Nghiên cứu đặc điểm cấu trúc nền đê bao dọc sông soài rạp thuộc xã lý nhơn, huyện cần giờ, thành phố hồ chí minh thiết kế xử lý nền đất yếu cho hệ thống đê trên

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

NGUYỄN THỊ HIỆP

NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM CẤU TRÚC NỀN ĐÊ BAO DỌC SƠNG SỒI
RẠP THUỘC XÃ LÝ NHƠN, HUYỆN CẦN GIỜ,THÀNH PHỐ HỒ CHÍ
MINH,THIẾT KẾ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU CHO HỆ THỐNG ĐÊ TRÊN.

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI – 2018


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

NGUYỄN THỊ HIỆP

NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM CẤU TRÚC NỀN ĐÊ BAO DỌC SƠNG SỒI
RẠP THUỘC XÃ LÝ NHƠN, HUYỆN CẦN GIỜ, THÀNH PHỐ HỒ CHÍ
MINH, THIẾT KẾ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU CHO HỆ THỐNG ĐÊ TRÊN.

Ngành: Kỹ thuật địa chất
Mã số: 8520501

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
TS. NGUYỄN THỊ NỤ
HÀ NỘI – 2018

LỜI NĨI ĐẦU
Tơi xin cam đoan Luận văn thạc sỹ này là cơng trình nghiên cứu của bản
thân. Các số liệu kết quả trình bày trong luận văn này là chính xác trong thực tế,
có nguồn gốc rõ ràng và chưa được cơng bố trong bất kỳ cơng trình nào.
Hà Nội, ngày

tháng năm 2018

Nguyễn Thị Hiệp


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1
1.Tính cấp thiết của đề tài ...................................................................................... 1
2 . Mục tiêu của đề tài ............................................................................................ 2
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ...................................................................... 2
4. Nội dung nghiên cứu .......................................................................................... 2
5. Phương pháp nghiên cứu.................................................................................... 3
6 .Cơ sở tài liệu ...................................................................................................... 3
7.Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ............................................................ 4
8. Cấu trúc luận văn ............................................................................................... 4
CHƯƠNG 1 ........................................................................................................... 5
TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ..................................................... 5
1.1.Tổng quan các nghiên cứu về đất yếu, cấu trúc nền đất yếu............................ 5
1.1.1. Khái niệm về đất yếu, nền đất yếu, cấu trúc nền đất yếu ............................. 5
1.1.2. Sơ lược tình hình nghiên cứu đất yếu, cấu trúc nền đất yếu trên thế giới và
Việt Nam. ............................................................................................................... 8
1.2. Các giải pháp xử lý nền đất yếu khi xây dựng đường đê bao ....................... 11

1.2.1. Hiện trạng áp dụng các giải pháp xử lí nền đất yếu khi xây dựng đường ở
thành phố Hồ Chí Minh........................................................................................ 11
1.2.2 Các giải pháp xử lý nền đất yếu. ................................................................. 12
CHƯƠNG 2 ......................................................................................................... 22
ĐẶC ĐIỂM CẤU TRÚC NỀN HỆ THỐNG ĐÊ BAO VÀ DỰ BÁO CÁC VẤN
ĐỀ ĐỊA CHẤT CƠNG TRÌNH ........................................................................... 22
2.1. Đặc điểm địa chất Đệ tứ khu vực Cần Giờ ................................................... 23
2.1.2. Thống Holocen ........................................................................................... 23
2.2. Đặc điểm địa chất thủy văn khu vực Cần Giờ .............................................. 24
2.3. Đặc điểm cấu trúc nền đê nghiên cứu ........................................................... 26
2.3.1. Đặc điểm địa hình địa mạo ........................................................................ 27
2.3.2. Đặc điểm địa tầng và tính chất cơ lý của đất nền....................................... 27
2.3.3 Đặc điểm thủy văn, địa chất thủy văn ......................................................... 31
2.4. Phân chia cấu trúc nền đê đoạn tuyến nghiên cứu ........................................ 32


2.4.1. Mục đích phân chia cấu trúc nền khu vực ................................................. 32
2.4.2 Nguyên tắc và cơ sở phân chia phân chia cấu trúc nền............................... 33
2.4.3.Phân chia cấu trúc nền phục vụ thiết kế xử lý nền đất yếu ......................... 33
2.5.Dự báo vấn đề ổn định đối với từng kiểu cấu trúc nền xây dựng đê bao ...... 34
2.5.1. Đặc điểm và các thông số kỹ thuật của hệ thống đê bao ........................... 34
2.5.2. Kiểm toán các vấn đề địa chất cơng trình .................................................. 36
CHƯƠNG 3 ......................................................................................................... 49
LUẬN CHỨNG VÀ THIẾT KẾ XỬ LÝ NỀN ĐÊ BAO ................................... 49
3.1. Các yêu cầu kỹ thuật xử lý nền đê bao.......................................................... 49
3.2.Luận chứng lựa chọn giải pháp xử lý nền đất yếu thích hợp ......................... 50
3.3.Thiết kế xử lý nền .......................................................................................... 63
KẾT LUẬN .......................................................................................................... 92
TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................... 94

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
Kí hiệu

Đơn vị

Giải thích

ĐCCT

Địa chất cơng trình

ĐCTV

Địa chất thủy văn

SPT

Thí nghiệm xun tiêu chuẩn

σpz

kG/cm2

Áp lực tiền cố kết

σz

kG/cm2

Ứng suất phụ thêm

σvz

kG/cm2

Ứng suất bản thân

E0

kG/cm2

Môđun tổng biến dạng

∆

g/cm3

Khối lượng riêng của đất

γc

g/cm3

Khối lượng thể tích khơ của đất

γw

g/cm3

Khối lượng thể tích tự nhiên của đất

e0

Hệ số rỗng
Độ lỗ rỗng

n

%

Cu

kG/cm2

ϕu

Độ

C

kG/cm2

Lực dính kết

ϕ

Độ

Góc nội ma sát

W

%

Độ ẩm tự nhiên

WL

%

Độ ẩm giới hạn chảy

WP

%

Độ ẩm giới hạn dẻo

Ip

%

Chỉ số dẻo

Lực dính kết khơng thốt nước
Góc nội ma sát khơng thốt nước

Độ sệt

Is
Cv

cm2/s

Hệ số cố kết theo phương đứng

Ch

cm2/s

Hệ số cố kết theo phương ngang

Cc

Chỉ số nén

Cr

Chỉ số nở

U

%

Độ cố kết


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1 - Khối lượng khảo sát ........................................................................................ 33

Bảng 2.2 - Tổng hợp chỉ tiêu cơ lý của lớp 1 .................................................................... 34
Bảng 2.3 - Tổng hợp chỉ tiêu cơ lý của lớp 2 .................................................................... 35
Bảng 2.4 – Tổng hợp chỉ tiêu cơ lý của lớp 3 ................................................................... 36
Bảng 2.5 – Thuyết minh các kiểu cấu trúc nền khu vực dự án ........................................ 36
Bảng 2.6 – Ứng suất phụ thêm,ứng suất bản thân dưới tim nền cơng trình .................... 37
Bảng 2.7 – Kết quả tính lún cố kết tại tim nền đường ..................................................... 43
Bảng 2.8 – Ứng suất phụ thêm, ứng suất bản thân dưới tim nền công trình ................... 44
Bảng 2.9 – Kết quả tính lún cố kết tại tim nền đường ..................................................... 46
Bảng 3.1 – .Độ lún cố kết cho phép còn lại tại trục tim của nền đường .......................... 47
Bảng 3.2 - Tổng hợp kết quả kiểm tốn các vấn đề địa chất cơng trình khi đắp
trên nền đất yếu khi chưa được xử lý ................................................................................ 48
Bảng 3.3 - Bảng phân tích chọn giải pháp xử lý thích hợp ............................................... 49
Bảng 3.4 - Kết quả nguyên tắc lựa chọn biện pháp xử lý nền đất yếu và điều kiện
áp dụng ............................................................................................................................. 52
Bảng 3.5 - Bảng tra hệ số η ............................................................................................ 58
Bảng 3.6 - Ứng suất phụ thêm. ứng suất bản thân dưới tim nền công trình sau gia
cố cấu trúc nền kiểu I ....................................................................................................... 68
Bảng 3.7 - Độ lún tại tim đường sau khi gia cố cấu trúc nền kiểu I ................................ 69
Bảng 3.8 - Ứng suất phụ thêm. ứng suất bản thân dưới tim nền cơng trình sau gia
cố cấu trúc nền kiểu II ....................................................................................................... 70
Bảng 3.9 - Độ lún tại tim đường sau khi gia cố cấu trúc nền kiểu II ............................... 71
Bảng 3.10 –Khối lượng công tác khoan kiểm tra nền đất giữa cọc sau gia cố ................ 74
Bảng 3.11 – Khối lượng cơng tác mẫu đất và u cầu thí nghiệm kiểm tra chất
lượng nền giữa cọc sau gia cố ........................................................................................... 74
Bảng 3.12 – Khối lượng công tác kiểm tra chất lượng cọc sau gia cố ............................. 76
Bảng 3.13 – Khối lượng nén tĩnh nền ............................................................................... 77
Bảng 3.14 – Bảng tra hệ số µ ............................................................................................ 79
Bảng 3.15 – Giá thành xử lý nền đường bằng cọc cát ...................................................... 85

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1. Phân bố đất yếu các vùng trên lãnh thổ Việt Nam ............................................ 7
Hình 1.2. Quy trình thi cơng cọc cát ................................................................................. 14
Hình 1.3. Sơ đồ cấu tạo giếng cát .................................................................................... 21
Hình 1.4. Sơ đồ bố trí xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm .................................................. 23
Hình 1.5. Hiện trường thi cơng bấc thấm ........................................................................ 17
Hình 1.6. Sơ đồ nguyên lý phương pháp cố kết hút chân khơng ...................................... 18
Hình 2.1. Bản đồ huyện Cần Giờ ...................................................................................... 21
Hình 2.2. Mặt cắt ngang cấu trúc nền kiểu I ..................................................................... 36
Hình 2.3. Mặt cắt ngang cấu trúc nền kiểu II .................................................................... 39
Hình 3.1. Biểu đồ quan hệ e, P .......................................................................................... 54
Hình 3.2. Sơ đồ bố trí cọc cát theo mạng tam giác đều .................................................... 57
Hình 3.3. Sơ đồkiểm tốn trượt sau khi xử lý kiểu I ........................................................ 73
Hình 3.4. Sơ đồkiểm toán trượt sau khi xử lý kiểu II ...................................................... 73
Hình 3.5. Sơ đồ thí nghiệm nén tĩnh nền ......................................................................... 77
Hình 3.6. Biểu đồ quan hệ S = f(t) và S = f(P) ................................................................. 78


MỞ ĐẦU
1.Tính cấp thiết của đề tài
Huyện Cần Giờ là huyện ven biển của thành phố Hồ Chí Minh, phía Bắc
giáp huyện Nhà Bè, phía Nam giáp biển Đơng, phía Đơng giáp huyện Nhơn
Trạch của tỉnh Đồng Nai, phía Tây giáp huyện Cần Đước, tỉnh Long An. Huyện
Cần Giờ là cửa ngõ phía Nam của thành phố được bao bọc bởi mạng lưới sông
chằng chịt nối với tỉnh Đồng Nai, các tỉnh Miền Tây và Biển Đông.
Để tạo động lực thúc đẩy phát triển kinh tế - xã hội ổn định và bền vững
trên địa bàn, việc xây dựng mới và nâng cấp các tuyến đê hiện hữu hình thành
các trục giao thông bộ cho khu vực tạo điều kiện cho vận chuyển và lưu thơng
hàng hóa, tăng hiệu quả sử dụng đất nâng cao đời sống người dân trong khu vực
là rất quan trọng và cần thiết.

Hiện nay, việc đầu tư xây dựng các cơng trình thủy lợi tại huyện Cần Giờ
đã và đang diễn ra, huyện Cần Giờ có lợi thế về biển và hệ thống sơng rạch, diện
tích phát triển nơng nghiệp nhiều, do đó cần có giải pháp thực hiện đề án xây
dựng để nâng cao nguồn thu, nâng cao đời sống cho người dân.
Xã Lý Nhơn thuộc huyện Cần Giờ có hệ thống kênh rạch tự nhiên trên địa
bàn có nhiều sơng với lưu lượng lớn như sơng Sồi Rạp, sơng Vàm Sát, rạch Cá
Nhám… và các tuyến kênh rạch đã được cải tạo với mục tiêu cấp nước và thoát
nước. Xây dựng hệ thống đê bao dọc sơng Sồi Rạp khu vực 400ha thuộc xã Lý
Nhơn nằm trong dự án giai đoạn 2016 – 2020 với quy mô chiều dài 3000m, rộng
5m. Kết hợp với hệ thống đê bao của khu vực, hệ thống đê bao dọc sơng Sồi
Rạp là một trong những hạng mục giao thông quan trọng đang được qui hoạch cụ
thể.
Đoạn đê bao dọc sơng Sồi Rạp có điều kiện địa chất cơng trình phức tạp,
lớp đất yếu (bùn sét) có diện phân bố rộng, chiều dày lớn và biến đổi mạnh, phân
bố ngay trên mặt gây khó khăn cho việc thiết kế và thi cơng, địi hỏi phải đưa ra

1


các giải pháp xử lý nền đất yếu thích hợp. Để có cơ sở luận chứng lựa chọn giải
pháp thiết kế xử lý nền hợp lý, việc nghiên cứu phân chia cấu trúc nền và lựa
chọn biện pháp xử lý nền đất yếu phù hợp là rất quan trọng.
Vì vậy, đề tài “Nghiên cứu đặc điểm cấu trúc nền đê bao dọc sơng Sồi
Rạp thuộc xã Lý Nhơn, huyện Cần Giờ, thành phố Hồ Chí Minh. Thiết kế xử
lý nền đất yếu cho hệ thống đê trên” là cấp thiết và có ý nghĩa thực tế.
2 . Mục tiêu của đề tài
- Nghiên cứu đặc điểm cấu trúc nền 3000m đê bao dọc sơng Sồi Rạp
thuộc xã Lý Nhơn, huyện Cần Giờ, thành phố Hồ Chí Minh;
- Thiết kế xử lý nền đất yếu cho hệ thống đê bao trên.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

-Đối tượng nghiên cứu: Cấu trúc nền đê bao dọc sơng Sồi Rạp thuộc xã
Lý Nhơn, huyện Cần Giờ, thành phố Hồ Chí Minh
-Phạm vi nghiên cứu: Chiều dài 3000m đê thuộc khu vực 400ha xã Lý
Nhơn
4. Nội dung nghiên cứu
- Để thực hiện được mục tiêu, nhiệm vụ của đề tài đặt ra, nội dung nghiên
cứu của luận văn bao gồm:
-Tổng quan về các vấn đề nghiên cứu (đất yếu, nền đất yếu, các giải pháp
xử lý nền đất yếu trong xây dựng đường trên thế giới và ở khu vực nghiên cứu)
-Đặc điểm địa chất cơng trình của đất nền khu vực sơng Sồi Rạp 400ha
xã Lý Nhơn.
-Phân chia cấu trúc nền và đánh giá khả năng xây dựng trên từng đoạn đê
bao

2


-Dự báo các vấn đề địa chất cơng trình phát sinh khi xây dựng tuyến đê
bao trên từng kiểu cấu trúc nền
-Luận chứng để lựa chọn và thiết kế xử lý nền đất yếu hợp lý cho hệ thống
đê bao cần nghiên cứu.
5. Phương pháp nghiên cứu
Luận văn sử dụng tổ hợp các phương pháp nghiên cứu:
-Phương pháp thu thập, phân tích và tổng hợp tài liệu được áp dụng gồm:
+ Các tài liệu đã có về địa lý tự nhiên, địa hình, địa mạo, địa chất thủy
văn, khí hậu của khu vực xây dựng 400ha xã Lý Nhơn – Cần Giờ.
+ Các tài liệu về đặc điểm địa chất cơng trình đoạn tuyến đường nghiên
cứu, thí nghiệm xun tiêu chuẩn, thí nghiệm trong phịng;
-Phương pháp phân tích hệ thống :
+ Xem xét đối tượng trong một thế thống nhất, đánh giá hiệu quả sử dụng

của từng phương pháp thí nghiệm khác nhau.
-Phương pháp tính tốn :
+ Sử dụng để kiểm toán các vấn đề ĐCCT và thiết kế xử lý nền đất yếu;
Ứng dụng công nghệ thông tin trong xử lý số liệu, tính tốn thiết kế.
6 .Cơ sở tài liệu
-Luận văn được xây dựng từ cơ sở các tài liệu:
-Báo cáo kết quả khảo sát địa chất công trình:
+ Xây dựng hệ thống đê bao dọc sơng Sồi Rạp khu vực 400ha xã Lý
Nhơn.
+ Các tài liệu tham khảo có liên quan đến nội dung luận văn, các tiêu
chuẩn thiết kế xử lý nền.

3


7.Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
- Đề tài góp làm phong phú thêm những kinh nghiệm trong việc lựa chọn
và thiết kế xử lý nền đất yếu ở khu vực xây dựng hệ thống đê bao dọc sơng Sồi
Rạp nói riêng và ở Việt Nam nói chung.
-Kết quả của luận văn có thể tham khảo hoặc sử dụng để thiết kế xử lý nền
đất yếu cho hệ thống đê bao cần nghiên cứu và các khu vực khác có điều kiện
ĐCCT tương tự.
8. Cấu trúc luận văn
Luận văn gồm 3 chương tổng cộng có 98 trang với 24 hình vẽ và 24
bảng.
Luận văn được hồn thành tại Bộ mơn Địa chất cơng trình, Trường Đại
học Mỏ - Địa chất, dưới sự hướng dẫn khoa học của TS.Nguyễn Thị Nụ.
Tôi xin chân thành cảm ơn các Thầy, Cơ trong Bộ mơn Địa chất cơng
trình - phịng Sau đại học thuộc trường Đại học Mỏ - Địa chất đã giúp đỡ và tạo
điều kiện thuận lợi để tôi hồn thành luận văn này.

Tơi cũng xin chân thành cảm ơn các bạn - anh (chị) - đồng nghiệp công
tác tại Công ty TNHH Thế giới kỹ thuật và Công ty Cổ phần Xây dựng & Cơ
điện Trung Nam đã cung cấp những số liệu cần thiết và tạo điều kiện thuận lợi để
hoàn thành luận văn này.

4


CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1.Tổng quan các nghiên cứu về đất yếu, cấu trúc nền đất yếu
1.1.1. Khái niệm về đất yếu, nền đất yếu, cấu trúc nền đất yếu
a. Đất yếu
Khái niệm ‘‘đất yếu’’ đến nay vẫn chưa thật rõ ràng. Khái niệm này chỉ
tương đối và phụ thuộc vào trạng thái vật lý của đất, cũng như tương quan giữa
khả năng chịu lực của đất với tải trọng mà móng cơng trình truyền lên. Nhìn
chung, sử dụng khá rộng rãi trong xây dựng. Tuy nhiên, cho tới bây giờ, chưa có
hệ thống phân loại đất yếu thống nhất và có nhiều quan điểm khác nhau xung
quanh vấn đề này.
Quan điểm thứ nhất, đa số các nhà nghiên cứu cho rằng: “Đất yếu” là
những đất có sức chịu tải thấp (khoảng 0,5 - 1,0 kG/cm2), tính biến dạng lớn, mơ
đun tổng biến dạng thấp (thường thì E0 < 50 kG /cm2), …và nếu không áp dụng
các giải pháp nền móng thích hợp thì việc xây dựng cơng trình trên nền đất yếu
sẽ rất khó khăn hoặc không thực hiện được [1].
Theo quan điểm này, trong TCVN 9355-2012 đã nêu cụ thể hơn: các loại
đất yếu thường gặp là bùn các loại, đất loại sét (sét, sét pha, cát pha) ở trạng thái
chảy hoặc dẻo chảy, Những loại đất này thường có độ sệt lớn (Is > 1 hoặc xấp xỉ
1), hệ số rỗng tự nhiên lớn (thường e0 > 1), góc ma sát trong (φ< 10°), lực dính
kết theo kết quả cắt nhanh khơng thốt nước (Cu < 0,15 kG/cm2), lực dính kết
theo kết quả cắt cánh tại hiện trường (Su < 0,35 kG/cm2), sức kháng mũi (xuyên

tĩnh) qc < 10 kG/cm2 và giá trị xuyên tiêu chuẩn SPT là N < 5.
Quan điểm thứ hai, đất yếu được xét khi có sự tương tác với cơng trình,
Theo TCVN 9355-2012, đất yếu là loại đất phải xử lý gia cố mới có thể làm nền
móng cho cơng trình.

5


Theo quan điểm này, các loại đất yếu xét theo quan điểm thứ nhất cũng
tương đồng, bởi lẽ các loại đất này đa số thường khơng thích hợp cho việc sử
dụng làm nền cho bất kỳ cơng trình xây dựng nào mặc dù có quy mơ khơng lớn.
Đối với các cơng trình có quy mơ lớn như nhà cao tầng, cầu, hầm, các cơng trình
thuỷ cơng, một số loại đất có cường độ từ trung bình đến cao như đất loại sét
trạng thái nửa cứng đến cứng hoặc thậm chí cả đá nửa cứng vẫn có thể là đất yếu.
Như vậy, có thể thấy “Đất yếu” là các loại đất có tính chất đặc biệt cần cải
tạo, gia cố và là đối tượng cần chú ý đặc biệt khi xây dựng cơng trình.
Đất yếu có nhiều nguồn gốc khác nhau, chủ yếu là trầm tích dưới nước,
thuộc các giai đoạn đầu của quá trình hình thành đá sét; các loại cát hạt nhỏ, mịn,
rời rạc; than bùn; các loại trầm tích bị mùn hóa, than bùn hóa … Nguồn gốc đầm
lầy (ven sông, ven biển), hoặc các nguồn gốc trầm tích khác như sơng, biển, hồ vũng - vịnh hoặc nguồn gốc hỗn hợp các kiểu nguồn gốc trên. Chúng rất đa dạng
về thành phần khoáng vật, nhưng thường giống nhau về tính chất cơ lý và chất
lượng xây dựng.
Nguồn gốc lục địa có thể là tàn tích (eluvi), sườn tích (deluvi), lũ tích
(proluvi), gió, lầy, băng tuyết hoặc do con người gây ra (đất đắp).

Hình 1.1.Sự phân bố các vùng đất yếu trên lãnh thổ Việt Nam [24]

6

Đặc tính địa chất cơng trình của đất yếu rất phức tạp, chúng biến đổi rất
mạnh phụ thuộc vào nguồn gốc thành tạo, tuổi địa chất, thành phần vật chất của
trầm tích, điều kiện tồn tại của chúng, vì thế trước khi xây dựng cơng trình cần có
các biện pháp gia cố, cải tạo.
b.Nền đất yếu
Nền đất được hiểu là giới hạn không gian trong môi trường địa chất chịu
ảnh hưởng của cơng trình. Khái niệm nền đất yếu, phải được xem xét trong mối
quan hệ giữa các đặc điểm nền đất tự nhiên với đặc điểm cơng trình xây dựng.
Đó là, tồn tại các lớp đất yếu trong phạm vi ảnh hưởng cơng trình hoặc liên quan
đến đặc điểm làm việc, tính chất tải trọng tác dụng của cơng trình.
c. Cấu trúc nền đất yếu
Khái niệm cấu trúc nền đã được một số tác giả sử dụng để điển hình hóa
điều kiện địa chất cơng trình của nền cơng trình, Vũ Cao Minh (1984) [7] đã đưa
ra khái niệm “Cấu trúc địa cơ” và quan niệm: “Những thể địa chất có lịch sử
phát triển và bản chất cơ học xác định được gọi là những Cấu trúc địa cơ”,
Nguyễn Thanh (1984) [12] coi “Cấu trúc nền cơng trình” là tầng đất được sử
dụng làm nền cho xây dựng. được đặc trưng bằng những quy luật phân bố theo
chiều sâu, các thành tạo đất đá có liên kết kiến trúc, nguồn gốc, tuổi, thành phần,
cấu trúc, bề dày, trạng thái và tính chất địa chất cơng trình khơng giống nhau”,
Lê Trọng Thắng (1995) [15] đã định nghĩa “Cấu trúc nền là phần tương tác giữa
cơng trình và mơi trường địa chất, được xác định bởi quy luật phân bố trong
không gian, khả năng biến đổi theo thời gian của các thành tạo đất đá, có tính
chất ĐCCT xác định, diễn ra trong vùng ảnh hưởng của cơng trình”.
Như vậy, cấu trúc nền đất yếu là cấu trúc nền có liên quan trực tiếp với
các thành tạo đất yếu. Đất yếu đóng vai trị trung tâm và có ý nghĩa quyết định
đến đặc tính và khả năng xây dựng của nền đất. Thật vậy, thành phần, tính chất,
bề dày của lớp đất yếu cũng như sự biến đổi của chúng trong không gian và mối

7

quan hệ với các lớp đất khác, cùng với quy mơ cơng trình sẽ quyết định việc lựa
chọn giải pháp xử lý nền thích hợp.
Ý nghĩa của việc nghiên cứu cấu trúc đất nền là để đánh giá tài nguyên đất
xây dựng nói chung và tính năng xây dựng của nền nói riêng, cấu trúc nền là cơ
sở địa chất cơng trình để quy hoạch hợp lý các cơng trình xây dựng.
1.1.2. Sơ lược tình hình nghiên cứu đất yếu, cấu trúc nền đất yếu trên thế giới
và Việt Nam.
Trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng, việc xây dựng các cơng
trình trên nền đất yếu rất phổ biến. Bởi vậy, đất yếu là đối tượng đã và đang được
quan tâm nghiên cứu rộng rãi. Ngay từ những năm 1965, 1972, ở Liên Xơ đã có
các Hội nghị về đất yếu và nhiều cơng trình nghiên cứu về đất yếu. Trong tác
phẩm “Thạch luận cơng trình” [23], V.D Lomtadze đã xếp đất yếu vào nhóm đất
có thành phần, trạng thái và tính chất đặc biệt. Một số cơng trình khác nghiên cứu
về đất yếu có thể kể đến như: “Đất sét yếu bão hòa nước làm nền cho cơng
trình”-M.I.Abelev. “Nghiên cứu tính chất lưu biến của đất” –G.X Zolotarev, “Độ
bền và biến dạng của đất than bùn” – L.X.Amarian [15]…
Ở Việt Nam, những nghiên cứu về thành phần và tính chất của đất yếu chủ
yếu được đề cập dưới dạng các bài báo đăng trên các tạp chí khoa học trong
nước. Năm 1971-1972, Lê Huy Hồng có các cơng trình nghiên cứu tính chất của
đất sét rìa Bắc đồng bằng Bắc Bộ. Năm 1973, Hoàng Văn Tân cùng tập thể tác
giả đã xuất bản cuốn "Những phương pháp xây dựng cơng trình trên nền đất
yếu"[11]. Các tác giả đã đưa ra quan điểm nghiên cứu về đất yếu và tổng kết các
đặc trưng cơ lý của chúng, trong đó có đất yếu của khu vực nghiên cứu. Trong
nghiên cứu “Tính chất cố kết của đất yếu Hà Nội” (1984) [10],Tạ Hồng Quân đã
đưa ra các kết quả về tính chất cố kết của một số loại đất yếu chính ờ Hà Nội. Bài
viết: "Một số đặc điểm biến dạng cùa đất bùn tầng Giảng Võ" [5] của Đỗ Trọng
Đơng và Đồn Thế Tường (1984) đã đi sâu nghiên cứu các đặc điểm biến dạng
của đất bùn, than bùn hệ tầng Giảng Võ trước đây, nay được xếp vào hệ tầng Hải

8


Hưng, phụ hệ tầng dưới.Bài viết: “Các phương pháp thí nghiệm hiện trường áp
dụng trong khảo sát ĐCCT vùng đất yếu và một số đặc trưng cơ lý của đất yếu
khu vực Hà Nội” [20] của Nguyễn Vũ Tùng, đã nêu lên các phương pháp thí
nghiệm hiện trường áp dụng thích hợp khi tiến hành khảo sát ĐCCT cho vùng có
đất yếu. Năm 1994, Lê Trọng Thắng có bài: "Phân chia các thể địa chất chính ở
khu vực Hà Nội và kết quả xử lý tài liệu xuyên tĩnh của chúng bằng máy xuyên
Gouda" [16]. Bài viết đã đưa ra quan điểm phân chia thể địa chất và đưa ra các
kết quả xử lý tài liệu xuyên tĩnh của các thành tạo đất đá tham gia trong cấu trúc
nền đất yếu ở khu vực Hà Nội. Ngoài ra, trong nghiên cứu: "Ảnh hưởng của thời
gian nén đến kết quả thí nghiệm xác định hệ số nén lún của một số loại đất yếu ở
Hà Nội"[14], dựa trên cơ sở kết quả thí nghiệm nén cố kết các loạt mẫu đất yếu
khác nhau, tác giả đã chỉ ra những hạn chế của kết quả xác định hệ số nén lún a
khi tiến hành theo quy trình nén ổn định quy ước trong 2 giờ. Báo cáo: "Kết quả
nghiên cứu bước đầu về tính bất đồng nhất của trầm trích hồ đầm lầy hệ tầng Hải
Hưng dưới (blQ1-22hh1) ở khu vực thành phố Hà Nội" [13] của Nguyễn Viết Tình
và Phạm Văn Tỵ đã đưa ra kết luận về tính biến đổi thành phần và tính chất cơ lý
của loại đất yếu phổ biến nhất trong khu vực nghiên cứu. Năm 2014, trong luận
văn tiến sỹ “Nghiên cứu đặc tính địa chất cơng trình của đất loại sét yếu amQ22-3
phân bố ở các tỉnh ven biển Đồng bằng sông Cửu Long phục vụ xử lý nền
đường” [9] và các bài báo có liên quan, Nguyễn Thị Nụ đã làm sáng tỏ đặc tính
ĐCCT của đất loại sét yếu amQ22-3 phân bố ở các tỉnh ven biển Đồng bằng sơng
Cửu Long, từ đó phân tích, đề xuất về các vấn đề khảo sát ĐCCT, kiến nghị các
biện pháp xử lý và sử dụng các chỉ tiêu cơ lý trong tính tốn xử lý nền đất yếu.
Các nghiên cứu về cấu trúc nền công trình cũng đã được đề cập trong
nhiều nghiên cứu khác nhau. Tác phẩm “Mơ hình cấu trúc trong Địa chất cơng
trình” của M.V. Ras đã đưa ra các khái niệm về mơ hình cấu trúc, trong đó có mơ
hình điều kiện tự nhiên, mơ hình nền tự nhiên của cơng trình. Tác giả đã phân

tích mối quan hệ giữa mơ hình điều kiện tự nhiên và mơ hình cơng trình xây
dựng, đưa ra các khái niệm về miền xác định của cơng trình[15].

9


Nghiên cứu cấu trúc nền không thể tách rời việc nghiên cứu môi trường
địa chất. Trong tác phẩm "Lý thuyết chung của Địa chất cơng trình" của G.K.
Bơnđaríc và "Địa chất cơng trình - Khoa học về mơi trường địa chất" của E.M
Xergheev đã đưa ra các định nghĩa về môi trường địa chất và các quan điểm
nghiên cứu chúng. Nhiều cơng trình nghiên cứu của các nhà bác học Nga đã đề
cập đến các tác động biến đổi môi trường địa chất do con người gây nên như:
"Những vấn đề địa chất cơng trình liên quan đến nhiệm vụ sử dụng hợp lý và bảo
vệ môi trường địa chất" của E.M. Xergheev; "Sự biến đổi của môi trường địa
chất dưới ảnh hưởng của các hoạt động của con người" của A.v Kotlov [15];…
Ở Việt Nam, các cơng trình nghiên cứu về cấu trúc nền cũng rất phong
phú. Bài viết “Về việc phân loại và thành lập bản đồ cấu trúc nền các cơng trình
xây dựng ở Việt Nam”[12] của Nguyễn Thanh đã đưa ra định nghĩa về cấu trúc
nền cơng trình. Theo ngun tắc phân chia, tác giả đã tổng hợp các lớp đất đá
khác nhau hình thành nên các cấu trúc nền với 5 mức cấu trúc khác nhau. Nghiên
cứu: “Cấu trúc địa cơ”[7] của Vũ Cao Minh đưa ra định nghĩa về cấu trúc địa cơ
và nêu lên những quan điểm nghiên cứu của mình. Điều cần chú ý là trong định
nghĩa cấu trúc nền cơng trình và cấu trúc địa cơ, các tác giả đều chưa đề cập đến
yếu tố biến đổi của cấu trúc nền, cũng như các tác động của môi trường địa chất.
Với những quan niệm hình thành về cấu trúc nền cơng trình nói chung và cấu
trúc nền đất yếu nói riêng, năm 1991, Lê Trọng Thắng có bài: "Một số dạng cấu
trúc nền đất yếu ở khu vực Hà Nội và những ngun nhân gây biến dạng cơng
trình liên quan với chúng".Trên cơ sở bước đầu tổng hợp những kiểu, dạng cấu
trúc nền đất yếu đặc trưng ở khu vực thành phố Hà Nội, tác giả phân tích một số
nguyên nhân lún nứt cơng trình liên quan với chúng. Q trình nghiên cứu của

tác giả được hoàn thiện hơn trên cơ sở phân loại cấu trúc nền đất yếu được thể
hiện trong bài: “Phân tích ngun nhân biến dạng cơng trình liên quan đến một
số dạng cấu trúc nền đất yếu ở khu vực Hà Nội",[15]. Một số tác giả khác cũng
có nghiên cứu liên quan đến cấu trúc nền như Phạm Văn Tỵ đã tiến hành phân
vùng cấu trúc nền ở khu vực Hà Nội khi thành lập bản đồ ĐCCT tỷ lệ 1/50.000

10


do Đoàn 64 thực hiện. Trong nghiên cứu: "Vấn đề sử dụng hợp lý môi trường địa
chất khi xây dựng các đơ thị" [21]. Đồn Thế Tường đã đánh giá các tác động
biến đổi môi trường ở khu vực Hà Nội do các hoạt động của con người gây nên.
Bài viết đưa ra một số dạng sơ đồ cấu trúc nền đất yếu và kiến nghị các giải pháp
móng thích hợp. Trong luận văn tiến sĩ “Nghiên cứu ổn định và biến dạng của
nền đất yếu dưới nền đường ô tô ngập lũ ở Đồng bằng sông Cửu Long” [6],Phạm
Văn Hùng đã nghiên cứu sự dịch chuyển từ biến của nền đất yếu dưới nền đường
ô tô khi chịu ảnh hưởng của áp lực thủy động.
1.2. Các giải pháp xử lý nền đất yếu khi xây dựng đường đê bao
1.2.1. Hiện trạng áp dụng các giải pháp xử lí nền đất yếu khi xây dựng đường
ở thành phố Hồ Chí Minh
Thành phố Hồ Chí Minh nằm ở khu vực châu thổ sơng Sài Gịn, mạng
lưới rạch sơng chằng chịt đan xen nhau, đất tự nhiên được bồi đắp bởi các dòng
chảy mạnh. Địa tầng đất khu vực thành phố được khảo sát rộng rải.
Qua công tác thu thập dữ liệu, nhìn chung trên địa bàn khu vực từ quận 2,
quận 4, quận 6, quận Bình Thạnh, huyện Nhà Bè, huyện Cần Giờ… tầng đất yếu
có sự phân bố tương đối giống nhau, tùy từng nơi, các lớp đất yếu có chiều dày
khác nhau.Tình hình cải tạo đất yếu trên địa bàn thành phố được áp dụng cụ thể
từng biện pháp phù hợp cho mỗi cơng trình. Các biện pháp được sử dụng khá phố
biến như bấc thấm, cọc đất xi măng… Nhìn chung, sau khi sử dụng các biện
pháp xử lý đó đã làm cho cường độ của đất nền tăng lên, tốc độ cố kết tăng và

nền đường sau xử lý sử dụng bình thường.Đường Nguyễn Văn Linh, quận 7 đã
sử dụng biện pháp thay đất kết hợp trải vải địa kỹ thuật gia cường, đường trục
Bắc – Nam sử dụng biện pháp xử lý bấc thấm, cọc gia cố xi măng,… Cơng trình
Nguyễn Hữu Thọ gia cố nền bằng cọc đất xi măng…Cơng trình ‘‘Xây dựng 4
tuyến đường giao thơng chính’’ - thuộc Khu đơ thị Thủ Thiêm là cơng trình cần
xử lí nền nền đất yếu, ban quản lí dự án đã áp dụng biện pháp cải tạo nền bằng

11


cọc nhồi xi măng đất. Dự án xây dựng đường cao tốc Trung Lương – Mỹ Thuận
giai đoạn I theo hình thức BOT đã sử dụng biện pháp bấc thấm.
1.2.2 Các giải pháp xử lý nền đất yếu.
Mục đích của công tác xử lý nền đất yếu là làm tăng sức chịu tải, giảm
tính biến dạng của nền đất, thỏa mãn các trạng thái giới hạn của nền và cơng
trình, cụ thể cải thiện một số tính chất cơ lý của đất nền yếu như: giảm hệ số
rỗng, tăng độ chặt, giảm tính nén lún, tăng trị số mơ đun tổng biến dạng, tăng
cường độ chống cắt của đất. Việc xử lý nền đất yếu khi xây dựng cơng trình phụ
thuộc vào điều kiện như: đặc điểm quy mô và loại cơng trình, đặc điểm của cấu
trúc nền. Với từng điều kiện cụ thể mà người thiết kế đưa ra các giải pháp xử lý
hợp lý, từ đó sẽ cho phép nâng cao hiệu quả của công tác xử lý cũng như sự ổn
định và tuổi thọ của cơng trình, hạn chế được các rủi ro có thể xảy ra. Hiện nay,
có nhiều biện pháp xây dựng đường đắp trên nền đất yếu, có thể phân ra làm hai
nhóm phương pháp:
Nhóm các phương pháp cải tạo trên mặt:
- Nhóm các phương pháp cải tạo trên mặt: phương pháp bổ sung thành
phần hạt, các biện pháp làm chặt đất (bằng búa đầm, xe lu, nổ mìn, đầm rung…),
phương pháp xi măng hóa nhân tạo (trộn vơi, trơn xi măng, trộn bitum…)
Nhóm các phương pháp cải tạo dưới sâu:
- Nhóm các phương pháp cải tạo dưới sâu: cải tạo đất bằng các thiết bị

tiêu thoát nước thẳng đứng (giếng cát, bấc thấm kết hợp gia tải trước, bấc thấm
kết hợp hút chân không), sử dụng cọc vật liệu rời (cọc cát, cọc cát đầm chặt), cải
tạo đất bằng chất kết dính (cọc đất xi măng, cọc đất vơi)
Dưới đây, tác giả trình bày một số phương pháp xử lý nền đất yếu chủ yếu
đã sử dụng trong xây dựng đường tại Việt Nam nói chung và khu vực đồng bằng
Nam Bộ nói riêng:
*Giải pháp đào thay đất (xây dựng lớp đệm cát hay đệm đất)

12


Đây là giải pháp thường được sử dụng với những đoạn nền đường đắp
trực tiếp trên nền đất yếu có chiều cao nền đắp thấp, chiều dày lớp đất yếu bên
dưới không lớn và mực nước ngầm ở dưới sâu.
Trong những trường hợp như vậy, người ta đào bỏ toàn bộ lớp đất yếu
phía trên (từ 2-3m) hoặc một phần lớp đất yếu và thay thế bằng các lớp cát hoặc
đất đắp có cường độ chống cắt lớn hơn. Có thể sử dụng vật liệu địa phương tại
chỗ để cải thiện tính chất của nền đất yếu.
Ưu, nhược điểm của phương pháp và điều kiện áp dụng:
-Giải pháp thay đất thi cơng đơn giản, khơng địi hỏi các thiết bị phức tạp,
khá rẻ; tuy nhiên chỉ áp dụng khi bề dày lớp đất yếu mỏng (<3m) và không chịu
ảnh hưởng của nước có áp.
-Giải pháp này đã được áp dụng trong xây dựng giao thông ở nước ta, như
tuyến N2, QL1A, đường cao tốc TP. HCM - Trung Lương…
*Cọc cát
Cọc cát xuất phát từ cột đá Ballast là loại cọc được cấu tạo từ vật liệu rời
đặt trong đất tham gia cùng đất nền chống đỡ tải trong cơng trình, đã gọi là cọc,
nên bản thân một cọc cát phải được tạo thành từ những loại cát đồng nhất, tiết
diện liên tục theo chiều sâu, sức chịu tải của cát được chọn phải lớn hơn nhiều
lần so với đất nền tự nhiên. Vật liệu làm cọc khơng thể hịa lẫn vào đất (chìm dần

vào đất yếu). Do đó, khơng phải loại đất yếu bất kỳ nào cũng có thể sử dụng cọc
cát để xử lý.
Cần phải phân biệt cọc cát với các cọc cứng khác như cọc bê tông cốt
thép. cọc thép… Cọc cứng là một bộ phận của kết cấu móng làm nhiệm vụ
truyền tải trọng cơng trình xuống nền đất còn cọc cát làm nhiệm vụ lèn chặt và
thoát nước cho nền đất làm tăng sức chịu tải cho nền.

13


Hình 1.2. Quy trình thi cơng cọc cát
Việc sử dụng cọc cát được nhà bác học Nga M.X.Voikow đề nghị đầu tiên
vào năm 1840 và sau đó là giáo sư V.I.Kurdyumov năm 1886. Qua hơn một thập
kỷ phương pháp này đã được tiếp tục nghiên cứu, bổ sung và được ứng dụng ở
nhiều nước trên thế giới như Liên Xô trước đây, Trung Quốc, Anh, Pháp, Hà Lan
và Mỹ.
Ưu, nhược điểm của phương pháp và điều kiện áp dụng .
-Khi dùng cọc cát, quá trình cố kết của nền đất diễn biến nhanh hơn nhiều
so với nền đất thiên nhiên hoặc nền đất dùng cọc cứng. Bởi vì lúc này cọc cát
làm việc như các giếng thoát nước, nước trong đất có điều kiện thốt ra nhanh
theo chiều dài cọc dưới tác dụng của tải trọng ngoài. Phần lớn độ lún của nền đất
có cọc cát thường kết thúc trong q trình thi cơng, do đó tạo điều kiện cho cơng
trình mau chóng đạt đến giới hạn ổn định.
-Sử dụng cọc cát về mặt kinh tế rẻ hơn so với khi sử dụng các phương án
cọc khác như: cọc bêtông, cọc bêtông cốt thép. Vật liệu làm cọc cát rẻ hơn nhiều
so với thép, bêtông cốt thép dùng trong cọc cứng và khơng bị ăn mịn nếu nước
ngầm có tính xâm thực. Biện pháp thi công cọc cát tương đối đơn giản, khơng
địi hỏi những thiết bị phức tạp.

14

-Nén chặt bằng cọc cát là một phương pháp có hiệu quả khi xây dựng các
cơng trình có tải trọng lớn trên nền đất yếu. Khi chiều dày lớp đất yếu nhỏ hơn
15m có thể dùng cọc cát nén chặt.Một số cơng trình áp dụng hiệu quả phương
pháp này như: đường Bắc Thăng Long – Nội Bài, đường hành lang ven biển phía
Nam đi qua Đồng Tháp và Kiên Giang…
*Phương pháp cọc cát đầm
Nén chặt đất bằng cọc cát đầm được sử dụng để tăng nhanh quá trình cố
kết của đất nền, làm cho nền đất có khả năng biến dạng đều và nhanh chóng đạt
đến giới hạn ổn định về lún. Phương pháp này sử dụng tải trọng nén kết hợp với
rung để xuyên một ống nhồi cát và đầm chặt vào lớp đất yếu làm cho đất được
nén chặt, hệ số rỗng giảm từ đó tăng cường độ và modun biến dạng của đất nền.
Dưới tác dụng của tải trọng, cọc cát đầm và vùng đất được nén chặt xung
quanh cọc cùng làm việc đồng thời đất được nén chặt đều trong khoảng cách
giữa các cọc.
So với phương pháp cọc cát, phương pháp cọc cát đầm chặt có những ưu
nhược điểm:
-Khi dùng cọc cát đầm, đường kính cọc được thiết kế lớn hơn (từ 600800mm), do đó hiệu quả nén chặt sẽ cao hơn. Chiều sâu xử lý lớn, có thể tới
40m.
-Tuy nhiên kỹ thuật thi cơng cọc cát đầm khá phức tạp, địi hỏi phải có
thiết bị chuyên dụng và có thể gây ảnh hưởng xấu đến các cơng trình lân cận.
-Kinh nghiệm xây dựng cũng như những kết quả đã nghiên cứu cho thấy
rằng: phương pháp xử lý nền đất yếu bằng cọc cát đầm có phạm vi áp dụng khá
lớn, có thể áp dụng cho các loại đất yếu có chiều dày lớn như các loại đất cát
nhỏ, cát bụi rời ở trạng thái bão hịa nước, các đất cát có xen kẽ những lớp bùn
mỏng, các loại đất dính yếu (sét, sét pha cát và cát pha sét) cũng như các loại đất
bùn và than bùn.

15

Phương pháp cọc cát đầm đã được sử dụng ở dự án đường cao tốc Hà Nội
– Hải Phòng với chiều sâu xử lý đến 40m và nền đắp cao 9m.
*Giếng cát
Biện pháp thoát nước thẳng đứng bằng giếng cát được áp dụng phổ biến
để xử lý đất yếu có bề dày lớn. Giếng cát thường có đường kính từ 20 - 60cm,
bằng cát hạt trung hoặc thô. Áp dụng biện pháp xử lý bằng giếng cát đạt được hai
mục đích chính sau:
-Tăng nhanh độ cố kết, làm cho nền đất có khả năng biến dạng đồng đều
do đó giảm được thời gian lưu tải;
-Tăng cường độ của đất nền, đảm bảo độ ổn định của nền đường đắp trên
các on t yu

q

Giếng
cát

Giếng
cát

Giếng
cát

Đất
yếu

Tầng không thấm

Hỡnh 1.3. S cu to giếng cát
Cần lưu ý rằng, khi sử dụng giếng cát gia cố nền đất yếu cần đảm bảo đạt
được độ đồng đều của cát trong suốt chiều dài giếng cát, tránh hiện tượng đứt đầu
giếng cát dưới tác dụng các loại tải trọng.
Xử lý nền đất yếu bằng giếng cát sẽ phát huy hiệu quả cao nếu đất yếu có
hàm lượng hữu cơ không lớn (thường <10%) và tải trọng đắp lớn hơn áp lực tiền
cố kết của đất yếu. Khi ứng dụng giếng cát cũng cần chú ý rằng, nếu nền đất có

16


trị số độ dốc thủy lực ban đầu và độ bền cấu trúc lớn thì phải đi kèm với biện
pháp gia tải trước để nước thoát ra nhanh hơn.
*Bấc thấm (PVD)
Bấc thấm là thiết bị tiêu nước thẳng đứng chế tạo sẵn. Giải pháp xử lý đất
yếu bằng bấc thấm cần thiết áp lực đất đắp đủ lớn để nước trong đất yếu thốt ra
ngồi. làm tăng tốc độ cố kết và cường độ đất nền.

Hình 1.4. Sơ đồ bố trí xử lý nền đất yếu bằng

Hình 1.5. Hiện trường thi công

bấc thấm.

bấc thấm

Ưu, nhược điểm của phương pháp và điều kiện áp dụng:
+Tốc độ lắp đặt bấc thấm nhanh, vì thế giảm giá thành cơng trình;
+Trong q trình cố kết, bấc thấm đặt trong nền đất yếu sẽ không xảy ra
hiện tượng bị cắt trượt do lún cố kết gây ra;

+ Không yêu cầu nước phục vụ thi công;
+ Bấc thấm là sản phẩm được chế tạo trong nhà máy với chất lượng và
công nghệ ổn định;

17