Bài giảng thi công đất

Đất không dính Các đất, như cát và cuội, bao gồm các hạt lớn hay góc cạnh không có dạng tấm; không biểu hiện tính dẻo vμ tính dính.. Lượng ngậm nước Độ ẩm Lượng ngậm nước trong đất ảnh

THI CÔNG ĐẤT

Các Thuật ngữ đất xây dựng Đá

Nguồn gốc macma , trầm tích hay biến chất chiếm phần đáng kể vỏ quả dất, có liên kết cứng chắc Theo các nhà địa chất, thuật ngữ đã chỉ vật liệu của vỏ trái đất có gắn kết cứng, có tuổi tạo thành trên 1 triệu năm Các vật liệu mềm yếu

như đất sét, đá phiến, cát được họ gọi là Đá, trong khi đó các kỹ sư gọi là Đất.

Đất

Đó là bất kỳ vật liệu rời hay dễ đào nào mà ta sẽ tiến hành xây dựng ở trên hay

bên trong nó hoặc dùng nó để xây dựng Lớp đất mặt thường không nằm trong

thuật ngữ phổ cập ”đất xây dựng ", mặc dù cần bóc bỏ vμ thay thế trong quá

trình xây dựng Tầng đất gốc là thuật ngữ chủ yếu của nông nghiệp dùng gọi

lớp đất trơ nằm giữa lớp đất mặt và đá nền, nên tránh sử dụng thuật ngữ này trong xây dựng

Đất hữu cơ

Đó là hỗn hợp giữa các hạt khoáng vật và vật chất hữu cơ, chủ yến có nguồn gốc thực vật, ở các giai đoạn phân hủy khác nhau Nhiều loại đất hữu cơ có nguồn gốc hồ, vùng vịnh, cửa sông, cảng biển, hồ chứa nước

Vật liệu hữu cơ làm cho đất sờ trơn hơn, có màu sẫm và có mùi dễ cảm nhận

Than bùn

Than bùn thực sự chỉ tạo bởi toàn là vật chất hữu cơ, nó rất xốp, ép co mạnh, có khả năng đốt cháy cao, sinh nhiệt Các khoáng vật vô cơ cũng có thể có mặt và khi hàm lượng tăng lên, nó chuyển thành đất hữu cơ Theo quan điểm của các nhà xây dựng, than bùn có nhiều vấn đề do có hệ số rỗng, độ ẩm lớn, khả năng

ép co cao, một số trường hợp có tính axít

Đất tàn tích

Đó là tàn dư của đá bị phong hóa chưa bị di chuyển Thường là cát hay cuội,

hàm lượng oxit cao là do quá trình rửa đất xảy ra, như đất laterit, boxit, đất sét

làm đồ sứ

Đất bồi tích (aluvi)

Đó là các vật liệu như cát, cuội được trầm đọng từ lòng sông, suối Đặc trưng

của đất bồi là tuyển lựa (cỡ hạt) tốt nhưng chúng cũng thường

hình thành các tầng không liên tục và bất thường

Đất dính

Đất chứa các hạt sét hay bột vừa đủ để tạo được rõ tính dính và dẻo Đất dính

được thể hiện qua trị số lực dính C

Đất không dính

Các đất, như cát và cuội, bao gồm các hạt lớn hay góc cạnh (không có dạng

tấm); không biểu hiện tính dẻo vμ tính dính

Đất sét chứa đá tảng (sét tảng)

Đó lμ đất có nguổn gốc băng hμ, gồm các hạt có kích thớc

trong phạm vi rộng

từ bụi đá mịn tới đá tảng

Trầm tích mới

Đó là thuật ngữ địa chất dùng chỉ các trầm tích trên mặt còn mới, chưa

CÁC CHỈ TIÊU VÀ CÁC TÍNH CHẤT CỦA ĐẤT

• Chỉ số độ rỗng (hệ số rỗng)

• Độ rỗng

• Độ bão hòa

• Độ ẩm

• Dung trọng khô

• Dung trọng ẩm

• Vv- thể tích các lỗ rỗng; Vs- thể tích các hạt đất; Vt- thể tích tổng cộng;

Vw- thể tích nước; Va- thể tích không khí; Vv= Vw+ Va ; Mw- khối lượng nước; Ms- khối lượng các hạt đất;

s

v

V

V

e =

t

v

V

V

n =

% 100

⋅

=

v

w

V

V G

% 100

⋅

=

s

w

M

M W

t

s k

V

M

=

γ

t

w s

M

M +

=

γ

W

w k

+

=

1

γ γ

CÁC CHỈ TIÊU VÀ CÁC TÍNH CHẤT CỦA ĐẤT

• Các giới hạn Atterberg và chỉ số độ sệt.

Đây là chi tiêu quan trọng đối với đất hạt mịn d<0.075mm (keo d<0.001; sét d=0.001-0.005; bụi d=0.005-0.075).

Giới hạn chảy WL; giới hạn dẻo WP;

Chỉ số dẻo IP= WL- WP

Độ sệt

Nếu 0<B ≤ 1 thì đất ở trạng thái dẻo, nếu B>1 thì đất ở trạng thái chảy.

• Hệ số thấm nước của đất K (m/ngđ hoặc cm/s)

• Ngoài ra còn một số chi tiêu khác như thành phần cấp phối hạt, hàm lượng

các muối hoà tan, hàm lượng chất hữu cơ, thành phần khoáng hoá, sức

chống cắt (góc ma sát trong ϕ và lực dính C), tính nén lún …

• Đối với một số loại đất cần thí nghiệm mức độ tan rã, trương nở tự do, tính

co ngót và tính lún ướt (thường là đất Miền Trung và Tây Nguyên).

• Căn cứ vào các giới hạn Atterberg, hàm lượng tạp chất hữu cơ, lượng chứa

các muối hoà tan để xét khả năng sử dụng mỏ đất được khảo sát làm vật liệu đắp đập

P L

L

W W

W

W B

−

−

=

k

k w

W

γ

γ

=

LÝ LUẬN VỀ ĐÀO CẮT ĐẤT

Lực cản của đất chủ yếu phụ thuộc vào hai yếu tố cơ bản sau:

–Tính chất của đất và cấu tạo hạt đất,

–Cấu tạo và sử dụng dao cắt đất

Tính chất của đất và cấu tạo hạt đất.

a Lượng ngậm nước

Độ ẩm

Lượng ngậm nước trong đất ảnh hưởng trực tiếp đến tính chất vật lý của đất và khả năng đào cắt đất của công cụ

-Lượng ngậm nước tăng => đất nhão => ảnh hưởng đến công cụ bốc xúc, sự vận hành, đi lại trên đó, giảm khả năng lao động

-Nếu độ ẩm quá nhỏ => đào khó khăn, công cụ bốc dễ để rơi vãi =>năng xuất lao động

thấp

Biện pháp khắc phục:

-Tưới nước ẩm để tăng độ ẩm trong đất

-Hạ thấp mực nước ngầm, làm rãnh thoát nước mặt để độ ẩm thấp

(%)

b Cấu tạo hạt đất.

Đất có cấu tạo hạt khác nhau thì độ chặt cũng khác nhau, lực kháng cắt cũng khác nhau

Ví dụ: đào đất sét (hạt nhỏ, lực dính lớn) khó hơn đào đất

cát (hạt thô, không dính)

Cấu tạo và sử dụng dao cắt đất

Thực nghiệm cho thấy góc γ, εo, độ dày lưỡi dao h, góc α

càng lớn thì lực cản càng lớn

γ – góc cắt đất

εo – độ vát của lưỡi dao

α – góc của lưỡi dao so với hướng di chuyển trên mặt bằng

Ngoài ra lực cản còn phụ thuộc vào chu vi dao cắt, độ sâu cắm vào đất, độ cong của lưỡi dao

ĐẦM NÉN ĐẤT

• Lý luận về đầm nén đất

Dưới tác dụng của áp suất do đầm truyền vào những hạt đất, thắng trở lực ma sát giữa chúng làm cho các hạt di chuyển, hạt nhỏ chui vào khe kẽ giữa các hạt lớn, khoảng trống bị thu hẹp lại, mật độ đất tăng lên, đất được đầm chặt.

Nhân tố ảnh hưởng đến hiệu quả đầm nén đất

1- Ảnh hưởng của lượng ngậm nước (độ ẩm W%)

Nếu đất quá khô thì hiệu quả đầm rất kém, nếu đất quá ướt thì nước thừa chứa trong kẽ rỗng làm giảm lực đầm có ích nên đầm cũng không hiệu quả

=> Như vậy chỉ có lượng ngậm nước nhất định làm cho đầm hiệu quả được coi

là độ ẩm tốt nhất.

Độ ẩm tốt nhất thay đổi phụ thuộc vào loại đất và công năng của đầm.

- Công năng càng lớn thì độ ẩm tốt nhất càng nhỏ.

- Trước khi thi công cần thí nghiệm để xác định được chiều dày rải đất tương ứng có khối lượng đầm nén ít nhất mà đạt được γk yêu cầu, từ đó xác định lượng ngậm nước tốt nhất.

Nhân tố ảnh hưởng đến hiệu quả đầm nén đất

2 Ảnh hưởng của loại đất.

Đất dính cơ cấu hạt nhỏ, lực keo kết lớn, lực ma sát nhỏ nên khi đầm nén dễ bị

co ép hoặc dãn nở nhưng tính thoát nước kém nên khó đầm chặt.

Đất không dính, lực keo kết nhỏ, ma sát lớn, dễ thoát nước nên dễ đầm chặt.

3 Ảnh hưởng của sự tổ thành của đất.

Đất bao gồm nhiều loại hạt tổ thành

Nếu nhiều hạt đều và nhỏ thì độ rỗng lớn

Nếu cấp phối hạt tốt thì độ rỗng nhỏ, đầm dễ đạt dung trọng lớn.

• Thí nghiệm Proctor

W (%)

γ (T/m3)

k

1.4

1.5

1.6

1.7

1.8

γ (T/m3)

1.6 1.7 1.8

THÍ NGHIỆM ĐẦM NẫN HIỆN TRƯỜNG

60

n1 n2 n3 n4

n1 n2 n3 n4

n1 n2 n3 n4

n1 n2 n3 n4 Hình 5 Sơ đồ bãi thí nghiệm hiện truờng

n1

n2

n3 n4

γ (T/m3)

k đuờng bão hoà

n1 n2 n3 n4

γ (T/m3)

k

đuờng bão hoà

1.4

1.5

1.6

1.7

1.8

1.9

1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9

THÍ NGHIỆM ĐẦM NẫN HIỆN TRƯỜNG (tiếp)

Nhỡn vào biểu đồ tổng hợp xỏc định được:

-Với γk yờu cầu ta cú nhiều trị số H, n, W

-Chọn trị số nào của γk cho nghĩa là trị số cho năng suất

đầm hiệu quả nhất, từ đú xỏc định được lượng ngậm nước tốt nhất.

14

16

18

20

W (%)

γ (T/m3)

k

1.4

1.5

1.6

1.7

1.8

1.9

số lần đầm

H1 H2 H3 H4

H1 H2 H3 H4

(H1<H2<H3<H4)

γ (T/m3) k

1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9

số lần đầm n1 n2 n3 n4

H1 H2 H3 H4

Hình 7 Tổng hợp kết quả thí nghiệm đầm nén hiện truờng

cho đất dính

Hình 8 Tổng hợp kết quả thí nghiệm đầm nén hiện truờng cho đất không dính

min













H n

Quản lý và kiểm tra chất lượng

Theo tiêu chuẩn hiện hành 14TCN 20-2004, TCXDVN 4447-87 và các văn bản thiết kế

1 Chất lượng, trữ lượng vật liệu

2 Nền đập, sân phủ thượng lưu, chân khay, màn chống thấm cần chú ý các điểm sau:

– Bóc tầng phủ, tiêu nước hố móng,

– Kích thước và vị trí chân khay, tường răng, sân phủ

– Quá trình xử lý chống thấm nền đập

3 Kiểm tra chiều dày rải đất, kích thước hòn đất, γ, W với số lượng mẫu qui định

(Kiểm tra chất lượng đắp bằng phương pháp dao vòng, phương pháp rót cát được đưa vào

hồ sơ nghiệm thu chính thức Các phương pháp khác phương pháp phóng xạ hoặc các phương pháp gián tiếp khác chỉ là tham khảo để nhà thầu kiểm tra nhanh trong quá trình thi công)

4 Cần phát hiện và xử lý kịp thời các điểm bùng nhùng, nứt nẻ, mặt nhẵn

5 Cần kiểm tra những nơi tiếp giáp, nghi vấn về chất lượng Đối với bộ phận tiêu nước cần chú ý nghiêm ngặt cấp phối thiết kế và tránh xảy ra hiện tượng thi công các lớp lọc bi đứt gẫy

so le

6 Mái đập cần kiểm tra chất lượng trước và sau khi sửa mái

40cm 40cm

H×nh 2 HiÖn tuîng gÉy ®o¹n H×nh 3 Chç tiÕp gi¸p gi÷a c¸c ®o¹n

Quản lý và kiểm tra chất lượng

MỘT SỐ VẤN ĐỀ

VỀ ĐẤT MIỀN TRUNG VÀ TÂY NGUYÊN

1 Tính tan rã

• Tan rã là hiện tượng vật lý khi ngâm đất trong nước thì thành phần hạt

sét của đất tan ra trong nước dưới dạng keo.

• Mức độ tan rã phụ thuộc rất nhiều vào độ chặt và độ ẩm ban đầu

trước khi ngâm nước Độ chặt càng thấp và đất càng khô thì tan rã càng mạnh Tuy nhiên, trong thực tế đất đắp đập không thể bị tan rã như trong quá trình thí nghiệm ngâm mẫu đất có kích thước nhỏ Độ

ẩm của đất ảnh hưởng không nhỏ tới tính tan rã của đất.

MỘT SỐ VẤN ĐỀ

VỀ ĐẤT MIỀN TRUNG VÀ TÂY NGUYÊN (tiếp)

2 Tính lún ướt

Lún ướt là hiện tượng vật lý khi đất tiếp xúc với nước thì giảm thể tích.

• Việc đánh giá mức độ lún ướt của đất dựa vào khái

• Theo tiêu chuẩn của Nga, các mẫu có en > 0.01 được

xếp vào loại đất có khả năng lún khi gặp nước

n

p

h h e

h

−

=

en(HÖ sè lón uít)

c

d

P (kPa) Pn

MỘT SỐ VẤN ĐỀ

VỀ ĐẤT MIỀN TRUNG VÀ TÂY NGUYÊN (tiếp)

3 Tính trương nở

Hiện tượng hút nước và nở thể tích của đất sét

Tính trương nở phụ thuộc vào nhiều yếu tố như độ ẩm ban đầu, dung trọng, thành phần hạt

Đất đầm nện với độ ẩm thấp, thành phần hạt mịn nhiều và chỉ số đầm nện cao thì hệ số trương nở sẽ lớn

Khi độ ẩm tăng thì đất trương nở, lực dính và góc ma sát trong đều giảm So sánh đất ở trạng thái độ ẩm tốt nhất và đất ở độ ẩm bão hoà thì các chỉ tiêu này giảm trên 50%

4 Tính co ngót

Hiện tượng giảm thể tích của mẫu đất khi mất nước biểu thị bởi hệ số co ngót Kon

V1: Thể tích ban đầu (thể tích khuôn)

V2: Thể tích mẫu khi sấy khô

Hiện tượng trên bề mặt khối đắp xuất hiện các khe nứt dăm Nếu quá trình trên kéo dài thì khe nứt phát triển sâu Nguyên nhân chính gây ra hiện tượng này là do bổ sung thêm nước khi đầm Sau khi đầm xong, do không khí khô làm mất nước bề mặt Đất có nhiều hạt sét thì khả năng co ngót và gây nứt nẻ càng lớn Để phòng tránh vết nứt loại này, sau khi thi công xong cần để chừa một lớp bảo vệ bề mặt

% 100

%

100

1

2 1

1

⋅

−

=

⋅

∆

=

V

V

V V

V

Kon

MỘT SỐ GIẢI PHÁP CHỐNG TAN RÃ, LÚN ƯỚT,

CO NGÓT, TRƯƠNG NỞ CỦA ĐẤT DÍNH

1.Biện pháp thi công

Muốn giảm khả năng bị tan rã của đất ta cần phải làm giàu các ion dương Ca++ cho đất Biện pháp có hiệu quả là trộn vào đất một trong các hợp chất CaO, Ca(OH)2, CaSO4, thạch cao-CaSO4(2H2O) hoặc các chất Ca khác Hàm lượng sử dụng chúng phụ thuộc vào loại đất, độ chặt đầm nén, hàm lượng muối tan trong nước, tính chất của nước hồ, độ PH và phương pháp thi công Theo kinh nghiệm của Úc và một số nước khác, để tăng hàm lượng ion Ca++ người ta đã dùng ô xít can xi (CaO) hoặc thạch cao CaSO4(2H2O) với hàm lượng khoảng (2-3)% Trước khi trộn phải tiến hành thí nghiệm để xác định tỉ lệ hợp lý.

• Phương pháp trộn vôi bột

Trước hết kiểm tra độ tan rã bằng thí nghiệm Đối với đất Miền Trung và Tây nguyên nên dùng lượng CaO khoảng (1-3)% so với khối lượng thể tích đất (Nếu nước có độ tinh khiết cao thì lấy ở trị số lớn, nước có độ pH trung bình thì lấy trị

số nhỏ).

• Phương pháp gia tải chất giàu can xi tại mái thượng lưu

• Phương pháp trộn tro bay

• Phương pháp tưới nước giàu can xi (Ca(OH)2)

MỘT SỐ GIẢI PHÁP CHỐNG TAN RÃ, LÚN ƯỚT,

CO NGÓT, TRƯƠNG NỞ CỦA ĐẤT DÍNH

2 Biện pháp thiết kế

• Đối với đất có tính tan rã, khi thiết kế không được bố trí tại mái đập, mặt đập nơi tiếp xúc với dòng chảy mặt Nếu đất này đắp vào thân đập nơi có dòng thấm đi qua thì phần tiếp giáp với thiết bị thoát nước phải làm thiết bị tầng lọc ngược Phía tầng lọc ngược cũng cần làm thêm lớp vải lọc để tăng độ an toàn cho đập.

• Khi đất đắp đập có đặc trưng cơ lý khác nhau trong cùng bãi vật liệu hay giữa các bãi vật liệu thì không được đắp xen kẹp các lớp đất này mà cần phân vùng đắp cho phù hợp với đặc tính của mỗi loại Trường hợp đắp lẫn thì cần phải tiến hành thí nghiệm các tính chất cơ lý, có kết luận chắc chắn rồi mới tiến hành thi công.

Chọn kết cấu mặt cắt đập thích hợp với mỗi loại đất:

• Đất trương nở bố trí ở tường lõi hoặc khối hạ lưu nơi không chịu ảnh hưởng dòng thấm (không bị ướt).

• Đất bị co ngót khi khô bố trí ở phần đập phía dưới và khối thượng lưu (nơi không bị

Bố trí đất bị trương nở và kết cấu đập 1- Đất trương nở; 2- đất không bị trương nở và không lún ướt hay tan rã;

3- Vật tiêu nước; 4- Vật thoát nước mặt

(a)

(b)

Bố trí đất bị tan rã hoặc lún ướt 1- Đất bị tan rã và lún ướt; 2- đất không bị tan rã

và trương nở;

3- Vật tiêu nước; 4- Vật thoát nước mặt

Bố trí đất bị co ngót và kết cấu đập

1- Đất bị co ngót; 2- Đất không bị co ngót

Bố trí đất trong thân đập khi có đủ các tính chất cơ lý đặc

biệt 1- Đất bị co ngót khi khô; 2- Đất bị trương nở; 3- Đất bị lún ướt và tan

rã;

4- Vật liệu tiêu thoát nước; 5- Vật tiêu thoát nước mặt