Ứng dụng thí nghiệm xuyên động DCP trong đánh giá chất lượng nền đất thi công xây dựng công trình

Ngày nhận bài: 01/10/2025; Ngày sửa bài: 15/10/2025; Ngày chấp nhận đăng: 27/10/2025

http://doi.org/10.64588/jc.05.11.2025

Tóm tắt

Thông tin địa kỹ thuật đóng vai trò nền tảng trong công tác khảo sát, thiết kế và thi công các công trình xây dựng. Việc xác định chính xác các đặc trưng cơ lý của đất nền là cơ sở quan trọng nhằm đảm bảo tính ổn định, an toàn và hiệu quả kinh tế cho công trình. Trong số các phương pháp thí nghiệm hiện trường hiện nay, nhiều kỹ thuật đã được đánh giá cao về độ tin cậy và khả năng phản ánh điều kiện thực tế của nền đất. Trong nghiên cứu này, tác giả giới thiệu phương pháp thí nghiệm xuyên động (Dynamic Cone Penetration - DCP) và phân tích khả năng ứng dụng của phương pháp này trong các công trình thực tế. Các kết quả thu được cho phép đánh giá sơ bộ đặc trưng cơ học của lớp đất, từ đó cung cấp cơ sở dữ liệu phục vụ cho công tác thiết kế và đề xuất hướng triển khai các bước khảo sát chi tiết tiếp theo.

Từ khóa: Địa kỹ thuật; xuyên động (DCP); nền đất yếu.

Abstract

Geotechnical information plays a fundamental role in the investigation, design and construction of civil engineering works. Accurate determination of the mechanical and physical properties of foundation soils is essential to ensure the stability, safety and cost-effectiveness of structures. Among the various in-situ testing methods currently available, several techniques have been recognized for their reliability and ability to accurately represent actual ground conditions. In this study, the author introduces the Dynamic Cone Penetration (DCP) test and analyzes its applicability to real-world engineering projects. The obtained results provide a preliminary assessment of the mechanical characteristics of soil layers, thereby offering valuable data to support design activities and to guide the implementation of subsequent detailed site investigations.

Keywords: Geotechnics; Dynamic Cone Penetration (DCP); soft ground.

1. Đặt vấn đề

Trong lĩnh vực địa kỹ thuật, việc đánh giá chính xác chất lượng và khả năng chịu tải của nền đất đóng vai trò đặc biệt quan trọng, quyết định đến tính ổn định và độ bền vững của công trình xây dựng. Quá trình khảo sát và kiểm tra nền đất thường được thực hiện thông qua các phương pháp thí nghiệm hiện trường, trong đó thí nghiệm xuyên động [1, 2] (Dynamic Cone Penetration - DCP) được xem là một trong những phương pháp đơn giản, hiệu quả và có độ tin cậy cao.

Thí nghiệm DCP cho phép xác định nhanh các chỉ tiêu đặc trưng cơ học của đất tại hiện trường, như độ chặt tương đối, cường độ kháng cắt và sức chịu tải của lớp đất [5]. Kết quả thí nghiệm không chỉ phản ánh trực tiếp chất lượng nền đất sau thi công mà còn có thể được sử dụng để thiết lập mối tương quan với các chỉ tiêu trong phòng thí nghiệm hoặc các phương pháp xuyên tĩnh (CPT) và xuyên tiêu chuẩn (SPT) [3]. Phương pháp này giúp rút ngắn thời gian khảo sát, giảm chi phí, đồng thời cung cấp dữ liệu tin cậy phục vụ cho công tác kiểm soát chất lượng thi công và đánh giá hiệu quả các giải pháp xử lý nền đất.

Tuyến đập thủy lợi nằm trên địa phận xã Cư Lễ, huyện Na Rì, tỉnh Bắc Kạn (cũ). Đây là tuyến đập ngăn nước và điều tiết nước cho hồ thủy lợi. Tuyến đập có chiều dài khoảng 80 m. Vật liệu đắp đập chủ yếu là đất sét, sét pha. Đây là các vật liệu tại chỗ, được khai thác từ ven hồ thủy lợi. Vật liệu đắp đập chưa được đầm chặt theo tiêu chuẩn. Để có thông tin điều kiện địa kỹ thuật công trình nhằm phục vụ cho việc đánh giá chất lượng tuyến đập cũng như phục vụ công tác cải tạo và nâng cấp tuyến đập, công tác thí nghiệm xuyên động (Dynamic probing) đã được thực hiện ngày 07/9/2022.

2. Nguyên lý và phương pháp tính toán

Trong phần này trình bày thí nghiệm xuyên động DCP, phương pháp thí nghiệm được tiến hành bằng cách đưa mũi xuyên hình chóp nón vào đất nhờ năng lượng của búa đóng vào đầu cần xuyên [4].

Nguyên lý thí nghiệm DCP áp dụng theo các tiêu chuẩn SNip 44-72, TCXD 112:1984, TCVN 10272:2014, ASTM D6951-03, EN ISO 22476-3 [6, 7, 8] tùy theo mục đích sử dụng thí nghiệm. Đóng vào đất một dụng cụ gồm mũi xuyên hình chóp nón (Hình 1) được gắn vào đầu cần xuyên. Toàn bộ cần và mũi xuyên được đóng vào đất nhờ búa có trọng lượng tiêu chuẩn, rơi tự do từ độ cao cố định. Kết quả xuyên động chịu ảnh hưởng có tính quyết định bởi các thông số kỹ thuật của thiết bị xuyên.

a) Theo SNip 448-72 [6]

Khả năng kháng xuyên động được định nghĩa là số búa cần thiết (n) để đẩy mũi xuyên đi vào đất một độ sâu nhất định (s = 10 cm). Các đại lượng cần được xác định trong thí nghiệm DCP là cường độ sức kháng xuyên động giả định (N) và sức kháng xuyên động đơn vị (q_d). Theo SNip 44-72, N và q_d được xác định theo các biểu thức (1) và (2).

Bảng 1. Bảng tra hệ số xét đến ảnh hưởng của ma sát giữa cần và đất

b) Theo TCXD 112: 1984 và EN ISO 22476-3 [7]

Sức kháng xuyên động q_d được tính theo công thức được gọi là công thức Hà Lan (Sanglerat 1972; Cassan 1988):

Trong đó: A - Diện tích tiết diện ngang của mũi côn.

Kết quả thí nghiệm DCP được biểu diễn trên biểu đồ q_d hoặc n theo độ sâu.

Bảng 2. Bảng tra Sức chịu tải quy ước Ro của đất theo sức kháng xuyên động đơn vị

c) Theo TCVN 10272:2014, ASTM D6951-03 [8]

Theo các tiêu chuẩn này, cần xác định độ sâu tích lũy theo số búa, tính độ xuyên cho mỗi nhát búa (được gọi là chỉ số DCP) và biểu diễn theo độ sâu. Từ chỉ số DCP xác định được chỉ tiêu CBR theo tương quan:

- Đất thuộc nhóm CL có CBR < 10: CBR = 1 / (0,017019*DCP)²

- Đất thuộc nhóm CH: CBR = 1 / 0,002871*DCP

Mô-đun tổng biến dạng của đất loại sét được xác định theo biểu thức (4), với đất loại cát Eo được xác định theo Bảng 3.

 Eo = 6q_d                                              (4)

Bảng 3. Mô-đun tổng biến dạng của cát theo q_d (SNip - 448 -72)

Độ chặt của đất loại cát được xác định theo q_d như Bảng 4.

Bảng 4. Phân loại độ chặt của cát theo sức kháng xuyên đơn vị q_d (SNip - 448 -72)

3. Kết quả thí nghiệm tại công trình  

Công trình được thực hiện bằng thí nghiệm xuyên động DCP. Kết quả thí nghiệm 6 hố xuyên HX1, HX2, HX3, HX4, HX5, HX6 như sau:

Từ kết quả xuyên, sơ bộ phân chia địa tầng như sau:

Địa tầng trong phạm vi khảo sát được chia thành 4 lớp theo giá trị xuyên động: lớp D, lớp 1, lớp 2 và lớp 3. Trong đó:

- Lớp D: Lớp đất thổ nhưỡng lẫn rễ cây. Lớp này phân bố ngay trên bề mặt đất. Chiều dày lớp khoảng 0,3 m Lớp này có thành phần hỗn tạp lẫn rễ cây nên kiến nghị bóc bỏ khi xây dựng công trình.

- Lớp 1: Độ sâu mặt lớp từ 0,1 m (HX5, HX6) đến 0,5 m (HX3). Độ sâu đáy lớp từ 0,7 (HX6) đến 2,9 m  (HX5). Giá trị cường độ kháng xuyên giả định (N₁) từ 1 đến 10 búa, trung bình là 4 búa. Chiều dày lớp khoảng 0,5 m, tại hố xuyên HX5 chiều dày lớp lên tới 2,6 m. Sức kháng xuyên động đơn vị (q_d) từ 2,5 kG/cm² đến 23,8 kG/cm², trung bình là 7,5 kG/cm². Sức chịu tải quy ước trung bình là 0,73 kG/cm². Lớp này có độ chặt trung bình.

- Lớp 2: Lớp này phân bố khá phổ biến trong phạm vi nghiên cứu. Chiều sâu mặt lớp từ 0,3 m (HX1, HX2) đến 0,7 m (HX6), chiều sâu đáy lớp từ 0,5 m (HX4) đến 2,9 m (HX1, HX2). Chiều dày lớp từ 0,2 m (HX4) đến 2,6 m (HX1, HX2). Giá trị cường độ kháng xuyên giả định trung bình là 8 búa. Sức kháng xuyên động đơn vị (q_d) trung bình là 18,6 kG/cm². Sức chịu tải quy ước trung bình là 1,67 kG/cm². Lớp này có độ chặt khá cao.

- Lớp 3: Gặp tại các hố xuyên HX4, HX6. Chiều sâu mặt lớp từ 0,6 m (HX4) tới 1,8 m (HX6). Giá trị cường độ kháng xuyên giả định trung bình là 67 búa. Sức kháng xuyên động đơn vị (q_d) trung bình là 151,3 kG/cm². Sức chịu tải quy ước trung bình là 5,3 kG/cm². Lớp này rất chặt và cứng chắc.

4. Kết quả và thảo luận

Dựa vào kết quả khảo sát bằng thí nghiệm xuyên động DCP có thể rút ra một số kết luận sau:

Địa tầng trong phạm vi khảo sát được chia thành 4 lớp theo giá trị xuyên động: Lớp D, lớp 1, lớp 2 và lớp 3. Trong đó:

- Lớp D: Lớp đất thổ nhưỡng lẫn rễ cây. Lớp này phân bố ngay trên bề mặt đất. Chiều dày lớp khoảng 0,3 m. Lớp này có thành phần hỗn tạp, lẫn rễ cây nên kiến nghị bóc bỏ khi xây dựng công trình.

- Lớp 1: Sức kháng xuyên động đơn vị (q_d) từ 2,5 kG/cm² đến 23,8 kG/cm², trung bình là 7,5 kG/cm². Sức chịu tải quy ước trung bình là 0,73 kG/cm². Lớp này có độ chặt trung bình.

- Lớp 2: Sức kháng xuyên động đơn vị (q_d) trung bình là 18,6 kG/cm². Sức chịu tải quy ước trung bình là 1,67 kG/cm². Lớp này có độ chặt khá cao.

- Lớp 3: Giá trị cường độ kháng xuyên giả định trung bình là 67 búa. Sức kháng xuyên động đơn vị (q_d) trung bình là 151,3 kG/cm². Sức chịu tải quy ước trung bình là 5,3 kG/cm². Lớp này rất chặt và cứng chắc.

Kết quả thí nghiệm DCP cho thấy rằng, nền đất đắp tuyến đập khá bất đồng nhất. Một số vị trí như tại HX5, HX6 phân bố lớp đất có độ chặt kém. Tại hố xuyên HX1, HX2, HX3 có độ chặt tương đối đồng đều từ 0 - 3 m. Tuy nhiên, trong phạm vi xuyên tại 3 hố xuyên này cũng có sự xen kẹp một số vị trí kém chặt. Tại hố xuyên HX4 và từ 1,8 m trở xuống của hố xuyên HX6 là lớp đất rất chặt.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]. EN ISO 22476-3 (2005), Geotechnical investigation and testing - Field testing, Part 2: Dynamic probing test.
[2]. Roy E. Hunt (2005), Geotechnical Engineering Investigation Handbook, Second Edition (CRC Press).
[3]. Lê Trọng Thắng (2014), Các phương pháp nghiên cứu và khảo sát địa chất công trình, NXB. Khoa học và Kỹ thuật.
[4]. EUROCODE-7 Part 1 (1997), Geotechnical Design, General Rules.
[5]. Miura K et al. (1997), Physical characteristics of sands -with different primary properties, Soils and Foundations, vol.37, no.3, pp.53- 54.
[6]. ASTM D6951-03, Sử dụng thiết bị chùy xuyên động (DCP) cho mặt đường có chiều sâu không lớn.
[7]. TCXD 112:1984, Hướng dẫn thực hành khảo sát đất xây dựng bằng thiết bị mới - thí nghiệm xuyên động.
[8]. TCVN 10272:2014, Xác định chỉ số CBR của nền đất và các lớp vật liệu rời làm móng đường - Phương pháp chùy xuyên động.