Nghiên cứu tính toán hợp lý cột đất trộn xi măng để gia cố nền đất yếu

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

PHẠM QUANG KHƠI

NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN HỢP LÝ CỘT ĐẤT TRỘN
XI MĂNG ĐỂ GIA CỐ NỀN ĐẤT YẾU

Chuyên ngành : Địa Kỹ Thuật Xây Dựng
MSHV

: 10090330

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2012


CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướngdẫn

: TS. LÊ BÁ VINH

Cán bộ chấm nhận xét 1 : .....................................................................

Cán bộ chấm nhận xét 2 : .....................................................................

Luận Văn Thạc sĩ được bảo vệ tại
HỘI ĐỒNG CHẤM, BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày 09 tháng…01…năm 2013

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN

TS. LÊ BÁ VINH

PGS.TS VÕ PHÁN

CHỦ TỊCH
HỘI ĐỒNG

PGS.TS VÕ PHÁN


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc
------------------oOo--Tp. HCM, ngày 30 tháng 11 năm 2012

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên: PHẠM QUANG KHƠI

Giới tính : Nam / Nữ

Ngày, tháng, năm sinh : 12/12/1985

Nơi sinh : Lâm đồng

Chuyên ngành : Địa Kỹ Thuật Xây Dựng

MSHV: 10090330

Khoá (Năm trúng tuyển) : 2010
I- TÊN ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU, TÍNH TỐN HỢP LÝ CỘT ĐẤT TRỘN XI MĂNG
ĐỂ GIA CỐ NỀN ĐẤT YẾU
II- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:
Nhiệm vụ: Nghiên cứu tính tốn hợp lý cột đất trộn xi măng để gia cố nền
đất yếu.
Nội dung:
Chương 1 : Nghiên cứu tổng quan.
Chương 2: Các phương pháp lý thuyết xác định độ lún, sự phân bố ứng
suất và ổn định của nền gia cố cột đất trộn xi măng.
Chương 3: Phân tích, tính tốn độ lún của nền gia cố bằng cột đất trộn xi
măng
Chương 4: Phân tích, tính tốn sự phân bố ứng suất và ổn định của nền
gia cố CDM.
Kết luận và kiến nghị.
III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ

: ……/ …. / 2012

IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ

: 30/ 11 / 2012

V- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

: TS. LÊ BÁ VINH

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN

TS. LÊ BÁ VINH

PGS.TS VÕ PHÁN

KHOA QLCN


LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian học tập và nghiên cứu để hồn thành khố học, ngồi nỗ lực
bản thân cịn có sự hướng dẫn, giúp đỡ nhiệt tình của các thầy cơ, đơng nghiệp, bạn
bè và gia đình.
Tơi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS. Lê Bá Vinh, là người đã tận tình
hướng dẫn và hết lịng giúp đỡ tơi trong suốt thời gian hồn thành luận văn.
Tôi xin chân thành tri ân sâu sắc đến các thầy cơ trong bộ mơn Địa Cơ Nền
Móng và các thầy cô đã trực tiếp giảng dạy trong thời gian học tập tại trường.
Tôi cũng xin chân thành cảm ơn sự quan tâm động viên và giúp đỡ của bạn bè
và đồng nghiệp đã tạo điều kiện tốt để tôi hồn thành khố học.
Cuối cùng xin gửi đến Cha Mẹ và gia đình với lịng biết ơn vơ hạn vì đã luôn
động viên cho tôi trong thời gian học tập
Xin chân thành cảm ơn!

Tp. Hồ Chí Minh, ngày 30 tháng 11 năm 2012

Phạm Quang Khôi


TĨM TẮT LUẬN VĂN
Khi xây dựng cơng trình trên nền đất yếu, một trong những giải pháp mà
người thiết kế lựa chọn là xử lý nền đất để tăng sức chịu tải của nền đất, cải thiện một
số tính chất cơ lý của nền đất yếu như giảm hệ số rỗng, giảm tính nén lún, tăng độ
chặt, tăng trị số mô đun biến dạng, tăng cường độ chống cắt… Hiện nay có nhiều
phương pháp xử lý nền đất yếu như dùng đệm cát, đầm chặt lớp mặt, dùng cọc tre,
bấc thấm, cọc cát, bức thấm…Trong đó cơng nghệ xử lý nền đất yếu bằng cột xi
măng đất có nhiều ưu điểm và được sử dụng rộng rãi.
Mục tiêu tổng thể của đề tài này là nghiên cứu tính tốn hợp lý cột đất trộn xi
măng trong nền đất gia cố CDM. Bằng cách phân tích độ lún, sự phân bố ứng suất và
đánh giá ổn định của nền trong các cơng trình thực tế theo các tiêu chuẩn khác nhau
(Thụy Điển, Nhật Bản, Trung Quốc và TCXDVN 385 : 2006…) và bằng phương
pháp phần tử hữu hạn, từ việc so sánh các kết quả tính tốn theo các phương pháp
khác nhau đưa ra những kết luận và đề xuất về giải pháp tính tốn nền gia cố bằng
cột CDM phù hợp với điều kiện ở Việt Nam. Đồng thời nghiên cứu phương pháp
kiểm tra ổn định cho nền đắp theo phương pháp Matsuo trong điều kiện địa chất Việt
Nam khi nền gia cố bằng cột đất trộn xi măng.

ABSTRACT
When constructing on soft ground, one of the solutions that the designer
chooses is treat the soil to increase load capacity of the soil ground and improve
some mechanical properties of soft ground such as reducing the hollow coefficient,
reducing compression deflection, increasing value of deformation module, enhancing
shear resistance... There are many treatment methods for soft ground such as sand
cushion, compacted surface layer, using bamboo stakes, PVD, sand piles, preload....

In which, technology of soft ground treatment by soil mixed cement column has
many advantages and is widely used.


The overall objective of the research subject is reasonably calculated soil
mixed cement column in the CDM reinforced ground. By analyzing the settlement,
stress distribution and assess the stability of the background in the practical work in
different standards (Sweden, Japan, China and TCXDVN 385: 2006) and by finite
element method, from the comparison of calculated results by different methods give
the conclusions and proposed solutions to calculate the CDM reinforced columns in
accordance with the conditions in Vietnam. And research methods for embankment
stability test by the method of Matsuo in the geological conditions of Vietnam when
soil ground reinforced by soil mixed cement column.


TÓM TẮT LÝ LỊCH KHOA HỌC
I. LÝ LỊCH SƠ LƯỢC:
Họ và tên:

Phạm Quang Khôi

Ngày, tháng, năm sinh: 12/12/1985
Quê quán:

Lâm Đồng

Giới tính:

Nam

Nơi sinh:

Lâm Đồng

Dân tộc:

Kinh

Địa chỉ liên lạc: 236/35 Lê Văn Thọ, P. 9, Quận Gò Vấp, Tp. HCM
Điện thoại : 0905. 595 887
E-mail :



II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO
1. Đại học :
Nơi đào tạo : ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM
Hệ đào tạo: Chính quy
Thời gian đào tạo từ năm 2004 đến 2009
Chuyên ngành : Xây dựng DD & CN
2. Thạc sĩ:
Nơi đào tạo : TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM
Khóa (Năm trúng tuyển) : 2010
Chuyên ngành : Địa Kỹ Thuật Xây Dựng
Mã số học viên : 10090330
III. QUÁ TRÌNH CƠNG TÁC CHUN MƠN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP
ĐẠI HỌC:
Từ năm 2009 – 2011 : Công tác tại Trường Đại học Mở Tp.HCM
Từ năm 2011 – nay : Làm việc tại Công ty TNHH XD và TM Lê Quốc Huy.

MỤC LỤC
CHƢƠNG 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN.............................................................. 1
I. Vấn đề nghiên cứu và ứng dụng gia cố nền đất yếu bằng cột đất trộn xi măng
(CDM) trên thế giới và ở Việt Nam: ............................................................................... 1

II.

1.1.

Trên thế giới: ................................................................................................ 1

1.2.

Ở Việt Nam .................................................................................................. 2

Giới thiệu về gia cố nền đất yếu bằng cột đất trộn xi măng (CDM). ....................... 3
2.1 Đặc điểm chung. ................................................................................................. 3
2.2 Các phương pháp bố trí cột đất trộn xi măng. .................................................... 3
2.3 Sơ lược về phương pháp thi công ....................................................................... 5
2.3.1

Phương pháp trộn khô .................................................................................. 6

2.3.2

................................................................................... 7

2.4 Các ứng dụng chính của cột CDM...................................................................... 8
2.5 Ưu khuyết điểm khi xử lý nền đất yếu bằng cột CDM ..................................... 10

2.5.1

Ưu điểm: .................................................................................................... 10

2.5.2

Khuyết điểm: .............................................................................................. 10

III. Phạm vi nghiên cứu của đề tài ................................................................................ 11
3.1 Đặt vấn đề ......................................................................................................... 11
3.2 Mục tiêu nghiên cứu: ........................................................................................ 11
3.3 Phương pháp nghiên cứu. ................................................................................. 11
3.4 Giới hạn của đề tài ............................................................................................ 12
CHƢƠNG 2: CÁC PHƢƠNG PHÁP LÝ THUYẾT XÁC ĐỊNH ĐỘ LÚN, SỰ
PHÂN BỐ ỨNG SUẤT VÀ ỔN ĐỊNH CỦA NỀN GIA CỐ CỘT ĐẤT TRỘN XI
MĂNG .......................................................................................................................... 13
I.

Độ lún: .................................................................................................................... 13
1.1.

Tính tốn theo quy trình Thụy Điển: ......................................................... 13

1.1.1.

Trường hợp A: ........................................................................................... 15

1.1.2.

Trường hợp B ............................................................................................. 16

1.1.3.

Chênh lệch lún ........................................................................................... 17

1.1.4.

Tính tốn độ lún theo thời gian .................................................................. 19

1.2.

Tính tốn theo quy trình Thượng Hải – Trung Quốc ................................. 20

1.3.

Tính tốn theo quy trình Nhật Bản ............................................................ 21


1.4.
II.

Nhận xét các quy trình tính tốn: ............................................................... 22

Sự phân bố tải trọng trong nền gia cố bằng cột đất trộn xi măng. .......................... 23
2.1.

Cơ chế phân bố tải trọng ............................................................................ 23

2.2.

Các phương pháp lý thuyết xác định hệ số phân bố tải trọng. ................... 24

2.2.1.

Tiêu chuẩn Anh BS8006 (1995) ................................................................ 24

2.2.2.

Phương pháp của Terzaghi (1943) ............................................................. 25

2.2.3.

Phương pháp Hewlett và Randolph (1988)............................................... 27

2.2.4.

Phương pháp Low (1994) .......................................................................... 28

2.2.5.

Phương pháp Guido (1987) ........................................................................ 29

2.2.6.

Phương pháp Carlsson: .............................................................................. 29

2.2.7.

Phương pháp Thụy Điển ............................................................................ 29

III. Ổn định của nền khi gia cố bằng cột đất trộn xi măng ........................................... 31
3.1.

Ổn định của nền khi gia cố bằng cột CMD ................................................ 31

3.2.

Phương pháp đánh giá ổn định nền của Matsuo ........................................ 32

CHƢƠNG 3: PHÂN TÍCH, TÍNH TỐN ĐỘ LÚN CỦA NỀN GIA CỐ BẰNG
CỘT ĐẤT TRỘN XI MĂNG. .................................................................................... 34
I.

Tính tốn độ lún của nền gia cố bằng cột đất trộn xi măng cho cơng trình cụ thể. 34
1.1 Giới thiệu về cơng trình .................................................................................... 34
1.2 Số liệu địa chất cơng trình ................................................................................ 36
1.3 Tính tốn độ lún của cơng trình bằng phương pháp giải tích theo các quy
trình tính tốn của Thụy Điển, Trung Quốc và Nhật Bản. ..................................... 39
1.3.1

Theo quy trình của Thụy Điển ................................................................... 39

1.3.2

Theo quy trình của Trung Quốc ................................................................. 44

1.3.3

Theo quy trình của Nhật Bản ..................................................................... 45

1.4 Tính tốn độ lún của cơng trình bằng phương pháp phần tử hữu hạn .............. 48
1.4.1

Theo phân tích phần tử hữu hạn 2 chiều (Plaxis 2D V 8.2)....................... 48

1.4.1.1 Thông số đầu vào: .................................................................................. 48
1.4.1.2 Mơ hình tính tốn ................................................................................... 49
1.4.1.3 Kết quả tính tốn. ................................................................................... 50
1.4.2

Theo phân tích phần tử hữu hạn 3D (Plaxis 3D Foundation V 1.6) .......... 51

1.4.2.1 Thơng số đầu vào: .................................................................................. 51
1.4.2.2 Mơ hình tính tốn ................................................................................... 52
1.4.2.3 Kết quả tính tốn. ................................................................................... 53


1.5 Độ lún của cơng trình theo số liệu quan trắc hiện trường................................. 54
1.5.1

Kết quả quan trắc Settlement Plate ............................................................ 55

1.5.2

Độ lún ổn định của cơng trình theo phương pháp của Asaoka .................. 57

II. Đánh giá ảnh hưởng của sức chống cắt của khối đất xung quanh đến độ lún của
khối gia cố CDM trong quá trình làm việc..................................................................... 60
2.1 Độ lún theo phương pháp giải tích ................................................................... 61
2.2 Độ lún theo phương pháp phần tử hữu hạn ...................................................... 63

CHƢƠNG 4: PHÂN TÍCH, TÍNH TỐN SỰ PHÂN BỐ ỨNG SUẤT VÀ ỔN
ĐỊNH NỀN CỦA NỀN GIA CỐ BẰNG CỘT CDM................................................ 68
I. Tính tốn phân tích sự phân bố ứng suất trong cơng trình thực tế. ............................ 68
1.1 Cơng trình thứ nhất ........................................................................................... 68
1.1.1

Mơ tả về cơng trình .................................................................................... 68

1.1.2

Các thơng số và mơ hình vật liệu ............................................................... 69

1.1.3

Tính tốn sự phân bố ứng suất trong nền theo các phương pháp giải tích 70

1.1.3.1 Tiêu chuẩn Anh BS8006 (1995) ................................................................ 70
1.1.3.2 Phương pháp của Terzaghi (1943) ......................................................... 71
1.1.3.3 Phương pháp Hewlett và Randolph (1988) .......................................... 72
1.1.3.4 Phương pháp Low (1994) ...................................................................... 72
1.1.3.5 Phương pháp Guido (1987) ................................................................... 73
1.1.3.6 Phương pháp Carlsson: .......................................................................... 73
1.1.3.7 Phương pháp Thụy Điển ........................................................................ 73
1.1.4

Theo phân tích phần tử hữu hạn 3D (Plaxis 3D Foundation ) ................... 74

1.1.4.1 Mơ hình tính tốn ................................................................................... 75
1.1.4.2 Kết quả tính tốn .................................................................................... 76
1.2 Cơng trình thứ hai ............................................................................................. 79

1.2.1

Mơ tả về cơng trình .................................................................................... 79

1.2.2

Các thơng số và mơ hình vật liệu ............................................................... 80

1.2.3

Kết quả tính tốn: ....................................................................................... 81

2 Mở rộng nghiên cứu các thông số ảnh hưởng đến sự phân bố ứng suất trong
nền gia cố bằng cột đất trộn xi măng. ..................................................................... 83
2.1

Ảnh hưởng của thông số vật liệu lớp đất đắp ............................................ 83

2.1.1

Ảnh hưởng của mô đun biến dạng lớp đất đắp. ..................................... 83

2.1.2

Ảnh hưởng của góc ma sát trong lớp đất đắp. ....................................... 86


2.1.3

Ảnh hưởng của lực dính lớp đất đắp...................................................... 88

2.1.4

Ảnh hưởng của chiều cao lớp đất đắp.................................................... 89

2.2 Ảnh hưởng thông số vật liệu cột CDM và nền đất yếu. ................................... 92
2.2.1
Ảnh hưởng của Mô đun biến dạng cột CDM và Mô đun biến dạng của
đất yếu xung quanh cột. ....................................................................................... 92
2.2.2

Ảnh hưởng của thông số chiều dài cột CDM ........................................ 94

III. Kiểm tra ổn định của nền gia cố bằng cột đất trộn xi măng. .................................. 96
1. Tính tốn hệ số ổn định theo phương pháp phần tử hữu hạn ........................... 96
1.1.

Thông số địa chất khu vực : ....................................................................... 97

1.2.

Đăc tính cột CDM: ..................................................................................... 97

1.3.

Các trường hợp tính tốn ........................................................................... 98

2. Kiểm tra ổn định nền theo phương pháp của Matsuo ..................................... 100
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ................................................................................... 104
I.

Kết luận ................................................................................................................. 104
1. Độ lún.............................................................................................................. 104
2. Sự phân bố ứng suất ........................................................................................ 104
3. Kiểm tra ổn định nền theo phương pháp biểu đồ của Matsuo ........................ 105

II.

Kiến nghị .............................................................................................................. 106

TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................ 107

DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1 - Bố trí cột trộn khơ: .......................................................................................... 4
Hình 1.2 - Bố trí khối trùng nhau: .................................................................................... 4
Hình 1.3 - Bố trí cột trộn ướt trên mặt đất: ....................................................................... 4
Hình 1.4 - Trình tự thi cơng cột CDM .............................................................................. 6
Hình 1.5 - Thiết bị thi công cột CDM theo phương pháp trộn ướt và trộn khơ ............... 8
Hình 1.6 - Cột CDM sau khi đã thi cơng .......................................................................... 8
Hình 1.7 - Sử dụng cột CDM gia cố nền đường dẫn vào cầu ........................................... 9
Hình 1.8 - Sử dụng cột CDM gia cố nền đê lấn biển........................................................ 9
Hình 2.1 - Mơ hình xác định độ lún cột CDM................................................................ 14
Hình 2.2 - Mơ hình xác định độ lún cột CDM trường hợp B ......................................... 16
-

(Bergado et al, 1996) .................................................. 18


Hình 2.4 - Cơ chế phân bố ứng suất trong nền gia cố bằng cột CDM ........................... 23
Hình 2.5 - Mơ hình vịm dạng rãnh của Terzaghi........................................................... 26

Hình 2.6 - Mơ hình vịm dạng bán cầu Hewlett và Radonlph (1988) ............................ 27
Hình 2.7 - Mơ hình vịm dạng bán cầu trong nền đắp (Low 1994) ................................ 29
-

(Sweroad, 1992) ......... 31

Hình 2.9 - Biểu đồ về mối quan hệ giữa chuyển vị đứng Uy, chuyển vị ngang Ux và hệ
số an tồn của nền đắp FOS ............................................................................................ 33
Hình 3.1 - Mặt cắt xử lí nền cơng trình cảng SP-PSA .................................................... 34
Hình 3.2 - Sơ đồ bố trí cột CDM khu vực bãi container ............................................... 35
Hình 3.3 - Sơ đồ tải trọng khu bãi .................................................................................. 36
Hình 3.4 - Mơ hình tính tốn 2D .................................................................................... 49
Hình 3.5 – Kết quả tính tốn độ lún trong Plaxis 2D ..................................................... 50
Hình 3.6 – Mơ hình tính tốn 3D .................................................................................... 52
Hình 3.7 - Kết quả tính tốn độ lún trong Plaxis 3D Foundation ................................... 53
Hình 3.8 - Mặt bằng bố trí thiết bị quan trắc .................................................................. 54
Hình 3.9 - Kết quả quan trắc lún tại vị trí SP 03 ............................................................ 55
Hình 3.10 - Kết quả quan trắc lún tại vị trí SP 04 .......................................................... 55
Hình 3.11 - Kết quả quan trắc lún tại vị trí SP 06 .......................................................... 56
Hình 3.12- Kết quả quan trắc lún tại vị trí SP 07 ........................................................... 56
Hình 3.13 - Kết quả quan trắc lún tại vị trí SP 08 .......................................................... 57
Hình 3.14 - Độ lún ổn định của nền Sf theo phương pháp của Asaoka .......................... 57
Hình 3.15 - Độ lún ổn định của nền Sf theo phương pháp của Asaoka tại vị trí SP 04.. 58
Hình 3.16 - Mặt cắt ngang nền đường giả thiết .............................................................. 61
Hình 3.17 - Mơ hình tính tốn nền đường ...................................................................... 63
Hình 3.18 - Biểu đồ đường cong lún đối với trường hợp bùn sét tt chảy ....................... 64
Hình 3.19 - Biểu đồ đường cong lún đối với bùn sét lẫn hữu cơ .................................. 64
Hình 3.20 - Biểu đồ đường cong lún đối sét xám tt chảy dẻo ........................................ 65
Hình 3.21 - Biểu đồ đường cong lún đối sét xám tt dẻo mềm ........................................ 66
Hình 4.1 - Mơ hình phân tích nền gia cố CDM .............................................................. 69

Hình 4.2 - Mơ hình tính tốn 3D -CT1 ........................................................................... 75
Hình 4.3 - Kết quả tính tốn phân bố ứng suất theo phân tích Plaxis 3D Foundation CT1
......................................................................................................................................... 77
Hình 4.4 - Mơ hình phân tích nền gia cố CDM- CT2 .................................................... 79
Hình 4.5 - Biểu đồ kết quả tính tốn hệ số SRR theo các phương pháp-CT1 ................ 81
Hình 4.6 - Biểu đồ kết quả tính tốn hệ số SRR theo các phương pháp-CT2 ................ 82


Hình 4.7 - Kết quả tính tốn hệ số SRR theo các trường hợp ........................................ 84
Hình 4.8 - Kết quả tính độ lún theo các trường hợp Mơ đun biến dạng lớp đất đắp. ..... 85
Hình 4.9 - Kết quả tương quan giữa hệ số giảm ứng suất SRR và độ lún theo các trường
hợp Mô đun biến dạng lớp đất đắp. ................................................................................ 85
Hình 4.10 - Kết quả tính tốn hệ số SRR theo các trường hợp ...................................... 86
Hình 4.11 - Kết quả tính độ lún theo các trường hợp góc nội ma sát lớp đất đắp. ......... 87
Hình 4.12 - Kết quả tương quan giữa hệ số giảm ứng suất SRR và độ lún theo các
trường hợp góc nội ma sát lớp đất đắp. .......................................................................... 87
Hình 4.13 - Kết quả tính tốn hệ số SRR theo các trường hợp lực dính lớp đất đắp. .... 88
Hình 4.14 - Kết quả tính độ lún theo các trường hợp lực dính lớp đất đắp. ................... 89
Hình 4.15 - Kết quả tương quan giữa hệ số giảm ứng suất SRR và độ lún theo các
trường hợp lực dính lớp đất đắp. .................................................................................... 89
Hình 4.16 - Kết quả tính tốn hệ số SRR theo các trường hợp chiều cao lớp đất đắp. .. 90
Hình 4.17 - Kết quả tính tốn hệ số SRR theo các trường hợp mô đun biến dạng của cột
CDM và nền đất yếu xung quanh cột. ............................................................................ 93
Hình 4.18 - Kết quả tính tốn hệ số SRR theo PP của Thụy Điển và PP Phần tử hữu hạn
các các trường hợp

Ecol

Esoil ............................................................................................ 94

Hình 4.19 - Kết quả tính tốn hệ số SRR theo các trường hợp chiều dài cột. ................ 95
Hình 4.20 - Các trường hợp tính tốn ổn định ................................................................ 99
Hình 4.21 - Đối chiếu kết quả tính toán với biểu đồ của Matsuo ................................. 102

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 3.1- Bảng tổng hợp thông số địa chất của đất nền ................................................ 38
Bả

-

ộ lớp đất tại các hố khoan ................................................... 40

Bảng 3.3 - Kết quả tính tốn độ lún S1 của khối gia cố CDM có xét đến ảnh hưởng của
độ giảm áp lực gây lún theo chiều sâu xử lý nền............................................................ 46
Bảng 3.4 - Thông số đầu vào trong Plaxis 2 D ............................................................... 48
Bảng 3.5 - Thông số đầu vào trong Plaxis 3D Foundation............................................. 51
Bảng 3.6 - Kết quả quan trắc lún tại vị trí SP 04 ............................................................ 58
Bảng 3.7 - Bảng tổng hợp kết quả tính tốn độ lún cơng trình....................................... 59
Bảng 3.8 - Bảng thơng số các lớp đất và cột CDM: ....................................................... 61
Bảng 3.9 - Bảng kết quả độ lún lớp gia cố đối với tt bùn sét tt chảy.............................. 64


Bảng 3.10 - Bảng kết quả độ lún lớp gia cố đối với bùn sét lẫn hữu cơ......................... 65
Bảng 3.11 - Bảng kết quả độ lún lớp gia cố đối với sét xám tt chảy dẻo ....................... 65
Bảng 3.12 - Bảng kết quả độ lún lớp gia cố đối với sét xám tt dẻo mềm....................... 66
Bảng 3.13 - Bảng kết quả tính tốn độ lún theo từng trường hợp đất ............................ 66
Bảng 4.1 - Thơng số và mơ hình vật liệu trong cơng trình thứ nhất............................... 70
Bảng 4.2 - Bảng kết quả tính tốn lực dọc tại đầu cơt CDM – CT1 .............................. 78
Bảng 4.3 - Bảng tổng hợp kết quả tính tốn hệ số SRR ................................................. 79
Bảng 4.4 - Thơng số và mơ hình vật liệu trong cơng trình- CT2 ................................... 80

Bảng 4.5 - Bảng tổng hợp kết quả tính tốn hệ số SRR theo các phương pháp- CT2: .. 81
Bảng 4.6 - Bảng kết quả tính tốn hệ số SRR cho các trường hợp Mô đun biến dạng lớp
đất đắp. ............................................................................................................................ 84
Bảng 4.7 - Bảng kết quả tính toán hệ số SRR cho các trường hợp ................................ 86
Bảng 4.8 - Bảng kết quả tính tốn hệ số SRR cho các trường hợp ................................ 88
Bảng 4.9 - Bảng kết quả tính tốn hệ số SRR cho các trường hợp ............................... 90
Bảng 4.10 - Bảng kết quả tính tốn hệ số SRR cho các trường hợp .............................. 93
Bảng 4.11 - Bảng kết quả tính tốn hệ số SRR cho các trường hợp .............................. 94
Bảng 4.12 - Thông số địa chất khu vực Sân bay Cần Thơ ............................................. 97
Bảng 4.13 - Bảng hệ số ổn định nền với các trường hợp tải .......................................... 99
Bảng 4.14 - Bảng hệ số ổn định nền và chuyển vị với các trường hợp tải ................... 100
Bảng 4.15 - Thông số địa chất khu vực Quận 6, Thành phố Hồ Chí Minh .................. 101
Bảng 4.16 - Bảng hệ số ổn định nền và chuyển vị với các trường hợp tải ................... 101


CHƢƠNG 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN
I. Vấn đề nghiên cứu và ứng dụng gia cố nền đất yếu bằng cột đất trộn xi
măng (CDM) trên thế giới và ở Việt Nam:
1.1.

Trên thế giới:

Cột đất gia cố xi măng do nước Mỹ nghiên cứu đầu tiên thành công sau Đại chiến
thế giới thứ 2, năm 1954, gọi là “Mixed - In - Place Pile” (gọi tắt là phương pháp MIP),
khi đó dùng cột có đường kính từ 0.3 – 0.4 m, dài 10 -12 m. Nhưng cho đến 1996 cột đất
gia cố với mục đích thương mại mới được sử dụng với số lượng lớn.
Sự phát triển của công nghệ trộn sâu bắt đầu từ Thụy Điển và Nhật Bản từ những
năm 1960. Trộn khô dùng vôi hạt (vôi sống) làm chất gia cố đã được đưa vào thực tế ở
Nhật vào giữa những năm 1970. Cũng khoảng thời gian đó trộn khô ở Thụy Điển dùng
vôi bột trộn vào để cải tạo các đặc tính lún của đất sét dẻo mềm, mềm yếu. Trộn ướt dùng

vữa xi măng làm chất gia cố cũng được áp dụng trong thực tế ở Nhật từ giữa những năm
1970.
Vào tháng 5 năm 1996 Hội nghị Quốc tế về phương pháp trộn dưới sâu được tổ
chức tại Nhật Bản và vào tháng 11 năm 1999 Hội nghị Quốc tế về phương pháp trộn phun
khô được tổ chức tại Stockkholm, Thụy Điển.
Năm 1954, Công ty Intrusion Prepakt (Mỹ) phát triển kỹ thuật cột trộn tại chỗ
(Mix in place), kỹ thuật này ứng dụng vào xây dựng tại một vài nơi ở Mỹ.
Năm 1967, Viện nghiên cứu hải cảng và bến tàu thuộc Bộ giao thông vận tải Nhật
Bản bắt đầu các thí nghiệm trong phịng sử dụng vôi cục hoặc vôi bột để xử lý đất biển
bằng phương pháp trộn vôi dưới sâu. Công việc nghiên cứu bởi Okumura, Terashi và
những người khác suốt những năm đầu của thập niên 70. Cũng vào năm 1967 Viện Địa
Kỹ Thuật Thụy Điển phối hợp với công ty Linden-Alimark tiến hành những nghiên cứu
trong phịng và ngồi hiện trường về việc xử lý nền đất sét yếu bằng phương pháp cọc
vôi. Nghiên cứu này kéo theo những phát hiện bởi Paus về việc thi công cọc vôi lỏng tại
Mỹ.
Năm 1974, Viện nghiên cứu hải cảng và bến tàu báo cáo phương pháp trộn vôi
dưới sâu đã được bắt đầu ứng dụng toàn diện tại Nhật Bản. Áp dụng đầu tiên trong việc
cải tạo đất sét yếu tại Chiba với thiết bị Mark IV được phát triển bởi Fodo Construction
Co, Ltd. Các áp dụng tại những nơi khác trong vùng Đông Nam Á tiếp sau trong cùng
một năm.
Năm 1975, những bài báo về phương pháp trộn dưới sâu của các nhà khoa học
Thụy Điển (Brom , Borman) và Nhật Bản (Okumura , Terashi) được trình bày trong hội

Trang -1-


nghị Bangolore, Ấn Độ. Cả hai quốc gia này đã thảo luận một cách độc lập về đề tài.
Giữa năm 1975 Viện nghiên cứu hải cảng và bến tàu tiếp tục những nghiên cứu của mình
trong những năm 1973-1974 phát triển phương pháp trộn xi măng dưới sâu bằng việc sử
dụng vữa xi măng lỏng và dùng nó lần đầu tiên trong những dự án quy mô lớn cho đất sét

yếu bờ biển.
Năm 1976, Viện nghiên cứu công chánh thuộc Bộ xây dựng Nhật Bản hợp tác với
Viện nghiên cứu máy xây dựng Nhật Bản bắt đầu nghiên cứu phương pháp trộn phun khô
dưới sâu bằng bột xi măng, bước thử nghiệm đầu tiên hoàn thành vào cuối năm 1980.
Năm 1977, Viện địa kỹ thuật Thụy Điển xuất bản sách hướng dẫn thiết kế, thi
công và giám sát cột vôi. Trong năm này tại Nhật Bản lần đầu tiên phương pháp trộn xi
măng dưới sâu áp dụng trên thực tế.
Năm 1980, phương pháp trộn phun khô dưới sâu được sử dụng tại Nhật Bản cho
mục đích kinh tế, phương pháp này sau đó được thay thế bởi phương pháp trộn vôi.
Năm 1986, phương pháp trộn dưới sâu được ứng dụng để gia cố nền đất yếu tại
một số nơi ở Mỹ.
Năm 1990, Nhật Bản đưa ra loại công nghệ thi công trộn dưới sâu mới gọi là
phương pháp RR, khi thi công đầu trộn lên xuống, lắc ngang và quay tròn trộn ngược lên
làm thành cột, một lần làm cọc có thể trộn được thân cột có đường kính tới 2m.
Năm 1993, Hiệp hội DJM (Deep jet mixing - phun trộn khô dưới sâu) của Nhật
Bản xuất bản sách hướng dẫn những thông tin mới nhất thiết kế và thi công cột đất xi
măng.
Vào tháng 11 năm 1999 một hội nghị quốc tế về phương pháp trộn khô được tổ
chức tại Stokholm, Thụy Điển.
1.2.

Ở Việt Nam

Tại Việt Nam, từ năm 2002 đã có một số dự án bắt đầu ứng dụng cột đất trộn xi
măng (CDM) vào xây dựng các cơng trình trên nền đất, cụ thể như: Dự án cảng Ba Ngòi
(Khánh Hòa) đã sử dụng 4000m cột CDM có đường kính 0,6m thi cơng bằng trộn khơ; xử
lý nền cho bồn chứa xăng dầu đường kính 21m, cao 9m ở Cần Thơ. Năm 2004 cột CDM
được sử dụng để gia cố nền móng cho nhà máy nước huyện Vụ Bản (Hà Nam), xử lý
móng cho bồn chứa xăng dầu ở Đình Vũ (Hải Phịng), các dự án trên đều sử dụng công
nghệ trộn khô, độ sâu xử lý trong khoảng 20m. Tháng 5 năm 2004, các nhà thầu Nhật

Bản đã sử dụng Jet - grouting để sửa chữa khuyết tật cho các cọc nhồi của cầu Thanh Trì
(Hà Nội). Năm 2005, một số dự án cũng đã áp dụng cột CDM như: dự án thốt nước khu
đơ thị Đồ Sơn - Hải Phịng, Gia cố nền móng kho khí hố lỏng Cần thơ, dự án sân bay
Cần Thơ, dự án cảng Bạc Liêu….

Trang -2-


Năm 2004, Viện Khoa học Thủy lợi đã tiếp nhận chuyển giao công nghệ khoan
phụt cao áp (Jet-grouting) từ Nhật Bản. Đề tài đã ứng dụng công nghệ và thiết bị này
trong nghiên cứu sức chịu tải của cọc đơn và nhóm cọc, khả năng chịu lực ngang, ảnh
hưởng của hàm lượng xi măng đến tính chất của CDM,... nhằm ứng dụng cọc CDM vào
xử lý đất yếu, chống thấm cho các cơng trình thuỷ lợi. Nhóm đề tài cũng đã sửa chữa
chống thấm cho Cống Trại (Nghệ An), cống D10 (Hà Nam), Cống Rạch C (Long An)...
Gần đây một số cơng trình gia cố nền bằng CDM: Dự án Đại Lộ Đơng Tây tại
thành phố Hồ Chí
–
–
, Dự án đường cao tốc Sài Gòn – Long Thành
Dầu Giây, mội số building như Saigon Times Square, khu cao ốc văn phòng và căn hộ
chung cư cao cấp WASECO,….
II. Giới thiệu về gia cố nền đất yếu bằng cột đất trộn xi măng (CDM).
2.1 Đặc điểm chung.
Cột đất trộn xi măng (CDM): là trụ tròn bằng hỗn hợp đất -xi măng, hay đất- vữa
xi măng được chế tạo bằng cách trộn cơ học xi măng hoặc vữa xi măng với đất tại chỗ
(in-situ), đặc điểm cột CDM:
-

Đường kính cột CDM thơng thường từ 0.5÷1.0m.

-

Chiều sâu trộn lớn nhất từ 16÷33m.

-

Hàm lượng xi măng sử dụng khi gia cố nền đất: 80÷240 kg/m3.

-

Cường độ đất sau gia cố từ 100÷10000 kPa.

-

Tỷ lệ giữa diện tích đất gia cố/diện tích đất khơng gia cố as=0,1 0,3 (tại
Nhật Bản tỷ số này có thể lên đến 0,5)

Phân loại theo chất kết dính (xi măng, vôi, thạch cao, tro bay…) và phương pháp
trộn (khô/ướt, quay/ phun tia, guồng xoắn hoặc lưỡi cắt).
Cũng giống như các phương pháp cải tạo, gia cố nền khác, mục đích của việc gia
cố nền đất yếu bằng cột đất trộn xi măng là cải thiện các đặc trưng của đất, như tăng
cường độ kháng cắt, giảm tính nén lún, bằng cách trộn đất nền với xi măng (vữa xi măng)
để chúng tương tác với đất. Sự đổi mới tốt hơn nhờ trao đổi ion tại bề mặt các hạt sét, gắn
kết các hạt đất và lấp các lỗ rỗng bởi các sản phẩm của phản ứng hóa học.
2.2 Các phƣơng pháp bố trí cột đất trộn xi măng.
Tùy theo mục đích sử dụng mà lựa chọn phương pháp bố trí cột CDM hợp lí. Để
giảm độ lún bố trí cột đều theo lưới tam giác hoặc ô vuông. Để làm tường chắn thường tổ
chức thành dãy, có thể tham khảo một số cách bộ trí sau:

Trang -3-

Hình 1.1 - Bố trí cột trộn khơ:
1: Dải; 2: Nhóm, 3: Lưới tam giác, 4: Lưới vng

Hình 1.2 - Bố trí khối trùng nhau:

Hình 1.3 - Bố trí cột trộn ướt trên mặt đất:
1: kiểu tường; 2: kiểu ô kẻ;
3: kiểu khối, 4: kiểu diện

Trang -4-


2.3 Sơ lƣợc về phƣơng pháp thi công
Thi công cột CDM/cột vôi theo phương pháp trộn sâu được chia thành các bước
như sau:
-

Bước 1: Định vị tim cột. Tim cột được định vị bằng cọc gỗ hay cọc tre. Sai
số cho phép về vị trí tim cột phụ thuộc vào sơ đồ bố trí các cột. Di chuyển
máy khoan phun đến vị trí, đặt tim mũi khoan trùng với ví trí tim cột; điều
chỉnh cân bằng máy, kiểm tra và điều chỉnh độ nghiêng của cần khoan (độ
nghiêng của cột). Kiểm tra và bổ xung chất gia cố vào bình chứa của máy
khoan phun.

-

Bước 2: Khoan phun tạo cột. Vận hành máy cho mũi khoan xoay đi xuống
đất.

-

Bước 3: Khi mũi khoan đạt độ sâu thiết kế thì cho mũi khoan quay ngược
lại và rút mũi khoan lên đồng thời phun chất gia cố vào trong đất bằng khí
nén thơng qua lỗ ở đầu mũi trộn. Tuỳ thuộc vào thiết bị, công nghệ và yêu
cầu cụ thể việc phun chất gia có vào đất có thể thực hiện ở giai đoạn mũi
trộn đi xuống hay đi lên hoặc ở cả hai giai đoạn. Các cánh của mũi trộn sẽ
trộn chất gia cố với đất tại chỗ đã được làm tơi trước đó. Đối với các cột
vơi+xi măng và cột xi măng yêu cầu trộn đồng đều cao hơn so với các cột
vôi. Việc phun chất gia cố vào đất nên dừng lại cách mặt đất thi công
khoảng từ 0,5m đến 1m để tránh ô nhiễm môi trường. Do vậy chất lượng
các phần bên trên của cột trong khoảng này có thể không đồng nhất, điều
này cần được xem xét đến trong thiết kế.

Trang -5-


Hình 1.4 - Trình tự thi cơng cột CDM
Phƣơng pháp trộn khô

2.3.1

).
:
-

.

-

.
.

Trang -6-


-

.

-

.

2.3.2 Phƣơng

).
:
-

.
Xuyên

.

-

.

-

.
.

Trang -7-


Hình 1.5 - Thiết bị thi cơng cột CDM theo phương pháp trộn ướt và trộn khơ

Hình 1.6 - Cột CDM sau khi đã thi cơng
2.4 Các ứng dụng chính của cột CDM
Hiên nay cột CDM ngày càng được ứng dụng rộng rãi trên thế giới và tại Việt
Nam trong nhiều loại cơng trình khác nhau:
-

Gia cố nền đường, nền nhà xưởng, cầu cảng …đặc biệt là khu vực
đường dẫn vào cầu.

-

Giữ ổn định cho mái dốc, ổn định cho đê cao, đê ngăn nước, đập…

-

Sử dụng thay thế cọc BTCT trong móng cọc những cơng trình xây dựng
dân dụng cầu cống…

Trang -8-

-

Giữ ổn định vách hố đào sâu, làm tường hào chống thấm cho đê đập.

-

Giảm ảnh hưởng từ các công trình lân cận.

Hình 1.7 - Sử dụng cột CDM gia cố nền đường dẫn vào cầu

Hình 1.8 - Sử dụng cột CDM gia cố nền đê lấn biển

Trang -9-


2.5 Ƣu khuyết điểm khi xử lý nền đất yếu bằng cột CDM
2.5.1 Ƣu điểm:
-

Chất lượng cao: Quá trình trộn lẫn đều, đồng nhất tạo ra cột đất-ximăng
trong nền đất với hiệu quả rất cao. Dễ dàng san phẳng mặt bằng cơng
trình, làm sạch đầu cột.

-

An tồn khi thi cơng: Ít nguy hiểm trong vận hành, giảm thiểu lao động.

-

Nhanh chóng đem lại thuận lợi về cho cơng trình: Hiệu qủa nhanh, vô
hại cho nền đất, chu kỳ thi công ngắn, đơn giản và tiết kiệm được nhiều
nguyên liệu, thời gian lao động, vận chuyển.

-

Ứng dụng kép: Công nghệ cột đất gia cố ximăng được sử dụng rộng rãi
cho nhiều loại đất: cát, sét có độ dẻo cao, đất nhiều mùn.

-

Khơng gây ơ nhiễm đối với các cơng trình xung quanh: Không gây chấn
động nền đất hay gây tiếng ồn; Quy trình khơng gây chất thải; Khơng
gây ơ nhiễm với nước ngầm hay vùng nước lân cận; Không bị các
trường hợp xâm thực do nước ngầm, muối khống, axít hữu cơ và vô cơ,
nước biển, …

-

Cột đất ximăng không bị phình trướng sau khi thi cơng.

-

Nền đất xung quanh cột không bị chèn, phá lệch gây ảnh hưởng xấu đến
các nhà lân cận.

-

Kết cấu giữa đầu cột và mố, bệ đơn giản, ít tốn kém, chống sự phá vỡ
khi động đất hay gió mạnh.

-

Khơng gây ơ nhiễm đối với mơi trường xung quanh.

-

Giá thành tương đối rẻ.

2.5.2 Khuyết điểm:
Tuy nhiên việc áp dụng giải pháp cột đất trộn xi măng vào Việt Nam hiện nay
cũng cịn gặp nhiều khó khăn:
-

Việc làm chủ cơng nghệ hầu như do nước ngồi thực hiện.

-

Vì là cơng nghệ mới nên tiêu chuẩn Việt Nam hướng dẫn chưa thực sự
hồn chỉnh.

-

Các cơng trình đã thực hiện chủ yếu được thiết kế bằng các quy trình
của nước ngoài như Thụy Điển, Trung quốc và Nhật Bản.

Trang -10-


Phạm vi nghiên cứu của đề tài

III.

3.1 Đặt vấn đề
Đối với nước ta đây là một công nghệ mới nên các tiêu chuẩn ngành, cũng như tiêu
chuẩn của Việt Nam hướng dẫn về công nghệ cột đất trộn ximăng vẫn chưa thực sự hoàn
chỉnh. TCXDVN 385: 2006 "Phương pháp gia cố nền đất yếu bằng trụ đất xi măng" vừa
mới ban hành tháng 12/2006 chưa có hướng dẫn cụ thể về tính tốn thiết kế cột đất
ximăng.
Các cơng trình đã và đang sử dụng giải pháp cột đất trộn ximăng chủ yếu được
thiết kế bằng cách vay mượn quy trình của nước ngoài như Thụy Điển, Nhật Bản, Trung
Quốc…
ộ
ộ
định của nền gia cố

ộ
ất nền xung quanh.

, ổn

3.2 Mục tiêu nghiên cứu:
Mục tiêu tổng thể của đề tài này là nghiên cứu tính tốn hợp lý cột đất trộn xi
măng trong nền đất gia cố CDM. Bằng cách phân tích độ lún, sự phân bố ứng suất và
đánh giá ổn định của nền trong các cơng trình thực tế theo các tiêu chuẩn khác nhau
(Thụy Điển, Nhật Bản, Trung Quốc và TCXDVN 385 : 2006…) và bằng phương pháp
phần tử hữu hạn, từ việc so sánh các kết quả tính tốn theo các phương pháp khác nhau
đưa ra những kết luận và đề xuất về giải pháp tính tốn nền gia cố bằng cột CDM phù
hợp với điều kiện ở Việt Nam.
Từ những kết quả thu được đưa ra những kết luận về các yếu tố ảnh hưởng đến độ

lún và sự phân bố ứng suất và ổn định của nền đất gia cố bằng CDM; kiến nghị về một
phương pháp tính tốn hợp lý nền đất yếu gia cố CDM trong điều kiện địa chất khu vực
phía Nam.
3.3 Phƣơng pháp nghiên cứu.
Trong giới hạn của đề tài này tác giả phân tích tính tốn về độ lún, sự phân bố ứng
suất và ổn định của nền đất yếu gia cố bằng cột đât trộn xi măng cho cơng trình thực tế.
Công tác nghiên cứu tiến hành như sau:
-

Thu thập các số liệu cơng trình thực tế: Số liệu về địa chất, các thông số liên
quan phục vụ cho công tác thiết kế, các số liệu quan trắc hiện trường trong q
trình khai thác.

-

Từ những số liệu cơng trình thực tế thu thập được ta tiến hành tính tốn, xác
định độ lún, sự phân bố ứng suất và ổn định của nền đất gia cố CDM cho công

Trang -11-