Mô hình hóa công nghệ cố kết chân không bằng phần mềm Plaxis

TẠP CHÍ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ GIAO THÔNG VẬN TẢI SỐ 27+28 – 05/2018 
181 
MÔ HÌNH HÓA CÔNG NGHỆ CỐ KẾT CHÂN KHÔNG BẰNG 
PHẦN MỀM PLAXIS 
FINITE ELEMENT MODELING OF VACUUM CONSOLIDATION 
 USING PLAXIS 
Nguyễn Thành Đạt1, Đỗ Thanh Tùng2, Trịnh Văn Thi3 
1Đại học GTVT TP HCM, TP HCM, Việt Nam, nguyenthanhhoaitu@yahoo.com 
2Đại học GTVT TP HCM, TP HCM, Việt Nam, dothanhtung1312@gmail.com 
3Công ty CP và Phát triển hạ tầng Á Châu, Đồng Nai, Việt Nam, thicauduong@gmail.com 
Tóm tắt: Bài viết trình bày việc sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn thông qua phần mềm 
Plaxis để mô hình hóa công tác xử lý nền đất yếu bằng công nghệ cố kết chân không. Phương án mô 
phỏng có xét đến các yếu tố: Quy đổi bài toán đối xứng trục thành bài toán phẳng, vùng ảnh hưởng 
và vùng xáo trộn xung quanh bấc thấm, cách thức áp tải chân không. Công trình áp dụng trong phân 
tích là tuyến đường N1 thuộc khu đô thị mới Thủ Thiêm, quận 2, Thành phố Hồ Chí Minh (TP HCM). 
Từ khóa: Cố kết chân không, áp lực chân không, Plaxis, bấc thấm, Thủ Thiêm. 
Chỉ số phân loại: 2.4 
Abstract: This paper presents a study on a method for modeling of vacuum consolidation using 
Plaxis software. In this method, we take into account some problems such as conversion of 
axisymmetric model into plane strain, transition zone and smear zone around prefabricated vertical 
drains, application of vaccum pressure. The construction is used to model and evaluate is N1 road in 
Thu Thiem new urban area, district 2, Ho Chi Minh city. 
Key words: Vaccum consolidation, vacuum pressure, Plaxis, prefabricated vertical drains, Thu 
Thiem 
Classification number: 2.4 
. 
1. Giới thiệu 
Công nghệ cố kết chân không (Vacuum 
consolidation method – VCM) được áp dụng 
lần đầu tiên ở Việt Nam tại cụm công trình 
khí - điện - đạm Cà Mau vào năm 2006 bởi 
nhà thầu VINCI CSB (Pháp) và năm 2008, 
công ty Cổ phần Kỹ thuật Nền móng và 
công trình ngầm FECON là đơn vị đầu tiên 
của Việt Nam áp dụng thành công công nghệ 
này tại dự án Nhà máy Nhiệt điện Nhơn 
Trạch 2. Việc tự chủ được công nghệ này đã 
giúp giải quyết đáng kể bài toán giá thành. 
Sau đó thì công nghệ VCM tiếp tục được 
ứng dụng có hiệu quả với nhiều dự án trọng 
điểm khác. 
Công tác mô hình hóa công nghệ cố kết 
chân không bằng phần mềm Plaxis (Plaxis 
B.V – Hà Lan) đã được thực hiện trong 
nhiều nghiên cứu khác nhau trước đó vì đây 
là phần mềm địa kỹ thuật phổ biến nhất tại 
Việt Nam, có nhiều ưu điểm, đặc biệt là 
cung cấp phần tử “drain” chuyên dụng cho 
mô phỏng bấc thấm (prefabricated vertical 
drains – PVDs). Tuy nhiên phần mềm này 
cũng có nhược điểm là hiện chưa thể mô 
hình hoá áp lực chân không một cách chính 
xác, các kỹ sư hiện nay vẫn phải “tùy cơ ứng 
biến” trong công tác này. Các biện pháp 
thường được áp dụng bao gồm: 
- Quy đổi áp lực chân không thành tải 
đắp tương đương. Phương pháp này đơn 
giản nhưng không phản ánh đúng chuyển vị 
ngang và trạng thái ứng suất trong khối nền 
gia cố; 
- Hạ mực nước ngầm trong phạm vi 
bơm hút chân không. Phương pháp này phản 
ánh đúng được chuyển vị ngang của nền 
nhưng mô tả không chính xác trạng thái ứng 
suất, đặc biệt là sự phân bố áp lực nước lỗ 
rỗng dư. 
Ngoài ra do tính phức tạp trong thi công 
của công nghệ, tính tương đối trong chính 
xác của việc mô hình hóa nên có nhiều yếu 
tố khác nữa cũng cần xét đến như: Áp dụng 
mô hình phẳng 2D cho thực thể không gian 
3 chiều, phạm vi ảnh hưởng của bấc thấm 
trong việc thu gom nước, sự xáo trộn đất do 
thiết bị cắm bấc thấm ấn xuyên vào nền... 
Vì vậy trong nội dung nghiên cứu, tác 
giả xây dựng một phương pháp mô hình hoá 
182 
Journal of Transportation Science and Technology, Vol 27+28, May 2018 
công nghệ VCM bằng phần mềm Plaxis sao 
cho có thể phản ánh được chuyển vị và sự 
phân bố ứng suất trong nền có xét đến các 
yếu tố ảnh hưởng nêu trên. 
2. Đặc điểm công trình nghiên cứu 
Khu đô thị mới Thủ Thiêm tọa lạc bên 
bờ Đông sông Sài Gòn thuộc Quận 2, TP 
HCM, với tổng diện tích 657 ha. Tuyến 
đường N1 được quy hoạch là đường trục 
chính của phân khu VI, khu đô thị mới Thủ 
Thiêm. 
2.1 Địa tầng khu vực xây dựng như 
sau 
Hình 1. Hình ảnh các lớp đất khu vực dự án [1]. 
Mực nước ngầm ổn định ở cao độ +0.8m. 
Bảng 1. Thông số của các lớp đất [1]. 
Thông số Lớp đất 
2a 3b tk 3c 
Dung trọng, γ (kN/m3) 14.74 19.14 19.19 19.50 
Độ ẩm, w 
(%) 81.12 30.21 23.04 26.66 
Tỷ trọng hạt, Δ 2.598 2.691 2.671 2.696 
Giới hạn chảy 
wL (%) 
60.83 52.57 24.40 52.48 
Giới hạn dẻo 
wP (%) 
29.41 20.87 17.50 20.98 
Lực dính, c 
(kPa) 6.94 35.34 4.85 45.00 
Góc nội ma sát 
φ (o) 4
o21’ 15o2’ 27o3’ 16o1’ 
Mô đun TBD 
Eo (kPa) 
293 5397 5507 6747 
Hệ số thấm 
k (cm/s) 7.89*10
-8 0.80*10-8 5.48*10-4 0.70*10-8 
2.2 Quy mô, đặc điểm tuyến đường N1 
Tuyến đường N1 có các thông số kỹ thuật như sau: 
Bảng 2. Quy mô và đặc điểm tuyến N1 [2]. 
Loại đường phố Đường đô thị 
Vận tốc thiết kế Vtk = 60km/h 
Chiều dài 580.14m 
Mô đun đàn hồi tiêu chuẩn Eyc ≥ 173MPa 
Mặt cắt ngang điển hình 26.6 
Mặt đường Cấp cao A1 
TẠP CHÍ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ GIAO THÔNG VẬN TẢI SỐ 27+28 – 05/2018 
183 
Bảng 3. Thông số kỹ thuật phương án xử lý nền [2]. 
Thông số Đơn vị Kết quả 
Bề rộng xử lý nền m 26.6 
Diện tích xử lý nền m2 6032.08 
Chiều sâu 
xử lý nền m 13.2 
Chiều dài bấc thấm m 16.1 
Mặt bằng bố trí 
bấc thấm Lưới ô vuông 
Khoảng cách 
bấc thấm m 1.1 
Chiều cao 
tải đắp gia tải m 0.927 
Chiều cao 
lớp cát bù lún m 2.913 
Độ dốc mái taluy 1/m 1.0 
Một số thông số kỹ thuật khác: [3] 
- Bấc thấm được sử dụng trong dự án là 
loại FCM - A5; 
- Kích thước kiếm cắm bấc loại mặt cắt 
chữ nhật: 120*60*10mm; 
- Biện pháp gia tải kết hợp phương pháp 
bơm hút chân không có màng kín khí với 
đắp đất. Áp lực chân không: 70÷90kPa. Tải 
chân không này luôn được duy trì trong suốt 
quá trình xử lý nền là 272 ngày, từ 1/3/2016 
đến 28/12/2016; 
- Sử dụng 2 lớp vải địa kỹ thuật loại 
không dệt ART25 để bảo vệ màng chân 
không, bao gồm một lớp bên dưới và một 
lớp bên trên màng; 
- Các thiết bị quan trắc bao gồm: Bàn đo 
lún mặt, thiết bị đo áp chân không (vị trí ½ 
chiều dài bấc), đồng hồ đo áp lực chân 
không ngay dưới màng kín khí, cọc gỗ đo 
chuyển vị ngang trên mặt. 
3. Phương pháp mô hình hóa bằng 
Plaxis 
3.1 Quy đổi bài toán đối xứng trục 
thành bài toán phẳng 
Mô hình làm việc của bấc thấm được 
xem như mô hình đối xứng trục 
(Axisymmetry) như thể hiện tại hình 2a. 
Trong đó vùng ảnh hưởng của bấc thấm là 
một hình trụ tròn có bán kính R với bấc thấm 
là trung tâm. Nước lỗ rỗng trong phạm vi 
hình trụ tròn này sẽ tập trung về bấc thấm 
thoát ra khỏi nền. 
Dạng mô hình được sử dụng là mô hình 
bài toán phẳng Plane Strain. Vì vậy cần 
chuyển đổi các thông số của bấc thấm từ sơ 
đồ đối xứng trục sang sơ đồ bài toán phẳng 
tương đương. Cách thức chuyển đổi được 
thể hiện như hình 2. 
 (a) (b) 
Hình 2. Sơ đồ chuyển đổi từ bài toán đối xứng trục 
sang bài toán phẳng. 
3.2 Vùng ảnh hưởng 
Vùng ảnh hưởng dạng trụ tròn có bán 
kính R (đường kính D) trong bài toán đối 
xứng trục được quy đổi thành dạng phẳng có 
bề rộng 2B. Theo Indraratna và các đồng sự 
(2012): [4] 
184 
Journal of Transportation Science and Technology, Vol 27+28, May 2018 
]75,0)[ln(
/)1.(67,0 22
,
,
−
−
=
n
nn
k
k
axh
psh
(1) 
Với: 
kh,ps : Hệ số thấm ngang trong sơ đồ bài 
toán phẳng trong vùng ảnh hưởng và nằm 
ngoài vùng xáo trộn; 
kh,ax: Hệ số thấm ngang trong sơ đồ bài 
toán đối xứng trục trong vùng ảnh hưởng và 
nằm ngoài vùng xáo trộn; 
n : Tỷ số D/dw. 
3.3 Kích thước vùng xáo trộn 
Theo nghiên cứu của D.T Bergado và 
các đồng sự (1991) thí nghiệm trên khối đắp 
quy mô thực: Tốc độ cố kết của nền thi công 
xử lý bằng cần có tiết diện nhỏ hơn sẽ nhanh 
hơn nền thi công bằng cần có tiết diện lớn vì 
vùng xáo trộn nhỏ hơn. [5] 
Theo hình 2, rs và bs lần lượt là bán 
kính vùng xáo trộn xung quanh bấc thấm 
trong sơ đồ đối xứng trục và sơ đồ bài toán 
phẳng. Theo Jamiolkowski (1981): [5] 
ms dr .2
)0,35,2( ÷
=
(2) 
dm: Đường kính tương đương của cần 
xuyên. 
Ảnh hưởng lớn nhất của sự xáo trộn là 
hệ số thấm k’ của đất nền bị thay đổi. Theo 
Bergado và các đồng sự (1991): Dựa trên thí 
nghiệm trong phòng với các mẫu kích thước 
lớn: tỷ số kh/k’h thay đổi từ 1.5 đến 2.0; 
trung bình là 1.75. [6] 
3.4 Mô hình tải chân không 
Mô hình áp lực chân không bằng phần 
tử tải phân bố. Tải chân không có thể chia 
thành hai phần: 
- Tải theo phương thẳng đứng: Vị trí đặt 
tải tại mặt phẳng bố trí màng kín khí. Giá trị 
tải trọng lấy theo mức trung bình là 80kPa. 
- Tải trọng theo phương ngang: vị trí đặt 
tải là biên ngoài của vùng ảnh hưởng của bấc 
thấm ngoài cùng. Tải trọng phân bố dạng 
hình thang với giá trị lớn nhất là 80kPa tại vị 
trí màng kín khí. Tại vị trí ½ chiều dài bấc 
thấm, tải trọng là 65kPa, tương ứng với giá 
trị trung bình từ thiết bị quan trắc. Nếu giả 
thiết sự suy giảm áp lực chân không là tuyến 
tính theo chiều sâu thì giá trị áp lực chân 
không tại đáy vùng xử lý nền là 50kPa. 
Hình 3. Phương thức áp tải 
chân không. 
Hình 4. Mô hình ½ mặt cắt ngang xử lý 
nền tuyến N1. 
Hình 5. Hình ảnh phân bố áp lực nước lỗ rỗng thặng 
dư trong nền sau khi công tác bơm hút chân không 
đạt giá trị ổn định 80kPa. 
3.5 Mô hình tải đất đắp 
Công tác đắp đất gia tải và bù lún được 
chia thành nhiều lần (6 lần) trong quá trình 
xử lý nền nhằm tránh phá hoại nền. Việc mô 
phỏng sẽ diễn tả lại toàn bộ quá trình này 
bằng các khối đắp tương ứng với thực tế, 
xem hình 4. 
4. Kết quả tính toán 
Hình 5 thể hiện sự phân bố áp lực nước 
lỗ rỗng dư trong nền sau 35 ngày bơm hút 
TẠP CHÍ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ GIAO THÔNG VẬN TẢI SỐ 27+28 – 05/2018 
185 
chân không, trước khi tiến hành đắp đất lần 
1. Có thể nhận thấy áp lực nước dư phát sinh 
trong nền bên dưới màng kín khí và bị cô lập 
trong phạm vi xử lý. Điều này chứng tỏ 
phương pháp mô phỏng thể hiện được một 
ưu điểm của công nghệ cố kết chân không là 
ít ảnh hưởng đến công trình xung quanh. 
Hơn nữa, tại vị trí xung quanh sát ngay 
bấc thấm, áp lực nước dư bị tiêu tán trong 
khi tại khu vực xa hơn (giữa hai bấc thấm), 
áp lực này ít bị suy giảm hơn. Đồng thời tại 
vùng nền bên dưới chiều sâu cắm bấc, áp lực 
nước dư là lớn nhất vì rất khó để tiêu tán. 
Điều này phù hợp với lý thuyết cố kết và 
thực tế đo đạc hiện trường. Đây là ưu điểm 
lớn nhất của phần tử mô hình hoá bấc thấm 
“Drain” do phần mềm Plaxis cung cấp. 
Kết quả tính toán độ lún của vị trí tim 
nền đắp so với kết quả quan trắc được thể 
hiện như hình 6. 
Hình 6. Biểu đồ Độ lún – Thời gian vị trí tim nền. 
Theo bảng 2, kết quả tính toán có sự 
chênh lệch đáng kể với quan trắc trong giai 
đoạn đầu (khoảng 50 ngày) của công tác xử 
lý nền. Tuy nhiên thời gian xử lý nền càng 
dài thì mức chênh lệch càng thu hẹp, trung 
bình khoảng 6.5%. Và khi kết thúc công tác 
xử lý nền thì chênh lệch cũng không đáng 
kể: 10.61%. 
Bảng 2. So sánh độ lún tại tim nền đắp. 
Thời điểm 
(ngày) 
Độ lún quan trắc 
[7] 
(m) 
Độ lún phân tích 
(m) 
Phần trăm chênh 
lệch 
(%) 
0 0.000 0.000 - 
16 0.869 0.586 -32.57 
51 1.426 1.084 -23.98 
52 1.438 1.151 -19.96 
117 1.849 1.650 -10.76 
118 1.851 1.708 -7.73 
121 1.866 1.730 -7.29 
122 1.868 1.763 -5.62 
132 1.911 1.822 -4.66 
133 1.917 1.906 -0.57 
145 1.967 1.987 1.017 
146 1.969 2.114 7.36 
164 2.087 2.257 8.15 
165 2.114 2.287 8.18 
272 2.422 2.679 10.61 
Kết quả tính toán lún của vị trí vai nền đắp so với quan trắc được thể hiện như hình 7. 
Hình 7. Biểu đồ Độ lún – Thời gian tại vị trí vai nền đắp 
(vị trí bàn đo SSP 3-4 và SSP 3-6 tương ứng với bên trái và bên phải nền đắp). 
186 
Journal of Transportation Science and Technology, Vol 27+28, May 2018 
Bảng 3. So sánh độ lún tại vai nền đắp với bàn đo SSP 3-4 (bên trái) và SSP 3-6 (bên phải) 
Thời điểm 
(ngày) 
SSP3-4 
(m) 
SSP3-6 
(m) 
Phân tích 
(m) 
Chênh lệch trung 
bìng 
(%) 
0 0.000 0.000 0.000 - 
16 0.683 0.800 0.408 -44.63 
51 1.174 1.290 0.790 -35.74 
52 1.191 1.307 0.861 -30.92 
117 1.618 1.679 1.295 -21.42 
118 1.602 1.694 1.337 -18.81 
121 1.620 1.980 1.356 -23.91 
122 1.624 1.990 1.384 -22.62 
132 1.634 1.756 1.448 -14.46 
133 1.642 1.762 1.507 -11.35 
145 1.700 1.809 1.595 -9.01 
146 1.705 1.817 1.684 -4.28 
164 1.854 1.928 1.836 -2.87 
165 - 1.940 1.858 -4.23 
272 2.165 2.195 2.266 3.95 
Sau 146 ngày, sai số gần như không 
đáng kể. Sau 272 sai số chỉ khảng 4%. 
Hình 8 thể hiện chuyển vị ngang của 
nền đất tại thời điểm sau khi kết thúc công 
tác xử lý nền. 
Hình 8. Chuyển vị ngang của nền sau khi xử lý nền. 
Khu vực nền đắp và nền đất trong phạm 
vi ảnh hưởng của lực hút chân không có xu 
hướng dịch chuyển ngang vào phía trong. 
Khối đất nằm ngoài phạm vi ảnh hưởng của 
lực hút sẽ có xu hướng chuyển dịch ra ngoài. 
Chuyển vị theo hình 8 là tương đối phù hợp 
với sự dịch chuyển của nền thực tế, tuy 
nhiên không phản ánh hoàn toàn chính xác. 
5. Kết luận 
Từ nội dung nghiên cứu như trên tác giả 
đưa ra kết luận về phương pháp mô phỏng 
như sau: 
- Có xét đến các yếu tố đặc trưng của 
công nghệ xử lý nền bằng bấc thấm: Vùng 
ảnh hưởng của bấc thấm, vùng xáo trộn khi 
cắm bấc; 
- Việc sử dụng phần tử “Drain” được 
cung cấp bởi phần mềm Plaxis có thể phản 
ánh được sự phân bố ứng suất trong nền xử 
lý bấc thấm; 
- Phương pháp áp tải chân không phản 
ánh được các đặc trưng của công nghệ cố kết 
chân không: Vùng nền xử lý gần như bị cô 
lập nên ít ảnh hưởng đến công trình xung 
quanh, áp lực chân không bị suy giảm theo 
chiều sâu, chuyển vị ngang của vùng xử lý 
dịch chuyển vào phía trung tâm; 
- Độ lún tại vị trí tim nền đắp do phân 
tích kể từ sau 50 ngày có mức chênh lệch so 
với quan trắc khoảng 6.5%. 
- Độ lún tại vị trí vai nền đắp do phân 
tích kể từ sau 145 ngày có mức chênh lệch 
so với quan trắc khoảng 3÷4.6% 
TẠP CHÍ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ GIAO THÔNG VẬN TẢI SỐ 27+28 – 05/2018 
187 
Tài liệu tham khảo 
[1] Công ty CP TVKS KĐXD Trường Sơn (2014), 
“Khu nhà ở phức hợp, thương mại dịch vụ tổng 
hợp đa chức năng và bệnh viện quốc tế trong khu 
đô thị mới Thủ Thiêm”, Báo cáo kết quả khảo sát 
địa chất công trình, TP Hồ Chí Minh. 
[2] Công ty TNHH TVTK B.R (2015), “Xử lý nền 
đất yếu bằng phương pháp bấc thấm hút chân 
không”, Hồ sơ TKKT tuyến N1, TP Hồ Chí 
Minh. 
[3] Công ty cổ phần FECON (2016), “Biện pháp thi 
công xử lý nền bằng bấc thấm hút chân không 
(PVDV)”, TP Hồ Chí Minh. 
[4] Indraratna B., Rujikiatkamjorn C., 
Balasubramaniam Bala, MacIntosh G. (2012), 
“Soft ground improvement via vertical drains and 
vacuum assisted preloading”, Griffith Univercity, 
Australia. 
[5] D.T. Bergado, J.C. Chai, M.C. Alfaro, A.S. 
Balasubramaniam (1996), “Những biện pháp kĩ 
thuật mới cải tạo đất yếu trong xây dựng”, NXB 
Giáo dục. 
[6] D.T. Bergado, A.S. Balasubramaniam (1991), 
“Smear effect of vertical drains on soft Bankok 
clay”, Journal of Geotechnical Engineering. 
[7] Công ty CP TK XD Anh Em (2016), “ Khu nhà ở 
phức hợp, thương mại dịch vụ tổng hợp đa chức 
năng và bệnh viện quốc tế trong khu đô thị mới 
Thủ Thiêm – Gói thầu xử lý nền đất yếu bằng 
bấc thấm hút chân không”, Bảng số liệu quan 
trắc thiết bị đo lún mặt, TP Hồ Chí Minh 
. Ngày nhận bài: 2/3/2018 
 Ngày chuyển phản biện: 6/3/2018 
 Ngày hoàn thành sửa bài: 28/3/2018 
 Ngày chấp nhận đăng: 6/4/2018