Nghiên cứu tác dụng giảm độ lún của vải địa kĩ thuật đối với nền đường đắp trên đất yếu

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
WX

PHẠM NGỌC HIẾU

NGHIÊN CỨU TÁC DỤNG GIẢM ĐỘ LÚN
CỦA VẢI ĐỊA KỸ THUẬT ĐỐI VỚI NỀN ĐƯỜNG
ĐẮP TRÊN ĐẤT YẾU

Chuyên ngành : CẦU, TUYNEN VÀ CÁC CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG
KHÁC TRÊN ĐƯỜNG Ô TÔ VÀ ĐƯỜNG SẮT
Mã số ngành : 2.15.10

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, Tháng 10 năm 2006


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. Trần Xuân Thọ

Cán bộ hướng dẫn khoa học 2:

TS. Nguyễn Hoàng Quân

Cán bộ chấm nhận xét 1:

TS. Võ Phán

Cán bộ chấm nhận xét 2 :

TS. Bùi Trường Sơn

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 01 năm 2007



TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
PHÒNG ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc Lập -Tự Do - Hạnh Phúc
------oOo-----

-----------

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
HỌ TÊN HV
: PHẠM NGỌC HIẾU
- PHÁI
: NAM

NGÀY SINH
: 06/09/1978
- NƠI SINH : TIỀN GIANG
CHUYÊN NGÀNH : CẦU TUYNEN VÀ CÁC CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG KHÁC TRÊN
ĐƯỜNG Ô TÔ VÀ ĐƯỜNG SẮT
MÃ SỐ NGÀNH
: 2.15.10
KHÓA
: K15 - NĂM 2004 ÷ 2006
I/-TÊN ĐỀ TÀI

Nghiên cứu tác dụng giảm độ lún của vải địa kỹ thuật đối với
nền đường đắp trên đất yếu
II/-NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG
1. NHIỆM VỤ:

Nhiệm vụ trọng tâm là nghiên cứu tác dụng của vải địa kỹ thuật đối với độ lún nền đường
đắp trên đất yếu.
Từ đó rút ra những kết luận về việc giảm lún của nền đắp và gia tăng cường độ, độ ổn định
của nền đường đắp trên đất yếu khi có sử dụng vải địa kỹ thuật.
2. NỘI DUNG:

Mở đầu
Chương 1 : Tổng quan về việc sử dụng vải địa kỹ thuật trong nền đường đắp trên đất yếu
Chương 2 : Cơ sở lý thuyết cơ sở lý thuyết về tính toán ổn định và biến dạng của nền đường
đắp trên đất yếu có sử dụng vải địa kỹ thuật
Chương 3 : Phân tích và tính toán ảnh hưởng của vải địa kỹ thuật đến độ lún nền đường
Kết luận và kiến nghị

•

•
•
•
•

NGÀY GIAO NHIỆM VỤ
NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ
HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HD
HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ PHẢN BIỆN 1
HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ PHẢN BIỆN 2

: 06/02/2006
: 06/10/2006
: TS. TRẦN XUÂN THỌ, TS. NGUYỄN HOÀNG QUÂN
: TS. VÕ PHÁN
: TS. BÙI TRƯỜNG SƠN

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

TS. TRẦN XUÂN THỌ

TS. NGUYỄN HOÀNG QUÂN

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN

TS. LÊ THỊ BÍCH THỦY

Nội dung và đề cương Luận án cao học đã được thông qua Hội đồng chuyên ngành
Ngày…………tháng……….năm 200
TRƯỞNG PHÒNG ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC

KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG


LỜI CẢM ƠN
Trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu tại Trường Đại Học Bách Khoa
Thành Phố Hồ Chí Minh, tôi không thể nào quên được những công lao to lớn của
thầy cô giáo, gia đình và bạn bè đã dành cho tôi.
Tôi bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS. Trần Xuân Thọ và TS. Nguyễn
Hoàng Quân người đã tận tình hướng dẫn và mở ra những hướng đi trên con đường
nghiên cứu khoa học cho tôi. Thầy đã hết lòng giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận
lợi để tôi có thể hoàn thành luận văn.
Tôi xin cảm ơn ThS. Cao Ngọc Hải đã tận tình giúp đỡ để hoàn thành tốt
luận văn này.
Tôi chân thành cảm ơn Quý thầy, cô trong Bộ môn Cầu đường, Bộ môn Nền
móng, Khoa sau đại học Trường Đại Học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh
nhiệt tình giảng dạy, trang bị thêm cho tôi kiến thức về chuyên môn, giúp tôi vững
vàng hơn trong công tác nghiên cứu khoa học và hoàn thành luận văn này.
Cuối cùng, tôi xin thành thật cảm ơn gia đình, các bạn đồng nghiệp và các
bạn lớp cao học Cầu đường K15 đã quan tâm giúp đỡ, động viên tôi trong suốt quá
trình học tập.
Tp.Hồ Chí Minh, Ngày 06 tháng 10 năm 2006

Phạm Ngọc Hiếu


TÓM TẮT LUẬN VĂN

Trong những năm gần đây vải địa kỹ thuật được sử dụng rất phổ biến
trong nhiều lónh vực, đặc biệt trong lónh vực xây dựng nền đường đắp trên

đất yếu. Luận văn này đề cập đến tác dụng giảm lún của vải địa kỹ thuật
làm chức năng phân cách đối với nền đường đắp trên đất yếu. Phương
pháp phần tử hữu hạn và qui trình 22TCN 262-2000 được sử dụng để tính
toán và so sánh với số liệu quan trắc lún thực tế tại hiện trường nhằm rút
ra những kết luận cần thiết phục vụ cho việc tính toán cũng như để sử dụng
vải địa kỹ thuật có hiệu quả hơn.
Những kết quả rút ra được từ luận văn:
- Vải địa kỹ thuật làm giảm độ lún nền đường rõ rệt trong giai đoạn
thi công công trình và làm cho nền đường lún đều hơn.
- Làm gia tăng cường độ nền đường nhờ gia tăng khả năng kháng
cắt của đất do đó có thể tăng chiều cao của 01 lần đắp để đẩy
nhanh tiến độ thi công.
- Làm gia tăng hệ số an toàn hơn so với khi không dùng vải.


ABSTRACT

In recent years, geotextiles have been used more popularly in
embankment on soft soils as a separator. In this thesis, finite element
method and 22TCN 262-2000 standard were used to calculate and compare
with the results of surveying in-situ to evaluate the effects of geotextiles
installed in the embankment on soft soils.
Some conclusions of this thesis:
- Geotextiles reduce the differential settlement of embankment
during construction
- Geotextiles reinforce embankment on soft soils as the increasing of
shear strength, thus increasing the height of the embankment
- Increase the factor of safety

KÝ KIỆU VÀ CHÚ THÍCH
Cv

hệ số kết theo phương đứng

Ch

hệ số kết theo phương ngang

Cu

Lực dính không thoát nước

Cc

Chí số nén lún

Cr

Chỉ số nén lún hồi phục

Cα

Hệ số nén thứ cấp

C’

lực dính trong thí nghiệm nén 3 trục có thoát nước

e

hệ số rỗng

e0

hệ số rỗng ban đầu

ep

hệ số rỗng ở giai đoạn cố kết thứ cấp

E

môđun biến dạng

Eu

môđun biến dạng đàn hồi không thoát nước

F

hệ số an toàn trong tính toán ổn định

G

môđun cắt

hf

chiều cao nền đường cuối cùng

h0

chiều cao nền đường ban đầu

Hs

chiều cao nền đường an toàn

I

hệ số (nhân tố) ảnh hưởng

IL

chỉ số chảy

Ip

chỉ số dẻo

Kh

hệ số thấm theo phương ngang

Kv

hệ số thấm theo phương đứng

Ks

hệ số tăng cường độ chống cắt (tuỳ thuộc vào tải
trọng và tình trạng đất)

KD

chỉ số áp lực ngang

mnc

hệ số thể hiện quan hệ giữa log (Τ ƒu / σ’ v) và
log (ESL) trong trường hợp cố kết thông thường
(ESL ≤ 1)

moc

hệ số thể hiện quan hệ giữa log (Τ ƒu / σ’ v) vaø


log (ESL) trong trường hợp cố kết thông thường
(ESL >1)
Nc

hệ số chịu tải

NF

hệ số chịu tải theo biểu đồ ổn định Cousin

NT

hệ số chịu tải theo biểu đồ ổn định Taylor

OCR

tỷ số quá cố kết

q

tải nền đường

S

cường độ chống cắt không thoát nước trong
trường hợp cố kết thông thường (ORC=ESL=1)

Sc

độ lún cố kết ở giai đoạn cố kết sơ cấp

Ss

độ lún cố kết ở giai đoạn cố kết thứ cấp

Sf

độ lún cuối cùng (ổn định)

Si

độ lunù tức thời

Sh

độ dịch chuyển ngang

St

độ lún theo thời gian

t

thời gian

tf

thời gian kết thúc tiến trình lún

tp

thời gian cố kết sơ cấp

t50

thời gian đạt cố kết 50%

Tv

nhân tố thời gian cho cố kết theo phương đứng

Th

nhân tố thời gian cho cố kết theo phương ngang

Uv

độ cố kết theo phương đứng

Uh

độ cố kết theo phương ngang

WL

giới hạn chảy

WP

giới hạn dẻo

Δq

độ tăng tải

ϕ

góc ma sát trong

ϕ'

góc ma sát trong thí nghiệm nén 3 trục có thoát nước

γe

trọng lượng riêng của vật liệu nền đường đắp

γw

trọng lượng riêng của nước

λ

độ dốc đường nén


κ

độ dốc đường nở

μ

Hệ số hiệu chỉnh

ν

hệ số poisson

σv

thành phần ứng suất thẳng đứng

σ’v

ứng suất có hiệu thẳng đứng

σh

thành phần ứng suất phương ngang

σ’ h

ứng suất có hiệu phương ngang

σ’ p

áp lực tiền cố kết

Δσ’ v

ứng suất gây lún do tải nền đường

T

cường độ chống cắt

T fu

cường độ chống cắt không thoát nước

T fuC

cường độ chống cắt không thoát nước trong thí
nghiệm nén 3 trục

T fuD

cường độ chống cắt không thoát nước trong thí
cắt đơn giản trực tiếp

T fv

cường độ chống cắt trong thí nghiệm cắt cánh
hiện trường

VIẾT TẮT
PTHH

phần tử hữu hạn

ĐBSCL

đồng bằng sông Cửu Long

TP.HCM

Thành phố Hồ Chí Minh


MỤC LỤC

Phần 1 : NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
MỞ ĐẦU
Đặt vấn đề nghiên cứu

1

Phương hướng nghiên cứu

1

Tính khoa học thực tiễn của đề tài

2

Nội dung của đề tài

2

Giới hạn của đề tài

2

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ VIỆC SỬ DỤNG VẢI ĐỊA KỸ THUẬT TRONG
NỀN ĐƯỜNG ĐẮP TRÊN ĐẤT YẾU
1.1 Tổng quan về việc xây dựng nền đường trên đất yếu

3

1.1.1 Đặt vấn đề

3

1.1.2 Các giải pháp xử lý nền đường trên đất yếu

5

1.2 Tổng quan về vải địa kỹ thuật
1.2.1 Phân loại vải
1.2.2 Các chức năng của vải địa kỹ thuật

8
9
10

CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH VÀ BIẾN DẠNG
CỦA NỀN ĐƯỜNG ĐẮP TRÊN ĐẤT YẾU CÓ SỬ DỤNG VẢI ĐỊA KỸ THUẬT
2.1 Tính toán ổnđịnh và biến dạng theo phương pháp giải tích
2.1.1 Tính toán ổn định nền đường

13
13

2.1.1.1 Tính ổn định theo tải trọng an toàn

13

2.1.1.2 Tính ổn định theo tải trọng cho phép

15

2.1.1.3 Đánh giá ổn định của nền dựa vào lý thuyết cân bằng giới hạn

16

2.1.1.4 Ổn định chống lún trồi

20

2.1.1.5 Phương pháp cân bằng giới hạn trên mặt trượt trụ tròn

21

2.1.1.6 Tính ổn định khi có sử dụng vải địa kỹ thuật

25

2.1.2 Tính toán biến dạng nền đường

26


2.1.2.1 Đặc trưng biến dạng của đất nền

26

2.1.2.2 Độ lún của nền đất

27

2.1.2.3 Quá trình cố kết của đất và sự chuyển hoá ứng suất

28

2.1.2.4 Tính toán độ lún của nền đất theo thời gian

29

2.1.3 Tính lún theo qui trình 22 TCN 262-2000

33

2.1.4 Tác dụng của vải địa kỹ thuật làm lớp phân cách trong nền đường

36

2.1.4.1 Phân bố ứng suất qua lớp vải địa kỹ thuật

37

2.1.4.2 Sự ứng xử đàn hồi và dẻo của đất dưới tác dụng của tải trọng

39

2.1.4.3 Biến dạng của vải địa kỹ thuật dưới tác dụng tải trọng bánh xe

41

2.2 Tính toán theo phương pháp phần tử hữu hạn

46

2.2.1 Mô hình Mohr – Coulomb

46

2.2.2 Mô hình Soft Soil

46

CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH VÀ TÍNH TOÁN ẢNH HƯỞNG CỦA VẢI ĐỊA KỸ
THUẬT ĐẾN ĐỘ LÚN NỀN ĐƯỜNG
3.1 Giới thiệu

48

3.2 Mô tả công trình

48

3.2.1 Tên và vị trí công trình

48

3.2.2 Qui mô

48

3.2.3 Địa chất

48

3.3 Tính toán theo qui trình 22TCN 262-2000

51

3.3.1 Đoạn từ Km15 đến Km16

51

3.3.2 Đoạn từ Km22 đến Km23

53

3.3.3 Đoạn từ Km28 đến Km29

54

3.4 Tính toán bằng phương pháp PTHH
3.4.1 Đoạn từ km15-km16

55
55

3.4.1.1 Khi không sử dụng vải địa kỹ thuật

58

3.4.1.2 Khi có sử dụng vải địa kỹ thuật

60

3.4.1.3 Kết quả quan trắc lún thực tế

62

3.4.2 Đoạn từ km22 - km23 và km28 - km29
3.4.2.1 Khi không sử dụng vải địa kỹ thuật

62
63


3.4.2.2 Khi có sử dụng vải địa kỹ thuật

64

3.4.2.3 Kết quả quan trắc lún thực tế

65

3.5 So sánh các kết quả thu được và nhận xét

65

3.6 nh hưởng của vải địa kỹ thuật khi bề dày lớp đất yếu thay đổi

68

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
1. Kết luận

70

2. Kiến nghị

71

3. Hướng nghiên cứu tiếp theo

71

Tài liệu tham khảo
Phần 2 : LÝ LỊCH TRÍCH NGANG


LÝ LỊCH TRÍCH NGANG
1. Họ và tên

: Phạm Ngọc Hiếu

Phái

: Nam

2. Ngày sinh

: 06/09/1978

Nơi sinh

: Tiền Giang

3. Dân tộc

: Kinh

Tôn giáo

: Không

4. Chỗ ở hiện tại : F3/65 ấp 6, xã Vónh Lộc B, huyện Bình Chánh, Tp.HCM
5. Quá trình đào tạo:
-

Từ năm 1995 đến 2000 học đại học tại trường Đại học Bách Khoa Thành
Phố Hồ Chí Minh, khoa Xây dựng, chuyên ngành Cầu đường.

-

Từ năm 2004 đến nay học cao học ngành Cầu tuynen và các công trình
xây dựng khác trên đường ôtô và đường sắt tại trường Đại học Bách Khoa
Thành Phố Hồ Chí Minh.

6. Quá trình công tác:
-

Từ năm 2000 đến 2005: làm việc tại Công ty Xây dựng Lê Phan – TNHH

-

Từ năm 2005 đến nay: làm việc tại Công ty Công trình Giao thông Công
chánh


TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Cao Ngọc Hải, Thiết kế vải địa kỹ thuật, Trường ĐHBK Tp.HCM
[2] Cao Ngọc Hải, Tính toán và đánh giá khả năng gia cường của vải địa kỹ
thuật loại không dệt với chức năng phân cách trong xây dựng nền đường trên đất
yếu dưới tác dụng của tải trọng bánh xe - Hội nghị khoa học & Công nghệ lần
thứ 8
[3] Châu Ngọc n, Cơ học đất, NXB Đại học Quốc gia Tp.HCM
[4] Geosynthetic Design and Construction Guidelines, Publication No.FHWA HI95-038, Revised April 1998.
[5] Hoàng Văn Tân, Trần Đình Ngô, Phan Xuân Trường, Phạm Xuân, Nguyễn
Hải, Những phương pháp xây dựng công trình trên đất yếu, Nhà xuất bản Xây
dựng 1997.
[6] Hồ sơ thiết kế kỹ thuật, báo cáo khảo sát địa chất công trình : Cải tạo , mở
rộng và nâng cấp đường rừng sác do Công ty Tư vấn Xây dựng Giao thông 533
lập.
[7] J.h Atkinson, The mechanics of soils, Published by: Mc Graw-Hill Book
Company Limited
[8] Lareal Nguyễn Thành Long, Lê Bá Lương, Nguyễn Quang Chiêu, Vũ Đức
Lực, Công trình trên đất yếu trong điều kiện Việt Nam, Chương trình hợp tác
Việt Pháp _ Trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM, 1989.
[9] Lê Bá Lương, Lê Bá Khánh, Lê Bá Vinh, Tính Toán Nền Móng Công Trình
Theo Thời Gian, Trường Đại Học Quốc Gia Tp. Hồ Chí Minh, 2000.
[10] Nguyễn Quang Chiêu, Thiết kế Và Thi Công Nền Đắp Trên Đất yếu, Nhà
xuất bản Xây dựng 2004.
[11] Nguyễn Ngọc Bích, Lê Thị Thanh Bình,Vũ Đình Phụng, Đất xây dựng, địa
chất công trình và kỹ thuật cải tạo đất trong xây dựng, Nhà xuất bản Xây dựng

[12] Nguyễn Văn Thơ, Trần Thị Thanh, Xây Dựng Đê Đập, Đắp Nền Tuyến
Dân Cư Trên Đất Yếu Đồng Bằng Sông Cửu Long, Nhà xuất bản Nông
nghiệp Tp.. Hồ Chí Minh, 2002.
[13] Qui trình khảo sát nền đường ô tô đắp trên đất yếu – Tiêu chuẩn thiết kế
22TCN 262-2000, NXB Giao thông Vận tải.
[14] R.B.J. Brinkgreve, P.A. Vermeer, Manual Plaxis
[15] R. Whitlow, Cơ học đất tập 1, 2, NXB Giáo dục


[16] Tiêu chuẩn thực hành: đất và các vật liệu đắp khác có gia cường (Tiêu
chuẩn Anh BS 8006:1995), Viện tiêu chuẩn Anh, NXB Xây dựng.
[17] Trà Thanh Phương, Thái Vũ Quốc Dương, Ứng dụng phần mềm Plaxis
nghiên cứu ứng xử công rình đắp trên đất yếu khu đô thị mới Phú Mỹ Hưng –
Nam Sài Gòn - Hội nghị khoa học và Công nghệ lần 9
[18] Trần Quang Hộ, Công Trình Trên Đất Yếu, Nhà xuất bản Đại Học Quốc
Gia Tp. Hồ Chí Minh, 2005.
[19] Trần Thị Thanh, Nguyễn Việt Tuấn, Xác định chiều cao giới hạn của khối
đất đắp theo khả năng chịu tải của nền đất yếu dưới đê – Hội thảo thiết kế và thi
công công trình thủy lợi ĐBSCL, tháng 01/2002


1

MỞ ĐẦU
Đặt vấn đề nghiên cứu
Khi xây dựng công trình trên đất yếu tải trọng công trình làm cho đất nền bị
biến dạng gây mất ổn định. Phần lớn đất nền khu vực ĐBCSL và Tp.HCM là đất
sét yếu, có hệ số rỗng khá cao lớn nên trị số độ lún của đất nền thường rất cao,
độ lún có tác động rất quan trọng đến công trình xây dựng đây là nguyên nhân
chủ yếu gây ra hư hỏng cho hàng loạt công trình.

Hiện nay nhiều công trình đang xây dựng qua vùng đất yếu ở khu vực
TP.HCM như: Nhà Bè, Cần Giờ, Quận 7, khu vực Lê Minh Xuân - Bình Chánh,…
và nhiều công trình ở khu vực Đồng Bằng Sông Cửu Long: đường cao tốc Sài
Gòn - Trung Lương, đường nam sông Hậu,…
Nhằm gia tăng độ ổn định nền đường cũng như thuận lợi cho công tác thi
công và hạn chế sự xâm nhập của lớp đất đắp vào lớp bùn sét yếu bên dưới,
hiện nay người ta thường sử dụng vải địa kỹ thuật làm lớp ngăn cách giữa lớp đất
yếu và lớp đất đắp nền đường bên trên.
Việc sử dụng vải địa kỹ thuật như trên ngoài tác dụng ngăn cách, tăng độ
ổn định nền đắp còn có tác dụng giảm lún và gia tăng cường độ của nền đường.
Tuy nhiên, hiện nay việc tính toán độ lún công trình chưa xét đến tác dụng này.
Vì độ lún có ảnh hưởng rất nhiều đến chất lượng các công trình xây dựng
nên trong luận văn này tác giả tiến hành nghiên cứu những vấn đề sau:
Phương hướng nghiên cứu
1. Hướng lý thuyết
Nghiên cứu tác dụng giảm lún và gia tăng cường độ của vải địa kỹ thuật
đối với nền đường đắp trên đất yếu có sử dụng vải địa kỹ thuật như là lớp phân
cách.
2. Hướng thực nghiệm
Quan trắc lún thực tế công trình có sử dụng vải địa kỹ thuật làm lớp phân
cách, so sánh với kết quả tính toán bằng phương pháp giải tích theo quy trình
22TCN 262-2000 và phương pháp phần tử hữu hạn.
3. Phương pháp nghiên cứu thực hiện luận văn


2

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

Dựa vào các số liệu quan trắc thực tế thu thập được và hai phần mềm tính
toán địa kỹ thuật Geo-Slope và Plaxis tác giả mô hình bài toán và phân tích tính
toán để đưa ra các kết quả cần nghiên cứu.
Tính khoa học thực tiễn của đề tài
Những tác dụng khác của vải địa kỹ thuật như: gia cường, tăng độ ổn định
đã được nghiên cứu tương đối hoàn chỉnh và được các quy trình tương ứng hướng
dẫn, tuy nhiên việc nghiên cứu về ứng dụng của vải địa kỹ thuật như một lớp
phân cách vẫn còn đang được tiếp tục nghiên cứu. Vì vậy mục tiêu của đề tài là
làm sáng tỏ một số vấn đề trong nội dung trên trong đó có tác dụng giảm lún và
gia tăng cường độ nền đường đắp của vải địa kỹ thuật.
Nội dung của đề tài
Trong chương 1 sẽ trình bày một cách tổng quan về việc xây dựng nền
đường đắp trên đất yếu với các đặc điểm về ổn định và biến dạng của nó và
những ứng dụng của vải địa kỹ thuật trong lónh vực này.
Ở chương 2 sẽ trình bày cơ sở lý thuyết về tính toán ổn định và biến dạng
của nền đường trên đất yếu khi có sử dụng vải địa kỹ thuật bằng phương pháp
giải tích và phương pháp phần tử hữu hạn.
Trong chương 3 sẽ tính toán cho 01 công trình cụ thể với nhưng phương pháp
đã trình bày ở chương 2 và so sánh với số liệu quan trắc thực tế từ đó rút ra
những nhận xét, kết luận và kiến nghị.
Giới hạn của đề tài
-

Chưa có số liệu quan trắc nhiều ứng với các loại vải khác nhau

-

Chưa có số liệu quan trắc cố kết trong thời gian dài, chỉ giới hạn trong thời
gian ≤ 4 năm do đó chưa xét đến độ lún do từ biến.

-

Không xét đến các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền của vải địa kỹ thuật như:
các tác nhân hoá học có trong nước và đất,…

-

Chưa xét đến ảnh hưởng do neo vaûi


3

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ VIỆC SỬ DỤNG VẢI ĐỊA KỸ THUẬT
TRONG NỀN ĐƯỜNG ĐẮP TRÊN ĐẤT YẾU
1.1 TỔNG QUAN VỀ VIỆC XÂY DỰNG NỀN ĐƯỜNG TRÊN ĐẤT YẾU
1.1.1 Đặt vấn đề
Giao thông vận tải đường bộ được xem là một bộ phận quan trọng trong kết cấu
hạ tầng kinh tế xã hội nói chung và kết cấu hạ tầng giao thông nói riêng. Do
vậy, để tạo tiền đề và làm động lực phát triển kinh tế xã hội phục vụ công
nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước, đáp ứng tiến trình hội nhập khu vực và quốc
tế thì việc phát triển mạng lưới giao thông vận tải đường bộ là cần thiết và cấp
bách.
Trước tình hình cấp thiết của vấn đề cơ sở hạ tầng giao thông vận tải hàng loạt
công trình đang được triển khai xây dựng với qui mô lớn và tiến độ cấp bách.
Phần lớn cấu trúc địa chất khu vực ĐBSCL và một phần Tp.HCM có lớp trên
cùng là tầng trầm tích trẻ Holoxen khá dày, đa số nền móng công trình đặt trên
lớp đất sét yếu này. Do đó, khi xây dựng công trình nằm trên lớp đất này việc xử
lý nền móng công trình là rất quan trọng và cần thiết vì nó ảnh hưởng trực tiếp

đến chất lượng công trình.
Một số công trình bị hư hỏng nặng mà nguyên nhân chính dẫn đến những hư
hỏng này là do nền đắp bị lún, lún không đều và bản thân cường độ đất nền
không đủ khả năng chịu tải hoặc không tính chiều cao đắp giới hạn nên khi đắp
nền đường do thời gian thi công nhanh nên sức kháng cắt của đất yếu chưa kịp
tăng lên để đủ khả năng mang tải bên trên gây trượt công trình.
Một số công trình bị sự cố khi xây dựng trên nền đất yếu
• Sự cố trong quá trình thi công tại Km121 + 325m đến Km 121 + 450m –
Quốc lộ 1A đoạn Hà Nội – Lạng Sơn: chiều cao nền đắp 2m, chiều cao
gia tải 2.5m
Do đắp liên tục đến cao độ thiết kế và gia tải tiếp 2.5m nên ngày
17/03/1999 khi đắp đến cao độ 4.25m thì một đoạn nền đường từ Km121 + 325m
đến Km 121 + 450m bị xé làm đôi, với vết nứt sâu tới 2.8m và rộng 0.8 – 1.0m,
đẩy mặt ruộng hai bên trồi lên cao 1-1.5m với chiều roäng 8-10m.


4

• Đường đắp vào cầu Trường Phước – Quận 9, TPHCM

Hình1.1: Sự cố sạt lở đường vào cầu Trường Phước
• Đường vào cầu kênh ngang – Quận 8

Hình 1.2: Sự cố sạt lở đường vào cầu Kênh Ngang
• Mất ổn định mái dốc nền đường đắp ở Thái Lan:

Hình 1.3: Mất ổn định mái dốc nền đường đắp


5

1.1.2 Các giải pháp xử lý nền đường trên đất yếu
1.1.2.1 Đệm cát
Thường dùng lớp đệm cát để tăng tốc độ cố kết của nền đất dưới nó sau khi đắp
đất, nhờ đó gia tăng sức chống cắt của đất. Sau khi thay thế lớp đất yếu dưới nền
đường, đệm cát đóng vai trò như một lớp chịu lực, có khả năng tiếp thu tải trọng
của công trình và truyền tải trọng đó xuống lớp chịu lực bên dưới
Đệm cát có ưu điểm: thi công đơn giản, giảm việc lún không đều của công trình,
đồng thời làm tăng quá trình cố kết của đất nền. Tuy nhiên, biện pháp này chỉ
thích hợp với chiều cao nền đắp nhỏ, bề dày lớp đất yếu không quá dày.
1.1.2.2 Xử lý nền bằng giếng cát kết hợp với gia tải trước
Sử dụng cho các loại đất yếu như bùn, than bùn và các loại đất dính ở trạng thái
bão hòa nước có biến dạng lớn kéo dài theo thời gian
Tác dụng: giếng cát có 2 tác dụng chính.
- Làm tăng nhanh tốc độ cố kết của nền, do đó làm cho công trình nhanh
chóng đạt đến giới hạn lún và làm cho đất nền biến dạng đồng đều.
- Trong trường hợp nếu khoảng cách được thiết kế hợp lý sẽ làm tăng độ
chặt và sức chịu tải của đất nền.

Hình 1.4 Sơ đồ kết hợp gia tải + thoát nước thẳng đứng
1.1.2.3 Xử lý nền bằng cọc cát
Tác dụng của cọc cát: khác với giếng cát, cọc cát làm cho đất nền nén chặt,
giảm độ rỗng, độ ẩm của đất giảm, trong lượng thể tích, mô đun biến dạng, lực
dính và góc ma sát tăng, tăng sức chịu tải của đất nền. Sự phân bố ứng suất
trong nền đất được nén chặt bằng cọc cát có thể xem như là nền thiên nhiên.


6

Kinh nghiệm cho thấy cọc cát thích hợp để xử lý các loại đất yếu như cát

nhỏ, cát bụi rời bão hoà nước, các lớp đất có xen kẽ các lớp bùn mỏng, các loại
đất dính yếu cũng như các loại bùn và than bùn.
1.1.2.4 Cố kết đất nền bằng bấc thấm kết hợp với gia tải trước
Tác dụng: bấc thấm là loại thiết bị thoát nước chế tạo sẵn, có tác dụng tương
tự như giếng cát và được dùng nhiều trong khoảng 20 năm gần đây do có nhiều
ưu điểm vượt trội.
Đặc điểm: bấc thấm bao gồm bao lọc bằng vật liệu tổng hợp bao quanh trụ
chất dẻo và có đặc điểm sau:
-

Cho nước trong lỗ rỗng của đất thấm vào cọc bản nhựa
Làm đường dẫn để thoát nước theo phương đứng

* Ưu điểm:
-

Bấc thấm có khả năng thoát nước cao
Dễ dàng công nghiệp hoá trong sản xuất
Đảm bảo tính liên tục của đường thoát nước
Thi công nhanh, giảm sự phá hoại kết cấu đất nền

* Nhược điểm :
-

Giá thành cao
Có thể bị tắc lúc thi công

Hình 1.5 Thi công bấc thấm ở Cần Giờ
1.1.2.5 Vải địa kỹ thuật

7

Nhờ có nhiều ưu điểm vượt trội nên trong những năm gần đây vải địa kỹ
thuật được sử dụng rộng rãi trong nhiều lónh vực, đặc biệt trong lónh vực xây
dựng nền đường đắp trên đất yếu.
Vải địa kỹ thuật và các sản phẩm liên quan có rất nhiều chức năng và ứng
dụng khác nhau, chủ yếu dựa trên 4 chức năng cơ bản sau :
-

Phân cách

-

Lọc

-

Tiêu thoát nước

-

Gia cường

Sau đây là những hình ảnh về việc sử dụng vải địa kỹ thuật:

Hình 1.6 Gia cường mái dốc

Hình 1.8 Trải trực tiếp lên đất yếu

Hình 1.7 Làm rãnh thoát nước

Hình 1.9 Tiêu nước cho sân vận động


8

Hình 1.10 Vải địa kỹ thuật gia cường

Hình 1.11 Làm lớp ngăn cách

1.2 TỔNG QUAN VỀ VẢI ĐỊA KỸ THUẬT [1], [11]
Sự phát triển của khoa học kỹ thuật giúp cho công nghệ vật liệu và kỹ thuật
xây dựng cùng phát triển theo hướng thay thế các vật liệu tự nhiên bằng các vật
liệu nhân tạo dùng trong xây dựng. Trong đó, vải địa kỹ thuật đã được sử dụng
và phát triển từ đầu những năm 60 là một trong những vật liệu nhân tạo có khả
năng thấm nước được dùng kết hợp với đất, đá nhằm cải thiện và gia tăng một
số đặc tính cơ lý có lợi cho việc xây dựng công trình.
Vải địa kỹ thuật được bắt đầu sử dụng với chức năng thay thế cho các tầng
lọc ngược cổ điển trong các công trình ven biển ở Hà Lan và Mỹ vào những năm
cuối thập kỷ 50. Năm 1956, tại Hà Lan người ta đã sử dụng 10 triệu m2 vải địa
kỹ thuật để bảo vệ bờ biển ở Duch Delta Works Scheme.
Từ những năm 60 đến những năm 80 của thế kỷ 20, hàng loạt sản phẩm vải
địa kỷ thuật ra đời và mở rộng rất nhanh phạm vi sử dụng của nó. Năm 1968, lần
đầu tiên một công ty của Pháp đã sản xuất vải địa kỹ thuật loại không dệt theo
phương pháp xuyên kim dưới tên thương mại là Bidim, sau đó công ty ICI sản
xuất ra loại vải địa kỹ thuật không dệt bằng phương pháp ép nhiệt. Chemic Line
ở Áo là một trong những người đi đầu trong sản xuất vải địa kỹ thuật không dệt.
Từ cuối thập kỷ 60 vải địa kỹ thuật được dùng với chức năng phân cách trong
nền đường trên đất yếu. Sang thập kỷ 70 vải địa kỹ thuật được sử dụng với chức

năng gia cường mà đầu tiên là tường chắn bằng đất có cốt được xây dựng ở Pháp
năm 1971. Trong vòng 10 năm (1970-1980) ở Bắc Mỹ đã sử dụng tới 90 triệu m2


9

vải địa kỹ thuật. Đến năm 1977 một sự kiện quan trọng diễn ra tại Paris, đó là
hội thảo Quốc tế lần thứ nhất về vải địa kỹ thuật.
Bắt đầu từ những năm 80 trở về sau này, các phương pháp tính toán thiết kế gia
cường nền đất yếu bằng vải địa kỹ thuật phục vụ xây dựng những công trình
khác nhau ra đời. Đỉnh cao của lónh vực sử dụng vải địa kỹ thuật trong xây dựng
là sự ra đời của Hiệp hội vải địa kỹ thuật Quốc tế (IGS) và hàng loạt các tổ chức
tiêu chuẩn vải địa kỹ thuật như ASTM – D35 và vật liệu vải địa kỹ thuật tổng
hợp – Viện nghiên cứu vật liệu vải địa kỹ thuật tổng hợp (GRI), …
Những năm 90 là thập kỷ sử dụng rộng rãi vải địa kỹ thuật vào các công trình
xây dựng ngay cả ở các nước đang phát triển, đặc biệt là ở các nước khu vực
ASEAN: Thái Lan, Philippin, Indonexia, Singapore, Malaysia, v.v… Đã có tới
trên dưới 400 loại sản phẩm của các nhà sản xuất và hàng trăm loại theo ứng
dụng và các chức năng cơ bản là: ngăn cách, lọc nước, tiêu nước, gia cường đất
yếu để tăng khả năng chịu tải của đất nền, làm lớp bảo vệ và ngăn nước. Thiết
kế vải địa kỹ thuật có sự trợ giúp của máy tính điện tử đã đem lại hiệu quả rất
lớn trong lónh vực gia cường nền đất kém ổn định, gia cường đất yếu trong xây
dựng đường ôtô, đường sắt, đường sân bay, tường chắn đất, các công trình đường
hầm xuyên qua lòng núi cao, hoặc sâu dưới bề mặt đất, các công trình đê đập
thủy lợi và nền móng các nhà cao tầng.
Ở Việt Nam, vào cuối những năm 90 của thế kỷ 20, vải địa kỹ thuật bắt đầu
được dùng trong các dự án nâng cấp, cải tạo Quốc lộ có vốn đầu tư nước ngoài
như Quốc lộ 5, Quốc lộ 51, Quốc lộ 10 và một số đường cao tốc: Láng Hòa Lạc,
đường Hồ Chí Minh xuyên từ Bắc vào Nam, mở rộng Quốc lộ 1A, đường cao tốc
Sài Gòn - Trung Lương, đường Nam sông Hậu, san lấp mặt bằng nhà máy PVC

Phú Mỹ, đê lấn biển Rạch Giá, tường kè Rạch Tây Ninh và một số tường kè ven
sông Sài Gòn.
1.2.1 Phân loại vải
Phân loại theo cách sản xuất, vải địa kỹ thuật được chia làm 2 nhóm chính là:
-

Vải dệt

-

Vải không dệt

Dựa theo các công nghệ khác nhau trong các liên kết giữa các sợi với nhau,
vải địa kỹ thuật không dệt còn được chia thành 3 loại chính như sau :
-

Vải địa kỹ thuật không dệt, liên kết xuyên kim

-

Vải địa kỹ thuật không dệt, liên kết nhiệt