Đánh giá đặc điểm cấu trúc nền đất dự án nhà máy nhiệt điện thái bình i đề xuất và thiết kế giải pháp nền móng thích hợp cho hạng mục kho than của nhà máy

Thuộc đối tượng của địa chất công trình chỉ những phương diện cấu trúc và tính chất của môi trường địa chất được thể hiện rõ khi tương tác giữa môi trường này với các môi trường khác, tr

Trang 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

đỗ minh phương

ĐÁNH GIÁ ĐẶC ĐIỂM CẤU TRÚC NỀN ĐẤT DỰ ÁN NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN THÁI BèNH I ĐỀ XUẤT VÀ THIẾT KẾ GIẢI PHÁP NỀN MểNG THÍCH HỢP CHO HẠNG MỤC KHO THAN CỦA NHÀ MÁY

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Trang 2

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

đỗ minh phương

ĐÁNH GIÁ ĐẶC ĐIỂM CẤU TRÚC NỀN ĐẤT DỰ ÁN NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN THÁI BèNH I ĐỀ XUẤT VÀ THIẾT KẾ GIẢI PHÁP NỀN MểNG THÍCH HỢP CHO HẠNG MỤC KHO THAN CỦA NHÀ MÁY

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Trang 3

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng có ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả luận văn

Đỗ Minh Phương

Trang 4

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Mục đích của đề tài 1

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 1

4 Nội dung của luận văn 2

5 Phương pháp nghiên cứu 2

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 2

7 Cơ sở tài liệu 2

8 Cấu trúc của luận văn: 3

Chương 1 4

TỔNG QUAN CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU VỀ CẤU TRÚC NỀN ĐẤT YẾU VÀ GIẢI PHÁP XỬ LÝ 4

1.1 Khái niệm về môi trường địa chất 4

1.2 Khái niệm đất yếu, nền đất yếu và cấu trúc nền đất yếu 7

1.2.1 Khái niện đất yếu 7

1.2.2 Khái niệm nền đất yếu 8

1.2.3 Khái niệm cấu trúc nền đất yếu 8

1.3 Tổng quan về nghiên cứu cấu trúc nền đất yếu tại việt Nam và trên thế giới12 1.3.1 Trên thế giới 12

1.3.2 Ở Việt Nam 13

1.4 Các kết quả nghiên cứu ứng dụng xử lý nền đất yếu 15

1.4.1 Kết quả nghiên cứu và ứng dụng xử lý nền đất yếu bằng cọc xi măng đất 15

Trang 5

1.4.2 Kết quả nghiên cứu và ứng dụng xử lý nền đất yếu công nghệ hút chân

không 17

1.5 Phương pháp luận nghiên cứu và đánh giá đặc điểm đất nền 19

1.5.1 Đối tượng phục vụ 19

1.5.2 Phạm vi nghiên cứu 19

1.5.3 Cơ sở đánh giá đặc điểm cấu trúc 19

Chương 2 40

ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH VÀ ĐẶC ĐIỂM NỀN ĐẤT KHU VỰC NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN THÁI BÌNH I 40

2.1 Điều kiện địa chất công trình khu vực nhà máy Nhiệt điện Thái Bình 1 40

2.1.1 Vị trí địa lý 40

2.1.2 Đặc điểm địa hình, địa mạo 40

2.1.3 Các hiện tượng địa chất động lực 41

2.2 Đặc điểm cấu trúc nền đất khu vực nhà máy nhiệt điện Thái Bình 1 43

2.2.1 Lịch sử phát triển địa chất 43

2.2.2 Cấu trúc địa chất 44

2.2.3 Các tính chất cơ lý của đất đá 47

Các mặt cắt địa chất công trình được lập từ tài liệu khảo sát 66

2.3 Phân chia cấu trúc nền đất yếu khu vực nghiên cứu 69

2.3.1 Mục đích phân chia cấu trúc nền khu vực nhà máy nhiệt điện Thái Bình I 69 2.3.2 Cơ sở và Nguyên tắc phân chia cấu trúc nền đất khu vực nhà máy Nhiệt điện Thái Bình I 69

2.4 Đặc điểm địa chất công trình và cấu trúc nền đất khu xây dựng hạng mục kho than 74

Chương 3 76

Trang 6

ĐỀ XUẤT VÀ THIẾT KẾ GIẢI PHÁP NỀN MÓNG THÍCH HỢP 76

3.1 Đặc điểm các hạng mục xây dựng của nhà máy nhiệt điện Thái Bình 1 76

3.2 Đặc điểm của hạng mục kho than 77

3.3 Các giải pháp nền 78

3.3.1 Các giải pháp xử lý nền đất yếu bằng phương pháp làm chặt cơ học 78

3.3.2 Các giải pháp xử lý nền đất yếu bằng phương pháp tiêu nước thẳng đứng 80

3.3.3 Giải pháp xử lý nền đất yếu bằng vải địa kỹ thuật 84

3.3.4 Các giải pháp xử lý nền đất yếu bằng các chất kết dính 85

3.3.5 Nhận xét chung về các gải pháp xử lý nền đất yếu 90

3.3.6 Cơ sở lý thuyết xử lý nền đất yếu bằng giải pháp cố kết chân không 91

3.4 Các giải pháp móng 97

3.5 Phân tích đề xuất giải pháp nền móng thích hợp 99

3.5.1 Cấu tạo và ứng dụng của móng bè - cọc 99

3.5.2 Cơ chế làm việc vủa móng bè - cọc 103

3.6 Thiết kế giải pháp nền, móng đã lựa chọn cho hạng mục kho than của nhà máy Nhiệt điện Thái Bình 1 106

3.6.1 Thiết kế giải pháp nền hạng mục kho than 106

3.6.2 Thiết kế giải pháp móng hạng mục kho than 116

KẾT LUẬN 118

TÀI LIỆU THAM KHẢO 121

PHỤ LỤC 124

Trang 7

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1: Sân bay Suvarnabhumi, Thái Lan 18

Hình 1.2: Nhà máy điện nguyên tử Singori, Korea 18

Hình 1.3: Bộ dụng cụ thí nghiệm SPT 20

Hình 1.4: Ghi chép số liệu CPTu 25

Hính 1.5 Thí nghiệm xuyên CPTu 25

Hình 1.6: Thiết bị thí nghiệm xuyên tĩnh cầm tay 26

Hình 1.7: Sơ đồ bố trí các điện cực 27

Hình 1.8a: Kết quả phân tích định lượng của đường cong điện trở suất đất tại trạm ERT1 theo hướng Bắc-Nam 28

Hình 1.8b: Kết quả phân tích định lượng của đường cong điện trở suất đất tại trạm ERT1 theo hướng Đông - Tây 29

Hình 2.1: Mặt bằng khu vực Nhà máy Nhiệt điện Thái Bình 1 40

Hình 2.2: Bản đồ địa chất tỷ lệ: 1:200.000 44

Trang 8

Hình 2.3: Mặt cắt địa chất công trình tuyến I-I 66

Hình 2.4:Mặt cắt địa chất công trình tuyến II-II 66

Hình 2.5:Mặt cắt địa chất công trình tuyến III-III 67

Hình 2.6: Mặt cắt địa chất công trình tuyến IV-IV 67

Hình 2.7: Mặt cắt địa chất công trình tuyến V-V 68

Hình 2.8: Mặt cắt địa chất công trình tuyến VI-VI 68

Hình 2.9: Ghi chú mặt cắt địa chất công trình 69

Hình 2.11: Mặt cắt đại diện hạng mục kho than 75

Hình 3.1: Vị trí hạng mục kho than nhà máy Nhiệt điện Thái Bình 1 77

Hình 3.2: Địa tầng hố khoan điển hình (BO-2) 78

Hình 3.3: Một số kiểu mặt cắt có thể gia cố bằng cọc cát 82

Hình 3.4: Sơ đồ cấu tạo giếng cát 82

Hình 3.5: Thi công bấc thấm 83

Hình 3.6: Giải pháp dùng tầng đệm cát 84

Hình 3.7: Các sơ đồ hệ thống hút chân không 93

Hình 3.8: Sơ đồ nguyên lý phương pháp thi công không có màng kín khí 94

Hình 3.9 Mặt bằng thi công chỉ ra sự khác nhau khi áp dụng thi công 2 hệ thống hút chân không 94

Hình 3.10: Một số hình ảnh về nền đất và xử lý nền đất của nhà máy Zhuhai Qinglubei, Trung Quốc 97

Hình 3.11: Cấu tạo móng bè cọc 100

Hình 3.12 : Mặt bằng kết cấu móng tòa nhà 97- Láng Hạ 102

Hình 3.13 : Sự làm việc của móng bè cọc (Poulos, 2000) 104

Hình 3.14: Các đường đẳng ứng suất của cọc đơn và nhóm cọc 105

Hình 3.15 Các thông số của đất nền 107

Trang 9

Hình 3.16 Các hình biểu diễn ứng suất tổng và ứng suất hiệu quả trong đất khi hút chân không không có bấc thấm (a), hút chân không có kèm theo bấc thấm (b), cố kết thẳng đứng dưới áp suất không khí Pa – thoát nước 2 chiều (c) và cố kết chân không với mực nước trong bấc thấm thay đổi (d) 109 Hình 3.17 Quá trình cố kết theo thời gian của phương pháp chất tải trước thông thường (a) và cố kết chân không kết hợp gia tải trước (b) cùng đạt được áp lực có hiệu như nhau nhưng với cố kết chân không, tải chất lên nhỏ hơn nhiều và do đó giảm nguy cơ phá hoại nền đất 110 Hình 3.18: Đồ thị biểu diễn đường ứng suất chân không trên biểu đồ (p’,q’) 111

Trang 10

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1: Tổng hợp kết quả thí nghiệm cắt cánh 21

Bảng 1.2: Kết quả các chỉ tiêu từ thí nghiệm CPTu 22

Bảng 1.3: Kết quả thí nghiệm CPTu 24

Bảng 1.4: Giá trị đo điện trở suất tại các trạm đo 27

Bảng 1.5: Kết quả phân tích định lượng của dữ liệu đo điện trở suất đất tại tất cả các trạm 35

Bảng 1.6: Hệ số (c) phụ thuộc loại đất [14] 36

Bảng 2.1: Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm đất lớp 2 48

Bảng 2.2: Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm đất lớp 3a 50

Bảng 2.3: Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm đất lớp 3b 50

Bảng 2.4: Tổng hợp kết quả thí nghiệm đất lớp 3c 52

Bảng 2.5: Tổng hợp kết quả thí nghiệm đất lớp 4a 54

Bảng 2.6: Tổng hợp kết quả thí nghiệm đất lớp 4b 55

Bảng 2.7: Tổng hợp kết quả thí nghiệm đất lớp 5 57

Bảng 2.9: Tổng hợp kết quả thí nghiệm đất lớp thấu kính (L) 60

Bảng 2.11: Tổng hợp kết quả thí nghiệm đất lớp 8a 61

Bảng 2.12: Tổng hợp kết quả thí nghiệm đất lớp 8b 63

Bảng 2.15: Mực nước ngầm trong hố khoan 70

Bảng: 2.16 Hệ số tùy thuộc vào độ sâu đáy lớp 117

Trang 11

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Đẩy mạnh phát triển kinh tế xã hội khu vực đồng bằng là ưu tiên của Đảng

và Nhà nước ta hiện nay Tuy nhiên, vấn đề đất yếu phân bố trên phần lớn diện tích các đồng bằng đã làm tăng chi phí xây dựng, đặc biệt là công trình cấp quan trọng và đặc biệt Quá trình khai thác và sử dụng thông tin về địa chất công trình phục vụ cho công tác thiết kế, xây dựng chưa thực sự hiệu quả, do sự đánh giá điều kiện địa chất chưa chính xác

Nhà máy nhiệt điện Thái Bình I có công suất 2x300 MW diện tích 115 ha nằm bên bờ trái sông Trà Lý, ở phía Nam của xã Mỹ Lộc - huyện Thái Thụy - tỉnh Thái Bình, cách sông Trà Lý khoảng 3 km về phía Tây, cách thành phố Thái Bình

20 km về phía Đông, cách thành phố Hà Nội 170 km về phía Đông Nam Đây là khu vực mới được quy hoạch xây dựng nhà máy nhiệt điện Thái Bình 1, dự án sẽ tiến hành xây dựng các hạng mục công trình như đường giao thông, nhà máy, khu kho, bãi xỉ, kênh thải nước làm mát, giàn tua bin hơi Đây là công trình đòi hỏi mức

độ chi tiết và tính chuyên môn cao về địa chất công trình

Do đặc tính cấu trúc nền đất biến đổi phức tạp, các lớp đất yếu dày nên việc lựa chọn giải pháp nền, móng còn gặp nhiều khó khăn, do đó việc thiết kế và thi công xây dựng thường dẫn đến những lãng phí lớn, để khắc phục những hạn chế đó,

đề tài nghiên cứu “Đánh giá đặc điểm cấu trúc nền đất dự án nhà máy nhiệt điện

Thái Bình I Đề xuất và thiết kế giải pháp nền móng thích hợp cho hạng mục kho than của nhà máy” là rất cấp thiết và có ý nghĩa thực tế

2 Mục đích của đề tài

Sáng tỏ đặc điểm cấu trúc nền đất yếu nhà máy nhiệt điện Thái Bình 1

Đề xuất và thiết kế giải pháp nền móng thích hợp cho hạng mục kho than

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Cấu trúc nền đất yếu khu vực xây dựng Nhà máy nhiệt điện Thái Bình 1, có diện tích 115 ha, chiều sâu 70 m

Đề xuất giải pháp nền, móng thích hợp cho khu xây dựng kho than có diện tích 97521 m2, chiều sâu nghiên cứu 70 m

Trang 12

4 Nội dung của luận văn

1 Tổng quan các kết quả nghiên cứu về nền đất yếu, và cấu trúc nền đất yếu, các giải pháp xử lý áp dụng;

2 Điều kiện địa chất công trình khu vực nghiên cứu;

3 Phân chia cấu trúc nền khu vực nhà máy;

4 Đặc điểm cấu trúc nền khu vực kho than;

5 Đặc điểm tải trọng và khả năng ổn định của móng kho than;

6 Luận chứng giải pháp nền, móng cho khu xây dựng kho than;

7 Thiết kế giải pháp nền, móng đã chọn

5 Phương pháp nghiên cứu

Để tiến hành nghiên cứu các nội dung trên, luận văn sử dụng tổ hợp các phương pháp nghiên cứu sau:

- Phương pháp phân tích tổng hợp tài liệu: Thu thập các tài liệu đã có về địa lý

tự nhiên, địa hình địa mạo, địa chất, địa chất thủy văn …, làm rõ đặc điểm chung của khu vực

- Phương pháp thực nghiệm: Tiến hành các công tác nghiên cứu thực địa, khoan thăm dò, lấy mẫu, đo địa vật lý, thí nghiệm trong phòng và hiện trường

- Phương pháp tính toán lý thuyết

- Phương pháp phân tích hệ thống: Xem xét đối tượng trong một thể thống nhất, tổng hợp, phân tích và xử lý số liệu, đánh giá hiệu quả các biện pháp xử lý sự

cố có thể áp dụng

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

- Kết quả nghiên cứu là những tài liệu mới, có tính hệ thống góp phần làm sáng tỏ cấu trúc đất nền đất yếu tại khu vực nhà máy nhiệt điện Thái Bình 1, phục

vụ cho công tác lựa chọn giải pháp móng hợp lý

- Tài liệu nghiên cứu là cơ sở giúp cho các đơn vị sản xuất, chủ đầu tư khi lập dự án, phương án khảo sát địa chất công trình, dự kiến các giải pháp nền móng thích hợp trong những khu vực có cấu trúc địa chất tương tự

7 Cơ sở tài liệu

- Báo cáo khảo sát địa chất, địa chất công trình nhà máy nhiệt điện Thái Bình 1;

Trang 13

- Bản đồ trầm tích Đệ Tứ;

- Đặc điểm tải trọng thiết kế hạng mục kho than nhà máy nhiệt điện Thái Bình 1

- Các bài báo, các công trình khoa học, luận văn, luận án trong và ngoài nước

có liện quan đến vấn đề đánh giá đặc điểm cấu trúc nền đất yếu

8 Cấu trúc của luận văn:

Cấu trúc của luận văn bao gồm 3 chương, 22 bảng tổng hợp, 43 hình vẽ, 8 phụ lục

Luận văn được hoàn thành tại Trường Đại học Mỏ - Địa chất Hà Nội dưới sự hướng dẫn khoa học của TS Nguyễn Viết Tình Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với thầy hướng dẫn, đã giúp đỡ cho sự hoàn thành của luận văn

Xin chân thành cảm ơn!

Trang 14

Nhà máy nhiệt điện Thái Bình 1 là một trong những công trình quan trọng, nằm trong khu vực có đặc tính cấu trúc nền đất biến đổi phức tạp gây bất lợi khi xây dựng các các hạng mục công trình của nhà máy Để giải quyết vấn đề đặt ra trong quá trình nghiên cứu trước hết chúng ta phải hiểu rõ về khái niệm môi trường địa chất

1.1 Khái niệm về môi trường địa chất

Môi trường địa chất hiện nay đang có nhiều quan niệm khác nhau tùy vào góc độ và cách tiếp cận Tác giả Lê Văn Nãi [7]: quan niệm: “Môi trường là tổ hợp tất cả các yếu tố vật chất bao quanh có ảnh hưởng tới đời sống và phát triển của mọi sinh vật” Nguyễn Khắc Kinh [8]: trong bài viết của mình đưa ra định nghĩa: “Môi trường là tất cả cơ học, sinh học và các quá trình khác được phát sinh, tồn tại và phát triển trong các quyển môi trường (địa quyển, thủy quyển, khí quyển, sinh quyển và nhân sinh quyển) và có quan hệ mật thiết với nhau, có mối tác động qua lại lẫn nhau, trong đó con người và các hoạt động của con người giữ vai trò quyết định” Theo tác giả Phạm Văn Tỵ [19] “Môi trường theo nghĩa rộng là tổng hợp các điều kiện bên ngoài có ảnh hưởng tới một vật thể hoặc một sự kiện Bất kỳ một vật thể hoặc một sự kiện nào cũng tồn tại và diễn biến trong một môi trường” Khái niệm chung này được cụ thể hóa đối với từng đối tượng và mục đích nghiên cứu cụ thể

Đối với các cơ thể sống thì môi trường sống là tổng hợp những điều kiện bên ngoài có ảnh hưởng tới đời sống và sự phát triển của cơ thể

Môi trường tự nhiên là hệ thống vật chất phức tạp, gồm nhiều yếu tố tự nhiên thuộc vật lý, hóa học (thường gọi chung là môi trường vật lý) và sinh học tồn tại

Trang 15

khách quan ngoài ý muốn con người, hoặc ít chịu chi phối của con người, liên hệ và tác động tương hỗ lẫn nhau do thạch quyển, khí quyển, thủy quyển và sinh quyển hợp thành

Môi trường xã hội là hệ thống phức tạp gồm nhiều yếu tố có quan hệ mật thiết và tương tác với nhau được tạo nên bởi mối quan hệ giữa người với người

Môi trường nhân tạo là hệ thống phức tạp, gồm nhiều yếu tố vật lý, sinh học,

và xã hội do tác động của con người tạo nên và chịu sự chi phối của con người

Môi trường địa chất hiện nay cũng có nhiều quan điểm khác nhau

Theo Phạm Văn Tỵ [12] “Môi trường địa chất được hiểu là một phần của môi trường tự nhiên, là phần trên của thạch quyển cấu tạo từ các thể, rắn lỏng và khí cùng với tất cả các tài nguyên chứa trong đó và các trường vật lý vốn có của nó, nơi

cư trú và thực hiện các hoạt động sống của loài người, nơi diễn ra các tác dụng tương hỗ giữa thạch quyển với khí quyển, thủy quyển, sinh quyển và quyển kỹ thuật”

Từ các quan niệm trên cho thấy, môi trường địa chất là thực thể khách quan,

là một phần của môi trường tự nhiên, một phần của môi trường sống của con người,

là phần trên của thạch quyển cấu tạo từ các thể rắn, lỏng, khí cùng với các tài nguyên trong đó và các trường vật lý vốn có của nó, nơi cư trú và thực hiện các hoạt động sống của loài người, nơi diễn ra các tác động tương hỗ giữa thạch quyển với các quyển khác

Theo tác giả E.M.Xergeev[11] quan niệm: “Môi trường địa chất là các điều kiện địa chất vây quanh ta Nó phát sinh và biến đổi trong môi trường tương tác với khí quyển, thủy quyển, sinh quyển và các quyển bên trong của trái đất Mối tương tác đó diễn ra trong suốt lịch sử địa chất, tạo nên những cân bằng nhất định trên bề mặt cũng như trong lòng đất với quy mô toàn cầu, khu vực hoặc cục bộ Nhưng cũng chính sự tương tác đó đã tạo ra những mâu thuẫn và là nguyên nhân tất yếu làm nảy sinh và phát triển các quy trình địa chất, dẫn tới sự thay đổi hoặc phá hủy môi trường địa chất và tạo cho nó một bộ mặt mới”

Là một khoa học trong các khoa học địa chất, địa chất công trình cũng lấy môi trường địa chất làm đối tượng nghiên cứu của mình Môi trường địa chất được

Trang 16

đặc trưng bởi cấu trúc, quan hệ giữa các yếu tố hợp thành và các tính chất của nó Tuy nhiên không phải tất cả các phương diện của cấu trúc và không phải tất cả các tính chất của môi trường địa chất đều là đối tượng nghiên cứu của địa chất công trình Thuộc đối tượng của địa chất công trình chỉ những phương diện cấu trúc và tính chất của môi trường địa chất được thể hiện rõ khi tương tác giữa môi trường này với các môi trường khác, trong đó bao gồm cả môi trường nhân tạo, và được sử dụng chủ yếu để đánh giá địa chất công trình môi trường địa chất Địa chất công trình không chỉ nghiên cứu cấu trúc và các tính chất của môi trường địa chất mà còn nghiên cứu sự vận động của nó, tức là nghiên cứu các quá trình địa chất xảy ra trong

đó do kết quả tương tác giữa nó với các môi trường bên ngoài (khí quyển, thủy quyển, sinh quyển và quyển kỹ thuật) Nghiên cứu sự vận động của môi trường địa chất bao gồm dự báo sự biến đổi của môi trường này khi tương tác với các môi trường bên ngoài

Từ những điều trình bày trên có thể coi môi trường địa chất, cấu trúc, các tính chất và sự vận động (các quá trình địa chất ngoại sinh, trong đó bao gồm cả quá trình địa chất công trình) của nó cần phải xét tới khi đánh giá địa chất công trình là đối tượng nghiên cứu của Địa chất công trình Nói một cách cụ thể hơn, cần xem cấu trúc môi trường địa chất, các tính chất môi trường này và các quá trình xảy ra trong đó phải xét tới khi thực hiện các hoạt động kinh tế - công trình, trước hết là hoạt động xây dựng công trình, trong hiện tại và trong quy hoạch là đối tượng nghiên cứu của Địa chất công trình

Ngày nay với những tiến bộ vượt bậc của khoa học - công nghệ và sự phát triển cực kỳ mạnh mẽ của sản xuất đang đặt ra trước loài người vấn đề khai thác hợp lý và bảo vệ môi trường thiên nhiên mà phần rất quan trọng đó là khai thác hợp

lý và bảo vệ môi trường địa chất

Khai thác hợp lý và bảo vệ môi trường địa chất đang là vấn đề cấp bách nhất của địa chất công trình hiện đại Khai thác hợp lý và bảo vệ môi trường địa chất gắn liền với điều kiện tối ưu sự vận động của môi trường này, điều khiển các quá trình địa chất xảy ra khi tương tác giữa nó với các hoạt động kinh tế - công trình của con người Điều khiển gắn với dự báo sự biến đổi trạng thái môi trường địa chất cả định

Trang 17

tính và định lượng theo thời gian Những vấn đề này hiện được nghiên cứu còn ít ngay trên bình diện lý thuyết và điều đó không tách khỏi nguyên do cơ sở lý thuyết của địa chất công trình còn những hạn chế Chính vấn đề khai thác và bảo vệ môi trường địa chất đang thúc đẩy sự tìm tòi và phát triển sâu nền lý thuyết địa chất công trình

1.2 Khái niệm đất yếu, nền đất yếu và cấu trúc nền đất yếu

1.2.1 Khái niện đất yếu

“Đất yếu” - là một khái niệm được sử dụng rộng rãi trong xây dựng Cũng có nhiều quan niệm khác nhau, nhìn chung có hai quan niệm sau:

Quan niệm thứ 1: đất yếu là những loại đất mới được thành tạo, thuộc các giai đoạn đầu của quá trình hình thành tạo đá Đất có hệ số rỗng tự nhiên e> 1.0; sức chịu tải nhỏ RH <1kG/cm2; tính biến dạng cao, thông thường E0 < 50 kG/cm2 Theo quan điểm này, các loại đất sét trạng thái dẻo chảy, chảy; các loại cát hạt nhỏ, mịn trạng thái rời; các loại trầm tích bị mùn hóa, than bùn hóa … đều thuộc đất yếu Quan niệm này được sử dụng nhiều khi nghiên cứu ĐCCT có tính khu vực, chưa gắn với một dạng xây dựng cụ thể nào, chủ yếu phục vụ cho quy hoạch.[9]

Quan niệm thứ 2: đất yếu là những loại đất không thỏa mãn cho nhu cầu sử dụng vào mục đích xây dựng như làm nền, làm môi trường, bố trí các công trình xây dựng, kể cả làm VLXD Khi muốn khai thác sử dụng chúng phải có giải pháp

xử lý thích hợp.[21]

Dựa theo các tiêu chuẩn Việt Nam TCXD 245-2000, 22TCN 262 - 2000, tham khảo các tiêu chuẩn phân loại đất ASTM, BS, phân loại trạng thái đất của Terzagi và Peck, FP Xavarensky, N.V Kolomen sky, V.Đ Lômtađze, E.M Xergeev, SNIP II 15-74, GOXT -25100 95, … đất yếu có những đặc điểm sau:

* Sức chịu tải quy ước thường nhỏ, R0<1.0 kG/cm2, mô đun tổng biến dạng E0 <50 kG/cm2;

* Đất thường xốp, có hệ số rỗng lớn (e>1.0) ở trạng thái từ dẻo chảy đến chảy (Is > 0.75), sức chống cắt thấp ( Cu < 0.15 kG/cm2, sức kháng xuyên đơn vị qc<10 kG/cm2 , giá trị xuyên tiêu chuẩn N30 < 5), thường chứa hàm lượng hữu cơ cao và

có nguồn gốc hồ đầm lầy;

Trang 18

* Đất thường là các loại trầm tích trẻ chưa được cố kết (mức độ thành đá thấp) và chủ yếu là đất loại sét cố kết thông thường, bão hòa nước, có thể coi là hệ phân tán hai pha (chỉ gồm các hạt đất và nước chứa trong lỗ rỗng) Nếu không có biện pháp xử lý đúng đắn thì việc xây dựng công trình trên nền có phân bố đất yếu này có thể sẽ rất khó khăn hoặc không thể thực hiện được [13]

1.2.2 Khái niệm nền đất yếu

Nền là tập hợp các lớp đất đá tự nhiên hoặc nhân tạo, có nhiệm vụ tiếp nhận tải trọng công trình qua móng truyền xuống, hay nói rõ hơn, nền là thuật ngữ để chỉ phần đất đá nằm dưới móng công trình trong phạm vi ảnh hưởng trực tiếp của công trình Với các công trình dân dụng và công nghiệp, phạm vi ảnh hưởng đó được chỉ

ra bởi độ sâu ảnh hưởng của tải trọng công trình Độ sâu đó được xác định bởi biểu thức sau:

σzi ≤ (0,1 ÷ 0,2) σbtiTrong đó : σzi - Ứng suất phụ thêm tại độ sâu z;

σbti - Ứng suất bản thân của đất tại độ sâu z

Trong xây dựng thủy công, ngoài việc xác định độ sâu ảnh hưởng của công trình còn phải kể đến phạm vi ảnh hưởng thấm của đập Phạm vi đó được xác định

có lưu lượng đơn vị q < 0,01 l/phút

Nền đất yếu là nền mà trong đó có phân bố các loại đất yếu Trong đề tài của mình, chúng tôi quan niệm đất yếu như quan niệm thứ nhất Vì vậy nền đất yếu là nền không đáp ứng được yêu cầu xây dựng công trình Muốn đáp ứng được yêu cầu

đó, nền phải được gia cố hoặc nếu không, phải thay đổi quy mô, kết cấu công trình

1.2.3 Khái niệm cấu trúc nền đất yếu

Khi xây dựng công trình sẽ xảy ra tương tác giữa nền và công trình Hình dạng, quy mô, kết cấu công trình, đặc điểm đất nền và các giải pháp nền móng sẽ quyết định đến phạm vi của vùng tương tác giữa công trình và nền, cũng như các quá trình cơ – lý, hóa –lý… diễn ra trong chúng Giữa công trình, nền và môi trường địa chất có quan hệ mật thiết và tác động qua lại lẫn nhau theo thời gian và không gian Khả năng xây dựng của đất nền chỉ có thể được đánh giá đúng đắn trên

cơ sở nghiên cứu đầy đủ các đặc điểm cấu trúc của nền Khái niệm “cấu trúc nền”

Trang 19

không chỉ phản ánh những đặc điểm cấu trúc địa chất tồn tại một cách khách quan trong phạm vi ảnh hưởng của công trình mà còn phản ảnh các đặc điểm địa chất công trình khác của đất đá trong mối quan hệ biến đổi về thời gian và không gian của chúng

Cấu trúc nền đất có vai trò quan trọng khi đánh giá tài nguyên đất xây dựng nói chung và tính năng xây dựng của nền nói riêng, cấu trúc nền là cơ sở địa chất công trình để quy hoạch hợp lý các công trình xây dựng nói chung và lựa chọn giải pháp móng nói riêng Hiện nay đang được nhiều người quan tâm và định nghĩa khác nhau

Cấu trúc nền là quan hệ sắp xếp không gian của các lớp đất nền nằm trong vùng tương tác với công trình, được đặc trưng bởi số lượng các lớp, nguồn gốc, tuổi, chiều sâu phân bố trong không gian, chiều dày, đặc điểm thành phần, kiến trúc, cấu tạo, trạng thái và tính chất cơ lý của chúng.[10]

Phạm Văn Tỵ [15] quan niệm: “Cấu trúc nền được hiểu là quan hệ sắp xếp không gian của các thể địa chất (lớp đất) cấu tạo nền đất, số lượng, đặc điểm hình dạng, kích thước, thành phần, trạng thái và tính chất của các yếu tố cấu thành này” Các nghiên cứu về cấu trúc nền công trình cũng được đề cập trong nhiều nghiên cứu khác nhau Tác phẩm “Mô hình cấu trúc trong địa chất công trình” của M.V.Ras, đã đưa ra khái niệm về mô hình cấu trúc, trong đó có mô hình điều kiện tự nhiên, mô hình nền tự nhiên của công trình Tác giả đã phân tích mối quan hệ giữa mô hình điều kiện tự nhiên và mô hình công trình xây dựng, đưa ra các khái niệm về miền xác định của công trình Trong nhiều tác phẩm khác, các tác giả đã đưa ra các dạng

sơ đồ cấu trúc nền và nêu các giải pháp nền móng thích hợp với chúng

Trong địa chất, khái niệm “Cấu trúc” bao gồm cả ý nghĩa nội dung địa tầng

và cấu tạo địa chất Trong ĐCCT cũng có một số tác giả sử dụng khái niệm “Mô hình cấu trúc” để phản ánh đặc diểm nền công trình đã được sơ đồ hóa về mặt địa tầng và đặc tính cơ lý của đất đá Một số tác giả khác thường sử dụng khái niệm “Sơ

đồ nền”, khái niệm này đơn thuần chỉ phản ánh về mặt quan hệ địa tầng Một khái niệm nữa mà chúng ta thường gặp và được sử dụng nhiều trong các tính toán ổn

Trang 20

định bờ, mái dốc là khái niệm “Mô hình địa cơ” Khái niệm này mang nặng ý nghĩa như “Mô hình cấu trúc”

Ở Việt Nam, trong các nghiên cứu của mình một số tác giả cũng đã đề cập đến vấn đề liên quan Tác giả Vũ Cao Minh [18] đưa ra khái niệm “Cấu trúc địa cơ”

và quan niệm: “Những thể địa chất có lịch sử phát triển và bản chất cơ học xác định được gọi là những cấu trúc địa cơ”

Kết quả nghiên cứu thành phần và tính chất của đất, đặc biệt đối với đất yếu chưa thể phản ánh đúng khả năng xây dựng của chúng trong tự nhiên Khả năng xây dựng của đất chỉ có thể được đánh giá đúng trên cơ sở nghiên cứu đầy đủ các đặc điểm cấu trúc của nền Trong luận án, thuật ngữ “Cấu trúc nền” được sử dụng để chỉ nền công trình có nhấn mạnh đến đặc điểm cấu trúc nền và môi trường địa chất có quan hệ mật thiết và tác động qua lại lẫn nhau theo cả thời gian và không gian Bởi vậy, khái niệm “Cấu trúc nền” không những chỉ phẩn ánh đặc điểm những cấu trúc địa chất tồn tại một cách khách quan trong phạm vi ảnh hưởng của công trình, mà còn phản ánh các đặc điểm ĐCCT khác của đất đá trong mối quan hệ biến đổi cả về không gian và thời gian của chúng Cấu trúc nền là phần tương tác giữa công trình

và môi trường địa chất, được xác định bởi quy luật phân bố trong không gian, khả năng biến đổi theo thời gian của các thành tạo đất đá có tính chất ĐCCT xác định, diễn ra trong vùng ảnh hưởng của công trình

Khái niệm “Vùng ảnh hưởng của công trình” được hiểu là giới hạn mà tại đó thành tạo đất đá có ảnh hưởng trực tiếp đến công trình xây dựng Khái niệm này bao trùm cả khái niệm vùng hoạt động công trình [30] Như vậy, ranh giới vùng ảnh hưởng và do đó cũng là ranh giới cấu trúc nền công trình được xác định trên cơ sở quy mô và tính chất công trình cụ thể Nó đòi hỏi các kỹ sư ĐCCT cũng như các nhà thiết kế xem xét một cách đầy đủ Mỗi cấu trúc nền được xác định bởi các thành tạo đất đá có đặc tính ĐCCT xác định Các đặc tính ĐCCT đó đã phản ánh đầy đủ các đặc điểm nguồn gốc, tuổi địa chất, thành phần, các đặc điểm kiến trúc, cấu tạo cũng như các đặc tính cơ lý khác của đất đá

Cấu trúc nền đất yếu là cấu trúc nền có liên quan trực tiếp với các thành tạo đất yếu Đất yếu đóng vai trò trung tâm và có ý nghĩa quyết định đến đặc tính và

Trang 21

khả năng xây dựng nền Thật vậy, thành phần, tính chất, bề dày của đất yếu cũng như sự biến đổi của chúng trong không gian và mối quan hệ giữa lớp đất yếu với các lớp đất khác trong đất nền rất có ý nghĩa đối với đặc tính và khả năng xây dựng của nền đất Cùng với quy mô công trình, chúng sẽ quyết định việc chọn giải pháp móng Mặt khác cũng cần thấy rõ, vị trí tồn tại trong không gian của cấu trúc nền đất yếu trong môi trường địa chất cũng có ý nghĩa to lớn Cùng một kiểu cấu trúc nền đất yếu, cùng đặc điểm quy mô và kết cấu công trình, tùy thuộc khoảng cách đến các khu vực hạ thấp mực nước ngầm cũng như các hướng biến đổi đặc tính ĐCCT của cấu trúc nền, mà khả năng biến dạng của công trình sẽ rất khác nhau Như vậy, ảnh hưởng của môi trường địa chất đến cấu trúc nền đất yếu và công trình phụ thuộc vào điều kiện tồn tại cụ thể của chúng Đối với cấu trúc nền đất yếu, vùng ảnh hưởng có thể là ranh giới lớp đất yếu trực tiếp ảnh hưởng đến công trình, trong trường hợp ranh giới này lớn hơn vùng hoạt động của công trình

Hàng loạt các công trình nghiên cứu ĐCCT khu vực đồng bằng bắc bộ trong

đó có khu vực Thái Bình đã đề cập đến các vấn đề về nguồn gốc, tuổi địa chất, sự phân bố, thành phần và tính chất của đất yếu Năm 1985, Nguyễn Huy Phương cùng tập thể tác giả đã tổng kết tài liệu để thành lập bản đồ ĐCCT đồng bằng Bắc bộ tỷ lệ 1/200.000

Cấu trúc nền tồn tại trong môi trường địa chất, nên sự biến đổi môi trường địa chất có thể gây ra tác động bất lợi đến cấu trúc nền và ảnh hưởng đến công trình xây dựng Trong thời gian gần đây đã có hàng loạt các công trình nghiên cứu tác động của con người đến sự biến đổi của môi trường địa chất

Mỗi kiểu cấu trúc nền khác nhau có thể sử dụng nhóm các phương pháp khảo sát thích hợp, nhóm phương pháp đánh giá dự báo biến đổi môi trường địa chất, nhằm khai thác và bảo vệ môi trường địa chất Tùy thuộc mỗi kiểu cấu trúc nền đã điển hình trên lãnh thổ, hay khu vực giúp người làm công tác khảo sát chọn phương pháp, thiết kế thích hợp, mức độ, quy mô, khối lượng cần tiến hành và giúp các nhà thiết kế, quy hoạch chọn kiểu, kết cấu công trình, phương pháp thiết kế móng, xử lý nền, áp dụng các bài toán, mô hình tính toán phù hợp, đồng thời dự báo biến đổi môi trường địa chất trong quá trình xây dựng và sử dụng công trình

Trang 22

1.3 Tổng quan về nghiên cứu cấu trúc nền đất yếu tại việt Nam và trên thế giới

1.3.1 Trên thế giới

Nghiên cứu chung về đất yếu có các công trình: Ở Liên Xô cũ, đã có các hội nghi về đất yếu ở Talin năm 1965, Riga năm 1972 và các công trình khác Theo V.D Lomtadze, trong cuốn “Thạch luận công trình” thì đất yếu cũng được xếp vào nhóm đất có thành phần, trạng thái và tính chất đặc biệt[22] Ông cũng đi sâu vào nhận xét, đánh giá tính chất địa chất công trình của các loại đất yếu Tác phẩm

“Biến dạng của các ngôi nhà” của B.G.Ximaghin và P.A Konovalov [23] đã đánh giá khả năng xây dựng của nền đất than bùn và phân tích các nguyên nhân lún nứt

Đối với đất chứa muối, trong lĩnh vực địa chất công trình có các tác giả như

VM Bezruk, Yu.L.Motưlev, AI.Znamenxki, A.L.Grot, A.I.Znamenxki đã nghiên cứu đặc tính nghiễm muối và phân loại chúng[97]

Với đất nhiễm phèn, năm 1960 Moorman và sau này được bổ sung bởi L.J Pón và Van Breeman (1977) cho rằng đất phèn là loại đất chứa nhiều SO2- ít canxi, trong môi trường khử với sự tham gia của các vi sinh vật yếm khí đã tạo nên H2S, FeS2 làm cho đất có khả năng sinh phèn lớn, sau đó FeSO4 và H2SO4 tiếp tục hình thành Khi môi trường chuyển sang oxi hóa Fe2(SO4)3, AL2(SO4) được hình thành làm đất bị nhiễm phèn hoạt động Trên thế giới còn nhiều công trình nghiên cứu liên quan đến đất yếu tuy vậy các công trình nghiên cứu trên cũng chỉ đề cập sâu theo từng khía cạnh của vấn đề nghiên cứu, việc tổng hợp các nôi dung nhìn chung còn ít

Trang 23

1.3.2 Ở Việt Nam

Các công trình nghiên cứu về đất yếu trong nước cũng rất phong phú Hàng loạt các công trình nghiên cứu ĐCCT khu vực đồng bằng Bắc Bộ, trong đó các khu vực Hà Nội đã đề cập đến các vấn đề nguồn gốc, tuổi địa chất, sự phân bố, thành phần và tính chất của đất yếu Năm 1971-1972, Lê Huy Hoàng có các công trình nghiên cứu tính chất cơ lý của đất cơ lý của đất sét rìa Bắc đồng bằng Bắc Bộ Năm

1973, Hoàng Văn Tân cùng các tác giả xuất bản cuốn "Những phương pháp xây dựng công trình trên nền đất yếu"[9] Các tác giả đã nêu quan điểm nghiên cứu về đất yếu và tổng kết các đặc trưng cơ lý của chúng, trong đó có đất yếu của khu vực nghiên cứu

Năm 1976-1980, Lê Huy Hoàng lại có các công trình tổng kết quy luật phân

bố, các giai đoạn thành tạo và sự liên quan với tính chất cơ lý của bùn và than bùn ở các đồng bằng Bắc Việt Nam Năm 1977, tập thể tác giả dưới sự chủ biên của Phạm Xuân, đã tiến hành nghiên cứu đề tài về tính chất cơ lý của đất ở các đồng bằng, của Viện Khoa học kỹ thuật xây dựng Năm 1979, Nguyễn Văn Thơ có bài " Các đặc trưng cơ lý của đất dính vùng đồng bằng Bắc Bộ" Năm 1985, Nguyễn Huy Phương cùng tập thể các tác giả đã tổng kết các tài liệu để thành lập bản đồ ĐCCT đồng bằng Bắc Bộ tỷ lệ 1/200.000 Cuối nhứng năm 70, đầu những năm 80, để thực hiện quy hoạch thành phố Hà Nội, Viện quy hoạch thành phố đã thành lập bản đồ ĐCCT

tỷ lệ 1/25.000 Sau đó công ty khảo sát đo đạc Hà Nội tiếp tục lập các bản đồ phân

bố đất yếu tại các khu vực tỷ lệ 1/10.000 Trong các năm này tác giả Đoàn Thế Tường cũng thành lập bản đồ ĐCCT khu vực Hà Nội tỷ lệ 1/10.000, sau đó bảo vệ luận án PTS của mình với đề tài " Điều Kiện ĐCCT lãnh thổ Việt Nam và sở dụng phân vùng chúng" Mặc dù các công trình nghiên cứu khu vực chỉ đề cập một phần đến đất yếu, nhưng chúng là nhứng tài liệu có giá trị làm cơ sở định hướng cho nhiều công trình nghiên cứu chuyên sâu

Những nghiên cứu về thành phần và tính chất của đất yếu cũng như các nghiên cứu về cấu trúc nền công trình, phần lớn dưới dạng bài báo đăng tải trên các tập san khoa học trong nước Tác giả Tạ Hồng Quân (1993) có bài "Tính chất cố kết của đất yếu Hà Nội" Trên cơ sở các tài liệu thí nghiệm, tác giả đã đưa ra các kết

Trang 24

quả nghiên cứu về tính chất cố kết một số loại đất yếu chính ở Hà Nội Bài viết " Một số đặc điểm biến dạng của đất bùn tầng Giảng Võ" của tác giả Đỗ Trọng Đông

và Đoàn Thế Tường (1984), đã đi sâu nghiên cứu các biến dạng của đất bùn, than bùn tầng Giảng Võ trước đây, nay được xếp vào tầng Hải Hưng, phụ tầng dưới Bài viết " Các phương pháp thí nghiệm hiện trường áp dụng khảo sát ĐCCT vùng đất yếu và một số đặc trưng cơ lý của đất yếu khu vực Hà Nội của tác giả Nguyễn Vũ Tùng, đã nêu nên các phương pháp thí nghiệm hiện trường áp dụng thích hợp khi tiến hành khảo sát ĐCCT vùng có đất yếu Bài viết đã nêu lên kết quả nghiên cứu các đặc trưng cơ lý của chúng Năm 1994, tác giả Lê Trọng Thắng có bài "Phân chia các thể địa chất chính ở khu vực Hà Nội và kết quả xử lý tài liệu xuyên tĩnh cảu chúng bằng máy xuyên Gouda"[18] Bài viết đã nêu lên quan điểm phân chia thể địa chất và đưa ra các kết quả xử lý tài liệu xuyên tĩnh của các thành tạo đất đá tham gia trong cấu trúc nền đất yếu ở khu vực Hà Nội Ngoài ra, tác giả còn có bài

"Ảnh hưởng của thời gian nén đến kết quả thí nghiệm xác định hệ số nén lún của một số loại đất yếu ở Hà Nội" Trên cơ sở kết quả thí nghiệm nén cố kết các loại mẫu đất yếu khác nhau, tác giả chỉ ra được các hạn chế của kết quả xác định hệ số nén lún a khi tiến hành theo quy trình nén ổn định quy ước trong 2 giờ

Tác giả Nguyễn Viết Tình và Phạm Văn Tỵ có bài viết “ Kết qủa nghiên cứu bước đầu về tính bất đồng nhất của trầm tính hồ đầm lày hệ thâng Hải Hưng dưới (blQIV1-2 hh1) ở khu vực thành phố Hà Nội”[5] Báo cáo còn đưa ra kết luận ban đầu

về tính biến đổi thành phần và tính chất cơ lý của các loại đất yếu phổ biến nhất trong khu vực nghiên cứu Trong khu vực nghiên cứu tồn tại một số loại đất yếu có thành phần, tính chất và khả năng xây dựng khác nhau Tuy nhiên phần lớn các nghiên cứu chỉ chú ý đến đất bùn, than bùn huộc hệ tầng Hải Hưng dưới Mặt khác, các công rình nghiên cứu thành phần và tính chất của đất yếu cũng chỉ là các kết quả nghiên cứu ban đầu Tính lưu biến của đất yếu ở khu vực Hà Nội hầu như chưa được nghiên cứu Tác giả Nguyễn Viết Tình còn bảo vệ luận án tiến si với đề tài " Đặc tính địa chất công trình các thành tạo trầm tích Holoxen dưới - giữa nguồn gốc

hồ - đầm lầy phụ tầng Hải Hưng dưới (blQIV1-2 hh1), đánh giá khả năng sử dụng và

dự báo biến đổi của chúng"[17], các trầm tính này có hàm lượng hữu cơ cao Vật

Trang 25

chất hữu cơ có mức độ phân hủy khác nhau chứa trong đất có vai trò quan trọng tạo nên tính bất đồng nhất, bất đẳng hướng và tính lâu dài về cố kết thấm

Về đất nhiễm mặn, tại Việt Nam, VM Friđiand đã nghiên cứu các loại đất nhiễm mặn ở miền bắc với nhiều phẫu diện thuộc nhiều khu vực khác nhau Năm

1993, Đỗ Minh Toàn, Phạm Văn Tỵ nghiên cứu khả năng nhiễm mặn của tầng trầm tích mbQ2 ở ven biển bắc bộ Việt Nam

Về đất nhiễm phèn, Trường đại học Thủy lợi, Viện nghiên cứu khoa học thủy lợi, Viện khoa học thủy lợi Miền Nam, Trường đại học Cần Thơ, Trường đại học Nông nghiệp I, Viện thổ nhưỡng nông hóa đã có các công trình nghiên cứu về đất phèn, song chỉ nghiên cứu trong lĩnh vực nông nghiệp, thủy nông cải tạo đất Đất phèn theo lĩnh vực ĐCCT hiện nay mới chỉ nghiên cứu trên các công trình riêng lẻ phục vụ cho các mục đích cụ thể Năm 1999, Nguyễn Văn Thơ, Trần Thị Thanh và Nguyễn Ngọc Thọ đã nghiên cứu những nguyên nhân gây ra hư hỏng các công trình

ở một số khu vực đất phèn vùng đồng bằng sông Cửu Long như Chủ Chí – Bạc Liêu, Tân Thạnh – Long An, Kiên Lương – Kiên Giang Các công trình sau khi đi vào sử dụng đã xuất hiện sự cố: thân đập bị nứt nẻ mạnh, mức độ biến dạng lún của đập lớn hơn nhiều so với thiết kế Các tác giả đã tìm ra sự thay đổi các đặc tính sức chống cắt và biến dạng của nền đất những khu vực này ở giai đoạn thi công so với giai đoạn thiết kế kỹ thuật

Bài báo của tác giả Đố Minh Toàn, Nguyễn Thị Nụ và Nguyễn Thị Cúc về " đặc điểm nhiễm muối, phèn và tính chất cơ lý một số loại đất chính của trầm tích amQ2 2-3 phân bố khu vực Trà Vinh", hay đề tài của Nguyễn Thị Nụ "Nghiên cứu đặc tính địa chất công trình của đất loại sét yếu amQ2 2-3 phân bố ở các tỉnh ven biển đồng bằng sông Cửu Long phục vụ xử lý nền đường"

1.4 Các kết quả nghiên cứu ứng dụng xử lý nền đất yếu

1.4.1 Kết quả nghiên cứu và ứng dụng xử lý nền đất yếu bằng cọc xi măng đất

a Trên thế giới

- Tại Nhật Bản, theo thống kê của hiệp hội CDM tính chung trong giai đoạn 80-96 có 2345 dự án, sử dụng 26 triệu m3 xi măng đất Riêng từ 1977 đến 1993,

Trang 26

lượng đất gia cố bằng xi măng vào khoảng 23,6 triệu m3 cho các dự án ngoài biển

và trong đất liền, với khoảng 300 dự án Hiện nay, hàng năm thi công khoảng hơn 2 triệu m3

- Tại Trung Quốc, công tác nghiên cứu bắt đầu từ năm 1970 Thiết bị trộn sâu dùng trên đất liền xuất hiện năm 1978 và ngay lập tức được sử dụng để xử lý nền các khu công nghiệp ở Thượng Hải Từ năm 1987 đến 1990, công nghệ trộn sâu

đã được sử dụng ở Cảng Thiên Tân để xây dựng 2 bến cập tàu và cải tạo nền cho 60

ha khu dịch vụ Tổng cộng 513.000 m3 đất được gia cố, bao gồm các móng kè, móng của các tường chắn phía sau bến cập tàu

- Tại Thụy Điển và Phần Lan năm 1967

+ Thụy Điển, công nghệ trộn sâu đã có một sự phát triển rất mạnh mẽ, ngày càng được sử dụng nhiều trong 20 năm gần đây để giảm độ lún và nâng cao độ ổn định của các công trình đường bộ và đường sắt Nó được xem như một giải pháp ưu việt nhất hiện nay trong phát triển hạ tầng Ngoài ra, nó còn được ứng dụng làm móng cọc, ổn định hố đào, ổn định mái dốc và giảm rung động

+ Phần Lan, năm 1974, một đê đất thử nghiệm (cao 6m, dài 8m) đã được xây dựng sử dụng công nghệ trộn sâu, nhằm mục đích phân tích hiệu quả của hình dạng

và chiều dài cột về mặt khả năng chịu tải Mặc dù thị trường ở nước này nhỏ hơn Thụy Điển nhưng rất ổn định (khoảng 250.000 m3/năm; 80% trong đó là cọc vôi, xi măng)

Vào nhưng năm 1980, Phần Lan và Thụy Điển sử dụng công nghệ trộn sâu gia cố đất khoảng hơn 1 triệu m3/ năm

Trang 27

2004, các nhà thầu Nhật Bản đã sử dụng Jet - grouting để sửa chữa khuyết tật cho các cọc nhồi của cầu Thanh Trì (Hà Nội) Năm 2005, một số dự án cũng đã áp dụng cọc xi măng đất như: dự án thoát nước khu đô thị Đồ Sơn - Hải Phòng, dự án sân bay Cần Thơ, dự án cảng Bạc Liêu

Năm 2004, Viện Khoa học Thủy lợi đã tiếp nhận chuyển giao công nghệ khoan phụt cao áp (Jet-grouting) từ Nhật Bản Đề tài đã ứng dụng công nghệ và thiết bị này trong nghiên cứu sức chịu tải của cọc đơn và nhóm cọc, khả năng chịu lực ngang, ảnh hưởng của hàm lượng XM đến tính chất của xi măng đất, nhằm ứng dụng cọc xi măng đất vào xử lý đất yếu, chống thấm cho các công trình thuỷ lợi Nhóm đề tài cũng đã sửa chữa chống thấm cho Cống Trại (Nghệ An), cống D10 (Hà Nam), Cống Rạch C (Long An)

Tại thành phố Đà Nẵng, cọc xi măng đất được ứng dụng ở Plazza Vĩnh Trung dưới 2 hình thức: Làm tường trong đất và làm cọc thay cọc nhồi

Tại Tp Hồ Chí Minh, cọc xi măng đất được sử dụng trong dự án Đại lộ Đông Tây, một số building như Saigon Times Square …Hiện nay, các kỹ sư Orbitec đang đề xuất sử dụng cọc xi măng đất để chống mất ổn định công trình hồ bán nguyệt – khu đô thị Phú Mỹ Hưng, dự án đường trục Bắc – Nam (giai đoạn 3) cũng kiến nghị chọn cọc xi măng đất xử lý đất yếu

1.4.2 Kết quả nghiên cứu và ứng dụng xử lý nền đất yếu công nghệ hút chân không

a Trên thế giới

Công nghệ hút chân không trong xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm (Vacuum consolidation) đã được Tiến sĩ W.Kjellman đề xuất lần đầu tiên vào năm 1952 Bản chất của phương pháp là sử dụng áp lực chân không truyền vào trong đất thông qua một hệ thống tiêu thoát nước được bố trí trước trong nền đất (thường là bấc thấm ) Nhờ áp lực của máy hút chân không, nước và khí ở các lỗ rỗng trong đất được thoát

ra qua hệ thống tiêu thoát nước thẳng đứng và ống dẫn ngang ra ngoài một cách liên tục, do đó đất nền nhanh chóng được cố kết Tuy nhiên để áp dụng triển khai ra thực

tế gặp nhiều khó khăn do đòi hỏi công nghệ rất phức tạp

Trang 28

Trước sự phát triển của khoa học công nghệ ứng dụng của những năm cuối thế kỷ XX, phương pháp này lại được nghiên cứu ứng dụng rộng rãi ở các nước Trung Quốc, Pháp, Mỹ v) Nhật bản Đến nay, nó đã được phát triển thành một công nghệ đáng tin cậy và hiệu quả trong xử lý nền đất yếu

Hình 1.1: Sân bay Suvarnabhumi, Thái

Sau Trung Quốc, Thái Lan, Hàn Quốc, Malaysia, Việt Nam đã có thể nằm vào danh sách những nước ở Châu á có sử dụng thành công công nghệ xử lý đất yếu bằng công nghệ hút chân không Công nghệ này là lựa chọn lý tưởng, thay cho biện pháp gia tải trước bằng khối đắp, đặc biệt đối với công trình xây dựng ở khu vực khan hiếm vật liệu đắp hoặc đòi hỏi tốc độ thi công nhanh

Trang 29

Ngày nay, trên thế giới phổ biến có 2 mô hình cố kết đất bằng hút chân không: mô hình có màng ngăn và mô hình không có màng ngăn Các mô hình này thường được kết hợp với biện pháp gia tải trước nhằm tăng nhanh thời gian cố kết đất

1.5 Phương pháp luận nghiên cứu và đánh giá đặc điểm đất nền

Hà Nội 170 km về phía Đông Nam Đây là khu vực mới được quy hoạch xây dựng

nhà máy nhiệt điện Thái Bình 1

1.5.3 Cơ sở đánh giá đặc điểm cấu trúc

Thông qua sự phân tích đánh giá tổ hợp các yếu tố: địa hình địa mạo, các hiện tượng địa chất động lực công trình, các thí nghiệm hiện trường và trong phòng

từ đó chọn ra các yếu tố cơ bản chi phối cấu trúc nền phạm vi nghiên cứu

a) Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (SPT)

Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn - SPT và công tác lấy mẫu bằng ống chẻ đôi được thực hiện trong các hố khoan theo tiêu chuẩn ASTM D 1568

Đối với thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn, sử dụng ống mẫu chẻ đôi, thành mỏng đường kính 51mm, ấn xuống đáy hố khoan bằng cách sử dụng búa đóng trọng lượng 63.5kg với chiều cao rơi búa là 760 mm, tổng chiều sâu mỗi lần xuyên là 450

mm Số lượng búa đóng (N) là tổng số búa của 300 mm cuối, không tính số búa ở

150 mm xuyên đầu tiên Giá trị N (số búa/300 mm) được gọi là sức kháng xuyên của đất Thí nghiệm được tiến hành với khoảng cách 2m/ lần trong các lớp đất thông thường hoặc theo chỉ đạo trực tiếp của kỹ sư giám sát

Trang 30

Các mẫu thu được từ ống mẫu chẻ đôi của dụng cụ xuyên SPT được kiểm tra cẩn thận sau đó đựng vào túi nhựa, dán nhãn mẫu xáo động và được xếp vào trong các hộp gỗ

Hình 1.3: Bộ dụng cụ thí nghiệm SPT

b) Thí nghiệm cắt cánh

Phương pháp thí nghiệm này bao gồm các thí nghiệm cắt cánh trong đất yếu, bão hòa, đất dính Thí nghiệm cắt cánh cơ bản bao gồm việc ấn một cánh cắt bốn cánh vào trong đất nguyên trạng và xoay nó từ bề mặt đất để xác định lực xoắn cần thiết tạo ra trên bề mặt trụ xoay của cánh cắt; lực này sau đó được chuyển đổi thành một sức kháng cắt đơn vị trên bề mặt trụ cắt

Thí nghiệm cắt cánh được thực hiện bên trong hố khoan Trong khi thí nghiệm, sức kháng cắt không thoát nước ở trạng thái tự nhiên và phá hoại được ghi lại theo từng độ sâu khác nhau Độ nhạy của đất sẽ được tính toán dựa trên kết quả thí nghiệm

Kết quả thí nghiệm cắt cánh đã được hiệu chỉnh theo Bjerrum như sau:

+ µ là hệ số hiệu chỉnh phụ thuộc vào chỉ số dẻo của đất (µ= 0.99 cho lớp 3b;

µ =1,05 cho lớp 3c; µ =0.94 cho lớp 4a; µ =0,85 cho lớp 4b)

Kích thước cánh: (60 x 60) mm; K = 0.798 m3

Trang 31

Bảng 1.1: Tổng hợp kết quả thí nghiệm cắt cánh

Số TT thí

nghiệm

Chiều sâu (m) Lớp

Sức kháng cắt không thoát nước lớn nhất

ở điều kiện thường

(kPa)

Sức kháng cắt không thoát nước nhỏ nhất ở điều kiện thường (kPa)

Độ nhạy Sumax/Sumin

c) Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn CPTu (mũi xuyên hình nón):

Các thí nghiệm xuyên tĩnh được thực hiện cho 11 điểm , cụ thể là từ C-L1 đến C-L11 theo tiêu chuẩn ASTM D5778 Dựa trên kết quả của các thí nghiệm

Trang 32

xuyên tĩnh hiện trường CPTu và thông qua phần mềm xử lý dữ liệu GEOMIL, kết quả đã được thể hiện như sau :

Bảng 1.2: Kết quả các chỉ tiêu từ thí nghiệm CPTu

c

f100%

uq

8 Hiệu chỉnh sức kháng xuyên đầu

q



11 Sức kháng xuyên mũi thông

n v;z '

f100%

14 Giá trị hiệu quả Sức kháng

Trang 33

15 Tổng ứng suất thẳng đứng ov;z kPa Σ γdry + Σ γwet

17 Sức kháng cắt không thoát nước

qc sức kháng xuyên đầu mũi

Sức kháng xuyên mũi qc là lực xuyên trên một đơn vị diện tích được xác định bằng cách chia tổng lực xuyên dọc trục lên đầu mũi chia cho diện tích mặt cắt ngang mũi xuyên (AT = 10 cm2)

T c T

FqA

s s s

FfA

f

q

  (%) (1.5)

Trang 34

Bảng 1.3: Kết quả thí nghiệm CPTu

trung bình (m)

Sức kháng xuyên mũi qc (MPa)

Sức kháng ma sát thành fs ( MPa)

Hệ số ma sát Rf (%)

Trang 35

Hình 1.4: Ghi chép số liệu CPTu

Hính 1.5 Thí nghiệm xuyên CPTu

d) Thí nghiệm xuyên tĩnh bằng máy cầm tay (PCT)

Thí nghiệm xuyên tĩnh PCT được tiến hành theo tiêu chuẩn Nhật bản JGS 1431-2003

Trang 36

Công thức tính sức kháng xuyên đầu mũi:

c c

QqA

Trong đó: Qc (kN hoặc N) Lực xuyên đầu mũi

A : (m2) (A = 0.000645 m2) diện tích mũi côn (mũi xuyên)

Trang 37

e) Thí nghiệm đo điện trở:

Thí nghiệm đo điện trở suất được tiến hành theo tiêu chuẩn ASTM

G57-78 Điện trở suất của đất được đo đạc thông qua bộ ghi IPR-12 (sản xuất ở Canada) Số liệu đo điện trở suất biểu kiến được phân tích định lượng bằng phần mềm chuyên dụng theo mô hình 2

Phương pháp thí nghiệm: thí nghiệm đo điện được tiến hành bằng cách sử dụng thiết bị cấu hình Wenner bao gồm 10 bộ phận đo (AM = MN = NB = a) với các giá trị cụ thể theo cự li 0.7, 1.5, 2, 3, 5, 7, 10, 15, 20 và 30m Tại mỗi trạm, công tác đo lường được thực hiện theo 2 hướng bao gồm hướng bắc nam N-S và hướng đông tây EW Sơ đồ sắp xếp các điện cực được trình bày trong hình1.2

Hình 1.7: Sơ đồ bố trí các điện cực

Kết quả phân tích định lượng của dữ liệu thu được từ các trạm đo như sau:

Bảng 1.4: Giá trị đo điện trở suất tại các trạm đo

Trang 38

Kết quả đo theo hướng Bắc-Nam

Kết quả phân tích cho thấy mô hình của các giá trị điện trở suất trong phạm

vi chiều sâu nghiên cứu bao gồm 4 lớp:

Hình 1.8a: Kết quả phân tích định lượng của đường cong điện trở suất đất tại trạm

ERT1 theo hướng Bắc-Nam

Trang 39

Kết quả đo theo hướng Đông -Tây

Hình 1.8b: Kết quả phân tích định lượng của đường cong điện trở suất đất tại trạm

ERT1 theo hướng Đông - Tây

Trang 40

+ Kết quả phân tích định lượng của đường cong điện trở suất đất tại trạm ERT2 theo hướng bắc-nam được thể hiện trong hình 1.9a và theo trục Y được thể hiện trong hình 1.9b

Kết quả đo theo hướng Bắc-Nam

Hình 1.9a: Kết quả phân tích định lượng của đường cong điện trở suất đất tại trạm

ERT2 theo hướng Bắc-Nam

Định dạng
Số trang	140
Dung lượng	22,22 MB