Nghiên cứu ổn định và biến dạng của đường cấp 80 và 60 dẫn vào cầu đắp cao trên đất yếu khu vực an phú an khánh quận 2 tp hồ chí minh

-1-

LỜI CẢM ƠN
Để hồn thành luận văn này, tơi đã nhận được nhiều sự quan tâm giúp đỡ từ phía gia
đình, nhà trường, cơ quan và bạn bè thân thuộc.
Xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành sâu sắc đến Tiến sĩ Võ Dũng và Giáo Sư Tiến Sĩ
Khoa Học Lê Bá Lương, những người đã dành thời gian quý báu của mình để tận tình hướng

dẫn tơi trong suốt quá trình thực hiện luận văn.
Xin chân thành cảm ơn đến quý thầy cô ở khoa Kỹ thuật Xây dựng, phòng Đào tạo
Sau đại học trường Đại học Bách Khoa TPHCM đã hết lòng giảng dạy, hướng dẫn và hỗ
trợ tận tình trong suốt khố học.
Xin chân thành cảm ơn sự quan tâm, động viên khích lệ và giúp đỡ nhiệt tình của
bạn bè và đồng nghiệp.
Trên hết, xin gửi lời tri ân sâu sắc nhất đến gia đình tơi, những người đã động viên
và giúp đỡ tôi về mọi mặt để có thể hồn thành luận văn này.

Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 07/03/2006
Người thực hiện luận văn

TRƯƠNG ĐẠI NGH ĨA


-2-

TĨM TẮT
Xuất phát từ việc các cơng trình cầu đường vừa đưa vào sử dụng đã gặp phải sự cố
nghiêm trọng, nhất là ở đoạn đường dẫn vào cầu. Cũng như trong q trình thi cơng nền
đường đắp cao trên nền đất yếu có chiều dày lớn vẫn hay gặp tình trạng nền đường bị
phình trồi ra 2 bên ta luy và mố cầu bị đẩy trồi ra dịng sơng. Do đó, đề tài “ Nghiên cứu ổn
định và biến dạng của đường cấp 60 dẫn vào cầu đắp cao trên đất yếu khu vực An Phú –

An Khánh ’’ nhằm đưa ra những phương pháp lựa chọn về cấu tạo, cũng như các phương
pháp tính tốn ổn định và biến dạng nền đường tối ưu để hạn chế các sự cố nêu trên. Một
số kết quả thu được từ luận văn :
− Đối với nền đất yếu có chiều dày không quá 3m ta sử dụng biện pháp gia cố nền đất
yếu bằng đệm cát sẽ hiệu quả hơn.
− Bệ phản áp không làm gia tăng tốc độ lún cố kết, biện pháp này chỉ làm tăng cường độ
ổn định nền đường trong q trình thi cơng lẫn q trình khai thác.
− Giếng cát, bấc thấm thích hợp đối với nền đất yếu chiều dày lớn hơn bề rộng đáy nền
đường.
− Để đảm bảo độ ổn định nền đường trong suốt q trình thi cơng cũng như q trình
khai thác tốc độ lún tại tim nền đường không vượt quá 10mm/ngày đêm. Tốc độ
chuyển vị ngang của các cọc quan trắc đóng ở 2 bên nền đắp khơng vượt quá
5mm/ngày đêm.
− Càng xuống sâu dưới nền đắp độ lún càng giảm dần.


-3-

ABSTRACT
To proceed from some project bridge and road has just used happen problem,
especially in section bridge path. And in process built with a high filling and filled on
soft soil in which the thickness of soft soil very large are often see problem road – base
fill out and resurface to side slope and Abutement push back the river. Thus, the content
of thesis “ A study on the stability and deformation of road level 60 road path high
filling on soft soil area An Phu – An khanh district 2, HCM city ’’will be bring method
choice about structural road , conculation method about Stability and deformation to
limit this problem .
Some of result of this thesis :
− With soft soil have got thick smaller three meter, we use the suitable solution soft
soil basement by sandy buffer.

−

Anti pressure no increase speed consolidate subsidence, this method only make
increase stability strength of road basement in construct life and design life.

− Sandy drained and PVDs are suitable with soft soil which thickness larger than road
basement width.
− Road basement will be stability better during construct time and using time when
subsidence speed at center of road smaller ten millimetter per day night, horizontal
displacement speed of survey steel piles at two side slope smaller five millimetter
per day night.
− More deep down under soft soil, subsidence will be decrease.


-4-

MỤC LỤC
PHẦN A : NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI .........................................1
PHẦN MỞ ĐẦU ..................................................................................................2
I. ĐẶT VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ......................................................................2
II. PHƯƠNG HƯỚNG CỦA ĐỀ TÀI ................................................................2
III. GIỚI HẠN ĐỀ TÀI .....................................................................................2
PHẦN I : NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN ..............................................................3
CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ ỔN ĐỊNH VÀ BIẾN DẠNG CỦA ĐƯỜNG DẪN
VÀO CẦU ĐẮP CAO TRÊN ĐẤ YẾU Ở VIỆT NAM VÀ THẾ GIỚI ...............4
1.1 Các hiện tượng sự cố về đường dẫn vào cầu và các công trình tương tự ở Việt
Nam và thế giới ..........................................................................................4
1.2 Sơ lược các nghiên cứu về ổn định và biến dạng của các tác giả trong và ngoài
nước ............................................................................................................8
1.3 Xác lập nhiệm vụ nghiên cứu ....................................................................10

PHẦN II : NGHIÊN CỨU ĐI SÂU VÀ PHÁT TRIỂN ........................................11
CHƯƠNG 2 : NGHIÊN CỨU ĐẤT YẾU Ở ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG VÀ
KHU VỰC AN PHÚ – AN KHÁNH QUẬN 2 TP HỒ CHÍ MINH ......................12
2.1 Khái niệm về đất yếu .................................................................................12
2.1.1 Các đặc trưng cơ lý cơ bản của đất yếu ...........................................12
2.1.2 Các loại đất yếu thường gặp ............................................................12
2.1.3 Một số đặc điểm đất yếu .................................................................13
2.2 Khái quát về đất yếu ở Đồng Bằng Sông Cửu Long .................................17
2.2.1 Cấu trúc địa chất đồng bằng Sông cửu Long ...................................17.
2.2.2 Sự phân bố các khu vực đất yếu ở đồng bằng Sông cửu Long ........18
2.3 Khái quát về đất yếu khu vực Tp.Hồ chí minh và tập trung vào địa chất ở An
Phú – An Khánh quận 2 .............................................................................20
2.4 Thống kê các đặc trưng cơ bản phục vụ tính toán .....................................22
2.5 Mặt cắt địa chất điển hình khu vực nghiên cứu ........................................24
2.6 Kết quả tính toán các đặc trưng cơ lý các lớp đất ......................................28
CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU CẤU TẠO ĐƯỜNG DẪN VÀO CẦU ĐẮP CAO
TRÊN 5M VỚI CẤP 60 TRÊN ĐẤT YẾU Ở AN PHÚ – AN KHÁNH ..............30
3.1 Khái niệm chung ........................................................................................30
3.2 Các tiêu chuẩn liên quan đến đường cấp 3 ................................................31
3.3 Các giải pháp gia cố nền đất yếu dưới nền đường đắp ..............................33
3.4 Mặt cắt cấu tạo tiêu biểu cho đường dẫn vào cầu đắp cao ........................43
3.4.1 Mặt cắt cấu tạo theo phương án 1 : phương án kết hợp giữa giếng cát
với bệ phản áp .................................................................................43
3.4.2 Mặt cắt cấu tạo theo phương án 2 : phương án kết hợp giữa giếng cát
với gia tải bằng đắp đất ...................................................................47
3.4.3 Mặt cắt cấu tạo theo phương án 3 : phương án kết hợp giữa bấc thấm
với gia tải bằng đắp đất ...................................................................47


-5-

3.5 Giải pháp vật liệu cấu tạo khối đắp ...........................................................47
3.5.1 Cấu tạo thân nền đắp .......................................................................47
3.5.2 Độ dốc ta luy nền đường ..................................................................47
3.5.3 Xác định vật liệu đắp nền đường cho công trình .............................51
3.5.4 Độ chặt của đất đắp nền đường .......................................................51
3.6 Xác định chiều cao đắp nền đường trên đất yếu ........................................54
3.6.1 Chiều cao tối thiểu Hmin .................................................................54
3.6.2 Chiều cao tối đa Hmax ....................................................................56
CHƯƠNG 4 : NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH CỦA ĐƯỜNG DẪN VÀO
CẦU ĐẮP CAO 5M VỚI CẤP 60 TRÊN ĐẤT YẾU Ở AN PHÚ – AN KHÁNH
QUẬN 2 ................................................................................................................58
4.1 Các khái niệm cơ bản về ổn định ...............................................................58
4.2 Cơ sở lý thuyết đánh giá ổn định nền ........................................................60
4.2.1 Đánh giá ổn định nền đất yếu theo lý thuyết nền biến dạng tuyến tính
..........................................................................................................60
4.2.1.1 Tính toán ổn định theo tải trong an toàn qat .............................60
4.2.1.2 Đánh giá ổn định theo tải trọng cho phép ...............................62
4.2.2 Đánh giá ổn định nền dựa vào lý thuyết cân bằng giới hạn Karlle
Terzaghi (1925) ...............................................................................64
4.2.3 Đánh giá ổn định theo phương pháp mặt trượt trụ tròn ...................68
4.2.3.1 Phương pháp W.FELLENIUS(Phương pháp phân mảnh cổ điển
) .............................................................................................68
4.2.3.2 Phương pháp A.W.BISHOP ..................................................70
4.2.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến cung trượt trụ tròn ................................71
4.2.5 Phương pháp W.FELLENIUS ..........................................................71
4.2.5.1 Xét ảnh hưởng của áp lực thủy tỉnh ......................................71
4.2.5.2 Xét ảnh hưởng của sức kháng cọc ........................................72
4.2.5.3 Xét ảnh hưởng của cố kết không đồng bộ ............................75
4.2.5.4 Xét tác dụng vải địa kó thuật và lưới cừ tràm ngang ............76

4.2.5.5 Xét tác dụng của hoạt tải ......................................................79
4.2.6 Phương pháp A.W.BISHOP .............................................................80
4.2.6.1 Xét ảnh hưởng của áp lực thủy tỉnh ......................................80
4.2.6.2 Xét ảnh hưởng của sức kháng cọc ........................................80
4.2.6.3 Xét ảnh hưởng của cố kết không đồng bộ ............................80
4.2.6.4 Xét tác dụng vải địa kó thuật và lười cừ tràm ngang ............80
CHƯƠNG 5 : NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN BIẾN DẠNG CỦA ĐƯỜNG DẪN VÀO
CẦU ĐẮP CAO 5M TRÊN ĐẤT YẾU Ở AN PHÚ – AN KHÁNH ....................81
5.1 Khái niệm cơ bản về lún .........................................................................81
5.2 Phương pháp tính lún công trình đắp ......................................................81
5.2.1 Độ lún tức thời .......................................................................................82
5.2.2 Độ lún cố kết .........................................................................................83
5.2.2.1 Xác định vùng hoạt động Ha dưới nền đường đắp ......................83


-6-

5.2.2.2 Xác định độ lún ổn định theo thời gian(Giai đoạn cố kết thứ 1) .87
5.2.2.3 Xác định độ lún theo thời gian trong trường hợp thoát nước 2 chiều
khi có sử dụng giếng cát, bấc thấm thoát nước ............................90
5.2.3 Biến dạng từ biến do ứng suất pháp .......................................................93
5.2. Biến dạng từ biến do ứng suất cắt ...........................................................97
CHƯƠNG 6: MỘT SỐ ỨNG DỤNG VỀ TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH VÀ BIẾN
DẠNG CỦA ĐƯỜNG DẪN VÀO CẦU VÀ CÁC CÔNG TRÌNH TƯƠNG TỰ
..........................................................................................................................100
6.1 Phần số liệu tính toán ................................................................................100
6.1.1 Số liệu tiêu biểu khu vực quận 2 và vùng phụ cận Tp.Hồ Chí Minh
.....................................................................................................................100
6.1.2 Qui đổi tải trọng tác dụng lên nền đường ra chiều dày đất đắp ......101
6.2 Nội dung tính toán .....................................................................................102

6.2.1 Tính toán ổn định và biến dạng công trình theo thuật toán giải tích
..........................................................................................................102
6.2.1.1 Kiểm toán điều kiện không cho phép lún trồi ......................103
6.2.1.2 Kiểm tóan điều kiện không cho phép trượt sâu ....................104
6.2.1.3 Tính toán thiết kế giải pháp bằng bấc thấm .........................105
6.2.2 Mô hình bài toán bằng phần mềm Slope/W và Plaxis ....................110
6.2.2.1 Giải bài toán ổn định bằng phần mềm Slope/W ..................110
6.2.2.2 Giải bài toán lún cố kết bằng phần mềm Plaxis ...................113
CHƯƠNG 7 : KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................126
7.1 Kết luận ....................................................................................................126
7.2 Kiến nghị ..................................................................................................127
7.3 Các hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp theo ............................................127
7.3.1 Các hạn chế của đề tài .....................................................................127
7.3.2 Hướng nghiên cứu tiếp theo .............................................................127

==========================›››››=========================


-7-

PHẦN A

NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ
TÀI


-8-

PHẦN MỞ ĐẦU
I- ĐẶT VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

Dân cư phát triển gắn liền với vùng châu thổ các con sông lớn. Nhu cầu xây
dựng đường sá, nhà trung tầng, biệt thự và đặt biệt những cây cầu phục vụ cho nhu cầu
phát triển của đồng bằng sông Cửu Long, vùng phụ cận TP. Hồ Chí Minh và nhất là
khu vực An Phú – An Khánh quận 2 là điều cần thiết. Trong những năm gần đây, nước
ta đề ra mục tiêu “Hiện đại hoá công nghiệp hoá đất nước “. Cùng với các lónh vực
khác, xây dựng cơ sở hạ tầng được đặt lên hàng đầu như là chiến lược để đạt được mục
tiêu ấy các công trình hạ tầng cơ sở phải đạt được độ an toàn cần thiết. Xây dựng Cầu
đường ở vùng này đồng nghóa với việc xây dựng công trình trên đất yếu. Điều chú ý
nhất ở việc xây dựng đường trên đất yếu là đường dẫn vào cầu. Nơi đây chiều cao đắp
rất cao so với các vị trí khác nên dễ gây nguy hiểm cho sự ổn định của talus và mố cầu.
Do đó việc tìm ra các phương pháp tính toán ổn định và biến dạng của đường dẫn vào
cầu đắp cao là điều không dễ dàng.
II- PHƯƠNG HƯỚNG CỦA ĐỀ TÀI
1. Nghiên cứu cấu tạo hợp lý công trình đường dẫn vào cầu đắp cao tương ứng với
các lớp đất có tính chất phức tạp (bùn sét nhão, cát ..) ở An Phú – An Khánh, quận 2,
Tp. Hồ Chí Minh mục đích đem lại hiệu quả kinh tế cũng như đảm bảo yêu cầu kỹ
thuật cho công trình.
2. Nghiên cứu ổn định công trình đường dẫn vào cầu đắp cao theo hai phương pháp
giải tích và bán giải tích.
3. Nghiên cứu biến dạng công trình đường dẫn vào cầu đắp cao. Tính toán biến
dạng theo phương pháp giải tích và phần mềm Plaxis.
III. GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI
Công tác thí nghiệm về ổn định và biến dạng không đựơc thực hiện về sử gia
tăng lực dính C và góc ma sát ϕ do điều kiện và thời gian không cho phép.
Do thời gian không cho phép nên tác giả chỉ nghiên cứu biến dạng theo phương
ngang cầu, còn biến dạng theo phương dọc cầu ảnh hưởng đến hệ cọc mố tác giả chưa
xét đến.
Tác giả bỏ qua thiết kế kết cấu mặt đường, tải trọng động qui ra tỉnh tải.

-9-

PHẦN I

NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN


- 10 -

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ ỔN ĐỊNH VÀ BIẾN DẠNG CỦA ĐƯỜNG DẪN
VÀO CẦU ĐẮP CAO TRÊN ĐẤT YẾU Ở VIỆT NAM VÀ TRÊN THẾ
GIỚI
1.1 CÁC HIỆN TƯNG SỰ CỐ VỀ ĐƯỜNG DẪN VÀO CẦU VÀ CÔNG TRÌNH
TƯƠNG TỰ TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM:
Các công trình gặp sự cố ở Việt Nam :
 Chúng ta điều biết Cầu Bình Triệu 2 là một trong bốn cầu lớn vượt sơng Sài Gịn. Cầu
nằm phía đơng bắc thành phố, nối liền hai quận Thủ Đức và Bình Thạnh. Đây là khu
cửa ngõ TP HCM dẫn đến các khu công nghiệp Bình Dương, Biên Hịa và đường nối
liền quốc lộ 1A, quốc lộ 13 - những con đường huyết mạch đi các tỉnh Bà Rịa - Vũng
Tàu, Đồng Nai, Bình Dương, các tỉnh Tây Ngun. Tuy nhiên khi cầu được đưa vào
sử dụng không bao lau thì gặp phải sự cố lún ở 2 đầu cầu phía quận Bình Thạnh và
quận Thủ Đức.

Hình 1.1 : Sự cố lún nứt đường dẫn vào cầu Bình Triệu 2(tháng 1/2005)

Theo Ơng Dương Viết Giảng, Phó giám đốc Cơng ty Đầu tư kinh doanh cơng trình
giao thơng 565, cho biết “việc thi cơng bồi đất cho đường dẫn ở cầu Bình Triệu 2 (phía
quận Bình Thạnh) đã thực hiện cánh đây 3 ngày. Nhờ đó, độ vênh giữa mặt đường dẫn và

mặt cầu đã giảm bớt và người tham gia giao thơng đã an tồn hơn khi xuống cầu. Còn đối
với sự cố ở đầu cầu phía bên quận Thủ Đức, vì phải xem lại nguyên nhân khiến cầu thấp
hơn mặt đường, nên việc tiến hành xử lý đã chậm lại vài ngày so với dự kiến. Theo nhận
định ban đầu của Cơng ty, thì độ lệch cốt giữa cầu và đường dẫn ở đầu cầu này là do dồn
đất từ phía đường.’’


- 11 -

Sự cố đã được xử lý, cũng bằng cách lấp đất và làm đường che phủ chỗ nứt. Đây chỉ
là giải pháp xử lý tạm thời, về sau sẽ rất nguy hiểm.
 Dự án cầu đường Nguyễn hữu Cảnh, đã gặp phải sự cố ngay khi đưa vào sử dụng.
Hiện tượng lún diễn ra rất nhanh tại các vị trí trên mặt đường cũng như tại các vị trí
tiếp giáp giữa đường với công trình cầu. Theo kết quả đo vẽ khảo sát cho thấy cao
độ thực tế đều thấp hơn cao độ thiết kế từ 5cm ÷ 100cm, chủ yếu do quá trình lún
của tầng đất yếu phía dưới.

Hình 1.2 : nh sự cố lún nứt mặt đường Nguyễn Hữu Cảnh (tháng 05/2004)

Đến nay quá trình lún vẫn đang tiếp diễn. Nhiều nhà khoa học cũng đến để xem
xét và xử lý nhưng vẫn chưa có kết quả khả quan nào.
 Tại địa phận quận 9 vào tháng 4 năm 1999, tại mố B (phía xã Long Trường) đường
vào cầu Trường Phước bị trượt. Đất đắp sỏi đỏ đường vào cầu bị trượt chuồi qua
khoảng cách 1,5 m giữa các cọc bê tông cốt thép 35 x 35 cm dài 12 m đã đóng gia
cường dọc theo bờ sông nhánh. Giữa các cọc, đã được sử dụng lớp cừ tràm đặt
ngang, sau đó đắp đất sỏi đỏ mở rộng nền đường cũ. Chiều cao đất đắp từ chân
taluy đến đỉnh đường đắp mới là 6 m, Nếu tính từ mặt đường cũ là 2,2 m. Đất trượt
đã đạp gãy lớp cừ tràm ngang trên chiều dài hơn 30 m đường vào cầu.

- 12 -

Hình 1.3 Trượt nền đường đắp vào cầu Trường Phước
(Quận 9 – TP. Hồ Chí Minh 4/1999)

 Trong khi đó ở quận 2, nơi tác giả sẽ nghiên cứu về đề tài cũng tiềm ẩn nhiều sự cố
tương tự với chiều dày tầng đất yếu lớn và phức tạp. Cũng thuộc quận 2 nhưng ở cận
là Thủ Thiêm nhiều công trình cầu đường hiện hữu đã thi công. Nhưng những công
trình này cũng chỉ làm tạm với thiết kế rất sơ sài và nguy cơ xảy ra sự cố rất lớn như
các công trình mà tác giả có dịp chứng kiến sau :

Hình 1.4 : Cầu Phao. Trần Não quận 2

Hình 1.5 Cầu Cá Trê. Trần Não quận 2


- 13 -

Công trình gặp sự cố ở nước ngoài :
 Trong quá trình công trình đưa vào sử dụng cũng gặp một số sự cố như sạt lỡ mái
dốc của công trình nền đường đắp trên đất yếu ở Thái Lan.

Hình 1.6 Mất ổn định mái dốc nền đường đắp ở Thái Lan

Chúng ta có thể thấy bên cạnh công trình là một con sông rất lớn. Vì thế nền đất
bên dưới công trình rất yếu, mái dốc không được gia cố. Vì thế công trình bị trượt theo
một cung trượt trụ tròn là một tất yếu.


- 14 -

1.2 SƠ LƯC CÁC NGHIÊN CỨU VỀ ỔN ĐỊNH VÀ BIẾN DẠNG CỦA CÁC
TÁC GIẢ TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC.
Vấn đề ổn định và biến dạng của nền đất yếu dưới nền đất đắp đã và đang được
nhiều tác giả ngoài nước nghiêu cứu. Trong đó phải kể đến các công trình nghiên cứu
của : N.N.MASLOV, SPENCER, JANBU, TERZAGHI, R.B.PECK, WHITLOW,
W.FELLENIUS, A.W. BISHOP … và các nhà khoa học khác đã góp phần không nhỏ
vào việc giải quyết các vấn đề ổn định và biến dạng của nền đất yếu dưới nền đất
đắp.
Ở nước ta, trong thời gian qua vấn đề xây dựng công trình trên đất yếu cũng được
tăng cường nghiên cứu. Các tác giả nghiên cứu trong nước đã ra sức phấn đấu giải
quyết những vấn đề gắn liền với điều kiện cụ thể địa chất Việt Nam, phần lớn tập
trung nghiên cứu đất sét yếu ở Đồng Bằng Sông Cửu Long. Trong lónh vực cải tạo nền
đất sét yếu phải kể đến các công trình nghiên cứu của các tác giả: LÊ BÁ LƯƠNG,
HOÀNG VĂN TÂN, NGUYỄN VĂN THƠ, VŨ ĐỨC LỤC, NGUYỄN VĂN
QUẢNG…
 Về mức độ ổn định :
Nhiều tác giả tập trung nghiên cứu qua 2 dạng : ổn định chống lún trồi và ổn định
chống trượt sâu. Qua các công trình nghiên cứu của A.W BISHOP và W.FELLENIUS
như sau :

Hình 1.7 : Phân tích ổn định theo phương pháp của A.W.BISHOP
A.W BISHOP đã đưa ra công thức tính hệ số ổn định như sau :


- 15 -

Hệ số an toàn theo A.W.BISHOP :
Fs =

1

∑ W sin α + ∑ E
i

i

∑ [c' l

ϑ
u

i

+ (Wi cos α i − u i l i ) tan ϕ ']

R
xi
O

R
B

αi

R

Wi
˜

α”+ve”

li

A

α”-ve”

Tm

Ni

Hình 1.8 Phân tích ổn định theo phương pháp FELLENIUS

Hệ số an toàn theo W.FELLENIUS như sau :
K od =

1
∑Wi sin α i

∑ [c' l

i

+ (Wi cos α i − u i li ) tan ϕ ']

Theo Pilot vaø Moreau (1973) nghiên cứu ổn định chống trượt sâu của nền đất dựa
vào sức chống cắt nền đất không thoát nước Cu và độ dốc mái taluy.
Đối với nền đất yếu có chiều dày tương đối lớn, nhiều nhà khoa học trên thế giới
như Carillo (1942), R.A Baron, và Hansbo cũng đã nghiên cứu thành công sự gia tăng

độ cố kết nền đất yếu để tăng cường độ ổn định khi gia tải nền bằng bấc thấm PVD,
cọc cát hay cọc đất kết hợp vôi xi măng.
Hiện nay, phương pháp tính toán thường được sử dụng như : phương pháp cân
bằng giới hạn mặt trượt trụ tròn của các tác giả W.Fellenius, A.V.Bishop, Janbu.
Spencer và Morgenstern – Price và gần đây để giải quyết bài toán một cách tổng quát
hơn bắt đầu xuất hiện lý thuyết cân bằng giới hạn tổng quát (GLE), trong đó những
phương pháp của W.Fellenius, A.V.Bishop được coi là trường hợp đặc biệt.
 Về độ biến dạng :


- 16 -

Biến dạng của công trình chủ yếu bao gồm biến dạng nén chặt (Sw) và biến dạng
từ biến do σ (Sησ). Trong đó, biến dạng nén chặt xảy ra trong giai đoạn cố kết thứ nhất
(thoát nước tự do), biến dạng từ biến xảy ra trong giai đoạn sau khi đã thoát nước hoàn
toàn. Khi xét đến biến dạng từ biến của công trình nhiều nhà nghiên cứu tìm ra được
loại biến dàng này do 2 thành phần gây ra : ứng suất pháp σ có Sησ và do τ có Sητ .
Thành phần thứ 2 Sητ xảy ra khi xét đến điều kiện nền bán không gian hữu hạn có dạng
như sau :

B

qo

Sw

λητ

y

Sησ
Sητ

y = 0.16Sw
Hình 1.9 : Mô tả nền bán không gian hữu hạn có xét đến Sητ
1.3 XÁC LẬP NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU.
Từ các hiện tượng sự cố trên ta thấy rằng đối với các công trình ven sông nhất là
đối vối công trình đường dẫn vào cầu thì vấn đề ổn định và lún tổng thể là rất quan
trọng, do việc cấu tạo đường dẫn không hợp lý và việc tính toán ổn định và lún chưa
xét hết đầy đủ các yếu tố, do đó trong nhiệm vụ luận án này em tập trung vào nghiên
cứu các vấn đề sau:
♦ Nghiên cứu tổng quát đất yếu Khu đô thị mới An Phú – An Khánh quận 2 Thành
Phố Hồ Chí Minh.
♦ Giải pháp hợp lý về cấu tạo công trình đường dẫn vào cầu đắp cao trên 5m trong
điều kiện chiều dày đất yếu tương đối lớn ở An Phú – An Khánh quận 2 TP. Hồ
Chí Minh.
♦ Nghiên cứu ổn định công trình đường dẫn vào cầu đắp cao trên 5m với cấp kỹ
thuật 60 km/h trên đất yếu ở An Phú – An Khánh quận 2, TP. Hồ Chí Minh.
♦ Nghiên cứu độ lún công trình đường dẫn vào cầu đắp cao trên 5m với cấp kỹ
thuật 60 km/h trên đất yếu ở An Phú – An Khánh quận 2, TP. Hồ Chí Minh.


- 17 -

♦ Nghiên cứu ứng dụng tính toán giải tích và tính toán với 2 chương trình phần
mềm phổ biến hiện nay là Plaxis và Geo Slope về ổn định và lún tổng thể công
trình đường dẫn đắp cao vào cầu.

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

- 18 -

PHẦN II

NGHIÊN CỨU ĐI SÂU VÀ PHÁT
TRIỂN


- 19 -

CHƯƠNG 2

NGHIÊN CỨU ĐẶC TRƯNG CƠ LÝ CƠ BẢN CỦA ĐẤT YẾU Ở
ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG VÀ KHU VỰC AN PHÚ – AN
KHÁNH QUẬN 2 TP. HỒ CHÍ MINH
2.1 KHÁI NIỆM VỀ ĐẤT YẾU
Quan sát các loại đất yếu thường thấy có những đặc điểm sau:
+ Thường là đất loại sét có lẫn các chất hữu cơ hoặc nhiều hay ít;
+ Hàm lượng đất ngậm nước cao và trọng lượng thể tích nhỏ;
+ Độ thấm nước rất nhỏ;
+ Cường độ chống cắt nhỏ và khả năng có tính nén lún lớn.
Đất yếu là các loại đất có khả năng chịu tải nhỏ (vào khoảng 0.5kg/cm2 đến
1.0kg/cm2), có tính nén lớn, hầu như bão hòa nước, có hệ số rỗng e lớn (e>1), mun
biến dạng thấp (Eo<5kg/cm2), lực chống cắt nhỏ… Nếu không có các biện pháp gia cố,
xử lý đúng đắn thì việc xây dựng công trình trên đất yếu này sẽ rất khó khăn hoặc
không thể thực hiện được. Đất yếu được thành tạo từ trầm tích đệ tứ (trầm tích trẻ),
thuộc hệ Holoxen trải qua 12000 ÷ 5000 năm, trong điều kiện yên tónh của thềm lục
địa.
2.1.1 CÁC ĐẶC TRƯNG CƠ LÝ CƠ BẢN CỦA ĐẤT YẾU

™ Đặc Trưng Vật Lý Của Đất Yếu
-

Độ ẩm thiên nhiên:

W=60% – 80%.

-

Hệ số rỗng thiên nhiên: e=1.4 – 2.2

-

Dung trọng thiên nhiên: γ w =1.5 – 1.6kg/cm3
™ Đặc Trưng Cơ Học Của Đất Yếu

-

Lực dính:

c=0.05 – 0.06kg/cm2.

-

Góc ma sát trong: ϕ =4o – 5o

-

Môđun tổng biến dạng:

Eo=4 – 7kg/cm2.

2.1.2 CÁC LOẠI ĐẤT YẾU THƯỜNG GẶP

-

Đó là các loại các hạt nhỏ, cát bụi ở trạng thái bời rời bảo hòa nước.

- Các loại đất dính bảo hòa nước ở trạng thái mềm, dẻo mềm, dẻo chảy, chảy gây
biến dạng lớn theo thời gian như : bụi, sét, bùn sét, bùn sét hữu cơ …


- 20 -

-

Các loại đất bùn, than bùn có hàm lượng hữu cơ lớn.

- Các loại đất hoàng thổ có hệ số rổng lớn, ở trạng thái khô có khả năng chịu tải
lớn nhưng khi ngậm nước sẽ gây lún, biến dạng rất lớn.
2.1.3 MỘT SỐ ĐẶC ĐIỂM ĐẤT YẾU :
a. Thành phần khoáng :
Đất sét thường được cấu tạo bởi hai thành phần hạt rắn chủ yếu: hạt rắn thơ có kích
thước hạt >0.005mm và thành phần hạt sét có kích thước < 0.005mm được hình thành do
phong hóa hóa học. Các hạt sét ảnh hưởng rất lớn đến tính chất cơ lý của đất sét.
Các khống sét bao gồm khoáng Kaolinite, Illite và Montmorillonite.
Qua kết quả nghiên cứu cho thấy:
Khu vực

Hàm lượng
Monmorilonite

Illite

Kaolinite

Rạch Núi

50

30

20

Rạch Cần Giuộc

50

20

30

Cai Lậy

60

20

20

Giồng Cai Lậy

80

10

10

Long Xuyên

80

10

10

Giồng Nhị Qui

100

-

-

Như vậy ở đồng bằng Sông Cửu Long, đất sét có chứa nhiều khống chất
Montmorillonit chiếm trên 50% khối lượng. Khống Montmorillonite có hoạt tính bề mặt
ngồi rất mạnh do tổng diện tích mặt ngồi trên đơn vị thể tích là rất lớn (1g khống có
khoảng 800m2 ) và trường lực hút tĩnh điện rất mạnh . Với đặc điểm này làm cho đất sét
yếu có tính chất khá phức tạp, nguy hại cho cơng trình là biến dạng rất lớn, kéo dài và khả

năng chịu tải kém.
b. Nước trong đất :
Đất yếu ở đồng bằng sông Cửu Long thường bị ngập nước nên đất thường chỉ có hai pha:
pha rắn (hạt sét hay cát) và pha lỏng. Nước trong đất sét gồm nhiều loại và có đặc tính
phức tạp, ảnh hưởng rất lớn đối tính chất cơ lý của đất. Người ta phân nước trong đất gồm
2 loại chính: nước liên kết và nước tự do.


- 21 -

- Nước liên kết: gồm nước hấp thụ và màng nước liên kết. Do đặc điểm về kích thước
bé và thành phần cấu tạo của hạt sét, nước liên kết ảnh hưởng rất lớn đối với đặc tính của
đất sét nhất là tính biến dạng lâu dài của đất.
- Nước tự do bao gồm nước trọng lực và nước mao dẫn. Nước tự do nằm đủ xa hạt
rắn và chỉ chịu tác dụng của trọng trường. Nước mao dẫn chỉ tồn tại khi có một phần pha
khí trong đất. Áp lực nước tự do trong đất chính là áp lực lổ rỗng u. Áp lực nước này đóng
vai trị quan trọng trong đất dính.

Hình 2.1. Sơ đồ phân bố lớp nước xung quanh hạt sét (theo Xergeev)
c. Hiện tượng hấp thụ :
Đó là khả năng của hạt sét hút từ moi trường xung quanh và giữ lại trên chúng
những vật chất khác nhau như hạt rắn, lỏng và hơi, những ion phân tử và các hạt keo.
Sự hấp thụ của đất có bản chất rất phức tạp và gồm nhiều q trình xãy ra đồng thời
bên ngồi như hấp thụ cơ học, vật lý, hóa học, hóa lý và sinh học.
d. Tính dẻo :
Là một trong những đặc điểm quan trọng của đất sét. Độ dẻo của đất sét phụ thuộc
vào nhiều nhân tố: mức độ phân tán, thành phần khống, lượng và tính chất hóa học của
nước trong đất. Để phân loại tính dẻo của đất sét người ta dùng chỉ số dẻo.
Chỉ số dẻo được tính tốn dựa vào các giới hạn Atterberg.
Ip =Wc -Wp.

Ngồi ra A.V Skempton cũng đề nghị dùng chỉ số Ak – chỉ số hoạt tính keo để biểu
thị mối quan hệ giữa thành phần tính chất hóa keo và độ dẻo của đất sét.
Ak =

Wc − W p
Mc

=

Wn
Mc

Trong đó:
Wc: Giói hạn chảy;
Wp: Giới hạn dẻo;
Mc: hàm lượng hạt sét;
Ip : chỉ số dẻo.


- 22 -

Khi đó:
Nếu: Ak > 1.25

đất sét có hoạt tính keo cao

Nếu: 1.25> Ak > 0.75

đất sét có hoạt tính keo vừa

Nếu: Ak <0.75

đất sét có hoạt tính keo thấp

Chỉ số Ak của đất sét ở một số khu vực như sau:
Loại đất

Sét

Cần Giuộc

Bùn sét
1.93

Mỹ Tho

0.55

Cai Lậy

0.69

Long Xuyên

3.25

Rạch Giá

1.36

Vĩnh Long

1.5

Cần Thơ

0.76

Bạc Liêu

0.57

Thới Bình

1.33

Cái Nước

1.11

Qua đó ta có thể nhận thấy chỉ số Ak một số loại đất ở một số khu vực rất cao.
e. Gradien thủy lực ban đầu :
Qua thí nghiệm cho thấy, đối với đất sét, nước chỉ thấm qua khi gradient cột nước
lớn hơn một giá trị nào đó. Giá trị đó gọi là gradien thủy lực ban đầu (Jo).
Người ta cho rằng gradien ban đầu là khả năng chống trượt của màng nước liên kết
của hạt sét. Khi khắc phục được ứng suất trượt của màng nước liên kết, cấu trúc định
hướng của nước này bị phá vỡ và nước bắt đầu thoát qua.

f. Độ bền kết cấu :

- 23 -

Đối với đất sét yếu, độ bền của bản thân các hạt lớn hơn nhiều so với độ bền cấu
trúc giữa các hạt sét với nhau nên độ bền của đất sét phụ thuộc nhiều vào độ bền cấu trúc
của đất. Độ bền cấu trúc đất sét có tính chất phân tử và thuộc loại ngưng keo xúc biến.
Nếu tải trọng ngoài tác dụng nhỏ hơn độ bền cấu trúc thì đất có biến dạng nhỏ có
thể bỏ qua. Độ bền cấu trúc đất sét yếu nhỏ khoảng (0.2÷0.3)kG/cm2.
g. Biến dạng :
Do sự hình thành và tính chất đặc biệt của đất sét nên thường đất sét ở trạng thái
chưa nén chặt. Ở trạng thái chưa nén chặt và bão hịa nước, khi có tác dụng tải trọng ngoài,
áp lực nước lổ rỗng rất lớn và thường kéo dài do sự thốt nước hạn chế.
Tính chất biến dạng của đất sét do bản chất của mối liên kết giữa các hạt quyết định.
Biến dạng của đất sét do biến dạng cấu trúc và biến dạng cấu trúc hấp phụ.
Biến dạng cấu trúc: đây là biến dạng không hồi phục do sự phá hủy các liên kết
cứng giữa các hạt sét làm trượt tương đối giữa các hạt và tăng mật độ các yếu tố cấu trúc
trong một đơn vị thể tích.
Biến dạng cấu trúc hấp phụ: do sự hồi phục màng nước liên kết xung quanh hạt sét,
các bao khí và các chất khí hịa tan trong nước. Biến dạng này xảy ra chậm chạp, có tính
lưu truyền theo thời gian.
h. Sức chống cắt :
Sức chống cắt của đất sét phụ thuộc vào độ ẩm , độ chặt của đất.
Theo Giáo sư N.N.Maslov, lực dính của đất sét bao gồm lực dính mềm Σw (khi bị
phá hoại có thể hồi phục) và lực dính cứng Cc (khi bị phá hoại khơng thể hồi phục). Biểu
thức tính sức chống cắt có dạng:
τ w = σ tgϕ w + C w
Trong đó:
τ w: sức chống cắt của đất;
σ: ứng suất pháp tuyến
ϕ w :góc ma sát trong của đất, phụ thuộc vào độ ẩm độ chặt của đất .

C w :lực dính kết tổng cộng;
C w = (Cc+ Σw)
Đối với đất sét yếu (độ sệt B ≥ 1) thì lực dính Cc < 10% C w, lực dính Σw ≈C w .
Trong trường hợp dưới tác dụng tải trọng ngoài tác dụng lâu dài, nước trong đất
thoát ra làm đất nén chặt lại ( hệ số rỗng e giảm đi ) và độ ẩm W trong đất giảm đi, lực
dính C và góc ma sát trong ϕ có khả năng tăng lên.
i. Tính lưu biến :


- 24 -

Do tính nhớt của màng nước liên kết nên trong đất sét là một mơi trường dẻo nhớt.
Chính đặc điểm này làm cho đất sét có tính từ biến và xúc biến (gọi chung là lưu biến).
Từ biến của đất sét thể hiện khi ứng suất (σ , τ) tác dụng không đổi nhưng biến dạng
vẫn tăng lên theo thời gian.
Xúc biến (chùng ứng suất) của đất sét thể hiện sự giảm yếu của ứng suất khi giữ
biến dạng khơng thay đổi.
Tính lưu biến của đất sét làm cho biến dạng của đất dưới tác dụng của tải trọng thay
đổi trong thời gian rất lâu, có khi đến hàng trăm năm .
Chính do liên kết cấu trúc yếu ớt nên đất sét yếu thường có độ nhạy lớn, rất dễ bị
phá hoại. Tuy nhiên, khi mất đi nguyên nhân gây phá hoại thì đất sét có khả năng phục hồi
được một phần độ bền.
2.2 KHÁI QUÁT VỀ ĐẤT YẾU ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG
2.2.1 CẤU TRÚC ĐỊA CHẤT ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG

Cấu trúc địa chất đồng bằng sông Cửu Long có dạng bồn trũng theo hướng
Đông Bắc – Tây Nam. Phủ trên móng đá là tập hợp các thành tạo bở, rời có từ kỷ
Naogen đệ tứ, trên cùng là lớp trầm tích trẻ có tuổi khoảng 15.000 năm có chiều
sâu lên tới 110m, đây cũng chính là tầng đất yếu trên mặt, móng của các công
trình chủ yếu được đặt trên tầng đất yếu này. Gồm 2 loại địa tầng sau :

™ Tầng Bồi Tích Trẻ (Trầm Tích HOLOXEN QIV): được chia thành 3 bậc:
- Bậc Holoxen dưới QIV1-2 : gồm các màu vàng và xám tro, chứa sỏi nhỏ cùng
kết vón sắt, phủ lên tầng đất sét loang lỗ Pleistoxen, chiều dày đạt tới 12m.
- Bậc Holoxen giữa QIV2 gồm bùn sét màu xám, sét xám xanh và xám vàng,
chiều dày từ 10-70m.
- Bậc Holoxen trên QIV3 gồm tầng trầm tích khác nhau về điều kiện tạo thành,
thành phần vật chất, tuổi và điều kiện phân bố:
+ Tầng trầm tích biển, sông biển hổn hợp và sinh vật mQIV3, mabQIV3 gồm cát
hạt mịn, bùn sét hữu cơ…
+ Tầng trầm tích sinh vật, đầm lầy ven biển bamQIV3 gồm bùn sét hữu cơ, than
bùn.
+ Tầng trầm tích sông hồ hổn hợp và sinh vật ambQIV3 gồm bùn sét hữu cơ.
+ Tầng bồi tích aQIV3 gồm sét, á sét chảy, bùn á sét hoặc bùn sét hữu cơ.
Chiều dày của thành tạo trầm tích Holoxen trên biến đổi từ 9-20m, trung bình
15m. Toàn bộ chiều dày trầm tích Holoxen đạt tới 100m.
™ Tầng Bồi Tích Cổ (Trầm Tích PLEISTOXEN):


- 25 -

Tại khu vực đồng bằng sông Cửu Long, tầng trầm tích này gồm 3-5 tập hạt mịn
xen kẹp với 3-5 tập hạt thô, mỗi tập tương ứng với Pleistoxen trên, giữ và dưới. Mỗi tập
hạt mịn có chiều dày từ 1-2m đến 40-50m, các tập hạt thô được đặc trưng bằng bề dày
thay đổi từ 4-85m.
2.2.2

SỰ PHÂN BỐ CÁC KHU VỰC ĐẤT YẾU Ở ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU
LONG :

Dựa vào đặc trưng thành phần thạch học, tính chất địa chất công trình, địa chất

thủy văn và chiều dày của tầng đất yếu có thể chia thành 5 khu vực đất yếu khác nhau
: (Hình 2.2) :
Về chiều dày địa tầng đất yếu :
- Khu vực có lớp đất yếu từ (1 ÷30)m bao gồm khu vực ven Tp.Hồ Chí Minh,
thượng nguồn các sông Vàm Cỏ Tây, Vàm Cỏ Đông, phía tây Đồng Tháp Mười, rìa
quanh vùng Bảy Núi tới vùng ven biển Hà Tiên, Rạch Giá ;
- Khu vực đất yếu có chiều dày (5÷30)m phân bố cận vùng 1và đại bộ phận đồng
bằng và trung tâm Đồng Tháp Mười;
- Khu vực đất yếu có chiều dày (15÷300)m chủ yếu thuộc lãnh thổ các tỉnh Vónh
Long, Trà Vinh, Bến Tre tới vùng duyên hải tỉnh Cà Mau, Sóc Trăng, Tiền Giang .