So sánh lý thuyết tính toán xử lý nền đất yếu bằng cọc đất gia cố xi măng (CDM) giữa tiêu chuẩn của Việt Nam và một số nước trên thế giới

Thông báo Khoa học và Công nghệ* Số 1-2013 88 
SO SÁNH LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG 
CỌC ĐẤT GIA CỐ XI MĂNG (CDM) GIỮA TIÊU CHUẨN CỦA 
VIỆT NAM VÀ MỘT SỐ NƯỚC TRÊN THẾ GIỚI 
ThS. Đặng Quốc Việt 
Khoa Cầu đường, trường Đại học Xây dựng Miền Trung 
 Tóm tắt: Nội dung của bài báo muốn nói về cơ sở lý thuyết của việc tính toán xử lý nền đất 
yếu bằng cọc đất gia cố xi măng (CDM – Cement Deep Mixing) giữa tiêu chuẩn hiện tại 
của Việt Nam và một số nước trên thế giới. 
Abstract: This paper compares about the theory of methods improve Soft-Ground under 
embankment between Vietnamese Design Standard and the others. 
1. Mở đầu: 
Hiện nay cùng với sự phát triển kinh tế 
của đất nước thì nhu cầu phát triển về cơ sở 
hạ tầng giao thông là rất lớn và cấp thiết. Do 
đó việc phải xây dựng các tuyến đường trên 
vùng đất yếu nhưng đòi hỏi thời gian thi 
công nhanh chóng, độ lún và sự ổn định của 
nền đường phải được kiểm soát chặt chẽ. 
Chúng ta thường sử dụng các giải pháp công 
nghệ thông dụng như đệm cát, bấc thấm, 
giếng cát, cọc cát, vải địa kỹ thuật. Nhưng 
với những giải pháp như thế thường khó 
kiểm soát được biến dạng lún và ổn định 
công trình, thời gian thi công kéo dài hoặc 
chi phí cao như sàn giảm tải trên nền cọc bê 
tông cốt thép. 
Trước đòi hỏi đó, công nghệ CDM bắt 
đầu được áp dụng vào Việt Nam một cách 
rộng rãi từ những năm 2000 và cho đến nay đã 
được áp dụng cho rất nhiều ở các dự án lớn để 
xử lý nền đất yếu như công trình Đường Liên 
Cảng Cái Mép – Thị Vải, Cảng SITV, Đường 
cao tốc Long Thành – Dầu Giây... 
Nhưng đến mãi năm 2006 thì mới có 
tiêu chuẩn của Việt Nam đề cập đến công 
nghệ CDM này, đó là Tiêu chuẩn xây dựng 
Việt Nam TCXDVN 385:2006, “Gia cố nền 
đất yếu bằng trụ đất xi măng”. Tuy nhiên 
Tiêu chuẩn vẫn còn một số tồn đọng chưa rõ 
ràng trong việc tính toán so với các Tiêu 
chuẩn nước ngoài. Vì thế thực tế khi tính 
toán xử lý nền đất yếu bằng công nghệ CDM 
thì thường vay mượn các tiêu chuẩn nước 
ngoài để làm rõ vấn đề. 
Trong giới hạn của bài báo, tác giả chỉ 
đề cập đến việc tính toán xử lý nền đất yếu 
bằng công nghệ CDM của Tiêu chuẩn Việt 
Nam và các Tiêu chuẩn nước ngoài để làm 
nổi bật lên vấn đề này. 
2. Phương pháp tính toán theo công 
nghệ CDM 
2.1. Phương pháp tính toán theo tiêu 
chuẩn Châu Âu (design guide soft soil 
stabilistation CT97-0301) 
a. Cách xác định khoảng cách giữa các cọc 
đất xi măng 
Khoảng cách giữa các cọc phải được tính 
toán sao cho bước cọc là lớn nhất để đáp ứng 
về nhu cầu kinh tế, đồng thời đáp ứng yêu cầu 
về kỹ thuật. Giới hạn tối đa cho khoảng cách 
giữa các cọc khi bố trí theo lưới ô vuông thì có 
thể xác định theo công thức sau: 
qfhf
Q
s
qfs
p
... 

 (1) 
 Trong đó: 
Thông báo Khoa học và Công nghệ* Số 1-2013 89 
 Qp - khả năng chịu tải cho phép của 
mỗi cọc. 
 ffs - hệ số tải trọng do đất đắp, xét 
trạng thái giới hạn cường độ, ffs = 1,3 ÷ 1,5. 
 fp - hệ số tải trọng do hoạt tải, xét 
trạng thái giới hạn cường độ, fp = 1,3 ÷ 1,5. 
 q - hoạt tải phân bố đều trên bề mặt 
đất đắp. 
 h - chiều cao đất đắp. 
 γ – trọng lượng trung bình của 
đất đắp. 
b. Kiểm tra theo vật liệu cọc 
 Tải trọng tác dụng lên cọc: 
)a1(
E
Ea
A.qQ
col
soil
coltt
 (2) 
 Sức chịu tải của mỗi cọc đất - xi 
măng như sau: 
Qcoc = Acol (3,5Cucol + 3σn) (3) 
 Trong đó: 
 Acol - diện tích tiết diện ngang của 
cọc đất - xi măng. 
 σn = σp + 5Cusoil - áp lực ngang 
tổng cộng tác dụng lên cọc đất - xi măng. 
 Cucol , Cusoil – sức kháng cắt của cọc 
và đất nền. 
 σp = qtt + γđn . Lcol - ứng suất 
phân bố dưới đáy khối gia cố bằng cọc đất 
- xi măng. 
2 
Q
QF colS (4) 
 qtt - hoạt tải và tải trọng đất đắp. 
 a - tỷ diện thay thế của cọc đất gia 
cố xi măng. 
 Esoil, Ecol - mô đun biến dạng của 
nền đất và cọc đất trộn xi măng. 
c. Kiểm tra theo đất nền 
 Kiểm tra theo điều kiện đất nền được 
thực hiện theo phương pháp hệ số vượt tải 
với điều kiện: 
2 
ac
col
S P
QF (5) 
 Sức chịu tải của cọc đất theo 
điều kiện đất nền: 
Qcol = (π*D*Lc + 2,25* π *D2)Su (6) 
Trong đó: 
 FS - hệ số an toàn. 
 D - đường kính cọc. 
 Lc - chiều dài cọc. 
 Su - sức kháng cắt không thoát 
nước của đất nền. 
 Pac - tải trọng tính toán của 1 cọc 
đơn bao gồm cả hoạt tải. 
d. Kiểm tra sức chịu tải của nhóm cọc đơn 
 Kiểm tra theo điều kiện đất nền của 
nhóm cọc được thực hiện theo phương pháp 
hệ số vượt tải với điều kiện: 
2,1 
group
group
S P
Q
F (7) 
 Sức chịu tải của nhóm cọc tính theo 
công thức của Broms & Boman (1978), 
Bergado (1996): 
Qgroup = 2Su*Lc(B + L) + (6÷9) Su*B*L (8) 
 Tải trọng tính toán: 
Pgroup = (Pgl + Pht)B*L (9) 
Trong đó: 
 B - bề rộng của nhóm cọc. 
 L - chiều dài nhóm cọc 
 Su - sức kháng cắt không thoát 
nước của đất nền. 
 Hệ số lấy bằng 6 khi móng hình chữ 
nhật có L>>B (móng băng). 
e. Độ lún của khối thân cọc 
 Độ lún tổng cộng của một công trình 
đặt trên nền đất gia cường bằng cột đất xi 
măng gồm hai thành phần là độ lún cục bộ 
Thông báo Khoa học và Công nghệ* Số 1-2013 90 
o 
r 
c 
của khối đất được gia cố (Δh1) và độ lún của 
đất không ổn định nằm dưới khối (Δh2). 
Tính độ lún cục bộ của khối đất được 
gia cố (Δh1): 
 Độ tăng tải trọng q gây ra do công 
trình, một phần truyền lên cọc (q1) và một 
phần truyền cho đất ở xung quanh (q2). 
Hình 2-1. Phân chia tải trọng tác dụng lên 
cọc và đất nền 
 Độ lún do tải trọng q1 gây ra: 

colEa
qhS
.
. 1
1 (10) 
 Độ lún do tải trọng q2 gây ra: 
 
soilMa
qhS
).1(
. 2
2 (11) 
 Độ lún cục bộ phần cọc xi măng đất 
Δh1 được xác định theo giả thiết độ tăng tải 
trọng q không đổi suốt chiều cao khối và tải 
trọng trong khối không giảm, lúc đó thì cọc 
và đất nền có cùng độ lún: 
 
soilcol MaEa
qhSSh
).1(.
.
211 (12) 
Trong đó: 
 a - tỷ diện thay thế của cọc đất gia 
cố xi măng. 
 Ecol: mô đun đàn hồi của cọc đất xi măng. 
 Msoil: mô đun biến dạng của đất nền 
xung quanh cọc. 
 Δh – chiều dày của lớp địa chất. 
f. Độ lún của đất dưới mũi cọc 
 Độ lún Δh2 của đất chưa gia cố 
dưới mũi cọc được tính theo nguyên lý 
cộng lún từng lớp phân tố (quy về móng 
khối quy ước). 
 
'
''
'
'
1 0
2 lglg1 p
vvoi
c
vo
pi
r
n
i
i
i CC
e
hh




 (13) 
Trong đó: 
hi - bề dày lớp đất tính lún thứ i. 
e0i - hệ số rỗng của lớp đất i ở trạng 
thái tự nhiên ban đầu. 
Cri - chỉ số nén lún hồi phục ứng với 
quá trình dỡ tải. 
Cci - chỉ số nén lún hay độ dốc của 
đoạn đường cong nén lún. 
 σ’v0 - ứng suất nén thẳng đứng do 
trọng lượng bản thân các lớp đất tự nhiên 
nằm trên lớp i. 
 Δσ'v - gia tăng ứng suất thẳng đứng. 
 σ'p - ứng suất tiền cố kết. 
2.2. Phương pháp tính toán theo quy trình 
Nhật Bản (Guideline for Design and 
Quality Control of Soil Improvement for 
Buildings - Deep and Shallow Cement 
Mixing Methods, 2004) 
a. Sức chịu tải của cọc đất xi măng theo vật liệu 
 Khả năng chịu tải của cọc đất xi măng 
được tính toán theo công thức sau: 
aPAPP . (14) 
Trong đó: 
 P - Tải trọng của nền đất đắp do một 
cọc đỡ (kN). 
 ΔP - Tổng tải trọng phân bố của nền 
đắp (kN/m2). 
 A - Diện tích nền đất do một cọc đỡ (m2) 
A = x2 (15) 
 x - khoảng cách giữa các cọc (tính từ 
tim cọc). 
 Pa: Lực nén lớn nhất mà cọc có thể 
chịu được (kN). 
 Pa=qu.Ap (16) 
 qu-Cường độ chịu nén của cọc (kN/m2). 
Thông báo Khoa học và Công nghệ* Số 1-2013 91 
 Ap - Diện tích tiết diện của cọc (m2) 
b. Sức chịu tải của cọc đất xi măng theo đất nền 
idipuu hLRR ..  (17) 
Trong đó: 
 Ru -Sức chịu tải cực hạn của cọc gia cố. 
 Rup - Sức chịu tải mũi cực hạn của 
cọc gia cố. 
 τdi - Ma sát thành bên cực hạn của 
cọc gia cố. 
 hi - Chiều dày phân tố. 
 L - Chu vi cọc gia cố. 
Sức chịu tải mũi cực hạn của cọc gia cố 
phụ thuộc vào loại đất: 
 - Với đất rời: 
pup ANR ..75 (18) 
 - Với đất dính: 
pup AcR ..6 (19) 
Trong đó: 
 N - trị số SPT trung bình trên và 
dưới 1 lần đường kính cọc. 
 c – lực dính của đất nền. 
 Ap - Diện tích tiết diện của cọc. 
 Ma sát thành bên cực hạn của cọc 
được tính theo công thức sau: 
 - Đối với đất rời: 
3
.10 N
di  (20) 
 - Đối với đất dính: 
cdi  hoặc 2
u
di
q
  (21) 
Trong đó: 
 qu - sức kháng cắt của cọc. 
 N - trị số SPT tại độ sâu đang xét. 
c. Tính độ lún của nền đất gia cố 
Độ lún tổng (S) của nền gia cố được 
xác định bằng tổng độ lún của bản thân khối 
gia cố và độ lún của đất dưới khối gia cố: 
 S = S1 + S2 (22) 
Trong đó: 
 S1 - độ lún trong phần đất được gia cố. 
 S2 - độ lún của lớp đất yếu chưa được 
gia cố dưới mũi cọc. 
 Độ lún S1. 
nSS .1  (23) 
)1(1
1
na p
 (24) 
Trong đó: 
 Ap - tỷ diện tích đất được thay thế. 
 n - tỷ số mô đun, 
soil
col
E
En (25) 
 Sn - độ lún cuối cùng của lớp đất thứ 
n ( trong bài tón tính lún khi nền đất chưa 
được gia cố). 
p
wwH
e
C
S n
c
n
)(log..
1
1221
0
 
 (26) 
 Cc - chỉ số nén của lớp đất thứ n. 
 e0 - hệ số rỗng ban đầu của lớp đất 
thứ n. 
 hn - chiều dày của lớp đất thứ n. 
 w1, w2 - tải trọng của đất đắp. 
 P - ứng suất cố kết ở giữa lớp đất thứ 
n, p = max(pc, σ2). 
 σ1, σ2 - ứng suất có hiệu do tải trọng 
gây ra. 
 Độ lún S2. 
 Xem khối đất được gia cố bằng cọc 
đất xi măng ở phía trên như một móng khối 
quy ước, khi đó độ lún S2 của đất yếu phía 
dưới khối gia cố được tính theo phương pháp 
phân tầng cộng lún từng lớp phân tố. 
2.3. Phương pháp tính toán theo quy trình 
Trung Quốc (DBJ08-40-94) 
a. Sức chịu tải của khối gia cố. 
-Sức chịu tải cho phép của cọc đất xi măng. 
 Khả năng chịu tải cho phép của cọc 
đất trộn xi măng được xác định theo thí 
nghiệm nén tĩnh cọc đơn tại hiện trường, tuy 
Thông báo Khoa học và Công nghệ* Số 1-2013 92 
nhiên có thể ước tính theo công thức sau và 
lấy giá trị nhỏ hơn. 
pcua AfP ... (27) 
 Hoặc 
  ppisipa qAlqUP .... (28) 
Trong đó: 
 fcu - cường độ chịu nén của mẫu thử 
đất gia cố xi măng trong phòng thí nghiệm ở 
90 ngày tuổi trong điều kiện bảo dưỡng tiêu 
chuẩn. 
 Ap - diện tích mặt cắt ngang cọc. 
 η - hệ số chiết giảm cường độ thân 
cọc, có thể lấy bằng 0,3 ÷ 0,4 
 Up - chu vi cọc đất gia cố. 
 qsi - lực ma sát của lớp đất xung 
quanh cọc. 
 li - chiều dày lớp đất thứ i. 
 α - hệ số chiết giảm khả năng chị tải 
của đất dưới mũi cọc, có thể lấy 0,4 ÷ 0,6. 
 qp - khả năng chịu tải của đất dưới 
mũi cọc. 
 - Sức chịu tải cho phép của khối nền 
đất gia cố. 
 Khả năng chịu tải cho phép của khối 
nền đất gia cố được xác định theo thí nghiệm 
nén nền hỗn hợp tại hiện trường, tuy nhiên 
có thể ước tính theo công thức sau và lấy giá 
trị nhỏ hơn. 
 s
p
a
sp fmA
PmF ).1.(.  (29) 
Trong đó: 
 m - tỷ diện thay thế của cọc đất gia cố 
xi măng. 
 fs - khả năng chịu tải cho phép của đất 
giữa các cọc. 
 β - hệ số chiết giảm khả năng chị tải 
của đất dưới mũi cọc, có thể lấy 0,4 ÷ 0,6. 
b. Độ lún của nền đất gia cố 
 Độ lún của nền đất gia cố được tính 
toán bao gồm độ lún của khối thân cọc đất xi 
măng và tổng độ lún của lớp đất yếu không 
gia cố dưới mũi cọc. 
 - Độ lún của khối thân cọc đất xi măng 
 l
E
ppS
sp
z .
.2
00
1
 (30) 
Trong đó: 
 Po - áp lực trung bình tại đỉnh cọc. 
 Poz - áp lực tại mũi cọc. 
 Esp - Mô đun co nén của thân cọc. 
 Esp = m.Ep + (1-m).Es (31) 
 Ep: mô đun co nén của cọc đất xi măng. 
 Ep = (100-120) fcu (32) 
 fcu - sức kháng cắt của cọc đất xi măng.
 m - tỷ diện thay thế của cọc đất gia cố 
xi măng. 
 Es - mô đun co nén của đất xung 
quanh cọc. 
 - Độ lún của đất dưới mũi cọc 
 Độ lún S2 của đất chưa gia cố dưới 
mũi cọc được tính theo nguyên lý cộng lún 
từng lớp. 
2.4. Phương pháp tính toán theo tiêu 
chuẩn Việt Nam (TCXDVN 385:2006) 
 Độ lún tổng (S) của nền gia cố được 
xác định bằng tổng độ lún của bản thân khối 
gia cố và độ lún của đất dưới khối gia cố: 
 S = S1 + S2 (33) 
Trong đó: 
 S1 - độ lún bản thân khối gia cố 
 S2 - độ lún của đất chưa gia cố, dưới 
mũi cọc 
 - Độ lún của bản thân khối gia cố S1 
được tính theo công thức: 
sctb EaaE
qH
E
qHS
)1(1 
 (34) 
Trong đó: 
 q - tải trọng công trình truyền lên khối 
gia cố (kN); 
Thông báo Khoa học và Công nghệ* Số 1-2013 93 
H - chiều sâu của khối gia cố (m); 
 a - tỷ số diện tích, a = (nAc / BL), n- 
tổng số cọc, Ac - diện tích tiết diện cọc, 
 B, L - kích thước khối gia cố; 
 Ec- Mô đun đàn hồi của vật liệu cọc; 
Có thể lấy Ec = (50100) Cc 
 Với Cc là sức kháng cắt của vật liệu cọc. 
 Es - Mô đun biến dạng của đất nền 
giữa các cọc (có thể lấy theo công thức thực 
nghiệm Es = 250Cu, với Cu là sức kháng cắt 
không thoát nước của đất nền). 
 - Độ lún của đất chưa gia cố S2 dưới 
mũi cọc: được tính theo nguyên lý cộng lún 
từng lớp. Phạm vi vùng ảnh hưởng lún đến 
chiều sâu mà tại đó áp lực gây lún không 
vượt quá 10% áp lực đất tự nhiên. 
2.5. Nhận xét 
 Quan điểm tính toán độ lún đối với 
giải pháp cọc đất gia cố xi măng thì nhìn 
chung là tương tự nhau, cụ thể độ lún được 
chia làm hai phần: trong khối gia cố và trong 
nền đất ở phía dưới khối gia cố. 
 - Độ lún trong phần gia cố (cọc đất) 
các quan điểm tính toán đều dựa trên mô đun 
đàn hồi tương đương của khối gia cố. 
- Độ lún trong nền đất phía dưới khối 
gia cố: được tính theo phương pháp phân 
tầng cộng lún. 
3. Kết luận 
 Hiện nay chúng ta đã có TCXDVN 
385-2006 “Gia cố nền đất yếu bằng trụ đất xi 
măng” dùng cho công tác thiết kế cọc đất gia 
cố xi măng, tuy nhiên tiêu chuẩn này có một 
số điểm cần được làm rõ: 
 - Tiêu chuẩn chỉ mới đưa ra cách tính 
toán biến dạng của nền đất gia cố, nhưng 
chưa thể hiện cách tính toán về sức chịu tải 
của cọc theo vật liệu và theo đất nền. 
 - Có thể tham khảo thêm công thức 
xác định khoảng các giữa các cọc của các 
tiêu chuẩn nước ngoài để hoàn thiện các 
bước tính toán nền đường theo biến dạng. 
 - Chưa đề cập đến cường độ chịu kéo 
của mẫu đất gia cố xi măng để có thể có cơ 
sở cho các thiết kế cọc đất gia cố xi măng 
chịu tải ngang. 
 - Chưa đề cập đến tính toán xử lý lực 
chọc thủng các lớp kết cấu áo đường bên 
trên gây nứt hoặc biến dạng không đều khi 
đưa công trình vào khai thác do cọc đất gia 
cố xi măng không biến dạng cố kết mà chỉ 
có đất xung quanh cọc và dưới mũi cọc đất 
gia cố xi măng mới có biến dạng. 
 Do giới hạn của bài báo nên một số 
phần nội dung sẽ được trình bày trong các 
bài báo sau. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1] Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam 385: 2006. “Gia cố nền đất yếu bằng trụ đất xi măng”. 
[2] National Institute for Land and Infrastructures Management, Architecture Research 
Institute, Japan. 2000. “Guideline for design and quality control of soil improvement for 
building – Deep mixing cement” National Institute for Land and Infrastructures Management, 
Architecture Research Institute. 
[3] CDIT, Japan. 2002. “The deep mixing method – rinciples, design and construction” A. A. 
Balkema Publisher. Lisse. 
[4] Quy phạm kỹ thuật xử lý nền móng – Tiêu chuẩn thành phố Thượng Hải. DBJ08- 40 – 94. 
[5] Tiêu chuẩn Châu Âu EU. 2003. “Deep Mixing” TC 288 WI 011- CEN, TC 288 - EU. 
[6] Quy trình Châu Âu EU. 1997. “Design Guide Soft Soil Stabilisation”. CT97-0351- EU.