ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM
ee ff

HUỲNH VĂN KHANH

NGHIÊ N CỨ U GIẢ I PHÁ P H P LÝ VỀ CẤ U TẠ O VÀ TÍNH TOÁ N
ĐƯỜ N G DẪ N VÀ O CẦ U VỚ I HOẠ T TẢ I H30 TRÊ N ĐẤ T YẾ U VÀ
NGẬP LŨ SÂU Ở ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG

THẦY HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

: GS.TSKH LÊ BÁ LƯƠNG
: TS. NGUYỄN VĂN CHÁNH

CHUYÊN NGÀNH

: CÔNG TRÌNH TRÊN ĐẤT YẾU

MÃ SỐ NGÀNH

: 31.10.02

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP.HCM, THÁNG 08 NĂM 2004


Đại Học Quốc Gia Tp.Hồ Chí Minh
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

hhgg

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc

hhgg

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN
Họ và tên học viên: HUỲNH VĂN KHANH
Phái: Nam.
Ngày, tháng, năm sinh: 1978
Nơi sinh: Bến Tre.
Chuyên ngành: Công Trình Trên Đất Yếu
Mã số: 31.10.02
I- TÊN ĐỀ TÀI:
“Nghiên cứu giải pháp hợp lý về cấu tạo và tính toán đường dẫn vào cầu với
hoạt tải H30 trên đất yếu và ngập lũ sâu ở đồng bằng sông Cửu Long”.
II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
Chương 1: Nghiên cứu tổng quan về cấu tạo và tính toán đường dẫn vào cầu
trên đất yếu.
Chương 2: Nghiên cứu đất yếu liên quan đến đường dẫn vào cầu đắp cao và
lũ lụt ở đồng bằng sông Cửu Long.
Chương 3: Nghiên cứu thực nghiệm hệ số thấm của đất gia cố vôi.
Chương 4: Nghiên cứu giải pháp cấu tạo để xử lý nền đường vào cầu bằng hệ
thống giếng cát và cột đất vôi/xi măng.
Chương 5: Nghiên cứu tính toán xử lý nền đường vào cầu bằng hệ thống
giếng cát và cột vôi/xi măng.
Chương 6: Nghiên cứu xử lý nền đường vào cầu công trình thực tế bằng hệ
thống giếng cát.
Chương 7: Các nhận xét, kết luận và kiến nghị.

III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:
09.02.2004
IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ:
10.08.2004
V- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN:
GS. TSKH. Lê Bá Lương
TS. Nguyễn Văn Chánh
THẦY HD 1

THẦY HD 2

CHỦ NHIỆM NGÀNH

BỘ MÔN QUẢN LÝ
NGÀNH

GS.TSKH LÊ BÁ LƯƠNG

TS. NGUYỄN V CHÁNH

GS.TSKH LÊ BÁ LƯƠNG

ThS. VÕ PHÁN

Nội dung và đề cương luận văn thạc sỹ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua.
Ngày 20 tháng 08 năm 2004
PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH
P.KHOA QUẢN LÝ NGÀNH

TS. CHÂU NGỌC ẨN



CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn 1:
Giáo Sư Tiến Sỹ Khoa Học LÊ BÁ LƯƠNG

Cán bộ hướng dẫn 2:
Tiến sỹ NGUYỄN VĂN CHÁNH

Cán bộ chấm nhận xét 1:

Cán bộ chấm nhận xét 2:

Luận văn cao học này được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN
CAO HỌC TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ngày 06 tháng 09 năm 2004.


LỜI CẢM ƠN
Sau những ngày học tập nghiên cứu ở trường, được sự giúp đỡ
và truyền đạt của qúi thầy cô đã giúp cho em hoàn thành được luận
văn cao học của mình. Với những kiến thức em có được hôm nay, dẫu
biết rằng kiến thức là vô cùng vô tận, nhưng nó sẽ là hành trang cho
cho vững bước trên con đường nghiên cứu khoa học của mình. Những
ngày học tập tại trường là những ngày hạnh phúc và đáng nhớ nhất
trong cuộc đời em, đó là những giây phút được cùng bạn bè học tập
dưới sự dạy dỗ tận tình của thầy cô, mà có lẽ không một học viên nào
quên được.

Em xin chân thành cảm ơn q thầy cô đã hết lòng truyền đạt
những kiên thức q báo cho em trong thời gian qua. Xin cám ơn các
thầy cô của Phòng Quản Lý Sau Đại Học, ban chủ nhiệm Khoa Kỹ
Thuật Xây Dựng đã hết lòng giúp đỡ cho em trong suốt thời gian qua.
Em xin tri ơn thầy GS.TSKH LÊ BÁ LƯƠNG, chủ nhiệm ngành
cũng là thầy hướng dẫn chính đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn em hoàn
thành tốt luận văn.
Em xin tỏ lòng biết ơn đến thầy TS NGUYỄN VĂN CHÁNH và
các thầy cô Phòng Thí Nghiệm Vật Liệu Xây Dựng đã tận tình hướng
dẫn và giúp em hoàn thành phần thí nghiệm trong phòng.
Xin cảm ơn các thầy cô trong hội đồng đã dành hết tâm huyết vì
công tác giáo dục đào tạo cao học.
Cuối cùng, em xin cảm ơn gia đình, bạn bè và cơ quan đã tạo
điều kiện thuận lợi để hoàn thành khoá học này.
Xin cảm ơn và chúc q thầy cô sức khoẻ.


TÓ M TẮ T
Tên đề tài
“Nghiên cứu giải pháp hợp lý về cấu tạo và tính toán đường dẫn vào
cầu với hoạt tải H30 trên đất yếu và ngập lũ sâu ở đồng bằng Sông Cửu
Long”

Tóm tắt
Nghiên cứu tổng quan về các giải pháp xử lý nền đất yếu như: giếng
cát, PVD, cột đất vôi/xi măng, bơm hút chân không….Đây là các phương pháp
xử lý nền được áp dụng nhiều ở Việt Nam và đạt nhiều kết quả tốt. Tuy
nhiên, cần lựa chọn một giải pháp phù hợp nhất với khu vực đất yếu vùng
đồng bằng sông Cửu Long.
Nghiên cứu đặc điểm địa chất cũng như tình hình ngập lũ ở đồng bằng

Sông Cửu Long. Nhằm có một cái nhìn toàn cảnh về khu vực đồng bằng
song cửu Long với những điều kiện thuận lợi cũng như khó khăn cho việc xây
dựng các công trình.
Thí nghiệm về hệ số thấm của cột đất vôi. Từ đó có thể hiểu thêm về
cơ chế làm việc của cột vôi/xi măng trong đất.
Nghiên cứu về giải pháp cấu tạo và tính toán về xử lý nền đường dẫn
vào cầu phù hợp cho điều kiện địa chất ở đồng bằng Sông Cửu Long. Đồng
thời, áp dụng tính toán cho công trình cụ thể.


ABSTRACTION
Title
“Study sensible solution about design and calculation line of bridge
foundation with H30 live load on soft soil and deep flood in Mekong Delta”

Abstract
Study the general some solution to handle soft soil foundation as:
drain vertical, PVD, soil lime/cement columns, vaccum cosolidation…The
methoods put into practice in VietNam and got good result. However, we
have to choose the most suitable methood for soft soil area in Mekong Delta.
Study the geological character and the flood condition in Mekong
Delta. For us have a overall picture in Mekong Delta with advantage and
disadvantage condition to build the project
Soil lime columns permeability test. Then, it help us understand about
soil lime/cement working in practice.
Study the design solution and calculation to handle the line of bridge
foundation, which is suitable the geological character in Mekong Delta. And
then, it apply to calculate a project.



MỞ ĐẦU
I. ĐẶT VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
Hiện nay, ngành xây dựng có những bước phát triển rất mạnh mẽ cả về số
lượng lẫn qui mô công trình. Các công trình phục vụ giao thông như cầu, đường …
ngày càng được đầu tư xây dựng, để phát triển giao thông phục vụ cho phát triển
kinh tế.
Đồng bằng sông Cửu Long nói chung, Thành phố Hồ Chí Minh nói riêng là
khu vực kinh tế trọng điểm của phía nam. Sự phát triển mạnh mẽ của giao thương
đòi hỏi giao thông vận tải phải đáp ứng được nhu cầu vận chuyển hàng hoá trong
khu vực. Vì vậy, các công trình cầu đường được đầu tư xây dựng với qui mô ngày
càng lớn. Mặt khác, đồng bằng sông Cửu Long có địa hình bị chia cắt bỡi sông ngòi
chằn chịch và nằm trên vùng đất yếu. Do đó, các công trình xây dựng cần phải được
nghiên cứu các giải pháp hợp lý để xây dựng trên đất yếu.

II.

XÁC LẬP NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU
1.
2.
3.
4.

Nghiên cứu tổng quan về các biện pháp xử lý nền đường.
Nghiên cứu đất yếu ở đồng bằng sông Cửu Long và lũ lụt.
Thí ngiệm xác định hệ số thấm của mẫu đất trộn vôi.
Nghiên cứu giải pháp về cấu tạo và tính toán cho đường dẫn vào cầu
trong điều kiện đất yếu của đồng bằng sông Cửu Long và TP HCM.
5. Tính toán ứng dụng vào công trình thực tế.



TÓM TẮT LÝ LỊCH HỌC VIÊN
Họ và tên

: HUỲNH VĂN KHANH.

Sinh năm

: 1978

Nơi sinh

: Bến Tre.

Địa chỉ liên lạc

: 120/128 Thích Quảng Đức, P.5, Q. Phú Nhuận.

Nơi công tác

: Trường Đại Học Kỹ Nghệ TP.HCM

QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO
1997-2001

: Học Đại Học tại Trường Bách Khoa – Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng
Ngành Xây dựng Dân dụng và Công nghiệp.

2001-2003

: Học viên Cao học Trường Đại Học Bách Khoa.


QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC
2001 - 2002

: Cộng tác viên tại Trung Tâm Nghiên Cứu ng Dụng Công
Nghệ Xây Dựng - Trường Đại Học Bách Khoa.

2002 - đến nay

: Giảng viên Trường Cao Đẳng Kỹ Nghệ TP.HCM
Công tác tại Công ty Cổ Phần Tư Vấn Xây Dựng Bách
Khoa – Trường Đại Học Bách Khoa.


Nhiệm vụ luận văn
Lời cảm ơn
Tóm tắt nội dung
Mục lục

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1
NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ CẤU TẠO VÀ TÍNH TOÁN
ĐƯỜNG DẪN VÀO CẦU TRÊN ĐẤT YẾU

1.1 Tổng quan về các biện pháp xử lý nền đường dẫn vào cầu trên đất yếu
1.2 Phương pháp gia tải trước kết hợp các đường thoát nước thẳng đứng
1.2.1 Giới thiệu
1.2.2 Sự phát triển về kỹ thuật của đường thấm đứng
1.2.2.1 Giếng cát

1.2.2.2 Bấc thấm, cọc bản nhựa
1.2.2.3 Một vài hình ảnh về thi công bấc thấm
1.2.3 Những ứng dụng của phương pháp gia tải trước kết hợp các đường thoát
nước đứng
1.3 Cột đất vôi/xi măng
1.3.1 Giới thiệu
1.3.2 Lịch sử phát triển của cột đất vôi, cột đất xi măng theo phương pháp trộn
khô (dry mix method – dmm)
1.3.3 Những ứng dụng của cột đất vôi/ ximăng.
1.3.4 Tổng quan về các kết quả nghiên cứu cột vôi/xi măn g trong và ngoài
nước
1.3.4.1 Các kết quả nghiên cứu trong nước
1.3.4.2 Các kết quả nghiên cứu ngoài nước
1.4 Phương pháp gia tải trước bằng bơm hút chân không kết hợp các đường
thoát nước đứng
1.4.1 Giới thiệu
1.4.2 Sơ đồ cấu tạo
1.4.3 Nguyên lý cơ bản của phương pháp
1.4.3.1 Nguyên lý
1.4.3.2 Sự làm việc của nền đất trong quá trình gia tải
1.4.3.3 Đặc điểm của phương pháp
1.4.4 Lưu đồ
1.4.5 Những ứng dụng của phương pháp gia tải trước bằng bơm hút chân không
1.6 Đặc điểm khó khăn về cấu tạo và tính toán của nền đường dẫn vào cầu trên
yếu và chịu lũ lụt
1.6.1 Khó khăn về cấu tạo
1.6.2 Khó khăn về tính toán
1.8 Các hiện tượng sự cố

1

1
1
2
2
2
4
5
6
6
6
9
15
15
16
17
17
19
21
21
22
23
24
25
đất
26
26
26
27



Chương 2
NGHIÊN CỨU ĐẤT YẾU LIÊN QUAN ĐẾN ĐƯỜNG DẪN VÀO CẦU ĐẮP
CAO VÀ LŨ LỤT Ở ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG
2.1 Khái niệm đất yếu
30
2.2 Tình hình phân bố đất yếu ở đồng bằng sông cửu long
30
2.3 Các đặc trưng đất yếu ở đồng bằng sông cửu long
33
2.4 Thống kê địa chất
35
2.4.1 Xác định đơn nguyên địa chất
35
2.4.2 Qui tắc loại trừ sai số ra khỏi tập hợp thống kê
36
2.4.3 Chỉ tiêu tiêu chuẩn và chỉ tiêu tính toán
36
2.4.4 Thống kê điạ chất một số công trình tiêu biểu
37
2.5 Tình hình ngập lũ ở đồng bằng sông cửu long
40
2.5.1 Cơ chế lũ lụt ở đồng bằng sông cửu long
40
2.5.2 Một số kết quả nghiên cứu mới nhất về đợt lũ tháng 10 Năm 2000
42
2.5.3 Phân chia vùng ngập lũ
51
Chương 3
NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM HỆ SỐ THẤM CỦA ĐẤT SÉT GIA CỐ VÔI
3.1 Đặt vấn đề

53
3.2 Cơ sở lý thuyết
53
3.2.1 Tính thấm của đất
53
3.2.2 Tính thấm của cột vôi
54
3.3 Thực nghiệm những tính chất của đất
55
3.4 Nghiên cứu thành phần của hỗn hợp đất sét trộn vôi
55
3.4.1 Cơ sở lựa chọn thành phần cấp phối của hỗn hợp
55
3.4.2 Tỷ lệ thành phần cấp phối của hỗn hợp
56
3.5 Phương pháp thí nghiệm
56
3.5.1 Phương pháp tạo mẫu
56
3.5.2 Phương pháp thí nghiệm hệ số thấm và tính toán kết quả
57
3.6 Kết quả và nhận xét
58
3.7 Kết luận
62
Chương 4
NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP CẤU TẠO ĐỂ XỬ LÝ NỀN ĐƯỜNG DẪN VÀO
CẦU TRÊN ĐẤT YẾU BẰ NG HỆ THỐNG GIẾNG CÁT VÀ CỌC ĐẤT
VÔI/XI MĂNG
4.1 Hệ thống giếng cát

63
4.1.1 Cấu tạo
63
4.1.2 Bố trí các đường thoát nước đứng
69
4.1.3 Biện pháp thi công
69
4.1.3.1 Trình tự thi công
69
4.1.3.2 Một số hình ảnh về máy thi công giếng cát và PVD
70
4.2 Cột đất vôi/xi măng
73


4.2.1 Cấu tạo
4.2.2 Bố trí cột vôi/xi măng trên mặt bằng
4.2.3 Tính chất của đất trộn vôi/xi măng
4.2.3.1 Tính chất của đất trộn vôi
4.2.3.2 Tính chất của đất trộn xi măng
4.2.4 Một số hình ảnh về thi công cột vôi/xi măng
CHƯƠNG 5

73
76
76
76
77
79


NGH IÊN CƯ ÙU TÍN H TO ÁN ĐỂ X Ư Û LY Ù N ỀN ĐƯ Ơ ØN G DẪN V ÀO CẦU TRÊN ĐẤT
Y ẾU BẰN G H Ệ TH O ÁN G GIẾN G CÁT V À CO ÏC ĐẤT V O ÂI/X I MĂN G

5.1 Hệ thống giếng cát
5.1.1 Xác định vùng hoạt động về thoát nước
5.1.1.1 Phương pháp cổ điển
5.1.1.2 Phương pháp dựa vào tương quan giưã gradien nén và gradien ban đầu
5.1.2 Tính toán cố kết cuả nền đất
5.1.2.1 Bài toán cố kết thấm theo phương đứng
5.1.2.2 Bài toán cố kết xuyên tâm
5.1.2.2.1 Trường hợp nền đất biến dạng tự do
5.1.2.2.2 Trường hợp nền đất biến dạng bằng nhau
5.1.3 Độ lún ổn định của nền
5.1.3.1 Độ lún ổn định xuất phát từ bài toán nén ép một chiều
5.1.3.2 Độ lún ổn định tính theo đường quan hệ e - logσ’
5.1.3.3 Xác định độ lún toàn bộ cuả nền đất trong đó dùng giếng cát
5.1.4 Độ lún theo thời gian
5.1.4.1 Tính độ lún theo thời gian theo lý thuyết cố kết của Terzaghi
5.1.5 Thời gian gia tải trước
5.1.6 Mối quan hệ giữa các thông số cố kết
5.1.6.1 Sự ảnh hưởng của hệ số cố kết Cv
5.1.6.2 Sự ảnh hưởng của tỷ số khoảng cách giếng cát và đường kính giếng cát
5.1.7 Tính ổn định của nền đường vào cầu
5.2 Tính toán cột đất vôi/xi măng
5.2.1 Khả năng chịu tải của cột đơn
5.2.2 Khả năng chịu tải theo vật liệu
5.2.3 Lực dọc trong cột
5.2.4 Khả năng chịu tải theo đất nền
5.2.5 Khả năng chịu tải theo nhóm
5.2.6 Phá hoại theo nhóm

5.2.7 Phá hoại cục bộ
5.2.8 Độ lún của nhóm cột vôi/xi măng
5.2.9 n định tổng thể
5.2.9.1 Xác định hoạt tải tính toán
5.2.9.2 Hệ số ổn ñònh

85
85
85
85
87
87
89
90
94
99
99
100
101
101
101
104
105
105
109
109
110
110
110
112

113
113
114
114
114
117
117
118


Chương 6
NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NỀN ĐƯỜNG VÀO CẦU CÔNG TRÌNH
THỰC TẾ BẰNG HỆ THỐNG GIẾNG CÁT
6.1 Giới thiệu công trình
6.2 Tính toán xử lý dường dẫn vào cầu an nghóa
6.2.1 Cấu tạo
6.2.2 Địa chất công trình
6.2.3 Xác định vùng hoạt động về thoát nước
6.2.4 Tính toán cố kết
6.2.4.1 Các thông số cố kết
6.2.4.2 Khả năng chịu tải của đất nền
6.2.4.3 Cố kết của đất nền khi không có giếng cát
6.2.4.4 Cố kết của nền đất khi có sử dụng hệ thống giếng cát
6.2.4.5 Các giai đoạn gia tải
6.2.4.6 Thời gian chờ giữa các giai đoạn
6.2.4.7 Tính độ lún cho các giai đoạn
6.3 Tính toán xử lý dường dẫn vào cầu kênh ngang số 3
6.3.1 Cấu tạo
6.3.2 Địa chất công trình
6.3.3 Xác định vùng hoạt động về thoát nước

6.3.4 Tính toán cố kết
6.3.4.1 Các thông số cố kết
6.3.4.2 Khả năng chịu tải của đất nền
6.3.4.3 Cố kết của đất nền khi không có giếng cát
6.3.4.4 Cố kết của nền đất khi có sử dụng hệ thống giếng cát
6.3.5 Các giai đoạn gia tải
6.3.6 Thời gian chờ giữa các giai đoạn
6.3.7 Tính độ lún cho các giai đoạn
Chương 7
CÁC NHẬN XÉT, KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
7.1 Các nhận xét, kết luận
7.2 Các kiến nghị và hướng nghiên cứu tiếp
Tài liệu tham khảo
Phần Phụ lục
Các kết quả thí nghiệm hệ số thấm
Tóm tắt lý lịch học viên

120
120
120
122
123
124
124
124
124
126
127
128
128

131
131
133
134
135
135
135
135
137
139
140
140

142
143


- 1-

CHƯƠNG 1
NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ CẤU TẠO VÀ TÍNH TOÁN
ĐƯỜNG DẪN VÀO CẦU TRÊN ĐẤT YẾU
1.1 TỔNG QUAN VỀ CÁC BIỆN PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐƯỜNG DẪN
VÀO CẦU TRÊN ĐẤT YẾU
Các công trình xây dựng trên nền đất yếu là một vấn đề khó khăn và phức tạp
cho các nhà kỹ thuật. Vấn đề là ở chỗ phải lựa chọn, so sánh các phương án về xử lý
nền móng cho khả thi. Khi thiết kế những công trình trên nền đất yếu, các nhà tư
vấn thường phải chọn giữa giải pháp móng sâu và xử lý nền. Phương án móng cọc
thường được lựa chọn cho những công trình có qui mô lớn, phức tạp. Tuy nhiên, việc
lựa chọn đó mang tính chủ quan, chưa có sự so sánh hợp lý về các phương án khả dó.

Hiện nay, các giải pháp xử lý nền đường vào cầu được áp dụng ở Việt
Nam là:
Gia tải trước kết hợp các đường thoát nước thẳng đứng.
Bơm hút chân không.
Cột đất vôi/xi măng và các giải pháp khác…
•

•

•

1.2

PHƯƠNG PHÁP GIA TẢI TRƯỚC KẾT HP CÁC ĐƯỜNG THOÁT
NƯỚC THẲNG ĐỨNG

1.2.1 Giới thiệu
Phương pháp gia tải trước có tác dụng tạo ra độ lún trước cho nền đất
đồng thời tăng khả năng chịu tải của đất nền.
Đối với nền đất cát có hệ số thấm lớn thì quá trình cố kết diễn ra nhanh
trong vài tuần hoặc vài tháng. Nhưng đối với nền đất là sét, bùn sét…có hệ số
thấm bé nên quá trình cố kết diễn ra rất chậm, có thể kéo dài hàng năm hoặc
vài chục năm. Vì vậy, để rút ngắn thời gian gia tải trước người ta sử dụng các
đường thoát nước thẳng đứng như: giếng cát, rãnh cát, bấc thấm, cọc bản nhựa
… để thúc đẩy nhanh quá trình cố kết đất nền.

(a) Khi không có đường thấm đứng (b) Khi có đường thấm đứng
Hình 1.1 Quá trình cố kết của đất khi gia tải



- 2-

Ýù kiến đầu tiên đề xuất việc làm đường thấm thẳng đứng bằng cát (cọc
cát hoặc giếng cát) dựa trên lý thuyết cố kết thấm của K. Terzaghi năm 1925.
Từ những năm 30 bắt đầu triển khai làm các đường thấm thẳng đứng đầu tiên,
cho đến nay hàng năm trên thế giới người ta đã làm hàng triệu mét đường
thấm đứng, điều đó chứng tỏ sự ưu việt của kỹ thuật này trong việc cải thiện
tốc độ cố kết của đất yếu.
Ngày nay, các loại đường thấm đứng chế tạo sẳn dần thay thế các đường
thấm đứng bằng cát. Lý do là nó thi công nhanh hơn và ít phức tạp hơn.

1.2.2 Sự phát triển về kỹ thuật của đường thấm đứng
1.2.2.1

Giếng cát

Giếng cát được sử dụng vào những đầu những năm 1930, cùng với gia tải
trước để đẩy nhanh quá trình cố kết của nền đất có hệ số thấm bé. Giải pháp
sử dụng giếng cát làm cát đường thoát nước đứng mang đến hiệu quả cao. Tuy
nhiên, việc thi công giếng cát thì mất nhiều thời gian và tốn kém. Người ta đã
chế tạo sẳn các đường thấm đứng được thi công cắm rất nhanh vào nền đất nên
tiết kiệm rất nhiều chi phí. Các đường thấm chế tạo sẳn như bấc thấm (PVD),
cọc bản nhựa…

Hình 1.2 Sử dụng giếng cát làm các đường thấm đứng
Ngày nay, trên thế giới các PVD thay thế dần giếng cát, do tính ưu việt
của nó. Tuy nhiên, ở nước ta giếng cát vẫn còn sử dụng rất phổ biến.

1.2.2.2


Bấc thấm, cọc bản nhựa

Các PVD được chế tạo sẳn trong nhà máy, sau đó được cắm vào trong đất
rất nhanh và hiệu quả. Chúng thay thế dần các đường thấm đứng truyền thống.


- 3-

Hình 1.3 Thi công cắm bấc thấm

Hình 1.4 Một loại bấc thấm


- 4-

1.2.2.3

Một vài hình ảnh về thi công bấc thấm

Hình 1.5 Thi công cắm bấc thấm vào đất yếu

(a)

(b)

(c)


- 5-


(d)

(e)
Hình 1.6 Một vài hình ảnh về thi công bấc thấm
(a) (b) bấc thấm được cắm vào nền đất
(c) (d) (e) máy thi công cắm bấc thấm

1.2.3 Những ứng dụng của phương pháp gia tải trước kết hợp các đường
thoát nước đứng
Phương pháp này dược ứng dụng rất rộng rải trên thế giới và ở Việt Nam.


- 6-

1.3

CỘT ĐẤT VÔI/XI MĂNG

1.3.1 Giới thiệu
Lợi dụng tính chất của vật liệu vôi, từ lâu người ta đã biết sử dụng vôi
trộn với đất sét để tạo ra vật liệu có tính chất tốt hơn vật liệu không gia cố.
Người Trung Quốc đã dùng vôi để sử dụng trong quá trình xâu dựng VẠn Lý
Trường Thành để giảm độ lún và tăng độ ổn định cho nền bùn sét, sét pha cát,
được trộn theo tỷ lệ bảy phần đất ba phần vôi và đầm chặt bằng những chày
nệm gỗ (Hunke, 1929).
Nghiên cứu xử lý đất yếu bằng cột đất trộn vôi hoặc xi măng được nghiên
cứu nhiều ở các nước như Thụy Điển, Phần Lan, Nhật và một số nước khác.
Phương pháp cột cột vôi được sử dụng để gia cố đất từ những năm 1967 tại
Thụy Điển. Người ta sử dụng cột vôi để gia tăng ổn định và giảm độ lún cho
nền đường; tăng ổn định cho mương rãnh.

Ở các nước như Thụy Điển, Phần Lan, Nhật Bản…cột vôi xi măng được
phát triển và sử dụng rộng rãi. Đối với khu vực Đông Nam Á, cột đất vôi xi
măng không được sử dụng nhiều. Lý do thiếu máy móc thiết bị thi công, nguồn
vôi không sẳn có tại các địa phương. Mặt khác, việc nghiên cứu áp dụng cột
đất vôi xi măng cho các loại đất yếu khác như tại khu vực Đông Nam Á còn
chưa đầy đủ. Hơn nữa, ở các nước Đông Nam Á còn có những giải pháp xử lý
nền đất yếu khác hiệu quả hơn, có thể tận dụng được vật liệu địa phương và
cho giá thành thấp hơn.
Vì vậy, việc nghiên cứu áp dụng phương pháp cột đất vôi xi măng cần
được phát triển và hoàn thiện. Độ bền chống cắt của cột vôi và hỗn hợp cột vôi
xi măng sẽ tăng nhanh hơn tại Đông Nam Á so với Thụy Điển, Phần Lan và
Nhật do nhiệt độ đất nền là 280C so với 7 0 – 90C. Theo Sherwood (1993) tìm ra
rằng độ bền chống cắt tại vùng khí hậu nhiệt đới gia tăng nhanh chóng với cả
cột vôi và cột xi măng.

1.3.2 Lịch sử phát triển của cột đất vôi, cột đất xi măng theo phương
pháp trộn khô (Dry Mix Method – DMM)
Năm 1954, Công ty Intrusion Prepakt (Mỹ) phát triển kỹ thuật cột trộn tại
chỗ (Mix in Place – MIP).
Năm 1961, Mix In Pace đã được sử dụng có bản quyền cho hơn 300.000
m dài cột tại Nhật Bản để chống đỡ hố đào và kiểm soát mực nước ngầm. Tiếp
tục đến những năm đầu của thập niên 70 bỡi công ty Seiko Kogyo, thành công
bằng kỹ thuật tường ngăn (SMW) và DMM
Năm 1967 viện Nghiên Cứu Hải Cảng và Bến Tàu (PHRI) thuộc Bộ Giao
Thông Nhật Bản bắt đầu các thí nghiệm trong phòng sử dụng vôi cục hoặc vôi
bột để xử lý đất biển (phương pháp trộn saâu – Deep Lime Mixing – DLM).


- 7-


Công việc được nghiên cứu bỡi Okumura, Terashi và những người khác suốt
những năm đầu của thập niên 70 nhằm mục đích: tìm hiểu phản ứng giữa vôi
và nước biển; phát triển những thiết bị trộn thích hợp.
Năm 1967 những nghiên cứu trong phòng và ngoài trời được bắt đầu cho
phương pháp cột vôi Thụy Điển để xử lý đất sét yếu dưới nền đường sử dụng
vôi sống do Kjeld Paus, Liden – Alimak AB hợp tác với viện Địa Kỹ thuật
Thụy Điển (SGI), Euroc và Byggproduktion AB. Nghiên cứu này kéo theo
những phát hiện bỡi Paus về việc thi công cột vôi lỏng tại Mỹ.
Năm 1974 viện nghiên cứu hải cảng và bến tàu (PHRI) báo cáo phương
pháp trộn vôi dưới sâu (DLM) đã được bắt đầu ứng dụng tại Nhật Bản. p
dụng dầu tiên trong việc cải tại đất sét yếu tại Chiba với thiết bị Mark VI được
phát triển bỡi Fudo Contruction Co,Ltd. Các áp dụng tại những nơi khác trong
vùng Đông Nam Á tiếp sau trong cùng một năm đã được thực hiện.
Năm 1974, những thử nghiệm mạnh mẽ về cột vôi tại sân bay Ska Edeby
Thụy Điển: những thử nghiệm cơ bản và đánh giá tác dụng thoát nước (cột
15m dài và đường kính 0.5m)
Năm 1974, chi tiết phương pháp cột vôi được mô tả bỡi Arrasson và
những người khác (Liden Alimark AB)
Năm 1974, thử nghiệm nền đường đầu tiên sử dụng theo phương pháp cột
vôi Thụy Điển cho đất sét yếu tại Phần Lan (nền cao 6m dài 8m sử dụng cột
vôi/xi măng đường kính 0.5m).
Năm 1975, những bài báo của người Thụy Điển (Brom - Borman) và
Nhật bản (Okumura – terashi) được trình bày trong hội nghị Bangalore ở n
Độ. Cả hai quốc gia này đã thảo luận một cách độc lập về đề tài. Nh74ng trao
đổi kỹ thuật hạn chế được diễn ra.
Năm 1975, tiếp tục nhừng nghiên cứu của mình trong những năm 1973 –
1974, PHRI phát triển phương pháp trộn xi măng dưới sâu (Cement deep
mixing – CDM) của những người đi trước bằng việc sử dụng vữa xi măng lỏng
và dùng nó lần đầu tiên trong những dự án qui mô lớn cho đất sét yếu bờ biển.
Năm 1975, sử dụng phương pháp cột vôi cho thực tiễn lần đầu tiên tại

Thụy Điển để chống đỡ hố đào, ổn định nền đường và móng nông gần
Stokholm bởi Liden Alimak AB, như một đối tác và SGI như tư vấn nghiên
cứu.
Năm 1976 Viện Nghiên Cứu Công Chánh (PWRI) thuộc Bộ Xây Dựng
Nhật Bản hợp tác với Viện Nghiên Cứu Máy Xây Dựng Nhật Bản bắt đầu các
phương pháp Deep Jet Mixing – DJM sử dụng bột xi măng khô. Bước thử
nghiệm đầu tiên hoàn thành vào cuối năm 1980. Các đại của PHRI cũng tham
dự.
Năm 1977, lần đầu tiên sách hướng dẫn thiết kế về cột vôi (Broms và
Borman) xuất bản bỡi Viện Địa Kỹ Thuật Thụy Điển (mô tải nh74ng ứng dụng
của vôi sống).


- 8-

Năm 1977, lần đầu tiên phương pháp trộn xi măng dướii sâu CDM áp
dụng thực tế tại Nhật Bản.
Năm 1980 lần đầu tiên sử dụng DJM tại Nhật Bản cho mục đích kinh tế,
phương pháp này sau đó được thay thế bỡi DLM.
Đầu những năm 1980, Hiệp hội DJM được thành lập tại Nhật Bản,
Năm 1983 Eggstad xuất bản báo cáo “State of the Art” tại Helsinki liên
quan đến những tác nhân gia cố đối với phương pháp cột vôi.
Năm 1985, sử dụng cột vôi cho thực tiển lần đầu tiên tại Phần Lan.
Năm 1985, SGI (Th Điển) xuất bản tuyển tập quá trình phát triển mười
năm của phương pháp trộn sâu (Ahnberg và Bolm).
Năm 1986, SMW Seiko Inc bắt đầu thi công tại Mỹ với giấy pjép của
công ty Seiko Kogyo Nhật Bản và vì thế giới thiệu DMM cho thị trường Mỹ.
Năm 1987, công ty Bachy Pháp phát triển “Colunk”: trộn và đầm chặt
đất xi măng được thực hiện nhờ đảo ngược vòng xoay của máy khoa trong khi
rút lên. Sự phát triển này là kết quả của quá trình nghiên cứu được tài trợ bõi

cơ quan Đường bộ và Đường sắt Quốc gia Pháp. Xuất hiện như sự phát triển ở
Châu u đầu tiên ngoài Scadinavia.
Năm 1989, các công ty Trevisani và Radio tại Ý phát triển DMM của
riêng mình, khởi đầu với phun trộn khô, nhưng cũng phát triển phương pháp
trộn ướt.
Năm 1989, bắt đầu gia tăng việc sử dụng cột hỗn hợp vôi và xi măng tại
Thụy Điển theo qui luật hàm số mũ.
Năm 1990, thiết bị trộn mới được phát triển tại Phần Lan sử dụng xi
măng và vôi có khả năng tạo cột sâu hơn 20m đường kính 0.8m.
Năm 1990, Dr. Tersashi người để hết tâm trí vào DLM, CDm và DJM từ
năm 1970 với PHRI Nhật Bản, tổ chức các bài thuyết trình tháng mười một tại
Phần Lan. Giới thiệu hơn ba mươi phối chất sẳn có mang tính thực tiễn tại
Nhật bản, một vài chất gồm xỉ, thạch cao cũng như xi măng. Có khả năng dẫn
đến sự phát triển “các chất thử bí mật” tại Na Uy sau đó.
Năm 1991, Viện Hàn Lâm Khoa Học Bungari báo cáo kết quả nghiên
cứu về đất xi măng địa phương.
Năm 1992, hường dẫn thiết kế mới (STO – 91) giới thiệu tại Phần Lan
dựa trên những kinh nghiệm từ thập niên 80 và nghiên cứu của Kujuala và
Lahtinen.
Năm 1993, Hiệp hội DJM (Deep Jet Mixing – Nhật Bản) xúât bản sách
hướng dẫn những thông tin mới nhất thiết kế và xây dựng.
Năm 1994, hiệp hội DJM xác nhận 1820 dự án được hoàn thành cho đến
cuối năm.
Năm 1995, những nhà nghiên cứu người Phần Lan Kukko và Ruohomaki
báo cáo về chương trình nghiên cứu rầm rộ trong phòng thí nghiệm để phân


- 9-

tích các nhân tố ảnh hưỡng phản ứng hoá cứng trong đất sét gia cố. Các thảo

luận sử dụng các phối chất mới như xỉ, tro bay núi lửa tán nhỏ…
Năm 1995, Chính phủ Thụy Điển thành lập Svensk Djupstabilisering –
Trung tâm nghiên cứu ổn định sâu Thụy Điển – tại SGI. Consortium bao gồm
chủ đầu tư, Chính phủ, đối tác, các trường Đại học, các tổ chức tư vấn, các tổ
chức nghiên cứu đồng phối hợp bỡi Holm của SGI và Broms như lãnh đạo của
các nhà khoa học. Nghiên cứu lập kế hoạch tạo cơ sở dữ liệu kinh nghiệm; các
tính chất kỹ thuật của đất gia cố; mô hình cấu trúc đất gia cố; đảm bảo chất
lượng; thực thi công việc. Kết quả sẽ được xuất bản thành chuỗi các báo cáo.
Năm 1995, được báo cáorằng từ năm 1980 đến 1986 khoảng mười lăm
triệu m khối đất xủ lý DJM tại Nhật Bản.
Năm 1996, SGI xuất bản tuyển tập tập 21 năm kinh nghiệm.
Năm 1996, hội nghị về Deep Mixing tổ chức tại Nhật Bản vào tháng 5.
Năm 1996, sử dụng cột vôi xi măng cho thực tiễn lần đầu tiên tại Mỹ
(Stabilator USA, Inc, New York).
Năm 1996, hơn 5 triệu mét của cột vôi và vôi cộng xi măng đã được thi
công tại Thụy Điển kể từ năm 1975. sản phẩm từng năm tại Thụy Điển và
Phần Lan lúc bấy giờ tính trung bình là cùng sản lượng. Thị trường của Thụy
Điển vào khoảng 2 – 3 lần của Phần Lan.
Năm 1997, ứng dụng cột vôi xi măng chủ yếu cho giảm lún tại I-15, Salt
Lake City (đề xuất bỡi Stabilator USA, Inc). Theo sau bỡi ứng dụng seismic
retrofit tại califonia.
Năm 1998, Ratio, Inc thiết lập văn phòng tại california, đưa ra nhiều kỹ
thuật DMM dưới sự cho phép của Nhật Bản (bao gồm DJM, CDM và Ratio
Soil Mixed Wall) và trúng thầu dự án đầu tiên tại califonia vào đầu năm 1999.
Năm 1998, khoá học ngắn đầu tiên tại Mỹ (trường Đại Học Winsconsin –
Wilwaukee, tháng 8).
Năm 1998, thành lập phân ban Deep Mixing của viện Deep Foundation
trong suốt kỳ hợp hàng năm tại Seatle, WA và tháng 8.
Năm 1999, Xuất bản những nghiên cứu của FHWA (Federal Highway
Administration) tại Mỹ.

Năm 1999, hội nghị quốc tế về Dry Mix Methods tổ chức tại Stockholm,
Th Điển vào tháng 11.

1.3.3 Những ứng dụng của cột đất vôi/ ximăng.
1.3.3.1

Gia cố nền đất dưới nền đường ô tô, đường sắt

Tại Thụy Điển và Phần Lan cột cột vôi, cột xi măng được sử dụng để gia
cố là ổn định nền đường ô tô, đường sắt… Sử dụng cho nền đường đắp cao từ
2m – 4m. Tuy nhiên, theo Holm (1986) và Edstam (1996) vẫn có thể sử dụng


- 10-

ổn định cho nền đắp cao khoảng 9m. Thực tế khảo sát được cột vôi/xi măng có
thể chịu được tải bao gồm cả tải trọng xe cộ đến 170Kpa.

Hình 1.7 Sử dụng cột xi măng dưới nền đường sắt

Hình 1.8 Cột xi măng dưới nền đường sắt
Dự án đường lớn tại miền trung Thụy Điển là “Malarbanan” được xử lý
nền bằng cột hỗn hợp vôi/xi măng (Alexsson và Larson 1991).
Tại Gotheburg, để xử lý ổn định cho nền đất rộng lớn của nút giao thông
khác mức Abymotet người ta dùng cột hỗn hợp vôi và xi măng. Đất nền ở đây
chủ yếu là Gyttja (organic clay) với độ nền chống cắt từ 8 – 13 Kpa và độ ẩm
w=100%.
Cột vôi/xi măng được dùng để giảm độ lún cho đường ô tô, đường sắt.
Theo Edstam thì nền đắp cao 2m gia cố cột vôi/xi măng có độ lún khoảng
0.1m.

Cột vôi/xi măng làm tăng tính ổn định dưới nền đường. Khi tính ổn định
nền đường thì mặt trượt trụ tròn quét qua các cột vôi/xi măng cho nên sức
chống cắt của nền đường tăng lên đáng kể.
Mặt khác, cột vôi/xi măng dùng để gia cố cho nền đất yếu đối với những
công trình đắp. Theo một số kết quả nghiên cứu nền đất xử lý bằng cột vôi/xi
măng thì khả năng mang tải của nền lên tới 180 Kpa.


- 11-

1.3.3.2

Gia cố nền đất nhà dân dụng và công nghiệp, nhà kho

Cột vôi/xi măng làm giảm tính nén lún của nền đất hay lún không đều
dưới các công trình nhà. Các công trình xây dựng trên nền đất yếu thường phải
đối mặt với 2 vấn đề là ổn định và biến dạng. Để đảm bảo thoả mãn điều kiện
và ổn định và biến dạng của công trình xây dựng trên nền đất yếu có thể xử
dụng giải pháp xử lý nền bằng phương pháp cột vôi/xi măng.
Đối với công trình nhà công nghiệp nhẹ, nhà kho với diện tích bằng mặt
lớn được xây dựng trên nền đất yếu thì đòi hỏi phải có giải pháp xử lý nền khả
thi, đảm bảo cho nền nhà không bị võng, nứt, lún làm ảnh hưởng đến chất
lượng công trình.

Hình 1.9 Cột vôi/xi măng dướn nền móng công trình nhà

Hình 1.10 Cột vôi/xi măng cho đất than bùn
dưới nền bồn chứa ở Szczecin



- 12-

Tại Nhật cột vôi/xi măng được sử dụng rộng rãi. Cột vôi/xi măng được sử
dụng để gia cố nền dưới công trình nhà 3 tầng cho nền đất sét ven biển
(marrine clay) với độ ẩm w = 100% - 600%, đã đem lại độ lún 9 cm.
Trung Quốc, cột vôi/xi măng được dùng để xử lý cho chung cư 5 tầng
trên đất hoàng thổ bảo hoà nước (saturated loess) với cột xi măng đường kính
0.5m. khả năng mang tải của cột là 520 – 600 Kpa. Khả năng chịu tải tổng hợp
của nền là 280 – 314 Kpa (Hibino 1996).
Tại Stockholm, cột vôi/xi măng đã được sử dụng thành công để giảm lún
cho khu trữ hàng hoá nhà ga vật tải. Độ lún sau 3 năm thi công cột vôi đã giảm
từ 1m xuống còn 0.1m (Bredenberg 1983). Độ bền chống cắt không thoát nước
của lớp đất yếu thấp khoảng 8 – 15 KPa. Độ ẩm
W = 60% - 100%, rất
gần với giới hạn chảy của đất sét yếu. Độ nhạy cao từ 10 – 30. độ ổn định
trước khi gia cố cột vôi rất thấp và nhiều mặt trượt đã xuất hiện. Sau 3 tháng,
với 10% vôi, độ bền chống cắt đạt từ 100 – 300 Kpa.

1.3.3.3

Ứng dụng khi đào đất sâu

Cột vôi/xi măng làm tăng tính ổn định của đáy hố đào: việc đào đất làm
cho đất bị phình trồi lên do đất bị lấy đi làm cho ứng suất thẳng đứng (σv) bị
mất đi đẫn đến hiện tượng phình trồi.
Cột vôi/xi măng bố trí sau tường cọc bản (sheet pile) có tác dụng làm
giảm áp lực ngang lên tường cọc bản, làm tăng tính ổn định của tường.

Hình 1.11 Cột vôi/xi măng dưới đáy hố đào


Hình 1.12 Cột vôi/xi măng sau tường cọc bản cho hố đào sâu


- 13-

Hình 1.13 Cột vôi được sử dụng để hỗ trợ tường cọc bản
Tại Na Uy, Skauerud và Finborud (1984) đã sửng dụng cột vôi để gia cố
hố đào sâu chống đỡ bỡi 6m cọc bản.
Cột vôi/xi măng được sử dụng để gia cố hố đào sâu và để giảm sự phình
trồi ở đáy hố đào tại Thụy Điển.
Sahberg (1997) đã mô tả một trường hợp tại Thụy Điển, hố đào sâu 4.5m
trong nền đất sét yếu được gia cố thành công bỡi cột vôi đường kính 0.5m.
Cột vôi/xi măng đường kính 1m được sử dụng để gia cố hố đào sâu đến
20.9m tại sân bay quốc tế Tokyo (Shiomi – 1996).

1.3.3.4

Ổn định mái dốc

Cột vôi/xi măng được sử dụng để tăng cường khả năng chống trượt của
mái dốc. Khi mặt trượt trụ tròn quét qua cột vôi/xi măng thì khả năng chống
cắt của cột rất lớn so với khả năng chống cắt của đất yếu nên làm tăng ổn định
tổng thể của mái dốc.

Hình 1.14 Cột đất vôi/xi măng làm gia tăng ổn định mái dốc
Sử dụng cột vôi/xi măng để gia cố bờ sông Gota – vùng Tây Nam Thụy
Điển, tại đây hệ số an toàn được đánh giá là 1.3 (Johansson và Norup 1996).