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

1

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.

2

i

hút chân không ..................................................................................................17
1.5 Kết luận chương 1 ...........................................................................................18

3

3


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

3.7.6 Kiểm tra màng kín khí..............................................................................73
3.7.7 Độ kín khí khi gia tải hút chân không ......................................................73
3.7.8 Lớp bù lún và đắp gia tải thêm .................................................................73
3.8 Kết luận chương 3 ...........................................................................................74
CHƯƠNG 4 CHUYÊN ĐỀ KỸ THUẬT TÍNH TOÁN ĐỘ LÚN VÀ ỔN ĐỊNH CỦA
NỀN ĐƯỜNG BẰNG PHẦN MỀM ĐỊA KỸ THUẬT ...............................................75
4.1 Mục đích ..........................................................................................................75
4.2 Giới thiệu phần mềm Geostudio 2012.............................................................75
4.2.1 Giới thiệu chung về phần mềm Geostudio 2012 và modul SIGMA/W ...75
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
5

5


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

hoàn thành công trình ....................................................................................................33
Bảng 3. 1 Thông số đất nền tính toán xử lý...................................................................36
Bảng 3. 2 Bảng tính toán lún tại tim đường ..................................................................41
Bảng 3. 3 Bảng tính toán lún tại lề đường B .................................................................42
Bảng 3. 4 Bảng tính lún tại chân taluy ..........................................................................43
Bảng 3. 5 Bảng tổng hợp kết quả tính lún tại các vị trí của nền đường ........................44
Bảng 3. 6 Bảng xác định độ cố kết theo khoảng cách...................................................53
Bảng 3. 7 Bảng thông số bấc thấm ................................................................................54
Bảng 3. 8 Thông số cố kết tính toán..............................................................................54
Bảng 3. 9 Bảng tổng hợp độ cố kết theo thời gian ........................................................59
Bảng 3. 10 Kết quả tính lún tại giai đoạn 1 ...................................................................60
2

Bảng 3. 11 Bảng kết quả tính lún giai đoạn 2 (áp lực tính toán 6.5 T/m )....................61
Bảng 3. 12 Bảng kết quả tính lún giai đoạn 3 ...............................................................62
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

viii

7


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
NLR: Nước lỗ rỗng
PTHH: Phần tử hữu hạn
CBGH: Cân Bằng giới hạn

Cao lãnh Vàm Cống là cấp thiết, có ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn.
Đoạn đường này kết nối Cao Lãnh Vàm Cống, tuyến đi mới qua khu đất nông nghiệp
và giáp khu dân cư địa phận Cão Lãnh. Khu vực tuyến đi qua có dạng địa mạo trầm
tích do quá trình bồi tích – lũ tích trong Kỷ Đệ Tứ tạo thành vùng đầm lầy tích tụ phù
sa, chịu ảnh hưởng của mực nước trong các sông lớn khi thủy triều lên. Số liệu khảo
sát địa chất công trình dọc tuyến cho thấy khu vực dự kiến xây dựng có điều kiện địa
chất không đồng nhất. Các lớp đất yếu nằm gần ngay bề mặt, phân bố trên toàn tuyến
với chiều dày biến đổi. Do vậy, việc xây dựng tuyến đường phải có các biện pháp xử
lý nền đất yếu mới đảm bảo các điều kiện ổn định, điều kiện khai thác bình thường và
bền vững của tuyến đường.
Hiện nay, có nhiều giải pháp xử lý nền đất yếu, nhưng lựa chọn giải pháp xử lý phù
hợp phải được dựa trên sự phân tích, so sánh, đánh giá đặc điểm cấu trúc địa chất với
quy mô và các yêu cầu kỹ thuật đặt ra cho công trình. Tuy nhiên, với chiều dài tuyến
lớn, khối lượng tính toán nhiều, do đó cần phải phân chia đoạn dựa trên cấu trúc nền
địa chất, lựa chọn mặt cắt tính toán hợp lý đối với đặc điểm cấu trúc địa chất và quy
mô, tải trọng công trình. Với đặc điểm cấu trúc nền đất yếu dày, thời gian thi công gấp
việc sử dụng biện pháp xử lý nền đường đất yếu bằng bấc thấm kết hợp gia tải cố kết
hút chân không là một biện pháp hợp lý.
Do đó, đề tài “Nghiên cứu xử lý đất yếu nền đường bằng bấc thấm kết hợp cố kết hút
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

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.

- Kết quả của đề tài nghiên cứu góp phần bổ sung cho các tài liệu tham khảo khi thiết
kế, xây dựng cho các công trình tương tự.
- Xây dựng cơ sở lựa chọn thiết kế xử lý nền đất yếu thích hợp về kỹ thuật và kinh tế
cho đoạn tuyến đường này.
7. Cấu trúc của luận văn
Cấu trúc của luận văn bao gồm 04 chương, tổng cộng 90 trang, 63 hình vẽ và ảnh chụp
tư liệu; 18 bảng biểu; 02 phụ lục tính toán.
Luận văn gồm các chương sau:
Chương 1: Tổng quan về đất yếu và phương pháp xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm kết
hợp với cố kết hút chân không
Chương 2: Cơ sở lý thuyết tính toán xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm kết hợp với cố
kết hút chân không.
Chương 3: Tính toán thiết kế giải pháp xử lý nền đường bằng bấc thấm kết hợp với cố
kết hút chân không.
Chương 4: Chuyên đề kỹ thuật tính toán độ lún và ổn định của nền đường bằng phần
mềm địa kỹ thuật.
Kết luận và kiến nghị.
Tài liệu Tham khảo.

3

3


CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐẤT YẾU VÀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ
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

- Hệ số nén : a 0,01 cm /kG;

4

4


- Góc ma sát trong:

0

10

2

- Lực dính (đối với đất dính): c 0,1 kG/cm ;
2

- Lực dính theo kết quả cắt nhanh không thoát nước c < 0.15 kG/cm ;
2

- Lực dính theo kết quả cắt cánh tại hiện trường Cu < 0.35 kG/cm ;
2

- Sức chống mũi xuyên qc < 1 kG/cm ;
- Chỉ số xuyên tiêu chuẩn (SPT) là N30 < 5;
1.1.1.2 Khái niệm đất yếu bằng định lượng
Khái niệm về đất yếu đã được đề cập trong các tiêu chuẩn xây dựng, cụ thể như sau:
Theo tiêu chuẩn TCVN 9355:2012 [13]: đất yếu là loại đất phải xử lý, gia cố mới có
thể làm nền móng cho công trình. Các loại đất yếu thường gặp là bùn, đất loại sét (sét,

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
2

hạn, đánh giá đối với xây dựng, đất có sức chịu tải quy ước R ≤ 1,0 kG/cm , mô đun
2

tổng biến dạng E0 ≤ 50,0 kG/cm 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.



7

7


1.3 Các nhóm giải pháp xử lý trên nền đất yếu
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

+ Cọc đóng vào nền đất yếu
1.3.5 Đánh giá các giải pháp xử lý nền đất yếu
Để lựa chọn được giải pháp xử lý nền thích hợp cho công trình chúng ta cần đánh giá
được nội dung , tác dụng, phạm vi áp dụng của phương pháp. Tác giả đưa ra bảng 1-1

9

9


đánh giá chung cho các phương pháp xử lý nền đất yếu được áp dụng phổ biến như
sau:
Bảng 1. 1 Đánh giá các phương pháp xử lý nền đất yếu
T
P Pháp
N T P
T1 X lý n Đào T dụn
Lh

ử
bằ
ng
cá
t

2

3

4

nén
tải
trước
cát
sỏi..)
hơn
tải
TK
X lý n Cọc
ử
ềc cát
bằ
40cm
ng
ọ bằng
được
cá
t
công
ống
chống
đổ
đầy
và
rung
Xử lý
Cho
nền
nước
bằng

hoặc
cọc
vôi và
phun
cọc
xiđất
măng
xi

ă
n
g
k
h
ả
n
ă
Tă
ng
cư
ờn
g
Tă
ng
sứ
c
ch
T
ho
nh

ch
iề
kh
ôn
nề
nng
ầké
m
M
N
Đ
ất
có
lỗ
rỗ
C
át
ph
a
bã
N
ền
đấ
t
yế
u
dà
yC
hi
ều

T8 Ph D Tădụn
N dụng
đấ sé yế

ươ
ph
áp
kế
t
ch
ân

ù
n
g
c

ng ền t
tă
ng
gi
ả

t

u

1.4 Sơ lược về phương pháp bấc thấm kết hợp với cố kết hút chân không và gia
tải
1.4.1 Sơ lược về lịch sử phát triển và đặc điểm của phương pháp cố kết hút chân hút


0

=
(
H

=
(
H

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

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:

hiệu trong suốt quá trình hút chân không bằng:
��1
(1-4)
′
��
= � − 1�
�
�� + ��

=

ℎ

×

= 1� ×
(1-5)

������

��
+ �2 × �

+

0

−ℎ×

Như vậy giá trị tăng của ứng suất hữu hiệu đúng bằng độ lớn của áp suất khí quyển và

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.

15

15