Nghiên cứu giải pháp nền móng hợp lý cho công trình nhà từ 3 6 tầng trên nền xét yếu có xét đến ảnh hưởng của ma sát âm tại khu vực quận 7 TP hồ chí minh

Qua phân tích các giải pháp nền móng đối với công trình có tải trọng tương đương 3 tầng ứng với chiều dày lớp đất yếu tại khu vực Q7, tác giả đã chọn giải pháp móng bè trên nền đất đã xử

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYỄN NGUYÊN THÁI

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP NỀN MÓNG HỢP LÝ CHO CÔNG TRÌNH NHÀ TỪ 3-6 TẦNG TRÊN NỀN SÉT YẾU CÓ XÉT ĐẾN ẢNH HƯỞNG CỦA MA SÁT ÂM

TẠI KHU VỰC QUẬN 7, TP.HCM

Chuyên ngành : CÔNG TRÌNH TRÊN ĐẤT YẾU Mã số ngành: 31.10.02

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 08 năm 2004

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

Cán bộ hướng dẫn khoa học1 : TS Lê Bá Vinh

Cán bộ hướng dẫn khoa học 2 : GS.TSKH Lê Bá Lương

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 06 tháng 09 năm 2003

Lời cảm ơn

Để có kết quả ngày hôm nay, tôi xin chân thành biết ơn đến tất cả Thầy Cô đã truyền đạt kiến thức và hướng dẫn giúp đỡ hoàn thànhLuận văn thạc sĩ:

* Giáo sư - Tiến sĩ Khoa học

Chủ nhiệm ngành Lê Bá Lương

* Giáo sư - Tiến sĩ Khoa học Nguyễn Văn Thơ

* Tiến sĩ

Phó Chủ Nhiệm Khoa KTXD Châu Ngọc Ẩn

* Thạc sĩ

Chủ Nhiệm Bộ Môn Võ Phán

* Phó giáo sư - Tiến sĩ Trần Thị Thanh

* Phó giáo sư -Tiến sĩ Nguyễn Quang Điển

* Viện sĩ - Tiến sĩ Nguyễn Văn Đáng

* Tiến sĩ Ngô Trần Công Luận

Xin chân thành biết ơn Tiến Sĩ Lê Bá Vinh và Giáo sư – Tiến sĩ Khoa học Lê Bá Lương đã tận tình hướng dẩn để hoàn thành Luận Văn Thạc

luận văn

PHẦN I

NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN

PHẦN III

NHẬN XÉT, KẾT LUẬN

& KIẾN NGHỊ

Tên đề tài:

Nghiên cứu giải pháp hợp lý cho công trình nhà từ 3-6 tầng trên nền sét yếu có xét ảnh hưởng của ma sát âm tại khu vực Q7, TP.HCM

Tóm tắt :

Nội dung của luận văn nhằm tìm kiếm giải pháp nền và móng thích hợp cho các công trình nhà từ 3-6 tầng, loại công trình chiếm tỉ lệ lớn tại Q7, TP.HCM

Qua phân tích các giải pháp nền móng đối với công trình có tải trọng tương đương 3 tầng ứng với chiều dày lớp đất yếu tại khu vực Q7, tác giả đã chọn giải pháp móng bè trên nền đất đã xử lý cố kết bằng bấc thấm Lý do bấc thấm được chọn thay cho giếng cát được giải thích như sau: bấc thấm cố kết tốt, thời gian thi công nhanh, có tính công nghiệp cao, ít xáo động đất nền Bên cạnh đó, móng bè là loại móng nông nên có thể tiết kiệm được chi phí và thời gian thi công so với các loại móng sâu Trong trường hợp chiều dày lớp đất yếu là 8m, nên sử dụng giải pháp móng băng trên đệm cát kết hợp cừ tràm để tiết kiệm thời gian gia tải

Đối với công trình có tải trọng tương đương 4-6 tầng, giải pháp được sử dụng là cọc bê tông cốt thép tiết diện 25x25cm với chiều dài cọc thay đổi Tác giả cũng phân tích ảnh hưởng của lực ma sát âm đến khả năng chịu tải của cọc cũng như sự thay đổi giá trị của lực ma sát âm khi chiều dài lớp đất yếu thay đổi Từ đó, đề xuất các giải pháp xử lý lực ma sát âm

Để tăng sức chịu tải của cọc do ảnh hưởng của lực ma sát âm có thể tăng chiều dài cọc, độ tăng thêm này phụ thuộc chủ yếu vào chiều dày của lớp đất yếu và các đặc trưng cơ lý của lớp đất chứa mũi cọc Bên cạnh đó, có thể sử dụng các giải pháp khác để hạn chế ảnh hưởng của lực ma sát âm : tạo lớp phủ mặt ngoài cọc, gia tải nén trước…

Thesis: study the resonnable foundations for buildings from 3-6 storeys on the weak clay base with the effect of negative friction in district 7, HCM City

be clarified : good consolidation, quick execution, less smear to the soil, with mass production Besides, the mat foundation is the shadow one so

we can save cost and time compared with deep foundation In case that the weak layer is 8m, we can use the spread foundation on sand mat and

“tràm” piles for not preloading

For 4-6 storey buildings or equavalent loads, we have to use the pile foundation with dimension 25x25cm and the pile length varies The author also analyse the effect of the negative friction force to the bearing capacity

of the piles And thenceforth, the solutions for negative friction are promoted

In order to increase the bearing capacity of the pile from the effect of the negative friction, we can increase the pile length, the increase depends on the length of the weak layer and the chatacters of the layer below Furthermore, we can use other methods such as: covering the pile with bitumen, preloading…

1 Đặt vấn đề nghiên cứu 1

2 Giới hạn của đề tài 2

PHẦN I : NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ CÁC GIẢI PHÁP NỀN MÓNG HỢP LÝ CHO CÔNG TRÌNH NHÀ TỪ 3-6 TẦNG TRÊN NỀN SÉT YẾU CÓ XÉT ẢNH HƯỞNG CỦA MA SÁT ÂM 1.1 Tổng quan về tình hình nghiên cứu các giải pháp nền móng công trình trên nền sét yếu bão hòa nước 3

1.2 Tổng quan về các trường phái nghiên cứu tính toán nền móng, các mô hình nền 6

1.2.1 Các trường phái nghiên cứu tính toán nền móng 6

1.2.2 Các loại mô hình nền đã và đang nghiên cứu 6

1.23 Sự biến đổi các đặc trưng cơ lý của đất sét yếu do hiện tượng cố kết đất nền 10

1.3 Các giải pháp nền móng thường dùng trong điều kiện đất yếu 13

1.3.1 Giải pháp kết cấu bên trên 13

1.3.2 Giải pháp về nền móng 14

1.3.3 Biện pháp cải tạo đất nền công trình 14

PHẦN II : NGHIÊN CỨU ĐI SÂU VÀ PHÁT TRIỂN NGHIÊN CỨU CÁC ĐẶC TRƯNG CƠ LÝ CƠ BẢN CỦA ĐẤT SÉT YẾU LIÊN QUAN ĐẾN HIỆN TƯỢNG MA SÁT ÂM Ở KHU VỰC QUẬN 7 TP.HCM 2.1 Đất yếu ở TP.HCM và Q7 19

2.2 Khái quát tình hình địa hình – địa chất TP.HCM 29

2.3 Thống kê số liệu địa chất 34

2.4 Các đặc trưng cơ bản của đất sét yếu ở khu vực Q7 40

2.5 Nhận xét về địa chất công trình ở TP.HCM và khu vực Q7 41

2.6 Một số mặt cắt địa chất tiêu biểu 43

NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP CẤU TẠO ĐỂ XỬ LÝ NỀN MÓNG CHO CÔNG TRÌNH NHÀ TỪ 3-6 TẦNG TRÊN NỀN SÉT YẾU CÓ XÉT ẢNH HƯỞNG CỦA MA SÁT ÂM Ở QUẬN 7 3.1 Giải pháp giếng cát kết hợp gia tải trước 47

3.2 Xử lý nền bằng bấc thấm kết hợp gia tải trước 54

3.3 Móng bè trên nền đã gia tải trước kết hợp bấc thấm 60

3.4 Giải pháp móng băng trên đệm cát kết hợp cừ tràm cho công trình nhà 3 tầng (dùng cho trường hợp chiều dày lớp đất yếu 8m) 62

3.5 Móng cọc bê tông cốt thép 63

NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN MỘT SỐ GIẢI PHÁP NỀN MÓNG CHO CÔNG TRÌNH NHÀ TỪ 3-6 TẦNG TRÊN NỀN SÉT YẾU CÓ XÉT ẢNH HƯỞNG CỦA MA SÁT ÂM Ở QUẬN 7 4.1 Giải pháp móng bè trên nền đã gia tải trước kết hợp bấc thấm 65

4.3 Móng băng trên đệm cát kết hợp cừ tràm cho công trình nhà 3 tầng ( dùng cho trường hợp lớp đất yếu dày 8m ) 82

4.3 Trình tự tính toán móng cọc BTCT 83

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MA SÁT ÂM ĐẾN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC BÊ TÔNG CỐT THÉP Ở KHU VỰC Q7, TP.HCM 5.1 Hiện tượng ma sát âm của cọc BTCT ở khu vực Quận 7, TP.HCM 87

5.2 Xác định chiều dài đoạn cọc chịu ảnh hưởng bởi lực ma sát âm (Lf) và trị số lực ma sát âm 96

5.3 Tính giá trị lực ma sát âm dựa trên quan điểm cố kết đất nền 105

5 4 Lực ma sát âm theo thời gian 106

5.5 Aûnh hưởng của ma sát âm đến sức chịu tải của cọc đơn 109

5.6 Chuyển vị của cọc đơn khi chịu lực ma sát âm 113

5.7 Thiết kế cọc có xét ảnh hưởng ma sát âm 114

5.8 Các kiến nghị để khắc phục hiện tượng m a sát âm ở cọc bê tông cốt thép ở khu vực Q7, TP.HCM 116

ỨNG DỤNG NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN CÁC CÔNG TRÌNH CỤ THỂ 6.1.Giải pháp móng bè trên nền xử lý bằng bấc thấc kết hợp gia tải trước cho công trình nhà 3 tầng 118

6.2 Móng băng trên đệm cát kết hợp cừ tràm cho công trình nhà 3 tầng ( dùng cho trường hợp lớp đất yếu dày 8m ) 126

6.3 Giải pháp móng bê tông cốt thép có xét ảnh hưởng của ma sát âm cho công trình nhà từ 4-6 tầng 130

PHẦN III : NHẬN XÉT, KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ NHẬN XÉT, KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 7.1 Các nhận xét, và kết luận 151

7.3 Hướng nghiên cứu tiếp theo 153

MỞ ĐẦU

1 ĐẶT VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU :

TP Hồ Chí Minh là một không gian nhỏ bé so với cả nước, nhưng cái không gian đó đã chiếm một trong những vị trí then chốt, rất mực quan trọng của Việt Nam Trong sự phát triển của đất nước, TP Hồ Chí Minh đóng vai trò quan trọng, phát triển hàng đầu, góp phần thúc đẩy sự phát triển của cả nước Sự phát triển kinh tế -xã hội của Thành Phố thúc đẩy sự hình thành nên những khu dân cư mới, những quận mới thành lập tạo, những điều này tiền đề cho sự tiếp tục phát triển của Thành Phố Trong số những quận mới được thành lập, Quận 7 là một trong những nơi có tốc độ đô thị hoá cao nhất Thành Phố với hàng loạt các khu dân cư của các công ty kinh doanh nhà như: Phú Mỹ Hưng, Nam Long, Kiến Á…trong đó các công trình từ 3-6 tầng chiếm tỷ lệ lớn

Hiện nay có thể dẫn ra hàng loạt công trình xây dựng dân dụng và công nghiệp đã và đang được triển khai xây dựng trên vùng đất sét yếu bảo hoà nước tại Q7 và các khu vực lân cận như : khu đô thị mới Phú Mỹ Hưng, khu nhà ở Nam Long, khu dân cư Phú Mỹ, nhà máy điện Hiệp Phước…Địa chất khu vực này thuộc loại đất sét yếu bảo hòa nước, không thuận lợi cho việc xây dựng, thường có các đặc điểm sau: hệ số rỗng lớn, độ ẩm tự nhiên rất cao, khả năng chịu tải thấp… nói chung là không thể xây dựng công trình trực tiếp mà không có biện pháp xử lý nền

Các hiện tượng hay sự cố nền móng xảy ra tại các công trình xây dựng ở Thành phố Hồ Chí Minh đều có liên quan đến khả năng chịu lực lâu dài của đất nền và việc lựa chọn giải pháp nền móng hoặc sơ đồ tính chưa hợp lý

Như vậy việc nghiên cứu đề tài này là cần thiết cho các công trình xây dựng trên nền đất yếu

2 GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI

- Tài liệu nghiên cứu cho công trình trên đất yếu còn ít, tài liệu địa chất chỉ có ở một số vị trí đại diện

- Chưa nghiên cứu được tất cả các giải pháp khác, đặc biệt cho các toà nhà cao tầng hơn (10 tầng)

CHƯƠNG 1

XœW

NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ CÁC GIẢI PHÁP NỀN MÓNG HỢP LÝ CHO CÔNG TRÌNH NHÀ TỪ 3-6 TẦNG TRÊN NỀN SÉT YẾU

CÓ XÉT ĐẾN ẢNH HƯỞNG CỦA MA SÁT ÂM

1.1 TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU CÁC GIẢP PHÁP NỀN MÓNG CÔNG TRÌNH Ở TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC TRÊN NHỮNG VÙNG ĐẤT SÉT YẾU BÃO HÒA NƯỚC

Khi ngành xây dựng càng phát triển thì vùng đất dùng cho xây dựng càng trở nên thu hẹp dần Vùng đất được coi là yếu hoặc xấu từ trước đến nay cần phải có những biện pháp gia cố để sử dụng mục đích công trình Các tài liệu nói về vùng đất yếu nói chung nói chung tuy có nhiều nhưng khái niệm về đất yếu còn rất tản mạn, cho nên việc hệ thống hoá các kết quả nghiên cứu về loại đất yếu, dù chỉ mới sơ lược nhưng cũng rất cần thiết

Việc phân loại đất yếu chủ yếu dựa vào kinh nghiệm đã được đúc kết trong quá trình xây dựng công trình Theo đó đất yếu là những loại đất sau đây: Đất bùn các loại (bùn ở biển, ao hồ, đất phù xa ), đất sét ở trạng thái dẽo mềm, dẽo chảy và chảy Chúng thường có khả năng chịu lực thấp ( 0,5-1 KG/cm2 ), ít khi lớn hơn, biểu hiện qua các chỉ tiêu cơ lý: góc nội ma sát nhỏ thường trong khoảng (40 – 80 ), lực dính đơn vị nhỏ ( 0,05 – 0,1) KG/cm2 Đặc điểm biến dạng của các loại đất yếu này là mô đun biến dạng tổng quát của đất E0 < 50 kg/cm2, độ lún này là do cố kết của đất và kéo dài theo thời gian Đất yếu hầu như hoàn toàn bão hoà nước, hệ số rỗng lớn (ε >1) Việc xây dựng công trình trên những vùng đất này khó có thể thực hiện được nếu không có biện pháp xử lý

Trong những thập kỷ 40 – 50 , tại những vùng đất yếu thì giải pháp nền móng cho việc xây dựng các công trình dân dụng và công nghiệp là đào lên và chuyển đi các lớp đất yếu của nền công trình Điều đó dẫn đến việc làm tăng khối lượng đào đất và làm tăng chi phí công trình lên rất nhiều Vấn đề hết sức bức thiết là phải nghiên cứu bản chất hoá lý của các loại đất yếu để có giảp pháp phù hợp sử dụng chúng làm nền móng công trình xây dựng

Trong những năm gần đây đã có hàng loạt những công trình nghiên cứu đặc điểm tính chất của đất yếu và phương pháp xây dựng công trình trên vùng đất này Trong đó phải kể đến các tác giả: B.I Đalmatov, M.IuAbeliev, A Vilo, N.N Mararescul, N.Ia Denhixov, A.Klarionov, D.T Bergado Những tác giả này đã đóng góp công sức trong lĩnh vực sử dụng đất yếu để làm nền các công trình xây dựng dân dụng và công nghiệp Ngoài ra còn phải kể đến các công trình

nghiên cứu của các tác giả P.D.Evđokimov, A.A.Nhichiprovich, V.M.Xamarin, N.A.Craxinhicov, các tác giả này đã tập trung nghiên cứu vùng đất yếu làm nền cho các công trình kỹ thuật thuỷ lợi và cải tạo đất Các công trình nghiên cứu của V.F Babcov, G.I.Gluscov và các tác giả khác trong lĩnh vực thiết kế và xây dựng công trình sân bay, phi cảng trong những điều kiện địa chất phức tạp mà trong điều kiện thông thường không thể thực hiện được

Hình1.1 Lún nền công trình tại bờ sông - khu vực Quận 7, TP.HCM

Ở nước ta, trong thời gian qua vấn đề xây dựng công trình trên nền đất yếu cũng được tăng cường nghiên cứu, nhất là trong lĩnh vực xây dựng những công trình dân dụng và công nghiệp ở những vùng đất có khả năng chịu tải kém, những đặt tính đất yếu các loại Qua những vấn đề nghiên cứu đó cũng đã thu được nhiều kết quả quí báu trong lĩnh vực này để đưa ra những giải pháp sử dụng hợp lý các loại đất yếu làm nền các công trình dân dụng công nghiệp, thủy lợi giao thông vận tải và công trình quốc phòng Các nhà nghiên cứu Việt Nam tiếp tục ra sức phấn đấu nghiên cứu để giải quyết những vấn đề gắn kiền với điều kiện cụ thể với địa chất Việt Nam Trong lĩnh vực cải tạo nền đất sét yếu phải kể đến các công trình của các tác giả: Lê Bá Lương , Hoàng Văn Tân , Pierre Lareal, Nguyễn Văn Chiêu, Vũ Đức Lục, Nguyễn Văn Quảng, Bùi Anh Định…Các tác giả có xu thế tập trung nghiên cứu hiện tượng cố kết thấm có xét đến từ biến của đất sét Trong lĩnh vực nghiên cứu các giải pháp nền móng hợp lýcũng có rất nhiều tác giả nghiên cứu và cũng gặt hái được thành công bước đầu phục vụ ứng dụng trong công tác thiết kế và thi công nền móng cho ngành xây dựng Việt Nam Hầu hết các công trình nghiên cứu của nhiều tác giả trên nhiều quốc gia khác nhau nghiên cứu công trình của mình điều dựa trên lý thuyết cổ điển về cơ

học đất của K.Terzaghi, O.Xkemton Tất cả các công trình nghiên cứu trên chúng ta có thể rút ra những kết luận quan trọng sau đây:

-Tất cả các công trình khoa học trên đây của nhiều tác giả đã đề cập đến nhiều vấn đề khác nhau, trong đó có những vấn đề liên quan đến xây dựng công trình trên những vùng đất sét yếu bão hòa nước, đặc biệt trong lĩnh vực cơ học đất nền móng công trình và địa chất công trình

-Để tìm được một giải pháp nền móng hợp lý cho việc thiết kế và thi công xây dựng các công trình dân dụng và công nghiệp ở những vùng đất yếu, cần phải tiến hành nghiên cứu nhiều vấn đề độc lập, mỗi vấn đề là một đối tượng nghiên cứu rõ ràng Trong đó khâu quan trọng là nghiên cứu độ bền và sự biến dạng của bản thân đất sét yếu bão hòa nước dùng làm nền các công trình dân dụng và công nghiệp dưới tác dụng của tải trọng công trình theo thời gian, cũng như việc lựa chọn hợp lý mô hình nền để mô tả quan hệ giữa ứng suất và biến dạng của đất nền thuộc loại đất sét yếu bão hòa nước dưới công trình, và vận dụng mô hình đó để giải quyết bài toán nền trong từng trường hợp cụ thể

-Các biện pháp xử lý nền móng đều là nhằm mục đích làm tăng sức chịu tải và giảm tính nén lún của nó Biện pháp xử lý nền có thể phân chia làm 3 loại chính:

+ Biện pháp cơ học: Có phương pháp làm tăng độ chặc nền bằng đầm, bằng chấn động, phương pháp làm chặt nền bằng các loại cọc, phương pháp thay đất, phương pháp nén trước…

+ Biện pháp vật lý: Phương pháp hạ mực nước ngầm, phương pháp dùng giếng cát, phương pháp điện thấm

+ Biện pháp hoá học: Phương pháp keo kết bằng xi măng, phương pháp silicát hóa, phương pháp điện hóa

Hình 1.2 Lún bậc thềm công trình tại khu vực Quận 7, TP.HCM

1.2 TỔNG QUAN CÁC TRƯỜNG PHÁI NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN NỀN MÓNG, CÁC MÔ HÌNH NỀN

1.2.1 CÁC TRƯỜNG PHÁI NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN NỀN MÓNG

Hiện nay có 2 trường phái tính toán nền móng chính dựa vào cơ sở những lý thuyết như sau:

-Trường phái toán cơ: Mô hình hoá sự làm việc của các phân tố đất nền từ các mô hình cơ bản của đất nền từ các mô hình cơ bản của vật thể đàn hồi(Hook), vật thể nhớt(Newton), vật thể dẻo (Saint venant)…liên kết thành các mô hình lưu biên phức tạp Từ việc giải các mô hình này tác giả đưa ra các phương trình vi phân cơ bản để tính toán nền móng

-Trường phái độ ẩm – độ chặt: đây là trường phái của Maslov, từ thí nghiệm thực tế mẫu đất dưới công trình để tính toán tương đương khi chịu tải thực tế với quan điểm độ ẩm – độ chặt của đất nền thay đổi sẽ làm thay đổi khả năng chịu tải của nó

1.2.2 CÁC LOẠI MÔ HÌNH NỀN ĐÃ VÀ ĐANG NGHIÊN CỨU

a Mô hình nền biến dạng cục bộ: đây là loại mô hình đơn giản nhất và thích

hợp với các loại đất yếu

a1 Mô hình nền một thông số (Cz) (Mô hình nền Winkler)

Theo giả thiết của Winkler , ta có:

P=Cz.S, với Cz là hệ số nền theo phương thẳng đứng được xác định dựa vào kết quả thí nghiệm bàn nén hiện trường

Theo đềnghị của các giáo sư Terzaghi và Peck:

+ đối với đất rời:

Cz = Cz0.3m [

b

m b

2

3 0

Trong đó:

Cz0.3m : hệ số nền được xác định ứng với bề rộng bàn nén là 0.3m

b: bề rộng móng

* hệ số Cz cũng có thể xác định theo cách khác

12

)1

1

(

) 1 (

0

µ µ

µ

O

O

o H

E

− +

−

Eo : module biến dạng của đất nền

µo : hệ số poisson của nền đất

H : phạm vi chịu nén

Mô hình nền Winkler có thiếu sót là không kể đến tính phân phối của đất và hệ số nền CZ Không có ý nghĩa vật lý rõ ràng Ngay cả đối với một lọai đất, CZcũng biến đổi phụ thuộc hình dạng, kích thước đáy móng, tải tác dụng…

a2 Mô hình nền 2 thông số (C Z và C X )

Theo P.L.Pasternak biến dạng của nền được thể hiện qua hai hệ số nền : hệ số nền chịu nén CZ cho liên hệ giữa phản lực nền thẳng đứng và độ lún; hệ số nền chịu cắt CX cho liên hệ giữa ứng suất cắtcủa nền với sự biến đổi của độ lún hệ số CX được xác định theo biểu thức

trong đó: T: lực ngang tác dụng

F: diện tích đế móng

∆: chuyển vị ngang giải bài toán về bán không gian đặc trưng bởi 2 hệ số nền CZ và CX chịu tác dụng của lự tập trung P trênbề mặt, ta được độ lún u của nền là:

2 K0(x); với K0(x) là hàm số Bessel loại 2 cấp 0

a3 mô hình nền 3 thông số : C Z , C X , C ϕ

Mô hình nền 3 thông số khi có lự thẳng đứng, lực ngang và mômen uốn tác dụng đồng thời:

hệ số Cϕ được xác định theo biểu thức:

Trong đó M: mômen uốn

ϕ : góc xoay dưới đế móng J: mômen quán tính của tiết diện móng

b Mô hình nền bán không gian đàn hồi vô hạn

Mô hình nền bán không gian đàn hồi vô hạn mang tích chất tổng quát cho nền đất tốt đặc trưng bởi mođun biến dạng Eovà hệ số poisson µo

Đặc trưng biến dạng Eocủa mô hình này có thể xác định dựa vào kết quả thí nghiệm trong phòng hoặc thí nghiệm hiện trường

Dùng kết quả lý thuyết đàn hồi ta có phương trình

-trường hợp bài toán không gian, theo lời giải của Boussineq ta có

trong đó: Eo,µo : mô đun biến dạng và hệ số poisson của nền

d: khoảng cách từ điểm đang xét đến điểm lực tác dụng -trường hợp bài toán phẳng: theo lời giải Flaman ta có độ lún điểm A so với điểm B là:

mô hình nền bán không gian đàn hồi đã xét đến tính phân phối của đất, vì vậy mô hình này còn gọi là mô hình biến dạng tổng quát Nhưng điều này cũng chính là thiếu sót chủ yếu của nó vì đã đánh giá quá cao tính phân phối của đất, dẫn đến trị số nội lực trong kết cấu tính theo mô hình này rất lớn, kích thước mặt bằng càng lớn thì sự ảnh hưởng này là đáng kể

c Mô hình nền lớp đàn hồi hữu hạn

Khi dưới lớp đất chịu lực gặp nền đá hoặc lớp đất sét cứng, có thể xác định chuyển vị của đất nền qua biểu thức sau đây:

O O

K E

qc

) 1

d Mô hình nền biến dạng phi tuyến và không đồng nhất

Mô hình này xét đến tính chất biến dạng phi tuyến của đất nền khi tải trọng công trình tác dụng lớn và tính không đồng nhất của đất nền

2 1 3

2 3 2

2 2

( 2

I1= σ1 + σ2+σ3, I2= σ1.σ2 + σ2.σ3 +σ3.σ1

1 3

2 3 2

2 2

()

σi - cường độ ứng suất

σ1 , σ2, σ3 -thành phần ứng suất chính

ε1, ε2, ε3 -các thành phần biến dạng chính ứng với σ1 , σ2, σ3

Dạng mô hình này có tính chất tổng quát thích hợp với công trình lớn và điều kiện địa chất phức tạp

e Mô hình nền đàn hồi dẻo

Để xét đến điều kiện của đất nền làm việc ngoài giới hạn đàn hồi dưới tác dụng của tải trọng công trình, mô hình nền được mô tả liên quan đến đề nghị sau:

K K

k

c tb

1 2

f Mô hình nền lưu biến

Để xét đến yếu tố thời gian dưới tác dụng của tải trọng với môi trường đất dính, các dạng mô hình lưu biến được xây dựng dựa vào kết quả thực nghiệm đối với từng loại đất

Phương trình cơ bản biểu diễn đối với đất nền có tính chất lưu biến như sau: F(σi,εi,t)=0

Hình 1.3 Lún nền tại các tường rào công trình- khu vực Quận 7, TP.HCM

1.2.3 SỰ BIẾN ĐỔI CÁC ĐẶC TRƯNG CƠ LÝ CỦA ĐẤT SÉT YẾU DO HIỆN TƯỢNG CỐ KẾT ĐẤT NỀN

Trong thực tế tính toán, khi nền chịu tác dụng của tải trọng thì các đặc trưng cơ lý sẽ biến đổi với mức độ, đặc điểm tùy thuộc rất nhiều vào thành phần đất, giá trị tải trọng, Sự biến đổi này chính là do quá trình cố kết của đất nền, là sự phát triển theo thời gian của quá trình nén chặt đất trong thời gian lâu dài dưới tác dụng của tải trọng tĩnh

Hiện có hai trường hướng lớn nghiên cứu về hiện tượng cố kết của đất, xác định sự nâng cao sức kháng cắt, độ bền của đất dính bão hòa nước đó là trường hướng dựa vào lý thuyết độ ẩm-độ chặt của Maslov và trường hướng dựa vào sự biến đổi áp lực nước lỗ rỗng trong đất theo lý thuyết cố kết của Terzaghi

a Trường hướng độ ẩm-độ chặt:

i) các nguyên tắc cơ bản:

Theo quan niệm của lý thuyết này: quá trình thoát nước ra khỏi đất dưới tác dụng của tải trọng công trình và trọng lượng bản thân đất làm cho đất nền bị lún đồng thời làm tăng độ bền và khả năng chịu tải của đất Để hiểu rõ hơn về quan niệm này ta tìm hiểu các nguyên tắc về consolidation như sau:

Nguyên tắc1 : trong những điều kiện giống nhau, quá trình conso xảy ra ở trong

nền công trình tương tự trên mẫu đất ở trong phòng thí nghiệm

Nguyên tắc2: hai lớp đất có chiều dày khác nhau H1 và H2 có độ ẩm ban đầu

Wd giống nhau, chịu áp lực giống nhau, có điều kiện thoát nước như nhau, khi đạt tới cùng độ ẩm, độ chặt W thì : Thời gian cố kết T1 và T2 liên hệ với nhau theo công thức:

T1(w) = T2(w).(H1/H2)n

H1, H2 : phản ảnh không gian của hai lớp đất nghiên cứu

T1, T2 : phản ảnh thời gian của hai lớp đất nghiên cứu

n: : chỉ tiêu cố kết của đất sét phụ thuộc vào độ sệt, chỉ số dẻo của đất

Theo kết quả nghiên cứu của GS.TSKH Lê Bá Lương:

+ n=2 : đất ở trạng thái nhão (IL=1)

+ n=2 : đất ở trạng thái cứng (IL=0)

khi đất ở các trạng thái khác thì n được xác định theo công thức:

tính toán thời gian cố kết thực tế (T) của đất nền dựa vào thời gian cố kết của mẫu đất (t) ở trong phòng thí nghiệm như sau:

T =t(D/h)n

Trong đó : h-chiều cao mẫu đất thí nghiệm

D-chiều dày vùng hoạt động về cố kết

-Nguyên tắc 3: quá trình cố kết và từ biến của đất nền xảy ra theo 2 giai đoạn

Giai đoạn 1: giai đoạn cố kết, chủ yếu là vắt ép nước ra khỏi đất

Giai đoạn 2: giai đoạn từ biến, chủ yếu là do ứng suất pháp gây ra

-Nguyên tắc 4:

Hiện tượng từ biến do ứng suất pháp là quá trình sắp xếp các phần tử nước liên kết sung quanh hạt rắn theo xu hướng làm tăng mật độ của chúng

ii) Sự thay đổi các đặc trưng biến dạng của đất theo thời gian:

trong quá trình nén lún do cố kết của đất nền dưới một cấp tải trọng nhất định, hệ số rỗng e của đất ngày càng giảm thể hiện trong công thức sau:

e=∆(1+0.01 )−1

tương tự, hệ số nén lún a và mô đun niến dạng Eo là các đai lượng phụ thuộc vào hệ số rỗng của đất nên nó cũng thay đổi theo trong quá trình cố kết

iii) Sự thay đổi các đặc trưng độ bền của đất theo thời gian:

Thí nghiệm trong phòng xác định: biểu đồ biến đổi độ ẩm theo thời gian W=f(t) dưới một cấp tải trọnh nhất định; trị biểu đồ Spw =f(w) , ϕw=f(w), cw=f (w)

Dựa vào các biểu đồ xác định các thông số cần thiết

Tính toán thời gian Tw để đạt đến độ ẩm tính toán Wt, từ đó đạt đến trị ϕw, cwtính toán của nền đất có chiều dày H theo nguyên tắc 4

Theo nguyên cứu của GS TSKH Lê Bá Lương, trong trường hợp đất bảo hòa nước, mức độ cố kết của đất nền Ut thuộc độ ẩm – độ chặt của đất nền :

∆ -tỷ trọng hạt rắn

Wd,Wc -độ ẩm đầu tiên và độ ẩm cuối cùng ứng với thực tế tính tn

b Trường hướng áp lực nước trong lỗ rỗng:

i)Cơ sở lý thuyết: nguyên cứu sự thay đổi áp lực nước trong lỗ rỗng của đất trong quá trình cố kết thấm , xác định độ cố kết và độ lún của đất nền theo thời gian Để đơn giản hóa tính toán, các tác giả đã đưa ra các giả thuyết sau :

-Đất ở trạng thái hoàn toàn bảo hoà nước, trong đất không có không khí kín hoặc nếu có thì cũng chỉ chiếm một thể tích khá nhỏ, có thể bỏ qua

-Nước trong lỗ rỗng và hạt đất xem như không nén được

-Tốc độ lún của đất chỉ phụ thuộc vào tốc độ thoát nước lỗ rỗng

-Hệ số thấm k, hệ số nén a của đất không thay đổi trong quá trình cố kết

-Tốc độ thấm của nước trong lỗ rỗng rất nhỏ, do đó có thể áp dụng được trong định luật Darcy trong tính toán quá trình cố kết của đất

ii)Trường hợp thoát nước một chiều:

Phương trình vi phân cố kết thấm trong trường hợp thoát nứơc một chiều:

Z C

zi i

a tb

v ; hi –bề dày các lớp đất yếu nằm trong phạm vi Za

H: chiều dài thoát nước hữu hiệu

Công thức xác địnhUz(t) có thể xác định gần đúng theo biểu thức căn bậc 2 của Taylor như sau:

≈

iii) Trường hợp thoát nước hai chiều :

L.Rendulic đề nghị phương trình vi phân của bài toán thoát nước hai chiều :

2

2 2

2

1

z

u c r

u r r

u

t

u

z r

Năm 1948, R.A Barron đã đưa ra giải phát về cố kết của hình trụ đất có lõi bấc thoát ở giữa với điều kiện là: Biến dạng thẳng đứng là tự do và cân bằng

Với biến dạng cân bằng , phương trình vi phân mô tả quá trình cố kết:

u C

- Giải pháp kết cấu bên trên công trình

- Giải pháp về móng

- Giải pháp cải tạo nền đất yếu bên dưới

Hình 1.4 Lún nền sân công trình tại khu vực Quận 7, TP.HCM

1.3.1 Giải pháp kết cấu bên trên công trình:

Nền đất dưới tác dụng của tải trọng có thể bị phá hoại do các nguyên nhân:Không đảm bảo về mặt cường độ hoặc biến dạng lún vượt quá giới hạn cho phép Trong nhiều trường hợp nền đất vẫn chưa mất ổn định về cường độ nhưng vì có biến dạng quá lớn hoặc biến dạng không đồng đều trong công trình và đều đó có thể dẫn đến công trình không sử dụng được Chính vì vậy trong việc tính toán và thiết kế công trình xây dựng chúng ta luôn quan tâm đến độ lún

cuối cùng cũng như độ lún lệch tâm của công trình Một vấn đề quan trọng cần phải chú ý đó là lún không đều của công trình theo thời gian, chính về vấn đề này đã gây ra việc nứt nẻ công trình gây phá hỏng công trình khi đưa và sử dụng Trong nhiều trường hợp ta nhận thấy rằng nếu độ lún của công trình lớn nhưng đồng đều tại mọi điểm của công trình thì sẽ không ảnh hưởng nhiều đến việc sử dụng công trình ngược lại khi có lún không đều thì trong kết cấu siêu tĩnh của công trình sẽ xuất hiện những ứng xuất phụ sẽ gây ra hỏng công trình Trong thực tế xây dựng hiện nay ta thường gặp rất nhiều sự cố này

Như chúng ta đã biết vấn đề biến dạng nền đất dứơi công trình cũng do nhiều nguyên nhân: Độ lún do nền đất trong vùng chịu nén chặt của tải trọng, do bộ phận nền đất bị biến dạng dẻo, do lớp đất trên cùng bị phá hoại kết cấu….Trong đó ảnh hưởng của tải trọng công trình bên trên gây nén chặt cho vùng nền bên dưới là chính nhưng chúng ta cũng không loại trừ ảnh hưởng của phần kết cấu bên trên Và nếu có thể thì người thiết kế sẽ có giải pháp tốt để xử lý phần kết cấu bên trên đồng thời với phần kết cấu nền bên dưới để đảm bảo điệu kiện bền và ổn định cho công trình xây dựng trên những vùng đất yếu Các biện pháp kết cấu có thể là:

-Làm công trình bằng vật liệu nhẹ và kết cấu nhẹ

-Làm mềm hoá các kết cấu công trình (sử dụng khe lún)

- Làm tăng cường độ cho kết cấu công trình (sử dụng giằng móng, giằng tường )

1.3.2 Giải pháp về nền móng

Biện pháp về nền móng là biện pháp nhằm mục đính giảm độ lún không đều của nền đất Người ta thường dùng các biện pháp là: thay đổi chiều sâu chôn móng, thay đổi kích thước đáy móng, thay đổi loại móng và độ cứng của móng

1.3.3 Biện pháp cải tạo nền đất yếu công trình:

* Xử lý nền bằng đệm cát:

- Tác dụng của đệm cát:

+ Sau khi thay thế lớp đất yếu dưới nền móng công trình, đệm cát đóng vai trò như một lớp chịu lực, có khả năng tiếp thu tải trọng của công trình và truyền tải trọng đó xuống lớp chịu lực bên dưới

+ Giảm độ lún toàn bộ và độ lún không đều của công trình, đồng thời làm tăng quá trình cố kết của đất nền (vì cát trong lớp đệm có hệ số thấm lớn và thoát nhanh ra ngoài theo từng đệm cát)

+ Làm tăng khả năng ổn định khi công trình có tải trọng ngang (vì cát trong đệm cát sau khi được đầm chặt có khả năng chống trượt)

+ Kích thước nền móng và chiều sâu sẽ giảm vì áp lực tiêu chuẩn tại lớp đệm cát tăng lên)

+ Thi công đơn giản không đòi hỏi các thiết bị phức tạp

Nếu chiều dày của lớp đất yếu lớn hơn 3m hoặc có nước ngầm có áp tác dụng tại vị trí đệm cát thì không nên dùng biện pháp này

-Tính toán đệm cát:

+ Xác định kích thước lớp đệm cát: chiều dày và chiều rộng trên lớp đệm cát + Độ lún của công trình

* Xử lý nền bằng giếng cát kết hợp với gia tải trước

đất yếu như bùn, than bùn và các loại đất dính ở trạng thái bảo hòa nước có biến dạng lớn kéo dài theo thời gian

- tác dụng: giếng cát có 2 tác dụng chính

+ làm tăng nhanh tốc độ cố kết của nền, do đó làm cho công trình nhanh chóng đạt đến giới hạn lún và làm cho đất nền biến dạng đồng đều

+ trong trường hợp nếu khoảng cách được thiết kế hợp lý sẽ làm tăng độ chặt và sức của đất nền

- tính toán giếng cát

+ Tính toán tải trọng phụ tạm thời

+ Tính toán đệm cát

+ Tính toán giếng cát

+ Tính toán chiều sâu của giếng cát D (Chiều sâu của giếng cát lấy bằng chiều sâu vùng hoạt động cố kết)

+ Tính toán khoảng cách của giếng cát

* Xử lý nền bằng cọc cát

-Tác dụng của cọc cát: khác với giếng cát, cọc cát làm cho đất nền nén chặt,

giảm độ rỗng, độ ẩm của đất giảm, trong lượng thể tích, mô đun biến dạng, lực dính và góc ma sát tăng⇒ tăng sức chịu tải của đất nền Sự phân bố ứng suất trong nền đất được nén chặt bằng cọc cát có thể xem như là nền thiên nhiên -Kinh nghiệm cho thấy cọc cát thích hợp để xử lý các loại đất yếu như các nhỏ, cát bụi rời bảo hoà nước, các lớp đất có xen kẻ các lớp bùn mỏng, các loại đất dính yếu cũng như các loại bùn và than bùn

* Giải pháp nén trước bằng tải trọng tĩnh

- tác dụng: khi nén trước bằng tải trọng tĩnh dưới tác dụng của ứng suất thẳng

đứng, làm cho đất nền nén chặt một phần, độ ẩm và biến dạng giảm, sức chịu tải của đất nền tăng

- đối với khu vực Quận 7, đất nền là bùn sét hữn cơ có độ rỗng lớn nên sử dụng biện pháp này cần phải mất thời gian khá lâu mới đẩy được nước ra khỏi đất để đạt được độ lún sơ cấp⇒ nên thời gian thi công kéo dài

- biện pháp này thường kết hợp với giếng cát để đẩy nhanh tốc độ cố kết

* Cố kết đất nền bằng bấc thấm kết hợp với gia tải trước

-tác dụng: bấc thấm là loại thiết bị thoát nước chế tạo sẵn, có tác dụng tương tự như giếng cát và được dùng nhiều trong khoảng 20 năm gần đây do có nhiều ưu điểm vượt trội

-đặc điểm: bấc thấm bao gồm bao lọc bằng vật liệu tổng hợp bao quanh trụ chất dẻo và có đặc điểm sau:

+ cho nước trong lỗ rỗng của đất thấm vào cọc bản nhựa

+ làm đường dẫn để thoát nước theo phương đứng

-ưu điểm:

+ bấc thấm có khả năng thoát nước cao

+ dễ dàng công nghiệp hoá trong sản xuất

+ đảm bảo tính liên tục củc đường thoát nước

+ thi công nhanh, giảm sự phá hoại kết cấu đất nền

-nhược điểm

+ giá thành cao

+ có thể bị tắc thấm lúc chế tạo hoặc thi công

* Gia tải bằng bơm hút chân không

-tác dụng: khi cách ly được mặt đất với lớp không khí bên , tiến hành bơm hút chân không tại khu vực cô lập thì áp lực nước lỗ rỗng giảm, ứng suất hữu hiệu tăng (sức chịu tải của đất nền tăng) và gây lún trước

-ưu điểm: không phải mua và vận chuyển đất đắp, không choán nhiều chỗ như phương pháp gia tải bằng đất đắp (thường phải sử dụng thêm bệ phản áp), có thể gia tải liên tục

-nhược điểm: lượng nước từ khu vực xung quanh sẽ thấm vào vùng có áp lực lỗ rỗng thấp ⇒ lượng nước bơm sẽ lớn hơn nhiều lần độ giảm lỗ rỗng cần nén chặt

* Giải pháp móng cọc bê tông cốt thép

-khi tầng đất yếu có chiều dày lớn nằm ngay trên mặt đất mặt đất không sâu mà bên dưới có lớp đất chịu lực tốt (tương tự địa chất tại khu vực Quận 7) thì việc sử dụng móng cọc bê tông cốt thép được xem là giải pháp hiệu quả Móng cọc có nhiệm vụ truyền tải trọng của kết cấu bên trên công trình xuống lớp đất tốt phía dưới

-tính ưu việt của móng cọc là khắc phục được các biến dạng lớn, hạn chế biến dạng không đều, đảm bảo ổn định cho công trình khi chịu tải trọng ngang, rút ngắn thời gian thi công, giảm khối lượng đào đắp, có thể công nghiệp hóa quá trình sản xuất và thi công cọc

1.4 MỘT SỐ NGUYÊN NHÂN GÂY RA HIỆN TƯỢNG MA SÁT ÂM Ở KHU VỰC Q7

* Ma sát âm do công trình mới gây ra

Công trình có sẵn

Hiện tượng lún nghiêng

Ghi chú :

1 Nhà trên các cọc treo

2 Nhà trên móng bè

2 q

* Ma sát âm do công trình sẽ xây dựng gây ra

Ghi chú :

1 Nhà trên các cọc treo

2 Nhà trên móng bè

3 Đất yếu

4 Đất được nén chặt lại

4 3

f+

Công trình xây trong tương lai q

2

Công trình xây trong tương lai

f+

q

Hiện tượng lún nghiêng

Vùng hoạt động về ứng suất của công trình 2 đối với công trình 1

ĐẤT YẾU

* Ma sát âm do san lấp đất nền

R R R

Công trình xây dựng 1

m a sát âm f-

1.5 NHẬN XÉT VỀ CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN MÓNG ĐÃ NÊU

1 Các giải pháp xử lý nến đất yếu nêu trên không phải là vạn năng, mỗi giải pháp đều có ưu và nhược điểm riêng và chỉ được sử dụng trong điều kiện thích hợp: tùy thuộc vào từng trường hợp địa chất cụ thể, tải trọng công trình và các ràng buộc về thời gian thi công, trình độ thi công hiện có

2 Đối với công trình từ 3-6 tầng có thể chia thành 2 loại như sau : công trình 3 tầng (6.5-8T/m2) dùng móng nông trên nền đất đã xử lý bằng giải pháp thích hợp, công trình 4-6 (8.0 -16T/m2) tầng thường dùng cọc BTCT Tuy nhiên đối với

các khu vực có địa hình thấp khi san nền có thể gây ra hiện tượng ma sát âm khi sử dụng cọc BTCT do đó cần nghiên cứu cách khắc phục một cách thỏa đáng

1.6 XÁC LẬP NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU

1 Nghiên cứu giải pháp gia tải trước kết hợp bấc thấm cho công trình nhà 3 tầng

2 Nghiên cứu ảnh hưởng của ma sát âm khi sử dụng giải pháp cọc BTCT cho công trình nhà từ 4 đến 6 tầng

3 Tính toán ứng dụng các kết quả nghiên cứu cho công trình cụ thể

4 Nhận xét và kiến nghị

CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU CÁC ĐẶC TRƯNG CƠ LÝ CƠ BẢN CỦA ĐẤT SÉT

YẾU LIÊN QUAN ĐẾN HIỆN TƯỢNG MA SÁT ÂM

Ở KHU VỰC Q7, TP.HCM2.1 ĐẤT YẾU Ở TP.HCM VÀ Q7

Hình 2.1 Sơ đồ phân bố địa chất ở TP.HCM

2.1.1 ĐỊNH NGHĨA ĐẤT YẾU :

Đất yếu theo kinh nghiệm có các đặc trưng cơ lý sau:

* Các đặc trưng vật lý :

-góc nội ma sát : 40 – 100

-mô đun biến dạng : E0 < 50 kg/cm2

Hình 2.2 Sơ đồ quan hệ trong lượng – thể tích khi đất bảo hòa nước

Trong đó :

-mω : trọng lượng nước (T/m3)

-γω : tỷ trọng nước (T/m3)

-e : hệ số rỗng của đất

-Vn : thể tích lỗ rỗng

- Vs : thể tích hạt

-ρs : dung trọng hạt rắn (T/m3)

2.1.2 CÁC DẠNG ĐẤT YẾU

Đất yếu có thể chia thành 4 nhóm như sau:

- các loại đất sét, sét pha cát ở trạng thái mềm, bảo hòa nước

- các loại đất cát hạt nhỏ, cát bụi ở trạng thái rời, bảo hòa nước

- các loại đất bùn, than bùn và đất than bùn

- các loại đất hoàng thổ có độ rỗng lớn gây lún sụt

2.1.3 ĐẶC ĐIỂM VÀ TÍNH CHẤT CỦA ĐẤT SÉT YẾU

a Đặc điểm chung của đất sét yếu

-đất yếu gây biến dạng rất lớn

-cấu trúc của các hạt đất có liên kết rất yếu nên khả năng chịu tải rất nhỏ

-dễ xảy ra hiện tượng biếng loãng khi chịu tải trọng động đối với các loại đất cát

nhỏ, cát bụi ở trạng thái bảo hòa nước

- dễ xảy ra hiện tượng co nở khi có nước thấm đối với loại sét có hàm lượng

Montmorillonit lớn (ven sông)

b Đặc điểm của đất sét yếu ven sông

đất sét yếu có các tính chất chung của các loại đất đá thuộc loại sét vì nó cũng

là sản phẩm ở các giai đoạn đầu của quá trình đất đá loại sét, nhưng nó cũng có

các đặc điểm riêng sau đây:

b1 bản chất, thành phần và cấu trúc khoáng vật sét

-các khoáng vật sét chia thành 3 loại chính là Ilit, Kaolinite và Montmorillonit

Các khoáng vật sét này là dấu hiệu các điều kiện môi trường mà nó tạo thành

và làm cho đất sét có các đặc trưng riêng

Hình 2.3 Phân tố đơn vị của khoáng vật sét

a Khối 4 mặt; b Khối 8 mặt

được tạo thành do phong hóa đá phun trào, đá biến chất và đá trầm tích trong

điều kiện môi trường axit Kaolinite có thể phát sinh trong các điều kiện khác

nhau nhưng nhất thiết phải ẩm Cấu trúc Kaolinite là cấu trúc hai lớp liên kết

chắc của silic và phiến gipsic thành 1 tầng Đặc điểm của mang tinh thể

Kaolinite là tương đối bền, ổn định và ít có khả năng di động Các tinh thể

Kaolinite chỉ hút nước và trương nở không đáng kể

ĐƯỢC tạo thành hầu như trong điều kiện ngoại sinh, chủ yếu trong quá trình

phong hoá các đá phun trào trong môi trường kiềm, khí hậu nửa khô, ôn hòa và

âm áp Khoáng vật này có thể phát sinh phổ biến trong điều kiện môi trường

kiềm, có tính co ngót và gây trương nở mạnh

Khoáng vật này được thành tạo trong điều kiện biển, mica bị phân hủy, một số

Ilite cũng được sinh ra khi Octala bị phong hoá và Ion K+ chưa bị chuyển hết So

với Koalinite, sự kiên kết yếu hơn nên các hạt mỏng và nhỏ hơn

b.2 Nước trong đất sét yếu

Đất là một hệ phân tán 3 pha gồm hạt khoáng, nước lỗ rỗng và khí Do đất sét

yếu thường bảo hòa nước nên có thể xem là một hệ 2 pha hạt khoáng và nước lỗ

rỗng Theo quan điểm hiện đại thì hạt khoáng được bao bọc bởi một màng nước

gồm nhiều lớp Từ trong ra ngoài lần lượt có: nước liên kết hóa học, nước liên

kết vật lý và nước tự do Các hạt sét và hoạt tính của chúng với nước trong đất

làm cho đất sét mang những tính chất mà các loại đất khác không có : tính dẻo,

sự tồn tại của gradient ban đầu, khả năng hấp thụ và hiện tượng từ biến…

Hình 2.4 các dạng nước trong đất

1 nước hấp phụ; 2 nước liên kết; 3 nước mao dẫn; 4 nước tự do

b.3 Tính dẻo

Tính dẻo là một trong những tính chất quan trọng của đất sét yếu, nó biểu thị sự

lưu động của đất sét ở một độ ẩm nào đó khi chịu tác dụng của ngoại lực Nhân

tố chủ yếu chi phối độ dẻo là thành phần khoáng vật của nhóm hạt có kích thước

nhỏ hơn 0.002mm và hoạt tính của chúng đối với nước

Độ ẩm giới hạn dẻo(Wd) là Độ ẩm giới hạn ứng với trạng thái trung gian giữa

nửa cứng và dẻo Nó đặc trưng hco độ ẩm nhỏ nhất, ở đó các hạt đất có khả

năng dịch chuyển tương đối với nhau, mà tính liên tục của đất không bị phá hoại

Độ ẩm giới hạn chảy (Wch) là độ ẩm mà đất chuyển từ trạng thái dẻo sang trạng

thái chảy Lúc này, trong đất có một ít nước tự do, lực dính là nhỏ nhất nên các

hạt đất dể dàng dịch chuyển và tách xa nhau, đất gần như mất hết tính ổn định

b.4 Tính thấm và Gradient ban đầu:

Hiện tượng thấm của nước trong đất qua các lỗ rỗng và khe nứt do nhiều nguyên

nhân khác nhau: trọng lực, áp lực nén chặt khối đất, điện thẩm thấu, gradient

nhiệt trong đất, sự bốc hơi, áp lực hơi nước và khí

Tính thấm được đặc trưng bằng hệ số thấm K Hệ số thấm của đất phụ thuộc vào

thành phần hạt và thành phần khoáng vật của đất, độ nhớt của nước

Công thức DW Taylor tương quan giữa hệ số thấm và các thông số khác:

µ

γ

Trong đó :

Ds : đường kính hiệu quả của lỗ rỗng trong đất

µ : hệ số nhớt của nước

C : hệ số hình dạng Đất loại sét có các đặc tính thẩm thấu, chỉ cho nướvc thấm qua khi có Gradient

ban đầu Io Trị số Io phụ thuộc vào nhiều yếu tố: thành phần đất, dung dịch

thấm qua và nhiệt độ môi trường xung quanh Sự tạo thành màng nước lõng liên

kết bao quanh các hạt đất là nguyên nhân cơ bản phát sinh gradient áp lực ban

đầu Kết quả nghiên cứu cho thấy :

4

Trong đó: ∆ tỷ trọng hạt, e : hệ số rỗng

Do tốc độ thấm nhỏ nên xem dòng thấm tuân theo định luật Darcy

Hình 2.5 Quan hệ giữa tốc độ thấm V và gradient áp lực ban đầu Io trong cát (1)

và trong đất sét (2)

b.5 Độ bền cấu trúc và lực dính cấu trúc

Nếu tải trọng ngoài tác dụng 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 áp lực đất có độ dốc lớn

Sức chống cắt của đất loại sét là loại dính kết, gồm 2 loại : lực dính kết nguyên

sinh và lực dính kết cũng cố Maslov chia thành 2 loại : lực dính nhớt Σw và lực

dính có cấu trúc Cc: Cw = Σw + Cc

b.6 Tính nén chưa đến chặt:

Thông thường nền 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 giữa độ

chặt thiên nhiên với áp lực thiên nhiên mà đất đang chịu tác dụng

Nguyên nhân là do ảnh hưởng sự phát sinh lưc dính của các mối liên kết cấu trúc

kìm hãm sự nén chặt cũng như do các tác dụng của nước lỗ rỗng, điều kiện thoát

nước lỗ rỗng và trị số, tốc độ, thời gian tác dụng

b.7 Tính chất lưu biến

đất sét yếu là một môi trường dẻo nhớt Chúng có tính từ biến và có khả năng

thay đổi độ bền khi cho tải trọng tác dụng lâu dài Khả năng này gọi là tính chất

lưu biến, nghĩa là tính chảy như chất nước Hiện tượng từ biến trong đất sét yếu

liên quan đến sự ép thoát nước bất động và biến dạng chậm của các màng nước

liên kết khi nén chặt và sự thay đổi mật độ kết cấu của đất do kết quả chuyển

dịch các hạt và các khối lên nhau Ngoài sự từ biến, trong tính lưu biến của đất

sét còn có biểu hiện giảm dần ứng suất trong đất khi biến dạng không đổi, đó là

sự chùng ứng suất Chu kỳ chùng ứng suất thường rất ngắn

b.8 Hiện tượng hấp phụ:

đó là khả năng của đất hút từ môi trường xung quanh và giữ lại trên chúng

những vật chất khác nhau: rắn, lỏng và hơi, những ion, phân tử và các hạt keo

Sự hấp phụ này có bản chất phức tạp và bao gầm một số quá trình biến đổi đồng

thờ hấp phụ được chia thành 5 loại: cơ học, vật lý, hoá học, hoá lý và sinh vật

Trong đó, hấp phụ cơ học và hóa lý là 2 hiện tượng đặc trưng của đất cát và đất

sét

Hình 2.6 Aûnh hưởng pH của dung dịch ngoài đến cấu trúc lớp điện kép xung

quanh hạt keo Hai đầu hạt sét trong môi trường axít (pH<7) tích điện dương còn trong môi

trường kiềm (pH>7) chúng tích điện âm

- hấp phụ cơ học: là hiện tượng hút và giữ lại các hạt lơ lững trong nước khi nước

thấm qua đất, đặc biệt là đất cát Tính chất này có tác dụng xấu đến tính chất

của đất

- hấp phụ hóa lý : là hiện tượng dưới tác dụng của lực phân tử-tĩnh điện của các

hạt cation hoặc ion hấp thụ có trong lớp khuyếch tán của các hạt keo sét trao đổi

với một lượng tương đương với các cation trong dung dịch tiếp xúc ở xung quanh

Hiện tượng này có ảnh hưởng lớn đến tính chất cơ lý của đất sét

c đặc điểm biến dạng của đất sét yếu :

tính chất biến dạng của đất sét yếu do bản chất mối liên kết giữa các hạt quyết

định Đất sét yếu có khả năng nén chặt và củng cố dưới tác dụng của ứng suất

Quá trình biến dạng ở đất sét yếu xảy ra trong thời gian dài với tốc độ bé

Biến dạng của đất sét yếu là do sự phá hoại các mối liên kết cấu trúc và biến

dạng của các màng nước liên kết gây nên Quá trình biến dạng lún xảy ra khi

các hạt đất được xếp chặt hơn do các hạt trượt cục bộ, sự chèn lấp của các hạt bé

vào khoảng trống của các hạt lớn hơn, do sự giảm chiều dày màng keo nước

hoặc màng nước liên kết vật lý bao quanh và bên trong những khoáng chất riêng

biệït Quá trình biến dạng lún còn do thoát nước lỗ rỗng, hiện tượng thấm do nén

ép, tính từ biến của cốt đất làm biến hình mạng tinh thể hạt khoáng và còn do sự

chảy nhớt chậm chạp của các lớp phân tử nước liên kết chắc, ảnh hưởng đến sự

sắp xếp lại của các hạt đất

Hình 2.7 Đường cong nén lún ep = f(p)