Tương quan độ chặt với hệ số thấm, với lực dính và đề xuất lựa chọn hệ số đầm nén hợp lý

KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 50 (9/2015) 3
TƯƠNG QUAN ĐỘ CHẶT VỚI HỆ SỐ THẤM, VỚI LỰC DÍNH 
VÀ ĐỀ XUẤT LỰA CHỌN HỆ SỐ ĐẦM NÉN HỢP LÝ 
 Trần Văn Hiển1; Lê Văn Hùng2 
Tóm tắt: Căn cứ vào phân tích kết quả thí nghiệm, tác giả xác định tương quan độ chặt với hệ số 
thấm (Kt), lực dính (C) và góc ma sát trong ( ) của đất loại sét. Từ đó, đề xuất lựa chọn hệ số đầm 
nén hợp lý cho đất đắp đập trong điều kiện độ ẩm của đất và không khí cao như đập Tả Trạch và 
các công trình tương tự. 
Từ khóa: Hệ số thấm; hệ số đầm nén; độ chặt; Tả Trạch; lực dính C; góc ma sát trong . 
1. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU1 
Các khối chống thấm của đập đất phần lớn 
dùng đất á sét từ nhẹ đến nặng có hàm lượng 
hạt sét từ 10% ÷ 50% (Nguyễn Văn Thơ, Trần 
Thị Thanh, 2001). Đối với loại đất này khi đầm 
đến độ chặt nhất định thì có khả năng chống 
thấm tốt phù hợp yêu cầu cho đập đất đồng chất 
Kt ≤ 10
-4 cm/s hoặc khối chống thấm của thân 
đập Kt ≤ 10
-5 cm/s. Trong tự nhiên, đất này có 
độ ẩm rất lớn, để giảm được độ ẩm về gần độ 
ẩm tối ưu sẽ rất khó khăn và tốn kém, đặc biệt 
là vùng có độ ẩm không khí cao (như đập Thác 
Bà, khi thi công lõi đập phải rang sấy đất sét thi 
công lõi đập nhưng không thành công; đập Tả 
Trạch phải phơi đất nhưng sau một năm cũng 
không đạt độ ẩm thiết kế đắp đập). Như vậy, bài 
toán thực tế để đạt được độ ẩm tối ưu khi đắp là 
không dễ. Liệu ta có thể đầm nén đất ở độ ẩm 
cao hơn độ ẩm tối ưu, sao cho vẫn đáp ứng ổn 
định chịu lực và chống thấm, đồng thời đáp ứng 
tiến độ thi công vượt lũ. 
Mục đích nghiên cứu thực nghiệm tương 
quan giữa độ chặt (hệ số đầm nén Kc) với các 
chỉ tiêu cơ lý chủ yếu là hệ số thấm Kt , lực dính 
C, góc ma sát trong để làm cơ sở đề xuất 
những giải pháp phù hợp khi thiết kế và thi 
công đập đất độ ẩm cao. 
2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 
2.1. Lý luận về đầm nén đất 
Sự ổn định của khối đất đá đắp chủ yếu dựa 
1 Công ty Tư vấn thủy lợi 2 (HEC2) 
2 Trường Đại học Thủy lợi 
vào sức kháng cắt của vật liệu. Mà lực ma sát 
trong, lực kết dính và tính chống thấm của đất 
thì tăng lên theo mật độ (độ chặt) của đất. Ví 
dụ: dung trọng khô của đất pha cát là 1.4T/m3 
sau khi được đầm chặt tăng lên 1.7T/m3 thì 
cường độ nén của nó tăng 4 lần, hệ số thấm 
giảm 2000 lần. Nhờ đầm chặt đất mà thiết kế 
mái đập có thể dốc hơn, từ đó giảm khối lượng 
đắp và tăng nhanh tốc độ thi công. 
Vật liệu đất gồm ba thể, đó là thể rắn của 
hạt đất, thể lỏng của nước và thể khí của không 
khí. Thông thường thể rắn và thể nước không 
thể nén lại được, cho nên thực chất đầm chặt 
đất làm cho các hạt đất có nước bao bọc xung 
quanh ép đầy vào các khe hở của các hạt đất, 
từ đó đẩy không khí ra khỏi khối đất, làm cho 
hệ số độ rỗng của đất giảm nhỏ, độ chặt (mật 
độ) của đất tăng. Rõ ràng quá trình đầm chặt 
đất là một quá trình sắp xếp lại ba thể của đất 
dưới tác động của ngoại lực. Mục đích nghiên 
cứu với công năng đầm chặt nhỏ nhất có thể 
thu được hiệu quả đầm chặt lớn nhất đã thúc 
đẩy sự phát triển lý luận và kỹ thuật thi công 
về đầm chặt đất. 
Lý luận “màng nước” khi đầm chặt đất giải 
thích ảnh hưởng của tính chất (loại) đất, độ 
ngậm nước (ẩm) và công năng đầm chặt đối với 
hiệu quả đầm chặt đất đồng thời thể hiện rõ liên 
quan nội bộ và quy luật của ba yếu tố trên. Lý 
luận này cho rằng nước ở trong đất có hai trạng 
thái: một là nước tự do, hai là màng nước có 
tính đàn hồi bao quanh hạt đất. Do tác dụng của 
lực điện phân tử ở bề mặt hạt đất làm cho màng 
KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 50 (9/2015) 4 
nước đàn tính có các tính chất: tính dính, tính 
chống cắt và tính đàn hồi cực hạn. Màng nước 
này càng mỏng thì các đặc tính trên càng rõ rệt. 
Chiều dày màng nước tăng lên, tác dụng của lực 
điện phân tử của bề mặt hạt đất giảm và các tính 
năng trên nhanh chóng mất đi. Khi màng nước 
đủ dày thì tính chống cắt của nó bằng không. 
Nước ở ngoài chiều dày này là nước tự do. 
Nước trong chiều dày này chịu sự kìm chế của 
lực điện phân tử của bề mặt hạt đất gọi là nước 
bị kìm chế. Trong quá trình đầm chặt đất, chỉ có 
nước tự do mới có tác dụng làm trơn, còn màng 
nước bị kìm chế có tính chống cắt, tạo ra trở lực 
đối với dịch chuyển giữa các hạt đất. Như vậy, 
rõ ràng độ ẩm ảnh hưởng mật thiết tới tính đầm 
chặt của các loại đất. 
Đối với đất có tính dính thì độ ẩm càng nhỏ 
màng nước càng mỏng, lực điện phân tử của bề 
mặt hạt đất tác dụng càng lớn, sức chống cắt 
của đất mạnh, công năng để đầm chặt càng lớn, 
nên càng khó đầm chặt. Khi màng nước đàn 
tính dày lên đến lúc năng lực chống cắt của đất 
gần bằng không, tiêu hao công năng đầm nhỏ 
nhất có thể đạt được độ đầm chặt lớn nhất, 
lượng ngậm nước (độ ẩm) lúc này gọi là độ ẩm 
tối ưu. Vượt qua độ ẩm này đất gần với bão 
hoà, nước tự do tăng, lực điện phân tử không 
còn, tính dính, lực ma sát cũng không còn. Các 
hạt đất vì không còn sự khống chế mà “trôi 
trượt” nên sinh ra hiện tượng “chảy” khi này 
lực đầm trực tiếp tác dụng lên nước tự do, 
không thể truyền tất cả cho hạt đất, khó phát 
huy tác dụng đầm chặt có hiệu quả, tức là sinh 
ra áp lực trung hòa. Công năng đầm tiêu hao rất 
lớn, mà không đạt được hiệu quả đầm chặt. 
Quan hệ giữa dung trọng khô khi đầm chặt với 
độ ẩm của đất có tính dính thể hiện qua biểu đồ 
thấy rằng: Ban đầu dung trọng khô của đất tăng 
khi độ ẩm tăng. Khi độ ẩm tăng tới giới hạn nào 
đấy thì dung trọng khô đạt trị số lớn nhất. Khi 
vượt qua độ ẩm giới hạn ấy thì dung trọng khô 
lại giảm. Khi công năng đầm cố định, độ ẩm 
tương ứng với dung trọng khô lớn nhất là độ ẩm 
tối ưu của công năng đầm tương ứng. Cũng có 
nghĩa là độ ẩm tối ưu của đất còn thay đổi theo 
công năng đầm chặt đất, công năng đầm chặt 
tăng, tương ứng độ ẩm tối ưu giảm. Trong thí 
nghiệm lấy số lần đầm nện, trong thi công lấy 
số lần lăn ép để phản ánh công năng đầm chặt. 
Đối với đất dính, yếu tố quyết định đến hiệu 
quả đầm chặt đất: Dung trọng khô k ; Độ ẩm 
W; Áp lực đầm nén; Loại đất (cấp phối, hàm 
lượng các hạt sét, chiều dày rải đất...). Khi độ 
ẩm quá lớn, hiệu quả của tăng áp lực đầm bị 
hạn chế do áp lực nước kẽ rống. 
Đối với đất không dính, vì hạt đất thô, diện 
tích bề mặt hạt đất của một đơn vị khối lượng 
đất so với đất dính nhỏ hơn nhiều, bởi vậy ảnh 
hưởng của lực điện phân tử của nước bị kìm chế 
ở mặt hạt đất cũng rất nhỏ. Nên lực dính so với 
lực ma sát giữa các hạt đất nhỏ hơn nhiều. Bởi 
cỡ hạt thô lại không đều nên tỷ lệ độ rỗng so 
với đất có tính dính nhỏ, tính nén ép, tính 
trương nở đều không lớn. Lực điện phân tử bề 
mặt hạt đất yếu nên dễ thải nước cố kết. Đất có 
tính dính thì ngược lại. Điều đó dễ lý giải dung 
trọng đất không dính lớn hơn đất dính. Trong 
trường hợp tiêu hao công năng đầm như nhau, 
đất không dính sẽ có độ đầm chặt lớn. Trong thi 
công, đất không dính có dung trọng khô vượt 
quá 2T/m3 là thường gặp, còn đất dính đạt tới 
1,8T/m3 cũng tương đối khó khăn (Đại học Vũ 
Hán, 1994). 
2.2. Phương pháp, phạm vi và đối tượng 
nghiên cứu 
Phương pháp nghiên cứu chủ yếu là thí 
nghiệm trong phòng đối với đất dính kết hợp 
phân tích thống kê và chuyên gia phân tích. 
Các tiêu chuẩn áp dụng chủ yếu: Các TCVN 
hiện hành về Đất xây dựng, thiết kế và thi công 
đập đất. 
Đối tượng nghiên cứu: Ảnh hưởng của độ 
chặt đến hệ số thấm, lực dính và góc ma sát 
trong của đất trầm tích lòng sông, sườn tàn tích 
trong khu vực xây dựng Hồ Tả Trạch, Hồ Truồi 
– Thừa Thiên Huế, Hồ Ngàn Trươi – Hà Tĩnh. 
Nguồn gốc đất thí nghiệm: đất lớp 2b bồi tích 
thềm sông bậc 1 (aQ), đất lớp 3b pha tàn tích 
(deQ) tại các mỏ vật liệu Hồ Tả Trạch – Huế. 
3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 
Kết quả được xác định cho khu vực Tả 
Trạch. Các nhóm mẫu đất thí nghiệm được chế 
KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 50 (9/2015) 5
bị với độ chặt (hệ số đầm nén Kc) khác nhau 
tương ứng với độ ẩm bên nhánh ướt của kết quả 
đầm Proctor. Mỗi mẫu có Kc (hoặc dung trọng 
khô) tương ứng được thí nghiệm xác định hệ số 
thấm Kt, góc ma sát trong và lực dính C. 
Thí nghiệm được tiến hành tại phòng thí 
nghiệm tại các phòng Las – XD 151 – Công ty 
CP TVXD Thủy Lợi II; Las-XD-320 – Tổng 
Công ty XD Thủy Lợi 4; Las-XD220 – Công ty 
CPTVĐT và XD Quảng Trị, thực hiện trong các 
năm 2012 ÷ 2013 theo các tiêu chuẩn (TCVN 
8723:2012; 14TCN 196 - 2006; TCVN 4196:2012). 
Các kết quả thí nghiệm thấm theo điều kiện cột 
nước không đổi; Thí nghiệm xác định , C theo 
phương pháp cắt phẳng, cắt chậm cố kết thoát 
nước (sơ đồ CD - consolidated - drained). Đối 
với đất 2a thí nghiệm Proctor tiêu chuẩn; Đối 
với đất 3b thí nghiệm Proctor cải tiến với thông 
số (TCVN 4201:2012): Búa đầm 4,5 kg; Chiều 
cao rơi 450mm; Đường kính trong của cối 
152mm; Chiều cao cối 127mm; Thể tích cối 
2.305 cm3; Số lớp đầm 3; Số chày đầm cho mỗi 
lớp 50 lần. 
Kết quả thí nghiệm hệ số thấm Kt được hiệu 
chỉnh theo hướng dẫn (14TCN 196 - 2006) 
chọn hệ số hiệu chỉnh giảm K=10 (hệ số thấm 
trong phòng thí nghiệm nhỏ hơn thực tế 10 lần). 
Bảng 1. Các chỉ tiêu cơ lý chủ yếu của đất 
 Lớp đất 
 Chỉ tiêu 
Lớp 2b Lớp 3b 
Thành phần 
hạt 
Hạt sét, % 30.8 27.1 
Hạt bụi, % 34.8 28.9 
Hạt cát, % 34.4 39.8 
Hạt sạn, % 4.2 
Cuội dăm, % 
Hạn độ chảy, WT, % 41.0 41.7 
Hạn độ dẻo, WP, % 24.5 25.2 
Chỉ số dẻo, WN 16.5 16.5 
Độ sệt, B 0.20 0.188 
Độ ẩm Wop, % 18.5 15.8 
Dung trọng ướt, w (T/m
3) 1.87 1.85 
Dung trọng khô, c (T/m
3) 1.697 1.790 
Tỷ trọng, 2.72 2.74 
Độ lỗ rỗng, n % 46.2 47.4 
Tỷ lệ lỗ rỗng,  0.859 0.900 
Độ bão hoà, G % 88.0 86.1 
Bảng 2. Tương quan giữa độ chặt (hệ số đầm 
nén Kc) với hệ số thấm (Kt) 
Độ chặt 
Kc 
Độ ẩm Wcb 
(%) 
Hệ số thấm Kt (cm/s) 
2b 3b 2b 3b 
0.83 29.9 27.0 1.40 *10-4 1.53*10-3 
0.85 28.7 25.8 1.29*10-4 5.69*10-4 
0.86 28.1 25.2 5.65*10-5 5.91*10-4 
0.87 27.5 24.7 1.15*10-5 5.02*10-4 
0.88 26.9 24.1 4.07*10-5 2.89*10-4 
0.89 26.3 23.5 2.20*10-5 2.69*10-4 
0.90 25.7 22.9 8.85*10-5 1.86*10-4 
0.91 25.1 22.3 2.67*10-5 1.66*10-4 
0.92 24.5 21.7 7.06*10-6 1.29*10-4 
0.93 23.9 21.2 1.10*10-5 1.43*10-5 
0.94 23.3 20.5 5.91*10-5 1.19*10-5 
0.95 22.6 19.9 4.16*10-5 2.56*10-5 
0.96 22.0 19.3 8.68*10-5 1.02*10-4 
0.97 21.3 18.6 9.86*10-5 8.03*10-5 
0.98 20.6 17.9 2.81*10-5 3.79*10-5 
0.99 19.9 17.2 1.06*10-6 7.01*10-5 
1.00 18.5 15.8 6.11*10-6 3.58*10-5 
Hình 1. Tương quan giữa Kt với Kc 
KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 50 (9/2015) 6 
Bảng 3. Tương quan giữa độ chặt 
(hệ số đầm nén Kc) với góc ma sát trong 
và với lực dính C 
Độ 
chặt 
Kc 
Độ ẩm Wcb 
(%) 
Lực dính C 
(kG/cm2) 
Góc ma sát trong 
2b 3b 2b 3b 2b 3b 
0.83 29.9 27.0 0.02 19˚ 23΄ 
0.85 28.7 25.8 0.02 0.05 17˚ 11΄ 21˚ ΄ 
0.86 28.1 25.2 0.14 0.06 14˚ 47΄ 21˚ 24΄ 
0.87 27.5 24.7 0.07 0.08 17˚ 29΄ 21˚ 48΄ 
0.88 26.9 24.1 0.18 0.08 15˚ 48΄ 22˚ 35΄ 
0.89 26.3 23.5 0.20 0.10 18˚ 21΄ 23˚ 21΄ 
0.90 25.7 22.9 0.14 0.17 19˚ 11΄ 23˚ 44΄ 
0.91 25.1 22.3 0.26 0.16 18˚ 58΄ 24˚ 7΄ 
0.92 24.5 21.7 0.31 0.23 19˚ 47΄ 23˚ 44΄ 
0.93 23.9 21.2 0.20 0.29 21˚ 15΄ 22˚ 35΄ 
0.94 23.3 20.5 0.38 0.39 21˚ 12΄ 21˚ 48΄ 
0.95 22.6 19.9 0.40 0.42 19˚ 57΄ 21˚ 48΄ 
0.96 22.0 19.3 0.44 0.45 22˚ 38΄ 22˚ 49΄ 
0.97 21.3 18.6 0.47 0.51 24˚ 56΄ 22˚ 23΄ 
0.98 20.6 17.9 0.57 0.55 22˚ 58΄ 24˚ 39΄ 
0.99 19.9 17.2 0.58 0.60 23˚ 21΄ 21˚ 56΄ 
1.00 18.5 15.8 0.48 0.65 29˚ 56΄ 23˚ 49΄ 
Hình 2. Tương quan giữa C với Kc 
Hình 3. Tương quan giữa với Kc 
4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 
Kết quả phân tích tương quan độ chặt với các 
chỉ tiêu thí nghiệm như sau: 
a) Hệ số thấm: 
- Đối với đất lớp 2b: 
Trường hợp Kc <0.85, khi Kc tăng thì Kt 
giảm mạnh tuyến tính; 
Trường hợp Kc = (0.85÷1), khi Kc tăng thì Kt 
giảm chậm và qui luật không rõ ràng (nếu lựa 
chọn qui luật đa thức bậc hai thì mức độ chặt 
chẽ tương quan cao nhất cũng chỉ đạt R2 = 
0.29). Khi Kc ≥ 0.95 thì Kt hầu như không giảm 
nữa, điều này chứng tỏ vai trò chống thấm của 
hàm lượng sét cao trong đất 2b. 
- Đối với đất lớp 3b: 
KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 50 (9/2015) 7
Trường hợp Kc < 0.85, khi Kc tăng thì Kt 
giảm mạnh tuyến tính; 
Trường hợp Kc = (0.85÷1), khi Kc tăng thì 
Kt giảm theo qui luật đa thức bậc 2, hệ số 
tương quan R2 = 0.942, được xem là tương 
quan chặt chẽ. 
Khi Kc ≥ 0.95 thì Kt vẫn giảm nhưng không 
nhiều, điều này chứng tỏ ảnh hưởng của hàm 
lượng hạt sạn trong đất 3b, khác biệt với đất 2b. 
Cả hai loại đất 2b và 3b đều cho hệ số thấm 
gần như là nhỏ nhất khi Kc ≈ 0.95. 
b) Lực dính và góc ma sát trong: 
- Đối với đất lớp 2b: 
Lực dính C tăng tuyến tính với độ chặt Kc, hệ 
số tương quan R2 = 0.937, tương quan chặt chẽ. 
Góc ma sát trong tăng đồng biến với độ chặt 
Kc theo dạng hàm mũ, hệ số tương quan R
2 = 
0.849, tương quan chặt chẽ. 
- Đối với đất lớp 3b: 
Lực dính C tăng tuyến tính với độ chặt Kc, hệ 
số tương quan R2 = 0.951, tương quan chặt chẽ. 
Góc ma sát trong tăng rất nhẹ khi độ chặt Kc 
tăng, nhưng qui luật không rõ ràng. Điều này có 
thể lý giải ảnh hưởng của hạt thô trong đất 3b. 
Các kết quả này phù hợp với kết luận của các 
tác giả khác (Nguyễn Văn Thơ, Trần Thị Thanh, 
2001). 
Một số kiến nghị: 
Đất có hàm lượng sét cao ở khu vực nghiên 
cứu thường thi công trong điều kiện độ ẩm cao. 
Việc giảm độ ẩm là việc làm rất khó khăn, thậm 
chí không khả thi do thời tiết khu vực rất ẩm 
ướt. Như vậy, cần chọn giải pháp dung hòa về 
đáp ứng kỹ thuật với điều kiện thi công. Vì vậy 
tác giả kiến nghị lựa chọn độ ẩm thi công đất 
loại 2b, 3b như đã nghiên cứu đối với đập đất 
đồng chất hoặc khối chống thấm của đập nên 
chọn độ chặt Kc =0,95 ứng với độ ẩm nhánh ướt 
trong thiết kế và thi công đập sử dụng vật liệu 
đất lớp 2b, 3b và có thể mở rộng nghiên cứu 
xem xét cho đất tương tự. Điều này không mâu 
thuẫn với các nghiên của nhiều tác giả những 
năm gần đây về đất miền Trung. (Đối với tiêu 
chuẩn thiết kế và thi công hiện hành (TCVN 
8297:2012) quy định chọn độ chặt Kc theo cấp 
công trình Yêu cầu về độ chặt K quy định như 
sau: Với đập từ cấp II trở lên và các loại đập 
xây dựng ở vùng có khả năng động đất từ cấp 
VII trở lên: K 0,97; Với các đập cấp III, cấp 
IV và công trình đất khác: K 0,95). 
Trong các bài tiếp theo tác giả cung cấp kết 
quả kiểm tra thấm hiện trường bằng phương 
pháp đổ nước trong lỗ khoan cho 2 loại đất trên 
khi đắp đất với độ chặt Kc = 0,95. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
14TCN 196 - 2006 Khảo sát địa chất công trình Thủy lợi - Hướng dẫn phương pháp chỉnh lý kết 
quả thí nghiệm mẫu đất. 
Đại học Vũ Hán (1994), Thi công công trình thủy lợi - tr.124-125, người dịch: Tống Văn Hăng; 
Nguyễn Văn Thơ, Trần Thị Thanh (2001), Sử dụng đất tại chỗ để đắp đập ở Tây Nguyên, Nam 
Trung Bộ và Đông Nam Bộ, NXB Nông nghiệp. 
TCVN 4196:2012 Đất xây dựng - Phương pháp xác định độ ẩm và độ hút ẩm trong phòng thí 
nghiệm. 
TCVN 4201:2012 Đất xây dựng - Phương pháp xác định độ chặt tiêu chuẩn trong phòng thí nghiệm. 
TCVN 8297:2012 Công trình thủy lợi - Đập đất - yêu cầu kỹ thuật thi công bằng phương 
pháp đầm nén. 
TCVN 8723:2012 Đất xây dựng công trình thủy lợi - Phương pháp xác định hệ số thấm của đất 
trong phòng thí nghiệm. 
KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 50 (9/2015) 8 
Abstract: 
THE CORRELATION AMONG THE SOIL COMPACTION, THE PERMEABILITY 
COEFFICIENT AND THE SOIL COHESION - RECOMMENDATIONS ON THE 
COMPACTING FACTOR DETERMINATION 
Based on the analysis of the experimental results, the author determines the correlation between the 
compacting factor and the permeability coefficient (Kt), the soil cohesion (C) and the soil inner 
friction angle ( ) of the clay type soil. Then, the suitable soil compaction coefficient is proposed for 
the backfill soil in the high humidity condition as of the Ta Trach dam and similar works. 
Keywords: Permeability coefficient; compacting factor; Ta Trach; soil cohesion C; soil inner 
friction angle . 
BBT nhận bài: 02/3/2015 
Phản biện xong: 13/8/2015