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

LÊ QUANG NGỌC
NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG
PHƯƠNG PHÁP BƠM HÚT CHÂN KHƠNG KẾT
HỢP GIA TẢI TRƯỚC CĨ SỬ DỤNG BẤC THẤM

Chuyên ngành : ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG
Mã số ngành
: 60.58.60

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP.Hồ Chí Minh - Tháng 06 năm 2012


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 : PGS - TS. VÕ PHÁN

Cán bộ chấm nhận xét 1: ………………………………………………..

Cán bộ chấm nhận xét 2: ………………………………………………..

Luận Văn Thạc Sĩ được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN
THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày . . . . . tháng . . . . . năm . . . . . .

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP. HCM
KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG
----------------

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM
Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc
---oOo---

Tp. HCM, ngày . . . . . tháng . . . . . năm 2012

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên
: LÊ QUANG NGỌC
Phái: Nam
Ngày, tháng, năm sinh : 06-08-1981
Nơi sinh: Thanh Hoá
Chuyên ngành
: Địa Kỹ thuật Xây dựng
MSHV: 10090369
Khoá
: K 2010
1. TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG PHƯƠNG PHÁP
BƠM HÚT CHÂN KHÔNG KẾT HỢP GIA TẢI TRƯỚC CÓ SỬ
DỤNG BẤC THẤM.
2. NHIỆM VỤ: Nghiên cứu xử lý nền đất yếu bằng phương pháp bơm hút chân
không kết hợp gia tải trước có sử dụng bấc thấm và ứng dụng tính tốn bằng giải
tích kết hợp mơ phỏng bằng phần mềm Plaxis cho cơng trình xử lý nền tại cảng
Hiệp Phước, huyện Nhà Bè.
3. NỘI DUNG:
MỞ ĐẦU

CHƯƠNG 1: Tổng quan về các phương pháp xử lý nền đất yếu và phương pháp
bơm hút chân khơng có sử dụng bấc thấm.
CHƯƠNG 2: Cơ sở lý thuyết tính tốn nền đất xử lý bằng bấc thấm trong điều
kiện gia tải chân khơng kết hợp với đất đắp.
CHƯƠNG 3: Tính toán lún cố kết cho nền đất được xử lý bằng bơm hút chân
không tại cảng Hiệp Phước bằng phương pháp giải tích và mơ hình
hố Plaxis
CHƯƠNG 4: Phân tích kết quả tính tốn theo lý thuyết và mơ hình so sánh với
kết quả quan trắc tại cơng trình cảng Hiệp Phước.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
4. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ

: ........................................................

5. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ

: ........................................................

6. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : PGS.TS VÕ PHÁN
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
(Họ tên và chữ ký)

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN
QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH
(Họ tên và chữ ký)

PGS.TS VÕ PHÁN

PGS.TS VÕ PHÁN


KHOA QL CHUYÊN NGÀNH
(Họ tên và chữ ký)


Lời cảm ơn
Trãi qua quá trình học tập và rèn luyện của bản thân dưới sự giảng dạy của
các thầy cơ bộ mơn Địa cơ nền móng – khoa Kỹ thuật xây dựng, trường Đại học
Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh, tác giả đã đúc kết các kiến thức học được và
hồn thành luận văn thạc sỹ của mình.
Xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất đến Thầy PGS - TS. VÕ
PHÁN đã tận tình hướng dẫn tác giả trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận
văn.
Xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy TS. Lê Bá Vinh, TS. Đỗ
Thanh Hải và tồn thể Q Thầy, Cơ Bộ mơn Địa Cơ Nền Móng đã tham gia giảng
dạy truyền đạt kiến thức, cung cấp tài liệu, tạo mọi điều kiện tốt nhất trong suốt quá
trình học tập và thực hiện luận văn.
Xin gửi lời cảm ơn chân thành đến tập thể các anh chị thuộc phịng kỹ thuật
– cơng ty Cổ phần tư vấn thiết kế cảng - Kỹ thuật biển (PORTCOAST), tập thể lớp
cao học Địa kỹ thuật K2010 Cần Thơ đã nhiệt tình giúp đỡ, cung cấp các tài liệu
liên quan và trao đổi những kinh nghiệm quí báu trong suốt quá trình tác giả thực
hiện luận văn này.
Niềm động viên tinh thần lớn nhất của tác giả chính là Cha Mẹ, gia đình,
những người ln động viên, khích lệ trong những lúc khó khăn nhất, là sức mạnh
tinh thần để tôi vững tin thực hiện được mục tiêu của mình. Luận Văn Thạc Sĩ này
là món q cao q nhất tơi muốn dành tặng cho gia đình.
Với những kiến thức còn hạn chế của bản thân chắc chắn khơng tránh khỏi
những sai sót khi thực hiện luận văn, kính mong q Thầy, Cơ, bạn bè góp ý chân
thành để tơi ngày càng hồn thiện sự hiểu biết của mình hơn.
Trân trọng cảm ơn!



TÓM TẮT LUẬN VĂN
TÊN ĐỀ TÀI:
Nghiên cứu xử lý nền đất yếu bằng phương pháp bơm hút chân không kết
hợp gia tải trước có sử dụng bấc thấm.
TÓM TẮT:
Hiện nay, có nhiều phương pháp xử lý nền đất yếu được nghiên cứu và ứng
dụng thành công tại Việt Nam. Trong đó, gia tải trước bằng bơm hút chân khơng là
một phương pháp mới được áp dụng nhưng có nhiều ưu điểm nổi bật mà các
phương pháp khác không đáp ứng được.
Đề tài này nghiên cứu xử lý nền đất yếu bằng bơm hút chân khơng kết hợp
gia tải trước có sử dụng bấc thấm.
Bằng các nghiên cứu, tổng hợp tài liệu tác giả trình bày tổng quan về nguyên
lý cấu tạo, cơ chế hoạt động của phương pháp, trình tự thi cơng, cơ sở lý thuyết tính
tốn độ lún của nền đất dưới tác dụng đồng thời của tải chân khơng và tải đắp.
Tính tốn độ lún của nền đất yếu được cắm bấc thấm dưới tác dụng gia tải
theo TCXD 245 – 2000, thực hiện mơ phỏng q trình gia tải và ứng xử của đất nền
bằng phần mềm Plaxis theo số liệu thực tế tại cơng trình xây dựng cảng Hiệp
Phước, Huyện Nhà Bè.
Từ kết quả tính tốn và mơ phỏng thu được, tác giả phân tích, so sánh với kết
quả quan trắc thực tiễn tại cơng trình để từ đó có những kết luận, đánh giá chung về
phương pháp gia tải trước bằng bơm hút chân không và các kiến nghị về hướng
nghiên cứu tiếp theo.


SUMMARY OF THESIS

NAME OF THESIS:
Research on the treatment soft soil by method of vacuum preloading in
combination of surcharge preloading used prefabricated vertical drains (PVDs).

ABSTRACT:
In recent times, there are many methods of treatment soft soil has been
studied and successfully applied in Vietnam. Vacuum preloading is a new method
which is applied with many advantages that other methods can not meet.
This thesis study treatment soft soil by method of vacuum preloading in
combination of surcharge preloading used prefabricated vertical drains.
In the study, synthetic material the author presents an overview of principles
of techniques, mechanism of the method, order construction, the theoretical basis of
calculating the ground settlement under the influence simultaneous vacuum load
and fill load.
Calculate of treatment with PVDs soft soil settlement under preloading
effects figures TCXD 245 - 2000, perform simulated preloading processes and
behavior of the ground by PLAXIS according to the actual construction works of
Hiep Phuoc port, Nha Be district.
From the calculated results and simulations obtained, the authors analyze and
compare the results of actual monitoring data at the works so that give some
conclusions and general assessments about the method of Vacuum preloading and
recommendations for further research.


MỤC LỤC
MỤC LỤC

Trang

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài ...............................................................................

1


2. Nội dung nghiên cứu của đề tài ....................................................................

2

3. Phương pháp nghiên cứu .............................................................................

2

4. Mục đích nghiên cứu ...................................................................................

3

5. Tính khoa học và thực tiễn của đề tài ...........................................................

3

6. Phạm vi nghiên cứu và hạn chế của đề tài ....................................................

4

NỘI DUNG
CHƯƠNG 1: Tổng quan về các phương pháp xử lý nền đất yếu và
phương pháp bơm hút chân khơng có sử dụng bấc thấm
1.1 Cấu tạo và sự phân bố của đất yếu khu vực TP.HCM và ĐBSCL ..............

5

1.1.1 Định nghĩa đất yếu và một số loại đất yếu thường gặp ......................

5


1.1.2 Nền đất yếu ở Đồng bằng sông Cửu Long và TP. HCM ....................

5

1.2 Các phương pháp xử lý nền đất yếu ..........................................................

9

1.2.1 Cải tạo sự phân bố ứng suất và điều kiện biến dạng nền đất yếu .......

10

1.2.2 Các phương pháp làm tăng độ chặt nền đất yếu..................................

12

1.2.3 Đất có cốt .........................................................................................

16

1.3 Tổng quan về phương pháp bơm hút chân khơng có sử dụng bấc thấm .....

18

1.3.1 Lịch sử hình thành và phát triển ........................................................

18

1.3.2 Khái niệm phương pháp gia tải trước bằng bơm hút chân không .......


19

1.3.3 Cơ chế của phương pháp gia tải trước bằng bơm hút chân không ......

21

1.3.4 Cấu tạo của phương pháp gia tải trước bằng bơm hút chân
khơng có sử dụng bấc thấm ...............................................................

24

1.3.5 Trình tự thi cơng ...............................................................................

31

1.3.6 Một số hình ảnh thi công thực tế .......................................................

31

1.4

33

Nhận xét chương 1 ...........................................................................


CHƯƠNG 2: Cơ sở lý thuyết tính tốn nền đất xử lý bằng bấc thấm
trong điều kiện gia tải chân không kết hợp với đất đắp
2.1 Cơ sở lý thuyết tính tốn bài tốn cố kết thấm ...........................................


35

2.1.1 Các giả thuyết của bài toán cố kết .....................................................

35

2.1.2 Bài toán cố kết cơ bản .......................................................................

35

2.2 Lý thuyết tính tốn bấc thấm (Bài toán cố kết thấm ba chiều) ...................

37

2.2.1 Các đặc trưng của thoát nước thẳng đứng bằng bấc thấm (PVDs) .....

37

2.2.2 Phương trình vi phân cố kết thấm ......................................................

39

2.2.3 Tính toán bấc thấm theo TCXD 245 – 2000 ......................................

43

2.3

49


Nhận xét chương 2 ............................................................................

CHƯƠNG 3: Tính tốn lún cố kết cho nền đất được xử lý bằng bơm hút
chân không tại cảng Hiệp Phước bằng phương pháp giải tích và mơ hình
hóa Plaxis
3.1 Giới thiệu cơng trình xây dựng cảng Hiệp Phước ......................................

50

3.1.1 Giới thiệu chung ................................................................................

50

3.1.2 Qui mô và các thông số kỹ thuật tổng quan .......................................

51

3.1.3 Điều kiện địa chất cơng trình khu vực xây dựng cảng Hiệp Phước.....

52

3.2 Tính tốn thấm và cố kết của nền đất theo lý thuyết giải tích ....................

52

3.2.1 Các thơng số đưa vào tính tốn .........................................................

52


3.2.2 Tính độ lún cố kết của nền đất khi chưa có bấc thấm ........................

52

3.2.3 Tính độ lún cố kết theo thời gian của nền đất khi dùng bấc
thấm dưới tác dụng của tải đắp và bơm hút chân khơng ....................

57

3.3 Mơ hình hóa tính tốn cơng trình bằng phần mềm Plaxis 8.2 ....................

60

3.3.1 Trường hợp thay thế tồn bộ tải chân khơng bằng cát đắp và tác
dụng của bấc thấm làm tăng hệ số thấm của nền đất ..........................

62

3.3.2. Trường hợp tính theo hệ số thấm thẳng đứng K ve tương đương [11] ..

67

3.4

69

Nhận xét chương 3 ............................................................................

CHƯƠNG 4: Phân tích kết quả tính tốn theo lý thuyết và mơ hình
Plaxis, so sánh với kết quả quan trắc tại cơng trình cảng Hiệp Phước

4.1 Kết quả quan trắc tại cơng trình cảng Hiệp Phước .....................................

71

4.1.1 Kết quả quan trắc lún bề mặt .............................................................

71


4.1.2 Kết quả quan trắc áp lực nước lỗ rỗng ...............................................

73

4.1.3 Kết quả quan trắc chuyển vị ngang ...................................................

75

4.2 Phân tích kết quả tính tốn theo lý thuyết và theo mơ hình bằng phần
mềm Plaxis so sánh với các kết quả quan trắc thực tế .............................................

76

4.3 So sánh về mặt chi phí giá thành và thời gian thi cơng giữa phương
pháp bơm hút chân không và gia tải truyền thống ...................................................

77

Kết luận và kiến nghị ...........................................................................................
Kết luận ............................................................................................................


80

Kiến nghị ..........................................................................................................

80

Tài liệu tham khảo ................................................................................................

82

Lý lịch trích ngang
Phụ lục


i

MỘT SỐ KÝ HIỆU SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN
a

m2/kN

:

Hệ số nén.

a0

m2/kN

:


Hệ số nén tương đối

c

kPa

:

Lực dính.

c’

kPa

:

Lực dính thốt nước.

Cc

:

Hệ số nén

Cs

:

Hệ số nở.


Cv

m2/s

:

Hệ số cố kết theo phương đứng.

Ch

m2/s

:

Hệ số cố kết theo phương ngang.

:

Hệ số rỗng tự nhiên của đất.

e0
E0

kPa

:

Module biến dạng của đất.


G

kPa

:

Module đàn hồi biến dạng cắt của đất.

H0

m

:

Chiều dài ban đầu của lớp đất sét yếu.

Ip

:

Chỉ số dẻo.

IL

:

Độ sệt.

Kv


m/s

:

Hệ số thấm theo phương đứng.

Kh

m/s

:

Hệ số thấm theo phương ngang.

mv

m2/kN

:

Hệ số nén thể tích.

n

:

Độ rỗng của dất.

OCR


:

Hệ số quá cố kết.

pa

kPa

:

Áp lực khí quyển.

pc

kPa

:

Áp lực tiền cố kết.

qu

kPa

:

Sức chịu nén đơn.

S0


m

:

Độ lún ban đầu.

Sc

m

:

Độ lún cố kết.

S

m

:

Độ lún ổn định cuối cùng.

Sr

%

:

Độ bão hoà ban đầu.



ii

u

kPa

:

Áp lực nước lỗ rỗng.

u0

kPa

:

Áp lực nước lỗ rổng ban đầu.

U

%

:

Mức độ cố kết.

Uv

%


:

Mức độ cố kết theo phương thẳng đứng.

Uh

%

:

Mức độ cố kết theo phương ngang.

W0

%

:

Độ ẩm tự nhiên.



độ

:

Góc ma sát trong của đất.

,


độ

:

Góc ma sát trong trong điều kiện thốt nước

w

kN/m3

:

Trọng lượng riêng ướt.

d

kN/m3

:

Trọng lượng riêng khơ.

,

kN/m3

:

Trọng lượng riêng đẩy nổi.


kPa

:

Ứng suất do trọng lượng bản thân đất.

z

kPa

:

Ứng suất do tải trọng ngoài gây ra.



kPa

:

Sức chống cắt của đất.



:

Hệ số poisson của đất.

v


:

Biến dạng của đất.

 vz



vz


iii

DANH SÁCH HÌNH ẢNH VÀ BẢNG BIỂU
Trang
Chương 1: Tổng quan về các phương pháp xử lý nền đất yếu và
phương pháp bơm hút chân khơng có sử dụng bấc thấm
* HÌNH ẢNH
Hình 1.1: Bản đồ phân vùng đất yếu ở Đồng bằng sơng Cửu Long....................... 6
Hình 1.2: Cột địa tầng tổng hợp vùng đồng bằng sơng Cửu Long ........................ 8
Hình 1.3: Bệ phản áp........................................................................................... 11
Hình 1.4: Điều kiện địa chất thích hợp phương pháp gia tải nén trước
khơng dùng giếng thốt nước............................................................................... 14
Hình 1.5: Sơ đồ cấu tạo giếng cát........................................................................ 14
Hình 1.6: Nguyên lý của phương pháp nén trước ................................................ 15
Hình 1.7: Các loại lưới ĐKT: a) – Lưới một trục; b) – Lưới hai trục;
c) – Lưới sợi thủy tinh .......................................................................................... 17
Hình 1.8: Nền đất được gia tải trước.................................................................... 19
Hình 1.9: Kết quả lún theo gia tải trước ............................................................... 20

Hình 1.10: Hệ thống tạo chân khơng (Theo Masse và cộng sự, 2001)................... 21
Hình 1.11 - a: Mơ hình gia tải trước bằng vật liệu đắp......................................... 22
Hình 1.11 - b: Mơ hình gia tải trước bằng bơm hút chân khơng ........................... 23
Hình 1.12: Sự thay đổi của ứng suất thẳng đứng:
(a) – Điều kiện ban đầu; (b) – Điều kiện gia tải trước truyền thống;
(c) – Gia tải chân không (theo Elgamal và Adalier, 1996) ................................................24

Hình 1.13: Đường ứng suất trong quá trình gia cố nền đất yếu ............................ 24
Hình 1.14: Cấu tạo của phương pháp gia tải trước bằng bơm hút
chân khơng có sử dụng bấc thấm.......................................................................... 25
Hình 1.15: Bấc thấm đứng.................................................................................... 26
Hình 1.16: Bấc thấm ngang .................................................................................. 27
Hình 1.17: Thi cơng trải và hàn nối màng cách khí HDPE ................................... 29
Hình 1.18: Thi cơng lắp đặt hệ thống bơm hút chân không................................... 30


iv

Hình 1.19: Các thiết bị quan trắc thực địa ........................................................... 30
Hình 1.20: Thi cơng bấc thấm thốt nước đứng và ống thốt nước ngang ............ 31
Hình 1.21: Thi cơng vải ĐKT và màng HDPE ...................................................... 32
Hình 1.22: Thi cơng lắp đặt các thiết bị quan trắc................................................ 32
Hình 1.23: Thi cơng vận hành hệ thống bơm hút chân khơng ............................... 32
Hình 1.24: Cơng trình cảng Hiệp Phước trong q trình cố kết do
bơm hút chân không ............................................................................................. 33
* BẢNG BIỂU
Bảng 1.1: Đặc trưng cơ học của các lớp đất chủ yếu khu vực ĐBSCL .................. 07
Bảng 1.2: Những phương pháp xử lý nền nhân tạo ............................................... 12
Bảng 1.3: Thông số kỹ thuật của một số loại bấc thấm ngang............................... 28
Chương 2: Cơ sở lý thuyết tính tốn nền đất xử lý bằng bấc

thấm trong điều kiện gia tải chân không kết hợp với đắp đất
* HÌNH ẢNH
Hình 2.1: Mặt cắt điển hình của băng thốt nước (theo Holtz và cộng sự, 1991)............37
Hình 2.2: Mơ hình vùng xáo động (theo Hansbo 1994)......................................... 38
Hình 2.3: Lưới cắm bấc thấm và vùng ảnh hưởng của mỗi bấc thấm.................... 39
Hình 2.4: Mơ hình bấc thấm trong đất với vùng xáo động .................................... 40
Hình 2.5: Mơ hình thốt nước trong bấc thấm với vùng xáo động và
cản giếng.............................................................................................................. 42
Hình 2.6: Biểu đồ xác định hệ số   
Hình 2.7: Các sơ đồ bố trí bấc thấm..................................................................... 44
* BẢNG BIỂU
Bảng 2.1: Bảng tra quan hệ giữa độ cố kết thẳng đứng Uv và nhân tố
thời gian Tv ...................................................................................................................................................................... 47
Chương 3: Tính tốn lún cố kết cho nền đất được xử lý bằng bơm
hút chân không tại cảng Hiệp Phước bằng phương pháp giải tích và
mơ hình hố Plaxis
* HÌNH ẢNH
Hình 3.1 Khơng gian cụm cảng Hiệp Phước sau khi hoàn thành ......................... 50


v

Hình 3.2: Mơ hình hình học bài tốn mơ phỏng bơm hút chân không
bằng lớp cát đắp tương đương ............................................................................. 62
Hình 3.3: Các giai đoạn tính tốn của chương trình trong trường hợp tăng hệ số
thấm lên 25 lần .................................................................................................... 63
Hình 3.4: Kết quả tính tốn độ lún cực đại ........................................................... 64
Hình 3.5: Kết quả tính lún theo mặt cắt ngang trên mặt lớp 1a ............................ 64
Hình 3.6: Các giai đoạn tính tốn của chương trình trong trường hợp tăng hệ số
thấm lên 15 lần .................................................................................................... 65

Hình 3.7: Kết quả tính tốn độ lún cực đại khi hệ số thấm tăng lên 15 lần .......... 66
Hình 3.8: Kết quả tính lún theo mặt cắt ngang trên mặt lớp 1a khi hệ số thấm tăng
lên 15 lần ............................................................................................................. 66
Hình 3.9: Các giai đoạn tính tốn của chương trình trong trường hợp tính theo Kve
tương đương ........................................................................................................ 68
Hình 3.10: Kết quả tính tốn độ lún cực đại theo Kve ........................................... 68
Hình 3.11: Kết quả tính lún theo mặt cắt ngang trên mặt lớp 1a theo hệ số thấm
đứng tương đương, Kve ......................................................................................... 69
* BẢNG BIỂU
Bảng 3.1: Thông số kỹ thuật của bấc thấm được sử dụng tại cơng trình xây
dựng cảng Hiệp Phước ......................................................................................................51

Bảng 3.2: Các giá trị tính độ lún cố kết Sc1 ứng với cấp tải trọng 6 tấn/m2
do công trình tạo ra.............................................................................................. 55
Bảng 3.3: Các giá trị tính độ lún cố kết Sc2 ứng với cấp tải trọng
15,7 tấn/m2 do bơm hút chân không kết hợp gia tải tạo ra .................................... 56
Bảng 3.4: Các thông số của nền đất đưa vào sử dụng trong chương
trình Plaxis:.......................................................................................................... 61
Chương 4: Phân tích kết quả tính tốn theo lý thuyết và mơ hình
Plaxis, so sánh với kết quả quan trắc tại cơng trình cảng Hiệp Phước
* HÌNH ẢNH
Hình 4.1: Biểu đồ đường lún mặt theo thời gian tại vị trí SP23.........................................71
Hình 4.2: Biểu đồ đường lún mặt theo thời gian tại vị trí SP08.........................................72
Hình 4.3: Biểu đồ quan trắc áp lực nước lỗ rỗng theo thời gian tại vị trí P02 ..................73


vi
Hình 4.4: Biểu đồ quan trắc áp lực nước lỗ rỗng theo thời gian tại vị trí P05..................74
Hình 4.5: Biểu đồ quan trắc chuyển vị ngang ....................................................................75


* BẢNG BIỂU
Bảng 4.1: So sánh chi phí giữa phương pháp cố kết chân không và phương
pháp PVD truyền thống (nền đắp cao).................................................................. 78
Bảng 4.2: So sánh chi phí giữa phương pháp cố kết chân không và phương
pháp PVD truyền thống (nền đắp cao trung bình) ................................................ 79


1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Nước ta đang bước vào thời kỳ cơng nghiệp hố hiện đại hố, các khu công
nghiệp tập trung, cơ sở hạ tầng kỹ thuật, khu đô thị mới, nhà kho, bến cảng… đang
được xây dựng với tốc độ ngày càng lớn. Nền móng của các cơng trình xây dựng
nhà ở, đường sá, đê điều, đập chắn nước và một số cơng trình khác trên nền đất
yếu thường đặt ra hàng loạt các vấn đề phải giải quyết như: sức chịu tải của nền
thấp, độ lún lớn và độ ổn định của nền thấp.
Đồng bằng sơng Cửu Long (ĐBSCL) có bề dày tầng đất yếu lớn, có thể lên đến
trên 30m. Nhiều thành phố và thị trấn quan trọng được hình thành và phát triển
trên nền đất yếu này với những điều kiện địa chất hết sức phức tạp của đất nền,
nhất là dọc theo các dịng sơng và ven biển. Thực tế này đã địi hỏi phải hình thành
và phát triển các cơng nghệ thích hợp và tiên tiến để xử lý nền đất yếu. Việc xử lý
nền đất yếu là vấn đề bức thiết và quan trọng hàng đầu trong ngành xây dựng của
vùng. Xử lý nền đất yếu nhằm mục đích làm tăng sức chịu tải của nền đất, cải
thiện một số tính chất cơ lý của nền đất yếu như: Giảm hệ số rỗng, giảm tính nén
lún, tăng độ chặt, tăng trị số modun biến dạng, tăng cường độ chống cắt của đất…
đảm bảo điều kiện khai thác bình thường cho cơng trình.
Hiện nay một số các phương pháp xử lý nền đất yếu thường được áp dụng là :
Gia tải trước bằng vật liệu đắp kết hợp các biện pháp thoát nước cố kết (bấc thấm,
giếng bao cát, giếng cát, cọc đá dăm, …); xử lý nền bằng đất trộn xi măng, đất trộn

vơi, …; Hoặc dùng móng cọc chịu lực: Cọc bê tông cốt thép, cọc khoan nhồi, cọc
ly tâm ứng suất trước, cọc cừ tràm hoặc cọc tre…. Với các phương pháp này khi
cần thi công xử lý trên diện tích rộng lớn sẽ rất tốn kém về kinh phí, nguồn vật liệu
đắp gia tải ngày một ít và phương tiện vận tải gặp khó khăn, thời gian thi công
thường phải kéo dài.
Theo đà phát triển chung của khoa học kỹ thuật, kỹ thuật xử lý nền đất yếu trên
thế giới đã có những bước tiến đáng kể với nhiều phương pháp tiên tiến, hiệu quả.
Gia tải trước bằng bơm hút chân không để xử lý nền đất yếu là một điển hình với
nhiều ưu điểm nổi bật, thời gian thi công được rút ngắn, không tạo ra áp lực gây


2

trượt cho nền đất, nhất là gần bờ sông, biển, hạn chế việc sử dụng vật liệu đắp góp
phần bảo vệ tài ngun thiên nhiên, bảo vệ lịng sơng khỏi sạt lở,…
Tuy nhiên hiện nay việc áp dụng phương pháp này ở khu vực ĐBSCL còn
nhiều hạn chế. Để hiểu rõ thêm về phương pháp và khả năng áp dụng tại địa
phương cần có những nghiên cứu, đánh giá từ kết quả của các cơng trình thực tế
đã triển khai để từ đó có cơ sở so sánh và lựa chọn phương pháp gia cố nền đất yếu
trong vùng được hợp lý nhất. Đó là lý do để tác giả chọn và thực hiện đề tài
“Nghiên cứu xử lý nền đất yếu bằng phương pháp bơm hút chân không kết hợp
gia tải trước có sử dụng bấc thấm ”
2. Nội dung nghiên cứu của đề tài
Đề tài nghiên cứu những nội dung cụ thể như sau:
 Nghiên cứu tổng quan về phương pháp gia tải trước bằng bơm hút chân
không có sử dụng bấc thấm và cơ sở lý thuyết tính tốn bấc thấm, tốc độ cố
kết của nền đất có sử dụng bấc thấm.
 Thơng qua các thơng số cơ lý đất khảo sát tại cơng trình thực tế xây dựng
cảng Hiệp Phước, huyện Nhà Bè, TP. HCM, tính toán bấc thấm, độ lún của
nền đất, độ cố kết của nền đất theo phương pháp giải tích và mơ hình hóa

bằng Plaxis.
 Tìm tương quan giữa kết quả tính toán và quan trắc để đề xuất điều chỉnh
hệ số có xét đến sự phá hoại kết cấu của nền đất do thi cơng bấc thấm khi
đưa vào tính tốn sao cho kết quả tính được gần nhất với thực tế.
 Điều chỉnh thông số đầu vào (hệ số thấm) cũng như phương pháp mô
phỏng bấc thấm trong trường hợp sử dụng phần mềm Plaxis để mô phỏng
nền đất được xử lý sao cho kết quả mô phỏng gần với thực tế nhất.
3. Phương pháp nghiên cứu
 Tổng hợp các tài liệu trong và ngoài nước về các phương pháp xử lý nền
đất yếu, phương pháp gia tải trước bằng bơm hút chân khơng có sử dụng
bấc thấm.
 Nghiên cứu cơ sở lý thuyết tính tốn bấc thấm, tốc độ cố kết của nền đất có
sử dụng bấc thấm dưới tác dụng gia tải trước bằng bơm hút chân không và
tải đắp thêm.


3

 Tổng hợp các tài liệu liên quan về phương pháp gia tải trước bằng bơm hút
chân không tại công trình xây dựng cảng Hiệp Phước – Nhà Bè, kết quả
quan trắc tại hiện trường.
 Tính tốn theo lý thuyết, thiết lập mơ hình tính bằng phần mềm Plaxis và
đối chiếu với kết quả thực tế thu được tại công trình cảng Hiệp Phước.
4. Mục đích nghiên cứu
Đề tài nghiên cứu được thực hiện nhằm mục đích sau:
 Đánh giá tổng quan về phương pháp xử lý nền đất yếu bằng giải pháp
bơm hút chân không kết hợp gia tải trước có sử dụng bấc thấm, các phương pháp
tính tốn, thiết kế.
 Đánh giá khả năng ứng dụng phương pháp bơm hút chân không vào
công tác xử lý nền đất yếu cho các loại hình cơng trình thích hợp.

 Đánh giá sơ bộ các ưu nhược điểm về kỹ thuật lẫn kinh tế khi áp dụng
phương pháp gia tải trước bằng bơm hút chân không.
 Nhận xét và đánh giá các kết quả thu được từ đó đưa ra các kết luận và
kiến nghị về phương pháp gia tải trước bằng bơm hút chân khơng.
5. Tính khoa học và thực tiễn của đề tài
Hiện nay trên thế giới và tại Việt Nam đã và đang sử dụng phương pháp bơm
hút chân không để xử lý nền đất yếu cho rất nhiều cơng trình lớn nhỏ. Đặc biệt là
đối với những cơng trình xây dựng ven sơng, biển, hay cơng trình xây dựng trên
nền đất rất yếu, đất bùn vì phương pháp này không gây ra hiện tượng mất ổn định
trượt cho nền khi gia tải. Ngoài ra, phương pháp này còn giúp rút ngắn thời gian
xử lý nền, hạn chế lượng cát đắp gia tải nên có giá thành tương đối hợp lý. Thiết bị
thi công đơn giản, vật liệu sử dụng có nhiều trên thị trường và các nhà thầu Việt
Nam hồn tồn có thể thực hiện được.
Tại Việt Nam hiện nay, xu hướng phát triển hạ tầng các khu cơng nghiệp, các
cơng trình giao thơng, bến bãi, nền nhà kho, nhà xưởng, bồn chứa, cảng sông, cảng
biển, …. là rất cấp bách. Do đó các cơng nghệ xử lý nền đất yếu cần sớm được
quan tâm nghiên cứu và ứng dụng để đáp ứng yêu cầu ngày càng nhiều của xã hội.
Vì thế cần có những nghiên cứu, đánh giá cụ thể và đúng đắn về phương pháp gia


4

cố nền đất yếu bằng bơm hút chân không để làm cơ sở lựa chọn giải pháp xử lý
nền đất hợp lý nhất.
6. Phạm vi nghiên cứu và hạn chế của đề tài
Đề tài chỉ dừng lại ở mức độ nghiên cứu tổng quan về bơm hút chân không và
ứng dụng tính tốn cho cơng trình cụ thể tại cảng Hiệp Phước mà không nghiên
cứu sâu về các yếu tố ảnh hưởng đến ứng xử của nền đất trong quá trình thi cơng.
Qua đó sẽ rút ra các kết luận về phương pháp bơm hút chân không và khả năng
ứng dụng nó vào xử lý nền đất yếu.

Đề tài được thực hiện thông qua việc tổng hợp các tài liệu nghiên cứu về bơm
hút chân khơng đã có trước mà khơng có điều kiện quan sát hay ghi nhận về q
trình thi cơng thực tế để đánh giá sâu sắc hơn về ưu nhược điểm của phương pháp
xử lý nền đất yếu này, nhất là các vấn đề thực tế phát sinh trong q trình thi cơng.


5

CHƯƠNG 1
Tổng quan về các phương pháp xử lý nền đất yếu và phương pháp bơm hút
chân khơng có sử dụng bấc thấm

1.1

Cấu tạo và sự phân bố của đất yếu khu vực TP. Hồ Chí Minh và
ĐBSCL [3]

1.1.1 Định nghĩa đất yếu và một số loại đất yếu thường gặp [3], [7]
Đất yếu là những đất có khả năng chịu lực thấp (0,5 – 1,0 kG/cm2), hầu như
hoàn toàn bão hòa nước, hệ số nén lún lớn, sức chống cắt nhỏ, mô đun tổng biến
dạng nhỏ.
Theo TCXD 245: 2000, đất yếu thường có:“ Độ sệt lớn ( IL > 1) ; hệ số rỗng
lớn (e > 1), góc ma sát trong nhỏ (ϕ < 100) ; lực dính theo kết quả cắt nhanh khơng
thốt nước từ c < 0.15 daN/cm2, lực dính theo kết quả cắt cánh tại hiện trường
Cu < 0.35 daN/cm2 ; sức chống mũi xuyên tĩnh qc < 0,1 Mpa ; Chỉ số xuyên tiêu
chuẩn SPT là N < 5 ”.
Phần lớn các nước trên thế giới thống nhất về định nghĩa nền đất yếu theo
sức kháng cắt khơng thốt nước Su và trị số xun tiêu chuẩn N như sau:
- Đất rất yếu: Su ≤ 12.5 kPa hoặc N ≤ 2
- Đất yếu: Su ≤ 25 kPa hoặc N ≤ 4

Các loại đất yếu thường gặp là: đất loại sét (sét, sét pha, cát pha) ở trạng
thái dẽo chảy hoặc chảy, bùn sét, than bùn, đất hữu cơ, … cơng trình xây dựng
trên đất yếu bắt buộc phải có biện pháp xử lý gia cố nếu khơng sẽ khó đảm bảo ổn
định cho cơng trình.
1.1.2 Nền đất yếu ở Đồng bằng sông Cửu Long và TP. HCM
Đất yếu đồng bằng sơng Cửu Long: Trầm tích Holocen đồng bằng sông
Cửu Long được phân chia thành ba bậc (Hình 1.2 - Cột địa tầng).
Bậc Holocen trung – hạ (QIV -1-2): Cát màu vàng, xám tro, chứa sỏi nhỏ kết
vón sắt, phủ trên tầng sét loang lỗ Pleistocen hoặc đá gốc, bề dày lớn nhất 12m.
Bậc Holocen trung (Q IV -2): Bùn sét màu xám, sét xám xanh, xám vàng, bề
dày từ 10m đến 50m.


6

Bậc Holocen trên (QIV -3): Gồm trầm tích biển, sơng biển hỗn hợp (mQ IV -3),
(mbQIV -3) là cát mịn, bùn sét hữu cơ; đầm lầy ven biển (bmQ IV -3) gồm bùn sét
hữu cơ, than bùn và bồi tích ( aQIV3 −3 ): sét, cát pha sét chảy hoặc bùn sét. Bề dày 9
– 20m, trung bình 15m.

Hình 1.1: Bản đồ phân vùng đất yếu ở Đồng bằng sông Cửu Long
Có thể chia vùng đồng bằng sơng Cửu Long thành 3 khu vực ĐCCT:


7

a. Khu vực ven TP. Hồ Chí Minh, thượng nguồn Vàm Cỏ Tây, Vàm Cỏ
Đơng, rìa tây Đồng Tháp Mười, rìa quanh vùng Bảy Núi chạy tới ven biển Hà
Tiên, Rạch Giá, rìa đồng bằng Vũng Tàu đến Biên Hịa là khu vực đất yếu, bề dày
1 – 10m.

b. Khu vực đất yếu dày từ 5 - 30m, phân bố cận kề khu (a) và đại bộ phận
trung tâm đồng bằng và trung tâm Đồng Tháp Mười.
c. Khu vực đất yếu dày 15 – 30m, chủ yếu thuộc ven sông Cửu Long, Bến
Tre tới ven biển Cà Mau, Hậu Giang, Tiền Giang, Cần Giuộc, Vũng Tàu.
Chỉ tiêu cơ lý các lớp đất chủ yếu cho trong bảng 1.1.
Bảng 1.1: Đặc trưng cơ học của các lớp đất chủ yếu khu vực ĐBSCL
Sét

Bùn sét Bùn sét pha Bùn sét

Sét xám nâu

Sét loang lỗ

maQIV 2

amQI − III

63

32

76

2

0

3


8

5

8

6

13

18

22

15

18

15

23

26

0,09

0,01

0,01


0,01

0,06

0,13

0,45

0,07

0,04

0,17

0,42

0,58

0,9

0,29

0,1

0,29

0,85

1,85


0,018

0,056

0,038

0,059

0,024

0,008

0,048

0,143

0,081

0,120

0,055

0,024

0,102

0,432

0,169


0,376

0,128

0,078

15

6

10

6

13

34

46

12

21

17

42

87


71

39

40

39

65

120

1

≤ 0,5

≤ 0,5

≤ 0,5

1

2,5

2

1,8

3,5


3

2,45

5

Loại đất

amQIV3 −34

amQIV2 −34

ambQIV3 −34

Số lượng mẫu

24

142

25

3

0

14

ϕ(độ)
Đặc

trưng
cơ học

C
(kG/cm2)
a1-2
(cm2/kG)

2

E0 (kG/cm )

2

Rtc (kG/cm )

1
ambQIV
2

Ghi chú: Trị số được ghi theo thứ tự từ trên xuống: nhỏ nhất, trung bình, lớn nhất.


8

ambQ IV −3
ambQ IV −3

amQ IV3 − 2


m, mabQ IV − 2

a, amQIV 1, 2

amPQIV 1

Hình 1.2: Cột địa tầng tổng hợp vùng đồng bằng sông Cửu Long


9

Đất yếu khu vực thành phố Hồ Chí Minh: Khu vực thành phố Hồ Chí
Minh thuộc loại địa hình đồng bằng bồi tụ các trầm tích phù sa cổ đến trẻ với các
nguồn gốc sông, đầm lầy, sông – biển, vũng vịnh hỗn hợp. Tầng trầm tích biến đổi
khá lớn và phức tạp, chiều dày từ vài mét đến hơn 100m.
Khu vực thành phố Hồ Chí Minh có thể chia thành hai vùng:
a. Vùng cao phía Bắc gồm Củ Chi, Hóc Mơn, Gị Vấp, một phần các quận
1, 3, 3, 10, 12, Thủ Đức, Phú Nhuận, Tân Bình: Phân bố trầm tích cổ Pleistocen
gồm có: sét, sét pha cát, cát mịn đến thơ lẫn sỏi sạn có khả năng chịu tải tốt.
b. Vùng đồng bằng thấp phía nam gồm tồn bộ các quận 2, 4, 6,7,8, 11,
Bình Chánh, Nhà Bè, Cần Giờ: Phân bố trầm tích trẻ Holocen nguồn gốc sơng
biển, đầm lầy gồm có: sét bùn, bùn á sét hữu cơ bão hịa nước, sét xám ghi, xám
xanh có nguồn gốc trầm tích tro núi lửa bề dày từ 8 – 30m, một số nơi 35m đến
40m.
Đất yếu, hoàn tồn bão hịa nước và chưa cố kết, đang trong quá trình phân
hủy, độ ẩm rất cao từ 50% đến trên 100%, dung trọng khô nhỏ <10kN/m3, độ sệt
Is>1, hệ số rỗng e > 1 (có thể đến 2 hoặc 3), chỉ số nén C c = 0,5 – 1,5, mô đun tổng
biến dạng E0 = 5 – 10kG/cm2.
Nước dưới đất trong tầng bùn sét, á sét hữu cơ cách mặt đất từ 0,5m đến
0,8m có quan hệ thủy lực với nước mặt, sông, đầm lầy và nước thải. Nước bị

nhiễm bẩn, nhiễm phèn, nhiễm mặn; có tính ăn mịn a xít và sunfat cao đối với
móng cơng trình.
1.2

Các phương pháp xử lý nền đất yếu [2], [3], [5]
Nền đất yếu có sức chịu tải thấp và khả năng biến dạng lớn. Dưới tác dụng

của tải trọng cơng trình, nền đất có thể bị phá hoại do mất ổn định về cường độ
hoặc do biến dạng lún vượt quá giới hạn cho phép, hoặc do lún khơng đều. Chính
do lún không đều và diễn biến theo thời gian lại quyết định sự bền vững của cơng
trình: Độ lún tuyệt đối dù lớn nhưng có giá trị đều nhau tại mọi điểm thì khơng
nguy hiểm bằng khi lún khơng đều, các ứng suất phát sinh trong điều kiện lún lệch
của các kết cấu siêu tĩnh sẽ làm cho cơng trình bị nứt nẻ hoặc hư hỏng. Do đó
muốn xây dựng cơng trình trên nền đất yếu an tồn thì phải có những biện pháp xử
lý kết cấu bên trên cơng trình cũng như với phần đất nền dưới móng.


10

1.2.1 Cải tạo sự phân bố ứng suất và điều kiện biến dạng nền đất yếu
Khi lớp đất yếu có chiều dày khơng lớn nằm trực tiếp dưới móng cơng trình
thì có thể dùng các biện pháp xử lý nhân tạo như đệm cát, đệm đất, đệm đá, bệ
phản áp,… để làm tăng khả năng chịu lực và hạn chế mức độ biến dạng (đặc biệt
là biến dạng không đều) của đất nền dưới tác dụng của tải trọng công trình.
Biện pháp xử lý đệm cát, đệm đất, đệm đá: Để tận dụng khả năng các lớp
dưới của đất nền, người ta thường đào bỏ lớp đất yếu ở phía trên tiếp giáp với
móng cơng trình và thay thế bằng đất, cát, đá có cường độ chống cắt lớn, dễ thi
cơng và là vật liệu địa phương có sẵn. Lớp thay thế này được gọi là tầng đệm.
Tầng đệm có các tác dụng sau:
-


Giảm độ lún của nền cơng trình và độ lún không đều, đồng thời làm

tăng nhanh quá trình cố kết của đất nền.
-

Làm tăng khả năng ổn định của cơng trình kể cả khi có tải trọng ngang

tác dụng vì cát được nén chặt sẽ tăng lực ma sát và tăng sức chống trượt.
-

Giảm kích thước móng và độ sâu chơn móng do sức chịu của đất nền

tăng lên.
Ngồi ra, do thi cơng đơn giản, khơng địi hỏi các thiết bị phức tạp nên
phương pháp này được sử dụng khá rộng rãi. Tuy nhiên, không nên sử dụng các
tầng đệm cát, đất trong một số trường hợp sau:
-

Lớp đất yếu cần thay thế khá dày, chiều dày trên 3m vì khi đó thi cơng

khó khăn và chi phí cao.
-

Mực nước ngầm cao và nước có áp vì cần phải hạ thấp mực nước ngầm

và tầng đệm không ổn định (xói ngầm, hóa lỏng).
Khi thiết kế lớp đệm cát, đất cần phải đảm bảo các điều kiện sau:
-


Lớp đệm phải ổn định dưới tác dụng của tải trọng cơng trình.

-

Áp lực trên mặt lớp đất ở đáy lớp đệm khi có tải trọng cơng trình phải

nhỏ hơn áp lực tiêu chuẩn trên mặt lớp đất đó.
-

Độ lún tồn bộ của lớp đệm và lớp đất nằm dưới cũng như độ lún khơng

đều của móng phải nhỏ hơn giá trị giới hạn qui định trong qui phạm thiết kế nền.
Bệ phản áp: Bệ phản áp là các khối đất đá đắp ở hai bên cơng trình để
chống trượt do xuất hiện vùng biến dạng dẽo dưới nền đất yếu khi làm đường, đê,