TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ 2008
NGHIÊN CỨU CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN GIA CỐ NỀN
ĐẤT YẾU DƯỚI NỀN ĐƯỜNG BẰNG CỘT ĐẤT TRỘN XI MĂNG
STUDY ON THE CALCULATION METHODS OF EMBANKMENT
ON THE SOFT GROUND REINFORCED BY DEEP MIXING
COLUMNS
Lê Bá Vinh
Nguyễn Thò Thúy Hằng
TÓM TẮT
Công nghệ cột đất trộn xi măng là giải pháp gia cố nền đất yếu vốn
đã được ứng dụng ở nhiều nước trên thế giới và cũng đã được ứng
dụng nhiều ở Việt Nam trong thời gian gần đây. Trong bài viết này
các tác giả phân tích và đánh giá các quan điểm tính toán thiết kế
theo các qui trình của Nhật Bản, Thụy Điển, Trung Quốc. Qua phân
tích các kết quả lý thuyết và thực nghiệm tại dự án sân bay Cần Thơ
nhằm tổng kết các vấn đề trong việc áp dụng công nghệ cột đất trộn
xi măng ở khu vực Đồng bằng sông Cửu Long. Từ đó rút ra các nhận
xét, kết luận về phương pháp tính tốnn gia cố nền đất yếu bằng giải
pháp cột đất trộn xi măng.
ABSTRACT
Deep mixing method has been widely applied in Vietnam, and several
countries in the world. In this paper the authors analyzed the
calculation methods of Japan, China, and Sweden in the conditions of
Cantho Airport Project. By means of theoretical and practical
examinations, the authors obtained the remarks, and conclusions of
the suitable calculation methods of deep mixing method.
I. ĐẶT VẤN ĐỀ
Ở Việt Nam, từ đầu những năm 80 đã dùng kỹ thuật của hãng
Linden-Alimak (Thụy Điển) làm cọc đất – xi măng/vôi đường
kính 40cm, sâu 10m cho công trình nhà 3-4 tầng. Trong khoảng
thời gian gần đây giải pháp này đã được ứng dụng nhiều trở lại

+ 3σ
h
) (1)
Trong đó: A
col
: Diện tích mặt cắt ngang cột.
C
col
: Độ bền chống cắt không thoát nước của cột.
σ
h
: Tổng áp lực ngang tác dụng lên cột tại mặt tới hạn.
σ
h
= σ
v
+ 5C
u.soil
(2)
σ
v
: Tổng áp lực chất tải thẳng đứng do trọng lượng bản thân cột và do tải
trọng công trình.
C
usoil
: Độ bền chống cắt không thoát nước của đất sét không gia cố xung quanh.
II.1.2. Khả năng chòu tải theo đất nền
Khả năng này tùy thuộc vào sức chống của đất dưới đáy cột và ma sát
của đất lên thân cột. Khả năng chòu tải giới hạn ngắn hạn của cột đơn được
xác đònh theo công thức sau:

Q
ult,group
= 2C
usoil
H[B+L]+(6-9)C
usoil
BL (5)
Trong đó: B, L: chiều rộng của nền đường và chiều dài của cột
(Hệ số 6 khi móng chữ nhật và 9 khi móng hình vuông, tròn)
Khả năng chòu tải cực hạn của nhóm cột khi phá hoại cục bộ được xác đònh
theo biểu thức sau:
Hình 3: Dạng phá cục bộ của nhóm cột
q
ult
= 5.5 C
tb
(1+0.2(b/l)) (6)
II.3. Tính toán độ lún của nền gia cố
Có hai trường hợp:
Trường hợp A: Tải trọng tác dụng tương đối nhỏ và cọc chưa bò
rão.
Trường hợp B: Tải trọng tương đối cao và tải trọng dọc trục ứng với
giới hạn rão của cọc.
Trong trường hợp A, độ lún của nền đất là:
S = ∆h
1
+ ∆h
2
(7)
213 VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM

∑
−+
∆
=∆
soilcol
1
E)a1(aE
q.h
h
(8)
Trong đó: a: Diện tích tương đối của cột đất-xi măng.
E
col
và E
soil
lần lượt là mô đuyn biến dạng của cột đất-xi măng, và
của đất.
Độ lún ∆h
2
dưới đáy cột đất tính theo phương pháp cộng lớp phân tố.
Với cách tính nêu trên thì không xét đến ứng suất phụ thêm do trọng
lượng bản thân của cột đất-xi măng.
III. TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH VÀ BIẾN DẠNG CỦA NỀN ĐẤT GIA CỐ
THEO QUI TRÌNH THƯNG HẢI, TRUNG QUỐC (2)
III.1. Khả năng chòu tải của cột đơn
Khả năng chòu tải cho phép của cột đất trộn xi măng được xác đònh
theo thí nghiệm tuy nhiên có thể ước tính theo công thức sau và lấy trò số nhỏ
hơn:
pcua
A.f.P η=

q
p
: Khả năng chòu tải của móng đất thiên nhiên tại mũi cột.
α: Hệ số triết giảm khả năng chòu tải của móng đất thiên nhiên ở mũi
cột, thể lấy =0,4-0, 6.
III.2. Khả năng chòu tải cho phép của khối móng tổ hợp
s
p
a
sp
f)m1.(
A
P.m
F −β+=
(11)
Trong đó:
m: Tỷ diện tích thay thế.
f
s
: Khả năng chòu tải của đất giữa các cột.
β: Hệ số triết giảm khả năng chòu tải của đất giữa các cột, thể lấy = 0,4-0, 6.
III.3. Tính toán độ lún của nền gia cố
Độ lún của móng khối quy ước bao gồm độ lún của khối thân cột và
tổng độ lún của lớp đất yếu không gia cố dưới mũi cột:
Độ lún của khối thân cột được tính theo công thức sau:
sp
ozo
1
E.2
l).pp(

E
s
: Môđuyn co nén của đất xung quanh cột.
215 VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM
TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ 2008
Nhận xét: cách tính như trên có khác so với cách tính theo qui trình của
Thụy Điển hay Nhật Bản khi có xét tới ứng suất phụ thêm do trọng lượng bản
thân của cột đất trộn xi măng.
Độ lún của đất sét không ổn đònh phía dưới mũi cột:
Xem khối gia cố ở phía trên như một móng khối quy ước, độ lún S
2
của
đất yếu phía dưới khối gia cố được tính theo phương pháp phân tầng cộng lún.
IV. TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH VÀ BIẾN DẠNG CỦA NỀN ĐẤT GIA CỐ
THEO QUI TRÌNH NHẬT BẢN (3)
IV.1. Khả năng chòu tải của cột đơn
Khả năng chòu nén của cột đất xi măng cần được kiểm tra theo điều kiện
sau:
P=∆P*A < P
a
(15)
Trong đó:
P: Tải trọng của nền đắp do một cột đỡ
(kN).
∆p: Tổng tải trọng phân bố của nền đắp
(kN/m
2
).
A: Diện tích nền đất do một cột đỡ(m
2

∑
τ+=
(18)
Trong đó:
R
u
: Sức chòu tải cực hạn của cọc gia cố.
R
up
: Sức chòu tải mũi cực hạn của cọc gia cố.
τ
di
: Ma sát thành cực hạn của cọc gia cố.
h
i
: Chiều dày phân tố.
L: Chu vi cọc gia co.á
VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM 216
Hình 5: Nền đất gia cố
cột đất xi măng
TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ 2008
Sức chòu tải mũi phụ thuộc vào loại đất.

Đất rời:
Ppu
A.N.75R =
(19)
Trong đó:
N
: Số SPT trung bình 1d trên và 1d dưới mũi cọc

IV.3. Tính toán độ lún của nền gia cố
Độ lún tổng cộng: S = ∆h
1
+ ∆h
2

∆h
1
: Độ lún trong phần đất được gia cố.

∆h
2
: Độ lún của lớp đất yếu nằm dưới cột đất - xi măng.
Độ lún
∆
h
1
Độ lún của nền đất có thể tính theo công thức sau:
n1
Sh ⋅β=∆
(24)
)1n(a1
1
p
−+
=β
(25)
Trong đó:
a
p

V.1. Giới thiệu về công trình
V.1.1. Số liệu đòa chất công trình
Theo kết quả khảo sát đòa chất công trình phục vụ cho công tác thiết kế
kỹ thuật thi công công trình “Cải tạo, nâng cấp, mở rộng đường HCC, đường
lăn, sân đỗ máy bay CHK Cần Thơ” cho thấy đòa tầng khu vực được cấu tạo
theo thứ tự từ trên xuống dưới được phân thành các lớp như sau:
- Lớp 1: Lớp sét màu xám, xám ghi, trạng thái dẻo mềm. Lớp này chỉ xuất
hiện tại khu vực đường HCC hiện hữu và nằm bên dưới lớp cát hạt mòn,
màu xám vàng, xám xanh. Lớp này có chiều dày trung bình khoảng 1,42m.
- Lớp 2: Lớp bùn sét màu xám xanh, lẫn mùn hữu cơ, trạng thái chảy. Lớp 2
xuất hiện rộng khắp khu vực khảo sát, tại khu vực dự kiến làm sân đỗ máy
bay. Tại khu vực đường HCC, lớp này nằm bên dưới lớp sét màu xám
xanh, xám ghi trạng thái dẻo mềm (lớp 1). Tại khu vực dự kiến xây dựng
đường lăn mới, lớp 2 xuất hiện ngay phía dưới lớp đất màu trên mặt. Lớp 2
có bề dày trung bình là 11,8m.
- Lớp 3: Bùn sét pha màu xám, xám xanh, xám ghi, lẫn mùn hữu cơ, trạng
thái chảy. Lớp 3 có bề dày trung bình 14,85m.
- Lớp 4: Sét màu nâu, xám nâu, lẫn ít hữu cơ, trạng thái dẻo chảy. Lớp 4
xuất hiện tại 2 hố khoan sâu 40m (Xuất hiện ở độ sâu 28,4m ở hố khoan
K13 và 29,0m ở hố khoan K15), nằm ngay phía dưới lớp đất bùn sét pha
màu xám, xám xanh, xám ghi, lẫn mùn hữu cơ, trạng thái chảy. Tại độ sâu
40m chưa khoan qua bề dày lớp sét này.
Bảng 1: Các chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất nền
Chỉ tiêu Đơn vò Lớp
1 2 3 4
VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM 218
TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ 2008
Khối lượng riêng hạt g/cm
3
2,71 2,65 2,65 2,69

Q
NB
a
(Tấn)
Q
NT
a
(Tấn)
Ghi chú
Cụm 1 5,95 7,24 7,49
4,28
Cụm 2 5,44 6,77 7,10 4,23
219 VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM
TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ 2008
Cụm 3 5,44 6,75 6,91
4,11
Cụm 4 5,20 6,51 6,60
4,09
Cụm 5 5,25 6,58 6,84
4,16
Trong đó: Q
TĐ
a
: Sức chòu tải cho phép của cột đất - xi măng, tính theo
qui trình Thụy Điển.
Q
TH
a
: Sức chòu tải cho phép của cột đất - xi măng, tính theo qui trình
Thượng Hải, Trung Quốc.

Độ lún tổng cộng tính theo quy trình Thụy Điển S = 10,05cm.

Độ lún tổng cộng tính theo quy trình Thượng Hải-Trung Quốc S =
10,89cm.

Độ lún tổng cộng tính theo quy trình Nhật Bản S = 10,05cm.
VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM 220
TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ 2008

Công thức tính lún của Thụy Điển và Nhật Bản hoàn toàn tương
đương.

Công thức tính lún theo Thượng Hải-Trung Quốc cho kết quả lớn
hơn là do có xét đến ứng suất phụ thêm do trọng lượng bản thân của
cột đất - xi măng.
Nhìn chung, công thức tính lún của ba quy trình đưa ra đều giống nhau,
kết quả tính toán theo các quy trình có sự chênh lệch không lớn. Do đó, khi
tính toán lún, chúng ta có thể tham khảo cả ba công thức trên và để thiên về
an toàn, chúng ta có thể sử dụng công thức của Thượng Hải-Trung Quốc.
VI. CÁC NHẬN XÉT, KẾT LUẬN
Qua việc nghiên cứu các quan điểm tính toán theo tiêu chuẩn của Thụy
Điển, Nhật Bản và Thượng Hải – Trung Quốc cho phép rút ra các kiến nghò
như sau:

Việc tiến hành thí nghiệm nén tónh dọc trục ngoài hiện trường để xác
đònh sức chòu tải cho phép đối với các công trình sử dụng giải pháp
cột đất trộn xi măng là hợp lý.

Đối với cột đất gia cố xi măng, sức chòu tải cho phép theo nén tónh
lấy bằng tải trọng tương ứng với s/d = 0,01.