Nghiên cứu giải pháp hợp lý để xử lý nền đất yếu trong vùng ngập lũ ở khu vực đồng bằng sông cửu long cho các công trình nhà từ 3 đến 5 tầng

TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP HỢP LÝ ĐỂ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU TRONG VÙNG NHẬP LŨ Ở ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG CHO CÁC CÔNG TRÌNH NHÀ TỪ 3 TẦNG ĐẾN 5 TẦNG.. TÓM TẮT LUẬN ÁN ĐỀ TÀI : “NGHIÊ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

TẦNG ĐẾN 5 TẦNG

CHUYÊN NGÀNH : CÔNG TRÌNH TRÊN ĐẤT YẾU

MÃ SỐ : 31-10-02

LUẬN ÁN CAO HỌC

Thành Phố Hồ Chí Minh

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Người hướng dẫn khoa học :

Người chấm nhận xét 1 :

Người chấm nhận xét 2 :

Tiến Sĩ CAO VĂN TRIỆU

Luận án cao học được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG BẢO VỆ LUẬN ÁN CAO HỌC TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ngày … tháng … Năm 2002

Có thể tìm hiểu luận án tại Thư Viện Trường Đại Học Bách Khoa,

Đại Học Quốc Gia Thành Phố Hồ Chí Minh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

ĐẠI HỌC QUỐC QIA TP HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HCM

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

-oOo -

NHIỆM VỤ LUẬN ÁN CAO HỌC

I TÊN ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP HỢP LÝ ĐỂ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU TRONG VÙNG NHẬP LŨ Ở ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG CHO CÁC CÔNG TRÌNH

NHÀ TỪ 3 TẦNG ĐẾN 5 TẦNG

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

Chương I: Tổng quan về quá trình hình thành và đặc điểm đất yếu khu vực Đồng Bằng Sông Cửu Long

Chương II: Tổng quan về một số kết quả đã nghiên cứu trong nước và ngoài nước về các giải pháp để xử lý nền đất yếu dưới công trình

Chương III: Nghiên cứu về cấu tạo của móng trên nền cừ tràm, và móng cọc bê tông cốt thép tiết diện nhỏ

Chương IV: Nghiên cứu một số giải pháp về tính toán của móng trên nền cừ tràm và móng cọc BTCT tiết diện nhỏ trong điều kiện đất yếu trong vùng ngập lũ ở Đồng Bằng Sông Cửu Long

Chương V: Tính toán ứng dụng kết quả nghiên cứu để xử lý 2 công trình cụ thể

Chương VI: Các nhận xét, kết luận, và kiến nghị

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : … /… / 2002

V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪNÏ: GS.TSKH LÊ BÁ LƯƠNG

VI HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ NHẬN XÉT 1Ï: GS.TSKH NGUYỄN VĂN THƠ

VII HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ NHẬN XÉT 2

: TS CAO VĂN TRIỆU Cán Bộ Hướng Dẫn Cán Bộ Phản Biện 1 Cán Bộ Phản Biện 2

GS.TSKH LÊ BÁ LƯƠNG GS.TSKH NGUYỄN VĂN THƠ TS CAO VĂN TRIỆU

Nội dung và đề cương Luận án cao học đã được thông qua Hội đồng chuyên ngành

Ngày….tháng….năm 2002

GS.TS KH LÊ BÁ LƯƠNG

LỜI CẢM ƠN

 Xin chân thành cảm ơn Quý Thầy Cô, đã tận tình truyền đạt những kiến thức quí báu cho chúng em qua từng bài giảng trong những năm tháng ở giảng đường đại học, đã giúp em ngày càng trưởng thành hơn

 Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc Thầy Giáo Sư Tiến Sĩ Khoa Học Lê Bá

Lương đã tận tình hướng dẫn em trong suốt quá trình thực hiện luận án Thầy

đã hết lòng giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi để hoàn thành luận án này Một lần nữa em xin chân thành biết ơn những gì Thầy đã dành cho chúng em trong những năm học qua, đặc biệt là thời gian thực hiện luận án tốt nghiệp thạc sĩ

 Em xin thành thật biết ơn Thầy Giáo Sư Tiến Sĩ Khoa Học Nguyễn Văn Thơ

đã tận tình truyền đạt những kiến thức và kinh nghiệm quý báu từ những bài giảng trên giảng đường

 Em xin thành thật biết ơn Thầy Giáo Sư Tiến Sĩ Khoa Học Hoàng Văn Tân,

thầy đã tận tụy từng bài giảng trên giảng đường đại học, truyền đạt cho chúng

em những kiến thức, giúp cho chúng em vững tin trên con đường nghiên cứu khoa học

 Em xin thành thật biết ơn Thầy Tiến Sĩ Cao Văn Triệu, người đã chân tình

hướng dẫn để thực hiện luận án tốt nghiệp

 Em xin thành thật biết ơn Thầy Tiến Sĩ Châu Ngọc Ẩn, người đã truyền đạt

những thông tin quan trọng cho việc thực hiện luận án này

 Xin chân thành cảm ơn những bạn bè xa gần luôn luôn động viên giúp đỡ trong việc hoàn thành luận án

 Xin chân thành cảm ơn Quý Thầy Cô Phòng Đào Tạo sau Đại Học đã tạo

điều kiện thuận lợi để hoàn thành luận án

 Cuối cùng xin chân thành Cảm ơn Ban Lãnh đạo Công Ty Tư Vấn Đầu Tư &

Thiết Kế Xây Dựng (CIDECO) – TỔNG CÔNG TY XÂY DỰNG SỐ 1 – BỘ XÂY DỰNG đã tận tình hỗ trợ, tạo mọi điều kiện thuận lợi trong suốt quá trình

học tập và trong khi thực hiện luận án tốt nghiệp Xin chân thành cản ơn các bạn đồng nghiệp thuộc công ty đã động viên giúp đỡ chia sẽ công việc cơ quan trong quá trình học tập và hoàn thành luận án

TÓM TẮT LUẬN ÁN

ĐỀ TÀI :

“NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP HỢP LÝ ĐỂ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU TRONG VÙNG NGẬP LŨ Ở KHU VỰC ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG CHO CÁC CÔNG TRÌNH

NHÀ TỪ 3 TẦNG ĐẾN 5 TẦNG.”

Đồng bằng sông Cửu Long thuộc phần cuối hạ lưu sông Mê Kông là một vùng đất màu mở nhưng chịu ảnh hưởng rất nhiều về chế độ dòng chảy và cung cấp nước ngọt của sông Mê Kông Là vùng kinh tế trọng điểm về nông nghiệp của cả nước, thế nhưng đời sống nhân dân Đồng bằng sông Cửu Long còn rất nhiều khó khăn Càng khó khăn hơn nữa với tình hình lũ lụt những năm vừa qua nhân dân ở đây đã gánh chịu thiệt hại rất lớn về người và của

Vì thế mục tiêu nghiên cứu chính của đề tài là góp một phần nhỏ bé trong việc nghiên cứu giải pháp nền móng hợp lý cho nhà ở trong vùng ngập lũ ở Đồng bằng sông Cửu Long

Đề tài đi sâu vào nghiên cứu hai giải pháp nền móng đang được áp dụng phổ biến ở Đồng bằng sông Cửu Long cho công trình nhà là: móng trên nền gia cố cừ tràm và móng cọc bê tông cốt thép tiết diện nhỏ

Trên cơ sở nghiên cứu ứng xử của đất nền, ta xây dựng các mô hình tính toán hệ móng trên nền gia cố cừ tràm chịu tải phân bố đều theo phương đứng (có xem xét tới yếu tố đất nền xung quanh) bằng phương pháp phần tử hữu hạn cho các trường hợp sau:

+ Trường hợp 1:

Cừ tràm gia cố (với mật độ 16 cây/m2) trong phạm vi móng và bên ngoàimóng các khoảng: 0,125b; 0,275b; 0,425b (b: chiều rộng của móng), có xét sự làm việc đồng thời của cừ tràm với đất nền xung quanh

+ Trường hợp 2:

Cừ tràm gia cố (với mật độ 25 cây/m2) trong phạm vi móng và ra hai bên móng các khoảng: 0,1b; 0,2b; 0,3b; 0,4b (b: chiều rộng của móng), không xét sự làm việc đồng thời với đất nền xung quanh bên trong phạm vi gia cố

Kết quả nghiên cứu đã cho thấy được ứng xử của đất nền sau khi gia cố cừ tràm: ứng suất phân bố trong nền, sự hạn chế phát triển của vùng biến dạng dẽo sau khi gia cố cừ tràm, phạm vi gia cố thích hợp cho cừ tràm,

_ Đề tài đã xây dựng mô hình nghiên cứu sự làm việc đồng thời của móng cọc bê tông cốt thép tiết diện nhỏ và đất nền xung quanh trong điều kiện không thoát nước đã cho thấy được sự phân bố và giá trị ứng suất trong đất nền xung quanh cọc Kết quả cho thấy sự phân bố ứng suất trong đất nền phản ánh được phần nào sự làm việc của đất nền và cọc

_ Vấn đề nghiên cứu sự làm việc đồng thời giữa kết cấu móng và nền đất trên mô hình máy tính bằng phương pháp phần tử hữu hạn là một xu hướng đang phát triển rất mạnh trên thế giới và đã được áp dụng trong thiết kế ngày càng

rộng rãi và phản ánh sự làm việc của nền móng công trình

Kết quả nghiên cứu cho thấy phù hợp với thực tế, phản ánh được sự làm việc thực tế của của đất nền và móng (cừ tràm, cọc bê tông cốt thép tiết diện nhỏ), xác định được khoảng cách gia cố cừ tràm thích hợp, và lý giải được một số hiện tượng sau khi so sánh với kết quả thực tế

ABSTRACT OF THESIS

THESIS’ TITLE :

“RESEARCHING SUITABLE SOLUION FOR TREATING THE FOUNDATION UNDER THE SOFT SOIL IN THE FLOOD ZONE BELONG TO THE MEKONG DELTA”

Mekong Delta is the end part of the lower Mekong river It is a fat soil and to

be effected by the stream flow and the supply of water of the Mekong river It is also the most important zone of agriculture economic of the whole country However, the living of people there are still more difficult It is more and more difficult for people when the flood overfloads every year

The main target of the thesis that is trying to get a small contribution in researching the suitable foundations for housing in the flood zone of Mekong Delta

The scope of the researching is concentrated in two foundation solutions to

be used widely in this area Those are foundations on the soil reinforced by “tram” wooden pile, and small section reinforced concrete piles

Based on the researching the behavior of the soil under vertical uniform load, we build these models of “tram” wooden pile reinforced soil as follows:

Case 1: ‘’Tram” wooden piles (16 piles/ metre square) reinforced under the foundation and extent the edge of foundation a distance as: 0,125b; 0,275b; 0,425b; (with the existen of soil around the piles in the reinforced area)

Case 2: ‘’Tram” wooden piles (25 piles/ metre square) reinforced under the foundation and extent the edge of foundation a distance as: 0,1b; 0,2b; 0,3b; 0,4b (without existent of soil around the piles in the reinforeced area)

Case 3: ‘’Tram” wooden piles (25 piles/ metre square) reinforced in area that may have the plastic zones

Case 4: Sand blanket combined with ‘’Tram” wooden piles (25 piles/ metre square) reinforced in area that may have the plastic zones

From the results that we see the behavior of the system of “Tram” wooden pile and the soil around them, the limit of plastic zones after reinforced by Tram wooden piles, and the areas that are suitable for reinforcing

The thesis have been developed the models that reseach the behaviors of the soil and the concrete piles in the undrained condition The results may reflect some case of working condition of the soil-pile interface

At the present time, the researching behavior of concrete-soil interface by finite element method has been developed widely in the world And more and more the projects have been designed in that way (the interface behavior of soil and the structral foundation)

The results of the thesis are correspondent to the practical, reflecting the behavior of the actual conditions of the soil and foundation structure, and can explain some phonomenon after compare with the actual conditons

MỤC LỤC

 Lời cảm ơn

 Tóm tắt luận án

CHƯƠNG MỞ ĐẦU

Chương I: TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH VÀ ĐẶC ĐIỂM ĐẤT

YẾU TRONG VÙNG NGẬP LŨ KHU VỰC ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG

I.1 Quá trình hình thành đất sét yếu ở Đồng bằng sông Cửu Long

I.2 Khái quát về điều kiện địa chất công trình ở Đồng bằng sông Cửu Long

I.1.1 Về mặt địa tầng

I.1.2 Về mặt địa chất thủy văn

I.1.3 Về mặt địa chất công trình

I.3 Sự phân bổ các khu vực đất yếu ở Đồng bằng sông Cửu Long

I.4 Những đặc điểm cơ bản của đất sét yếu ở Đồng bằng sông Cửu Long

I.4.1 Hạt sét và các khoáng chất

I.4.2 Nước trong đất sét

I.4.3 Hiện tượng hấp phụ

I.4.4 Tính dẽo

I.4.5 Gradient ban đầu

I.4.6 Độ bền cấu trúc

I.4.7 Tính nén chưa đến chặt

I.4.8 Tính nhạy và xúc biến

I.4.9 Mối liên kết cấu trúc

I.4.10 Đặc điểm biến dạng

I.4.11 Sức chống cắt

I.4.12 Tính lưu biến

I.5 Một số vấn đề về điều kiện lũ ở Đồng bằng sông Cửu Long

I.5.1 Cơ chế lũ ở Đồng bằng sông Cửu Long

I.5.2 Một số kết quả nghiên cứu về đợt lũ tháng 10/2000

I.5.3 Phân vùng ngập lũ ở Đồng bằng sông Cửu Long

I.6 Sơ lược về tình hinh xây dựng các cụm, tuyến dân cư vượt lũ ở Đồng bằng sông Cửu Long

I.7 Thống kê các đặc trưng cơ bản của hố khoan điển hình phục vụ tính toán

Chương II: TỔNG QUAN VỀ MỘT SỐ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU TRONG VÀ

NGOÀI NƯỚC VỀ GIẢI PHÁP NỀN MÓNG HỢP LÝ ĐỂ XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU TRONG VÙNG NGẬP LŨ Ở ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG

nước và ngoài nước trên vùng đất sét bão hòa nước

II.1.1 Một số thành công về nghiên cứu xây dựng lý thuyết tính toán nền móng công trình

II.1.2 Một số thành công và thất bại trong thực tế xây dựng nền móng công trình ở nước ngoài

II.1.3 Một số thành công và thất bại trong thực tế xây dựng nền móng công trình ở trong nước

sâu ở đồng bằng sông Cửu Long

II.2.1 Biện pháp kết cấu bên trên

II.2.2 Biện pháp về móng

II.2.3 Biện pháp cải tạo nền đất yếu công trình

3.1 Xử lý nền bằng đệm cát thuần túy

3.2 Giải pháp móng trên nền gia cố cừ tràm

3.3 Giải pháp móng cọc BTCT tiết diện nhỏ

Chương III: NGHIÊN CỨU MỘT SỐ GIẢI PHÁP VỀ CẤU TẠO CỦA MÓNG

TRÊN NỀN GIA CỐ CỪ TRÀM VÀ MÓNG CỌC BÊ TÔNG CỐT THÉP TIẾT DIỆN NHỎ

Nghiên cứu giải pháp cấu tạo của móng trên nền gia cố cừ tràm

III.1.1 Một số vấn đề liên quan

III.1.2 Một số giải pháp cấu tạo móng trên nền gia cố cừ tràm

III.1.3 Nghiên cứu tính toán cấu tạo móng trên nền gia cố cừ tràm trên

mô hình bằng phương pháp PTHH

III.2 Nghiên cứu giải pháp cấu tạo của móng cọc bê tông cốt thép tiết diện nhỏ

III.2.1 Đặt vấn đề nghiên cứu

III.2.2 Cọc bê tông cốt thép tiết diện nhỏ

III.2.3 Tính toán cấu tạo cọc bê tông cốt thép tiết diện nhỏ

Chương IV: NGHIÊN CỨU MỘT SỐ GIẢI PHÁP VỀ TÍNH TOÁN MÓNG TRÊN

NỀN GIA CỐ CỪ TRÀM KẾT HỢP VỚI ĐỆM CÁT VÀ MÓNG CỌC BTCT TIẾT DIỆN NHỎ

IV.1 Nghiên cứu tính toán móng trên nền cừ tràm kết hợp với đệm cát và vải địa kỹ thuật

IV.2 Nghiên cứu tính toán cọc bê tông cốt thép tiết diện nhỏ làm việc đồng thời với nền trên mô hình máy tính

Chương V: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG TÍNH TOÁN CÔNG TRÌNH THỰC TẾ

V.1 Ứng dụng tính toán móng trên nền cừ tràm kết hợp với đệm cát và vải địa kỹ thuật cho công trình nhà 3 tầng

V.2 Ứng dụng tính toán móng cọc bê tông cốt thép tiết diện nhỏ cho công trình nhà 5 tầng

Chương IV: MỘT SỐ NHẬN XÉT KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

PHAÀN I

TOÅNG QUAN

MỞ ĐẦU

− Đồng bằng sông Cửu Long là một vựa luá lớn và là trọng điểm kinh tế về nông nghiệp của cả nước, đã đưa đất nước ta đứng thứ hai về xuất khẩu gạo trên thế giới, thế nhưng sự phát triển giao thông, cở sở hạ tầng, cuộc sống của nhân dân ở đây còn nhiều cơ cực khi lũ đến, nhân dân còn quá nghèo, đất nước còn lắm khó khăn mà chi phí xây dựng và khắc phục hậu quả do lũ lại quá lớn

− Ngày 9/02/1996, Thủ tướng Chính phủ đã ra quyết định số 99 TTg về định hướng dài hạn và kế hoạch 5 năm 1996-2000 đối với việc phát triển thủy lợi, giao thông và xây dựng nông thôn đồng bằng sông Cửu Long nhằm ổn định đời sống nhân dân, phát triển sản xuất toàn diện, xây dựng nông thôn đồng bằng sông Cửu Long theo hướng công nghiệp hoá, hiện đại hoá

− Vừa qua với tình hình thực tế của hai mùa lũ vào 10/2000 và 10/2001 vừa qua đã gây ra những thiệt hại nghiêm trọng về người và của cho Đồng bào Đồng Bằng Sông Cửu Long vốn đã gặp nhiều khó khăn nay lại càng khó khăn hơn Chính vì thế một trong những chiến lược của Đảng và Nhà nước

ta đối với Đồng Bằng Sông Cửu Long là tồn tại cùng với lũ, sống chung với lũ, tạo ra những khu đê bao cho khu dân cư chống lũ, những tuyến đường cao hơn lũ có dân cư tập trung phát triển ven đường, có những chứa lũ, điều tiết lũ

− Trong chuyến làm việc vừa qua (30-10-2001) của Chủ Tịch Nước Trần Đức Lương tại các Tỉnh Đồng Bằng Sông Cửu Long có nhắc nhở các địa phương

kiện sống an toàn với lũ.Yêu cầu của Đảng cũng như ước nguyện của nhân

dân là xây dựng công trình phải đảm bảo cho người dân “ sống an toàn và phát triển”

− Bên cạnh những khó khăn khách quan, tuy nhiên với áp lực của tốc độ đô thị hóa và quá trình phát triển những khu công nghiệp, khu dân cư ở khu vực các Tỉnh Đồng Bằng Sông Cửu Long ngày càng gia tăng, cùng tồn tại với lũ, đặt ra vấn đề thực tế chọn giải pháp móng hợp lý cho công trình trên đất yếu trong vùng ngập lũ là bài toán cấp thiết quan trọng và khó khăn trong công tác thiết kế cũng như thi công công trình

− Vấn đề nghiên cứu giải pháp hợp lý để xử lý nền đất yếu ở vùng ngập lũ của Đồng Bằng Sông Cửu Long cho các công trình nhà từ 3 tầng đến 5 tầng là một yêu cầu thực tế bức thiết để đảm bảo vấn đề an sinh xã hội của đồng bào ở đây Tìm ra giải pháp móng thích hợp cho các loại công trình dân dụng, công nghiệp, giao thông là bài toán khó khăn và quan trọng không những giải quyết những vấn đề kinh tế, giá thành công trình mà còn vấn đề mỹ thuật, kỹ thuật, chất lượng công trình Có nhiều phương án xử lý nền đất yếu dưới công trình như: dùng đệm cát, cọc cát, giếng cát, cừ tràm, cọc bê tông cốt thép, bấc thấm, cọc vật liệu rời… Và đặc biệt là vấn đề tận dụng vật liệu địa phương nhằm giảm giá thành công trình, và đồng thời đảm bảo sự

an toàn của công trình trong điều kiện sống chung với lũ là vấn đề quan tâm hiện nay vì đời sống nhân dân Đồng Bằng Sông Cửu long còn quá nhiều khó khăn

II PHƯƠNG HƯỚNG CỦA ĐỀ TÀI:

1) Nghiên cứu giải pháp về cấu tạo và tính toán của móng trên nền gia cố cừ tràm, và móng cọc bê tông cốt thép tiết diện nhỏ để xử lý nền đất yếu trong vùng ngập lũ

2) Nghiên cứu vùng ảnh hưởng của ứng suất theo phương ngang của móng trên nền gia cố cừ tràm chịu tải trọng phân bố theo phương đứng, nhằm tìm ra vùng gia cố cứ tràm hai bên móng thích hợp

3) Nghiên cứu sự phân bố ứng suất trong hệ móng cọc bê tông cốt thép tiết diện nhỏ và nền làm việc đồng thời dưới tác dụng của tải trọng công trình trong trường hợp bài toán không thoát nước

Châu thổ sông Cửu Long là môi trường trầm tích rất hoạt động, đồng bộ và hình thành nhiều vĩa đất sét lớn Tổng hợp quá trình vận chuyển phù sa trong các điều kiện địa hình khác nhau với sự giao lưu của nước sông và nước biển có thể dẫn đến một tỷ lệ bồi lắng rất cao Các tầng đất này được đặc trưng bởi sự tồn tại một số lớn hạt bụi trong lớp đất sét yếu hoặc bùn chưa được nén trước nhiều và có độ ẩm lớn, làm cho các hạt keo nở nhiều Các đất thuộc loại này thường hình thành các tầng tương đối dày, tạo thành một khối dẽo có tính nén lún lớn, vì vậy khi xây dựng công trình trên đó thường phải có biện pháp xử lý thích đáng thì mới bảo đảm cho công trình vẫn làm việc bình thường

I.2 KHÁI QUÁT VỀ ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH Ở ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG:

_Đồng bằng Sông Cửu Long được tạo thành nhờ quá trình bồi tụ và lắng đọng trầm tích trong điều kiện biển nông, cùng với dòng chảy mang phù sa của các sông ra biển (sông Cửu Long, sông Vàm Cỏ, sông Sài Gòn)

_Địa hình khu vực có đặc điểm chung là bằng phẳng, cao độ 0,5 – 1,5 m , hơi nghiêng ra biển với độ dốc không đáng kể Trầm tích đồng bằng sông Cửu Long

đồng bằng với chiều dày tầng đất yếu từ vài mét đến vài chục mét Dựa theo chiều dày tầng đất yếu có thể chia đồng bằng sông Cửu Long thành ba khu vực:

Khu vực 1: có lớp đất yếu dày từ 1 – 30 m, bao gồm các vùng đô thị Sài Gòn

và các vùng ven đô, thượng nguồn các sông Vàm Cỏ Tây, Vàm Cỏ Đông, phía Tây Đồng Tháp Mười, rìa quanh vùng Thất Sơn cho tới vùng ven Hà Tiên, Rạch Giá, rìa Đông Bắc đồng bằng từ Vũng Tàu đến Biên Hòa

Khu vực 2: có lớp đất yếu dày từ 5 – 30 m, phân bố kế cận khu vực 1 và chiếm

đại bộ phận đồng bằng và trung tâm Đồng Tháp Mười

Khu vực 3: có lớp đất yếu dày từ 15 – 30 m chủ yếu thuộc lãnh thổ các tỉnh Cửu

Long, Bến Tre, tới vùng duyên hải các tỉnh Minh Hải, Hậu Giang, Tiền Giang _ Các lớp trầm tích trên thuộc ba nhóm đất: đất rời xốp, đất mềm dính và đất có thành phần, trạng thái, tính chất đặc biệt Do điều kiện thành tạo của đồng bằng, phần chính của khoáng sét tạo đá có nguồn gốc lục địa, với điều kiện hóa lý mới của đới tạo đá, khoáng vật sét bị biến đổi và chuyển thành những khoáng vật mới Chất hữu cơ đóng vai trò đáng kể, quyết định một loạt các tính chất đặc biệt của đất ở đồng bằng mà ở nơi khác không có; đó là tính trương nở, co ngót và nén lún Quá trình tạo đá của các trầm tích sét ở đồng bằng là quá trình khử nước và nén chặt, nhờ các quá trình hóa lý và áp lực của trọng lượng bản thân

Do đó các trầm tích trẻ ở đồng bằng có độ bền tăng theo chiều sâu Nhìn chung các trầm tích nằm ở tầng tiếp xúc với đá gốc có độ cố kết lớn nhất và có độ bền cao hơn so với lớp trên Mặt khác do ảnh hưởng của vận động tân kiến tạo, miền đồng bằng bị sụp lún , địa hình đá gốc nghiêng ra biển tạo ra các tầng trầm tích tiếp xúc với đá gốc có độ nghiêng tăng dần từ miền Đông Nam bộ và Vịnh Thái Lan về sông Tiền, sông Hậu, và mức độ cố kết của các trầm tích sẽ tăng theo chiều ngang từ biển vào phía Đông Bắc và từ phía Đông và phía Tây về sông Tiền, sông Hậu

I.2.1 VỀ MẶT ĐỊA TẦNG:

_ Vùng châu thổ sông Cửu Long tương đối bằng phẳng, được tạo thành bỡi những trầm tích trẻ xen lẫn trầm tích cổ Chiều dày tầng lớp trầm tích trẻ đạt từ 50-100m, chiều dày tăng dần theo hướng từ đất liền ra biển

_ Ở phía dưới tầng trầm tích trẻ là tầng trầm tích cổ Ngược về phía Tây Ninh, Đồng Nai thì lớp trầm tích cổ xưa xuất hiện ngay trên mặt đất, điều này chứng tỏ trầm tích trẻ mỏng dần về hướng tiếp giám với miền Đông Nam Bộ

Địa tầng ở đồng bằng sông Cửu Long được chia làm 2 tầng rõ rệt:

Tầng trầm tích trẻ (Holoxen):

Tầng trầm tích trẻ này được chia làm 3 bậc:

 Bậc Holoxen dưới giữa QIV-1

 Bậc Holoxen giữa QIV-2

 Bậc Holoxen trên QIV-3 : có thể phân chia ra như sau:

 a-1 tầng trầm tích biển, sông biển hỗn hợp và sinh vật maQIV-3 ,

mbQIV-3 tầng này bao gồm các hạt cát mịn, bùn sét hữu cơ

 a-2 tầng trầm tích sinh vật đầm lầy ven biển bamQIV-3 tầng này bao gồm bùn sét hữu cơ, than bùn,

 a-3 tầng trầm tích sông hồ hỗn hợp và sinh vật ambQIV-3 phổ biến là bùn sét hữu cơ

 a-4 tầng bồi tích aQIV-3,tầng này bao gồm các loại đất yếu như sét, á sét chảy, bùn á sét, á sét hữu cơ

Tầng trầm tích cổ (Pleitoxen):

Miền châu thổ sông Cửu Long và các chi lưu của nó đã bồi đắp nên vùng đồng bằng sông Cửu Long phì nhiêu Tầng phù sa bồi tích ở đây gồm 5 tập hạt mịn xen kẽ với 3-5 tập hạt thô, mỗi tập tương ứng với Pleistoxen thượng, trung và hạ Mỗi tập hạt mịn có chiều dày từ 1-2 m đến chiều dày 40-45m, phân bổ theo

chiều sâu nền đất yếu Các tập hạt thô được đặc trưng bởi bề dày thay đổi từ 4-85

m

I.2.2 VỀ MẶT ĐỊA CHẤT THỦY VĂN:

Mực nước ngầm dưới đất trong trầm tích Holoxen rất nông (thường cách mặt đất từ 0,5 đến 2,0 m) và có quan hệ với nước mặt Vùng gần biển và trũng thường là nước lợ, chịu ảnh hưởng lớn của nước thủy triều Nước trong trầm tích cổ là nước có áp, tương ứng với 3 – 5 nhịp hạt thô có 3 – 5 tầng chứa nước có áp

Do nước biển xâm nhập từng thời kỳ tạo ra vùng nước lợ ở những khu vực trũng , hòa vào những phù du thực vật do phù sa của sông Cửu Long mang lại, trầm tích tại chỗ trong điều kiện khí hậu nóng ẩmbị phá hủy để hình thành FeS2 Và do đất trên mặt không thoát nước được , không bị oxyt sắt hóa cho nên thường có độ pH từ 5 – 7,5 Khi nước biển rút đi, đất chứa các hữu cơ thực vật bị phơi ra, bị bốc hơi nên FeS2 bị oxyt hóa tạo thành H2SO4 Axit này tác dụng rất mạnh với aluminat có trong đất sét và giải phóng nhôm Kết quả đất thường ngã sang màu vàng nâu chứa nhiều sulfat sắt và sulfat nhôm và bị chua, thường gọi là đất phèn có độ pH từ 1 –4

I.2.3 VỀ MẶT ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH:

Hiện nay hầu hết các công trình xây dựng ở đồng bằng sông Cửu Long đều thuộc loại vừa và nhỏ do đó tải trọng của các công trình truyền xuống đất nền đều tựa trên tầng trầm tích trẻ Holoxen Theo các kết quả khảo sát địa chất cho thấy lớp trầm tích trẻ Holoxen chứa chủ yếu là các dạng đất yếu như bùn sét, bùn á sét, bùn á cát, sét từ dẻo mềm đến chảy, đất than bùn Do đó việc nghiên cứu sự phân bố và đặc tính của lớp đất yếu này là cơ sở khoa học để có biện pháp xử lý gia cố nền hợp lý, phục vụ cho công tác xây dựng đạt hiệu quả cao

CỘT ĐỊA TẦNG TỔNG HỢP VÙNG ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG

(THEO SỐ LIỆU CÁC VẤN ĐỀ VỀ ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH KHU VỰC ĐBSCL- PHÂN HỘI

KHĐCCT-1984)

I.3 SỰ PHÂN BỔ CÁC KHU VỰC ĐẤT YẾU Ở ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG:

Dựa vào đặc trưng thành phần thạch học, chiều dày của tầng đất yếu, tính chất địa chất công trình, địa chất thủy văn trong toàn vùng có thể chia làm 5 khu vực có hiện diện đất yếu như sau:

I.3.1 KHU VỰC I :

Khu đất sét màu xám nâu , xám vàng (bmQIV) bao gồm các loại đất sét, á sét màu xám nâu, có chỗ đất mềm yếu nằm gối lên trên trầm tích nén chặt QI-II x, chiều dày không quá 5m

Khu này thuộc đồng bằng tích tụ, có chỗ trũng lầy nội địa, cao độ từ 1 – 3m

Nước dưới đất gặp ở độ sâu 1 – 5m Nước ở đây có tính ăn mòn acid và ăn mòn sulfat

Khi xây dựng công trình ở vùng này, cần chú ý các hiện tượng địa cơ: lầy hóa, lún ướt công trình

Đây là vùng đồng bằng thấp, tích tụ với độ cao từ 1-1,5m đến 3-4m

Mực nước ngầm cách mặt đất 0,5 – 1,0 m, nước có hoạt tính có khả năng ăn mòn bêtông và bêtông cốt thép.Khi thiết kế và thi công công trình ở khu vực này cần có biện pháp loại trừ ảnh hưởng của các hiện tượng : lầy hóa, cát chảy, xói ngầm, xói lở bờ, đào lòng sông, lún ướt công trình

BẢN ĐỒ PHÂN BỐ ĐẤT SÉT YẾU Ở ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG

Đây là vùng đồng bằng thấp, tích tụ với độ cao từ 1-1,5m đến 3-4m Mực nước ngầm cách mặt đất 0,5 – 1,0 m, nước có hoạt tính có khả năng ăn mòn bêtông và bêtông cốt thép Khi thiết kế và thi công công trình ở khu vực này cần có biện pháp loại trừ ảnh hưởng của các hiện tượng : lầy hóa, cát chảy, xói ngầm, xói lở bờ, đào lòng sông, lún ướt công trình

Phân khu II d:

Ở phân khu này thường hay gặp những dạng đất nền yếu như trường hợp các phân khu IIa , IIb , IIc đã nêu ở trên Bề dày tầng đất yếu nhỏ hơn 30m

I.3.3 KHU VỰC III :

Đất nền trong khu vực này bao gồm các dạng sau: Cát hạt mịn, á cát, xen kẹp ít bùn á cát, chúng được chia thành các phân khu như sau:

Phân khu III a:

Đất nền ở đây thường gặp chủ yếu là các loại á cát, cát bụi, xen kẹp ít bùn sét, bùn á sét, bùn á cát (m, am, abm QIV) , chúng nằm trực tiếp trên nền trầm tích nén chặt QI-III Chiều dày tầng trầm tích yếu ở đây không quá 60m Địa hình ở khu vực này là đồng bằng tích tụ và đồng bằng tích tụ gợn sóng ven biển với độ cao từ 1-2m đến 5-7m Mực nước ngầm xuất hiện cách mặt đất 0,5 – 2,0 m, nước có tính ăn mòn

Khi xây dựng công trình ở đây cần có các biện pháp hợp lý để phòng tránh hiện tượng cát chảy và xói ngầm

Phân khu IIIb:

Đất nền ở phân khu này cũng có những đặc trưng giống như Phân khu IIIa, nhưng chiều dày tầng Holoxen không quá 40m

Phân khu IIIc:

Nền đất yếu ở đây có các tính chất, đặc trưng giống như IIIa, IIIb, nhưng chiều dày của tầng Holoxen không quá 25m

I.3.4 KHU VỰC IV :

Nền đất yếu ở khu vực này thường gặp các loại điển hình là đất than bùn xen kẹp bùn sét, bùn á sét, cát bụi và á cát chúng cũng được chia thành các phân khu như sau:

Phân khu IVa:

Các loại đất hay gặp là: đất than bùn, sét, bùn á sét (mb QIV) , chúng thuộc tầng đất yếu Holoxen có chiều dày không quá 25m, gối lên nền trầm tích chặt QI-III Địa hình ở vùng này có dạng đồng bằng tích tụ sinh vật biển có cao độ từ 1,0 đến 1,5 m

Mực nước ngầm xuất hiện ngay trên mặt đất, nước có tính ăn mòn hóa học đối với kết cấu công trình Khi xây dựng công trình trên khu vực này cần chú ý giải quyết các ảnh hưởng lầy hóa đến chảy nhão của đất nền và hiện tượng lún ướt công trình

Phân khu IV b:

Đất yếu ở đây bao gồm than bùn, bùn sét, bùn á sét (abm QIV) , thuộc tầng Holoxen, chiều dày của chúng không quá 50 m phủ trên tầng trầm tích QII-III và N2

Địa hình ở đây là dạng đồng bằng tích tụ trũng lầy, cửa sông bị luồn lạch chia cắt rất mãnh liệt Mực nước ngầm xuất hiện trên mặt đất, nước có hoạt tính ăn mòn cao Ở đây phổ biến các quá trình địa chất động lực như xâm thực bờ và đáy sông, hiện tượng lầy hóa

I.3.5 KHU VỰC V :

Đất yếu ở khu vực này thường gặp là bùn á sét và bùn á cát ngập nước

Địa hình ở đây là dạng đồng bằng tích tụ, trũng lầy dạng vịnh, cửa sông

Mực nước ngầm xuất hiện ngay trên mặt đất, chịu ảnh hưởng của chế độ thủy triều, nứớc có tính ăn mòn hóa học

Ở đây phổ biến các quá trình địa chất động lực như xâm thực bờ và đáy sông, hiện tượng lầy hóa

I.4 NHỮNG ĐẶC ĐIỂM CƠ BẢN CỦA ĐẤT SÉT YẾU Ở ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG:

_ Đất sét yếu có những đặc điểm riêng biệt, nhưng cũng có nhiều tính chất chung như các đất đá khác thuộc loại sét Sự khác nhau giữa đất sét yếu và các loại đất đá sét còn lại có khi rất lớn, tưởng như hoàn toàn thuộc về bản chất, nhưng thực

ra chỉ là ở số lượng, ở mức độ thể hiện Suy cho cùng đó là sự biến đổi, chuyển hoá liên tục của các trầm tích gốc dưới tác dụng của nhiều nhân tố khác nhau trong các thời đại địa chất, trong đó đất sét là sản phẩm giai đoạn đầu của quá trình hình thành đất đá loại sét

I.4.1 Hạt sét và các khoáng chất:

Trong sét có hai thành phần: phần phân tán mịn và phần tán thô

_ Ở phần phân tán thô (Kích thước > 0,002mm) chủ yếu có các khoáng chất nguồn gốc lục địa như thạch anh, penfast,v.v

_ Ở phần phân tán mịn gồm những hạt bé (kích thước 2 - 0,1µ) và keo (0,1 - 0,001 Phần phân tán mịn gồm chủ yếu là các sản phẩm phân hủy hoá học: các khoáng chất sét Có nhiều khoáng vật sét, nhưng thường gặp nhất là ba nhóm điển hình: kaolinit, ilit, và monmoriolit

Hình 1-1: Cấu trúc của đất sét 1- Những hạt sét; 2- Những hạt keo nén chặt; 3- Những hạt cát

 Kaolinit ( Al(Si4O10)(OH)8 ) được thành tạo do phong hoá đá phún xuất, đá biến

chất và đá trầm tích trong điều kiện môi trường axit (pH = 5-6) Kaolinit được có

thể thành tạo khi kết tinh ngưng giao lắng từ dung dịch keo Kaolinit có thể phát sinh trong những điều kiện khí hậu khác nhau, nhưng nhất thiết phải ẩm Đặc điểm mạng tinh thể của kaolinit là tương đối bền, ổn định và ít có khả năng di động Đó là những liên kết giữa tập này với tập kia Lớp trên của tập dưới gồm các hydroxit, còn lớp dưới của tập trên kế đó thì gồm các nguyên tử oxy Các tinh thể của kaolinit có kích thước khá lớn, chỉ hút nước và trương nở không đáng kể

 Momnoriolit ( m [Mg3(Si4O10)(OH)2]x p[(Al,Fe)2(Si4O10)(OH)2]nH20 ), phổ biến nhất là loại chứa oxit nhôm Cấu tạo mạng tinh thể monmoriolit nói chung gần giống kaolinit, nhưng ở đây các tập của lớp đều phân bố đối xứng qua lớp nước ở giữa Các lớp như nhau (gồm các nguyên tử oxy) ở các cập lân cận hướng lại với nhau, do đó mối liên kết giữa chúng yếu hơn so với ở kaolinit Mạng tinh thể kém bền vững; nước dễ xuyên vào và gây trương nở mạnh Khoáng chất nhóm monmoriolit có lượng ngậm nước thay đổi theo độ ẩm của môi trường xung

quanh Ngoài việc khoáng chất có thể hút nước từ không khí ẩm, nước cũng có thể tách ra khỏi khoáng chất để vào không khí, nếu như không khí có độ ẩm bé Khoáng chất nhóm monmoriolit được thành tạo hầu như trong điều kiện ngoại sinh, chủ yếu trong quá trình phân hoá (bằng cách thủy phân) các đá phun

trào trong điều kiện môi trường kiềm (pH = 7-8,5), khí hậu khô và nữa khô, ôn hoà

và ấm áp Monmoriolit cũng có thể phát sinh trong ở biển với điều kiện môi trường kiềm Khi môi trường chuyển thành axit thì monmoriolit bị phá hoại, chuyển thành kaolinit hoặc các khoáng chất sét khác Ngoài ra, monmoriolit có thể thành tạo bằng con đường tổng hợp do sự kết tinh, nhưng lắng từ dung dịch keo và các dung dịch thật ở các chỗ trữ nước, các tầng đất mặt,…

Hình 1-2: Mạng tinh thể của các khoáng vật

 Ilit ( K<1 Al2[(Si,Al)4O10] (OH)2 nH2O ) là một khoáng chất đại biểu của nhóm hydro mica Nhóm này là sản phẩm của hydrat hoá (ngậm nước) của mica ở mức độ khác nhau và chiếm vị trí trung gian giữa mica và monmoriolit Hydrat mica

khác mica ở chỗ chứa nhiều nước và ít kali, còn khác monmoriolit ở chổ: chứa nhiều kali hơn, không có hoặc ít khả năng trương nở dưới tác dụng của nước và hợp chất hữu cơ

Hydrat mica được tạo thành trong nhiều điều kiện khác nhau, nhưng chủ yếu

là ở các môi trường kiềm (pH tới 9,5), trung tính và axit yếu, luôn luôn chứa khá

nhiều kali trong dung dịch nước Sự có mặt của kali trong hydro mica chứng tỏ các khoáng chất gốc mới bị phong hoá hoá học tương đối yếu

Đặc điểm của mạng tinh thể ilit là: giữa các tập có ion kali; những lớp ở xa chỗ liên kết giữa các tập hoàn toàn giống nhau ở kaolinit, còn những lớp gần chỗ liên kết thì bao giờ cũng chỉ có các nguyên tử oxy và tập tiếp theo là có (OH)- như

ở kaolinit Như vậy, về cấu tạo mạng tinh thể, ilit cũng chiếm vị trí trung gian giữa kaolinit và monmoriolit

Các khoáng chất sét không những là dấu hiệu của điều kiện môi trường nó thành tạo, mà còn có tầm quan trọng chủ đạo quyết định các tính chất cơ lý của đất sét Vì vậy khi đánh giá đất sét về phương diện địa chất công trình, can tíến hành nghiên cứu thành phần khoáng vật, đặc biệc là thành phần tán mịn của chúng

I.4.2 Nước trong đất sét:

Nắm vững đặc điểm và sự tồn tại của các loại nước trong đất sét là một việc hết sức quan trọng, giúp ta hiểu được các đặc tính kỹ thuật của đất sét

Theo quan điểm hiện đại thì các hạt khoáng được bao bọc bởi một màng gồm nhiều lớp Từ trong ra ngoài lần lượt có: lớp nước liên kết (nước hấp phụ), lớp nước liên kết yếu, ngoài cùng là nước tư do Nước thuộc hai lớp trong gọi chung là nước liên kết (xem hình 1-3)

Căn cứ vào sự gắn bó giữa hạt khoáng và nước liên kết, người ta quy ước gọi tập này là cốt đất Cốt đất gồm có hạt khoáng và nước liên kết

Hình 1-3: Sơ đồ tác dụng tương hỗ điện phân tử của bề mặt hạt khoáng

1- hạt khoáng; 2- nước liên kết (hấp phụ); 3- nước liên kết yếu; 4- nước tự do

Dưới đây ta xét lần lượt những đặc điểm chủ yếu của các loại nước đó:

α/ Nước liên kết:

1_ Nước hấp phụ là loại nước trực tiếp bao bọc các hạt đất và được giữ lại bỡi những áp lực rất lớn: hàng trăm đến hàng ngàn atmotphe Vì vậy nó rất khó di động Ngoài việc bao quanh các hạt, ở một số khoáng chất như monmoriolit, nước hấp phụ còn chiếm khoảng không gian giữa các tập lớp của mạng tinh thể Nước hấp có trọng lượng riêng 1,2-2,4 g/cm3, nhớt và đàn hồi cao, đóng băng trong khoảng 0-78oC (cấu trúc của nước càn phá hoại nhiều thì nhiệt độ đ1ong băng càng thấp) Chúng ít có khả năng hòa tan và dẫn điện (hằng số điện môi từ 2-2,2)

2_ Nước liên kết yếu là loại nước liên kết rời hay nước màng có nhiều hay ít tùy thuộc mức độ phân tán và thành phần khoáng vật của đất, thành phần và hàm lượng cation trao đổi, cũng như độ ẩm môi trường xung quanh Nước này có thể bốc hơi, sau đó ngưng tụ lại trên mặt hạt đất (bị bao quanh bỡi nước hấp phụ) khi

cao, và lớp càng mỏng thì tính đàn hồi càng tăng Tỷ trọng của nước màng cũng lớn hơn 1 Nước này không trực tiếp bao quanh các hạt đất, nhưng vẫn có quan hệ chặt chẽ với các hạt đất: được giữ lại bỡi áp lự hàng trăm atmosphe Nước các lớp mặt chỉ chuyển động được khi chịu tác dụng của độ dốc thủy lực lớn, hoặc chuyển sang dạng hơi Nước các lớp mặt di chuyển chậm từ hạt đất này sang hạt đất khác dưới tác dụng của các lực phân tử , từ những chổ có màng dày sang những chỗ có màng mỏng hơn Ngoài ra chúng còn có thể chuyển dời được do áp lực điện thấm

Hình 1-4: Sơ đồ biểu thị sự phân bố nước liên kết mặt ngoài ở hạt monmoriolit

(theo E.M Xergeer)

Tính chất quan trọng nhất của nước liên kết yếu là có khả năng gây áp lực chèn ép do bành trướng giữa bề mặt các hạt khoáng, khi chịu tác dụng của lực nén

β/ Nước dạng hơi:

Loại nước này ở trong không khí của lỗ rỗng, hang hốc và khe nứt của đất đá không chứa nước lỏng và băng Nó thường ở đới thông khí và những chổ mà đất đá không bão hoà Tính hút ẩm của đất đá liên quan với loại nước này Đối với đất sét yếu ở trạng thái tự nhiên, loại nước dạng hơi ít có ý nghĩa, vì vậy ta không nghiên cứu chi tiết

γ/ Nước thể cứng:

Loại nước này ở trong đất đóng băng Do đó mà có độ chứa băng đến vài trăm, hoặc đôi khi đến hàng ngàn phần trăm so với trọng lượng hạt khoáng

δ/ Nước tư do:

Loại nước này gồm các dạng trọng lực, mao dẫn và bất động

1_ Nước trọng lực là loại nước thông thường trong thiên nhiên, ở các tầng chứa

nước và vận động theo quy luật của trọng lực

2_ Nước mao dẫn tồn tại khi đất ẩm nhiều hoặc ẩm vừa Nó chỉ lấp các khe nứt

và các khe mao dẫn, có thể ở trạng thái bị “treo” lơ lững, tức là không có quan hệ trực tiếp với tầng chứa nước Hiện tượng này xãy ra khi bên trên tầng chứa nước có đất hòn to và trên nữa là đất hạt nhỏ Nước mao dẫn được giữ lại ở bên trên và bên dưới bằng các lực mặt cong tại ranh giới phân chia giữa nước và không khí Nó chỉ thấm được khi có một trị số độ dốc thủy lực nhất định

Hình 1-5: Sự đồ phân bố nước trong các ống mao dẫn của đất (theo N.A

Katsinxki) 3_ Nước bất động có ở trong đất thấm nước yếu hoặc không thấm nước và có độ

ẩm cao Đó là nước thừa ra ngoài nước liên kết vật lý Nước bất động bị giam hãm lại ở khoảng không gian giữa các hạt đất đã bị phủ màng nước liên kết vật lý và không chuyển động được vì khe nứt và lỗ rỗng quá bé Chỉ khi độ dốc thủy lực cao (do nén chặt trọng lượng hoặc kiến tạo) thì nước này mới vận động được Nếu coi đất sét là một hệ phân tán gồm nhiều pha thì cấu tạo của mỗi phần tử hợp thành hệ đó sẽ như sau: hạt sét sẽ đóng vai trò nhân Nhân hợp với lớp

ion ngược (phản ion) không di động- ứng với nước hấp phụ- sẽ tạo thành granun

Granun hợp với lớp khuếch tán của ion- ứng với nước liên kết yếu- sẽ thành mixen Hai lớp nước này được gọi chung là lớp điện kép, bên ngoài là nước tự do Các hạt sét và hoạt tính của chúng với nước trong đất làm cho đất sét có nhiều thuộc tính đặc biệt mà những loại đất khác không có như: khả năng hấp thụ, tính dẽo, sự tồn tại gradient ban đầu, cũng vì vậy mà đất sét có những đặc điểm về độ bền, tính chất biến dạng và chất lượng xây dựng riên biệt

I.4.3 Hiện tượng hấp thụ:

_ Hiện tượng hấp phụ của đất sét là khả năng hút các chất từ môi trường xung quanh và giữ lại trên chúng những vật chất khác nhau: cứng, lỏng và hơi, những ion, phân tử và các hạt keo Sự hấp thụ ở đất sét là một quá trình có bản chất phức tạp và thường gồm một số quá trình xãy ra đồng thời

_ Hấp thụ được chia ra làm năm loại: cơ học, vật lý, hóa lý, hoá học và sinh vật

1- Hấp thụ cơ học: là sự giữ lại các hạt lơ lững trong nước khi nước thấm qua đất

Loại hấp phụ này đặc trưng cho đất cát và được sử dụng để làm hệ thống lọc và thoát nước Sự bất lợi của loại hấp phu này là làm giảm hệ số thấm và độ bền của đất, do tích tụ lại chất bẩn chịu lực kém

2- Hấp thụ vật lý: là sự hút vật chất xung quanh do bề mặt hạt đất gây nên Xãy

ra do sự chênh lệch nồng độ các hợp chất trên bề mặt hạt keo đất so với môi trường Nguyên nhân là do các hạt phân tán nhỏ có năng lượng bề mặt lớn Đơn vị đo lực hấp phụ là sức căng bề mặt Khi do hấp phụ mà sức căng bề mặt giảm thi hiện tượng hấp phụ gọi là dương, còn trường hợp ngược lại thì gọi là hấp phụ âm Hấp thụ vật lý được ứng dụng để làm giảm khả năng ưa nước của đất hoặc biến nước thành vật liệu kỵ nước

3- Hấp thụ hoá lý: là hiện tượng rất đặc trưng cho đất sét Đó là khả năng của đất

trao đổi một phần nào đó các cation hoặc anion hấp thụ phân bố trong lớp khuếch tán của hạt keo sét cho một số lượng tương đương các cation trong dung dịch tiếp cận với nó Đó là khả năng trao đổi một số ion với một lượng

tương đương các ion khác Vì vậy, có thể gọi hiện tượng đó là hấp thụ trao đổi Hiện tượng này phụ thuộc trước hết vào thành phần khoáng vật tán mịn của

đất, rồi đến mức độ phân tán, và đặc điểm của môi trường xung quanh (pH

càng lớn thì hấp thụ càng mạnh).Lực tương tác giữa các hạt sét tích điện và các ion trong tầng ion trái dấu phụ thuộc vào điện lượng của hạt, loại hóa trị của ion, khoảng cách xa gần với mặt hạt khoáng

Các số liệu cụ thể chứng tỏ rằng: dung dịch hấp phụ của monmorilonit khoảng 60-120 mG- đương lượng /100G đất khô, hydro mica: 20-40 mG- đương lượng /100G đất khô, kaolinit 3-15 mG- đương lượng /100G đất khô

4- Hấp thụ hoá học: là sự hấp thụ đồng thời với sự tạo thành các muối không hoà

tan trong dung dịch bao quanh Hấp phụ hóa học làm tích lũy các hợp chất không hòa tan, lấp đầy các lỗ hổng, dần dần gắn kết các hạt cát, hạt sét thành các hợp thể, các kết hạch, làm thay đổi màu sắc của đất, lấp đầy các lỗ rỗng, khe nứt hang hóc

5- Hấp thụ sinh học: là kết quả hoạt động sinh học của sinh vật (động thực vật, vi

sinh vật) gây ra Chúng hút các cation, anion hòa tan trong dung dịch đất để biến thành các chất hữu cơ Loại hấp thụ này làm thay đổi hình dạng bên ngoài, trạng thái vật lý, thành phần, và các tính chất của đất Vai trò của hấp thụ inh vật được biểu hiện đặc biệt ở giai đoạn đầu hình thành đất đá

I.4.4 Tính dẻo:

Một trong những đặc điểm quan trọng của đất sét là tính dẻo Tính chất này biểu thị độ lưu động của đất sét ở một độ ẩm nào đó khi chịu tác dụng của ngoại lực và chứng tỏ rằng biến dạng của đất sét chiếm vị trí trung gian giữa thể chứng và thể lỏng hoặc chảy nhớt

Độ dẻo phụ thuộc vào nhiều nhân tố: mức độ phân tán và thành phần khoáng vật của đất, thành phần và độ khoáng hoá của dung dịch nước làm bão hòa đất,… Những nghiên cứu gần nay cho thấy rằng: nhân tố chủ đạo chi phối độ dẽo là thành phần khoáng vật nhóm hạt kích thước nhỏ hơn 0,002 mm và hoạt

tính của chúng đối với nước Sét bão hoà ion hoá trị 1 dẽo hơn sét bão hoà ion hoá trị 2; trong các ion hoá trị 1 thì Na+ và Li+ có hoạt tính dẽo nhất Sét kaolinit có chỉ số dẽo 1-40, sét hydro mica từ 25-40, còn sét monmorilonit từ 44 đến hơn

600

Trong thực tế xây dựng ta thường dùng các giới hạn độ ẩm (Atterberg) để đánh giá độ ẩm của đất loại sét Giới hạn lăn ứng với lúc đất chuyển từ trạng thái cứng sang trạng thái dẽo; giới hạn chảy ứng với lúc đất chuyển từ trạng thái dẽo sang trạng thái chảy

Ngoài cách phân loại đất theo chỉ số dẽo, thành phần hạt và bổ sung bằng độ sệt để chỉ trạng thái, người ta còn dùng cách phân loại theo chỉ số độ seat tương đối, hệ số nén chặt thiên nhiên (ORC),

Theo A.V Kempton (1953) dùng chỉ số hoạt tính keo Ak để biểu thị mối quan hệ giữa thành phần hạt, tính chất hoá keo, và độ dẽo của đất:

C n C

P T

k

W

W M

W W

trong đó:

WT : giới hạn chảy;

WP : giới hạn lăn;

MC : lượng chứa hạt sét (%)(kích thước nhỏ hơn 0,002 mm trong đất);

Wn : chỉ số dẽo

Khi Ak > 1,25 :thì đất sét có hoạt tính keo cao;

1,25>Ak > o,75 :thì đất sét có hoạt tính keo vừa;

Ak < 0,75 :thì đất sét có hoạt tính keo thấp;

I.4.5 Gradien ban đầu:

Đất sét có tính thẩm thấu khác thường: chỉ cho nước thấm qua khi gradient (độ dốc) cột nước vượt qua một giá trị nhất định nào đó Trị số này gọi là gradien thủy lực ban đầu

Gradien ban đầu là độ chênh lệch tối thiểu nào đó của áp lực cột nước, mà thấp hơn nó tốc độ thấm giảm xuống nhiều, trở nên bé đến mức thực tế có thể bỏ qua và coi như không thấm nước

Để xác định gradient thủy lực ban đầu người ta thường kéo dài đoạn bắt đầu

thẳng của đường cong liên hệ tốc độ thấm v th với trục gradient i cho cắt trục i (hình 1-5) Trong hình 1-5, đoạn 0-1 ứng với gradien ban đầu, 1-2 là đoạn chuyển tiếp (cong), 2-3 là đoạn liên hệ đường thẳng

Hình 1-6: Liên hệ giữa tốc độ thấm v th với gradien cột nước i

I- đối với cát; II- đối với sét (theo tỷ lệ khác)

I.4.6 Độ bền cấu trúc:

Một trong những tính chất quan trọng nhất của đất sét yếu là độ bền cấu trúc của chúng Nếu tải trọng ngoài được truyền lên đất sét yếu nhỏ hơn trị số độ bền cấu trúc, thì biến dạng của đất bé đến mức có thể bỏ qua, còn khi vượt quá độ bền cấu trúc thì đường cong liên hệ giữa hệ số rỗng và áp lực bắt đầu có độ dốc

lớn (hình 1-6) Trị số độ bền cấu trúc của đất sét yếu chừng 0,2-0,3 kg/cm2, nhưng đôi khi cũng có thể lớn hơn

Những nghiên cứu gần đây cho biết rằng: ngay cả với nước hoàn toàn bão hòa nước, khi chịu tải trọng áp lực nước lỗ rỗng ban đầu cũng không bằng trị số tải trọng đó, mà bằng hiệu số giữa nó và độ bền cấu trúc Độ bền cấu trúc có ý nghĩa to lớn khi tính toán sự cố kết và đánh giá các tính chất bền của đất: ảnh

hưởng đến chiều dày tính toán của tầng chịu ép và tải trọng cho phép của đất nền

Hình 1-7: Đường cong nén của mẫu đất có câu trúc không bị phá hoại theo hệ tọa

độ Đề- cát, và hệ tọa độ nữa loga

I.4.7 Tính nén chưa đến chặt:

So với trị số áp lực mà nó chịu thì đất sét yếu ở trạng thái nén chưa đến chặt hoặc được nén chặt bình thường Tính nén chưa đến chặt của đất là sự không phù hợp rõ ràng thiên nhiên với áp lực thiên nhiên mà đất đang chịu tác dụng Nói một cách khác, ở một chiều sâu nào đó đất chịu áp lực thiên nhiên là s, đúng

ra phải có hệ số rỗng là e, nhưng lại có e1>e, tức là có sự nhỏ hơn của độ chặt tương ứng với áp lực

Tính nén chưa đến chặt là do ảnh hưởng sự phát sinh lực dính của các mối liên hệ cấu trúc _ lực dính này kiềm hãm tính nén chặt, cũng như do tác dụng của nước lỗ rỗng gây nên sự chậm trễ của quá trình cố kết trọng lực Ngoài ra, trạng thái của đất có thể là chưa nén đến chặt, hoặc nén quá chặt tùy theo trị , tốc độ, thời gian lực tác dụng và điều kiện thoát nước lỗ rỗng

Đối với những đất đá ở trạng thái nén chưa đến chặt, sự thể hiện áp lực nước lỗ rỗng rất đặc biệt Áp lực nước lỗ rỗng phát sinh không những khi tăng tải trọng ngoài, mà còn khi giữ nguyên trạng thái ứng suất

I.4.8 Tính nhạy và xúc biến:

Đất sét có tính nhạy, nghĩa là có khả năng thay đổi độ bền khi kết cấu bị phá hoại Để đặc trưng cho độ nhạy, người ta dùng chỉ tiêu biểu thị độ bền của đất kết cấu thiên nhiên với độ bền khi kết cấu bị phá hoại hoàn toàn Độ nhạy của đất sét yếu về cơ bản phụ thuộc vào mức độ nén chưa đến chặt, bỡi vì trong đó cũng thể hiện ảnh hưởng của tất cả các đặc điểm, thành phần và gốc của đất

Đất càng nhạy thì càng không tốt về phương diện làm nền công trình Những đất có độ nhạy cao, trong nhiều trường hợp có chỉ số độ sệt B>1 Tuy nhiên theo một số liệu nghiên cứu về đất chảy thì nhạy nhất là các loại đất á cát, thậm chí càng tăng lượng sét thì độ nhạy càng giảm Mức độ nhạy có thể cao ngay cả khi đất có độ ẩm nhỏ Điều này có thể liên quan đến hàm lượng nước tự do trong việc thể hiện tính nhạy

Khi cất bỏ lực hoặc loại trừ nguyên nhân đã gây ra sự phá hoại đất, kết cấu và độ bền của nó có thể phục hồi rất nhanh hoặc chậm, một phần hoặc toàn phần so với ban đầu Hiện tượng này gọi là hiện tượng xúc biến

Tác hại của hiện tượng xúc biến là làm thay đổi quá mức các tính chất của đất dưới tác dụng của tải trọng tĩnh và động Tuy vậy, hiện tượng cũn gcó khi có lợi: cũng cố được, khôi phục được độ bền và khả năng chịu lực theo thời gian, tức là cải thiện được các tính chất của đất

I.4.9 Mối liên kết cấu trúc:

Đặc điểm riêng biệt của đất sét là trong thành phần của chúng có các khoáng vật sét và hoạt tính lý hoá của những hạt sét trong môi trường nước Trong môi trường nước, các hạt sét có khả năng hút giữ lại xung quanh chúng một màng nước dung hợp (màng sonvat) Chính khả năng này quyết định bản chất cơ lý của đất

Cấu trúc của đất sét là do các mối liên kết giữa các hạt và các khối gây nên

Các mối liên kết ấy gọi là các mối liên kết cấu trúc Chúng phát sinh dưới tá dụng

của lực Van Der Waerden (lực giữa các phân tử) Trong đất sét yếu, vai trò của

mối liên kết ion (phát sinh do lực hút tỉnh điện giữa các hạt tích điện trái dấu) tuỳ theo điều kiện tồn tại của chúng, có thể coi là không đáng kể

Nhờ lực hút phân tử nên các hạt dính lại với nhau và tạo thành khối Lực hút này thay đổi theo đặc trưng của môi trường và giảm cùng sự giảm với kích thước hạt Khi các mối liên kết của đất được thành tạo dưới tác dụng của lực phân tử (còn gọi là lực bám dính) có tác dụng ngược chiều nhau cùng tác dụng đồng thời: trọng lực, lực chèn ép do bành trướng các màng mỏng nước xung quanh hạt Khi giảm kích thước hạt đất, các lực tác dụng ngược chiều với lực bám dính sẽ giảm nhanh hơn so với lực bám dính Kết quả là: với những kích thước nhất định của hạt, lực bám dính sẽ lớn hơn so với các lực ngược chiều với nó; nhờ đó tạo nên các khối Do ảnh hưởng của lực bành trướng các màng nước mỏng (vượt nhiều lần lực bám dính), mối liên kết cấu trúc trong đất sét yếu không thể thành tạo được những khối lớn ổn định, mà chỉ có thể thành tạo được những khối nhỏ không ổn định

Dưới tác dụng của cơ học, các mối liên kết giữa các khối nhỏ dễ dàng bị phá hoại Lúc đó đất biến thành một dạng hồ loãng có độ bền thấp Sau một thời gian hồ ấy có vẽ như đặc lại dần và đạt được trạng thái ban đầu Đó là hiện tượng xúc biến đã xét ở trên Vì vậy theo đặc tính chung, các mối liên kết trong đất sét yếu

thuộc kiểu ngưng keo-xúc biến (theo danh từ của viện sĩ P.A Rebinder)

I.4.10 Đặc điểm biến dạng:

Tính biến dạng của đất sét yếu do bản chất của mối liên kết giữa các hạt của chúng quyết định Đất sét yếu có khả năng nén chặt và củng cố dưới tác dụng của ứng suất Ngay khi dưới áp lực bé, mức độ nén lún của chúng cũng có thể đạt đến trị số đáng kể Quá trình biến dạng ở những đất sét yếu xãy ra trong thời gian dài với tốc độ bé

Có thể chia biến dạng của đất sét yếu ra thành các loại sau:

1- Biến dạng khôi phục: gồm biến dạng đàn hồi và biến dạng cấu trúc hấp phụ

_ Biến dạng đàn hồi: khi tải trọng chưa vượt qua độ bền của mối liên kết cấu trúc, đất chưa bị nén chỉ thể hiện tính đàn hồi

_ Biến dạng cấu trúc hấp phụ: khi tải trọng làm thay đổi chiều dày các màng nước ở những chổ tiếp xúc và bên trong các khoáng chất riêng biệt Sự phát triển của biến dạng này phụ thuộc vào ảnh hưởng của lực hấp phụ Biến dạng cấu trúc là một phần là thuận nghịch Chúng xãy ra dưới hình thức gĩam hay tăng thể tích của đất Biến dạng cấu trúc hấp phụ của đất sét yếu là do kết quả thay đổi tương quan giữa ứng suất ở các chỗ tiếp xúc của các yếu tố cấu trúc và lực hấp phụ Nếu ứng suất các chỗ tiếp xúc vượt quá ảnh hưởng của lực hấp phụ thì sẽ xãy ra sự dồ đuổi các phân tử nước ra khỏi chổ đó

2- Biến dạng dư chỉ gồm biến dạng cấu trúc: xãy ra sự trượt tương đối lên nhau giữa các hạt, và khối và sự tăng mật độ các yếu tố cấu trúc trong một đơn vị thể tích Trong quá trình biến dạng cấu trúc, nếu ứng suất tác dụng vượt quá sức chịu do lực dính kết tạo thì các hạtvà các khối có thể bị chuyển dịch Đặc điểm của biến dạng cấu trúc ở đất sét yếu là kèm theo sự cũng cố khi trị số áp lực bé Bỡi vì, quá trình nén chặt xãy ra trong chậm trong suốt thời gian dài, nên sự củng cố không kết thúc ngay, mà kết thúc đồng thời với quá trình nén chặt

I.4.11 Sức chông cắt:

Trong trường hợp can bằng giới hạn của đất, ta có: