Nghiên cứu quan hệ giữa hệ số thấm cố kết theo phương đứng và phương ngang trong quá trình cố kết đối với đất sét yếu ở đồng bằng sông cửu long sử dụng số liệu thí nghiệm tính toán ứng dụngvào công trình thực tế

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: Công trình trên đất yếu MSHV: 31.10.02 I-TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU QUAN HỆ GIỮA HỆ SỐ THẤM CỐ KẾT THEO PHƯƠNG ĐỨNG VÀ PHƯƠNG NGANG TRONG QUÁ TRÌNH C

Chuyên ngành: CÔNG TRÌNH TRÊN ĐẤT YẾU

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, Tháng 10 năm 2006

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MIN

Cán bộ hướng dẫn 1: PGS.TS TRẦN THỊ THANH

Cán bộ hướng dẫn 2: GS.TSKH NGUYỄN VĂN THƠ

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

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Chuyên ngành: Công trình trên đất yếu MSHV: 31.10.02 I-TÊN ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU QUAN HỆ GIỮA HỆ SỐ THẤM CỐ KẾT THEO PHƯƠNG ĐỨNG VÀ PHƯƠNG NGANG TRONG QUÁ TRÌNH CỐ KẾT ĐỐI VỚI ĐẤT SÉT YẾU Ở ĐBSCL SỬ DỤNG SỐ LIỆU THÍ NGHIỆM TÍNH TOÁN ỨNG DỤNG VÀO CÔNG TRÌNH THỰC TẾ

II-NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

1 NHIỆM VỤ:

Nghiên cứu mối quan hệ hệ số thấm cố kết theo phương đứng và phương ngang đối với đất sét yếu ở ĐBSCL

2.NỘI DUNG:

Chương 1: Tổng Quan về đặc điểm của đất yếu ở Đồng Bằng Sông Cửu Long

Chương 2: Những giải pháp thực tế thường sử dụng để gia cố nền đất yếu ở ĐBSCL Chương 3: Tính thấm nước của đất loại sét Tính dị hướng của tính thấm đứng và thấm

ngang Phương pháp thí nghiệm xác định hệ số thấm

Chương 4: Kết quả thí nghiệm nghiên cứu quan hệ giữa hệ số thấm cố kết theo đứng

và theo phương ngang trong quá trình nén cố kết

Chương 5: Sử Dụng Số Liệu Thí Nghiệm Tính Toán Ứng Dụng Vào Công Trình Thực

Tế

PHẦN III: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Kết Luận, Kiến Nghị, Hướng Nghiên Cứu Tiếp Theo

III-NGÀY GIAO NHIỆM VU:Ï

IV-NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ:

V-CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 1: PGS.TS TRẦN THỊ THANH

VI-CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 2: GS.TSKH NGUYỄN VĂN THƠ

CÁN BỘ

HƯỚNG DẪN 1

PGS.TS.TRẦN THỊ THANH

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 2

GS.TSKH.NGUYỄN VĂN THƠ

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN

Con xin cám ơn cha mẹ đã nuôi dạy con nên người và luôn là nguồn động viên con trong suốt quá trình học tập

Em xin bày tỏ lòng biết ơn đến PGS.TS TRẦN THỊ THANH và GS.TSKH NGUYỄN VĂN THƠ đã tận tâm hướng dẫn và truyền những kiến thức quý báo trong suốt thời gian thực hiện luận văn

Xin chân thành cám ơn các thầy cô trong bộ môn Địa Cơ Nền Móng đã chỉ dạy tôi trong suốt quá trình học tại giảng đường trường đại học Bách Khoa

Xin cám ơn phòng đào tạo sau đại học trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM và Ban Giám Đốc Viện Khoa Học Thủy Lợi Miền Nam đã tạo điều kiện thuận lợi để tôi hoàn tất khóa học này

Xin cám ơn các đồng nghiệp trong Bộ Môn Địa Kỹ Thuật Xây Dựng – Viện Khoa Học Thủy Lợi Miền Nam đã giúp đỡ và động viên tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn

Vì thời gian thực hiện luận văn có hạn và với khả năng cùng với sự hiểu biết còn hạn chế nên luận văn chắc chắn không thể tránh những sai sót Kính mong quý thầy cô và độc giả lượng thứ và đóng góp ý kiến trong việc hoàn thiện hơn nữa kiến thức của mình

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2006

Nguyễn Thúy Trang

Đất nền Đồng Bằng Sông Cửu Long phần lớn là đất sét mềm yếu, vì vậy trong xây dựng công trình thường xử lý nền bằng các biện pháp khác nhau, một trong các biện pháp thường được sử dụng rộng rãi là dùng bấc thấm kết hợp với gia tải trước được xử dụng rộng rãi Hiện nay, các thông số phục vụ cho việc tính toán sau khi xử lý bằng bấc thấm vẫn chưa rõ ràng, trong đó có chỉ tiêu tính toán hệ số thấm cố kết theo phương ngang

Vì vậy, luận văn này sẽ tổng quan các số liệu đã nghiên cứu về đất yếu Thí nghiệm tìm hệ số thấm cố kết theo phương đứng và theo phương ngang, đồng thời tìm ra mối quan hệ chúng nhằm phục vụ cho công tác thiết kế nền móng

Việc lựa chọn các thông số hợp lý cho tính toán nền móng cho mỗi loại công trình ứng với từng loại đất, sẽ mang lại hiệu quả kinh tế cao và đảm bảo công trình làm việc lâu dài

Ngoài ra, các kết quả nghiên cứu luận văn được áp dụng tính toán trên nền đất yếu cho công trình Đường Tránh Quốc Lộ 1A, Đường Dẫn Cầu Cần Thơ phía bờ Vĩnh Long

Most of foundation of Mekong Delta is soft clay Thus, in construction there are many different consodilation ways One of them is the combination

of vertical drain and preloading is used widely However, the factors for calculation in this way are not clear, specualy horizontal coefficient of construction

This thesis is generally the figure of soft soil study The tests find out the horizontal coefficient of consolidation and the vertical coefficient of consolidation, these tests resum the relationship between of them for design foundation

By choosing suitable parameters in consolidation with different soft soil might bring constructions the high stability and economic results for construction in long term

The results of the test and study will apply for caculation: The National Highway No.1A Bypass Road Construction Project, Approach, Vinh Long Side

Nhiệm vụ luận văn thạc sĩ

Lời cảm ơn

Tóm tắt luận văn thạc sĩ

Mục lục

LỜI MỞ ĐẦU 1

Chương 1 - TỔNG QUAN VỀ ĐẶC ĐIỂM ĐẤT YẾU Ở ĐBSCL

1.1- ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH Ở VÙNG ĐBSCL 4

1.2- SỰ PHÂN BỐ ĐẤT YẾU Ở ĐBSCL 6

1.3- SỰ PHÂN BỐ ĐẤT PHÈN Ở ĐBSCL 9

1.4- ĐẶC TRƯNG CƠ LÝ CỦA ĐẤT YẾU Ở ĐBSCL 11

Chương 2 – NHỮNG GIẢI PHÁP THỰC TẾ THƯỜNG SỬ DỤNG ĐỂ GIA CỐ NỀN ĐẤT YẾU Ở ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG 2.1- KHÁI NIỆM 14

2.2.- XƯ ÛLÝ NỀN ĐÂT YẾU BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐỆM CÁT 14

2.2.1- Mục đích 14

2.2.2- Cấu tạo đệm cát 15

2.2.3- Ưu nhược điểm của phương pháp 16

2.3- XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG PHƯƠNG PHÁP GIA TẢI TRƯỚC 17 2.3.1- Xử ý nền đấtyếu bằng phương p áp giếng c ùtt 19

2.2.2- xử ý nền đấtyếu bằng phư ng pháp bấc hấmm 21

2.4- ĐỘ CỐ KẾT CỦA NỀN ĐẤT YẾU KHI XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU KẾT HỢP GIA TẢI TRƯỚC 24

2.5- CÁC KẾT QUẢ ĐÃ NGHIÊN CỨU 28

Chương 3 – LÝ THUYẾT THẤM VÀ THÍ NGHIỆM NÉN CỐ KẾT THEO PHƯƠNG ĐỨNG VÀ THEO PHƯƠNG NGANG

3.1- DÒNG THẤM 34

3.1.1- Dòng thấm 35

3.1.2- Hệ số thấm 35

3.1.2- Vận tốc thấm và áp lực thấm 38

3.1.4- Điều Kiện Chảy và Gradien Thủy Lực tới hạn 40

3.1.5- Dòng Thấm Hai Hướng 41

3.1.6- Thấm Trong Đất Dị Hướng 45

3.1.7- Lý thuyết cố kết của Terzaghi 51

3.2- THÍ NGHIỆM NÉN CỐ KẾT MỘT CHIỀU 56

3.2.1- Thí nghiệm nén cố kết theo phương đứng 58

3.2.2- Thí nghiệm nén cố kết theo phương ngang bằng hộp thấm Rowe 61

3.3- KẾT LUẬN 65

Chương 4 – CÁC THÍ NGHIỆM NGHIÊN CỨU QUAN HỆ GIỮA HỆ SỐ THẤM CỐ KẾT THEO PHƯƠNG ĐỨNG VÀ PHƯƠNG NGANG TRONG QUÁ TRÌNH NÉN CỐ KẾT ĐẤT LOẠI SÉT Ở ĐBSCL 4.1- LOẠI ĐẤT ĐƯỢC DÙNG TRONG THÍ NGHIỆM 66

4.2- KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH HỆ SỐ CỐ KẾT Cv , Ch VÀ HỆ SỐ THẤM KV, Kh CỦA HAI NHÓM ĐẤT VÙNG NƯỚC NGỌT VÀ NƯỚC MẶN 73

4.3- QUAN HỆ GIỮA HỆ SỐ CỐ KẾT THEO PHƯƠNG ĐỨNG VÀ THEO PHƯƠNG NGANG (Ch/CV) VÀ QUAN HỆ (Kh/Kv) TRONG QUÁ TRÌNH NÉN CỐ KẾT 80

4.4 QUAN HỆ GIỮA HAI LOẠI ĐẤT NGỌT VÀ ĐẤT NHIỄM MẶN 94

Chương 5 – ỨNG DỤNG SỐ LIỆU NGHIÊN CỨU ĐỂ TÍNH TOÁN VÀO CÔNG TRÌNH

5.1- CÁC THÔNG SỐ CỦA ĐẤT NỀN XÂY DỰNG VÀ BẤC THẤM 96

5.2- CÁC CÔNG THỨC TÍNH TOÁN 98

5.3- TÍNH THỜI GIAN ỔN ĐỊNH CỦA ĐẤT NỀN SAU KHI CẮM BẤC THẤM 101

5.4- MỘT SỐ HÌNH ẢNH MINH HỌA THI CÔNG BẤC THẤM 111

5.5-Kết luận 113

KẾT LUẬN 115

KIẾN NGHỊ 117

Tài liệu tham khảo

Tóm tắt lý lịch học viên

PHỤ LỤC

Biểu thí nghiệm nén theo phương đứng vùng đất ngọt PL1 Biểu thí nghiệm nén theo phương đứng vùng đất nhiễm mặn PL2 Biểu thí nghiệm nén theo phương ngang vùng đất ngọt PL3 Biểu thí nghiệm nén theo phương ngang vùng đất nhiễm mặn PL4 Bảng tính lún theo thời gian - Thiết kế PL5 Bảng tính lún theo thời gian - Quy phạm PL6 Bảng tính lún theo thời gian - Số liệu thí nghiệm PL7

LỜI MỞ ĐẦU

1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Trong những năm gần đây, Đồng Bằng Cửu Long (ĐBSCL) đã và đang tiến hành xây dựng nhiều công trình công nghiệp, dân dụng, kèm theo các hệ thống công trình giao thông cũng không ngừng phát triển cả về qui mô lẫn số lượng

Theo bản đồ phân vùng địa chất công trình lãnh thổ Việt Nam, khu vực ĐBSCL nằm trên đơn nguyên địa hình đồng bằng thấp tích tụ trầm tích phù sa Đệ Tứ trẻ miền Tây Đặc biệt lớp trầm tích phù sa trẻ Holocen gần như phủ kín khắp bề mặt khu vực, bề dày từ vài mét đến vài chục mét Do quá trình thành tạo, ĐBSCL nằm phổ biến trên các lớp đất yếu Đặc trưng cơ bản của đất yếu là có cường độ thấp, dễ bị phá hỏng khi chịu thêm tải trọng, có độ lún cao và thời gian ổn định lún kéo dài do điều kiện hình thành và cấu tạo như trên

Do đặc điểm địa chất nền trên nên ĐBSCL khi xây dựng các công trình phải dùng các biện pháp xử lý móng và gia cố nền Đã có nhiều công trình nghiên cứu tính chất cơ lý vùng đất này, nhằm cải tạo và đưa ra những biện pháp xử lý thích hợp Một trong những biện pháp cải tạo đã đạt hiệu quả khi xây dựng các công trình có tải trọng lớn trên nền đất yếu có chiều dày lớn đó là: dùng cọc cát, giếng cát, bấc thấm kết hợp gia tải trước Các biện pháp gia cố nền này nhằm:

- Tăng nhanh tốc độ cố kết của nền

- Tạo điều kiện cho nền đất có đủ khả năng chịu lực

- Hạn chế được độ lún và biến dạng không đồng đều khi chịu tải trọng ngoài

Nền sau khi xử lý bằng các phương pháp trên, khả năng chịu tải của đất nền tăng lên Tuy nhiên nội dung khảo sát thí nghiệm và hồ sơ địa kỹ thuật phục vụ cho thiết kế nêu ở điều III.1.2 của 22TCN 262-2000 không rõ ràng về các số liệu thí nghiệm cần thiết; trong đó có hệ số cố kết theo phương ngang dùng để tính lún cố kết của nền khi xử lý bằng bấc thấm, cọc cát, giếng cát Đây là vấn đề tồn tại trong tiêu chuẩn Hiện nay trong tiêu chuẩn thí nghiệm công trình xây dựng chưa đặt ra yêu cầu thí nghiệm hệ số thấm cố kết theo phương ngang mà được lấy dựa vào thí nghiệm hệ số cố kết theo phương đứng.Vì vậy việc thiết lập mối tương quan giữa hệ số thấm theo phương đứng và phương ngang là một nhu cần thiết thực phục vụ thiết kế nền móng

2 NHỮNG VẤN ĐỀ CÒN TỒN TẠI

Việc xử lý nền bằng bấc thấm thoát nước kết hợp với gia tải để nền đất yếu nhanh chống kết thúc quá trình cố kết, phụ thuộc hệ số thấm nước theo hai phương của đất, đặc biệt là hệ số thấm theo phương ngang Cho đến nay, hệ số thấm theo phương ngang chủ yếu được lấy dựa vào kinh nghiệm hoặc bằng phương pháp phân tích ngược Vì vậy việc xác định hệ số cố kết thấm theo phương đứng và hệ số cố kết theo phương ngang, đồng thời thiết lập mối quan hệ giữa hệ số thấm cố kết theo phương đứng và phương ngang là việc cần thiết nhằm nâng cao hiệu quả xử lý nền, đảm bảo ổn định công trình, sử dụng hiệu quả nguồn tài nguyên đất và phù hợp phục vụ thiết kế theo 22TCN 262-2000

3 PHƯƠNG HƯỚNG NGHIÊN CỨU

- Chọn một số đất nền trọng điểm để tiến hành thí nghiệm

- Thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý của mẫu đất

- Tiến hành thí nghiệm nén cố kết theo phương đứng bằng máy chuyên dùng trong phòng thí nghiệm và thí nghiệm nén cố kết theo phương ngang bằng thiết bị Rowe

- Thiết lập mối quan hệ giữa hệ số cố kết theo phương đứng và phương ngang

- Tính toán trong xử lý nền đất yếu

4 GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI

- Vì thời gian làm luận văn có hạn, nên số lượng mẫu thí nghiệm là chưa đặc trưng hết cho các vùng đất ở Đồng Bằng Sông Cửu Long

- Sai số trong quá trình khảo sát và lấy mẫu không được xét đến vì các mẫu nguyên dạng đều được nhận tại thí nghiệm

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐẶC ĐIỂM CỦA ĐẤT YẾU Ở ĐỒNG BẰNG

SÔNG CỬU LONG

1.1 ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH ỞÛ VÙNG ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG

Cấu trúc Đồng bằng sông Cửu Long có dạng bồn trũng theo hướng Đông Bắc – Tây Nam, trung tâm bồn trũng là vùng kẹp giữa sông Tiền và sông Hậu Vây quanh vùng trung tâm là các vùng cánh của bồn trũng và xa hơn là các đới nâng cao của móng đá lộ ra ở Bình Dương, Đồng Nai, An Giang… Các tài liệu nghiên cứu phần lộ cho thấy tuổi của móng đá trước Kanozoi (khoảng trên 656 triệu năm) Phủ trên móng đá là các trầm tích trẻ (trầm tích Holoxen) có tuổi khoảng 15000 năm có chiều sâu tới 110m Theo Nguyễn Thanh, cột địa tầng tổng hợp vùng Đồng bằng sông Cửu Long gồm các tầng sau (hình 1-1)

1.1.1 Tầng trầm tích Holoxen Q IV được phân chia thành 3 bậc:

Bậc Holoxen dưới QIV1-2 gồm cát vàng và xám tro, chứa sỏi nhỏ, phủ trên tầng đất sét loang lổ Pleixtoxen, chiều dày tới 12m

Bậc Holoxen giữa QIV2 gồm bùn sét màu xám, sét xám xanh và xám vàng, chiều dày từ 10 – 70m

Bậc Holoxen trên QIV3 gồm các tầng trầm tích khác nhau về điều kiện tạo thành, thành phần vật chất, tuổi và điều kiện phân bố:

- Tầng trầm tích biển, sông biển hỗn hợp và sinh vật mQIV3, mabQIV3 gồm các hạt mịn, bùn sét hữu cơ

- Tầng trầm tích sinh vật, đầm lầy ven biển bamQIV3 gồm bùn sét hữu

cơ, than bùn

- Tầng trầm tích sông hồ hỗn hợp sinh vật ambQIV3 gồm bùn sét hữu cơ

- Tầng bồi tích aQIV3 gồm sét, á sét chảy, bùn á sét hoặc bùn sét hữu cơ Chiều dày thành tạo trầm tích Holoxen trên biến đổi từ 9 – 20m Toàn bộ chiều dày trầm tích Holoxen đạt tới 100m

1.1.2 Tầng bồi tích cổ (trầm tích Pleixtoxen)

Khu vực Đồng bằng sông Cửu Long tầng trầm tích này gồm tập các hạt mịn xen kẹp với 3 – 5 tập hạt thô Mỗi tập hạt mịn dày từ 1 – 2m đến 40 – 50m các tập hạt thô có bề dày thay đổi từ 4 – 85m

1.2 SỰ PHÂN BỐ ĐẤT YẾU Ở ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG

Theo thành phần thạch học, tính chất địa chất công trình, địa chất thủy văn và chiều dày tầng đất yếu có thể chia đất yếu ra thành 5 khu vực (hình 1-2)

Khu vực I: Khu vực đất yếu màu xám nâu và xám vàng

- bmQIV: đất sét, á sét màu xám nâu, có chổ đất mềm yếu gối lên lớp trầm tích nén chặt QI-II chiều dày không quá 5m

- Đồng bằng tích tụ, có chổ trũng lầy nội địa cao độ từ 1 -3m

- Nước dưới đất gặp ở độ sâu 1-5m

Khu vực II: Khu vực đất bùn sét xen kẹp với các lớp á cát

-Phân khu IIa: amQIV gồm bùn sét, bùn á sét, phân bố không đều hoặc xen kẹp gối trên nền sét chặt QI-III chiều dày không quá 20m, phân bố ở khu vực có độ cao từ 1-1,5m Mực nước ngầm cách mặt đất 0,5 – 1m

Hình 1-1: CỘT ĐỊA TẦNG TỔNG HỢP KHU VỰC ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG

(THEO SỐ LIỆU CÁC VẤN ĐỀ ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH KHU VỰC ĐBSCL - PHÂN HỘI KHĐCCT 1984)

TỈ LỆ: 1/200

BỀ DÀY (mét)

MÔ TẢ TÓM TẮT THÀNH PHẦN THẠCH HỌC

CỔ SINH

NIÊN ĐẠI THEO C14

4

4

3

3 3

3

6 2

màu vàng xám (bị FERALIC hoá) đôi chỗ có sét nâu xám (gần sông lớn) Bùn sét xám đen xen các lớp cát bụi xám tro chứa sò hến vũng vịnh (chưa xác định)

Bùn sét, than bùn (phần trên) chứa mảnh vụn thực vật RHZOPHORA MELALENCA, LENCADENĐON Bùn sét hữu cơ

6

6

2

Sét xám xanh, xám vàng

Bùn sét màu xám, xám trắng, nâu, vàng xám, thỉnh thoảng xen các ổ, thớ cát mịn Phần dưới tầng gặp cát mịn màu vàng bẩn, lẫn ít sỏi ong Giữa tầng có cát mịn màu xám

Trong cát, sét gặp sò hến vũng vịnh (chưa xác định)

Cát màu vàng, xám tro, chứa sỏi nhỏ kết vón sắt Có nơi gặp sò hến

Sét, sét pha màu loang lỗ (vàng tím, đỏ trắng) đôi chỗ bị đá ong hoá Dưới sét là cát lẫn sỏi sạn

Hình 1-2: Bản đồ phân vùng đất yếu ở Đồng Bằng Sông Cửu Long

- Phân khu IIb: a,amQIV bùn sét, bùn á sét, phân bố không đều hoặc xen kẹp chiều dày không quá 80m Các đặc tính khác giống phân khu IIa

- Phân khu IIc: Dạng đất bùn như IIa, Iib nhưng có chiều dày không quá 25m

- Phân khu IId: Dạng đất bùn như IIa, IIb, IIc nhưng có chiều dày không quá 30m

Khu vực III: Khu vực cát hạt mịn, á cát xen kẹp ít bùn á cát

- Phân khu IIIa: m, am abmQIV, chủ yếu là á cát, cát bụi xen kẹp ít bùn sét, bùn á cát Holoxen gối lên trên trầm tích nén chặt QI-III chiều dày không quá 60m Diện tích tập trung ở đồng bằng tích tụ, gợn sóng ven biển với độ cao 1-2m Nước ngầm cách mặt đất 0,5-2m

- Phân khu IIIb: các đặc tính giống p hân khu IIIa, nhưng chiều dày tầng đất Holocen không quá 100m

- Phân khu IIIc: các dặc tính giống IIIa, IIIb, nhưng chiều dày tầng đất Holocen không quá 25m

Khu vực IV: Khu vực đất than bùn, sét, bùn á sét, các bụi, á cát (kí hiệu

IV)

-Phân khu IVa: mbQI-V đất than bùn, bùn á sét, thuộc tầng đầt yếu Holocen chiều dày không quá 25m, gối lên nền chặt QI-III Phân bố ở diện tích đồng bằng tích tụ biển sinh vật với độ cao từ 1-1,5m Nước ngầm xuất hiện ngay trên mặt đất

-Phân khu IVb: abmQI-V gồm đất yếu như than bùn, bùn sét, bùn á sét thuộc tầng Holocen chiều dày không quá 50m, gối lên trên nén chặt QII-III và N2, phân bố các đầm trũng, cửa sông bị luồng lạch phân cách mãnh liệt Nước ngầm xuất hiện mặt đất

Khu vực V: Khu vực bùn á sét và bùn á cát ngập nước, đất yếu gồm bùn,

than bùn Holocen dày từ 5-10m đến 40-50m, gối lên trên nền đất chặt QII-III

phân bố ở các vùng trũng, cửa vịnh, cửa sông Nước ngầm xuất hiện trên mặt đất chịu ảnh hưởng theo thủy triều

1.3 SỰ PHÂN BỐ ĐẤT PHÈN Ở ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG

Đất phèn ĐBSCL chiếm một diện tích đất đai rất lớn, khoảng 1,9 triệu ha, trừ một số không lớn nằm giữa sông Tiền, sông Hậu, Sóc Trăng, còn lại hầu hết là đất phèn, còn lại hầu hết là đất phèn được phân chia như sau:

- Vùng đất phèn cố định, chủ yếu là nhiều phèn thuộc lưu vực sông Vàm Cỏ Đông và Vàm Cỏ tây, từ biên giới Việt Nam- Campuchia, kéo xuống phía Bắc tỉnh Đồng Tháp, lên đến ngoại thành TP.HCM và về đến tận Bến Thủ

- Vùng phèn Đồng Tháp Mười: thuộc các huyện Hồng Ngự, Cao Lãnh, Tam Nông và thuộc Đồng Tháp chạy về Mộc Hóa và sang Cai Lậy thuộc 3 tỉnh Đồng Tháp, Long An, Tiền Giang

- Vùng phèn tứ giác Long Xuyên: có dạng tứ giác thuc 2 tỉnh Kiên Giang và An Giang gồm các huyện: An Biên, Hà Tiên, Bảy Núi, Hòn Đất

- Vùng đất phèn Minh Hải: trừ một dải đất mặn dọc biển Bạc Liêu, mũi Cà Mau, còn lại đa số phèn mặn dưới dạng phèn tiềm tàng, phèn nhiễm mặn, mặn phèn, phèn ít, phèn trung bình và phèn nhiều

- Vùng đất phèn Long An, Tiền Giang (trừ khu vực Đồng Tháp Mười), Vĩnh Long, Bến Tre, Hậu Giang chủ yếu phèn trung bình, phèn nhiễm mặn hoặc mặn phèn xen giữa các dải phù sa trung tính

8°30' 9°00 9°30'





 VĨNH LONG

LONG XUYÊNHÀ TIÊN

20 40Km 0

Trung Tâm Bản Đồ Tài Nguyên Tổng Hợp (IRMC) - 1998

Dựa trên bản đồ tỷ lệ 1/ 250.000 - NIAPP,1989

HÌNH 1-3: BẢN ĐỒ ĐẤT - VÙNG ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG

Cz Mm

KÝ HIỆU SYMBOL

Raised ridges sandy soils

Moderately Saline Soils

Đất mặn nhiều Đất mặn trung bình

Saline Mangrovesoils Strongly Saline Soils

Đất phèn tiềm tàng sâu

Đất phèn tiềm tàng nông - mặn Đất phèn tiềm tàng sâu - mặn

ĐẤT CÁT (SANDY SOILS)

Đất mặn phần lớn dưới rừng ngập mặn Đất cát giồng VIỆT NAM

Slightly Saline Soils

ĐẤT PHÈN (ACID SULPHATE SOILS)

Đất phèn tiềm tàng (Potencial Acid Sulphate soils)

Đất phèn tiềm tàng nông

Đất phèn hoạt động sâu - mặn Đất phèn hoạt động nông - mặn

Saline - Acid Sulphate Soils - Sulfidic horizon : > 50 cm

Potential Acid Sulphate Soils - Sulfidic material : > 50 cm

Saline - Acid Sulphate Soils - Sulfidic horizon : 0 - 50 cm

Potential Acid Sulphate Soils - Sulfidic material : 0 - 50 cm

Đất phèn hoạt động (Actual Acid Sulphate soils)

Saline - Potential Acid Sulphate Soils - Sulfidic material : 0 - 50 cm

Potential Acid Sulphate Mangrove Soils - Sulfidic material : 0 - 50 cm

Potential Acid Sulphate Mangrove Soils - Sulfidic material : > 50 cm

Saline - Potential Acid Sulphate Soils - Sulfidic material : > 50 cm

Sali - Sulfi - Thionic Fluvisols

Sulfi - Thionic Fluvisols Sulfi - Thionic Fluvisols Sali - Sulfi - Thionic Fluvisols Sali - Sulfi - Thionic Fluvisols Sali - Sulfi - Thionic Fluvisols

Sali - Orthi - Thionic Fluvisols Sali - Orthi - Thionic Fluvisols

ĐƠN VỊ ĐẤT - SOIL UNITS

Haplic Arenosols Gleyic Solonchaks Gleyic Solonchaks Stagni - Salic fluvisols Stagni - Salic fluvisols

FAO/UNESCO

Xa

TS

X Xg

Deposited Alluvial Soils

VIỆT NAM

KÝ HIỆU SYMBOL

Pf P Pg

Đất phù sa không được bồi

Đất than bùn - phèn

Gleyic Alluvial Soils

Peaty Acid Sulphate Soils

Undeposited Alluvial Soils

ĐẤT LẦY VÀ THAN BÙN PEATY AND MUCK SOILS

Alluvial Soils with Yellow-red mottles

Đất phù sa không được bồi - Glây

ĐẤT XÁM (GREY SOILS)

Đất xám trên sản phẩm phong hóa đá macma-acid & đá cát

Đất xám trên phù sa cổ Đất xám đọng mùn trên phù sa cổ

Grey Soils on old Alluvium Humic Grey Soils on old Alluvium

Đất đỏ vàng trên sàn phẩm phong hóa đá macma-acid

Eroded Soils Yellow-red Soils on acid macmartic rocks Grey Soils on acid-macmartic rock & sandy stones

ĐẤT SÓI MÒN (ERODED SOILS) Đất sói mòn trơ sỏi đá

ĐẤT PHÙ SA (ALLUVIAL SOILS)

Actual Acid Sulphate Soils - Sulfidic horizon : > 50 cm Actual Acid Sulphate Soils - Sulfidic horizon : 0 - 50 cm

ĐƠN VỊ ĐẤT - SOIL UNITS

Đất phù sa không được, bồi có tầng loang lổ Dystric Gleysols

Eutric Fluvisols Mollic Fluvisols Fluventy - Mollic Gleysols

Orthi - Thionic Fluvisols Orthi - Thionic Fluvisols

FAO/UNESCO

Provincial center Road

River National boundary Provincial boundary

CHÚ DẪN (LEGEND)

Prepared by : Integrated Resources Mapping Center (IRMC), 1998

Source : Base on original map at 1/250,000 scale - NIAPP, 1989

1.4 ĐẶC TRƯNG CƠ LÝ CỦA ĐẤT YẾU Ở ĐBSCL

Các lớp đất chính ở Đồng bằng sông Cửu Long thường gặp là đất sét hữu

cơ và sét không hữu cơ ở trạng thái độ sệt khác nhau Ngoài ra còn gặp những lớp cát, sét bùn có lẫn vỏ sò, sạn laterit

Dựa theo kết quả khảo sát địa chất trong phạm vi độ sâu khoảng 30m trở lại của các công trình thủy lợi thuộc các tỉnh Long An, Tiền Giang, Hậu Giang, Bạc Liêu… có thể phân chia các lớp đất nền như sau:

- Lớp đất ở trên mặt: dày khoảng 0.5 – 1,5m gồm các loại đất sét hạt bụi đến hạt cát, có màu xám nhạt đến vàng xám

- Lớp sét hữu cơ: có chiều dày thay đổi từ 3 – 20m, chiều dày tăng dần về phía biển Lớp sét hữu cơ thường có màu xám đen, xám nhạt hay vàng nhạt Hàm lượng hạt sét chiếm 40 – 70% Hàm lượng hữu cơ thường 2 – 8% Đất rất ẩm, thường bão hòa nước, đất ở trạng thái dẻo chảy đến chảy Chỉ tiêu vật lý như sau:

Độ ẩm tự nhiên W = (50 – 100)%

Giới hạn chảy WL = (50 – 100)% (có nơi trên 100%) Giới hạn dẻo WP = (20 – 70)%

Chỉ số dẻo Ip = 20 – 65%

Tỉ số rỗng 0 = 1.2 – 3.0 Dung trọng tự nhiên W = (1.35 – 1.65) g/cm3

Dung trọng khô C = (0.64 – 0.95) g/cm3

- Lớp sét cát lẫn ít sạn, mảnh vụn laterit và vỏ sò hay lớp cát: lớp này dày khoảng 3 – 5m, thường nằm chuyển tiếp giữa lớp sét hữu cơ và lớp đất sét không hữu cơ

Bảng 1–1: Theo tài liệu của Nguyễn Văn Thơ và Nguyễn Thanh đã thống kê

đặc trưng cơ lý đất bùn ở một số tỉnh Đồng bằng sông Cửu Long như sau

Tỉnh- Tên đất

Các chỉ tiêu

Bùn sét ambQ IV

Bùn á sét ambQ IV

Bùn sét ambQ IV

Bùn á sét ambQ IV

Bùn sét ambQ IV

Bùn á sét ambQ IV

Bùn sét ambQ IV

- Lớp đất sét không lẫn hữu cơ: chiều sâu thay đổi 3–26m tùy theo vùng Càng gần ven biển, lớp sét càng nằm sâu cách mặt đất thiên nhiên Lớp sét có màu xám vàng hay vàng nhạt Chỉ tiêu vật lý như sau:

Độ ẩm tự nhiên W =( 25 – 55)%

Giới hạn chảy WL = (40 – 65)%

Giới hạn dẻo WP = (20 – 30)%

Chỉ số dẻo IP =(17 – 45)%

Tỉ số rỗng 0 = 0.7 – 1.5 Dung trọng tự nhiên W = (1.65 – 1.95) g/cm3

Dung trọng khô C = (1.05 – 1.55) g/cm3

Lớp đất sét này hoàn toàn bão hòa nước, ở trạng thái dẻo cứng đến dẻo chảy, khả năng chịu tải tốt hơn sét hữu cơ

CHƯƠNG 2 NHỮNG GIẢI PHÁP THỰC TẾ THƯỜNG SỬ DỤNG ĐỂ GIA CỐ

NỀN ĐẾT YẾU Ở ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG

2.1 KHÁI NIỆM

Nếu sức chịu tải của nền đất yếu không đủ hoặc nếu độ lún của nền

đường diễn biến quá chậm thì cần áp dụng các biện pháp xử lý đặc biệt để tăng độ ổn định và tăng nhanh thời gian lún của nền đắp trên đất yếu Một số biện pháp nhằm nâng cao sự ổn định của nền đắp : giảm trọng lượng nền đắp, tăng chiều rộng nền đường, làm thoải mái dốc (thay đổi độ dốc mái đất đắp the”p chiều cao), làm bệ phản áp, đào bỏ một phần đất yếu (cho nền đắp chôn sâu vào đất yếu) Một số biện pháp nhằm tăng nhanh tốc độ cố kết của đất yếu dẫn đến tăng cường độ (C, ) và giảm độ lún tổng cộng của đất nền : làm giếng cát, bấc thấm, dùng bơm hút chân không …

Việc chọn biện pháp để xử lý tùy thuộc vào yêu cầu cụ thể đối với từng công trình và một số điều kiện cơ bản sau :

- Đảm bảo sự ổn định của nền đắp trong thời gian xây dựng và khai thác

- Thời gian đầu tư xây dựng công trình : từ khi khởi công đến khi đưa công trình vào sử dụng

- Đảm bảo công trình đạt được tốc độ lún phù hợp với thời gian thi công

- Giá thành xây dựng kinh tế nhất

2.2 XỬ LÝ NỀN ĐẤT YE14ÁU BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐỆM CÁT :

2.2.1 Mục đích :

Chiều rộng nền đường

Lớp đất tốt

Khi lớp đất yếu có chiều dày không lớn, nằm trực tiếp dưới nền đắp thì có thể áp dụng biện pháp đào bỏ một phần đất yếu bề mặt và thay bằng đệm cát Lớp đệm cát có tác dụng tăng tốc độ cố kết của nền đất yếu sau khi đắp đất để tăng cường độ chống cắt của đất yếu dẫn đến tăng sức chịu tải của đất nền, làm tăng khả năng ổn định của công trình kể cả khi có tải trọng ngang tác dụng vì cát được nén chặt sẽ tăng lực ma sát và tăng sức chống trượt Lớp đệm cát còn có tác dụng cải tạo sự phân bố ứng suất lên đất yếu

Đệm cát thường được sử dụng kết hợp với vải địa kỹ thuật để hạn chế sự chìm lắng hạt cát vào thành phần đất yếu Cát được dùng làm lớp đệm tốt nhất là cát hạt lớn và cát hạt vừa không lẫn đất bụi

Biện pháp này sử dụng thích hợp trong điều kiện :

- Tải trọng đắp không lớn

- Lớp đất yếu không quá dày (< 3m)

- Có sẵn vật liệu cát tại địa phương

2.2.2 Cấu tạo đệm cát :

Hình 2.1 Xử lý nền đất yếu bằng đệm cát

- Chiều rộng đệm cát (Lđc) xác định theo vùng hoạt động của đường đồng ứng suất z = 0,1q

- Chiều dày đệm cát (hđc) : Theo kinh nghiệm, chiều dày lớp đệm cát có thể xác định theo giá trị độ lún của nền đắp như sau :

Hình 2.2 Vùng hoạt động của đường đồng ứng suất

2.2.3 Ưu, nhược điểm của phương pháp :

* Ưu điểm :

Do thi công đơn giản, không cần nhiều thiết bị đặc biệt nên phương pháp này được sử dụng rộng rãi

* Nhược điểm : Đệm cát không nên sử dụng trong trường hợp :

- Lớp đất yếu quá dày (Hđy > 3m) Trong trường hợp này việc thiết kế bằng đệm cát sẽ không kinh tế và khó thi công, khi đó cần kết hợp đệm cát với biện pháp xử lý nền khác : cừ tràm, giếng cát, bấc thấm, …

- Khi mực nước ngầm cao và nước có áp, sự xói ngầm sẽ làm tầng đệm cát không ổn định

2.3 XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG PHƯƠNG PHÁP GIA TẢI TRƯỚC :

* Mục đích :

Đối với nền đất yếu là bùn, than bùn, sét và á sét dẻo nhão … có thể dùng phương pháp gia tải nén trước để tăng nhanh quá trình cố kết của nền đất yếu, tạo độ lún trước làm tăng sức chịu cắt của đất dẫn đến tăng khả năng chịu tải của đất nền yếu Quá trình gia tải trước được tiến hành bằng cách chất tải trọng (cát, đá, khối bê tông…) bằng hay lớn hơn tải trọng định thiết kế lên trên nền đất yếu để tạo ra độ lún trước khi xây dựng công trình

* Cấu tạo của hệ thống gia tải trước:

Có thể tiến hành gia tải nén trước theo 2 cách sau :

- Chất tải trọng nén trước ngay trên mặt đất tại vị trí xây dựng công trình Đợi một thời gian theo yêu cầu thiết kế để độ lún đạt đến độ lún ổn định, sau đó dỡ tải và bắt đầu thi công công trình

- Có thể xây dựng móng công trình sau đó, chất tải lên móng tạo độ lún trước Khi độ lún đạt độ lún ổn định, tiến hành dỡ tải và xây dựng tiếp kết cấu bên trên

p n Tải trọng

Đệm cát

> 0.50m Tải trọng phụ tạm thời

Tầng đất tốt

1:2

1:2

H đắp

H đất yếu

Hình 2.3 Xử lý nền đất yếu bằng gia tải trước kết hợp đệm cát

Đối với đất yếu có sức chịu tải quá nhỏ, việc gia tải một lần với tải trọng quá lớn có thể làm đất nền bị phá hoại cắt trước khi đạt độ lún ổn định Trong trường hợp này, cần tiến hành gia tải theo từng giai đoạn (từng cấp tải trọng) Nguyên lý tính toán gia tải trước được trình bày trong quan hệ sau :

Hình 2.4 Quan hệ độ lún và tải trọng nén trước theo thời gian

pn : tải trọng nén trước

So : độ lún ban đầu

Sôđ : Độ lún trong giai đoạn cố kết thứ nhất

S : Độ lún trong giai đoạn cố kết thứ hai (do từ biến)

* Ưu, nhược điểm của phương pháp :

Ưu điểm :

- Thi công đơn giản, không cần thiết bị chuyên dụng đặc biệt

- Giá thành rẻ do vật liệu gia tải có thể tận dụng vật liệu địa phương và thu hồi lại được sau khi kết thúc quá trình gia tải

Nhược điểm :

- Để đảm bảo thoát nước tốt, chiều dày tầng đất yếu không nên lớn hơn quá 3m Trường hợp tầng đất yếu quá dày, có thể kết hợp phương pháp gia tải trước với đặt thíêt bị tiêu nước thẳng đứng : bấc thấm, giếng cát … sẽ cho hiệu quả cao về tốc độ cố kết

- Đối với nền đất yếu có khả năng chịu tải quá nhỏ, hệ số thấm quá bé (sét bảo hòa nước ) việc gia tải trước cần chia thành nhiều cấp tải trọng (nhiều giai đoạn) để đảm bảo không xảy ra phá hoại cắt trong nền dẫn đến tốn kém về nhân công, xe máy và thời gian thi công

2.3.1.XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG PHƯƠNG PHÁP GIẾNG CÁT :

2.3.1.1 Mục đích :

Đối với nền đất sét yếu có hệ số thấm nhỏ, thời gian để hoàn thành giai đoạn cố kết thứ nhất sẽ rất lớn – có thể kéo dài hàng chục năm Để rút ngắn thời gian cố kết, người ta thường dùng các thiết bị tiêu nước thằng đứng : bấc thấm,

giếng cát, … kết hợp với biện pháp gia tải trước bằng tải trọng phụ tạm thời hay

bơm hút chân không

Giếng cát là thiết bị tiêu nước thẳng đứng được dùng sớm nhất để tăng tốc độ cố kết của đất nền yếu Trong cấu tạo đất nền có bố trí giếng cát và gia tải trước, nhờ gradien thủy lực tạo ra do nén trước, nước lỗ rỗng thoát chủ yếu theo phương ngang về phía tâm giếng cát, sau đó chảy tự do theo phương thẳng đứng dọc theo giếng cát về phía các lớp đất dễ thấm nước Nhờ đó, hệ thống giếng cát trong nền đất yếu sẽ giúp rút ngắn chiều dài đường thấm, giảm thời gian cố kết dẫn đến tăng nhanh khả năng chịu tải của đất nền theo thời gian

2.3.1.2.Cấu tạo hệ thống giếng cát :

Hệ thống giếng cát gồm 3 thành phần cơ bản :

Đệm cát :

- Thường dùng cát hạt trung, cát thô

- Kích thước đệm cát được trình bày trong phần 3.3.2

Các giếng cát :

- Thường dùng cát hạt trung, cát thô

- Đường kính giếng cát dw = (20 60)cm

- Chiều sâu giếng cát bằng chiều dày vùng hoạt động chịu nén của đất nền

L = Ha

Ha : vùng hoạt động chịu nén của đất nền ứng với z = 0,1 Z

- Khoảng cách giữa các giếng cát : thường bố trí theo lưới tam giác đều có a = 1,5m 2,5m

Hình 2.5 Xử lý nền đất yếu bằng giếng cát

Tải trọng phụ tạm thời :

Thường dùng bằng cát, nhằm tạo ra quá trình nén trước nền đất trước khi đặt tải trọng công trình Tải trọng phụ thường được đặt theo từng giai đoạn gia tải căn cứ vào khả năng chịu tải của đất nền Yêu cầu tổng tải trọng nén trước phải tạo ra ứng suất lớn hơn áp lực tiền cố kết trong đất nền thì quá trình cố kết mới xảy ra Phạm vi chịu tải phụ thuộc vào kích thước đệm cát

2.3.1.3 Ưu, nhược điểm của phương pháp :

* Ưu điểm :

- Thích hợp cho những khu vực có sẵn vật liệu (cát), dễ khai thác

- Tốc độ cố kết của đất nền nhanh hơn phương pháp dùng bệ phản áp, cừ tràm …

* Nhược điểm :

- Giá thành cao

- Chỉ nên dùng ở công trường có mặt bằng thi công lớn

2.3.2 XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG PHƯƠNG PHÁP BẤC THẤM :

2.3.2.1 Mục đích :

Tải trọng phụ tạm thời

Tầng đất tốt

Mặt cắt ngang tương đương

Bấc thấm cũng có tác dụng như giếng cát : làm tăng nhanh tốc độ cố kết dẫn đến rút ngắn thời gian đạt độ lún ổn định của đất nền yếu, tăng sức chịu tải của đất nền

2.3.2.2 Cấu tạo hệ thống bấc thấm :

Hình 2.6 Xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm

Để tiện việc tính toán, xem mặt cắt ngang bấc thấm tương đương có dạng hình tròn đường kính dw Theo Rixner và Hansbo :

2

b a

Hình 2.7 Mặt cắt ngang của bấc thấm

- Nếu bố trí bấc thấm theo lưới tam giác đều : De = 1,05.S

- Nếu bố trí bấc thấm theo lưới ô vuông : De = 1,13.S

S : Khoảng cách giữa hai tim bấc thấm

Hình 2.8 Sơ đồ mặt bằng bố trí bấc thấm

2.3.2.3 Ưu, nhược điểm của phương pháp :

* Ưu điểm :

- Thi công nhanh do được lắp đặt hoàn toàn bằng máy

- Giá thành rẻ hơn phương pháp giếng cát

- Bấc được chế tạo sẵn trong nhà máy nên có thể sản xuất được khối lượng lớn

* Nhược điểm :

- Cần máy chuyên dùng đặc biệt

- Khả năng thoát nước của bấc thấm có thể bị giảm khi chiều sâu cắm bấc lớn (> 20m) do :

+ Áp lực hông tăng làm ép sát bộ lọc vào ống lõi dẫn đến giảm tiết diện ngang của lòng dẫn trong bấc thấm

+ Theo phương đứng, bấc thấm bị uốn cong trong quá trình lún cố kết của đất nền do chịu áp lực thẳng đứng lớn

+ Các hạt đất nhỏ hơn bộ lọc tích đọng vào trong lòng dẫn làm giảm hệ số thấm của bấc

- Chỉ nên dùng ở công trường có mặt bằng thi công lớn

2.4 ĐỘ CỐ KẾT CỦA NỀN ĐẤT YẾU KHI XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU KẾT HỢP GIA TẢI TRƯỚC:

Dựa trên cơ sở lý thuyết cố kết thấm một chiều của K.Terzaghi, R.A.Barron (1948) đã tìm ra lời giải cho bài toán cố kết thấm khi trong đất nền có hiện tượng thấm theo phương trục z (phương thẳng đứng) và phương xuyên tâm (phương ngang) – Trường hợp có bố trí thiết bị tiêu nước thẳng đứng – Lúc này phương trình vi phân cố kết có dạng :

2 2 2

2

1

z

u C t

u r r

u C t

n

tb h h

1 : Hệ số cố kết theo phương ngang

Kh : Hệ số thấm theo phương ngang

r

u r r

hiệu quả tiêu nước theo phương ngang và theo phương thẳng đứng Theo Carillo (1942), độ cố kết tổng của đất nền có bố trí giếng cát được xác định như sau :

Uh : Độ cố kết trung bình do thoát nước theo phương ngang Uh = f(Th)

Uv : Độ cố kết trung bình do thoát nước theo phương đứng Uv = f(Tv)

Theo Barron (1948), [5] trong điều kiện lý tưởng – đất nền xung quanh khu vực bố trí giếng cát không bị xáo động và không có sức cản giếng – thì độ cố kết theo phương ngang được xác định như sau :

n

h h

3 ln

1 n n n

n

De : Đường kính khu vực ảnh hưởng thoát nước xung quanh giếng cát

De = 1,05.S Khi giếng cát bố trí theo sơ đồ tam giác đều có cạnh là S

De = 1,13.S Khi giếng cát bố trí theo sơ đồ hình vuông có cạnh là S

w

e d

D

Trong thực tế, việc thi công thiết bị thoát nước thẳng đứng : giếng cát, bấc thấm, … sẽ làm vùng đất xung quanh khu vực bố trí thiết bị bị xáo trộn Hansbo

Hình 2.9.Sơ đồ chuyển động của nước lỗ rỗng xung quanh

giếng cát theo Barron

w s s

h s

d

d K

K

ds : đường kính vùng xáo trộn xung quanh thiết bị ds = (2 3)dw

Kh : hệ số thấm theo phương ngang của đất nền

Ks : hệ số thấm theo phương ngang trong vùng xáo trộn xung quanh thiết bị Theo kết quả thí nghiệm của Bergado (1991) và theo đề nghị của Hansbo (1987), hiệu quả thuận lợi về tính thấm ngang có thể bị giảm hay loại trừ hoàn toàn trong vùng đất bị xáo động Vì vậy, trong công thức (2-5) có thể lấy Ks = Kv

Vùng bị xáo động (K s)

w

h r

q

K Z L Z

Z : khoảng cách từ mặt đất đến chỗ kết thúc thoát nước

qw : khả năng thoát nước của thiết bị khi gradient thủy lực bằng 1

Hình 2.10 - Sơ đồ thiết bị tiêu nước thẳng đứng có xét đến

ảnh hưởng xáo động

Đối với bấc thấm, cọc bản nhựa … khả năng thoát nước của thiết bị là thông số quan trọng và cần thiết do nhà chế tạo thiết bị cung cấp Tuy nhiên, trong quá

trình sử dụng, khả năng này không phải là một hằng số theo thời gian và theo chiều sâu trong đất nền Nguyên nhân là do khi thi công lắp đặt thiết bị tiêu nước chế tạo sẵn, ống dẫn để cắm thiết bị có khả năng ép sát vào lõi thiết bị làm giảm tiết diện ngang dẫn nước Bên cạnh đó thiết bị tiêu nước còn có thể bị cong khi chịu áp lực thẳng đứng lớn Trong quá trình tiêu nước lỗ rỗng của đất nền, các hạt nhỏ có thể tích đọng lại trong lòng dẫn làm giảm khả năng chuyển nước theo phương đứng của thiết bị Như vậy, hệ số sức cản giếng (Fr) là một trong những vấn đề nan giải cần được lưu tâm nghiên cứu thêm nhằm phục vụ cho quá trình xác định mức độ cố kết của đất nền được xử lý bằng thiết bị tiêu nước thẳng đứng

2.5 CÁC KẾT QUẢ ĐÃ NGHIÊN CỨU

Như vậy, khi tính toán trong xử lý nền đất yếu kết hợp với gia tải trước, hệ số thấm theo phương ngang là thông số quan trọng cần thiết để tính toán trong việc gia cố nền đất yếu Đã có nhiều tác giả nghiên cứu hệ số thấm ngang hoặc tìm quan hệ giữa hệ số thấm theo phương ngang và theo phương đứng để tìm ra hệ số thấm ngang

2.5.1 Trong nước

Theo quy trình khảo sát thiết kế nền đường ôtô đắp trên đất yếu 22TCN 262-2000 [10], tỷ số m = Kh/Kv được phép áp dụng như sau:

5 2

v h v h v

h

K

K K

K C

C

Các tác giả đã nghiên cứu quá trình cố kết của đất như:

- Luận văn thạc sĩ của Nguyễn Đức Hồng Vân [7] nghiên cứu tỷ số giữa hệ

số cố kết theo phương ngang và theo đứng bằng thí nghiệm trực tiếp

ngoài hiện trường khu vực huyện Nhà Bè và vùng lân cận có địa chất tương tự là:

4 , 2 5 , 1

v

h C

- Theo luận văn thạc sĩ của Võ Hải Long nghiên cứu quan hệ giữa hệ số

thấm ngang với thấm đứng của một số loại đất dính nền đồng bằng sông Cửu Long ở trạng thái tự nhiên, chế bị và không chịu tải như sau:

8 5 1

v

h K

v h v

h K

K C

C

Theo Jamiolkowski (1983) [12] đã thống kê tỷ số Kh/Kv của đất sét trầm tích

trong bảng sau:

Bảng 1.1 Bảng thống kê tỷ số Kh/Kv của đất sét yếu

Không có hay vĩ cấu trúc biểu hiện yếu, trầm tích chủ yếu đồng chất 1 đến 1,5

Vĩ cấu trúc tương đối tốt đến tốt: đó là đất sét trầm tích với các thấu

kính và lớp đất thấm tốt hơn không liên tục 2 đến 4 Đất sét dạng dải và các trầm tích khác có chứa các lớp thấm ít nhiều

liên tục

3 đến 15

Một số kết quả nghiên cứu để xác định hệ số thấm theo kinh nghiệm

Theo Hazen [6, 12, 16] đề nghị cho cát lọc, một trong các công thức gần đúng hay dùng nhất là: K = C k D 2

10 (mm/s) (2-11) Trong đó: D10 _ đường kính hiệu quả (mm)

Ck _ hệ số kinh nghiệm phụ thuộc vào bản chất của đất (s/mm)

Khi dùng công thức Hazen cho nhiều loại đất, bằng chứng thực nghiệm cho thấy có thể chấp nhận được các giá trị K gần đúng này Giá trị Ck được cho theo bảng sau:

Bảng 1.2 Bảng giá trị C k

C k (s/mm) Loại đất Phạm vi D 10 (mm)

8 – 12 Cát đồng nhất (Cc < 5) 0.006 – 3.0

5 – 8 Cát cấp phối tốt (Cc ≥ 5) 0.003 – 0.6 Công thức Hazen ứng dụng cho trường hợp đường kính hạt d10 thay đổi từ 0,1mm đến 3,0mm và hệ số không đồng chất của đất không lớn hơn 5 60

10

(d 5)

Kenny, Lau và Ofeegbu (1984) [12] đưa ra từ thí nghiệm trong phòng trên đất

dạng hạt với kích cỡ nhỏ có các mẫu thí nghiệm được xếp loại từ 0.074 đến 25.4mm

Hệ số đồng nhất Cu, của mẫu thì dao động từ 80% trở lên Các thí nghiệm chỉ ra rằng trong điều kiện chảy tầng ta có:

K (mm2) = (0.05 ÷1)D52 (2-12) Trong đó: D5 _ đường kính 5% hạt đất xuyên qua (mm)

Sama rasinghe, Huang và Dimevich (1982) [12] đề nghị hệ số thấm của đất sét

cố kết thường có thể cho bởi phương trình:

3 1

n e

K C

e (2-13) Trong đó C3 và n là hằng số dựa trên thí nghiệm

Phương trình trước có thể viết lại: log(K(1+e))=logC3+nloge (2-14)

Từ đó, với đất dạng sét nếu giá trị K với hệ số rỗng được biết thì đồ thị log-log có thể đưa ra với hai trục log(K(1+e)) và log(e) để xác định giá trị của C và n

Công thức Cozeni [6]

3

2 2

Trong đó: ε – hệ số rỗng của đất

τ – hệ số nhiệt độ, theo bảng 4 trong đó T là nhiệt độ của nước thấm

Bảng 1.3 – Bảng giá trị T và τ

dk – đường kính (hiệu dụng) xác định theo công thức:

1 2 1

1 3 , 2

i n i i

g g

d1 – đường kính lớn nhất của hạt bé cuối cùng (d<0,0025mm) Nếu loại hạt bé này d≤0,01mm thì loại hạt này chia ra bốn phần bằng nhau: 0 ÷ 0,0025mm;