Địa chất động lực công trình hiện tượng lún ướt

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA ĐỊA CHẤT --------------- BÀI GIỮA KỲ MÔN: ĐỊA CHẤT ĐỘNG LỰC CÔNG TRÌNH HIỆN TƯỢNG LÚN ƯỚT I. KHÁI NIỆM. Hiện tượng lún ướt là sự biến đổi về kết cấu độ chặt của sét pha cát hoàng thổ, khi nó bị nén chặt tiếp dưới tác dụng của quá trình ẩm ướt lâu dài. (Theo giáo trình địa chất động lực công trình của V.Đ.Lôm tađze). Lún ướt là khả năng lún nhiều và đột ngột của một số loại đất do bị nước tẩm ướt, có thể vẫn biểu hiện khi đã được nén chặt dưới tác dụng của tải trọng. II. NGUYÊN NHÂN. 1. Nguyên nhân chủ yếu gây ra hiện tượng lún ướt: Là do đất bị tẩm ướt. Có hai hình thức tẩm ướt. a- Tẩm ướt ngẫu nhiên. - Nước mưa, nước tuyết tan. - Dòng chảy trên mặt bị rối loạn. - Dòng nước ngầm. b- Tẩm ướt tất nhiên: Tưới nước cho đất, xây dựng kênh đào, hồ nước… 2. Ngoài ra còn do trọng lượng bản thân của đất và do tải trọng công trình. Chiều dày lớp đất và diện tích bao phủ của đất lớt. III. CƠ CHẾ. - Dưới tác dụng của nước, dù không tăng tải trọng các liên kết cấu trúc trong đất và các cấu trúc của đất bị phá hoại, các lỗ rỗng đại bị sụt xuống, dẫn đến đất bị sụt lún đáng kể (lún sập) theo kiểu bị sụp đổ. Lún sập phát triển tương đối nhanh trong chớp nhoáng với quy mô không đồng đều ở các khu đất. Đất chuyển từ trạng thái dẻo sang trại thái chảy. ech : Hệ số rỗng ở giới hạn chảy. gr: Khối lượng riêng của đất. gw: Khối lượng riêng của nước. Wch: giới hạn chảy. - Tổng lượng lún ướt và mức độ chênh lệch lún ướt phụ thuộc vào chiều dày đất lớt trong phạm vi chịu nén của công trình, điều kiện và thời gian tẩm ướt đất. Tổng độ lún ướt tăng lên cùng với sự tăng bề dày lớp đất lớt, còn độ chênh lệch lún ướt thì tăng khi tẩm ướt từng chỗ (cục bộ) và lâu dài. Nước càng thâm nhập vào tầng đất và phạm vi tẩm ướt càng lan ra thì lượng lún ướt càng tăng. Lún ướt có thể phát sinh ở bất kì thời điểm nào trong quá trình khai thác công trình. Trong đó: Slư : Lượng lún ướt có thể có của nhà và công trình. ami: Hệ số lún ướt tương đối của mỗi lớp đất trong phạm vi nền công trình. hi: Chiều dày mỗi lớp. mi: Hệ số làm việc của nền. m= 2 : với lớp ở sát ngay đáy móng. m = 1,5: với tất cả các lớp nằm dưới móng. - Hệ số lún ướt liên quan thực sự với sự biến đổi độ chặt kết cấu của sét pha cát hoàng thổ, khi nó bị nén chặt tiếp dưới tác dụng của quá trình ẩm ướt lâu dài. IV. DIỆN TÍCH PHÂN BỐ VÀ ĐẶC TRƯNG CỦA TÍNH LÚN ƯỚT. 1. Diện tích phân bố. Tính lún ướt xảy ra trên tất cả các diện tích phân bố của đất lớt do vậy ta có thể xét đến một số vấn đề liên quan đến đất lớt như sau: Đất lớt có độ rỗng đại, có nguồn gốc từ gió, bồi tích, lũ tích… có màu vàng phân bố rộng rãi trên những đồng cỏ, thung lũng sông… Đất lớt phổ biến ở Liên Xô cũ, Ba Lan, Đức, Nam Mĩ, Bắc Mĩ, Mông Cổ, Trung Quốc… 2. Đặc trưng: Chúng ta xét đến những tính chất cơ lý cơ bản của đất lớt. Độ ẩm tự nhiên: Độ ẩm tự nhiên trung bình của sét pha cát hoàng thổ 25 - 25% (loại đất lớt phổ biến nhất) ở những kiểu nhẹ hơn, độ ẩm trung bình 12 - 14%, ở những kiểu nặng hơn vào khoảng 20 - 23%. Hệ số bão hòa đất lớt 0,5, rất ít khi đạt 0,6 - 0,7%. Độ rỗng: Đất lớt là loại có kết cấu “xốp”, độ rỗng đạt tới 50% hoặc hơn. Hệ số rỗng: Trong đó: n’: Thể tích lỗ rỗng bình thường. n”: Thể tích lỗ rỗng đại. n: Thể tích lỗ rỗng m: Thể tích cốt đất… Hệ số rỗng đại eđ =  es: Hệ số rỗng của đất bị nén chặt bởi tải trọng s. e’s: Hệ số rỗng của đất đó sau khi tẩm ướt nhân tạo. Nếu hệ số rỗng đại bằng không tức là trong đất không có lỗ rỗng đại, một trong hai trường hợp có thể xảy ra. Hoặc đất không phải là hoàng thổ. Hoặc đất là hoàng thổ những bị khử nước, đã mất các dấu hiệu nhận biết đặc trưng. Hệ số rỗng đại càng cao thì các lỗ rỗng đại cũng chiếm thể tích lớn tỏng đất và kết cấu các đất càng kém chặt. Ở đất lớt trị số hệ số rỗng đại 0,03 - 0,07 đến 0,37-0,40. Giới hạn chảy, dẻo: ở đất lớt các giới hạn chảy, dẻo thường hơi thấp, khi bị tấm ướt nó dễ dàng chuyển sang trạng thái chảy. Đất lớt không ổn định trong nước, bị tan ra cũng như rửa trôi dễ dàng. Tốc độ tan rã của nó trong điều kiện phòng thí nghiệm được tính bằng phút. Hệ số thấm (kth ): Đất lớt thuộc loại chứa ẩm trung bình, thấm nước yếu hoặc rất yếu. Hệ số thấm của nó từ dưới một m đến vài m trong ngày đêm. Hệ số thấm của đất lớt theo phương thẳng đứng cao hơn nhiều so với phương ngang, biến đổi đáng kể theo thời gian. 8,0 - 7,0 - 6,0 - 5,0 - 4,0 - 3,0 - 2,0 - 1,0 - 0 | | | 50 100 150 t.giờ x x x x x x x x x x x Kết quả xác định độ thấm nước của đất lớt bằng phương pháp cho nước từ hố đào thấm vào Tính nén lún: ở độ ẩm tự nhiên và độ chặt tự nhiên, khi chịu tác dụng của tải trọng vừa phải, đất lớt là loại đất bị nén trung bình hoặc ít. Hệ số nén lún trong khoảng tải trọng từ 1 đến 2kg/cm2 biến đổi từ phần trăm đến phần ngàn cm2/kg. Trị số trung bình môđun tổng biến dạng của đất lớt theo số liệu thí nghiệm bằng tải trọng thử của Liên Xô: Đất Độ ẩm % Độ rỗng % Môđun tổng biến dạng (KG/cm2 Hoàng thổ 10 - 17 47 - 48 225 - 320 Sét pha cát dạng hoàng thổ 6 - 8 46 - 48 220 - 280 nt 8 - 14 47 - 49 190 - 220 nt 12 - 18 43 - 45 100 - 400 nt 22 - 25 40 - 45 100 - 240 nt 22 - 25 45 - 48 80 - 120 nt 25 - 30 40 - 45 70 - 130 nt 25 - 40 45 - 48 45 - 90 Theo bảng số liệu trên ta thấy tổng độ rỗng lớn với độ ẩm tự nhiên vừa phải, đất lớt có mức độ biến dạng vừa phải. Mô đun tổng biến dạng khoảng vài trăm kg/cm2. Nhưng chỉ cần độ ẩm cao hơn thông thường một ít và khả năng biến dạng của nó tăng lên. Khi đánh giá tính biến dạng của đất lớt để thiết kế và xây dựng công trình trên đó, người ta không chú ý đến các chỉ tiêu này. Đó là những chỉ tiêu thông thường với các bất kì loại đất nào. Chúng ta chỉ chú ý đến những chỉ tiêu đặc trưng cho tính lún sập của nó. Tức là tính biến dạng khi đất ướt (bị bão hòa nước) trong trạng thái không chất tải và có chất tải. Độ bền cũng như tính biến dạng các đất lớt phụ thuộc đáng kể vào độ ẩm và độ chặt. Với độ ẩm vừa phải đất lớt có sức chống cắt tương đối cao. Góc ma sát trong 280 - 300 và cao hơn, lực dính 0,8 - 1,2 kg/cm2. Khi tăng độ ẩm, độ bền các liên kết kiến trúc và của đất nói chung đều giảm. Đất lớt có mái dốc thẳng đứng cao 2-3 đến 4-5m. Khi bị tẩm ướt, bị tan rã và sụt xuống nhanh chóng, sức chống cắt giảm đột ngột có khuynh hướng tiến tới 0. V. ĐÁNH GIÁ VÀ DỰ BÃO TÍNH LÚN ƯỚT CỦA ĐẤT LỚT. Đặc điểm địa hình : Hiện tượng lún ướt (lún sập) của đất lớt được biểu thị rõ ở các dạng địa hình dưới dạng những chỗ hạ thấp giống như cái đĩa, những chỗ lõm, trũng về phần riêng lẻ thành từng nhóm, choán cả diện tích rộng lớn. Hình dạng và kích thước các phễu rất khác nhau chúng thường có hình tròn, elíp, được chia ra làm 2 nhóm. + Đường kính phễu 10 - 15m khi phân bố thành nhóm. + Đường kính phễu 40 - 50m khi gặp riêng lẻ. Chiều sâu các phễu 2-3m. Khi đánh giá tính lún ướt của đất lớt, cần chú ý đến độ rỗng đại của chúng. Tổng độ rỗng 40 - 45%, hệ số rỗng 0,72 - 0,82, khối lượng thể tích cốt đất 1,5 - 16,g/cm3. Hệ số bão hòa 0,5 - 0,6. Theo tiêu chuẩn và quy phạm xây dựng của Liên Xô đất thuộc loại lún ướt gồm những đất có hệ số bão hòa G < 0,6. Và giá trị : eo : hệ số rỗng của đất có kết cấu rỗng và độ ẩm tự nhiên. ech: hệ số rỗng của nó ở giới hạn chảy. Khi đánh giá tính lún ướt của đất lớt, cần biết lượng biến dạng tương đối của đất do tác dụng riêng của sự tẩm ướt: gọi là hệ số lún ướt tương đối am. am = a’0 - a0. ao: biến dạng tương đối của đất sau khi bị nén chặt bởi tải trọng s. a'0: Biến dạng tương đối của mẫu này sau khi ta tẩm ướt dưới tải trọng s. Hệ số lún ướt am cũng có thể xác định bằng giải tích am > 0,02 đất có tính chất lún ướt. am < 0,02 đất có phản ứng yếu với tác dụng tẩm ướt, kết cấu đất ổn định. Theo tiêu chuẩn của Liên Xô, thì độ lún ướt tương đối của đất được xác định theo công thức: h: Chiều cao mẫu đất có kết cấu độ ẩm tự nhiên được nén chặt ở dụng cụ nén lún bởi tải trọng s h’: Chiều cao mẫu đất đó sau khi bị tẩm ướt dưới vùng tải trọng s. h0 : Chiều cao của mẫu đất có kết cấu và độ ẩm tự nhiên, được nén chặt ở dụng cụ nén lún bởi tải trọng s. Khi tiến hành nghiên cứu và đánh giá tính lún ướt của đất lớt theo tài liệu trong phòng thí nghiệm cũng như ngoài trời. + Trong phòng thí nghiệm: ta nén nở hông phương pháp một hoặc 2 đường cong. Từ kết quả thí nghiệm ta xác định được đường cong nén lún từ đó xác định các giá trị eđ và am. + Trong điều kiện ngoài trời. Tính lún ướt của đất lớt được nghiên cứu bằng thí nghiệm hố đào hoặc hố khoan theo phương pháp tải trọng thử. Từ đó ta có được chỉ tiêu lún ướt. Slư : giá trị lún ướt của tấm nén khi m0 do tẩm ướt. Sl: Giá trị lún do tải trọng. Trong tiêu chuẩn và quy phạm xây dựng của Liên Xô đất lớt được chia thành hai kiểu theo khuynh hướng lún sập do trọng lượng bản thân. Kiểu I: Có lượng lún ướt do trọng lượng bản thân không vượt quá 5cm thực tế lún rất ít. Kiểu 2: Có lượng lún ướt do trọng lượng bản thân vượt quá 5cm tức là bắt đầu nhận thấy lún ướt đáng kể. Khi thiết kế nền móng nhà và công trình, khi lựa chọn biện pháp đảm bảo sự ổn định của chúng, chỉ biết kiểu đất thì chưa đủ; cần đánh giá được tính lún ướt của cả hệ tầng đất phân bố trong phạm vi tác động của nhà và công trình (đới chịu nén). Theo tiêu chuẩn của Liên Xô, lượng lún ướt có thể có của nhà và công trình được xác định theo công thức: Slư = Khi xét đến kinh nghiệm xây dựng, Yu. M. Abêlev đã đề nghị cách phân loại sau đây cho các hệ tầng đâgs lớt rỗng đại theo lượng lún ướt : Loại I: Slư < 15cm - tầng đất được đánh giá như ổn định trong thực tế khi tẩm ướt. Loại II: 15cm < Slư < 50cm - tầng đất được đánh giá là lún ướt kts khi tẩm ướt. Loại III: 50cm < Slư < 100cm - tầng đất được coi như lún ướt nhiều khi tẩm ướt. Khi biết loại của tầng đất lớt, căn cứ vào lượng lún ướt, có thể đánh giá được mức độ nguy hiểm của việc tẩm ướt đất trong nền công trình và xác định được dạng biện pháp công trình để đảm bảo sự ổn định của chúng. VI. TÁC HẠI CỦA LÚN ƯỚT. 1. Phân cắt địa hình. 2. Làm ảnh hưởng đến các công trình xây dựng, giao thông… VII. THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH TRÊN ĐẤT LỚT. Theo tiêu chuẩn và quy phạm xây dựng của Liên Xô để đảm bảo độ bền, độ ổn định và sự thuận tiện về mặt khai thác nhà và công trình xây dựng trên đất lớt cần áp dụng các biện pháp sau: 1. Ngăn ngừa đất lớt khỏi bị tẩm ướt: san sửa khu đất xây dựng, làm rãnh thu và rãnh tháo để thoát nước mưa và nước tuyết tan khỏi khu đất đó. Mục đích chính của biện pháp này là thoát nhanh chóng nước mặt ra khỏi diện tích xây dựng, không cho nước tập trung lại ở đây và bảo vệ cho khu đất khỏi bị nước tuôn từ các yếu tố địa hình cao hơn tới đấy. 2. Dùng móng sâu cắt qua đất lớt: Làm lớp mặt cách li xung quanh cũng như bên trong nhà và công trình, ở đáy và mái dốc của rãnh, kênh, bể lắng và những công trình khác, để đề phòng nước mặt và nước sản xuất thấm vào tầng đất lớt, tẩm ướt đất lớt ở nền nhà và công trình cũng như ở phạm vi tiếp cận. 3. Loại trừ tính chất lún ướt của đất lớt: Đặt hệ thống ống dẫn nước, dẫn hơi; thoát nước và các dạng khác của công trình vận hành nước trong các máng (vỏ) cách nước để tránh hiện tượng rò rỉ nước và làm ẩm ướt đất lớt trong phạm vi có công trình; 4. Dùng các kết cấu nhà và công trình ít nhạy với lún ướt chênh lệch: Bố trí nhà, công trình và đường ống ngầm như thế nào, để nếu nước có rò ra cũng không có ảnh hưởng gì đến độ ổn định của các công trình bên cạnh. Ở đây cần chú ý đặc biệt đến việc bố trí những nàh và công trình liên quan với quá trình công nghệ có sử dụng nước. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Giáo trình Địa chất động lực công trình - V.Đ. Lômtađze 2. Những tài liệu tham khảo trên mạng Internet. MỤC LỤC