Nghiên cứu tính cố kết và đề xuất các phương trình tương quan xác định chỉ số Cc, Cs cho đất yếu tại Đà Nẵng

Bài viết Nghiên cứu tính cố kết và đề xuất các phương trình tương quan xác định chỉ số Cc, Cs cho đất yếu tại Đà Nẵng trình bày kết quả nén cố kết của 15 mẫu đất sét yếu ở Đà Nẵng tại các độ sâu khác nhau.

132 Nguyễn Thị Ngọc Yến, Trần Thị Thu Thảo NGHIÊN CỨU TÍNH CỐ KẾT VÀ ĐỀ XUẤT CÁC PHƯƠNG TRÌNH TƯƠNG QUAN XÁC ĐỊNH CHỈ SỐ Cc, Cs CHO ĐẤT YẾU TẠI ĐÀ NẴNG A STUDY OF THE CONSOLIDATION CHARACTERISTIC AND PROPOSITION FOR CORRELATIONS DETERMINING INDEX CC, CS OF SOFT SOIL IN DA NANG Nguyễn Thị Ngọc Yến, Trần Thị Thu Thảo Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng; ngocyendc@gmail.com Tóm tắt - Bài báo trình bày kết nén cố kết 15 mẫu đất sét yếu Đà Nẵng độ sâu khác cho kết sau: a12 -3 -7 2(cm /kG)= 0,047 - 0,082; Cv*10 (cm /s) = 0,474 - 0,519; kv*10 (cm/s) = 0,122 - 0,23 Áp lực tiền cố kết (Pc) tăng Cc, Cs giảm theo độ sâu Các thơng số cố kết có vai trị quan trọng tính tốn thiết kế giải pháp xử lý đất yếu, thí nghiệm thường nhiều thời gian tốn chi phí Do đó, nhóm tác giả đề xuất phương trình tương quan dự báo số nén (Cc) từ tiêu vật lý (WL, e0, W0) Cs từ W0, Cc dựa 58 dãy số liệu thí nghiệm thu thập đất yếu khu vực Kết cho thấy mức độ liên hệ tương quan chặt đến chặt: với (chặt); r  R  0,889 C c  0,0111W  0,1086 C c  0,3393 e0  0,0135 với C c  0,008W L  0,0756 với Cs  0,0021W  0,0515 với r C s  0,1148 C c  0,0013 với r  R  0,969 r r (rất (chặt); R  0,895 R  0,913 chặt); (rất chặt); R  0,927 (rất chặt) dùng cho thiết kế xử lý đất yếu giai đoạn thiết kế sở, kiểm tra độ tin cậy kết thí nghiệm Abstract - This article presents the results of consolidated compression of 15 soft soil samples in Da Nang at different depths with the following results: a1-2(cm2/kG) from 0,047 to 0,082; Cv*103 (cm2/s) from 0,474 to 0,519; kv*10-7 (cm/s) from 0,122 to 0,23 Preconsolidation pressure (Pc) increases and index Cc, Cs decreases in depth The consolidation parameters have a very important role in the calculation and design of measures to handle soft ground but experiments are usually time-consuming and expensive Therefore, the authors proposes correlation equations predicting index Cc from the physical properties (WL, e0, W0) and Cs from W0, Cc based on 58 series of experimental and collected data of soft soil in the area The results show a tight to very tight level correlation as follows: with (tight); r  R  0,889 C c  0,0111W0  0,1086 C c  0,3393 e0  0,0135 with r C c  ,008 W L  0,0756 with Cs  0,0021W  0,0515 with r  C s  0,1148 C c  0,0013 with r  R  0,969 r (very R  0,895 R  0,913 tight); (tight); (very tight); R  0,927 (very tight) and and can be used for designing handling soft ground in the experiment period, as well as checking the reliability of experimental results Từ khóa - Chỉ số nén; giới hạn chảy; hệ số rỗng; tương quan; đất yếu Đà Nẵng Key words - Compression index; liquid limit; void ratio; correlation; soft soils in Da Nang Đặt vấn đề Trong năm gần đây, Đà Nẵng có bước đột phá xây dựng sở hạ tầng - kỹ thuật đã, thực thi nhiều dự án xây dựng khác Theo qui hoạch tổng thể Đà Nẵng, nhiều tuyến đường thành phố mở rộng hướng Tây - Tây Bắc Tây Tây Nam qua khu vực phân bố đất yếu Do đất yếu có sức mang tải thấp nên ảnh hưởng lớn đến ổn định cơng trình bên trên, đặc biệt đường đắp đất yếu Khi tính tốn thiết kế giải pháp xử lý đất yếu, tiêu lý thông thường cần phải trọng đến đặc tính biến dạng sức kháng cắt đất Trên sở đó, đưa dự báo thời gian cố kết, độ lún từ biến, chiều cao đắp ổn định đường Mặt khác, cơng tác khảo sát địa chất cơng trình - địa kỹ thuật, thí nghiệm nén cố kết thường nhiều thời gian tốn chi phí Do vậy, việc sử dụng tiêu lý xác định cách dễ dàng để dự báo tiêu học đất việc cần thiết [8, 10, 12] Hiện nay, số nén Cc số nở Cs đề cập nhiều tiêu chuẩn, quy phạm Việt Nam giới tiêu dùng tính tốn lún đất móng cơng trình Đối với đất yếu, độ ẩm tự nhiên (W0) hệ số rỗng tự nhiên (e0) có ảnh hưởng lớn đến tính chất đất, đặc biệt trạng thái đất [1, 2, 3, 4] Bên cạnh đó, nhiều nghiên cứu cho thấy số nén đất phụ thuộc vào độ ẩm giới hạn chảy (WL) độ ẩm giới hạn dẻo (WP) đất [6, 7, 8] Skempton (1944) thực thí nghiệm nén cố kết với đất dính tìm độ ẩm giới hạn chảy (WL) yếu tố quan trọng cho tính nén lún đất Ông đưa mối tương quan độ ẩm giới hạn chảy số nén Cc= 0,007(WL-10) [7] Tuy nhiên, tiêu lý đất phụ thuộc vào thành phần vật chất, cấu trúc, điều kiện hình thành tồn đất yếu tự nhiên, nên mơ hình tác giả đề xuất cho đất loại sét yếu giới không phù hợp với đất yếu Việt Nam nói chung khu vực Đà Nẵng nói riêng Trong thực tế thí nghiệm nén cố kết, thực trình dỡ tải theo qui trình để xác định số nở Cc đất tốn nhiều thời gian (thời gian dỡ tải ½ thời gian chất tải cấp áp lực), Cs thông số vô quan trọng tính tốn giải pháp xử lý đất yếu Vì vậy, nghiên cứu tính cố kết đề xuất phương trình tương quan xác định số nén Cc từ tiêu vật lý dễ thí nghiệm (WL, e0, W0) số nở Cs từ tiêu Cc, W0 cho đất yếu khu vực Đà Nẵng có ý nghĩa mặt khoa học thực tiễn cao Sự phân bố tính chất lý đất yếu phân bố Đà Nẵng Đất yếu phân bố Đà Nẵng chủ yếu đất loại sét yếu bùn hữu cơ, cát bụi bão hòa nước, thành tạo thuộc giai đoạn đầu trình hình thành đất mềm dính nên giá trị độ ẩm cao thường đạt > 50 Hệ ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 5(102).2016 số rỗng lớn (>0,9); khối lượng thể tích khô nhiều thấp 0,8 - 0,9 g/cm3 Các hạt khống vật vật chất lắng đọng có khả hấp phụ nước lớn Tác dụng qua lại hạt rắn nảy sinh tượng keo tụ Liên kết kiến trúc hạt chủ yếu liên kết phân tử - ion - tĩnh điện (liên kết keo nước) Độ bền liên kết cấu trúc thấp, khoảng vài phần trăm đến 0,1 kG/cm2 Chúng trầm tích chưa nén chặt nhạy biến đổi kết cấu tự nhiên, có khả chuyển hóa xúc biến, thể rõ tượng co rút nước nên khó giữ trạng thái tự nhiên mẫu nguyên khối Thời gian cần thiết cho ổn định lún dài Vị trí phân bố đất yếu nêu Bảng 1, Hình tính chất lý thể Bảng 133 Bảng Vị trí phân bố đất yếu địa bàn Đà Nẵng Q Hải Châu Q Sơn Trà Q Ngũ Hành Sơn Q Liên Chiểu Q Thanh Khê Q Cẩm Lệ H Hòa Vang Tây Nam Hòa Cường; đường Bạch Đằng khu vực Tuyên Sơn ven bờ Tây sông Hàn Vịnh Mân Quang, đường Trần Hưng Đạo Dọc theo lưu vực Sông Vĩnh Điện, bờ Đông sông Hàn Các khu đầm lầy, ao hồ khu đô thị Tây Bắc, khu vực phường Hịa Minh dọc Sơng Cu Đê KDC Thạc Gián – Vĩnh Trung, KDC Phần Lăng Phường Khuê Trung , phường Hòa Xuân, Hòa Thọ, ven hai bờ sơng Cẩm Lệ Xã Hịa Châu, Hịa Phước, Hòa Tiến, Hòa Nhơn, dọc hai bên hạ lưu sơng n Hình Sơ đồ phân bố đất yếu thành phố Đà Nẵng Bảng Tính chất lý đất loại sét yếu thành phố Đà Nẵng Chỉ tiêu lý đất Độ ẩm tự nhiên (W0, %) (w,g/cm3) Khối lượng thể tích tự nhiên Hệ số rỗng (e0) Độ ẩm giới hạn chảy (WL, %) Độ ẩm giới hạn dẻo (Wp, %) Chỉ số dẻo (Ip, %) Độ sệt (B) Hệ số nén lún (a1-2,cm2/ kG) Lực dính kết (C, kG/cm2) Góc nội ma sát (,độ) Sét pha dẻo chảy Sét pha chảy Cát pha chảy Bùn sét chảy Bùn sét pha chảy 28,47-40,74 1,64-1,85 0,824-1,145 28,65-43,53 17,50-25,48 12,2-18,1 0,76-0,99 0,081-0,166 0,070-0,130 6o23'-10o21' 37,39-45,05 1,60-1,82 1,026-1,853 29,25-42,43 18,57-27,04 10,7-15,4 1,00-2,70 0,097-0,127 0,022-0,070 3o18'-5o49' 27,83-31,58 1,78-1,85 0,763-0,920 22,13-28,91 15,26-22,88 6,0-7,0 1,00-2,25 0,072-0,508 0,036-0,090 6o5'-15o45' 43,52-73,90 1,50-1,74 1,401-1,966 42,53-55,40 22,35-32,58 20,2-22,8 1,00-2,06 0,139 0,039-0,124 3o26'-6o42' 40,80-52,02 1,61-1,88 1,177-1,594 30,57-50,40 18,86-29,01 11,71-21,39 1,00-2,25 0,115-0,284 0,039-0,089 4o32'-13o16' Kết nghiên cứu đặc tính cố kết đất yếu khu vực Từ số liệu thống kê 173 lỗ khoan phía Đơng thành phố Đà Nẵng cho thấy xuất loại đất sau: Bùn sét – bùn sét pha trạng thái dẻo chảy đến chảy bắt gặp 151 lỗ khoan chiếm 87,3%; độ sâu phân bố từ 0,0 – 2,07m; bề dày dao động mạnh từ 0,3m đến 19,2m Bùn sét – sét trạng thái dẻo chảy bắt gặp 13 lỗ khoan chiếm 7,5% Độ sâu xuất có thay đổi lớn từ 134 Nguyễn Thị Ngọc Yến, Trần Thị Thu Thảo 2,0 - 19,0m, bề dày dao động mạnh từ 1,3m đến 15,2m Bùn sét pha – cát pha trạng thái chảy có mặt lỗ khoan chiếm 5,2% Độ sâu phân bố từ 0,0 – 3,0m ; bề dày từ 2,3 - 5,0m Do bùn sét – bùn sét pha trạng thái dẻo chảy đến chảy có diện phân bố rộng nên nhóm tác giả lựa chọn để nghiên cứu Mẫu lấy lỗ khoan độ sâu khác (1, 3, 5, 7, m) dự án tập trung đồng Đà Nẵng thí nghiệm Chi nhánh Địa vật lý miền Trung phòng thí nghiệm Địa kỹ thuật trường Đại học Khoa học Huế Vị trí số lượng mẫu nghiên cứu thể Bảng Mẫu thí nghiệm cố kết thiết bị nén trục Quá trình chất tải gồm cấp 0,125; 0,25; 0,5; 1; 2; kG/ cm2 thời gian quan sát 24 Quá trình dỡ tải thực hai cấp tải trọng liên tiếp để đo biến dạng phục hồi Thời gian dỡ tải nửa thời gian tải chất tải cấp Kết đặc trưng cố kết thể Bảng Bảng Vị trí số lượng mẫu nghiên cứu STT Chiều sâu lấy mẫu 1m Công ty Cao su Đà Nẵng Khu đô thị Thuỷ Tú Chung cư đường Nguyễn Tất Thành Các tòa nhà chung cư cho hộ gia đình có thu nhập thấp Khách sạn Tourance Văn phòng 68 Phan Châu Trinh Đường Tuyên Sơn - Nguyễn Tri Phương Cầu Đị Xu Đường Nguyễn Tri Phương - Hồ Q Cơng trình Chiều sâu lấy mẫu 3m 1 Chiều sâu lấy mẫu 5m 1 1 Chiều sâu lấy mẫu 7m 1 - Chiều sâu lấy mẫu 9m 1 1 Bảng Giá trị trung bình đặc trưng cố kết đất yếu nghiên cứu theo cấp áp lực nén độ sâu mẫu Mẫu TN Kí hiệu mẫu: UD7, UD9 (02 mẫu) (e0 = 0,901) Độ sâu: 1,0m Kí hiệu mẫu: UD7, UD9 (02 mẫu) (e0 = 0,901) Độ sâu: 3,0m Cấp áp lực - 0,125 0,125 - 0,25 0,25 - 0,5 0,5 - 1-2 - 0,125 0,125 - 0,25 0,25 - 0,5 0,5 - 1-2 - 0,125 0,125 - 0,25 0,25 - 0,5 0,5 - Kí hiệu mẫu: UD5, UD7, UD8, UD9 (04 mẫu) (e0 = 1,16) 1-2 Độ sâu: 5,0m Kí hiệu mẫu : - 0,125 UD4, UD6 0,125 - 0,25 (02 mẫu) 0,25 - 0,5 (e0 = 1,160) 0,5 - Độ sâu: 7,0m 1-2 Kí hiệu mẫu: - 0,125 M1, M2, M3, 0,125 - 0,25 M5, M8 (05 0,25 - 0,5 mẫu) 0,5 - (e0 = 1,243) Độ sâu: 9,0m 1-2 Thông số cố kết Cv*10-3(cm2/s) kv*10-7(cm/s) Pc (kG/cm2) 0,591 0,118 0,554 0,335 0,308 0,354 0,258 0,263 0,586 0,482 0,230 0,585 0,141 0,554 0,312 0,301 0,478 0,253 0,258 0,598 0,474 0,211 0,537 0,324 0,489 0,229 0,307 0,235 0,252 0,203 0,790 e0 0,897 0,882 0,829 0,753 0,671 0,896 0,882 0,809 0,733 0,658 1,144 1,131 1,091 1,026 a(cm2/kG) 0,038 0,114 0,213 0,152 0,082 0,046 0,106 0,293 0,152 0,075 0,13 0,100 0,162 0,130 0,957 0,069 0,519 0,180 1.090 1,066 1,030 0,982 0,929 1,202 1,008 0,984 0,950 0,562 0,190 0,143 0,097 0,053 0,986 0,094 0,094 0,069 0,470 0,459 0,262 0,241 0,504 0,445 0,401 0,258 0,257 1,242 0,420 0,182 0,146 0,136 2,11 0,188 0,122 0,111 0,903 0,047 0,498 0,122 Từ kết thí nghiệm 15 mẫu (Bảng 4, Hình 2) cho thấy áp lực tiền cố kết Pc đất thay đổi đáng kể theo chiều sâu (Pc= 0,586 độ sâu 1m đến Pc=1,327 độ sâu Cc Cs Cc/Cs 0,412 0,062 6,65 0,387 0,059 6,56 0,365 0,056 6,52 1,129 0,347 0,047 7,38 1,327 0,331 0,042 7,88 9m) ảnh hưởng độ sâu đến áp lực địa tầng hữu hiệu lớn Bên cạnh đó, số nén Cc số nở Cs phụ thuộc vào áp lực tiền cố kết đất giảm dần theo độ ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 5(102).2016 135 sâu với gia tăng Pc (Hình 3a Hình 3b) Mặt khác, thay đổi tỷ số Cc  6,52  7,88 phù hợp (Theo Monika Cs De Vos & Valerie Whenham [5], với đất sét giá trị tỷ số Cc/Cs thường từ đến 10) Từ dãy số liệu thống kê, nhóm tác giả đề xuất phương trình tương quan để dự báo số nén Cc số nở Cs cho đất yếu (bùn sét - bùn sét pha dẻo chảy đến chảy) Đà Nẵng Kết thể Hình 4, 5, Bảng Hình Sự thay đổi áp lực tiền cố kết theo chiều sâu z Hình 4a Tương quan Cc e0 Hình 3a Quan hệ số nén với áp lực tiền cố kết Hình 4b Tương quan Cc W0 Hình 3b Quan hệ số nở với áp lực tiền cố kết Hình 4c Tương quan Cc WL Đề xuất phương trình tương quan xác định số nén số nở từ tiêu vật lý đất Trên sở 15 dãy số liệu thí nghiệm kết hợp với 43 dãy số liệu thu thập (58 dãy số liệu) từ cơng trình khu vực [14a – 14f], để đánh giá độ tin cậy dãy số liệu, nhóm tác giả tiến hành xử lý thống kê đưa giá xmin ; x max ; x ;  (độ lệch chuẩn) v (hệ số biến đổi) Kết trình bày Bảng Bảng Kết xử lý thống kê tập hợp mẫu nghiên cứu Giá trị N v xmin Cc 58 0,314 Cs 58 0,041 W0 58 40,89 WL 58 33,78 e0 58 1,364 x max 0,523 0,063 57,48 55,35 1,653 x  0,451 0,053 50,05 44,71 1,364 0,050 11,08 0,006 11,73 4,09 8,17 4,67 10,5 0,143 10,4  x *100% Hình Tương quan Cs W0 Theo Kalomenxki: Mức độ phụ thuộc tương quan yếu < r