ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
-----[\-----

TRẦN BẢO TRUNG

PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH, BIẾN DẠNG CỦA NỀN
ĐƯỜNG ĐẮP CAO XỬ LÝ BẰNG CỌC ĐẤT XI MĂNG
KẾT HỢP VỚI VẢI ĐỊA KỸ THUẬT.

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

60. 58. 60

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Thành phố Hồ Chí Minh, ngày

tháng

năm 2009


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

Cán bộ hướng dẫn khoa học:

TS. TRÀ THANH PHƯƠNG

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 2009


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
----------------

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM
Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc
---oOo--Tp. HCM, ngày
tháng năm 2009

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên: TRẦN BẢO TRUNG
Ngày, tháng, năm sinh: Ngày 08 tháng 06 năm 1982
Chuyên ngành: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG
Khố (năm trúng tuyển): 2007

Giới tính: Nam
Nơi sinh: Khánh Hịa
MSHV: 00907551


1- TÊN ĐỀ TÀI:
PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH, BIẾN DẠNG CỦA NỀN ĐƯỜNG ĐẮP CAO XỬ LÝ BẰNG
CỌC ĐẤT XI MĂNG KẾT HỢP VỚI VẢI ĐỊA KỸ THUẬT.
2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:
2.1 NHIỆM VỤ
Tính tốn, phân tích ổn định, biến dạng của nền đường đắp cao xử lý bằng cọc đất xi
măng, kết hợp với vải địa kỹ thuật.
2.2 NỘI DUNG
Chương 1: Tổng quan về tình hình các phương pháp xây dựng trên đất yếu và tình
hình sử dụng cọc đất xi măng.
Chương 2: Các phương pháp tính toán ổn định, biến dạng cọc đất xi măng kết hợp với
vải địa kỹ thuật.
Chương 3: Tính toán, phân tích ổn định biến dạng công trình đường vào cầu Rạch
Cây, phường 7, quận 6, thành phố Hồ Chí Minh.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:

ngày……tháng .......năm 2009

4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ:

ngày……tháng .......năm 2009

5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN:

TS. TRÀ THANH PHƯƠNG

Nội dung và đề cương Luận văn Thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua.
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN


TS. TRÀ THANH PHƯƠNG

CN BỘ MÔN QL CHUYÊN NGÀNH

TS. VÕ PHÁN


LỜI CẢM ƠN
Luận văn tốt nghiệp này được hoàn thành không những từ nỗ lực của
bản thân học viên mà cịn nhờ sự hướng dẫn nhiệt tình và giúp đỡ của quý
thầy cô, đồng nghiệp cùng bạn bè thân hữu.
Trước tiên, xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trong bộ mơn Địa cơ nền
móng đã nhiệt tình giảng dạy chúng em trong suốt thời gian qua, đồng thời
đã quan tâm giúp đỡ, tạo mọi điều kiện tốt nhất trong giai đoạn thực hiện
Luận văn của học viên.
Học viên xin gửi lời cám ơn chân thành đến thầy hướng dẫn, tiến sĩ Trà
Thanh Phương đã giúp đỡ, chỉ dẫn tận tình trong thời gian học viên thực
hiện luận văn .
Xin cảm ơn các bạn học viên cùng lớp Địa Kỹ Thuật Xây Dựng K2007,
những người đã luôn kề vai sát cánh trong suốt thời gian học tập.
Cuối cùng, xin cảm ơn Gia đình, Cơ quan và bạn bè thân hữu đã động
viên, giúp đỡ học viên trong thời gian học tập và thực hiện Luận văn.
Học viên

Trần Bảo Trung


TÓM TẮT
Hiện nay, phương pháp xử lý nền trên đất yếu bằng cọc đất xi măng ngày càng được
dùng rộng rãi ở Việt Nam, đặc biệt đối với nền đắp cao trên đất yếu, với ưu điểm nổi bật:

làm tăng khả năng sức chịu tải, giảm biến dạng đáng kể của đất nền. Sự phân tích biến
dạng, ổn định của nền đường đắp cao vào cầu Rạch Cây, Phường 7, Quận 6, Thành phố
Hồ Chí Minh được xử lý bằng cọc đất xi măng dựa trên số liệu quan trắc lún, kết hợp với
phương pháp phân tử hữu hạn đánh giá ổn định, đề xuất phương pháp tính lún chính xác,
cũng như mối quan hệ tương quan giữa các thông số nhằm mục đích sử dụng phương
pháp cọc đất xi măng hiệu quả.
ABSTRACT
Presently, treatment method of embankment on the soft soil ground by Deep Soil Mixing
Column (DSMC) has been used widely in Vietnam with every passing day, especially,
for the high embankment on the soft soil ground, with its outstanding advantages, such
as, increasing the bearing capacity, significantly decreasing the deformation of the
foundation soil. Analysis of deformation, stability of the high embankment towards to
Rach Cay Bridge, Award 7, District 6, Ho Chi Minh City is treatment by DSMC based on
the data of settlement monitoring and combined with finite element method for
evaluation of stability, proposal of the accurate calculation method of settlement and the
correlative relation between the parameters for the purpose of using the affective method
of DSMC accordingly.


MỤC LỤC
Mở đầu ............................................................................................................................1
I.
II.
III.
IV.

Đặt vấn đề nghiên cứu ........................................................................................1
Mục tiêu và phương pháp nghiên cứu của đề tài ................................................2
Giới hạn của đề tài ..............................................................................................3
Phương hướng nghiên cứu đề tài ........................................................................3


Chương 1.........................................................................................................................4
Tổng quan về tình hình các phương pháp xây dựng trên đất yếu và tình hình sử
dụng cọc đất trộn xi măng .............................................................................................4
1.1 Tổng quan một số giải pháp xử lý nền đường đắp cao trên nền đất yếu hiện nay
.............................................................................................................................4
1.1.1. Một số giải pháp xử lý nền đất yếu ..............................................................4
1.2 Tổng quan và ứng dụng công nghệ trộn sâu.....................................................10
1.3 Một số dự án sử dụng cọc xi măng đất (cdm) ở thế giới ..................................13
1.4 Tình hình ứng dụng cơng nghệ trộn sâu ở việt nam .........................................17
1.5 Nguyên lý gia cố xi măng đất ...........................................................................18
1.6 Đặc tính xi măng đất .........................................................................................19
1.7 Công nghệ thi công cọc xi măng đất.................................................................19
1.8 Vải địa kỹ thuật (vđkt) ......................................................................................27
1.8.1. Khái niệm, vai trò của vải địa kỹ thuật.......................................................27
1.8.2. Phân loại và quy định kỹ thuật của vải địa kỹ thuật...................................28
1.9 Nhận xét phần nghiên cứu tổng quan ...............................................................30
Chương 2.......................................................................................................................31
Các phương pháp tính tốn ổn định, biến dạng cọc đất xi măng kết hợp với vải
địa kỹ thuật. ..................................................................................................................31
2.1. Các thông số diễn tả sự phân bố ứng suất lên cọc đất xi măng và đất..............31
2.2. Nguyên lý sự truyền tải trọng thẳng đứng khi nền đất sử dụng trụ cdm kết hợp
vải địa kỹ thuật (vđkt)................................................................................................34
2.3. Các phương pháp tính tốn gia cố nền..............................................................38
2.3.1. Phương pháp tính tốn theo quan điểm cột làm việc như cọc....................39
2.3.2. Phương pháp tính tốn như nền tương đương ............................................40
2.3.3. Phương pháp tính tốn theo quan điểm hỗn hợp........................................41
2.3.3.1. Tính tốn theo quy phạm Trung Quốc Dbj 08-40-94 ......................41
2.3.3.2. Tính tốn theo quy trình Nhật..........................................................44
2.3.3.3. Tính tốn theo quy trình Thụy Điển ................................................49



2.4. Ôn định mái dốc................................................................................................66
2.5. Phương pháp cọc đất xi măng với tỷ lệ diện tích thay thế nhỏ (Alicc). ...........68
2.5.1. Khái niệm phương pháp cọc đất xi măng với tỷ số diện tích thay thế nhỏ 68
2.5.2. Một số kết quả nghiên cứu gần đây về các dạng phá hoại khi dùng phương
pháp cọc đất xi măng .............................................................................................69
2.5.3. Chênh lệch lún giữa phần trên đầu cọc đất xi măng và phần giữa các cọc
đất xi măng ............................................................................................................75
2.5.4. Tính tốn vải địa kỹ thuật khi dùng phương pháp cọc đất xi măng với tỷ lệ
diện tích thay thế nhỏ ............................................................................................77
Chương 3.......................................................................................................................79
Tính tốn, phân tích ổn định biến dạng cơng trình đường vào cầu Rạch Cây,
phường 7, quận 6, thành phố Hồ Chí Minh thuộc dự án đại lộ đơng tây,..............79
3.1. Hiện trạng địa chất cơng trình ............................................................................79
3.2. Kết cấu cơng trình, thơng số cọc đất xi măng xử lý đường vào cầu Rạch Cây, dự
án đại lộ đông tây, phường 7, quận 6, thành phố Hồ Chí Minh ................................82
3.3. Phân tích ổn định nền đường vào cầu Rạch Cây được xử lý bằng cọc đất xi
măng kết hợp với vải địa kỹ thuật..............................................................................84
3.3.1. Xác định tải trọng tác dụng ........................................................................83
3.3.2. Chiều sâu đất nền cần gia cố ......................................................................85
3.3.3. Khoảng cách giữa các cọc ..........................................................................85
3.3.4. Xác định môđun biến dạng và cường độ kháng cắt khơng thốt nước tương
đương của khối gia cố............................................................................................86
3.3.5. Kiểm tra khả năng chịu tải của cọc đất xi măng và đất nền dưới đáy khối
gia cố ….…………………………………………………………………………87
3.3.6. Kiểm tra ổn định trượt ngang lăng trụ tròn theo phương pháp Bishop ......89
3.3.7. Kiểm tra ổn định tổng thể và cục bộ ..........................................................89
3.4. Tính tốn vải địa kỹ thuật ...................................................................................95
3.5. Phân tích biến dạng nền đường vào cầu Rạch Cây được xử lý bằng cọc đất xi

măng kết hợp với vải địa kỹ thuật..............................................................................97
3.5.1. Độ lún ổn định tính tốn.............................................................................97
3.5.2. Độ lún ổn định theo số liệu quan trắc.........................................................99
3.5.3. Độ lún theo thời gian ................................................................................102
3.6. Phân tích bài toán gia cố nền bằng cọc đất xi măng bằng phương pháp phần tử
hữu hạn với phần mềm Plaxis 2d.............................................................................105
3.6.1. Phân tích biến dạng ..................................................................................111
3.6.1.1. Chuyển vị thẳng đứng của đất nền.....................................................111
3.6.1.2. Chuyển vị thẳng đứng của khối đất dưới đáy khối gia cố .................112
3.6.1.3. Chuyển vị thẳng đứng của khối gia cố...............................................112
3.6.1.4. Độ lún lệch giữa cọc đất xi măng và đất xung quanh cọc .................113


3.6.1.5. So sánh độ lún tính theo các phương pháp.........................................114
3.6.2. Phân tích ổn định ......................................................................................116
3.7. Phân tích các thơng số ảnh hưởng đến biến dạng của nền đưởng đắp cao xử lý
gia cố bằng cọc đất xi măng bằng mô hình đối xứng trục.......................................117
3.7.1. Ảnh hưởng đường kính cọc, tỷ lệ diện tích thay thế as đến độ lún ổn định ..
..................................................................................................................118
3.7.2. Ảnh hưởng lực dính, góc nội ma sát của vật liệu đắp đến độ lún ổn định .....
..................................................................................................................119
3.7.3. Phân tích độ lún lệch của đất nền xử lý bằng cọc đất xi măng với tỷ lệ diện
tích thay thế thấp .................................................................................................123
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................................125
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................128
PHỤ LỤC
TÓM TẮT LÝ LỊCH HỌC VIÊN




Trang 1

MỞ ĐẦU
I. ĐẶT VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
Với sự phát triển mạnh mẽ, thành phố Hồ Chí Minh ngày càng khẳng định vị thế
kinh tế và nhiều lĩnh vực khác của mình trong nước cũng như khu vực và thế giới. Qúa
trình đơ thị hóa, sự hình thành các khu dân cư ở những vùng lân cận thành phố, sự kết
nối với các thành phố trung tâm khác là điều tất yếu, dẫn đến yêu cầu cần nhanh chóng
đáp ứng cơ sở hạ tầng giao thông để phục vụ cho nhu cầu giao thơng, vận chuyển hàng
hóa. Với sự phát triển đó, vị trí tuyến đường được lựa chọn dựa trên cơ sở thuận tiện
nhất cho việc phát triển kinh tế, tiêu chí chọn vị trí tuyến theo chi phí của tuyến là thấp
nhất (địa chất tốt) đã bị loại trừ. Vì vậy, sự xuất hiện của những chiếc cầu với nền
đường đầu cầu đắp cao qua khu vực đất yếu là điều dễ gặp trong điều kiện địa chất
phức tạp và yếu của thành phố Hồ Chí Minh. Nhiệm vụ của chúng ta, người kỹ sư xây
dựng là cần làm thế nào đảm bảo kỹ thuật của những công trình qua những khu vực đất
yếu đó.
Mặc dù nền đắp cao trên đường vào cầu là cơng trình xây dựng lâu đời thường gặp,
nhưng việc thiết kế, xây dựng còn gặp nhiều khó khăn, phức tạp đặc biệt trên nền đất
yếu. Việc đảm bảo ổn định, khống chế biến dạng ở điều kiện đắp cao trên đất yếu trong
quá trình thi cơng và khai thác vẫn là bài tốn khó cho người kỹ sư xây dựng.
Trước kia giải pháp giảm lún, ổn định của nền đường đắp cao trên đất yếu chủ yếu
gồm những phương pháp truyền thống:
ƒ Xây dựng sàn giảm tải: sàn giảm tải xây dựng tựa trên các cọc bê tông
cốt thép.
ƒ Xử lý nền nhằm làm tăng độ cố kết: phương pháp gia tải trước kết hợp
với giếng cát; phương pháp gia tải trước kết hợp với bấc thấm, phương
pháp bơm hút chân không kết hợp với bấc thấm, phương án bệ phản áp.


Trang 2


ƒ Gia cố nền: cọc bê tông kết hợp với vải địa kỹ thuật phủ bên trên; cọc đất
trộn vôi/xi măng kết hợp với vải địa kỹ thuật.
Các phương pháp truyền thống trên chưa mang hiệu quả như mong muốn, đa số đều
có các khuyết điểm lớn (được phân tích trong chương một). Những năm gần đây, xuất
hiện một số phương pháp mới với những ưu điểm nổi bật, đặc biệt là phương pháp sử
dụng cọc đất xi măng. Cụ thể vào năm 2002 đã có một số dự án sử dụng cọc đất xi
măng vào việc xây dựng các cơng trình trên nền đất yếu. Hiện nay phương pháp này
đang dần được sử dụng rộng rãi nhờ những đặc tính nổi bật như thi cơng nhanh, khả
năng chịu tải của nền đất tăng, v.v…. Do đó, việc thiết kế và thi công theo phương
pháp này cần phải được phải hiểu cặn kẽ là cần thiết.
II. MỤC TIÊU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI
Trong những vấn đề liên quan đến cọc đất xi măng (CDM), mục tiêu và phạm vi
nghiên cứu của đề tài tập trung giải quyết các vần đề sau:
1. Tổng quan giải pháp xử lý nền đất yếu bằng cọc đất xi măng.
2. Trình bày các giả thuyết, ngun lý, phương pháp tính tốn cọc đất xi măng của
một số tác giả, tiêu chuẩn.
3. Vận dụng phương pháp Phần Tử Hữu Hạn để phân tích ứng xử của nền đường
đắp cao (cụ thể là đường vào cầu Rạch Cây, phường 7, Quận 6) được xử lý bằng
phương pháp cọc đất xi măng kết hợp với vải địa kỹ thuật.
4. Kiểm tra ổn định của nền đường đắp cao được xử lý bằng cọc đất xi măng kết
hợp với vải địa kỹ thuật bằng phần mềm Geo-Slope.
5. Phân tích so sánh các kết quả tính toán theo tiêu chuẩn, một số tác giả, phương
pháp Phần Tử Hữu Hạn, số liệu quan trắc thực tế. Từ đó, đánh giá phương pháp
nào thích hợp nhất cho điều kiện địa chất quận 6, thành phố Hồ Chí Minh.
Phương pháp nghiên cứu thực hiện luận văn:
-

Dựa vào những kết quả nghiên cứu của các tác giả đi trước, tài liệu tham khảo
trong và ngoài nước, các tiêu chuẩn về cọc đất xi măng của một số nước, tác giả



Trang 3

nghiên cứu các vấn đề liên quan đến cọc đất xi măng, đặc biệt là phân tích ổn
định và biến dạng của nền đường đắp cao được xử lý bằng cọc đất xi măng kết
hợp với vải địa kỹ thuật.
-

Dựa trên kết quả tính tốn của phương pháp Phần Tử Hữu Hạn (Plaxis) và GeoSlope để phân tích, so sánh với các phương pháp tính giải tích khác, cũng như
số liệu quan trắc thực tế.

III. GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI
Các kết luận và kết quả tính tốn chỉ nghiên cứu cho khu vực phường 7, quận 6,
thành phố Hồ Chí Minh, các khu vực khác với cấu tạo địa chất phức tạp phân bố mỗi
nơi mỗi khác, mỗi nơi có đặc thù địa chất riêng chưa được nghiên cứu ở đây.
IV. PHƯƠNG HƯỚNG NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI
Phân tích ổn định của nền đường vào cầu đắp cao ở khu vực phường 7, quận 6 dựa
trên các phương pháp tính lý thuyết của một số tiêu chuẩn đang áp dụng hiện nay.
Phân tích biến dạng của nền đường vào cầu đắp cao ở khu vực phường 7, quận 6
dựa trên các phương pháp tính lý thuyết của một số tác giả, tiêu chuẩn.
Phân tích, so sánh các kết quả từ quan trắc, phương pháp PTHH.


Trang 4

CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH CÁC PHƯƠNG PHÁP
XÂY DỰNG TRÊN ĐẤT YẾU VÀ TÌNH HÌNH SỬ
DỤNG CỌC ĐẤT TRỘN XI MĂNG

1.1 TỔNG QUAN MỘT SỐ GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐƯỜNG ĐẮP CAO
TRÊN NỀN ĐẤT YẾU HIỆN NAY
1.1.1. MỘT SỐ GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU
¾ Phương pháp bệ phản áp (hình 1.1)

Hình 1.1 – Phương pháp bệ phản áp
Bệ phản áp đóng vai trị làm đối trọng nhằm tăng độ ổn định, giảm khả năng trượt
trồi về hai bên chân taluy nền đắp.


Trang 5

Bề rộng bệ phản áp bpa được chọn theo vị trí mặt trượt trụ trịn nguy hiểm nhất sao
cho mặt trượt đi qua phạm vi bệ phản áp.
Chiều cao bệ phản áp Hpa chọn theo điều kiện tải trọng đắp an toàn cho nền đất yếu
bên dưới.
1
3

Và thường chọn: Hpa = ( ÷

1
)H
2

Mặc dù phương pháp này thi cơng đơn giản nhưng địi hỏi phải có mặt bằng rộng.
Khi có bệ phản áp, hệ số ổn định theo phương pháp cung trượt lăng trụ trịn sẽ tăng lên
đáng kể.

¾ Phương pháp giếng cát kết hợp gia tải trước

Để rút ngắn thời gian cố kết người ta dùng thiết bị thoát nước thẳng đứng. Giếng
cát là một trong những dạng đó.
Vì hệ số thấm của giếng cát lớn hơn nhiều so với nền đất sét, khi bố trí giếng cát
trong nền đất và kết hợp gia tải thì nước lỗ rỗng trong đất nền sẽ thấm về hướng có
giếng cát và thoát nhanh theo phương đứng ra khỏi nền đất:
-

Vật liệu cát dùng làm giếng cát thường chọn cát hạt trung trở lên để có hệ số
thấm lớn.

-

Đường kính giếng cát thường sử dụng là từ 30-60cm.

-

Chiều sâu bố trí giếng cát là hết vùng hoạt động chịu nén của nền.

-

Lớp đệm cát dùng cát hạt trung trở lên có bề dày từ 0.5-1m, có tác dụng
thốt nước bề mặt và gia cố mặt nền đất yếu để tiến hành các công tác thi
công tiếp theo.

-

Tải trọng tạm phải đủ lớn để tạo ra được ứng suất lớn hơn áp lực tiền cố kết
của nền đất.



Trang 6

Hình 1.2 – Phương pháp giếng cát kết hợp gia tải trước
Giếng cát được bố trí theo lưới ơ vng hoặc tam giác

Hình 1.3 – Bố trí lưới ơ vng

Hình 1.4 – Bố trí lưới tam giác

Sử dụng phương pháp này thì tốc độ cố kết của đất nền nhanh hơn nhiều so với
phương pháp đệm cát, gia tải. Tuy nhiên, giá thành cũng sẽ cao hơn.


Trang 7

¾ Phương pháp bấc thấm kết hợp gia tải trước

Hình 1.5 – Phương pháp bấc thấm kết hợp gia tải trước
Bấc thấm là vật thoát nước đứng được chế tạo sẵn cũng có tác dụng giống như
giếng cát.

Hình 1.6 – Mặt cắt ngang bấc thấm
Với dw là đường kính bấc thấm quy đổi từ dẹp sang tròn.
Theo Hansbo : dw =

2a + b

π

;


Theo Rixner: dw =

a+b
2


Trang 8

Q trình thi cơng bấc thấm rất nhanh nếu có máy thi cơng chun dụng.
Bấc thấm cũng được bố trí tương tự như giếng cát: theo lưới ơ vng và tam giác.
Khi cắm bấc thấm xuống độ sâu lớn thì khả năng thốt nước của bấc thấm sẽ giảm
đi do tiết diện ngang của bấc thấm bị giảm, do các hạt nhỏ tích tụ vào vỏ lọc bấc thấm
vì vỏ lọc có tác dụng chỉ cho nước vào.
Tuy nhiên trong cơng trình đường thường thì vùng hoạt động chịu nén sẽ không quá
lớn nên phương pháp này vẫn được sử dụng khá nhiều.
¾ Phương pháp bơm hút chân khơng kết hợp giếng cát hoặc bấc thấm

Hình 1.7 – Phương pháp bơm hút chân không kết hợp giếng cát hoặc bấc
thấm.
Trong đó:

1- Giếng cát hoặc bấc thấm.
2- Băng thốt nước ngang giúp cho nước thoát nhanh ở mặt nền.
3- Lớp đệm cát có bề dày ≥ 0.5m.
4- Màng chất dẻo cách ly mặt nền với bầu khí quyển để tạo ra

chân không trong vùng cần xử lý, dày ≥ 0.5mm.
5- Hệ thống ống thu nước chính.
6- Đất lấp mép của màng chất dẻo.



Trang 9

7- Hệ thống bơm hút chân không và bơm hút nước.
Nguyên lý của phương pháp là: σ = σ ’ + u , khi hút chân không làm nước trong
nền thoát ra, áp lực nước lổ rỗng u giảm đi 1 lượng ∆ u. Nếu xem ứng suất tổng là
khơng thay đổi thì ứng suất có hiệu tăng lên 1 lượng là ∆ u dẫn đến quá trình cố kết
xảy ra.
Ưu điểm của phương pháp này là: khơng có phá hoại cắt trong nền, chỉ là cố kết
đẳng hướng nên điều kiện ổn định được đảm bảo.
Tuy nhiên, áp lực cố kết tối đa chỉ đạt từ 80-85kPa và có thể xảy ra lún nứt bề mặt
xung quanh cơng trình vì có sự co lại theo phương ngang khi cố kết đẳng hướng.
Phương pháp này chưa được sử dụng nhiều vì thi cơng phức tạp và giá thành khá
cao. Chỉ nên sử dụng cho cơng trình u cầu rất gấp về tiến độ.
¾ Phương pháp sàn giảm tải bê tông cốt thép
Các sàn giảm tải bê tông cốt thép được thi công liên kết trên các cọc bê tông cốt
thép chống vào tầng đất tốt. Tuy sử dụng móng cọc bê tơng cốt thép có nhiều ưu điểm
như hạn chế biến dạng không đều, thời gian thi công, sự an tồn trong q trình khai
thác nhưng việc áp dụng móng cọc bê tơng cốt thép đã làm giá thành tăng cao từ 30
đến 50 phần trăm so với các giải pháp khác.


Trang 10

¾ Phương pháp gia cố nền bằng cột đất – vơi / ximăng

Hình 1.8 – Phương pháp gia cố đất yếu bằng cột đất – vôi / ximăng.
Công nghệ trộn sâu (DM) tạo cọc ximăng/vôi-đất là công nghệ trộn xi măng/vôi với
đất tại chỗ dưới sâu. Những thay đổi này về tính chất cơ học của đất xảy ra rất nhanh,

do q trình trao đổi ion và tơi vơi ở trong đất hoặc q trình thuỷ hố xi măng và
silicát hố. Q trình thuỷ hố xi măng và tạo ra khung cứng trong đất là chủ yếu và
xảy ra ngay sau khi khuấy trộn. Cọc ximăng/vôi-đất sử dụng khá rộng rãi trong xử lý
nền móng các cơng trình xây dựng với các ưu điểm nổi bật là làm tăng cường độ,
khống chế biến dạng, tăng sức chống cắt của đất, thời gian thi công nhanh.
1.2 TỔNG QUAN VÀ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ TRỘN SÂU
Trụ đất gia cố xi măng do Mỹ nghiên cứu thành công vào năm 1954, được gọi là “
mixed – in – pile (MIP), khi đó có kích thước: đường kính d= 0,3 ~0,4m, dài 10 ~ 12m.
Sau đó cơng nghệ trộn sâu được phát triển ở Nhật và Thụy Điển từ những năm 1960.
Trộn khô dùng vôi sống làm gia cố đã đưa vào thực tế trong những năm 1970. Trong
khoảng thời gian này phương pháp trộn khô cũng áp dụng vào thực tế ở Thụy Điển để
cải tạo đặc tính lún của đất sét dẻo mềm, mềm yếu. Phương pháp trộn ướt cũng được
dùng ở Nhật trong thời gian này. Sau đó cơng nghệ trộn sâu được phát triển ra khắp thế
giới. Ở Việt Nam cơng nghệ này cịn sử dụng hạn chế.


Trang 11

Những nước ứng dụng công nghệ DM nhiều nhất là Nhật bản và các nước vùng
Scandinaver. Theo thống kê của hiệp hội CDM (Nhật Bản), tính chung trong giai đoạn
80~96 có 2345 dự án, sử dụng 26 triệu m3 xi măng đất. Riêng từ 1977 đến 1993, lượng
đất gia cố bằng DM ở Nhật vào khoảng 23.6 triệu m3 cho các dự án ngoài biển và trong
đất liền, với khoảng 300 dự án. Hiện nay hàng năm thi công khoảng 2 triệu m3. Đến
1994, hãng SMW Seiko đã thi cơng 4000 dự án trên tồn thế giới với 12.5 triệu m2 (7
triệu m3).
Sau khi được áp dụng, các ứng dụng của công nghệ trộn sâu ngày càng đa dạng,
thiết bị và hóa chất ngày càng được cải tiến, hồn thiện.
Tạp chí Tin tức kỹ thuật (ENR) thường xun thơng báo các thành tựu của DM ở
Nhật Bản, chẳng hạn số 1983 đăng kết quả ứng dụng cho các công trình nền móng thi
cơng trong nước, số 1989 về tác dụng chống động đất, số 1986 về các tường chống

thấm . Hằng năm, các hội nghị về các công nghệ gia cố nền được tổ chức tại Tokyo,
trong hội nghị nhiều thành tựu mới nhất về khoan phụt và DM đã được trình bày.
Tại Trung Quốc, cơng tác nghiên cứu bắt đầu từ năm 1970, mặc dù ngay từ cuối
những năm 1960, các kỹ sư Trung Quốc đã học hỏi phương pháp trộn vôi dưới sâu và
CDM ở Nhật bản. Thiết bị DM dùng trên đất liền xuất hiện năm 1978 và ngay lập tức
được sử dụng để xử lý nền các khu công nghiệp ở Thượng Hải. Tổng khối lượng xử lý
bằng DM ở Trung Quốc cho đến nay vào khoảng trên 1 triệu m3. Từ năm 1987 đến
1990, công nghệ DM đã được sử dụng ở Cảng Thiên Tân để xây dựng 2 bến cập tàu và
cải tạo nền cho 60 ha khu dịch vụ. Tổng cộng 513000m3 đất được gia cố, bao gồm các
móng kè, móng của các tường chắn phía sau bến cập tầu.
Đến năm 1992, một hợp tác giữa Nhật và Trung Quốc đã tạo ra sự thúc đẩy cho
những bước đầu tiên của công nghệ CDM ở Trung Quốc, cơng trình hợp tác đầu tiên là
cảng Yantai. Trong dự án này 60.000m3 xử lý ngồi biển đó được thiết kế và thi cơng
bởi chính các kỹ sư Trung Quốc (Tang, 1996).


Trang 12

Một số nghiên cứu khác liên quan tới DM ở Đông Nam á như sử dụng các cột vôi
đất xử lý đất hữu cơ ở Trung Quốc (Ho, 1996), các hố đào sâu ở Đài Loan (Woo, 1991)
và một số dự án khác nhau ở Singapore (Broms , 1984).
Tại Châu âu, nghiên cứu và ứng dụng bắt đầu ở Thụy Điển và Phần Lan. Trong
năm 1967, Viện Địa chất Thụy Điển đã nghiên cứu các cột vôi (SLC) theo đề xuất của
Jo. Kjeld Páue sử dụng thiết bị theo thiết kế của Linden- Alimak AB (Rathmayer,
1997). Thử nghiệm đầu tiên tại sân bay Ska Edeby với các cột vôi có đường kính 0.5m
và chiều sâu tối đa 15m đã cho những kinh nghiệm mới về các cột vôi cứng hoá
(Assarson và nnk, 1974). Năm 1974, một đê đất thử nghiệm (6m cao 8m dài) đã được
xây dựng ở Phần Lan sử dụng cột vơi đất, nhằm mục đích phân tích hiệu quả của hình
dạng và chiều dài cột về mặt khả năng chịu tải (Rathmayer và Liminen, 1980).
Từ những năm 1970 và đến những năm 1980, các cơng trình nghiên cứu và ứng

dụng tập trung chủ yếu vào việc tạo ra vật liệu gia cố, tối ưu hoá hỗn hợp ứng với các
loại đất khác nhau. Broms and Boman (1977) tổng kết kinh nghiệm thu được từ
phương pháp SLC trong quyển sách hướng dẫn đầu tiên về công nghệ này. Sau đó một
số nhà nghiên cứu khác (Nieminen 1977; Viitanen, 1977; Kujala, 1982) đã nghiên cứu
ứng dụng thạch cao, tro bay làm chất độn để vơi hố nhanh hơn. Bài báo giới thiệu
công nghệ mới của Eggestad (1983) liên quan đến các hợp chất hoá học dùng để chế
tạo chất gia cố sử dụng trong công nghệ cọc vôi đất.
Xu hướng phát triển công nghệ DM trên thế giới hiện nay hướng vào khai thác mặt
mạnh của DM. Khi mới phát sinh yêu cầu ban đầu của DM chỉ là nhằm đạt cường độ
cao và chi phí thấp nhưng gần đây do những nan giải trong xây dựng đặt ra yêu cầu cao
hơn về sự tin cậy và hoàn chỉnh công nghệ.
Với những ưu điểm của CDM: giảm độ lún và gia tăng sức chịu tải của nền đất, các
đặc trưng của đất được cải thiện, như tăng cường độ kháng cắt, giảm tính nén lún, bằng
cách trộn đất nền với xi măng (vữa xi măng) để chúng tương tác với đất, trao đổi ion
tại bề mặt các hạt sét, gắn kết các hạt đất và lấp các lỗ rỗng bởi các sản phẩm của phản


Trang 13

ứng hóa học, khơng bị hạn chế về chiều cao và tốc độ thi cơng và có thể kiểm sốt, hạn
chế được độ lún sau thi cơng v.v…cơng nghệ CDM được ứng dụng tương đỗi rộng rãi,
được phân loại như sau:

Hình 1.9: Sơ đồ phân loại ứng dụng cọc đất xi măng.
Trong lĩnh vực chống động đất, người ta đang tiếp tục nghiên cứu ứng dụng DM
nhằm ngăn chặn sự hố lỏng đất, tìm ra những phương án có hiệu quả kinh tế, sử dụng
vật liệu có sợi để chịu được uốn như sợi so dừa khi có động đất.
1.3 MỘT SỐ DỰ ÁN SỬ DỤNG CỌC XI MĂNG ĐẤT (CDM) Ở THẾ GIỚI
Sau đây một số cơng trình tiêu biểu trên thế giới đã sử dụng công nghệ trộn sâu:
Tại Mỹ, việc xử lý và nâng cấp các đập đất nhằm đáp ứng mục tiêu an toàn trong

vận hành và ngăn ngừa hiện tượng thấm rất được quan tâm. DM đã được ứng dụng để
nâng cấp các đập đất hiện có, tạo ra các tường chống thấm. Để kiểm sốt dịng thấm,


Trang 14

các tường bằng bê tông đất được cắm vào đá gốc xuyên qua đập đất và lớp trầm tích
như hình 1.10. Tường dày 0.6m và dài 51~61m, sâu 43m. Cường độ nén của vật liệu là
-6

2254 kPA, hệ số thấm 1x10 cm/s. Hàm lượng xi măng 350~550kg/m3. Tổng diện tích
tường là 1733m2. Một trường hợp khác là ở hồ Jackson Lake, tường chống thấm bằng
bê tông đất được xây dựng để chống thấm và ngăn ngừa nền có khả năng hố lỏng khi
có động đất. Cịn tại đập Lockington, tường bê tông đất làm nâng cao lõi chống thấm
để đảm bảo u cầu an tồn.

Hình 1.10: Dự án sửa chữa đập đất ở Mỹ (Yang và Takeshima, 1994)
Tại Bungari, nền đường sắt thường được xây dựng bằng sét macma vì khó kiếm ra
đất tốt. Loại đất này là rất khó đầm nén do đó nền đường thường bị lún nghiêm trọng.
Người ta đã sử dụng các cột DM đường kính 0.25m cách nhau 2.5m để gia cố như hình
1.11. Tại đây đã sử dụng 456 cọc dài 8 ~ 9m với cường độ thiết kế là 0.235 Mpa, kết
quả sau xử lý cho thấy khơng có dấu hiệu lún mặc dù tốc độ tàu chạy 100 ~ 120 km/h.
Hình 1.12 trình bày mặt bằng và cắt ngang của bờ sông ở Kumamoto – ken, đảo
Kyushu, Nhật bản. Tại đây 5628 m3 cọc xi măng đất đã được xây dựng để ngăn ngừa
trượt lở bờ sông.


Trang 15

Hình 1.11: Mặt cắt ngang của bờ đường sắt được gia cố ở Bungari


Hình 1.12: Ổn định bờ sơng ở Nhật: a) mặt cắt ngang; (b) mặt bằng


Trang 16

Đường cao tốc Fu-Xia dài 81 km dọc bờ biển ở tỉnh Fujian, Trung Quốc nối
Fozhou với Xiamen và ZhangZhou. Bề rộng đường 26 m với 4 làn xe lưu thông. Tuyến
được đắp cao với chiều cao đắp khác nhau khoảng từ 4 đến 7m. 18Km của tuyến đi qua
vùng đất sét biển yếu. Chiều cao lớn nhất của lớp đất sét biển đến 20m. Lớp đất sét này
có khả năng chịu nén cao, sức chống cắt nhỏ, tính thấm kém. Trên tuyến có nhiều cầu
với đường dẫn vào cầu đắp cao. Để rút ngắn tiến độ thi công, giảm độ lún của đường
vào cầu, phương pháp xử lý nền đường đầu cầu được đề xuất là: cột tiêu nươc thẳng
đứng chế tạo sẵn kết hợp với cột DCM có đường kính 0,5m, khoảng cách 1,1m; chiều
dài tăng dần theo hướng vào cầu như hình 1.13