(TIỂU LUẬN) THỰC tập địa CHẤT CÔNG TRÌNH KHOAN KHẢO sát địa CHẤT CÔNG TRÌNH và lấy mẫu đất NGUYÊN DẠNG

- Một số phương pháp khảo sát tại hiện trường phổ biến hiện nay thường được sử dụng cho các công trình khảo sát địa chất công trình: • Hố đào và lấy mẫu thí nghiệm.. Có thể sử dụng bất c

PHẦN A THỰC TẬP ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH

- Công tác Khảo sát ĐCCT thường gồm những nội dung sau:

• Công tác thu thập tài liệu

• Công tác trắc địa

• Công tác khoan đào thăm dò (Khoan khảo sát ĐCCT)

• Công tác thí nghiệm hiện trường: SPT, CPT, VST, …

• Công tác thí nghiệm trong phòng

- Một số phương pháp khảo sát tại hiện trường phổ biến hiện nay thường được sử dụng cho các công trình khảo sát địa chất công trình:

• Hố đào và lấy mẫu thí nghiệm

• Khoan tay, khoan máy và lấy mẫu thí nghiệm

• Xuyên tĩnh Cone Penetration Test (CPT)

• Xuyên động Standard Penetration Test (SPT)

• Cắt cánh Vane Shear Test (VST)…

- Kết quả khảo sát địa chất:

• Kết quả khoan khảo sát và thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn cho phép thiết lập được hình trụ hố khoan, căn cứ trên nhật ký hố khoan ghi nhận ở hiện trường

• Từ các hình trụ hố khoan, có thể xây dựng được các mặt cắt địa chất công trình Để có thể vẽ được 1 mặt cắt địa chất công trình, thông thường, ta cần xây dựng tối thiểu 3 hình trụ hố khoan

không thẳng hàng

b) Lấy mẫu đất nguyên dạng:

- Các thiết bị lấy mẫu đất nguyên dạng trong Khoan khảo sát ĐCCT

• Kích thước ống lấy mẫu nguyên dạng theo phương pháp đóng:

• Mẫu đất nguyên dạng được lấy về làm thí nghiệm trong phòng: Kích thước ống chứa mẫu như

- Độ sâu lấy mẫu

- Ngày lấy mẫu

- Mô tả sơ bộ mẫu đất

- Công tác lấy mẫu:

• Công tác lấy mẫu phải tuân thủ chặt chẽ các quy định của quy trình, quy phạm về công tác

vào hộp, bảo quản và vận chuyển đúng quy trình kỹ thuật của phòng thí nghiệm

2) THÍ NGHIỆM XUYÊN TIÊU CHUẨN SPT a) Mục đích thí nghiệm:

- Bằng việc đếm số búa đập để đưa ống mẫu cắm vào đất và lấy mẫu đất không nguyên dạng, kết quả

cho phép đánh giá sơ bộ trạng thái của đất ở hiện trường

- Terzaghi và Peck đã tập hợp, thống kê phân tích các giá trị thí nghiệm SPT để xác định sức kháng

xuyên và lập phương pháp thiết kế móng nông

b) Dụng cụ và thiết bị thí nghiệm:

- Một bộ thiết bị thí nghiệm SPT bao gồm các bộ phận cơ bản sau:

• Thiết bị khoan tạo lỗ

• Đầu xuyên (Hình 1)

• Bộ búa đóng (Hình 2)

- Thiết bị khoan dùng để tạo lỗ khoan thí nghiệm Có thể sử dụng bất cứ máy và phương pháp khoan nào miễn là hố khoan đạt các yêu cầu kĩ thuật về đường kính, thành hố khoan ổn định, đảm bảo tối

đa tính nguyên trạng của đất dưới đáy hố khoan và đạt được tới độ sâu cần thiết để thí nghiệm

• Đường kính hố khoan phải trong khoảng 55 mm đến 163 mm

• Cần khoan thích hợp nhất cho thí nghiệm là cần có đường kính ngoài 42 mm, trọng lượng 5,7 kg/m

- Đầu xuyên là một ống thép có tổng chiều dài đến 810 mm, gồm ba phần: phần mũi, phần thân, phần đầu nối và được nối với nhau bằng ren (Hình 1) Quy cách cụ thể:

• Đường kính ngoài: (51,0 ± 1,5) mm;

• Đường kính trong: (38,0 ± 1,5) mm

Hình 1 Đầu xuyên

(25 ÷ 75) (450 ÷ 750) (35,00 ± 0,15) (38,0 ÷ 1,5) (2,50 + 0,25) (51,0 ±1,5) (16 ÷ 23)

CHÚ DẪN: 1 Mũi xuyên; 2 Phần đầu nối; 3 Phần thân; 4 Viên bi

• Phần mũi xuyên là phần dưới cùng của đầu xuyên dùng để cắt khi xuyên vào đất Các đặc trưng cơ bản của mũi xuyên như sau: Chiều dài từ 25,0 mm đến 75,0 mm; Đường kính trong bằng (35,0 ± 0,15)mm; Bề dày lưỡi cắt bằng (2,5 ± 0,25) mm; Góc vát lưỡi cắt từ 16,0° đến 23,0°

• Phần thân của đầu xuyên dài từ 450 mm đến 750 mm dùng để chứa đất khí mũi xuyên xuyên vào đất Phần thân gồm hai nửa bán nguyệt ốp lại thuận tiện cho thao tác tháo lắp khi lấy đất chứa trong chúng ra ngoài Hai đầu của ống phần thân có ren ngoài để lắp ráp với phần mũi và phần đầu nối

• Phần đầu nối của đầu xuyên dùng để nối đầu xuyên với cần khoan, có chiều dài đến 175 mm Tại đây có cơ cấu bi, lỗ thoát hơi để giữ chân không bên trong đầu xuyên, hạn chế tụt mẫu trong quá trình nâng hạ mũi xuyên và để thoát hơi, nước trong quá trình xuyên

- Bộ búa đóng dùng để tạo năng lượng đóng mũi xuyên vào đất, bao gồm: quả búa, bộ gắp búa và cần dẫn hướng (Hình 2)

• Quả búa hình trụ tròn xoay, bằng thép có lỗ giữa chính tâm để có thể rơi trượt tự do theo thanh dẫn hướng Búa phải có cấu tạo phù hợp với bộ gắp nhả, sao cho có thể dễ dàng được gắp, nhả rơi tự do

từ độ cao cần thiết Trọng lượng búa: (63,5 ± 1,0) kg; - Độ cao rơi tự do: (76,0 ± 2,5) cm

Hình 2 Bộ búa đóng

CHÚ DẪN: 1 Thanh dẫn hướng; 2 Bộ gắp; 3 Quả tạ: (63,5 ± 1,0) kg; 4 Đế

• Bộ gắp là bộ phận dùng để nâng, hạ búa một cách tự động, đúng quy định, đảm bảo búa rơi tự do, hạn chế tiêu hao năng lượng trong quá trình rơi

• Cần dẫn hướng để định hướng rơi của búa, gồm có đe và thanh dẫn hướng Đe là một đế thép tiếp nhận năng lượng rơi búa, truyền xuống mũi xuyên thông qua hệ cần khoan Thanh dẫn hướng có đường kính phù hợp với đường kính lỗ giữa của búa và có cấu tạo đặc biệt giúp cho bộ nhả gắp nhả búa đúng lúc, đạt độ cao rơi đúng quy định

• Các dụng cụ phụ trợ khác cũng cần thiết trong quá trình thí nghiệm Đó là hộp mẫu, thước, phấn, túi

nylon, biểu ghi, dụng cụ đo mực nước

c) Trình tự thí nghiệm, nguyên lý hoạt động của thiết bị thí nghiệm:

A Thí nghiệm SPT bao gồm lần lượt các công việc sau tại mỗi vị trí thí nghiệm:

- Khoan tạo lỗ đến độ sâu cần thí nghiệm và rửa sạch đáy hố khoan;

- Tiến hành thí nghiệm;

- Quan sát và mô tả Các công việc trên lại được tiếp tục ở các độ sâu tiếp theo Thí nghiệm được tiến hành lần lượt ở 1 m đến 3 m độ sâu cho tới độ sâu cần thiết tuỳ theo mục đích khảo sát và tính phức tạp của địa tầng

B Khi khoan tạo lỗ, các phương pháp khoan sau có thể được áp dụng:

- Khoan guồng xoắn;

- Khoan xoay với nước rửa bằng nước hoặc dung dịch sét Để tránh sập thành hố khoan, khi cần các ống chống vách có thể được sử dụng Lỗ khoan phải đúng vị trí, thẳng đứng, đường kính đủ lớn từ

55 mm đến 163 mm Thành hố khoan phải ổn định và hạn chế tới mức tối đa phá hoại đất ở đáy hố khoan

- Khi khoan ở độ sâu không lớn, trên mực nước ngầm nên sử dụng khoan guồng xoắn Sử dụng ống chống, nếu có mặt đất yếu, đất có kết cấu không chặt để tránh sập thành hố khoan

- Khi khoan dưới mực nước ngầm nên sử dụng khoan xoay với nước rửa bằng nước trong đất dính

và với nước rửa bằng dung dịch sét trong đất rời

- Trong quá trình khoan phải thường xuyên theo dõi tốc độ khoan, đặc điểm dung dịch khoan để nhận biết kịp thời sự thay đổi địa tầng và quyết định hợp lí độ sâu thí nghiệm Mực dung dịch khoan phải luôn luôn nằm trên mực nước ngầm

- Khi khoan gần tới độ sâu thí nghiệm, nên giảm tốc độ khoan, thao tác nâng, hạ nhẹ nhàng nhằm hạn chế tối đa sự phá hoại tính nguyên trạng của đất dưới đáy hố khoan, làm sai lệch kết quả thí nghiệm

- Khi đã khoan đến độ sâu thí nghiệm, tiến hành vét đáy hố khoan, kiểm tra độ sâu, độ ổn định của thành hố khoan Khi cần thiết, có thể rửa và làm sạch đáy hố khoan bằng cách tuần hoàn dung dịch khoan

- Khi hố khoan đã đủ độ sâu, đáy đã sạch, thành vách ổn định, tiến hành rút lưỡi khoan lên và thay thế nó bằng đầu xuyên

mà không gặp bất kỳ cản trở nào do sập thành Thí nghiệm tiến hành như sau:

- Lắp bộ búa đóng và kiểm tra khả năng gắp nhả, độ cao rơi tự do của búa Thanh định hướng phải thẳng đứng, ổn định và đồng trục với hệ cần khoan

- Chọn điểm chuẩn và đo trên cần khoan ba đoạn liên tiếp, mỗi đoạn dài 15 cm, tổng cộng là 45 cm phía trên điểm chuẩn để căn cứ vào đó xác định sức kháng xuyên

- Đóng búa Chú ý độ cao rơi của búa, độ thẳng đứng của thanh dẫn hướng

- Đếm và ghi số búa cần thiết để hệ mũi xuyên cần khoan xuyên vào đất mỗi đoạn 15 cm đã vạch trước trên cần khoan

- Khi số búa đóng cần thiết cho 15 cm vượt quá năm mươi búa (hoặc một trăm búa tuỳ theo yêu cầu của thiết kế khảo sát), đo và ghi lại độ xuyên sâu, tính bằng centimét (cm) của mũi xuyên ở năm mươi búa (hoặc một trăm búa)

- Trong đất cát hạt thô lẫn dăm sạn hoặc dăm sạn lẫn cuội sỏi, để tránh hỏng mũi xuyên, nên dùng mũi xuyên đặc hình nón cùng kích thước thay thế mũi xuyên thông thường Góc đỉnh mũi xuyên hình nón là 60°

- Trong quá trình đóng, mực nước hoặc dung dịch khoan phải nằm trên mực nước ngầm hiện có

- Sau khi đã đo và ghi đủ số búa tương ứng với độ xuyên sâu 45 cm của mũi xuyên, tiến hành cắt đất bằng cách xoay cần khoan, rút mũi xuyên lên mặt đất, thay thế nó bằng mũi khoan Công tác khoan lại tiếp tục cho tới độ sâu mới

đôi phần thân của mũi xuyên, quan sát, mô tả đất chứa trong đó Lắp ráp lại mũi xuyên sẵn sàng cho thí nghiệm tại độ sâu mới

- Đất chứa trong phần thân đầu xuyên được quan sát, mô tả, so sánh với đất chứa trong phần mũi Mô

tả rõ màu sắc, độ ẩm, độ chặt, thành phần hạt, kiến trúc, cấu tạo của đất, các dị vật

- Chọn mẫu đại diện, bảo quản trong túi nylon không thấm nước, hơi và khí Mỗi mẫu phải có nhãn ghi rõ tên công trình, số hiệu hố khoan, độ sâu lấy mẫu, số búa cho ba khoảng độ xuyên, thời gian thí nghiệm, đặc điểm thời tiết

- Các túi đựng mẫu được xếp theo thứ tự độ sâu cho dễ quan sát, kiểm tra, để ở nơi thoáng mát và vận chuyển ngay về phòng thí nghiệm

- Đất lấy được trong đầu xuyên có thể được dùng để thí nghiệm trong phòng xác định một số các chỉ tiêu vật lí với mục đích nhận biết và phân loại Cụ thể là: - Độ ẩm; - Khối lượng thể tích hạt; - Thành phần hạt; - Các độ ẩm giới hạn

- Mẫu đất lấy được từ mũi xuyên phải được bảo quản, cất giữ trong phòng thí nghiệm ít nhất ba tháng

kể từ khi nghiệm thu kết quả thí nghiệm

d) Cách tính số búa N-SPT:

- Trong thí nghiệm SPT, ống mẫu được đóng xuyên vào đất 3 đoạn liên tục, mỗi đoạn dài 150mm

- Bỏ qua số búa đập của 150mm đầu vì ống mẫu thường đi qua vụn đất yếu rơi từ trên xuống

- Tổng số búa của hai đoạn 150mm còn lại, hay số búa để ống mẫu xuyên vào đất 300mm gọi là chỉ

ĐẤT RỜI ĐẤT DÍNH

<4 Rất rời <2 Mềm (chảy)

11-30 Chặt vừa 5-8 Rắn vừa (dẻo mềm) 31-50 Chặt 9-15 Rắn (dẻo cứng)

>50 Rất chặt 19-30 Rất rắn (nửa cứng)

>30 Cứng

3) THÍ NGHIỆM XUYÊN TĨNH CPT a) Mục đích thí nghiệm:

- Trong quá trình xuyên CPT, có thể đo được:

• Sức kháng xuyên đơn vị của đất ứng với mũi xuyên (𝑞𝐶)

• Sức kháng bên đơn vị của đất (𝑓𝑆)

- Thí nghiệm CPT được dùng để :

• Phân chia địa tầng

• Xác định các đặc trưng vật lý, cơ học của đất nền

b) Phân loại thí nghiệm:

- MCPT (Mechanical CPT) – Xuyên cơ học: cơ cấu vận hành bằng cơ học, sử dụng một đồ hồ đo áp lực để ghi nhận số liệu xuyên thông qua các ty ở giữa cần xuyên Cứ khoảng 20cm thì ghi nhận số liệu một lần

- ECPT (Electrical CPT) – Xuyên đo bằng điện: sử dụng các thiết bị cảm ứng – sensor hay strain gages đặt trong mũi xuyên để ghi nhận số liệu xuyên và truyền qua các dây cáp luồng trong cần xuyên về bộ phận xử lý tín hiệu Số liệu được ghi nhận liên tục trong quá trình xuyên

- SCPT (Seismic CPT) – Xuyên đo bằng sóng chấn động: sử dụng các sensor (strain gages) đặt trong mũi xuyên để ghi nhận số liệu xuyên và truyền bằng song âm về bộ phận xử lý tín hiệu Thiết bị này không cần dây cáp truyền dẫn và các số liệu địa chất thu được rất thích hợp cho việc thiết kế nền

móng trong khu vực bị động đất

c) Dụng cụ và thiết bị thí nghiệm:

- Các bộ phận của thiết bị xuyên tĩnh tiêu chuẩn được quy định như sau:

- Cho phép sử dụng hai loại đầu xuyên: đầu xuyên có măng xông và đầu xuyên không có măngxông

đo ma sát Chiều dài tổng cộng của đầu xuyên (bao gồm mũi côn, măng xông đo ma sát và cần tiếp theo) phải đúng bằng 1000 mm

- Mũi côn gồm hai phần là phần chóp nón và phần hình trụ tiếp theo:

- Kích thước chuẩn: Đường kính mũi côn (B) (đáy chóp nón) là 35,7 mm Góc nhọn của mũi côn là 60°.Chiều cao của phần hình trụ tiếp theo của chóp nón là 5 mm;

Bảng 1 Dung sai trong chế tạo của mũi côn

Tên các bộ phận kỹ thuật của mũi côn Kích thước Dung sai (mm)

Đường kính đáy mũi côn 35,7 mm < B < 36,0 mm + 0,3

Chiều cao mũi côn 31,0 <l1 < 31,3</l + 0,3

Bảng 2 Dung sai trong sử dụng của mũi côn

Tên các bộ phận kỹ thuật của mũi côn

- Măng xông đo ma sát

• Đường kính của măng xông đo ma sát phải bằng đường kính đáy mũi côn, dung sai + 0,35 mm (cả trong chế tạo và sử dụng);

• Diện tích của măng xông đo ma sát: 150 cm² ± 2 %;

• Độ nhám bề mặt của măng xông đo ma sát khi chế tạo là 0,5 mm ± 50 % theo phương chiều dọc Khi sử dụng thì độ nhám của măng xông không nhỏ hơn 0,25 mm;

• Vị trí của măng xông đo ma sát phải nằm ngay trên mũi côn

• Độ khe hở giữa mũi côn và măng xông không được lớn hơn 5 mm Gioăng bọc các khe hở giữa mũi côn và măng xông, giữa măng xông với cần xuyên phải làm bằng vật liệu tốt, có độ biến dạng cao

để đảm bảo độ nhạy khi đo sức kháng xuyên và không cho hạt đất lọt vào

• Các cần xuyên ngoài được nối với nhau bằng ren và phải đồng trục Độ cong của 5 cần xuyên đầu tiên không vượt quá 4 ‰ và của số cần xuyên còn lại không vượt quá 8 ‰

• Khi cần đo tổng ma sát thành Qst thì đường kính ngoài phải là 36 mm ± 1 mm

- Thiết bị tạo lực nén phải đảm bảo các quy trình sau:

• Tạo ra được đủ lực nén để ấn cần xuyên và đầu xuyên đến độ sâu thí nghiệm;

• Vận tốc xuyên phải không đổi theo yêu cầu trong suốt quá trình thí nghiệm;

• Chu trình nâng - hạ ít nhất phải bằng chiều dài cần xuyên

• Thiết bị đo - ghi kết quả xuyên: Sức kháng xuyên (qc, fs, Qt ) được xác định qua bộ phận truyền tin

từ đầu xuyên lên mặt đất và được ghi nhận lại bằng thiết bị thích hợp

• Khi cần sử dụng võng giảm ma sát, thì võng này phải nằm cách mũi côn một khoảng lớn hơn 1 000

mm

d) Trình tự thí nghiệm

- Yêu cầu chung

• Thiết bị xuyên tĩnh phải được cân, chỉnh về vị trí thăng bằng Độ nghiêng tối đa cho phép khôngvượt quá 2 % Trục của cần xuyên phải trùng với phương thẳng đứng của thiết bị tạo lực nén

• Vận tốc xuyên chuẩn quy định là 2 cm/s Vận tốc này phải giữ không đổi trong suốt quá trình thínghiệm

• Thí nghiệm xuyên liên tục là thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn Khi sử dụng loại xuyên cơ học với cách thức xuyên gián đoạn thì phải thuyết minh trên biểu đồ và trong báo cáo kết quả xuyên

• Số liệu của thí nghiệm xuyên liên tục phải được ghi liên tục Trường hợp phải ghi gián đoạn thì khoảng ghi không được lớn hơn 20 cm

- Xuyên cơ học

• Khi sử dụng đầu xuyên không có măng xông đo ma sát thì trình tự thí nghiệm được tiến hành như sau: ấn cần và đầu xuyên xuống vị trí cần thí nghiệm Sau đó ấn cần trong cho mũi côn xuyên xuống đất với khoảng độ sâu thích hợp, để xác định sức kháng mũi côn qc Ấn tiếp cần ngoài và đầu xuyên xuống một khoảng lớn hơn 20 cm (thường là 16 cm) để xác định tổng sức kháng xuyên Qt Thí nghiệm được lặp lại theo chu trình như trên cho đến độ sâu kết thúc

• Khi sử dụng đầu xuyên có măng xông đo ma sát thì trình tự thí nghiệm được tiến hành như sau: Ấn cần và đầu xuyên xuống vị trí cần thí nghiệm Sau đó ấn cần trong cho mũi côn xuyên xuống đất một khoảng thích hợp để xác định sức kháng mũi côn qc Ấn tiếp cần trong cho mũi côn và măng xông đo ma sát xuống một khoảng thích hợp để xác định tổng sức kháng của mũi côn và của măng xông (Qsc) Sau đó ấn cần ngoài để đo sức kháng tổng Qt Thí nghiệm được lặp lại theo chu trình như trên cho đến độ sâu kết thúc

• Sức kháng ma sát thành đơn vị fs khi thí nghiệm xuyên với đầu xuyên không có măng xông đo ma sát, được xác định như sau:

- Chỉ số ma sát :

𝐹𝑅= 𝑓𝑆

𝑞𝐶× 100%

𝐴𝑝𝑖𝑠𝑡𝑜𝑛𝑔 - diện tích tiết diện ngang của piston (trong xylanh áp lực – nén thủy lực) = 20 𝑐𝑚2

𝐴𝐶 - diện tích tiết diện ngang của mũi côn = 10 𝑐𝑚2

𝐴𝑆 - diện tích xung quanh của áo ma sát = 150 𝑐𝑚2

X – số đọc lần 1, thể hiện giá trị sức kháng mũi xuyên

Y – số đọc lần 2, thể hiện giá trị sức kháng tổng của mũi xuyên, bao gồm sức kháng mũi và sức kháng

2 THỰC TẬP BÁO CÁO KHẢO SÁT ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH 1) Mục đích khảo sát Địa chất công trình

Công tác khoan thăm dò dùng để nghiên cứu trực tiếp đất đá và tình hình địa chất ở dưới mặt đất cũng như lấy mẫu nguyên dạng phục vụ cho công tác thí nghiệm trong phòng và tính toán thiết kế móng cho

công trình, đề xuất các phương án thi công phù hợp với địa chất tại khu vực xây dựng

2) Khối lượng khảo sát

- Tên công trình: TRƯỜNG MẦN NON CẦU KHỞI

- Địa điểm: Xã Cầu Khởi- Huyện Dương Minh Châu- Tỉnh Tây Ninh

- Khối lượng khảo sát gồm: 4 hố khoan và 1 Hố xuyên

- Bảng tổng hợp khối lượng thực hiện:

STT Tên hố khoan

(Ký hiệu hố khoan)

Độ sâu hố khoang

3) Kết quả khảo sát Địa chất công trình

Căn cứ vào kết quả khoan khảo sát tại các hố khoan địa tầng tại vị trí xây dựng công trình có thể phân thành các lớp sau:

Mực nước ngầm xuất hiện và ổn định ở độ sâu từ 2.6 đến 2.8 (tại thời điểm khoan lấy mẫu)

- LỚP 1:

• Thành phần chủ yếu: Sét pha, xám trắng – vàng nâu Trạng thái dẻo cứng

• Lớp này phân bố như sau:

Tên hố khoan Độ sâu mặt lớp

Sét lẫn sỏi sạn laterit, nâu đỏ Trạng thái nửa cứng ( chỉ phân bố trong hố khoan 1,2 và 4)

Đá Laterit kết tảng, nâu đỏ lẫn sét (chỉ phân bố trong hố khoan 3 và 4)

• Lớp này phân bố như sau:

Tên hố khoan Độ sâu mặt lớp

• Thành phần chủ yếu: Sét pha, vàng nâu – xám trắng Trạng thái dẻo cứng

• Lớp này phân bố như sau:

Tên hố khoan Độ sâu mặt lớp

• Thành phần chủ yếu: Cát pha, vàng nâu – xám trắng, trạng thái dẻo

• Lớp này phân bố như sau:

Tên hố khoan Độ sâu mặt lớp

(m)

Độ sâu đáy lớp