ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI
KHOA CÔNG TRÌNH – BỘ MÔN ĐỊA KỸ THUẬT



NGÀNH KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG
CHUYÊN NGÀNH ĐỊA KỸ THUẬT CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG
Giáo viên hướng dẫn: Ths. Lê Anh Đức
Sinh viên thực hiện : Đậu Xuân Quy
Lớp: Địa kỹ thuật công trình giao thông
Khóa: 52

HÀ NỘI – 2015
1


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Phần 2: CHUYÊN ĐỀ ĐỊA KỸ THUẬT
THIẾT KẾ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG BẤC THẤM
ĐOẠN TUYẾN Km 29+303.00 - Km 29+408.10
ĐƯỜNG DẪN ĐẦU CẦU HƯNG HÀ(ĐẦU HÀ NAM)

2


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

CHƯƠNG I

TỔNG QUAN VỀ ĐẤT YẾU VÀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NỀN
ĐẤT YẾU BẰNG BẤC THẤM
1.1. Đất yếu, nền đất yếu và các phương pháp phân loại
1.1.1. Khái niệm đất yếu
Có rất nhiều quan điểm khác nhau về đất yếu, nhưng nhìn chung đất yếu đều
có các đặc điểm sau:
Đất yếu là đất có tải trọng nhỏ (vào khoảng 50 - 100 kPa), có tính nén lún
lớn, hầu như bão hòa nước, có hệ số rỗng lớn (e > 1), mođuyn biến dạng thấp
(thường Eo = 5000 kPa), lực chống cắt nhỏ … nếu không có biện pháp xử ly đúng
đắn thì việc xây dựng công trình trên nền đất yếu là vô cùng khó khăn hoặc không
thể thực hiện được.
Đất yếu là các vật liệu mới hình thành (từ 10000 đến 15000 năm tuổi), có thể
chia thành ba loại: đất sét hoặc đất sét pha bụi mềm (có độ sệt > 0,5), có hoặc
không có chất hữu cơ, than bùn, các loại đất rất nhiều hữu cơ và bùn.
Đất yếu có thể hiểu một cách đơn giản là đất có sức chịu tải nhỏ so với tải
trọng của công trình cần xây dựng và không đáp ứng được các yêu cầu của thiết kế.
Đối với một số công trình thì được xem là đất yếu và phải có các biện pháp xử ly,
gia cố mới thi công và khai thác sử dụng công trình được. Nhưng đối với một số
công trình khác thì lại không bị xem là đất yếu, do đó không nhất thiết phải xử ly,
gia cố. Việc xem xét đất có phải đất yêu không phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác
nhau (quy mô, tải trọng công trình, chi phí xây dựng công trình…). Quan niệm về
đất yếu như thế này mang tính vận dụng và thực tiễn cao, được áp dụng rộng rãi.
Đối với xây dựng đường ô tô, theo tiêu chuẩn 22TCN 262 - 2000, đất yếu là
đất ở trạng thái tự nhiên, độ ẩm của đất gần bằng hoặc cao hơn giới hạn chảy, đất
yếu có hệ số rỗng lớn (đất sét : e ≥ 1,5 ; đất á sét : e ≥ 1), lực dính kết đơn vị c theo
thí nghiệm cắt nhanh không thoát nước nhỏ hơn 15 kPa, góc nội ma sát < 10° hoặc
lực dính kết đơn vị từ kết quả thí nghiệm cắt cánh hiện trường cu < 35 kPa.
Một số dạng đất yếu thường gặp:
3



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Đất sét mềm: gồm các loại đất sét hoặc á sét tương đối chặt, ở trạng thái bão
hòa nước có cường độ thấp.
Các loại đất hình thành trong môi trường nước, thành phần hạt rất mịn, ở
trạng thái luôn no nước, hệ số rỗng lớn, rất yếu về mặt chịu lực.
Than bùn: là các 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.
Cát chảy: gồm các loại cát mịn, kết cấu 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.
Đất bazan: đây cũng là đất yếu với đặc điểm độ rỗng lớn, dung trọng khô bé,
khả năng thấm nước cao, dễ bị ngập lún.
Một số trường hợp khác, nền đất không có lớp đất yếu nhưng có kết cấu yếu
(hang Karst, sông ngầm, mặt trượt đứt gãy kéo dài …) vẫn có thể xếp vào dạng nền
đất yếu. Tuy nhiên đối với các loại nền này, sự mất ổn định của công trình chỉ rõ rệt
khi tải trọng vượt quá tải trọng cho phép. Dạng nền này không thể sử dụng các biện
pháp gia cố thông thường và cũng không phải là đối tượng xử ly.
1.1.2. Khái niệm nền đất yếu
Là nền đất do nhiều lớp đất tạo thành, mỗi lớp đất có chỉ tiêu cơ lí khác
nhau.
Là nền đất nhiều lớp đất yếu hoặc do nhiều lớp đất tốt và lớp đất yếu xen kẽ
nhau tạo thành.
Nền đất yếu phụ thuộc vào tải trọng Công Trình.
Nền đất khi XDCT không thỏa mãn TTGH1 và TTGH2. Khi đó nền đất đó
gọi là nền đất yếu của CT.
1.1.3. Phân loại đất yếu
Để áp dụng trong xây dựng mục đích cơ bản của phần lớn các hệ thống phân
loại đất yếu là định lượng tương đối tính chất của từng loại đất phục vụ xây dựng,
để trên cơ sở đó lựa chọn các phương pháp khảo sát, mô tả hoặc những thí nghiệm


4


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
đơn giản và phù hợp, đồng thời phát triển các phương pháp thiết kế và thi công đáp
ứng.
Hệ phân loại được sử dụng kết hợp với phương pháp thiết kế kinh nghiệm
tạo ra phương thức giúp cho kỹ sư tiếp nhận được những kinh nghiệm thực tiễn đã
tích lũy từ nhiều chuyên gia thông thạo, thay vì những kinh nghiệm mò mẫm của
bản thân.
Có nhiều hệ thống phân loại đất yếu được công bố trong các tiêu chuẩn, quy
phạm quốc gia hoặc tài liệu địa kỹ thuật. Sau đây là một số hệ phân loại đất được
dùng phổ biến ở các nước.
1.1.3.1. Phân loại theo tiêu chuẩn Anh
Theo tiêu chuẩn này, đất yếu gồm đất sét (Clay), bột (Silt) có trạng thái chảy
(very soft), dẻo chảy (soft), và có thể là chứa hữu cơ hoặc than bùn.
Loại đất có chứa ít hữu cơ có màu xám đen, nâu đen vật chất hữu cơ ở dạng
này có thể phân biệt qua màu sắc của đất. Còn loại chứa nhiều hữu cơ (than bùn)
thì xốp, thực vật bị phân hủy với mức độ phân hủy khác nhau, tùy theo mức độ
phân hủy có thể chia thành hai dạng:
- Thớ (Fibrous – xơ) gồm: thớ thô (coarse fibrous); thớ mịn (fine fibrous).
- Vô định hình (Amorphous hoặc Pseudo-fibrous).
Cũng theo tiêu chuẩn này than bùn được xem như một hỗn hợp những di tích
thực vật được phân hủy ở những mức độ khác nhau, tồn tại trong điều kiện thông
khí không hoàn toàn và chứa một lượng nước cao, các quá trình vật ly, hóa học và
sinh vật học tạo cho các vật chất này tồn tại ở một trạng thái nhất định trong thời
gian dài.
Về chỉ tiêu cơ học, đất được coi là yếu khi trị số sức kháng cắt không thoát
nước nhỏ hơn 40 kPa hay chỉ số xuyên tiêu chuẩn (SPT) N30 nhỏ hơn 4 búa.

1.1.3.2. Phân loại theo tiêu chuẩn Mỹ - ASTM
Theo tiêu chuẩn ASTM thì đất yếu là các loại đất có chứa hữu cơ (sét, bụi)
có các giá trị giới hạn chảy của đất sau khi sấy phải nhỏ hơn 75% so với giới hạn
chảy của chính đất ấy trước khi sấy khô.
5


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Cũng theo tiêu chuẩn này than bùn là đất có chứa các vật chất hữu cơ phân
hủy ở mức độ khác nhau, có màu nâu đen đến đen, xốp. Cấu tạo của than bùn theo
tiêu chuẩn này cũng giống như phân loại của Anh là bao gồm có hai dạng thớ và vô
định hình.
1.1.3.3. Phân loại theo tiêu chuẩn Nga
Theo tiêu chuẩn này các dạng đất yếu được đề cập đến là bùn, đất than bùn
hóa, than bùn. Chúng đều nằm trong phụ nhóm thành tạo tự nhiên, bị biến đổi trong
các điều kiện thế nằm tự nhiên bởi các tác động hóa ly, thuộc nhóm đất dính, lớp
đất phân tán. Đất dính được phân chia theo theo chỉ số dẻo và chia thành các trạng
thái khác nhau theo độ sệt. Còn đất bùn được tách thành nhóm đất đặc biệt vì bùn
không thích hợp cho xây dựng.
Đất yếu được xếp vào bùn là đất ở trạng thái chảy và hệ số rỗng vượt quá giá
trị tối thiểu cho từng dạng bùn, cho trong bảng sau:
Bảng 1.1:
Dạng bùn

Hệ số rỗng eo

Bùn cát pha

eo ≥ 0,9


Bùn sét pha

eo ≥ 1,0

Bùn sét

eo ≥ 1,5

Khi đất bùn có chứa hàm lượng hữu cơ đủ lớn được gọi là đất than bùn hóa
với tên gọi của đất phụ thuộc hàm lượng tương đối của tàn tích thực vật theo bảng
sau :

6


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Bảng 1.2:
Đất than bùn hóa

Hàm lượng tương đối của tàn tích thực
vật q (độ than bùn)

Đất than bùn hóa yếu

0,1 < q ≤ 0,25

Đất than bùn hóa vừa

0,25 < q ≤ 0,4


Đất than bùn hóa mạnh

0,4 < q ≤ 0,6

Than bùn

q ≥ 0,6

Theo tiêu chuẩn Nga thì đặc tính của địa chất công trình của đất yếu rất phức
tạp, chúng biến đổi rất mạnh phụ thuộc vào nguồn gốc thành tạo, tuổi địa chất,
thành phần vật chất của trầm tích, điều kiện tồn tại của chúng.
1.1.3.4. Phân loại theo tiêu chuẩn Việt Nam
- Theo TCXD 245-2000:
Đất yếu là loại đất phải tiến hành xử ly, gia cố mới có thể dùng làm nền cho
móng công trình. Các loại đất yếu thường gặp là bùn, đất loại sét (sét, sét pha, cát
pha) ở trạng thái dẻo chảy. Những loại đất này thường có độ sệt lớn, hệ số rỗng lớn,
góc ma sát trong , có lực dính kết đơn vị theo kết quả cắt nhanh không thoát nước c
< 15 kPa, có lực dính kết theo kết quả cắt cánh hiện trường c u < 35 kPa, có sức
chống mũi xuyên tĩnh qc < 0,1 MPa và có chỉ số xuyên tiêu chuẩn SPT là N < 5.
- Theo 22TCN 262-2000:
Tùy theo nguyên nhân hình thành, đất yếu có thể có nguồn gốc khoáng vật
hoặc nguồn gốc hữu cơ:
+ Loại có nguồn gốc khoáng vật thường là sét hoặc sét pha trầm tích trong
nước ở ven biển, vũng vịnh, đầm hồ, đồng bằng tam giác châu; loại mà có thể lẫn
hữu cơ trong qua trình trầm tích (hàm lượng có thể tới 10 - 12 %) nên có thể có
màu nâu đen, xám đen, có mùi. Đối với loại này, được xác định là đất yếu nếu ở
trạng thái tự nhiên, độ ẩm của chúng gần bằng hoặc cao hơn giới hạn chảy, hệ số
rỗng lớn (sét e 1,5 ; sét pha e 1, lực dính kết đơn vị c theo kết quả cắt nhanh không

7



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
thoát nước từ 15 kPa trở xuống, góc nội ma sát từ 0 - 10 o hoặc lực dính từ thí
nghiệm cắt cánh hiện trường cu35 kPa.
+ Loại có nguồn gốc hữu cơ thường hình thành từ đầm lầy, nơi tích đọng
nước thường xuyên, mực nước ngầm cao, tại đây các loài thực vật phát triển, thối
rữa và phân hủy, tạo ra các vật lắng hữu cơ lẫn các trầm tích khoáng vật. Loại này
thường gọi là đất đầm lầy than bùn, hàm lượng hữu cơ chiếm tới 20 - 80%, thường
có màu đen hay nâu sẫm, cấu trúc không mịn (vì lẫn các tàn dư thực vật). Đối với
loại này được xác định là đất yếu nếu hệ số rỗng và các đặc trưng sức chống cắt của
chúng cũng đạt các trị số như đã nêu trên.
- Đất yếu đầm lầy than bùn còn được phân theo tỷ lệ lượng hữu cơ có trong
chúng:
+ Lượng hữu cơ có từ 20 - 30 %: đất nhiễm than bùn.
+ Lượng hữu cơ có từ 30 - 60 %: đất than bùn.
+ Lượng hữu cơ có trên 60%: than bùn.
- Đất yếu loại sét được phân theo độ sệt:
+ Nếu IL > 1 là đất có trạng thái chảy.
+ Nếu 0,75 < IL 1 là đất có trạng thái dẻo chảy.
- Đất yếu loại đầm lầy than bùn được phân loại như sau :
+ Loại 1: Loại có độ sệt ổn định, thuộc loại này nếu vách đất đào thẳng
đứng sâu 1 m trong chúng vẫn duy trì được ổn định trong 1- 2 ngày.
+ Loại 2: Loại có độ sệt không ổn định.
+ Loại 3: Đất than bùn ở trạng thái chảy.
1.2. Cơ sở lý thuyết giải pháp xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm
1.2.1.
Sơ lược về bấc thấm
Bấc thấm là một vật liệu địa kỹ thuật dùng để xử ly nền đất yếu, nó được cấu
tạo từ hai lớp: vỏ hay áo lọc bằng vải địa kĩ thuật không dệt sợi liên tục chất liệu PP

hoặc PE 100% có độ bền cơ học lớn, hệ số thấm cao, kích thước lỗ nhỏ giúp ngăn
các hạt đất xét nhỏ thâm nhập vào lõi thoát nước; lớp lõi thoát nước đùn bằng nhựa
hạt PP, có rãnh cả hai phía.
8


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
- Phân loại bấc thấm:
+ Bấc thấm đứng CD: là một loại của bấc thấm PVD, được sản xuất bởi
công ty Thai Miltec. Sản phẩm này đã được sử dụng rộng rãi tại khu vực Đông
Nam Á. Như: Thái Lan, Việt Nam, Singapore, Indonesia…
+ Bấc thấm ngang SD: là một loại của bấc thấm PVD được sản xuất để thay
thế lớp đệm cát trong hệ thống PVD, thay thế hệ thống ống thoát nước đục lỗ trong
hệ thống PVD và thay thế vật liệu thoát nước ngầm. Sản phẩm có độ bền cao, dễ thi
công và giá cả cạnh tranh.
- Đặc tính:
+ Giảm thiểu tối đa sự xáo trộn các lớp đất.
+ Khả năng tương thích cao của lõi cũng như vỏ bấc thấm với nhiều loại
đất.
+ Dễ dàng thi công, hiệu suất có thể đạt tới 8.000 m/ngày.
+ Không cần cấp nước khi thi công.
+ Bấc có thể được đóng xuống độ sâu trên 40 m.
- Ứng dụng:
Gia cố nền đất yếu, bấc thấm đứng được sử dụng để xử ly gia cố nền đất yếu,
trong thời gian ngắn có thể đạt tới 95% độ ổn định dài hạn, tạo khởi động cho quá
trình ổn định tự nhiên ở giai đoạn sau. Quá trình gia cố có thể được tăng tốc bằng
gia tải.
- Lợi thế thi công:
+ Tiết kiệm được khối lượng đào đắp.
+ Rút ngắn được thời gian thi công.

9


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
1.2.2.

Khái quát về phương pháp

Nền đất sét yếu có hệ số thấm nhỏ, vì vậy để hoàn thành giai đoạn lún cố kết
cần phải có nhiều thời gian. Để rút ngắn thời gian cố kết này người ta thường dùng
thiết bị tiêu nước thẳng đứng kết hợp gia tải trước can thiệp trực tiếp vào nền đất.
Trong phương pháp gia cố nền bằng bấc thấm, người ta dùng bấc thấm cắm
vào lòng đất đến độ sâu cần thiết, kết hợp với gia tải trước nhằm tạo gradien thủy
lực làm cho nước lỗ rỗng thoát ra khi nước trong đất chảy nhanh theo phương
ngang về phía bấc thấm rồi sau đó chảy tự do ra ngoài.
Việc đặt bấc thấm vào trong nền đất sét sẽ làm giảm chiều dài đường thấm và
dẫn đến giảm thời gian hoàn thành quá trình cố kết. Như vậy bấc thấm đặt vào
trong nền đất có mục đích là làm tăng tốc độ cố kết của nền đất và từ đó nâng cao
sự ổn định của công trình đặt trên nền đất yếu.
Khi cắm bấc thấm xuống chiều sâu thiết kế, nước trong lỗ rống thoát ra khi đất
sét cố kết với gradien thủy lực tạo ra nén trước, chảy nhanh theo phương ngang về
phía thiết bị tiêu nước, rồi chảy từ đó theo phương ngang thẳng đứng, dọc theo thiết
bị về các lớp đất dễ thấm nước.
1.2.3.

Cấu tạo bấc thấm

Bấc thấm là tên gọi chung để gọi các băng chất dẻo được cắm vào trong đất
bằng thiết bị đặc biệt,thường có bề rộng khoảng 100 ~ 200 mm bề dày từ 4 ~ 7 mm.
Lõi bấc thấm là một băng chất dẻo có nhiều rãnh nhỏ để:

- Tạo các rãnh để dẫn nước thấm dọc theo lõi.
- Nâng đỡ lớp vỏ bọc không bị dính vào nhau do áp lực ngang trong đất.
- Chống chịu lực kéo căng khi thi công giúp bấc thấm không bị đứt khi thi
công hoặc do cắt trượt khi có chuyển vị ngang lớn xảy ra trong đất.
Bấc thấm có hai loại là bấc thấm ngang và bấc thấm đứng:
- Bấc thấm đứng có chức năng chính là thấm và hút nước trong nền đất yếu,
làm tăng nhanh khả năng cố kết của nền đất, được bố trí theo chiều sâu nền đất đến
chiều sâu thiết kế
Bấc thấm đứng có cấu tạo gồm lõi và vỏ bọc.
10


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Hình 2.1: Bấc thấm đứng.
- Bấc thấm ngang có tác dụng tăng nhanh khả năng thoát nước (có tác dụng
như lớp đệm cát). Bấc thấm ngang có cấu tạo như bấc thấm đứng nhưng kích thước
lớn hơn.
- Đặc tính của bâc thấm ngang:
+ Nước lỗ rỗng được hấp thụ qua lớp vải lọc và bản thoát nước chảy vào
trong lõi bấc một cách êm thuận. Do đặc tính này ngay cả bâc thấm ngang được mở
rộng thì khả năng thoát nước vẫn được duy trì.
+ Đây là loại vật liệu có cường độ chịu kéo và độ dãn dài cao trong khi cố
định tốc độ dịch chuyển tự do của lõi và lớp vải lọc. Do đó nó có thể biến dạng
theo sự thay đổi của địa hình do lún cố kết.
+ Bản thoát nước không chỉ nhẹ và dễ vận chuyển mà cũng không cần một
vật liệu liên kết đặc biệt nào.

Hình 2.2 : Cấu tạo bấc thấm ngang.
11



b

b

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

a

a

Hình 2.3 : Cấu tạo mặt lõi bấc thấm.
- Bấc thấm có các tính chất quan trọng sau:
+ Có khả năng thoát nước lớn.
+ Mềm, dễ uốn.
+ Có cường độ cao, dai (kéo và nén).
+ Không co ngót khi thay đổi độ ẩm, nhiệt độ thấp.
+ Chịu được axit, kiềm, muối.
- Lõi bấc thấm được bọc bằng một lớp vải địa kỹ thuật. Lớp vải được chế tạo
bằng sợi liên tục chất liệu Polypropylene hoặc Polyester 100% và không có bất kỳ
chất kết dính nào khác. Nó là hàng rào vật liệu phân cách lòng của dòng chảy với
đất xung quanh và bộ lọc hạn chế cát mịn đi vào lõi làm tắc thiết bị. Vỏ lọc có các
tính chất quan trọng sau:
+ Có cường độ cao như nhau theo cả hai phương.
+ Không co giãn khi thay đổi độ ẩm.
+ Có khả năng thấm nước cao.
+ Chịu được axit, kiềm và muối.
+ Có đặc tính lọc hoàn hảo.
Bấc thấm được chế tạo hàng loạt trên công nghệ hiện đại, chúng được cuốn

lại trong các rulo, có độ dài 200 - 300 m và nặng từ 15 - 40 kg.
1.2.4.

Nguyên lý của phương pháp

Là phương pháp kỹ thuật thoát nước thẳng đứng bằng bấc thấm kết hợp với
gia tải trước. Khi chiều dày đất yếu rất lớn hoặc khi độ thấm của đất rất nhỏ thì có
thể bố trí đường thấm thẳng đứng để tăng tốc độ cố kết. Phương pháp này thường
dùng để xử ly nền đường đắp trên nền đất yếu. Phương pháp bấc thấm
12


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
(Prefabricated Vertical Drainage - PVD) có tác dụng thấm thẳng đứng để tăng
nhanh quá trình thoát nước trong các lỗ rỗng của đất yếu, làm giảm độ rỗng, độ ẩm,
tăng dung trọng. Kết quả là làm tăng nhanh quá trình cố kết của nền đất yếu, tăng
sức chịu tải và làm cho nền đất đạt độ lún quy định trong thời gian cho phép.
Phương pháp bấc thấm có thể sử dụng độc lập, nhưng trong trường hợp cần tăng
nhanh tốc độ cố kết, người ta có thể sử dụng kết hợp đồng thời biện pháp xử ly
bằng bấc thấm với gia tải tạm thời, tức là đắp cao thêm nền đường so với chiều dày
thiết kế 2 - 3 m trong vài tháng rồi sẽ lấy phần gia tải đó đi ở thời điểm mà nền
đường đạt được độ lún cuối cùng như trường hợp nền đắp không gia tải. 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 Polyeste không dệt…). Bấc
thấm có các tính chất vật ly đặc trưng sau:
+ Cho nước trong lỗ rỗng của đất thấm qua lớp vải địa kỹ thuật bọc ngoài
vào lõi chất dẻo.
+ Lõi chất dẻo chính là đường tập trung nước và dẫn chúng thoát ra ngoài
khỏi nền đất yếu bão hòa nước.
Lớp vải địa kỹ thuật bọc ngoài là Polypropylene và Polyeste không dệt hay

vật liệu giấy tổng hợp, có chức năng ngăn cách giữa lõi chất dẽo và đất xung
quanh, đồng thời là bộ phận lọc, hạn chế cát hạt mịn chui vào làm tắc thiết bị. Lõi
chất dẽo có 2 chức năng: Vừa đỡ lớp bao bọc ngoài vừa tạo đường cho nước thấm
dọc chúng ngay cả khi áp lực ngang xung quanh lớn. Nếu so sánh hệ số thấm nước
giữa bấc thấm PVD với đất sét bão hòa nước cho thấy rằng, bấc thấm PVD có hệ số
thấm (k = 1.10-4 m/s) lớn hơn nhiều lần so với hệ số thấm nước của đất sét (k =
1,16.10-9 m/s). Do đó, các thiết bị PVD dưới tải trọng nén tức thời đủ lớn có thể ép
nước trong lỗ rỗng của đất thoát tự do ra ngoài.
1.2.5.

Ưu, nhược điểm

- Ưu điểm
+ Tốc độ lắp đặt bấc thấm (cắm vào đất yếu) đạt trung bình 5000
m/ngày/máy. Tốc độ cắm nhanh thế này làm giảm giá thành công trình.
+ Trong quá trình lắp đặt sẽ không xảy ra hiện tượng bấc thấm bị đứt. Hiện
tượng này chỉ xảy ra trong quá trình thi công cọc cát, giếng cát.
13


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
+ Khả năng thấm nước cao, hệ số thấm trung bình từ 30.10 -6 - 90.10-6
m3/sec. Trong khi đó một cọc cát đường kính 350 cm thì khả năng thoát nước của
nó chỉ đạt khoảng 20. 10-6 m3/sec.
+ Trong quá trình thi công bấc thấm, phạm vi vấy bẩn và phá hoại kết cấu
nền nhỏ hơn nhiều so với việc thi công cọc cát và giếng cát.
+ Không yêu cầu phục vụ nước khi thi công.
+ Chiều sâu cắm bấc thấm có thể đạt tới 40 m.
+ Dễ dàng kiểm tra chất lượng.
+ Thoát nước tốt trong các điều kiện khác nhau.

+ Bấc thấm và sản phẩm được chế tạo sẵn trong các nhà máy nên chất
lượng ổn định.
- Nhược điểm.
+ Nếu diện tích xây dựng nhỏ thì sử dụng phương pháp bấc thấm là không
hợp ly.
+ Không làm tăng cường độ trực tiếp của đất nền.
+ Kém hiệu quả khi chiều dày lớp đất yếu quá dày

14


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Hình 1.1: Mặt cắt bố trí bấc thấm và các thiết bị quan trắc khi xử lý nền đất
yếu bằng bấc thấm
1.3. Lý thuyết tính toán
1.3.1. Độ lún
Do sự thay đổi ứng suất gây ra bởi tải trọng của nền đường và độ sâu phân
bổ của đất, một lớp đất sẽ được phân chia thành các lớp nhỏ để tính toán độ lún và
độ lún của lớp đất sẽ là tổng độ lún của các lớp nhỏ (phân tầng cộng lún).
Tính toán độ lún cố kết bằng cách sử dụng công thức gốc theo mô tả dưới đây:
Sc =

eo − e1
H
1 + e0

(1.1)

Hoặc bằng các công thức điều chỉnh sau đây:

+ Đối với đất cố kết bình thường hoặc chưa cố kết xong:
Sc = ∑

(1.2)

+ Đối với đất quá cố kết:
Sc = ∑

nếu
15

(1.3)


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Sc = ∑

nếu (1.4)

Trong đó:
: Hệ số rỗng của lớp đất thứ i ở trạng thái tự nhiên;
Áp lực do trọng lượng bản thân các lớp đất tự nhiên nằm trên lớp I;
(1.5)

=;

Áp lực tiền cố kết ở lớp I;
: Áp lực do tải trọng đắp gây ra ở lớp I;
= I.q1 (phụ lục II, 22TCN 262-2000);


(1.6)

I - Hệ số ảnh hưởng, tra toán đồ Osterberg (Phụ lục II, 22TCN 262-2000);
- Chỉ số nén của lớp đất thứ I;
- Chỉ số nở của lớp đất thứ i.
1.3.2. Độ cố kết
Trong trường hợp có đường thấm đứng như là bấc thấm... được bố trí để xử
ly nền đất yếu, độ cố kết sẽ được xác định bằng biểu thức Carrillo:
U = 1 − (1 − U v ) * ( 1 − U h )

(1.7)

Trong đó:
U: Độ cố kết,
Uv: Thành phần cố kết thẳng đứng được tính như đề cập trên,
Uh: Thành phần cố kết ngang được tính bằng kiến nghị Hansbo như sau:
 − 8 × Th 
U h = 1 − exp

 F 
Th =

(1.8)

C h .t
de

2

(1.9)

16


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
F = F ( n) + Fs + Fr
F ( n) =

(1.10)

n2
3n 2 − 1
ln
n
−
n2 −1
4n 2

n=

(1.11)

de
dw

(1.12)

k
 d 
Fs =  h − 1 ln s 
 ks

  dw 
Fr = πz ( 2 L − z )

(1.13)

kh
qw

(1.14)

Trong đó:
Th: Hệ số thời gian;
Ch: Hệ số cố kết ngang;
de: Khoảng cách thoát nước hiệu quả (=1,13d s cho dạng hình vuông, =1.05ds
cho dạng hình tam giác);
ds: Khoảng cách từ tâm đến tâm giữa các đường thấm đứng;
dw: Đường kính/đường kính tương đương của đường thấm đứng;
kh: Hệ số thấm theo phương ngang;
ks: Hệ số thấm trong vùng đất bị xáo trộn;
ds: Đường kính mặt cắt ngang của vùng đất bị xáo trộn;
L: Chiều dài thoát nước;
qw: Khả năng thoát nước của đường thấm đứng.
1.3.3. Sức kháng cắt do cố kết
Sức kháng cắt không thoát nước của đất yếu được xem là tăng lên 1 lượng
∆C do cố kết được xác định như sau:
∆c = () × U × m

(1.15)
17



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trong đó:
∆c: Lượng tăng của sức kháng cắt không thoát nước do cố kết,
m: Hệ số tăng của sức kháng cắt không thoát nước, m = tan.
1.3.4 Kiểm toán trượt
Sử dụng Phương pháp Bishop như công thức dưới đây để kiểm toán trượt.
1
∑ m [ C × b + ( w − u × b ) tan ϕ ]
Fs =
∑ w sinα
a

tan ϕ 

ma = cos α 1 + tan α

Fs 


Trong đó (xem hình 2-2):
C: Lực dính,
ϕ: Góc ma sát trong,
b: Bề rộng phân tố,
u: Áp lực nước lỗ rộng tác động đáy cung trượt,
W: Trọng lượng của phân tố,
α

: Góc nghiêng tại đáy cung trượt so với phương ngang.


α

Hình 1.2: Mô tả kiểm toán trượt
18

(1.16)

(1.17)


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
1.4. Ứng dụng của phương pháp xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm và qui
định về vật liệu dùng làm tầng đệm thoát nước
1.4.1.
Ứng dụng của phương pháp xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm
- Gia cố nền đất yếu:
Bấc thấm được sử dụng để xử ly gia cố nền đất yếu, trong thời gian ngắn
để đạt tới 95% độ ổn định dài hạn, tạo khởi động cho quá trình ổn định tự nhiên ở
giai đoạn sau. Quá trình cố kết có thể được tăng tốc bằng cách gia tải.
- Ổn định nền:
Các công trình có thể ứng dụng bấc thấm để xử ly nền đất yếu rất đa
dạng, bao gồm đường cao tốc, đường dẫn đầu cầu, đường bang sân bay, đường sắt,
bến cảng, kho xăng dầu,… xây dựng trên nền đất yếu có tải trọng động.
- Xử ly môi trường:
Bấc thấm được sử dụng để xử ly nền đất yếu, đất nhão thường thấy ở các
khu vực ô chôn lấp rác. Bấc thấm cũng được sử dụng để tẩy rửa các khu vực đất bị
ô nhiễm, bằng công nghệ hút chân không, hút nước ngầm thấm qua các lớp đất bị ô
nhiễm, mang theo các chất ô nhiễm hòa tan trong nước lên bề mặt để xử ly.
1.4.2.
Qui định về vật liệu dùng làm tầng đệm thoát nước.

- Cát được sử dụng làm đệm cát thoát nước phải là cát sạch, cỡ hạt trung trở lên và
phải đảm bảo được theo các yêu cầu sau:
+ Hàm lượng hạt > 0, 5 mm chiếm trên 50%;
+ Hàm lượng hạt < 0,14 mm chiếm không quá 10%;
+ Hàm lượng hữu cơ < 5%;
+ Hệ số thấm k ≥ 10-4 m/s
+ Và phải thoả mãn một trong hai điều kiện sau:
D60
>6
D10
1<

( D30 ) 2
D10 .D60

<3

(D60, D30, D10 là kích cơ hạt mà lượng chứa các cỡ hạt nhỏ hơn nó chiếm 60%,
30%, 10%)

19


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
1.5. Thi công xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm
- Thiết bị thi công có các đặc trưng kỹ thuật sau:
+ Trục tâm để lắp bấc thấm có tiết diện 61x120mm, dọc trục có vạch chia
đến cm để theo dõi chiều sâu cắm bấc thấm và phải có quả dọi để thương xuyên
kiểm tra độ thẳng đứng khi cắm bấc thấm vào trong đất.
+ Máy phải có lực đủ lớn để cắm bấc thấm đến độ sâu thiết kế.

- Trình tự thi công:
1. Định vị tất cả các điểm sẽ phải cắm bấc thấm bằng máy đo đạc thông
thường theo hàng dọc và hàng ngang đúng với sơ đồ thiết kế, công
việc này áp dụng cho từng ca máy.
2. Đưa máy cắm bấc thấm vào đúng vị trí theo đúng hành trình đã vạch
trước. Xác định vạch xuất phát trên trục tâm để tính chiều dài bấc
thấm được cắm vào đất, kiểm tra độ thẳng đứng của bấc thấm.
3. Lắp bấc thấm vào trục tâm và điều khiên máy dài bấc thấm được gấp
đôi lại tối thiểu là 30cm và đưa đầu trục đến vị trí cắm bấc thấm.
4. Gắn đầu neo vào đầu dưới của bấc thấm với chiều dài bấc thấm được
gấp lại tối thiểu là 30cm và được ghim bằng ghim thép. Các đầu neo
phải có kích thước phù hợp với đầu bấc thấm( thường là bằng tôn
85x150mm dày 0.5mm).
5. Cắm trục tâm đã được lắp bấc thấm đến độ sâu thiết kế với tốc độ đều
trong phạm vi 0.2~0.6m/s. Sau khi cắm xong, kéo trục tâm lên( lúc
này đầu neo giữ bấc thấm lại trong đất). Khi trục tâm đã được kéo lên
hết, dung kéo cắt đứt bấc thấm sao cho còn lại ít nhất 20cm đầu bấc
thấm nhô lên trên lớp đệm cát và quá trình lặp lại cho vị trí khác.
6. Sau khi cắm xong thi công lớp đệm cát thoát nước ở bên trên.
1.6. Nhận xét
Để rút ngắn thời gian cố kết, nâng cao sự ổn định của công trình người ta
thường sử dụng thiết bị thoát nước thẳng định kết hợp với gia tải trước bằng các
khối đắp tạm thời. Thiết bị thoát nước thẳng đứng gồm nhiều loại với các đặc
trưng cơ ly khác nhau nhằm tạo ra đường thoát nước nhân tạo cho đất.
Phương pháp xử ly nền đất yếu bằng bấc thấm kết hợp với gia tải trước có
thể làm tăng tốc độ lún, tăng ổn định tổng thể và đẩy nhanh tiến độ xây dựng.

CHƯƠNG II
20



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG BẤC THẤM
ĐOẠN TUYẾN Km 29+303.00 - Km 29+408.10
ĐƯỜNG DẪN ĐẦU CẦU HƯNG HÀ(ĐẦU HÀ NAM)
2.1. Khái quát về công trình
2.1.1. Giới thiệu chung
Dự án đầu tư xây dựng cầu Hưng Hà thuộc tuyến đường bộ nối đường cao
tốc Hà Nội – Hải Phòng với đường cao tốc Cầu Giẽ - Ninh Bình đã được Bộ GTVT
phê duyệt ngày 25/03/2014 bằng quyết định số 853/QĐ-BGTVT, dự án sử dụng
vốn vay EDCF của Chính Phủ Hàn Quốc. Liên danh tư vẫn Dohwa-Jinwoo-Dongil
được lựa chọn là Tư vấn chính và Công ty cổ phần tư vấn thiết kế Đường bộ
(HECO) được lựa chọn là Tư vấn phụ để cung cấp dịch vụ tư vấn thiết kế chi tiết
dự án xây dựng cầu Hưng Hà và đường dẫn hai đầu cầu.
Phạm vi của dự án xây dựng cầu Hưng Hà:
- Điểm đầu tuyến giao với QL39 tại Km24+950.
- Điểm cuối tuyến giao với QL39 tại Km32+259.98.
- Chiều dài toàn tuyến L=7,161Km, trong đó phạm vi thiết kế cầu Hưng Hà
từ Km27+123.084 đến Km29+226.634, chiều dài L=2103.55m, bao gồm
cả 10m nền đường đầu cầu.
Phạm vi xây dựng công trình thuộc các phương thuộc TP.Hưng Yên, các xã
thuộc huyện Tiên Lữ, tỉnh Hưng Yên và các xã thuộc huyện Ly Nhân, tỉnh Hà
Nam.
2.1.2. Các thông số kỹ thuật và qui mô thiết kế
- Qui mô tiêu chuẩn kỹ thuật phần đường dẫn đầu cầu.
Qui mô mặt cắt ngang dự kiến thiết kế đường cấp II Đồng Bằng theo TCVN 4054 –
2005:
- Bề rộng làn xe:
- Bề rộng lế gia cố:

- Bề rộng dải phân cách giữa:
Tổng cộng:
21

B = 3,75m x 4 = 15m
Bgc = 3,0m x 2 = 6,0m
Bpc = 1,5m
= 22,5m


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Vận tốc thiết kế: 100 km/h.
- Độ cố kết
Đối với các đoạn có thiết kế xử ly đặc biệt sử dụng các giải pháp thoát nước
thẳng đứng như bấc thấm kết hợp với đắp nhiều giai đoạn, gia tải và phải đảm bảo
rằng nền đất yếu trong phạm vi xử ly đạt độ cố kết U 90% và độ lún dư không
được vượt quá trong 3.1.
Thời gian thi công xử ly nền đất yếu tối đa là: 18 tháng.
- Độ ổn định
Trong qua trình thi công nền đường sức kháng cắt của đất nền được gia tăng
trong quá trình đắp. Phạm vi tính độ tăng sức kháng cắt của nền đất đến hết chiều
sâu xử ly bằng giải pháp thoát nước thẳng đứng. Độ tăng sức kháng cắt của nền đất
tuân thủ theo mục V.3 trong Quy trình 22TCN 262-2000.
Độ ổn định cho nền đường đắp trên đất yếu được quy định trong “Quy trình
Khảo sát Thiết kế nền đường ôtô đắp trên đất yếu 22TCN 262-2000”, nội dung cụ
thể như sau:
- Hệ số ổn định Kmin 1,20 trong quá trình thi công nền đường.
- Hệ số ổn định Kmin 1,40 trong quá trình thi công nền đường.
- Vật liệu đắp nền đường:


Bảng 2.1:
STT Các thông số

Giá trị
22


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
1
2

Cấp đường
Vị trí đoạn nền đường đắp trên đất yếu

3
4
5
6

Vận tốc thiết kế
Chiều dài đoạn đường cần xử ly nền đất yếu
Chiều cao đắp
Loại đất đắp:
Trọng lượng thể tích
Cường độ lực dính
Góc ma sát trong

Đường cao tốc
Đoạn nền đắp đường đầu
cầu

100 km/h
105,1 m
4,2 m
Đất cát pha:
γw = 19,1 kN/m3;

c = 14,7 kPa;
ϕ = 30o
7 Độ dốc taluy nền đắp
1:1,75
8 Bề rộng nền đường
22,5m
9 Tải trọng xe lớn nhất chạy trên đường (H30) G = 30 T
10 Chiều sâu mực nước ngầm
Không gặp nước ngầm
11 Thời gian thi công nền đường
Tối đa 18 tháng
12 Thời gian xử ly nền đất yếu
Tối đá 9 tháng
13 Độ cố kết yêu cầu
U ≥ 90%
Áp lực do lớp đất đắp gây ra: q1 = 19,1 × 4,2 = 80,22 kPa.
2.1.3. Các tiêu chuẩn kỹ thuật áp dụng khi thiết kế
Công tác khảo sát địa chất công trình được tiến hành theo các tiêu chuẩn sau:
- Tiêu chuẩn khảo sát hiện trường:

Bảng 2.2:
23



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
STT
1
2
3
4
5
6
7

Tên tiêu chuẩn
Khảo sát cho xây dựng – Nguyên tắc cơ bản
Quy trình khoan thăm dò địa chất công trình
Quy trình khảo sát thiết kế nền đường ôtô đắp
trên đất yếu
Quy trình khảo sát Đường ôtô
Đất xây dựng, phương pháp lấy, bao gói, vận
chuyển và bảo quản mẫu
Đất xây dựng – Phương pháp thí nghiệm hiện
trường thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (SPT)
Quynh trình thí nghiệm cắt cánh hiện trường

Số hiệu
TCVN 4419:1987
TCVN 9437-2000
22TCN 262-2000
22TCN 263-2000
TCVN 2683:2012
TCVN 9351:2012
22TCN 355-06


- Tiêu chuẩn thí nghiệm trong phòng:
Bảng 2.3:
STT Tên tiêu chuẩn
1
Đất xây dựng – Phương pháp xác định khối
lượng riêng trong phòng thí nghiệm
2
Đất xây dựng – Phương pháp xác định độ ẩm và
độ hút ẩm trong phòng thí nghiệm
3
Đất xây dựng – Phương pháp xác định giới hạn
chất dẻo và giới hạn chảy trong phòng thí
nghiệm
4
Đất xây dựng – Các phương pháp xác định thành
phần hạt trong phòng thí nghiệm
5
Đất xây dựng – Phương pháp thí nghiệm nén cố
kết trong phòng thí nghiệm
6
Đất xây dựng – Các phương pháp xác định khối
lượng thể tích trong phòng thí nghiệm
7
Các phương pháp xác định góc nghỉ (khô và ướt)
của cát trong phòng thí nghiệm
8
Các phương pháp xác định , của cát trong phòng
thí nghiệm
9

Đất xây dựng – Phương pháp phân loại đất

- Tiêu chuẩn dung để thiết kế, xử ly đất yếu:
24

Số hiệu
TCVN 4195:2012
TCVN 4196:2012
TCVN 4197:2012
TCVN 4198:2012
TCVN 4200:2012
TCVN 4202:2012
TCVN 8724:2012
TCVN 8721:2012
TCVN 5747:1993


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Bảng 2.4:
STT
1
2
3
4
5

Tên tiêu chuẩn
Quy trình khảo sát và thiết kế nền đường đắp trên đất
yếu
Quy trình xử ly nền đất yếu bằng bấc thấm trong xây

dựng đường
Quy trình kỹ thuật thi công và nghiệm thu bấc thấm
trong xây dựng nền đường trên đất yếu
Vải địa kỹ thuật trong xây dựng nền đấp trên đất yếu
Gia cố nền đất yếu bằng bấc thấm thoát nước

Số hiệu
22TCN 262 - 2000
22 TCN 244 - 98
22 TCN 236 - 97
22 TCN 248 - 98
TCXD 245 - 2000

2.2. Điều kiện địa kỹ thuật khu vực thiết kế
2.2.1. Sự phân bố các lớp đất nền và đặc điểm của chúng
Trong phạm vi xử ly đất yếu từ Km 29+303.00 - Km 29+408.10 tiến hành khoan 2
lỗ khoan:
Bảng 2.5:
Tên

LK27

LK28

Vị trí

Km 29+303.00

Km 29+408.10


Chiều sâu

31m

28m

Cao độ

-31

-28

Số lượng mẫu thí nghiệm

19

16

Căn cứ vào kết quả khoan khảo sát, cùng với kết quả thí nghiệm trong phòng và
ngoài trời. Địa tầng khu vực được chi làm các lớp đất sau.
Lớp 1: Sét ít dẻo, xám nâu, dẻo mềm.
Lớp có thành phần chủ yếu là sét ít dẻo, màu xám nâu, trạng thái dẻo mềm. Cao độ
mặt lớp thay đổi từ +0,61m đến +2,57m. Bề dày lớp thay đổi từ 0,5m đến 3m. Số
lượng mẫu thí nghiệm: 01 mẫu (chỉ tiêu cơ ly của lớp 1 được trình bày trong Bảng
2.6).
Lớp 2: Sét ít dẻo, xám nâu đen, đôi chỗ lẫn hữu cơ, chảy.
25