Nghiên cứu xây dựng mối quan hệ giữa các thông số của bài toán cố kết chân không

 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 1-2017 44 
NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MỐI QUAN HỆ GIỮA 
CÁC THÔNG SỐ CỦA BÀI TOÁN CỐ KẾT CHÂN KHÔNG 
PHẠM QUANG ĐÔNG* 
Study on developing relationship between parameters of vacuum 
consolidation 
Abstract: The paper presents results of developing the correlation 
between the consolidation time and some other parameters (plastic 
index, consolidation degree,..) in the process of vacuum consolidation. 
The study is carried out for the soils of 4 regions (Đình Vũ, Hải 
Phòng-Duyên Hải, Trà vinh, Thái Bình, Nhơn Trạch, Đồng Nai) and 
the modul Seep and Sigma of software Geostudio is used calculating 
enter-data for developing the correlations. This is first step in the 
automatization of designing the vacuum consolidation method for soft 
soil improvement. 
1. GIỚI THIỆU MÔ HÌNH SỐ 
TÍNH TOÁN 
*
Để giải các bài toán cố kết, ngoài phƣơng 
pháp tính toán bằng lý thuyết truyền thống thì 
việc ứng dụng các phần mềm địa kỹ thuật để 
tính toán cho từng bài toán cố kết đƣợc các hãng 
phần mềm quan tâm phát triển. Tuy nhiên, đến 
nay chƣa có phần mềm chuyên dụng nào ứng 
dụng cho bài toán cố kết chân không. Vì vậy 
việc lựa chọn đƣợc mô hình số phù hợp có ý 
nghĩa khoa học. 
Một số phần mềm địa kỹ thuật hiện nay có 
thể cho phép mô phỏng trực tiếp hoặc quy đổi 
áp lực chân không, nhƣng để đảm bảo độ tin 
cậy của mô hình số đƣợc lựa chọn tính toán 
cần có kiểm chứng cho sự phù hợp của nó. 
* Trường Cao đẳng Công nghệ, Kinh tế và Thủy lợi 
miền Trung 
 14 Nguyễn Tất Thành, thành phố Hội An, tỉnh 
Quảng Nam 
 ĐT: 0905381521 
 Email: dongckt@gmail.com 
Trong bài này, tác giả sử dụng chức năng tích 
hợp của 2 mô đun Seep và Sigma của phần 
mềm Geostudio để tính toán ứng dụng trong 
xây dựng mối quan hệ giữa các thông số của 
quá trình cố kết chân không cho các loại đất 
yếu nghiên cứu. Sự phù hợp của mô hình số 
này đã đƣợc kiểm chứng với kết quả thực 
nghiệm của các mô hình vật lý và kết quả xử 
lý hiện trƣờng, kết quả nghiên cứu này đã 
đƣợc tác giả công bố trên kỷ yếu hội thảo 
quốc gia “Hạ tầng giao thông với phát triển 
bền vững” [1,2,3,12]. 
2. KẾT QUẢ TÍNH TOÁN CÁC LOẠI 
ĐẤT YẾU 
2.1. Giới thiệu đất yếu tính toán 
Trong nội dung bài này giới thiệu 4 loại đất 
yếu tính toán thuộc loại bùn sét, sét pha của khu 
vực Đình Vũ – Hải phòng; Nhiệt điện Thái 
Bình; Duyên Hải – Trà Vinh; Nhơn Trạch – 
Đồng Nai, chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất tính 
toán thể hiện ở bảng 2.1; 2.2; 2.3; 2.4 
[2,4,5,6,7,8,9,10,11]. 
ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 1-2017 45 
Bảng 2.1. Chỉ tiêu cơ lý các lớp đất tính toán của loại đất yếu Đình Vũ - Hải Phòng 
Các chỉ tiêu đất nền Ký hiệu Đơn vị 
Giá trị của lớp đất 
1 2 3 
Trọng lƣợng thể tích tự 
nhiên 
γ
kN/m
3
 16 17,90 19,60 
Cƣờng độ lực dính C kPa 0 11,10 24,10 
Góc ma sát trong độ 30 10,11 15,50 
Hệ số thấm k m/s 5,4.10
-5
 2,9.10
-8
 3,8.10
-8
Hệ số nở hông  - 0,175 0,31 0,260 
Mô đun biến dạng E kPa 13750 5978 11070 
Chỉ số dẻo PI % - 24,64 18,10 
Bảng 2.2. Chỉ tiêu cơ lý các lớp đất tính toán của loại đất yếu Duyên Hải - Trà Vinh 
Các chỉ tiêu đất nền Ký hiệu Đơn vị 
Giá trị của lớp đất 
1 2 3 4 
Trọng lƣợng thể tích tự 
nhiên 
γ
kN/m
3
 16,0 16,4 19,8 19,3 
Cƣờng độ lực dính C kPa 0 6,3 - 56,6 
Góc ma sát trong độ 30 1,6 37 24 
Hệ số thấm k m/s 5,39.10
-5 
2,90.10
-8 
1,43.10
-6 
5,62.10
-9 
Hệ số nở hông  - 0,175 0,27 0,28 0,29 
Mô đun biến dạng E kPa 13750 3380 15185 13670 
Chỉ số dẻo PI % - 18,4 - 18,7 
Bảng 2.3. Chỉ tiêu cơ lý các lớp đất tính toán của loại đất yếu Nhơn Trạch - Đồng Nai 
Các chỉ tiêu đất nền Ký hiệu Đơn vị 
Giá trị của lớp đất 
1 2 3 
Trọng lƣợng thể tích tự nhiên γ 
kN/m
3
 16,0 14,17 19,0 
Cƣờng độ lực dính C kPa 0 4,60 26,0 
Góc ma sát trong độ 30 2,6 13,6 
Hệ số thấm k m/s 5,39.10
-5 
2,94.10
-8 
0,31.10
-9 
Hệ số nở hông  - 0,175 0,27 0,30 
Mô đun biến dạng E kPa 13750 230 16000 
Chỉ số dẻo PI % - 33,8 20,9 
 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 1-2017 46 
Bảng 2.4. Chỉ tiêu cơ lý các lớp đất tính toán của loại đất yếu Nhiệt điện Thái Bình 
Các chỉ tiêu đất nền Ký hiệu Đơn vị 
Giá trị của lớp đất 
1 2 3 
Trọng lƣợng thể 
tích tự nhiên 
γ
kN/m
3
16,00 17,80 18,70 
Cƣờng độ lực dính C kPa 0 18,20 25,10 
Góc ma sát trong độ 30 14,53 16,30 
Hệ số thấm k m/s 5,39.10
-5 
5,20.10
-8 
4,30.10
-8 
Hệ số nở hông  - 0,175 0,28 0,26 
Mô đun biến dạng E kPa 10000 3548 11147 
Chỉ số dẻo PI % - 27,63 18,60 
2.2. Điều kiện biên tính toán 
Để xây dựng đƣợc mối quan hệ giữa các 
thông số của quá trình cố kết, khi tính toán cho 
các loại đất yếu nêu trên, tác giả tính toán cho 
cùng điều kiện biên giống nhƣ các công trình 
thực tế đã thực hiện gồm: Loại bấc thấm thông 
dụng có kích thƣớc (4x100) mm; khoảng cách 
bấc thấm hiệu quả 1,0 m; Tải trọng gia tải gồm 
hai giai đoạn, giai đoạn 1 gồm lớp cát gia tải 
trƣớc 0,5 m có trọng lƣợng thể tích 16 kN/m3 và 
áp lực gia tải chân không trung bình 55 kPa 
trong vòng 10 ngày; giai đoạn 2 sau 10 ngày trở 
đi, lớp cát gia tải trƣớc tăng thêm 1,0 m và áp 
lực gia tải chân không trung bình là 89 kPa, 
chiều dày đất yếu xử lý (10-30) m. 
2.3. Kết quả tính toán 
Độ cố kết tính toán của các loại đất yếu ứng với các 
chiều dày nền đất yếu xử lý thể hiện ở bảng 2.1 [2]. 
Bảng 2.1. Độ cố kết tính toán của các loại đất yếu 
Loại đất yếu 
Chỉ số dẻo 
PI (%) 
Chiều dày nền đất 
yếu xử lý (m) 
Thời gian để đạt % độ cố kết (ngày) 
80% 85% 90% 95% 
Duyên Hải 
 Trà Vinh 
18,40 
10 13,78 19,11 26,76 37,07 
15 18,40 25,86 35,52 47,29 
20 20,13 30,12 44,25 60,89 
25 23,33 36,20 52,78 77,72 
30 25,55 39,01 59,62 90,70 
Đình Vũ 
Hải Phòng 
24,64 
10 18,61 25,99 35,46 46,82 
15 23,69 32,71 44,38 58,46 
20 27,25 40,65 58,29 81,45 
25 28,14 43,75 65,59 93,73 
30 31,82 50,10 75,28 109,17 
Nhiệt điện 
Thái Bình 
27,63 
10 22,30 30,75 41,42 53,64 
15 29,38 38,93 51,02 65,17 
20 32,56 47,61 66,49 90,46 
25 36,98 54,50 76,10 102,66 
30 40,33 62,47 91,07 126,70 
ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 1-2017 47 
Loại đất yếu 
Chỉ số dẻo 
PI (%) 
Chiều dày nền đất 
yếu xử lý (m) 
Thời gian để đạt % độ cố kết (ngày) 
80% 85% 90% 95% 
Nhơn Trạch 
Đồng Nai 
33,80 
10 28,33 39,00 51,01 62,69 
15 36,06 47,35 60,77 77,99 
20 40,16 55,43 78,11 106,27 
25 46,18 65,25 90,39 128,32 
30 48,72 72,10 103,85 151,06 
Quan hệ giữa độ cố kết và thời gian cố kết ứng 
với các chiều dày nền đất yếu xử lý của các loại 
đất yếu thể hiện ở hình 2.1, 2.2; 2.3, 2.4 và 2.5 [2]. 
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70
-60
-40
-20
0
20
40
60
80
100
120
140
160
 §Êt yÕu §×nh Vò - H¶i Phßng
 §Êt yÕu nhiÖt ®iÖn Th¸i B×nh
 §Êt yÕu Duyªn H¶i - Trµ Vinh
 §Êt yÕu Nh¬n Tr¹ch - §ång Nai
Thêi gian (ngµy)
§
é
 c
è
 k
Õt
 (
%
)
Hình 2.1. Quan hệ giữa độ cố kết và thời gian 
khi chiều dày nền đất yếu xử lý 10 m 
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90
-60
-40
-20
0
20
40
60
80
100
120
140
160
 §Êt yÕu §×nh Vò - H¶i Phßng
 §Êt yÕu nhiÖt ®iÖn Th¸i B×nh
 §Êt yÕu Duyªn H¶i - Trµ Vinh
 §Êt yÕu Nh¬n Tr¹ch - §ång Nai
Thêi gian (ngµy)
§
é
 c
è
 k
Õt
 (
%
)
Hình 2.2. Quan hệ giữa độ cố kết và thời gian 
khi chiều dày nền đất yếu xử lý 15 m 
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120
-60
-40
-20
0
20
40
60
80
100
120
140
 §Êt yÕu §×nh Vò - H¶i Phßng
 §Êt yÕu nhiÖt ®iÖn Th¸i B×nh
 §Êt yÕu Duyªn H¶i - Trµ Vinh
 §Êt yÕu Nh¬n Tr¹ch - §ång Nai
Thêi gian (ngµy)
§
é
 c
è
 k
Õ
t 
(%
)
Hình 2.3. Quan hệ giữa độ cố kết và thời gian 
khi chiều dày nền đất yếu xử lý 20 m 
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140
-40
-20
0
20
40
60
80
100
120
140
 §Êt yÕu §×nh Vò - H¶i Phßng
 §Êt yÕu nhiÖt ®iÖn Th¸i B×nh
 §Êt yÕu Duyªn H¶i - Trµ Vinh
 §Êt yÕu Nh¬n Tr¹ch - §ång Nai
Thêi gian (ngµy)
§
é
 c
è
 k
Õt
 (
%
)
Hình 2.4. Quan hệ giữa độ cố kết và thời gian 
khi chiều dày nền đất yếu xử lý 25 m 
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160
-40
-20
0
20
40
60
80
100
120
140
 §Êt yÕu §×nh Vò - H¶i Phßng
 §Êt yÕu nhiÖt ®iÖn Th¸i B×nh
 §Êt yÕu Duyªn H¶i - Trµ Vinh
 §Êt yÕu Nh¬n Tr¹ch - §ång Nai
Thêi gian (ngµy)
§
é
 c
è
 k
Õt
 (
%
)
Hình 2.5. Quan hệ giữa độ cố kết và thời gian 
khi chiều dày nền đất yếu xử lý 30 m 
3. XÂY DỰNG MỐI QUAN HỆ GIỮA 
CÁC THÔNG SỐ CỦA BÀI TOÁN CỐ KẾT 
CHÂN KHÔNG 
Để thuận lợi trong việc đƣa ra đƣợc dự đoán 
về quá trình biến đổi các thông số của quá trình 
cố kết khi xử lý nền bằng phƣơng pháp cố kết 
chân không, thông qua các kết quả tính toán cho 
các loại đất yếu nêu trên, tác giả tiến hành xây 
dựng mối quan hệ giữa thời gian cố kết (t), với 
chỉ số dẻo (PI), độ cố kết (U) và chiều dày nền 
đất yếu xử lý (H) cho 2 trƣờng hợp [2]: 
Trƣờng hợp 1: Xây dựng mối quan hệ trên 
khi chiều dày nền đất yếu xử lý đã đƣợc xác 
định: H = (10-30) m 
 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 1-2017 48 
Có thể coi thời gian cố kết (t) là hàm của chỉ 
số dẻo (PI), độ cố kết (U%) với chiều dày nền 
đất yếu xử lý (H) là hằng số. 
Trƣờng hợp 2: Xây dựng mối quan hệ trên 
khi độ cố kết xác định. 
Có thể coi thời gian cố kết (t) là hàm của chỉ 
số dẻo (PI), chiều dày nền đất yếu xử lý (H) với 
độ cố kết (U%) là hằng số. 
Kết quả xây dựng mối quan hệ giữa các 
thông số của quá trình cố kết ứng các chiều dày 
nền đất yếu xử lý H = (10-30) m đƣợc thể hiện ở 
hình 2.6, 2.7, 2.8, 2.9 và 2.10 [2]. 
Hình 2.6. Quan hệ giữa thời gian cố kết với 
 chỉ số dẻo và độ cố kết khi chiều dày nền đất 
yếu xử lý là 10 m 
Hình 2.7. Quan hệ giữa thời gian cố kết với 
chỉ số dẻo và độ cố kết khi chiều dày nền đất 
yếu xử lý là 15 m 
Hình 2.8. Quan hệ giữa thời gian cố kết với 
chỉ số dẻo và độ cố kết khi chiều dày nền đất 
yếu xử lý là 20 m 
Hình 2.9. Quan hệ giữa thời gian cố kết với 
chỉ số dẻo và độ cố kết khi chiều dày nền đất 
yếu xử lý là 25 m 
Hình 2.10. Quan hệ giữa thời gian cố kết với 
chỉ số dẻo và độ cố kết khi chiều dày nền đất 
yếu xử lý là 30 
Kết quả xây dựng mối quan hệ giữa các 
thông số của quá trình cố kết ứng các độ cố kết 
U = 80%, 85%, 90%, 95% đƣợc thể hiện ở hình 
2.11, 2.12, 2.13, và 2.14 [2]. 
ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 1-2017 49 
Hình 2.11. Quan hệ giữa thời gian cố kết với 
 chỉ số dẻo và chiều dày nền đất yếu khi độ cố 
kết là 80% 
Hình 2.12. Quan hệ giữa thời gian cố kết với 
 chỉ số dẻo và chiều dày nền đất yếu khi độ cố 
kết là 85% 
Hình 2.13. Quan hệ giữa thời gian cố kết với 
chỉ số dẻo và chiều dày nền đất yếu khi độ cố 
kết là 90% 
Hình 2.14. Quan hệ giữa thời gian cố kết với 
 chỉ số dẻo và chiều dày nền đất yếu khi độ 
cố kết là 95% 
Kết quả từ hình 2.6 đến 2.14 cho mối quan 
hệ giữa thời gian cố kết với chỉ số dẻo, chiều 
dày nền đất yếu và độ cố kết của các loại đất 
yếu khi xử lý nền bằng phƣơng pháp cố kết 
chân không. Mối quan hệ này đƣợc biểu diễn 
thông qua các phƣơng trình t80 đến t95 và t10 đến 
t30 ứng với chiều dày nền đất yếu xử lý từ 10 m 
đến 30 m và độ cố kết từ 80% đến 95%. 
Ghi chú: 
- t80, t85, t90, t95 là thời gian (t) để đạt đƣợc độ 
cố kết tƣơng ứng 80%, 85%, 90%, 95%. 
- t10, t15, t20, t25, t30 là thời gian cố kết (t) khi 
chiều dày nền đất yếu xử lý 10 m, 15 m, 20 m, 
25 m, 30m. 
KẾT LUẬN 
Từ kết các quả tính toán, xây dựng mối quan 
hệ giữa các thông số của quá trình cố kết cho 
các loại đất yếu Duyên Hải - Trà Vinh, Đình 
Vũ - Hải Phòng, Nhiệt điện Thái Bình, Nhơn 
Trạch - Đồng Nai từ mô hình số phù hợp đã 
đƣợc kiểm nghiệm, tác giả đƣa ra đƣợc các kết 
luận sau: 
- Xây dựng đƣợc các phƣơng trình t80, t85, t90, 
t95 và t10, t15, t20, t25, t30 về mối quan hệ giữa thời 
gian cố kết với chỉ số dẻo, độ cố kết và chiều 
dày nền đất yếu xử lý của các loại đất yếu khi 
độ cố kết và chiều dày nền đất yếu xử lý đƣợc 
xác định. 
- Dựa vào các phƣơng trình t80, t85, t90, t95 
và t10, t15, t20, t25, t30, đƣa ra đƣợc các dự đoán 
 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 1-2017 50 
về thời gian cố kết, độ cố kết cho loại đất sét 
yếu có chỉ số dẻo từ 18,4% đến 33,8% khi xử 
lý nền bằng phƣơng pháp cố kết chân không, 
với các chiều dày nền đất yếu xử lý khác nhau 
từ 10 m đến 30 m, ứng với loại bấc thấm, 
khoảng cách bấc thấm và cấp tải trọng gia tải 
xác định trƣớc. 
KIẾN NGHỊ 
Kết quả bài báo tác giả chỉ xây dựng mối 
quan hệ giữa các thông số nêu trên ứng các 
chiều dày nền đất yếu xử lý H = (10-30) m với 
độ cố kết U = (80-95)% với khoảng cách bấc 
thấm hiệu quả là 1,0 m và loại bấc thấm thông 
dụng có kích thƣớc (4x100) mm và cấp tải 
trọng xác định đã đƣợc ứng dụng rộng rãi khi 
xử lý cho các hiện trƣờng nghiên cứu, cần xây 
dựng mối quan hệ này cho các cấp gia tải khác 
nhau để có thể đƣa ra đƣợc các dự đoán về 
quá trình cố kết cho các trƣờng hợp gia tải 
khác nhau. 
Cần tổng quát mối quan hệ trên thành 
phƣơng trình chung để thuận lợi hơn cho quá 
trình đƣa ra các dự đoán ban đầu về quá trình 
cố kết khi xử lý nền bằng phƣơng pháp cố kết 
chân không. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
1. Phạm Quang Đông, Bùi Văn Trƣờng, 
Trịnh Minh Thụ (2013), "Nghiên cứu quá trình 
biến đổi ALNLR và biến dạng của nền đất yếu 
khi cố kết chân không bằng MHVL", Tạp chí 
Địa kỹ thuật, (2), 12-21. 
2. Phạm Quang Đông (2015), Nghiên cứu 
phương pháp cố kết chân không xử lý nền đất 
yếu để xây dựng công trình, Luận án tiến sĩ kỹ 
thuật, ĐHTL, Hà Nội. 
3. Bùi Văn Trƣờng, Phạm Quang Đông và 
nnk (2013), ”Nghiên cứu thực nghiệm trong 
phòng phƣơng pháp cố kết bằng bấc thấm trong 
xử lý nền đất yếu”, đề tài NCKH đặc thù năm 
2012, ĐHTL, Hà Nội. 
4. Fecon - Shanghai Harbour (2009), 
Technical design for soil improvement of Dinh 
Vu Polyester Plant Project. 
5. Fecon - Shanghai Harbour (2009), 
Technical design for soil improvement of Nhon 
Trach 2 Combined Cycle Power Project. 
6. Fecon - Shanghai Harbour (2010), Monitoring 
data of Dinh Vu Polyester Plant Project. 
7. Fecon - Shanghai Harbour (2010), 
Monitoring data of Nhon Trach 2 Combined 
Cycle Power Project. 
8. Fecon (2012), Report on additional 
geotechnical investigation of Thai Binh 1 
thermal power plant. 
9. Fecon - Shanghai Harbour (2013), 
Unloading report of zone A-3 of Duyen Hai 3 
Thermal Power Plant Project. 
10. Power Engineering Coonsulting Joint 
Stock Company 3 (2013), Design report of soil 
improvement of Duyen Hai 3 Thermal Power 
Plant Project. 
11. Power Engineering Coonsulting Joint 
Stock Company 3 (2013), Geotechnical 
engineering investigation report of Duyen Hai 3 
Thermal Power Plant Project. 
12. Phạm Quang Đông (2016), “Ứng dụng 
mô đun Seep và Sigma của phần mềm 
Geostudio để giải quyết bài toán cố kết chân 
không”, Kỷ yếu hội thảo quốc gia Hạ tầng giao 
thông với phát triển bền vững, 523-533. 
Người phản biện: PGS,TS ĐOÀN THẾ TƢỜNG