Đánh giá đặc điểm cấu trúc nền đất yếu khu vực depot của dự án đầu tư xây dựng đường sắt đô thị tuyến cát linh hà đông, đề xuất và thiết kế giải pháp xử lý

Tổng quan vấn đề nghiên cứu: nền đất yếu, cấu trúc nền đất yếu và các giải pháp xử lý áp dụng; Điều kiện địa chất công trình khu vực nghiên cứu; Phân chia cấu trúc nền khu vực Depot; Đặc

NGUYỄN VĂN CƯỜNG

ĐÁNH GIÁ ĐẶC ĐIỂM CẤU TRÚC NỀN ĐẤT YẾU KHU VỰC DEPOT CỦA DỰ ÁN ĐẦU TƯ XÂY DỰNG ĐƯỜNG SẮT ĐÔ THỊ TUYẾN CÁT LINH - HÀ ĐÔNG, ĐỀ XUẤT VÀ THIẾT KẾ GIẢI

PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU THÍCH HỢP

Nghành: Kỹ thuật địa chất

Mã số : 60520501

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS Nguyễn Viết Tình

HÀ NỘI, 2014

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

Hà Nội, ngày … tháng … năm 2014

Tác giả luận văn

Nguyễn Văn Cường

MỤC LỤC

Trang

Lời cam đoan 1

Mục lục 2

Danh mục bảng 4

Danh mục hình 6

Mở đầu 7

1.Tính cấp thiết của đề tài 7

2 Mục tiêu của đề tài 7

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 7

4 Nội dung của đề tài 7

5 Phương pháp nghiên cứu 8

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 8

7 Cơ sở tài liệu của luận văn 9

8 Cấu trúc của luận văn 9

Chương 1: Tổng quan các kết quả nghiên cứu 10

1.1 Tổng quan các kết quả nghiên cứu về nền đất yếu, các yếu tố đặt ra nền đất yếu trên thế giới và Việt Nam 10

1.2 Tổng quan các kết quả nghiên cứu về đặc điểm cố kết của đất yếu trên thế giới và Việt Nam 16

1.3 Tổng quan các kết quả nghiên cứu về cấu trúc nền đất yếu trên thế giới và Việt Nam 19

Chương 2: Đặc điểm địa chất công trình và phân chia cấu trúc nền khu vực nghiên cứu 25

2.1 Đặc điểm địa chất công trình khu vực nghiên cứu 25

2.2 Đặc điểm địa chất công trình khu Depot 26

2.3 Địa tầng và tính chất cơ lý của lớp đất 27

2.4 Đặc điểm nước mặt và nước dưới đất 34

2.5 Phân chia cấu trúc nền đất yếu khu vực Depot 34

2.5.1 Khái niệm cấu trúc nền đất yếu: 34

2.5.2 Phân chia cấu trúc nền khu Depot: 36

2.5.2.1 Mục đích phân chia cấu trúc nền 36

2.5.2.2 Cở sở phân chia cấu trúc nền 36

2.5.2.3 Phân chia cấu trúc nền 39

2.5.2.4 Đánh giá đặc tính xây dựng của các kiểu cấu trúc nền 39

Chương 3: Luận chứng, đề xuất và thiết kế giải pháp xử lý nền đất thích hợp 41

3.1 Đặc điểm các hạng mục xây dựng khu vực Depot thuộc tuyến đường sắt Cát Linh - Hà Đông 41

3.1.1 Khái quát chung dư án 41

3.1.2 Đặc điểm xây dựng 41

3.2 Các giải pháp nền 42

3.2.1 Mục đích của việc xử lý nền đất yếu 42

3.2.2 Các giải pháp xử lý nền đất yếu 43

3.2.2.1 Giải pháp xử lý nền đất yếu bằng cọc cát 43

3.2.2.2 Giải pháp xử lý nền đất yếu bằng giếng cát 45

3.2.2.3 Giải pháp xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm 46

3.2.2.4 Giải pháp xử lý nền đất yếu bằng Cọc đất xi măng hoặc cọc vôi 46

3.2.2.5 Giải pháp xử lý nền đất yếu bằng đệm cát 50

3.2.2.6 Giải pháp xử lý nền đất yếu bằng gia tải trước 50

3.2.2.7 Giải pháp xử lý nền đất yếu bằng hút chân không 53

3.2.3 Nhận xét chung về các phương pháp xử lý nền đất yếu 55

3.3 Các giải pháp móng 56

3.4 Các giải pháp xử lý nền đất yếu đã áp dụng 58

3.4.1 Áp dụng giải pháp xử lý nền đất yếu bằng cọc xi măng đất 59

3.4.2 Áp dụng giải pháp xử lý nền đất yếu bằng công nghệ hút chân không 64

3.4.3 Áp dụng giải pháp xử lý nền đất yếu bằng cọc cát 69

3.4.5 Áp dụng giải pháp xử lý nền đất yếu bằng giếng cát 70

3.4.6 Áp dụng giải pháp xử lý đất yếu bằng phương pháp gia tải chân không 70

3.4.7 Áp dụng giải pháp xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm 72

3.4.8 Áp dụng giải pháp xử lý nền đất yếu bằng gia tải trước 73

3.5 Phân tích, đề xuất giải pháp xử lý nền đất yếu thích hợp 73

3.6 Luận chứng đề xuất giải pháp xử lý thích hợp khu vực nghiên cứu 76

3.6.1 Xác định tải trọng thiết kế 77

3.6.2 Thiết kế bấc thấm kết hợp với gia tải trước 78

3.6.2.1 Thiết kế bấc thấm 78

3.6.2.2 Tính toán sự ổn định của nền 78

3.6.2.3 Tính toán độ cố kết và độ lún của nền 79

3.6.3.Thiết kế xử lý nền đất yếu bằng phương pháp giếng cát kết hợp gia tải trước 79

3.6.3.1 Thiết kế giếng cát 79

3.6.3.2 Tính toán độ ổn định của nền 80

3.6.3.3 Tính toán độ cố kết và độ lún của nền 81

3.6.4 Thiết kế giải pháp xử lý nền đất bằng phương pháp bơm hút chân không kết hợp gia tải trước 81

3.6.4.1 Phạm vi xử lý nền 82

3.6.4.2 Xác định tải trọng tính toán 82

3.6.4.3 Tài liệu địa chất ở vùng xử lý nền 85

3.6.4.4 Kiểm tra ổn định của nền đắp trong giai đoạn thi công 87

3.6.4.5 Thiết kế hút chân không 89

3.6.5 Đánh giá các giải pháp xử lý nền 95

3.6.5.1 Phân tích, đánh giá hiệu quả về kỹ thuật 95

3.6.5.2 Phân tích đánh giá hiệu quả về bảo vệ môi trường 96

3.6.5.3 Phân tích hiệu quả kinh tế 97

Kết luận và kiến nghị 98

Tài liệu tham khảo 100

Phụ lục 103

DANH MỤC BẢNG

Trang

Bảng 2.1: Hàm lượng phần trăm các nhóm hạt 27

Bảng 2.2: Giá trị tiêu chuẩn các đặc trưng cơ lý 27

Bảng 2.3: Hàm lượng phần trăm các nhóm hạt 28

Bảng 2.4: Giá trị tiêu chuẩn các đặc trưng cơ lý 29

Bảng 2.5: Hàm lượng phần trăm các nhóm hạt 30

Bảng 2.6: Giá trị tiêu chuẩn các đặc trưng cơ lý 30

Bảng 2.7: Hàm lượng phần trăm các nhóm hạt 31

Bảng 2.8: Giá trị tiêu chuẩn các đặc trưng cơ lý 31

Bảng 2.9: Hàm lượng phần trăm các nhóm hạt 32

Bảng 2.10: Giá trị tiêu chuẩn các đặc trưng cơ lý 32

Bảng 2.11: Hàm lượng phần trăm các nhóm hạt 33

Bảng 2.12: Giá trị tiêu chuẩn các đặc trưng cơ lý 33

Bảng 3.1: Tổng hợp các công trình xây dựng khu Depot 42

Bảng 3.2: So sánh ưu, nhược điểm các phương pháp xử lý nền đất yếu 74

Bảng 3.3 So sánh khả năng áp dụng của các giải pháp xử lí nền đất yếu vào từng điều kiện cụ thể 76

Bảng 3.4: Tính tải trọng thực tế công trình trong giai đoạn sử dụng bình thường 77

Bảng 3.5: Tính tải trọng thực tế trong giai đoạn xử lý nền 77

Bảng 3.6: Thiết kế bấc thấm cho khu vực đường ray 78

Bảng 3.7: Tính toán tính ổn định của nền khu đường ray 78

Bảng 3.8: Kết quả tính toán độ lún và độ cố kết của nền 79

Bảng 3.9: Thiết kế giếng cát 80

Bảng 3.10: Tính độ ổn định của nền 80

Bảng 3.11: Kết quả tính toán độ cố kết và độ lún của nền 81

Bảng 3.12: Tọa độ các điểm khống chế vùng xử lý nền và diện tích tương ứng 82

Bảng 3.13: Tải trọng tính toán trong trường hợp không có gia cố nền 82

Bảng 3.14: Tải trọng tính toán trong giai đoạn khai thác 83

Bảng 3.15 Tải trọng tính toán trong giai đoạn bơm hút chân không kết hợp với gia tải trước 83

Bảng 3.16: Các hố khoan được lựa chọn đưa vào tính toán 85

Bảng 3.17: Tổng hợp các lớp đất trong phạm vi 86

Bảng 3.18: Thống kê chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất 86

Bảng 3.19: Bảng kiểm tra độ ổn định của nền trong giai đoạn đắp 89

Bảng 3.20: Độ lún dư và tốc độ lún lớn nhất của nền khu vực nghiên cứu 95

Bảng 3.21: So sánh giải pháp xử lý nền đất yếu khu Depot 95

Bảng 2.22 dự toán công trình phương pháp bơm hút chân không kết hợp gia tải trước 97

DANH MỤC HÌNH

Trang

Hình 2.1: Sơ đồ kiểu cấu trúc nền khu vực nghiên cứu 40

Hình 3.1: Một số kiểu mặt cắt có thể gia cố bằng cọc cát 45

Hình 3.2: Sơ đồ cấu tạo giếng cát 45

Hình 3.3: Thi công bấc thấm 46

Hình 3.4: Giải pháp dùng tầng đệm cát 50

Hình 3.5: Các kiểu phương pháp cố kết chân không: a - phương pháp cố kết chân không cách ly bằng vải, b - phương pháp cố kết chân không không bằng ống hút trực tiếp 54

Hình 3.6: Giải pháp thay đổi chiêu sâu chôn móng nằm trên nền đất yếu 57

Hình 3.7: Giải pháp thay đổi kích thước móng trên nền đất yếu 58

Hình 3.8: Thi công cọc xi măng đất tại Nhật Bản 59

Hình 3.9: Một số hình ảnh thi công cọc xi măng đất ở Đức 61

Hình 3.10: Cọc XMĐ dùng làm tường vây cho một công trình ở Vũng tàu 64

Hình 3.11: Cọc XMĐ dùng làm tường vây cho một công trình ở Vũng tàu 64

Hình 3.12: Cọc XMĐ dùng làm tường vây cho công trình Sài gòn Pearl-Nguyễn Hữu Cảnh-Tp HCM 64

Hình 3.13: Cọc XMĐ dùng làm tường vây cho công trình: 23-Nguyễn Thị Huỳnh - Tp HCM 64

Hình 3.1: Mặt bằng thi công chỉ ra sự khác nhau khi áp dụng thi công 2 hệ thống hút chân không 68

Hình 3.15: Một số hình ảnh về nền đất và xử lý nền đất của nhà máy Zhuhai Qinglubei,Trung Quốc 69

Hình 3.17: Qui trình gia tải theo giai đoạn thi công 84

Hình 3.18: Tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý phân bố theo độ sâu 87

Hình 3.19: Phân mảnh khối trượt trong phương pháp Bishop 88

Hình 3.20: Dạng mặt trượt và tâm trượt nguy hiểm nhất tương ứng với giá trị thấp nhất của các chỉ tiêu sức kháng cắt của đất 89

MỞ ĐẦU

1.Tính cấp thiết của đề tài

Giao thông đường sắt là một trong những hình thức quan trọng nước ta hiện nay, sự quá tải về giao thông đang là gánh nặng lên nền kinh tế, đặc biệt là ở các đô thị lớn

Tuyến đường sắt đô thị Cát Linh - Hà Đông là một trong những phương án giao thông tối ưu nhằm giải tỏa sự ách tắc cho Thủ đô Hà Nội, tuy nhiên, do chạy dài cắt qua nhiều khu vực có cấu trúc địa chất khác biệt nhau, đã gây khó khăn lớn cho việc xử lý nền móng công trình Đặc biệt là khu Depot với nhiều hạng mục xây dựng khác nhau, được đặt trên nền đất yếu có chiều dày lớn và biến đổi mạnh Để tìm ra giải pháp nền móng thích hợp nhằm đảm bảo ổn định cho khu Depot của

tuyến đường sắt trên, do vậy đề tài “Đánh giá đặc điểm cấu trúc nền đất yếu khu vực Depot của Dự án đầu tư xây dựng đường sắt đô thị tuyến Cát Linh - Hà Đông,

đề xuất và thiết kế giải pháp xử lý nền đất yếu thích hợp” là cần thiết và cấp bách

2 Mục tiêu của đề tài

- Đánh giá đặc điểm cấu trúc của nền đất yếu khu vực Depot;

- Đề xuất và thiết kế giải pháp xử lý ổn định nền đất yếu đảm bảo ổn định cho các hạng mục trong phạm vi xây dựng;

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu: Cấu trúc nền đất yếu khu vực Depot tuyến đường sắt

đô thị Hà Nội - Việt Nam, tuyến Cát Linh - Hà Đông

- Phạm vi nghiên cứu: Bao gồm khu vực Depot với tổng diện tích khoảng 26.2

ha Kích thước dài khoảng 560m, rộng khoảng 320m, với các hạng mục chính sau:

+ Khu nhà kho, xưởng sửa chữa liên hiệp

+ Khu vực đường ray dẫn vào ra và khu đường ray chay thử

+ Khu vực dự trữ để xây dựng các hạng mực khác ở giai đoạn tiếp theo + Khu đất phủ xanh và để trống

4 Nội dung của đề tài

Để đạt được mục đích đề tài đề ra nội dung nghiên cứu bao gồm

Tổng quan vấn đề nghiên cứu: nền đất yếu, cấu trúc nền đất yếu và các giải pháp xử lý áp dụng;

Điều kiện địa chất công trình khu vực nghiên cứu;

Phân chia cấu trúc nền khu vực Depot;

Đặc điểm tải trọng và khả năng ổn định của móng các hạng mục trong khu Depot; Luận chứng giải pháp xử lý nền đất yếu cho khu xây dựng Depot;

Thiết kế giải pháp xử lý nền đất yếu đã chọn;

5 Phương pháp nghiên cứu

Để thực hiện các mục đích trên, luận văn sẽ sử dụng tổng hợp các phương pháp nghiên cứu sau:

- Phương pháp kế thừa: Kế thừa các kiến thức, tổng hợp tài liệu khảo sát địa

chất công trình, kết quả nghiên cứu của các nhà khoa học cả lý thuyết và thực tế, các phương pháp thiết kế xử lý đất yếu đã xây dựng trên địa bàn thành phố Hà Nội

- Phương pháp thực nghiệm: Tổ chức triển khai khoan kiểm tra đối chứng

đánh giá các chỉ tiêu cơ lý của đất yếu sau khi xử lý bằng các phương án khác nhau

- Phương pháp tổng hợp: Căn cứ vào kết quả của phương pháp kế thừa,

phương pháp phân tích, tổng hợp các số liệu, kết hợp với kiến thức khoa học, quy trình, quy phạm để đánh giá tổng kết về địa chất yếu vùng nghiên cứu cũng như các giải pháp xử lý đất yếu hiện nay

- Phương pháp chuyên gia: Trao đổi, học tập và xin các ý kiến góp ý từ thầy

cô và các bạn đồng nghiệp

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 Depot tuyến đường sắt đô thị tuyến Cát Linh - Hà Đông, tìm ra giải pháp xử lý nền đất yếu hợp lý đảm bảo ổn định công trình;

- 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 của luận văn

- Bản đồ địa chất, địa mạo lãnh thổ khu vực Hà Nội

- Các tài liệu nghiên cứu khảo sát địa chất khu vực Hà Nội;

- Tài liệu báo cáo khảo sát khu xây dựng khu Depot thuộc Dự án tuyến đường sát Cát Linh - Hà Đông;

- Tài liệu về đặc điểm công trình của khu Depot;

- Các bài báo, công trình khoa học, luận văn, luận án trong và ngoài nước liên quan đến vấn đề phân chia cấu trúc nền, các giải pháp thiết kế xử lý nền đất yếu;

- Các tài liệu thu thập khác;

8 Cấu trúc của luận văn

Cấu trúc luận văn bao gồm phần mở đầu, 3 chương và phần kết luận được trình bày trong luận văn như dưới đây

Lời cảm ơn

Để hoàn thành bản luận văn, tác giả đã nhận được sự giúp đỡ vô cùng quí báu của Ban Giám hiệu trường Đại học Mỏ - Địa chất, phòng Đại học và Sau đại học, khoa Địa chất - trường Đại học Mỏ - Địa chất Hà Nội, đặc biệt là sự giúp đỡ, tận tình hướng dẫn khoa học của TS Nguyễn Viết Tình Qua đây, tác giả xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành TS Nguyễn Viết Tình và các thầy cô trong Bộ môn Địa chất công trình, cùng với sự nỗ lực của bản thân, tác giả đã hoàn thành bản luận văn thạc sĩ đúng thời gian quy định

Chương1

TỔNG QUAN CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan các kết quả nghiên cứu về nền đất yếu, các yếu tố đặt ra nền đất yếu trên thế giới và Việt Nam

Đất yếu là mối quan tâm của nhiều quốc gia trên thế giới, bởi những ảnh hưởng và hậu quả của chúng gây ra đối với xây dựng là rất lớn Để khắc phục những bất lợi của nền đất yếu cần có những nghiên cứu chuyên sâu để hiểu rõ bản chất và những đặc tính gây hại của chúng

Đặc tính của đất yếu cần phải được cải thiện để phục vụ các yêu cầu thực tế trong quá trình xây dựng và sử dụng công trình Đất yếu thường có độ ẩm cao và sức kháng cắt không thoát nước thấp Đất thuộc dạng cố kết bình thường và có khả năng thấm nước thấp Một số trường hợp đất yếu có hàm lượng hữu cơ cao và có cả than bùn Đối với một vài loại đất có độ lún thứ cấp chiếm từ 10 đến 25% độ lún tổng cộng.Trong một số khu vực các thành phố, mặt cắt địa kỹ thuật cho thấy nền đất bao gồm các lớp đất với độ chặt, độ cứng, độ thấm và chiều dày khác nhau [7]

Theo quan điểm xây dựng [17], đất yếu được xem xét trong mối quan hệ tương tác với công trình, tùy thuộc vào tải trọng của công trình truyền xuống nền, nếu tải trọng công trình truyền xuống nền lớn hơn sức chịu tải của nền thì nền đất được coi là nền đất yếu Vì vậy, người ta dựa vào các giá trị sức chịu tải quy ước và môđun tổng biến dạng của nền để phân biệt nền đất yếu

Theo quan điểm địa chất công trình [17], đất yếu là loại đất có thành phần, trạng thái và tính chất đặc biệt, có khả năng chịu tải thấp, biến dạng lớn, khi xây dựng công trình không thể áp dụng giải pháp móng nông trên nền thiên nhiên mà bắt buộc phải xử lý nền, hoặc lựa chọn giải pháp móng sâu Đất yếu rất dễ nhạy cảm khi chịu tải trọng động, cũng như với sự thay đổi của môi trường địa chất

Dựa theo các tiêu chuẩn Việt Nam và các tiêu chuẩn phân loại đất [20; 31] có thể thấy 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 có hệ số rỗng lớn (e0 >1,0), ở trạng thái từ dẻo đến chảy ( IS > 0,75), sức chống cắt thấp (Cu < 0,15 KG/cm2);

- Độ ẩm: 30% hoặc lớn hơn cho đất cát pha; 50% hoặc lớn hơn cho đất sét; 100% hoặc lớn hơn cho đất hữu cơ, có nguồn gốc đầm lầy;

- Chỉ số N của xuyên động tiêu chuẩn 0-5;

- Đất thường là các loại trầm tích trẻ chưa được nén chặt 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);

Việc xây dựng các công trình trên nền đất yếu ngoài các đặc tính của nền đất còn phụ thuộc vào các loại công trình (nhà, đường, đập, đê…) và quy mô công trình

Móng của các dạng công trình đặt trên nền đất yếu thường đặt ra những bài toán cần phải giải quyết như sau:

- Độ lún: Độ lún có trị số lớn, ma sát âm tác dụng lên cọc do tính nén lún của nền đất;

- Độ ổn định : Sức chịu tải của móng, độ ổn định của nền đắp, ổn định mái dốc, áp lực đất lên tường chắn, sức chịu tải ngang của cọc Bài toán trên phải được xem xét do sức chịu tải và cường độ của nền không đủ lớn;

- Hóa lỏng: Đất nền bị hóa lỏng do tải trọng động của tàu hỏa, ô tô và động đất;

Trong điều kiện Việt Nam hiện nay, các vấn đề thực tế sau đây đang được quan tâm:

- Xây dựng công trình đường giao thông, thủy lợi, đê điều và công trình cơ

sở trên nền đất yếu;

- Xử lý và gia cường nền đê, nền đường trên nền đất yếu hiện đang khai thác

và sử dụng cần có công nghệ xử lý sâu;

- Xử lý trượt lở bờ sông, bờ biển và đê điều

- Lấn biển và các công trình trên biển

- Xử lý nền cho các khu công nghiệp đươc xây dựng ven sông, ven biển

- Xử lý đất yếu để chung sống với lũ tại đồng bằng Sông Cửu Long

Đất yếu ở các khu vực đồng bằng lớn trên lãnh thổ Việt Nam có thể phân loại như sau:

- Phân loại theo tuổi, nguồn gốc: Đất yếu được hình thành và tồn tại trong điều kiện đặc biệt, trong đó yếu tố tuổi, nguồn gốc đóng vai trò quyết định Đất yếu thường là các trầm tích trẻ, nguồn gốc hồ - đầm lầy ven biển hay được hình thành ven sông, cửa sông và tồn tại trong điều kiện không thoát nước Có thể phân biệt một số loại đất yếu theo tuổi và nguồn gốc sau [6]:

+ Trầm tích sông - biển hỗn hợp thuộc các hệ tầng Vĩnh Phúc (đồng bằng sông Hồng) và Củ Chi (đồng bằng sông Cửu Long): Các trầm tích này có dấu hiệu thực vật bị phân hủy, than bùn hóa, kiểu đầm lầy ven biển trong quá trình hình thàn tam giác châu tuổi Pleistocene Tùy thuộc vào địa hình, địa mạo cổ mà các trầm tích này thể hiện ở dạng thấu kính hay lớp ở ven rìa các đồng bằng Thành phần chủ yếu của loại trầm tích này thường là sét, sét pha, màu xám nâu., xám đen chứa ít hữu cơ, trạng thái dẻo chảy đến dẻo mềm

+ Trầm tích đầm lầy - sông biển hỗn hợp tuổi Holocen thuộc các hệ tầng Hải Hưng, Thái Bình (đồng bằng sông Hồng), Bình Chính, Cần Giờ (đồng bằng sông Cửu Long) Loại trầm tích này có diện phân bố khá rộng rãi ở vùng trung tâm các đồng bằng Các trầm tích này chứa tảo nước mặn xen lợ - ngọt, đặc trưng cho kiểu đầm lầy ven biển Thành phần của đất thuộc loại trầm tích này thường là bùn sét, sét pha chứa hữu cơ với mức độ phân hủy khác nhau, đôi khi đất ở trạng thái dẻo chảy, dẻo mềm tùy theo điều kiện tồn tại

- Phân loại theo tính chất cơ lý của đất: Phân loại đất yếu theo tuổi, nguồn gốc có ý nghĩa lớn trong việc xác định và dự báo sự biến đổi đặc trưng địa chất công trình của đất như: quy luật phân bố, sự biến đổi thành phần và các tính chất vật

lý, cơ học của đất theo không gian và thời gian Việc này đòi hỏi phải có những nghiên cứu sâu rộng Đối với một công trình cụ thể, việc phân loại theo cách này khó có thể áp dụng được Khi đó, việc phân loại sẽ dựa theo tính chất cơ lý của đất, chủ yếu dựa vào thành phần và trạng thái như sau [6]:

Các loại đất bùn, bao gồm bùn sét (nếu chỉ số dẻo Ip ≥ 17, độ sệt IS >1, hệ số rỗng e0 ≥ 1.5), bùn sét pha (Ip = 7-17; IS >1, e0 ≥ 1), bùn cát pha (Ip = 1-7; IS >1, e0 ≥ 0.9); Đất ở trạng thái chảy: sét chảy (Ip ≥17; IS >1, 1< e0 < 1.5); sét pha chảy (Ip =7-17; IS

>1,e0 < 1); Cát pha chảy (Ip = 1-7; IS >1, e0 < 0.9); Đất ở trạng thái dẻo chảy: sét dẻo chảy (Ip ≥17; IS =0.75 -1); sét pha dẻo chảy (Ip = 7-17; IS = 0.75 -1); Theo hàm lượng hữu cơ, chia ra: Than bùn nếu hàm lượng hữu cơ P ≥ 60 %; đất than bùn nếu P = 20 -60%; đất chứa hữu cơ nếu P = 5 -20%

* Đặc điểm phân bố của đất yếu ở Việt Nam:

Theo Tạ Đức Thịnh, trong bài viết “Tổng quan về đất yếu và phương pháp

xử lý nền đất yếu ở Việt Nam”: Đặc điểm phân bố của đất yếu ở Việt Nam như sau:

- Các lớp bùn sét chủ yếu thuộc hệ tầng Hải Hưng, hệ tầng Cần Giờ được hình thành trong giai đoạn biển tiến mạnh (giai đoạn Holocene giữa, muộn) Vì thế, lớp này thường phân bố ở khu vực trung tâm và ven biển của các vùng đồng bằng

Độ sâu phân bố và bề dày tăng dần theo hướng từ trung tâm đồng bằng ra phía biển,

từ một vài mét đến gần 30m Tuy nhiên, do có nguồn gốc hồ - đầm lầy ven biển nên

sự phân bố của lớp bùn sét rất phức tạp và biến đổi mạnh

- Các loại đất bùn sét pha - cát pha chủ yếu thuộc hệ tầng Hải Hưng, Thái Bình, Bình Chánh được hình thành vào giai đoạn đầu của thời kỳ biển tiến (Holocene sớm, giữa), hoặc ở giai đoạn biển lấn nhẹ (thời kỳ Holocene muộn) Vì vậy, lớp này thường phân bố dưới lớp bùn sét

- Theo hướng dòng chảy, tỷ lệ bùn sét pha, cát pha so với bùn sét giảm Ví

dụ ở khu vực Hà Nội, sự phân bố của bùn sét pha phổ biến hơn lớp bùn sét, còn ở Hải Phòng thì ngược lại Ở một số khu vực, các lớp đất bùn sét hay bùn sét pha tồn tại trong điều kiện có thể thoát nước lỗ rỗng nên đã được cố kết một phần và trở thành sét, sét pha có trạng thái dẻo chảy cũng có diện phân bố khá phổ biến ở khu vực trung tâm của vùng đồng bằng với bề dày và chiều sâu không lớn ( thường

<10m) Đất nguồn gốc sông biển hỗn hợp tuổi Pleistocene thuộc các hệ tầng Vĩnh Phúc và Củ Chi thường tồn tại dưới dạng sét pha dẻo chảy đến dẻo mềm, phân bố

dạng thấu kính hay lớp ở ven rìa Diện phân bố hẹp, chiều sâu phân bố lớn và bề dày nhỏ

* Đặc điểm về thành phần:

- Thành phần khoáng vật: Nhìn chung, theo tài liệu thu thập thì thành phần khoáng vật của các loại đất yếu ở Việt Nam chủ yếu là các khoáng vật sét, Kaolinit, hydromica, vật chất hữu cơ, một ít montmorilonit và các mảnh vụn thạch anh, fenspat….[8]

- Thành phần hạt: Trầm tích Pleistocene muộn tướng hồ móng ngựa bị đầm lầy hóa (đất yếu thuộc hệ tầng Vĩnh Phúc) phân bố ở Yên Lạc, Việt Trì, Tiên Sơn, Sóc Sơn, Hiệp Hòa, Đông Anh, Gia Lâm, Thường Tín, Hoài Đức Hàm lượng các nhóm hạt bụi, sét trung bình (< 0.05) chiếm tới 65%, hàm lượng nhóm hạt cát chiếm 35% Tổng hợp các mẫu đất yếu thuộc hệ tầng này ở nội thành Hà Nội cho thấy nhóm hạt cát chỉ còn chiếm 25%, nhóm bụi, sét lên đến 75% Các khu vực còn lại ít gặp đất yếu của hệ tầng này

Kết quả nghiên cứu thành phần hạt của trầm tích Holocene sớm - giữa tướng

hồ - đầm lầy cho thấy, nhóm hạt cát chiếm từ vài phần trăm đến trên 30%, trung bình 18,2%, nhóm hạt bụi chiếm từ 10 đến trên 50%, trung bình là 30.1% Trong mặt cắt của hệ tầng này thường nhận thấy có sự tăng hàm lượng nhóm hạt cát, bụi

và giảm hàm lượng nhóm hạt sét theo chiều sâu Tuy nhiên, quy luật này không được thể hiện rõ, có thể bỏ qua Trong lớp bùn sét, sét pha, có nơi là bùn sét pha, có nơi là bùn sét, nhưng bùn sét là chủ yếu

Trầm tích Holocene muộn tướng hồ móng ngựa có thành phần bao gồm, nhóm hạt cát chiếm từ vài phần trăm đến 40 %, trung bình 28%, nhóm hạt bụi chiếm từ 20 đến 80%, trung bình 51,7%, nhóm hạt sét chiếm từ vài phần trăm đến trên 40%, trung bình 27%

- Hàm lượng hữu cơ: Như đã nói, phần lớn đất yếu ở Việt Nam có nguồn gốc

hồ - đầm lầy và song biển hỗn hợp Vì vậy, trong thành phần của chúng thường có chứa hữu cơ với hàm lượng và mức độ phân hủy khác nhau tùy theo nguồn gốc, tuổi Sự hình thành vật chất hữu cơ trong trầm tích Đệ Tứ liên quan đến quá trình

biển tiến, mức độ của quá trình này và các điều kiện cổ địa lý như địa hình, khí hậu,….Vì vậy, hàm lượng và mức độ phân hủy hữu cơ trong các loại đất yếu là rất khác nhau Đối với đất yếu tuổi Pleistocene, trong thành phần đất yếu thường chứa ít hữu cơ, chỗ cũng bắt gặp than bùn, nhưng chiều dày nhỏ (chỉ từ 1-2m), diện phân bố hẹp

Trong trầm tích Holocene, thường có chứa hàm lượng hữu cơ lớn (từ 20% đến trên 50%) với mức độ phân hủy từ 45 đến 78% (bùn sét); phần dưới (bùn sét pha) thường có hàm lượng hữu cơ thấp hơn (thường từ 7 - 10 đến trên 20%), mức độ phân hủy hữu cơ biến đổi trong phạm vi rộng từ 50 đến 80%

- Hàm lượng hữu cơ: Đất yếu ở khu vực đồng bằng song Cửu Long thường

bị nhiễm mặt với hàm lượng khác nhau

* Tính chất cơ lý:

Một trong những chỉ tiêu quan trọng của đất là chỉ tiêu cơ lý Có thể nhận xét

về đất yếu ở Việt Nam như sau:

- Sức chịu tải quy ước (R0) của các loại đất yếu thay đổi từ 0,43 đến 0,9 kG/cm2, Phổ biến E0 = 8,0 đến 20 kG/cm2

- Đất yếu có nguồn gốc hồ - đầm lầy, tuổi Holocene sớm - giữa là loại đất yếu nhất do trong thành phần có chứa hàm lượng hữu cơ khá cao Các lớp đất bùn sét và sét dẻo chảy có mô đun tổng biến dạng thấp hơn đất bùn sét pha và sét pha dẻo chảy

- Các chỉ tiêu cơ học của đất yếu biến đổi khá lớn

Ở trên thế giới và nước ta, việc xây dựng các công trình trên nền đất yếu rất phổ biến Vì vậy, đất yếu là đối tượng được quan tâm nghiên cứu rộng rãi Ở

Liên Xô cũ đã có các Hội nghị về đất yếu ở Tallin năm 1965, Riga năm 1972 va nhiều công trình nghiên cứu về đất yếu Trong tác phẩm “Thạch luận công trình”, V.D Lomtadze đã xếp đất yếu vào nhóm có thành phần, trạng thái và tính chất đặc biệt[26] Tác giả đã đi sâu trình bày các đặc điểm về thành phần và tính chất của đất yếu Công trình “Đất sét yếu bão hòa nước làm nền công trình” của tác giả M.L ABelev đã đi sâu phân tích khả năng xây dựng của đất yếu loại sét [14] Tác phẩm

“Nền và móng” trên đất than bùn của N.N Morareskul [28]; “Biến dạng của các

ngôi nhà” của B.G.Ximaghin và P.A Konovalov [29] đã đánh giá khả năng xây dựng của nền đất than bùn và phân tích các nguyên nhân lún nứt công trình

Tại Việt Nam, hàng loạt các công trình nghiên cứu ĐCCT khu vực Bắc Bộ, trong đó có khu vực Hà Nội đã đề cập đến vấn đề nguồn gốc, tuổi địa chất, sự phân

bố, thành phần và tính chất của đất yếu Năm 1973, Hoàng Văn Tân cùng tập thể tác giả đã xuất bản cuốn: “Những phương pháp xây dựng trên công trình 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

Năm 1976 - 1980, tác giả Lê Huy Hoàng 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 Năm [3]

Năm 1994, tác giả Lê Trọng Thắng 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 khu vực Hà Nội” [13] Trên cơ sở kết quả thí nghiệm nén cố kết các loại mẫu đất yếu khác nhau, tác giả chỉ ra những hạn chế của kết quả xác định hệ số nén lún khi tiến hành theo quy trình nén ổn định quy ước trong 2 giờ Cũng năm 1994, Tác giả Nguyễn Viết Tình và Phạm Văn Tỵ có bài: “ Kết quả nghiên cứu bước đầu về tính bất đồng nhất của trầm tích hồ đầm lầy tầng Hải Hưng dưới (blQIV1-2hh1) ở khu vực thành phố

Hà Nội” Báo cáo 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 [10] Trong khu vực nghiên cứu còn tồn tại một số loại đất yếu có thành phần, tính chất và khẳ năng xây dựng khác nhau

1.2 Tổng quan các kết quả nghiên cứu về đặc điểm cố kết của đất yếu trên thế giới và Việt Nam

Dưới tác dụng của tải trọng nén, đất bị biến dạng thể tích Trong đất bão hòa nước, lỗ rỗng được lấp đầy nước không bị nén ép, tải trọng ngoài tác dụng vào đất, truyền lên nước lỗ rỗng và cốt đất Biến dạng chỉ xảy ra khi nước thoát khỏi lỗ rỗng

vào khi đó có sự xắp xếp lại các hạt đất Quá trình biến dạng của đất dưới tác dụng của tải trọng không đổi gọi là quá trình cố kết Quá trình cố kết được quy ước chia

thành hai giai đoạn: giai đoạn 1- cố kết thấm (quá trình ép thoát nước tự do ra khỏi lỗ rỗng của đất và (giai đoạn 2- cố kết từ biến (quá trình xắp xếp lại các hạt đất dưới tác

dụng của ứng suất hữu hiệu không đổi) ở đất loại sét, nhất là đất yếu bão hòa nước, quá trình cố kết thường diễn ra trong một thời gian dài Quá trình cố kết có thể xảy ra dưới tác dụng của áp lực địa tầng hay của tải trọng công trình, và còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác của môi trường xung quanh Từ trước đến nay, đã có nhiều công trình nghiên cứu về cố kết và giải các bài toán liên quan đến lún do cố kết

K.Terzaghi là người đầu tiên nghiên cứu về hiện tượng cố kết của đất và là người khởi thảo ra lý thuyết cố kết thấm (cố kết sơ cấp) (1925) [31] Ông đã đưa ra

mô hình cố kết thấm và dựa trên mô hình đó thiết lập phương trình vi phân cố kết thấm một chiều trong điều kiện không nở hông của lớp đất sét yếu bão hòa nước có

bề dày hữu hạn Theo Terzaghi, quá trình biến dạng thẳng đứng của đất sét bão hòa nước dưới tác dụng của tải trọng là quá trình thoát nước tự do ra khỏi lỗ rỗng của đất Như vậy, đất sét được xem như một hệ hai pha gồm các hạt rắn và nước chứa đầy trong lỗ rỗng, khi đó áp lực truyền vào đất được phân ra làm hai phần: áp lực tác dụng lên nước lỗ rỗng (áp lực trung tính) và áp lực tác dụng lên hạt đất (áp lực hay ứng suất hữu hiệu)

Hiện tượng cố kết tiếp tục được nghiên cứu và lý thuyết cố kết ngày càng

®­îc hoàn chỉnh và đề cập tới nhiều vấn đề thực tế hơn như trong các công trình nghiên cứu của N.M.Gerxevanov (1937), D.E.Polsin (1948), V.A.Florin (1948 - 1951), N.A.X−tovich (1934), N.N.Verigin, L.Rendulic (1935- 1937), N.J.Carrilo (1942), R.A.Barron (1947), R.E.Gibson, D.Taylor, [30]

Các công trình đó đã đề cập tới nhiều vấn đề của lý thuyết cố kết như:

- Giải bài toán cố kết thấm trong trường hợp cố kết hai chiều, cố kết ba chiều;

- Giải bài toán cố kết thấm có xét đến biến dạng của cốt liệu đất và của nước;

- Phát triển lý thuyết cố kết thấm khi hệ số thấm kt , hệ số nén mk thay đổi trong quá trình cố kết, …

N M.Gerxevanov (1937) và D.E.Polsin đã phát triển thêm lý thuyết cố kết để nâng cao độ chính xác khi tính lún theo thời gian cho một số trường hợp cụ thể [11]

L.Rendulic (1935) đã lập phương trình vi phân cố kết đối xứng trục để xác định áp lực nước lỗ rỗng trong nền N.Carrillo (1942) đã chuyển bài toán cố kết thấm ba chiều thành tổng hợp của bài toán cố kết thấm theo chiều thẳng đứng và theo chiều xuyên tâm K.Terzaghi (1946) dùng phương pháp giải tích để giải bài toán cố kết thấm theo chiều thẳng đứng R.E.Glover, R.A.Barron (1948), Icarhy Da Silveira (1953), cho lời giải bài toán cố kết theo hướng xuyên tâm [31]

M.Yu.Abelev (1967), S.Hansbo (1979) đã giải bài toán cố kết theo hướng xuyên tâm có xét đến gradient thuỷ lực ban đầu và độ bền liên kết kiến trúc của đất [31]

V A.Florin (1961) đã nghiên cứu và cho lời giải đầy đủ các bài toán nén chặt đất hai chiều và ba chiều dưới tác dụng của tải trọng bản thân, tải trọng ngoài và của dòng thấm Ông còn giải bài toán có kể đến độ bền liên kết kiến trúc, građient ban đầu, sự thay đổi hệ số thấm, từ biến của cốt đất, tính nén ép của nuớc lỗ rỗng, hàm lượng khí trong đất và sự thay đổi áp lực pháp theo thời gian[31]

N.N.Vergin [31] cho rằng ở ngay thời điểm ban đầu khi mới đặt tải, nước lỗ rỗng và hạt đất đều đồng thời chịu tác dụng của tải trọng ngoài, khác với lý thuyết

cố kết thấm của K.Terzaghi

V.A Florin và M.A.Biot (1941) đã đưa ra lý thuyết cố kết cho đất không bão hòa (có các bọt khí) Theo lý thuyết này, quá trình cố kết xảy ra cùng một lúc với lực tác dụng tương hỗ giữa hai thành phần của đất (hạt khoáng và nước lỗ rỗng) dưới dạng lực thể tích Lý thuyết này đã được nhiều các tác giả khác tiếp tục phát triển Scot (1963) đã đưa ra quan hệ biến thiên hệ số rỗng và biến thiên hệ số bão hòa và lập ra phương trình cố kết Fredlund và Hansan (1979) đã tìm ra hai phuơng trình vi phân riêng phần để xác định áp lực nước lỗ rỗng và áp lực khí lỗ rỗng trong quá trình cố kết của đất không bão hòa Dakshanamurthy và nnk đã mở rộng lý thuyết cố kết cho đất không bão hòa sang trường hợp ba chiều Rarhadjo (1990) đã tiến hành các thí nghiệm cố kết một chiều trên đất cát bụi không bão hòa trong một xilanh được thiết kế đặc biệt [25]

Tuy nhiên, theo ý kiến của N.A.X−tovich cũng như nhiều tác giả khác, đối với các đất loại sét yếu, bão hòa nước, chưa đuợc nén chặt hoặc với các loại đất

không có liên kết ximăng, để tính lún theo thời gian có thể áp dụng lý thuyết cố kết thấm của Terzaghi [30]

Để xác định các thông số cố kết của đất, đã có nhiều tác giả đề ra các phuơng pháp khác nhau Trong đó, A Casagrande (1936) đã đề ra phương pháp xác định áp lực tiền cố kết trên đồ thị e-logP và hệ số cố kết Cv theo đồ thị quan hệ giữa biến dạng và logarit thời gian (s-lgt) Còn D.Taylor (1948) đưa ra phương pháp xác định

Cv theo đồ thị quan hệ giữa biến dạng và căn bậc hai thời gian s- t

Ở Việt Nam, đã có các công trình nghiên cứu về cố kết của đất Nguyễn Công Mẫn đã xác định được các trị số áp lực nước lỗ rỗng và độ cố kết theo thời gian trong trường hợp bài toán cố kết thấm ba chiều Hoàng Văn Tân đã giải bài toán cố kết thấm ba chiều trong truờng hợp tải trọng thay đổi theo thời gian, tính thấm của đất và tải trọng thay đổi đều trong quá trình nén chặt, có xét đến ảnh hưởng của từ biến đối với nền đất dùng giếng cát [9]

Nguyễn Viết Tình [13] đã tiến hành nghiên cứu xác định độ bền liên kết kiến trúc, áp lực tiền cố kết, gradient ban đầu và các thông số đặc trưng cho quá trình cố kết thấm của trầm tích phụ hệ tầng Hải Hưng dưới Tác giả nghiên cứu đặc tính biến dạng- cố kết bằng thiết bị nén cố kết một trục không nở hông (phương pháp cố kết tiêu chuẩn) và cố kết đẳng hướng trên máy nén ba trục với các sơ đồ khác nhau cho đất bùn sét hữu cơ, bùn sét pha hữu cơ và đất than bùn hoá

Bùi Đức Hải đã tiến hành nghiên cứu đặc điểm cố kết từ biến của trầm tích phụ hệ tầng Hải Hưng dưới trên thiết bị nén một trục có đo áp lực nước lỗ rỗng mà tác giả tự chế tạo và ứng dụng các kết quả nghiên cứu để dự báo lún cho công trình Tác giả đưa ra kết luận, trong đó nêu rõ cố kết từ biến đóng vai trò quan trọng trong việc gây biến dạng lún cho công trình, đặc biệt là đối với đất bùn chứa hữu cơ [1]

Như vậy, trên thế giới và ở Việt Nam, đặc điểm cố kết của đất đã và đang được tiến hành nghiên cứu để ngày càng hoàn thiện hơn Tuy nhiên, do các tính chất cố kết của đất có nguồn gốc khác nhau vẫn là vấn đề phức tạp và cần được nghiên cứu tiếp

1.3 Tổng quan các kết quả nghiên cứu về cấu trúc nền đất yếu trên thế giới và Việt

Nam

Cấu trúc nền hiện nay đang được nhiều ngời quan tâm và định nghĩa khác nhau Nguyễn Thanh [16] quan niệm: "Cấu trúc nền công trình là tầng đất được sử dụng làm nền công trình xây dựng, được đặc trưng bằng những quy luật phân bố theo chiều sâu các thành tạo đất đá có liên kết kiến trúc, nguồn gốc, tuổi, thành phần, cấu trúc, bề dày, trạng thái và tính chất địa chất công trình không giống nhau"

Nguyễn Huy Phương [6] coi "Cấu trúc nền là mối quan hệ không gian của các lớp đất, đá, đặc điểm thành phần, kiến trúc cấu tạo của chúng, cũng như đặc tính địa chất công trình của các lớp đất, đá nằm trong vùng nén ép công trình

Tác giả Lê Trọng Thắng [14] quan niệm: "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 địa chất công trình xác định diễn ra trong vùng ảnh hưởng của công trình"

Phạm Văn Tỵ [12] 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 các 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, đa 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 [27]

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 điểm nền công trình đã được sơ đồ hoá về mặt địa tầng và đặc tính cơ lý của đất đá Một số tác giả khác như 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 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 các vấn đề liên quan Tác giả Vũ Cao Minh [5] 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 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 phải 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 huởng 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 [23] và phần nào đó trùng với khái niệm "Miền xác định" [27] 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 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 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 trờng 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, tuỳ 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 lấp đất yếu trực tiếp ảnh hưởng đến công trình, trong trường hợp ranh giới này lớn hơn vùng hoạt động của công trình

Nghiên cứu cấu trúc nền không thể tách rời việc nghiên cứu môi trường địa chất Trong tác phẩm "Lý thuyết chung của địa chất công trình" của G.K Bonđaric [31] và "Địa chất công trình - Khoa học về môi trường địa chất" của E.M.Xergheev

đã đưa ra các định nghĩa về môi trường địa chất và các quan điểm nghiên cứu [31] Hàng loạt các công trình liên quan nghiên cứu về ảnh hưởng của các tác động kinh

tế - công trình của con người làm biến đổi môi trường địa chất phải kể đến như: Tác phẩm "Kỹ thuật nước ngầm" của Abdel -[31], đã đề cập đến các vấn đề liên quan đến nước dưới đất, trong đó có vấn đề sụt lún mặt đất do khai thác nước Nhiều biến đổi môi trường địa chất do con người gây nên như: "Những vấn đề địa chất công trình liên quan đến nhiệm vụ sử dụng hợp lý và bảo vệ môi trờng ảnh hưởng của các hoạt động của con người" của  V Kotlov; "Những vấn đề dự báo sự biến đổi môi trường địa chất dưới ảnh hưởng của các tác động kỹ thuật" của V.A.Mironhenko, X.E Gretrnsep, B.V Xnairnov, V.M.Sextakov; "Kết quả và nhiệm vụ nghiên cứu sự

biến đổi của môi trường địa chất khi khai thác nước dưới đất" của L.X.Iazvin, B.V.Borevxki, I.K Gavice, K.I Xtrev, M.A.Khordikainhen [31]

Do đất yếu là đối tượng nghiên cứu phổ biến nên có thể nói, trên thế giới còn nhiều công trình nghiên cứu liên quan đến chúng nhưng trong luận văn chưa có điều kiện trình bày hết

Tuy vậy, các công trình nghiên cứu trên cũng chỉ đề cập sâu theo từng khía cạnh của vấn đề nghiên cứu Việc nghiên cứu tổng hợp các nội dung trên đối với cấu trúc nền đất yếu nhìn chung còn ít được chú ý Các công trình nghiên cứu trong nước đề cập đến nội dung đề tài nhìn chung cũng rất phong phú Hàng loạt các công trình nghiên cứu ĐCCT khu vực đồng bằng Bắc bộ, trong đó có 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 sét rìa Bắc đồng bằng Bắc Bộ Năm 1973, Hoàng Văn Tân cùng tập thể tác giả đã xuất bản cuốn "Những phương pháp xây dựng công trình trên nền đất yếu" 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 [9] Năm 1976 - 1980, Lê Huy Hòang 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 kĩ thuật xây dựng Năm 1979, Nguyễn Văn Thơ có bài "Các đặc trưng cơ lý của đất dính vùng đồng bằng Nam Bộ" 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

Nhìn chung các công trình trên chủ yếu nghiên cứu các tác động của con người làm biến đổi môi trường địa chất, mà ít đề cập ảnh hưởng của môi trường địa chất đến cấu trúc nền và công trình xây dựng trên nó Với 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 Tuỳ 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 bị 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

Chương 2

ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH VÀ PHÂN CHIA CẤU TRÚC NỀN

ĐẤT YẾU KHU VỰC NGHIÊN CỨU 2.1 Đặc điểm địa chất công trình khu vực nghiên cứu

Căn cứ theo bản đồ địa chất khu vực Hà Nội tỷ lệ 1/200 000, địa tầng khu xây dựng gồm 5 hệ tầng như sau:

1 Hệ tầng Thái Bình tuổi Holocene muộn (Q 2 3 tb)

Hệ tầng này được hình thành bởi các trầm tích hiện đại có nguồn gốc sông -

hồ - đầm lầy, niên đại khoảng 3000 năm

Trầm tích sông hồ (aQ23tb): chủ yếu phân bố dọc theo các sông lớn ở đáy sông hoặc bãi bồi, phía dưới là cát hoặc đất bụi màu xám nâu, phía trên là đất bụi và đất sét, bề dày từ 5 ~ 35.5m

Trầm tích sông hồ đầm lầy (ab Q2

3

tb): Chỉ phân bố ở khu vực huyện Đông Anh, chủ yếu gồm đất bụi hoặc đất dính có chứa vật chất hữu cơ tạo thành, cục bộ

có các thể thấu kính than bùn

2 Hệ tầng Hải Hưng tuổi Holocene sớm - giữa (Q 2 1-2 hh)

- Trong khu vực Hà Nội, hệ tầng Hải Hưng gồm 2 loại nguồn gốc chủ yếu: + Trầm tích hồ - đầm lầy (lb Q21-2 hh): phân bố ven khu vực trũng của đồng bằng Hà Nội Thành phần chủ yếu là sét màu xám xẫm, xám đen, bùn hoặc than bùn cấu thành

+ Trầm tích biển (m Q21-2 hh): Căn cứ theo tài liệu hố khoan, chủ yếu phân

bố từ khu vực phía Nam và Đông Nam sông Đuống – Nhổn, thành phần là đất sét mịn và sét pha màu xám xanh, xám vàng, trạng thái dẻo, bề dày khoảng 6m

3 Hệ tầng Vĩnh Phúc tuổi Pleistocene muộn (Q 1 3 bvp)

Hệ tầng Vĩnh Phúc chủ yếu là nguồn gốc sông hồ, đầm lầy và biển

- Trầm tích nguồn gốc sông (aQ13bvp): Ở khu vực đồng bằng, ở độ sâu từ 20

~ 40m bề dày từ 6.2 ~ 38.0m, thành phần là sỏi, cát, đất bụi hoặc đất dính màu hồng hoặc tạp màu

- Trầm tích sông - hồ - biển (amQ13bvp): thành phần là sét pha màu xám, đôi chỗ xen kẹp lớp cát mỏng, chiều dày biến đổi từ 2.5 ~ 19.6m

4 Hệ tầng Hà Nội tuổi Pleistocene sớm – giữa (Q 1 1-3 hn)

Hệ tầng này gồm guồn gốc sau:

- Trầm tích hồ - đầm lầy (lb Q21-2 hh): phân bố ven khu vực trũng của đồng bằng Hà Nội Thành phần là sét,bùn hoặc than bùn màu xám xẫm, xám đen

- Trầm tích biển (m Q21-2 hh): phân bố từ khu vực phía Nam và Đông Nam sông Đuống - Nhổn, thành phần là đất sét mịn và sét pha màu xám xanh, xám vàng, trạng thái dẻo

- Trầm tích nguồn gốc sông – hồ:(apQ12-3hn): Trong khu vực Hà Nội các trầm tích nguồn gốc sông – hồ phân bố ở độ sâu lớn, chủ yếu do đá cuội sỏi, thành phần đá gốc chủ yếu là khoáng vật thạch anh, silic, basalt, đá cát kết…, độ dày biến đổi từ 2.5 ~ 6.0m Hạt có kích thước từ thô đền mịn đến cát pha màu xám nâu

- Trầm tích nguồn gốc sông (aQ12-3hn): bắt gặp ở tất cả các hố khoan, chủ yếu là cuội, sỏi, cát, bụi và đất dính, độ dày từ 4 ~ 47m Trong đất sét pha màu vàng

- xám có chứa lượng lớn chất hữu cơ như: tảo Navicula, tảo dị cực

5 Hệ tầng Viên Nam (T 1 vn)

Đá núi lửa hệ tầng Viên nam chỉ phân bố ở đoạn cuối của tuyến, do các mảnh vụi núi lửa cấu thành Đá có màu xanh, xám xẫm lẫn đốm, độ sâu phân bố và chiều dày tương đối ổn định, từ 50 đến vài trăm mét

2.2 Đặc điểm địa chất công trình khu Depot

Khu Depot thuộc Dự án đầu tư xây dựng đường sắt đô thị Hà Nội - Việt Nam; tuyến Cát Linh Hà Đông là dự án EPC do Tổng cục đường sắt số 6 Trung Quốc nhận thầu, Công ty TNHH Tổng viện nghiên cứu thiết kế xây dựng thành phố Bắc Kinh thiết kế, Công ty TNHH Viện nghiên cứu thiết kế khảo sát xây dựng thành phố Bắc Kinh phụ trách khảo sát Tư vấn Giám sát: Công ty Cổ phần Tư vấn giám sát chất lượng công trình Thăng Long Công tác khảo sát địa chất công trình ngoài hiện trường và thí nghiệm trong phòng do Công ty Cổ phần Tư vấn xây dựng công trình Giao thông 2 - TECCO2 thực hiện

Khu vực Depot đã tiến hành khoan 119 lỗ khoan khảo sát địa chất công trình, 39 lỗ xuyên tĩnh (CPT) và trong báo cáo luận văn này học viên tổng hợp các tài liệu của các lỗ khoan đã khảo sát dùng phân chia cấu trúc nền, tính toán xử lý nền đất yếu

2.3 Địa tầng và tính chất cơ lý của lớp đất

Theo báo cáo khảo sát địa chất công trình khu Depot do Công ty Cổ phần

Tư vấn xây dựng công trình Giao thông 2 - TECCO2 thực hiện năm 2011, năm

2012 và năm 2013 tại vị trí xây dựng, dựa vào kết quả khoan khảo sát, tuổi địa chất, nguồn gốc và thành phần thạch học, địa tầng, chiều sâu trong phạm vi khảo sát gồm các lớp sau

- Lớp 1- Đất lấp, đất ruộng, có thành phần là sét pha lẫn mùn thực vật

Đất lấp phân bố đều trong khu vực khảo sát, bắt gặp từ 0,0 - 3,7, lớp có bề dày biến đổi từ 1 đến 3,7 m, trung bình là 2,27m Thành phần của lớp chủ yếu là đất sét lẫn mùn thực vật

- Lớp 2 - Bùn sét, mầu xám nâu, xám đen

Lớp 2 có diện phân cục bộ trên phạm vi khảo sát và nằm ngay dưới lớp 1 ở

độ sâu từ 1 m đến 17,5m, bề dày trung bình 8,1m Thành phần của lớp chủ yếu là bùn sét xám nâu, xám xanh Dưới đây là kết quả tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý được thể hiện bảng 2.1, bảng 2.2:

Bảng 2.2: Giá trị tiêu chuẩn các đặc trưng cơ lý

STT Các chỉ tiêu Ký hiệu Đơn vị Giá trị

- Lớp 3 - Sét pha mầu xám nâu, xám đen trạng thái dẻo mềm

Lớp 3 phân bố cục bộ trên phạm vi khảo sát, và bắt gặp ở các hố khoan:,HK

32, HK 46, HK 56, HK 59, HK 64 Lớp này nằm ngay dưới lớp 1 và lớp 2 từ độ sâu

10 m - 24,9 Bề dày trung bình là 8,7 Thành phần của lớp chủ yếu là sét pha màu xám nâu, xám xanh Dưới đây là kết quả tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý được thể hiện bảng 2.3, bảng 2.4:

3 Nhóm cát hạt trung 2-0.425 99,8

Bảng 2.4: Giá trị tiêu chuẩn các đặc trưng cơ lý

- Lớp 4 - Cát pha màu xám vàng, xám xanh, trạng thái dẻo

Lớp 4 phân bố hẹp trên phạm vi khảo sát, nằm dưới lớp 2 và 3, bắt gặp ở HK36 và HK46, HK49, HK50, HK 52, HK 53, HK 56, HK 63, HK 67, từ độ sâu 12,0m - 28,0m Bề dày trung bình của lớp là 4,4m Thành phần của lớp chủ yếu là cát pha màu xám xanh, trạng thái dẻo Dưới đây là kết quả các chỉ tiêu cơ lý được thể hiện bảng 2.5, bảng 2.6:

Bảng 2.6: Giá trị tiêu chuẩn các đặc trưng cơ lý

STT Các chỉ tiêu Ký hiệu Đơn vị Giá trị

- Lớp 5 - Sét pha nhẹ màu xám nâu, xám vàng, trạng thái dẻo mềm

Lớp 5 phân bố đều khắp khu vực khảo sát, lớp bắt gặp trong tất cả các hố khoan bắt gặp từ độ sâu 15,2m - 30,0m Bề dày trung bình của lớp là 7,54m Thành phần của lớp chủ yếu là sét pha nhẹ, màu xám nâu, xám vàng, trạng thái dẻo chảy Dưới đây là kết quả các chỉ tiêu cơ lý được thể hiện bảng 2.7, bảng 2.8:

Bảng 2.8: Giá trị tiêu chuẩn các đặc trưng cơ lý

STT Các chỉ tiêu Ký hiệu Đơn vị Giá trị

- Lớp 6 - Cát pha mầu xám xanh, xám vàng, trạng thái dẻo

Đây là lớp phân bố hầu hết trên phạm vi khảo sát, lớp bắt gặp trong tất cả các

hố khoan bắt gặp từ độ sâu 12,0 m - 36,8m Bề dày trung bình của lớp là 7,4m Thành phần của lớp chủ yếu là cát pha, màu xám nâu, xám vàng Dưới đây là kết quả các chỉ tiêu cơ lý được thể hiện bảng 2.9, bảng 2.10:

Bảng 2.10: Giá trị tiêu chuẩn các đặc trưng cơ lý

STT Các chỉ tiêu Ký hiệu Đơn vị Giá trị

- Lớp 7 - Cát hạt trung lẫn ít sỏi sạn, màu xám, kết cấu chặt vừa

Đây lớp cuối cùng trong chiều sâu khảo sát và bắt gặp từ 33,49 m Bề dày của lớp chưa xác định Thành phần của lớp là cát hạt vừa lẫn ít sỏi sạn, màu xám, kết cấu chặt vừa Dưới đây là kết quả các chỉ tiêu cơ lý được thể hiện bảng 2.11, bảng 2.12:

Bảng 2.12: Giá trị tiêu chuẩn các đặc trưng cơ lý



u



2 Hệ số rỗng lớn nhất của cát emax - 1,1

2.4 Đặc điểm nước mặt và nước dưới đất

Tại khu vực Depot độ sâu của mực nước ngầm từ 0,3-1,8m, cao độ của mực nước từ 1,51-3,16m Mực nước ngầm có áp từ 25- 35m, cao độ khoảng -12~ -17m, những lớp chứa nước là lớp 4, 6,7 và các lớp ở dưới, cao độ mực nước hơn 10m

Nước ngầm: Chủ yếu được cung cấp bởi nước mưa, thấm ngang; thoát chủ

yếu theo phương thức bốc hơi, thấm ngang và thấm xuống dưới

Nước mặt: Có tính ăn mòn yếu đối với kết cấu bê tông, không có tính ăn

mòn đối với cốt thép trong kết cấu bê tông trong điều kiện khô ướt thay thế, không

có tính ăn mòn trong điều kiện ngâm lâu trong nước, có tính ăn mòn yếu đối với kết cấu cốt thép

2.5 Phân chia cấu trúc nền đất yếu khu vực Depot

2.5.1 Khái niệm cấu trúc nền đất yếu:

Nghiên cứu đánh giá đất đá nền thông qua đánh giá mô hình cấu trúc nền có

ý nghĩa đặc biệt quan trọng trong địa chất công trình và trong xây dựng Cấu trúc nền là cơ sở giúp các nhà thiết kế xác định được tải trọng, quy mô, đặc điểm kết cấu, dự báo các hiện tượng động lực công trình và biến đổi môi trường địa chất, cũng như lựa chọn loại móng và các giải pháp xử lý nền thích hợp Mỗi kiểu cấu trúc nền thường được sử dụng nhóm phương pháp khảo sát, đánh giá, sử dụng hợp

lý và bảo vệ lãnh thổ khác nhau

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 nền Thuật ngữ “Cấu trúc nền” được sử dụng để chỉ nền công trình có nhấn mạnh đến đặc điểm cấu trúc Thực tế công tác xây dựng công trình cho thấy, giữa công trình, 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 Vì vậy, khái niệm “Cấu trúc nền” 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 phải phản ánh các đặc điểm địa chất công trình khác của đất đá trong quan hệ biến đổi cả không gian và thời gian của chúng [4]

Theo tác giả Lê Trọng Thắng [14] đã đưa ra định nghĩa về Cấu trúc nền như sau: “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 địa chất công trình xác định, diễn ra trong vùng ảnh hưởng của công trình”

Theo tác giả Nguyễn Thanh [16], định nghĩa như sau: “Cấu trúc nền công trình

là tầng đất được sử dụng làm nền cho công trình xây dựng, được đặc trưng bằng những quy luật phân bố theo chiều sâu các thành tạo đất đá có liên kết kiến trúc, nguồn gốc, tuổi, thành phần, cấu trúc, bề dày, trạng thái và tính chất địa chất công trình không giống nhau”

Hiện nay, tại Việt Nam cũng như trên thế giới các nghiên cứu về cấu trúc nền đất yếu đã được tiến hành từ nhiều năm:

Các nghiên cứu về cấu trúc nền ở ngoài nước thường liên quan đến việc xử

lý nền đất yếu cho một công trình cụ thể nào đó, ví dụ: Shinsha, H.Hara có nghiên cứu Độ lún cố kết và chuyển vị ngang của nền đất yếu khi cải tạo bằng phương pháp cọc cát; Scheiger, H.F và Pande có nghiên cứu Phương pháp phân tích số đối với nền đường đắp trên cấu trúc nền đất yếu được xử lý bằng cọc đá; Bergado, DT

và Enriquez có nghiên cứu Phân tích tiềm năng các chỉ tiêu địa kỹ thuật đối với sét yếu Bangkok sau khi cải tạo; Cọc vật liệu rời: Trạng thái tự nhiên và triển vọng cho việc cải tạo sét Bangkok Asaoka, Matsuo có nghiên cứu Sức chịu tải không thoát

nước của sét kết hợp với cọc cát, … Ngoài ra còn rất nhiều tác giả khác cũng có các nghiên cứu về cấu trúc nền trên nền đất yếu [24] Tác phẩm “Mô hình cấu trúc trong Địa chất công trình” của M.V.Ras [27] 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 xác định công trình Trong nhiều tác phẩm khác, nhiều tác giả đã đưa ra các dạng sơ đồ cấu trúc nền và nêu các giải pháp nền móng thích hợp với chúng [26]

Trên thực tế, để giải quyết vân đề nền đất yếu của một công trình, một khu vực nào đó, việc tiến hành phân loại cấu trúc nền đất yếu sẽ được tiến hành cho một dạng công trình hoặc một khu vực mang tính tổng quát Chính vì vậy, để giải quyết mục đích của đề tài này, tác giả dựa trên các luận điểm về cấu trúc nền trong luận án của tác giả Lê Trọng Thắng làm cơ sở lý thuyết để phân loại cấu trúc nền, lựa chọn giải pháp xử lý thích hợp để phục vụ khu Depot tuyến đường sắt Cát Linh - Hà Đông

2.5.2 Phân chia cấu trúc nền khu Depot:

2.5.2.1 Mục đích phân chia cấu trúc nền

- Mục đích của việc phân chia cấu trúc nền đất thành các kiểu, phụ kiểu

và dạng có cấu trúc địa chất, đặc tính cơ lý của đất đá và đặc điểm địa chất thủy văn khác nhau, từ đó giúp cho việc khai thác, sử dụng hợp lý tài nguyên đất xây dựng trong thiết kế nền móng công trình xây dựng công nghiệp và dân dụng

- Kết quả nghiên cứu có thể giúp định hướng thiết kế các giải pháp nền mãng

2.5.2.2 Cở sở phân chia cấu trúc nền

Phân chia cấu trúc nền có ý nghĩa vô cùng quan trọng, nó không chỉ giúp cho việc lựa chọn giải pháp xử lý nền thích hợp, mà còn có thể áp dụng tốt cho các công trình khác có cấu trúc tương tự,… Tuy nhiên, trước khi phân chia phải xác định cụ thể xem cấu trúc nền có đất yếu hay không, sau đó mới tiến hành phân loại Việc xác định này thường được dựa trên đặc tính cụ thể của công trình (phạm vi và qui

mô công trình, kiểu phân bố tải trọng, chiều sâu ảnh hưởng, vai trò của nền), đặc điểm địa chất công trình của các lớp đất, quan hệ cấu trúc của các lớp đất (bề dày, mức độ biến đổi bề dày, độ sâu phân bố các lớp đất), yếu tố địa chất thủy văn, vv Cấu trúc nền khu Depot thuộc tuyến đường sắt trên cao Cát Linh - Hà Đông được phân chia cấu trúc nền dựa theo điều kiện sau

a Phân chia cấu trúc nền theo địa chất công trình khu vực nghiên cứu

+ Địa hình địa mạo nói chung bằng phẳng: chủ yếu là địa hình đồng bằng tích tụ sông hồ đầm lầy

+ Trong phạm vi thành phố, các yếu tố địa chất thủy văn như: sự có mặt các đơn vị chứa nước, mực nước dưới đất ít biến đổi

+ Các hiện tượng địa chất động tự nhiên bắt gặp và đáng chú ý là động đất + Sự biến đổi về địa tầng và tính chất cơ lý của các loại đất đá là đáng kể nhất Chính vì vậy, trong các yếu tố về điều kiện địa chất công trình thì các yếu tố về địa tầng và tính chất cơ lý của đất nền sẽ là cơ sở chính để phân chia cấu trúc nền

Chiều sâu nghiên cứu để phân chia cấu trúc nền là chiều sâu giới hạn làm môi trường địa chất bị biến đổi dưới ảnh hưởng của các hoạt động kinh tế - công trình Như vậy, có thể thấy rằng, chiều sâu phân chia cấu trúc nền đất tùy thuộc tính chất môi trường địa chất và tính chất, quy mô các hoạt động kinh tế - công trình

Như vậy, khi phân chia các kiểu cấu trúc nền đất khu vực Depot thuộc tuyến đường sắt Cát Linh - Hà Đông cần xem xét các yếu tố chủ yếu sau đây:

Đặc điểm tính chất cơ lý của đất, đá: thể hiện chủ yếu ở độ bền, tính biến dạng và sự nhậy cảm trước các tác động bên ngoài;

Đặc điểm cấu trúc địa chất: thể hiện ở đặc điểm sắp xếp không gian các lớp đất đá (các thể địa chất) tham gia vào cấu trúc nền, trong đó đặc biệt chú ý sự có mặt của các lớp đất yếu;

Đặc điểm địa chất thuỷ văn chú ý tới các tầng chứa nước liên thông với nhau, hay được ngăn cách bởi các lớp cách nước, nước dưới đất là nước ngầm hay nước có áp

b Phân chia cấu trúc theo tải trọng các hạng mục công trình

Theo nghị định số 209/2004/NĐ-CP ban hành ngày 16/12/2004, các công trình xây dựng chia ra làm hai dạng chính:

- Các công trình xây dựng dân dụng là các công trình phục vụ cho mục đích dân dụng công cộng như: công trình văn hóa; công trình giáo dục; công trình y tế; công trình thương nghiệp, dịch vụ; nhà làm việc; khách sạn, nhà khách; nhà phục vụ giao thông; nhà phục vụ thông tin liên lạc, tháp thu phát sóng phát thanh, phát sóng truyền hình; nhà ga, bến xe; công trình thể thao các loại

- Công trình giao thông gồm: công trình đường bộ; công trình đường sắt; công trình đường thủy; cầu; hầm; sân bay

Căn cứ vào nghị định số 209/2004/NĐ-CP quy mô xây dựng các hạng mục công trình khu vực Depot có các cấp tải trọng mà người ta chia ra làm hai loại: nhà thấp tầng và các tuyến đường sắt ra - vào, đường ray chạy thử

Dựa vào phương thức tác dụng của tải trọng để chia ra làm hai loại: công trình chịu tác dụng của tải trọng động và công trình chịu tác dụng của tải trọng tĩnh Các công trình chịu tác dụng của tải trọng động thường là các công trình giao thông như đường bộ, đường sắt, các công trình công nghiệp như móng máy, công trình khai thác mỏ Quy ước về tải trọng tĩnh hay tải trọng động chưa được nghiên cứu nhiều, trong khuôn khổ của bản luận văn này chúng tôi chỉ đề cập cả hai loại tải trọng

+ Tải trọng tĩnh là khu vực xây dựng chủ yếu là nhà thấp tầng, kết cấu BTCT không có tải trọng đặc biệt.Trong nhà thấp tầng, người ta lại chia ra làm hai cấp: công trình cấp III và công trình cấp IV Công trình cấp III là những công trình có số tầng từ 4 đến 8 tầng Công trình cấp IV là những công trình có số tầng từ 3 tầng trở xuống

+ Tải trọng động khu vực xây dựng là khu vực chạy thử xe và đoạn nối giữa khu chạy thử, khu vực bảo trì xe và tuyến chính bởi tuyến ra vào khu Depot

2.5.2.3 Phân chia cấu trúc nền

- Dựa vào mục đích nghiên cứu phục vụ cho việc lựa chọn giải pháp xử lý nền phục vụ xây dựng các các hạng mục công trình khu Depot thuộc tuyến đường Sắt Cát Linh - Hà Đông Thành phố Hà Nội

- Dựa trên cơ sở đặc điểm địa chất công trình của khu Depot, cụ thể là dựa vào

sự có mặt của lớp đất yếu, lớp 2 (bùn sét), do khu Depot phạm vi nghiên cứu quá nhỏ, địa tầng không biến đổi phức tạp, vì vậy, tác giả phân chia cấu trúc nền thành 1 kiểu

có sự tham gia của lớp đất yếu lớp 2

2.5.2.4 Đánh giá đặc tính xây dựng của các kiểu cấu trúc nền

Phân chia cấu trúc nền đất theo các đặc điểm ĐCCT và khả năng xây dựng khác nhau nhằm sử dụng hợp lý chúng trong công tác thiết kế xây dựng, cũng như trong các nghiên cứu liên quan khác Phân chia cấu trúc nền đất trong khu vực Depot thuộc tuyến đường sắt Cát Linh - Hà Đông có các ý nghĩa cụ thể sau:

- Đóng góp những tài liệu thực tế phục vụ cho nghiên cứu địa chất công trình khu vực nghiên cứu

- Góp phần sáng tỏ các kiểu cấu trúc đất nền khu vực Depot, giúp cho công tác quản lý và quy hoạch xây dựng của địa phương để khai thác hợp lý, tiết kiệm tài nguyên đất xây dựng và đảm bảo ổn định công trình

- Tài liệu nghiên cứu là cơ sở đơn vị sản xuất, chủ đầu khi lập dự án, phương án khảo sát địa chất công trình, dự kiến, thiết kế các giải pháp nền móng thích hợp với từng dạng cấu trúc nền đất và quy mô tải trọng công trình

- Giúp cho các cán bộ thiết kế định hướng được giải pháp xử lý nền thích hợp cho các công trình xây dựng dân dụng, công nghiệp có quy mô khác nhau tại khu vực nghiên cứu và các khu vực lân cận có cấu trúc nền tương tự

- Vị trí xây dựng khu Depot Hà Đông, Hà Nội nằm trên nền đất có nguồn gốc sông, tuổi từ Pleixtocel đến Holocel, hệ tầng Thái Bình có bề dày biến đổi mạnh Phạm vi nghiên cứu gồm các lớp sau: Lớp đất lấp, bùn sét, dưới nữa là sét pha, cát pha màu xám xanh xám vàng, và cuối cùng là cát hạt trung chặt vừa Sơ đồ kiểu cấu trúc nền khu Depot tổng quát được thể hiện hình 2.1 dưới đây