Nghiên cứu ảnh hưởng khoảng cách vật thoát nước đứng (PVD) để gia cường nền khi xây dựng đê biển trên nền đất yếu (Luận văn thạc sĩ file word)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

-----***----

NGUYỄN HOÀNG PHÚC

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG KHOẢNG CÁCH VẬT THOÁT
NƯỚC ĐỨNG (PVD) ĐỂ GIA CƯỜNG NỀN KHI XÂY DỰNG
ĐÊ BIỂN TRÊN NỀN ĐẤT YẾU
Chuyên ngành
Mã số

: Địa kỹ thuật xây dựng
60580204

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. HỒNG VIỆT HÙNG

Hồ Chính Minh – 2014


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

-----***----

NGUYỄN HOÀNG PHÚC
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG KHOẢNG CÁCH VẬT THOÁT
NƯỚC ĐỨNG (PVD) ĐỂ GIA CƯỜNG NỀN KHI XÂY DỰNG
ĐÊ BIỂN TRÊN NỀN ĐẤT YẾU

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Hồ Chính Minh – 2014


-1-

LỜI CẢM ƠN
Để hồn thành chương trình cao học và viết luận văn này, tôi đã nhận
được sự hướng dẫn, giúp đỡ và góp ý nhiệt tình của q thầy cô Trường Đại
học Thủy Lợi.
Trước hết, tôi xin chân thành cảm ơn đến quý thầy cô Trường Đại học
Thủy Lợi, đặc biệt là những thầy, cơ đã tận tình giảng dạy tôi trong suốt thời
gian học tập ở Trường.
Tôi xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến Tiến sĩ Hoàng Việt Hùng đã dành rất
nhiều thời gian và tâm huyết hướng dẫn nghiên cứu và giúp tơi hồn thành
luận văn tốt nghiệp.
Nhân đây, tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu Trường Đại học
Thủy Lợi cùng quý thầy cô Khoa Cơng trình đã tạo điều kiện cho tơi điều tra
khảo sát để có dữ liệu viết luận văn.
Mặc dù tơi đã cố gắng hồn thiện luận văn bằng cả sự nhiệt tình và

năng lực của mình, tuy nhiên khơng thể tránh khỏi những thiếu sót, rất mong
nhận được góp ý q báu của q thầy cơ và các bạn.
TP. Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2014
Học viên cao học

Nguyễn Hoàng Phúc


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan :
- Luận văn này là sản phẩm của tôi
- Số liệu trong luận văn được điều tra trung thực
- Tôi xin chịu trách nhiệm về nghiên cứu của mình
TP. Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2014
Học viên cao học

Nguyễn Hoàng Phúc


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN.......................................................................................................... 1
LỜI CAM ĐOAN.................................................................................................... 2
MỤC LỤC................................................................................................................ 3
DANH SÁCH CÁC BẢNG..................................................................................... 6
DANH SÁCH CÁC HÌNH VÀ ĐỒ THỊ................................................................ 6
MỞ ĐẦU.................................................................................................................. 8
1. Tính cấp thiết của đề tài..................................................................................... 8
2. Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài......................................................................... 9
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài..................................................... 9
4. Nội dung nghiên cứu của đề tài....................................................................... 10

5. Phương pháp nghiên cứu................................................................................. 10
CHƯƠNG 1............................................................................................................ 11
TỔNG QUAN VỀ NỀN ĐẤT YẾU CỦA ĐÊ BIỂN VÀ CÁC GIẢI PHÁP XỬ
LÝ NỀN.................................................................................................................. 11
1.1 Giới thiệu chung.......................................................................................... 11
1.2 Các điều kiện biên địa kỹ thuật trong tính tốn thiết kế đê biển................11
1.2.1 Mở đầu.................................................................................................... 11
1.2.2 Những khía cạnh địa kỹ thuật liên quan đến chức năng chắn giữ nước của
cơng trình ven biển........................................................................................... 13
1.2.3 Đặc trưng Cơ học đất cơ bản trong thiết kế cơng trình đất......................16
1.2.4 Phân tích ảnh hưởng của gia tăng áp lực nước lỗ rỗng dư trong nền đến sự
ổn định của cơng trình...................................................................................... 20
1.2.5 Địa chất nền và đất đắp đê biển miền Nam............................................. 21
1.3 Các giải pháp xử lý nền đê biển.................................................................... 28
1.4 Vấn đề ứng dụng vật thoát nước đứng (PVD) để gia cường nền khi
xây dựng cơng trình trên nền yếu
30
1.5 Kết luận chương 1......................................................................................... 31
CHƯƠNG 2............................................................................................................ 33
CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TỐN BẤC THẤM..............................................33


TRONG XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU.........................................................................33

2.1 Các đặc tính của bấc thấm (PVD)................................................................ 33
2.2 Ngun tắc tính tốn bấc thấm..................................................................... 33
2.3 Thi công bấc thấm (căn cứ 22TCN 236-1997 ban hành theo Quyết định
số 1282/KHKT ngày 17/5/1997)
35
2.3.1 Giới thiệu................................................................................................ 35

2.3.2 Chuẩn bị hiện trường............................................................................... 36
2.3.3 Thiết bị thi công...................................................................................... 37
2.3.4. Quy trình thi cơng bấc thấm................................................................... 38
2.4 Các nhân tố ảnh hưởng đến độ cố kết của đất nền khi sử dụng bấc thấm .42
2.4.1 Đường kính bấc thấm đến độ cố kết đất nền........................................... 42
2.4.2 Khoảng cách bấc thấm đến độ cố kết đất nền.......................................... 42
2.4.3 Kết hợp ảnh hưởng của sức kháng thấm và vùng đất bị xáo trộn do cắm
bấc thấm đến độ cố kết đất nền........................................................................ 49
2.5 Kết luận chương 2......................................................................................... 57
CHƯƠNG 3............................................................................................................ 58
MƠ HÌNH HỐ CÁC TRƯỜNG HỢP ỨNG DỤNG........................................ 58
3.1 Phân tích các trường hợp tính tốn............................................................ 58
3.2 Giới thiệu phần mềm tính tốn-FoSSA (2.0).............................................. 58
3.3 Tính tốn thiết kế, mơ phỏng bài tốn bằng phần mềm FoSSA (2.0)........61
3.3.1 Các yêu cầu cần nghiên cứu và chỉ tiêu đất nền...................................... 61
3.3.2 Tính tốn xác định ảnh hưởng của khoảng cách bấc thấm ứng với các
mức độ xáo trộn đất.......................................................................................... 63
CHƯƠNG 4............................................................................................................ 77
ỨNG DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VỚI ĐÊ BIỂN HƯƠNG MAI - CÀ
MAU (ĐOẠN TỪ K94+786 ĐẾN K95+850)........................................................77
4.1 Giới thiệu cơng trình đê biển Hương Mai - Cà Mau...................................77
4.1.1 Vị trí địa lý.............................................................................................. 77
4.1.2 Địa chất cơng trình.................................................................................. 78
4.1.3 Khí tượng thủy văn.................................................................................. 80
4.2 Kết quả tính tốn các trường hợp................................................................. 81
4.2.1 Ứng dụng kết quả nghiên cứu.................................................................. 81
4.2.2 Tính tốn kiểm chứng bằng tài liệu hướng dẫn thiết kế bấc thấm...........82
4.2.3 Tính toán kiểm tra bằng phần mềm FoSSA (2.0)....................................83
4.3 Nhận xét kết quả tính ứng dụng................................................................... 84

Kết luận chương 4............................................................................................... 85

KẾT LUẬN-KIẾN NGHỊ..................................................................................... 86
I. Những kết quả đạt được của luận văn.............................................................. 86
II. Tồn tại............................................................................................................. 86
III. Kiến nghị....................................................................................................... 87
TÀI LIỆU THAM KHẢO..................................................................................... 88
I. Tiếng Việt......................................................................................................... 88
II. Tiếng Anh........................................................................................................ 89


DANH SÁCH CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Những biên liên quan đến kết cấu địa kỹ thuật...............................15
Bảng 1.2 Chỉ tiêu cơ lý chung của lớp đất 2 khu vực Bạc Liêu.....................25
Bảng 1.3 Bảng tóm tắt các chỉ tiêu cơ lý của các lớp địa chất........................27
Bảng 3.1 Bảng tổng hợp thông số đất yếu nền để biển ở các địa phương......62
Bảng 3.2 Các thông số ảnh hưởng sử dụng trong nghiên cứu........................63
Bảng 3.3 Kết quả tính lún theo thời gian........................................................64
Bảng 3.4 Bảng kết quả tính tốn độ cố kết theo thời gian..............................65
Bảng 4.1 Bảng tóm tắt các chỉ tiêu cơ lý của các lớp địa chất........................79
Bảng 4.2 Kết quả tính lún của đê biển Tây Cà Mau.......................................83
DANH SÁCH CÁC HÌNH VÀ ĐỒ THỊ
Hình 1.1 Ứng suất đẳng hướng.......................................................................17
Hình 1.2 Ảnh hưởng của tốc đột tăng tải đến độ cố kết và cường độ.............21
Hình 1.3 Sơ đồ phương pháp hút chân khơng có màn kín..............................31
Hình 1.4 Sơ đồ phương pháp hút chân khơng khơng có màn kín...................31
Hình 2.1 Các hình thức bố trí bấc thấm..........................................................34
Hình 2.2 Giá trị xấp xỉ của vùng xáo trộn xung quanh lõi bấc thấm..............35
Hình 2.3 Quy trình lắp ghép bấc thấm............................................................40

Hình 2.4 Các hình thức bố trí bấc thấm..........................................................40
Hình 2.5 Đường kính tương đương của bấc thấm..........................................42
Hình 2.6 Sự cố kết do thoát nước theo phương đứng và xuyên tâm...............45
Hình 2.7 Sơ đồ làm việc ống thốt nước PV có xét sức kháng thấm và vùng
ảnh hưởng........................................................................................................47
Hình 2.8 Đường kính tương đương của ống thốt nước PV...........................48
Hình 2.9 Quan hệ giữa Fn và D/dw cho trường hợp lý tưởng........................51
Hình 2.10 Ví dụ đường cong thiết kế cho trường hợp đơn giản.....................52
Hình 2.11 Hệ số xáo trộn (Fs) với các thông số cơ bản..................................53


Hình 2.12 Ước lượng giá trị hệ số sức kháng thấm F’r................................... 55
Hình 2.13 Ví dụ ảnh hưởng của các thơng số đến t90......................................56
Hình 3.1 Giao diện phần mền Fossa (2.0).....................................................59
Hình 3.2 Mơ hình bài tốn.............................................................................59
Hình 3.3 Lựa chọn thơng số tính lún.............................................................60
Hình 3.4 Lựa chọn thơng số thiết kế PVD (bấc thấm)...................................60
Hình 3.5 Thơng số tính cố kết của nền..........................................................61
Hình 3.6 Quan hệ của độ lún theo thời gian với khoảng cách bấc thấm c=1,0
m......................................................................................................................67
Hình 3.7

Quan hệ của độ lún theo thời gian với khoảng cách bấc thấm

c=1,5m.............................................................................................................68
Hình 3.8

Quan hệ của độ lún theo thời gian với khoảng cách bấc thấm

c=2,0m.............................................................................................................69

Hình 3.9

Quan hệ của độ lún theo thời gian với khoảng cách bấc thấm

c=2,5m.............................................................................................................69
Hình 3.10

Quan hệ của độ lún theo thời gian với khoảng cách bấc thấm

c=3,0 m............................................................................................................70
Hình 3.11 Quan hệ của độ lún theo khoảng cách bấc thấm với Fs = 0,5.......71
Hình 3.12 Quan hệ của độ lún theo khoảng cách bấc thấm với Fs = 1,0.......72
Hình 3.13 Quan hệ của độ lún theo khoảng cách bấc thấm với Fs = 2,0.......73
Hình 3.14 Quan hệ của độ lún theo khoảng cách bấc thấm với Fs = 3,0.......74
Hình 4.1

Vị trí tuyến đê biển Tây đoạn từ Hương Mai đến Tiểu Thừa........78

Hình 4.2 Biểu đồ quan hệ độ lún theo khoảng cách bấc thấm đê biển Tây 84


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Đê biển nước ta qua ba miền Bắc, Trung, Nam có đặc trưng khí hậu, sắc
thái địa hình, địa chất riêng biệt. Đê biển thường xuyên chịu tác động của
thủy triều, sóng gió, đặc biệt là khi có bão lớn nên đê biển còn nhiều tồn tại,
nhất là việc ổn định lâu dài trước nguy cơ thiên tai ngày càng khốc liệt và đòi
hỏi việc phát triển bền vững đa mục tiêu.
Hệ thống đê biển, đê cửa sơng cịn tồn tại những điểm chính sau:
- Nhiều tuyến đê biển, đê cửa sơng chưa được đầu tư củng cố, nâng cấp

lại thường xuyên chịu tác động của sóng, thủy triều, thiên tai nên tiếp tục bị
xuống cấp nghiêm trọng.
- Một số tuyến đê nhỏ lẻ, manh mún chưa khép kín tuyến nên hạn chế về
hiệu quả.
- Nhiều tuyến đê, kè biển chưa được đầu tư đồng bộ (trước đê khơng có
rừng phịng hộ, khơng có cơng trình bảo vệ bãi).
- Bãi biển nhiều nơi liên tục bị hạ thấp gây sạt lở chân kè, xâm thực vào
thân đê làm hư hỏng đê.
- Mức bảo đảm an tồn thấp, khơng có khả năng chống lại thiên tai kết
hợp triều cường.
- Đê được đắp trên nền địa chất tự nhiên mềm yếu chưa được xử lý triệt
để.
- Có nhiều cống qua đê, hầu hết là các cống dưới đê chưa đảm bảo kiên
cố, không đủ khẩu diện để kết hợp phục vụ tránh trú bão cho tàu thuyền.
Xuất phát từ thực trạng đê biển của Việt Nam như đã nêu ở trên dẫn đến
nhu cầu tất yếu phải nâng cấp hệ thống đê biển, trong đó có những đoạn đắp
mới.


Qua các kết quả đánh giá và phân tích thì ngun nhân sự cố cơng trình
khi xây dựng đê như sạt, trượt, lún nhiều, lún khơng đều…vv, thì ngun
nhân chính là do nền đê yếu, biện pháp xử lý nền và thân đê không hợp lý, tốc
độ thi công quá nhanh… Một trong những giải pháp hiệu quả để tăng nhanh
tốc độ cố kết của nền là sử dụng vật thốt nước đứng để gia cố nền khi xây
dựng cơng trình trên nền yếu. Đê biển là cơng trình có tầm quan trọng đặc
biệt, vì vậy việc nghiên cứu đánh giá các thông số khi xử lý nền là một việc
làm cần thiết và cấp bách.
Đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng khoảng cách vật thoát nước đứng (PVD)
để gia cường nền khi xây dựng đê biển trên nền đất yếu” là một trong những
nội dung cấp bách, thiết thực giải quyết các vấn đề tồn tại như đã nêu.

2. Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài
a. Mục tiêu: Đánh giá ảnh hưởng của khoảng cách vật thoát nước đứng
(PVD) đến tốc độ cố kết của đất nền, các yếu tố ảnh hưởng đến khoảng cách
của bấc thấm (PVD), rút ra khoảng cách điển hình, tối ưu của bấc thấm với tải
trọng phổ biến của khối đắp đê biển.
b. Nhiệm vụ:
Phân tích tổng quan về các giải pháp xử lý nền khi xây dựng cơng trình
trên nền yếu.
- Ngun tắc tính tốn bấc thấm (PVD)
- Mơ phỏng một số bài toán thực tế bằng phần mềm chuyên dụng FoSSA
(2.0)
- Phân tích kết quả và kết luận
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài
a. Đối tượng nghiên cứu: Bấc thấm dùng để gia cường nền đất yếu.
b. Phạm vi nghiên cứu: Chỉ giới hạn nghiên cứu bấc thấm kết hợp gia tải
trước để xử lý nền đê biển, khơng xét q trình từ biến của đất.


4. Nội dung nghiên cứu của đề tài
- Tổng quan về các giải pháp xử lý nền
- Nguyên tắc tính tốn bấc thấm (PVD)
- Các trường hợp tính tốn
- Mơ phỏng bài toán thực tế bằng phần mềm chuyên dụng FoSSA (2.0)
- Phân tích kết quả và kết luận
- Các kết luận, kiến nghị
5. Phương pháp nghiên cứu
- Thống kê tài liệu: Thu thập và tổng hợp các tài liệu đã có về xử lý nền
đê biển, các ứng dụng tại Việt Nam và trên thế giới
- Phân tích lý thuyết
- Phân tích mơ hình tính tốn.

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ NỀN ĐẤT YẾU CỦA ĐÊ BIỂN VÀ CÁC GIẢI PHÁP
XỬ LÝ NỀN
1.1 Giới thiệu chung
Nền đất yếu và các biện pháp xử lý nền đất đắp trên đất yếu là một
trong những lĩnh vực xây dựng thường gặp. Cho đến nay, ở nước ta việc xây
dựng nền đắp trên đất yếu vẫn là một vấn đề tồn tại và là một bài tốn khó
trong xây dựng, đặt ra nhiều vấn đề phức tạp cần được nghiên cứu xử lý
nghiêm túc, đảm bảo sự ổn định và độ lún cho phép của cơng trình.
Nền đất yếu là nền đất không đủ sức chịu tải, không đủ độ bền và biến
dạng nhiều, do vậy không thể xây dựng các cơng trình. Đất yếu là một loại đất
khơng có khả năng chống đỡ kết cấu bên trên, vì thế nó bị lún tùy thuộc vào
quy mơ tải trọng bên trên.
Khi thi cơng các cơng trình xây dựng gặp các loại nền đất yếu, tùy
thuộc vào tính chất của lớp đất yếu, đặc điểm cấu tạo của cơng trình mà người
ta dùng phương pháp xử lý nền móng cho phù hợp để tăng sức chịu tải của
nền đất, giảm độ lún, đảm bảo điều kiện khai thác bình thường cho cơng trình.
1.2 Các điều kiện biên địa kỹ thuật trong tính tốn thiết kế đê biển
1.2.1 Mở đầu
Điều kiện địa kỹ thuật là những hạng mục địa kỹ thuật như là mặt cắt
địa chất, các chỉ tiêu cơ – lý của các lớp đất nền hoặc đất đắp. Điều kiện biên
địa kỹ thuật được hiểu là những thành phần ở các ngành khác mà rất cần cho
phân tích địa kỹ thuật và thiết kế địa kỹ thuật (thiết kế các vấn đề liên quan
đến nền móng và cơng trình đất). Thiết kế nền móng hoặc cơng trình đất là
thuần túy về địa kỹ thuật nhưng người thiết kế không những cần am hiểu về
địa kỹ thuật mà cịn phải có sự hiểu biết về một số ngành liên quan, tùy thuộc
lĩnh vực đang xem xét, là những biên địa kỹ thuật. Trong phần này, ta sẽ giới

hạn nói về những vấn đề địa kỹ thuật và các điều kiện biên địa kỹ thuật trong
phạm vi khi tính tốn thiết kế cho đê biển.
Tùy thuộc vào chức năng mà những cơng trình ven bờ phải chịu những
tổ hợp tác động bao gồm sóng, dịng chảy, sự chênh lệch mực nước, địa chấn
và một số tải trọng đặc biệt khác (như lực va chạm tàu thuyền hoặc băng).
Những tác động này, bao gồm cả trọng lượng bản thân của cơng trình, sẽ
được truyền vào lớp đất bên dưới cơng trình, và phải đảm bảo được hai điều:
- Biến dạng của kết cấu là chấp nhận được
- Khả năng mất ổn định là nhỏ
Các tác động được truyền vào kết cấu và những lớp đất bên dưới sẽ gây
ra sự thay đổi về ứng suất trong kết cấu đó và cả những lớp đất bên dưới (thay
đổi cả theo thời gian). Điều này dẫn đến hậu quả là những kết cấu bờ và ven
biển sẽ bị dịch chuyển đứng hoặc ngang, hoặc thậm chí là mất ổn định. Sự
biến dạng của nền và của kết cấu không chỉ phụ thuộc vào những tác động
bên ngồi, mà cịn phụ thuộc vào các đặc trưng hình học (hệ số mái đê), trọng
lượng của kết cấu, tính thấm, độ cứng cũng như khả năng chống cắt của kết
cấu và lớp đất nền bên dưới.
Thực tế, hiệu quả của một cơng trình ven bờ, ven biển nói riêng, hoặc
cơng trình xây dựng nói chung, phụ thuộc rất nhiều vào sự tương tác giữa kết
cấu bên trên và đất nền bên dưới. Sự tương tác này bao gồm cả vấn đề truyền
tải, sức chịu tải của nền, độ biến dạng (lún và dịch chuyển của nền và khả
năng chịu lún của kết cấu bên trên). Do đó, cần có một sự hiểu biết thấu đáo
về những đặc tính địa kỹ thuật, vật liệu cấu tạo của đất nền và thậm chí cả
những đặc tính của kết cấu.
Trong phần này sẽ trình bày những khía cạnh địa kỹ thuật cơ bản có
liên quan đến chức năng chắn giữ nước của cơng trình. Tiếp sau đó là một vài
tính chất cơ học đất cơ bản cũng về địa kỹ thuật được trình bày để nêu lên

những khía cạnh quan trọng của địa kỹ thuật mà cần được quan tâm trong
thiết kế.
1.2.2 Những khía cạnh địa kỹ thuật liên quan đến chức năng chắn
giữ nước của cơng trình ven biển
Chức năng chủ yếu của kết cấu chắn giữ nước, ví dụ như đê là để bảo
vệ vùng nội đồng khỏi những trận lũ. Chi tiết hơn, chức năng chủ yếu của nó
có thể được thể hiện theo hai yêu cầu của kết cấu đê. Yêu cầu thứ nhất là đê,
kè phải đủ cao và yêu cầu thứ hai là phải ổn định. Cao trình đỉnh đê phải lớn
hơn đỉnh cao nhất của mực nước, có kể đến ảnh hưởng do gió và sóng. Sự ổn
định tổng thể có nghĩa là con đê bao gồm cả lớp đá bảo vệ và đất bên dưới
phải chịu được cả những điều kiện khắc nghiệt diễn ra hàng ngày, tác động ở
bên trong và bên ngồi khối đê.
Thêm vào đó, thường trong thực tế yêu cầu đê không thấm nước là điều
quan trọng thứ ba. Yêu cầu này đặc biệt quan trọng trong trường hợp đất nền
đê có sự dị rỉ thấm nước.
Các yêu cầu về chiều cao và sự ổn định của đê là rất quan trọng. Phải
luôn đảm bảo rằng chiều cao yêu cầu luôn được giữ cao hơn chiều cao tối
thiểu cho phép. Điều này yêu cầu sự chính xác của phép tính độ lún, cũng như
lún theo thời gian để việc thiết kế chiều cao có thể chọn được cao trình đỉnh
để đê khơng bao giờ bị thấp dưới cao trình giới hạn cho phép. Đặc biệt trong
trường hợp đất nền tồn tại lớp đất yếu như là sét hoặc bùn phải rất chú ý đến
đánh giá chiều cao phụ thêm của đê. Người quản lý đê cũng cần có sự hiểu
biết về việc giám sát và quản lý trong khi vận hành đê.
Với yêu cầu ổn định đê, để sự ổn định được đảm bảo trong quá trình
làm việc, cần phải xem xét tất cả các cơ chế phá hoại. Do đó, trong nhiều
trường hợp, cần có nhiều thơng số địa kỹ thuật phải được xác định hoặc đánh
giá cho cả đất nền tự nhiên và đất làm vật liệu xây dựng mới mà đê sẽ được


làm mới hoặc đắp bù lên. Thông thường, những vật liệu xây dựng là đất khai

thác từ hồ, đầm lầy trong những vùng gần kề nơi đê được xây dựng. Ngồi
những thơng số cần đánh giá, cũng cần chú ý rằng tính chất của vật liệu đất tự
nhiên trên một phạm vi rộng là thay đổi, nhiều khi là rất khác biệt. Do đó việc
xác định những thơng số ở hiện trường và trong phịng thí nghiệm cần phải
bao phủ tồn bộ những vùng khơng chắc chắn do sự biến đổi nền đất tự nhiên.
Điều này nghĩa là những vị trí khảo sát hiện trường và những mẫu đất nguyên
dạng cho thí nghiệm trong phịng phải được chọn sao cho các tầng, lớp và các
loại đất sẽ được đánh giá đầy đủ.
Thêm vào đó, sự khác nhau trong những thơng số của lớp đất là một
điều quan trọng cần phải chú ý đặc biệt khi lý luận thiết kế. Tuy nhiên, những
lý luận này bao gồm cả những yếu tố về cơng năng và tài chính trong thời
gian dài, cần phải chú ý rằng những lý luận thiết kế cần phải dựa vào phương
pháp tổng thể. Với phân tích nền móng của đê kè, sự khơng chắc chắn, mà
liên quan đến biên thủy lực, về mặt nguyên tắc thì sẽ có tầm quan trọng tương
tự. Và để cho kết cấu hoạt động tốt trong suốt nhiều năm cũng như quản lý thì
những yếu tố này ln được giữ ổn định ở mức độ đủ cao.
Những điều kiện đất nền tự nhiên biểu thị một phần của các điều kiện
địa kỹ thuật. Cùng với đó là việc khảo sát những tính chất vật liệu xây dựng
có thể được sử dụng như vải địa, cát cho lõi đê, sét là vật liệu bao quanh, đá
và đá cuội lớn là vật liệu bảo vệ chân, sẽ phụ thuộc vào việc đánh giá các điều
kiện địa kỹ thuật.
Rõ ràng rằng đó là khơng thực tế cho những kỹ sư địa kỹ thuật chỉ hoạt
động đơn độc trong chuyên môn, chuyên ngành của họ. Nhiều nghề nghiệp và
chuyên môn khác ảnh hưởng đến nhiệm vụ của họ. Khơng chỉ sau khi họ bắt
đầu phân tích nền móng, mà sẽ ảnh hưởng trong suốt q trình thực hiện công


việc của họ. Điều đó nghĩa là một thiết kế phải được thỏa mãn và trong nhiều
trường hợp lựa chọn thay thế khác nhau phải được xem xét.
Từ tất cả những phân tích trên, những điều kiện địa kỹ thuật và điều

kiện biên địa kỹ thuật được nêu ở bảng 1.
Bảng1.1. Những biên liên quan đến kết cấu địa kỹ thuật
STT

Những điều
kiện

Sự ổn định và tiêu chuẩn
cho chuyển vị và độ lún

Những u cầu cơ
bản

1

Khí hậu

Nhiệt độ, nắng, gió và
hướng gió, bão và nước
mưa

Những điều kiện thời
tiết

2

Thủy lực

Thủy triều, mực nước, dịng
chảy, thành lập bão, sóng

(bão), vùng cửa ra của sông

Điều kiện biên tải
trọng

3

Thủy văn

Chế độ nước ngầm, lượng
mưa

Điều kiện biên

4

Động học

Động đất

Điều kiện biên tải
trọng

5

Những mối đe
dọa đặc biệt

Sự va chạm tàu thuyền, sự
phá hoại cơng trình

Điều kiện biên đặc
biệt (tải trọng)

6

Thiết kế và xây
dựng

Chức năng của kết cấu, vị
trí, loại kết cấu, hình học,
mức độ ổn định, vật liệu,
phương pháp xây dựng

Những điều kiện xây
dựng

7

Vận hành và
bảo trì

8

Mơi trường

9

Những u cầu
hình học

10

Thời gian và

Những điều kiện vận
hành

Những cơng trình đã xây
dựng, vv…

Những giới hạn về
hình học
Giới hạn về ngân


ngân sách

sách và thời gian

11

Địa chất

Lịch sử của đất, sự phân
tầng, gia tải trước

Những điều kiện của
đất (trước khi xây
dựng)

12

Những điều
kiện địa kỹ
thuật

Những lớp đất, thu thập
những tài liệu đất, điều kiện
đất nền và những thông số
của đất

Những điều kiện đất
hiện tại

13

Ứng xử địa kỹ
thuật

Sự ổn định (bên trong và
bên ngồi), độ lún, ống
thấm

Những hiểu biết,
kinh nghiệm và
chun mơn hóa về
cơ học đất

1.2.3 Đặc trưng Cơ học đất cơ bản trong thiết kế cơng trình đất

1.2.3.1 Ứng suất hiệu quả
Lý thuyết khởi đầu cho ngành cơ học đất là thuyết ứng suất hiệu quả
của Terzaghi. Lý thuyết này dựa trên thực tế là một hạt vật liệu với những lỗ
rỗng giữa các hạt. Nếu có nước trong lỗ rỗng thì nó sẽ gây ra một áp lực nhất
định lên hạt.
Xét trường hợp đơn giản khi ứng suất pháp đẳng hướng quanh một
phân tố đất, như Hình 1.1 . Giả sử rằng cường độ của ứng suất ở mọi hướng là
σ. Bên trong phân tố tại mặt cắt ngang qua tâm, ứng suất này được lan truyền
bởi áp lực lỗ rỗng u trong nước, và bởi các ứng suất trong các hạt. Các ứng
suất trong các hạt được tạo ra một phần bởi các lực tập trung tại các điểm tiếp
xúc giữa các hạt hay cịn gọi chính là ứng suất hiệu quả σ’, và một phần bởi
áp lực nước bao quanh các hạt đó. Có thể cho rằng sự biến dạng của khung
cốt đất hoàn toàn do các lực tập trung tại các điểm tiếp xúc này, do kết cấu chỉ
có thể bị biến dạng do sự trượt hoặc lăn trên các điểm tiếp xúc.


Hình 1.1: Ứng suất đẳng hướng.
Như vậy, ứng suất hiệu quả là số đo các lực tập trung tại các điểm tiếp
xúc của vật liệu hạt. Theo lý thuyết ứng suất hiệu quả của Terzaghi:
σ’ = σ – u

(1.1)

Trong đó
σ' =

ứng suất hiệu quả

σ = ứng suất tổng hoặc áp lực quanh hạt
u=

áp lực nước lỗ rỗng

Ứng suất tổng σ thường liên quan đến trọng lượng riêng tổng của đất,
và nếu có thì tăng theo tải trọng ngồi ở bề mặt đất. Trong điều kiện tự nhiên,
đất nền gồm những lớp trầm tích nằm ngang và mặt nền cũng nằm ngang, ứng
suất tổng ở một độ sâu tùy ý có thể thu được từ trọng lượng của các lớp đất
bên trên nó:
σz = Σdi*γi

(1.2)

Trong đó, di là chiều dày của lớp đất có trọng lượng riêng là γi (bao
gồm cả trọng lượng của nước trong đất).
Trong những trường hợp mặt nền khơng phải dạng nằm ngang (dưới
một mái dốc) thì việc xác định ứng suất tổng theo phương thẳng đứng là
không dễ dàng. Các ứng suất tổng theo các phương khác cũng phức tạp hơn
phương thẳng đứng, không xác định được từ những lớp đất bên trên. Với
những trường hợp này cần phải đưa ra những giả định đặc biệt để tính.


Tải trọng (bên trong khối đất và bên ngoài khối đất) thường được biểu
thị khi xét về ứng suất tổng. Tuy nhiên, cường độ chống cắt của đất được chi
phối bởi ứng suất hiệu quả. Cũng như với biến dạng chỉ bị chi phối bởi ứng
suất hiệu quả và điều quan trọng là sự thay đổi ứng suất hiệu quả. Với cả ứng
xử về sức chống cắt và biến dạng của đất, những thông số ứng suất hiệu quả
của đất là những thông số hết sức quan trọng.
Do áp lực nước lỗ rỗng và sự thay đổi áp lực nước lỗ rỗng không tác
động đến ứng xử trực tiếp của hạt, tuy nhiên bởi áp lực nước lỗ rỗng thay đổi
thường ứng với sự thay đổi ứng hiệu quả. Áp lực lỗ rỗng cũng ảnh hưởng đến

độ ổn định và biến dạng trong hầu hết các trường hợp nên áp lực lỗ rỗng và
ứng suất hiệu quả có quan hệ mật thiết với nhau. Điều này minh họa bằng
khảo sát lượng áp lực nước lỗ rỗng làm ảnh hưởng cường độ chống cắt hiệu
quả trong đất.
1.2.3.2 Cường độ kháng cắt
Cường độ chống cắt của một mẫu đất thu được từ ứng suất cắt mà được
huy động giữa các hạt. Ứng suất cắt này (theo Coulomb là do sự ma sát và sự
kết dính giữa các hạt) là lý do chính mà một mái dốc khi trượt tương đối có
thể được giữ vững.
Cường độ chống cắt dọc theo một mặt trượt tiềm năng được xác định
bởi:
τf = c + σ’.tan

(1.3)

Các thông số cường độ chống cắt là c và  của đất được xác định bởi
thí nghiệm trên những mẫu đất khơng bị xáo trộn. Thí nghiệm thường được sử
dụng là thí nghiệm ba trục (trên tất cả các loại đất), thí nghiệm cắt trực tiếp
(trên tất cả các loại đất).
Loại trừ những loại đất khơng xác định được, cũng có thể dùng những
quan hệ kinh nghiệm, những thông số cường độ chống cắt được đánh giá dựa


vào kết quả thí nghiệm hiện trường như thí nghiệm xun cơn (CPT) hoặc thí
nghiệm xun tiêu chuẩn (SPT).
Cường độ chống cắt liên quan trực tiếp đến ứng suất hiệu quả σ’. Áp
lực nước lỗ rỗng không xuất hiện trong công thức trên, tuy nhiên vẫn ảnh
hưởng đến ứng suất hiệu quả. Khi lượng ứng suất tổng là không đổi (khơng
thay đổi tải trọng ngồi), áp lực nước lỗ rỗng thay đổi làm giảm ứng suất hiệu
quả và qua đó gián tiếp làm giảm cường độ chống cắt.

1.2.3.3 Áp lực nước lỗ rỗng
Đất là vật liệu xốp, bao gồm các hạt mà cùng với nhau cấu tạo lên cốt
đất. Trong các lỗ rỗng của cốt đất có chứa một chất lỏng, thường là nước. Kết
cấu trong tất cả các loại đất thông thường, các lỗ rỗng thường liên thông lẫn
nhau. Nước điền vào các khoảng trống theo các dạng phức tạp, nhưng có cấu
tạo nên một khối đơn liên tục. Trong khối này áp lực có thể được lan truyền
và nước cũng có thể di chuyển qua các lỗ rỗng này. Áp lực của nước trong
các lỗ rỗng gọi là áp lực lỗ rỗng. Ứng suất cắt không thể lan truyền trong một
chất lỏng ở trạng thái tĩnh, nghĩa là áp lực nước lỗ rỗng theo mọi phương là
như nhau.
Do có ảnh hưởng lên cả tải trọng đất và cường độ của khối đất, nên
nước trong đất là một phần quan trọng. Khi phân tích ổn định mái dốc phải có
được những hiểu biết rõ ràng về sự thay đổi áp lực nước lỗ rỗng trong đất như
thân đê hoặc khối đắp.
Áp lực lỗ rỗng tăng dưới nhiều điều kiện, có thể tăng hoặc khơng tăng
theo với mực nước ngầm. Mực nước ngầm có thể đứng n hoặc khơng đứng
n (chuyển động), nó sẽ thay đổi theo dưới sự ảnh hưởng của cột nước khác
nhau giữa hai điểm gần nhau trong một khối đất. Ví dụ, ở vị trí trước và sau
trong thân đê trong khi mực nước sông hoặc biển cao dẫn đến sự khác nhau
về áp lực nước.


Khi áp lực nước thay đổi trong những hệ lớp đất có thể sai khác với áp
lực thủy tĩnh theo ba nguyên nhân sau:
1. Do dòng chảy ngầm bởi sự chênh lệch cột nước (hay gradient thủy
lực) giữa hai vị trí. Trong trường hợp đê biển, điều này thường xảy ra do sự
thay đổi biên thủy lực ở biển và bên sơng (do thủy triều, gió hoặc do sóng
tàu).
2. Do thể tích giản dưới tác dụng của tải trọng ngồi (liên quan đến sự
cố kết) nhưng nước khơng thể thốt ra ngay lập tức vì hệ số thấm của đất rất

nhỏ. Do tải trọng ngoài được truyền lập tức vào nước trong lỗ rỗng, làm cho
áp lực nước tăng lên. Hiện tượng này đặc biệt xảy ra đối với những loại đất
dính tính thấm kém như sét hoặc bùn.
3. Sự thay đổi thể tích gây ra bởi ứng suất cắt (sự nở của đất). Điều này
đặc biệt quan trọng trong đất cát khơng chặt hoặc đất sét mềm vì trong những
loại đất này, sự gia tăng áp lực nước lỗ rỗng dư có thể lập tức làm giảm ứng
suất hiệu quả và cường độ chống cắt. Trong những đất cát xốp, điều này có
thể dẫn đến hiện tượng hóa lỏng trong những trường hợp đặc biệt.
1.2.4 Phân tích ảnh hưởng của gia tăng áp lực nước lỗ rỗng dư
trong nền đến sự ổn định của cơng trình
Theo lý thuyết cố kết thì q trình lèn chặt đất dính bão hịa nước là q
trình ứng suất trung hịa (u) giảm đi và ứng suất hiệu quả (  ,) tăng lên. Mặt
khác, theo lý thuyết Coulomb thì cường độ chống trượt của đất tỷ lệ với:
 f  tg  c

(1.4)

Như vậy, tốc độ tăng tải càng chậm thì càng có thời gian để đạt trị số
ứng suất pt lớn và sức chịu tải của nền tăng.


Hình 1.2 : Ảnh hưởng của tốc độ tăng tải đến tốc độ cố kết và cường độ
chống cắt
Hình (1.2) là ví dụ của giáo sư N.A.Denixov minh họa về ảnh hưởng
của tốc độ tăng tải trọng đến tốc độ cố kết và cường độ chống cắt của đất:
Hình a biểu thị tốc độ thi cơng (~t)
Hình b là quan hệ giữa độ rỗng của đất và áp lực (n ~)
Hình c là quan hệ giữa cường độ chống cắt của đất và áp lực ( f ~)
Theo lý thuyết cố kết, nếu tăng tải đột ngột từ trị số áp lực 0 đến áp lực
c thì nước trong lỗ rỗng của đất chưa kịp thoát ra, nền đất chưa bị nén chặt,

nên sự thay đổi độ rỗng và cường độ chống cắt được biểu thị bằng đường 1b
và 1c. Nếu tăng tải trọng đều trong suốt thời gian thi cơng đường 2a thì tính
nén và cường độ chống trượt của đất được biểu thị tương ứng bằng đường 2b
và 2c. Đối với đất sét yếu, lượng ngậm nước cao, nên tăng tải theo đường 3a,
thời gian đầu thi công chậm để cho mức độ cố kết tăng lên tương ứng với độ
tăng áp lực. Sau khi đạt đến trị số t , độ cố kết của đất nền đã khá cao, cường
độ chống cắt khá lớn thì bắt đầu tăng nhanh tốc độ thi công (đường 3b và 3c).
1.2.5 Địa chất nền và đất đắp đê biển miền Nam
Vùng bờ biển và vùng ven biển ven bờ Nam Bộ có tổng chiều dài
khoảng (852875) km. Địa hình ở đây khá phức tạp, là nơi tương tác giữa đất
liền với biển, thể hiện tác động qua lại đất, nước, gió bão, thuỷ triều, cùng sự


ảnh hưởng của hệ thống sơng ngịi, đặc biệt là sơng Mêkơng với các cửa
chính.
Dải đất ven biển là một vùng bồi tích bằng phẳng với nhiều mảnh trũng
thấp có cao độ phổ biến (0,51,0)m, có nhiều bãi bồi.
Khu vực này là một dải hẹp gồm các dạng bãi cát, đụn cát, cồn cát chạy
liên tục từ cửa sông Sài Gịn dọc theo bờ biển Đơng và bờ biển Tây kéo dài
tới tận Hà Tiên, càng về sát biển lớp cát càng dày, càng vào sâu trong đất liền
lớp cát vàng càng vạt nhọn. Qua kết quả khảo sát các hố khoan có độ sâu đạt
đến 40m, cho biết lớp cát hạt mịn kém chặt dễ biến thành dạng cát chảy hoặc
bùn cát khi có tác động lực cơ học, thường có độ dày (810) m, dưới là tầng
sét mùn dày khoảng (1516) m, dưới cùng là tầng sét dẻo cứng. Tầng bồi tích
trẻ ở đây có chiều sâu trên 50m. Móng cơng trình thường nằm trên lớp cát hạt
mịn - bùn sét kém chặt có chứa nhiều muối hịa tan, lớp này có chiều dày thay
đổi và nằm trên tầng sét bùn khơng ổn định. Để cơng trình ổn định phải xử lý
nâng cao sức chịu tải của lớp này hoặc truyền tải xuống tầng sét cứng nằm sâu
bên dưới. Nhìn chung, tuyến đê nằm cách bờ biển hơn (3001000)m, trừ một
số đoạn bất cập như Gành Hào, Nhà Mát, Mỹ Long đi quá sát biển, chịu tác

động trực tiếp của sóng và dịng chảy ven bờ nên cần phải có biện pháp gia cố
bảo vệ bờ.
1.2.5.1 Địa chất khu vực thành phố Hồ Chí Minh
Thành phố Hồ Chí Minh thuộc châu thổ sơng Sài Gịn. Đường sơng
phát triển mạnh, mạng lưới sông rạch chằng chịt đan xen nhau, độ cao mặt đất
tự nhiên trong khoảng 0,56 – 1,85m. Mực nước sông bị ảnh hưởng chế độ
nhật triều, thủy triều lên xuống trong ngày. Lúc triều lên, một phần đất tự
nhiên chìm dưới mực thủy triều.
Căn cứ vào địa chất, địa tầng lộ ra ở các hố khoan cho thấy, cấu tạo địa
tầng của khu vực này thuộc kỷ Đệ Tứ thời đại Tân Sinh và thời kỳ Tân Cận


địa chất bồi đắp mà thành, tổng cộng phân thành 6 lớp đất tự nhiên. Lớp 1 và
lớp 2 gồm bùn lẫn đất dày ước độ sâu 20-30m, có hàm lượng chất hữu cơ cao,
chứa lượng nước cao đạt khoảng 85-104%, tỉ lệ rỗng xốp 2,283  2,864 thuộc
loại đất nền q yếu có tính nén lún rất cao, chỉ số tính lỏng IL cao, đạt 1,85
đã cho thấy rõ cấu tạo đất tự nhiên ở vào trạng thái bồi đắp từ các dịng chảy
mạnh. Do đó cần phải tiến hành gia cố với nền đất yếu, mới có thể đáp ứng
nhu cầu chịu tải khi xây dựng các công trình.
Các lớp đất yếu phân bố rộng rãi ở khu vực thành phố Hồ Chí Minh bao
gồm các quận huyện ven và cả nội thành như: Quận Bình Thạnh, quận 2,
quận 4, quận 6, quận 7, quận 8, huyện Nhà Bè, huyện Cần Giờ và các trầm
tích thuộc loại sét yếu bão hịa nước cũng có mặt hầu hết ở các tỉnh thuộc
đồng bằng sông Cửu Long. Tùy từng nơi, các lớp đất yếu có chiều dày khác
nhau. Ở các vùng rìa đồng bằng thường có chiều dày từ 5  10m, ở trung tâm
đồng bằng và gần ven biển có chiều dày 10  30m, có nơi có chiều dày từ 20
 50m.
Các lớp đất yếu thường gặp là: á cát, á sét, sét, bùn á sét, bùn sét, đất
than bùn, đất dạng than bùn có chứa tạp chất hữu cơ. Đặc biệt các loại đất nói
trên thường bị nhiễm phèn (vùng Đồng Tháp Mười), nhiễm mặn vùng ven

biển. Các loại đất này chứa một loại dung dịch acid sulfat (có nồng độ pH =
2.06  2.54) ở trạng thái tự nhiên, chúng có sức chống cắt bé, hệ số nén lún
lớn, hệ số thấm nước bé.
Các vùng đất yếu ở thành phố Hồ Chí Minh tập trung một phần quận
Bình Thạnh, quận 6, quận 2, quận 8, quận 7, quận 4, cảng Hiệp Phước - Nhà
Bè, huyện Bình Chánh, huyện Nhà Bè, huyện Cần Giờ.
Các lớp đất yếu thường gặp là bùn sét, bùn á sét, bùn á cát, có nơi là đất
than bùn, cát mịn (có ở rải rác khu vực Bến Than, quận Bình Thạnh, khu vực
Nhà Bè và Cần Giờ). Các lớp đất yếu có chiều dày khác nhau: ở các vùng ven