Ứng xử của nền đập (đường) đắp bằng cát trên nền đất yếu khu vực đô thị mới phú mỹ hưng nam sài gòn ứng dụng với phần mềm plaxis

Tầng cấu trúc Holoxen được thành tạo bởi các trầm tích hạt mịn có nguồn gốc biển, sông-biển và sông-biển-đầm lầy gồm sét, bùn sét, bùn pha sét chứa nhiều mùn thực vật và các mịn thuộc cá

THÁI VŨ QUỐC DƯƠNG

ỨNG XỬ CỦA NỀN ĐẬP (ĐƯỜNG) ĐẮP BẰNG CÁT TRÊN NỀN ĐẤT YẾU KHU VỰC ĐÔ THỊ MỚI – PHÚ MỸ HƯNG – NAM SÀI GÒN ỨNG

DỤNG VỚI PHẦN MỀM PLAXIS.

Chuyên ngành : ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG Mã số ngành : 31.10.02

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 10 năm 2005

Cán bộ hướng dẫn khoa học:……… ………

Cán bộ chấm nhận xét 1: ………

Cán bộ chấm nhận xét 2: ………

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày tháng năm 2005

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên : THÁI VŨ QUỐC DƯƠNG Phái : Nam

Ngày, tháng, năm sinh : 28.05.1978 Nơi sinh : Tp Hồ Chí Minh

Chuyên ngành : Địa Kỹ Thuật Xây Dựng Mã số ngành : 31.10.02

I TÊN ĐỀ TÀI : ỨNG XỬ CỦA NỀN ĐẬP (ĐƯỜNG) ĐẮP BẰNG CÁT TRÊN NỀN

ĐẤT YẾU KHU VỰC ĐÔ THỊ MỚI – PHÚ MỸ HƯNG – NAM SÀI GÒN ỨNG DỤNG VỚI PHẦN MỀM PLAXIS

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG :

Nhiệm vụ luận văn : Nghiên cứu ứng xử của nền (đập) đường đắp bằng cát trên nền

đất yếu khu vực Đô Thị Mới – Phú Mỹ Hưng – Nam Sài Gòn Từ đó, đưa ra một vài kết luận có thể sử dụng trong sản xuất

Nội dung luận văn :

Chương 1 : Tổng quan về tình hình xây dựng công trình trên đất yếu

Chương 2 : Tổng quan về quá trình hình thành và đặc điểm đất yếu khu vực Nam Sài

Gòn Chương 3 : Cơ sở lý thuyết về ứng xử của nền đất yếu dưới nền công trình đắp

Chương 4 : Nghiên cứu và sử dụng chương trình Plaxis

Chương 5 : Nghiên cứu ứng xử của nền công trình đắp và ứng dụng phần mềm Plaxis

để mô hình hóa các ứng xử đó

Chương 6 : Kết luận và kiến nghị

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : ngày 17 tháng 01 năm 2005

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : ngày 30 tháng 10 năm 2005

V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS TRÀ THANH PHƯƠNG

Nội dung và đề cương luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua

Ngày tháng năm 2005

Hồ Chí Minh, với bao công lao dạy dỗ động viên nâng đỡ của Quý Thầy Cô, cùng với nhiều cố gắng và nỗ lực của bản thân, sự giúp đỡ của gia đình, bạn bè, đồng nghiệp đã giúp tôi hoàn thành luận văn này Tôi xin chân thành cảm ơn:

- Thầy TS Trà Thanh Phương đã tận tình chỉ dẫn, giúp đỡ trong suốt quá

trình học tập, nghiên cứu và thực hiện luận văn

- Quý Thầy Cô trực tiếp giảng dạy khóa 14 ngành Địa Kỹ Thuật Xây

Dựng

- Khoa quản lý ngành, Bộ môn quản lý chuyên ngành đã tạo nhiều

thuận lợi và phương hướng trong thời gian học tập nghiên cứu tại trường

- Quý Thầy Cô phòng đào tạo sau đại học có kế hoạch, điều kiện thuận

lợi cho các học viên trong quá trình học tập nghiên cứu tại trường

- Gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã động viên giúp đỡ khích lệ tinh

thần

Do thời gian, kiến thức và kinh nghiệm còn hạn chế, luận văn này không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được sự góp ý của Quý Thầy Cô và các bạn đồng nghiệp

ỨNG XỬ CỦA NỀN ĐẬP (ĐƯỜNG) ĐẮP BẰNG CÁT TRÊN NỀN ĐẤT YẾU KHU VỰC ĐÔ THỊ MỚI – PHÚ MỸ HƯNG – NAM SÀI GÒN ỨNG DỤNG VỚI PHẦN MỀM PLAXIS

Trong những năm gần đây, phương pháp phần tử hữu hạn được phát triển mạnh trong ngành mô phỏng công trình Trong luận văn này, sử dụng chương trình Plaxis (version 7.2) để giải các bài toán: đắp từng đợt của công trình đường đắp bằng cát, đắp từng đợt kết hợp với vải địa kỹ thuật và đắp từng đợt kết hợp với hệ thống cọc cát trong môi trường đất yếu ở khu đô thị mới Phú Mỹ Hưng-Nam Sài Gòn Chỉ xét quá trình tính lún sơ cấp Không xét ảnh hưởng lún do từ biến

Luận văn gồm 6 chương như sau:

Chương 1 : Tổng quan về tình hình xây dựng công trình trên đất yếu

Chương 2 : Tổng quan về quá trình hình thành và đặc điểm đất yếu

khu vực Nam Sài Gòn

Chương 3 : Cơ sở lý thuyết về ứng xử của nền đất yếu dưới nền

Chương 4 : Nghiên cứu và sử dụng chương trình Plaxis.

Chương 5 : Nghiên cứu ứng xử của nền công trình đắp và ứng dụng

phần mềm Plaxis để mô hình hóa các ứng xử đó

Chương 6 : Kết luận và kiến nghị

BEHAVIOUR OF SAND EMBANKMENT ON SOFT SOIL IN NEW URBAN AREA OF PHU MY HUNG-SOUTH SAI GON APPLICATION OF PLAXIS PROGRAMME

In recent years, the finite element method has been developed greatly to model in geotechnical engineering In this thesis, applied Plaxis (version 7.2) programme to carry out practical problems such as staged construction of sand embankment, staged construction combine with geotextiles to reinforce embankment and staged construction together with sand compaction piles to improve below-ground subsoil in new urban area of Phu My Hung-South Sai Gon Considering primary consolidation settlement without any creep effects

The thesis has 6 chapters, it includes:

Chapter 1: General of project construction on soft soil

Chapter 2: General of constitutive process and characteristic of soft soil

in new urban area of Phu My Hung-South Sai Gon

Chapter 3: Theoretical basic of behaviour of soft soil under sand

embankment

Chapter 4: Researching and using Plaxis programme

Chapter 5: Researching in behaviour of sand embankmentand application

of Plaxis programme to model those behaviour

Chapter 6: Conclusion and recommend

TRÌNH TRÊN ĐẤT YẾU

1.1 TÌNH HÌNH XÂY DỰNG NỀN ĐƯỜNG TRÊN ĐẤT YẾU 1

1.1.1 Các giải pháp xây dựng nền đường trên đất yếu 1

1.1.2.1 Các giải pháp cải tạo sự phân bố ứng suất và điều kiện 2

biến dạng của nền 1.1.2.2 Xử lý nền đất yếu bằng thiết bị thoát nước thẳng đứng 3 1.1.2.3 Xử lý nền đất yếu bằng các hợp chất hóa học 3 1.1.2.4 Xử lý nền đất yếu bằng một số phương pháp vật lý 4 1.1.2.5 Xử lý nền đất yếu bằng vải địa kỹ thuật 4

BIẾN DẠNG CỦA NỀN ĐƯỜNG

ĐẶC ĐIỂM ĐẤT YẾU KHU VỰC NAM SÀI GÒN

2.1 ĐẶC ĐIỂM MÔI TRƯỜNG ĐỊA CHẤT KHU VỰC THÀNH 7 PHỐ HỒ CHÍ MINH

2.1.1 Cấu trúc địa chất và lịch sử phát triển địa chất kỷ thứ tư 7 2.1.2 Khái quát đặc điểm địa mạo-tân kiến tạo 10

2.1.4 Đặc tính địa chất công trình các trầm tích Đệ tứ 14 2.1.4.1 Trầm tích nguồn gốc sông biển hệ tầng Thủ Đức 14 2.1.4.2 Trầm tích nguồn gốc sông biển hệ tầng Củ Chi 14

ĐẤT YẾU ĐẶC TRƯNG

2.3 KẾT QUẢ TÍNH TOÁN CÁC ĐẶC TRƯNG CƠ LÝ CỦA 22

3.1 NGUYÊN LÝ TỔNG QUÁT VỀ TÌNH HÌNH ỨNG XỬ CỦA 25

NỀN SÉT DƯỚI CÔNG TRÌNH ĐẮP

3.2 ỨNG XỬ CỦA NỀN SÉT TRONG QUÁ TRÌNH THI CÔNG 27

3.2.3 Chuyển vị ngang trong quá trình thi công 30

3.2.4 Mối quan hệ giữa độ lún và chuyển vị trong quá trình thi công 32

3.3.3 Chuyển vị ngang trong trường hợp thi công nhiều đợt 38

PLAXIS

4.2.3 Những thông số cơ bản trong mô hình Mohr-Coulomb 45

4.3.1 Mối liên hệ giữa biến dạng dọc trục (ε1) và độ lệch ứng suất (q) 48

trong thí nghiệm 3 trục thoát nước tiêu chuẩn

4.3.2 Diễn tả mô hình Hardening-Soil gần giống như hàm hyperbol 50

4.3.3 Biến dạng thể tích dẻo trong thí nghiệm 3 trục 51

4.3.4 Những thông số trong mô hình Hardening-Soil 52

4.3.5 Modulus E50ref, Eoedref và hệ số m 53

4.3.6 Bề mặt dẻo hình nón trong mô hình Hardening-Soil (HS) 54

4.4 MÔ HÌNH SOFT-SOIL-CREEP (SSC) (ỨNG XỬ CỦA 56

ĐẤT YẾU PHỤ THUỘC VÀO THỜI GIAN)

4.4.1 Những vấn đề cơ bản trong mô hình từ biến 1-D (1 chiều) 58

4.4.2 Qui tắc vi phân trong từ biến theo 1-D (1 chiều) 60

4.5.1 Mối liên hệ giữa trạng thái ứng suất và biến dạng 63

trong điều kiện nén đẳng hướng (σ1’=σ2’=σ3’)

4.5.2 Hàm dẻo trong trường hợp nén 3 trục với σ2’=σ3’ 64

4.8 ẢNH HƯỞNG CỦA QUÁ TRÌNH PHÁT SINH ỨNG SUẤT 68

BAN ĐẦU ĐỐI VỚI MÔ HÌNH

4.8.2 Phát sinh ứng suất ban đầu bằng tải trọng 69

trọng trường (Gravity loading)

Chương 5: NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ CỦA NỀN CÔNG TRÌNH ĐẮP 70

VÀ ỨNG DỤNG PHẦN MỀM PLAXIS ĐỂ MÔ HÌNH HÓA CÁC ỨNG XỬ ĐOÙ

5.2 ỨNG XỬ CỦA NỀN ĐẤT YẾU TRƯỜNG HỢP ĐẮP 74

NỀN ĐƯỜNG BẰNG CÁT TRONG MỘT ĐỢT

5.2.1 Tính độ lún cố kết theo thời gian bằng phương pháp 74

5.2.2 Tính độ lún cố kết theo thời gian bằng 76

chương trình Plaxis dùng mô hình nền Soft Soil

5.2.3 Kết quả bài toán đắp 1 lần tính theo mô hình Soft Soil 84

5.2.3.1 Aûnh hưởng số phần tử của mô hình đối với thời gian 84

cố kết và quá trình lún trong bài toán đắp 1 lần 5.2.3.2 Aûnh hưởng của mô hình đối với thời gian cố kết 85

và quá trình lún trong bài toán đắp 1 lần 5.2.4 So sánh kết quả lún tính theo phương pháp truyền thống 90

5.3.1 Mô hình hóa bài toán đắp từng đợt trong 91 chương trình Plaxis dùng mô hình nền Soft Soil

5.3.2 Kết quả bài toán đắp từng đợt tính theo mô hình Soft Soil 95 5.3.2.1 Aûnh hưởng của mô hình đối với thời gian cố kết 95

và quá trình lún trong bài toán đắp từng đợt 5.3.2.2 Aûnh hưởng của thời gian cố kết mỗi đợt đắp đối 97

với quá trình lún trong bài toán đắp từng đợt 5.4 ẢNH HƯỞNG VẢI ĐỊA KỸ THUẬT DÙNG ĐỂ GIA CỐ 100 CÔNG TRÌNH ĐẮP ĐỐI VỚI CHUYỂN VỊ NGANG CÔNG TRÌNH

ĐẮP CÓ GIA CƯỜNG VẢI ĐỊA KỸ THUẬT

5.6 ỨNG XỬ CỦA NỀN ĐẤT YẾU TRƯỜNG HỢP ĐẮP 104 NỀN ĐƯỜNG BẰNG CÁT TRONG NHIỀU ĐỢT

CÓ KẾT HỢP VỚI CỌC CÁT

5.6.1 Mô hình bài toán đắp từng đợt kết hợp với cọc cát 104 5.6.2 Kết quả bài toán đắp từng đợt kết hợp 110 với cọc cát tính theo mô hình Soft Soil

5.6.2.1Aûnh hưởng chiều dài L của cọc cát đối với quá trình 110

lún trong bài toán đắp từng đợt kết hợp với cọc cát5.6.2.2 Aûnh hưởng đường kính d của cọc cát đối với quá trình 113

lún trong bài toán đắp từng đợt kết hợp với cọc cát 5.6.2.3 Aûnh hưởng khoảng cách D giữa 2 cọc cát đối với quá trình 114

lún trong bài toán đắp từng đợt kết hợp với cọc cát

VÀ KHÔNG KẾT HỢP VỚI CỌC CÁT

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH

TRÊN ĐẤT YẾU

1.1 TÌNH HÌNH XÂY DỰNG NỀN ĐƯỜNG TRÊN ĐẤT YẾU HIỆN NAY 1.1.1 Các giải pháp xây dựng nền đường trên đất yếu [5][27]

Vật liệu đắp nền đường

Nền đường là một bộ phận của công trình đường Cho nên đất đắp nền đường là vật liệu xây dựng cấu tạo nên công trình Vì vậy trong điều kiện có thể được nên tìm chọn và gia cường đất đắp nền đường nhằm bảo đảm các yêu cầu sau :

- Khi đầm chặt đất sẽ đạt được độ chặt tốt nhất, do đó có độ bền cao cần thiết để không bị biến dạng và cắt phá hoại dưới tác dụng của các ứng suất pháp và ứng suất cắt do tải trọng ngoài gây ra

- Ổn định đối với nước Mùa khô đất không dễ dàng bị khô quá gây ra co ngót, nứt nẻ quá lớn, bốc bụi Mùa mưa đất ít bị thắm ướt và mềm yếu do nước mưa, nước mặt, nước mao dẫn, ít bị xói mòn do mưa, do áp lực thấm thủy động…

Theo yêu cầu trên cần chọn các loại sét pha cát hay cát pha sét với hàm lượng hạt sét khoảng 10 – 30% và kích cỡ hạt từ vừa trở lên Các loại đất cát và đất sét cũng có thể dùng để đắp đường Tuy nhiên cần phải hiểu đặc tính xây dựng để có thể sử dụng chúng một cách hợp lí và đúng chỗ Đất cát có góc nội ma sát tương đối lớn, nên trong điều kiện tĩnh nó thường có sức chịu tải và môđun biến dạng tương đối cao và ít thay đổi trong điều kiện khô ráo hay bị ngập nước Nhưng vì lực dính không có hay có rất nhỏ nên dễ bị xói lở và xói mòn dưới tác dụng của dòng nước mặt hay nước ngầm có lưu tốc xác định Khi chấn động sức chịu tải của cát giảm đáng kể vì ma sát giữa các hạt giảm Đất sét thường có lực

dính tương đối lớn, nên trong điều kiện khô ráo (độ ẩm của đất nhỏ) sức chịu tải của nó khá cao Nhưng vì bị một nguyên nhân nào đó (bị ngập lâu ngày trong nước…) làm cho độ ẩm trong đất tăng thì sức chịu tải của nó giảm xuống một cách đáng kể Từ trạng thái nhão đến trạng thái cứng môđun biến dạng tổng quát của đất sét có thể biến đổi hàng trăm lần Song cần chú ý rằng việc thấm nước (mưa, lũ lụt…) từ ngoài vào trong đất sét không phải dễ dàng Nó phụ thuộc vào tương quan giữa gradient nén thủy lực gây thấm và gradient ban đầu trong đất

Hiện nay để xây dựng nền đường một số nước ngoài đã dùng “ đất có cốt”,

“đất chất dẻo” để vừa tăng cường độ bền của đất nền đường vừa giảm độ dốc ta luy, dùng vật liệu nhẹ để giảm tải trọng lên trên nền đất yếu, dùng geotextile để tăng cường độ bền và giải quyết vấn đề thấm thoát nước cho đất trong lớp đáy nền đường và cho lớp đất yếu tiếp giáp với đáy nền đường

Các giải pháp gia cố mái dốc :

- Ở những nơi chịu tác động của dòng chảy người ta thường lát các tấm bê tông Các tấm bê tông có ưu điểm là gọn nhẹ, dễ thi công

- Đối với những đoạn đường đắp thấp và ở những nơi ít có dòng chảy, mái dốc thấp, không bị ngập nước dùng biện pháp trồng cỏ

- Đối với những đoạn đường ven sông, kênh rạch, hoặc đường dẫn vào cầu biện pháp thường dùng là kè đá hộc có hay không có vữa chèn

1.1.2 Các giải pháp xử lý nền đất yếu [5][23][27][28][32][36][39]

1.1.2.1 Các giải pháp cải tạo sự phân bố ứng suất và điều kiện biến dạng của nền

Khi lớp đất yếu có chiều dày không lớn, thường nhỏ hơn 5m, nằm trực tiếp dưới móng công trình thì có thể áp dụng các phương pháp cải tạo sự phân bố ứng suất và điều kiện biến dạng của nền như đệm cát, đệm đá, đệm đất hoặc bệ phản áp Các phương pháp đệm cát, đệm đá, đệm đất thường được sử dụng để thay thế

một phần hoặc toàn bộ bề dày lớp đất yếu dưới móng công trình Đối với nền đường nằm trên vùng đất yếu thì việc áp dụng bệ phản áp là một trong những biện pháp xử lý có hiệu quả Ưu điểm của các phương pháp này là làm tăng độ bền, giảm độ nén lún của đất nền hoặc làm giảm áp lực tác dụng lên nền và làm cho đất nền tương đối đồng nhất Tuy nhiên, các phương pháp này đòi hỏi mặt bằng thi công phải rộng Bên cạnh đó, khi bề dày tầng đất yếu lớn hoặc mực nước

ngầm nằm cao việc áp dụng các biện pháp trên sẽ bị hạn chế

1.1.2.2 Xử lý nền đất yếu bằng thiết bị thoát nước thẳng đứng

Phương pháp xử lý nền bằng hệ thống thoát nước thẳng đứng thường được kết hợp với gia tải trước bằng khối đất đắp tạm thời hoặc bơm hút chân không kết hợp với hệ thống thoát nước chế tạo sẵn (bấc thấm) đã trở thành phổ biến do lắp đặt dễ dàng, mềm dẻo, độ tin cậy cao và chi phí thấp

Nhìn chung, phương pháp xử lý nền bằng hệ thống thoát nước thẳng đứng không hiệu quả trong các trầm tích có hàm lượng vật chất hữu cơ cao, đặc biệt là các vật chất hữu cơ chưa phân hủy hoàn toàn và than bùn do tính chất lưu biến của các loại đất này và do sự gia tăng khả năng chịu tải của đất sau khi xử lý là không đáng kể

1.1.2.3 Xử lý nền đất yếu bằng các hợp chất hóa học

Các hợp chất hóa học được sử dụng rộng rãi trên thế giới trong xử lý nền đất yếu là vôi, xi măng, bitum… Khi đưa các hợp chất này vào đất, các quá trình phản ứng hóa học sẽ tạo nên các mối liên kết kiến trúc mới trong đất Các mối liên kết này khá bền vững, đồng thời mật độ của đất cũng tăng lên Kết quả cuối cùng là làm tăng độ bền, độ ổn định, làm giảm hệ số thấm và độ lún của đất, đồng thời chống lại được sự trương nở, co ngót và tan rã của đất sau khi đã xử lý

1.1.2.4 Xử lý nền đất yếu bằng một số phương pháp vật lý

Phương pháp điện thấm

Phương pháp điện thấm còn được sử dụng để thúc đẩy sự di chuyển của các vữa hóa chất khi gia cố đất hạt mịn, làm thay đổi độ pH của môi trường, tách hoặc di chuyển một số muối hoặc một số khoáng vật ra khỏi đất Cải tạo đất bằng phương pháp điện thấm không đạt hiệu quả kinh tế trong các trường hợp có độ rỗng của đất tương đối lớn hoặc đất có nồng độ muối cao và dẫn điện tốt Phương pháp này vẫn chưa áp dụng nhiều do giá thành lắp đặt và chi phí vận hành cho công tác xử lý còn quá cao, đồng thời công tác xử lý còn đòi hỏi phải có các thiết

bị hiện đại và cán bộ kỹ thuật trình độ chuyên môn cao

Phương pháp điện hóa

Phương pháp này dựa trên nguyên lý điện thấm, thường được sử dụng để xử lý đất yếu có hàm lượng hạt mịn lớn hơn 50%, đất than bùn và đất bùn có nồng độ muối cao Tuy nhiên, do giá thành quá cao và kỹ thuật thi công phức tạp phương pháp điện hóa học chỉ áp dụng trong trường hợp khó khăn khi mà các biện pháp khác không ứng dụng được

1.1.2.5 Xử lý nền đất yếu bằng vải địa kỹ thuật

Vải địa kỹ thuật là những tấm dệt bằng sợi tổng hợp, được dùng làm lớp ngăn cách giữa các loại vật liệu khác nhau, tiêu thoát nước, lọc thấm, gia cố nền đất yếu, làm lớp bảo vệ và ngăn nước Tùy theo các lĩnh vực ứng dụng mà các chức năng này có thể kết hợp với nhau hoặc sử dụng đơn lẻ

Chức năng ngăn cách: vải địa kỹ thuật được sử dụng làm tấm ngăn cách liên tục giữa 2 vật liệu có đặc tính cơ lý rất khác biệt nhau Thí dụ, cát sỏi sạn với bùn sét, bùn pha sét, làm 2 loại vật liệu này không thể trộn lẫn vào nhau Việc sử dụng lớp vải ngăn cách giữ cho chiều dày lớp đất đắp ít bị thay đổi, cho phép làm giảm chiều cao đắp, làm giảm sự phá hoại các đặc tính cơ học của các lớp đất

nền và kết quả là làm giảm ứng suất cắt và tạo ra sự phân bố tải trọng tác dụng lên nền tốt hơn

Chức năng lọc thấm: là nhằm ngăn không cho các phần tử lơ lửng trong nước đi qua màng lọc Quá trình này làm cho các phần tử lơ lửng của đất sẽ lắng trên lớp lọc ngày càng nhiều và làm giảm khả năng thấm của lớp lọc Hiện tượng làm bít màng lọc là điều không thể tránh khỏi Tuy nhiên, vẫn có thể chấp nhận được nếu hệ số thấm theo tầng lọc vẫn lớn hơn hệ số thấm của khu vực xung quanh, hoặc hiện tượng bít chậm so với tuổi thọ công trình, hoặc bề mặt lớp lọc lớn

Chức năng thoát nước: nhiều loại vải địa kỹ thuật có khả năng thấm thoát nước cao được sử dụng như một loại vật liệu thoát nước tốt Nó cho phép thoát nước theo cả chiều thẳng đứng và chiều ngang Thoát nước tốt làm tăng mức độ cố kết của đất và như vậy sẽ làm tăng cường độ của đất, tăng tính ổn định của nền và của công trình

Chức năng gia cố cơ học: sự hiện diện của vải địa kỹ thuật sẽ tạo nên một thành phần liên tục đối với biến dạng trong phức hợp đất – vải địa kỹ thuật Tuy không làm tăng độ bền của đất nhưng nó chống lại sự phát triển của vùng phá hoại cục bộ xuất hiện ở những khu vực yếu nhất Đối với đất nền yếu sự phá hủy lớp đất đắp là xảy ra tức thời, sử dụng vải địa kỹ thuật có thể tránh được sự phá hủy tức thời đó, tức là tăng cường sự gia cố Ngoài ra, còn được sử dụng để gia cố mái dốc trong việc xây dựng đê, đập, nền đường cũng như các tường chắn

1.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH VÀ BIẾN DẠNG CỦA NỀN ĐƯỜNG

Công việc tính toán ổn định và biến dạng của nền đất yếu dưới nền đất đắp đã và đang được nhiều tác giả trong và ngoài nước nghiên cứu Trong đó phải kể đến các công trình nghiên cứu của các tác giả ngoài nước như : K.Terzaghi,

N.N Maslov, V.V Sokolovski, Culmann, D.W Taylor, W.Fellenius, A.W Bishop…Trong nước, các công trình nghiên cứu của các tác giả : Lê Bá Lương, Nguyễn Văn Thơ, Hoàng Văn Tân, Nguyễn Quang Chiêu, Vũ Đức Lực…[5][27][28][36][39]

Phương pháp tính toán ổn định bao gồm : phương pháp cân bằng giới hạn, phương pháp mặt trượt trụ tròn, phương pháp phân mảnh…Phương pháp đã và đang được sử dụng rộng rãi đó là cung trượt trụ tròn có phân mảnh của W Fellenius, A.W Bishop cho đất đắp trên nền đất yếu Cụ thể việc tính hệ số an toàn FS bằng cách sử dụng biểu đồ tính toán ổn định đã được lập sẵn bởi Pilot và Moreau (1974) hoặc sử dụng máy tính theo phương pháp phân mảnh của A.W Bishop (1955) So với phương pháp phân mảnh cổ điển của W Fellenius thì phương pháp của A.W Bishop có xét thêm lực tác động qua lại của các mảnh (các lực tác dụng lên mặt hông của mỗi mảnh) Tuy nhiên Theo K Terzaghi, W Fellenius, Txưtovich và nhiều tác giả khác cho rằng trong những trường hợp cần thiết việc bỏ qua ảnh hưởng qua lại giữa các mảnh sẽ đơn giản hơn nhiều cho việc tính toán mà kết quả trị số FS không có sai lệch đáng kể [5][27][28][36][39][44][45]

Tính toán biến dạng (lún ổn định tổng thể, lún theo thời gian) dựa theo lý thuyết cố kết 1 chiều của K Terzaghi (1943) Trong trường hợp nền đất yếu được xử lý bằng đường thoát nước thẳng đứng như bấc thấm, giếng cát, cọc cát thì dùng lý thuyết của R.A Barron (1948), S Hansbo (1979)… để tính toán Phương pháp này nhằm rút ngắn chiều dài đường thoát nước, tăng nhanh quá trình cố kết và độ bền của đất yếu [5][27][28][36][39][20][21]

CHƯƠNG 2

TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH VÀ ĐẶC

ĐIỂM ĐẤT YẾU KHU VỰC NAM SÀI GÒN

2.1 ĐẶC ĐIỂM MÔI TRƯỜNG ĐỊA CHẤT KHU VỰC THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

2.1.1 Cấu trúc địa chất và lịch sử phát triển địa chất kỷ thứ tư [5] [37][39]

Khu vực Thành phố Hồ Chí Minh nằm ở vị trí thuộc phần rìa đông bắc trũng Kainozoi Cửu Long, là vùng chuyển tiếp giữa vùng nâng hoạt hóa Mezozoi Đà Lạt và vùng sụt võng Cửu Long Phía bắc được phân định với Đà Lạt bởi hệ thống đứt gãy Bà Rịa-Biên Hòa-Lộc Ninh Phía nam tiếp giáp với vùng sụt võng Kainozoi Cửu Long bởi hệ thống đứt gãy sông Vàm Cỏ Đông

Khu vực Thành phố Hồ Chí Minh có 2 hệ thống đứt gãy chính là Tây Đông Nam và Đông Bắc-Tây Nam Hệ thống đứt gãy Tây Bắc-Đông Nam gồm các đứt gãy Bà Rịa-Biên Hòa, sông Sài Gòn, Lê Minh Xuân-Lý Nhơn, sông Vàm Cỏ Đông Đây là các đứt gãy thuận có mặt trượt nghiêng về tây nam với góc dốc gần như thẳng đứng (80-850) Mặt móng Kainozoi qua các đứt gãy này tạo nên hình thái cấu trúc dạng bậc thang kéo dài theo phương Tây Bắc-Đông Nam Hệ thống đứt gãy Đông Bắc-Tây Nam gồm các đứt gãy Hóc Môn-Tân Uyên, Bình Chánh-Phước Tân… Trong Kainozoi chúng hoạt động yếu và bị chia cắt bởi hệ thống đứt gãy Tây Bắc-Đông Nam Hai hệ thống đứt gãy này tạo nên một mạng lưới đứt gãy và hình thành các khối cấu trúc dương và âm trong lịch sử phát triển Kainozoi.Trũng Kainozoi Cửu Long tại khu vực Thành phố Hồ Chí Minh gồm 3 tầng cấu trúc chính : tầng cấu trúc móng trước Kainozoi, tầng cấu trúc Plioxen-Pleistoxen và tầng cấu trúc Holoxen

Bắc-Tầng cấu trúc móng trước Kainozoi được cấu thành bởi các đá cứng trầm tích lục nguyên và lục nguyên-phun trào tuổi Jura-Kreta, chủ yếu bị phủ bởi các trầm tích Kainozoi và chỉ lộ ra ở một vài vùng với diện tích rất nhỏ

Tầng cấu trúc Plioxen-Pleistoxen có thể chia làm 2 phần phụ tầng : phụ tầng cấu trúc Plioxen (N2) và phụ tầng cấu trúc Pleistoxen Phụ tầng cấu trúc Plioxen được cấu thành bởi các trầm tích vụn thô tướng biển nông ven bờ của hệ tầng Nhà Bè (N21 nb) và hệ tầng Bà Miêu (N22 bm ) Bề mặt của phụ tầng cấu trúc này được đánh dấu bởi lớp vỏ phong hóa của hệ Bà Miêu Phụ tầng cấu trúc Pleistoxen được cấu thành bởi các trầm tích có nguồn gốc sông, sông biển thuộc hệ tầng Trảng Bom (QI2 tb), hệ tầng Thủ Đức (QII-III tđ), hệ tầng Củ Chi (QIII3 cc) Bề dày của phụ tầng cấu trúc này không đồng nhất, thay đổi từ 10 đến 120m tùy thuộc vào biên độ sụt lún của từng khu vực

Tầng cấu trúc Holoxen được thành tạo bởi các trầm tích hạt mịn có nguồn gốc biển, sông-biển và sông-biển-đầm lầy gồm sét, bùn sét, bùn pha sét chứa nhiều mùn thực vật và các mịn thuộc các hệ tầng Bình Chánh (QIV1-2 bc), Cần Giờ (QIV2-3 cg) và trầm tích hiện đại

Sau một thời gian dài gián đoạn trầm tích, vào đầu thời kỳ giữa-muộn của Pleistoxen sớm (QI2-3) khu vực Thành phố Hồ Chí Minh và các vùng lân cận từ từ lún chìm, biển lại tiến vào Trên bề mặt bào mòn bắt đầu tích tụ các trầm tích nhiều tướng thuộc hệ tầng Trảng Bom (QI2 tb) Các trầm tích hệ tầng Trảng Bom bao gồm : lớp dưới là sạn, sỏi, cát thạch anh màu vàng, dày 16m, phủ không chỉnh hợp trên bề mặt phong hóa của các trầm tích thuộc hệ tầng Bà Miêu Lớp giữa là cát bột màu xám trắng lẫn ít sạn sỏi thạch anh, dày 16m Lớp trên là sét bột, cát màu loang lổ, vàng nâu, bề dày 9m bị các trầm tích hệ tầng Thủ Đức phủ trên Cuối thời kỳ Pleistoxen sớm (QI3) biển lại từ từ rút ra, tuy không triệt thoái

khỏi đồng bằng Nam Bộ, song cũng đủ gây gián đoạn trầm tích tại khu vực Thành phố Hồ Chí Minh

Quá trình biển tiến trong giai đoạn Pleistoxen giữa-muộn (QII-III) đã tạo nên sự phân bố rộng rãi và ổn định của các trầm tích hệ tầng Thủ Đức (QII-III tđ) Chúng cấu tạo nên các bậc thềm tích tụ-xâm thực cao 30-40m các trầm tích thuộc hệ tầng Thủ Đức gồm 2 lớp : Lớp dưới là cát sạn sỏi màu vàng, xen kẹp các lớp sét bột, nguồn gốc sông biển, dày 14m Lớp trên là cát pha sét, sạn màu đỏ nguồn gốc sông, cát có độ chọn lọc kém, càng lên trên kích thước hạt càng giảm, dày 13m Trầm tích hệ tầng Thủ Đức chuyển từ tướng sông sang tướng ven bờ theo hướng Đông Bắc-Tây Nam Cuối thời kỳ Pleistoxen giữa-muộn biển triệt thoái khỏi lãnh thổ, khu vực Thành phố Hồ Chí Minh sau đó bước sang thời kỳ nâng cao, bóc mòn Đới laterit hóa trên cùng của hệ tầng Thủ Đức là biểu hiện của quá trình biển lùi này

Vào giao đoạn cuối Pleistoxen muộn (QIII3) biển lại tiến vào đồng bằng Nam Bộ và khu vực Thành phố Hồ Chí Minh hình thành hệ tầng Củ Chi (QIII3 cc) gồm cát sạn sỏi thạch anh, sét kaolin màu xám trắng nguồn gốc sông, sông biển Trong khoảng từ cuối Pleistoxen muộn (QIII3) kéo sang một phần của đầu Holoxen sớm-giữa (đầu QIV1-2) biển lại từ từ triệt thoái hoàn toàn khỏi phạm vi đồng bằng Nam Bộ, khu vực Thành phố Hồ Chí Minh bị xâm thực và bào mòn mạnh mẽ Quá trình laterit hóa theo phương thức thấm đọng trong trầm tích hệ tầng Củ Chi đã diễn ra trên một khu vực rộng lớn Ranh giới giữa Pleistoxen và Holoxen được đánh dấu bằng một thời kỳ gián đoạn trầm tích dài

Đầu Holoxen sớm-giữa (QIV1-2) biển lại tiến vào lục địa và đạt cực đại ở Holoxen giữa tạo ra một lượng đáng kể các trầm tích biển và hỗn hợp sông biển trải rộng trên đồng bằng Nam Bộ Tại khu vực Thành phố Hồ Chí Minh, kết quả của đợt biển tiến này đã hình thành các trầm tích của hệ tầng Bình Chánh (QIV1-2

bc) gồm sét, sét bột chứa ít cát và cát sạn lẫn sét bột nguồn gốc biển và hổn hợp sông biển, phân bố chủ yếu ở Bình Chánh, Hóc Môn, nam Thủ Đức, Nhà Bè và các thung lũng sông Sài Gòn, sông Đồng Nai Hệ tầng Bình Chánh phủ không chỉnh hợp lên hệ tầng Củ Chi (QIII3 cc)

Từ cuối Holoxen giữa đến nay hoạt động nâng yếu xảy ra, biển từ từ rút theo hướng đông nam Tại khu vực Thành phố Hồ Chí Minh hình thành các trầm tích của hệ tầng Cầân Giờ (QIV2-3 cg) gồm một lớp sét màu xám đen, xám nâu, trên đó là than bùn hoặc sét hữu cơ, có nguồn gốc sông biển, đầm lầy biển, đầm lầy sông, phân bố rộng rãi ở các huyện Cầân Giờ, Nhà Bè, nam Thủ Đức, dọc thung lũng sông Sài Gòn và dọc trũng Lê Minh Xuân Trên diện tích vùng Cần Giờ và Nhà Bè hệ tầng Cần Giờ phủ chỉnh hợp lên hệ tầng Bình Chánh, việc phân định ranh giới giữa 2 hệ tầng này dựa vào kết quả nghiên cứu Foraminifera

Nhìn chung hệ trầm tích Đệ tứ khu vực Thành phố Hồ Chí Minh được chia

ra làm 5 nhịp ứng với thời kỳ thành tạo khác nhau Mỗi nhịp, bắt đầu bằng trầm tích hạt thô, kết thúc là trầm tích hạt mịn Các thời kỳ gián đoạn trầm tích thường tạo ra những bề mặt phong hóa loang lổ vàng đỏ hoặc đá ong do laterit hoá theo phương thức thấm đọng

2.1.2 Khái quát đặc điểm địa mạo-tân kiến tạo [39]

Dựa vào đặc điểm nguồn gốc-hình thái, khu vực Thành phố Hồ Chí Minh được chia ra các dạng địa hình : xâm thực-tích tụ, tích tụ-xâm thực và tích tụ Chúng là kết quả tác động tương hỗ của các quá trình nội sinh và ngoại sinh :

- Đồng bằng cao-tích tụ hỗn hợp sông biển : có độ cao tuyệt đối từ 2-5m, cấu tạo bởi các trầm tích hỗn hợp sông biển hệ tầng Bình Chánh (QIV1-2 bc) gồm cát, bột, sét, phần trên mặt bị phong hóa yếu có màu xám vàng, phân bố ở các quận nội thành, bắc-đông bắc Bình Chánh và rải rác ở Thủ Đức

- Đồng bằng cao-tích tụ biển : độ cao 2-5m, cấu tạo bởi các trầm tích biển hệ tầng Bình Chánh (QIV1-2 bc) gồm sét, sét bột màu xám xanh, phần trên bị phong hóa yếu có loang lổ vàng, phân bố ở tây nam Bình Chánh Bề mặt địa hình bằng phẳng, bị mạng lưới sông rạch phân cắt mạnh

- Đồng bằng thấp-tích tụ hỗn hợp sông biển : độ cao từ 1 đến 2m, cấu tạo bởi các trầm tích sét bột, cát có nguồn gốc hỗn hợp sông biển thuộc hệ tầng Cần Giờ (QIV2-3 cg), phân bố hầu như toàn bộ diện tích huyện Nhà Bè Đồng bằng có bề mặt phẳng, ít bị ngập nước và bị chia cắt mạnh bởi hệ thống sông, rạch

- Đồng bằng thấp-tích tụ hỗn hợp đầm lầy biển : độ cao từ 1-1,5m, cấu tạo bởi các trầm tích sét, sét bột màu xám chứa mùn thực vật và than bùn nguồn gốc hỗn hợp đầm lầy biển thuộc hệ tầng Cần Giờ (QIV2-3 cg), phân bố chủ yếu ở các huyện Nhà Bè, Cần Giờ Đồng bằng có bề mặt bằng phẳng, bị ngập nước do thủy triều và bị chia cắt mạnh bởi hệ thống sông rạch

- Đồng bằng thấp-tích tụ hỗn hợp đầm lầy sông : cao từ 0-0,7m, cấu tạo bởi trầm tích hiện đại (QIV3) gồm sét, bột cát và thực vật đang phân hủy, nguồn gốc hỗn hợp đầm lầy sông, phân bố ở tây nam Thủ Đức Bề mặt đồng bằng thường xuyên bị ngập nước và bị phân cắt mạnh bởi hệ thống sông rạch Thảm thực vật đầm lầy phát triển mạnh

- Bãi bồi tích hỗn hợp sông biển : cao độ từ 0-1m, cấu tạo bởi các trầm tích sét, bột sét màu xám đen, đen chứa tàn tích thực vật phân hủy chủ yếu nguồn gốc biển, đầm lầy biển hay hỗn hợp sông biển, phân bố ở Cần Giờ Đầm lầy có bề mặt bằng phẳng, bị ngập nước thường xuyên, thảm thực vật nước mặn phát triển mạnh

- Nhìn chung địa hình nghiên cứu có sự phân bậc tương đối rõ rệt và quy luật phân bố của nó liên quan mật thiết với tuổi và nguồn gốc tạo thành của các trầm tích

2.1.3 Đặc điểm địa chất thủy văn [39]

Trong các trầm tích Kainozoi khu vực nghiên cứu có 4 phân vị chứa nước chủ yếu : tầng chứa nước lỗ rỗng các trầm tích Holoxen (QIV), tầng chứa nước lỗ rỗng các trầm tích Pleistoxen (QI-III), tầng chứa nước lỗ rỗng các trầm tích Plioxen trên (N22), tầng chứa nước lỗ rỗng các trầm tích Plioxen dưới (N21)

Tầng chứa nước lỗ rỗng các trầm tích Holoxen (Q IV )

Tầng này phân bố ngay trên mặt, chủ yếu trên các địa hình đồng bằng tích tụ, bãi bồi và đầm lầy ven biển, thành phần là bột, bột sét, cát mịn chứa nhiều vật chất hữu cơ, bề dày thay đổi từ một vài mét đến hàng chục mét

Đây là tầng chứa nước không áp hoặc áp lực yếu, rất nghèo nước, lưu lượng các giếng 0,1-0,2l/s, tỷ lưu lượng thường nhỏ hơn 0,2l/s.m, mực nước tĩnh cách mặt đất 0,1-2m, có quan hệ thủy lực trực tiếp với nước sông và bị ảnh hưởng mạnh bởi thủy triều

Điều kiện thủy hóa tầng chứa nước này rất phức tạp và thay đổi theo mùa, trong phạm vi nghiên cứu, nước hầu như bị nhiễm phèn và nhiễm mặn nặng, tổng độ khoáng hóa thay đổi từ 1,25 đến 12,43g/l, loại hình hóa học nước NaCl chiếm

ưu thế

Tầng chứa nước lỗ rỗng các trầm tích Pleistoxen (Q I-III )

Phân bố rộng rãi trên toàn khu vực Thành phố Hồ Chí Minh, lộ ra trên mặt tại các vùng Củ Chi, Hóc Môn và bắc Thủ Đức, phần còn lại bị phủ bởi các trầm tích Holoxen, đất đá chứa nước chủ yếu là cát hạt trung, cát hạt thô lẫn sỏi sạn Tầng này có thể phân ra 2 lớp chứa nước : lớp trên dày 10-35m, lớp dưới 30-80m, giữa 2 lớp có các lớp sét, sét pha không liên tục, dày 5-15m Đây là tầng chứa nước áp lực hoặc áp lực yếu

Nước có tổng độ khoáng hóa từ 0,1-17,64g/l Nước nhạt phân bố ở Củ Chi, Hóc Môn, Bình Chánh, các quận nội thành với tổng độ khoáng hoá 0,1-0,9g/l,

chất lượng nước khá tốt Tuy nhiên hàm lượng sắt hơi cao, từ 1-5mg/l, có nơi đến 12mg/l Nước lợ phân bố ở nam Thủ Đức, Nhà Bè, Cần Giờ với tổng độ khoáng hóa 1,2-17,64g/l

Tầng chứa nước lỗ rỗng các trầm tích Plioxen trên (N 2 2 )

Tầng chứa nước Plioxen trên phân bố hầu như trên toàn bộ diện tích khu vực Thành phố Hồ Chí Minh và không lộ ra trên mặt, thành phần đất đá chủ yếu là cát hạt mịn đến thô, lẫn cuội sỏi và xen kẹp các thấu kính cát bột, sét bột Bề dày tầng chứa nước thay đổi từ vài chục mét ở phía bắc đến hơn 100m ở phía nam Đây là tầng chứa nước có áp, chiều cao áp lực từ 50-60m đến trên 100m tính từ mái tầng chứa nước

Tầng này có mức độ giàu nước từ trung bình đến giàu Vùng giàu nước phân bố ở Hóc Môn, Tân Bình và Gò Vấp với lưu lượng khai thác 50-142m3/h, tỷ lưu lượng 1,0-14,56l/s.m Vùng giàu nước trung bình phân bố chủ yếu ở quận 6, quận 8, Bình Chánh và bắc Nhà Bè với lưu lượng khai thác 10-50m3/h, tỷ lưu lượng 0,21-0,96l/s.m Động thái nước trong tầng tương đối ổn định, không dao động theo mùa và không có quan hệ thủy lực với các tầng chứa nước lân cận

Tầng chứa nước lỗ rỗng các trầm tích Plioxen dưới (N 2 1 )

Tầng này không xuất hiện trên mặt, phân bố rộng rãi ở Củ Chi, Hóc Môn, khu vực phía tây và tây nam Thành phố, thành phần đất đá chủ yếu là cát hạt mịn đến thô chứa sạn sỏi nhỏ, bề dày trung bình 50-70m, dày nhất ở phần trung tâm tới 100m và mỏng dần ra rìa phía đông Bên trên tầng chứa nước này là lớp sét, bột sét chứa cacbonat dày 7-15m tương đối liên tục Đây là lớp ngăn cách với tầng chứa nước Plioxen trên (N22)

Như vậy, trong trầm tích Kainozoi khu vực nghiên cứu có mặt 4 tầng chức nước chính, hai tầng chứa nước Pleistoxen và Holoxen nằm tương đối nông, giữa chúng có lớp sét cách nước tương đối dày nhưng không liên tục do vậy có quan hệ

thủy lực với nhau, động thái thay đổi rõ rệt theo mùa và chịu tác động mạnh của thủy triều, nước thường có áp yếu Đây là những đối tượng ảnh hưởng trực tiếp đến việc lựa chọn các giải pháp xử nền đất yếu

2.1.4 Đặc tính địa chất công trình các trầm tích Đệ tứ [39]

2.1.4.1 Trầm tích nguồn gốc sông biển hệ tầng Thủ Đức (amQ II-III tđ)

Trầm tích nguồn gốc sông biển hệ tầng Thủ Đức (amQII-III tđ) phân bố rộng rãi trong khu vực nghiên cứu, song chỉ lộ ra một phần ở phía bắc Thủ Đức, diện tích còn lại bị phủ bởi các trầm tích trẻ hơn với bề dày tương đối lớn Thành phần của hệ tầng gồm đất sét màu xám trắng loang nâu đỏ, sét pha, cát pha màu xám trắng, nâu vàng và cát màu xám vàng loang trắng Nét đặc trưng là các trầm tích này bị phong hóa nên có màu sặc sỡ và được gắn kết ở các mức độ khác nhau Các nghiên cứu cho thấy bề mặt của tầng liên tục, có sự chuyển tướng từ dưới lên và bị phong hóa kiểu thấm lọc tạo nên vỏ ferit hóa ở đới ảnh hưởng của nước ngầm

Nhìn chung, các trầm tích này có trạng thái dẻo cứng đến cứng, độ chặt trung bình, độ nén lún thấp, khảø năng chịu tải từ trung bình đến cao, sức kháng xuyên tiêu chuẩn N30=11-22

2.1.4.2 Trầm tích nguồn gốc sông biển hệ tầng Củ Chi (amQ III 3 cc)

Hệ tầng Củ Chi có thành phần đất đá đa dạng, nhiều màu sắc, bề dày thay đổi từ 2,5-25m trầm tích này phân bố rộng khắp nhưng lộ ra không liên tục ở các quận 3, 5, 10, Tân Bình, Gò Vấp, phần diện tích còn lại bị phủ bởi các trầm tích trẻ hơn Theo đặc điểm địa chất công trình có thể phân chia trầm tích hệ tầng Củ Chi thành 2 tập : tập trên và tập dưới

Tập trên có thành phần chủ yếu là sét, sét pha nâu vàng, lẫn sạn sỏi laterit, trạng thái nửa cứng đến cứng, bề dày từ 3-8m, có nơi hơn 10m Phần trên cùng

của tập này có độ chặt cao, sức kháng xuyên đầu mũi qc thường từ 100-200 kg/cm2, sức kháng xuyên tiêu chuẩn N30=30-80 và lớn hơn, tính nén lún nhỏ và độ bền tương đối cao

Tập dưới có thành phần chủ yếu là cát pha và cát mịn đến thô, độ chặt trung bình, sức kháng xuyên đầu mũi qc=20-70kg/cm2 và lớn hơn, sức kháng xuyên tiêu chuẩn N30=8-32 và lớn hơn, tính nén lún trung bình, độ thấm tương đối cao

2.1.4.3 Trầm tích hệ tầng Bình Chánh (Q IV 1-2 bc)

Trầm tích hệ tầng Bình Chánh có thành phần đất đá đa dạng, phân bố rộng rãi, chưa được nén chặt, hệ số rỗng, độ sệt, độ bảo hòa và tính biến dạng lớn, độ bền thấp, nguồn gốc biển và hỗn hợp sông biển

Trầm tích nguồn gốc biển (mQ IV 1-2 bc)

Trầm tích lộ ra chủ yếu ở huyện Nhà Bè, Bình Chánh tạo nên bậc địa hình có cao trình tuyệt đối 2-5m, phần còn lại bị phủ bởi các trầm tích hệ tầng Cần Giờ (QIV2-3 cg) ở các độ sâu khác nhau

Mặt vùng lộ, theo đặc điểm địa chất công trình, có thể phân chia thành 2 lớp : lớp trên và lớp dưới

Lớp trên chủ yếu là sét, sét pha màu xanh xám, trạng thái từ dẻo mềm đến chảy Phần trên cùng bị phong hóa yếu có màu vàng loang lổ, thường chứa các kết vón nhỏ, trạng thái phổ biến là dẻo mềm, đôi khi đạt tới dẻo cứng, độ bền tuy có được cải thiện nhưng nhìn chung vẫn thấp, tính nén lún lớn

Lớp dưới là cát pha, cát sạn lẫn ít sét bột, màu xám đen, độ hạt biến đổi thô dần theo chiều sâu, phân bố ở độ sâu 15-20m, sâu dần theo hướng đông bắc đến tây nam, phủ bất chỉnh hợp trên bề mặt hệ tầng Củ Chi Đây là thành phần chứa nước chính của tầng chứa nước Holoxen, song nhiều nơi không có lớp này

Trầm tích nguồn gốc sông biển (amQ IV 1-2 bc)

Các trầm tích phân bố khá phổ biến trong khu vực nghiên cứu, lộ ra ở các quận 4, 5, 6, 8, 11, huyện Thủ Đức và Bình Chánh, phần còn lại bị phủ bởi các trầm tích hệ tầng Cần Giờ, thành phần chủ yếu là sét, bùn sét, bùn sét pha, đôi chỗ có cát pha và cát hạt mịn Đất chưa được nén chặt, hệ số nén chặt tự nhiên nhỏ, trạng thái dẻo mềm đến chảy, liên kết keo xúc biến, độ bền không đáng kể, khối lượng thể tích tự nhiên 1,45-1,85g/cm3, hệ số rỗng từ 0,8 đến 2 và lớn hơn, hệ số nén lún từ 0,09-0,634cm2/kg Giống như các trầm tích biển, tại những nơi lộ

ra trên mặt, đất bị phong hóa yếu có màu vàng loang lổ Tuy nhiên, do địa hình thấp, mực nước ngầm nằm nông, bị ảnh hưởng của thủy triều nên lớp này có bề dày không đáng kể

2.1.4.4 Trầm tích hệ tầng Cần Giờ (Q IV 2-3 cg)

Các trầm tích hệ tầng Cần Giờ phân bố rộng rãi và có nhiều nguồn gốc khác nhau như sông, biển, hỗn hợp sông biển, đầm lầy biển, đầm lầy sông, gió biển, song phổ biến hơn cả là các trầm tích nguồn gốc sông biển, đầm lầy biển và đầm lầy sông

Trầm tích nguồn gốc sông biển (amQ IV 2-3 cg)

Trầm tích phân bố chủ yếu ở các huyện Nhà Bè, Bình Chánh, Bình Thạnh, nam Thủ Đức và một diện tích nhỏ ở Cần Giờ Mặt cắt địa chất điển hình nhất của hệ tầng gồm 2 lớp : lớp dưới chủ yếu là bùn sét, bùn sét pha màu xám đen, lẫn ít thực vật có mức độ phân hủy kém Lớp trên là cát lẫn bột màu nâu, nâu vàng, bão hòa nước Tuy nhiên, nhiều nơi không có lớp này Nhìn chung, các trầm tích hệ tầng Cần Giờ đang ở giai đoạn đầu của quá trình tạo đá nên hệ nén chặt tự nhiên nhỏ, các đặc trưng về trạng thái vật lý của đất thay đổi không rõ rệt

theo chiều sâu, thường ở trạng thái chảy, liên kết keo xúc biến, độ bền không đáng kể, độ ẩm tự nhiên của đất 1,26-1,75 g/cm3, mật độ hạt khoáng 2,46-2,68g/cm3

Trầm tích nguồn gốc đầm lầy biển (bmQ IV 2-3 cg)

Phân bố chủ yếu ở các huyện Nhà Bè, Cần Giờ, gồm bùn sét, bùn sét pha màu xám đen, chứa 20-30% tạp chất hữu cơ và vụn thực vật phân hủy kém, bề dày 2-10m và lớn hơn, phủ chỉnh hợp lên các trầm tích hệ tầng Bình Chánh, bề mặt bị ngập nước thường xuyên, trên đó thảm thực vật đầm lầy nước mặn phát triển mạnh Các trầm tích này có độ ẩm cao, từ 70-90% và lớn hơn, trạng thái chảy, hệ số rỗng rất lớn, độ sệt thay đổi rộng, rất kém ổn định, tính thấm và độ bền nhỏ, tính nén lún cao, hệ số nén lún khoảng 0,5-1,0cm2/kg và lớn hơn

Trầm tích nguồn gốc đầm lầy sông (baQ IV 2-3 cg)

Trầm tích phân bố chủ yếu ở Nhà Bè, dọc trũng Lê Minh Xuân, thung lũng sông Sài Gòn và bắc Hóc Môn Theo đặc điểm thành phần có thể chia mặt cắt hệ tầng thành 3 lớp : lớp dưới là bùn sét màu xám nâu chứa các di tích thực vật đã phân hủy, bề dày 1,5-3,5m Lớp giữa là than bùn màu nâu đen, xốp nhẹ, dày 0,1-1,5m, có nơi không có lớp này Lớp trên là bùn sét màu xám đen chứa mùn thực vật, bề dày 0,1-0,3m Các trầm tích đầm lầy sông hệ tầng Cần Giờ phủ chỉnh hợp lên sét màu xám xanh hệ tầng Bình Chánh Do đó, bề dày đất yếu tương đối lớn Than bùn và bùn sét hữu cơ nguồn gốc đầm lầy sông hệ tầng Cần Giờ có độ ẩm, độ rỗng và tính nén lún cao, độ bền nhỏ, hàm lượng hữu cơ thường biến đổi từ 6-15%, có nơi đến 50-60%

Nhìn chung, các trầm tích hệ tầng Cần Giờ đều là đất yếu, chứa một lượng đáng kể vật chất hữu cơ và hàm lượng của nó liên quan mật thiết với nguồn gốc tạo thành, thấp nhất là trong trầm tích nguồn gốc sông biển, kế đó là các trầm tích nguồn gốc đầm lầy biển và đầm lầy sông Ngoài ra, trong các trầm tích đầm

lầy sông còn có mặt than bùn, phân bố tương đối rộng, biến đổi mạnh về chiều dày, độ ẩm cao, hệ số rỗng và tính nén lún rất lớn, độ bền nhỏ và bất đẳng hướng rõ rệt về thấm, tính biến dạng và độ bền Do đó, sự có mặt của chúng trong cấu trúc nền đất gây nhiều khó khăn trong công tác xử lý nền, ảnh hưởng bất lợi đến độ ổn định của công trình

Từ những trình bày trên có thể nhận thấy tính chất cơ lý của trầm tích phụ thuộc vào tuổi và nguồn gốc của chúng Các trầm tích Pleistoxen cổ hơn (hệ tầng Thủ Đức và Củ Chi) có mức độ thành đá cao hơn, độ bền lớn hơn, được đặc trưng bằng độ ẩm tự nhiên, độ rỗng, độ sệt, độ nén lún tương đối thấp, còn khối lượng thể tích tự nhiên, sức kháng cắt, modulus tổng biến dạng và khả năng chịu tải tương đối cao Các trầm tích Holoxen trẻ hơn (hệ tầng Bình Chánh, Cần Giờ) có mức độ thành đá thấp và độ bền rất nhỏ Về cơ bản, đều là các loại đất yếu, có độ ẩm tự nhiên vượt quá giới hạn chảy, tính nén lún rất lớn và nhạy cảm với tác động bên ngoài

2.2 PHÂN CHIA VÀ ĐÁNH GIÁ CÁC KIỂU CẤU TRÚC NỀN ĐẤT YẾU ĐẶC TRƯNG [39]

Môi trường địa chất khu vực cần nghiên cứu có cấu trúc rất phức tạp và không đồng nhất Các trầm tích Đệ tứ, từ dưới lên trong cột địa tầng, có mặt các hệ tầng : Thủ Đức (QII-III tđ), Củ Chi (QIII3 cc), Bình Chánh (QIV1-2 bc) và Cần Giờ chỉ có mặt nơi địa hình trũng thấp, những bề mặt tương đối cao thường vắng mặt trầm tích hệ tầng này Trong mỗi hệ tầng cũng có sự phân bố không đồng nhất trong không gian về nguồn gốc, thành phần vật chất và chiều dày của trầm tích, nơi có mặt trầm tích này thì vắng mặt trầm tích nguồn gốc kia Tình hình đó dẫn đến trật tự sắp xếp không giống nhau của các thể địa chất ở các địa điểm khác nhau Các trầm tích tuổi và nguồn gốc khác nhau có mức độ thành đá và đặc tính

địa chất công trình khác nhau Các trầm tích Holoxen (các hệ tầng Bình Chánh và Cần Giờ) có mức độ thành đá thấp và độ bền rất nhỏ, đều thuộc loại đất yếu

Vì thế, ở những nơi có mặt đầy đủ cả 2 hệ tầng này thì đất rất yếu thường xuyên có chiều dày lớn, ảnh hưởng tới ổn định của công trình và lựa chọn giải pháp xử lý nền Thành phần vật chất và đặc tính địa chất công trình của các trầm tích trẻ còn phụ thuộc vào nguồn gốc của chúng Các trầm tích nguồn gốc đầm lầy có hàm lượng vật chất hữu cơ cao hơn so với các trầm tích nguồn gốc sông biển và đất có tính bất đẳng hướng rõ rệt về tính thấm, tính biến dạng và độ bền Đất yếu của hệ tầng Bình Chánh nơi nằm chuyển tiếp trên trầm tích sét của hệ tầng Củ Chi, nơi thì phủ trực tiếp lên tầng cát chứa nước có áp Các tầng chứa nước Holoxen và Pleistoxen nơi được phân cách bởi tầng sét cách nước, nơi thì liên thông với nhau làm cho nước chứa trong tầng cát Holoxen có áp tương đối lớn Thêm vào đó, bề dày lớp đất yếu cũng biến đổi mạnh, phụ thuộc chặt chẽ vào nguồn gốc tạo thành Tất cả các đặc điểm trên ảnh hưởng rất lớn đến việc lựa chọn và thiết kế các giải pháp xử lý nền Đối với mỗi kiểu cấu trúc nền đất yếu được phân chia có thể sử dụng cùng một nhóm các giải pháp xử lý nền, cùng một quy mô và kiểu kết cấu công trình, cùng một phương pháp đánh giá và dự báo biến đổi môi trường địa chất

Việc phân chia các kiểu cấu trúc nền đất yếu phải dựa trên cơ sở kết quả nghiên cứu cấu trúc địa tầng, đặc biệt là cấu trúc phần nông, đặc điểm địa mạo-tân kiến tạo, địa chất thủy văn và đặc tính địa chất công trình của các trầm tích Đệ tứ

Để lựa chọn giải pháp kỹ thuật hợp lý xử lý nền đất yếu, khi phân chia các kiểu, phụ kiểu và dạng cấu trúc nền phải chú ý xét tới sự có mặt và trật tự các địa tầng, đặc điểm địa hình, nguồn gốc, tính chất và chiều dày của đất yếu Chiều sâu nghiên cứu để phân chia các kiểu cấu trúc nền được giới hạn chủ yếu trong

tầng cấu trúc Holoxen và phần trên của tầng Pleistoxen Cụ thể trong phạm vi nghiên cứu phân biệt các kiểu cấu trúc nền đất yếu khác nhau Dấu hiệu để phân

ra kiểu là sự có mặt hay vắng mặt các trầm tích hệ tầng Cần Giờ trong mặt cắt tầng cấu trúc Holoxen Trong mỗi kiểu chia ra các phụ kiểu Các phụ kiểu trong một kiểu được phân chia dựa vào nguồn gốc tạo thành Trong mỗi phụ kiểu dựa vào chiều dày của các lớp đất yếu lại chia ra các dạng cấu trúc nền khác nhau

Sơ đồ phân bố các kiểu cấu trúc nền khu vực phía nam Thành phố Hồ Chí Minh gồm có 2 kiểu, 5 phụ kiểu và 10 dạng cấu trúc nền đất yếu

Kiểu I :

Kiểu này phân bố ở địa hình thấp và bãi bồi tích tụ, trong mặt cắt địa chất từ trên xuống có mặt đầy đủ các trầm tích hệ tầng Cần Giờ, Bình Chánh và Củ Chi Trầm tích Cần Giờ lộ ra trên mặt có nguồn gốc và thành phần vật chất khác nhau Trầm tích hệ tầng Bình Chánh nằm dưới thành phần chủ yếu là bùn sét, bùn sét pha màu xám xanh Trầm tích hệ tầng Củ Chi phân bố sâu thành phần chủ yếu là sét, pha sét, đôi chỗ là cát và cát pha Trầm tích hệ tầng Cần Giờ và Bình Chánh có mức độ thành đá thấp, thường là đất yếu, do đó ở các kiểu cấu trúc này chiều dày đất yếu rất lớn, thường từ 10 đến 20m và lớn hơn, nền đất và môi trường địa chất có độ ổn định kém, rất nhạy cảm, dễ bị biến đổi trước các tác động bên ngoài và có độ lún rất lớn dưới tác dụng của tải trọng công trình

Căn cứ vào nguồn gốc tạo thành của các trầm tích hệ tầng Cần Giờ có thể phân biệt trong kiểu I có 3 phụ kiểu Ia, Ib, Ic

Phụ kiểu Ia : phân bố rộng rãi trong khu vực nghiên cứu, tạo nên đồng bằng thấp với bề mặt địa hình bằng phẳng, cao độ 1-2m, ít bị ngập nước Ở phụ kiểu này trầm tích hệ tầng Cần Giờ có nguồn gốc sông biển, thành phần là bùn sét, bùn sét pha màu xám đen Tổng bề dày đất yếu của cả 2 hệ tầng Bình Chánh và Cần Giờ tương đối lớn, thường từ 10 đến 20m và có thể lớn hơn

Phụ kiểu Ib : trầm tích hệ tầng Cần Giờ có nguồn gốc đầm lầy biển (bmQIV2-3 cg) thành phần là bùn sét hữu cơ, bùn sét pha hữu cơ màu xám đen Phụ kiểu này phân bố chủ yếu ở dạng địa hình thấp đầm lầy ven biển, thường xuyên bị ngập nước, đất yếu có chiều dày lớn và hàm lượng vật chất hữu cơ cao

Do đó, việc lựa chọn các giải pháp xử lý nền gặp rất nhiều khó khăn Tương tự như phụ kiểu Ia, tổng bề dày đất yếu của cả 2 hệ tầng Bình Chánh và Cần Giờ thay đổi trong khoảng từ 10 đến 20m và có thể lớn hơn

Phụ kiểu Ic : phân bố chủ yếu ở dạng địa hình đồng bằng thấp, cao độ từ 1m, thường xuyên bị ngập nước do ảnh hưởng của thủy triều Ở phụ kiểu này trầm tích hệ tầng Cần Giờ có nguồn gốc đầm lầy sông (baQIV2-3 cg), thành phần là bùn sét hữu cơ, than bùn Sự có mặt của lớp bùn sét hữu cơ và than bùn với hàm lượng vật chất hữu cơ cao làm cho đất có tính bất đẳng hướng rõ rệt về tính thấm, biến dạng và độ bền Vì vậy, trong phụ kiểu này đòi hỏi cần phải áp dụng giải pháp xử lý nền đặc biệt

0-Kiểu II :

Kiểu này được đặc trưng bằng địa hình tương đối cao, độ cao tuyệt đối từ 2-5m, vắng mặt hệ tầng Cần Giờ (QIV2-3) trong mặt cắt địa chất, trầm tích hệ tầng Bình Chánh lộ trên mặt đất, thành phần chủ yếu là sét, sét pha màu xám xanh, trạng thái từ chảy tới dẻo cứng Chiều dày tầng biến đổi mạnh, phổ biến 3-10m, càng về phía tây nam bề dày càng lớn, nhiều nơi đạt tới 20m hoặc lớn hơn Phần dưới của mặt cắt thường là các trầm tích hạt thô hơn, chúng hình thành nên tầng chứa nước áp lực yếu trong các trầm tích Holoxen Ngoài ra, tại một số nơi còn có sự liên thông giữa các tầng chứa nước Pleistoxen và Holoxen Sự có mặt của các tầng chứa nước có áp này ngăn cản quá trình cố kết của các lớp bùn sét, bùn sét pha bên trên, làm giảm hiệu quả của công tác xử lý nền bằng bấc thấm và cọc cát khi chúng được cắm vào các tầng này

Căn cứ vào nguồn gốc tạo thành này của các trầm tích hệ tầng Bình Chánh có thể phân biệt trong kiểu II có 2 phụ kiểu IIa, IIb

Phụ kiểu IIa : thành phần chủ yếu là sét, bùn sét, bùn sét pha màu xám xanh nguồn gốc biển, lộ ra trên mặt chủ yếu ở địa hình đồng bằng cao thuộc phía nam Bình Chánh và một phần nhỏ ở Thủ Đức Chiều dày của các lớp đất yếu tương đối lớn, phổ biến 10-20m, nhiều nơi lớn hơn Trong phụ kiểu này cần lưu ý, tại các bề mặt đồng bằng cao lớp sét, sét pha bị phong hóa yếu, trạng thái dẻo cứng, thường chứa các vón kết nhỏ, nên cường độ chịu lực tốt hơn, thay đổi trong khoảng 0,5-0,8kg/cm2, có chiều dày 3-4m

Phụ kiểu IIb : thành phần chủ yếu là sét, sét pha, cát pha màu xám xanh, nguồn gốc sông biển, trạng thái chảy, dẻo chảy, lộ ra trên mặt chủ yếu tại một phần các quận 4, 5, 6, 11, Bình Chánh, Thủ Đức Trong phụ kiểu này có lớp sét phong hóa Tuy nhiên, chiều dày của nó không đáng kể Trầm tích sông biển thuộc hệ tầng Bình Chánh (amQIV1-2) có chiều dày biến đổi mạnh, từ 1-2m có khi đến 10m và lớn hơn

2.3 KẾT QUẢ TÍNH TOÁN CÁC ĐẶC TRƯNG CƠ LÝ CỦA CÁC LỚP ĐẤT

Lớp 1 : Bùn sét, xám xanh, trạng thái chảy Bề dày trung bình 16m

Các chỉ tiêu cơ lý : + Thành phần hạt :

- Hạt sạn : 0%

- Hạt cát : 14,7%

- Hạt bụi : 39,7%

- Hạt sét : 45,6%

+ Độ ẩm tự nhiên W : 89,59%

+ Dung trọng tự nhiên γw : 1,47g/cm3

+ Dung trọng khô γd : 0,78g/cm

+ Dung trọng đẩy nổi γs : 0,47g/cm3

+ Khối lượng riêng D : 2,64 g/cm3

+ Hệ số rỗng e0 : 2,385

+ Độ bảo hòa Sr : 99%

+ Giới hạn Atterberg :

- Giới hạn chảy WL : 74,5%

- Giới hạn dẻo WP : 45,5%

- Chỉ số dẻo IP : 29,0%

+ Độ sệt B : 1,52

+ Lực dính C (thí nghiệm cắt nhanh) : 0,048kg/cm2

+ Góc ma sát ϕ (thí nghiệm cắt nhanh) : 04022’

+ Hệ số nén lún a1-2 : 0,603cm2/kg

+ Modulus TBD E1-2 : 5,7kg/cm2

+ Chỉ số nén Cc=0,957

+ Chỉ số nở Cs=0,147

+ Hệ số thấm đứng ky=4x10-4 m/ngày

+ Hệ số thấm ngang kx=8x10-4 m/ngày

+ Lực dính CUU (thí nghiệm 3 trục UU) : 0,12kg/cm2

+ Góc ma sát ϕUU (thí nghiệm 3 trục UU) : 01005’ + Lực dính C CU (thí nghiệm 3 trục CU) : 0,15kg/cm2

+ Góc ma sát ϕ CU (thí nghiệm 3 trục CU) : 14018’ + Lực dính hữu hiệu C’CU (thí nghiệm 3 trục CU) : 0,12kg/cm2

+ Góc ma sát hữu hiệu ϕ’ CU (thí nghiệm 3 trục CU) : 29041’

Lớp 2 : Sét nửa béo, xám trắng-nâu vàng, trạng thái dẻo cứng Bề dày

+ Độ ẩm tự nhiên W : 28,81%

+ Dung trọng tự nhiên γw : 1,93g/cm3

+ Dung trọng khô γd : 1,50g/cm3

+ Dung trọng đẩy nổi γs : 0,95g/cm3

+ Khối lượng riêng D : 2,73 g/cm3

+ Hệ số rỗng e0 : 0,818

+ Độ bảo hòa Sr : 96%

+ Giới hạn Atterberg :

- Giới hạn chảy WL : 44,3%

- Giới hạn dẻo WP : 22,1%

- Chỉ số dẻo IP : 22,2%

+ Độ sệt B : 0,30

+ Lực dính C (thí nghiệm cắt nhanh) : 0,324kg/cm2

+ Góc ma sát ϕ (thí nghiệm cắt nhanh) : 18013’

+ Hệ số nén lún a1-2 : 0,030cm2/kg

+ Modulus TBD E1-2 : 62,1kg/cm2

CHƯƠNG 3

CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ỨNG XỬ CỦA NỀN ĐẤT YẾU DƯỚI

NỀN CÔNG TRÌNH ĐẮP

3.1 NGUYÊN LÝ TỔNG QUÁT VỀ TÌNH HÌNH ỨNG XỬ CỦA NỀN SÉT DƯỚI CÔNG TRÌNH ĐẮP [1][3][9][10][11][12][13][22][25][31][46]

Trong nền đất bên dưới tâm công trình đất đắp phương của hai ứng suất chính cực đại và cực tiểu luôn luôn thẳng đứng và nằm ngang, lộ trình ứng suất hữu hiệu trong thời gian thi công cũng như sử dụng là đường O’P’A’B’D’ (hình 3.1)

Trong thời gian thi công lộ trình ứng suất di chuyển theo đường O’P’A’ và tính ứng xử của nền chia làm 2 giai đoạn sau:

- Ban đầu do đất nền là sét quá cố kết, rất cứng cho nên quá trình cố kết kết thúc rất nhanh, áp lực lỗ rỗng thặng dư hình thành trong nền sét thấp và ứng suất hữu hiệu tương ứng với quá trình thoát nước di chuyển theo lộ trình O’P’

Hình 3.1: Lộ trình ứng suất hữu hiệu bên dưới tâm công trình

- Sau đó khi lộ trình ứng suất hữu hiệu gặp mặt chảy dẻo tại điểm P’ (thường tại thời điểm này σ’v=σp’) nền sét trở nên cố kết thường có tính nén lún nhiều hơn và ứng xử theo điều kiện không thoát nước với lộ trình ứng suất hữu hiệu trong giai đoạn này là P’A’ nằm trên mặt chảy dẻo Y0’ Sau khi kết thúc quá trình thi công (điểm A’) cũng là lúc bắt đầu quá trình cố kết lâu dài, ứng suất hữu hiệu tăng theo lộ trình A’B’D’

Toàn bộ lộ trình ứng suất hữu hiệu và tính ứng xử của nền đã trình bày ở trên có thể được sử dụng để phân tích cho toàn bộ nền đất bên dưới công trình mặc dù kết quả chỉ đúng cho bên dưới tim của công trình

Quan hệ giữa áp lực lỗ rỗng và độ gia tăng ứng suất hữu hiệu trong quá trình thi công được trình bày trong hình 3.2:

- Ban đầu Δu nhỏ hơn rất nhiều so với Δσv và hệ số áp lực lỗ rỗng

H

1 r

, 0

, p cr

−γ

σ

−σ

trong đó: σ’v0 – ứng suất hữu hiệu ban đầu theo phương thẳng đứng tại điểm xét; σ’p

– áp lực tiền cố kết tại điểm xét; B1 =0,6-2,4(z/D-0,5)2 – hệ số áp lực lỗ rỗng ở giai đoạn đầu; γr – trọng lượng đơn vị của đất đắp; I – hệ số phân bố ứng suất

- Khi đắp đất cao hơn chiều cao tới hạn ở trên thì Δu=Δσv hoặc B2=Δu/Δσv Kết quả là áp lực lỗ rỗng ở cuối giai đoạn thi công (điểm A’ của hình 3.2) cho bởi:

ΔuA=IγrHr-(σp’-σv0’) (3.2) trong đó Hr – chiều cao đất đắp

- Nếu tiếp tục đắp cao công trình cho đến lúc phá hoại thì ban đầu nền sẽ phá hoại cục bộ tại điểm F’ và áp lực lỗ rỗng phát triển khá nhanh lúc bấy giờ (B3>1) do nền đất suy bền đến trạng thái tới hạn theo lộ trình F’C’ (hình 3.1)

3.2 ỨNG XỬ CỦA NỀN SÉT TRONG QUÁ TRÌNH THI CÔNG

[1][2][3][10][22][25][27][31][43][44][45][46]

3.2.1 Hình thành áp lực lỗ rỗng

Trong quá trình thi công, nền sét bên dưới công trình đắp ứng xử theo 2 giai đoạn:

- Giai đoạn đầu áp lực lỗ rỗng tăng chậm

- Gai đoạn hai áp lực lỗ rỗng tăng nhanh bằng với ứng suất do tải trọng công trình

Giai đoạn cố kết ban đầu

Giả thiết nền không thoát nước thì độ gia tăng áp lực lỗ rỗng Δu sẽ bằng với

Δσoct Tuy nhiên, điều này khó xảy ra mà thường áp lực lỗ rỗng nhỏ hơn rất nhiều do đất sét không hoàn toàn bảo hòa nước hoặc do sét quá cố kết có hệ số cố kết lớn, cho nên áp lực lỗ rỗng tiêu tán nhanh

Chiều cao tới hạn của đất đắp

Trong giai đoạn đầu của quá trình thi công, áp lực lỗ rỗng tăng chậm cho nên ứng suất hữu hiệu trong đất tăng lên một cách đáng kể Nếu lộ trình ứng suất tổng là

OP và nền hoàn toàn không thoát nước thì lộ trình ứng suất hữu hiệu là sẽ là O’U’ (hình 3.3) Tuy nhiên, vì ứng suất hữu hiệu tăng một cách đáng kể cho nên thực tế lộ trình ứng suất hữu hiệu là đường O’P’

Đối với sét cố kết nhẹ (OCR<2,5) thì lộ trình ứng suất hữu hiệu O’P’ sẽ gặp mặt cong dẻo Y0’ tại P’ và lúc này ứng suất σv’ sẽ bằng áp lực tiền cố kết σp’, có nghĩa là đất nền bắt đầu chảy dẻo Khi lộ trình ứng suất hữu hiệu di chuyển trên mặt chảy dẻo thì đất nền đã trở thành trạng thái cố kết bình thường và hệ số cố kết thấm nhỏ hơn rất nhiều so với trong miền đàn hồi cho nên lúc bầy giờ đất nền không thoát nước Theo khái niệm chảy dẻo và trạng thái tới hạn thì tải trọng của đất đắp với lộ trình ứng suất tổng từ P đến F tương ứng với lộ trình ứng suất hữu hiệu từ P’ đến F’ nằm trên mặt cong dẻo Y0’ Tại điểm P’ (σv’=σp’) lộ trình ứng suất hữu hiệu đổi hướng tương ứng với điểm thay đổi độ dốc đối với đường cong áp lực lỗ rỗng, chiều cao đắp ở thời điểm này gọi là chiều cao tới hạn

Kcr

K0NC

Lộ trình ứng suất tổng

Hình 3.3 : Lộ trình ứng suất dưới tâm công trình