Nghiên cứu đặc điểm cấu trúc nền đất yếu đoạn đường nối vào cảng phước an, nhơn trạch, đồng nai và lựa chọn giải pháp…

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ DỊA CHẤT

TRƯƠNG NHÂN ĐẠO

TRƯƠNG NHÂN ĐẠO

NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM CẤU TRÚC NỀN ĐẤT YẾU ĐOẠN ĐƯỜNG
NỐI VÀO CẢNG PHƯỚC AN, NHƠN TRẠCH, ĐỒNG NAI VÀ LỰA
CHỌN GIẢI PHÁP XỬ LÝ THÍCH HỢP

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

HÀ NỘI - 2015
HÀ NỘI, 2015


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ DỊA CHẤT

TRƯƠNG NHÂN ĐẠO

NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM CẤU TRÚC NỀN ĐẤT YẾU ĐOẠN ĐƯỜNG
NỐI VÀO CẢNG PHƯỚC AN, NHƠN TRẠCH, ĐỒNG NAI VÀ LỰA
CHỌN GIẢI PHÁP XỬ LÝ THÍCH HỢP
Nghành: Kỹ thuật địa chất
Mã số: 60520501

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. TÔ XUÂN VU

HÀ NỘI, 2015


i

LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu,
kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng có ai cơng bố trong bất kỳ
cơng trình nào khác.
Hà Nội, ngày … tháng … năm 2015
Tác giả luận văn

Trương Nhân Đạo


ii

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN .................................................................................................... I
MỤC LỤC ............................................................................................................. II
DANH MỤC BẢNG .............................................................................................. V
DANH MỤC HÌNH ............................................................................................. VI
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 ...................................................................................2
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ..........................................................3
7. Cơ sở tài liệu của luận văn .................................................................................3
8. Cấu trúc của luận văn ........................................................................................3
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC NỀN ĐẤT
YẾU VÀ XỬ LÝ ĐẤT YẾU..................................................................................5
1.1. Khái niệm về đất yếu, cấu trúc nền đất yếu ..................................................5
1.2. Các nghiên cứu về cấu trúc nền đất yếu ........................................................7
1.3. Các giải pháp xử lý nền đất yếu trong xây dựng đường giao thông ...........8
1.3.1 Các giải pháp cải thiện sự phân bố ứng suất và biến dạng của nền đất
..............................................................................................................................8
1.3.2 Phương pháp làm tăng nhanh tốc độ cố kết của nền đất yếu .............12
1.3.3. Phương pháp làm tăng độ chặt và giảm độ lún của đất nền ..............16
1.4. Hiện trạng xây dựng đường giao thông ở Việt Nam và các giải pháp xử lý
................................................................................................................................18
CHƯƠNG 2 ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT CƠNG TRÌNH VÀ PHÂN CHIA CẤU
TRÚC NỀN ĐẤT YẾU ĐOẠN TUYẾN NGHIÊN CỨU .................................21
2.1. Khái quát đặc điểm trầm tích Đệ tứ khu vực nghiên cứu .........................21
2.1.1. Phụ thống Pleistocen hạ, phần trên. Hệ tầng Trảng Bom (aQ 11tb) ...21


iii

2.1.2. Phụ thống Pleistocen trung - thượng. Hệ tầng Thủ Đức(aQ 12-3tđ) ....21
2.1.3. Phụ thống Pleistocen thượng, phần trên. Hệ tầng Củ Chi (aQ 23cc) ..22
2.1.4. Phụ thống Holocen hạ - trung (Q 21-2): gồm 2 thành tạo: ....................23
2.1.5. Phụ thống Holocen trung - thượng (Q 22-3): Gồm 3 kiểu nguồn gốc...23
2.1.6. Phụ thống Holocen thượng (Q 23): gồm 2 kiểu nguồn gốc ..................24
2.2. Điều kiện địa chất cơng trình đoạn tuyến nghiên cứu ...............................24

2.2.1. Địa hình địa mạo.....................................................................................24
2.2.2. Địa tầng và tính chất cơ lý của lớp đất .................................................25
2.2.3. Nước dưới đất .........................................................................................30
2.3. Phân chia cấu trúc nền đoạn tuyến nghiên cứu ..........................................31
2.3.1 Cơ sở phân chia cấu trúc nền đất ..........................................................31
2.3.2 Nguyên tắc phân chia cấu trúc nền........................................................32
2.3.3 K ết quả phân chia....................................................................................32
2.4. Đánh giá ổn định các kiểu cấu trúc nền ......................................................36
2.4.1 Ổn định trượt của nền đường ................................................................37
2.4.2 Biến dạng lún của nền .............................................................................38
CHƯƠNG 3 LỰA CHỌN, ĐỀ XUẤT VÀ THIẾT KẾ GIẢI PHÁP XỬ LÝ
NỀN ĐẤT YẾU THÍCH HỢP .............................................................................49
3.1. Luận chứng giải pháp xử lý nền ...................................................................49
3.2. Thiết kế giải pháp xử lý nền đất yếu ............................................................50
3.2.1 Xử lý nền đất yếu bằng cọc cát cho cấu trúc nền IIA ..........................50
3.2.2 Xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm kết hợp với gia tải trước cho cấu
trúc nền IIB .......................................................................................................58
3.3. Các công tác quan trắc địa kỹ thuật ............................................................68
3.3.1. Nội dung quan trắc .................................................................................68
3.3.2. Thiết kế mạng lưới quan trắc ................................................................69
3.3.3. Các thiết bị quan trắc - Phương pháp lắp đặt: ....................................69
3.3.4. Thực hiện quan trắc ...............................................................................71
KẾT LUẬN............................................................................................................72


iv

TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................74
PHỤ LỤC KÈM THEO .......................................................................................77

v

DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1: Các chỉ tiêu cơ lý đặc trưng của lớp 1....................................................26
Bảng 2.2: Các chỉ tiêu cơ lý đặc trưng của lớp 2....................................................27
Bảng 2.3: Các chỉ tiêu cơ lý đặc trưng của lớp 3....................................................28
Bảng 2.4: Các chỉ tiêu cơ lý đặc trưng của lớp 4....................................................29
Bảng 2.5: Mực nước dưới đất tại các hố khoan ......................................................30
Bảng 2.6: Sơ đồ phân chia cấu trúc nền: ................................................................33
Bảng 2.7: Phân bố của các kiểu, phụ kiểu cấu trúc nền trên đoạn tuyến: ..............33
Bảng 2.8: Bảng kết quả xác định vùng hoạt động nén ép tại kiểu cấu trúc nền I ..39
Bảng 2.9: Bảng kết quả xác định vùng hoạt động nén ép tại kiểu cấu trúc nền II .40
Bảng 2.10: Bảng kết quả xác định vùng hoạt động nén ép tại kiểu cấu trúc nền III
................................................................................................................................41
Bảng 2.11: Bảng xác định độ lún kiểu cấu trúc nền I .............................................43
Bảng 2.12: Bảng xác định độ lún cố kết kiểu cấu trúc nền IIA ..............................44
Bảng 2.13: Bảng xác định độ lún cố kết kiểu cấu trúc nền IIB ..............................45
Bảng 3.1 Hệ số η ....................................................................................................55
Bảng 3.2 : Độ lún còn lại theo thời gian khi xử lý bằng bấc thấm .........................66
Bảng 3.3: Thời gian cố kết qua các giai đoạn đắp khi chưa xử lý bằng bấc thấm .67


vi

DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1: Sơ đồ bố trí bệ phản áp .............................................................................9
Hình 1.2: Sơ đồ xử lý nền bằng đệm cát ................................................................ 11
Hình 1.3: Nền được xử lý bằng giếng cát ...............................................................13
Hình 1.4a: Sơ đồ bố trí mạng lưới giếng cát theo hình tam giác đều .....................14

Hình 1.4b: Sơ đồ bố trí mạng lưới giếng cát theo hình vng ...............................14
Hình 1.5: Gia cố nền bằng bấc thấm ......................................................................15
Hình 1.6: Xử lý nền bằng cọc cát ...........................................................................17
Hình 3.1. Bố trí cọc cát và phạm vi nén chặt đất nền .............................................52
Hình 3.2: Sơ đồ bố trí cọc cát .................................................................................53
Hình 3.3: Sơ đồ bố trí bấc thấm ..............................................................................59


1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Đồng Nai có vị trí, địa hình thuận lợi về nhiều mặt, nằm giao thoa giữa cao
nguyên Trung bộ và đồng bằng Bắc Nam bộ, phía Đơng giáp tỉnh Bình Thuận,
Bắc giáp tỉnh Lâm Đồng, Tây bắc giáp tỉnh Bình Dương, Bình Phước, Tây giáp
TP.Hồ Chí Minh, Nam giáp tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu, có quốc lộ đến các đơ thị
trong khu vực, đường sắt xuyên Việt dài 85km, sân bay Tân Sơn Nhất và sân bay
quân sự Biên Hòa là cầu hàng khơng thường trực. Với vị trí trên, Đồng Nai là nút
giao thông giao lưu kinh tế xã hội trong vùng kinh tế trọng điểm phía Nam. Trong
khu vực này, địa bàn Tây - Nam Đồng Nai (gồm thành phố Biên Hòa và các
huyện Nhơn Trạch và Long Thành) được xem cửa mở phía Đơng của TP. Hồ Chí
Minh và trung tâm kinh tế trọng điểm phía Nam, khu vực thuận lợi nhất để phát
triển công nghiệp và đô thị. Trong đó, Nhơn Trạch với nhiều cơng trình giao thơng
huyết mạch hiện hữu và hàng loạt dự án trọng điểm đang được triển khai. Trong
thời gian tới, Nhơn Trạch có thể kết nối liên vùng thuận tiện giữa các tỉnh miền
Tây và Đông Nam bộ. Không chỉ vậy, dự án sân bay Quốc tế Long Thành với 4
đường băng cất - hạ cánh kết nối Việt Nam với khu vực và thế giới cũng nằm sát
cạnh trung tâm TP mới Nhơn Trạch. Đồng thời, Nhơn Trạch cũng được bao bọc
bởi các con sơng lớn như sơng Đồng Nai, sơng Lịng Tàu và sông Thị Vải - là
những tuyến đường thủy huyết mạch của nền kinh tế Đông Nam Bộ, nơi tập trung

những cảng nước sâu lớn và quan trọng của Việt Nam. Bởi vậy, việc đầu tư xây
dựng các đoạn đường kết nối vào các cảng có ý nghĩa quan trọng trong việc phát
triển kinh tế chung cho khu vực và các vùng lân cận. Một trong số những đoạn
đường đó là đoạn đường kết nối vào cảng Phước An, huyện Nhơn Trạch, tỉnh
Đồng Nai. Tuy nhiên một trong những vấn đề đặc biệt thường gặp đó là xử lý nền
đất yếu. Theo báo cáo khảo sát địa chất công trình đoạn đường vào cảng Phước
An thì điều kiện địa chất ở đây khá phức tạp, sự phân bố của đất yếu khơng đồng
đều, chiều dày biến đổi mạnh. Chính vì vậy đề tài “ Nghiên cứu đặc điểm cấu trúc
nền đất yếu đoạn đường nối vào cảng Phước An, Nhơn Trạch, Đồng Nai và lựa


2

chọn giải pháp sử lý thích hợp” là rất cần thiết, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn
quan trọng.
2. Mục tiêu của đề tài
- Làm sáng tỏ đặc điểm cấu trúc nền đất yếu đoạn đường nối vào cảng
Phước An, Nhơn Trạch, Đồng Nai, từ đó lựa chọn giải pháp xử lý thích hợp.
- Lựa chọn và thiết kế các giải pháp xử lý thích hợp cho đoạn tuyến để
cơng trình đạt được sự ổn định lâu dài.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: Cấu trúc nền đất yếu và các giải pháp xử lý đất yếu
thích hợp cho nền đường.
- Phạm vi nghiên cứu: Nền đường thuộc đoạn đường nối vào cảng Phước
An, Nhơn Trạch, Đồng Nai.
4. Nội dung nghiên cứu
Để đạt được mục tiêu đặt ra cần nghiên cứu các nội dung sau:
- Đánh giá tổng quan về vấn đề nghiên cứu.
- Nghiên cứu đặc điểm địa chất cơng trình và phân chia cấu trúc nền đoạn
đường nối vào cảng Phước An, Nhơn Trạch, Đồng Nai phục vụ cho công tác xử lý

nền đất yếu.
- Lựa chọn giải pháp xử lý nền thích hợp đối với mỗi kiểu cấu trúc nền.
- Thiết kế phương án xử lý cho các đoạn tuyến có cấu trúc nền khác nhau.
5. Phương pháp nghiên cứu
Để thực hiện các mục đích trên, luận văn sẽ sử dụng tổng hợp các phương
pháp nghiên cứu sau:
- Phương pháp tổng hợp, phân tích tài liệu: Kế thừa các kiến thức, tổng
hợp tài liệu khảo sát địa chất cơng trình, kết quả nghiên cứu các ứng dụng thực tế
của từng phương pháp cho những cơng trình cụ thể thơng qua các kết quả nghiên
cứu đã có.


3

- Phương pháp địa chất: Tổ chức triển khai nghiên cứu thực địa, thu thập
thông tin về điều kiện địa chất cơng trình đoạn tuyến, thí nghiệm trong phịng xác
định các chỉ tiêu cơ lý các lớp đất nền.
- Phương pháp thống kê: Tổng hợp tài liệu xác định giá trị đặc trưng cơ lý
các lớp đất.
- Phương pháp tính tốn: Sử dụng các phần mềm chun nghành để tính
tốn và kiểm tra ổn định cho đoạn đường nền đất yếu theo các phương án đề xuất.
- Phương pháp phân tích hệ thống: Xem xét đối tượng nghiên cứu trong
mối quan hệ tương tác giữa các yếu tố trong một hệ thống.
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
- Làm phong phú cơ sở khoa học phân chia cấu trúc nền đất yếu và ứng dụng
các giải pháp xử lý nền đất yếu trong xây dựng đường giao thông
- Kết quả nghiên cứu của đề tài là tài liệu tham khảo để thiết kế xử lý đất yếu
cho các đoạn tuyến nghiên cứu.
7. Cơ sở tài liệu của luận văn
Cơ sở tài liệu của luận văn là:

- Hồ sơ thiết kế cơng trình đoạn đường kết nối vào cảng Phước An, huyện
Nhơn Trạch, tỉnh Đồng Nai.
- Báo cáo khảo sát địa chất cơng trình của đoạn đường kết nối vào cảng
Phước An, huyện Nhơn Trạch, tỉnh Đồng Nai.
- Các tiêu chuẩn, quy trình, quy phạm trong lĩnh vực khảo sát xây dựng và
xây dựng giao thông.
- Các tài liệu khác liên quan.
8. Cấu trúc của luận văn
Cấu trúc luận văn bao gồm phần mở đầu, 3 chương và phần kết luận được
trình bày trong luận văn như dưới đây:
Chương 1: Tổng quan các nghiên cứu cấu trúc nền đất yếu và xử lý đất yếu.
Chương 2: Điều kiện địa chất cơng trình và phân chia cấu trúc nền đất yếu
đoạn tuyến nghiên cứu.


4

Chương 3: Luận chứng, đề xuất và thiết kế giải pháp xử lý nền đất yếu
thích hợp.
Để hồn thành bản luận văn, tác giả đã nhận được sự giúp đỡ vơ cùng q
báu của Ban Giám hiệu trường Đại học Mỏ - Địa chất, phòng Đại học và Sau đại
học, khoa Địa chất - trường Đại học Mỏ - Địa chất Hà Nội, đặc biệt là sự giúp đỡ,
tận tình hướng dẫn khoa học của TS. Tô Xuân Vu. Qua đây, tác giả xin bày tỏ
lòng cảm ơn chân thành TS. Tô Xuân Vu và các thầy cô trong Bộ mơn Địa chất
cơng trình, cùng với sự nỗ lực của bản thân, tác giả đã hoàn thành bản luận văn
thạc sĩ đúng thời gian quy định.


5

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC NỀN ĐẤT YẾU
VÀ XỬ LÝ ĐẤT YẾU
1.1. Khái niệm về đất yếu, cấu trúc nền đất yếu
* Khái niệm về đất yếu:
Đất yếu là đất có sức chịu tải nhỏ và có tính nén lún lớn, hầu như đất yếu
bão hịa nước, có hệ số rỗng lớn, hệ số nén lún lớn, trị số sức chống cắt khơng
đáng kể. Chính vì vậy khi xây dựng các cơng trình trên nó cần phải có biện pháp
xử lý đúng đắn và phù hợp, nếu khơng có biện pháp xử lý đúng đắn thì việc xây
dựng các cơng trình trên nền đất yếu sẽ rất khó khăn và khơng thực hiện được.
Đất yếu gồm các loại đất sét mềm có nguồn gốc khác nhau, thuộc giai đoạn
đầu của quá trình hình thành đá sét, các loại cát hạt nhỏ, mịn rời rạc, than bùn và
các trầm tích bị mùn hóa, than bùn hóa, …
Nguồn gốc của đất yếu có thể được thành tạo trong điều kiện lục địa, vũng,
vịnh hoặc biển. Nguồn gốc lục địa có thể là tàn tích (eluvi), sườn tích (deluvi), lũ
tích (proluvi), lở tích (koluvi), do gió, do lầy, do băng và do con người (đất đắp).
Nguồn gốc vũng vịnh có thể là cửa sông, tam giác châu hoặc vịnh biển. Nguồn
gốc biển có thể được thành tạo ở khu vực nước không quá 200m, thềm lục địa
(200 – 3000m) hoặc biển sâu hơn 3000m.
* Khái niệm về cấu trúc nền đất yếu:
Trong địa chất, thuật ngữ “Cấu trúc” bao gồm cả ý nghĩa nội dung địa tầng
và cấu tạo địa chất. Kết quả nghiên cứu về thành phần và tính chất của các lớp đất
riêng rẽ, đặc biệt đối với lớp đất yếu có thể chưa phản ánh đúng khả năng của
chúng trong tự nhiên. Khả năng xây dựng của đất nói chung, đất yếu nói riêng chỉ
có thể được đánh giá đúng trên cơ sở nghiên cứu đầy đủ các đặc điểm của cấu trúc
nền, tức là xem xét đến tất cả các mối quan hệ địa tầng giữa các lớp đất. Thuật ngữ
“Cấu trúc nền” được sử dụng để chỉ nền cơng trình có nhấn mạnh đến đặc điểm
cấu trúc. Thực tế công tác xây dựng cho thấy, giữa cơng trình, cấu trúc nền và mơi

6

trường địa chất có mối quan hệ mật thiết với nhau và tác động qua lại lẫn nhau cả
về thời gian và khơng gian. Vì vậy, khái niệm “Cấu trúc nền” không những chỉ
phản ánh những đặc điểm cấu trúc địa chất tồn tại một cách khách quan trong
phạm vi ảnh hưởng của cơng trình mà cịn phản ánh các đặc điểm địa chất cơng
trình khác của đất đá trong mối quan hệ biến đổi cả không gian và thời gian của
chúng.
Trong ĐCCT cũng có những tác giả dùng khái niệm “Mơ hình cấu trúc” để
phản ánh đặc điểm nền cơng trình đã được sơ đồ hóa về mặt địa tầng và đặc tính
cơ lý của đất đá. Một số tác giả khác lại sử dụng khái niệm “Sơ đồ nền”, khái niệm
này chỉ phản ánh về mặt quan hệ địa tầng. Một khái niệm nữa mà chúng ta sử
dụng trong cơng tác tính tốn ổn định bờ, mái dốc là khái niệm “Mơ hình địa cơ”.
Khái niệm này mang nặng ý nghĩa như “Mơ hình cấu trúc”.
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.
Trong cấu trúc nền đất có sự tham gia trực tiếp của các thành tạo đất đá, mà
chúng đóng vai trị trung tâm và có ý nghĩa quyết định đặc tính và khả năng xây
dựng của cấu trúc nền. Cấu trúc nền được xác định bởi các yếu tố sau:
- Yếu tố địa tầng: Phản ánh các đặc điểm về thành phần đất đá cũng như
quan hệ địa tầng và sự phân bố trong khơng gian của chúng.
- Yếu tố tính chất cơ lý của đấy đá: Thể hiện các tính chất vật lý và cơ học
của đất trong cấu trúc nền đất yếu thể hiện các tính chất của đất đối với nước như
tính thấm, trương nở co ngót.
- Yếu tố nước dưới đất: Phản ánh sự tham gia và ảnh hưởng nước dưới đất
trong cấu trúc nền đất yếu.
- Yếu tố môi trường địa chất: Thể hiện sự tác động của biến đổi môi trường
địa chất tới cấu trúc nền và cơng trình xây dựng trên chúng, cũng như các q

trình tác động ngược lại.


7

- Yếu tố cơng trình: Có ý nghĩa quyết định khả năng biến dạng cũng như
ranh giới của cấu trúc nền đất yếu.
1.2. Các nghiên cứu về cấu trúc nền đất yếu
Cấu trúc nền là quan hệ sắp xếp không gian của các thể địa chất (lớp đất)
cấu tạo nền đất, số lượng, đặc điểm, hình dạng, kích thước, thành phần, trạng thái
và tính chất của các yếu tố cấu thành. Cấu trúc nền hiện nay đang được nhiều
người quan tâm và định nghĩa khác nhau. Phần lớn các tác giả dùng khái niệm
“cấu trúc nền” trong các nghiên cứu của mình.
Tác giả Nguyễn Thanh [16] quan niệm: "Cấu trúc nền cơng trình là tầng đất
được sử dụng làm nền cơng trình xây dựng, được đặc trưng bằng những qui luật
phân bố theo chiều sâu các thành tạo đất đá có liên kết cấu trúc, nguồn gốc, tuổi,
thành phần, cấu trúc bề dày, trạng thái và tính chất địa chất cơng trình khơng
giống nhau".
Tác giả Nguyễn Huy Phương [17] coi: "Cấu trúc nền là quan hệ không gian
của các lớp đất, đá đặc điểm thành phần, kiến trúc cấu tạo của chúng, cũng như
đặc tính địa chất cơng trình của các lớp đất, đá nằm trong vùng nén ép của cơng
trình".
Tác giả Lê Trọng Thắng [5] quan niệm: "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".
Tác giả Phạm Văn Tỵ [18] quan niệm: "Cấu trúc nền được hiểu là quan hệ
sắp xếp không gian của các thể địa chất (lớp đất) cấu tạo nền đất, số lượng, đặc
điểm, hình dạng, kích thước, thành phần, trạng thái và tính chất của các yếu tố cấu
thành".

Tùy thuộc mỗi kiểu cấu trúc nền điển hình trên lãnh thổ, hay khu vực giúp
người làm công tác khảo sát chọn phương pháp, thiết bị thích hợp, mức độ, quy
mơ, khối lượng cần tiến hành và giúp các nhà thiết kế , quy hoạch chọn kiểu kết
cấu cơng trình, phương pháp thiết kế nền móng, xử lý nền, áp dụng các bài tốn,


8

mơ hình tính tốn, đồng thời dự báo biến đổi mơi trường địa chất trong q trình
xây dựng và sử dụng cơng trình.
Nghiên cứu cấu trúc nền trong xây dựng cơng trình giao thơng có ý nghĩa
quan trọng trong thực tiễn, giúp chúng ta hiểu biết được đặc điểm ĐCCT của các
kiểu, dạng cấu trúc nền đất, giúp người làm ĐCCT tránh được một số sai lầm, đưa
ra được những dự báo bất lợi, từ đó đưa ra những biện pháp xử lý thích hợp.
Kết quả nghiên cứu có thể sử dụng kết quả xử lý số liệu thí nghiệm. Sử dụng các
tài liệu nghiên cứu cấu trúc nền làm cơ sở trong cơng tác khảo sát địa chất cơng
trình.
Khi thiết kế xây dựng cơng trình giao thơng, trên cơ sở đã xác định được
các kiểu dạng cấu trúc nền đất, dựa vào các điều kiện biến đổi môi trường địa chất
tại vị trí xây dựng, kết hợp với việc phân tích các yếu tố khác của cấu trúc nền để
dự báo khả năng và đặc tính biến dạng của chúng. Đây là cơ sở để xác định công
tác chọn vị trí xây dựng, lựa chọn một số các giải pháp xử lý nền móng và kết cấu
cơng trình thích hợp.
1.3. Các giải pháp xử lý nền đất yếu trong xây dựng đường giao thơng
Do đất yếu có khả năng chịu tải thấp, mức độ biến dạng lớn nên cần phải có
các biện pháp xử lý khi xây dựng cơng trình bên trên. Đối với cơng trình đường và
cơng trình đắp ở Việt Nam hiện nay, các biện pháp xử lý được phân chia thành 3
nhóm chính:
- Nhóm giải pháp cải thiện sự phân bố ứng suất và biến dạng của nền đất
- Nhóm giải pháp làm tăng nhanh tốc độ cố kết của nền đất yếu

- Nhóm giả pháp làm tăng nhanh độ chặt và giảm tính nén lún của đất nền.
1.3.1 Các giải pháp cải thiện sự phân bố ứng suất và biến dạng của nền đất
Khi lớp đất yếu có chiều dày khơng lớn nằm trực tiếp dưới móng cơng trình
thì có thể thay lớp đất yếu bằng lớp đệm cát, đệm đất, đệm sỏi,... Biện pháp này
được áp dụng nhằm mục đích tăng khả năng chịu lực và hạn chế mức độ biến dạng
(đặc biệt biến dạng không đều) của đất nền dưới tác dụng của tải trọng cơng trình.


9

Đối với nền đường, nền đắp trên đất yếu có thể dùng bệ phản áp để khống chế khả
năng phát triển vùng biến dạng dẻo ở lớp đất yếu do tải trọng đắp gây ra.
1. Bệ phản áp:

Hình 1.1: Sơ đồ bố trí bệ phản áp
Bệ phản áp là một trong những biện pháp xử lý có hiệu quả khi xây dựng
các nền đường, đê, đập... trên đất yếu. Nội dung của phương pháp xử lý này là
dùng vật liệu địa phương như đất, đá, cát đắp ở hai bên mái ta luy cơng trình để
chống trượt, trồi đất do sự phát triển vùng biến dạng dẻo gây ra. Ngoài ra, khi có
bệ phản áp, các thành phần ứng xuất trong nền sẽ phân bố lại: ứng suất nén đẳng
hướng tăng lên, ứng suất lệch giảm xuống làm gia tăng độ ổn định của nền và
cơng trình.
Xác định kích thước bệ phản áp là vấn đề mấu chốt trong việc tính tốn và
thiết kế bệ phản áp. Hiện nay có nhiều phương pháp tính tốn bệ phản áp dựa vào
các giả thiết khác nhau và thường là những phương pháp gần đúng. Khi xác định
kích thước bệ phản áp, có tác giả dựa vào sự hình thành của vùng biến dạng dẻo
phát triển ở hai bên trong nền cơng trình, có tác giả dựa vào giả thuyết mặt trượt
của nền đất có dạng hình trụ trịn và cũng có tác giả dựa vào lý luận cân bằng giới
hạn để xác định mặt trượt và suy ra trạng thái giới hạn của đất nền. Nhiều lúc để

10

đơn giản trong tính tốn một số tác giả cịn dựa vào điều kiện khống chế ứng suất
ngang để quyết định kích thước bệ phản áp. Trong tất cả các phương pháp kể trên
thì phương pháp tính tốn bệ phản áp dựa và lý luận cân bằng giới hạn nêu xét về
mặt lý thuyết thì tối ưu nhất.
Nguyên lý của phương pháp tính tốn bố trí kích thước bệ phản áp là xét sự
phân bố lại ứng suất tác dụng lên đất nền.
+ Dựa vào sự phát triển của vùng biến dạng dẻo
+ Dựa vào phương pháp mặt trượt trụ trịn
Ưu điểm của phương pháp này là thi cơng đơn giản, chi phí giá thành thấp,
tuy nhiên phương pháp tính bê phản áp thường là những phương pháp gần đúng.
2. Đệm cát:
Lớp đệm cát có tác dụng phân bố lại ứng suất lên nền đất yếu bên dưới
cơng trình đắp, do ứng suất tập trung vào lớp đệm cát có khả năng chịu tải cao
hơn. Đệm cát làm tăng độ ổn định của cơng trình, đẩy nhanh tốc độ cố kết của nền
đất.
Xử lý bằng đệm cát thường dùng khi tải trọng đắp khơng lớn, lớp đất yếu
cơng trình khơng quá dày và có sẵn vật liệu cát tại địa phương.
Chiều dày đệm cát thường chọn theo kinh nghiệm, theo độ lún cơng trình
và phải có giá trị lớn hơn 0,5 m. Độ chặt đầm nén của tầng đệm cát phải đạt ít nhất
90% độ chặt đầm nén tiêu chuẩn.
Bề rộng đệm cát phải bao phủ hết bề rộng ảnh hưởng của tải trọng nền áp
dụng lên đất nền.
Ưu điểm của phương pháp này là thi công đơn giản nên hay được sử dụng.
Tuy nhiên cũng có nhược điểm khi tầng đất yếu dày thì biện pháp này
thường kém hiệu quả. Khi đó nên sử dụng đệm cát kết hợp các biện pháp xử lý
khác.

11

Hình 1.2: Sơ đồ xử lý nền bằng đệm cát
3. Đệm đất, đệm đá, sỏi
+ Đệm đất đối với những cơng trình xây dựng trên nền đất mà bên trên là
lớp đất yếu, dưới là lớp đất tốt ở trạng thái ít ẩm, mực nước ngầm ở dưới sâu thì
có thể dùng đệm đất để thay thế lớp đất yếu. Vật liệu làm đệm đất phải có thành
phần và chỉ tiêu cơ lý phù hợp. Nếu khơng có loại đất thích hợp thì ta phải cải tạo
một loại đất nào đó để có loại đất đạt yêu cầu có thể sử dụng làm đệm đất. Tuỳ
thuộc vào tính chất tải trọng cơng trình, tình hình địa chất, thuỷ văn khu vực mà
chọn phương pháp tính tốn và thiết kế đệm đất thích hợp.
+ Đệm đá, sỏi khi lớp đất yếu nằm dưới đáy móng cơng trình nằm ở trạng
thái bão hồ nước, chiều dày nhỏ hơn 3m và dưới đó là lớp đất chịu lực tốt, đồng
thời xuất hiện nước có áp lực cao, nếu dùng đệm cát khơng thích hợp thì có thể
dùng đệm đá, đệm sỏi để thay thế lớp đất yếu. Khác với đệm cát, đệm đá, sỏi có
độ cứng tương đối lớn, vì vậy khi tính tốn thiết kế nên coi đệm như móng nơng
đặt trên nền thiên nhiên. Các loại đệm đất, đệm cát, đệm đá sỏi khi thi công phải
đầm chặt để đạt độ chặt yêu cầu. Với đệm đá phải xếp và chèn thật tốt để đảm bảo
sự ổn định cho lớp đệm và cả cơng trình.


12

Ưu điểm của các phương pháp trên thường là thi cơng đơn giản, chi phí giá
thành thấp, nhưng khi chiều dày lớp đất yếu quá lớn thì phương pháp này thường
kém hiệu quả nên không hay được sử dụng.
1.3.2 Phương pháp làm tăng nhanh tốc độ cố kết của nền đất yếu
Đặc điểm của nhóm phương pháp này là làm cho nước lỗ rỗng thoát ra, các
hạt đất dịch chuyển và sắp xếp lại làm tăng độ chặt cho đất nền.

1. Nén trước bằng tải trọng tĩnh
Đối với những nền đất có tính nén lún mạnh và lún khơng đều như sét, sét
pha ở trạng thái chảy; cát mịn, cát bụi ở trạng thái bão hồ nước thì khi xây dựng
cơng trình trên nền đất này làm cho cơng trình mất ổn định. Để đảm bảo ổn định
cho cơng trình, một trong những biện pháp hay dùng là nén chặt đất bằng tải trọng
tĩnh. Tải trọng dùng để nén chặt có thể lấy bằng tải trọng cơng trình. Biện pháp
này có tác dụng làm cho nền đất được nén chặt một phần, độ ẩm và biến dạng của
đất nền được giảm đi và khả năng chịu tải tăng lên. Khi tiến hành nén trước bằng
tải trọng tĩnh, thường đặt các mốc quan trắc, lập biểu đồ quan hệ độ lún theo thời
gian để xác định thời gian của việc chất tải.
Ưu điểm của phương pháp là thi công đơn giản, chi phí thấp, tuy nhiên nếu
lớp đất yếu quá dày thì phương pháp này lại kém hiệu quả.
2. Xử lý bằng giếng cát kết hợp gia tải trước
Để rút ngắn thời gian cố kết, người ta thường dùng thiết bị tiêu nước thẳng
đứng, giếng cát là một trong các dạng đó.
Với hệ số thấm lớn hơn nhiều so với đất sét, khi bố trí giếng cát trong nền
đất và kết hợp gia tải, dưới tác dụng của tải trọng ngoài, nước lỗ rỗng trong đất
nền thấm về hướng giếng cát rồi sau đó thốt nhanh theo phương đứng ra khỏi nền
đất. Áp lực nước lỗ rỗng thặng dư tiêu tán và đất nền nhanh chóng đạt đến độ lún
ổn định để khi cơng trình được đưa vào sử dụng thì độ lún cịn lại khơng đáng kể.
Cấu tạo hệ thống xử lý bằng giếng cát kết hợp gia tải trước thường có ba bộ
phận chính : Lớp đệm cát, giếng cát, tải trọng tạm thời.
- Lớp đệm cát


13

+ Ngoài chức năng phân bố lại ứng suất trong đất nền do ứng suất tập trung
vào lớp cát thay thế, lớp đệm cát đóng vai trị như một lớp thoát nước. Nước lỗ
rỗng trong đất bị nén bởi tải trọng khối đắp gia tải bên trên sẽ thoát hướng về

giếng cát, từ các giếng cát nước nước trong lỗ rỗng này theo môi trường trong
giếng cát thấm lên lớp đệm cát, đệm cát dẫn nước theo bề ngang và tiêu tán ra
ngồi (Hình 1.3)
- Các thơng số của giếng cát
+ Thường dùng cát hạt thơ, hạt trung
+ Đường kính giếng cát thường sử dụng: 0,2 ÷ 0,6m
+ Chiều sâu bố trí giếng cát bố trí hết vùng chịu hoạt động nén của nền
+ Sơ đồ bố trí giếng cát thường có hai dạng chủ yếu là dạng lưới tam giác
và lưới ơ vng (Hình 1.4a, 1.4b)

Hình 1.3: Nền được xử lý bằng giếng cát


14

Hình 1.4a: Sơ đồ bố trí mạng lưới giếng cát theo hình tam giác đều

Hình 1.4b: Sơ đồ bố trí mạng lưới giếng cát theo hình vng
- Tải trọng tạm thời:

+ Thường dùng cát hoặc đất, nhằm tạo quá trình nén trước nền đất trước
khi đặt tải trọng cơng trình.
+ Chiều cao đắp (cịn gọi là tải trọng cơng trình) được chọn sao cho đảm
bảo điều kiện ổn định của nền đất yếu và khối đắp, phải tạo ra được ứng suất lớn
hơn áp lực tiền cố kết của nền đất để nền đất có thể cố kết.
3. Xử lý bằng bấc thấm kết hợp gia tải trước
Hiện nay để thay thế giếng cát trong việc làm tăng nhanh tốc độ cố kết cho
đất nền, người ta đùng thiết bị chế tạo sẵn gọi là bấc thấm. Bấc thấm có lõi bằng
polypropylene, có tiết điện hình răng khía phẳng hoặc hình chữ nhật có nhiều lỗ
rỗng trịn, bên ngồi được bọc vỏ lọc bằng vải địa kỹ thuật không đệt.

So với các thiết bị tiêu nước thẳng đứng khác, bấc thấm có những ưu điểm sau:
- Tốc độ lắp đặt bấc thấm nhanh, chiều sâu cắm bấc lớn.
- Trong quá trình lắp đặt bấc thấm khơng xảy ra hiện tượng đứt bấc thấm.


15

- Trong quá trình cố kết, bấc thấm đặt trong đất yếu không xảy ra hiện

tượng cắt trượt do lún cố kết gây ra.
- Khi thi công bấc thấm, phạm vi gây nên sự vấy bẩn và phá hoại kết cấu

đất nền nhỏ hơn so với thi công cọc cát, giếng cát.
- Bấc thấm được chế tạo trong nhà máy nên chất lượng ổn định.

Tương tự như giếng cát bấc thấm có hệ số thấm lớn hơn nhiều so với nền
đất sét. Khi bố trí bấc thấm trong nền đất và kết hợp gia tải, nhờ tải trọng ngoài,
nước lỗ rỗng trong nền đất thấm về phía bấc thấm rồi thoát nhanh ra theo phương
đứng ra khỏi đất nền.
Cấu tạo xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm kết hợp gia tải trước cũng gồm
ba phần chính:
- Lớp đệm cát và tải trọng tạm tương tự như hệ thống xử lý bằng giếng cát
kết hợp gia tải trước bằng đất đắp, ngồi ra có thể thay thế gia tải trước bằng
phương pháp hút chân khơng.
- Bấc thấm:
+ Q trình thi cơng bấc thấm nhanh nếu có máy thi cơng chun dụng .
+ Cũng như giếng cát bấc thấm chỉ nên sử dụng khi có mặt bằng rộng.

Hình 1.5: Gia cố nền bằng bấc thấm

16

Phương pháp tính tốn tương tự như đối với giếng cát kết hợp gia tải,
nhưng được xét với các thông số đối với bấc thấm.
Phương pháp này có nhiều ưu điểm, chiều sâu cắm bấc lớn có thể đạt 40m,
chi phí thấp để xử lý nền đất yếu, tiết kiệm được khối lượng đào đắp, rút ngắn
được thời gian thi công.
1.3.3. Phương pháp làm tăng độ chặt và giảm độ lún của đất nền
Đặc điểm của nhóm phương pháp này là làm giảm độ rỗng của đất, đất nền
được nén chặt lại, do đó làm tăng sức chịu tải cho đất nền.
1. Gia cố nền bằng phương pháp trộn vôi
Khi trộn vơi vào đất, vơi có tác dụng hút ẩm làm giảm độ ẩm của đất và
đóng vai trị là chất kết dính liên kết các hạt đất. Khi tác dụng với nước, vơi chưa
tơi có khả năng ngưng kế và đơng cứng nhanh trong vịng 5 đến 10 phút. Khi
hyđrát hóa, vơi chưa tơi có khả năng hấp thụ một khối lượng nước lớn (32 đến
100% khối lượng ban đầu) nên nhanh chóng làm nền đất khơ ráo, dẫn đến đất nền
được nén chặt.
Để gia cố nền đất yếu ở dưới sâu người ta sử dụng cọc vôi hoặc cọc đất –
vơi. Vơi có tác dụng với nước sẽ tăng thể tích nên tiết diện các cọc vơi sẽ tăng lên
và làm đất xung quanh cọc nén chặt lại. Cọc đất – vơi, ngồi tác dụng làm tăng độ
chặt của nền cịn có độ bền nén, lực dính và góc ma sát khá lớn dấn đến sức chịu
tải tổng hợp của khối lượng đất gia cố tăng lên.
2. Gia cố nền bằng phương pháp trộn xi măng.
Khi trộn xi măng vào đất sẽ xảy ra quá trình kiềm và sau đó là q trình thứ
sinh. Q trình kiềm là q trình thủy phân và hyđrát hóa xi măng, được coi là quá
trình chủ yếu hình thành độ bền của đất gia cố. Quá trình kiềm sẽ tạo ra một lượng
lớn hyđroxyt canxi làm tăng độ PH cao, chúng dễ bị hịa tan dẫn đến sự phá hủy
các khống vật. Các oxyt nhơm và silic ở dạng hịa tan tạo nên một hợp đất – xi
măng. Quá trình thứ sinh xảy ra chậm chạp trong một thời gian dài.

Các chỉ tiêu về cường độ, biến dạng phụ thuộc vào thời gian, loại đất nền,
hàm lượng hữu cơ, thành phần hạt và hàm lượng xi măng và vôi sử dụng.


17

3. Xử lý nền đất yếu bằng cọc cát
Phương pháp nén chặt đất bằng cọc cát là một phương pháp phổ biến để gia
cố đất yếu, đặc biệt là lớp đất yếu có chiều dày lớn. Tác dụng của cọc cát là làm
cho độ rỗng, độ ẩm của nền đất giảm đi, khối lượng thể tích, modun biến dạng,
góc ma sát trong, lực dính của đất tăng lên. Dưới tác dụng của tải trọng, cọc cát và
vùng được nén chặt xung quanh cọc cùng làm việc đổng thời.
Ưu điểm của cọc cát là:
- Trị số modun biến dạng trong cọc cát cũng như trong đất được nén chặt sẽ
giống nhau như mọi điểm. Vì vậy sự phân bố ứng suất trong đất được nén chặt
bằng cọc cát có thể xem như nền thiên nhiên.
- Làm cho quá trình cố kết trong đất diễn ra nhanh.
- Vật liệu rẻ, thi công đơn giản.
Bên cạnh đó, hầu hết các tài liệu đưa ra công thức xác định ɛnc dựa vào chỉ
số dẻo và độ ẩm giới hạn dẻo. Làm như vậy là chưa có cơ sở chắc chắn vì nó
khơng phản ánh được bản chất nén chặt của đất, không xuất phát từ các đặc trưng
cơ học tính tốn.

Hình 1.6: Xử lý nền bằng cọc cát