Luận án Thạc sỹ KHKT Trang 1
°°°
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG CỘT ĐẤT
TRỘN XI MĂNG Ở KHU VỰC PHÍA NAM

1.1. CÁC ĐẶC TRƯNG CỦA NỀN ĐẤT YẾU
Đất yếu có thể được đònh nghóa là những loại đất không có khả năng tiếp
nhận tải trọng công trình nếu không có các biện pháp gia cố xử lý thích hợp. Xét
về nguồn gốc thì đất yếu có thể được tạo thành trong lục đòa, vũng vònh hoặc
biển.
Đất yếu theo các nhà nghiên cứu có các đặc trưng cơ lý như sau:
- Khả năng chòu tải : 0.5kG/cm
2
÷ 1kG/cm
2

- Mô đun tổng biến dạng: E
o
≤ 50 kG/cm
2

- Hệ số rỗng : ε > 1
- Hệ số nén tương đối : a
o
> 0,05 ÷ 0,1 cm
2
/kG
- Góc nội ma sát : ϕ = 5 ÷ 10
o


Khu vực I: Khu đất sét có màu xám nâu và xám vàng bao gồm các loại
đất: đất á sét, á sét màu xám nâu có chổ đất mềm yếu nằm gửi bên trên lớp
trầm tích nén chặt.
Khu Vực II: Bao gồm các loại đất yếu thường gọi là đất bùn sét, bùn á sét,
bùn á cát xen kẹp với các lớp á cát.
Khu vực III: Đất nền trong khu vực này bao gồm các dạng sau: cát hạt
mòn, á cát xen kẹp ít bùn cát.
Khu vực IV: Nền đất yếu trong khu vực này thường gặp các loại đất điển
hình là đất than bùn xen kẹp bùn sét, bùn á sét, cát bụi và á cát.
Khu vực V: Trong thực tế xây dựng công trình ở khu vực này thường gặp
các loại đất bao gồm các loại bùn á sét và bùn cát bão hòa nước, than bùn
Holoxen. Chiều dày tầng đất yếu từ 5÷10m, có nơi đạt đến 40÷50m, tầng đất
yếu này nằm trên tầng sét chặt.
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com
Luận án Thạc sỹ KHKT Trang 3
°°°

Hình 1.1: Bản đồ đất yếu khu vực đồng bằng sông Cửu Long

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com
Luận án Thạc sỹ KHKT Trang 4
°°°
1.3. CÁC GIẢI PHÁP GIA CỐ NỀN ĐẤT YẾU DƯỚI NỀN ĐƯỜNG
1.3.1. Giải pháp đệm cát:
Lớp đệm cát là biện pháp để tăng tốc độ cố kết của nền đất yếu dưới nền
đường sau khi đắp, đồng thời tăng cường độ chống cắt của đất yếu. Lớp đệm cát
còn có tác dụng cải tạo sự phân bố ứng suất lên đất yếu.

Hình 1.2: Lớp đệm cát đặt trực tiếp trên đất yếu


PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com
Luận án Thạc sỹ KHKT Trang 6
°°°
§ Giải pháp này không thích hợp cho các loại đất yếu là than bùn và
bùn sét, không thích hợp ở những nơi phải vận chuyển đất từ nơi
khác đến.
§ Không giảm được thời gian lún cố kết và không những không giảm
được độ lún mà còn làm tăng thêm độ lún.
Ä Phạm vi áp dụng:
§ Chiều dày nền đất yếu không lớn lắm.
§ Nền đường có chiều cao đắp trung bình
§ Không hạn chế về quỹ đất để xây dựng công trình
§ Gần nguồn cung cấp đất đắp.
§ Khi độ lún còn lại của công trình ≤ 30cm
1.3.3. Giải pháp lưới cừ tràm ngang
Lưới cừ tràm ngang làm tăng ổn đònh của khối đất đắp trên đất yếu: tăng
sức chống cắt cho lớp đất yếu ở trên mặt tiếp xúc giữa cừ tràm và đất yếu, nơi
làm việc bất lợi nhất của nền đất yếu, tăng lực chống trượt trong trường hợp xảy
ra mặt trượt trụ tròn.

Hình 1.7: Sơ đồ cấu tạo lưới cừ tràm ngang
Ä Ưu điểm:
§ Thi công đơn giản,tận dụng được nguồn vật liệu đòa phương.
Ä

K
huyết điểm:PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com

Luận án Thạc sỹ KHKT Trang 8
°°°
không cho cung trượt cắt ngang qua hàng cừ tràm và đẩy cung trượt xuống sâu
qua chiều dài cừ tràm.

Hình 1.9: Sơ đồ tính toán nền cừ tràm.
Ä Ưu điểm:
§ Thi công đơn giản, tận dụng được nguồn vật liệu đòa phương.
§ Cải thiện đáng kể sức chiụ tải của công trình.
Ä Nhược điểm:
§ Do chiều dài cừ tràm bò hạn chế, khi cung trượt xuống sâu quá
chiều dài
§ cừ tràm thì không thích hợp.
§ Không giảm được thời gian lún và độ lún cố kết của công trình.
Ä Phạm vi áp dụng:
§ Chiều dày nền đất yếu H
đy
≤ 8m
§ Nền đường có chiều cao đắp trung bình ≤ 3.0m.
§ Cừ tràm phải luôn nằm dưới mực nước ngầm.
§ Khi độ lún còn lại của công trình ≤ 30cm.
1.3.6. Giải pháp sử dụng hệ thống giếng cát
Giếng cát có nhiệm vụ chủ yếu là rút ngắn chiều dài đường thấm thoát
nứôc ở vùng nền đất yếu và cải tạo một phần tính chất đất yếu. Hệ thống giếng
cát gồm ba bộ phận chính không thể thiếu là: giếng cát, đệm cát thoát nước và
tải trọng phụ tạm thời tạo gradien trong nền đất yếu ép đẩy nước ra ngoài .
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com
Luận án Thạc sỹ KHKT Trang 9
°°°


đảm bảo được các yêu cầu về độ lún cố kết còn lại theo quy đònh
do giá thành cao.
§ Chiều dày nền đất yếu lớn và bề rộng nền đất yếu vượt quá bề
rộng đáy nền đắp
1.3.7. Giải pháp sử dụng hệ thống bấc thấm:
Khi nền đất yếu có cấu tạo bấc thấm thì nước trong đất sẽ bò đẩy ra ngoài
chủ yếu theo phương ngang vì gradien thấm theo phương ngang (i
r
) lớn gấp 10
lần gradien thấm theo phương đứng (i
v
).
Ngoài ra khi có bấc thấm sẽ rút ngắn được chiều dài đường thấm thoát
nước ra khỏi đất yếu.
Hai tác dụng trên làm tăng các đặc trưng chòu tải (c, ϕ) của nền đất yếu
và là xảy ra lún trước lớn.

Hình 1.11: Các lõi bấc thấm thông dụng
Ä Ưu điểm:
§ Làm giảm thời gian lún cố kết, giảm độ lún trong quá trình sử dụng
công trình. Cải thiện đáng kể sức chòu tải của công trình.
Ä Khuyết điểm:
§ Giá thành cao, thời gian thi công dài (do gia tải phụ), đòi hỏi thiết
bò thi công cao.
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com
Luận án Thạc sỹ KHKT Trang 11
°°°
Ä Phạm vi áp dụng:
§ Vì giá thành cao nên chỉ áp dụng khi các giải pháp khác không đảm
bảo được tiêu chuẩn về độ lún cố kết còn lại theo qui đònh.

Năm 1967, Viện nghiên cứu hải cảng và bến tàu thuộc Bộ giao thông vận
tải Nhật Bản bắt đầu các thí nghiệm trong phòng 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 đòa kỹ thuật Thụy Điển phối hợp với công ty Linden-
Alimark tiến hành những nghiên cứu trong phòng và ngoài 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. p dụng
đầu tiên trong việc cải tạo đất sét yếu tại Chiba với thiết bò 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 nghò 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 1975, phương pháp cột vôi đã được Thụy Điển ứng dụng vào việc
chống đỡ hố đào, ổn đònh nền đường và móng nông gần Stokkholm bởi Linden-
Alimark AB như một đối tác.
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
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com
Luận án Thạc sỹ KHKT Trang 13
°°°
pháp trộn phun khô dưới sâu bằng bột xi măng, bước thử nghiệm đầu tiên hoàn
thành vào cuối năm 1980.

những kinh nghiệm từ những thập niên 1980 và nghiên cứu của Kujuala &
Lahtinen.
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
cọc đất xi măng.
Năm 1995, Chính phủ Thụy Điển thành lập Svensk Djupstabilisering –
Trung tâm nghiên cứu ổn đònh dưới sâu Thụy Điển bao gồm chủ đầu tư, chính
phủ, đối tác, các trường đại học, các nhà tư vấn, các tổ chức nghiên cứu đồng
thời phối hợp với các nhà khoa học tiến hành nghiên cứu lập kế hoạch tạo cơ sở
dữ liệu kinh nghiệm, các tính chất kỹ thuật đất gia cố, mô hình cấu trúc đất gia
cố. Các kết quả được tập hợp lại và xuất bản thành những tập báo cáo.
Năm 1996, hơn 5 triệu mét cọc vôi và vôi xi măng đã được thi công tại
Thụy Điển kể từ năm 1975. Sản phẩm từng năm tại Thụy Điển và Phần Lan lúc
bấy giờ là cùng sản lượng như nhau.
Vào tháng 11 năm 1999 một hội nghò quốc tế về phương pháp trộn khô
được tổ chức tại Stokholm, Thụy Điển.
22
33
60
76
147
174
196
326
658
1183
680
580
638
650

197
159
267
430
385
395
410
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
19851986198719881989199019911992199319941995199619971998199920002001
Năm
Thể tích đất gia cố (1000m3)

Hình 1.13: Đồ thò biểu hiện số liệu khối lượng cọc vôi - xi măng được sử hàng năm tại Nhật
Bản.
Tại Đông Nam Á, cọc đất - vôi/xi măng chưa được thông dụng vì lý do
chủ yếu là các máy móc thi công, chi phí khai thác vôi sống tinh khiết cao.
Nhưng ngược lại, cọc đất - xi măng áp dụng cho các loại đất sét ven biển cố kết
thường, cố kết trước nhẹ và bùn hữu cơ, thường gặp tại một số thành phố lớn như
Bangkok, Manila, Jakata, Hà Nội, TP. Hồ Chí Minh, Cần Thơ sẽ là giải pháp gia
cố hấp dẫn và kinh tế.

dần. Điều này trở nên cực kỳ khó khăn hơn đối với các tỉnh ở phía Nam của Đất
nước khi đang phải xây dựng các công trình giao thông lớn mà đặc biệt là công
trình cầu đường. Ngoài những khó khăn về trữ lượng của nguồn vật liệu, khu vực
Tp. HCM và các tỉnh Đồng bằng Sông Cửu Long còn là khu vực có đòa chất nền
đất yếu. Là nhân tố bất lợi trong việc xây dựng công trình và làm giá thành đầu
tư xây dựng rất lớn.
Trước thực trạng đó chúng ta cũng đã mạnh dạn áp dụng một số giải pháp
như: đệm cát, giếng cát, cọc cát, bấc thấm, vải đòa kỹ thuật, sàn giảm tải BTCT
trên nền cọc BTCT. Mỗi giải pháp đó đều có những ưu điểm riêng và cũng tồn
tại những khuyết điểm điển hình như: khó kiểm soát được biến dạng lún và ổn
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com
Luận án Thạc sỹ KHKT Trang 17
°°°
đònh công trình, thời gian thi công kéo dài hoặc không thể thi công trên diện
rộng, gây ô nhiễm môi trường hoặc có giá thành rất cao.
Để giải quyết những vấn đề trên, giải pháp cột đất gia cố vôi, vôi –
ximăng đã và đang là xu hướng lựa chọn trong các dự án xây dựng.
Tại Việt Nam, công nghệ cọc đất - vôi/xi măng bắt đầu nghiên cứu vào
năm 1980 với ựu giúp đỡ của Viện đòa Kỹ thuật Th Điển (SGI). Đề tài nghiên
cứu được Bộ Xây dựng nghiệm thu vào năm 1985 và đã được áp dụng cho một
số công trình dân dụng và công nghiệp ở Hà Nội và Hải Phòng. Công trình đầu
tiên ở phía Nam do công ty Hercules kết hợp với công ty phát triển kỹ thuật xây
dựng thi công là công trình Tổng kho xăng dầu Hậu Giang tại khu công nghiệp
Trà Nóc, TP Cần Thơ vào đầu năm 2001 với khối lượng khoảng 50.000m dài
cọc.
Và gần đây, công nghệ này đang được áp dụng ở hai công trình lớn như :
Cải tạo, nâng cấp đường hạ cất cánh, đường lăn và sân đỗ máy bay cảng hàng
không Cần Thơ và Dự án đại lộ Đông Tây – Sài Gòn.

Hình 1.15: Thi công thử nghiệm cột đất ximăng ở Sân bay Cần Thơ

1.4.4. Sơ lược về phương pháp thi công:
Nguyên tắc thi công:
Thi công cột ximăng theo phương pháp trộn sâu được chia thành các bước
như sau:
Bước 1: Đònh vò tim cột. Tim cột được đònh vò bằng cọc gỗ hay cọc tre.
Sai số cho phép về vò trí tim cột phụ thuộc vào sơ đồ bố trí các cột. Di chuyển
máy khoan phun đến vò 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
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com
Luận án Thạc sỹ KHKT Trang 20
°°°
thông qua lỗ ở đầu mũi trộn. Tuỳ thuộc vào thiết bò, 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 vôi +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. Hình 1.18: Trình tự các bước thi công cột đất ximăng
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com
Luận án Thạc sỹ KHKT Trang 21
°°°

ta vẫn gặp không ít những khó khăn:
- Việc làm chủ các công nghệ này hầu như do các đối tác nước ngoài thực.
- Vì là 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 toán
thiết kế cột đất ximăng.
- Các công 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.
§ Dự án Đại Lộ Đông Tây Sài Gòn: Do nhà thầu Obayashi thiết kế
theo quy trình Nhật Bản
§ Dự án sây bay Trà Nóc Cần Thơ: sử dụng quy trình của Thụy Điển
và tiêu chuẩn của Thượng Hải Trung Quốc
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com
Luận án Thạc sỹ KHKT Trang 23
°°°
1.5. MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI
Trước những vấn đề đã trình bày ở phần trên thì mục tiêu và phạm vi
nghiên cứu của đề tài tập trung giải quyết những vấn đề như sau:
§ Tổng quan về các giải pháp xử lý nền đường đắp trên đất yếu và
giải pháp gia cố nền đất yếu bằng cột đất trộn xi măng ở khu vực
phía Nam;
§ Nghiên cứu các phương pháp tính toán cột đất trộn ximăng theo
quan điểm của quy trình Thụy Điển, Nhật và Trung Quốc;
§ p dụng các quy trình Thụy Điển, Nhật Bản và Trung Quốc vào
việc tính toán cho công trình: “Cải tạo, nâng cấp đường hạ cất cánh
(HCC), đường lăn và sân đỗ máy bay cảng hàng không Cần Thơ”.
Là công trình có các điều kiện đòa chất đặc trưng cho khu vực phía
Nam;


PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com
Luận án Thạc sỹ KHKT Trang 25
°°°
CHƯƠNG 2
NGHIÊN CỨU CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN
CỘT ĐẤT TRỘN XIMĂNG
2.1. ĐẶT VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
Ở Việt Nam, 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. Tại khu công nghiệp Trà Nóc (Cần Thơ) đã sử dụng loại
cọc này sâu đến 20m bằng hệ thống tự động từ khâu khoan, phun xi măng và
trộn dưới sâu do công ty Hercules (Thụy Điển) thi công với tổng chiều dài cọc
gần 50000m.
Hiện nay số công trình áp dụng giải pháp cột đất trộn ximăng ở Việt Nam
ngày càng nhiều. Tuy nhiên như đã phân tích ở trên, bên cạnh nhưng ưu việt của
giải pháp như:
§ Kinh tế, thi công nhanh;
§ Không có nhiều đất thải;
§ Lượng xi măng khống chế điều chỉnh chính xác;
§ Không có độ lún thứ cấp (nếu làm nền), không gây dao động đến
công trình lân cận;
§ Không ảnh hưởng đến môi trường xung quanh
Bên cạnh đó vẫn còn tồn tại nhiều vấn đề như các tiêu chuẩn ngành, tiêu
chuẩn 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 toán
thiết kế cột đất ximăng.
Do vậy, ở chương này tác giả sẽ đi tìm hiểu cách tính toán cột đất trộn
ximăng theo quan điểm của các quy trình một số nước có thế mạnh và kinh