ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
------------------------------

NGUYỄN ĐĂNG KHOA

NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP THỰC TẾ TÍNH TOÁN
ỔN ĐỊNH VÀ BIẾN DẠNG CÔNG TRÌNH NHÀ TỪ 3
ĐẾN 6 TẦNG TRÊN MÓNG CỌC BÊ TÔNG CỐT THÉP
TIẾT DIỆN NHỎ TRONG ĐIỀU KIỆN ĐẤT YẾU
KHU VỰC ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG

CHUYÊN NGÀNH : CÔNG TRÌNH TRÊN ĐẤT YẾU
MÃ SỐ NGÀNH : 31. 10. 02

LUẬN VĂN THẠC SĨ

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
Tháng 9 - 2003


ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc
------------

NHIỆÄM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên : NGUYỄN ĐĂNG KHOA
Ngày sinh

: 22 / 03 / 1976
Chuyên ngành
: Công Trình Trên Đất Yếu

Phái :
Nam
Nơi sinh :
Tp. Hồ Chí Minh
Mã số ngành : 31.10.02

I. TÊN ĐỀ TÀI:
“NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP THỰC TẾ TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH VÀ BIẾN DẠNG
CÔNG TRÌNH NHÀ 3 ĐẾN 6 TẦNG TRÊN MÓNG CỌC BÊ TÔNG CỐT THÉP TIẾT
DIỆN NHỎ TRONG ĐIỀU KIỆN ĐẤT YẾU KHU VỰC ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG”
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
1. Nhiệm vụ:
Nghiên cứu phương pháp thực tế tính toán ổn định và biến dạng công trình nhà từ 3 đến 6 tầng
trên móng cọc bê tông cốt thép tiết diện nhỏ trong điều kiện đất yếu khu vực Đồng Bằng Sông
Cửu Long.
2. Nội dung:
PHẦN I: TỔNG QUAN
Chương 1: Nghiên cứu tổng quan về các phương pháp tính toán ổn định và biến dạng của công
trình nhà từ 3 đến 6 tầng trên móng cọc bê tông cốt thép tiết diện nhỏ trong điều kiện đất yếu.
PHẦN II:
NGHIÊN CỨU ĐI SÂU PHÁT TRIỂN
Chương 2: Nghiên cứu quá trình thành tạo đất yếu ở khu vực Đồng Bằng Sông Cửu Long và
Thành phố Hồ Chí Minh.
Chương 3: Nghiên cứu cấu tạo móng cọc bê tông cốt thép tiết diện nhỏ để xử lý nền đất yếu cho
công trình nhà từ 3 đến 6 tầng.
Chương 4: Nghiên cứu các phương pháp tính toán ổn định và biến dạng công trình nhà từ 3 đến 6

tầng trên móng cọc bê tông cốt thép tiết diện nhỏ.
Chương 5: Tính toán ứng dụng cho công trình thực tế.
PHẦN III:
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Chương 6: Nhận xét, kết luận và kiến nghị.
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 28-12-2003
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 05-9-2003
V. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS. LÊ BÁ KHÁNH - GS. TSKH. LÊ BÁ LƯƠNG
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 1

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 2

CHỦ NHIỆM NGÀNH

BỘ MÔN QUẢN LÝ NGÀNH

TS. LÊ BÁ KHÁNH GS.TSKH. LÊ BÁ LƯƠNG GS.TSKH. LÊ BÁ LƯƠNG
TH.S. VÕ PHÁN
Nội dung và đề cương Luận Văn Thạc Só đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua.
PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH

Ngày tháng năm 2003
KHOA QUẢN LÝ NGÀNH

TS. CHÂU NGỌC ẨN


LỜI CẢM ƠN
Em xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành đến Thầy TS. Lê Bá Khánh đã hướng
dẫn tận tình cho em trong suốt quá trình làm luận văn. Thầy đã giúp cho em tiếp

thu được những kiến thức mới mẻ trong ngành nền móng công trình và giúp em
có thể áp dụng những kiến thức này vào trong thực tế một cách hiệu quả.
Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy GS.TSKH. Lê Bá Lương đã tạo
điều kiện và hướng dẫn tận tình cho em trong suốt quá trình học tập và làm luận
văn tốt nghiệp. Thầy đã truyền đạt cho em những kiến thức q báu qua nhiều
môn học và những buổi thực tập tại các công trình thật bổ ích. Tuy đã cao tuổi
nhưng Thầy vẫn luôn theo sát và động viên chúng em cố gắng hoàn thành tốt
nhiệm vụ được giao. Em không thể quên những tình cảm của Thầy đã dành cho
chúng em.
Em xin chân thành cảm ơn Thầy TS. Cao Văn Triệu và Cô PGS.TS. Trần
Thị Thanh đã bỏ nhiều thời gian q báu để truyền đạt cho em những kinh
nghiệm và lời khuyên bổ ích ngay từ đầu thời gian em làm luận văn.
Con xin bày tỏ lòng biết ơn vô hạn đến Cha Mẹ và Gia Đình đã không quản
khó khăn trong cuộc sống để tạo mọi điều kiện và động viên cho con học hành
đến ngày hôm nay. Luận văn tốt nghiệp này như một món quà nhỏ xin tặng cho
tất cả những người thân trong gia đình.
Tôi xin chân thành cảm ơn tất cả các bạn bè và các bạn đồng nghiệp đã giúp
đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi có thể hoàn thành luận văn này.
Một lần nữa xin trân trọng biết ơn Thầy Cô và tất cả mọi người. Xin chúc tất
cả mọi người được nhiều sức khỏe, hạnh phúc và đạt được nhiều thành công
trong cuộc sống.


TÓM TẮT LUẬN VĂN
Trong công tác xây dựng, vấn đề chọn giải pháp xử lý nền móng cho các công
trình là một vấn đề rất quan trọng. Là yếu tố đảm bảo sự bền vững cho công
trình trong suốt quá trình sử dụng. Nhiều giải pháp nền móng hợp lý đã được ứng
dụng rộng rãi trong đó phải kể đến giải pháp móng cọc bê tông cốt thép tiết
diện nhỏ. Bên cạnh những thành công thì cũng còn nhiều vấn đề hạn chế cần
phải giải quyết xung quanh công tác thiết kế móng cọc bê tông cốt thép tiết diện

nhỏ.
Hiện nay có nhiều phương pháp tính toán và lời giải cho bài toán xác định khả
năng chịu tải của móng cọc theo nhiều tác giả trên thế giới đề nghị. Việc xác
định sức chịu tải của cọc sẽ gặp phải khó khăn khi các công thức thực nghiệm
hay bán thực nghiệm đang được sử dụng cho nhiều kết quả khác nhau.
Đánh giá độ lún của nhóm cọc cũng là một vấn đề quan trọng trong việc đảm
bảo cho biến dạng của công trình không vượt quá phạm vi cho phép. Phương
pháp móng khối qui ước đang sử dụng phổ biến hiện nay nhưng không xét đến
vai trò làm việc của cọc đơn trong nhóm cọc. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ lún
của cọc đơn như độ cứng dọc trục, qui luật phân bố ma sát giữa đất và diện tích
xung quanh cọc…đều chưa được xét đến cho dù các yếu tố này quan trọng và ảnh
hưởng đáng kể đến độ lún của nhóm cọc.
Trong luận văn này, qua nghiên cứu và phân tích các phương pháp tính toán
làm cơ sở để giải quyết bài toán ổn định và biến dạng của công trình nhà từ 3
đến 6 tầng trên nền móng cọc bê tông cốt thép tiết diện nhỏ. Trong đó, tác giả
nghiên cứu ảnh hưởng của lực ma sát đơn vị đến thành phần sức kháng ma sát
bên hông cọc, nghiên cứu ảnh hưởng của hệ số nhóm đến sức chịu tải của nhóm
cọc, nghiên cứu phương pháp tính toán độ lún của nhóm cọc có xét độ lún đàn
hồi dọc theo thân cọc để từ đó lựa chọn ra phương pháp thực tế xác định sức chịu
tải cũng như độ lún của cọc đơn và nhóm cọc.


MỤC LỤC
Lời cảm ơn
Tóm tắt luận án
Mục lục
Mở đầu
Chương 1
NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ỔN
ĐỊNH VÀ BIẾN DẠNG CỦA CÔNG TRÌNH NHÀ TỪ 3 ĐẾN 6 TẦNG

TRÊN MÓNG CỌC BÊ TÔNG CỐT THÉP TIẾT DIỆN NHỎ TRONG
ĐIỀU KIỆN ĐẤT YẾU
1.1

Các phương pháp tính toán nền đất theo trạng thái giới hạn về khả
năng chịu tải ................................................................................................... 4

1.2

Các phương pháp tính toán nền đất theo trạng thái giới về biến dạng 5

1.2.1 Các lý thuyết biến dạng của đất nền ........................................................... 5
1.2.2 Các phương pháp tính toán độ lún nền móng công trình ............................. 6
Chương 2
NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH THÀNH TẠO ĐẤT YẾU Ở KHU VỰC
ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG VÀ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
2.1

Nghiên cứu tổng quan về đất yếu ................................................................ 8

2.1.1 Khái niệm về đất yếu .................................................................................. 8
2.1.2 Bản chất và cấu trúc của khoáng vật sét ..................................................... 9
2.1.3 Đặc điểm chung của đất yếu ..................................................................... 11
2.1.4 Đặc điểm biến dạng của đất sét yếu ......................................................... 14
2.2

Tình hình phân bố đất yếu khu vực Đồng Bằng Sông Cửu Long ......... 15

2.3


Điều kiện địa chất công trình khu vực Tp. Hồ Chí Minh ...................... 18

2.4

Mặt cắt địa chất công trình tiêu biểu cho đề tài nghiên cứu ................ 18

2.5

Các thiết bị và phương pháp xác định sức chống cắt và góc ma sát
trong của đất nền trong phòng thí nghiệm .............................................. 19

2.5.1 Thiết bị thí nghiệm .................................................................................... 19


2.5.2 Phương pháp xác định sức chống cắt và góc ma sát trong từ kết quả thí
nghiệm ....................................................................................................... 20
Chương 3
NGHIÊN CỨU CẤU TẠO MÓNG CỌC BÊ TÔNG CỐT THÉP TIẾT
DIỆN NHỎ ĐỂ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU CHO CÔNG TRÌNH NHÀ TỪ 3
ĐẾN 6 TẦNG
3.1

Nghiên cứu tổng quan về cọc ..................................................................... 23

3.1.1 Khái niệm về móng cọc ............................................................................. 23
3.1.2 Tiêu chuẩn phân loại cọc........................................................................... 24
3.1.3 Thiết bị hạ cọc ........................................................................................... 25
3.1.4 nh hưởng của việc hạ cọc đến đất nền xung quanh cọc ......................... 25
3.1.5 Hoạt động của nhóm cọc ........................................................................... 26
3.1.6 Sự phá hoại vật liệu bê tông cốt thép và cách bảo vệ .............................. 27

3.2

Cọc bê tông cốt thép ................................................................................... 27

3.3

Cọc bê tông cốt thép tiết diện nhỏ ........................................................... 28

3.3.1 Khái niệm .................................................................................................. 28
3.3.2 Phạm vi sử dụng......................................................................................... 29
3.3.3 Các ưu điểm và khuyết điểm của cọc bê tông cốt thép tiết diện nhỏ ....... 29
3.3.4 Một số điểm cần chú ý về cấu tạo và thi công cọc bê tông cốt thép tiết
diện nhỏ ..................................................................................................... 30
3.3.5 Các hình vẽ cấu tạo cọc bê tông cốt thép tiết diện nhỏ và ảnh chụp ngoài
công trường ................................................................................................ 31
Chương 4
NGHIÊN CỨU CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH VÀ BIẾN
DẠNG CÔNG TRÌNH NHÀ TỪ 3 ĐẾN 6 TẦNG TRÊN MÓNG CỌC BÊ
TÔNG CỐT THÉP TIẾT DIỆN NHỎ
4.1

Nghiên cứu cơ sở lý thuyết tính toán cọc đơn .......................................... 34

4.1.1 Xác định ứng suất và chuyển vị của đất nền dưới tác dụng của lực tập
trung trong nền đất được xem là bán không gian biến dạng tuyến tính .... 34
4.1.2 Công thức xác định ứng suất và chuyển vị của đất nền dưới tác dụng của
tải trọng tập trung trên cọc ñôn ................................................................. 35


4.1.3 Phân bố ứng suất xung quanh cọc đơn trong đất nền dưới tác dụng của tải

trọng tập trung............................................................................................ 37
4.2

Xác định chiều dài làm việc hiệu quả của cọc đơn ................................. 38

4.3

Phân tích sự làm việc của các cọc trong nhóm ....................................... 40

4.3.1 Sự làm việc của hai cọc đơn trong đất nền ................................................ 40
4.3.2 Hiệu ứng nhóm cọc .................................................................................... 41
4.4

Nghiên cứu tính toán móng cọc chịu tải trọng thẳng đứng ................... 42

4.4.1 Tải trọng tác dụng lên cọc ......................................................................... 42
4.4.2 Các phương pháp tính toán sức chịu tải và độ lún của cọc ....................... 42
4.5

Xác định khả năng chịu tải của cọc đơn trong đất không dính ............. 43

4.5.1 Khái niệm .................................................................................................. 43
4.5.2 Xác định khả năng chịu mũi cọc ............................................................... 43
4.5.3 Xác định sức kháng ma sát hông ............................................................... 46
4.6

Khả năng chịu tải của nhóm cọc trong đất không dính ......................... 48

4.7


Khả năng chịu tải của cọc đơn trong đất dính ........................................ 52

4.7.1 Xác định khả năng chịu mũi cọc ............................................................... 52
4.7.2 Xác định sức kháng ma sát hông ............................................................... 53
4.8

Khả năng chịu tải của nhóm cọc trong đất dính ..................................... 55

4.9

Xác định khả năng chịu tải của cọc theo TCXD [205:1998] ................. 57

4.9.1 Xác định khả năng chịu tải của cọc theo chỉ cơ lý của đất nền ................ 57
4.9.2 Xác định khả năng chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cường độ của đất nền .. 58
4.10 Xác định khả năng chịu tải cọc theo kết quả thí nghiệm tiêu chuẩn ... 59
4.10.1 Thí nghiệm xuyên động tiêu chuẩn (SPT) ................................................ 59
4.10.2 Thí nghiệm xuyên tónh (CPT) .................................................................... 60
4.11 Xác định khả năng chịu tải của cọc theo kết quả nén tónh cọc ............ 61
4.11.1 Khái niệm .................................................................................................. 61
4.11.2 Phương pháp thí nghiệm ............................................................................ 61
4.11.3 Kết quả thí nghiệm .................................................................................... 62
4.11.4 Phương pháp lựa chọn kết quả thí nghiệm ................................................ 62
4.12 Phương pháp xác định độ lún của cọc đơn dưới tác dụng của tải trọng
tập trung thẳng đứng .................................................................................. 63
4.12.1 Khái niệm .................................................................................................. 63
4.12.2 Các phương pháp xác định độ lún của cọc đơn ......................................... 63


4.13 Phương pháp xác định độ lún của nhóm cọc dưới tác dụng của tải
trọng tập trung thẳng đứng ....................................................................... 68

4.13.1 Khái niệm .................................................................................................. 68
4.13.2 Các phương pháp xác định chuyển vị lún của nhóm cọc .......................... 68
4.14 Nghiên cứu ảnh hưởng của lớp đất đắp đến sự làm việc của cọc ............ 72
4.14.1 Khái niệm .................................................................................................. 72
4.14.2 Phương pháp tính toán ma sát âm ............................................................. 73
4.15 Nghiên cứu phương pháp phần tử hữu hạn và phần mềm Plaxis dùng
tính toán các công trình thực tế ................................................................ 81
4.15.1 Khái niệm về phương pháp phần tử hữu hạn ............................................ 81
4.15.2 Trình tự phân tích bài toán theo phương pháp phần tử hữu hạn ............... 81
4.15.3 Các phương trình cơ bản ............................................................................ 83
4.16 Phần mềm tính toán ứng dụng Plaxis 7.2 ................................................. 86
4.16.1 Giới thiệu lịch sử phát triển ....................................................................... 86
4.16.2 Cấu trúc chương trình ................................................................................ 86
4.16.3 Thông tin tham khảo về chương trình Plaxis ............................................. 86
Chương 5
TÍNH TOÁN ỨNG DỤNG CHO CÔNG TRÌNH THỰC TẾ ........................ 90
Chương 6
NHẬN XÉT, KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................. 133
6.1

Các nhận xét và kết luận ......................................................................... 133

6.2

Kiến nghị hướng nghiên cứu tiếp theo của đề tài ................................. 136

Tài liệu tham khảo
Lý lịch học viên



Luận văn thạc só

Công trình trên đất yếu

MỞ ĐẦU
1. ĐẶT VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
Trong xu thế phát triển đô thị hóa ở nước ta hiện nay, khu vực Đồng Bằng
Sông Cửu Long và Thành phố Hồ Chí Minh có tốc độ phát triển nhanh chóng.
Tại Thành phố Hồ Chí Minh, các công trình nhà dân dụng sử dụng cho mục đích
ở và làm việc đang được xây dựng với qui mô lớn, tập trung nhiều ở các quận
trung tâm và các khu đô thị mới, trong đó các công trình nhà từ ba đến sáu tầng
chiếm một tỷ lệ rất lớn trong cả nước, chủ yếu phục vụ cho nhu cầu sinh sống và
làm việc của đại bộ phận dân cư.
Trong công tác xây dựng, vấn đề chọn giải pháp xử lý nền móng cho các công
trình là một vấn đề rất quan trọng. Là yếu tố đảm bảo sự bền vững cho công
trình trong suốt quá trình sử dụng. Nhiều giải pháp nền móng hợp lý đã được ứng
dụng rộng rãi mang lại hiệu quả cao về kỹ thuật và kinh tế, trong đó phải kể
đến giải pháp móng cọc bê tông cốt thép tiết diện nhỏ.
2. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Hiện nay, cọc bê tông cốt thép có tiết diện không quá (2525)cm hay còn
được gọi là cọc bê tông cốt thép tiết diện nhỏ đã được sử dụng rộng rãi trong
việc xây dựng các công trình nhà có chiều cao từ 3 đến 6 tầng, sửa chữa hay gia
cố các công trình hư hỏng.
Nhiều công trình nhà trên móng cọc bê tông cốt thép ở Thành phố Hồ Chí
Minh và các tỉnh thành phố khác đang gặp các sự cố về nền móng. Nguyên nhân
sơ bộ là có thể do người thiết kế chưa đánh giá được đầy đủ tính chất và hoạt
động của đất nền trước và sau khi xây dựng công trình.
Bên cạnh những thành công thì cũng còn nhiều vấn đề hạn chế cần phải giải
quyết xung quanh công tác thiết kế móng cọc bê tông cốt thép tiết diện nhỏ.
3. XÁC LẬP NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU

Công tác thiết kế nền móng công trình hỏi người kỹ sư phải luôn đáp ứng
ngày càng nhiều yêu cầu cao và mới mẻ của ngành kỹ thuật xây dựng. Trong
Nguyễn Đăng Khoa

Trang 1


Luận văn thạc só

Công trình trên đất yếu

đó, một vấn đề rất quan trọng trong việc thiết kế nền móng là yêu cầu đảm bảo
độ ổn định và biến dạng của công trình.
Do tính chất phức tạp của quy luật phân bố ứng suất trong đất, cơ chế truyền
tải trọng từ công trình xuống đất nền chưa được đánh giá một cách chính xác,
việc xác định chuyển vị của đất nền khi chịu tác dụng của tải trọng công trình
còn gặp nhiều khó khăn. Ứng xử của cọc qua nhiều thí nghiệm nhận thấy việc
dự đoán không hoàn toàn như hoạt động thực tế của cọc trong đất. Vấn đề xây
dựng cơ sở lý thuyết cho việc tính toán ổn định và biến dạng của công trình trên
móng cọc vẫn còn đang được tiếp tục hoàn thiện và đầu tư nghiên cứu nhiều
hơn.
Hiện nay, có khá nhiều công thức tính toán và lời giải cho bài toán xác định
khả năng chịu tải cũng như tính toán độ lún của móng cọc theo nhiều tác giả trên
thế giới đề nghị. Việc xác định sức chịu tải của cọc bê tông cốt thép tiết diện
nhỏ khi thiết kế sẽ gặp phải khó khăn khi các công thức thực nghiệm hay bán
thực nghiệm đang được sử dụng cho nhiều kết quả khác nhau. Trong đó, sức chịu
tải cọc nhóm cọc được đánh giá dựa trên các hệ số ảnh hưởng đề nghị của nhiều
tác giả cần được kiểm chứng bằng nhiều kết quả nghiên cứu tính toán và thí
nghiệm thực tế hơn nữa. Do đó, việc lực chọn một phương pháp thực tế xác định
sức chịu tải của cọc bê tông cốt thép tiết diện nhỏ là một yêu cầu thật sự cần

thiết.
Đánh giá độ lún của cọc đơn và nhóm cọc cũng là một vấn đề quan trọng
trong việc đảm bảo cho biến dạng của công trình không vượt quá phạm vi cho
phép. Hiện nay, có nhiều phương pháp tính toán độ lún của móng cọc đang được
sử dụng như phương pháp móng khối qui ước nhưng phương pháp này không xét
đến vai trò làm việc của cọc đơn trong nhóm cọc. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ
lún của cọc đơn như độ cứng dọc trục của cọc, qui luật phân bố lực ma sát giữa
đất và diện tích xung quanh cọc…đều chưa kể đến cho dù thực tế cho thấy các
yếu tố này thật sự quan trọng và ảnh hưởng đáng kể đến độ lún của nhóm cọc.
Do đó, việc nghiên cứu và lựa chọn phương pháp thực tế tính toán độ lún của
nhóm cọc có sét đến sự làm việc của cọc đơn là rất quan trọng.
Ngoài việc lựa chọn các phương pháp tính toán bằng các công thức lý thuyết
thì công tác thí nghiệm trên cọc tại hiện trường là một yêu cầu không thể thiếu
do có kết quả đáng tin cậy nhất. Thí nghiệm cho phép đánh giá lại các kết quả
Nguyễn Đăng Khoa

Trang 2


Luận văn thạc só

Công trình trên đất yếu

tính toán và hiệu chỉnh các số liệu để có thể lựa chọn sức chịu tải cũng như xác
định độ lún của cọc đơn một cách chính xác. Do đó, vấn đề lựa chọn phương
pháp thực tế xử lý số liệu thí nghiệm trên cọc để xác định sức chịu tải mang yếu
tố quyết định đến công tác thiết kế cọc.
Như vậy, việc đánh giá mức độ ổn định và biến dạng của các công trình là
một vấn đề rất quan trọng và mang tính cấp thiết. Do đó, việc nghiên cứu những
phương pháp thực tế tính toán ổn định và biến dạng của công trình trên móng

cọc bê tông cốt thép tiết diện nhỏ là cần thiết để có thể đưa công trình vào sử
dụng an toàn, tránh được những sự cố hư hỏng có thể xảy ra, mang lại những lợi
ích về kinh tế va øxã hội.
Cho nên, với luận văn này tác giả vận dụng các phương pháp tính toán làm cơ
sở để giải quyết các bài toán có liên quan đến việc tính toán ổn định và biến
dạng của công trình trên nền móng cọc bê tông cốt thép tiết diện nhỏ với mong
muốn giải quyết được những khó khăn công công tác thiết kế nền móng công
trình.

Nguyễn Đăng Khoa

Trang 3


Luận văn thạc só

Công trình trên đất yếu

CHƯƠNG 1
NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP
TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH VÀ BIẾN DẠNG CỦA CÔNG TRÌNH
NHÀ TỪ 3 ĐẾN 6 TẦNG TRÊN MÓNG CỌC
BÊ TÔNG CỐT THÉP TIẾT DIỆN NHỎ
TRONG ĐIỀU KIỆN ĐẤT YẾU
1.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN NỀN ĐẤT THEO TRẠNG THÁI
GIỚI HẠN VỀ KHẢ NĂNG CHỊU TẢI
Nền đất bị phá hoại về mặt cường độ, ổn định (bị mất khả năng chịu tải)
thường được gọi là nền đất đã đạt tới trạng thái phá hoại thứ nhất. Khi móng bị
phá hoại về cường độ thì cả khối đất dưới khối móng sẽ bị trượt đi, công trình sẽ
nghiêng đổ. Tuy rằng khi nền đã bị mất ổn định thì độ lún của móng rất lớn

nhưng đặc điểm của sự phá hỏng về cường độ, ổn định là độ lún xảy ra một cách
đột ngột. Ngay trước khi nền đất bị phá hoại, bị mất khả năng chịu tải (tải trọng
đạt tới trị số tải trọng cực hạn) độ lún của nền vẫn còn khá nhỏ so với so với trị
số qui ước. Ngược lại, khi độ lún của nền tăng dần theo tải trọng nó có thể đạt
tới trị số giới hạn ngay khi tải trọng còn nhỏ hơn rất nhiều so với tải trọng phá
hoại cực hạn. Nói cách khác, khi nền đất đã đạt tới trạng thái cực hạn về biến
dạng nhưng nó vẫn chưa bị mất khả năng chịu tải, nghóa là vẫn chưa đạt tới trạng
thái giới hạn thứ nhất.
Như vậy, muốn cho nền đất không bị mất ổn định thì tải trọng tác dụng lên
nền đất phải có cường độ nhỏ hơn cường độ tải trọng giới hạ n phá hoại nền đất.
Khi tải trọng phá hoại tác dụng lên nền đất khá lớn, tại nhiều vùng trong nền
ứng suất tăng quá một trị số giới hạn và mối liên hệ ứng suất - biến dạng của đất
không còn là liên hệ bậc nhất nữa. Vì vậy, khi tính toán nền đất theo trạng thái
giới hạn về cường độ thì không thể sử dụng kết quả của lý thuyết đàn hồi, không
thể dùng những giả thuyết xem đất là một vật thể biến dạng tuyến tính nữa. Bài
toán về cường độ của nền được giải quyết theo hai phương pháp sau:

Nguyễn Đăng Khoa

Trang 4


Luận văn thạc só

Công trình trên đất yếu

Phương pháp giải tích còn gọi là phương pháp lý thuyết cân bằng giới hạn của
môi trường rời hay phương pháp lý thuyết dẻo của đất. Trong phương pháp này
giả thuyết rằng dưới tác dụng của tải trọng cực hạn tại mọi điểm trong nền đất
đều đạt tới trạng thái cân bằng giới hạn, nghóa là thoả mãn điều kiện cân bằng

Mohr - Rankine.
Kết hợp hệ thức cho biết trạng thái đất với các phương trình cân bằng sẽ có
hệ phương trình cơ bản của nền ở trạng thái cân bằng giới hạn. Giải hệ phương
trình này sẽ xác định được các thành phần ứng suất tại đáy móng và mọi điểm
trong nền đất.
Phương pháp đồ giải với giả thiết trước một mặt trượt, xem như khi nền đất bị
mất ổn định do lăng thể trượt bị trượt đi. Xét sự cân bằng của lăng thể trượt ở
trạng thái cân bằng giới hạn ta xác định được giá trị tải trọng cực hạn phá hoại
của nền đất. Phương pháp đồ giải được sử dụng cho các trường hợp mà biệu thức
giải tích không thể sử dụng được như trường hợp nền đất không đồng nhất gồm
nhiều lớp, giá trị phụ tải hai bên móng chênh lệch nhau quá 25% hoặc móng đặt
trên mái dốc.
1.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN NỀN ĐẤT THEO TRẠNG THÁI
GIỚI HẠN VỀ BIẾN DẠNG
Tính toán nền đất theo trạng thái giới hạn về biến dạng hay trạng thái giới
hạn thứ hai nghóa là khống chế biến dạng của nền không cho biến dạng lớn đến
mức có thể làm nứt nẻ, hư hỏng công trình bên trên hoặc làm cho công trình
không thể sử dụng được nữa, thể hiện bằng điều kiện độ lún của móng phải nhỏ
hơn trị số độ lún giới hạn.
Đối với phần lớn các công trình xây dựng dân dụng và công nghiệp, trong
điều kiện địa chất công trình bình thường, thì trị số biến dạng thẳng đứng của
nền đất hay còn gọi là độ lún có giá trị lớn hơn cả và có ý nghóa quyết định.
1.2.1 Các lý thuyết biến dạng của đất nền
Hiện nay có rất nhiều phương pháp tính toán độ lún của nền móng công trình
dựa trên các lý thuyết biến dạng của đất nền như sau:
- Lý thuyết nền biến dạng đàn hồi cục bộ do Fuss (1801) và Vinkler (1807)
phát triển. Lý thuyết biến dạng đàn hồi cục bộ chỉ xét đến các biến dạng đàn
Nguyễn Đăng Khoa

Trang 5



Luận văn thạc só

Công trình trên đất yếu

hồi ngay tại nơi có tải trọng ngoài tác dụng mà không xét đến biến dạng đàn hồi
của đất ở vùng lân cận , bỏ qua tính chất đặc biệt của đất như một vật liệu có
tính dính và tính ma sát. Sử dụng mô hình nền biến dạng đàn hồi (Bán không
gian đàn hồi vô hạn) cho lý thuyết này.
- Lý thuyết tổng biến dạng đàn hồi do Boussinesq (1885) phát triển. Có xét
đến biến dạng tại những vùng lân cận xung quanh diện chịu tải. Nền đất là bán
không gian đàn hồi có chiều dày hữu hạn, cho kết quả tính lún phù hợp với thực
tế.
- Lý thuyết hỗn hợp. Nghiên cứu cả hai lý thuyết biến dạng đàn hồi cục bộ và
lý thuyết tổng biến dạng đàn hồi.
- Lý thuyết tổng quát. Sử dụng lý thuyết hỗn hợp có xét đến biến dạng dư .
- Lý thuyết nền biến dạng thuyến tính (phổ biến nhất). Có sử dụng kết quả
của lý thuyết tổng biến dạng đàn hồi nhưng thay thế mô đun đàn hồi bằng mô
đun biến dạng của đất nền.
1.2.2 Các phương pháp tính toán độ lún nền móng công trình
Dựa trên trên lý thuyết nền biến dạng tuyến tính, độ lún của đất nền dưới tải
trọng được tính toán theo các phương pháp sau:
- Phương pháp cộng lún từng lớp, sử dụng kết quả của bài toán một chiều.
Mô hình nền sử dụng trong phương pháp cộng lún từng lớp là bán không gian
đàn hồi vô hạn.
- Phương pháp tính lún theo tầng chịu nén có chiều dày hữu hạn. Mô hình
nền là tầng đàn hồi có chiều dày hữu hạn, sử dụng môđun biến dạng E của nền
đất (áp dụng kết quả của lý thuyết đàn hồi).
- Phương pháp áp dụng các kết quả của lý thuyết đàn hồi. Sử dụng môđun

biến dạng E của nền đất thay cho môđun đàn hồi (nền đất có chiều dày vô hạn,
nền đất có chiều dày hữu hạn và nền nhiều lớp) theo phương pháp của Iêgorov
và Gorbunov-Pôxov.
- Phương pháp lớp tương đương (Xưtôvich). Kết hợp kết quả của bài toán
nén đất một chiều và trực tiếp dùng kết quả của lý thuyết đàn hồi.

Nguyễn Đăng Khoa

Trang 6


Luận văn thạc só

Công trình trên đất yếu

- Phương pháp cộng biểu đồ ứng suất. Tính toán độ lún có xét đến ảnh hưởng
của các móng xung quanh.
- Phương pháp tính lún có xét đến ảnh hưởng trương nở của đáy hố móng.
Trên cơ sở áp dụng kết quả bài toán một chiều đồng thời có những bổ sung
tương ứng để xét đến tính nở hông của đất nền.
Dựa trên trên lý thuyết cố kết thấm, độ lún của đất nền dưới tải trọng được
tính toán theo các phương pháp sau:
- Phương pháp tính lún của nền đất theo thời gian trong điều kiện bài toán cố
kết thấm một chiều, trong điều kiện bài toán cố kết phẳng và trong điều kiện bài
toán cố kết thấm đối xứng trục
Dựa trên trên lý thuyết nền đàn hồi cục bộ, độ lún của đất nền dưới tải trọng
được tính toán theo các phương pháp sau:
- Phương pháp tính lún của nền đất dưới bánh xe lăn.
Như vậy, hiện nay có rất nhiều công thức tính toán sức chịu tải cực hạn cũng
như phương pháp tính toán độ lún của đất nền theo đề nghị của nhiều tác giả.

Các phương pháp này cho các kết quả rất khác nhau, cho nên việc lựa chọn một
phương pháp thích hợp có ý nghóa rất quan trọng.

Nguyễn Đăng Khoa

Trang 7


Luận văn thạc só

Công Trình Trên Đất Yếu

CHƯƠNG 2
NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH THÀNH TẠO ĐẤT YẾU
KHU VỰC ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG VÀ
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
2.1 NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ ĐẤT YẾU
2.1.1 Khái niệm về đất yếu
Khái niệm về đất yếu phụ thuộc vào trạng thái vật lý của đất cũng như tương
quan giữa khả năng chịu lực của đất đối với tải trọng mà móng công trình truyền
lên. Cho đến nay khái niệm này cũng chưa thật rõ ràng, tuy nhiên đa số các nhà
nghiên cứu có các quan niệm như sau:
- Đất yếu là đất có khả năng chịu tải nhỏ khoảng (0,5-1) kG/cm2, nếu không
áp dụng các biện pháp xử lý thì không thể đặt trực tiếp công trình lên trên
vì dễ bị mất ổn định hoặc có độ lún vượt quá mức cho phép.
- Đất yếu hầu như bảo hòa nước (sr  0.8), có hệ số rỗng lớn (thường  >0,7),
hệ số nén lún lớn, mô đun tổng biến dạng nhỏ (Eo  50kG/cm2), lực dính
không đáng kể (c  0.1 KG/cm2) và góc ma sát trong nhỏ (  10o).
Đất yếu gồm các loại:
- Đất sét mềm có nguồn gốc ở nước, thuộc các giai đoạn đầu của quá trình

hình thành đất sét.
- Các loại cát hạt nhỏ, mịn, rời rạc.
- Than bùn.
- Các loại trầm tích bị mùn hóa.
- Than bùn hoá…
Chúng rất đa dạng về thành phần hóa khoáng, nhưng thường giống nhau về
tính chất cơ lý.

Nguyễn Đăng Khoa

Trang 8


Luận văn thạc só

Công Trình Trên Đất Yếu

Trong thực tế thường gặp các loại đất sét yếu bão hòa nước. Chúng có những
tính chất đặc biệt, đồng thời cũng có một số tính chất tiêu biểu cho đất yếu nói
chung.
2.1.2 Bản chất và cấu trúc của khoáng vật sét
Trong đất sét có hai thành phần bao gồm phần phân tán thô và phần phân tán
mịn. Ở phần phân tán thô, chủ yếu có các hạt nhỏ nguồn gốc lục địa (kích thước
> 0.002mm) như thạch anh, fenspat.v.v… Phần phân tán mịn gồm những hạt rất
bé (kích thước 2-0.1mvà keo (0.1-0.001m, là các aluminu-silicat phức tạp
chứa các ion Mg, Al, K, Ca, Na và Fe…. được gọi là khoáng vật sét có cấu trúc
dạng lưới-lớp. Có 2 loại đơn vị cơ sở của cấu trúc dạng lưới-lớp là:
- Đơn vị khối bốn mặt gồm: một ion dương silic ở tâm với bốn ion âm oxy
bao quanh
- Đơn vị khối tám mặt gồm: một ion dương ở tâm là nhôm hay magiê, bao

quanh là sáu ion âm hidroxin.

(a)

2-

O

(b)

1-

(OH)
3+

4+

Si

Al
2+
hoặc Mg

Al ng vật sét
Hình 2.1:
Si Phân tố đơn vị của khoá

(a) Khối bốn mặt

(b) Khối tám mặt


Cấu trúc lớp được tạo nên khi ion oxy lập liên kết đồng hoá trị giữa các đơn vị
cấu trúc cơ sở. Vì vậy, một lớp silic tạo bởi khối bốn mặt được liên kết lại, có
công thức tổng quát là nSi4O10(OH)2. Các đơn vị khối tám mặt cũng liên kết lại
với nhau tại đỉnh để hình thành lớp, hoặc là lớp gipsit Al4(OH)6, trong đó ion Al3+
chiếm tại 2/3 vị trí trung tâm cho ta cấu trúc hai khối tám mặt, hay lớp bruxit
Mg6(OH)6, trong đó ion Mg2+ chiếm tất cảc các vị trí trung tâm, cho ta cấu trúc
ba khối tám mặt. Trong các lớp của khối bốn mặt và tám mặt, các ion phía ngoài
có khoảng cách tương tự nên được liên kết với nhau qua ion oxy hay hidroxin
Nguyễn Đăng Khoa

Trang 9


Luận văn thạc só

Công Trình Trên Đất Yếu

chung. Có thể xảy ra hai cách bố trí cho ta cấu trúc hoặc là lưới hai lớp hoặc là
lưới ba lớp. Trong lưới hai lớp, các lớp khối bốn mặt và tám mặt xen kẽ nhau;
trong khi sơ đồ ba lớp gồm một lớp khối tám mặt kẹp giữa hai lớp khối bốn mặt.
Các hạt khoáng vật hình thành khi các lớp liên kết với nhau để tạo nên khung
cấu trúc. Tùy theo sự xếp chồng cấu trúc lưới-lớp và ion liên kết giữa các lớp mà
nó tạo ra các loại khoáng vật sét khác nhau. Có nhiều khoáng vật sét, nhưng
thường gặp nhất là ba nhóm điển hình: Kaolinite, Illite và Montmorilonite. Đây
là những khoáng vật tạo nên những đặc trưng riêng của đất sét.
Kaolinite: (OH)8Al4Si4O10
Được thành tạo do phong hóa đá phun trào (phún xuất), đá biến chất và đá
trầm tích trong điều kiện môi trường axít. Kaolinite có thể được thành tạo khi kết
tinh ngưng lắng từ dung dịch keo. Kaolinite có thể phát sinh trong các điều kiện

khí hậu khác nhau nhưng phải ẩm. Cấu trúc của Kaolinite là cấu trúc hai lớp liên
kết chắc của silic và phiến gipsit thành một tầng. Đặc điểm của mạng tinh thể
Kaolinite là tương đối bền, ổn định và ít có khả năng di động. Các tinh thể của
Kaolinite khi hút nước trương nở không đáng kể.
Montmorilonite: (OH)4Al4Si8O20.nH2O
Được thành tạo hầu như trong điều kiện ngoại sinh, chủ yếu là trong quá trình
phong hoá (thủy phân) các đá phun trào trong môi trường kiềm, khí hậu khô, nửa
khô, ôn hoà và ấm áp. Khoáng vật này cũng có thể phát sinh ở biển với điều
kiện môi trường kiềm. Khi môi trường chuyển thành axít thì montmorilonite bị
phá hoại và chuyển thành kaolinite hoặc các khoáng vật sét khác. Phổ biến nhất
là loại chứa oxit nhôm. Cấu tạo mạng tinh thể montmorilonite là cấu trúc xếp
chồng ba lớp, trong đó lớp khối tám mặt ở giữa chủ yếu là gipsit, nhưng nhôm
được thay thế phần nào bằng Mg. Các ion kim loại thay đổi (ion khác K +) làm
cho sự liên kết các tầng yếu đi. Vì vậy các phân tử nước dễ dàng xâm nhập vào
giữa các lớp, tạo ra khả năng co ngót và gây trương nở mạnh. Khoáng vật này có
lượng ngậm nước thay đổi theo độ ẩm của môi trường xung quanh, chúng có thể
hút nước từ không khí ẩm và nước cũng có thể tách ra khỏi khoáng vật để đi vào
không khí nếu như không khí có độ ẩm thấp.

Nguyễn Đăng Khoa

Trang 10


Luận văn thạc só

Công Trình Trên Đất Yếu

Illites: (OH)4Ky(Al4Fe4Mg4)(Si8-yAly)O20 (y = 1…1.5)
Khoáng vật Illites được thành tạo trong môi trường biển, mica (muscovit và

xerixit) bị phân hủy, một số Illites cũng được sinh ra khi octola bị phong hoá và
ion kali chưa bị di chuyển hết. Cấu trúc nhóm này gồm có các tầng gipsit ba lớp
với ion K+ liên kết các lớp silic kề nhau. So với Kaolinite, sự liên kết yếu hơn
nên các hạt mỏng và nhỏ hơn.
Như vậy, các khoáng vật sét không những là dấu hiệu của các điều kiện môi
trường nó thành tạo mà còn có tầm quan trọng quyết định các tính chất cơ lý của
đất sét. Vì vậy khi đánh giá đất sét về mặt địa chất công trình cần nghiên cứu
thành phần khoáng vật của chúng (đặc biệt là phần phân tán mịn) cũng như các
thành phần khác trong đất.
Trong trường hợp chung, đất là một hệ phân tán ba pha gồm hạt khoáng, nước
lỗ rỗng và khí. Tuy nhiên, do đất sét yếu thường bão hòa nước nên có thể xem
chúng là một hệ hai pha: hạt khoáng và nước lỗ rỗng. Theo những quan điểm
hiện đại thì hạt khoáng được bao bọc bởi một màng nước gồm nhiều lớp. Từ
trong ra ngoài lần lượt có: nước liên kết hoá học, nước liên kết vật lý và nước tự
do. Căn cứ vào sự gắn bó giữa hạt khoáng và nước liên kết, người ta quy ước tập
hợp này là cốt đất. Các hạt sét và hoạt tính của chúng với nước trong đất làm
cho đất sét mang những tính chất mà những loại đất khác không có như: tính
dẻo, sự tồn tại của gradien ban đầu, khả năng hấp thụ, hiện tượng xúc biến, tính
chất lưu biến… từ đó mà đất sét có những đặc điểm riêng về cường độ và tính
biến dạng.
2.1.3 Đặc điểm chung của đất yếu
Thành phần các loại nước trong đất sét
Trường hợp chung đất gồm ba pha: hạt khoáng chất, nước và không khí. Với
đất sét bão hòa nước có thể xem là một hệ hai pha: hạt khoáng và nước. Pha
nước trong đất giữ một vai trò rất quan trọng. Nó bao gồm những dạng sau :
Nước liên kết
- Nước liên kết yếu: chiếm tỷ lệ tùy theo mức độ phân tán và thành phần
khoáng vật của đất, thành phần và hàm lượng cation trao đổi, cũng như độ ẩm
của môi trường xung quanh. Nước liên kết yếu có thể bốc hơi sau đó ngưng tụ lại
Nguyễn Đăng Khoa


Trang 11


Luận văn thạc só

Công Trình Trên Đất Yếu

trên mặt đất (bị bao quanh bởi nước liên kết chặt) khi thay đổi độ ẩm và nhiệt độ
không khí, có tỷ trọng lớn hơn 1. Nước liên kết yếu không trực tiếp bao quanh
hạt đất nhưng vẫn có quan hệ chặt chẽ với hạt đất, được giữ lại bởi áp lực hàng
chục đến hàng trăm atsmotphe. Nước liên kết yếu chỉ chuyển động được khi tác
dụng của độ dốc thủy lực lớn hơn độ dốc thủy lực ban đầu hoặc khi chuyển sang
dạng hơi. Nước liên kết yếu di chuyển chậm từ hạt đất này sang hạt đất kia dưới
tác dụng của lực phân tử, từ chỗ có màng dày hơn tới chỗ có màng mỏng hơn.
Ngoài ra nước liên kết yếu có thể di chuyển dưới tác dụng của áp lực điện thấm.
- Nước liên kết chặt (nước hấp phụ): trực tiếp bao bọc xung quanh các hạt và
được giữ lại bởi áp lực rất lớn khoảng hàng trăm đến hàng ngàn atsmotphe. Vì
vậy nước liên kết chặt rất khó di động. Ngoài việc bao xung quanh các hạt, ở
một số khoáng chất như Montmorillonite, nước hấp phụ còn chiếm khoảng
không gian giữa các lớp của mạng tinh thể. Nước hấp phụ có trọng lượng riêng
khoảng (1,2 – 2,4) g/cm3, có tính nhớt và tính đàn hồi cao. Nước hấp phụ ít có
khả năng hòa tan và dẫn điện.
Nước tự do
- Nước trọng lực: là loại nước thông thường trong tự nhiên, chuyển động dưới
tác dụng của độ chênh cột nước.
- Nước mao dẫn: tồn tại khi đất ẩm nhiều hoặc ẩm vừa. Nước mao dẫn đựơc
giữ bằng lực mặt cong tại ranh giới phân chia giữa nước và không khí. Nước mao
dẫn chỉ lấp đầy khe nứt và khe mao dẫn.
- Nước bất động: có trong đất thấm nước yếu hoặc không thấm nước và có độ

ẩm cao. Đó là nước thừa ra ngoài nước liên kết vật lý. Nước bất động bị giam
hãm lại ở những khoảng không gian giữa các hạt đã bị phủ bởi màng nước liên
kết vật lý và không chuyển động được vì khe nứt và khe rỗng quá bé. Chỉ có độ
dốc thủy lực cao thì mới chuyển động được.
Nước dạng hơi
Nước dạng hơi ở trong đới không khí và những chỗ mà đất đá không bão hòa.
Tính hút ẩm liên quan tới loại nước này. Đối với đất sét yếu ở trạng thái tự
nhiên, loại nước dạng hơi ít có ý nghóa vì vậy ta không nghiên cứu kỹ.

Nguyễn Đăng Khoa

Trang 12


Luận văn thạc só

Công Trình Trên Đất Yếu

Tính chất của nước trong đất sét
-

Tính dẻo là một trong những tính chất quan trọng của đất sét yếu, nó biểu

thị sự lưu động của đất sét ở một độ ẩm nào đó khi chịu tác dụng của ngoại lực.
Nhân tố chủ yếu chi phối độ dẻo là thành phần khoáng vật của nhóm hạt có kích
thước nhỏ hơn 0.002mm và hoạt tính của chúng đối với nước. Sét Kaolinite có
chỉ số dẻo là (1-40), sét Illite là (25-40), sét Montmorilonite là (44-600). Đây là
tính chất của đất không bị phá hoại (không phát sinh khe nứt hoặc phân tách các
hạt đất và không có biến dạng thể tích ) do ngoại lực tác dụng mà chỉ làm thay
đổi hình dạng khối đất. Tính dẻo của đất xuất hiện khi độ ẩm (nước liên kết vật

lý) đạt đến giá trị nhất định và chỉ chất lỏng có tính phân cực mới làm cho đất
sét thể hiện tính dẻo. Độ ẩm của đất thay đổi thì trạng thái của đất cũng thay đổi
theo.
Độ ẩm giới hạn dẻo (Wd) là độ ẩm của đất có kết cấu bị phá hoại, chuyển từ
trạng thái nửa cứng sang trạng thái dẻo
Độ ẩm giới hạn chảy (Wch) là độ ẩm của đất có kết cấu bị phá hoại, chuyển từ
trạng thái dẻo sang trạng thái chảy.
Khi độ ẩm tự nhiên W nhỏ hơn độ ẩm Wd, trong đất hầu như chỉ có nước liên
kết vật lý và đất ở trạng thái cứng. Ở trạng thái độ ẩm Wd, các hạt đất có khả
năng dịch chuyển tương đối với nhau, mà tính liên tục (liền khối) của đất không
bị phá hoại. Ở trạng thái độ ẩm Wch, đất có lực dính nhỏ nhất, các hạt đất dễ
dàng dịch chuyển và tách xa nhau, đất hầu như mất hết tính ổn định.
-

Gradient ban đầu. Đất loại sét có đặc tính thẩm thấu khác thường, chỉ cho

nước thấm qua khi gradient áp lực vượt quá một trị số nào đó. Trị số này gọi là
gradient ban đầu (Io). Trị số Io phụ thuộc vào nhiều yếu tố như thành phần đất,
dung dịch thấm qua và nhiệt độ môi trường xung quanh. Sự tạo thành màng nước
mỏng liên kết bao quanh các hạt đất là nguyên nhân cơ bản phát sinh gradient
áp lực ban đầu. Màng nước liên kết này có khả năng chống trượt, khi ứng suất
tác dụng lên hạt sét vượt quá ứng suất trượt giới hạn thì cấu trúc định hướng của
nước bị phá hoại và nước liên kết bắt đầu chảy như nước tự do. Giá trị gradient
ban đầu tăng cùng với sự giảm độ ẩm và tăng độ chặt của đất, ở đất yếu nó có
giá trị tương đối nhỏ.

Nguyễn Đăng Khoa

Trang 13



Luận văn thạc só

-

Công Trình Trên Đất Yếu

Độ bền cấu trúc. Đây là một trong những tính chất quan trọng của đất sét

yếu. Nếu tải trọng ngoài tác dụng lên đất sét yếu nhỏ hơn trị số độ bền cấu trúc
thì biến dạng của đất bé đến mức có thể bỏ qua, còn khi vượt quá độ bền cấu
trúc thì đường cong liên hệ giữa hệ số rỗng và áp lực đất có độ dốc lớn. Trị số độ
bền cấu trúc của đất sét yếu khoảng (0.2 – 0.3) kG/cm2 nhưng đôi khi cũng có
thể lớn hơn.
2.1.4 Đặc điểm biến dạng của đất sét yếu
Tính chất biến dạng của đất sét yếu do bản chất mối liên kết giữa các hạt của
chúng quyết định. Khác với nhiều vật liệu xây dựng, đất sét yếu có khả năng
nén chặt và củng cố dưới tác dụng của ứng suất. Ngay cả khi áp lực bé, mức độ
nén lún của chúng cũng có thể đạt đến trị số đáng kể. Quá trình biến dạng ở đất
sét yếu xảy ra trong khoảng thời gian dài với tốc độ chậm. Biến dạng của đất sét
yếu gồm có 2 loại:
Biến dạng phục hồi
gồm biến dạng đàn hồi và biến dạng cấu trúc hấp phụ:
-

Biến dạng đàn hồi.

Trong đất sét yếu biến dạng đàn hồi không đáng kể do độ bền cấu trúc nhỏ.
- Biến dạng cấu trúc hấp phụ.
Dưới tác dụng của tải trọng, trong đất xảy ra một loại biến dạng do sự thay

đổi chiều dày màng nước ở những chỗ tiếp xúc và bên trong những khoáng chất
riêng biệt. Biến dạng này liên quan đến sự chuyển dịch ít nhiều của các hạt và
về điểm này nó giống như biến dạng cấu trúc. Mặt khác, sự phát triển của nó
phụ thuộc vào ảnh hưởng của lực hấp phụ. Biến dạng cấu trúc hấp phụ một phần
là thuận nghịch. Chúng xảy ra dưới hình thức giảm cũng như tăng thể tích của
đất. Khi giảm áp lực thì biến dạng cấu trúc hấp phụï được biểu thị ở sự dịch
chuyển các phân tử nước từ chỗ tiếp xúc giữa các hạt về phía lỗ rỗng, còn khi
tăng áp lực thì chuyển dịch theo chiều ngược lại. Để hoàn thành quá trình đó cần
có một thời gian nhất định.
Vì vậy, tuy biến dạng cấu trúc hấp phụ là thuận nghịch nhưng luôn kèm theo
sự chậm muộn. Nếu sau khi kết thúc biến dạng cấu trúc hấp phụ, xuất hiện lực
dính kết củng cố do tác dụng của lực đất đá bên trên và các quá trình lý hóa
Nguyễn Đăng Khoa

Trang 14


Luận văn thạc só

Công Trình Trên Đất Yếu

khác, thì sau khi giảm cấp áp lực đó đi biến dạng sẽ không hồi phục lại được.
Sau khi làm mất lực dính củng cố biến dạng cấu trúc hấp phụ lại trở nê n thuận
nghịch.
Biến dạng cấu trúc hấp phụ của đất sét yếu cũng như các loại đất sét khác thể
hiện được là do kết quả thay đổi tương quan giữa ứng suất ở các chỗ tiếp xúc của
các yếu tố cấu trúc (do ảnh hưởng của tải trọng bản thân và tải trọng ngoài gây
ra) và ảnh hưởng của lực hấp phụ (giữa bề mặt hạt và các phân tử nước). Nếu
ứng suất ở chỗ tiếp xúc vượt quá ảnh hưởng của lực hấp phụ thì sẽ xảy ra sự dồn
đuổi các phân tử nước ra khỏi các chỗ đó, kết quả là biến dạng nén. Trái lại, nếu

ảnh hưởng của lực hấp phụ vượt quá ảnh hưởng của ứng suất ở các chỗ tiếp xúc
thì xảy ra sự bành trướng của các màng nước, lúc đó có hiện tượng trương nở.
Nói cách khác, biến dạng cấu trúc hấp phụ của đất sét chỉ có thể thể hiện
được khi áp lực mà nó chịu vượt quá áp lực nở. Các thí nghiệm nén chặt sét có
thành phần khác nhau và dỡ tải tiếp sau đó cho thấy rằng cùng với sự tăng của
giới hạn chảy, trị số biến dạng khôi phục tăng lên. Biến dạng cấu trúc hấp phụ
trong đất sét yếu, nhất là ở bùn khi tải trọng bé chỉ có tầm quan trọng thứ yếu.
Đối với các loại đất này biến dạng xảy ra dưới tác dụng do trọng lượng bản thân
hoặc tải trọng bên ngoài, chủ yếu là biến dạng cấu trúc.
Biến dạng dư
Biến dạng cấu trúc là biến dạng dư trong đó xảy ra sự trượt lên nhau giữa các
hạt, các khối và sự tăng mật độ của các yếu tố cấu trúc trong một đơn vị thể tích.
Trong quá trình biến dạng cấu trúc, nếu ứng suất tác dụng vượt quá sức chịu do
lực dính kết tạo nên thì các hạt và các khối đất có thể bị chuyển dịch.
2.2 TÌNH HÌNH PHÂN BỐ ĐẤT YẾU KHU VỰC ĐỒNG BẰNG SÔNG
CỬU LONG
Theo tài liệu địa chất và bản đồ phân vùng địa chất công trình lãnh thổ Việt
Nam, khu vực Đồng Bằng Sông Cửu Long và phần lớn địa bàn Thành phố Hồ
Chí Minh nằm trên đơn nguyên địa hình đồng bằng thấp tích tụ trầm tích phù sa
Đệ Tứ trẻ miền Tây, thuộc ven rìa Bắc của miền sụp võng rộng lớn dạng địa
hào Nam Bộ. Do điều kiện hình thành nên ở đây phân bố các tầng trầm tích có
chiều dày lớn và biến đổi phức tạp. Đặc biệt có trầm tích phù sa trẻ Holoxen gần
như phủ kín khắp bề mặt khu vực có bề dày từ vài mét đến vài chục mét, một số
Nguyễn Đăng Khoa

Trang 15


Luận văn thạc só


Công Trình Trên Đất Yếu

nơi đến (40-50)m. Đặc trưng của hệ trầm tích yếu trong khu vực này là đang
trong quá trình biến đổi tích tụ, phân hủy hấp thụ hóa sinh, bão hòa nước và bắt
đầu vào quá trình cố kết hóa đá, cho nên các tầng đất mềm yếu đến rất yếu có
khả năng chịu tải thấp và có tính biến dạng cao. Theo các các kết quả khảo sát
địa chất công trình cho thấy lớp trầm tích trẻ Holoxen chủ yếu là các dạng dạng
đất bùn sét, bùn á sét, bùn á cát, sét từ dẻo mềm đến dẻo chảy, đất than bùn.
Dựa vào chiều dày lớp đất yếu, có thể chia khu vực Đồng Bằng Sông Cửu
Long thành ba khu vực:
- Khu vực có lớp đất yếu dày từ (1-30)m, bao gồm các vùng ven Thành phố
Hồ Chí Minh, thượng nguồn các sông Vàm Cỏ Tây, Vàm Cỏ Đông, phía
tây Đồng Tháp Mười, rìa quanh vùng Bảy Núi cho đến vùng ven biển Hà
Tiên, Rạch Giá, rìa đông bắc từ Vũng Tàu đến Biên Hòa, Đồng Nai.
- Khu vực có lớp đất yếu dày từ (5-30)m, phân bố kế cận khu vực trên và
chiếm đại bộ phận đồng bằng và khu vực Đồng Tháp Mười.
- Khu vực có lớp đất yếu dày từ (15-300)m, chủ yếu thuộc lãnh thổ các tỉnh
Cửu Long, Bến Tre đến vùng duyên hải các tỉnh Tiền Giang, Minh Hải,
Hậu Giang…

Nguyễn Đăng Khoa

Trang 16


Luận văn thạc só

Công Trình Trên Đất Yếu

Hình 2.2: Bản đồ phân bố đất yếu khu vực Đồng Bằng Sông Cửu Long


Nguyễn Đăng Khoa

Trang 17