ĐỀ CƯƠNG LUẬN VĂN CAO HỌC GVHD: TS. LÊ BÁ VINH
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên: DƯƠNG CHUNG NGUYỆN MSHV: 11094323
Ngày, tháng, năm sinh: 21/04/1985 Nơi sinh: Hậu Giang
Chuyên ngành: Địa Kỹ Thuật Xây Dựng Mã số: 60 58 60
Khóa (năm trúng tuyển): 2011 đợt 2
I. TÊN ĐỀ TÀI:
Nghiên cứu gia cố nền đất yếu dưới công trình kho bằng cọc vật liệu rời
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG LUẬN VĂN:
Nhiệm vụ: Nghiên cứu gia cố nền đất yếu dưới công trình kho bằng cọc vật liệu
rời
Nội dung
Chương 1: Nghiên cứu tổng quan cọc vật liệu rời.
Chương 2: Cơ sở lý thuyết tính toán cọc vật liệu rời gia cố nền đất yếu.
Chương 3: Phân tích các phương pháp tính toán độ lún nền gia cố bằng cọc vật
liệu rời.
Chương 4: Ứng dụng tính toán công trình thực tế tại nhà máy VIFON II.
Kết luận và dự kiến kết quả đạt được.
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: ……/ ……/2012
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: ……/ ……/2012
V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS. LÊ BÁ VINH
HVTH: DƯƠNG CHUNG NGUYỆN MSHV: 11094323
1
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH HOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHŨ NGHĨA VIỆT NAM
Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc

Tp. HCM, ngày ………. tháng…… năm 2012
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NGHIỆM BỘ MÔN

CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN CỌC VẬT LIỆU RỜI GIA CỐ NỀN
ĐẤT YẾU
2.1 Tổng quan tính toán và cơ chế làm việc cọc vật liệu rời
2.1.1 Cơ chế phá hoại cọc đơn (single stone column)
2.1.2 Cơ chế phá hoại của nhóm cọc (stone column group)
2.2 Những quan hệ cơ bản
2.2.1 Đường kính tương đương
2.2.2 Tỷ diện tích thay thế
2.2.4 Tỷ số ứng suất lên cọc và đất nền
2.3 Xác định sức chịu tải cọc vật liệu rời
2.3.1 Khả năng chịu tải cọc đơn
2.3.2 Khả năng chịu tải theo nhóm cọc
2.4 Một số công thức tính toán sức chịu tải cọc vật liệu rời
CHƯƠNG 3
CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ĐỘ LÚN NỀN GIA CỐ BẰNG
CỌC VẬT LIỆU RỜI
3.1 Xác định độ lún theo phương pháp cân bằng
3.2 Xác định độ lún nền sau khi xử lý cọc vật liệu rời theo Priebe
3.3 Xác định độ lún bằng phương pháp Ganular Wall
3.4 Xác định độ lún bằng phương pháp phần tử hữu hạn Plaxis 2D
3.5 Sự tập trung ứng suất lên cọc vật liệu rời
3.5.1 Tính toán sự phân bố ứng suất lên cọc vật liệu rời bằng phương
pháp 3D Foundation
HVTH: DƯƠNG CHUNG NGUYỆN MSHV: 11094323
3
ĐỀ CƯƠNG LUẬN VĂN CAO HỌC GVHD: TS. LÊ BÁ VINH
3.5.2 Yếu tố ảnh hưởng sự phân bố ứng suất lên cọc vật liệu rời và
lên đất nền
3.6 Độ lún ổn định và cố kết theo thời gian
3.7 Phương pháp xác định độ lún ổn định theo Asaoka theo quan trắc

thuật nhằm can thiệp vào môi trường bên trong các lớp đất yếu, tạo nên những biến
đổi quá trình tái cấu trúc thành phần hạt đất khi khai thác sử dụng xây dựng công
trình. Mặt khác, vai trò của việc gia cố cải tạo nền gồm:
- Tăng khả năng chịu tải của nền đất,
- Giảm biến dạng, tăng tốc độ cố kết nền đất, giảm lún lệch,
- Giảm độ nhạy, hóa lỏng,
- Tăng sức chống cắt của đất.
Do đó, ta thấy rằng cải tạo và xử lý đất yếu trở nên thuận lợi hơn nhờ sự
đóng góp của các biện pháp cải tạo từ những thành tựu nghiên cứu. Trong nhiều
phương pháp gia cố đất thì cọc vật liệu rời (Stone Column) đã và đang được ứng
dụng khá phổ biến từ khi có những cơ sở lý thuyết được kiển chứng từ thực nghiệm
đã được nghiên cứu trong nửa thế kỷ qua. Những ứng dụng mạnh mẽ của cọc vật
liệu rời như:
- Tăng khả năng chịu tải nền,
HVTH: DƯƠNG CHUNG NGUYỆN MSHV: 11094323
5
ĐỀ CƯƠNG LUẬN VĂN CAO HỌC GVHD: TS. LÊ BÁ VINH
- Nền móng chống đỡ công trình dân dụng,
- Ổn định trượt, mái dốc, ổn định nền đường công trình giao thông,
- Giảm đặc tính hóa lỏng của cát…
Cọc vật liệu rời cấu tạo gồm đá, sỏi hoặc cát như là một hệ thống thoát nước
theo phương đứng khi được cấm vào trong đất và trở nên khả thi hơn và ngày càng
giữ vai trò chính trong giai đoạn lựa chọn phương án thiết kế và hiệu quả kinh tế
trong xử lý nền móng và tăng khả năng chịu tải của đất yếu.
Với sự phát triển khoa học kỹ thuật công nghệ hiện nay thì việc thi công cọc
vật liệu rời ngày càng trở nên thuận lợi và rút ngắn được thời gian thi công. Trên thế
giới có nhiều phương pháp thi công như: phương pháp thay thế bằng rung động
(Vibro-Replacement Method) hay còn gọi là phương pháp rung ướt (Wet), phương
pháp nén chặt bằng tác động rung (Vibro-Displacement), phương pháp rung khô
(Dry). Tùy vào cấu tạo, thành phần hạt của từng lớp đất mà ta chọn phương pháp thi

độ lún, ổn định và khả năng chịu tải vùng nền khi gia cố bằng cọc vật liệu rời.
Các số liệu qua trắc công trình còn hạn chế nên kết quả nghiên cứu chỉ đại
diện cho khu vực ĐBSCL.
HVTH: DƯƠNG CHUNG NGUYỆN MSHV: 11094323
7
ĐỀ CƯƠNG LUẬN VĂN CAO HỌC GVHD: TS. LÊ BÁ VINH
CHƯƠNG 1
NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN CỌC VẬT LIỆU RỜI
1.1 Tổng quan về cọc vật liệu rời (Stone Column)
Cọc vật liệu rời là một giải pháp gia cố xứ lý nền đất yếu, nó xuất hiện vào
năm 1935 và phát triển mạnh mẽ ở Mỹ, Canada và Châu Âu vào những năm 1950.
Cọc vật liệu rời đóng vai trò quan trọng trong giải quyết những bài toán địa kỹ xây
dựng công trình trên nền đất yếu, là một trong những giải pháp hữu hiệu và kinh tế.
Cọc được cắm vào trong vùng đất yếu bằng phương pháp rung động khác nhau và
được vận dụng linh hoạt cho những vùng đất đất yếu có cường độ kháng cắt nhỏ
phân bố từ 15 kPa đến 50 kPa, nhằm làm tăng khả năng chịu tải của đất nền.
Cọc vật liệu rời có đường kính tứ 0.3m ÷ 1.2m tùy thuộc vào công nghệ và
thiết bị của nhà thầu xây dựng. Khi sử dụng cọc vật liệu rời gia cố nền đất yếu thì
số lượng cọc sẽ thay thế từ 15% ÷ 35% thể tích đất yếu trong nền, sức chịu tải đất
nền tăng từ 50% ÷ 100%, độ lún giảm 3 ÷ 4 lần khi chưa gia cố. Khả năng chịu tải
của cọc từ 20T ÷50T tùy theo chiều dài và đường kính thiết kế của cọc. Khi cọc vật
liệu rời được xem là một phương pháp gia cố, cải tạo đất. Chiều sâu cắm cọc hiệu
quả từ 20÷ 30ft (từ 6÷ 10m). Chúng tạo nên một môi trường đất có sức chịu tải lớn
và xảy ra quá trình tái kết cấu của khung hạt đất, sự phân bố lại ứng suất trong nền,
giảm độ lún, tăng nhanh quá trình cố kết. Cọc vật liệu rời đóng vai trò như một hệ
thống thoát nước của nền đất yếu, làm tăng nhanh quá trình cố kết của đất tại khu
vực xây dựng.
Điều kiện làm việc của cọc phụ thuộc vào cách bố trí cọc trên mặt bằng thi
công. Tuy nhiên có ba hình thức bố trí cọc thường gặp là bố trí dạng tam giác, lục
giác và dạng lưới ô vuông. Mỗi phương án thiết kế mà ta có thể tính toán, ổn định

thành công như: giải quyết các bài toán về ổn định mái dốc cho đường đắp, đê, đập
và cho cả việc gia cố những mái dóc tự nhiên. Đồng thời tăng khả năng chịu tải của
đất nền, giảm độ lún và khả năng hóa lỏng của các loại đất xốp và cát. Việc sử dụng
phương pháp cọc vật liệu rời ở Mỹ cho thấy rằng, khi được xây dựng trên nền cát
yếu hiệu quả hơn trên nền đất dính. Vào năm 1982 ở Mỹ đã có 21 dự án sử dụng
cọc vật liệu rời. Các công trình gia cố bằng công nghệ cọc vật liệu rời:
- Chống đỡ cho nền đường (Embankment fill Support): cho đường cao
tốc và đoạn đất đắp của hai bên mố cầu và được sử dụng tại Hamton, Virginia và
Clarrk Fork, Idoho. Ngoài ra tại Malaysia cọc vật liệu rời được chọn lựa gia cố nền
đường cao tốc có chiều cao 15m, bố trí lưới ô 1.6 x 2.2m, đường kính cọc D = 1 ÷
1.1m, chiều sâu cắm cọc 12 ÷ 15m.
Hình 1.2 :Mặt bằng tổng thề đường cao tốc Malaysia
HVTH: DƯƠNG CHUNG NGUYỆN MSHV: 11094323
10
ĐỀ CƯƠNG LUẬN VĂN CAO HỌC GVHD: TS. LÊ BÁ VINH
Hình 1.3: Biện pháp gia cố cọc vật liệu rời dưới nền đường
- Công trình kết cấu: thư viện bê tông cốt thép 7 tầng, nhà y tế 2 tầng,
nhà kho xưởng, bãi đậu xe, đường cống thoát nước với vai trò như một yếu tố nền
móng. Công trình xưởng đóng tàu Pipavav, Gujarat, India được xây dựng năm 2008
bằng cọc vật liệu rời bố trí lưới ô vuông 2.2 x 2.2m, chiều dài 12m.
Hình 1.4: Xưởng tàu Pipavav, Gujarat, India
- Xi lô, bồn chứa: làm nền móng cho các bể chứa nước, chứa dầu lên
đến 5 triệu gallon. Tại Terminal Singapore các bồn chứa dầu lên đến 16 ÷ 22 triệu
barrel, tổng cộng gồm 15 bồn, bố trí lưới 2.3 x 2.3m, chiều sâu cắm 6 ÷ 12m, xây
dựng 4/2006.
HVTH: DƯƠNG CHUNG NGUYỆN MSHV: 11094323
11
ĐỀ CƯƠNG LUẬN VĂN CAO HỌC GVHD: TS. LÊ BÁ VINH
Hình 1.5: Mặt bằng bố trí 15 bồn chứa dầu tại Terminal Singapore
Hình 1.6 : Bồn dầu đôi có sức chứa mỗi bồn 16000m

3m đến 5m, nặng khoảng 2 tấn. Phần lõi của máy đầm rung là bộ phận quay lệch
tâm bằng điện nhằm tạo ra những dao động ngang cho đầm rung. Dây đầm được
gắn với đầm rung và các ống nối dài để đáp ứng chiều sâu gia cố. Đầm rung được
treo bằng cẩu hoặc máy đặc thù.
- Kỹ thuật đầm rung: máy đầm rung được dùng cho 3 kỹ thuật riêng
biệt khác nhau về cả bản chất gia cố và cơ cấu truyền tải. Kỹ thuật đầm rung sâu
đầm đất rời có thành phần hạt mịn không đáng kể bằng cách sắp xếp lại thành phần
hạt với một trạng thái tốt hơn. Kỹ thuật đầm thay thế sâu tạo một cột chịu lực làm
bằng đá hoặc cuội sỏi trong đất rời có thành phần hạt mịn cao. Giới hạn áp dụng
cho kỹ thuật đầm rung sâu như hình sau:
HVTH: DƯƠNG CHUNG NGUYỆN MSHV: 11094323
14
ĐỀ CƯƠNG LUẬN VĂN CAO HỌC GVHD: TS. LÊ BÁ VINH
Hình 1.9: Biểu đồ chọn lựa phương án đầm rung với cấu tạo lớp đất
Kỹ thuật thứ ba tạo ra những phần tử kết cấu móng (như cọc) trong nền đất
nhằm cho phép nền đất chịu tải trọng lớn hơn và an toàn trên nền đất yếu.
1.3.2 Quá trình đầm rung trong đất rời
Đầm rung trong đất rời bằng rung lệch tâm với tầng số thấp có thể đáp ứng
một cách kinh tế để đạt được sự đầm nén tốt nhất của các hạt đất. Máy đầm rung
thường được treo bằng cẩu. Quá trình xuyên của đầm rung được thực hiện nhờ các
tia nước áp lực phun ra với áp lực biến thiên. Ống áp lực và đầu phun là một phần
trong toàn bộ cấu tạo đầm rung. Qúa trình đầm được thực hiện từ dưới đáy dần lên
trên trong quá trình rút đầm, ta rút lên một đoạn ngắn và đầm ngược lại. Công đầm
phụ thuộc vào loại thiết bị và đất nền.
Dưới tác dụng của lực đầm, các hạt đất trong vùng ảnh hưởng được sắp xếp
lại và chặt hơn.
HVTH: DƯƠNG CHUNG NGUYỆN MSHV: 11094323
15
ĐỀ CƯƠNG LUẬN VĂN CAO HỌC GVHD: TS. LÊ BÁ VINH


rời. Đây là phương pháp được công ty GNK Keller sử dụng rộng khắp Châu Âu.
Đặc biệt biện pháp thi công này phù hợp cho khu vực đất yếu và có mực nước ngầm
cao. Các bước thi công cọc vật liệu rời theo phương pháp rung ướt:
HVTH: DƯƠNG CHUNG NGUYỆN MSHV: 11094323
17
ĐỀ CƯƠNG LUẬN VĂN CAO HỌC GVHD: TS. LÊ BÁ VINH
1 2 3
Hình 1.12: Các bước xây dựng cọc vật liệu rời phương pháp rung ướt
- Bước 1: Đầu dò thâm nhập vào trong nền đất tạo lổ khoan dẫn bằng
tia áp lực nước đến chiều sâu yêu cầu.
- Bước 2: Khi đạt chiều sâu yều cầu vật liệu được nạp vào hố khoan và
được đầm nén kỹ trong từng đoạn cho đến khi đạt chiều cao cột vật liệu rời.
- Bước 3: Xây dựng hoàn thiện cọc vật liệu sau đó rút cần khoan lên và
đầm chặt bề mặt cọc.
1.3.5 Phương pháp Vibro Displacement (Dry Method)
Phương pháp rung khô xuất phát từ nước Đức và ra đời vào những năm đầu
1970 và trở nên hiệu quả trong việc xử lý nền đất yếu, đặc biệt là những nơi có địa
tầng là đất yếu có sức chống cắt không thoát nước S
u
= 40 kPa đến 60 kPa
(Greenwood và Kirsch, 1983). Đây là phương pháp đầm rung tạo cọc vật liệu rời,
cũng như phương pháp rung ướt, phương pháp này chỉ khác là trong quá trình tạo lỗ
khoan cọc vật liệu rời không có sự tham gia của tia nước áp lực phun mà đầu mũi
khoan xuyên vào trong đất bằng phương pháp rung động thủy lực cùng với trọng
lượng bản thân máy đầm. Có hai phương pháp đầm rung khô là “dry – top – feed”
và “dry - bottom - feed”.
Dry- top -Feed: Cọc vật liệu rời xây dựng theo phương pháp này cũng giống
như phương pháp rung ướt, ngoại trừ khí được sử dụng như tia áp lực nước. Thi
công sạch hơn phương pháp ướt không cần bố trí dung dịch nước áp lực. Tuy nhiên
chỉ áp dụng cho loại đất khi khoan tạo lỗ khoan không dùng ống bao chống đỡ lỗ

rơi từ 1m đến 1.5m. Giá thành thi công theo phương pháp này kinh tế hơn phương
pháp rung và lèn chặt, thích hợp những nước đang phát triển. Tuy nhiên, do quá
trình đầm đất nền bị phá hoại sau đó mới phục hối lại nên rất hạn chế cho loại sét
nhạy.
HVTH: DƯƠNG CHUNG NGUYỆN MSHV: 11094323
20
ĐỀ CƯƠNG LUẬN VĂN CAO HỌC GVHD: TS. LÊ BÁ VINH
Hình 1.15: phương pháp khoan có ống bao Abhoshi and Suematsu 1985
1.4 Ưu khuyết điểm sử dụng
1.4.1 Ưu điểm
Kỹ thuật đầm rung sâu cung cấp một phương pháp gia cố nền rất linh hoạt,
do đó có thể điều chỉnh để phù hợp yêu cầu về điều kiện địa chất và nền móng.
Quá trình thi công tương đối nhanh ngay cả với khối lượng lớn đất nền cần
được gia cố. Tiếp sau đó công tác xây dựng kết cấu có thể tiến hành rất nhanh.
HVTH: DƯƠNG CHUNG NGUYỆN MSHV: 11094323
21
ĐỀ CƯƠNG LUẬN VĂN CAO HỌC GVHD: TS. LÊ BÁ VINH
Công tác gia cố nền cho phép nhà thầu sử dụng phương pháp móng nông, do
đó có thể tiết kiệm chi phí xây dựng đáng kể.
Một lợi thế khác là sự thân thiện với mội trường của công nghệ đầm rung sâu
khi chúng ta sử dụng nguồn vật liệu có thể tìm được địa phương. Thêm vào đó chỉ
một lượng đất nhỏ được bóc tách khỏi công trình.
Ngày nay chiều sâu đầm có thể lên đến 50m so với trước kia là 30m.
1.4.2 Khuyết điểm
Hiện nay công nghệ thi công cọc vật liệu rời tại thị trường Việt Nam cũng
gặp nhiều khó khăn:
- Việc làm chủ công nghệ do các công ty nước ngoài thực hiện,
- Đây là công nghệ mới xâm nhập vào thị trường Việt Nam nên chưa có
tiêu chuẩn cụ thể hướng dẫn sử dụng,
- Việc thiết kế thi công theo tiêu chuẩn nước ngoài.

Xét trên một phạm vi chịu tải phủ khắp của một nền đường khi sử dụng cọc
vật liệu rời dùng để gia cố nền móng đường như hình trên. Vaurian thấy rằng vùng
biến dạng của đất và cọc gần bằng nhau bên dưới nền đắp. Khi thi công công trình
đất đắp trên những vùng đất yếu. Đất bên dưới vùng nền và những vùng lân cận bên
ngoài nền đường sẽ chuyển dịch theo phương ngang hình thành một vùng trượt. Ta
gọi là trạng thái tới hạn trượt. Thí nghiệm và phân tích bài toán bằng phương pháp
phần tử hữu hạn cho thấy độ lún sẽ lớn hơn nếu không có biện pháp gia cố.
HVTH: DƯƠNG CHUNG NGUYỆN MSHV: 11094323
24
ĐỀ CƯƠNG LUẬN VĂN CAO HỌC GVHD: TS. LÊ BÁ VINH
Hình 2.3: Cơ chế phá hoại cọc theo điều kiện làm việc theo nhóm cọc
HVTH: DƯƠNG CHUNG NGUYỆN MSHV: 11094323
25

Trích đoạn Yếu tố ảnh hưởng sự phân bố ứng suất lên cọc vật liệu rời và lên đất nền

---