Nghiên cứu ứng xử của nền đất yếu được gia cố bằng trụ đất xi măng kết hợp vải địa kỹ thuật dưới nền đường đắp cao tại huyện cai lậy, tỉnh tiền giang

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ CÔNG NGHIỆP LONG AN

BÙI HỮU HIỆP

NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ CỦA NỀN ĐẤT YẾU
ĐƯỢC GIA CỐ BẰNG TRỤ ĐẤT XI MĂNG KẾT
HỢP VẢI ĐỊA KỸ THUẬT DƯỚI NỀN ĐƯỜNG
ĐẮP CAO TẠI HUYỆN CAI LẬY - TỈNH
TIỀN GIANG
RESEARCH ON THE BEHAVIOR OF SOFT
GROUND REINFORCED BY CEMENT SOIL
PILLARS COMBINED WITH GEOTEXTILE UNDER
HIGH FOUNDATION IN CAI LAY DISTRICT - TIEN
GIANG PROVINCE

LUẬN VĂN THẠC SĨ
CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG

LONG AN, NĂM 2020


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ CÔNG NGHIỆP LONG AN

BÙI HỮU HIỆP

NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ CỦA NỀN ĐẤT YẾU
ĐƯỢC GIA CỐ BẰNG TRỤ ĐẤT XI MĂNG KẾT
HỢP VẢI ĐỊA KỸ THUẬT DƯỚI NỀN ĐƯỜNG
ĐẮP CAO TẠI HUYỆN CAI LẬY - TỈNH

TIỀN GIANG
RESEARCH ON THE BEHAVIOR OF SOFT
GROUND REINFORCED BY CEMENT SOIL
PILLARS COMBINED WITH GEOTEXTILE UNDER
HIGH FOUNDATION IN CAI LAY DISTRICT - TIEN
GIANG PROVINCE

LUẬN VĂN THẠC SĨ
CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. NGUYỄN NGỌC PHÚC

LONG AN, NĂM 2020


i

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận văn này là cơng trình nghiên cứu của riêng tơi. Các số
liệu, và kết quả trong luận văn là trung thực và chưa được cơng bố trong các tạp chí
khoa học và cơng trình nào khác.
Các thơng tin số liệu trong luận văn này đều có nguồn gốc và được ghi chú rõ
ràng./.
Tác giả

Bùi Hữu Hiệp


ii

LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình học tập, nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu ứng xử của nền đất
yếu được gia cố bằng trụ đất xi măng kết hợp vải địa kỹ thuật dưới nền đường đắp
cao tại huyện Cai Lậy, tỉnh Tiền Giang” tôi đã nhận được sự giúp đỡ, chỉ bảo nhiệt
tình của thầy, cơ giáo Trường Đại học Kinh tế Công nghiệp Long An và các bạn
học viên Cao học để hồn thành luận văn này.
Trước tiên, tơi xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành đến thầy Tiến sĩ Nguyễn
Ngọc Phúc, người thầy đã nhiệt tình hướng dẫn, tận tâm giúp đỡ tôi về các kiến
thức, tài liệu, phương pháp trong suốt quá trình thực hiện luận văn thạc sĩ này.
Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, Phòng QLĐT-Tuyển sinh, Phòng
Sau đại học và Quan hệ quốc tế, quý thầy cô giáo đã tham gia quản lý, giảng dạy tại
trường Đại học Kinh tế và Công nghiệp Long An đã quan tâm và tạo điều kiện cho
tơi hồn thành khóa học.
Sau cùng, tơi xin gửi lời tri ân đến gia đình, các bạn học viên Cao học Khóa 8
và tất cả những người thân, bạn bè, đồng nghiệp đã động viên, khích lệ và giúp đỡ
tơi trong suốt q trình học tập và nghiên cứu.
Mặc dù đã có nhiều cố gắng trong suốt q trình thực hiện đề tài, song có thể
cịn có những mặt hạn chế, thiếu sót. Tác giả rất mong nhận được ý kiến đóng góp
và sự chỉ dẫn của các thầy cô giáo và các bạn đồng nghiệp.
Tác giả

Bùi Hữu Hiệp


iii

NỘI DUNG TĨM TẮT
Cơng trình trên nền đất yếu thường phải đối mặt với nhiều vấn đề như lún ổn
định, bù lún. Việc xử lý nền đất yếu nhằm mục đích làm tăng độ ổn định, giảm độ
lún nền đường; giảm độ lún lệch giữa nền đường và mố cầu; đảm bảo yêu cầu sử

dụng bình thường trong quá trình khai thác. Trong nhiều giải pháp xử lý nền đất yếu
phổ biến như: trụ đất xi măng; giếng cát hoặc bấc thấm kết hợp gia tải trước; bơm
hút chân không.v.v.. thì giải pháp xử lý nền đất yếu bằng trụ đất xi măng đã được
nghiên cứu ứng dụng nhiều do giải pháp xử lý nền này có thời gian thi công nhanh,
mặt bằng thi công nhỏ, thiết bị thi công đơn giản, tiết kiệm vật liệu san lấp ngày
càng khan hiếm ở địa phương.
Việc xây dựng cơng trình đắp trên nền đất yếu thường sử dụng phương pháp
đào bỏ thay thế đất nền hoặc xử lý gia cố nền đất yếu bằng nhiều giải pháp trong đó
có gia cố bằng trụ đất xi măng kết hợp với vải địa kỹ thuật.
Luận văn nghiên cứu giải pháp gia cố nền đất yếu để rút ngắn thời gian thi
công và hạn chế lượng tài nguyên đắp bù lún rất cần thiết. Thực hiện đề tài này cịn
nhằm tìm ra giải pháp gia cố nền đất yếu nêu trên trong điều kiện địa chất tỉnh Tiền
Giang nói chung và của huyện Cai Lậy, tỉnh Tiền Giang nói riêng.


iv

ABSTRACT
RESEARCH ON THE BEHAVIOR OF SOFT GROUND
REINFORCED BY CEMENT SOIL PILLARS COMBINED WITH
GEOTEXTILE UNDER HIGH FOUNDATION IN CAI LAY
DISTRICT - TIEN GIANG PROVINCE
Buildings on soft ground face problems such as stable settlement and soil
compensation. Soil improvement aims at increasing the stability and reducing the
settlement of the roadbed, reducing the settlement deviation between the roadbed
and bridge abutment and ensuring the normal usage requirements. Among popular
solutions for soil improvement such as: cement pillars, sand wells or absorbent
wicks combined with preloading, vacuum pump, etc., the solution to treat soft
ground with cement pillars has been studied and applied a lot because this ground
treatment solution can shorten the construction time, apply for small construction

sites, with simple construction equipment and save filling construction materials.
Structures on soft soil are built by excavation method to replace the ground or
improve the ground by different solutions including reinforcement with cement
pillars combining with geotextiles.
The thesis researches the solutions to reinforce soft soil in order to shorten
construction time and limit the amount of filling materials for settlement
compensation. This research also aims to find out the solutions in geological
conditions of Tien Giang province in general and Cai Lay district, Tien Giang
province in particular.


v

MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH, ĐỒ THỊ VÀ HÌNH VẼ .......................................................... viii
DANH MỤC BẢNG BIỂU .......................................................................................... xi
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT ................................................... xii
PHẦN MỞ ĐẨU ............................................................................................................ 1
1. Sự cần thiết của đề tài ............................................................................................. 1
2. Mục đích nghiên cứu, ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ............................. 2
3. Phương pháp nghiên cứu ........................................................................................ 2
4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .......................................................................... 2
5. Cấu trúc của luận văn.............................................................................................. 3
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ GIA CỐ ĐẤT YẾU BẰNG TRỤ ĐẤT
XIMĂNG

.......................................................................................................... 4

1.1. Khái niệm ............................................................................................................ 4
1.1.1. Sơ lược về lịch sử phát triển của trụ đất xi măng ......................................... 4

1.1.2. Nguyên tắc gia cố đất nền bằng trụ đất xi măng .......................................... 7
1.1.3. Công nghệ thi công....................................................................................... 8
1.2. Giải pháp gia cố đất yếu nền đường .................................................................. 11
1.2.1. Đặc điểm chung của nền đường ................................................................. 11
1.2.2. Giải pháp gia cố nền đất yếu ...................................................................... 12
1.3. Các dạng bố trí trụ đất xi măng ......................................................................... 13
1.4. Ứng dụng của trụ đất xi măng ........................................................................... 14
1.5 Nhận xét chương ................................................................................................. 15
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ TÍNH TỐN TRỤ ĐẤT XI MĂNG
TRONG XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU .............................................................................. 16
2.1. Các quan điểm và cơ sở tính tốn ...................................................................... 16
2.1.1. Hiệu ứng vịm trong đất .............................................................................. 17
2.1.2. Các thông số diễn tả sự phân bố ứng suất .................................................. 20
2.1.3. Các phương pháp giải tích tính hệ số SRR ................................................ 23
2.1.4. Đánh giá các phương pháp ......................................................................... 26
2.2. Sự lún giữa trụ và đất yếu trong nền đất gia cố trụ đất xi măng ........................ 27


vi

2.2.1. Phương pháp tính tốn theo quan điểm trụ đất xi măng làm việc như trụ
cứng ...................................................................................................................... 28
2.2.2. Phương pháp tính tốn theo tiêu chuẩn gia cố trụ đất xi măng Việt
Nam...29
2.2.3. Phương pháp tính tốn theo quan điểm hỗn hợp của viện kỹ thuật Châu
Á (AIT) ................................................................................................................. 34
2.2.4. Phương pháp tính tốn theo tiêu chuẩn Châu Âu ....................................... 37
2.2.5. Phương pháp tính theo tiêu chuẩn Thượng Hải – Trung Quốc .................. 39
2.2.6. Phương pháp tính theo tiêu chuẩn Nhật Bản .............................................. 40
2.3. Nhận xét chương ................................................................................................ 41

CHƯƠNG 3. MÔ PHỎNG TÍNH TỐN BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ
HỮU HẠN

........................................................................................................ 43

3.1. Giới thiệu phương pháp phần tử hữu hạn .......................................................... 43
3.1.1. Phương pháp vi phân .................................................................................. 43
3.1.2. Phương pháp tích phân ............................................................................... 43
3.1.3. Phương pháp phần tử rời rạc ...................................................................... 43
3.1.4. Trình tự phân tích bài tốn theo phương pháp Phần tử hữu hạn ................ 44
3.2. Giới thiệu phần mềm Plaxis thường dùng để giải các bài toán địa kỹ thuật
hiện nay ..................................................................................................................... 45
3.3. Các mơ hình đất nền trong Plaxis ...................................................................... 51
3.3.1. Mơ hình Mohr-Coulomb ............................................................................ 51
3.3.2. Mơ hình Hardening Soil ............................................................................. 55
3.4. Phân tích và tính tốn đối với nền dưới cơng trình đắp cao .............................. 58
3.4.1. Điều kiện địa chất huyện Cai Lậy – tỉnh Tiền Giang ................................. 58
3.4.2. Cấu tạo địa chất .......................................................................................... 58
3.4.3. Mơ hình tính toán trong Plaxis ................................................................... 61
3.4.4. Trường hợp nền đất chưa có giải pháp gia cố ............................................ 62
3.4.5. Trường hợp nền đất được gia cố bằng hệ trụ đất xi măng kết hợp với vải
địa kỹ thuật ........................................................................................................... 68
3.5. Nhận xét chương ................................................................................................ 79
PHẦN KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................................ 80


vii

1. Kết luận ................................................................................................................. 80
2. Kiến nghị............................................................................................................... 80

TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................... 81


viii

DANH MỤC HÌNH, ĐỒ THỊ VÀ HÌNH VẼ
Hình 1.1 Cơng nghệ thi cơng trụ đất xi măng ................................................................. 7
Hình 1.2 Máy trộn khơ dưới sâu ..................................................................................... 9
Hình 1.3 Cánh trộn theo phương pháp trộn khơ (SGF 2000) ......................................... 9
Hình 1.4 Thiết bị khoan ................................................................................................ 10
Hình 1.5 Cánh trộn theo phương pháp trộn ướt ............................................................ 11
Hình 1.6 Bố trí trụ trộn khơ ........................................................................................... 13
Hình 1.7 Bố trí trụ trùng nhau theo khối ....................................................................... 13
Hình 1.8 Bố trí trụ trộn ướt trên cạn ............................................................................. 13
Hình 1.9 Bố trí trụ trên biển .......................................................................................... 14
Hình 1.10 Bố trí trùng nhau trộn ướt ............................................................................ 14
Hình 1.11 Các ứng dụng trộn sâu (Terashi, 1997) ...................................................... 14
Hình 2.1 Mơ hình nền đất yếu được gia cố trụ đất xi măng ......................................... 18
Hình 2.2a Bản chất của hiệu ứng vịm .......................................................................... 19
Hình 2.2b Kết quả của hiệu ứng vịm ........................................................................... 19
Hình 2.3 Sự phân bố ứng suất trong nền được gia cố trụ đất xi măng ......................... 20
Hình 2.4 Mơ hình hiệu quả vịm của Kempfert (2003) ................................................. 22
Hình 2.5 Biểu đồ thể hiện kết quả tính tốn SRR của các phương pháp ...................... 26
Hình 2.6 Biểu đồ thể hiện các phương pháp có kết quả xấp xỉ nhau ........................... 26
Hình 2.7 Kết quả nghiên cứu về SRR của Naughton (2007) ........................................ 27
Hình 2.8 Lún giữa trụ và đất xung quanh ..................................................................... 27
Hình 2.9 Mơ hình quy đổi nền tương đương ................................................................ 29
Hình 2.10 . Lực dọc trục của trụ trong vùng chủ động tăng sức kháng cắt và kháng uốn,
Trong vùng bị động trụ có thể bị nứt do chịu kéo......................................................... 30
Hình 2.11 Tính lún nền gia cố khi tải trọng tác dụng chưa vượt quá sức chịu tải cho

phép của vật liệu trụ ...................................................................................................... 33
Hình 2.12 Sơ đồ bố trí trụ đất xi măng ......................................................................... 36
Hình 3.1 Các phương pháp giải gần đúng các phương trình vi phân và các chương
trình tính số tương ứng .................................................................................................. 44
Hình 3.2 Quan hệ cơ bản giữa ứng suất và biến dạng .................................................. 45
Hình 3.3 Lưới biến dạng của mơ hình 3-D trong PLAXIS FOUNDATION ............... 47


ix

Hình 3.4 Mơ hình chia lưới phần tử và bố trí cột trong Plaxis FOUNDATION .......... 48
Hình 3.5 Mơ hình bố trí các cột đất xi măng và mũ cột trong Plaxis FOUNDATION 48
Hình 3.6 Biểu đồ so sánh SRR cho 2 trường hợp có và khơng có mũ ......................... 49
Hình 3.7 Quan hệ giữa bề rộng mũ d và SRR ............................................................... 49
Hình 3.8 Ảnh hưởng của modul đàn hồi đất đắp đến SRR ........................................... 50
Hình 3.9 Ảnh hưởng của modul đàn hồi cột đến SRR.................................................. 50
Hình 3.10 Quan hệ cơ bản giữa ứng suất và biến dạng ................................................ 52
Hình 3.11 Xác dịnh Eref từ thí nghiệm 3 trục cố kết thốt nước ................................... 54
Hình 3.12 Xác định Eoed từ thí nghiệm nén cố kết ........................................................ 54
Hình 3.13 Xác định Erefoed từ thí nghiệm nén cố ........................................................... 56
Hình 3.14 Mối quan hệ Hyperpolic giữa biến dạng và ứng suất dọc trọc trong thí
nghiệm nén ba trục thốt nước ...................................................................................... 57
Hình 3.15 Vùng đàn hồi của mơ hình Hardening Soil trong khơng gian ứng suất
chính .............................................................................................................................. 58
Hình 3.16 Hình trụ hố khoan......................................................................................... 60
Hình 3.17 Mặt cắt ngang của nền đường đắp trên đất yếu ........................................... 61
Hình 3.18 Sơ đồ tính tốn nền đất yếu chưa được gia cố ............................................. 62
Hình 3.19 Mơ hình PTHH nền đất yếu chưa được gia cố ............................................. 62
Hình 3.20 Lưới phần tử hữu hạn ................................................................................... 66
Hình 3.21 Áp lực nước lỗ rỗng ban đầu ........................................................................ 66

Hình 3.22 Ứng suất hữu hiệu ban đầu trong nền đất .................................................... 67
Hình 3.23 Q trình tính tốn ....................................................................................... 67
Hình 3.24 Chuyển vị của nền đất yếu sau khi đắp lớp 3 ............................................... 68
Hình 3.25 Sơ đồ tính tốn nền đất yếu được gia cố bằng trụ đất xi măng kết hợp vải
địa kỹ thuật .................................................................................................................... 68
Hình 3.26 Mơ hình PTHH nền đất yếu được gia cố bằng trụ đất xi măng kết hợp với
vải địa kỹ thuật .............................................................................................................. 69
Hình 3.27 Mơ hình PTHH nền đất yếu được gia cố - Phương án 1 .............................. 69
Hình 3.28 Mơ hình PTHH nền đất yếu được gia cố - Phương án 2 .............................. 70
Hình 3.29 Mơ hình PTHH nền đất yếu được gia cố - Phương án 3 .............................. 70
Hình 3.30 Lưới phần tử hữu hạn ................................................................................... 71


x

Hình 3.31 Áp lực nước lỗ rỗng ban đầu ........................................................................ 72
Hình 3.31 Ứng suất hữu hiệu ban đầu trong nền đất khi chưa sử dụng trụ đất xi
măng ............................................................................................................................. 72
Hình 3.33 Phase 1 - Thi công trụ đất xi măng .............................................................. 73
Hình 3.34 Phase 3 - Thi cơng nền đường lớp 1 ............................................................ 73
Hình 3.35 Phase 6 - Thi cơng nền đường lớp 2 ............................................................ 73
Hình 3.36 Phase 9 - Thi cơng nền đường lớp 3 ............................................................ 74
Hình 3.37 Phase 12 - Thi cơng nền đường lớp 4 .......................................................... 74
Hình 3.38 Phase 15 - Thi công nền đường lớp 5 .......................................................... 74
Hình 3.39 Phase 17 – Chất tải phân bố 20kN/m2.......................................................... 75
Hình 3.40 Q trình tính tốn ....................................................................................... 75
Hình 3.41 Chuyển vị của nền đất yếu được gia cố sau 140 ngày ................................. 76
Hình 3.42 Chuyển vị theo phương ngang của nền đất yếu được gia cố ....................... 76
Hình 3.43 Chuyển vị theo phương đứng của nền đất yếu được gia cố ......................... 77
Hình 3.44 Áp lực nước lỗ rỗng thặng dư ...................................................................... 77

Hình 3.45 Sự phân bố ứng suất hữu hiệu trong nền đất yếu được gia cố ..................... 78
Hình 3.46 Sự phân bố ứng suất tổng trong nền đất yếu được gia cố ............................ 78
Hình 3.47 Hệ số ổn định của nền đất yếu được gia cố .................................................. 79


xi

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1 Bảng tổng hợp kết quả tính tốn của các phương pháp ................................. 25
Bảng 3.1 Thơng số và mơ hình vật liệu ........................................................................ 47
Bảng 3.2 Đặc trưng chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất ........................................................ 59
Bảng 3.3 Thơng số các lớp đất trong mơ hình Plaxis ................................................... 63
Bảng 3.4 Thông số trụ đất xi măng trong mơ hình Plaxis ............................................ 63
Bảng 3.5 Các giai đoạn tính tốn .................................................................................. 65
Bảng 3.6 Các giai đoạn tính tốn .................................................................................. 70


xii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT
BEM

Boundary Element Method

BTCT

Bê tông cốt thép

DDA

Discontinuos Deformation Analysis

DEM

Distinct Element Method

DJM

Dry Jet Mixing

DMM

Depp Mixing Method

ĐBSCL

Đồng bằng sông Cửu Long

ĐKT

Địa kỹ thuật

FDM

Finite Difference Method

FEM

Finite Element Method

MIP

Mixed in Place

PTHH

Phần tử hữu hạn

PWRI

Public Works Research Institute

SRR

Hệ số giảm ứng suất tác dụng lên đất yếu

TP. HCM

Thành Phố Hồ Chí Minh

VĐKT

Vải địa kỹ thuật

XM

Xi măng


1

PHẦN MỞ ĐẦU
1. Sự cần thiết của đề tài
Cùng với sự phát triển của đất Nước, chúng ta xây dựng rất nhiều cơng trình
ngày càng cao hơn, sâu hơn, lớn hơn và nặng hơn. Song song đó là nhu cầu xây
dựng hệ thống đường giao thông nhằm phục vụ sự nghiệp phát triển kinh tế - xã hội,
ngày càng cấp thiết và đặc điểm cấu tạo địa chất vùng Đồng Bằng sơng Cửu Long
(ĐBSCL) nói chung, huyện Cai Lậy tỉnh Tiền giang nói riêng, việc xây dựng cơng
trình đắp trên nền đất yếu là vấn đề thường xuyên gặp phải.
Thực tế, do điều kiện địa chất cũng như diện tích lãnh thổ bắt buộc chúng ta
phải xây dựng những công trình trên đất yếu, cơng trình lấn biển. Hàng loạt các
phương thức xây dựng nền móng, xử lý đất yếu mới được đưa vào Việt Nam trong
những thập niên vừa qua như: cọc Barrette, cọc nhồi đường kính lớn, gia tải kết hợp
với bấc thấm - vải địa kỹ thuật, hút chân không, cọc cát, trụ đất xi măng…Tuy
nhiên, việc xây dựng cơng trình trên nền đất yếu đã gặp khơng ít khó khăn trong
cơng tác xử lý đất yếu. Một số biện pháp xử lý đất yếu truyền thống chưa mang lại
hiệu quả như mong muốn, vẫn còn mặt hạn chế, chẳng hạn như:
- Giải pháp móng cọc dễ gây ra hiện tượng nền nhà sau thời gian sử dụng sẽ bị
vồng lên hay lõm xuống do đất nền cố kết;
- Giải pháp gia tải kết hợp giếng cát, bấc thấm, hạn chế về thời gian thi công,
hơn nữa trong thi công bấc thấm rất dễ gây gãy bấc thấm làm đất nền không cố kết
được.
- Giải pháp bơm hút chân không dễ gây ra hiện tượng nền đất yếu gần mặt đất
bị nứt nẻ, hơn nữa chi phí khá đắt.
Việc xử lý nền đất yếu nhằm mục đích làm tăng độ ổn định, giảm độ lún nền
đường; giảm độ lún lệch giữa nền đường và mố cầu; đảm bảo yêu cầu sử dụng bình
thường trong quá trình khai thác. Trong nhiều giải pháp xử lý nền đất yếu phổ biến
như: trụ đất xi măng; giếng cát hoặc bấc thấm kết hợp gia tải trước; bơm hút chân
không v.v... thì giải pháp xử lý nền đất yếu bằng trụ đất xi măng đã được nghiên
cứu ứng dụng nhiều do giải pháp xử lý nền này có thời gian thi công nhanh, mặt

bằng thi công nhỏ, thiết bị thi công đơn giản, tiết kiệm vật liệu san lấp ngày càng
khan hiếm ở địa phương.


2

Do đó việc nghiên cứu giải pháp gia cố nền đất yếu rút ngắn thời gian thi công
và hạn chế lượng tài nguyên đắp bù lún rất cần thiết. Thực hiện đề tài “Nghiên cứu
ứng xử của nền đất yếu được gia cố bằng trụ đất xi măng kết hợp vải địa kỹ
thuật dưới nền đường đắp cao tại huyện Cai Lậy, tỉnh Tiền Giang” để tìm ra
giải pháp gia cố nền đất yếu nêu trên trong điều kiện địa chất tỉnh Tiền Giang nói
chung và của huyện Cai Lậy, tỉnh Tiền Giang nói riêng là cần thiết và phù hợp với
điều kiện thực tế.
2. Mục đích nghiên cứu, ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Tìm ra quy luật phân bố ứng suất lên trụ và đất nền xung quanh trụ của hệ trụ
đất xi măng kết hợp với vải địa kỹ thuật trong gia cố nền đất yếu dưới cơng trình
nền đường đắp cao.
Phân tích hệ số tập trung ứng suất do hiệu ứng vòm trong nền đường đắp cao
được gia cố bằng trụ đất xi măng gây ra.
Nâng cao hiệu quả gia cố nền đất yếu bằng bằng trụ đất xi măng phù hợp với
các điều kiện địa chất cụ thể: Thiết kế hợp lý cho nền đường đất yếu được gia cố
bằng trụ đất xi măng kết hợp với vải địa kỹ thuật dưới cơng trình đắp cao trên địa
bàn huyện Cai Lậy, tỉnh Tiền Giang.
3. Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về sự phân bố ứng suất, biến dạng trong nền đất
yếu được gia cố bằng trụ đất xi măng và các lớp gia cường.
Dựa vào số liệu địa kỹ thuật, tải trọng, các cơ sở lý thuyết và các tài liệu tham
khảo có liên quan. Phân tích, đánh giá cụ thể cho trường hợp nhóm trụ đất xi măng
bị tác động bởi áp lực của nền đất đắp phía bên trên.
Mô phỏng bằng phần mềm Plaxis 3D cho nền đất yếu dưới nền đường được

gia cố bằng trụ đất xi măng kết hợp với vải địa kỹ thuật để kiểm tra ổn định và biến
dạng trong nền đất được gia cố bằng trụ đất xi măng.
4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của luận văn là sự phân bố ứng suất, biến dạng trong
nền đất yếu được gia cố bằng trụ đất xi măng kết hợp với vải địa kỹ thuật. Phân tích
tính tốn đối với một số loại trụ đất xi măng có cùng đường kính nhưng thay đổi
chiều dài và lưới bố trí.


3

Giới hạn phạm vi nghiên cứu: Luận văn thực hiện nghiên cứu với đất thu thập
tại huyện Cai Lậy và giải pháp này dùng để gia cố đất yếu dưới nền đường tại huyện
Cai Lậy – tỉnh Tiền Giang.
5. Cấu trúc của luận văn
Nội dung luận văn gồm có phần mở đầu, 03 chương nội dung, phần kết luận
và kiến nghị, trình bày các vấn đề sau:
Phần mở đầu: Trình bày các vấn đề tổng quan về đề tài nghiên cứu giải pháp
trụ đất xi măng kết hợp với vải địa kỹ thuật gia cố nền đất yếu dưới nền đường tại
huyện Cai Lậy - tỉnh Tiền Giang như: Tính cấp thiết, mục tiêu, đối tượng và phương
pháp nghiên cứu.
Chương 1. Tổng quan về gia cố nền đất yếu bằng trụ đất xi măng: Trình bày
sơ lược về lịch sử phát triển của trụ đất xi măng, sự phân bố ứng suất nền đất được
gia cố trụ đất xi măng, độ lún ổn định của bản thân khối gia cố, các giải pháp gia cố
đất yếu dưới nền đường.
Chương 2. Cơ sở lý thuyết tính tốn: Giới thiệu các phương pháp tính tốn
của các tác giả trong và ngồi nước: Phương pháp tính “Sự phân bố ứng suất và lún
giữa trụ và đất yếu trong nền đất” được gia cố bằng trụ đất xi măng.
Chương 3. Mô phỏng bằng phương pháp phần tử hữu hạn: Mơ hình tính
tốn có mặt cắt ngang nền đất yếu dưới nền đường tại huyện Cai Lậy - tỉnh Tiền

Giang. Sử dụng phần mềm Plaxis để kiểm tra ổn định và biến dạng trong nền đất
yếu được gia cố bằng hệ trụ đất xi măng.
Phần kết luận và kiến nghị: Học viên trình bày các kết quả và kiến nghị của
nghiên cứu.


4

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ GIA CỐ ĐẤT YẾU
BẰNG TRỤ ĐẤT XI MĂNG
1.1 Khái niệm
Đất trộn xi măng là kỹ thuật gia cố xử lý nền đất yếu bằng cách trộn cơ học
đất tại chỗ với xi măng để hình thành một loại vật liệu mới. Xi măng đất hay
soilcrete có các đặc trưng cơ - lý - hóa tốt hơn đất tại chỗ hay đất tự nhiên trước khi
trộn với xi măng. Các đặc trưng cơ lý cơ bản của soilcrete như cường độ (qu) và mô
đun đàn hồi cát tuyến hay độ cứng (E50) cao hơn đất tự nhiên từ 5 – 1000 lần biến
dạng lúc phá hoại (Ɛf) nhỏ, và hệ số thấm (Ks) thấp hơn đất tự nhiên từ 10-104 lần
(Trần Nguyễn Việt Hùng 2106, Kitazume & Terashi 2013, FHWA 2013,
EuroSoftStab 2002). Vì vậy, trụ đất trộn xi măng có thể được ứng dụng để tăng sức
chịu tải của đất nền, giảm biến dạng lún và chuyển vị ngang, và ngăn thầm hay rò rỉ
của các chất lỏng trong đất có nguy cơ gây ơ nhiễm mực nước ngẩm. [14]
1.1.1 Sơ lược về lịch sử phát triển của trụ đất xi măng
Theo 22TCN 262:2000 và TCXD 245:2000, đất yếu là đất ở trạng thái tự
nhiên, độ ẩm của chúng gần bằng hoặc cao hơn giới hạn chảy, hệ số rỗng lớn, lực
dính C theo cắt quả cắt nhanh khơng thốt nước từ 0,15 daN/cm2 trở xuống, góc nội
ma sát từ 0o đến 10o hoặc lực dính từ kết quả cắt hiện trường Cu  0,35 daN/cm2.
Nói chung đất sét yếu là loại đất có sức chịu tải thấp và tính nén lún cao. Phần
lớn các nước trên thế giới định nghĩa đất yếu theo sức kháng cắt khơng thốt nước,
Su và trị số xun tiêu chuẩn, N như sau:

+ Đất rất yếu: Su  12,5 kPa hoặc N  2.
+ Đất yếu: Su  25 kPa hoặc N  4.
Ngoại trừ lớp trên bề mặt có bề dày khoảng 0,5 đến 3,0m đã được cải tạo, thổ
nhưỡng hay thổ cư hóa v.v…[2] [4] [5]
Trụ đất xi măng là kỹ thuật sử dụng xi măng làm chất kết dính, có hoặc khơng
có chất phụ gia trộn với đất tại chỗ theo chiều sâu (chiều sâu xử lý  3m) để tạo ra
vật liệu đất xi măng (hay soicrete) có các tính chất kỹ thuật được cải thiện đáng kể
so với đất nguyên dạng.


5

Đất trộn xi măng được nghiên cứu lần đầu ở Mỹ trong những năm 1950 bởi
công ty Intrusion-Preakt với công nghệ trộn tại chỗ (MIP-Mixed in Place)
(Broomhead and Jasperce 1999). Công nghệ này lại được ngiên cứu, phát triển mạnh
mẽ ở Nhật Bản và Bắc Âu vào giữa những năm 1970 (Terzashi 1997, Bruce 2011).
Cho đến cuối những năm 1980, công nghệ trộn sâu (DMM-Depp Mixing Method)
chủ yếu chỉ mới được phát triển và ứng dụng ở Nhật Bản và các nước Bắc Âu. Đến
những năm 1990, DMM trở nên phổ biến và lan rộng khắp các nước Châu Âu, Châu
Á và Mỹ. [19]
Cuối năm 1970 đến đầu năm 1980, viện nghiên cứu các cơng trình cơng cộng
(PWRI-Public Works Research Institute) thuộc Bộ Xây dựng Nhật Bản bắt đầu phát
triển thành công công nghệ DJM (Dry Jet Mixing) sử dụng bột xi măng hoặc bột vơi
làm chất kết dính để gia cố nền (Public Works Research Center 2004 nguồn từ
Kitazume & Terzashi 2013), Theo thống kê của Kitazume & Terzashi (2013) từ năm
1977 đến năm 2010, lượng đất gia cố xi măng ở Nhật bằng phương pháp trộn ướt
khoảng 72,3 triệu m3 và phương pháp trộn khô khoảng 32,1 triệu m3, cho các dự án
ngoài biển, cửa biển và cửa sông lớn với khoảng 300 dự án. Hiện nay hàng năm thi
công khoảng 2 triệu m3. [16]
Năm 1967 ở Bắc Âu, công nghệ SCM bắt đầu nghiên cứu lần đầu tiên, các

nghiên cứu trong phịng và ngồi hiện trường được tiến hành nhằm phát triển công
nghệ mới trong việc gia cố đất sét yếu bằng vôi sống (Topolnicki 2004). Năm 1975,
công nghệ đất trộn vôi (Lime Column Method) được ứng dụng thực tế để gia cường
hố đào và ổn định đường đắp cao cho một số cơng trình ở gần Stockholm, Thụy
Điển.
Năm 1990, Phần Lan phát triển thiết bị trộn mới có thể tạo được trụ đất trộn
vơi hay xi măng đạt độ sâu hơn 20m với đường kính 0,8m (Bruce 2011) và được
ứng dụng phổ biến để gia cố nền.
Năm 1987, từ kết quả nghiên cứu của Cục đường Bộ và đường Sắt quốc gia
Pháp tài trợ cho công ty Bachy (Pháp) ứng dụng và phát triển quy trình Colmix,
trong đó việc thi cơng trộn và đầm chặt đất xi măng được thực hiện bằng cách đảo
ngược chiều của máy khoan trong khi rút lên.


6

Năm 1970 đến 1978 tại Trung Quốc, thiết bị trộn sâu đất trộn xi măng được
ứng dụng xử lý đất nền các khu công nghiệp ở Thượng Hải (Bruce 2011, Nguyễn
Viết Trung và Vũ Minh Tuấn 2010) [7]
Năm 1996, lần đầu tiên tại Mỹ công ty Stabilator-USA inc, New York đã sử
dụng cọc đất - vôi - xi măng trong thực tiễn.
Tại Việt Nam, công nghệ đất trộn xi măng được nghiên cứu lần đầu tiên dưới
sự hỗ trợ của Viện Địa kỹ thuật Thụy Điển (SGI) từ những năm 1980. Đề tài kết
thúc năm 1986 và thiết bị được chuyển giao cho Tổng Công ty Xây dựng và Phát
triển hạ tầng LICOGI (Nguyễn Viết Trung và Vũ Minh Tuấn 2010)
Năm 2000, SCM được áp dụng gia cố nền đất yếu cho cơng trình cảng Ba
Ngịi (Khánh Hịa) và xử lý nền móng bể xăng dầu có đường kính 21m, cao 9m
(dung tích 3000m3/bể) của cơng trình Tổng kho xăng dầu Cần Thơ bằng trụ đất xi
măng. Trong đó dự án cảng Ba Ngòi đã xử lý bởi 4000m trụ đất xi măng có đường
kính 0,6m, bằng phương pháp trộn khô (Nguyễn Viết Trung và Vũ Minh Tuấn

2010).
Năm 2004, Viện Khoa học Thủy lợi đã tiếp nhận chuyển giao công nghệ
khoan phụt cao áp (Jet-grouting) từ Nhật Bản (Nguyễn Viết Trung và Vũ Minh Tuấn
2010). Trụ đất xi măng được ứng dụng để gia cố bồn chứa xăng dầu ở Hải Phịng
bằng cơng nghệ trộn sâu - khơ với chiều sâu xử lý khoảng 20m. Công nghệ này cũng
được các nhà thầu Nhật Bản ứng dụng thi công sửa chữa khuyết tật các cọc khoan
nhồi dự án cầu Thanh Trì ở Hà Nội.
Tại Tp. Hồ Chí Minh, trụ đất - xi măng đã được sử dụng trong dự án Đại lộ
Đông Tây, Building Saigon Times Square. [14]
Năm 2006, tiêu chuẩn TCXDVN 385:2006 – “Phương pháp gia cố nền đất yếu
bằng trụ đất xi măng” được Bộ Xây dựng biên soạn và ban hành. Đến năm 2012,
tiêu chuẩn TCVN 9403:2012 – “Gia cố đất nền yếu – phương pháp trụ đất xi măng”
chuyển đổi từ TCXDVN 385:2006 được Bộ Khoa học và Công nghệ ban hành.
TCVN 9403:2012 quy định những yêu cầu Kỹ thuật về khảo sát, thí nghiệm, thiết
kế, thi cơng và thí nghiệm trụ đất xi măng dùng để xử lý gia cố nền đất yếu trong
xây dựng và ổn định mái dốc. [1]


7

1.1.2 Nguyên tắc gia cố đất nền bằng trụ đất xi măng
Vấn đề tên gọi là “Trụ”, “Cột” hay là “Trụ” thì hiện nay có hai trường phái.
Theo trường phái thứ nhất ở Châu Á (học viện kỹ thuật châu Á A.I.T) thì tên gọi là
“trụ” xi măng đất. Theo trường phái thứ hai gồm các nước Mỹ, Nhật, Châu Âu… thì
gọi là “Trụ” đất xi măng.
Trụ đất xi măng được gia cố là hỗn hợp giữa đất nguyên trạng nơi gia cố với
hỗn hợp xi măng được phun xuống thông qua thiết bị khoan phun. Cột gia cố tạo
thành bởi hỗn hợp đất tại chỗ và chất kết dính (thông thường là vôi và xi măng). Mũi
trộn được đưa xuống đất bằng cách khoan xoay, khi tới độ sâu thiết kế, mũi trộn đảo
chiều ngược lại và đồng thời rút dần lên. Trong quá trình dịch chuyển lên, hỗn hợp

chất gia cố (xi măng) được phun vào nền đất bằng áp lực khí nén (đối với hỗn hợp
khơ) hoặc bằng bơm vữa (đối với hỗn hợp ướt) ở đầu mũi trộn, tới cao độ đầu cột thì
dừng lại.

Hình 1.1 Cơng nghệ thi cơng trụ đất xi măng
Việc hình thành cường độ xảy ra thơng qua q trình ninh kết của hỗn hợp đất
xi măng. Khi xi măng được trộn với đất, xi măng phản ứng với nước tạo ra Canxi
hyđrơxit Ca(OH)2 từ đó kết hợp với đất nền tạo ra keo ninh kết CSH, đây là q
trình Hydrat hố. Phản ứng này diễn ra nhanh và mạnh toả ra một nhiệt lượng lớn và
giảm bớt lượng nước có trong đất gia cố. Hợp chất Hydrat này tạo ra một hỗn hợp
liên kết các thành phần hạt trong đất gia cố hình thành lên khống chất nền bền
vững, cứng. Ximăng + H2O → Keo CSH + Ca(OH)2.


8

1.1.3 Công nghệ thi công
Hiện nay phổ biến hai công nghệ thi công trụ đất-ximăng là: Công nghệ trộn
khô (Dry Jet Mixing) và Công nghệ trộn ướt (Wet Mixing hay cịn gọi là Jetgrouting).
Trong phương pháp trộn khơ, khơng khí dùng để dẫn xi măng bột vào đất (độ
ẩm của đất cần phải không nhỏ hơn 20%). Trong phương pháp trộn ướt, vữa xi măng
là chất kết dính. Trộn khơ chủ yếu dùng cải thiện tính chất của đất dính, trong khi
phun ướt thường dùng trong đất rời.
Công nghệ thi công trộn khô (DJM)
Phương pháp trộn khô đã được ứng dụng từ giữa thập niên 70 của thế kỷ
trước, bắt đầu ở Thụy Điển, Phần Lan. Trong thập kỷ 80 và 90, việc ứng dụng
phương pháp này đã tăng với một tốc độ lớn trong cả các nước Bắc Âu và Nhật Bản.
Ở Nhật Bản, công nghệ trộn khô đã được Viện nghiên cứu kỹ thuật xây dựng
của Bộ Xây dựng Nhật Bản phát triển và ứng dụng vào năm 1980. Đến nay đã có
2.500 dự án đã được hồn thành với tổng số thể tích ximăng đất được sản xuất vượt

quá 15 triệu m3.
Công nghệ này sử dụng cần khoan có gắn các cánh cắt đất để trộn hỗn hợp khơ
như ximăng, chúng cắt đất sau đó trộn đất với ximăng bơm theo trục khoan.
Việc hoạt động của các cần khoan làm cho ximăng trộn lẫn với đất. Theo từng
loại đất mà hàm lượng ximăng có thể được điều chỉnh cho thích hợp. DJM sử dụng
hệ thống giám sát tự động chất lượng cao mà cung cấp các số liệu chính xác và liên
tục về chiều sâu trộn đất, độ sâu đóng trụ và tốc độ rút cần cũng như tốc độ xoay của
cần khoan.
* Ưu điểm của công nghệ trộn khô:
- Sử dụng thiết bị thi công đơn giản;
- DJM khơng cần nước trong q trình tạo vữa dung dịch. Hoạt động khơng có
nước sẽ làm cơng trường sạch sẽ, giảm thiểu khối lượng phá hoại công trường;
- Cơng nghệ này cịn sử dụng một hệ thống khép kín để vận chuyển và bơm
ximăng vào đất. Do đó chỉ có một lượng nhỏ được thải ra khơng khí. Q trình hoạt
động an tồn và tạo ra ít rung động cũng như tiếng ồn;


9

- Máy trộn được sử dụng có tính cơ động cao và có thể dẽ dàng di chuyển đến
vị trí trộn đất tiếp theo trên công trường. Hệ thống ống dẫn vật liệu tự động nên tiết
kiệm nhân công.
- Hàm lượng ximăng sử dụng ít hơn cơng nghệ trộn ướt;
- Quy trình kiểm sốt chất lượng đơn giản hơn cơng nghệ trộn ướt.
* Nhược điểm của công nghệ trộn khô:
- Do cắt đất bằng các cánh cắt nên gặp hạn chế trong đất có lẫn rác, đất sét,
cuội đá hoặc khi cần xuyên qua các lớp đất cứng;
- Không thi công được nếu xử lý ngập trong nước;
- Chiều sâu xử lý khoản 15÷20m. [6]

Hình 1.2 Máy trộn khơ dưới sâu

Hình 1.3 Cánh trộn theo phương pháp trộn khơ (SGF 2000)
Công nghệ trộn ướt Jet Grouting
Công nghệ Jet Grouting (Khoan phụt vữa cao áp–KPVCA) được phát minh ở
Nhật Bản năm 1970. Sau đó các cơng ty của Ý, Đức đã mua lại phát minh trên và
đến nay nhiều công ty xử lý nền móng hàng đầu thế giới như Cơng ty Layne
Christensen (Mỹ), Bauer (Đức), Keller đều có sử dụng công nghệ này. Đến nay công


10

nghệ này đã được thừa nhận rộng khắp, được kiểm nghiệm và đưa vào tiêu chuẩn ở
các nước phát triển trên thế giới.
Khoan phụt vữa cao áp là quá trình bêtơng hóa đất. Nhờ có tia nước và tia vữa
phun ra với áp suất cao (200÷400 atm), vận tốc lớn ≥100m/s, các phần tử đất xung
quanh lỗ khoan bị xói tơi ra và hịa trộn với vữa phụt đơng cứng tạo thành một khối
đồng nhất “ximăng-đất”. [14] [12]
* Ưu điểm của công nghệ khoan phụt vữa cao áp.
- Phạm vi áp dụng rộng, thích hợp cho mọi loại đất từ bùn sét đến sỏi cuội;
- Có thể xử lý các lớp đất yếu một cách cục bộ, không ảnh hưởng đến các lớp đất
tốt;
- Có thể xử lý dưới móng hoặc kết cấu hiện có mà khơng ảnh hưởng đến cơng trình;
- Thi cơng được trong nước;
- Mặt bằng thi cơng nhỏ, ít chấn động, ít tiếng ồn, hạn chế tối đa ảnh hưởng đến các
cơng trình lân cận;
- Thiết bị nhỏ gọn, có thể thi cơng trong khơng gian có chiều cao hạn chế, nhiều
chướng ngại vật.
* Nhược điểm của cơng nghệ khoan phụt vữa cao áp.
- Có thể gây ra trương nở và gây ra các chuyển vị quá giới hạn trong lòng đất. Áp

lực siêu cao còn có khả năng gây nên rạn nứt nền đất lân cận và tia vữa có thể lọt
vào các cơng trình ngầm sẵn có như hố ga, tầng hầm lân cận;
- Đối với đất nền chứa nhiều túi bùn hoặc rác hữu cơ thì axít humic trong đất có thể
làm chậm hoặc phá hoại quá trình ninh kết của hỗn hợp ximăng đất.

Hình 1.4 Thiết bị khoan


11

Hình 1.5 Cánh trộn theo phương pháp trộn ướt
1.2 Giải pháp gia cố đất yếu nền đường
Trong thực tế xây dựng, có rất nhiều cơng trình bị lún, sập khi xây dựng trên
nền đất yếu do khơng có những biện pháp xử lý hiệu quả, khơng đánh giá chính xác
được các tính chất cơ lý của nền đất để làm cơ sở và đề ra các giải pháp xử lý nền
móng phù hợp. Đây là một vấn đề hết sức khó khăn, địi hỏi sự kết hợp chặt chẽ
giữa kiến thức khoa học và kinh nghiệm thực tế để giải quyết, giảm được tối đa các
sự cố, hư hỏng của cơng trình khi xây dựng trên nền đất yếu.
1.2.1 Đặc điểm chung của nền đường
Nền đường được giới hạn bởi mặt ta luy nền đường, mặt lề đường, mặt ranh
giới bố trí kết cấu áo đường và cả phạm vi liên quan cần phải áp dụng các giải pháp
xử lý để tăng cường độ và độ ổn định của nền mặt đường (xử lý thay đất, xử lý thoát
nước, bố trí cơng trình chống đỡ và phịng hộ nền đường, xử lý nền đất yếu, xử lý
chống sụt lở v.v…). Trường hợp nền đường đi qua các khu vực đất yếu thì phải có
biện pháp xử lý nền đất yếu, đảm bảo các yêu cầu sau:
1.2.1.1 Ổn định về mặt cường độ chịu lực
Trong khu vực tác dụng của nền đường (za), nội lực do tải trọng tính tốn gây
ra không vượt quá nội lực cho phép của vật liệu nền đường và phải thỏa mãn điều
kiện ổn định tổng thể, ổn định với nước. Chiều sâu khu vực tác dụng được xác định
từ điều kiện ứng suất do tải trọng hoạt tải lớn hơn 1/10 ứng suất do tải trọng bản

thân nền đất và áo đường tại độ sâu đó, đối với đường ơ tơ za=1,5m.