Nguyên lý cọc đất gia cố xi măng (CDM)
- 47 Lượt xem
- Ngày tạo: 05/01/2026
- Cập nhật: 12/01/2026
Cọc đất gia cố xi măng là các cột vật liệu được tạo ra bằng cách trộn sâu đất yếu tại chỗ với xi măng (có thể có phụ gia) bằng thiết bị chuyên dụng. Sau khi trộn, hỗn hợp đất – xi măng sẽ đông kết và hóa cứng, tạo thành các cột có cường độ và độ cứng cao hơn rất nhiều so với đất nguyên trạng.
Các cọc này thường được bố trí theo mạng lưới đều (ô vuông hoặc tam giác) trong phạm vi nền đất yếu cần xử lý, kết hợp với đất nền xung quanh tạo thành một nền composite (nền hỗn hợp).
👉 Cọc đất gia cố xi măng trong xử lý nền đất yếu
Bản chất nguyên lý làm việc của cọc đất gia cố xi măng
Khác với giếng cát và bấc thấm – vốn chỉ đẩy nhanh quá trình thoát nước và cố kết, cọc đất gia cố xi măng tác động trực tiếp vào bản thân đất yếu, thông qua hai cơ chế chính:
1️⃣ Tăng cường độ chịu lực của nền đất
Sau khi trộn với xi măng và đông kết, đất yếu được “biến đổi vật lý” thành vật liệu có cường độ cao hơn, với:
Lực dính lớn hơn
Góc ma sát lớn hơn
Mô đun biến dạng lớn hơn
Khả năng chịu tải cải thiện rõ rệt
Nhờ đó, một phần lớn tải trọng công trình được truyền trực tiếp qua hệ cọc CDM, thay vì dồn toàn bộ lên đất yếu ban đầu.
2️⃣ Giảm biến dạng và độ lún của nền đất
Do có độ cứng lớn, cọc đất gia cố xi măng hạn chế biến dạng của nền đất dưới tải trọng, dẫn đến:
Giảm độ lún của các lớp đất nằm trong phạm vi gia cố => độ lún toàn bộ nền nằm trong giá trị cho phép của tiêu chuẩn
Không cần chờ quá trình cố kết kéo dài
👉 Đây là điểm khác biệt mang tính bản chất so với giếng cát và bấc thấm.
Cơ chế làm việc của nền composite (đất + cọc CDM)
Sau khi xử lý, nền đất không còn là đất yếu thuần túy, mà trở thành nền tương đương, trong đó:
🔸Cọc CDM chịu phần lớn tải trọng
🔸Đất nền xung quanh chịu phần tải còn lại
Tỷ lệ phân phối tải phụ thuộc vào:
🔸Cường độ cọc CDM
🔸Tỷ lệ diện tích cọc thay thế đất nền (a)
🔸Mô đun biến dạng của đất và moddun đàn hồi của cọc
Nhờ cơ chế này, độ lún tổng thể của nền giảm đáng kể ngay sau khi thi công, không phụ thuộc nhiều vào thời gian.
So sánh bản chất với giếng cát và bấc thấm
| Tiêu chí | Giếng cát / Bấc thấm | Cọc đất gia cố xi măng |
|---|---|---|
| Nguyên lý | Thoát nước – cố kết | Gia cố – tăng cường độ |
| Phụ thuộc thời gian | Có (chờ cố kết) | Gần như không |
| Giảm tổng độ lún | ❌ Không | ✅ Có |
| Gia tải | Bắt buộc | Không cần |
| Thời gian chờ | Dài | Ngắn |
👉 Giếng cát và bấc thấm giữ nguyên tổng độ lún, chỉ thay đổi tiến trình lún theo thời gian, trong khi cọc đất gia cố xi măng làm giảm trực tiếp tổng độ lún của nền.
Ví dụ minh họa nguyên lý làm việc của cọc đất gia cố xi măng
Xét cùng nền đất yếu dày 20 m, với tổng độ lún tính toán ban đầu khoảng 1,0 m nếu không xử lý.
Khi xử lý bằng cọc đất gia cố xi măng sâu 12 m:
🔸Lớp đất phía trên được gia cố, độ lún giảm mạnh, chỉ còn khoảng 0,05 m
🔸Lớp đất phía dưới (không xử lý) vẫn có lún, khoảng 0,2 m
👉 Tổng độ lún sau xử lý ≈ 0,25 m, nhỏ hơn giới hạn cho phép (ví dụ < 0,30 m đối với nền đường).
Biện pháp thi công sơ bộ cọc đất gia cố xi măng
Thi công cọc đất gia cố xi măng được thực hiện bằng thiết bị trộn sâu chuyên dụng. Thiết bị này:
🔸Khoan hoặc xoay cánh trộn xuống độ sâu thiết kế
🔸Vữa xi măng được bơm ra trong quá trình khoan
🔸Trộn đều đất và xi măng tại chỗ
🔸Rút cần trộn lên, để lại cột đất – xi măng đã được gia cố
Sau một thời gian chờ cho xi măng ninh kết (28 ngày), hỗn hợp đất – xi măng đông kết và đạt cường độ thiết kế, tiến hành rải vải địa kỹ thuật hoặc lưới địa kỹ thuật phủ đầu cọc và cho phép thi công các hạng mục phía trên.
Quy trình thiết kế và kiểm soát thi công cọc đất gia cố xi măng
Để cọc đất gia cố xi măng làm việc đúng theo nguyên lý thiết kế, quy trình thiết kế và kiểm soát thi công đóng vai trò đặc biệt quan trọng. Khác với các giải pháp thoát nước như bấc thấm hay giếng cát, cọc CDM phụ thuộc rất lớn vào cường độ thực tế của vật liệu đất – xi măng sau khi trộn.
1️⃣ Thiết kế cấp phối và thí nghiệm mẫu trộn thử
Trong giai đoạn thiết kế, cần thực hiện trộn thử trong phòng thí nghiệm nhằm xác định:
🔸Cường độ kháng nén không nở hông qu
🔸Mô đun đàn hồi E50 (giá trị mo dun đàn hồi đo tại 50% cường độ kháng nén qu)
Tuổi mẫu: 28 ngày
Thông thường, với mỗi loại đất yếu, nên lựa chọn tối thiểu 3 hàm lượng xi măng để thí nghiệm, ví dụ:
🔸240 kg/m³
🔸260 kg/m³
🔸280 kg/m³
Với mỗi hàm lượng, lấy ít nhất 3 mẫu để đảm bảo độ tin cậy thống kê.
👉 Ví dụ:
Nếu nền đất có 3 lớp đất yếu khác nhau, thì số mẫu trộn thử tối thiểu sẽ là:
3 lớp × 3 hàm lượng × 3 mẫu = 27 mẫu CDM
👉 Thí nghiệm mẫu trộn thử cọc đất gia cố xi măng
2️⃣ Lưu ý đặc biệt về hàm lượng hữu cơ trong đất yếu
Ngoài các chỉ tiêu cơ học, nên thí nghiệm thêm hàm lượng hữu cơ của đất yếu.
Trong trường hợp:
🔸Hàm lượng hữu cơ > 10%, thì cần lựa chọn hàm lượng xi măng cao hơn so với thông thường.
Nguyên nhân là do:
🔸Chất hữu cơ làm suy giảm phản ứng thủy hóa của xi măng
Dẫn đến cường độ đất – xi măng thấp hơn dự kiến
👉 Đây là một nguyên nhân rất phổ biến khiến cọc CDM không đạt cường độ thiết kế nếu bỏ qua trong giai đoạn thiết kế.
3️⃣ Giá trị cường độ dùng cho tính toán thiết kế
Sau khi có kết quả thí nghiệm mẫu trộn thử, không được dùng trực tiếp giá trị thí nghiệm để tính toán.
Theo TCVN 9304:2012, giá trị cường độ và mô đun dùng cho thiết kế chỉ được lấy trong khoảng:
🔸0,2 ÷ 0,5 lần giá trị thí nghiệm, thông thường lấy giá trị ở giữa 0.35
👉 Tiêu chuẩn thiết kế cọc đất gia cố xi măng TCVN 9304:2012
4️⃣ Thiết kế hàm lượng xi măng thay đổi theo chiều sâu cọc
Một ưu điểm của công nghệ thi công CDM hiện nay là cho phép thay đổi hàm lượng xi măng theo chiều sâu cọc.
Ví dụ:
Một cọc CDM dài 15 m có thể được thiết kế:
🔸10 m phía trên: 260 kg/m³
🔸5 m phía dưới: 240 kg/m³
Cách thiết kế này giúp:
🔸Tối ưu kinh tế
🔸Vẫn đảm bảo yêu cầu chịu lực và kiểm soát lún, trượt
5️⃣ Lựa chọn cự ly cọc và tỷ lệ diện tích gia cố
Cự ly cọc CDM không được chọn tùy ý, mà cần đảm bảo tỷ lệ diện tích gia cố theo yêu cầu tiêu chuẩn.
Theo TCVN 9906:2014, tỷ lệ diện tích gia cố thường nằm trong khoảng:
🔸12% – 20%
Việc lựa chọn cự ly cọc cần cân đối giữa:
🔸Khả năng chống trượt của nền ( có thể xác định thông qua kiểm toán trượt bằng phần mềm Geoslope hoặc các phần mềm tương tự)
🔸Kiểm soát lún
🔸Hiệu quả kinh tế
6️⃣ Thi công cọc thử và kiểm soát trước thi công đại trà
Trước khi thi công đại trà, bắt buộc phải thi công cọc thử, tương ứng với từng hàm lượng xi măng đã thiết kế.
Với mỗi hàm lượng:
🔸02 cọc thử
🔸01 cọc dùng để nén tĩnh
🔸01 cọc dùng để khoan lõi xác định cường độ và modun đàn hồi
Sau khi thi công, chờ đủ 28 ngày, tiến hành:
🔸Nén tĩnh cọc thử
🔸Khoan lõi trên toàn bộ chiều dài cọc
Lấy mẫu lõi đem đi thí nghiệm xác định qu và E50
7️⃣ Đánh giá kết quả và quyết định thi công đại trà
🔸Nếu qu và E50 từ mẫu khoan lõi ≥ giá trị dùng tính toán
→ Cho phép thi công đại trà
🔸Nếu trong các mẫu khoan lõi:
→ Tiến hành kiểm toán lại bằng cách:
Có mẫu không đạt qu hoặc E50
Thay cường độ thực tế từ mẫu khoan lõi vào bảng tính cọc đất gia cố xi măng theo chiều sâu
Kiểm tra lại điều kiện ổn định trượt và lún
Nếu vẫn đảm bảo → tiếp tục thi công
Nếu không đảm bảo → sử dụng kết quả của hàm lượng xi măng cao hơn để tính toán lại
Ưu điểm và phạm vi áp dụng của cọc đất gia cố xi măng
Ưu điểm nổi bật:
Giảm lún trực tiếp
Không cần gia tải
Không phải chờ cố kết
Phù hợp với công trình yêu cầu tiến độ nhanh
Thường áp dụng cho:
Công trình có chiều cao đắp lớn
Khu vực nhạy cảm về lún (đường dẫn đầu cầu, công trình hiện hữu)
Trường hợp không cho phép chờ lún
Kết luận
Cọc đất gia cố xi măng là giải pháp xử lý nền đất yếu dựa trên nguyên lý gia cố và tăng cường độ đất, khác biệt căn bản so với các biện pháp thoát nước – cố kết như giếng cát và bấc thấm. Nhờ khả năng giảm trực tiếp tổng độ lún và rút ngắn thời gian thi công, cọc CDM ngày càng được ưu tiên trong các công trình hiện đại có yêu cầu cao về tiến độ và độ ổn định.
