ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
****************

TRẦN HOÀNG GIANG

GIA CỐ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG PHƯƠNG PHÁP
ỔN ĐỊNH TOÀN KHỐI

Chuyên ngành

: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

Mã số ngành

: 60580211

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 1 năm 2019


CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học:
Cán bộ hướng dẫn: TS. ĐỖ THANH HẢI

Cán bộ chấm nhận xét 1: GS.TS. Trần Thị Thanh

Cán bộ chấm nhận xét 2: TS. Nguyễn Mạnh Tuấn

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa Tp. H ồ Chí Minh,
ngày 09 tháng 01 năm 2019
Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn thạc sĩ gồm:
1/ Chủ tịch hội đồng : PGS.TS. Bùi Trường Sơn
2/ Thư ký hội đồng

: TS. Lê Văn Pha

3/ Ủy viên phản biện 1: GS.TS. Trần Thị Thanh
4/ Ủy viên phản biện 2: TS. Nguyễn Mạnh Tuấn
5/ Ủy viên hội đồng

: PGS.TS. Võ Phán

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA
KỸ THUẬT XÂY DỰNG


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc


NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên: TRẦN HOÀNG GIANG

MSHV: 1570703

Ngày, tháng, năm sinh: 08/08/1989

Nơi sinh: Kiên Giang

Chuyên ngành: Địa kỹ thuật xây dựng

Mã số: 60580211

I. TÊN ĐỀ TÀI: GIA CỐ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG PHƯƠNG PHÁP ỔN ĐỊNH
TOÀN KHỐI
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG
1. Nghiên cứu các biện pháp gia cố nền, đặc biệt là biện pháp ổn định toàn khối.
2. Sử dụng Plaxis 2D mô phỏng ứng xử đất, độ bền, chuyển vị mặt đất… khi gia
cố nền và không gia cố để đánh giá vai trò của biện pháp gia cố nền.
3. Tiến hành tính tốn bài tốn lựa chọn biện pháp gia cố nền cho khu vực đất yếu
dưới nền đường bằng phương pháp trộn nông với chiều dày 2m, 4m và 6m.
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ

: 15 / 09 / 2018

IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 03 / 12 / 2018
V. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS. ĐỖ THANH HẢI
Tp. HCM, ngày 03 tháng 12 năm 2018
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN


CHỦ NHIIỆM BỘ MÔN

TS. ĐỖ THANH HẢI

PGS.TS. LÊ BÁ VINH

TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG


LỜI CẢM ƠN

Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy TS. Đỗ Thanh Hải đã tận tình hướng dẫn
và động viên em trong suốt quá trình thực hiện. Với sự hỗ trợ rất lớn ngay từ khi bắt
đầu em đã có được những định hướng rõ ràng để hồn thành tốt luận văn này.
Bên cạnh đó, em xin chân thành cảm ơn các Thầy (Cô) trong bộ môn Địa CơNền Móng nói riêng và khoa Kỹ Thuật Xây Dựng, trường Đại học Bách Khoa TP.
HCM nói chung. Trong hơn 2 năm học tập tại trường, các thầy cô đã trang bị cho
em những kiến thức, kỹ năng quý báu cũng như là động lực để thực hiện Luận văn
.Đó chính là hành trang tốt nhất và là nền tảng vững chắc để bước vào con đường
sự nghiệp nhiều thử thách.
Bản thân đã cố gắng nghiên cứu và hoàn thiện luận văn này tuy nhiên với kiến
thức hiện tại thì luận văn khơng tránh khỏi một số thiếu sót. Em kính mong nhận
được sự đóng góp ý kiến từ phía thầy cơ và các bạn để luận văn của em được hồn
thiện hơn và kết quả nghiên cứu có thể được ứng dụng trong thực tế.
Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn !
Tp.HCM, ngày 03 tháng 12 năm 2018
Học viên thực hiện

Trần Hoàng Giang



TĨM TẮT
Việt Nam được biết đến là nơi có nhiều thành phố và thị trấn quan trọng được hình
thành và phát triển trên nền đất yếu. Một trong những phương pháp gia cố nền đất
yếu mới được đưa vào ứng dụng ở Việt Nam là công nghệ thi công xử lý nền đất yếu
bằng phương pháp ổn định toàn khối. Cơng nghệ này sẽ góp phần cải tạo, biến đổi
nền đất bùn, đất yếu thành nền đất có cường độ cao, khắc phục được hiện tượng sụt
lún.
Trong nghiên cứu này, học viên sẽ tổng hợp, phân tích số liệu dựa trên kết quả
của các nghiên cứu có sẵn về đất trộn xi măng nhằm đưa ra các thông số về chỉ tiêu
cơ lý phù hợp cho cơng trình ở khu đơ thị Phú Mỹ Hưng, Quận 7. Từ đó đưa ra sự so
sánh về tính lún của nền cơng trình bằng phương pháp giải tích và phương pháp phần
tử hữu hạn. Kết quả cho thấy đất nền được gia cố trộn nơng có thể bắt đầu từ độ sâu
2m trở lên thì đạt u cầu cao về ổn định.
Từ khóa: Đất trộn xi măng, trộn nông, modun biến dạng, nén nở hơng tự do, ổn
định tồn khối.


ABSTRACT
Vietnam is known for having many important cities and towns formed and
developed on soft soil layers. One of the new ground improvement methods for soft
soil layers introduced in Vietnam is mass stabilization technology. This technology
will contribute to the improvement and conversion of mud and soft soil into highintensity soils and overcome the subsidence phenomenon.
In this study, student will synthesize and analyze the data based on the results of
the available studies on soil - cement mix to provide the appropriate mechanical
parameters for the urban area Phu My Hung, District 7. This gives a comparison of
the displacement of the building by analytical methods and FEM. It is concluded that
the depth of over 2m was suitable for mass stabilization mixing.
Keywords: Soilcrete, shallow mixing, secant modulus of elasticity, unconfined
compressive strength, mass stabilisation.



LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công việc do chính tơi thực hiện dưới sự hướng dẫn của
thầy TS. Đỗ Thanh Hải.
Các kết quả trong Luận văn là đúng sự thật và chưa được công bố ở các nghiên
cứu khác.
Tôi xin chịu trách nhiệm về công việc thực hiện của mình.

Tp. HCM, ngày 03 tháng 12 năm 2018
Học viên thực hiện

Trần Hoàng Giang


MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH ẢNH................................................................................ iv
DANH MỤC BẢNG BIỂU.............................................................................vii
MỞ ĐẦU

............................................................................................. viii

1.

Tính cấp thiết của đề tài.......................................................................... viii

2.

Mục đích nghiên cứu .............................................................................. viii

3.


Nội dung nghiên cứu .............................................................................. viii

4.

Phương pháp nghiên cứu .......................................................................... ix

5.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài.................................................. ix

6.

Giới hạn phạm vi nghiên cứu ................................................................... ix

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP ỔN ĐỊNH TOÀN KHỐI 1
1.1. Giới thiệu về phương pháp ổn định toàn khối ............................................ 1
Khái qt .............................................................................................. 1
Tình hình nghiên cứu trong và ngồi nước.......................................... 3
1.2. Chất liên kết để gia cố nền đất .................................................................... 7
Xi măng................................................................................................ 8
Các sản phẩm vôi. ................................................................................ 8
Các chất liên kết khác ........................................................................ 10
1.3. Lợi ích của phương pháp ổn định toàn khối ............................................. 11
1.4. Các yếu tố của đất ảnh hưởng đến cường độ đất trộn xi măng ................ 13
1.5. Thiết bị và công nghệ thi công ................................................................. 18
1.6. Các ứng dụng của phương pháp ổn định toàn khối .................................. 21
Ứng dụng địa kỹ thuật ....................................................................... 21
Ứng dụng trong xây dựng cơng trình đường bộ ................................ 23
i



Đường sắt ........................................................................................... 24
Hạ tầng kỹ thuật đô thị....................................................................... 25
Cảng và kênh đào............................................................................... 26
Khu vực trồng cây xanh, cảnh quan .................................................. 29
Khu vực thể thao ngoài trời ............................................................... 31
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG PHƯƠNG
PHÁP ỔN ĐỊNH TOÀN KHỐI ............................................ 32
2.1. Nguyên lý của đất trộn xi măng ............................................................... 32
2.2. Đặc tính của đất trộn xi măng ................................................................... 35
2.3. Thiết kế trộn để gia cố nền đất yếu ........................................................... 35
Số liệu đầu vào................................................................................... 35
Xác định các thông số thiết kế ........................................................... 37
2.4. Ổn định tổng thể ....................................................................................... 39
Trình tự thiết kế ................................................................................. 39
Tính tốn ổn định ............................................................................... 40
2.5. Tính tốn độ lún đất được gia cố .............................................................. 41
Các giai đoạn lún ............................................................................... 41
Tính tốn độ lún ................................................................................. 43
2.6. Tính tốn chuyển vị nền đất theo phương pháp PTHH ............................ 45
Tổng quát về phương pháp PTHH ..................................................... 45
Phần mềm PTHH Plaxis 2D .............................................................. 46
CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH VÀ ỨNG DỤNG GIA CỐ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG
PHƯƠNG PHÁP ỒN ĐỊNH TOÀN KHỐI CHO KHU VỰC
PHÚ MỸ HƯNG ................................................................... 52
3.1. Giới thiệu cơng trình ................................................................................. 52
ii



3.2. Giới thiệu về địa chất ................................................................................ 53
3.3. Tổng hợp số liệu để tìm giá trị về chỉ tiêu cơ lý phù hợp ......................... 61
3.4. Xác định độ lún của đất nền trước khi gia cố ........................................... 66
Trường hợp 1 : Tải trọng tác dụng lên đất nền chỉ có lớp đất đắp .... 66
Trường hợp 2 : Tải trọng tác dụng lên đất nền gồm lớp đất đắp + tải
trọng làm đường + tải trọng xe......................................................................... 68
3.5. Xác định độ lún của đất nền sau khi xử lý ................................................ 70
Trường hợp 1 : Tải trọng tác dụng lên đất nền chỉ có lớp đất đắp .... 70
Trường hợp 2 : Tải trọng tác dụng lên đất nền gồm lớp đất đắp + tải
trọng làm đường + tải trọng xe......................................................................... 74
3.6. Tính tốn độ lún nền theo phần mềm Plaxis............................................. 77
Thơng số đầu vào ............................................................................... 77
Thiết lập mơ hình bằng Plaxis 2D – V8.5 ......................................... 78
Kết quả phân tích độ lún nền đường bằng phần mềm Plaxis 2D ...... 79
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ......................................................................... 91
Tài liệu tham khảo ........................................................................................... 92

iii


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1-1 Ngun tắc của phương pháp ổn định tồn khối và thiết bị. ............. 3
Hình 1-2 Ảnh hưởng của tuổi đến cường độ ................................................... 17
Hình 1-3 Thiết bị cơ bản ổn định tồn khối .................................................... 19
Hình 1-4 Trống xoay của thiết bị trộn ............................................................. 19
Hình 1-5 Hệ thống kiểm sốt q trình trộn.................................................... 20
Hình 1-6 Các dạng ổn định tồn khối ............................................................. 22
Hình 1-7 Ổn định toàn khối cho nền đường đi qua khu vực đầm lầy ............. 23
Hình 1-8 Các trường hợp áp dụng ổn định tồn khối trong các dự án đường sắt
......................................................................................................... 24

Hình 1-9 Dự án đường sắt ở Thụy Điển năm 1996 ......................................... 25
Hình 1-10 Xử lý gia cố nơng và tái sử dụng bùn đất nạo vét từ biển khi xây
dựng cảng ........................................................................................ 27
Hình 1-11 Lưu vực ổn định tồn khối ............................................................. 28
Hình 1-12 Ơ nhiễm do nạo vét bùn ................................................................. 28
Hình 1-13 Cảng Vuosaari: khu vực đất ngập nước ......................................... 29
Hình 1-14 Cơng viên Ida Aalberg ở Helsinki ................................................. 30
Hình 1-15 Công tác san nền kết hợp với xử lý nền bằng phương pháp ổn định
tồn khối......................................................................................... 30
Hình 2-1 Mối quan hệ giữa cường độ tính tốn tại hiện trường và trong phịng
thí nghiệm ........................................................................................ 39
Hình 2-2 Các giai đoạn lún của đất được gia cố và biểu đồ lún theo thời gian
......................................................................................................... 42
Hình 2-3 Mối quan hệ ứng suất - biến dạng của mơ hình đàn dẻo lý tưởng ... 48
Hình 2-4 Xác định Eref từ thí nghiệm nén ba trục cố kết thoát nước ............. 49
iv


Hình 2-5 Xác định Eoed từ thí nghiệm nén cố kết .......................................... 50
Hình 3-1 Vị trí cơng trình ................................................................................ 52
Hình 3-2 Mặt bằng tổng thể cơng trình ........................................................... 53
Hình 3-3 Mặt bằng vị trí hố khoan .................................................................. 54
Hình 3-4 Kết quả thí nghiệm nén cố kết mẫu đất có độ sâu 13.5 -14m .......... 66
Hình 3-5 Kết quả thí nghiệm nén cố kết mẫu đất có độ sâu 17.5 -18m .......... 67
Hình 3-6 Mặt cắt ngang của mơ hình .............................................................. 80
Hình 3-7 Ứng suất hữu hiệu của nền ............................................................... 81
Hình 3-8 Các điểm tính lún ............................................................................. 82
Hình 3-9 Độ lún của điểm A sau khi hoàn thành các giai đoạn thi cơng ........ 82
Hình 3-10 Độ lún của điểm A sau khi cố kết được 15 năm ............................ 82
Hình 3-11 Độ lún điểm B sau khi hoàn thành các giai đoạn thi cơng............. 83

Hình 3-12 Độ lún điểm B sau khi cố kết 15 năm ............................................ 83
Hình 3-13 Độ lún chênh lệch tại vị trí A, B và C khi chịu tải trọng tác dụng trên
nền tự nhiên sau khi hồn thành các giai đoạn thi cơng ................ 84
Hình 3-14 Độ lún chênh lệch tại vị trí A, B và C khi chịu tải trọng tác dụng trên
nền tự nhiên sau khi cố kết 15 năm ............................................... 84
Hình 3-15 Độ lún chênh lệch tại vị trí A, B và C khi chịu tải trọng tác dụng trên
nền cải tạo sâu 2m sau khi hồn thành các giai đoạn thi cơng ...... 85
Hình 3-16 Độ lún chênh lệch tại vị trí A, B và C khi chịu tải trọng tác dụng trên
nền cải tạo sâu 2m sau khi cố kết 15 năm...................................... 85
Hình 3-17 Độ lún chênh lệch tại vị trí A, B và C khi chịu tải trọng tác dụng trên
nền cải tạo sâu 4m sau khi hoàn thành các giai đoạn thi cơng ...... 86
Hình 3-18 Độ lún chênh lệch tại vị trí A, B và C khi chịu tải trọng tác dụng trên
nền cải tạo sâu 4m sau khi cố kết 15 năm...................................... 86

v


Hình 3-19 Độ lún chênh lệch tại vị trí A, B và C khi chịu tải trọng tác dụng trên
nền cải tạo sâu 6m sau khi hoàn thành các giai đoạn thi cơng ...... 87
Hình 3-20 Độ lún chênh lệch tại vị trí A, B và C khi chịu tải trọng tác dụng trên
nền cải tạo sâu 6m sau khi cố kết 15 năm...................................... 87
Hình 3-21 Hệ số an tồn của nền đất tự nhiên ................................................ 88
Hình 3-22 Hệ số an toàn của nền đất được gia cố ........................................... 88

vi


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1-1 Ưu điểm của phương pháp ổn định toàn khối so với một số phương
pháp kỹ thuật cơ bản khác. ............................................................ 11

Bảng 1-2 Các nhân tố ảnh hưởng đến cường độ xi măng - đất ...................... 13
Bảng 1-3 Bảng tổng hợp tỷ lệ xi măng với các loại đất khác nhau................ 16
Bảng 1-4 Tỷ lệ xi măng với đất của các loại đất khác nhau theo hệ thống phân
loại Unified ( Mitchell and Freitag , 1959 ) ................................... 16
Bảng 3-1 Chỉ Tiêu Cơ Lý Của Các Lớp Đất .................................................. 57
Bảng 3-2 Bảng tính lún của nền khi chỉ có tải đất đắp .................................. 67
Bảng 3-3 Tĩnh tải tác dụng lên đất nền .......................................................... 68
Bảng 3-4 Bảng tính lún của nền khi có tải xe và tải kết cấu áo đường .......... 69
Bảng 3-5 Tổng hợp độ lún trước và sau khi cải tạo đất khi chỉ có tải đất đắp73
Bảng 3-6 Tổng hợp độ lún trước và sau khi cải tạo đất khi có đủ tải tác dụng
........................................................................................................ 76
Bảng 3-7 Thông số đầu vào............................................................................ 78
Bảng 3-8 Tổng hợp các phase tính tốn ......................................................... 80
Bảng 3-9 Tổng hợp kết quả tính tốn ............................................................. 89

vii


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Thành phố Hồ Chí Minh là thành phố lớn nhất cả nước với dân số khoảng
8 triệu người, có tỷ lệ tăng trưởng đô thị hàng năm trên 3% (Cục Thống Kê,
2013). Nhằm đáp ứng nhu cầu về nhà ở, căn hộ chung cư.. ngày càng cao của
người dân đòi hỏi phải phát triển các cơng nghệ tiên tiến và thích hợp để xử
lý nền đất yếu phục vụ việc xây dựng công trình ở những khu vực như Quận
7, Nhà Bè….
Nội dung của đề tài là “ Gia cố nền đất yếu bằng phương pháp ổn định
toàn khối”, nghiên cứu các vấn đề do nền đất yếu đặt ra và giải pháp xử lý
nền đất yếu bằng phương pháp ổn định toàn khối tại khu vực Phú Mỹ Hưng,
Quận 7, Tp. HCM nhằm giảm được độ lún lệch của các hạng mục phụ chịu

tải trọng nhỏ với phần xây dựng chính của cơng trình, nâng cao tính ổn định
và giảm nhẹ nguy cơ sụp đổ.
2. Mục đích nghiên cứu
-

Nghiên cứu các biện pháp gia cố nền, lựa chọn phương pháp phù hợp với điều
kiện địa chất khu Phú Mỹ Hưng, Quận 7.

-

Sử dụng Plaxis 2D mô phỏng ứng xử đất, độ biến dạng, chuyển vị mặt đất… khi
gia cố nền và không gia cố để đánh giá vai trò của biện pháp gia cố nền.

3. Nội dung nghiên cứu
Cấu trúc của luận văn được chi thành 03 chương:
-

Chương 1 : Tổng quan về phương pháp ổn định toàn khối

-

Chương 2 : Cơ sở lý thuyết về phương pháp xử lý nền đất yếu bằng phương
pháp ổn định toàn khối.

-

Chương 3 : Phân tích và ứng dụng biện pháp gia cố nền đất yếu bằng phương
pháp ổn định toàn khối cho vực Phú Mỹ Hưng

viii



4. Phương pháp nghiên cứu
-

Phương pháp lý thuyết: sử dụng các cơ sở lý thuyết về cơ học để tính toán
thay đổi khả năng chịu lực của đất khi được gia cố

-

Phương pháp mô phỏng: sử dụng phần mềm Plaxis 2D để mơ phỏng bài tốn
dùng biện pháp gia cố nền và khơng gia cố từ đó có cơ sở để đánh giá và so
sánh lựa chọn biện pháp hơp lý.

5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
-

Các kết quả nghiên cứu của đề tài có thể làm tài liệu nghiên cứu, tham khảo
cho chuyên ngành địa kỹ thuật xây dựng khi lựa chọn biện pháp gia cố nền
với diện tích rộng.

-

Đề tài phù hợp với thực tế ngành xây dựng Việt Nam, đặc biệt là tại thành
phố Hồ Chí Minh. Trên cơ sở đó, kết quả của đề tài có thể áp dụng sơ bộ cho
các cơng trình tương tự, từ đó lựa chọn được giải pháp thi cơng phù hợp cũng
như có kinh tế cao.

6. Giới hạn phạm vi nghiên cứu
-


Trong phạm vi nghiên cứu đề tài chỉ sử dụng số liệu địa chất tại 1 hố khoan
manh tính chất cục bộ, vì vậy cần mở rộng nghiên cứu, xem xét tổng quát hơn
với số liệu địa chất toàn bộ khu vực Phú Mỹ Hưng.

-

Đề tài chỉ tổng hợp kết quả của các nghiên cứu có số liệu địa chất tương tự mà
khơng làm thí nghiệm trực tiếp với địa chất của cơng trình.

-

Trong thực tế, có nhiều biện pháp gia cố nền phù hợp với từng điều kiện cụ thể
nhưng đề tài chỉ tập trung nghiên cứu gia cố nền bằng biện pháp ổn định toàn
khối.

ix


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP ỔN ĐỊNH
TOÀN KHỐI
1.1. Giới thiệu về phương pháp ổn định toàn khối
Khái quát
Ổn định tồn khối là q trình sử dụng liên kết hóa chất và các chất ổn định
để thay đổi các đặc tính kỹ thuật của khối đất nhưng vẫn đảm bảo quả hiệu quả
về mặt kinh tế. Mục tiêu của phương pháp ổn định toàn khối thường là để cải
thiện đặc tính địa kỹ thuật của một nền đất nào đó, hoặc để đạt được mục tiêu
hiệu quả mơi trường. Đối với đất yếu, việc áp dụng các kỹ thuật ổn định tồn
khối cho phép thay đổi các thuộc tính kỹ thuật và mơi trường để có thể để xây
dựng trực tiếp cơng trình trên nền đất đã xử lý, hoặc sử dụng như vật liệu san

lấp hoặc vật liệu xây dựng. Nhờ sự phát triển toàn diện của các loại chất liên
kết, rất nhiều loại đất yếu có thể được xử lý ổn định tiết kiệm và hiệu quả.
Tất cả các dự án áp dụng phương pháp ổn định toàn khối đều sử dụng liên kết
ở dạng chất liên kết hoặc chất ổn định có phản ứng hóa học với khối đất làm
thay đổi thuộc tính của nó. Khối lượng và chất lượng của chất liên kết được tối
ưu hóa để đạt được mục tiêu đề ra thơng qua kết quả khảo sát hiện trường và thí
nghiệm trong phịng. Việc kết hợp sử dụng các chất liên kết thương mại và các
chất liên kết có nguồn gốc từ các phụ phẩm cơng nghiệp (xỉ lị cao, tro bay…)
đem lại hiệu quả cao về kinh tế và môi trường của phương pháp ổn định toàn
khối.
Ổn định toàn khối là một phương pháp sử dụng chất liên kết trộn với đất yếu,
để cải thiện các đặc trưng cơ lý cho đất yếu nhằm chuyển đổi các lớp đất này
thành một lớp đất tốt đồng nhất đến độ sâu thiết kế. Từ đó, hạn chế được độ lún
của kết cấu trong quá trình xây dựng và khai thác, nâng cao tính ổn định của
cơng trình và giảm nhẹ nguy cơ sụp đổ.
Ổn định tồn khối có thể được sử dụng kết hợp với các phương pháp cải tiến
đất nền khác. Đặc biệt, khi vực cần xử lý có cấu tạo địa chất gồm có các lớp trên
cùng là than bùn (hoặc đất rất yếu khác) được đặt trên lớp đất sét. Khi đó, lớp
1


đất yếu phía trên sẽ được xử lý bằng phương pháp ổn định toàn khối, trong khi
các lớp đất sét được xử lý bằng phương pháp khác, như cọc xi măng đất, cọc
cứng.
Tùy nhiệm vụ, phạm vi xử lý và điều kiện địa chất, có thể sử dụng máy trộn
chuyên biệt hoặc máy trộn thông thường để trộn lẫn chất liên kết dạng bột với
đất yếu cần xử lý theo phương pháp ổn định toàn khối.
Nguyên tắc chung của phương pháp được trình bày trong Hình 1-1. Thiết bị
trộn được gắn với một máy đào cho phép thực hiện tốt công tác xử lý tới độ sâu
7m đến 8m. Chất liên kết được đưa vào đất thông qua hệ thống máy bơm áp lực

và hệ thống vòi phun tại đầu các thiết bị trộn. Trống quay có tác dụng trộn đều
chất liên kết và đất. Quá trình trộn được thực hiện theo sơ đồ di chuyển trống
quay từ trên xuống dưới, từ sau ra trước theo hướng di chuyển của máy thi công.
Công suất của một máy trộn sẽ quyết định tiến độ công tác xử lý nền bằng
biện pháp gia cố nơng. Các khu vực cần xử lý có kích thước lớn thường được
chia thành các khu vực nhỏ hơn, có kích thước từ 3m2 đến 5 m2. Cơng tác xử lý,
khi đó, được thực hiện riêng rẽ, triệt để từ khối này tới khối khác. Mỗi khối nền
sau khi xử lý sẽ có cường độ và độ ổn định cao hơn, cho phép máy thi cơng di
chuyển phía trên. Trong quá trình phát triển cường độ của khối đất được gia cố,
có thể kết hợp với cơng tác đắp gia tải đặc biệt là ở các khu vực chứa than bùn
và các chất hữu cơ. Hỗn hợp đất gia cố thường đạt được cường độ yêu cầu sau
khoảng thời gian từ 1 đến 3 tháng.
Để tăng hiệu quả của công tác thi công nạo vét đất yếu, cũng có thể áp dụng
phương pháp ổn định tồn khối để xử lý sơ bộ khối đất cần đào bỏ. Phương pháp
này cịn được sử dụng để cơ đặc, chuyển các chất ơ nhiễm về dạng khối, ít hịa
tan khi xử lý đất bị ơ nhiễm hoặc trầm tích.
Trong nhiều trường hợp, đặc biệt là ở khu vực khan hiếm vật liệu đắp, có thể
dùng cơng nghệ gia cố nơng để xử lý vật liệu đất yếu rồi tái sử dụng chúng ngay
tại công trường để làm lớp nền cải thiện, hoặc làm vật liệu san lấp hay cao cấp
hơn là vật liệu xây dựng. Điều này cho phép tiết kiệm chi phí mua vật liệu mới,
giảm chi phí đào và vận chuyển đất thải ra ngồi cơng trường, tránh được các
nguy cơ gây sạt lở hay ô nhiễm môi trường.
2


Hình 1-1 Ngun tắc của phương pháp ổn định tồn khối và thiết bị.
Các chất liên kết thông dụng nhất bao gồm xi măng, vôi, hoặc một hỗn hợp của
cả hai. Ngồi ra, có thể bổ sung một số loại khác như bột xỉ lò, tro bay hoặc thạch
cao. Việc lựa chọn loại chất liên kết hoặc hỗn hợp chất liên kết phụ thuộc vào tính
chất cơ lý của đất. Khối lượng chất liên kết được tối ưu hóa qua kết quả thí nghiệm

trong phịng và hiện trường.
Tình hình nghiên cứu trong và ngồi nước
Tình hình nghiên cứu trong nước
Từ năm 2004 đến nay hàng loạt công nghệ xử lý nền đất yếu được áp dụng tại
Việt Nam. Nhu cầu nghiên cứu và phát triển công nghệ xử lý nền đất yếu ngày càng
gia tăng. Thách thức chính là điều kiện đất nền phức tạp và sự hạn chế về máy móc
thiết bị của nước ta. Trong những năm tới công nghệ xử lý nền đất chắc chắn sẽ
không ngừng phát triển nhằm đáp ứng việc xây dựng đường, cảng biển, lấn biển và
cơng trình hạ tầng cơ sở khác. Hiện tại các cơng trình xây dựng trên vùng đất yếu
thường bị hư hỏng bởi nguyên nhân từ nền móng là do người thiết kế lựa chọn sai
giải pháp xử lý nền đất và thiết kế móng.
Trước đây, phương pháp thông dụng để xử lý nền đất yếu ở Việt Nam là dùng cừ
tre và cừ tràm. Đây là giải pháp kinh tế cho cơng trình có điều kiện đất yếu và tải
3


trọng tương đối nhỏ. Do sự giới hạn của chiều dài cọc, nên khả năng áp dụng thực tế
cũng bị hạn chế. Cần thiết đánh giá sức chịu tải và độ lún của nền được gia cố bằng
cọc ngắn. Các giải pháp này chỉ có tác dụng cho cơng trình nhà ở độc lập. (Theo điều
kiện thực tế của từng địa phương, được các nhà khoa học tin tưởng và xử dụng hiệu
quả).
Phương pháp gia tải trước thường là giải pháp công nghệ kinh tế nhất để xử lý nền
đất yếu. Trong một số trường hợp phương pháp chất tải trước khơng dùng giếng thốt
nước thẳng đứng vẫn thành cơng nếu điều kiện thời gian và đất nền cho phép. Tải
trọng gia tải trước có thể bằng hoặc lớn hơn tải trọng cơng trình trong tương lai.
Trong thời gian chất tải độ lún và áp lực nước được quan trắc. Lớp đất đắp để gia tải
được dỡ khi độ lún kết thúc hoặc đã cơ bản xảy ra. Phương pháp gia tải trước được
dùng để xử lý nền móng của Rạp xiếc Trung ương (Hà Nội) , Viện nhi Thuỵ Điển
(Hà Nội), Trường Đại học Hàng Hải (Hải Phòng) và một loạt cơng trình tại phía
Nam.

Gia tải trước là cơng nghệ đơn giản, tuy vậy cần thiết phải khảo sát đất nền một
cách chi tiết. Một số lớp đất mỏng, xen kẹp khó xác định bằng các phương pháp
thơng thường. Nên sử dụng thiết bị xuyên tĩnh có đo áp lực nước lỗ rỗng đồng thời
khoan lấy mẫu liên tục. Trong một số trường hợp do thời gian gia tải ngắn, thiếu độ
quan trắc và đánh giá đầy đủ, nên sau khi xây dựng cơng trình, đất nền tiếp tục bị lún
và cơng trình bị hư hỏng.
Cọc đất – vơi, đất – xi măng nên được dùng rộng rãi để gia cố sâu đất nền. Đây là
giải pháp hữu ích, nhằm tăng cường độ của nền.
Từ các tiêu chuẩn của Mỹ, các nước châu Âu, Tiêu chuẩn Việt Nam cũng đề cập
đến vấn đề ổn định khối lượng. Theo TCVN 9403:2012. Gia cố nền đất yếu bằng
phương pháp trụ xi măng - đất cũng đã đề cập về xử lý toàn khối.
Ngày 28/11/2015, tại Hà Nội, Bộ Xây dựng tổ chức hội thảo về “Xây dựng Tiêu
chuẩn xử lý nền đất yếu - Phương pháp xử lý nông và giới thiệu công nghệ xử lý nền
đất yếu theo phương pháp ổn định tồn khối" . Cơng ty BCX đã được Tập đoàn
Bitexco giao nhiệm vụ chuyển giao, phát triển và ứng dụng rộng rãi công nghệ gia
4


cố toàn khối, xử lý nền đất yếu theo phương pháp ổn định toàn khối từ Phần Lan để
áp dụng tại Việt Nam.”
Thuận tiện thi công, thân thiện môi trường, phát triển bền vững… phù hợp áp dụng
rộng rãi ở Việt Nam là những ưu điểm nổi bật của công nghệ xử lý nền đất yếu toàn
khối, được các chuyên gia trong lĩnh vực xây dựng ghi nhận khi tham gia thực nghiệm
thực tế tại hiện trường.
Trần Đình Hà, Giới thiệu phương pháp xử lý nông và công nghệ xử lý nền đất yếu
theo phương pháp ổn định toàn khối. Nêu ý kiến của PGS TS. Nguyễn Bá Kế, nguyên
Viện trưởng Viện Khoa học công nghệ Xây dựng Nghiên cứu, đất sau khi trộn với
chất kết dính, dưới tác dụng của các phản ứng hóa học thì hỗn hợp này sẽ cứng chắc
dần và cường độ đất gia cố sẽ phát triển theo thời gian để cuối cùng trở thành một
loại bê tơng mác thấp; có thể gia tải để tăng hiệu quả làm chặt đất gia cố.

Việt Nam nên lựa chọn và áp dụng cơng nghệ trên vì nhu cầu đang rất lớn để áp
dụng cho cơng trình đường bộ ở nơng thơn qua vùng sình lầy, xử lý những vị trí đi
qua nền đất than bùn, khu nhà vượt lũ ở đồng bằng sông Cửu Long, đê biển hoặc kè
phịng giảm thiệt hại do biến đổi khí hậu, kè chống sát lở bờ sông, nhà thấp tầng trên
vùng đất yếu, quây giữ chống ô nhiễm các bãi thải rác, khu nghĩa trang…
Tình hình nghiên cứu ngồi nước.
Theo Makusa, G.P [15] FM5-410. Soil Stabilization for Road and Airfield,
2012. Đăng trên Tập chí Đại học Cơng nghệ Lulể, Thụy Điển năm 2012. Thông
qua việc ổn định đất, các vật liệu khơng dính có thể được ổn định bằng vật liệu
xi măng (xi măng, vôi, tro bay, bitum hoặc kết hợp).Vật liệu đất ổn định có độ
bền cao, khả năng thấm thấp và độ nén thấp hơn đất tự nhiên (Keller bronchure
32-01E). Phương pháp có thể đạt được theo hai cách, cụ thể là : (1) ổn định tại
chỗ và (2) ổn định tại trạm.
Sự ổn định này được xem như là một biến hóa mà nhờ đó mọi thuộc tính đất
có thể được cải thiện tốt hơn (Ingles và Metcalf, 1972). Quyết định sử dụng
cơng nghệ phụ thuộc vào tính chất của đất cần được biến đổi. Các tính chất
chính của đất mà các kỹ sư quan tâm là tính ổn định thể tích, độ bền, tính nén,
5


độ thấm và độ ổn định (Ingles và Metcalf, 1972, Sherwood, 1993, EuroSoilStab,
2002).
Để ổn định thành cơng, cần phải có một bài kiểm tra trong phịng thí nghiệm,
sau đó là các kiểm tra thực địa để xác định các tính chất kỹ thuật và mơi trường.
Các xét nghiệm trong phịng thí nghiệm mặc dù có thể tạo ra cường độ cao hơn
vật liệu tương ứng từ thực địa, nhưng sẽ giúp đánh giá hiệu quả của các vật liệu
ổn định trong đất. Kết quả từ các bài kiểm tra trong phịng thí nghiệm sẽ nâng
cao hiểu biết về sự lựa chọn chất kết dính và lượng (EuroSoilStab, 2002).
Sự ổn định tồn khối là một phương pháp ổn định nơng đến ổn định sâu trong đó
tồn bộ khối lượng của đất mềm có thể được ổn định ở độ sâu quy định . Kỹ thuật

này tương đối mới và rất thích hợp cho việc ổn định hàm lượng ẩm cao như đất sét,
bùn cát, đất hữu cơ và các trầm tích bị ơ nhiễm (EuroSoilStab, 2002; Hayward Baker
Inc).
Ổn định tồn khối là một giải pháp hiệu quả chi phí để cải tạo mặt đất trong việc
khắc phục tình trạng đất yếu đặc biệt với một lượng lớn các chất gây ô nhiễm và hàm
lượng nước cao. Xử lý phần lớn trầm tích bị nạo vét cát, đất hữu cơ và bùn thải
thường sử dụng phương pháp ổn định toàn khối (Keller, 32-01E). Phương pháp này
cung cấp một phương pháp thay thế cho phương pháp cải tiến đất truyền thống như
loại bỏ và thay thế kỹ thuật.
Việc trộn lẫn khối lượng đất có thể đạt được bằng cách sử dụng máy trộn cơng cụ
excavator với các cần xích độc đáo truyền khí nén cho đầu trộn của công cụ trộn và
vào khu trộn hoặc bằng cách tự phun chất kết dính vào một máy quay
Đầu khoan hoặc đầu trộn và đất. Máy trộn xoay và đồng thời di chuyển theo chiều
dọc và chiều ngang trong khi trộn khối đất. Đường kính của dụng cụ trộn thường
nằm giữa 600 mm đến 800 mm, với tốc độ quay giữa 80 và 100 vòng / phút. Thông
thường, đất được ổn định theo một dãy khối được định nghĩa là phạm vi hoạt động
của máy.
Dải tiêu chuẩn tương ứng với 8 đến 10 m2 trong quy hoạch và sâu từ 1,5 đến 3 m
(nghĩa là 2 m rộng x 5 m dài x 3 m sâu) với tốc độ sản xuất từ 200 đến 300 m3 đất
6


mềm ổn định trên mỗi ca . Lượng chất kết dính thường ở khoảng từ 200 đến 400 kg/
m3 (EuroSoilStab, 2002).
Ở các nước Bắc Âu, lượng chất kết dính nằm trong khoảng 150 và 250 kg /m3, và
cường độ cắt mục tiêu là 50 kPa (Massarsch và Topolnicki, 2005). Phương pháp này
đã được tiến hành bao gồm việc sử dụng xi măng nhanh làm chất kết dính để ổn định
vật liệu nạo vét nhiễm bẩn tại Port Hamina và bờ biển Helsinki, Phần Lan, nơi các
vật liệu nạo vét nhiễm bẩn bị kẹt giữa các kè tạo ra các vùng mới (Andersson et al,
2001). Theo EuroSoilStab (2002), phương pháp ổn định sâu hơn so với các phương

pháp ổn định khác có những ưu điểm chính sau:
- Kinh tế và linh hoạt
- Tiết kiệm vật liệu và năng lượng
- Nhanh chóng cải thiện tính chất kỹ thuật của đất
- Có thể được linh hoạt liên kết với các cấu trúc khác và với môi trường xung
quanh.
1.2. Chất liên kết để gia cố nền đất
Các chất liên kết phổ biến nhất dùng trong ổn định tồn khối là xi măng, vơi. Bên
cạnh đó, nhiều loại sản phẩm được hình thành từ q trình sản xuất cơng nghiệp cũng
được sử dụng như là 1 thành phần của hỗn hợp chất liên kết. Việc sử dụng các loại
sản phẩm này làm cho quá trình ổn định toàn khối đảm bảo được yêu cầu kỹ thuật
và/hoặc mơi trường tốt hơn, và giảm tổng chi phí của chất liên kết.
Những nhân tố chính ảnh hưởng đến quá trình lựa chọn chất liên kết là cường độ
yêu cầu, chi phí và khả năng cung ứng của chúng. Bên cạnh đó, cũng phải xem xét
thêm một số nội dung sau:
-

Thời gian đóng rắn, đặc tính ứng suất – biến dạng, đặc tính lọc và thấm.

-

Đặc điểm của máy móc thi cơng, khả năng cung cấp chất liên kết tối đa và số
lượng các chất liên kết.

-

Dạng chất liên kết sử dụng (khô hay ướt).

7



Xi măng
Xi măng là loại chất liên kết phổ biến nhất trong biện pháp xử lý đất yếu bằng
ổn định toàn khối. Ưu điểm của xi măng so với các chất liên kết khác là khả
năng đóng rắn nhanh trong đất được ổn định toàn khối (phát triển cường độ
nhanh). Ngược lại, đặc điểm đóng rắn trong thời gian dài của xi măng thường
kém hơn các chất liên kết khác. Sản phẩm điển hình khi sử dụng chất liên kết xi
măng mặc dù có độ cứng cao, nhưng giịn, dễ gãy. Tuy vậy, đối với phương
pháp ổn định toàn khối, hạn chế này được khắc phục bởi kết cấu cuối cùng
thường là các tấm dầy và các lớp liền khối.
Trong xi măng, khả năng di chuyển của ion Canxi (khuếch tán) trong cấp phối
vật liệu là rất thấp.Vì vậy nếu chỉ sử dụng xi măng làm chất liên kết trong cấp
phối vật liệu thì dễ xảy ra hiện tượng khơng đồng nhất trong cấp phối vật liệu.
Vì lý do này, nếu chất liên kết đá vôi cùng được sử dụng với xi măng thì sẽ làm
cho chất lượng của cơng tác thi cơng ổn định tồn khối sẽ cao hơn rất nhiều.
Theo tiêu chuẩn EN197, sản phẩm xi măng được sử dụng trong q trình ổn
định tồn khối bao gồm:
-

Xi măng Póoc lăng với cường độ (CEM II / BM (S-LL*) 42.5N)

-

Xi măng Póoc lăng với đá vơi với cường độ phát triển sớm (CEM II, A-LL 42.5
R)

-

Xi măng Póoc lăng với cường độ cao (CEM I 52.5R), và xi măng SR (CEM I
42,5 n-SR3).


-

Đối với loại đất được gia cố tồn khối có hàm lượng sun phát cao, sử dụng xi
măng SR có sức bền với sun phát là phù hợp nhất.
Các sản phẩm vôi.
Vôi cung cấp một cách tiết kiệm để ổn định đất. Sự tham gia của vôi làm gia
tăng cường độ mang lại bởi dung lượng trao đổi chất chứ không phải là hiệu
ứng xi măng mang lại bởi phản ứng pozzolanic. Trong quá trình biến đổi đất,
đất sét trở nên khơ hơn và ít nhạy cảm với sự thay đổi nồng độ nước. Sự ổn định
vơi có thể liên quan đến phản ứng pucolanic, trong đó vật liệu pozzolana phản
8


ứng với vơi trong nước có thể tạo ra các hợp chất xi măng. Tác dụng có thể
mang lại bởi vôi sống, CaO hoặc vôi hydrat, Ca (OH)2. Vôi bùn cũng có thể
được sử dụng trong điều kiện đất khơ có thể yêu cầu nước để đạt được đầm chặt
hiệu quả. Vôi sống là vôi được sử dụng phổ biến nhất. Những điều sau đây là
những lợi ích của việc vơi lâu ngày đối với vơi hydrat hóa :
- Hàm lượng vôi tự do cao hơn trên một đơn vị khối lượng
- Mật độ dày hơn vơi hydrat hóa (cần ít dung tích) và ít bụi
- Tạo ra nhiệt độ làm tăng cường độ tăng cường và giảm độ ẩm theo phương trình
phản ứng dưới đây.
CaO + H2O → Ca (OH)2 + Nhiệt (65kJ / mol).
Vôi sống khi trộn với đất ướt, ngay lập tức chiếm đến 32% trọng lượng riêng
của nước từ đất xung quanh để tạo vôi hydrat hóa; Nhiệt tạo ra kèm theo phản
ứngnày sẽ làm mất thêm nước do bay hơi dẫn đến kết quả làm tăng độ dẻo của
đất, nghĩa là làm khô và hấp thụ. Ngay cả trong đất (ví dụ đất vơi), đất sét có thể
bão hịa ion canxi, việc thêm vơi làm tăng độ pH và do đó làm tăng khả năng
trao đổi. Giống như xi măng, vôi khi phản ứng với các chất khoáng đất sét ướt

sẽ làm tăng độ pH, tạo thuận lợi cho độ tan của các hợp chất silic và alumin.
Các hợp chất này phản ứng với canxi để hình thành canxi silica và calcium
aluminium hydrat, một sản phẩm xi măng tương tự như bột xi măng. Vật liệu
pozzolanas tự nhiên có chứa silica và alumina (ví dụ như đất sét, tro bay, PFA,
xỉ lị cao) có tiềm năng lớn để phản ứng với vôi.
Công nghệ ổn định vôi chủ yếu được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng địa
kỹ thuật và môi trường. Một số ứng dụng bao gồm đóng gói chất gây ơ nhiễm,
làm đất chơn lấp (ví dụ như đất kết dính ướt), giới hạn đường cao tốc, ổn định
độ dốc và cải thiện nền móng như sử dụng cọc vơi hoặc cột đất ổn định vôi. Tuy
nhiên, sự hiện diện của lưu huỳnh và các chất hữu cơ có thể ức chế quá trình ổn
định vơi. Sulphate (ví dụ thạch cao) sẽ phản ứng với vơi và sưng, có thể có ảnh
hưởng đến độ bền của đất.

9