/>ÁP DỤNG GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU
BẰNG PHƯƠNG PHÁP CỌC CÁT ĐẦM CHẶT
(SAND COMPACTION PILE - SCP)
Đây là báo cáo thử nghiệm dùng cọc cát đầm chặt CSP (Compacted Sand Pile) ở 2 đoạn ngắn
trong dự án đường cao tốc Hà Nội-Hải Phòng. Có thể thấy đây là một phương pháp gia cố nền
rất khả thi ở Việt Nam (về thiết bị) nhất là ở miền Bắc (vật liệu cát thuận lợi) nhưng ứng dụng
có vẻ chưa nhiều. Trân trọng giới thiệu với các bạn nội dung bài viết này của tác giả Lê Ngọc
Thanh.
Tóm tắt
Giải pháp xử lý nền đất yếu bằng giếng cát thoát nước nhằm tăng nhanh tốc độ cố kết của nền
đất được áp dụng rất phổ biến ở Việt Nam trong những năm gần đây nhất là trong các dự án xây
dựng công trình giao thông đường bộ. Tuy nhiên, do hạn chế về công nghệ thi công nên chiều
sâu xử lý còn hạn chế, tại nhiều dự án việc xử lý nền đất yếu chưa đạt được các yêu cầu kỹ thuật.
Thực tế thi công xử lý nền đất yếu ở Việt Nam đòi hỏi phải có các giải pháp, công nghệ và thiết
bị thi công đảm bảo được các yêu cầu kỹ thuật đặt ra nhất là giảm lượng lún dư sau khi đưa công
trình vào khai thác, kinh phí hợp lý phù hợp với điều kiện của Việt Nam. Giải pháp xử lý nền đất
yếu bằng cọc cát đầm chặt (Sand Compaction Pile - SCP) với đường kính cọc lên tới 700mm và
độ sâu xử lý đến 40m là giải pháp hợp lý và hiệu quả đối với các dự án giao thông nhất là nền
đường đầu cầu, nền cống chui, hầm chui xây dựng trên các lớp đất yếu có bề dày lớn.
1. MỞ ĐẦU
Ở nước ta, các vùng đồng bằng châu thổ thường có các lớp đất yếu dày, việc xử lý nền đất yếu
trong xây dựng công trình giao thông là nhiệm vụ quan trọng nhằm mục đích giảm thiểu các sự
cố có thể xảy ra đồng thời đảm bảo các tiêu chuẩn kỹ thuật của công trình khi đưa vào khai thác.
Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, trong lĩnh vực xây dựng đường ô tô trên đất yếu ở
nước ta đã áp dụng nhiều phương pháp xử lý nền đất yếu như đào thay đất yếu; sử dụng bấc
thấm hoặc giếng cát; cọc đất gia cố xi măng; sàn giảm tải.
Mỗi biện pháp xử lý đều có ưu nhược điểm riêng và chỉ được áp dụng đối với một số điều kiện
địa chất và thời gian thi công nhất định. Đối với một số dự án có bề dày lớp đất yếu lớn, các
đoạn nền đường có yêu cầu thi công nhanh hoặc những công trình đường dẫn vào hầm chui,
cống chui không có điều kiện để gia tải và thời gian chờ đất cố kết cần có các giải pháp xử lý
khác thích hợp hơn.

Trong một số trường hợp, ngoài một máy rung tại đỉnh của ống thép, còn có thêm một máy rung
theo phương ngang được gắn thêm vào đáy của ống vách thép tạo ra dao động ngang làm cho
cọc cát được nén chặt thêm. Sau khi nhồi cát đầy vào trong ống thép, cửa vào sẽ được đóng lại,
áp suất khí sẽ được tác dụng lên đỉnh cọc cát. Khi ống thép được rút lên từ từ, nắp đậy tại đáy
của ống thép sẽ mở ra và cát được nhồi vào tạo thành cọc cát đầm chặt. Thiết bị rung ngang được
hoạt động suốt quá trình rút ống vách thép.
2.4 CÁC THIẾT BỊ CHÍNH PHỤC VỤ QUÁ TRÌNH THI CÔNG CỌC CÁT ĐẦM
CHẶT.
- Cần trục: Thiết bị chính là một cần trục bánh xích có trọng lượng 310-350 kN
- ống vách:
+ ống vách được làm bằng thép
+ Đường kính của ống vách thép khoảng 400-600 mm.
+ ống vách thép được treo lên nhờ cần trục và một thiết bị dẫn hướng để đóng cọc.
+ ống vách thép được hạ xuống độ sâu thiết kế bằng búa rung.
+ ống vách thường dài hơn chiều dài yêu cầu của cọc cát đầm để có thể rút lên khỏi mặt
đất sau khi đạt đến chiều sâu thiết kế.
+ Toàn bộ ống thép được chống đỡ đất xung quanh trong suốt thời gian thi công.
- Búa rung:
+ Trọng lượng búa rung từ 40-53 kN
+ Búa rung được gắn trực tiếp vào ống vách
+ Thường dùng búa rung có tần số thấp và biên độ cao được dùng, với tần số khoảng
500-600 cpm(vòng/phút) và biên độ trong chế độ không tải là 15-18mm. Biên độ được
xác định là một nửa của chuyển vị đầu cọc.
+ Thường dùng búa rung đóng cọc có các motor khoảng 90-120 kW và tạo ra các lực
không cân bằng từ 400-600 kN.
- Thiết bị thổi khí:
+ Trên ống thép chứa đầy cát, lắp đặt một thiết bị thổi khí có áp lực 3-5kG/cm2 tác dụng
lên đỉnh cọc cát.
+ Để đảm bảo áp lực tác dụng lên đỉnh cọc cát, cần một máy áp lực tạo ra áp suất khí nén
khoảng 7kG/cm2.

sau :
- Đối với bản thân cọc có thể kiểm tra bằng thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn:
+ Với nền đất dính : Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn tại tâm, suốt chiều dài cọc, cự ly 2m/
lần.
Tùy theo yêu cầu thiết kế cụ thể giá trị xuyên SPT phải đạt từ 10 đến 20.
+ Với nền là đất rời : Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn tại tâm, suốt chiều dài cọc, cự ly
2m/lần.
Tùy theo yêu cầu thiết kế cụ thể giá trị xuyên SPT phải đạt từ 15 trở lên.
- Đối với nền đất tổ hợp: Kiểm tra chất lượng bằng thí nghiệm nén tải trọng tĩnh nền tổ
hợp
để xác định mô đuyn tổng biến dạng và các chỉ tiêu cơ lý của đất nền từ đó so sánh với
các giá trị thiết kế.
3. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CỌC CÁT ĐẦM CHẶT
3.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN
Cơ sở lý thuyết tính toán của cọc cát đầm (SCP) được dựa trên các nguyên tắc sau:
- Nén chặt đất và làm tăng sức kháng cắt;
- Thay thế một phần đất yếu bằng cát đầm chặt, nền đất có thêm góc ma sát trong;
- Phân bố lại ứng suất trong đất nền làm giảm ứng suất của tải trọng ngoài lên các lớp đất
yếu;
- Thoát nước cố kết làm tăng sức kháng cắt của đất nền.
3.2 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CỌC CÁT ĐẦM CHẶT CHO ĐẤT RỜI
Việc thi công cọc cát đầm làm cho đất rời được nén chặt thêm, độ rỗng của đất giảm và
cường độ của nền cọc cát đầm được tăng lên.
Do đó cần xác định hệ số rỗng ban đầu e0 và hệ số rỗng của nền đất giảm xuống sau khi
sử dụng biện pháp cọc cát đầm chặt e1. Hệ số rỗng ban đầu có e0 (tương ứng với độ chặt
tương đối là Dr0 và có chỉ số xuyên tiêu chuẩn N0) có thể xác định dựa vào đường kính
có hiệu D60 và hệ số đồng đều Cu của đất ở trạng thái tự nhiên. Hệ số rỗng el được xác
định qua độ chặt tương đối Dr1 hoặc chỉ số xuyên tiêu chuẩn N1. Xác định hiệu quả lấp
đầy của vật liệu cọc qua tỉ số thay thế Fv.
• Tỷ lệ thay thế

• Chiều dày lớp đệm cát thoát nước
Chiều dày lớp đệm cát thoát nước được các tác giả Hàn Quốc đề xuất tính toán theo công
thức:
Để đảm bảo khả năng thoát nước, chiều dày của lớp đệm cát được xác định bằng cách thử
dần theo công thức trên đảm bảo không nhỏ hơn trị số h và 0,5m∆
3.4 CÁC BƯỚC TÍNH TOÁN
Công tác tính toán thiết kế xử lý nền đất yếu bằng phương pháp cọc cát đầm chăt được
thực hiện theo trình tự sau:
3.4.1. Xác định điều kiện của đất nền, lựa chọn các số liệu đầu vào phục vụ tính toán:
Các số liệu đầu vào của đất nền bao gồm các chỉ tiêu sau:
- Địa tầng khu vực xây dựng công trình;
- Khối lượng đơn vị thể tích;
- Cường độ kháng cắt không thoát nước ban đầu;
- Hệ số tăng cường độ sức kháng cắt không thoát nước;
- Điều kiện cố kết trước và các chỉ tiêu cố kết : Hệ số quá cố kết OCR; áp lực tiền cố kết;
Chỉ số nén Cc; Chỉ số nở Cs; Hệ số cố kết.
3.4.2. Xác định áp lực đáy móng:
Chiều cao nền đắp, chiều rộng nền đường, ta luy nền đắp; vật liệu và các thông số về vật
liệu đắp; chiều dày các lớp kết cấu mặt đường, tải trọng giao thông hoặc ứng suất đáy
móng.
3.4.3. Tính toán:
Tính toán độ lún cố kết Sc, tổng độ lún S∞, và hệ số ổn định trượt trong trường hợp nền
đất chưa xử lý Fs. So sánh các kết quả tính toán với các điều kiện yêu cầu của quy trình
22TCN 262 – 2000; Nếu không thoả mãn các yêu cầu của quy trình thì có thể xem xét xử
lý nền đất yếu bằng phương pháp cọc cát đầm chặt.
3.4.4. Thiết kế cọc cát đầm chặt:
Đường kính cọc cát đầm; chiều dài; sơ đồ bố trí và khoảng cách giữa các cọc cát đầm; tỷ
số thay thế diện tích; hệ số tập trung ứng suất…Từ đó có thể tính toán về độ lún, hệ số ổn
định và sức chịu tải của đất nền khi sử dụng cọc cát đầm chặt.
4. KẾT QUẢ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU CÔNG TRÌNH CỤ

vỏ cứng phía trên (lớp 1). Lớp đất tốt có thể xem là tầng chịu lực chính phân bố dưới sâu.
Để đạt cao độ thiết kế, phải đào bỏ lớp 1 để đặt móng hầm chui, do đó móng hầm phải
đặt vào lớp 2 có điều kiện địa chất là bất lợi, móng công trình không thể đặt trực tiếp trên
lớp 2.
4.1.3. Giải pháp thiết kế
- Phần tường chắn BTCT có ứng suất đáy móng nhỏ nên có thể thay đất và đặt trực tiếp
móng trên nền thiên nhiên (lớp 1).
- Phần tường chắn chữ U đỡ kết cấu nhịp L=20m có ứng suất lớn và nằm trên đường cao
tốc không cho phép lún nên chọn giải pháp đặt trên hệ móng cọc đóng BTCT 40x40cm.
- Phần tường chắn chữ U có chiều dài lớn, chiếm hơn 80% chiều dài hầm, ứng suất đáy
móng khoảng 0,3~0,35 kg/cm2 (ứng suất này đã trừ đi ứng suất do trọng lượng bản thân
đất). Yêu cầu về độ lún tổng thể S <S∆= 6,35cm và lún chênh <= 2cm. Qua nghiên cứu
và tính toán cho thấy nếu chọn giải pháp móng trên nên thiên nhiên thì không đảm bảo
yêu cầu về sức chịu tải cũng như độ lún yêu cầu, nếu chọn giải pháp móng trên hệ cọc
BTCT thì quá tốn kém. Sau khi nghiên cứu, tính toán các biện pháp xử lý đất yếu trên cơ
sở kỹ thuật, kinh tế và điều kiện thực tế thi công của Việt Nam, nhóm thiết kế quyết định
40cm, khoảng cách các cọcΦchọn giải pháp xử lý đất yếu bằng cọc cát a=1,5m, chiều
sâu xử lý 12m, sử dụng công nghệ, máy móc, thiết bị sẵn có của các Nhà thầu thi công
giếng cát trong dự án. Yêu cầu thi công dùng các thiết bị chuyên dụng như búa rung,
chùy để đầm cát trong cọc. Thể tích cát đưa vào >=1,4 thể tích cọc (tương đương đường
kính cọc cát sau khi hoàn thành D= 47cm).
4.1.4. Kết quả xử lý bằng thí nghiệm nén nền tổ hợp bằng thí nghiệm nén tĩnh
- Ngay sau khi thi công xong cọc cát, tiến hành thí nghiệm nén tĩnh để xác định cường độ
và môđuyn biến dạng của nền tổ hợp với các thông số thí nghiệm yêu cầu như sau:
+ Tấm nén: Hình vuông, đáy phẳng có diện tích 3x3=9m2 đủ cứng, không bị biến dạng.
+ Thiết bị thí nghiệm: Tuân thủ theo tiêu chuẩn xây dựng TCXD 80:1980 “Đất xây dựng
– Phương pháp thí nghiệm hiện trường bằng tải trọng tĩnh”.
+ Tải trọng thí nghiệm: 42T trên diện tích bàn nén 9m2, được chia làm 6 cấp áp lực.
+ Yêu cầu thí nghiệm: Theo yêu cầu tính toán ứng suất đáy móng yêu cầu s >=
0,35Kg/cm2, độ lún tổng thể S <= 6,35cm. Với điều kiện đó thí nghiệm được coi là đạt

- Thời gian cho công tác xử lý nền đất yếu
Gói thầu này được dự kiến hoàn thành trong 32 tháng và một khoảng thời gian nhỏ hơn
18 tháng được dự kiến cho xử lý nền đất yếu.
4.2.2. Điều kiện địa chất công trình
Theo kết quả khảo sát địa kỹ thuật gói thầu EX4 do Tổng công ty Tư vấn Thiết kế GTVT
lập, địa tầng gồm các lớp đất sau :
- Lớp 1 : Sét gầy, trạng thái cứng vừa (CL). Bề dày lớp thay đổi từ 1,0 đến 5,0m ¬o =
0,907; Sức kháng cắt không thoát nước Co =2,5ε. Hệ số rỗng T/m2.
- Lớp 2a : Bụi, bụi chứa hữu cơ trạng thái mềm đến rất mềm o = 1,698; Sứcε(MH). Bề
dày lớp thay đổi từ 2,0 đến 17,0m. Hệ số rỗng kháng cắt không thoát nước Co = Co=1,7
T/m2.
- Lớp 2b : Sét gầy, sét gầy lẫn cát, sét béo, lẫn hữu cơ (CL, CH). Bề dày lớp thay đổi từ
2,0 o = 1,363; Sức kháng cắt không thoát nước Co=2,0εđến 15,0m. Hệ số rỗng T/m2.
- Lớp 3 : Sét gầy, sét gầy chứa cát có chỗ là cát sét, trạng thái cứng vừa (CL,SC). Bề dày
lớp thay đổi từ 2,0 đến 7,0m. Hệ số rỗng o = 0,882; Sức kháng cắt không thoát nước Co
=2,63 T/m2.ε
- Lớp 4 : Cát sét và bụi, cát cấp phối xấu kết cấu rời rạc đến chặt vừa (SC-SM,SP-
SC,SC,SP). Bề dày lớp thay đổi từ 3,0 đến 14,0m.
- Lớp 5: Sét gầy, sét gầy chứa cát, trạng thái mềm đến rất mềm (CL). Bề dày lớp o =
1,095; Sức kháng cắt khôngεthay đổi từ 2,0 đến 14,0m. Hệ số rỗng thoát nước Co = 1,52
T/m2.
- Lớp 6 : Sét gầy, sét gầy chứa cát, trạng oεthái cứng vừa (CL). Bề dày lớp thay đổi từ 4,0
đến 22,0m. Hệ số rỗng = 0,820; Sức kháng cắt không thoát nước Co=3,21 T/m2.
Nhận xét: Địa tầng tại khu vực xây dựng có các lớp đất 2a, 2b, 5 là các lớp đất yếu, hệ số
rỗng cao, sức kháng cắt nhỏ, khả năng chịu lực thấp, sẽ biến dạng lớn khi chịu tác dụng
của tải trọng ngoài. Chiều dày của các lớp đất yếu thay đổi mạnh trong phạm vi gói thầu,
thường phân bố dưới lớp vỏ cứng phía trên (lớp 1). Nhìn chung điều kiện địa chất khu
vực xây dựng là bất lợi để xây dựng đường cao tốc, cần phải có các biện pháp xử lý nền
đất yếu trước khi thi công nền đường.
4.2.3. Thiết kế lựa chọn các giải pháp xử lý nền đất yếu

Công nghệ thi công xử lý nền đất yếu bằng giếng cát mới đạt tới độ sâu khoảng 30m. Do
hạn chế về chiều sâu xử lý, trong nhiều trường hợp công tác xử lý nền đất yếu chưa đạt
các yêu cầu về độ lún dư, tốc độ lún ảnh hưởng đến việc khai thác công trình.
Qua nghiên cứu cho thấy giải pháp cọc cát đầm chặt rất phù hợp với nền đường đắp cao
có địa tầng là các lớp đất sét yếu, bão hòa nước có chiều dày lớn mà giải pháp xử lý bằng
giếng cát không thỏa mãn các yêu cầu của quy trình. Các đoạn nền đường tiếp giáp với
các kết cấu cứng (mố cầu, cống chui…) nên áp dụng giải pháp này để giảm tối đa lượng
lún dư và hiện tượng nền đường lún kéo dài trong quá trình khai thác. Giải pháp này cũng
tỏ ra rất hiệu quả trong việc xử lý nền thiên nhiên trước khi xây dựng các công trình hầm
chui, cống chui…
Phương pháp xử lý nền đất yếu bằng cọc cát đầm là giải pháp mới được áp dụng nên cần
được thi công thử nghiệm tại một đoạn ngắn, việc quan trắc chuyển vị trong quá trình thi
công hoặc thí nghiệm xác định các thông số của đất nền sau khi xử lý cần được thực hiện
một cách bài bản, có hệ thống và nghiêm túc để rút kinh nghiệm, điều chỉnh trong quá
trình thiết kế và thi công đại trà.
Ở ≤ 400mm đã được nghiên cứu, ứng dụng đểΦViệt Nam, cọc cát đường kính xử lý nền
đất yếu đến độ sâu 12m từ những năm 1963, tuy nhiên việc tính toán, thiết kế và thi công
xử lý nền đất yếu bằng phương pháp cọc cát 700mm còn khá mới. Thiết bị, công nghệ
vàΦđầm chặt (SCP) đường kính kinh nghiệm thi công cọc cát đầm gần như chưa có. Để
ứng dụng công nghệ xử lý nền đất yếu bằng cọc cát đầm tại các dự án xây dựng giao
thông trở nên phổ biến cần được sự quan tâm và phát triển của các Tổ chức tư vấn và sự
ủng hộ của các cấp quản lý trong thời gian tới.
Các cơ quan chuyên môn cần sớm nghiên cứu, xây dựng quy trình tính toán, xử lý thiết
kế, thi công và nghiệm thu cọc cát đầm trong xử lý nền đất yếu làm cơ sở cho các đơn vị
tư vấn áp dụng thực hiện.
6. TÀI LIỆU THAM KHẢO:
[1] The Sand Compaction Pile Method . Masaki Kitazume, Dr.Eng – Port and Airport
Research Institute, Yokosuka, Japan.
[2] Những phương pháp xây dựng công trình trên nền đất yếu của Hoàng Văn Tân – Trần
Đình Ngô – Phan Xuân Trường – Phạm Xuân – Nguyễn Hải. Nhà xuất bản xây dựng