Thiết kế xử lý nền đất yếu bằng cọc cát, xi măng, vôi tại Trường Trung học phổ thông Tây Thái Thụy, Thái Bình

78 Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất Tập 59, Kỳ 4 (2018) 78-85 
Thiết kế xử lý nền đất yếu bằng cọc cát-xi măng-vôi tại Trường 
Trung học phổ thông Tây Thái Thụy, Thái Bình 
Tạ Đức Thịnh * 
Khoa Xây dựng, Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Việt Nam 
THÔNG TIN BÀI BÁO 
TÓM TẮT 
Quá trình: 
Nhận bài 15/6/2018 
Chấp nhận 20/7/2018 
Đăng online 31/8/2018 
 Phương pháp xử lý nền đất yếu bằng cọc cát-xi măng-vôi là phương pháp 
mới, được đề xuất trên cơ sở phương pháp cọc cát, cọc đất-xi măng và cọc 
đất-vôi. Cơ sở phương pháp luận của phương pháp là tác dụng nén chặt cơ 
học, tác dụng cố kết thấm và tác dụng gia tăng cường độ của vật liệu cọc và 
đất nền xung quanh cọc sau khi gia cố. Bài báo trình bày kết quả ứng dụng 
phương pháp cọc cát-xi măng-vôi để gia cố, xử lý nền đất yếu tại Trường 
Trung học Phổ thông Tây Thái Thụy, Thái Bình. Kết quả cho thấy, sau khi gia 
cố, lực dính của đất nền tăng 126%, hệ số nén lún giảm 55%, mô đun tổng 
biến dạng tăng 277%. 
© 2018 Trường Đại học Mỏ - Địa chất. Tất cả các quyền được bảo đảm. 
Từ khóa: 
Đất yếu 
Cọc cát-xi măng-vôi 
Sức chịu tải 
Độ lún 
1. Mở đầu 
Đất yếu là loại đất có thành phần, trạng thái 
và tính chất đặc biệt, phân bố khá rộng rãi ở nước 
ta, đặc biệt là ở vùng đồng bằng Bắc Bộ và đồng 
bằng sông Cửu Long (Trần Đình Kiên, 2016). Đây 
là các loại đất có sức kháng cắt nhỏ, tính biến dạng 
lớn, rất nhạy cảm với tác động của tải trọng ngoài. 
Khi xây dựng các loại công trình trên nền đất yếu, 
dù có quy mô, tải trọng vừa và nhỏ, nếu không có 
giải pháp gia cố, xử lý nền thích hợp, công trình sẽ 
bị hư hỏng, thậm chí bị phá hủy do mất ổn định về 
cường độ và biến dạng (Nguyễn Trấp, Nguyễn Anh 
Dũng, 1985). 
Hiện nay, có khá nhiều các phương pháp xử 
lý, gia cố nền đất yếu được ứng dụng ở nước ta 
như các phương pháp cọc cát, giếng cát, bấc thấm, 
cọc đất-xi măng, cọc đất-vôi...và đã mang lại hiệu 
quả tích cực, đáp ứng được yêu cầu của thực tiễn 
xây dựng công trình (Bergado, 1994). Tuy nhiên, 
mỗi phương pháp đều có những ưu điểm, nhược 
điểm nhất định. Phương pháp cọc cát có ưu điểm 
cơ bản là sau khi thi công, tác dụng nén chặt cơ học 
được phát huy và có thể xây dựng công trình ngay. 
Thế nhưng, đối với những khu vực có mực nước 
ngầm dao động mạnh, cọc cát dễ bị gãy, cắt, các hạt 
cát ở đáy cọc có thể di cư đi nơi khác làm cho chân 
cọc bị rỗng, dẫn đến sức chịu tải của cọc và nền 
giảm đi đáng kể theo thời gian, gây mất ổn định 
công trình. Phương pháp giếng cát, bấc thấm có ưu 
điểm là tăng nhanh quá trình cố kết thoát nước 
của đất nền nhưng nhược điểm là thời gian chờ 
đất nền thoát nước quá lâu, công trình chậm được 
thi công dẫn đến hiệu quả đầu tư không cao. 
Phương pháp cọc đất-xi măng có ưu điểm là gia 
tăng được cường độ chịu tải của cọc theo ý muốn, 
có thể tiến hành xây dựng công trình ngay sau khi 
_____________________ 
*Tác giả liên hệ 
E-mail: taducthinh@humg.edu.vn 
 Tạ Đức Thịnh/Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 59 (4), 78-85 79 
kết thúc quá trình thi công cọc. Tuy nhiên, phương 
pháp này có nhược điểm là không làm tăng sức 
chịu tải của đất nền ở xung quanh cọc và trong 
trường hợp dưới mũi cọc phân bố các lớp đất yếu 
thì hiệu quả xử lý, gia cố nền không cao (Tạ Đức 
Thịnh, 2002). 
Để khắc phục những nhược điểm và phát huy 
ưu điểm của các phương pháp trên, chúng tôi đã 
đề xuất phương pháp xử lý, gia cố nền đất yếu 
bằng cọc cát - xi măng - vôi. Đây là phương pháp 
mới, phát huy được những ưu điểm và khắc phục 
được nhược điểm của các phương pháp cọc cát, 
cọc đất - xi măng và cọc đất - vôi, đồng thời tận 
dụng được nguồn vật liệu tại chỗ, phù hợp với 
điều kiện Việt Nam, mang lại hiệu quả kinh tế - kỹ 
thuật cao. Mặc dù vậy, cho đến nay, phương pháp 
này vẫn chưa được ứng dụng rộng rãi, một phần 
là do chưa xây dựng được cơ sở lý thuyết và thực 
nghiệm vững chắc, công nghệ thi công chưa hiện 
đại, và phần quan trọng hơn, đó là, chưa được cơ 
quan có thẩm quyền cho phép triển khai. Để tiếp 
tục hoàn thiện cơ sở lý thuyết và thực nghiệm, 
chúng tôi đã áp dụng phương pháp này để xử lý, 
gia cố nền đất yếu tại một số công trình có quy mô, 
tải trọng vừa và nhỏ ở Quảng Ninh, Thanh Hóa, 
đặc biệt là ở Trường Trung học Phổ thông Tây 
Thái Thụy, Thái Bình, bước đầu mang lại kết quả 
khá rõ rệt cả về kĩ thuật và kinh tế (Trần Đình Kiên, 
2016). 
2. Cơ sở lý thuyết phương pháp gia cố nền 
đất yếu bằng cọc cát-xi măng-vôi 
Như trên đã nói, phương pháp gia cố nền đất 
yếu bằng cọc cát-xi măng-vôi là phương pháp kết 
hợp các phương pháp cọc cát, cọc đất-xi măng và 
cọc đất-vôi. Bản chất của phương pháp là dùng 
thiết bị chuyên dụng đưa một lượng vật liệu hỗn 
hợp bao gồm cát, xi măng, vôi vào nền đất để tạo 
ra một cọc hỗn hợp cát-xi măng-vôi có cường độ 
nhất định nhằm tăng sức chịu tải của nền, giảm độ 
lún công trình. 
Cơ sở phương pháp luận của phương pháp 
cọc cát-xi măng-vôi xử lý nền đất yếu là cơ sở lý 
thuyết và thực nghiệm làm sáng tỏ quá trình nén 
chặt cơ học, quá trình cố kết thấm, quá trình gia 
tăng cường độ của cọc và sức kháng cắt của đất 
nền, việc tính toán sức chịu tải và độ lún của nền 
sau gia cố, cụ thể như sau: 
2.1. Quá trình nén chặt cơ học 
Phương pháp cọc cát-xi măng-vôi giống như 
phương pháp cọc cát, chỉ khác là vật liệu làm cọc 
không phải là cát mà là hỗn hợp cát, xi măng và vôi. 
Lượng hỗn hợp cát, xi măng và vôi được đưa vào 
nền sẽ chiếm chỗ lỗ rỗng của đất nền, làm cho tổng 
thể tích lỗ rỗng của nền giảm đi, các hạt đất sắp xếp 
lại, kết quả là đất nền được nén chặt, sức kháng cắt 
tăng lên, hệ số nén lún giảm đi. Quá trình này có 
thể được mô tả như sau: 
Nếu xét một khối đất có thể tích ban đầu là Vo, 
thể tích hạt rắn là Vho, thể tích lỗ rỗng ban đầu là 
Vro, ta có: Vo = Vho + Vro. Sau khi gia cố, thể tích 
khối đất là V, thể tích hạt rắn là Vh, thể tích lỗ rỗng 
là Vr, ta có: V = Vh + Vr. Như vậy, sự thay đổi thể 
tích khối đất trước và sau khi gia cố là V = Vo - V 
= (Vho + Vro) - (Vh + Vr) = Vho + Vro - Vh - Vr. Do 
hạt rắn không biến dạng nên thể tích hạt rắn trước 
và sau khi gia cố không đổi (Vho = Vh), vì vậy, V = 
Vro - Vr = Vr, hay là V = Vr . Biểu thức này cho 
thấy bản chất của quá trình nén chặt cơ học, nghĩa 
là, sự thay đổi thể tích khối đất khi gia cố chính là 
sự thay đổi thể tích lỗ rỗng trong khối đất. 
2.2. Quá trình cố kết thấm 
Ngoài tác dụng nén chặt cơ học, phương pháp 
cọc cát-xi măng-vôi còn có tác dụng làm tăng 
nhanh quá trình cố kết thoát nước của đất nền. Sở 
dĩ như vậy là vì, hỗn hợp cát-xi măng-vôi được 
trộn khô, khi đưa vào nền sẽ hút nước ở trong nền 
để tạo ra vữa xi măng-vôi và sau đó được đông 
cứng biến thành đá xi măng. Quá trình này xảy ra 
ngay sau khi bắt đầu gia cố và chia thành hai thời 
kỳ: thời kỳ ninh kết và thời kỳ rắn chắc. Trong thời 
kỳ ninh kết, vữa xi măng mất dần tính dẻo và đặc 
dần lại nhưng chưa có cường độ. Trong thời kỳ rắn 
chắc, chủ yếu xảy ra quá trình thủy hóa các thành 
phần khoáng vật của clinke, gồm silicat tricalcit 
3CaO. SiO2, silicat bicalcit 2CaO. SiO2, aluminat 
tricalcit 3CaO. Al2O3, feroaluminat tetracalcit 
4CaO.Al2O3.Fe2O3 theo các phương trình sau: 
+ 3CaO. SiO2 + nH2O = Ca(OH)2 + 2CaO. 
SiO2(n-1)H2O. 
+ 2CaO. SiO2 + mH2O = 2CaO. SiO2mH2O. 
+ 3CaO. Al2O3 + 6H2O = 3CaO. Al2O3. 6H2O. 
+ 4CaO. Al2O3. Fe2O3 + nH2O = 3CaO. Al2O3. 
6H2O + CaO. Fe2O3. mH2O. 
Các sản phẩm hình thành sau quá trình thủy 
hóa (Ca(OH)2, 3CaO. Al2O3. 6H2O) sẽ trải qua 3 giai 
đoạn hòa tan, hóa keo và kết tinh, làm tổn thất một 
lượng nước lớn trong lỗ rỗng của đất. Ngoài ra, 
80 Tạ Đức Thịnh/Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 59 (4), 78-85 
quá trình thủy hóa vôi kèm theo sự tỏa nhiệt làm 
tăng nhanh quá trình cố kết của đất nền, được biểu 
diễn bằng phản ứng sau: 
CaO + H2O = Ca(OH)2 +15,5 Kcalo. 
Mặt khác, nếu sử dụng cát hạt thô trộn với xi 
măng và vôi theo tỷ lệ thích hợp thì sau khi đông 
cứng, cọc cát-xi măng-vôi sẽ có cấu trúc dạng ’‘tổ 
ong’’, vẫn có thể tiếp tục cho nước thấm qua và làm 
việc tương tự như một giếng thu nước thẳng đứng. 
Dưới tác dụng của tải trọng công trình, cùng với 
thời gian, ứng suất hữu hiệu tăng lên, ứng suất 
trung tính giảm đi, nước trong lỗ rỗng của đất sẽ 
thấm vào cọc theo phương ngang rồi thoát lên 
trên mặt đất theo chiều dài cọc. Quá trình này có 
thể được biểu diễn bằng phương trình z =  + U, 
trong đó, z là ứng suất tổng,  là ứng suất hữu 
hiệu, U là ứng suất trung tính (Tạ Đức Thịnh, 
2002). 
2.3. Quá trình gia tăng cường độ của cọc và 
sức kháng cắt của đất nền xung quanh cọc 
Về bản chất, cọc cát-xi măng-vôi khác cọc đất-
xi măng ở chỗ, vật liệu tạo nên cọc cát-xi măng-vôi 
bao gồm hỗn hợp cát, xi măng và vôi, còn vật liệu 
tạo nên cọc đất-xi măng chỉ bao gồm đất và xi 
măng. Như vậy, khi trộn cát với xi măng và vôi, hỗn 
hợp này hút nước tạo ra vữa cát- xi măng-vôi và 
đông cứng lại, sức kháng cắt của hỗn hợp tăng lên 
đáng kể nhờ gia tăng thành phần lực dính do xi 
măng và vôi tạo ra. Quá trình này có thể giải thích 
như sau: 
Khi chưa có xi măng và vôi, sức kháng cắt của 
cát là τ=σtgφ, với φ là góc ma sát trong của cát. 
Sau khi trộn xi măng và vôi vào cát, hỗn hợp cát-xi 
măng-vôi hút nước tạo thành vữa cát-xi măng-vôi 
và đông cứng, sức kháng cắt lúc này có thêm thành 
phần lực dính do xi măng và vôi tạo ra, khi đó 
τ=σtgφ+Cxm, với Cxm là lực dính được tạo bởi liên 
kết xi măng-vôi. 
Ngoài ra, cọc cát-xi măng-vôi còn tạo ra quá 
trình trao đổi ion và phản ứng puzolan xảy ra ở 
mặt tiếp xúc giữa cọc cát-xi măng-vôi và đất nền. 
Các ion canxi hóa trị hai thay thế các ion natri và 
hydro hóa trị một ở trong lớp điện kép bao quanh 
mỗi hạt khoáng vật sét của đất. Vì cần ít hơn canxi 
hóa trị hai để trung hòa lưới điện âm trên bề mặt 
của mỗi khoáng vật sét nên giảm được kích thước 
của lớp điện kép và do đó làm tăng lực hút của các 
hạt sét, dẫn đến lực dính của đất tăng lên. Mặt 
khác, silic và nhôm trong khoáng vật sét sẽ phản 
ứng với silicat canxi và hydrat nhôm canxi trong 
phản ứng puzolan, tạo ra các hợp chất có độ bền 
cao trong môi trường nước. Những quá trình này 
làm tăng lực ma sát và lực dính của đất xung 
quanh cọc gia cố, dẫn đến gia tăng cường độ của 
đất nền (Tạ Đức Thịnh, 2002).. 
2.4. Vấn đề tính toán sức chịu tải của nền và 
độ lún của công trình 
Việc tính toán sức chịu tải của nền và độ lún 
của công trình sau khi gia cố sao cho chính xác và 
đảm bảo độ tin cậy là một trong những vấn đề hết 
sức quan trọng khi thiết kế xử lý nền đất yếu bằng 
cọc cát-xi măng-vôi. Do đây là phương pháp mới 
nên việc tính toán sức chịu tải và độ lún của nền 
gia cố bằng cọc cát-xi măng-vôi còn có nhiều ý kiến 
khác nhau. Một số nhà khoa học đề nghị tính toán 
sức chịu tải của cọc và độ lún của công trình theo 
các phương pháp hiện hành giống như phương 
pháp tính toán nền gia cố bằng cọc đất-xi măng mà 
Bengt Brome, Bergado và nhiều người khác đề 
xuất (Bergado et al., 1994). Tuy nhiên, phương 
pháp tính sức chịu tải và độ lún hiện hành đối với 
nền gia cố bằng cọc đất-xi măng có những hạn chế, 
nhất là khi dưới mũi cọc phân bố các lớp đất yếu 
(Tạ Đức Thịnh, 2017). Theo quan điểm địa chất 
công trình, tất cả các phương pháp gia cố, xử lý nền 
đất yếu đều là các phương pháp cải tạo tính chất 
cơ lý của đất nền, làm cho nền đất sau khi gia cố có 
tính năng xây dựng tốt lên, nâng cao sức chịu tải, 
giảm độ lún của công trình. Vì vậy, chúng tôi cho 
rằng, có thể coi nền đất yếu sau khi gia cố bằng cọc 
cát-xi măng-vôi là một nền đất mới, có thành phần, 
trạng thái và tính chất cơ lý mới. Khi đó, hoàn toàn 
có thể tính toán sức chịu tải của nền và độ lún của 
công trình theo cách tính thông thường theo lý 
thuyết đàn hồi và nền biến dạng tuyến tính. Vấn đề 
là cần xác định hàm lượng cát, xi măng, vôi thích 
hợp sao cho cường độ của cọc cát-xi măng-vôi 
không có sự khác biệt quá lớn so với cường độ đất 
nền xung quanh cọc để có thể coi nền đất mới là 
nền biến dạng tuyến tính, đồng nhất và đẳng 
hướng. Tuy nhiên, khi tính toán độ lún của nền 
công trình sau gia cố, có một số ý kiến đặt vấn đề: 
lượng vật liệu cát, xi măng, vôi đưa vào nền có 
được coi là tải trọng gây lún hay không? Đây là vấn 
đề phức tạp, hiện còn nhiều tranh luận. Chúng tôi 
cho rằng, cần phân biệt hai trường hợp là thi công 
chậm và thi công nhanh.
 Tạ Đức Thịnh/Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 59 (4), 78-85 81 
Trường hợp thi công chậm là trường hợp sau 
khi gia cố nền một thời gian mới bắt đầu thi công 
xây dựng công trình. Trong trường hợp này, hoàn 
toàn có thể coi nền gia cố là một nền tự nhiên mới, 
bởi vì, lượng cát, xi măng, vôi đưa vào nền đã phát 
huy hết tác dụng (nén chặt cơ học, cố kết thấm, gia 
tăng cường độ cọc và đất nền xung quanh cọc), 
làm thay đổi trạng thái ứng suất bản thân của đất 
nền. Khi đó, nền đất yếu đã gia cố trở thành một 
nền đất mới, có thành phần, trạng thái và tính chất 
cơ lý mới và việc tính toán sức chịu tải và biến 
dạng hoàn toàn như đối với nền tự nhiên. Nghĩa là, 
lượng cát, xi măng, vôi đưa vào nền không thể coi 
là tải trọng ngoài gây lún. Trường hợp thi công 
nhanh, tức là ngay sau khi hoàn thành việc gia cố 
nền thì tiến hành xây dựng công trình ngay. Trong 
trường hợp này, rõ ràng, lượng cát, xi măng, vôi 
đưa vào nền chỉ mới phát huy hết tác dụng nén 
chặt cơ học, còn tác dụng cố kết thoát nước và gia 
tăng cường độ cọc và đất nền xung quanh cọc phải 
sau một thời gian mới phát huy hết. Như vậy, mới 
chỉ có một phần cát, xi măng, vôi được xem là tải 
trọng ngoài gây ra biến dạng nền, phần còn lại, 
theo thời gian sẽ tiếp tục phát huy tác dụng cố kết, 
gia tăng cường độ cọc và đất nền xung quanh cọc. 
Nghĩa là, chỉ một phần cát, xi măng, vôi có thể xem 
là tải trọng ngoài gây lún công trình. Tuy nhiên, 
việc xác định bao nhiêu % lượng cát, xi măng, vôi 
đưa vào nền đóng vai trò như tải trọng ngoài gây 
lún ngay lập tức và bao nhiêu % lượng cát, xi 
măng, vôi đưa vào nền gây tác dụng biến dạng nền 
theo thời gian là vấn đề rất phức tạp, cần có nhiều 
nghiên cứu về lý thuyết và thực nghiệm để làm 
sáng tỏ. Chúng tôi đề xuất có thể lấy một giá trị 
bằng 50 % khối lượng cát, xi măng, vôi đưa vào 
nền bổ sung vào giá trị trị áp lực gây lún để 
tính toán độ lún công trình. 
3. Tính toán thiết kế xử lý nền đất yếu 
Trường Trung học Phổ thông Tây Thái Thụy 
3.1. Đặc điểm cấu trúc nền 
Trường Trung học Phổ thông Tây Thái Thụy, 
Thái Bình được xây dựng tại xã Thụy Anh, huyện 
Thái Thụy, tỉnh Thái Bình, có quy mô 3 tầng với 21 
phòng học, 2 cầu thang và 3 khu vệ sinh khép kín. 
Chiều dài công trình 82,4 m, chiều rộng 11,0 m, 
chiều cao 10,8 m, diện tích sử dụng 2006 m2. 
Cấu trúc nền khu vực xây dựng đến độ sâu 30 
m gồm 4 lớp đất (Công ty tư vấn quy hoạch khảo 
sát thiết kế xây dựng Thái Bình, 1999), theo thứ tự 
từ trên xuống dưới như sau: 
Lớp 1: Đất lấp, thành phần là sét pha lẫn gạch 
vỡ, chiều dày 0,6 - 1,0 m 
Lớp 2: Bùn sét pha lẫn thấu kính cát bụi màu 
xám tro, có nhiều tạp chất hữu cơ, chiều dày 7,0 - 
8,0 m 
Lớp 3: Bùn sét lẫn bùn sét pha, chiều dày 
trung bình 12,0 m 
Lớp 4: Sét pha dẻo mềm-dẻo chảy, chiều dày 
lớn hơn 10,5 m. 
Giá trị trung bình một số chỉ tiêu cơ lý của các 
lớp đất nền được trình bày trong Bảng 1. 
Với cấu trúc nền như trên, các kỹ sư tư vấn 
thiết kế đều đưa ra giải pháp móng cọc bê tông cốt 
thép, kích thước 20 x 20 cm, chiều dài cọc 25 m, 
tựa vào lớp sét trạng thái dẻo mềm 4. Tuy nhiên, 
việc sử dụng giải pháp móng cọc bê tông cốt thép 
sẽ làm tăng giá thành công trình nên sau khi phân 
tích, tính toán các yếu tố kĩ thuật - kinh tế, chúng 
tôi kiến nghị giải pháp móng băng trên nền gia cố 
bằng cọc cát-xi măng-vôi. 
Chỉ tiêu Đơn vị Lớp 1 Lớp 2 Lớp 3 
Khối lượng thể tích g/cm3 1,67 1,65 1,72 
Hệ số rỗng 1,387 1,315 1,006 
Độ ẩm % 47,18 46,25 45,3 
Độ sệt 1,351 1,274 0,75 
Góc ma sat trong độ 6o35’ 6o12’ 10o12’ 
Lực dính kG/cm2 0,05 0,07 0,18 
Hệ số nén lún cm2/kG 0,101 0,107 0,054 
Môđun tổng biến dang kG/cm2 22,0 21,0 59,0 
Bảng 1. Giá trị trung bình một số chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất nền. 
82 Tạ Đức Thịnh/Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 59 (4), 78-85 
3.2. Xác định hàm lượng xi măng, vôi thích 
hợp trong hỗn hợp tạo cọc 
Việc xác định hàm lượng xi măng, vôi thích 
hợp có ý nghĩa rất quan trọng, vừa tiết kiệm về 
kinh tế lại vừa tạo ra một nền đất có thể coi là nền 
đồng nhất, đẳng hướng để áp dụng các phương 
pháp tính toán theo lý thuyết đàn hồi và nền biến 
dạng tuyến tính. 
Để xác định hàm lượng xi măng, vôi thích hợp 
trong hỗn hợp tạo cọc, chúng tôi đã tiến hành chế 
tạo các mẫu chế bị với vật liệu là cát hạt trung, xi 
măng Pooclăng P300 Hoàng Thạch và vôi bột 
nghiền từ vôi cục khô. Hàm lượng xi măng và vôi 
được tính theo % khối lượng cát khô, lần lượt là, 
xi măng: 5,0; 7,5; 10; 12,5 và 15 %, vôi: 5,0; 7,0; 9,0 
và 11 %. Cát, xi măng, vôi được trộn khô với nhau 
ở trong chậu và cho thêm nước từ từ bằng bình 
phun. Mẫu được đúc bằng ống nhựa có đường 
kính trong 86 mm, chiều cao 172 mm. Khi đúc 
mẫu, chỉ cho nước thấm ướt mẫu sao cho không bị 
chảy nước xi măng ra xung quanh và không thấm 
xuống phía dưới ống nhựa. Sau khi đúc mẫu xong, 
để mẫu trong phòng, hàng ngày phun nước bảo 
dưỡng lên bề mặt và sau khi bảo dưỡng 28 ngày, 
mẫu được mang đi thí nghiệm thấm và nén một 
trục. Tổng số mẫu thí nghiệm là 25. Kết quả thí 
nghiệm được trình bày trong Bảng 2 và Bảng 3. 
Từ kết quả thí nghiệm mẫu chế bị có thế rút 
ra một số nhận xét sau: 
- Hệ số thấm của cát hạt trung khi chưa có xi 
măng và vôi là 26,45 m/ngđ, 
- Hệ số thấm của mẫu chế bị giảm dần khi hàm 
lượng xi măng và vôi tăng, 
- Khi hàm lượng xi măng tăng > 10%, hệ số 
thấm của mẫu chế bị giảm rất mạnh, 
- Hàm lượng xi măng thích hợp trong hỗn hợp 
cát-xi măng-vôi nên lấy < 10%, hàm lượng vôi nên 
lấy nhỏ hơn hoặc bằng 9% vì khi đó hệ số thấm 
của cọc K > 2 m/ngđ có thể cho nước thấm qua. 
- Cường độ kháng nén của cọc tỷ lệ thuận với 
hàm lượng xi măng và vôi. Tuy nhiên, do sau khi 
gia cố nền, môđun tổng biến dạng của cọc và đất 
xung quanh cọc cần có giá trị khác nhau không lớn 
để áp dụng lý thuyết đàn hồi trong tính toán sức 
chịu tải của nền và độ lún của công trình nên hàm 
lượng xi măng và vôi trong hỗn hợp tạo cọc nên 
lấy nhỏ hơn hoặc bằng 10%. 
Trên cơ sở thí nghiệm và phân tích kỹ hiệu 
quả kinh tế - kỹ thuật, chúng tôi kiến nghị lựa chọn 
hàm lượng xi măng 7,5%, hàm lượng vôi 7%. Khi 
đó, cọc cát-xi măng-vôi sẽ có hệ số thấm K = 16,09 
m/nđ, cường độ kháng nén n = 9,2 kG/cm2 sẽ dễ 
dàng cho nước thấm qua và có thể áp dụng các 
phương pháp hiện hành để tính sức chịu tải và độ 
lún của công trình. 
Số TT Hàm lượng xi măng (%) Hàm lượng vôi (%) (tỷ lệ % tính theo khối lượng cát khô) 
 0,0 5,0 7,0 9,0 11,0 
1 0,0 26,45 
2 5,0 22,85 21,82 20,46 18,77 17,12 
3 7,5 18,49 17,27 16,09 14,78 13,56 
4 10,0 3,66 3,14 2,67 2,06 1,64 
5 12,5 1,17 1,00 0,80 0,61 0,38 
6 15,0 0,80 0,70 0,47 0,33 0,23 
Số TT Hàm lượng xi măng (%) Hàm lượng vôi (%) (tỷ lệ % tính theo khối lượng cát khô) 
 0,0 5,0 7,0 9,0 11,0 
1 5,0 1,6 2,3 3,5 4,8 6,6 
2 7,5 5,5 7,2 9,2 11,8 15,0 
3 10,0 21,2 22,7 24,2 25,7 27,6 
4 12,5 49,8 49,8 50,1 50,5 50,7 
5 15,0 60,4 60,4 60,6 60,5 60,6 
Bảng 2. Giá trị trung bình hệ số thấm K của các mẫu chế bị (m/ngđ). 
Bảng 3. Giá trị trung bình cường độ chịu nén một trục của các mẫu chế bị (kG/cm2). 
 Tạ Đức Thịnh/Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 59 (4), 78-85 83 
3.3. Thiết kế cọc cát-xi măng-vôi 
3.3.1. Diện tích cần gia cố 
Diện tích cần gia cố ở đáy móng được tính 
theo công thức (Nguyễn Trấp, Nguyễn Anh 
Dũng,1985): 
Fgc = 1,4b(a+0,4b) 
Trong đó: Fgc: Diện tích đáy móng cần gia cố; 
a, b: Chiều dài và chiều rộng đáy móng. 
3.3.2. Chiều sâu gia cố 
Chiều sâu gia cố cũng chính là chiều dài cọc, 
phụ thuộc vào cấu trúc nền đất yếu và chiều sâu 
ảnh hưởng nén ép của công trình. Nếu lớp đất yếu 
phân bố ngay trên mặt đất và dưới nó là lớp đất 
tốt thì cần gia cố hết chiều dày lớp đất yếu. Tuy 
nhiên, tốt hơn cả là gia cố đến ranh giới vùng hoạt 
động nén ép của công trình, thông thường được 
xác định tại độ sâu mà ở đó thỏa mãn một trong 
các điều kiện sau đây (Tạ Đức Thịnh, Nguyễn Huy 
Phương, 2002): 
- Ứng suất nén ép do tải trọng công trình gây 
ra nhỏ hơn hoặc bằng 0,1 ứng suất bản thân của 
đất tại điểm đó; 
- Ứng suất nén ép do tải trọng công trình gây 
ra bằng áp lực bắt đầu cố kết thấm; 
- Ứng suất nén ép do tải trọng công trình gây 
ra bằng độ bền kết cấu của đất; 
- Ứng suất nén ép do tải trọng công trình gây 
ra nhỏ hơn 0,2 kG/cm2 (20 Pa). 
Kết quả tính toán cho thấy, tại độ sâu 7,5 m, 
ứng suất nén ép do tải trọng công trình gây ra nhỏ 
hơn hoặc bằng 0,1 ứng suất bản thân của đất. Vì 
vậy, chọn chiều dài cọc gia cố bằng 7,5 m. 
3.3.3. Đường kính và khoảng cách giữa các cọc 
Căn cứ vào quy mô, tải trọng công trình, chiều 
dài cọc và tính năng của thiết bị chế tạo cọc, lựa 
chọn đường kính cọc bằng 30 cm. 
Khoảng cách giữa các cọc được tính toán phụ 
thuộc vào mạng lưới bố trí cọc. Kiến nghị mạng 
lưới bố trí cọc là mạng ô vuông, khoảng cách giữa 
các cọc là 1,0 m. 
3.3.4. Thiết bị thi công 
Có thể dùng các thiết bị chuyên dụng như máy 
LPS-3 của hãng Linden Alimak - Thụy Điển hoặc 
dùng búa rung tạo chấn động đưa ống thép xuống 
nền đất rồi nhồi vật liệu cọc. Tuy nhiên, dùng các 
máy chuyên dụng thì đòi hỏi mặt bằng thi công 
rộng, còn dùng búa rung thì ảnh hưởng đến công 
trình xung quanh. Vì vậy chúng tôi sử dụng thiết bị 
thi công là máy khoan UGB-50M của Liên bang 
Nga. Đây là loại máy khoan đa năng có công suất 
150 mã lực, có thể khoan bằng guồng xoắn với 
chiều quay xuôi, ngược với mômen xoắn rất lớn. 
Nguyên lý làm việc của thiết bị là dùng hệ thống 
thủy lực của máy và trọng lượng của thiết bị làm 
đối trọng trong suốt quá trình ép đất ra xung 
quanh và nhồi vật liệu cọc. 
3.4. Kết quả xử lý nền đất yếu 
Sau khi hoàn thành việc gia cố, xử lý nền đất 
yếu, chúng tôi đã tiến hành khoan 3 hố khoan trực 
tiếp vào 3 thân cọc, lấy 6 mẫu (mỗi cọc lấy 1 mẫu 
ở các độ sâu khác nhau), khoan 3 hố khoan và lấy 
6 mẫu đất xung quanh cọc để thí nghiệm ở trong 
phòng, đồng thời tiến hành 3 thí nghiệm xuyên 
tĩnh, 3 thí nghiệm nén tĩnh nền để kiểm tra, đánh 
giá hiệu quả gia cố nền. 
Thí nghiệm nén tĩnh nền phải đảm bảo nén 
đồng thời 4 cọc và vùng đất xung quanh cọc. Kết 
quả thí nghiệm trong phòng và hiện trường cho 
thấy, tính chất cơ lý của đất nền sau gia cố đã được 
cải thiện đáng kể, hiệu quả nén chặt đất thể hiện 
rõ rệt qua giá trị hệ số rỗng giảm, khối lượng thể 
tích tự nhiên tăng; tác dụng của quá trình cố kết 
thoát nước được thể hiện thông qua giá trị độ ẩm 
giảm, độ sệt giảm; tác dụng gia tăng cường độ của 
đất nền được thể hiện thông qua các giá trị góc ma 
sát trong, lực dính và môđun tổng biến dạng đều 
tăng, hệ số nén lún giảm (Bảng 4). 
Sử dụng các giá trị chỉ tiêu cơ lý của đất nền 
sau gia cố để tính sức chịu tải và độ lún công trình 
theo các công thức của lý thuyết đàn hồi và nền 
biến dạng tuyến tính xác định được giá trị sức chịu 
tải của nền và độ lún công trình hoàn toàn đáp ứng 
được yêu cầu, nghĩa là sức chịu tải của đất nền sau 
gia cố lớn hơn áp lực công trình truyền dưới đáy 
móng, độ lún của công trình nhỏ hơn độ lún giới 
hạn cho phép. 
4. Kết luận và kiến nghị 
Từ những kết quả nghiên cứu đã trình bày ở 
trên có thể rút ra kết luận và kiến nghị sau: 
- Phương pháp gia cố, xử lý nền đất yếu bằng 
cọc cát-xi măng-vôi là phương pháp mới với cơ sở 
phương pháp luận là các quá trình làm gia tăng 
sức chịu tải của nền, giảm độ lún công trình, gồm: 
84 Tạ Đức Thịnh/Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 59 (4), 78-85 
Chỉ tiêu Đơn vị Giá trị trước gia cố nền Giá trị sau gia cố nền Đánh giá 
Khối lượng thể tích g/cm3 1,67 1,78 tăng 6,6% 
Hệ số rỗng 1,387 1,131 giảm 18,5% 
Độ ẩm % 47,18 41,05 giảm 13% 
Độ sệt 1,351 1,232 giảm 10% 
Góc ma sat trong độ 6o35’ 9o39’ tăng 68% 
Lực dính kG/cm2 0,05 0,113 tăng 126% 
Hệ số nén lún cm2/kG 0,101 0,045 giảm 55% 
Môđun tổng biến dang kG/cm2 22,0 83 tăng 277% 
Độ bền nén cọc kG/cm2 24 (lý thuyết) 18 (thực tế) 
quá trình nén chặt cơ học, quá trình cố kết thấm 
và quá trình gia tăng cường độ của vật liệu cọc và 
đất nền xung quanh cọc. Nền đất yếu sau khi gia cố 
có thể coi là nền đất mới, có thành phần, trạng thái, 
tính chất cơ lý mới và có thể sử dụng lý thuyết đàn 
hồi, lý thuyết nền biến dạng tuyến tính để tính sức 
chịu tải của nền và độ lún của công trình 
- Hàm lượng xi măng, vôi thích hợp trong hỗn 
hợp vật liệu tạo cọc kiến nghị lấy xi măng bằng 7,5 
đến 10 %, vôi bằng 7 đến 9 % (so với khối lượng 
cát khô hạt trung đến thô). Đường kính cọc cát-xi 
măng-vôi có thể lấy bằng 30 đến 60 cm, chiều dài 
cọc nên lấy bằng chiều sâu vùng hoạt động nén ép 
dưới đáy móng công trình. 
- Kết quả xử lý nền đất yếu tại Trường Trung 
học Phổ thông Tây Thái Thụy, Thái Bình bằng 
phương pháp cọc cát-xi măng-vôi cho thấy, sau khi 
gia cố, sức kháng cắt của đất nền gia tăng đáng kể 
(lực dính tăng 126 %, góc ma sát trong tăng 68%), 
độ lún công trình giảm mạnh (hệ số nén lún giảm 
55%). 
- Hiện nay, vôi bột càng ngày càng ít được sử 
dụng nên để phù hợp với thực tiễn có thể chỉ sử 
dụng cát và xi măng trong hỗn hợp tạo cọc. Tuy 
nhiên, nguồn vật liệu cát hạt trung và hạt thô đang 
ngày càng khan hiếm dần nên cần tiếp tục nghiên 
cứu để sử dụng cát hạt nhỏ, hạt mịn thay thế. 
Tài liệu tham khảo 
Công ty CP Tư vấn Quy hoạch Khảo sát Thiết kế 
Xây dựng Thái Bình, 1999. Báo cáo kết quả 
khảo sát địa chất công trình Trường Trung học 
phổ thông Tây Thái Thụy, Thái Bình. Hiệp hội 
Tư vấn Xây dựng Việt Nam - VECAS. 
Bergado, D. T., Chai, J. C., Alfaro, M. C., 
Balasubramaniam, A. S., 1994. Những biện 
pháp kỹ thuật mới cải tạo đất yếu trong xây 
dựng, Nhà xuất bản Giáo dục, Hà Nội. 
Nguyễn Trấp, Nguyễn Anh Dũng, 1985. Báo cáo 
tổng kết Chương trình ứng ụng tiến bộ khoa 
học kỹ thuật 26-03-03-07. Viện Khoa học Kỹ 
thuật Xây dựng, Hà Nội. 
Tạ Đức Thịnh, 2017. Bàn về phương pháp tính 
toán sức chịu tải và độ lún của nền đất yếu gia 
cố bằng cọc đất-xi măng. Tạp chí Khoa học Kỹ 
thuật Mỏ-Địa chất, số 58 - Kỳ 5, tháng 10-2017. 
Tạ Đức Thịnh, 2002. Nghiên cứu xử lý, gia cố nền 
đất yếu bằng cọc cát-xi măng-vôi. Báo cáo tổng 
kết đề tài khoa học và công nghệ cấp Bộ, Hà Nội. 
Tạ Đức Thịnh, Nguyễn Huy Phương, 2002. Cơ học 
đất. Nhà xuất bản Xây dựng, Hà Nội. 
Trần Đình Kiên, 2016. Nghiên cứu, đánh giá tổng 
hợp điều kiện địa chất công trình vùng ven biển 
Bắc Bộ phục vụ quy hoạch phát triển kinh tế - xã 
hội, an ninh - quốc phòng, ứng phó với biến đổi 
khí hậu và mực nước biển dâng. Báo cáo tổng 
kết đề tài khoa học và công nghệ cấp Bộ, Mã số 
CTB-2012-02. 
Bảng 4. Giá trị các chỉ tiêu cơ lý của lớp đất 2 trước và sau gia cố nền. 
 Tạ Đức Thịnh/Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 59 (4), 78-85 85 
ABSTRACT 
The application of sand-cement-lime columns to soft soil 
improvement in Tay Thái Thuy high school, Thai Binh Province 
Thinh Duc Ta 
Faculty of Civil Engineering, Hanoi University of Mining and Geology, Vietnam 
The method of sand-cement-lime columns for the improvement of soft soils is a new method which 
is proposed based on the sand columns, soil-cement columns, and soil-lime columns. The main purposes 
of this method are mechanical compression, consolidation, and increasing the strength of its column and 
soils in the vicinity of the column after foundation treatment. The paper presented the application results 
of this method to soft soil treatment in Tay Thuy Anh high school, Thai Binh province. This method is both 
technically and economically efficient. Results showed that after foundation treatment, the cohesion force 
increased by 126%, the coefficient of compression decreased to 55%, the deformation module increased 
by 277%.