LỜI CAM ĐOAN
Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả. Các kết quả
nghiên cứu và các kết luận trong Luận văn là trung thực, không sao chép từ bất kỳ một
nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào. Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã được
thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định.
Tác giả Luận văn

Trần Đình Công

i


LỜI CÁM ƠN
Luận văn được hoàn thành, là thành quả của sự cố gắng, nỗ lực hết mình của bản thân
và sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô trong bộ môn Địa kỹ thuật trường Đại học Thủy
Lợi Hà Nội, đặc biệt dưới sự hướng dẫn khoa học, liên tục quan tâm tận tình giúp đỡ
đưa ra nhiều ý kiến quý báu của GS.Trịnh Minh Thụ trong quá trình thực hiện luận văn.
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy hướng dẫn, đã tận tâm hướng dẫn khoa
học suốt quá trình từ khi lựa chọn đề tài, xây dựng đề cương đến khi hoàn thành luận văn.
Tác giả xin trân trọng cảm ơn các thầy cô trong bộ môn Địa kỹ thuật, Khoa công trình
đã giúp đỡ và tạo điều kiện để tác giả hoàn thành luận văn này. Xin chân thành cảm ơn
liên doanh tư vấn CDM SMITH - WSP FINLAND - YOOSHIN đã cung cấp những số
liệu cần thiết và tạo điều kiện thuận lợi để tác giả thí nghiệm trong phòng và tác
nghiệp tại hiện trường.

ii


MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH ẢNH ..............................................................................................vi


CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG
BẤC THẤM KẾT HỢP VỚI CỐ KẾT HÚT CHÂN KHÔNG.................................... 19
2.1 Các phương pháp tính lún cố kết .................................................................... 19
2.1.1 Phương pháp giải tích............................................................................... 19
2.1.2 Độ lún theo thời gian của đất nền ............................................................ 21
2.1.3 Độ lún cố kết của nền dùng bấc thấm (bài toán cố kết hai chiều) ........... 21
2.1.4 Độ lún cố kết của nền gia tải bằng hút chân không kết hợp với bấc thấm
........................................................................................................................... 23
2.1.5 Các phương pháp xác định độ lún từ kết quả quan trắc ........................... 25
2.2 Các phương pháp kiểm tra ổn định của nền .................................................... 27
2.2.1 Phương pháp cân bằng hữu hạn (phương pháp phân mảnh Bishop) ....... 27
2.2.2 Phương pháp tính toán ổn định chống lún trồi (chống phá hủy nền):...... 29
2.2.3 Tính toán ổn định chống lún trồi khi có vải địa kỹ thuật tăng cường ...... 30
2.3 Các yêu cầu thiết kế nền đường đắp trên nền đất yếu ..................................... 31
2.3.1 Yêu cầu ổn định trượt ............................................................................... 31
2.3.2 Yêu cầu ổn định lún ................................................................................. 32
2.4 Kết luận chương 2 ........................................................................................... 33
CHƯƠNG 3 : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ GIẢI PHÁP XỬ LÝ ĐẤT YẾU NỀN
ĐƯỜNG BẰNG BẤC THẤM KẾT HỢP CỐ KẾT HÚT CHÂN KHÔNG................ 35
3.1 Giới thiệu về công trình .................................................................................. 35
3.1.1 Quy mô đặc điểm công trình .................................................................... 35
3.1.2 Điều kiện địa chất đất công trình khu vực dự án: .................................... 35
3.2 Kết quả tính toán ổn định lún khi chưa xử lý .................................................. 37
3.2.1 Độ lún cố kết trước khi xử lý ................................................................... 37
3.2.2 Trình tự tính toán lún của nền đắp trên đất yếu ....................................... 38
3.3 Phân tích lựa chọn tính toán giải pháp xử lý nền đường................................. 45
3.3.1 Luận chứng giải pháp xử lý nền đất yếu .................................................. 45
3.3.2 Phân tích lựa chọn các giải pháp xử lý nền đất yếu ................................. 46
3.3.3 Lựa chọn giải pháp xử lý nền áp dụng cho đoạn tuyến ........................... 51

4.3 Trinh tự tính toán ổn định bằng Geostudio với modul SIGMA/W .................76
4.3.1 Mô hình bài toán cố kết chân không ........................................................76
4.3.2 Mô phỏng và các bước thực hiện .............................................................77
4.4 Đánh giá số liệu quan trắc ...............................................................................84
4.4.1 Xác định độ lún cuối cùng từ số liệu quan trắc : ......................................84
4.4.2 Đánh giá số liệu quan trắc so với số liệu tính toán...................................87
4.5 Kết luận chương 5 ...........................................................................................88
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................................................89
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................90
v


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Mô hình hoá kiểu lò xo cho quá trình cố kết.................................................. 12
Hình 1.6 Bơm hút nước trên bề mặt màn kín ................................................................ 18
Hình 2.1 Biểu đồ đo lún theo thời gian quan trắc ......................................................... 25
Hình 2.2 Biểu đồ xác định hệ số α và ß theo phương pháp Hyperbolic ....................... 26
Hình 2.3 Biểu đò quan hệ độ lún St = f(t) (trích dẫn mục [13]) ................................... 26
Hình 2.4 Biểu đò quan hệ độ lún Si = f(Si-1) (trích dẫn mục [13]) .............................. 27
Hình 2.5 Sơ đồ tính ổn định trượt theo phương pháp Bishop ....................................... 28
Hình 2.6 Sơ đồ xác định Nc theo phương pháp Mandle- Salencon............................... 29
Hình 2.7 Sơ đồ tính toán ổn định trượt khi có vải địa kỹ thuật gia cường .................... 30
Hình 3.6 Sơ đồ đào một phần đất yếu ........................................................................... 46
Hình 3.7 Sơ đồ bố trí vải địa kỹ thuật ........................................................................... 48
Hình 3.8 Sơ đồ cắm bấc thấm ....................................................................................... 49
Hình 3.9 Biểu đồ độ lún theo thời gian sau xử lý ......................................................... 65
Hình 3.10 Biểu đồ kiểm tra ổn định sau xử lý .............................................................. 68
Hình 3.11 Biểu đồ đo lún tại km 19+080 ...................................................................... 69
Hình 4.1 Sơ đồ trình tự giải bài toán bấc thấm + cố kết chân không + đắp GĐ ........... 76
Hình 4.2 Mô hình bài toán ............................................................................................ 78

Bảng 3. 13 Bảng kết quả tính lún giai đoạn 4 ...............................................................63
Bảng 3. 14 Bảng kết quả tính lún giai đoạn 5 ...............................................................64
Bảng 4. 1 Kết quả tính độ lún theo giai đoạn đắp ........................................................82
Bảng 4. 2 Số liệu quan trắc lún theo khoảng theo thời gian ∆t....................................84
Bảng 4. 3 Số liệu quan trắc lún tại km 19 +080 ...........................................................86

vii


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
NLR: Nước lỗ rỗng
PTHH: Phần tử hữu hạn
CBGH: Cân Bằng giới hạn
LEM: Limit Equilibrium Methods
MVC – Menard Vacuum Consolidation
HVDM: High Vacuum Consolidation Method
TCVN: Tiêu chuẩn việt nam
TCN: Tiêu chuẩn ngành

viii


PHỤ LỤC
Phục lục 1: Bảng tính lún
Phục lục 2: Kiểm tra ổn định trượt
Phục lục 3: Số liệu quan trắc lún
Phục lục 3.1: Số liệu bàn đo lún
Phục lục 3.2: Nhật ký quan trắc áp lực chân không

ix

chân không đoạn từ km 18+000 ÷ 19 + 277 đoạn nối cao lãnh Vàm Cống” có tính
cấp thiết và ý nghĩa thực tiễn quan trọng.
1


2. Mục đích nghiên cứu
- Phân tích các phương án xử lý nền, đề xuất phương án bấc thấm kết hợp với cố kết
hút chân không và đánh giá điều kiện áp dụng, mức độ tin cậy trong tính toán.
- Làm tài liệu tham khảo cho các công trình tương tự.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu giải pháp xử lý nền đường bằng bấc thấm kết hợp với cố kết
hút chân không;
- Phạm vi nghiên cứu đoạn tuyến từ km 18+ 00 ÷ 19+277 đoạn nối Cao Lãnh Vàm
Cống;
4. Nội dung nghiên cứu
- Đánh giá được tổng quan về đất yếu và các giải pháp xử lý, xây dựng công trình trên
nền đất yếu.
- Tổng quan chung về đất yếu và phương pháp xây dựng công trình trên nền đất yếu.
- Phân tích giải pháp xử lý nền bằng bấc thấm kết hợp với cố kết chân không và gia
tải.
- Tính toán, xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm gia tải cố kết hút chân không và gia tải
trên đoạn tuyến km 18+ 00 ÷ 19+277.
- Phân tích mô hình tính toán của các phần mềm địa kỹ thuật
- Đánh giá kết quả tính toán của các phần mềm qua số liệu quan trắc
Nội dung nghiên cứu được tác giả phân tích đánh giá trên sơ đồ khối được thể hiện
như sau:
5. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp thu thập và tổng hợp tài liệu (Chương 1);
- Phương pháp địa chất (Chương 2);
- Phương pháp phân tích hệ thống (Chương 3);

NỀN ĐẤT YẾU BẰNG BẤC THẤM KẾT HỢP VỚI CỐ KẾT HÚT CHÂN
KHÔNG
1.1 Tổng quát về đất yếu và nền đất yếu
1.1.1 Khái niệm về đất yếu
- Khái niệm “Đất yếu” là một khái niệm được sử dụng khá rộng rãi trong xây dựng, có
nhiều định nghĩa khác nhau về đất yếu, nhưng hiện nay tồn tại các quan điểm chính
đưa ra định nghĩa về đất yếu dựa vào định tính, định lượng và nguồn gốc.
1.1.1.1 Khái niệm đất yếu bằng định tính
Đất yếu là loại đất mà bản thân nó không đủ khả năng tiếp thu tải trọng của công trình
bên trên như các công trình nhà cửa, đường xá, đê đập…, loại đất khi sử dụng cho mục
đích xây dựng đều phải xử lý kỹ thuật mới đảm bảo được các điều kiện ổn định. Đất
yếu là loại đất có sức chịu tải kém (nhỏ hơn 0,5 – 1,0 kG/cm2), dễ bị phá hoại, biến
dạng dưới tác dụng của tải trọng công trình dựa trên những số liệu về cơ lý cụ thể.
Khái niệm này được thế giới chấp nhận và có cơ sở khoa học.
+ Dựa vào chỉ tiêu vật lý, đất được gọi là yếu khi (theo tiêu chuẩn 22TCN 262:2000)
[12]:
- Dung trọng: γW ≤ 1,7 T/m3;
- Hệ số rỗng: e ≥ 1;
- Độ ẩm: W ≥ 40%;
- Độ bão hòa: G ≥ 0,8;
+ Dựa vào các chỉ tiêu cơ học:
- Modun biến dạng: E0 ≤ 50 kG/cm2;
- Hệ số nén : a ≥ 0,01 cm2/kG;

4


- Góc ma sát trong: ϕ ≤ 100
- Lực dính (đối với đất dính): c ≤ 0,1 kG/cm2;
- Lực dính theo kết quả cắt nhanh không thoát nước c < 0.15 kG/cm2;

Lượng hữu cơ từ 20-30% : đất nhiễm than bùn
Lượng hữu cơ từ 30-60%: đất than bùn
Lượng hữu cơ từ 60-80%: than bùn
Thực tế hiện nay, khi mà tính toán nền móng công trình tuân theo hai trạng thái giới
hạn, đánh giá đối với xây dựng, đất có sức chịu tải quy ước R ≤ 1,0 kG/cm2, mô đun
tổng biến dạng E0 ≤ 50,0 kG/cm2 không thỏa mãn điều kiện ổn định cho công trình
bình thường được xem là đất yếu. Ở nước ta, đất yếu phân bố chủ yếu ở vùng đồng
bằng, là các thành tạo trầm tích Đệ tứ, có nguồn gốc sông, hồ, đầm lầy,…Bao gồm các
loại đất sau: Đất loại sét (sét, sét pha, cát pha) trạng thái dẻo chảy, chảy; đất bùn; đất
than bùn (có hàm lượng hữu cơ >13%); cát chảy; đất có hàm lượng tạp chất hòa tan
muối clorua lớn hơn 5%, muối sunphat hoặc muối sunphat clorua lớn hơn 10% theo
trọng lượng; …
1.1.2 Khái niệm nền đất yếu
Nền đất yếu là khái niệm dùng để chỉ các nền đất mà khi xây dựng công trình thường
không đảm bảo các điều kiện ổn định theo các trạng thái giới hạn, phải xử lý kỹ thuật
mới đảm bảo các điều kiện ổn định. Để đánh giá ổn định, cần thiết phải nghiên cứu
phân chia cấu trúc nền, đánh giá theo các kiểu cấu trúc nền.
Khái niệm nền đất yếu, phải được xem xét trong mối quan hệ giữa các đặc điểm nền
đất tự nhiên với đặc điểm công trình xây dựng. Đó là tồn tại các lớp đất yếu trong
phạm vi nền hoặc liên quan đến đặc điểm làm việc, tính chất tải trọng tác dụng của
công trình, ... để làm sáng tỏ vai trò của đất yếu trong phạm vi nền nền cần tìm hiểu
khái niệm cấu trúc nền, đặc biệt là cấu trúc nền đất yếu.
Trên cơ sở cấu trúc nền địa chất nền đất yếu được hiểu là cấu trúc nền có liên quan
trực tiếp với các thành tạo đất yếu, nó có ý nghĩa quan trọng đến sự mất ổn định của
công trình. Các lớp đất khác có khả năng chịu lực cao hơn thường là vị trí lựa chọn tựa
cọc hay là giới hạn xử lý nền công trình.

6



Tùy theo các hướng xử lý khác nhau các giải pháp xử lý nền có thể được xếp theo một
số nhóm chính như sau (tham khảo [1]):
1.3.1 Nhóm phương pháp cơ học
Phương pháp lu lèn, đầm, nén rất hiệu quả cho các loại đất có độ rỗng lớn, Ví dụ như
cát xốp. Tuy nhiên chúng chỉ có thể tăng độ chặt cho các lớp đất trên bề mặt với độ
sâu hiệu quả không lớn;
Phương pháp đóng các loại cọc vật liệu rời như cát, sỏi, đá dăm. Các loại cọc đóng này
ngoài việc nén chặt đất (giảm độ rỗng của đất) chúng còn tăng cường khả năng thoát
nước cho nền đất giúp tăng khả năng cố kết của nền đất. Sử dụng hiệu quả cho các loại
đất có lỗ rỗng lớn, các loại đất yếu như bùn cát, á sét, á cát. Sử dụng cọc vật liệu rời có
thể nén chặt đất cho cả các lớp đất yếu dưới sâu.
1.3.2 Nhóm phương pháp Vật lý
Gồm các phương pháp hạ thấp mực nước ngầm, phương pháp giếng cát, bấc thấm, điện
thấm … hoặc kết hợp bấc thấm kết hợp và gia tải trước, bấc thấm kết hợp hút chân
không.
1.3.3 Nhóm phương pháp thay đất
Nhóm phương pháp này dùng vật liệu có sức chịu tải tốt thay thế các lớp đất hoặc một
phần lớp đất yếu để tăng sức chịu tải của nền
1.3.4 Nhóm giải pháp khác
a) Nhóm phương pháp biến đổi cấu trúc đất nền bằng các biện pháp hóa – lý – sinh:
Gia cường đất bằng xi măng, bằng hóa chất, điện thấm, điện hóa, sử dụng cho các loại
đất như cát xốp, các loại đất có độ rỗng lớn, các loại đá nứt nẻ, các loại sét yếu, các
loại cát, á cát, á sét bão hòa nước. Thay thế lớp đất dưới đế móng bằng loại đất khác
tốt hơn: đây là một phương pháp ít được sử dụng. Để khắc phục vướng mắc do gặp lớp
đất yếu phân bố ngay dưới đáy móng, người ta thay một phần hoặc toàn bộ nền đất yếu

8


bằng lớp đất mới có tính bền cơ học cao, như làm gối cát, đệm cát. Phương pháp này

sau:
Bảng 1. 1 Đánh giá các phương pháp xử lý nền đất yếu
TT

1

2

3

4

5

6

7

P Pháp

Nội dung

Tác dụng

Xử lý nền Đào bỏ lớp đất yếu, thay Tăng khả năng chịu
bằng
đệm thế bằng cát hạt trung, hạt tải của nền, tăng ổn
cát
thô và đầm chặt
định của công trình,

cát đất giữa các cọc)
và rung để đầm chặt
Xử lý nền Cho nước trong lỗ Tăng tốc độ cố kết,
bằng
rỗng của đất thấm giảm độ rỗng, tăng
bấc thấm
qua lớp vải địa kỹ dung trọng, tăng sức
thuật vào lõi chất dẻo, lõi chịu tải
này là đường tập trung và
dẫn
nước
thoát ra khỏi nền đất yếu
Gia cường Cọc tre, cọc tràm dài từ Tăng khả năng chịu
nền đất yếu 2,5-6m
được
đóng tải và giảm độ lún
bằng
cọc với
mật
độ
16-25 của đất nền
2
tre và cọc cọc/m
tràm
xử lý nền Tôi vôi hoặc phun xi măng Giảm độ ẩm (5-8%),
bằng
cọc - đất vào lỗ khoan với tỷ tăng lực dính (1,5-3
vôi và cọc xi lệ định trước
lần), tăng cường độ
măng đất

không lớn, không
dùng cho đất cát
Đất sét và sét pha
dẻo
nhão,
bùn


TT

P Pháp

8

Phương
pháp
cố
kết bằng hút
chân không

Nội dung

Tác dụng

Phạm vi áp dụng

Dùng công nghệ bơm hút Tăng tốc độ cố kết, Nền đất sét yếu
chân không tạo ra áp lực tăng sức chịu tải,
âm đẩy nước ra ngoài làm giảm tính nén lún
đất cố kết nhanh hơn

U0 = Pa
∆δ = Pa - (U0 + ∆U) = ∆U

(Hình a)

(Hình b)
Hình 1.1 Mô hình hoá kiểu lò xo cho quá trình cố kết

(a) Dưới tác động chất tải đơn thuần; (b) Dưới sự gia tải chân không
Nguyên lý làm cố kết trước cho nền đất yếu là đặt lên trên nền một tải trọng có giá trị
tương đương với tải trọng công trình để nước thoát ra khỏi các lỗ rỗng cho đến khi nền
đất được ổn định, sau đó dỡ tải. Để quá trình thoát nước xảy ra nhanh, người ta tạo
những biên thoát nước (cọc cát, bấc thấm), công nghệ này gọi là cố kết trước bằng
phương pháp thoát nước thẳng đứng. Phương pháp hút chân không thay thế cho phần
gia tải trong công nghệ cố kết tức là vẫn có cột thoát nước thẳng đứng (Trường hợp
cần thoát nước nhanh hơn vẫn sử dụng cả gia tải).
Phân tích áp lực trong quá trình hút chân không :

12


Hình 1.2 Sơ đồ phân tích nguyên lý cố kết hút chân không
Tại điểm A có độ sâu Z1+Z2 với cao trình Z2 ngang với cao trình mực nước ngầm, chịu
ứng suất tổng, áp lực nước và áp lực khí lỗ rỗng:
𝜎 = 𝑍1 × 𝛾𝑢𝑛𝑠𝑎𝑡 + 𝑍2 × 𝛾𝑠𝑎𝑡 + 𝑃𝑎

(1-1)

𝑢0 = ℎ × 𝛾𝑤 + 𝑃𝑎


1.4.2.1 Công nghệ thi công có màng kín khí (phương pháp cố kết MVC – Menard
Vacuum Consolidation):
Công nghệ này được phát triển năm 1989 do hãng xây dựng Menard (Pháp) trên kết
quả nghiên cứu của giáo sư J.M. Cognon. Theo công nghệ này, sau khi thi công cắm
bấc thấm và rải lớp đệm cát phía trên sẽ lắp đặt các ống dẫn nước ngang vào hệ thống
tiêu thoát nước thẳng đứng. Sau đó, các ống dẫn nước ngang này nối với gờ của hào
dung dịch bentonite ở biên khu vực xử lý. Các hệ thống này được bao kín bằng màng
kín khí (thường là màng địa kỹ thuật geo-membrane) trên toàn bộ khu vực thi công
(hình 1.2 và hình 1.3). Theo công nghệ này, sau khi thi công cắm bấc thấm và rải lớp
đệm cát phía trên sẽ lắp đặt các ống dẫn nước ngang vào hệ thống tiêu thoát nước
thẳng đứng. Sau đó, các ống dẫn nước ngang này nối với gờ của hào dung dịch
bentonite ở biên khu vực xử lý. Các hệ thống này được bao kín bằng màng kín khí
(thường là màng địa kỹ thuật geo-membrane) trên toàn bộ khu vực thi công.

Hình 1.3 Sơ đồ công nghệ phương pháp MVC

14


Hình 1.4 Màng địa kỹ thuật
Trong quá trình bơm hút, mực nước ngầm hạ xuống và không khí cũng được rút ra, tạo
một vùng áp suất nhỏ hơn áp suất khí quyển trong lớp đất gia tải nằm dưới màng, từ đó
hình thành một gia tải phụ do sự chênh lệch về áp suất không khí ở trên và dưới màng
kín khí. Phương pháp này luôn đòi hỏi trong quá trình thi công và bơm hút phải đảm
bảo sự kín khí của lớp màng, nếu không nên chỉ hiệu quả khi xử lý cho diện tích
không lớn. Trình tự thi công của phương pháp này gồm 06 bước chính:
- Bước 1: Thi công lớp thoát nước nằm ngang (lớp cát thô).
- Bước 2: Thi công cắm bấc thấm.
- Bước 3: Lắp hệ thống hút chân không gồm ống hút chân không, ống thoát nước dọc,
ống thoát nước ngang, các thiết bị quan trắc.