LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các kết quả nêu
trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình
nào khác.
Tôi xin cam đoan rằng các thông tin trích dẫn trong luận văn đều đã được chỉ
rõ nguồn gốc.
Hải Phòng, ngày……tháng.….. năm 2016
Học viên

Nguyễn Quang Dũng

i


LỜI CẢM ƠN

Tác giả luận văn xin chân thành cảm ơn trường Đại học Hàng hải Việt Nam
trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu vừa qua, đã giúp tác giả được trang bị
thêm những kiến thức cần thiết về các vấn đề kỹ thuật - kinh tế. Cùng sự hướng
dẫn nhiệt tình của các Giảng viên trong trường đã giúp tác giả hoàn thiện mình hơn
về trình độ chuyên môn. Đặc biệt, tác giả xin chân thành cảm ơn tới thầy giáo TS.
Trần Long Giang đã trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ tác giả tận tình trong suốt quá
trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn. Đồng thời, tác giả cũng xin chân thành
cảm ơn các thầy cô giáo, Viện Đào tạo sau đại học đã cung cấp những kiến thức về
chuyên ngành, giúp tác giả có đủ cơ sở lý luận và thực tiễn để hoàn thành luận văn
này.
Do trình độ, kinh nghiệm cũng như thời gian nghiên cứu còn hạn chế nên
Luận văn khó tránh khỏi những thiếu sót, tác giả rất mong nhận được những ý kiến
đóng góp của quý độc giả.
Xin trân trọng cảm ơn!

1.6.2. Những nguyên tắc cải tạo sâu. .............................................................. 37
1.6.3. Tính toán - thiết kế. .............................................................................. 39
1.7. Cơ sở lý thuyết tính toán xử lý nền đất yếu bằng tường chắn đất có cốt ổn
định cơ học - điều kiện tĩnh.................................................................................. 43
1.7.1. Giới thiệu, mô tả hệ thống tường chắn đất có cốt ổn định cơ học. ......... 43
1.7.2. Trình tự thi công. .................................................................................. 47
1.7.3. Những nguyên tắc gia cường đất. ......................................................... 51
1.7.4. Tương tác cốt và đất. ............................................................................ 53
1.7.5. Đánh giá các tính chất xây dựng dựa trên khảo sát và thí nghiệm khu
vực. ................................................................................................................ 55

iii


1.8. Cơ sở lý thuyết tính toán xử lý nền đất yếu bằng sườn dốc đất có cốt – điều
kiện tĩnh. ............................................................................................................... 56
1.8.1. Giới thiệu. ............................................................................................ 56
1.8.2. Tính toán - thiết kế. .............................................................................. 59
CHƢƠNG 2: CƠ SỞ KHOA HỌC PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU
BẰNG PHỤ GIA HÓA HỌC ............................................................................... 61
2.1. Nghiên cứu xử lý nền đất yếu và xác định sức chịu tải bằng phụ gia hóa học.
.............................................................................................................................. 61
2.1.1. Giới thiệu phương pháp. ....................................................................... 61
2.2. Các yêu cầu về đất khi áp dụng phụ gia hóa học để hóa cứng đất. .............. 62
2.2.1. Những yêu cầu phân tích đất. ............................................................... 62
2.2.2. Cải tạo những tính chất của đất............................................................. 62
2.2.3. Các loại đất và hiệu suất của phụ gia hóa học. ...................................... 62
2.3. Trình tự thí nghiệm với đất. .......................................................................... 64
2.3.1. Thí nghiệm độ thẩm thấu. ..................................................................... 65
2.3.2. Thí nghiệm hệ số chịu tải California (CBR). ........................................ 65

SC
SS
’h
S1
h
q1
aS
Etrụ
S2
q2
Mđất
Sm
Q
Em
U
Ch
CV
T
Re
R
LD
Kđất
Ktrụ
N
C’K(trụ)
CU K(trụ)
υ’K(trụ)
Β
AS
S

Lực đính hữu hiệu của trụ
Lực đính không thoát nước của trụ
Góc ma sát trong hữu hiệu của trụ
Hệ số tính lực đính hữu hiệu của trụ
Diện tích tiết diện ngang của trụ
Khoảng cách giữa các tâm trụ
Tổng diện tích bề mặt trên một đơn vị chiều rộng cốt trong vùng
kháng nhổ sau bề mặt trượt
Chiều dài neo của cốt trong vùng kháng nhổ sau bề mặt trượt
v


C
F*
Α
σ’V
υr
H
Β
Tr
L
Sv
Γq
Am
Ao
dw
dwf
Cu và υu hay
C’ và υ’
Cc; Ch; Cv và

Góc dốc sườn dốc
Độ bền của cốt
Chiều dài cốt
Khoảng cách đứng giữa hai cốt cạnh nhau
Tải trọng động tạm thời
Gia tốc địa chấn tính toán
Hệ số gia tốc địa chấn
Chiều sâu mực nước dưới đất trong sườn dốc
Chiều sâu mực nước dưới nền đất
Các tham số độ bền của từng lớp đất
Các tham số cố kết của từng lớp đất
Các trọng lượng đơn vị của từng lớp đất
Gia tốc lực trọng trường
Moment kháng trượt
Moment gây trượt
Lực dính
Moment kháng trượt do cốt gây ra
Cường độ kháng nhổ
Hệ số tương tác đối với nhổ
Ứng suất pháp tác dụng trên chiều dài neo của cốt
Góc ma sát trong lớn nhất của đất có cốt
Hệ số an toàn kháng nhổ
Góc ma sát trong của đất
Góc ma sát hiệu chỉnh của đất
Trọng lượng đơn vị đất ẩm
Chiều dài cốt tại đáy sườn dốc đỉnh sườn dốc
Độ bền kéo tới hạn của cốt theo tiêu chuẩn ASTM D 4595
Hệ số giảm do từ biến
Hệ số giảm do phá hoại xảy ra khi lắp đặt cốt
Hệ số giảm theo thời gian

Giá trị xây lắp của công trình sử dụng phụ gia hóa học hóa cứng nền
đất

Số TT
1.1, 1.2
1.3
1.4
1.5, 1.6
1.7
1.8
1.9
1.10
1.11
1.12
1.13
1.14, 1.15
1.16
1.17, 1.18, 1.19
1.20
1.21
1.22
1.23
1.24
1.25
1.26
1.27

DANH MỤC CÁC HÌNH
Tên Hình
Cọc cừ tràm, cọc tre

tốc
1.28
1.29

Thiết bị gia cường đất yếu bằng bấc thấm
Sơ đồ cải tạo khối và trụ kết hợp

1.30
1.31
1.32

Kỹ thuật gia cường khối
Phun trộn ướt
So sánh phương pháp gia cường sâu với một số phương pháp
khác
Những ví dụ dạng hình học bố trí các trụ gia cường nền đất yếu
Sơ đồ nguyên tắc phân bố tải trọng trong nền gia cường bằng trụ
Mặt cắt ngang tổng quát của tường chắn đất có cốt ổn định
về mặt cơ học (MSEW)
Tường chắn
Các cấu kiện MBW thương mại thích hợp
Lớp bảo vệ bằng rọ đá

1.33
1.34
1.35
1.36
1.37
1.38
1.39


Hiện trạng tuyến đường

3.3

Sơ đồ các lớp

3.4

Công trình sau khi thử nghiệm và hoàn thành

1.50
1.51
1.52

viii


MỞ ĐẦU
1. Sự cần thiết của đề tài.
Các kết cấu đường giao thông và bãi theo công nghệ truyền thống thường phải
đào và xúc bỏ đi toàn bộ lớp đất tự nhiên trên nền khuôn, sau đó tiến hành thi công
các lớp cấp phối vật liệu đá từ cỡ 4 x 6 đến đá 0 - 4, các lớp cấp phối base hoặc cấp
phối đất sỏi đồi....
Lớp nền móng đường thi công như trên thường có giá thành rất cao đối với
những nơi cách xa nguồn đá mỏ (do chi phí vận chuyển cao). Hiện nay ở một số
nơi các cơ quan quản lý địa phương đã cấm phá núi để khai thác đá xây dựng vì sợ
ảnh hưởng đến môi trường sinh thái, do vậy nguồn đá mỏ ngày càng khan hiếm và
đắt đỏ.
Cấp phối vật liệu đá, dù có thi công lu nèn chặt đến đâu thì chúng vẫn là một

Nghiên cứu cụ thể quy trình, cách thức sử dụng phụ gia hóa học để hóa cứng
đất.
Áp dụng phương pháp sử dụng phụ gia hóa học vào công trình cụ thể để thấy
được hiệu quả của phương pháp.
3. Đối tƣợng nghiên cứu.
Nghiên cứu, tìm hiểu các công nghệ xử lý nền đất yếu.
Các lý thuyết tính toán sức chịu tải của nền.
Nghiên cứu xử lý nền đất yếu của các công trình đường giao thông và bãi
bằng phụ gia hóa học.
Công trình đường giao thông liên huyện Việt Yên Tỉnh Bắc Giang.
4. Phƣơng pháp nghiên cứu.
Thu thập tài liệu về xử lý nền đất yếu của các công trình đường giao thông và
bãi, công nghệ xử lý nền đất yếu bằng phụ gia hóa học trên thế giới và trong nước
để hiểu rõ về công nghệ.
Nghiên cứu tài liệu về cách làm truyền thống để so sánh với công nghệ xử lý
nền đất yếu bằng phụ gia hóa học.
Nghiên cứu tính toán cho một công trình cụ thể.
5. Ý nghĩa khoa học thực tiễn của đề tài.
Việc nghiên cứu sử dụng vật liệu tại chỗ để thay thế cho vật liệu đá trong làm
đường giao thông và bãi truyền thống là việc làm hết sức cần thiết và có ý nghĩa
cao. Đến nay loại vật liệu được nghiên cứu để đưa vào sử dụng trong xây dựng thay
thế một phần cho các loại cấp phối đá chính là các loại đất hiện hữu ở mọi nơi. Tận
dụng được các phế phẩm khác như tro bay, xỉ công nghiệp, chất thải rắn công
nghiệp mà các nhà máy công nghiệp của Việt Nam đang thải và thừa rất nhiều để
làm vật liệu gia cố nền. Do vậy đề tài này nghiên cứu xử lý nền đất yếu và xác định
xức chịu tải của nền bằng phụ gia hóa học.

2



(< 200µm) ở trạng thái luôn no nước, hệ số rỗng rất lớn, yếu về mặt chịu lực.”[16]
- “Than bùn: là loại đất yếu có nguồn gốc hữu cơ, được hình thành do kết
quả phân hủy các chất hữu cơ có ở các đầm lầy (hàm lượng hữu cơ từ 20% 80%).”[16]

3


- “Cát chảy: gồm các loại cát mịn, kết cấu hạt rời rạc, có thể bị nén chặt hoặc
pha loãng đáng kể. Loại đất này khi chịu tải trọng động thì chuyển sang trạng thái
chảy gọi là cát chảy.”[16]
- “Đất bazan: cũng là đất yếu với đặc điểm độ rỗng lớn, dung trọng bé, khả
năng thấm nước cao, dễ bị sập lún.”[16]
1.2 Các vấn đề gặp phải khi xây dựng công trình trên nền đất yếu.
Các vấn đề được đặt ra và cần được giải quyết khi xây dựng các công trình
trên nền đất yếu là:
- Độ lún: Độ lún có trị số lớn, ma sát âm tác dụng lên cọc do tính nén của
nền đất.
- “Độ ổn định: Độ ổn định của nền đắp, ổn định mái dốc, áp lực đất lên
tường chắn, sức chịu tải của móng, sức chịu tải ngang của cọc. Bài toán trên phải
được xem xét do sức chịu tải và cường độ của nền không đủ lớn.”[16]
- “Thấm: Cát xủi, thẩm thấu, phá hỏng nền do bài toán thấm và dưới tác
động của áp lực nước.”[16]
- Hoá lỏng: Đất nền bị hoá lỏng do tải trọng của tầu hỏa, ô tô và động đất.
Trong điều kiện Việt Nam hiện nay, các vấn đề thực tế sau đây đang được
quan tâm:
- “Xây dựng công trình đường giao thông, thủy lợi, đê điều và công trình cơ
sở trên nền đất yếu.”[16]
- Xử lý trượt lở bờ sông, bờ biển và đê điều.
- “Xử lý và gia cường nền đê, nền đường trên nền đất yếu hiện đang khai
thác và sử dụng cần có công nghệ xử lý sâu.”[16]

hướng khác nhau.
Các biến dạng trên đều do sự lún không đều gây ra. Sự lún không đều làm
xuất hiện các ứng suất bổ sung trong các kết cấu siêu tĩnh và nhiều khi làm cho kết
cấu bị hư hỏng.
1.4. Các biện pháp xử lý nền đất yếu đã áp dụng tại Việt Nam.
- “Xử lý nền bằng cọc tre và cọc cừ tràm: xử lý nơi nền đất yếu có chiều nhỏ,
hay dùng trong dân gian thường chỉ dùng khi dưới móng chịu tải trọng không lớn (
móng nhà dân, móng dưới cống...). Miền Nam thường dùng cọc tràm do nguyên
liệu sẵn có. Chỉ được đóng cọc tre trong đất ngập nước để tre không bị mục nát,
nếu đóng trong đất khô không nước sau đó tre bị mục nát thì lại phản tác dụng làm
nền đất yếu đi. Không đóng cọc tre trong đất cát vì đất cát không giữ được nước,
thường chỉ đóng cọc tre trong nền đất sét có nước. Cọc tràm và tre có chiều dài từ 3
- 6m được đóng để gia cường nền đất với mục đích làm tăng khả năng chịu tải và
giảm độ lún. Theo kinh nghiệm, thường 25 cọc tre hoặc cọc tràm được đóng cho
1m2 . Tuy vậy nên dự tính sức chịu tải và độ lún của móng cọc tre hoặc cọc tràm
bằng các phương pháp tính toán theo thông lệ. Việc sử dụng cọc tràm trong điều
kiện đất nền và tải trọng không hợp lý đòi hỏi phải chống lún bằng cọc tiết diện
nhỏ.”[16]

5


Hình 1.1. Cọc cừ tràm

Hình 1.2. Cọc tre
- Gia cố nền đường: dùng cho các dạng đất yếu để nâng cao độ ổn định, giảm
bớt biến dạng không đều.

6


hợp với gia tải bằng hút chân không. Độ lún được tính xấp xỉ 1,0m. Kết quả độ lún
thực tế sau 2 lần gia tải là 3,26m (lần đầu độ lún bằng 2,4m và lần sau độ lún bằng
0,86m), ở đây có sự sai khác giữa kết quả đo và dự tính. Sự khác nhau có thể do
quá trình tính toán chưa kể đến biến dạng ngang của nền và điều kiện công trình đặt
ven sông”[16]

7


Hình 1.3. Gia tải trước bằng cát
- “Tầng đệm cát: thường kết hợp với thoát nước theo chiều thẳng đứng, sử
dụng nhiều ở lớp mặt nền đất yếu.
Lớp đệm cát sử dụng hiệu quả cho các lớp đất yếu chiều dày nhỏ hơn 3m và
các lớp đất yếu ở trạng thái bão hoà nước (sét nhão, sét pha nhão, cát pha, bùn, than
bùn,…).
Biện pháp thi công: Đào bỏ một phần hoặc toàn bộ lớp đất yếu (trường hợp
lớp đất yếu có chiều dày bé) và thay vào đó bằng cát hạt trung, hạt thô đầm chặt.
Việc thay thế lớp đất yếu bằng tầng đệm cát có những tác dụng chủ yếu sau:
Đệm cát đóng vai trò như một lớp chịu tải, tiếp thu tải trọng công trình và
truyền tải trọng đó các lớp đất yếu bên dưới. Lớp đệm cát thay thế lớp đất yếu nằm
trực tiếp dưới đáy móng.”[16]
Do có sự phân bộ lại ứng suất do tải trọng ngoài gây ra trong nền đất dưới
tầng đệm cát nên giảm được chênh lệch lún và độ lún của công trình.
Giảm được khối lượng vật liệu làm móng do giảm được chiều sâu
chôn móng.
Giảm được áp lực công trình truyền xuống đến trị số mà nền đất yếu có thể
tiếp nhận được.
Vì cát được nén chặt làm tăng sức chống trượt và lực ma sát nên làm tăng
khả năng ổn định của công trình, kể cả khi có tải trọng ngang tác dụng.
8


- Nền đường được gia cố bằng hoá chất: khi phun nước, bọt khí và hóa chất
qua hỗn hợp trộn xong hình thành vật liệu sợi, trọng lượng có thể đạt 1/4 trọng
lượng đất, thích hợp với lớp đất có độ dày đất yếu lớn, hàm lượng nước lớn.

Hình 1.7. Nền đường gia cố bằng hóa chất
- Bấc thấm, giếng bao cát: sử dụng xử lý lớp bùn sét, bùn đất độ sâu xử lý
không lớn hơn 25m.
“Bấc thấm được cấu tạo gồm 2 phần: Lõi chất dẽo (hay bìa cứng) được bao
ngoài bằng vật liệu tổng hợp (thường là vải địa kỹ thuật Polypropylene hay
Polyesie không dệt…). Bấc thấm có các tính chất vật lý đặc trưng sau:
Cho nước trong lỗ rỗng của đất thấm qua lớp vải địa kỹ thuật bọc ngoài vào lõi chất
dẽo. Là phương pháp kỹ thuật thoát nước thẳng đứng bằng gia tải trước kết hợp với
bấc thấm. Khi độ thấm của đất rất nhỏ hoặc khi chiều dày đất yếu rất lớn thì có thể
bố trí đường thấm thẳng đứng để tăng tốc độ cố kết. Phương pháp này thường dùng
để xử lý nền đường đắp trên nền đất yếu. Phương pháp bấc thấm (PVD) có tác
dụng thấm thẳng đứng để làm giảm độ rỗng, độ ẩm, tăng dung trọng, tăng nhanh
quá trình thoát nước trong các lỗ rỗng của đất yếu. Kết quả là làm tăng sức chịu tải,
làm cho nền đất đạt độ lún quy định trong thời gian cho phép và tăng nhanh quá
trình cố kết của nền đất yếu. Phương pháp bấc thấm có thể sử dụng độc lập nhưng
nếu cần phải tăng nhanh tốc độ cố kết, người ta có thể sử dụng kết hợp đồng thời
11


biện pháp xử lý bằng bấc thấm với gia tải tạm thời. Khi đó đắp cao thêm nền đường
so với chiều dày thiết kế 2 - 3m trong một thời gian rồi sẽ lấy phần gia tải đó đi khi
mà nền đường đạt được độ lún cuối cùng như trường hợp nền đắp không gia
tải.”[16]
Lõi chất dẽo chính là đường tập trung nước và dẫn chúng thoát ra ngoài khỏi
nền đất yếu bão hòa nước.

bằng chân không kết hợp với số lần biến đổi năng lượng thích hợp để đóng nền từ
đó nâng cao mật độ đất, sức tải của nền, hạ thấp tỷ lệ chứa nước trong đất, giảm sự
sụt lún sau khi thi công và sự sụt lún sai khác ở nền đất yếu.

13


Hình 1.10. Bơm hút chân không
- Bơm chân không - chất tải dự ép liên hợp: liên kết chân không và chất tải
dự ép dùng cho đoạn đường đầu cầu và đường đắp cao, sử dụng chân không chất
tải dự ép nên sử dụng trong nền móng có bố trí bấc thấm hoặc giếng cát và bản
thoát nước, ép chân không có độ chân không < 70 Kpa.

Hình 1.11. Bơm chân không - chất tải dự ép liên hợp
14


- Ép cọc bê tông: sử dụng trường hợp chống cắt lớn hơn 10 Kpa, không thoát
nước.

Hình 1.12. Ép cọc bê tông
15


- Hạ cọc bằng chấn động: sử dụng khi cường độ chống cắt > 15 Kpa, không
thoát nước.

Hình 1.13. Hạ cọc bằng chấn động
16


Tại Việt Nam thì sử dụng xi măng rẻ hơn là dùng vôi. Tỷ lệ sử dụng thường
dùng là 8 - 12% và tỷ lệ phẩn trăm của xi măng là 12 - 15% trọng lượng khô của
đất.
Thiết bị Thụy Điển có khả năng thi công cọc đất xi măng.
Có thể dùng thiết bị xuyên có cánh để kiểm tra chất lưọng cọc.
Cọc xi măng đất được dùng để gia cố nền đường, nền nhà, khu công
nghiệp,...

17