Đề tài Đặc tính địa kỹ thuật và giải pháp gia cố nền đất Trung tâm phân phối hàng hoá cảng container Phù Đổng - Gia Lâm - Hà Nội

Mở đầu Trong xu thế hội nhập và toàn cầu hoá nền kinh tế, Đảng và Nhà nước ta đang từng bước hiện đại hoá các cảng, cụm cảng hiện có, đồng thời xây dựng thêm nhiều cảng mới nhằm nâng cao năng lực vận chuyển hàng hoá xuất nhập khẩu. Với những ưu điểm nổi bật của phương thức vận tải container và sự phát triển hết sức Ên tượng của kinh tế Việt Nam trong những năm qua là nguyên nhân chính làm cho hàng hoá container Việt Nam ở gia tăng mạnh mẽ. Hội đủ những yếu tố thuận lợi về điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội, dự án xây dựng Trung tâm phân phối hàng hoá cảng container Phù Đổng sẽ được xây dựng tại xã Cổ Bi - Gia Lâm trên diện tích 120ha. Từ ngày 25/2/2003 đến ngày 31/5/2003 tôi được bộ môn Địa kỹ thuật và Địa chất môi trường cử tới Công ty Tư vấn xây dựng Cảng- Đường Thuỷ thực tập với mục đích tìm hiểu thực tế, thu thập tài liệu chuyên môn viết khoá luận tốt nghiệp. Sau khi kết thúc thực tập, tôi đã được bộ môn giao viết khoá luận với đề tài: Đặc tính địa kỹ thuật và giải pháp gia cố nền đất Trung tâm phân phối hàng hoá cảng container Phù Đổng - Gia Lâm - Hà Nội”. Nội dung khoá luận ngoài phần mở đầu và kết luận bao gồm: Phần I: - Chương 1. Đặc điểm địa lý tự nhiên và kinh tế xã hội nhân văn - Chương 2: Đặc điểm cấu trúc địa chất - Chương 3: Đặc điểm địa chất thủy văn - Chương 4: Các quá trình và hiện tượng địa chất động lực công trình Phần II: - Chương 5: Các phương pháp nghiên cứu - Chương 6: Đặc tính Địa kỹ thuật nền đất khu vực xây dựng công trình - Chương 7: Các giải pháp gia cố nền đất phục vụ xây dựng bãi container. Trong giai đoạn thực tập và viết khoá luận, nhờ sự giúp đỡ của cán bộ, nhân viên Công ty Tư vấn xây dựng Cảng - Đường Thuỷ, sự chỉ bảo tận tình của các thầy, cô giáo trong khoa Địa Chất cùng các bạn đồng nghiệp, đặc biệt là sự hướng dẫn nhiệt tình, chu đáo của các thầy Chu Văn Ngợi và Đỗ Minh Đức. Qua đây, tôi xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc, chân thành tới các thầy Chu Văn Ngợi, Đỗ Minh Đức, các thầy cô trong bộ môn Địa kỹ thuật và Địa chất môi trường - khoa Địa chất, trường ĐHKH tự nhiên - ĐHQG Hà Nội và các cô chú, anh chị của công ty Tư vấn Xây dựng Cảng Đường Thuỷ cùng bạn bè đồng nghiệp. Do khả năng và thời gian hạn chế nên khoá luận tốt nghiệp không tránh khỏi những sai sót, rất mong được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô và các bạn. Chương 1 đặc điểm địa lý tự nhiên-kinh tế nhân văn khu vực Hà nội 1.1. đặc điểm địa lý tự nhiên 1.1.1 Vị trí địa lý khu vực nghiên cứu Thủ đô Hà Nội có lịch sử hình thành và phát triển lâu đời, là một thành phố có vị trí và địa thế đẹp trở thành trung tâm văn hoá, chính trị, kinh tế, khoa học kỹ thuật và đầu mối giao thông quan trọng nhất của cả nước. Thành phố Hà Nội nằm ở hai bên sông Hồng trên vùng đồng bằng màu mì, ở trung tâm đồng bằng Bắc Bộ giới hạn bởi các toạ độ địa lý 105016’30”-106001’30” kinh độ Đông 20030’0”- 21035’00” vĩ độ Bắc Hà Nội gốm có 7 quận nội thành và 5 huyện ngoại thành; có ranh giới giáp các tỉnh Phía Bắc giáp Vĩnh Phóc, Thái Nguyên. Phía Đông - Đông Nam giáp Bắc Ninh- Hưng Yên. Phía Tây - Tây Nam giáp Hà Tây. Vị trí công trình trung tâm phân phối hàng hoá - cảng container Phù Đổng nằm ở phía Đông Nam thành phố thuộc địa phận xã Cổ Bi- Gia Lâm. 1.1.2. Địa hình Khu vực Hà Nội có địa hình khá bằng phẳng (trừ khu vực Đông Anh, Sóc Sơn). Địa hình nhìn chung có xu thế hơi nghiêng từ Tây Bắc xuống Đông Nam. Cao độ địa hình khu vực phía Bắc thành phố thường từ 7-12m, ở trung tâm thành phố 5-7m, nơi thấp nhất từ 3-4m. Căn cứ vào vị trí và nguồn gốc thành tạo địa hình có thể phân chia ra các kiểu địa hình sau: a. Dạng địa hình trong đê Dạng địa hình này hình thành trong quá trình tích tô , chiếm khoảng 90% diện tích và nằm phía trong của đê sông Hồng, sông Đuống, ở đây quá trình tích tụ không còn được tiếp diễn do có các hệ thống đê. Địa hình trong đê chỉ còn bị tác dụng của nước mặt do xâm thực nhẹ, địa hình bị san phẳng, cao độ địa hình thay đổi từ 3- 8,5m. b. Dạng địa hình ngoài đê Dạng địa hình này gồm các bãi bồi phân bố dọc sông Hồng, sông Đuống, sông Nhuệ. Sau khi có hệ thống đê các bãi bồi chỉ phát triển trong phạm vị giữa hai đê dọc theo sông, tại đây diễn ra quá trình bồi đắp phù sa liên tục. Có hai dạng bãi bồi chính là: Bãi bồi ven lòng Bãi bồi giữa sông Bãi bồi giữa sông không ổn định, sau mỗi mùa lũ bãi bồi giữa sông luôn thay đổi hình dạng có khi bị mất hẳn. Bãi bồi ven lòng hàng năm được đắp thêm phù sa, tuy nhiên cũng bị sụt lở do tác động của dòng nước (nh­ bãi bồi Phóc Xá, Long Biên). 1.1.3 . Khí hậu thuỷ văn. + Khí hậu: Khí hậu Hà Nội tiêu biểu cho kiểu khí hậu Bắc Bộ với đặc điểm nhiệt đới gió mùa, nóng Èm, mưa nhiều. Một năm có hai mùa rõ rệt với các đặc điểm riêng biệt. - Mùa khô kéo dài từ tháng 10 đến tháng 3 năm sau. Lạnh nhất là tháng 1 đến tháng 2 với nhiệt độ trung bình 160c có khi nhiệt độ hạ thấp tới 5-70c. Vào mùa này lượng mưa thường không đáng kể, tháng có lượng mưa lớn nhất trong mùa khô chỉ 112,6mm (11/1993). - Mùa nóng mưa nhiều thường bắt đầu từ tháng 4 đến tháng 10, nóng nhất vào tháng 6 và tháng 8 với nhiệt độ trung bình là 290c khi cao nhất có thể đạt 35-400c. Lượng mưa mùa này thường chiếm 80-90% tổng lượng mưa cả năm. + Thuỷ văn: Hà Nội có mạng lưới sông, hồ dày đặc với nhiều hệ thống sông lớn nhỏ có trắc diện khác nhau. - Sông Hồng là con sông lớn chảy qua theo hướng Bắc Nam, có đoạn chảy theo hướng Tây Đông chảy ra sông Đuống. Động thái của sông rất phức tạp, dao động theo mùa, mùa mưa có lúc dâng cao trên báo động 3 (14m). Hàng năm con sông này vận chuyển một lượng lớn phù sa ra biển, trung bình 96,40 triệu tấn/năm. Hàm lượng phù sa trung bình 1,4 kg/m3(mùa khô đạt 0,5kg/m3, mùa mưa đạt 3-3,5 kg/m3) - Sông Đuống nằm ở phía Bắc thành phố Hà Nội là sông phân luồng chính của sông Hồng, nó nối với hệ thống sông Thái Bình là chi lưu của sông Hồng nên động thái của sông Đuống phụ thuộc chặt chẽ vào sông Hồng. - Sông Nhuệ nằm ở phía Tây thành phố chảy qua địa phận thuộc huyện Từ Liêm. Ngày nay Sông Nhuệ phụ thuộc rất Ýt vào động thái của sông Hồng mà chủ yếu phụ thuộc vào sự tác động của con người qua hệ thống cống Liên Mạc . - Sông Kim Ngưu, sông Tô Lịch, sông Lừ, sông Sét là các con sông nhỏ chảy trong thành phố. Động thái phụ thuộc vào nguồn nước thải và nước mưa. Hệ thống sông này làm nhiệm vụ tiêu nước thải cho thành phố. - Hồ ao. Hà Nội có khá nhiều ao, hồ, nhiều hồ lớn có nguồn gốc sông, hồ tập trung nhiều ở nội thành và ngoại thành nh­ Thanh Trì , Tây Hồ, Hoàn Kiếm và một số ở Từ Liêm. Tổng diện tích khoảng 630ha. Hồ ao lớn là nơi thoát nước của thành phố. Các hồ lớn như Hồ Tây, hồ Trúc Bạch, Bảy Mẫu, Ba Mẫu, Hoàn Kiếm, trong đó Hồ Tây lớn nhất nằm ở phía Tây Bắc với diện tích 358 ha, sâu trung bình 1-3m. Hồ là một thắng cảnh, nơi điều hoà khí hậu cuả thành phố. 1.2. đặc điểm kinh tế - nhân văn 1.2.1. Dân cư Thủ đô Hà Nội có dân số tập trung rất đông, theo tài liệu thống kê dân số năm 2000 tổng dân số Hà Nội là 2.840.700 triệu người trong đó nội thành là 1.460.700 người. Mật độ dân số 2993 người/km2, người Hà Nội chủ yếu là dân téc Kinh. 1.2.2 Kinh tế Cùng với xu thế hội nhập vào nền kinh tế thế giới và với vai trò là một vùng kinh tế quan trọng của cả nước, kinh tế Hà Nội đang phát triển mạnh và cân đối với nhiều hình thức hoạt động. Các khu công nghiệp, khu chế xuất được quy hoạch và xây dựng với nhiều doanh nghiệp sản xuất, kinh doanh đa nghành nghề. Trong cơ cấu kinh tế các nghành nông nghiệp, dịch vụ, thương mại đang chuyển dịch mạnh mẽ theo hướng thị trường kinh tế Hà Nội đóng góp không nhỏ vào ngân sách Nhà nước. 1.2.3 Văn hoá- Giáo dục Hà Nội là trung tâm văn hoá, chính trị, khoa học kỹ thuật lớn của cả nước. Với hệ thống giáo dục khá hoàn thiện, nhiều trường đại học lớn đào tạo nhiều ngành nghề, lĩnh vực chuyên môn khác nhau. Hà Nội còn là nơi giao lưu văn hoá của nhiều dân téc trong và ngoài nước không những thế Hà Nội đang tích cực chủ động hội nhập với các nền văn hoá thế giới, chọn lọc và định hướng phát triển những nét tiến bộ của các nền văn hoá khác đồng thời luôn luôn gìn giữ và phát huy bản sắc văn hoá dân téc Việt Nam. 1.2..4. Hệ thống giao thông vận tải Hà Nội là đầu mối giao thông quan trọng của cả nước, không kể các hệ thống mạng lưới đường phố dày đặc phân bố trong nội thành, Hà Nội có hơn 800km đường ô tô chủ yếu gồm các quốc lé 1, 2, 3, 5, 6. Thành phố có 86km đường sắt và các ga trung tâm đi các tỉnh thành trong cả nước. Ngoài ra, mạng lưới giao thông đường thuỷ được phân bố dọc theo sông Hồng, sông Đuống, đường hàng không có sân bay quốc tế Nội Bài. Chương 2 đặc điểm cấu trúc địa chất 2.1. đặc điểm trầm tích đệ tứ khu vực hà nội Nền móng của hầu hết các công trình ở đồng bằng Bắc Bộ đều đặt trên trầm tích Đệ Tứ bở rời, yếu, được hình thành từ 1,6 triệu năm trở lại đây. Chóng có ảnh hưởng lớn đến sự ổn định và bền vững của công trình. Theo các nhà địa chất Việt Nam trầm tích Đệ Tứ vùng đồng bằng Bắc Bộ nói chung và khu vực Hà Nội nói riêng được thành tạo trong 5 giai đoạn liên quan với 5 quá trình biển tiến, biến thoái, bắt đầu từ Pleistocen và được đặc trưng bởi năm hệ tầng từ dưới lên như sau: 2.1.1.Thống Pleistocen dưới + Hệ tầng Lệ Chi (aQ1lc) Đây là một phân vị mới, lần đầu tiên được đoàn địa chất Hà Nội xác lập. Hệ tầng Lệ Chi không lé ra ở vùng nghiên cứu do các trầm tích trẻ phủ lên, chỉ quan sát thấy trong các hố khoan sâu trung bình 45-69,5m, các tuyến cắt qua nội thành trong khu vực nghiên cứu tầng Lệ Chi phân bố hầu khắp và phát triển chủ yếu theo hướng Tây Bắc - Đông Nam theo hướng chảy của sông Hồng, bề dày của tầng đạt lớn nhất là 25m. Tầng Lệ Chi tách ra từ phần dưới của hệ tầng Hà Nội và phần trên của hệ tầng Vĩnh Bảo trước đây. Trầm tích tầng Lệ Chi từ dưới lên hạt thô chuyển dần sang hạt mịn được chia thành 3 tập. - Tập 1. Thành phần cuội, sỏi cát và Ýt bột sét. Cuội sỏi cuả tầng này rất sạch, độ mài tròn tốt, chủ yếu là cuội thạch anh và silic. Thỉnh thoảng gặp cuội đá vôi, cuội có kích thước 2-3cm có khi đạt 3-5cm. Chiều dày trung bình 20m. - Tập 2: Thành phần chủ yếu là bột cát, cát hạt nhỏ màu xám có độ chọn lọc và mài tròn tốt, chiều dày trung bình 3m. - Tập 3: Thành phần là bột sét màu xám, xám vàng, xám đen chứa tảo nước ngọt, thuộc trướng bãi bồi, chiều dày thay đổi từ 0,2-1,5m. Sự thành tạo đất đá của hệ tầng Lệ Chi có liên quan đến thời kỳ bóc mòn xâm thực, rửa trôi vùng đá gốc thời kỳ Pleistocen sớm. Chúng có nguồn gốc aluvi và phủ trực tiếp lên trên các thành tạo Neogen. 2.1.2. Thống Pleistocen giữa + Hệ tầng Hà Nội (ap-a Q1hn) Qua các tài liệu nghiên cứu, nguồn gốc trầm tích hệ tầng này gồm các trầm tích sông, sông lũ. Mặt cắt hệ tầng Hà Nội được đặc trưng bởi 2 kiểu - Kiểu mặt cắt vùng lé - Kiểu mặt cắt vùng phủ a. Kiểu mặt cắt vùng lé Xuất hiện ở vùng ven rìa như Vệ Linh, Phù Cường với trầm tích sông lũ có chiều dày 1-2m. Gồm cuội, sỏi sạn lẫn Ýt bột sét màu vàng nằm phủ trên bề măt phong hoá các đá cổ hơn. b. Kiểu mặt cắt vùng bị phủ Mặt cắt vùng bị phủ quan sát được qua các lỗ khoan sâu 35,5-69,5m với chiều dày 34m. Vật liệu trầm tích được phân ra làm ba tập từ dưới lên như sau: - Tập 1: Thành phần cuội, cuội tảng, sỏi sạn có Ýt cát, bét. Chủ yếu là cuội thạch anh, silic, có Ýt đá phun trào andezit, cuội tectit. Cuội có độ mài tròn kém, kích thước 2-5cm có khi tới 10cm, bề dày tầng từ 10-20m. - Tập 2: thành phần cát bột, vàng xám, nâu gạch. Thành phần chính là thạch anh và Ýt silic. Bề dày trung bình 10m, tập thuộc tướng lòng sông miền núi hoặc chuyển tiếp. - Tập 3: Thành phần là bột sét màu xám vàng, vàng gạch nâu xám chứa bào tử phấn hoa, tảo nước ngọt. Chiều dày khoảng 4m. 2.1.3. Thống Pleistocen trên + Hệ tầng Vĩnh Phóc (al-lbQvp) Trầm tích tầng Vĩnh Phóc trong khu vực nghiên cứu lé ra ở Đông Anh kéo dài về phía Bắc cầu Thăng Long, Xuân Đỉnh, Cổ Nhuế, Mai Dịch và một phần khu vực Nghĩa Đô, Cầu Giấy. Các tài liệu lỗ khoan ở khu vực này cho thấy thường gặp đất đá của tầng Vĩnh Phóc ở độ sâu rất khác nhau, đôi khi thay đổi rất đột ngột, nhất là ở Thành Công, Giảng Võ, Ngọc Khánh. Tại Yên Hoà, Trung Kính gặp tầng này ở độ sâu 5-10m. Ở Thanh Nhàn gặp ở độ sâu 10-15m, còn ở Tứ Hiệp, Thanh Liệt gặp ở độ sâu 15-20m hoặc sâu hơn nữa nh­ ở Thịnh Yên (35m). Đặc điểm và dấu hiệu chủ yếu để nhận biết tầng Vĩnh Phóc là bề mặt của chúng thường bị laterit hoá có màu đỏ hoặc loang lổ. Tầng Vĩnh Phóc có nguồn gốc lục địa, gồm trầm tích sông, hồ, đầm lầy và được chia làm 4 tập từ dưới lên nh­ sau: - Tập 1: Thành phần cuội, sỏi, cát có Ýt sét màu vàng xám xen Ýt di tích tảo nước ngọt. Bề dày đạt 10m. - Tập 2: Thành phần chủ yếu là cát bột, Ýt sét, cát màu vàng thỉnh thoảng gặp Ýt thấu kính sỏi màu vàng, nâu xám. Trầm tích có chứa di tích bào tử phấn hoa và thường có cấu tạo phân líp xiên chéo, bề dày tới 33m. - Tập 3: Đặc trưng là sét kaolin màu xám trắng, sét bột xám vàng, tích tụ dạng bề sót. Trầm tích có chứa di tích tảo nước ngọt. Khoáng vật sét chủ yếu là hydromica, kaolinit. Bề dầy từ 2-10m. - Tập 4: Thành phần sét màu đen, bột sét nâu đen xám vàng. Có nguồn gốc tích tụ đầm lầy. Ở Sóc Sơn, Đông Anh còn có thấu kính cuội sỏi nhỏ và Ýt than bùn với độ dày khoảng 0,5m. Chứa di tích thực vật. Bề dày thay đổi từ 3-8m. 2.1.4. Thống Holocen dưới giữa + Hệ tầng Hải Hưng (mlbQ 21-2hh) Trầm tích hệ tầng Hải Hưng được các nhà địa chất ghép từ tầng Giảng Võ và tầng Đống Đa mà các tác giả Đoàn địa chất 204 và một số tác giả khác đã xác lập trước đây. Trầm tích hệ tầng Hải Hưng được chia làm 3 phụ tầng có nguồn gốc thành tạo khác nhau. a. Phụ tầng dưới (lbQ hh1) Trầm tích hệ tầng này thuộc Giảng Võ trước đây chúng có nguồn gốc hồ, đầm lầy, được thành tạo vào trước thời kỳ biển tiến và gặp phổ biến trong khu vực nghiên cứu. Thành phần chủ yếu là sét, sét bột kết chứa hữu cơ màu đen, xám đen. Nhiều nơi phần trên của hệ tầng có líp than bùn dầy 1-2m. Các trầm tích của phụ tầng này phân bố trực tiếp trên bề mặt bào mòn, bị phong hoá loang lổ của hệ tầng Vĩnh Phóc. Chính đặc điểm này đã làm bề dày của phụ tầng này biến đổi mạnh mẽ. Phía trên bề mặt của phụ tầng được các trầm tích trẻ hơn phủ trực tiếp. Bề dày của phụ tầng này biến đổi từ 2-6m, có khi tới 20m. b. Phụ tầng giữa (lmQ 1-22hh2) Các trầm tích của phụ tầng này trước đây được gọi là tầng Đống Đa, phụ tầng này xác định bởi hai thành tạo có nguồn gốc khác nhau. - Trầm tích nguồn gốc hồ lục địa có thành phần sét bột, sét màu xám vàng, xám xanh, Ýt sạn sỏi là kết vón ô xít sắt. Bề dày từ 2-4m, trong thành phần có chứa tảo nước ngọt. - Trầm tích nguồn gốc biển: Thành phần chủ yếu là sét, có Ýt sét bột, màu xám xanh, xanh lơ, có Ýt mùn thực vật, trong trầm tích có chứa nhiều hoá thạch biển. c. Phụ tầng trên (b Q1-2 2hh3) Trầm tích phụ tầng này có nguồn gốc đầm lầy sau biển tiến và hầu nh­ không bắt gặp trong khu vực nội thành. Thành phần trầm tích là sét bột, có Ýt cát màu xám đen, nâu đen chứa Ýt than bùn. Thực vật bị mùn hoá, phân huỷ kém trong trầm rích có chứa tảo nước ngọt. 2.1.5. Thống Holocen trên. + Hệ tầng Thái Bình (a Q32 tb) Các trầm tích thuộc hệ tầng Thái Bình là những trầm tích trẻ nhất và phân bố hầu hết trên bề mặt vùng nghiên cứu. Chúng có nguồn gốc sông và được chia làm 2 phụ tầng. a. Phụ tầng dưới (aQ32tb1) Trầm tích phụ tầng dưới được chia thành 4 tập: - Tập 1: Thành phần là cuội sỏi nhỏ, cát lẫn Ýt bột sét máu xám nâu nhạt, bề dày thay đổi từ 1-9m. - Tập 2: Thành phần là cát bột màu nâu xám nhạt có lẫn Ýt mùn thực vật, bề dầy thay đổi từ 3-18m. - Tập 3: Thành phần là bột sét lẫn mùn thực vật màu xám, bề dày từ 1-3m. Các trầm tích thuộc tập 1, 2, 3 có nguồn gốc trầm tích sông. - Tập 4: Trầm tích có nguồn gốc sông, hồ đầm lầy hỗn hợp. Thành phần gồm sét lẫn mùn thực vật màu nâu xám, có chứa di tích ốc xoắn hiện đại, bề dày 1m và Ýt gặp trong vùng nghiên cứu. Đất, đá của phụ tầng dưới phân bố chủ yếu ở khu vực trong đê sông Hồng tổng bề dày 31m. b. Phụ tầng trên (aQtb2) Các trầm tích của phụ tầng này có nguồn gốc aluvi trẻ, phân bố ở khu vực ngoài đê. Chúng là các trầm tích hiện đại phân bố ở bãi bồi và lòng sông. Phụ tầng này chia làm 2 tập: -Tập 1: Thành phần là cuội, sỏi, cát lẫn Ýt bột sét màu xám vàng bề dày từ 3-10m. -Tập 2: Thành phần là bột sét màu nâu nhạt chứa ốc, hến, trai nước ngọt và mùn thực vật. Khoáng vật sét chủ yếu hydromica, kaolinit, clorit. Bề dày từ 2-5m. 2.2. ĐặC ĐIểM KIếN TạO Và TÂN KIếN TạO 2.2.1. Đặc điểm kiến tạo Diện tích thành phố Hà Nội nằm trong miền kiến tạo Đông Bắc Bộ. Trong miền có các đới kiến tạo khác nhau như: -Đới An Châu: Chiếm diện tích khá rộng ở phía Bắc huyện Sóc Sơn của tầng kiến trúc Mezosoi. -Đới Hà Nội: Chiếm hơn 1/2 diện tích thành phố với thành tạo Neogen-Đệ Tứ (phủ bất chỉnh hợp lên các trầm tích cổ hơn) diÖn tÝch thµnh phè víi thµnh t¹o Neogen-§Ö Tø (phñ bÊt chØnh hîp lªn c¸c trÇm tÝch cæ h¬n) Phạm vi Hà Nội có các đứt gãy sâu sông Chảy, sông Lô theo phương Tây Bắc-Đông Nam. Ngoài ra còn có các đứt gãy nội đới phương Tây Bắc-Đông Nam, á vĩ tuyến. 2.2.2. Tân kiến tạo Thành phố Hà Nội là một phần thuộc Tây Bắc võng Hà Nội. Trong giai đoạn tân kiến tạo, phía Đông Bắc của võng Hà Nội là vùng nâng cao trung bình và yếu, còn phía Tây Nam là vùng nâng trung bình Theo đặc điểm hoạt động tân kiến tạo Hà Nội có thể phân ra: -Vùng nâng trung bình, yếu là bộ phận đầu mót phía Đông Nam của đới nâng địa luỹ Tam Đảo với độ nâng đạt 300m, tại đây quá trình bóc mòn chiếm ưu thế. Vùng nâng điều hoà là đới chuyển tiếp giữa vùng sụt và vùng nâng Vùng sụt lún tương đối chiếm phần lớn huyện Sóc Sơn và một phần Đông Anh, với biên độ 10mm ở Sóc Sơn và 100-200mm ở thung lũng sông Cầu. Vùng sụt lún trung tâm, giới hạn bởi các đứt gãy sông Lô ở Đông Bắc và đứt gãy sông Chảy ở Tây Nam (nh­ khối sụt Nội Bài, Tây Hồ..) Các đứt gãy kiến tạo trẻ (sông Hồng, sông Lô) và các đứt gãy khác có hướng khác nhau, hoạt động trong giai đoạn tân kiến tạo, biểu hiện địa chất không rõ ràng, hoặc chỉ mang tính cộng hưởng dưới tác động chi phối của các đứt gãy sâu khu vực .  Chương 3 đặc điểm địa chất thuỷ văn Song song với việc nghiên cứu đặc điểm địa chất, việc nghiên cứu đặc điểm địa chất thuỷ văn cũng được tién hành đồng thời nhưng ở mức độ còn hạn chế. Qua tài liệu của nhiều lỗ khoan từ năm 1969 đến nay trong khu vực nội thành và năm huyện ngoài thành, tài liệu địa chất thuỷ văn thu được chỉ gồm: Mực nước ổn định, mực nước xuất hiện trong từng lỗ khoan và kết quả các mẫu thí nghiệm thành phần hoá học tại những điểm định sẵn trong ô mạng các lỗ khoan. Việc quan trắc động thái của nước dưới đất nói chung cũng như việc phân tích thành phần hoá học ,khả năng ăn mòn của nước... trong mỗi tầng chứa nước riêng biệt chưa được nghiên cứu chi tiết và đầy đủ. Trên cở tài liệu địa chất thuỷ văn như vậy nên việc đành giá về địa chất thuỷ văn và ảnh hưởng của nó với công tác xây dựng còn hạn chế. Theo bản đồ địa chất thuỷ văn 1: 50.000 vùng Hà Nội do Liên đoàn Địa Chất Thuỷ văn-Địa chất công trình miền Bắc thành lập thì trong các thành tạo trầm tích Đệ tứ có ba đơn vị chứa nước chủ yếu và phức hệ chứa nước Neogen. 3.1. Tầng chứa nước Holocen (tầng Thái Bình) Thành phần chủ yếu là đất, đá chứa nước là cát pha, cát hạt nhỏ có nơi gặp sạn, sỏi nhỏ. Các thành tạo đất đá này có nguồn gốc aluvi tầng Thái Bình. Mái của tầng chứa nước có líp cách nước thành phần là sét pha-tầng trên của hệ tầng Thái Bình. Đáy cách nước là các thành tạo sét, sét pha thuộc tầng Hải Hưng. Tầng chứa nước Holocen phân bố rộng rãi trong khu vực nghiên cứu, có thể gặp chóng theo tuyến kéo dài từ khu vực Hồ Tây dọc theo đê sông Hồng xuống phía Nam. Ở trung tâm thành phố có thể gặp ở khu vực Bờ Hồ, Chợ Trời, Bách Khoa, Kim Liên, Trung Tù, Kim Giang, Thanh Xuân…bề dày của tầng chứa nước biến đổi khá mạnh từ 3-29m. Trung bình là 14m. Đặc tính thuỷ lực của tầng chứa nước là không áp hoặc có áp nhưng cục bộ và yếu. Hệ số dẫn nước thay đổi từ 200-400m2/ng. Do phân bố gần mặt đất nên chiều sâu mực nước của tầng này thường 2-4m. Kết quả hót nước thí nghiệm trong tầng này cho thấy, phần lớn tỷ lệ lưu lượng nước chảy thay đổi trong khoảng 1-3l/sm. Nguồn cung cấp chính cho các tầng này là nước mưa, nước sông hồ. Bởi vậy động thái của tầng này phụ thuộc khá nhiều vào yếu tố khí tượng thủy văn. Kết quả phân tích thành phần hoá học của nước trong tầng này cho thấy hầu hết nước thuộc loại siêu nhạt, không có khả năng ăn mòn bê tông, kiểu hình hoá học là: Bicacbonat-Canxi-Magiê. 3.2. Tầng chứa nước Pleistocen trên Tầng chứa nước này phân bố dưới tầng chứa nước Holocen. Thành phần đất đá chứa nước chủ yếu là cát pha hạt trung. Phần dưới hay gặp sạn, sỏi nhỏ. Các thành tạo đất đá có nguồn gốc trầm tích aluvi tầng Vĩnh Phóc tàng chứa này có thể gặp hầu hết mọi nơi trong khu vực nghiên cứu. Bề dày của tầng chứa nước thay đổi từ 3-36m, bề dày trung bình khoảng 12m. Đặc tính thuỷ lực tầng chứa nứơc là có áp. Hệ số dẫn nước có nơi đạt 5.103m2/ng. Chiều sâu mực nứơc áp lực của tầng chứa nước này ở khu vực gần sông là 3-4m nằm ở khu vực trung tâm thành phố, đặc biệt là nơi nhiều ảnh hưởng của việc khai thác nước dưới đất. Kết quả hót nước thí nghiệm cho thấy tỷ lưu lượng thay đổi từ 0,8-5,35l/sm. Tài liệu quan trắc đã xác định tầng chứa nước có quan hệ thuỷ lực chặt chẽ với tầng chứa nước bên trên. Nguồn cung cấp nước chủ yếu là do nước sông, hồ và tầng chứa nước bên trên. Qua kết quả phân tích thành phần hoá học cho thấy, nứơc thuộc loại nhạt, độ tổng khoáng hoá TDS £ 0,5g/l. Biểu diễn theo công thức Cuoclop như sau: Tên nước: Bicacbonat-Clorua-Natri-Canxi. Nước hầu như không có khả năng ăn mòn bê tông. 3.3. Tầng chứa nước Pleistocen Thành phần đất đá chứa nước chủ yếu là cuội, sỏi, sạn có nguồn gốc aluvi-proluvi tầng Hà Nội và Lệ Chi. Tuy nhiên trong thành phần đất đá của tầng chứa nước này thường phát triển các trầm tích sét, sét pha làm cho khả năng chứa nước của tầng không đồng nhất. Bề dày tầng chứa nước thường mỏng ở khu vực như Đông Anh, Sóc Sơn, càng vào trung tâm có xu hướng dày lên, bề dày tầng chứa nước thay đổi từ 3-40m. Các kết quả nghiên cứu cho thấy nguồn cung cấp nước chính cho tầng chứa nước này là từ phía Bắc, từ Sông Hồng và các tầng trên thấm xuống. Độ dẫn nước tại khu vực Hà Nội thay đổi từ 600 m/ngày đến 2900 m/ngày. Hệ số dẫn nước thay đổi từ 2,1-4,5m/ngày, nước thuộc loại nhạt chứa nhiều sắt, độ tổng khoáng hoá TDS £ 0,5g/l biểu diễn theo công thức Cuoclốp như sau: Tên nước bicacnonat-sunphat-clorua-magiê-canxi. Do trữ lượng nước trong tầng lớn và chất lượng ổn định nên nước trong tầng này được khai thác chủ yếu phục vụ nhu cầu cuộc sống. 3.4. Phức hệ chứa nước Neogen Phân bố khắp vùng nghiên cứu, bao gồm các thành phần trầm tích của hệ tầng Vĩnh Bảo. Các đất đá chứa nước chủ yếu là cuội kết, cát kết, bột kết, sét kết xám màu, nâu đến sẫm. Thành phần chủ yếu là thạch anh gắn kết yếu. Chiều sâu phân bố từ 43-81,5m có bề dày khoảng 250m. Đây là tầng nghèo nước, không có ý nghĩa cung cấp nước lớn. Kết quả phân tích thành phần hoá học cho thấy: Tổng độ khoáng hoá TDS = 0,38g/l, nước thuộc loại hình Bicacbonat-Natri, công thức Cuôclôp có dạng Nguồn cung cấp cho tầng này chủ yếu là nước mưa và nước của các tầng bên trên. Nhận xét : Việc đánh giá một số điều kiến địa chất thuỷ văn trên chỉ có ý nghĩa định tính, bởi vì mực nước, thành phần hoá học của nước có sự biến đổi khác nhau tuỳ theo khu vực và theo mùa. Vì vậy khi xây dựng công trình, cần phải quan trắc, đo đạc để đánh giá định lượng cho từng công trình cụ thể. chương 4 Các quá trình và hiện tượng địa chất động lực công trình 4.1. Hiện tượng xói lở bờ sông Do hoạt động của các con sông (sông Hồng, sông Đuống) ở thời kỳ già nua mà phát sinh các hiện tượng xâm thực ngang làm cho bờ sông bị sạt lở hay bồi đắp mạnh gây ảnh hưởng trực tiếp tới các công trình xây dựng gần bờ sông. Ngoài ra hiện tượng xói lở bờ sông còn bị làm phức tạp thêm bởi hoạt động khai thác cát xây dựng trên sông Hồng và sông Đuống, cụ thể là tại khu vực Tây Hồ, Thanh Trì và Gia Lâm. 4.2. Hiện tượng lầy úng Hiện tượng lầy úng là kết quả của sự tác động của nước mặt và nước dưới đất ở các vùng trũng, thấp có mực nước dưới đất gần mặt đất. Đất ngập nước bị mềm yếu, gây khó khăn cho công tác khảo sát và xây dựng cụ thể là ở một số xã huyện Thanh Trì. 4.3. Hiện tượng cát chảy Đây là hiện tượng khá phổ biến trong khu vực nghiên cứu. Nguyên nhân là khi khai đào các hố móng công trình, cát bụi bão hoà nước do sự chênh lệch mực áp lực giữa đáy và thành hố móng gây ra hiện tượng cát chảy ảnh hưởng lớn tới tiến độ thi công công trình. 4.4. Hiện tượng lún không đều Hiện tượng này phát sinh trong lóc thi công hoặc sau một thời gian sử dụng công trình, ở một số nơi trong khu vực nghiên cứu, ví dụ như khu vực Thành Công, Giảng Võ là một trong những khu vực điển hình. Nguyên nhân của hiện tượng này liên quan đến cấu trúc nền đất yếu, sự phân bố các líp phức tạp và không đồng nhất. Do vậy công tác khảo sát địa chất công trình phục vụ cho xây dựng cần thiết phải tỉ mỉ đảm bảo dự báo chính xác được vấn đề lún không đều có thể xảy ra. 4.5. Hiện tượng động đất Trên địa bàn khu vực Hà Nội và các vùng phụ cận, phần lớn các trận động đất mạnh tập trung dọc các đứt gãy chính của trũng Hà Nội như đứt gãy Sông Hồng, Sông Lô. Theo các tài liệu lịch sử quan trắc của các trạm địa chấn trên lãnh thổ Việt Nam đã ghi được hơn 150 trận động đất. Trên cơ sở những kết quả nghiên cứu từ trước, kết hợp với những tính toán xử lý gần đây, đối với địa phận Hà Nội và các vùng phụ cận có thể phân định các đới phát sinh động đất sau: Vùng phát sinh động đất mạnh nhất liên quan với đứt gãy Sông Hồng với độ mạnh Mmax= 6,2 ± 0,3 độ richter, độ sâu chấn tiêu 15-20km. Vùng phát sinh động đất mức thấp hơn gắn liền với hoạt động đứt gãy Sông Lô. Nhìn chung các quá trình và hiện tượng địa chất liên quan đến hoạt động nội sinh biểu hiện không thường xuyên và không rõ ràng, thường tập trung và chịu sự chi phối của các hoạt động đứt gãy sâu khu vực Tây Bắc. 4.6. Hiện tượng lún do hạ mực nước ngầm Do nhu cầu sử dụng nước ngày càng cao, nên tốc độ khai thác nước ngầm trong những năm gần đây tăng lên đáng kể. Điều đó làm cho mực nước ngầm hạ thấp qúa mức, dẫn tới mặt đất bị lún. Khi mực nước hạ thấp làm tăng áp lực hữu hiệu của công trình xuống nền đất, dẫn đến tăng độ lún tổng của công trình làm cho nhiều công trình bị lún quá mức cho phép, đe doạ sự ổn định lâu dài. Từ năm 1992-1995 Công ty Kinh doanh nước sạch Hà Nội tiếp tục xây dựng thêm các mốc quan trắc tại những nơi bị ảnh hưởng do khai thác nước dưới đất. Kết quả từ năm 1988-1995 cho thấy: Vùng lún mạnh nhất ở phía Nam thành phố với tốc độ lún hơn 20 mm/năm. Vùng lún 10-20mm/năm gồm Hạ Đình, Văn Điển, Cầu Bươu, Cầu Mới, Vọng, Pháp Vân và trung tâm thành phố. Vùng còn lại lún từ 0-10mm/năm Vùng ven sông Hồng không bị lún. 4.7. Hiện tượng ma sát âm Hiện nay giải pháp móng sâu đang ngày càng chiếm ưu thế trong các công trình. Nó đang được hoàn thiện về khả năng và phương pháp thi công đảm bảo được cả mặt kỹ thuật và kinh tế. Khi sử dụng móng sâu nh­ mãng cọc đóng, cọc Ðp, cọc khoan dẫn, khoan nhồi... chiều dài của cọc xuyên qua nhiều líp đất khác nhau, có tính chịu tải khác nhau. Hiện tượng ma sát âm xảy ra khi độ lún của cọc lớn hơn độ lún của nền đất. Thường xảy ra khi cọc chịu tải trọng lớn tác dụng và xuyên qua líp đất yếu chưa cố kết. Hiện tượng ma sát âm làm giảm sức chịu tải của cọc, ảnh hưởng lớn đến sự ổn định của công trình. Nhận xét: Từ những đặc điểm về cấu trúc địa chất, địa chất thuỷ văn của thành phố Hà Nội cho thấy nền đất thiên nhiên thành phố rất phức tạp, có sự biến đổi mạnh theo không gian tạo nên sự bất đồng khá cao từ cấu trúc, cấu tạo, đến các đặc trưng cơ lý, đặc tính nén lún. Do đó, đòi hỏi cần phải có những nghiên cứu tỷ mỷ và toàn diện về địa chất công trình nhằm phục vụ cho công tác quy hoạch, xây dựng thành phố hiện đại, bền vững. Chương 5 Các phương pháp nghiên cứu Dự án trung tâm phân phối hàng hoá cảng container Phù Đổng là một dự án lớn của Tổng công ty đường sông miền Bắc. Vì vậy mọi yêu cầu về công tác khảo sát, thí nghiệm do chủ đầu tư quyết định với Tư vấn là Công ty tư vấn xây dựng Cảng - Đường thuỷ. Trên thực tế ở hai giai đoạn nghiên cứu khả thi, thiết kế kỹ thuật đã tiến hành nghiên cứu địa chất công trình bằng các phương pháp sau. 5. 1. Các phương pháp nghiên cứu hiện trường 5. 1.1. Phương pháp khoan thăm dò Công tác khoan thăm dò được tiến hành tại hiện trường bằng thiết bị khoan xoay do Trung Quốc sản xuất với các đặc tính kỹ thuật sau: - Đường kính hố khoan 110mm - Tốc độ quay 60-600 vòng / phót - Đường kính ống chống 110mm - Động cơ 20 KW - Độ khoan sâu tối đa 100m Máy khoan cấu tạo đơn giản, dễ vận chuyển và có thể khoan được trong đất đá từ rất mềm tới rất cứng. Thiết bị gồm một giàn khoan, tời máy, bộ dụng cụ khoan, bơm dung dịch khoan. Trong quá trình khoan có sử dụng dung dịch sét bentonit để chống sập thành lỗ khoan khi cần thiết. 5.1.2. Công tác lấy mẫu Trong quá trình khoan kết hợp lấy mẫu nguyên trạng (đất hạt mịn) và mẫu không nguyên trạng (đất bở rời) * Mẫu nguyên trạng: Khoan đến độ sâu thiết kế, làm sạch đáy hố khoan. Sau đó đưa ống lấy mẫu thành mỏng đường kính 110mm, dài 40cm xuống lỗ khoan. Èng lấy mẫu được đưa vào trong đất bằng tạ, sau đó được lấy lên viết phiếu mô tả và bọc kín cẩn thận. Tổng số mẫu lấy được là 115 mẫu. Yêu cầu của mẫu nguyên trạng là giữ nguyên kết cấu, độ Èm tự nhiên, chúng rất cần thiết cho thí nghiệm cắt, nén cố kết và thấm. * Mẫu không nguyên trạng: Mẫu thu thập khi tiến hành khoan ta chỉ có thể bảo toàn độ Èm tại chỗ, mẫu không nguyên trạng chủ yếu chủ yếu để nhận biết và mô tả đất ngoài hiện trường, thí nghiệm một sè tính chất đất. Khi thu thập mẫu được mô tả, bảo quản, bọc kín bằng nilon. Mẫu không nguyên dạng được lấy bằng ống lấy mẫu bửa đôi khi kết hợp với thí nghiệm SPT. Tổng số mẫu lấy được là 118 mẫu. 5.1.3. Phương pháp thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT Cùng với công tác khoạn, thí nghiệm SPT được tiến hành theo yêu cầu kể từ độ sâu 3m trở đi cứ 2m độ sâu thí nghiệm SPT một lần. Tổng số thí nghiệm SPT là 118 lần. Nguyên lý chung của phương pháp này là đóng một ống lấy mẫu đã được tiêu chuẩn hoá (đường kính ngoài 50,8 ± 1,3mm, đường kính trong 38,1±1,3mm ) vào trong đất tại các độ sâu đã định sẵn trong các lỗ khoan bằng tạ tiêu chuẩn có khối lượng 63,5kg với chiều cao rơi tự do là 76cm cho ống rơi để ống ngập sâu trong đất 15cm. Búa tiếp tục đập và đếm số nhát búa để ống ngập sâu thêm 30cm, kết quả số lần đập để ống ngập sâu 30cm được xem là giá trị SPT. Từ trị số SPT ta có thể phân loại đất hạt mịn, đất rời, kết cấu, trạng thái, sức chịu tải nền đất (bảng 5.1 và 5.2) Bảng 5.1. Phân loại trạng thái đất rời theo giá trị SPT Tri sè SPT Kết cấu 0-4 Rất rời 4-10 Rời 10-30 Chặt vừa 30-50 Chặt >50 Rất chặt Bảng 5.2. Phân loại trạng thái đất hạt mịn theo giá trị SPT Trị sè SPT Trạng thái Sức kháng nén đơn (KG/cm2) <2 Chảy 0.26 2-4 Dẻo chảy 0.25-0.5 4-8 Dẻo mềm 0.5-1 8-16 Dẻo cứng 1-2 16-32 Nửa cứng 2-4 >32 Cứng 4 5. 2. Các phương pháp thí nghiệm trong phòng Các mẫu đất thu thập tại hiện trường được chuyển về phòng thí nghiệm Địa kỹ thuật -Viện khoa học công nghệ giao thông vận tải, tại đây các mẫu được nghiên cứu bằng các thí nghiệm và được xử lý kết quả theo TCVN 4195-1995 do Bộ Xây Dựng ban hành. 5. 2. 1. Phương pháp phân tích thành phần độ hạt Thành phần hạt của đất là hàm lượng các nhóm hạt có độ lớn khác nhau, ở trong đất được biểu diễn bằng tỷ lệ % so với khối lượng của mẫu đất khô tuyệt đối. Xác định thành phần hạt là phân chia đất thành từng nhóm các cỡ hạt gần nhau về độ lớn và xác định hàm lượng phần trăm của chúng. Độ hạt của đất được xác định bằng phương pháp rây và tỷ trọng kế. a. Phương pháp rây Phương pháp này dùng cho đất có cỡ hạt > 0.074mm trở lên. Cân khối lượng của mẫu đất cần xác định độ hạt được khối lượng (G). Sau đó cho mẫu đất sấy khô ở nhiệt độ 1050 C và trong thời gian khoảng 5h lấy mẫu đất ra cho vào cối sứ và giã bằng chày cao su. Cho mẫu đất qua các rây sè: 2’’, 3/4’’, 3/8’’, N0 4, N010, N0 40 và N0 200. Cân khối lượng hạt còn lại còn lại trên rây đối với từng cỡ rây (Gi) ta được % độ hạt trên rây tính theo công thức. Trong đó: P - phần trăm độ hạt trên rây G - khối lưọng mẫu đất Gi - khối lượng cỡ hạt trên rây. Đối với cỡ hạt < 0, 074mm ta phải phân tích bằng tỷ trọng kế b. Phương pháp tỷ trọng kế Cân khoảng 30g đất dưới rây 2mm. Cho mẫu đất vào bình tam giác có dung tích từ 750 - 1000cm3, dùng tia nước rửa sạch phần đất còn lại trong bát hoặc trên phễu lọc, cho thêm 1cm3 dung dịch NH4OH nồng độ 25% đậy lại và đun sôi trong thời gian khoảng 1h. Để nguội huyền phù sau đó rót qua rây 0,74mm vào trong ống hình trụ có dung tích 100cm3. Rửa trôi các hạt trên rây 0,74mm. Sau đó dùng chày cao su nghiền nhỏ cho đến khi không còn hạt nhỏ lọt rây nữa. Sau đó đem sấy khô phần còn lại trên rây để xác định hàm lượng của change. Phần huyền phù trong bình tiến hành phân tích bằng tỷ trọng kế. Khuấy đều dung dịch huyền phù sau 20s thì bắt đầu thả tỷ trọng kế vào và tính thời gian thí nghiệm. Đọc kết quả trên tỷ trọng kế sau 0, 2’, 5’, 15’, 60’, 250’, 1440’. Sau đó lấy tỷ trọng thả vào bình nước cất, khuấy đều lại thả dung dịch huyền phù và lặp lại thí nghiệm dưới 200C thì phải hiệu chỉnh số đọc theo bảng quy định -Dùng toán đồ Stokes để tính đường kính hạt Lượng chứa % của các hạt được tính theo công thức: Trong đó: P - Lượng chứa % cộng dồn các hạt có đường kính nhỏ hơn một đường kính nhất định C- Lượng chứa % các hạt có đường kính >0,74mm G- Khối lượng mẫu đất đem phân tích gs - Trọng lượng riêng của hạt đất R - Sè đọc cuối cùng của tỷ trọng kế 5. 2. 2. Phương pháp xác định khối lượng thể tích Khối lượng thể tích của đất Èm (gọi tắt là khối lượng thể tích -g) của đất là khối lượng của một đơn vị thể tích đất có kết cấu và độ Èm tư nhiên, tính bằng g/cm3. Tùy theo thành phần và trạng thái mà ta sử dụng các phương pháp thí nghiệm nh­ phương pháp dao vòng, bọc sáp hay đo thể tích. Đối với đất dính dễ cắt bằng dao, khi cắt không bị vỡ người ta sử dụng phương pháp dao vòng được tiến hành như sau: Ên nhẹ dao vòng đã biết trước khối lượng và thể tích vào trụ đất theo chiều thẳng đứng cho đến khi dao vòng hoàn toàn đầy đất, sau đó dùng dao cắt gạt phẳng hai mặt của dao vòng, lau sạch đất ngoài dao vòng rồi đem cân ta được khối lượng là g1. Nh­ vậy khối lượng thể tích của đất sẽ là: Trong đó: g- khối lượng thể tích g1 - khối lượng đất và dao vòng g0 - khối lượng dao vòng Vd - thể tích dao vòng Với mỗi mẫu thí nghiệm đều tiến hành 02 mẫu mẫu song song. Kết quả tính toán được biểu diễn với độ chính xác đến 0.01g/cm3. Nếu kết quả của hai thí nghiệm song song quá 0, 02g/cm3 thì phải làm lại. Khối lượng của đất là giá trị trung bình của hai lần thí nghiệm. 5. 2. 3. Phương pháp xác định khối lượng riêng Khối lượng riêng của đất là khối lượng của một đơn vị thể tích phần hạt cứng, khô tuyệt đối, xếp chặt khít không lỗ rỗng. Trong phòng thí nghiệm mẫu đất được xác định nh­ sau: Mẫu đất được đem sấy khô ở nhiệt độ 105oC và được nghiền nhỏ trong cối sứ, sao cho chúng lọt qua rây số 2mm. Cân một lượng mẫu đất (go ) cho vào bình tỷ trọng kế có thể tích là 100cm3. Đổ nước cất vào khoảng 1/2 bình, giữ bình trong tay, lắc đều, rồi đặt trên bếp đun sôi khoảng 2h. Sau khi đun xong lấy bình ra để nguội và cho thêm nước cất đến vạch chuẩn. Dùng khăn lau thật khô bình và mép trên của cổ bình đem cân ta được khối lượng là g1. Đổ hết dung dịch huyền phù ra và rửa sạch bình sau đó cho nước vào đầy bình đến vạch chuẩn và đem cân ta được khối lượng là g2. Khối lượng riêng của đất sẽ được tính theo công thức: Trong đó: gs – khối lượng riêng của đất go –khối lượng mẫu đất khô g1 – khối lượng bình chứa đầy huyền phù. g2 _ khối lượng bình chứa đầy nước cất. Với mỗi mẫu thí nghiệm đều tiến hành 02 mẫu song song. Kết quả tính toán được biểu diễn với độ chính xác đến 0,1%. Nếu kết quả của hai thí nghiệm song song quá 0,02g/cm3 thì phải làm lại. Khối lượng của đất là giá trị trung bình của hai lần thí nghiệm. 5. 2. 4. Phương pháp xác định độ Èm tự nhiên Độ Èm (W) của đất là tỷ số giữa trọng lượng nước (Gn) và trọng lượng hạt (Gh), được biểu diễn theo quan hệ: W Vì vậy để xác định độ Èm của đất phải lấy một mẫu thí nghiệm còn giữ nguyên trạng thái tự nhiên có khối lượng khoảng 15g. Cho mẫu đất vào hộp nhôm có nắp đậy được đánh số, biết trước khối lượng (m0) và sấy khô. Sau đó đem cân trên cân kỹ thuật để xác định khối lượng của hộp nhôm và mẫu đất. Mở nắp hộp ra và đem sấy khô trong tủ sấy ở nhiệt độ 1050C và trong thời gian 5h. Sau đó lấy ra và đặt vào bình hót Èm có silicagen từ 45 phót đến 1 giê, rồi đem cân trên cân kỹ thuật, khi đó độ Èm của đất được xác định bằng % theo công thức: W Trong đó: m - khối lượng hộp (g) m0 - khối lượng của đất và hộp đẫ sấy khô (g) m1 - khối lượng của đất và hộp nhôm trước khi sấy khô (g) Với mỗi mẫu thí nghiệm đều tiến hành 02 mẫu song song. Kết quả tính toán độ Èm được biểu diễn với độ chính xác đến 0,1%. Nếu kết quả của hai thí nghiệm song song sai quá 2% thì phải kàm lại thí nghiệm. Độ Èm tự nhiên của đất là giá trị trung bình của hai lần thí nghiệm. 5. 2. 5. Phương pháp xác định giới hạn chảy và giới hạn dẻo Giới hạn chảy và giới hạn dẻo được sử dụng một cách rộng rãi để xác định và phân loại đất. Chúng được xác định nh­ sau: Giới hạn dẻo tương ứng với độ Èm mà đất loại sét có kết cấu bị phá hoại chuyển từ trạng thái cứng sang trạng thái dẻo. Giới hạn dẻo (WP) được đặc trưng bằng độ Èm (tính bằng %) của đất sau khi đã nhào trộn đều với nước và lăn thành que có đường kính 3mm trên tấm kính mờ, tại đó bắt đầu rạn nứt và gãy thành những đoạn ngắn có chiều dài khoảng từ 3 đến 10mm. Giới hạn chảy tuơng ứng với độ Èm mà đất loại sét có kết cấu bị phá hoại chuyển từ trạng thái dẻo sang trạng thái chảy. Giới hạn chảy (WL) được đặc trưng bằng độ Èm (tính bằng %) của bột đất nhào với nước mà ở đó quả rọi thăng bằng hình nón nặng 76g, góc mòi nhọn 300 dưới tác dụng của trọng lượng bản thân sau 10 giây sẽ lún sâu vào đất 10mm. Sau đó lấy đất đã xác định được độ Èm giới hạn dẻo và chảy vào trong các hộp nhôm và tiến hành thí nghiệm độ Èm như trong mục 5. 2. 4 Từ giới hạn dẻo và giới hạn chảy ta xác định được chỉ số dẻo (IP) và độ sệt (B) theo công thức sau: IP = WL- WP 5. 2. 6. Phương pháp xác định tính nén lún bằng máy nén một trục a. Nguyên lý: Tính nén lún của đất là khả năng giảm thể tích của nã ( do giảm độ rỗng biểu hiện ở sự giảm chiều cao) dưới tác dụng của tải trọng ngoài. b. Thí nghiệm: Chuẩn bị mẫu đất thí nghiệm từ mẫu nguyên dạng hạn chế tối đa sự bay hơi của nước. Mẫu được lấy bằng dao vòng gạt phẳng hai mặt, lấy hộp nén ra khỏi bàn máy và lắp mẫu vào, trước khi lắp mẫu phải bôi trơn mặt ngoài dao vòng và thành hộp nén, trên mỗi mẫu đặt một tờ giấy thấm cả phía trên và phía dưới mẫu, trên cùng là tấm nén truyền tải, đặt hộp nén đã lắp xong lên bàn nén. Lắp đồng hồ đo biến dạng và điều chỉnh số chỉ của kim về 0 tăng dần tải trọng theo từng cấp. Trị sè cấp áp lực được xác định theo tính chất từng loại đất. Đối với đất sét ở trạng thái dẻo chảy và chảy sử dụng cấp: 0.1, 0.25, 1,2 kG/cm2 Đối với đất sét pha ở trạng thái dẻo mềm và dẻo cứng sử dụng cấp: 0.25, 1, 2, 4 kG/cm2 Đối với đất cứng và nửa cứng sử dụng cấp: 0.5, 1, 2, 4, 6 kG/cm2 Thời gian đọc kết quả nén sau 1 phót, 10 phót, 1 giê, 24 giê kể từ khi thí nghiệm cho đến khi đạt ổn định quy ước ( biến dạng nén không quá 0.01mm trong khoảng thời gian 30 phót với đất cát và 3 giê với cát pha, 12 giê với đất sét và sét pha có IP = 30, khi đó kết thúc thí nghiệm. c. Tính toán kết quả thí nghiệm Từ kết quả thí nghiệm vẽ đường cong nén lún (hệ số rỗng và cấp áp lực ). Hệ số nén lún được xác định theo công thức: Trong đó: en-1 hệ số rỗng ở cấp tải trọng thứ n-1 e n hệ số rỗng ở cấp tải trọng thứ n s n-1 áp lực nén thẳng đứng ở cấp thứ n-1 s n áp lực nén thẳng đứng ở cấp thứ n Hình 5.1: Biểu đồ đường cong nén lún Trị sè modun tổng biến dạng En-1,n theo kết quả thí nghiệm nén không nở hông được tính bằng N/m2 (kG/ cm2). Hệ số cố kết được tính bằng cm2/s theo công thức: Trong đó: 0. 848 - yếu tố thời gian ứng với mức độ cố kết thấm 90% H - Chiều cao của mẫu đất tính bằng cm T90 - Thời gian ứng với 90% cố kết thấm xác định theo phương pháp (phương pháp D. Taylor ), tính bằng phót. Hệ số thấm của đất dưới mỗi cấp áp lực tính bằng cm/s. Trong đó: Pn -khối lượng riêng của nước lấy bằng 0,001kG/cm3 Cv -Hệ số cố kết tính bằng cm2/s a - Hệ số nén lún của đất trong khoảng áp lực thí nghiệm tính bằng cm2/kG Hệ số rỗng trung bình trong khoảng áp lực thí nghiệm (Các kết quả thí nghiệm được trình bày trong phụ lục). 5. 2. 7. Phương pháp xác định sức chống cắt a. Nguyên lý: Sức chống cắt (t ) của đất là phản lực của đất đối với ngoại lực ứng với lúc đất bắt đầu bị phá hoại và trượt lên nhau theo một mặt phẳng nhất định. Sức chống cắt của đất là ứng suất tiếp tuyến lớn nhất được tính theo công thức: Với ứng suất này, mẫu đất bị cắt theo một mặt phẳng định trước dưới áp lực thẳng đứng d, tính theo công thức Trong đó: P, Q lần lượt là lực pháp tuyến và lực tiếp tuyến với mặt cắt, đơn vị N F diện tích mặt cắt, đơn vị cm2 Quan hệ giữa d và t trên mặt cắt được xác định theo công thức t =s.tgj + C Trong đó: j: góc ma sát trong C: lực dính của đất loại sét, tính bằng N/m2 (kG/cm2 ) b. Thí nghiệm: Mẫu đất thí nghiệm nguyên dạng được lấy vào dao vòng, chuyển mẫu từ dao vòng vào hộp cắt. Trước đó cần bôi trơn thành dao vòng và hộp cắt. Sau đó truyền lên mẫu một áp lực nén cho trước tùy chọn theo từng loại đất. Rút chốt hộp cắt, tạo khe hở giữa hai líp trên và dưới chiều rộng khe là 0.5-1mm. Lắp đồng hồ đo biến dạng và điều chỉnh đồng hồ về vị trí 0 Tác dụng ứng suất lên mẫu, tùy theo yêu cầu làm việc của công trình mà áp dụng các kiểu sơ đồ cắt khắc nhau. Sau 2 phót phải tiến hành theo dõi số đọc ở đồng hồ đo biến dạng cắt cho đến khi ổn định. c. Tính toán kết quả Sức chống cắt được tính theo công thức t = R. Dl (kG/cm2) Trong đó R: Hệ số biến dạng của vòng ứng biến phụ thuộc vào loại cắt Dl: Số đọc đồng hồ đo biến dạng Nếu t truyền lên mẫu theo từng cấp và tiến hành cắt cho tới khi mẫu đất bị phá hoại. Vẽ biểu đồ quan hệ t = ¦(s). Hình 5.2: Biểu đồ sức kháng cắt Các thông số tgj và C tính theo công thức Trong đó n: Số lần xác định thí nghiệm ti, si lần lượt là giá tri riêng biệt của sức chống cắt và áp lực thẳng đứng của mẫu thứ i Trường hợp số mẫu thí nghiệm Ýt các điểm biểu diễn kết quả thí nghiệm nằm gần nhau có thể xác định thông số sức chống cắt bằng cách lập biểu đồ quan hệ t và s. Trục hoành biểu diễn các giá trị của cấp áp lực d, trục tung biểu diễn các giá trị của ứng suất cắt t. Qua các điểm này vạch một đường thẳng cắt trục hoành tại 1 điểm. Điểm đó cho phép xác định lực dính C và góc nội ma sát theo công thức: Trong đó t1, t2 lần lượt lượt là chống cắt ứng với cấp áp lực s1, s2 . Các kết quả xác định sức chống cắt được trình bày trong phụ lục. Chương 6 Đặc tính địa địa kỹ thuật nền đất khu vực xây dựng công trình 6.1. Khối lượng khảo sát nghiên cứu giai đoạn khả thi. Trong giai nghiên cứu khả thi, đã tiến hành khoan 08 lỗ khoan độ sâu từ 20 m đến 40m. Trong đó có 04 lỗ khoan dưới nước. Lấy 41 mẫu nguyên dạng, 66 mẫu không nguyên dạng và 118 lần xuyên SPT. Tổng chiều dài mét khoan là 240m. Thí nghiệm chỉ tiêu cơ lý 115 mẫu. - Lỗ khoan thứ nhất (LK1) độ sâu 32 m. Lấy 4 mẫu nguyên dạng, 11 mẫu không nguyên dạng và 15 lần xuyên SPT. - Lỗ khoan thứ hai (LK2) độ sâu 31.5 m. Lấy 6 mẫu nguyên dạng, 10 mẫu không nguyên dạng và 15 lần xuyên SPT. - Lỗ khoan thứ ba (LK3) độ sâu 36.5 m. Lấy 8 mẫu nguyên dạng, 9 mẫu không nguyên dạng và 16 lần xuyên SPT. - Lỗ khoan thứ tư (LK4) độ sâu 40 m. Lấy 6 mẫu nguyên dạng, 12 mẫu không nguyên dạng và 20 lần xuyên SPT. - Lỗ khoan thứ năm (LK5) độ sâu 40 m. Lấy 10 mẫu nguyên dạng, 9 mẫu không nguyên dạng và 20 lần xuyên SPT. - Lỗ khoan thứ sáu (LK6) độ sâu 20 m. Lấy 3 mẫu nguyên dạng, 10 mẫu không nguyên dạng và 10 lần xuyên SPT. - Lỗ khoan thứ bảy (LK7) độ sâu 20 m. Lấy 5 mẫu nguyên dạng, 6 mẫu không nguyên dạng và 10 lần xuyên SPT. Lỗ khoan thứ tám (LK8) độ sâu 20 m. Lấy 4 mẫu nguyên dạng, 7 mẫu không nguyên dạng và 10 lần xuyên SPT. Các lỗ khoan được bố trí trong khu vực nghiên cứu nh­ hình vẽ 6.1 Sử dụng máy khoan do Trung Quốc sản xuất có thể khoan sâu tối đa 100m. Quá trình khoan có sử dụng dung dịch sét bentonit. Xuyên tiêu chuẩn bằng bộ dụng cụ xuyên tiêu chuẩn do Việt Nam sản xuất. 6.2. Đặc điểm địa hình Công trình trung tâm phân phối hàng hoá cảng Container Phù Đổng dự kiến gồm các hạng mục: một toà nhà điều hành, một bến cảng có thể tiếp nhận tàu đường sông với tải trọng lớn và bãi chứa container rộng 120.000m2.Địa hình khu vực xây dựng thuộc kiểu địa hình tích tụ ngoài đê, bề mặt tương đối bằng phẳng. Về vị trí công trình rất gần cầu Phù Đổng, sông Đuống, Quốc lé 5, đường 1A (tương lai) thuận lợi cho việc thi công xây dựng. Tuy nhiên khi khảo sát và thi công cần chú ý tới sự ổn định của thân đê. 6.3. Đặc tính địa kỹ thuật đất nền Căn cứ vào kết quả khảo sát hiện trường và thí nghiệm trong phòng, địa tầng khu vực khảo sát có thể phân thành 05 líp đất. Sự phân bố các líp được thể hiện ở các mặt cắt địa chất công trình hình 6. 2-6.7. Đặc tính địa kỹ thuật của các líp đất được thể hiện từ trên xuống dưới nh­ sau: Líp 1: Là líp đất lé ra ngay trên bề mặt địa hình, được chia thành 02 phụ líp là 1a và 1b. - Phụ líp 1a: Cát pha màu nâu, nâu xám đến nâu đỏ, trạng thái dẻo. Phụ líp 1a gặp tại các lỗ khoan LK1, LK4, LK6 và LK7. Cao độ đáy líp thay đổi từ 7,1m (KL4) đến -2,5m (LK1). Bề dày trung bình phụ líp là 3,1m. Kết quả thí nghiệm SPT cho N = 4 búa/30cm. Kết quả thí nghiệm trong phòng cho kết quả nh­ sau: Bảng 6.1. Bảng chỉ tiêu cơ lý phụ líp 1a TT Chỉ tiêu Ký hiệu Đơn vị Trị sè trung bình 1 Độ Èm tự nhiên W % 22.7 2 Khối lượng thể tích tự nhiên gtn g/cm3 1.92 3 Khối lượng thể tích khô gk g/cm3 1.59 4 Khối lượng riêng của hạt gs g/cm3 2.65 5 Hệ số rỗng e % 0.673 6 Độ lỗ rỗng n % 40.2 7 Độ bão hoà G % 81.4 8 Giới hạn chảy Wch % 25.3 9 Giới hạn dẻo Wd % 19.1 10 Chỉ số dẻo Id % 6.2 11 Độ sệt B % 0.58 12 Góc nội ma sát j độ 22012’ 13 Lực dính đơn vị C KG/cm2 0.08 14 Hệ số nén lún a1-2 cm2/kG 0.041 15 Hệ số chịu tải R0 KG/cm2 1.26 Nhận xét : Về tính chất vật lý: Đất của phụ líp này có khối lượng thể tích tự nhiên cao (gtn = 1.92g/cm3), khối lượng riêng hạt tương đối thấp (gs = 2.65g/cm3). Độ Èm tự nhiên trung bình (22.7%). Giới hạn chảy (26.5%), giới hạn dẻo (19.1%) đạt mức trung bình. Về tính chất cơ học: Đất của phụ líp này có lực dính kết đơn vị rất thấp (c=0.08 KG/cm2). Hệ số nén trung bình (a1-2=0.041cm2/KG). Sức chịu tải trung bình (Ro=1, 26 G/cm2). Qua đây cho thấy phụ líp 1a là líp đất không quá yếu nhưng bề dầy tương đối nhỏ lại nằm ngay trên bề mặt nên việc cải tạo nó không quá khó khăn. - Phô líp 1b: Sét pha mầu nâu ghi đến màu hồng, trạng thái dẻo mềm. Phụ líp 1b gặp tại hầu hết các lỗ khoan trong khu vực khảo sát, trừ LK1. Cao độ đánh phụ líp thay đổi từ 2,8 m (LK4)đến -3,5m (LK8). Bề dày trung bình của phụ líp là 6,9m. Kết quả thí nghiệm SPT cho N = 8 búa/30cm. Kết quả thí nghiệm trong phòng cho kết quả nh­ sau: Bảng 6.2. Bảng chỉ tiêu cơ lý phụ líp 1b TT Chỉ tiêu Ký hiệu Đơn vị Trị sè trung bình 1 Độ Èm tự nhiên W % 28.7 2 Khối lượng thể tích tự nhiên gtn g/cm3 1.87 3 Khối lượng thể tích khô gk g/cm3 1.46 4 Khối lợng riêng của hạt gs g/cm3 2.67 5 Hệ số rỗng e % 0.829 6 Độ lỗ rỗng n % 45.3 7 Độ bão hoà G % 92.5 8 Giới hạn chảy Wch % 35.8 9 Giới hạn dẻo Wd % 21.2 10 Chỉ số dẻo Id % 14.6 11 Độ sệt B % 0.51 12 Góc nội ma sát j độ 17o33’ 13 Lực dính đơn vị C KG/cm2 0.12 14 Hệ số nén lún a1-2 cm2/KG 0.041 15 Hệ số thấm K cm/s 25,48.10-6 16 Hệ số cố kết Cv cm2/s 0.7986.10-3 17 Áp lực tiền cố kết Pc KG/cm2 0.722 18 Chỉ số nén lún Cc 0.1852 19 Hệ số nén lún thể tích aV cm2/KG 0.0554 20 Hệ số chịu tải R0 KG/cm2 1.19 Nhận xét : Về tính chất vật lý: Đất của phụ líp 1b có giá trị khối lượng thể tích tự nhiên cao (gtn = 1.87g/cm3). Khối lượng riêng trung bình (gs = 2.67g/cm3 ). Tính dẻo trung bình của đất tương ứng tương ứng với trạng thái dẻo mềm Về tính chất cơ học: Kết quả sức chống cắt cho thấy so với phụ líp trên, lực dính đơn vị đã tăng lên (c= 0.12cm2/KG) . Sức chịu tải của nền đất (Ro= 1.19KG/cm2) trung bình. Tuy nhiên phụ líp 1b vẫn là líp đất yếu, có bề dầy rất lớn, đáy líp nơi sâu nhất 10,5m và phân bố trên diện rộng (gặp ở tất cả các lỗ khoan). Do vậy phụ líp 1b là đối tượng cần được cải tạo trước khi đưa vào sử dông . Líp 2: Cát hạt mịn, màu xám, kết cấu chặt vừa. Líp này bắt gặp tại tất cả các lỗ khoan trong khu vực khảo sát. Các lỗ khoan LK6, LK7 và LK8 chưa khoan hết bề dày của líp này. Tại các vị trí còn lại cao độ đáy líp thay đổi từ -10,6m (LK1) đến -17,7m (LK3). Bề dày trung bình của líp là 6,7m. Kết quả thí nghiệm SPT cho N = 16 búa/30cm ứng với cát trạng thái chặt vừa. Hàm lượng hạt cát (2-0,05) 87,4%, hạt bụi (0,05-0,005) 12%, hạt sét (< 0,005) không có, hạt sạn (10-2) 0,4%. Khối lượng riêng của đất là 2,65g/cm3. Líp 3: Sét pha màu nâu vàng, loang ghi đến nhiều màu trạng thái dẻo cứng. Líp này có mặt ở tất cả các lỗ khoan trong khu vực khảo sát. Cao độ đáy líp thay đổi từ -12,6m (LK4) đến -7,7m (LK3). Bề dày trung bình là 6,7m. Kết quả thí nghiệm SPT cho N = 11 búa/30cm Kết quả thí nghiệm trong phòng cho kết quả như sau: Bảng 6.3. Bảng chỉ tiêu cơ lý líp 3. TT Chỉ tiêu Ký hiệu Đơn vị Trị sè trung bình 1 Độ Èm tự nhiên W % 26.1 2 Khối lượng thể tích tự nhiên gtn g/cm3 1.89 3 Khối lượng thể tích khô gk g/cm3 1.5 4 Khối lợng riêng của hạt gs g/cm3 2.67 5 Hệ số rỗng e % 0.78 6 Độ lỗ rỗng n % 43.8 7 Độ bão hoà G % 89.3 8 Giới hạn chảy Wch % 36.8 9 Giới hạn dẻo Wd % 21.8 10 Chỉ số dẻo Id % 15.7 11 Độ sệt B % 0.32 12 Góc nội ma sát j độ 17o28’ 13 Lực dính đơn vị C KG/m2 0.19 14 Hệ số nén lún a1-2 cm2/KG 0.03 15 Hệ số chịu tải R0 KG/cm2 1.56 Nhận xét : Về tính chất vật lý: Đất của líp 3 có giá trị khối lượng thể tích khá cao (gtn = 1.89g/cm3) .Khối lượng riêng trung bình (gs = 2.67g/cm3 ). Tính dẻo của đất thấp tương ứng với trạng thái dẻo cứng . Về tính chất cơ học: Kết quả sức chống cắt cho thấy lực dính đơn vị đã tăng lên đáng kể (c = 0.19KG/cm2) .Hệ số nén lún đã giảm đi so với phụ líp 1b (a1-2 = 0.03cm2/KG). Hệ số chịu tải tăng lên và đạt mức (R0 = 1.56 KG/cm2). Líp 4: Sét pha màu vàng đến nâu hồng, trạng thái dẻo mềm. Líp này gặp tại tất cả các lỗ khoan trong khu vực khảo sát. Cao độ đáy líp thay đổi từ -20,1m (LK1) đến -29,9m (LK3). Bề dày trung bình của líp là 9,8m. Kết quả thí nghiệm SPT cho N = 10 búa/30cm. Kết quả thí nghiệm trong phòng cho kết quả nh­ sau: Bảng 6.4: Bảng chỉ tiêu cơ lý líp 4. TT Chỉ tiêu Ký hiệu Đơn vị Trị sè trung bình 1 Độ Èm tự nhiên W % 30.3 2 Khối lượng thể tích tự nhiên gnt g/cm3 1.84 3 Khối lượng thể tích khô gk g/cm3 1.41 4 Khối lượng riêng của hạt gs g/cm3 2.67 5 Hệ số rỗng e % 0,894 6 Độ lỗ rỗng n % 47.2 7 Độ bão hoà G % 90.5 8 Giới hạn chảy Wch % 37.1 9 Giới hạn dẻo Wd % 21.3 10 Chỉ số dẻo Id % 15.8 11 Độ sệt B % 0.57 12 Góc nội ma sát j độ 17o47’ 13 Lực dính đơn vị C KG/m2 0.08 14 Hệ số nén lún a1-2 cm2/KG 0.041 15 Hệ số chịu tải R0 KG/cm2 0.99 Nhận xét : Về tính chất vật lý: Líp đất 4 có giá trị khối lượng thể tích tự nhiên khá cao (gtn = 1.84g/cm3). Khối lượng riêng của hạt cao (gs = 2.67g/cm3) Chỉ số dẻo Id = 15.8% và độ sệt B = 0.57% tương ứng với trạng thái dẻo mềm. Về tính chất cơ học: Kết quả sức chống cắt cho thấy lực dính đơn vị thấp (c = 0.08KG/cm2). Hệ số nén lún trung bình (a1-2 = 0.041cm2/KG) . Sức chịu tải thấp (Ro = 0.99KG/cm2). Đây là líp đất yếu nhưng do nằm quá sâu ( từ -20.1m đến -29.9m) nên khả năng làm biến dạng công trình không lớn. Líp 5: Cát hạt mịn, màu xám vàng lẫn sỏi sạn, kết cấu chặt đến rất chặt. Các lỗ khoan đều chưa khoan hết líp này. Hàm lượng hạt cát (2 - 0,05) 73,7% hạt bụi (0,05-0,005)9,2%, hạt sạn (10-2)11,1%, hạt sỏi (>20-10) 5,8%. Khối lượng riêng của đất là 2,66g/cm3. Các chỉ tiêu cơ lý của từng mẫu đất và từng líp xem Phụ lục (bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm trong phòng). 6.4. nhận xét chung Qua kết quả công tác khoan thăm dò, thí nghiệm trong phòng và hiện trường cho ta thấy đặc điểm về địa tầng khu vực khảo sát không quá phức tạp. Tuy nhiên, đối với hạng mục nhà điều hành và bến nên chọn loại hình móng cọc đặt sâu tới líp 5 (cát hạt mịn lẫn sỏi sạn). Đối với hạng mục bãi container 120.000m2 có thể sử dụng các biện pháp gia cố đất nền. Chương 7 Các Giải pháp gia cố nền đất phục vụ xây dựng bãi container 7.1. giải pháp gia cố nền đất bằng cọc cát 7.1.1. Đặc điểm và tính ưu việt của cọc cát Qua kết quả khảo sát, đánh giá các đặc tính địa kỹ thuật của nền đất tại khu vực nghiên cứu cho thấy nền đất tại khu vực là nền đất yếu có tính nén lún cao, độ bền, độ ổn định thấp nên không thể sử dụng trực tiếp trên nền thiên nhiên để xây dựng công trình mà cần có các biện pháp để gia cố. Trong thực tế, có nhiều phương pháp để gia cố nền đất như cọc cát, giếng cát, cọc vôi, xi măng, cọc balat... nhằm mục đích tăng độ chặt của nền đất tạo điều kiện cho nền đất có đủ khả năng chịu lực, hạn chế độ lún và biến dạng, qua quá trình nghiên cứu đặc tính địa kỹ thuật nền đất tại khu vực và đặc trưng của công trình bến cảng cũng như việc nghiên cứu các phương pháp gia cố nền đất, ở đây có thể chọn giải pháp gia cố nền đất bằng cọc cát và bấc thấm thoát nước. Gia cố nền bằng cọc cát tức là đưa cát xuống nền đất dưới dạng cọc và nén cát chặt lại. Tác dụng của cát là làm giảm độ rỗng, độ Èm của nền đất giảm đi, trọng lượng, thể tích, modun biến dạng, lực dính và góc ma sát tăng lên. Sử dụng cọc cát nền đất được nén chặt lại do đó sức chịu tải được tăng lên, độ lún và biến dạng của nền đất khi chịu tải trọng ngoài giảm đi. Dưới tác dụng của tải trọng, cọc cát và vùng đất xung quanh cọc được nén chặt cùng làm việc, đồng thời đất được nén chặt trong khoảng cách giữa các cọc. Do các đặc điểm kể trên nên việc sử dụng cọc cát ở đây có nhiều ưu việt hơn các loại cọc cứng mà chúng ta thường sử dụng ở các công trình khác. Tính ưu việt của cọc cát được thể hiện ở các mặt: trị số modun, biến dạng trong cọc cát cũng như vùng đất được nén chặt xung quanh sẽ giống nhau ở mọi điểm. Vì vậy sự phân bố ứng suất trong nền đất được nén chặt bằng cọc cát đều hơn, tính chất này hoàn toàn không thể có được khi dùng các loại cọc cứng. Khi dùng cọc cát, quá trình cố kết của nền đất diễn ra nhanh hơn nhiều so với nền thiên nhiên. Nước trong đất có điều kiện thoát ra nhanh theo chiều dài cọc dưới tác dụng của tải trọng công trình. Về mặt kinh tế tính ưu việt của cọc cát còn thể hiện ở vật liệu cọc. Cát dùng trong cọc là vật liệu rẻ tiền hơn nhiều so với các vật liệu khác nh­ gỗ, thép, bêtông và không bị ăn mòn khi nước ngầm có tính xâm thực. Biện pháp thi công đơn giản, không đòi hỏi thiết bị phức tạp. Qua quá trình tìm hiểu nghiên cứu về đặc tính ưu việt của cọc cát cho thấy có thể sử dụng cọc cát để gia cố nền đất công trình Trung tâm phân phối hàng hoá cảng container - Phù Đổng. 7.1.2. Xác định sức chịu tải của nền khi chưa được nén chặt 7.1.2.1. Xác định sức chịu tải của nền Với đặc trưng của công trình cảng là có phần bãi rộng 120.000m2 dùng để chứa các container, do đó tải trọng tác dụng lên nền chính là trọng lượng của các container đặt phía trên. Tại đây, tải trọng dự kiến tác dụng lên nền là 2KG/cm2. (Theo tư vấn thiết kế) Móng được đặt trên phụ líp 1b là líp đất sét, trạng thái dẻo mềm có chiều dầy trung bình là 7m. Đặc trưng của líp đất sét này như sau: gtn = 1,87 g/cm3 C = 0,12 Kg/cm2 g3 = 2,67 g/cm2 Wch = 35,8 % j = 17o33’ Ip = 14,6 Giả thiết móng đặt trên nền có dạng móng băng chôn sâu 1m. Chiều rộng của móng là 1m Chiều dài của móng là 100m Từ đặc trưng của líp đất sét trên. Theo tiêu chuẩn ta có: A = 0,315B = 2,575D = 5,155 B = 2,575 D = 5,155 Ta có sức chịu tải quy ước R0 = m [(Ab + Bh)] g + DC Với hệ số làm việc m = 1 ® R0 = 1 [(0,395 . 100 + 2,55.100)].1,87.10-3 + 5,155 .0,12 ® R0 = 0,74 KG/cm2 Tải trọng gây lún dưới đáy móng đối với móng băng được xác định theo: Trong đó: Ptd : Tải trọng tác dụng b: Chiều sâu móng h: Độ sâu chôn mãng gtb: Trọng lượng thể tích trung bình của đất và móng phủ trên móng thường lấy bằng 2 T/m3 Vậy T/m2 = 1,7 KG/cm2 Nh­ vậy tải trọng gây lún d gl = 1,7 KG/cm2 > Sức chịu tải của nền R = 0,75 KG/cm2 7.1.3. Tính toán và thiết kế cọc cát 7.1.3.1. Xác định hệ số rỗng ec của đất sau khi được nén chặt bằng cọc cát. Khi dùng cọc cát nền đất sẽ được nén chặt lại do hệ số rỗng của đất giảm. Hệ số rỗng của đất sét có thể xác định gần đúng dùa vào tính chất cơ lý của đất theo công thức sau: D: Khối lượng riêng hạt gn: Khối lượng thể tích nước w1: Giới hạn dẻo Ip: Chỉ số dẻo Thay các số liệu đã biết vào công thức ta có: enc=(21,2+0,5.14,6)=0,76 7.1.3.2. Xác định trọng lượng thể tích của đất nén chặt Khối lượng thể tích của đất nén chặt gnc= w : Độ Èm tự nhiên của đất trước khi nén chặt Thay các giá trị vào công thức trên được: gnc= 7.1.3.3. Xác định khoảng cách giữa các cọc và bố trí cọc cát Với mục tiêu đảm bảo nền đất được nén chặt đều trong khoảng cách giữa các cọc. Tại đây chọn sơ độ bố trí theo đỉnh lưới của hình tam giác đều. Khoảng cách giữa các cọc có thể được xác định bằng tính toán dùa trên giả thiết cơ bản sau đây: Độ Èm của đất trong quá trình nén chặt là không đổi. Đất được nén chặt đều trong khoảng cách các cọc cát . Thể tích của đất nén chặt giới hạn trên bề mặt tam giác đều ABC giữa các trục của cọc cát. Hình 7.1: Sơ đồ bố trí cọc cát Sau khi nén chặt thể tích đất sẽ giảm đi một thể tích bằng một nửa thể tích của cọc cát. Thể tích của các hạt đất trước và sau khi nén chặt xem nh­ không đổi, nếu bỏ qua tính nén bản thân của các hạt. Dùa vào những giả thiết đã trình bày có thể viết: L: Khoảng cách giữa tâm các cọc cát. dc: Đường kính cọc cát Từ hệ thức trên ta có: L = 0,925 dc Tính khoảng cách giữa tâm các cọc (L) Tính L ứng với 3 loại cọc có các đường kính sau: dc = 30 cm = 0,3 mL = 0,952.0,3 L = 0,952.0,3 = 1,47m dc = 40 cm = 0,4 mL = 0,952.0,4 L = 0,952.0,4 = 1,96m dc = 50 cm = 0,5 mL = 0,952.0,5 L = 0,952.0,5 = 2,45m 7.1.3.4. Xác định diện tích nền được nén chặt và tổng số cọc cát cần dùng Diện tích nền bãi cần nén chặt có dạng hình chữ nhật. Với chiều rộng a = 200m; chiều dài b = 600m. Ở đây ta bố trí cọc cát theo hình tam giác đều. Hình 7.2: Sơ đồ mạng lưới các cọc cát Trên sơ đồ giới hạn biên của nền là hai hàng cọc vuông góc với nhau. Tuy nhiên để đảm bảo sự ổn định của nền đất đồng thời tăng hệ số an toàn cho nền, ta bố trí thêm ở mỗi mặt bên của diện tích bãi là một hàng cọc, nghĩa là diện tích nền gia cố thực tế tăng lên. Khoảng cách giữa các hàng cọc dọc 1’, 2’, 3’, .... là : x = L. sin 30o = 0,5L y = L . sin 60o = Chiều rộng tăng lên là: a + 2y = a + 2 = a + L Chiều dài tăng lên là: b + 2x = b + 2. 0,5L = b + L Diện tích nền thực tế gia cố là: S’ = (a + L)(b + L) Khoảng cách hai hàng ngang lẻ kế tiếp nhau là 2y: => Sè hàng ngang lẻ là Sè hàng ngang chẵn cũng là: a + L Số cọc hàng ngang lẻ là Số cọc hàng ngang chẵn là Vậy tổng số cọc cát dùng gia cố ở diện tích thực tế là : Với dc = 0,3m, L = 1,47m Diện tích nền được nén chặt là S’ =(a+L)(b+2) S’ =(200+1,47)(600+1,47) = 121.825m2 Số cọc cần dùng là : n= n==64.992 cọc Với dc = 0,4 , L = 1,96m Diện tích nền được nén chặt là S = (200+1,96)(600+1,96) = 122.345m2 Số cọc cần dùng là : n= n=36.780 cọc -Tương tự với dc =0,5m ,L = 2,45m Diện tích nền được nén chặt là 123.046m2 và số cọc cần dùng là n= 23.765 cọc 7.1.3.5. Trọng lượng cát cần thiết trên một mét chiều dài của cọc Cát dùng trong thi công, cọc cát thường dùng là loại cát hạt to hay hạt trung, cát tương đối sạch, hàm lượng bụi và sét lẫn vào không quá 3% đồng thời không lẫn những hòn to kích thước lớn hơn 60mm. Trọng lượng cát được xác định theo công thức: G = G: Trọng lượng cát trên 1 mét chiều dài cọc Khi thi công dùng cát có D = 2,65g/cm3 * Diện tích tiết diện cọc cát fc dùng khi thi công: fc = 3,14 ()2 Với dc = 0,3 m => f => fc = 3,14 ()2 dc = 0,4 m => f => fc = 3,14 ()2 dc = 0,5 m => f => fc = 3,14 ()2 Với các loại cọc đường kính dc = 0,3 m thì: G = = 0,12 T/m Với loại cọc đường kính dc = 0,4 m thì: G = = 0,21 T/m Với loại cọc đường kính dc = 0,5 m thì: G = = 0,33 T/m 7.1.3.6. Xác định chiều sâu nén chặt của cọc cát Chiều sâu nén chặt ở đây lấy bằng chiều dầy vùng chịu nén. Áp dụng phương pháp líp tương đương ta có .Đối với móng cứng trên tiết diện hình chữ nhật, ta có: A wm = 3,17 (ứng với m = 0,35, = 100) Chiều dầy líp trương đương sẽ là: hs = A.w.b hs = 3,17 . 1 = 3,17 m Chiều dày vùng chịu nén kể từ đế móng sẽ là: H = 2 .hs = 2. 3,17 = 6,34 m Để xét hiện tượng đất bị tơi ra ở phần trên khi đóng cọc cát do đó chiều dài toàn bộ của cọc cát sẽ lấy kể từ mặt đất thiên nhiên đến giới hạn chiều sâu vùng chịu nén tức là (khi đào hố móng líp đất bị tơi sẽ bỏ đi) Lc = 6,34 + 1 = 7,34 m 7.1.3.7. Xác định sức chịu tải của nền đất sau khi nén chặt bằng cọc cát Khi nền đất được nén chặt thì sức chịu tải của nền tăng lên có nhiều phương pháp kiểm nghiệm sức chịu tải của nền khi đất nền đã được nén chặt nh­ mét số phương pháp sau: Phương pháp thí nghiệm tải trọng ở hiện trường Khoan lấy mẫu xác định các chỉ tiêu j, C sau khi nền đã nén chặt và tính toán theo công thức: Rtc = m .(A.b + B. h). g + D. Ctc Rtc: áp lực của đất nền khi nền được nén chặt m: Hệ số điều kiện làm việc (m = 1) A, B, D: Hệ số không thứ nguyên phụ thuộc vào góc ma sát và lực dính đơn vị. Trong điều kiện do công trình chưa thi công nên việc thí nghiệp tải trọng tĩnh, khoan lấy mẫu tại hiện trường không thể thực hiện được Sức chịu tải của nền sau khi được nén chặt có thể tính theo công thức: Rtc = m (A.b + B.h).g + D.Ctc Trong đó tra từ bảng quy phạm và hệ số Cnc có thể được xác định gần đúng trị sè j, Eo của líp đất sét dưới đế móng khi dùng cọc cát: Với enc=0,76, Ta có Ctc = 6,8 T/m2 jtc =20o ta có A=0,51 ,B=3,06, D= 5,66 Tính Rtc = 1(0,51.1 + 3,06.1 ).2,06 + 5,66.6,8 =45,8T/m2=4,58 kG/cm2 Như vậy sau khi gia cố nền đất bằng cọc cát thì sức chịu tải của nền đất tăng lên Rtc = 4,58KG/cm2 7.1.3.8 . Kiểm nghiệm độ lún của nền đất sau khi nén chặt bằng cọc cát Trị số độ lún dự tính của nền đất sau khi nén chặt bằng cọc cát có thể xác định theo công thức Sc = a0.hs.p Ta có ao =b/Eo b- hệ số phụ thuộc vào biến dạng ngang , đối với đất sét b =0,4 ao = = 0,00267cm2/kG Áp lực gây lún gây lún dưới đáy mãng P = 1,7kG/cm2 Vậy Sc = a0.hs.P = 0,00267.1,7.3,17 = 1,48 cm Độ lún dự tính là khá nhỏ so với độ lún cho phép ,vì vậy phương pháp nén chặt đất bằng cọc cát áp dụng ở đây có hiệu quả rõ rệt 7.1.3.9. Nhận xét Qua quá trình tính toán và thiết kế cọc cát cho ba loại cọc có đường kính khác nhau kết quả ghi trong bảng sau. Bảng 7.1.Kết quả tính toán và thiết kế cọc Đường kính cọc (m) Khoảng cách cọc(L) Tổngsố cọc Diên tích được nén Khối lượng cát sử dụng(tấn) 0,3m 1,47 64.992 121.825m2 57 245 0.4m 1,96 36.780 122.435m2 56 693 0,5m 2,45 23.765 123.046m2 57 564 Từ bảng trên cho thấy với loại cọc đường kính dc = 0.3m, dc = 0.4m thì tổng số cọc tương ứng phải thi công là 64 992 và 36 780 cọc để đảm bảo nền đất được nén chặt theo thiết kế là rất lớn . Đối với cọc có đường kính 0.5m, thì tổng số cọc cần dùng là Ýt nhất , không những thế, khoảng cách giữa các cọc là lớn nhất (2,45m) đảm bảo hạn chế tối đa mức độ hư hại của các cọc đóng trước khi người và máy di chuyển và diện tích nền được nén chặt là lớn nhất . Qua nhận xét trên cho thấy việc sử dụng loại cọc có đường kính dc = 0.5m để gia cố nền đất Trung tâm phân phối hàng hoá - cảng container Phù Đổng là hợp lý. 7.2. Giải pháp gia cố nền đất bằng bấc thấm kết hợp gia tải trước 7.2.1. Khái niệm về giải pháp gia cố nền đất bằng bấc thấm Xuất phát từ mục đích xử lý nền đấtyếu là tăng nhanh tốc độ cố kết, tăng cường khả năng chịu tải, đảm bảo nền đất yếu đạt được độ cố kết cần thiết trong thời gian nhất định mà nền đất vẫn làm việc trong điều kiện ổn định. Bằng cách đó nguời ta đã tạo ra các đường thấm theo phương thẳng đứng trong đất yếu bằng các thiết bị tiêu nước kết hợp với gia tải. Dưới tác dụng của tải trọng nền đắp nước được Ðp từ các lỗ rỗng trong đất đi vào các thiết bị tiêu nước chủ yếu theo phương ngang với quãng đường rất ngắn vào các thiết bị tiêu nước và thoát ra ngoài. 7.2.2. Cơ sở lý thuyết của phương pháp Barron (1948) đã đưa ra phương trình tổng quát cho mức độ cố kết theo phương ngang khi có thiết bị tiêu nước theo phương thẳng đứng trong điều kiện lý tưởng (không bị xáo động và không có sức cản thành giếng). Harrbo (1979) đã cải tiến phương trình của Barron đề xuất dùng cho thiết bị tiêu nước chế tạo sẵn. Ông đẫ phát triển lý thuyết của Barron cho trường hợp bằng bấc thấm, có xét đến các yếu tố ảnh hưởng thực tế khác nh­: tổn thất thuỷ lực qua bấc thấm, ảnh hưởng của thi công đến hệ số thấm của đất nền tự nhiên. Cải tiến của Harrbo thực hiện chủ yếu do đơn giản hoá các giả thiết về kích thước và đặc trưng vật lý của thiết bị tiêu nước chế tạo sẵn . = 1- e Trong đó t: Thời gian tính toán F :Nhân tố ảnh hưởng đến tính thấm, nó gồm ba thành phần F= Fn + Fs + Fr Fn : Nhân tố ảnh hưởng bởi khoảng cách bấc thấm. Vì đường kính vùng ảnh hưởng lớn hơn rất nhiều so với đường kính tương đương dw của bấc thấm , nên có thể xác định Fn mét cách đơn giản nh­ sau: Fn = ln - Fs Nhân tố ảnh hưởng bởi sự xáo động nền đất yếu được xác định theo công thức Fs = Kr – hệ số thấm của đất theo phương ngang khi chưa đóng bấc thấm Ks _ hệ số thấm của đất theo phương ngang khi đóng bấc thấm Ds - đường kính của đới phá hoại xung quanh bấc thấm. Trong thực tế thường dùng = 2-3 = 2- 5 Fr nhân tố ảnh hưởng bởi sức cản của bấc thấm Fr = Với H: chiều dài bấc thấm (m). Nếu chỉ thoát một phía H bằng chiều dày đất yếu, nếu thoát nước hai phía H bằng một nửa chiều dầy đất yếu Qw (m3/sec): khả năng thoát nước thẳng đứng của bấc thấm tương đương với Gradien thuỷ lực bằng 1 ( lấy theo chứng chỉ xuất xưởng của bấc thấm) Thực tế tính toán cho phép lấy = 0.00001- 0.001m-2 tuỳ thuộc từng loại đất Hình 7.3: Mô hình bấc thấm trong đất + Đặc tính của thiết bị tiêu nước : Lý thuyết cố kết coi đất được tiêu nước bởi thiết bị tiêu nước thẳng đứng bằng bấc thấm có mặt cắt ngang hình tròn. Đường kính của thiết bị tiêu nước dạng dải được tính nh­ thiết bị tiêu nước dạng hình tròn qua đường kính tương đương mà Rixner (1986) đưa ra dw = Trong đó : a – chiều rộng của bấc thấm b- chiều dày của bấc thấm dw - đường kính tương đương của bấc thấm Đường kính của vùng ảnh hưởng phụ thuộc vào khoảng cách bấc thấm (L) và dạng bố trí bấc thấm Nếu bố trí bấc thấm dạng tam giác De = 1.05L Nếu bố trí bấc thấm dạng hình vuông De = 1.13L + Thời gian cố kết Khi xét đến các yếu tố ảnh hưởng đến tính thấm của bấc thấm , thì thời gian cố kết khi áp dụng giải pháp bấc thấm là: T= + Tốc độ cố kết Độ cố kết tổng (U) là kết quả của quá trình thoát nước theo phương ngang và theo phương thẳng đứng. Kết quả này đã được Carillo (1942) tổng kết bởi công thức U= 1- (1-UV) (1- Ur ) Trong đó: Uv , Ur tương ứng là các độ cố kết trung bình do thoát nước nằm ngang và thoát nước thẳng đứng gây ra + Điều kiện áp dông Khi chiều dầy líp đất yếu khá lớn có thể tới 40m đất có hệ số thấm nhỏ, hệ số nén lún lớn . Nền đất đắp không cao lắm, do đặc tính về khả năng chịu tải của hỗn hợp bấc thấm và đất nền thấp Có đầy đủ trang thiết bị thi công bấc thấm Biện pháp này thích hợp cho những diện tích thi công lớn + Ưu và nhược điểm Ưu điểm + Được chế tạo sẵn trong nhà máy nên số lượng và chất lượng tương đối ổn định + Thi công cơ giới đồng bô,nhanh giá thành rẻ + Trong quá trình thi công Ýt sự cố , trang bị thi công gọn nhẹ +Trong quá trình lún bấc thấm không bị cắt do trượt Nhược điểm + Khả năng chịu tải của hỗn hợp đất yếu và bấc thấm không lớn + Hệ số sức cản của bấc thấm tăng nhanh theo chiều sâu 7.2.3. Tính toán và thiết kế bấc thấm 7.2.3.1. Chọn loại bấc thấm Trong tính toán thiết kế xử lý nền đất khu vực trung tâm phân phối hàng hoá cảng container Phù Đổng ta sử dụng loại bấc thấm FLODRAIN FD4-EX. Chỉ tiêu kỹ thuật được trình bày trong bảng sau: Bảng 7.1 Chỉ tiêu xuất xưởng bấc thấm FLODRAIN FD4-EX Stt Đặc tính thí nghiệm Đơn vị Phương pháp thí nghiệm Các tính chất 1 Các đặc tính của lõi Cấu tróc Chất liệu Sức bền nén Khả năng chống nấm mốc Độ bền hoá chất - - KPa - - - - - ASTMD-1629 - - - Các rãnh liên tục Polyethelen >450 Không phát triển Rất tốt 2 Vỏ lọc : Cấu tróc Chất liệu Trọng lượng Bề dầy Cường độ chịu kéo Lực chống xé rách Độ giãn dài Tính thấm Hằng số điện môi Kích thước lỗ O95(SOS) - - g/m2 mm N N % m/s S-1 mm - - Thông thường Thông thường ASTMD-4632 ASTMD- 4533 ASTMD-4491 ASTMD-4491 BS6906-2 Không dệt, sợi liên tục 100%PP 130 0.65 320 120 50 >1.0.10-4 0.25 <75 3 Lõi nhựa : Chiều rộng Độ dày Tỷ lệ chiều rộng /chiều dầy Trọng lượng Khả năng chịu kéo Độ giãn dài Khả năng thoát nước (với gradien thuỷ lực i=1) Dưới áp lực + 50 kpa + 150kpa + 250kpa + 350kpa Diện tích bề mặt tự do Thể tích tự do mm mm mm G/m KN % m3/s Mm2/s Mm2/s Thông thường Thông thường Thông thường Thông thường ASTMD-1628 ASTMD-4716 Thông thường Thông thường 100±5% 4 25 75 1.8 ± 10% >20 165 .10-6 101. 10-6 74 .10-6 60.10-6 270.10-6 315.10-6 4 Đóng cuộn: Chiều dài cuộn Chiều rộng cuộn Đường kính m m m Thông thường Thông thường Thông thường 200 ± 2% ± 5% ± 5% 7.2.3.2. Thiết kế líp đệm cát + Yêu cầu kỹ thuật của cát làm đệm Tỷ lệ cỡ hạt > 0.5mm chiếm hơn 50% Tỷ lệ cỡ hạt <0.14mm không vượt quá 10% Hệ số thấm của cát không nhỏ hơn 10-4m/sec Hàm lượng hữu cơ không quá 5% - Chiều dày đệm cát trong trường hợp này lấy là 50cm. Đệm cát phải chịu được tải trọng của thiết bị thi công bấc thấm. Ngoài ra nó còn phải đảm bảo thoát nước tốt cho bấc thấm dẫn nước từ tầng đất yếu lên. - Trong phạm vi chiều cao và biên tầng đệm cát sử dụng tầng đệm ngược + Yêu cầu kỹ thuật của vải địa kỹ thuật - Cường độ chịu kéo >1.0kN - Độ giãn dài <65% Khả năng chống xuyên thủng 1500-5000N Kích thước độ lỗ vải < 1.4 .10-4 m/sec 7.2.3.3. Sơ đồ bố trí + Hình dạng bố trí Bố trí hình vuông 1.5 ´ 1.5 m Khoảng cách L các bấc thấm là 1.5m + Đường kính tương đương của bấc thấm dw == 52.6mm = 5.26cm +Vùng ảnh hưởng Vùng ảnh hưởng thấm do bấc thấm phụ thuộc vào hình dạng bố trí và khoảng cách giữa tim các bấc thấm . Trường hợp bố trí hình vuông De = 1.13.L = 1.13´150 = 169.5 cm + Hệ số ảnh hưởng n = = 32,2m Hình 7. 4: Sơ đồ bố trí bấc thấm, đệm cát, đất đắp gia tải . Nh­ vậy trên diện tích 120.000m2 các bấc thấm được cắm đến độ sâu tối đa 10m và bố trí bấc thấm hình vuông 1.5´1.5m thì ta có thể cắm 53.200 bấc thấm 7.2.3.4.Tính toán độ cố kết Nhân tố thời gian Theo phương đứng TV = Đối với công trình này do đáy líp đất yếu 1b là líp cát nên đây là trường hợp thoát nước hai chiều H= = CV = 14.10-4(cm2/s) [theo thí nghiệm] Ta có TV = TV = 0.0048t (l/ngày) Theo phương ngang Tr = Trong đó : Cr : Hệ số cố kết theo phương ngang(cm2/s) Theo tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam (TCXD 245-2000) Có thể lấy Cr =(2-5)CV tuỳ loại đất. Trong trường hợp này chọn Cr = 5. CV =70.10-4(cm2/s) Ta có : Tr = Tr = 0,0207.t (l/ngày) Độ cố kết Theo phương thẳng đứng UV Đây là trường hợp bài toán thoát nước theo hai chiều ( mét chiều lên líp đệm cát, một chiều xuống tầng cát ). Độ cố kết này được tra theo hàm UV=f(Tv) (Tiêu chuẩn nghành Giao Thông 244-1998) Theo phương ngang Ur Độ cố kết theo phương ngang đối với bấc thấm được xác định theo công thức Ur = 1- Trong đó F : Nhân tố ảnh hưỏng tới tính thấm , gồm ba thành phần F= Fn + Fs + Fr Với Fn Nhân tố ảnh hưởng bởi khoảng cách bấc thấm được xác định Fn = ln(n) -= ln(32,2)- . Suy ra Fn = 2,72 Fs Nhân tố ảnh hưởng bởi sự xáo động nền đất yếu được xác định theo công thức Fs = Theo tiêu chuẩn xây dựng (TCXD 245-2000) Có thể lấy tuỳ thuộc từng loại đất. Trong trường hợp này chọn =5 Ta có Fs = 5- ln2 Þ Fs = 2,77 Fr Nhân tố ảnh hưởng bởi sức cản của bấc thấm Fs= Với H=1/2h= 5m Ta có Fr = .3,14.52.5.10-5 ÞFr = 0,0026 Khi đó : F = 2,72+2,77 +0,0026 = 5,49 Vậy Ur = 1- Độ cố kết chung (U) Độ cố kết chung là kết quả của sự kết hợp giữa thoát nước theo phương ngang và thoát nước theo phương thẳng đứng. Sự kết hợp này được Carillo (1942) tổng kết bởi công thức U= 1- (1-UV) (1- Ur) c.) Kết quả : Trên cơ sở đó quá trình tính toán được trình bày dưới bảng sau . UV được tính nhanh thông qua hàm liên hệ UV = f (TV) [Tiêu chuẩn nghành Giao thông Vận Tải 224-98] Bảng 7.2.Kết quả tính toán độ cố kết T (ngày) TV Tr UV Ur U U(%) 15 0,072 0,31 0,303 0,36 0,55 55% 20 0,096 0,414 0,357 0,45 0,64 64% 30 0.144 0,62 0.445 0,59 0,77 77% 45 0,216 0,931 0,510 0,74 0,87 87% 50 0,240 1,035 0,561 0,77 0,90 90% 7.2.3.5 Tính toán độ cố kết Xác định chiều cao đắp giai đoạn H1 Chiều cao đất đắp ở giai đoạn I (giai đoạn đầu tiên) xác định theo công thức của Manden- Salencol [13] đảm bảo nền không bị lún trồi, tương ứng với hệ số an toàn F = 1,5 Ta có : H1 = Với Cu – lực dính của đất yếu ban đầu F - hệ số an toàn F= 1,5 gd - khối lượng riêng của đất đắp Nc phô thuộc : B chiều rộng trung bình trên mặt cắt ngang Để thuận lợi trong tính toán và thiết kế ta coi đắp đất gia tải theo hai tuyến đồng thời nhau, bề rộng mỗi tuyến đắp là 100m. Vậy = .Tra toán đồ Manden- Salencol ta được Nc = 9 ®H1 = Ngoài ra còn phải đảm bảo nền đường không bị trượt, bằng cách kiểm toán điều kiện trượt của chiều cao đất đắp H1 sao cho F ³1,5 và được xác định theo phương pháp tra bảng. Suy ra A= 6,1 B=5.95 Theo phương pháp Goldstein M.N Hệ sè an toàn K xác định nh­ sau: K=f.A+B= Atgju + B K=6,1.tg17o33’+5.95 = 2,9 >1,5 Vậy nền đất không bị trượt Kế hoạch: Giai đoạn I đắp cát tới chiều cao 2,7m sau đó đợi 50 ngày đắp thêm 2m chiều cao. Độ tăng sức chịu tải do tăng lực dính kết . Với thời gian t=30 ngày ta có U30= 77% (độ cố kết ) DCu =g.H1.U15.tgju =.2,65.10-3.272.0,77.tg17o33’ Suy ra DCu = 0,087(KG/cm2) Lực dính kết sau 30 ngày đạt Cu’ =Cu + DCu =0,087+0,12=0,207(KG/cm2) 7.2.3.6. Xác định chiều cao đất đắp giai đoạn II Xác định chiều cao HII Chiều cao đắp đất giai đoạn II đảm bảo nền không bị lún trồi Theo Manden- Salencol HII = Kiểm tra điều kiện trượt của chiều cao đất đắp theo phương pháp tra bảng Suy ra A=4,78 B=6,08 Hệ sè an toàn K= A.f + B = 4,78.tg17033’+ 6,08.=2,52 Suy ra K = 2,52 >1,5 Vậy nền đất không bị trượt b). Độ tăng sức chịu tải do tăng lực dính kết. Với thời gian t=50 ngày ta có U50= 90% (độ cố kết ) DCu =g.HII.U50.tgju =.2,65.10-3.470.0,9.tg17o33’ Suy ra DCu = 0,17 (KG/cm2) Lực dính kết sau 50 ngày đạt Cu’ =Cu + DCu =0,17 +0,12=0,29(KG/cm2) 7.2.3.7. Độ lún của nền đất Nền đất của công trình chịu một tải trọng khi gia tải phân bố đều khắp trên bề mặt rộng với kích thước 200 ´ 600m. Biểu đồ phân bố ứng suất theo chiều sâu có dạng hình chữ nhật, đất không có chuyển vị theo chiều ngang mà chỉ có chuyển vị theo chiều thẳng đứng. Do đó độ lún của nền đất được áp dụng theo sơ đồ 0  Hinh 7.5: Sơ đồ áp dụng tính lún a) . Độ lún nền đất khi đắp đất giai đoạn I Tải trọng tác dụng khi đắp đất giai đoạn I qI = gch(HI+L) trong đó gch : khối lượng thể tích đất đắp đầm chặt lấy bằng1,86.10-3 H1 chiều cao đất đắp giai đoạn I L chiều cao đệm cát L=50cm qI = 1.86.10-3(270+50) = 0.6KG/cm2 Độ lún của nền đất khi đắp đất ở giai đoạn I. Ta có SI = ao.qI.h Trong đó : a0 = Hệ số nén lún bình quân a1-2 , e1. Xác định theo kết quả thí nghiệm nén cố kết qI : Tải trọng tác dông h : Bề dầy líp đất tính lún Suy ra SI = . qI.h = b). Độ lún nền đất khi đắp đất giai đoạn II Đất đắp giai đoạn II cao 4,7m nghĩa là đắp thêm chiều cao sau đó đợi thêm 50 ngày. Tải trọng tác dụng khi đắp đất giai đoạn II qI = gch(HII +L) trong đó gch : khối lượng thể tích đất đắp đầm chặt lấy bằng1,86.10-3 HII chiều cao đất đắp giai đoạn II L chiều cao đệm cát L=50cm qII = 1.86.10-3(470+50) = 0.96KG/cm2 Tương tự như trên ta tính độ lún khi đắp đất giai đoạn II là: SII = ao.qII.h = Vậy tổng độ lún sau khi đắp đất xong là 21,8cm 7.2.4 . Nhận xét chung Với những ưu điểm về mặt cố kết nền đất và tăng sức chống trượt ,cùng với khả năng cắm nhanh và sâu của máy cắm bấc thấm . Phương pháp gia cố nền đất bằng bấc thấm kết hợp với gia tải trước ngày càng được áp dụng rộng rãi. Tuy nhiên, nền đất tại công trình này khi cắm bấc thấm và đắp đất gia tải giai đoạn I áp lực tác dụng lên nền không lớn hơn áp lực tiền cố kết do đó không đảm bảo độ cố kết. Để thoả mãn độ cố kết U ³ 90% ta phải đắp đất gia tải theo nhiều giai đoạn trên một diện tích rộng với khối lượng đất đắp khá lớn và thời gian chờ đợi độ cố kết theo thiết kế là 50 ngày, sức chịu tải của nền đất sau khi cắm bấc thấm không cao như khi dùng cọc cát. Với những lý do trên chúng ta không nên áp dụng phương pháp gia cố nền đất bằng bấc thấm kết hợp gia tải trước tại công trình này. Giải pháp gia cố được kiến nghị sử dụng cho công trình này là cọc cát. Kết luận Qua công tác nghiên cứu kết qủa của các phương pháp khảo sát ngoài hiện trường, phân tích trong phòng thí nghiệm, đối với nền đất khu vực Trung tâm phân phối hàng hoá - cảng container Phù Đổng, tác giả rót ra một số kết luận như sau: 1.Với các phương pháp nghiên cứu phù hợp, qua giai đoạn nghiên cứu khả thi, nền đất khu vực Trung tâm phân phối hàng hoá - cảng container Phù Đổng gồm 05 líp đất là: Líp 1a cát pha màu nâu đến xám đỏ, trạng thái dẻo. Líp 1b sét pha màu ghi đến hồng, trạng thái dẻo mềm. Líp 2 cát hạt mịn, kết cấu chặt vừa. Líp 3 sét pha màu nâu vàng, loang ghi trạng thái dẻo cứng. Líp 4 sét pha màu nâu vàng đến hồng trạng thái dẻo mềm. Líp 5 cát hạt mịn lẫn sỏi sạn kết cấu chặt đến rất chặt . 2. Líp 1a và líp 1b là líp cát pha bề dầy trung bình 3.1m, trang thái dẻo, phân bố trên diện rộng với bề rầy trung bình 6.9m, là líp đất yếu, yính biến dạng cao ảnh hưởng lớn đến việc xây dựng bãi chứa container. Đối với hạng mục bãi container 120ha, nền đất được gia cố tập trung vào líp 1a và 1b để nâng cao sức chịu tải cho nền. + Với giải pháp cọc cát đường kính 50cm, đóng sâu 7,34m là giải pháp có hiệu quả cả về mặt kinh tế và kỹ thuật. + Với giải pháp bấc thấm kết hợp gia tải trước, bấc thấm cắm sâu 10m(hết líp 1b) với hai lần gia tải và tổng chiều cao đất đắp gia tải là 4,7m. Qua tính toán và thiết kế giải pháp này không thật hiệu quả so với giải pháp cọc cát khi áp dụng cho công trình này.  Tài liệu tham khảo Lê Quý An, Nguyễn Công Mẫn, Nguyễn Văn Quý, Cơ học đất. NXB Đại học và trung học chuyên học, Hà Nội 1977. D.T.Bergado, J.C Chai.M.C.Alfaro, A.S.Balasubramainiam. Những biện pháp kỹ thuật cải tạo nền đất yếu trong xây dùng - NXB Giáo Dục 1996. V.Đ.Lômtađze. Địa chất động lực công trình. NXB Đại học và trung học chuyên nghiệp, Hà Nội 1978. Đặng Văn Luyến, Đỗ Minh Đức. Nghiên cứu tính chất cơ lý của đất trong phòng thí nghiệm. Đại học Quốc Gia Hà Nội, 1999. Vũ Công Ngữ, Nguễn Văn Thông, Bài tập cơ học đất. NXB Giáo Dục. R. Whitlow, Cơ học đất, NXB Giáo Dục 1999. Hoàng Văn Tân, Trần Đình Ngô, Phan Xuân Trường, Phạm Xuân, Nguyễn Hải. Những biện pháp xây dựng công trình trên nền đất yếu .NXB Xây Dựng . Lê Đức Thắng, Bùi Anh Định, Phan Trường Phiệt. Nền và móng .NXB Giáo Dục - 2000. Tiêu chuẩn nghành Giao thông vận tải 224 - 1998. NXB Giao thông vận tải, 1998 . Tiêu chuẩn xây dựng ,tiêu chuẩn về khảo sát và đo đạc xây dựng .NXB Xây Dựng, Hà Nội 2000. Tiêu chuẩn xây dựng 245-2000. NXB Xây dựng, Hà Nội -2000 Tóm tắt báo cáo kết quả thăm dò nước dưới đất phục vụ xây dựng nhà máy nước Yên Viên - Gia Lâm. Công ty khảo sát và xây dựng số 1, Hà Nội 10/2002 Nguyễn Viết Trung, Nguyễn Phương Duy, Nguyễn Phương Lâm .Công nghệ mới xử lý nền đất yếu. NXB Giao thông vận tải. Mục lục Trang