Thuật ngữ “địa kỹ thuật” là chuyên môn bao hàm hai chức năng gắn bó hữu cơ với nhau: + Chức năng thu thập thông tin về các điều kiện của đất nền và nước dưới đất thông qua việc sử dụng c
Trang 1KHẢO SÁT ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH PHỤC VỤ CÔNG TÁC THIẾT KẾ NỀN MÓNG CÔNG TRÌNH
I Lời nói đầu:
Nếu như cuối những năm 1980 chúng ta còn bỡ ngỡ khi phải tiến hành công tác khảo sát địa kỹ thuật, thì đến nay chúng ta có thể đáp ứng cho mọi cấp độ công trình
Các loại thí nghiệm hiện trường (SPT, xuyên tỉnh, xuyên động, nén ngang, cắt cánh …) và thí nghiệm trong phòng (nén ba trục, nén cổ kết, nén nở trông, CBR và thí nghiệm đầm chặt …) đã được áp dụng rộng rãi trong công tác khảo sát Các thiết bị hiện đại đi kèm với hệ thống tiêu chuẩn tiên tiến ASTM và AASHTD (Mỹ); BSA (Anh); MF (Pháp) và JIS (Nhật) đang được sử dụng rỗng rãi ở Việt Nam
Thuật ngữ “địa kỹ thuật” là chuyên môn bao hàm hai chức năng gắn bó hữu cơ với nhau:
+ Chức năng thu thập thông tin về các điều kiện của đất nền và nước dưới đất thông qua việc sử dụng các phương pháp, các kỹ thuật về khảo sát thăm dò, thí nghiệm trên nền kiến thức địa chất công trình Đó là chức năng “khảo sát đất nền”
+ Chức năng phân tích thông tin – là kết hợp các số liệu về đất nền và kết cấu công trình để lựa chọn loại nền móng, tính toán kích thước móng cho thiết kế, đề xuất giải pháp xử lý, gia cố và kiến nghị biện pháp thi công thích hợp trên nền kiến thức cơ đất - nền móng Đó là chức năng “phân tích địa kỹ thuật”
II.Khái quát địa chất - đất đá
Hầu như tất cả các công trình xây dựng đều được đặt trên bề mặt của quả đất, mà đối tượng cần quan tâm chỉ là phần mỏng trên lớp vỏ quả đất (từ 0.0 đến 100 m)
Các loại đất đá chính:
Các đất đá cấu tạo nên vỏ quả đất được chia thành các loại đá chính: Đá magma,
đá trầm tích và đá biến chất
Trang 2- Đá magma: là sản phẩm kết tính của dung nham ở bề mặt hay trong lòng quả đất Đá magma được chia thành hai loại:
+ Đá thâm ngập
+ Đá phun trào
- Đá trầm tích: là sản phẩm phong hóa được vận chuyển (bằng dòng nước, gió) ở dạng hạt cứng hoặc dạng hòa tan khi lắng đọng cho đá trầm tích Người ta phân biệt:
+ Trầm tích cơ học (lắng đọng các hạt)
+ Trầm tích hóa học (kết tủa các thành phần hòa tan)
+ Trầm tích sinh hóa (có sự tham gia của sinh vật)
- Đá biến chất:
Biến chất lá quá trình biến đổi các đá (magma, trầm tích) dưới tác dụng của áp suất và nhiệt độ cao Quá trình biến chất làm thay đổi thành phần khoáng vật, kiến trúc cấu tạo hoặc cả thành phần vật chất ban đầu
Tùy theo điều kiện nhiệt độ, áp suất các đá có mức độ biến chất khác nhau và được chia thành các trường biến chất từ thấp đến cao
Có các kiểu biến chất chính như sau: Biến chất nhiệt độ tiếp xúc (ở nhiệt độ cao,
áp suất thấp) với các khối magma; Biến chất động lực (dưới tác động của các chuyển động kiến tạo) gọi là biến chất khu vực Trong các loại biến chất trên thì biến chất khu vực là quan trọng nhất
Các loại đá biến chất chính:
+ Đá biến chất có nguồn gốc từ đá trầm tích
+ Đá biến chất có nguồn gốc từ đá magma
III Khái quát một số tính chất xây dựng đất nền:
1 Định nghĩa đất xây dựng:
Đất là tổng hợp của ba thành phần: các hạt rắn, nước và không khí
Đất trong trạng thái tự nhiên có thể mô tả bằng mô hình sau:
Trang 3Các ký hiệu:
Vt : Thể tích tổng thể
Vt = Vs + Vw + Va
Vs: Thể tích hạt đất
Vw : Thể tích nước
Va : Thể tích không khí
Vv : Thể tích lỗ rống
Vv = Vw + Va
Ps : Trọng lượng hạt chứa trong Vt
Pw : Trọng lượng nước chứa trong Vt
Pt : Tổng trọng lượng: Pt = Ps + Pw
Các hạt rắn tạo thành khung cốt liệu của đất Khi nước chiếm đầy các khe rỗng giữa các khe rỗng giữa các hạt rắn thì không có thành phần khí trong đất và trong trường hợp này đất được gọi là bão hòa nước
V a
V v V w - - -
- - -
- - -
P w
V t
V s
X X X X X
X X X X X
X X X X X
X X X X X
X X X X X
X X X X X
P s
P t
Trang 4Ngược lại, nếu không lấp đầy các khe rỗng giữa các hạt thì khi đó, nước được giãn thành màng mỏng bao xung quanh các hạt rắn và không khí chiếm một phần khe rỗng còn lại Khi các lỗ rỗng chỉ có khí thì đất đó được gọi là đất khô
Trường hợp đặc biệt là đất chứa hữu cơ than bùn, thì ngoài các thành phần rắn, nước (hoặc không khí) còn chứa vật liệu như thực vật bị phân hủy, hoại mục theo thời gian, tạo thành loại đất có độ rỗng rất cao, ngậm đầy nước (thường là bão hòa)
2 Cấu trúc đất
Các hạt rắn trong thành phần của đất được phân loại tùy theo khoảng kích cỡ hạt của chúng cho mục đích xây dựng Theo đường kính trung bình của các hạt mà có thể phân chia thành các loại có tên sau: (theo phân loại của BS):
- Tảng, hòn : D > 200 mm
- Cuội sỏi : 20 < D < 200 mm
- Dăm sạn : 2 < D < 20 mm
- Cát: 0,06 < D < 2 mm
- Bụi : 0,002 < D < 0,06 mm
- Sét : D < 0,002 mm
Sự phân loại theo kích cỡ hạt nêu trên mang tính quy ước Các hệ phân loại đất khác nhau có quy định các khoảng kích thước hạt khác nhau có hệ phân loại lấy giới hạn nhóm hạt sét có đừng kính D < 0,005 mm thay vì 0,002 mm, hoặc nhóm hạt bụi có kích thước D < 0,075 mm thay vì 0,06 hoặc 0,05
Nhiều loại đất trong tự nhiên có chứa nhiều nhóm hạt có kích cỡ khác nhau
Ngoài sự phân loại đất dựa vào kích cỡ hạt còn hai yếu tố quan trọng nữa là:
- Hình dạng hạt: được phân thành hạt tròn cạnh, sắc cạnh hoặc nửa tròn cạnh
- Bản chất thành phần khoáng vật của hạt - đất gồm hai loại:
+ Đất rời: bao gồm cát, sạn sỏi, tảng, … + Đất dính: sét, sét pha, cát pha
3 Tính chất vật lý của đất
Trang 5Các thông số tính chất vật lý đất
Định nghĩa và tên gọi Ký
hiệu
Biểu thức Đơn vị tính và Khoảng giá
trị
Độ ẩm
(Tỷ lệ phần trăm khối lượng
nước và khối lượng hạt rắn)
Ps
Cát: 2 – 15%
Bụi: 10 – 30 % Sét nửa cứng - cứng: 20 –
50 % Sét yếu: 50 – 100 % Bùn, than bùn: 80 – 300 % Dung trọng - Trọng lượng riêng
(Trọng lượng tổng nước + hạt
chia cho tổng thể tích)
γ w (Pw + Ps) / Vt
Cát: 1,8 g/cm3
Sét: 1,6 – 2,2 g/cm3
Than bùn: 1,5 g/cm3
Dung trọng khô
(Trọng lượng phần hạt rắn chia
cho tổng thể tích)
γk Ps / Vt
Cát: 1,4 – 1,8 g/cm3
Sét: 1,0 – 2,0 g/cm3
Than bùn: 0,3 – 1 g/cm3
Tỷ trọng
(Trọng lượng phần hạt rắn chia
cho thể tích phần hạt rắn)
∆ Ps / Vs
Tất cả các loại đất trừ than bùn
∆ = 2,6 – 3
Độ bão hòa
(Tỷ phần trăm của thể tích nước
và thể tích phần rỗng)
Hệ số rỗng
(Tỷ giữa thể tích phần rỗng và
thể tích phần hạt rắn)
Cát: 0,5 – 1 Bụi: 0,4 – 1 Sét cứng: 0,3 – 0,5 Set cứng vừa: 20 – 50 % Sét yếu: 0,5 – 1
Than bùn: 1 – 4
Độ rỗng
(Tỷ giữa thể tích phần rỗng và
n Vv/Vt
Trang 6tổng thể tích)
Mối quan hệ giữa các thông số tính chất vật lý
- Độ ẩm tự nhiên: w = Pw / Ps
- Dung trọng tự nhiên: γw = (Pw + Ps) / Vt
- Tỷ trọng: ∆ = Ps / Vs
- Hệ số nén lún: a cm2/kg
- Giới hạn chảy Wch
- Giới hạn dẻo Wd
- Lực dính C kg/cm2
- Góc ma sát trong φ0
Thông số tính toán và các mối quan hệ giữa các thông số
- Dung trọng khô: γk = Ps / Vt
- Hệ số rỗng: e = Vv / Vs
- Độ rỗng: n = Vv / Vt
- Độ bào mòn: CT = Vw / Vv
Tài liệu tham khảo:
- Tiêu chuẩn TCVN 4419: 1987 Khảo sát cho xây dựng – Nguyên tắc cơ bản;
- TCXD 160 : 1987 Khảo sát địa kỹ thuật phục vụ thiết kế và thi công móng cọc;
- TCXD 161 ; 1987 Công tác thăm dò điện trong khảo sát xây dựng;
- TCXD 194 :1997 Nhà cao tầng – Công tác khảo sát địa kỹ thuật;
- TCXD 112 ; 1984 Hướng dẫn thực hành kháo sát đất xây dựng bằng thiết bị mới ( do PNUD đầu tư) và sử dụng tài liệu vào thiết kế công trình;
- 14 TCN 03 : 1985 Qui trình khảo sát địa chất công trình để thiết kế và xây dựng công trình ngầm;
- 22 TCN 259 :2000 Quy trình khoan thăm dò địa chất công trình;
Trang 7- 22 TCN 171 : 1987 Quy trình khảo sát địa chất công trình và thiết kế biện pháp ổn định nền đường vùng có hoạt động trượt, sụt lở;
- TCXD 205 :1998 Móng cọc tiêu chuẩn thiết kế;
- Tiêu chuẩn thiết kế nền nhà và công trình TCVN45-78