bố trí bấc thấm trong nền ......................................................... 27
Hình 2.11: Vùng đất bị xáo trộn xung quanh ống mandrel ................................. 28
Hình 3.1: Vị trí hạng mục bãi chứa gỗ trong dự án ............................................. 32
Hình 3.2: Mặt bằng cơng trình ............................................................................. 33
Hình 3.3: Mặt bằng bố trí các khu vực xử lý chân khơng.................................... 33
Hình 3.4: Mặt cắt địa chất đi qua khu vực 6 ........................................................ 34
Hình 3.5: Mặt bằng bố trí thiết bị quan trắc ......................................................... 35
Hình 3.6: Bố trí các thiết bị quan trắc .................................................................. 36
Hình 3.7: Biểu đồ quan trắc áp lực gia tải và độ lún theo thời gian .................... 36
Hình 3.8: Biểu đồ quan trắc áp lực nước lỗ rỗng theo thời gian .......................... 37
Hình 3.9: Biểu đồ quan trắc chuyển vị ngang theo chiều sâu .............................. 37

Hình 3.10: Các đặc trưng vật liệu cần thiết dùng trong mô phỏng ...................... 38


x

Hình 3.11: Qúa trình gia tải cho khu 6 ................................................................. 40
Hình 3.12: Thiết lập trạng thái ban đầu của đất nền ............................................ 41
Hình 3.13: Áp chân khơng vào nền thơng qua hệ thống bấc thấm ...................... 41
Hình 3.14: Gia tải lần 1 ........................................................................................ 42
Hình 3.15: Gia tải lần 2 ........................................................................................ 42
Hình 3.16: Gia tải lần 3 ........................................................................................ 43
Hình 3.17: Gia tải lần 4 ........................................................................................ 43
Hình 3.18: Giải bài tốn ....................................................................................... 44
Hình 3.19: Xuất kết quả bài tốn ......................................................................... 44
Hình 3.20: Biểu đồ kết quả độ lún theo thời gian của mơ phỏng và quan trắc .... 45
Hình 3.21: Biểu đồ kết quả áp lực nước lỗ rỗng theo thời gian của mơ phỏng và
quan trắc ............................................................................................................... 45
Hình 3.22: Biểu đồ kết quả chuyển vị ngang theo thời gian của mô phỏng và quan
trắc ........................................................................................................................ 46
Hình 3.23: Biểu đồ kết quả chuyển vị phương ngang LR= 2,5kPa/ngày ............ 48
Hình 3.24: Biểu đồ kết quả chuyển vị phương ngang LR= 5,0kPa/ngày ............ 49
Hình 3.25: Biểu đồ kết quả chuyển vị phương ngang LR= 7,5kPa/ngày ............ 50
Hình 3.26: Biểu đồ kết quả chuyển vị phương ngang LR= 10kPa/ngày ............. 51
Hình 3.27: Biểu đồ mối quan hệ DR và  av cho tất cả các trường hợp .............. 53
Hình 3.28: Biểu đồ mối quan hệ DR và RL cho tất cả các trường hợp ............... 54
Hình 3.29: Biểu đồ mối quan hệ DR và LR cho tất cả các trường hợp ............... 55
Hình 3.30: Chuyển vị ngang đất nền khi kết thúc gia tải đất đắp cho cơng trình thực
tế MDF Kiên Giang .............................................................................................. 56
Hình 3.31: Biểu đồ quan hệ DR -RL cho cơng trình thực tế MDF Kiên Giang .. 56
Hình 3.32: Chuyển vị ngang đất nền khi kết thúc gia tải đất đắp cho cơng trình thực

tế MDF Kiên Giang sau khi điều chỉnh ............................................................... 57
Hình 3.33: Biểu đồ mối quan hệ DR - RL cho cơng trình MDF Kiên Giang sau khi
điều chỉnh ............................................................................................................. 58


xi

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1: Đặt trưng vật liệu trong mơ hình Mohr-Coulumb ............................... 24
Bảng 2.2: Tóm tắt các đặc trưng vật liệu cần thiết trong mơ hình Cam-clay ...... 26
Bảng 3.1: Thông số địa chất khu vực 6................................................................ 35
Bảng 3.2:Hệ số thấm chuyển đổi ......................................................................... 39
Bảng 3.3: Thông số mơ hình ................................................................................ 39
Bảng 3.4: Những trường hợp khảo sát ................................................................. 47
Bảng 3.5: Kết quả tính tốn cho những trường hợp khảo sát .............................. 52
Bảng 3.6: Kết quả tính tốn cho cơng trình MDF Kiên Giang ............................ 55
Bảng 3.7: Kết quả điều chỉnh cho cơng trình MDF Kiên Giang ......................... 57


~1~

CHƢƠNG MỞ ĐẦU:
XÁC LẬP NỘI DUNG ĐỀ TÀI
1. Đặt vấn đề
Trong thời kì hội nhập hiện nay, q trình đơ thị hóa và pháp triển dân số địi hỏi các
cơng trình cơ sở hạ tầng, như : xây dựng dân dụng, công nghiệp, thủy lợi hay giao
thông (cầu, đường bộ, hải cảng, sân bay) được nhà nước quan tâm đầu tư ngày càng
nhiều, nhằm thúc đẩy phát triển kinh tế - xã hội. Do điều kiện hạn chế về quỹ đất nên
địi hỏi các cơng trình này phải đặt trên những vị trí (vùng đất yếu) mà trước đây được
xem là khơng thích hợp. Những vùng đất yếu có tính chịu tải thấp và thể hiện tính nén

lún lớn khi có tải tác dụng. Do đó để đảm bảo điều kiện ổn định của nền và điều kiện
bền vững của cơng trình thì khơng thể tránh khỏi việc xử lý nền đất trước khi xây
dựng nhằm ngăn chặn những thiệt hại gây ra cho cơng trình.
Hiện nay, các biện pháp xử lý nền đất yếu tiên tiến trên thế giới đã được áp dụng vào
các cơng trình trong nước và mang lại nhiều thành công về hiệu quả và thời gian. Một
trong những phương pháp xử lý nền đất yếu mang lại hiệu quả cao đó là phương pháp
cố kết chân khơng, có hiệu quả nhanh hơn các phương pháp gia tải đơn thuần khác,
với áp lực chân không thông thường 80kPa được giữ khơng đổi trong suốt q trình
xử lý nền. Hiện nay, phương pháp này được kết hợp với nhiều phương pháp xử lý nền
khác, như kết hợp với phương pháp gia tải đất đắp, được áp dụng vào một số cơng
trình tại nước ta như: Cơng trình Nhà máy khí điện đạm Cà Mau; Nhà máy điện Nhơn
Trạch 2….với các nhà thầu trong và ngoài nước tham gia thiết kế và thi công. Bản
thân phương pháp hút chân khơng cũng đã được cải tiến với nhiều hình thức khác
nhau, ứng với các trường hợp cụ thể nhằm tăng hiệu quả cho việc xử lý nền đất yếu,
như kết hợp với hệ thống phân tách khí-nước tại Cơng trình đường cao tốc MaizuruWakasa dài 162km đặt tại quận Fukui, Nhật Bản và cịn nhiều hình thức ứng dụng
phương pháp hút chân không sẽ được đề cập trong luận văn.
Phương pháp cố kết chân không cho thấy rất nhiều ưu điểm về tiến độ, kinh tế và thực
sự là một trong các phương pháp xử lý nền đất yếu hiệu quả sẽ được áp dụng phổ biến
trong tương lai. Gia tải chân không thường gây ra chuyển vị ngang hướng vào trong
nền cơng trình, trong khi tải trọng của khối đắp thường gây ra chuyển vị ngang hướng
ra khỏi nền cơng trình. Do đó, về mặt khái niệm thì ta có thể kết hợp gia tải chân
khơng và khối đắp để giảm thiểu chuyển vị ngang tổng thể của cơng trình, đặc biệt là
khi khu vực cần xử lý nằm tiếp giáp với cơng trình hay kết cấu hiện có. Đó là lý do


~2~
tác giả chọn và thực hiện đề tài “Nghiên cứu chuyển vị ngang của đất nền trong
điều kiện gia tải đất đắp kết hợp áp lực chân không” .

2. Mục tiêu nghiên cứu đặt ra đối với đề tài là

Đề tài nghiên cứu những nội dung cụ thể sau:
 Phân tích các dữ liệu quan trắc thực tế nhằm minh họa mơ hình của phương
pháp cố kết chân khơng kết hợp gia tải trước bằng khối đắp và bấc thấm trên
phần mềm phần tử hữu hạn.
 Nghiên cứu những yếu tố ảnh hưởng lên chuyển vị ngang của đất nền khi ứng
dụng phương pháp gia tải chân không kết hợp đất đắp.
 Nghiên cứu phương pháp có thể xác định xu hướng chuyển vị ngang của đất
nền khi ứng dụng phương pháp gia tải chân không kết hợp đất đắp.

3. Phạm vi nghiên cứu
 Cơng trình nhà máy chế biến gỗ MDF VRG Kiên Giang.
 Mô phỏng bằng phần mềm Geostudio 2007.
 Sử dụng số liệu quan trắc để kiểm tra độ lún, chuyển vị ngang, áp lực nước lỗ
rỗng của nền đất.
 Nghiên cứu mở rộng các bài toán xét các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý
nền bằng phương pháp hút chân không kết hợp gia tải khối đắp và bấc thấm.

4. Phƣơng pháp nghiên cứu
 Trên cơ sở tổng hợp, phân tích những nghiên cứu khoa học về các phương
pháp cố kết chân không ở nước ta và trên thế giới. Từ đó,ứng dụng những đề
xuất hợp lý vào nghiên cứu này.
 Tổng hợp các tài liệu liên quan về phương pháp cố kết chân khơng tại cơng
trình xây dựng cảng Nhà máy chế biến gỗ MDF VRG Kiên Giang từ đó nghiên
cứu lý thuyết tính tốn, đưa ra mơ hình tính tốn theo phương pháp phần tử
hữu hạn bằng phần mềm Geostudio.
 So sánh kết quả tính lý thuyết theo mơ hình và kết quả quan trắc thực tế của
cơng trình từ đó đưa ra kết luận về tính chính xác của mơ hình và lý thuyết tính
tốn.

5. Ý nghĩa khoa học thực tiễn của đề tài

Ưu điểm của phương pháp xử lý nền bằng cố kết chân không là thi công nhanh, giảm
khả năng mất ổn đỉnh nền đất trong thời gian xử lý nền, giảm khối lượng cát gia tải


~3~
bằng cát đắp truyền thống. Nếu tiếp tục nghiên cứu để làm chủ cơng nghệ thì đây là
phương pháp phù hợp, có thể áp dụng phổ biến trong tương lai, thay thế cho phương
pháp gia tải truyền thống.
Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng lên chuyển vị ngang của đất nền khi ứng dụng phương
pháp gia tải chân không kết hợp đất đắp, từ đó rút ra phương pháp giảm thiểu chuyển
vị ngang đất nền.


~4~

CHƢƠNG I:
TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ ĐẤT YẾU DƢỚI NỀN BẰNG
PHƢƠNG PHÁP CỐ KẾT CHÂN KHÔNG
1.1. Giới thiệu chung
Hiện nay, có rất nhiều phương pháp xử lý và cải tạo nền đất yếu khác nhau được sử
dụng với mục đích làm tăng sức chịu tải và giảm tính nén lún của nền đất. Việc lựa
chọn phương pháp nào để xử lý nền đất là phụ thuộc vào cấu tạo địa chất, các đặc tính
của đất, chi phí xử lý, điều kiện sẵn có của vật liệu cần thiết và kinh nghiệm xử lý nền
trước đây. Nhìn chung có thể chia các phương pháp xử lý nền thành hai loại:
 Loại thứ nhất bao gồm các phương pháp xử lý mà trong đó người ta sử dụng
vật liệu rời bên ngồi để gia cố nền như: cột đá, cột đất trộn với các tác nhân
hóa học, phụt vữa xi măng… nhằm làm cho các vật liêu này cùng tham gia
chịu lực với đất nền. Nguyên lý chính là tận dụng độ cứng lớn của các vật liệu
được đưa vào nền để phân phối lại tải trọng bên trên theo độ cứng, nhờ vậy nền
đất yếu sẽ phải chịu tải trọng nhỏ hơn tương ứng với sức chịu tải của nó. Ngồi

ra, các phương pháp này cũng góp phần làm tăng các chỉ tiêu cơ lý của đất nền
tùy theo loại đất, phương pháp xử lý và thi công.
 Loại thứ hai bao gồm các phương pháp xử lý làm cho đất nền cố kết do tác
dụng thoát nước như: bấc thấm, giếng cát kết hợp gia tải trước, bơm hút chân
không hoặc bơm hút chân không kết hợp gia tải trước… mục đích đẩy nhanh
tốc độ thốt nước và rút ngằn thời gian cố kết của nền đất.
Trong chương này tác giả lần lượt giới thiệu về các phương pháp xử lý nền có liên
quan đến phương pháp bơm hút chân không.

1.2. Gia tải trƣớc bằng đất đắp
Một trong những phương pháp nhằm cải tạo các tính chất của đất là phương pháp gia
tải trước. Một cách tổng quan, gia tải trước là quá trình nén đất bằng ứng suất thẳng
đứng do con người tạo ra trước khi thi công công trình. Việc gia tải trước ảnh hưởng
đến các yếu tố như độ lún cố kết sơ cấp, thứ cấp và sức chống cắt khơng thốt nước
của đất. Tải trọng dùng để gia tải trước có các dạng như đất đắp, bể chứa nước, hút
chân không và thường được sử dụng kết hợp với phương pháp giếng thấm.
Phương pháp gia tải trước đơn giản nhất là phương pháp sử dụng đất (đá, cát…) đắp
lên bề mặt đất cần gia cố để tạo áp lực tác dụng. Khi tải trọng đặt trên nền đất yếu thì


~5~
lúc đầu nước lỗ rỗng sẽ gánh chịu. Áp lực nước lỗ rỗng sẽ giảm dần khi nước lỗ rỗng
thấm theo phương đứng ra khỏi nền đất, làm cho nền đất cố kết. Để không gây ra sự
mất ổn định cho đất nền thì tải trọng phải được thi cơng thành hai hay nhiều giai đoạn.
Đôi khi việc chất tải theo phương pháp này không khả thi do chiều cao phải chất tải
quá lớn, đất nền quá yếu hoặc nguồn vật liệu dùng để gia tải ở cách xa vị trí thi cơng.

Hình 1.1: Gia tải trước bằng đất đắp trên nền đất yếu.

1.3. Giếng thấm

Lún cố kết luôn gây ra nhiều vấn đề đố với nền móng cơng trình, hệ số thấm của sét
yếu rất nhỏ cho nên độ lún cố kết chỉ kết thúc sau một thời gian khá lâu. Để rút ngắn
thời gian cố kết người ta dùng kỹ thuật giếng thấm kết hợp với các phương pháp gia
tải trước. Dưới tác dụng của gia tải, gradient thủy lực của nước trong lỗ rỗng gia tăng
làm cho nước thấm theo phương ngang vào các giếng thấm và sau đó nước sẽ thấm tự
do một cách nhanh chóng theo giếng thấm lên trên bề mặt. Như vậy dùng giếng thấm
sẽ rút ngắn được chiều dài đường thấm cho nên thời gian cố kết cũng rút ngắn được
đáng kể. Giếng thấm có hai chức năng rõ rệt là rút ngắn thời gian cố kết và tăng nhanh
sức chống cắt để nền cơng trình ổn định hơn. Giếng thấm có các loại như giếng cát,
giếng thấm chế tạo sẵn..v..v…
Trong những năm 1930, ứng dụng đầu tiên của giếng thấm cát được thực hiện tại
California. Tại Thụy Điển, trong cùng thập kỷ này, Kjellman giới thiệu nguyên mẫu
đầu tiên của bấc thấm chế tạo trước (PVD) làm từ bìa cứng các-tơng (Jamiolkowski et
al., 1983). Từ đó, nó tiếp tục được phát triển và bây giờ đã có hơn trăm loại bấc thấm
khác nhau xuất hiện. Như trong hình 1.2, lắp đặt PVD trong đất tạo ra những đường
thoát nước nhân tạo. Hơn nữa, gia tải trước bởi tải phụ tải, áp lực chân không hay kết


~6~
hợp cả hai sẽ tác động đến độ dốc thủy lực, cho phép nước lỗ rỗng chảy nhanh hơn
theo phương ngang hướng đến PVD. Sau đó, nước lỗ rỗng có thể chảy tự do dọc theo
PVD hướng đến lớp đất có tính thấm. Việc này đẩy nhanh q trình cố kết của đất sét
trầm tích yếu, làm gia tăng cường độ của đất cũng như giảm đi tính nén lún và tính
thấm của đất.

Hình 1.2: Gia tải trước kết hợp giếng thấm
Giếng thấm chế tạo sẵn được cấu tạo bởi hai bộ phận là lõi bằng nhựa dẻo ở giữa và
lớp vải tổng hợp bọc xung quanh lõi, đồng thời làm đường dẫn nước cho giếng thấm
và lớp vải tổng hợp bọc xung quanh lõi có chức năng tách biệt đường thấm với đất
xung quanh giếng thấm, đồng thời ngăn các hạt mịn xâm nhập vào lõi. Thường có bề

rộng 100mm, dày 3 – 5mm. Với kỹ thuật sản xuất bấc thấm hiện nay, lưu lượng tháo
nước của bấc thấm có thể đạt tới 80m3 – 140m3/năm, cao hơn rất nhiều so với độ thấm
của đất yếu.
Một số ưu điểm của bấc thấm :
 Giảm thiểu tối đa sự xáo trộn của các lớp đất,
 Khả năng tương thích cao của lõi và vỏ bấc thấm với nhiều loại đất,
 Thi công dễ dàng, thời gian thi công nhanh,
 Bấc thấm có thể lắp đặt đến độ sâu 40m,
 Giảm được chi phí vận chuyển và thi cơng,
 Có thể kết hợp với các phương pháp xử lý nền khác.

1.4. Gia tải trƣớc bằng phƣơng pháp cố kết chân không
Khi yêu cầu gia tải trước cao hơn khả năng của máy bơm chân không, gia tải trước
bằng phụ tải (như khối đất đắp) có thể được dùng kết hợp với áp lực chân không.


~7~
Những lợi điểm của sự kết hợp này là gia tăng tải phụ tải hữu hiệu và giảm thời gian
thi công trong trường hợp thi công đường (Chai 2006).
1.4.1. Đặc điểm phƣơng pháp cố kết chân khơng

Hình 1.3: Phương pháp cố kết chân không của Thụy Điển (Kjellman, 1952)
Phương pháp bơm hút chân không hay cố kết chân không được kiến nghị đầu tiên bởi
Kjellman (1952) và được nghiên cứu tiếp bởi Viện địa kỹ thuật Hoàng gia Thụy Điển
như một phương pháp gia cường cho đất hạt mịn. Phương pháp này dựa trên ý tưởng
hút chân không nhằm giảm áp suất khí quyển trong khối đất được cách ly, theo đó
giảm được áp lực nước lỗ rỗng trong đất và tăng ứng suất hữu hiệu mà không làm
thay đổi ứng suất tổng.
Một số tác giả cũng đã công bố các nghiên cứu về phương pháp này như : Bergado và
các công sự (1998), Chu và các công sự (2000), Indraratna và các công sự (2005).

Những nghiên cứu đã mở rộng hơn các lĩnh vực có thể áp dụng kỹ thuật này, như đẩy
nhanh sự thoát nước và cố kết trong vật liệu có tính chất lưu. Bên cạnh đó, những cải
tiến trong kỹ thuật thi công và phát triển các phương pháp phân tích trong thiết kế đã
tạo điều kiện cho phương pháp cố kết chân không trở thành một phương pháp hữu
dụng và kinh tế trong công tác gia cường nền đất yếu và khả năng ấy sử dụng trong
nhiều trường hợp khác nhau.
Ngoài ra, phương pháp gia tải chân không cũng thường được kết hợp với phương
pháp gia tải bằng đất đắp hay các loại bấc thấm khi cần đẩy nhanh hơn tốc độ cố kết
cho nền đất. Kỹ thuật gia tải chân không chủ yếu sử dụng hai loại hệ thống PVD. Đó
là 1) PVD thơng thường; 2) Capped – PVD (CPVD) bấc thấm có mũ chụp. Các chi
tiết có liên quan của mỗi hệ thống được giới thiệu ở phần sau.


~8~
 Hệ thống PVD thơng thƣờng (có sử dụng màng kín khí)

Hình 1.4: Sơ đồ kỹ thuật cố kết chân không thông thường
Sơ đồ của kỹ thuật gia tải chân khơng thơng thường với PVD được cho trong hình 1.4.
Bao gồm một lớp đệm cát làm việc như một lớp thoát nước, với PVD thâm nhập vào
trong đất. Một hệ thống bấc thấm ngang được đặt trong lớp đệm để thu nước, và bấc
thấm ngang liên kết đến máy bơm chân khơng để tạo chân khơng trong nền đất.

Hình 1.4-a: Hệ thống gia tải chân không trong thực tế
Trong hệ thống này, áp lực chân không được áp tại bề mặt đất. Để tránh việc rị rĩ khí,
một lớp màng kín khí được lắp đặt sao cho bao phủ vùng xử lý và chêm vào các rãnh
chứa đầy bentonite, nước hoặc bùn sét (hình 1.4-a). Điều quan trọng là vùng xử lý
được hồn tồn kín khí và cách ly với bất kỳ loại đất thấm nào ở xung quanh để tránh
hao hụt chân khơng. Một tường chắn khí hay nước có thể được thi cơng nếu có đất
thấm liền kề với vùng xử lý. Để duy trì áp lực chân khơng cao trong vùng xử lý cần
phải tránh sự rị rĩ từ màng kín. Do đó, nếu vật liệu đắp được đặt trên màng không nên

~9~
là các loại đá hoặc vật liệu sắc nhọn. Vì một lỗ kim hay khe hở trong màng kín rất khó
để xác định và sửa chữa nên màng kín nên được kiểm tra kỹ càng trước khi chúng
được lắp đặt.
 Hệ thống CPVD (PVD có mũ chụp, khơng dùng màng kín khí)

Hình 1.5:Sơ đồ kỹ thuật cố kết chân khơng CPVD
Gần đây, một kỹ thuật chân không mới không sử dụng màng kín khí được giới thiệu.
Như trong hình 1.5, một PVD đặc biệt với mũ chụp và ống thoát nước trên đỉnh mũ
được thiết kế (CPVD) (Fujii. 2002; Chai. 2008). Các ống của CPVD được kết nối với
nhau bởi các khớp nối nhựa, và sau đó là kết nối vào hệ thống tạo chân không. Áp lực
chân không được áp tại vị trí mũ. Kỹ thuật này dùng một lớp đất bề mặt như là lớp kín
khí và khơng cần lắp đặt màng kín khí trên bề mặt đất. Do đó, khơng cần lo lắng về
các sự cố (lỗ kim hoặc khe hở) ở màng kín khí và sự rị rĩ khí qua nó.

Hình 1.5-a: Hệ thống gia tải chân không trong thực tế


~ 10 ~
1.4.2. Nguyên tắc hoạt động của phƣơng pháp cố kết chân không
Các nguyên tắc hoạt động của phương pháp cố kết chân khơng:


Loại bỏ áp lực khơng khí trong nền đất, từ một mơi trường đóng kín (bao gồm
phía trên là màng kín khí, xung quanh là mơi trường đất có độ thấm nhỏ bảo
hịa nước)



Duy trì hệ thống thốt nước hiệu quả dưới màng kín khí để tháo nước và
khơng khí ra khỏi đất trong suốt thời gian xử lý.

 Giữ cho mơi trường khơng bảo hịa nước bên dưới màng kín khí.
 Duy trì áp suất chân khơng liên tục trong suốt q trình xử lý.
 Đảm bảo các hệ thống ở chu vi ngoại biên của vùng xử lý được bịt kín.
 Kết quả cuối cùng nước sẽ được tháo ra khỏi nền và đất nền sẽ cố kết lại.
1.4.3. Ƣu khuyết điểm của phƣơng pháp gia tải trƣớc bằng cố kết chân không.
Ưu điểm của phương pháp gia tải chân không
 Không cần vật liệu đắp từ bên ngoài (hiện đang khan hiếm, nhất là khu vực
thành thị) làm giảm được giá thành.
 Thời gian thi cơng thường ngắn hơn vì việc hút chân không tạo ra áp lực gia tải
lớn (tối ra đến 80kPa) và gần như tức thời.
 Khơng có tác nhân hóa học được đưa vào nền đất do đó nó được xem là
phương pháp xử lý thân thiện với môi trường.
 Áp lực chân không là đẳng hướng nên không phát sinh lực cắt trượt, không gây
chuyển vị ngang ra ngồi vùng xử lý nên an tồn với cơng trình lân cận.
 Nếu kết hợp gia tải thông thường với hút chân khơng, do tính chất bù trừ áp lực
nở hông, do hút chân không (co đất) và áp lực do gia tải thông thường (nở đất),
nên áp lực gia tải tổng cộng đạt được lớn hơn rất nhiều so với gia tải thông
thường.
Khuyết điểm của phương pháp gia tải chân khơng
 u cầu máy móc và kỹ thuật thi công cao, làm tăng giá thành.
 Giới hạn về áp lực chân không và chiều sâu gia cố, hiệu quả thấp khi nền đất
có các lớp cát với hệ số thấm cao nằm xen giữa.
 Rất khó làm kín khí nên gây hao hụt áp lực hút chân không
Tuy nhiên với kỹ thuật-cơng nghệ ngày càng phát triển và hồn thiện, công
nghệ hút chân không đã và đang trở nên phổ biến trên thế giới.

~ 11 ~
1.4.4. Tình hình ứng dụng phƣơng pháp cố kết chân không
Phương pháp bơm hút chân không được giới thiệu đầu tiên vào năm 1952 tại Thụy
Điển bởi Kjellman, sau đó là ở Trung Quốc và sau nhiều nỗ lực thực hiện phương
pháp này thì nó đã mở ra một kỹ thuật xử lý nền đáng tin cậy. Một trong những ứng
dụng đầu tiên của kỹ thuật này là vào năm 1957, được sử dụng trong dự án mở rộng
đường băng sân bay quốc tế Philadelphia tại Mỹ. Sau đó nhiều dự án cải tạo nền tại
Pháp và nhiều nước khác đã ứng dụng thành công phương pháp này.
Dự án Nhà máy khí điện-đạm Cà Mau là dự án đầu tiên áp dụng phương pháp cố kết
chân không ở Việt Nam. Tiếp nối thành cơng đó nhiều dự án khác như đường cao tốc
Long Thành - Dầu Giây; Nhiệt điện Nhơn Trạch - Đồng Nai; Nhà máy sản xuất tơ sợi
Polyester Đình Vũ đều áp dụng phương pháp này.
Phương pháp bơm hút chân khơng cịn có thể kết hợp với nhiều phương pháp xử lý
nền khác để tăng hiệu quả xử lý và đẩy nhanh tiến độ thi công như kết hợp với
phương pháp gia tải trước bằng đất đắp, cọc đất trộn sâu..v.v..

1.5. Một số nghiên cứu trong và ngoài nƣớc liên quan đến nội dung đề tài
Phương pháp cố kết chân không đã được ứng dụng và nghiên cứu rộng rãi từ lâu trên
thế giới. Năm 2005 - 2009, các tác giả B.Indraratna, C.Rujikiatkamjorn,
I.Sathananthan đã đưa ra những nghiên cứu cho bấc thấm đứng trong điều kiện gia tải
chân không và đất đắp. Cũng trong những năm này các tác giả J.C.Chai, N.Miura,
D.T.Bergado cũng báo cáo những nghiên cứu về biến dạng của đất khi ứng dụng
phương pháp chân không. C.Rujikiatkamjorn, B.Indraratna,và J.Chu năm 2008 cũng
đã đưa ra những mơ hình thí nghiệm 2D và 3D cho bấc thấm đứng kết hợp gia tải
chân không và đất đắp. Năm 2011, C.Y.Ong, J.C.Chai đã thiết lập mơ hình thí nghiệm
tỷ lệ lớn để nghiên cứu chuyển vị ngang của đất nền trong điều kiện gia tải đất đắp và
chân không.
Ở Việt Nam, sau khi dự án Nhà máy khí điện – đạm Cà Mau ứng dụng thành cơng
phương pháp bơm hút chân khơng, đã có nhiều cơng trình nghiên cứu về nó được thực

hiện. Một số nghiên cứu nổi bậc như các nghiên cứu Những yếu tố ảnh hưởng đến cố
kết của nền đất yếu khi ứng dụng chân không (Nguyễn Vũ Anh Khoa, 2008), phát
triển lời giải cố kết thấm trong điều kiện hút chân không (Mai Trọng Mẫn, 2010),
nghiên cứu phương pháp tính tốn, mơ phỏng cho một lăng trụ đối xứng trục trong
điều kiện hút chân khơng (Võ Thành ,2013), nghiên cứu tính tốn q trình cố kết của