(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu giải pháp xử lý nền hệ thống kè Cao Xanh, thành phố Hạ Long, tỉnh Quảng Ninh

LỜI CẢM ƠN
Với sự nỗ lực của bản thân cùng với sự giúp đỡ tận tình của thầy cơ,
đồng nghiệp, bạn bè và gia đình đã giúp tác giả hồn thành luận văn.
Tác giả xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS. Bùi Văn
Trường người đã hướng dẫn trực tiếp và vạch ra những định hướng khoa học
cho luận văn.
Xin cảm ơn Nhà trường, các quý thầy cơ giáo trong trường Đại học Thủy
Lợi, phịng đào tạo Đại học và sau Đại học về sự giúp đỡ trong thời gian tác
giả học tập và nghiên cứu.
Xin chân thành cảm ơn cơng ty Xây dựng cơng trình 507 – Chi nhánh
Quảng Ninh, công ty Cổ phần tư vấn Địa kỹ thuật Việt Cường đã giúp đỡ
trong quá trình làm luận văn.
Cuối cùng tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến cha mẹ, các anh chị
em trong gia đình đã tạo điều kiện cho tác giả hồn thành q trình học tập và
hồn thành luận văn này!
Hà Nội, ngày .....tháng.....năm 2014
Tác giả

Nguyễn Văn Cường


BẢN CAM KẾT
Tên đề tài: “Nghiên cứu giải pháp xử lý nền hệ thống kè Cao Xanh,
thành phố Hạ Long, tỉnh Quảng Ninh”.
Tôi xin cam đoan đề tài luận văn của tơi hồn thành là do tơi làm. Những
kết quả nghiên cứu không sao chép từ bất kỳ nguồn tin nào khác. Nếu vi
phạm tơi hồn tồn chịu trách nhiệm, chịu bất kỳ các hình thức kỷ luật của
nhà trường.
Học viên

Nguyễn Văn Cường

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU.......................................................................................................... 1
1. Tính cấp thiết của đề tài................................................................................ 1
2. Mục đích của đề tài....................................................................................... 1
3. Nội dung nghiên cứu.....................................................................................2
4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.................................................................2
5. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu................................................... 2
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ CƠNG TRÌNH KÈ LẤN BIỂN VÀ GIẢI
PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU......................................................................3
1.1. Tổng quan về cơng trình kè lấn biển..........................................................3
1.2. Tổng quan về các giải pháp xử lý nền đất yếu...........................................6
1.2.1. Nhóm giải pháp cải tạo sự phân bố ứng suất và điều kiện biến dạng của
nền đất yếu.....................................................................................................7
1.2.2. Nhóm giải pháp làm tăng độ chặt của đất nền.............................................10
1.2.3. Nhóm giải pháp nhằm truyền tải trọng cơng trình xuống lớp đất chịu lực
tốt hơn..........................................................................................................15
1.2.4. Nhóm giải pháp sử dụng cốt địa kỹ thuật....................................................17
1.2.5. Nhóm giải pháp vật lý..................................................................................18
1.2.6. Nhóm giải pháp dùng thiết bị thoát nước.................................................... 19
1.3. Kết luận chương 1.................................................................................... 23
Chương 2: PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN, THIẾT KẾ GIẢI PHÁP XỬ
LÝ NỀN ĐẤT YỀU.......................................................................................24
2.1. Giải pháp cọc cát......................................................................................24
2.1.1. Trình tự tính tốn và thiết kế cọc cát chi tiết...................................... 24
2.1.2. Lựa chọn hệ số rỗng của đất sau khi nén chặt bằng cọc cát...............25
2.1.3. Xác định diện tích nền được nén chặt.................................................26
2.1.4. Thiết kế cọc cát...................................................................................27

2.1.5. Biện pháp thi công gia cố nền đất yếu bằng cọc cát...........................31

2.2. Cọc xi măng đất........................................................................................35
2.2.1. Qui trình thiết kế, thi cơng trụ xi măng đất.........................................35
2.2.2. Phương pháp thí nghiệm trong phòng xác định sức kháng nén của

mẫu xi măng đất..................................................................................36
2.2.3. Tính tốn tỷ lệ diện tích gia cố........................................................... 38
2.2.4. Cường độ đầu cọc...............................................................................38
2.2.5. Tính lún...............................................................................................39

2.3. Cọc bê tơng cốt thép.................................................................................46
2.3.1. Mơ tả cơng nghệ................................................................................. 46
2.3.2. Tính tốn bố trí số lượng cọc BTCT...................................................47
2.3.3. Xác định số lượng cọc và sơ bộ bố trí cọc..........................................48
2.3.4. Tính lún cho móng cọc....................................................................... 49

2.4. Kết luận chương 2....................................................................................50
Chương 3: NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN HỆ THỐNG KÈ 51
3.1. Khái quát chung về dự án hệ thống kè Cao Xanh....................................51
3.2. Điều kiện địa chất cơng trình nền hệ thống kè.........................................51
3.2.1. Đặc điểm địa hình, địa mạo...............................................................51
3.2.2. Đặc điểm địa chất thủy văn................................................................52
3.2.3. Cấu trúc địa chất nền tuyến kè...........................................................53
3.3. Phân chia cấu trúc địa chất nền hệ thống kè............................................ 60
3.3.1. Mục đích phân chia cấu trúc nền hệ thống kè....................................60
3.3.2. Cơ sở, phương pháp phân chia.......................................................... 60
3.3.3. Phân chia cấu trúc địa chất nền hệ thống kè......................................60
3.4. Giải pháp xử lý đất yếu nền hệ thống kè..................................................62

3.4.1. Cơ sở lựa chọn các giải pháp xử lý nền đất yếu................................ 62
3.4.2. Lựa chọn giải pháp xử lý nền đất yếu cho hệ thống kè.....................62


3.5. Thiết kế giải pháp xử lý nền cho hệ thống kè.......................................... 63
3.5.1. Thiết kế giải pháp xử lý cho kiểu cấu trúc nền 1...............................63
3.5.2. Thiết kế giải pháp xử lý cho kiểu cấu trúc nền 2...............................74
3.5.3. Phân tích kết quả tính tốn.................................................................77
3.6. Kết luận chương 3.................................................................................... 79
KẾT LUẬN.................................................................................................... 79
1. Kết luận và kiến nghị.................................................................................. 79
2. Một số điểm tồn tại......................................................................................80
3. Hướng nghiên cứu tiếp theo........................................................................80
TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................ 82


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Hình ảnh kè lấn biển.........................................................................3
Hình 1.2: Hình ảnh cảng Đình Vũ – Hải Phịng................................................4
Hình 1.3: Các dạng kè biển...............................................................................5
Hình 1.4: Cơ chế phá hủy khi sóng tràn............................................................5
Hình 1.5: Sự cố vỡ kè biển................................................................................6
Hình 1.6: Lớp đệm cát.......................................................................................8
Hình 1.7: Bệ phản áp.......................................................................................10
Hình 1.8: Sơ đồ giếng cát................................................................................21
Hình 2.1: Biểu đồ đường cong nén lún e = f(P)..............................................25
Hình 2.2: Bố trí cọc cát và phạm vi nén chặt đất nền.....................................27
Hình 2.3: Bố trí cọc cát dạng lưới tam giác đều..............................................28
Hình 2.4: Sơ đồ bố trí cọc cát..........................................................................29
Hình 2.5: Trình tự thi cơng cọc cát..................................................................32

Hình 2.6: Mũi cọc bằng đệm gỗ và mũi cọc có bản lề....................................33
Hình 2.7: Thiết bị đóng cọc cát khơng dùng ống thép....................................34
Hình 2.8: Tính lún nền gia cố khi tải trọng tác dụng chưa vượt q..............40
Hình 2.9: Sơ đồ cơng nghệ Jet - Grounting.....................................................42
Hình 2.10: Cơng nghệ S..................................................................................43
Hình 2.11: Cơng nghệ D..................................................................................44
Hình 2.12: Cơng nghệ T..................................................................................45
Hình 2.13: Sơ đồ thi cơng cọc đất xi măng theo cơng nghệ Jet Grouting.......45
Hình 2.14: Sơ đồ bố trí cọc.............................................................................48
Hình 2.15: Sơ đồ thi cơng cọc khoan nhồi......................................................50
Hình 3.1:Mặt cắt ngang kè..............................................................................51
Hình 3.2: Mặt cắt địa chất kiểu cấu trúc nền 1................................................61
Hình 3.3: Mặt cắt địa chất kiểu cấu trúc nền 2................................................62


Hình 3.4: Mặt cắt địa chất tính cọc cát............................................................64
Hình 3.5: Mơ hình tính tốn ổn định và biến dạng khi dùng giải pháp cọc cát. 67
Hình 3.6: Hệ số

∑M

sf

và sơ đồ cung trượt....................................................68

Hình 3.7: Mặt cắt tính trụ xi măng đất............................................................70
Hình 3.8: Sơ đồ bố trí cọc xi măng đất cho 5m chiều dài của kè....................71
Hình 3.9: Mơ hình tính toán ổn định và biến dạng khi dùng giải pháp cọc xi
măng – đất.......................................................................................................73
Hình 3.10: Hệ

số

∑M

sf

và sơ đồ cung trượt..................................................73

Hình 3.11: Mặt cắt địa chất tính tốn móng cọc khoan nhồi...........................74
Hình 3.12: Mặt bằng bố trí cọc cho 5m chiều dài của kè................................75
Hình 3.13: Mơ hình tính tốn ổn định và biến dạng khi dùng giải pháp cọc
khoan nhồi.......................................................................................................77
Hình 3.14: Hệ số ổn
định

∑M
sf

..................................................................... 77


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng2.1: Hệ số η................................................................................................... 30
Bảng 3.1: Bảng tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý của lớp 2.....................................54
Bảng 3.2: Bảng tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý của lớp 3.....................................55
Bảng 3.3: Bảng tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý của lớp 4.....................................56
Bảng 3.4: Bảng tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý của lớp 5.....................................57
Bảng 3.5: Bảng tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý của lớp 6.....................................58
Bảng 3.6: Bảng tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý của phụ lớp 7a............................59
Bảng 3.7: Đặc trưng vật liệu của các lớp đất, giếng cát và kè........................65

Bảng 3.8: Kết quả chuyển vị theo các giai đoạn.............................................67
Bảng 3.9: Các chỉ tiêu cơ lý của đất gia cố xi măng ở tuổi 28 ngày...............68
Bảng 3.10: Đặc trưng vật liệu cọc xi măng đất...............................................71
Bảng 3.11: Kết quả chuyển vị.........................................................................73
Bảng 3.12: Đặc trưng vật liệu của cọc khoan nhồi.........................................76
Bảng 3.13: Kết quả chuyển vị.........................................................................77
Bảng 3.14: Kết quả ổn định và biến dạng của các phương pháp....................78


DANH MỤC KÝ HIỆU
Hpa
La
Hnđ
emax
emin
enc
e0
n
Wp
W
Wl
Ip
Is
γw
γc
γs
γn
G
σc
Cv

Ch
K
c
ϕ
a1-2
Su
b
a
Fc
Fnc
L
σz
σz
E0
Sc
hđ
St

: Chiều cao bệ phản áp
: Bề rộng bệ phản áp
: Chiều cao nền đường
: Hệ số rỗng lớn nhất của cát
: Hệ số rỗng nhỏ nhất của cát
: Hệ số rỗng nèn chặt
: Hệ số rỗng tự nhiên
: Độ lỗ rỗng
: Độ ẩm giới hạn dẻo
: Độ ẩm tự nhiên
: Độ ẩm giới hạn chảy
: Chỉ số dẻo của đất

: Độ sệt
: Khối lượng thể tích tự nhiên
: Khối lượng thể tích khơ
: Tỷ trọng
: Dung trọng của nước
: Độ bão hòa
: Áp lực tiền cố kết
: Hệ số cố kết theo phương đứng
: Hệ số cố kết theo phương ngang
: Hệ số thấm
: Lực dính
: Góc ma sát
: Hệ số nén lún
: Sức kháng cắt
: Chiều rộng móng
: Chiều dài móng
: Diện tích cọc cát
: Diện tích nén chặt
: Chiều dài
: Ứng suất phụ thêm ở độ sâu z
: Ứng suất bản thân
: Mô đun tổng biến dạng
: Độ lún
: Chiều dày tầng đệm cát
: Độ lún theo thời gian


Ut
Wc
W0

aw
µ
ap
AP
As
qu
Pa
Qvl
Rb
Fb
Ra
Qđ
u
li
Rtc
fitc
Na
Ns
Ls
Lc

: Mức độ cố kết
: Trọng lượng xi măng
: Trọng lượng đất phơi khô
: Tỷ lệ trộn xi măng
: Tỷ lệ nước – xi măng
: Tỷ diện tích gia cố
: Diện tích cọc xi măng đất
: Diện tích nền xung quanh cọc XMĐ
: Cường độ cọc xi măng đất

: Tổng ngoại lực thẳng đứng tác dụng vào nền
: Sức chịu tải của cọc theo vật liệu
: Cường độ tính tốn của bê tông
: Tiết diện bê tông
: Cường độ cốt thép
: Sức chịu tải của cọc theo đất nền
: Chu vi mặt cắt ngang của cọc
: Chiều dày lớp đất thứ i
: Cường độ tiêu chuẩn của đất nền tại mũi cọc
: Ma sát bên thân cọc ở lớp thứ i
: Chỉ số SPT của đất dưới mũi cọc
: Chỉ số SPT của lớp đất cát bên thân cọc
: Chiều dài đoạn cọc nằm trong đất cát
: Chiều dài đoạn cọc nằm trong đất sét


11

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Trong xu thế hội nhập và phát triển ngày nay, việc xây dựng các tuyến kè
lấn biển đã và đang được tiến hành khá mạnh mẽ ở nước ta. Những tuyến kè
lấn biển thường nằm trên nền đất yếu. Vì vậy, giải pháp xử lý nền đất yếu là
hết sức quan trọng, quyết định đến tính khả thi của dự án.
Cùng với những tiến bộ về khoa học kỹ thuật, xử lý nền đất yếu ngày càng
được cải tiến và hoàn thiện. Hiện nay, có nhiều giải pháp để xử lý nền đất yếu
như: cọc cát, vải địa kỹ thuật kết hợp gia tải trước, hút chân không, cọc xi
măng đất, cọc tre, cọc tràm, cọc bê tông cốt thép..., mỗi giải pháp đều có
những ưu điểm và nhược điểm riêng. Vì vậy, để lựa chọn được giải pháp tối
ưu về kinh tế, kỹ thuật đòi hỏi người thiết kế phải nghiên cứu, tính tốn và so

sánh giữa các giải pháp xử lý nền đất yếu với nhau một cách khoa học.
Hệ thống kè Cao Xanh thành phố Hạ Long có tổng chiều dài khoảng
4.8km, toàn bộ tuyến kè được xây dựng chủ yếu trên nền đất yếu là bùn sét,
bùn á cát, cấu trúc địa chất nền hệ thống kè biến đổi phức tạp, chiều dày tầng
đất yếu biến đổi mạnh. Để tuyến kè bền vững, có độ ổn định cao, sử dụng lâu
dài và giảm giá thành xây dựng thì mục đích đặt ra là phải nghiên cứu và lựa
chọn giải pháp xử lý nền móng tối ưu nhất. Vì vậy, nhiệm vụ cấp thiết của đề
tài là nghiên cứu, cập nhật những giải pháp xử lý nền đất yếu tiên tiến, phù
hợp và đưa ra những giải pháp tối ưu trong việc xử lý nền đất yếu cho cơng
trình.
2. Mục đích của đề tài
Mục đích chính của đề tài là nghiên cứu, lựa chọn tổ hợp giải pháp xử lý
nền phù hợp với cấu trúc địa chất và điều kiện làm việc của cơng trình kè lấn
biển Cao Xanh, thành phố Hạ Long.


3. Nội dung nghiên cứu
Nội dung chính của đề tài gồm:
- Tổng quan về cơng trình kè lấn biển và giải pháp xử lý nền đất yếu;
- Điều kiện địa chất cơng trình nền hệ thống kè;
- Cơ sở lý thuyết, phương pháp tính tốn các giải pháp xử lý nền đất yếu;
- Giải pháp xử lý nền cho hệ thống kè Cao Xanh.
4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng, phạm vị nghiên cứu của đề tài tập trung vào các giải pháp xử
lý nền đất yếu cho hệ thống kè Cao Xanh thành phố Hạ Long.
5. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
Trên cơ sở các tài liệu về kết cấu phần trên của cơng trình, hồ sơ khảo sát
địa chất cơng trình, địa chất thủy văn, mục tiêu, yêu cầu của dự án hệ thống
kè Cao Xanh, từ đó nghiên cứu, đề xuất các giải pháp xử lý nền đất yếu đảm
bảo cơng trình ổn định, bền vững và hiệu quả.

Luận văn sẽ sử dụng các phương pháp nghiên cứu sau :
- Thu thập, tổng hợp và phân tích tài liệu (tài liệu khảo sát địa chất, tài
liệu thiết kế cơ sở, cơ sở lý thuyết các giải pháp xử lý nền đất yếu,…) để
làm rõ điều kiện địa chất cơng trình, đặc điểm, tính chất, qui mơ cơng
trình, cơ sở lý thuyết, phạm vi áp dụng, ưu nhược điểm của các giải pháp
xử lý;
- Phân tích và tính tốn lý thuyết để lựa chọn giải pháp xử lý nền cơng
trình hợp lý;
- Phương pháp phần tử hữu hạn, phương pháp mơ hình số với việc sử
dụng phần mềm Plaxis để phân tích, kiểm tra ổn định và biến dạng.


Chương 1
TỔNG QUAN VỀ CƠNG TRÌNH KÈ LẤN BIỂN VÀ GIẢI PHÁP
XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU
1.1. Tổng quan về công trình kè lấn biển
Gia tăng dân số cùng với sự biến đổi khí hậu và nước biển dâng là những
tác nhân chính khiến đất đai, nơi cư trú và sinh sống của con người ngày càng
trở lên chật hẹp. Do vậy các quốc gia ven biển đã không ngừng nghiên cứu và
xây dựng những tuyến đê, kè lấn biển nhằm mục đích sử dụng phần đất bên
trong những tuyến kè. Hà Lan, một quốc gia có nhiều vùng đất thấp ven biển,
có cao độ thấp hơn mực nước biển đã sử dụng giải pháp kè, đê lấn biển để
từng bước sử dụng phần đất thấp đó và lấn biển phía trong kè. Tại Nhật, một
trong những ví dụ điểm hình là sân bay mới được xây dựng ngoài khơi.
Singapore đã và đang hồn thiện cơng viên ven biển bên bờ Vịnh Mariana....

Hình 1.1: Hình ảnh kè lấn biển
Ở nước ta, các dự án lấn biển đã và đang phát triển mạnh mẽ, điển hình
như dự án lấn biển Hà Tiên, khu đô thị lấn biển Rạch Giá, khu công nghiệp,
đô thị Đình Vũ....Khi xây dựng khu đơ thị lấn biển, một trong những yếu tố

quan trọng là giữ ổn định mái đất đắp và các cơng trình, do vậy việc xây dựng
kè cho các khu đô thị lấn biển là đặc biệt cần thiết.


Hình 1.2: Hình ảnh cảng Đình Vũ – Hải Phịng
Kè biển có nhiều loại khác nhau. Mỗi loại đều có ba phần chính: chân kè,
thân kè và đỉnh kè. Chân kè làm nhiệm vụ bảo vệ chống xói ở chân mái dốc.
Thân kè là phần bảo vệ mái dốc từ chân đến đỉnh. Đỉnh kè là phần bảo vệ
đỉnh mái dốc. Từng phần theo từng điều kiện cụ thể có cấu tạo chi tiết để đảm
bảo điều kiện ổn định trong quá trình chịu tác dụng của các tải trọng từ phía
biển (nước, sóng vỗ...) và từ phía đất sau lưng kè.
Về kết cấu, kè lấn biển thường có các dạng chính sau:
- Kè trọng lực bằng bê tơng và gạch đá: dùng trọng lượng bản thân và hình
dáng kết cấu của mình để chống lại tác dụng của tải trọng;
- Kè bằng bê tông cốt thép: kết cấu thường có dạng thanh mảnh, có cốt thép
bên trong để chịu tác dụng của tải trọng và được chia ra làm 3 loại: loại bản,
loại góc ngàm khơng có sườn, loại góc ngàm có sườn;
- Kè bảo vệ mái dốc: mái dốc được cấu tạo một bộ phận có tác dụng bảo
vệ mái dốc khỏi bị xói lở. Bộ phận này được gọi là kè bảo vệ mái dốc. Có
nhiều loại kết cấu kè mái dốc, có thể khái quát hóa thành một số loại
chính sau:
+ Đá đổ, đá xếp khan, đá xếp trong các khung và bằng đá xây;
+ Khối bê tông đúc sẵn lát độc lập, khối bê tông liên kết theo cơ chế
từ chèn;


+ Một số hình thức khác: bê tơng Asphalt, trồng cỏ, vải địa kỹ thuật....

a)

b)

c)

a) Kè trọng lực, b) Kè bê tơng cốt thép, c) Kè mái
dốc Hình 1.3: Các dạng kè biển
Kè lấn biển có những đặc điểm riêng: thường nằm trên nền đất yếu có bề
dày lớn, ngồi việc phải chịu áp lực đất, nước như các kè sơng, kè núi nó cịn
chịu tác động của sóng vỗ, thủy triều, gió bão, sóng thần, Vì vậy, để tuyến
kè làm việc ổn định về cường độ và biến dạng thì vấn đề cấp thiết cần đặt ra
là biện pháp xử lý nền móng phải phù hợp.
Hiện nay có nhiều nghiên cứu tổng kết cơ chế hư hỏng với kè biển như sau:
- Nước tràn đỉnh, phá vỡ đỉnh và mái sau của kè gây hư hỏng từ trong ra ngồi;
- Sóng tác động gây hư hỏng mái kè lan rộng dẫn đến phá hoại tồn bộ mái;

Hình 1.4: Cơ chế phá hủy khi sóng tràn
- Xói bãi trước chân kè gây sạt sụt, hư hỏng chân kè dẫn đến mất ổn định kè;
- Mất ổn định bản thân mái trong, mái ngoài do nền đất yếu; các tải trọng bất
thường gây sụt, lún, sạt, trượt;


- Mất ổn định do dịng thấm;
- Xói ngầm, mạch sủi trong thân kè gây mất ổn định tổng thể.

Hình 1.5: Sự cố vỡ kè biển
1.2. Tổng quan về các giải pháp xử lý nền đất yếu
Đất yếu là những đất có khả năng chịu lực thấp (0,5 – 1,0 kG/cm 2), hầu
như hồn tồn bão hịa nước, có hệ số rỗng lớn (thường e > 0.9), hệ số nén lún
lớn, mô đun tổng biến dạng bé (E 0 < 50kG/cm2), trị số sức chống cắt không
đáng kể. Đất yếu có thể là đất sét yếu, đất cát yếu, bùn, than bùn và đất hữu

cơ,.... Chiều dày lớp đất yếu thay đổi có thể từ một vài mét đến 35 – 40m.
Cơng trình xây dựng trên đất yếu buộc phải có các biện pháp xử lý [10].
Xử lý nền đất yếu nhằm mục đích làm tăng sức chịu tải của nền đất, cải
thiện một số tính chất cơ lý của nền đất yếu như: giảm hệ số rỗng, giảm tính
nén lún, tăng trị số mô đun tổng biến dạng, tăng cường độ chống cắt, giảm
tính thấm của đất,... Việc xử lý khi xây dựng cơng trình trên nền đất yếu phụ
thuộc vào: đặc điểm, tính chất, qui mơ của cơng trình, đặc điểm của đất nền,
thời gian xây dựng.
Hiện nay, trên thế giới tồn tại nhiều cách phân loại khác nhau, nhìn chung
vẫn chưa có một hệ thống phân loại thống nhất. Tuy nhiên có thể xếp chúng
vào một số nhóm giải pháp sau:
- Nhóm giải pháp cải tạo sự phân bố ứng suất và điều kiện biến dạng của nền
đất yếu bằng giải pháp thay thế nền, bệ phản áp;


- Nhóm giải pháp làm tăng độ chặt nền đất yếu bằng cọc cát, cọc xi măng
-đất, cọc vôi, nén chặt trên mặt và dưới sâu;
- Nhóm giải pháp truyền tải trọng cơng trình xuống lớp chịu lực tốt ở dưới lớp
đất yếu bằng móng cọc, móng trụ, giếng chìm,...;
- Nhóm giải pháp làm tăng cường độ chống kéo và chống cắt của nền đất yếu
bằng cốt địa kỹ thuật;
- Nhóm giải pháp xử lý bằng hóa lý;
- Nhóm giải pháp dùng thiết bị thốt nước thẳng đứng.
1.2.1. Nhóm giải pháp cải tạo sự phân bố ứng suất và điều kiện biến dạng của
nền đất yếu.
Khi lớp đất yếu có chiều dày khơng lớn nằm trực tiếp dưới móng cơng
trình thì có thể dùng các biện pháp xử lý nhân tạo như thay thế nền (đệm cát,
đệm đất,...), bệ phản áp để làm tăng khả năng chịu lực và hạn chế mức độ
biến dạng (đặc biệt là biến dạng không đều) của đất nền dưới tác dụng của tải
trọng công trình.

1.2.1.1. Giải pháp thay thế nền
Để tận dụng khả năng các lớp dưới của đất nền, người ta thường đào bỏ
lớp đất yếu ở phía trên tiếp giáp với móng và thay thế bằng đất có cường độ
chống cắt lớn.
Giải pháp này thường rất có lợi về mặt tăng ổn định, giảm độ lún và thời
gian lún, giảm kích thước của móng và chiều sâu chơn móng do sức chịu tải
của đất nền tăng lên. Đặc biệt thích hợp là trường hợp lớp đất yếu có bề dày
nhỏ hơn vùng ảnh hưởng của tải trọng cơng trình. Chiều sâu đào đất yếu cần
thiết có thể xác định được thơng qua tính tốn theo ngun tắc nền đất sau khi
đào có khả năng chịu được tải trọng cơng trình phía trên.
Phương pháp thay thế nền có những tác dụng chính sau đây:


- Sau khi thay thế lớp đất yếu nằm trực tiếp dưới móng cơng trình, lớp đệm cát
(đệm đất,...) đóng vai trị như một lớp chịu lực, có khả năng tiếp thu được tải
trọng của cơng trình và truyền tải trọng đó xuống lớp đất chịu lực ở phía dưới;
- Giảm bớt độ lún tồn bộ và độ lún khơng đồng đều của cơng trình, đồng thời
làm tăng nhanh q trình cố kết của đất nền;
- Làm tăng khả năng ổn định khi cơng trình có tải trọng ngang;
- Kích thước móng và chiều sâu chơn móng sẽ giảm vì áp lực tiêu chuẩn
truyền lên lớp đệm cát tăng lên;
- Thi cơng đơn giản, khơng địi hỏi các thiết bị phức tạp.
Phương pháp này thích hợp được sử dụng trong các điều kiện sau:
- Khi thời hạn đưa cơng trình vào sử dụng là rất ngắn.
- Bề dày lớp đất yếu từ 3m trở xuống, trường hợp này thường đào bỏ toàn bộ
đất yếu. Khi bề dày tầng đất yếu vượt q 4 – 5m thì có thể đào một phần sao
cho đất yếu cịn lại có bề dày nhiều nhất chỉ bằng 1/2-1/3 chiều cao đất đắp.
Các loại vật liệu thay thế:
- Vật liệu thay thế là cát (đệm cát): thuận lợi cho thi công bằng bơm cát, thời
gian cố kết rút ngắn;

- Vật liệu thay thế là đất (đệm đất): phương pháp này sẽ kinh tế hơn nếu tn
dng c vt liu a phng.

Nền đờng đắp

Lớp đệm cỏt
Lớp ®Êt yÕu

Hình 1.6: Lớp đệm cát


Mặt khác, dùng lớp đệm cát việc thi công đơn giản nhưng thời gian đắp
đất tương đối lâu vì thường kết hợp với giải pháp xây dựng kèm theo từng
giai đoạn. Không nên sử dụng phương pháp này khi nền đất có mực nước
ngầm cao và nước có áp vì sẽ tốn kém về việc hạ mực nước ngầm và đệm cát
sẽ kém ổn định [10].
1.2.1.2. Giải pháp bệ phản áp
Bệ phản áp là các khối đất đắp ở hai bên cơng trình để chống trượt do xuất
hiện vùng biến dạng dẻo dưới nền đất yếu khi làm đường, đê, đập ở phía trên.
Bệ phản áp cịn dùng để chống lũ, chống sóng, chống thấm mất nước. Bệ
phản áp đóng vai trò như một đối trọng, tăng độ ổn định, cho phép đắp khối
đắp với chiều cao lớn hơn.
Giải pháp này không làm rút bớt được thời gian cố kết và khơng giảm
được độ lún, cịn tăng thêm khả năng nén lún (do thêm tải trọng của bệ phản
áp ở hai bên khối đắp). Nó có nhược điểm là khối lượng đất đắp lớn và diện
tích chiếm đất nhiều. Phương pháp này chỉ thích hợp nếu vật liệu đắp nền rẻ
cũng như khối lượng quỹ đất dồi dào, khoảng cách vận chuyển không bị hạn
chế về phạm vi.
Giải pháp này khơng thích hợp với các loại đất yếu là than bùn và bùn loại
sét. Vật liệu dùng là các loại đất hoặc cát thơng thường. Trong trường hợp

khó khăn có thể sử dụng cả đất lẫn hữu cơ.
Xác định kích thước là vấn đề mấu chốt trong việc tính tốn và thiết kế bệ
phản áp. Nhiều phương pháp dựa vào giả thiết khác nhau nhưng chỉ gần đúng.
Có tác giả dựa vào sự hình thành vùng biến dạng dẻo phát triển ở hai bên
cơng trình. Người khác dựa vào giả thiết mặt trượt của đất nền có dạng hình
trụ trịn. Cũng có tác giả tính tốn dựa theo lý luận cân bằng giới hạn để xác
định mặt trượt và suy ra trạng thái giới hạn của đất nền. Để đơn giản hơn
trong tính tốn, một số tác giả dựa vào điều kiện khống chế ứng suất ngang để
quyết định kích thước của bệ phản áp.


Theo kinh nghiệm của Trung Quốc:
- Chiều cao bệ phản áp Hpa>1/3 lần chiều cao nền đường Hnđ;
- Bề rộng bệ phản áp: Lpa = (2/3÷3/4) lần chiều dài truồi t.

Nền đờng đắp
Bệ phản ỏp

Bệ phản ỏp

Nền đất yếu

Hỡnh 1.7: Bệ phản áp
Ưu nhược điểm của phương pháp:
- Bệ phản áp là một trong những phương pháp hiệu quả khi xây dựng các nền
đường, đê, đập khi có điều kiện về khơng gian đất sử dụng. Bệ phản áp cịn có
tác dụng phịng lũ chống sóng, chống thấm trên nền đất yếu. So với việc làm
thoải mái taluy, phương pháp này thi công đơn giản, nhanh gọn, tận dụng
được nguồn quỹ đất khai thác ngay tại địa phương;
- Tuy nhiên, muốn phương pháp này phát huy được hiệu quả thì diện tích chiếm

đất của nó phải rất lớn, thể tích khối đất đắp lớn. Do đó nó khơng phù hợp với
những khu vực thi công phải vận chuyển đất đắp từ nơi khác đến. Giải
pháp này không làm giảm được thời gian lún cố kết mà còn làm tăng thêm độ
lún cuối cùng của cơng trình do tăng thêm tải trọng do bệ phản áp ở hai bên
đường;
- Vì vậy giải pháp này chỉ thích hợp nếu vật liệu đắp rẻ tiền, khai thác được vật
liệu tại chỗ. Tầng đất yếu có chiều dày khơng lớn lắm, khối đắp cao trung
bình và phạm vi đắp đất khơng hạn chế [5].
1.2.2. Nhóm giải pháp làm tăng độ chặt của đất nền
Với đất có độ lỗ rỗng lớn, ở trạng thái rời, bão hịa nước, có tính nén lún
lớn hay đất có kết cấu dễ bị phá hoại và kém ổn định dưới tác dụng tải trọng


cịn nhỏ (cát rời, bùn, than bùn, đất dính ở trạng thái chảy...), để tăng độ chặt
của nền tạo điều kiện để nền đất có khả năng chịu lực, hạn chế độ lún và
chênh lệch lún, khi xây dựng công trình có thể dùng phương pháp làm tăng độ
chặt nền đất yếu sau đây:
1.2.2.1. Giải pháp cọc cát
Gia cố nền bằng cọc cát nhằm mục đích làm tăng độ chặt của nền, thay
đổi kết cấu nền (thêm các cấu tử - cọc cát), nâng cao khả năng chịu tải giảm
tính biến dạng của nền, để thỏa mãn các trạng thái giới hạn của nền nhà (hoặc
cơng trình).
Ngun lý thiết kế theo các tiêu chuẩn của Liên Xô cũ và của Việt Nam:
Xử lý nền bằng cọc cát được tính tốn sao cho thỏa mãn các điều kiện của
trạng thái giới hạn lựa chọn [10].
Phạm vi sử dụng:
- Giúp cho nước lỗ rỗng trong đất thoát ra nhanh, làm cho quá trình cố kết của
đất nhanh hơn và có độ lún chóng ổn định hơn;
- Đất được nén chặt thêm, độ lỗ rỗng của đất giảm và cường độ của nền
được tăng lên.

- Thi công đơn giản bằng các vật liệu rẻ tiền (cát thơ, sạn sỏi) nên chi phí thấp
hơn đệm cát và các loại móng cọc.
- Cọc cát thường dùng để gia cố nền đất yếu có chiều dày ≥ 3m. Không
nên dùng cọc cát khi lớp đất yếu có bề dày q lớn.
1.2.2.2. Giải pháp cọc vơi
Cọc vơi thường được dùng để nén chặt các lớp đất yếu như: bùn, than
bùn, sét và á sét ở trạng thái dẻo nhão. Cọc vơi có tác dụng sau:
- Sau khi cọc vơi được đầm chặt, đường kính cọc vơi tăng 20% và làm
cho đất xung quanh nén chặt;
- Khi vôi được tơi, nhiệt độ lên tới 120 ÷ 1600C với nhiệt lượng 280Kcal/1kg
canxi. Do vậy, làm cho nước lỗ rỗng bốc hơi, đất giảm độ ẩm và


nén chặt nhanh. Ngồi ra khi tơi, vơi tăng thể tích hai lần làm cho đất xung
quanh nén chặt thêm.
Khi dùng cọc vơi, độ ẩm đất giảm 5 ÷ 8%, mơ đung biến dạng tăng 3 ÷ 4
lần, lực dính tăng 1,5 ÷ 3 lần, cường độ nền cọc vơi tăng 2 ÷3 lần.
Hiệu quả nén chặt bằng cọc vơi hạn chế trong đất quá nhão yếu (độ sệt
>1) như bùn sét, sét nhão là do các loại đất này rất khó thốt nước.
Để thi cơng cọc vơi, trước hết phải khoan tạo lỗ. Đường kính hố khoan
thơng thường 240 ÷ 400mm. Dùng ống thép nếu thành hố khoan bị lở, sau đó
cho từng lớp vơi sống dày 1,0m xuống lỗ khoan rồi đầm chặt từng lớp cho
đến khi hết độ sâu của hố khoan, vừa đầm vừa rút ống lên. Hiệu quả nén chặt
của cọc vôi phụ thuộc vào thành phần hịa học của vơi, chất lượng đầm chặt
ban đầu. Kiểm tra chất lượng cọc vôi dùng bàn nén hiện trường hay xuyên
tiêu chuẩn [8].
1.2.2.3. Giải pháp cọc đất – vôi
Trộn tại chỗ đất với vôi sống bằng máy chuyên dụng. Vôi bột tác dụng
với nước lỗ rỗng trong đất tạo nên liên kết xi măng và silicat hóa. Các liên kết
đó gắn kết các hạt khống chất trong đất lại và làm cho đất trở lên cứng hơn.

Cần chú ý kiểm tra lượng vôi đưa vào và kiểm định các đặc trưng cơ học của
cột. Sau khi thi cơng sẽ được các cột có đường kính nhất định, cải thiện được
độ ổn định và giảm độ lún, tăng độ bền chống cắt lên hàng chục lần, tăng sức
chịu tải của nền 3 ÷ 4 lần. Sức chống cắt khơng thốt nước có thể đạt tới
1000kPa. Phương pháp này ít phổ biến khi xử lý trên diện rộng và u cầu
phải có đơn vị thi cơng chun nghiệp [8].
Cọc đất – vôi được thi công bằng các máy chuyên dụng. Lưỡi khoan như
cái ngốy trứng có đường kính 500mm để tạo lỗ và làm đất tơi ra tại chỗ. Khi
khoan đến độ sâu thiết kế thì bắt đầu phun vơi, vơi bột được chứa trong xi lơ
có dung tích 2,5m3, do áp lực khoảng 10at tạo ra bởi một máy nén khí được
đẩy ra khỏi xilơ, qua ống dẫn bằng cao su và cần khoan lỗ, chui ra từ lỗ nhỏ
đường kính 30mm ở dưới lưỡi khoan và phun vào đất.


1.2.2.4. Giải pháp trụ xi măng đất
Quá trình trộn xi măng vào đất, lúc này xi măng chủ yếu đóng vai trị là
chất kết dính cịn các hạt đất là cốt liệu. Khi trộn xi măng vào trong đất xẩy ra
hai quá trình [8]:
- Quá trình kiềm;
- Quá trình thứ sinh.
Để hiểu được bản chất q trình hóa lý xẩy ra trong đất, khi trộn xi măng
vào trong đất, đầu tiên chúng ta xem xét quá trình thủy phân xi măng.
Q trình thủy phân xi măng:
Thành phần chính của xi măng bao gồm các Clinke chủ yếu sau:
- Silicat tri can xi:3CaOSiO2 (C3S) chiếm 37-38%;
- Silicat đi can xi:2CaOSiO2 (C2S) chiếm 15-37%;
- Aluminat tri canxi: 3CaOAl2O3 (C3A) chiếm 7-15%;
- Feroaluminat tetra canxi: 4CaOAl2O3.Fe2O3 (C4AF) chiếm 10-18%;
- Ngoài các hợp chất chính trên cịn có MgO, CaO, CaSO4...
Khi gặp pha lỏng (H2O) trong đất, các Clinke bị thủy phân, trong số C3S

sẽ bị thủy phân đầu tiên. Sản phẩm của sự thủy phân C 3S không phải là cố
định mà phụ thuộc vào nồng độ CaO trong dung dịch nước lỗ rỗng. Khi nồng
độ CaO<0.08g/l thì C3S bị thủy phân hồn toàn tạo ra Ca(OH) 2 và gel Silic;
Khi nồng độ CaO=0.08 ÷ 0.12 tạo ra hydrosilicat canxi dạng CSH cơng thức
hóa học (0.8-1.5)CaO.SiO2 (0.5-0.25)H2O và Ca(OH)2. Khi trong dung dịch
có Ca(OH)2 q bão hịa thì C3S sẽ bị thủy phân tạo ra hydrosilicat caxi kiểu
C2SH2, cơng thức hóa học (1.7-2.0)CaO. SiO2 (2.4-0.25)H2O và Ca(OH)2 ở
dạng rắn.
Sự thủy phân C3S đã tạo ra môi trường kiềm cao và tạo điều kiện thuận
lợi để các hợp chất Clinke khác bắt đầu thủy phân. Sản phẩm thủy phân C 2S
cũng không phải là cố định mà thay đổi phụ thuộc vào nồng độ pha lỏng.
Trong điều kiện nước C2S sẽ chuyển hóa thành CSH (B).


Các hợp chất C2A, C4(AF) cũng bị thủy phân và tạo ra hydroaluminat
caxi và hydroferat caxi theo phương trình hóa học sau:
3CaO.Al2O3+6H2O=3CaO.Al2O3.6H2O
4CaO.Al2O3.Fe2O3 + nH2O = 3CaO. Al2O3.6H2O + 4CaO.Fe2O3.mH2O
Ngoài ra, aluminat canxi cịn tác dụng với gốc Sunphat có trong thành
phần

của

xi

măng

để

tạo

ra

hydrosunfat

aluminat

canxi

(CaO.Al2O3.3CaSO4.31H2O).
Kết quả của sự thủy phân xi măng cho ta các sản phẩm:
- Hydrosilicat canxi ở dạng CSH (B) và C2SH2;
- Hydroaluminat canxi: 3CaO.Al2O3.6H2O;
- Hydroferat caxi: 4CaO.Fe2O3.mH2O;
- Hydrosunphat aluminat canxi: 3CaO.Al2O3.3CaSO4.31H2O;
- Hydroxit canxi: Ca(OH)2 và nhiều hợp chất khác.
Các sản phẩm được tạo ra sẽ kết tinh và tạo nên độ bền của đá xi măng.
Vai trị lớn nhất hình thành nên độ bền của đá xi măng là CSH (B)
Q trình hóa lý xảy ra khi trộn xi măng vào trong đất
Nguyên lý cơ bản của việc gia cố đất bằng xi măng: xi măng sau khi trộn
với đất sẽ sinh ra một loạt các phản ứng hóa học rồi dần đóng rắn lại. Các
phản ứng của chúng là: phản ứng thủy phân và thủy hóa xi măng, tác dụng
của các hạt đất với các chất thủy hóa xi măng, tác dụng cacbonnat hóa. Nhìn
chung khi trộn xi măng vào trong đất sẽ xẩy ra hai quá trình: quá trình kiềm
và quá trình thứ sinh.
Quá trình kiềm: là quá trình thủy phân và hydrat hóa xi măng. Cơ chế của
quá trình này cũng giống như quá trình tác dụng giữa xi măng và nước. Quá
trình kiềm được coi là quá trình chủ yếu hình thành nên độ bền của đất được
cải tạo. Quá trình kiềm ban đầu tạo ra một lượng lớn Ca(OH)2, làm tăng độ
pH của môi trường nước lỗ rỗng trong đất, tạo điều kiện thúc đẩy quá trình

thủy phân các clinke thứ sinh.


Trong đất, các hạt sét có thành phần khống vật chủ yếu là nhóm các
khống vật sét như: hydromica, Caolinit và monmorionit. Thành phần hóa
học chính của các khống vật này là các ơxít nhơm và silic (Al2O3 và SiO2).
Ở điều kiện bình thường các khống vật trên khá bền vững, sự hòa tan của
Al2O3 và SiO2 rất kém, song trong mơi trường kiềm có độ pH cao thì chúng
dễ bị hịa tan dẫn đến sự phá hủy các khống vật. Các ơxít nhơm và silíc ở
dạng hịa tan là yếu tố tạo nên một phần vật liệu gắn kết đông cứng cà làm
tăng cường độ của hỗn hợp đất – xi măng. Quá trình thứ sinh xảy ra chậm
chạp và trong một thời gian dài, có thể tới hàng năm.
1.2.2.5. Giải pháp nén chặt đất bằng đầm nện
Phương pháp này thường được ứng dụng cho các loại đất cát, đất sét, đất
có tính lún sập và đất đắp có có hệ số bão hịa G < 0,7. Để nén chặt đất, người
ta thường dùng vật đầm có trọng lượng 2.0 ÷ 4.0 tấn rơi trên chiều cao 4 ÷ 5m
vật đầm thường làm bằng bê tông cốt thép hoặc gang. Trọng lượng vật đầm
không được nhỏ hơn trọng lượng thể tích nén chặt của đất, trọng lượng vật
đầm cũng phải đảm bảo điều kiện để cho áp lực tĩnh tác dụng lên mặt phẳng
đầm nén của đất không nhỏ hơn 0.15kG/cm 2 đối với đất cát và 0.2kG/cm 2 đối
với đất sét [8].
1.2.3. Nhóm giải pháp nhằm truyền tải trọng cơng trình xuống lớp đất chịu lực
tốt hơn
1.2.3.1. Giải pháp móng cọc
Khi dưới lớp đất yếu là lớp chịu lực thì có thể dùng móng cọc. Nhiệm vụ
chủ yếu của móng cọc là truyền tải trọng từ cơng trình xuống các lớp đất ở
dưới mũi cọc và ra các lớp đất ở xung quanh cọc [10].
Cọc là bộ phận kết cấu chế tạo bằng bê tông cốt thép hay gỗ được dùng để
tạo móng cọc. Móng cọc là móng sâu và đắt hơn móng nơng. Mặc dù vậy,
việc dùng móng cọc là cần thiết bảo đảm cơng trình được an toàn trong các

trường hợp sau: