Khảo sát địa chất công trình

Khảo sát địa chất công trình

GIẢNG VIÊN: THS TRẦN QUANG HUY

1 Nội Nội dung dung khảo khảo sát sát địa địa chất chất công công trình trình

1.1 Mục đích

Khảo sát địa chất công trình nhằm xác định các điều kiện

địa chất công trình phục vụ cho việc thiết kế, thi công và

quản lý khai thác công trình

Tùy thuộc vào loại công trình, cần thiết phải có biện

pháp, phương pháp và loại hình khảo sát phù hợp

Công tác khảo sát thay đổi phụ thuộc vào quy mô của dự

án, độ sâu khảo sát, mức độ phức tạp của đất đá và

lượng thông tin tham khảo sẵn có

1 Nội Nội dung dung khảo khảo sát sát địa địa chất chất công công trình trình

1.2 Nhiệm vụ khảo sát

- Xác định các điều kiện địa chất bao gồm:

1 Vị trí địa lý, tình hình dân cư và kinh tế khu vực xây dựng

2 Địa hình, địa mạo

3 Cấu tạo địa chất

4 Tính chất cơ lý của đất đá (ví dụ các chỉ tiêu , c, , Eo,…): được

chọn lựa để tiến hành thí nghiệm và báo cáo tùy theo yêu cầu và mục

đích của công tác khảo sát.

5 Các hiện tượng địa chất

6 Tình hình vật liệu xây dựng

7 Điều kiện địa chất thủy văn

1 Nội Nội dung dung khảo khảo sát sát địa địa chất chất công công trình trình

1.2 Nhiệm vụ khảo sát

- Dự đoán các hiện tượng địa chất có thể xảy ra trong khi

thi công và trong khai thác sử dụng

- Đề xuất các biện pháp xử lý các điều kiện địa chất công

trình không có lợi

- Thăm dò và đề xuất các biện pháp xử lý vật liệu xây dựng

thiên nhiên

2

2 Các Các phương phương pháp pháp khảo khảo sát sát ĐCCT

Ở nước ta hiện nay chủ yếu có các phương pháp sau:

 Phương pháp khoan đào

 Phương pháp đo địa vật lý ở trên mặt đất và theo các hố

khoan

 Phương pháp thí nghiệm trong phòng

 Phương pháp thí nghiệm hiện trường

 Phương pháp đo vẽ bản đồ ĐCCT

2

2 Các Các phương phương pháp pháp khảo khảo sát sát ĐCCT

 Phương pháp khoan đào thăm dò

Công tác khoan đào thăm dò dùng để tạo ra các vết lộ địa

chất, giúp cho việc tìm hiểu trực tiếp tình hình địa chất ở độ

Hố Khoan thăm dò

Công tác khoan thăm dò: bằng tay hoặc máy

Hố Khoan thăm dò

2

2 Các Các phương phương pháp pháp khảo khảo sát sát ĐCCT

 Khối lượng khoan đào thăm dò

Khối lượng khoan đào thăm dò như mật độ và độ sâu phụ

thuộc vào các yếu tố sau:

+ Giai đoạn khảo sát;

+ Tài liệu tham khảo đã có;

+ Quy mô và tầm quan trọng của công trình;

+ Tiêu chuẩn, quy phạm khảo sát xây dựng hiện

hành cho từng ngành cụ thể

2

2 Các Các phương phương pháp pháp khảo khảo sát sát ĐCCT

 Khối lượng khoan đào thăm dò

Ví dụ: Đối với Nhà cao tầng (lớn hơn 9 tầng) sử dụng TCVN 9363:2012

"Nhà cao tầng - Công tác khảo sát địa kỹ thuật"

Ngành giao thông hiện đang sử dụng tiêu chuẩn ngành có mã hiệu 22

TCN 259-2000.

Giai đoạn Thiết kế cơ sở:

Khoảng cách giữa các điểm khảo sát thường dao động từ 50m đến

200m Theo điều 5.2.4.2

Chiều sâu khoan theo điều 5.2.5:

- Nếu gặp đất tốt: khoan sâu đến 10m  15m;

- Nếu gặp đá nông: khoan vào đá tươi 1m;

2

2 Các Các phương phương pháp pháp khảo khảo sát sát ĐCCT

 Phương pháp đo địa vật lý ở trên mặt đất và theo

các hố khoan

Phương pháp thăm dò địa vật lý chưa được dùng nhiều

trong khảo sát địa chất công trình, mới chỉ dùng khi nghiên

cứu xây dựng đập cao, cầu lớn, các công trình ngầm tại nơi

có điều kiện địa chất công trình phức tạp

2 Các Các phương phương pháp pháp khảo khảo sát sát ĐCCT

 Phương pháp đo địa vật lý ở trên mặt đất và theo

các hố khoan

Phương pháp điện trở suất

Ở phương pháp này, dòng điện từ một cực đi qua lớp đất đá và tới điện

cực kia Đo cường độ dòng điện giữa các điện cực cấp điện A và B và

hiệu điện thế giữa các điện cực M và N cho phép tìm được điện trở của

đất đá, sự biến đổi của trị số này theo chiều sâu và từ đó lập được mặt

cắt địa chất.

2

2 Các Các phương phương pháp pháp khảo khảo sát sát ĐCCT

Phương pháp điện trở suất

Máy đo điện trở suất của đất (P.A.S.I EARTH RESISTIVITY METER

-16GL)

Thiết bị sử dụng phương pháp đo sâu đối xứng để xác định được điện trở,

điện trở suất của đất tại vùng khảo sát

Thiết bị được ứng dụng trong việc khảo sát thăm dò khoáng sản, xác định

các mạch nước ngầm ở độ sâu nông và trung bình, nghiên cứu khảo cổ

học

2

2 Các Các phương phương pháp pháp khảo khảo sát sát ĐCCT

 Phương pháp đo địa vật lý ở trên mặt đất và theo

các hố khoan

Phương pháp chấn động

Dựa trên nghiên cứu đặc tính của phương và vận tốc truyền sóng đàn

hồi phát sinh do va chạm hay do nổ trong lớp vỏ quả đất

 sóng đàn hồi bị phản xạ, khúc xạ hay thay đổi phương truyền sóng

khi đi qua các lớp đất đá có tính đàn hồi khác nhau

 xác định được độ sâu và hình dạng thế nằm các lớp đất đá ở bên

dưới nhờ biết được thời gian phát và trở về của sóng.

2

2 Các Các phương phương pháp pháp khảo khảo sát sát ĐCCT

Máy ghi địa chấn (P.A.S.I

EXPLORATION SEISMOGRAPHS)

Sử dụng phương pháp thu nhận tín

hiệu khúc xạ để ứng dụng trong việc

khảo sát địa chất, tìm kiếm nguồn

khoáng sản, mạch nước ngầm dưới

lòng đất trong một phạm vi lớn

Phương pháp chấn động

2

2 Các Các phương phương pháp pháp khảo khảo sát sát ĐCCT

 Phương pháp đo địa vật lý ở trên mặt đất và theo

các hố khoan

Phương pháp phóng xạ

sử dụng phương pháp bức xạ gamma dựa trên sự giảm

cường độ của nó khi đi qua đất đá có mật độ khác nhau

Phương pháp này dùng xác định dung trọng của đất đá với

mức độ chính xác 1,5 – 2%

2

2 Các Các phương phương pháp pháp khảo khảo sát sát ĐCCT

 Phương pháp thí nghiệm trong phòng

Trong trường hợp gặp khó khăn hoặc không thể tiến hành

thí nghiệm hiện trường thì sẽ tiến hành lấy mẫu đất đá

nguyên dạng hoặc không nguyên dạng phục vụ thí

nghiệm trong phòng

2

2 Các Các phương phương pháp pháp khảo khảo sát sát ĐCCT

 Phương pháp thí nghiệm trong phòng

Một số thí nghiệm thông dụng xác định các chỉ tiêu cơ lý

dùng trong mục đích địa chất công trình như sau:

2

2 Các Các phương phương pháp pháp khảo khảo sát sát ĐCCT

TT Loại thí nghiệm Tiêu chuẩn

Việt Nam

Tiêu chuẩn ASTM (Mỹ)

1 Thí nghiệm xác định độ ẩm (w) TCVN 4196:95 D 2216

2

Thí nghiệm xác định giới hạn chảy

(LL), giới hạn dẻo (PL) và chỉ số dẻo

6 Thí nghiệm xác định chỉ số CBR

trong phòng 22 TCN 332-06

D 1883 Hoặc AASHTO T193

7 Thí nghiệm nén lún điều kiện không

nở hông TCVN 4200:95

D 2435 Hoặc AASHTO T216

2 Các Các phương phương pháp pháp khảo khảo sát sát ĐCCT

 Phương pháp thí nghiệm hiện trường

Nhằm xác định các chỉ tiêu cơ lý của đất đá ở điều kiện làm

việc thực của nó (nghiên cứu ở dạng thế nằm thiên nhiên

của nó)

Đặc biệt thí nghiệm hiện trường với các chỉ tiêu cơ học như

độ bền, tính biến dạng… sẽ cho ra giá trị chính xác cao so

2

2 Các Các phương phương pháp pháp khảo khảo sát sát ĐCCT

 Phương pháp thí nghiệm hiện trường

Hiện nay có rất nhiều loại thí nghiệm hiện trường, dưới đây

trình bày 5 loại thí nghiệm phổ biến nhất trong lĩnh lực khảo

2 Các Các phương phương pháp pháp khảo khảo sát sát ĐCCT

 Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (SPT)

Mục đích: thí nghiệm dùng để đánh giá:

• Sức chịu tải của đất nền

• Độ chặt tương đối của nền đất cát

• Trạng thái của đất loại sét

• Độ bền nén một trục (qu) của đất sét

• Kết hợp lấy mẫu để phân loại đất

Tên tiếng Anh: Standard Penetration Test.

2

2 Các Các phương phương pháp pháp khảo khảo sát sát ĐCCT

 Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn

Nguyên lý thí nghiệm:

Tiến hành đóng một ống mẫu vào

đáy hố khoan bằng một quả tạ

nặng 63,5kg, rơi tự do với chiều

cao là 76cm, rồi tiến hành đếm số

búa đập theo các khoảng chiều

sâu thâm nhập quy ước

2

2 Các Các phương phương pháp pháp khảo khảo sát sát ĐCCT

 Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn

2

2 Các Các phương phương pháp pháp khảo khảo sát sát ĐCCT

 Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn

Trình tự thí nghiệm:

Bước 1: Khoan tạo lỗ đến độ sâu dự định thí

nghiệm, vét sạch đáy, hạ ống mẫu SPT và lắp đặt

đế nện, cần, tạ…

Bước 2: vạch lên cần đóng 3 khoảng, mỗi khoảng

15cm (tổng chiều sâu đóng 45cm).

Bước 3: Cho tạ rơi tự do ở độ cao 76cm, đếm và

ghi số tạ đóng cho từng khoảng 15cm.

Bước 4: lấy chỉ số tạ đóng của 30cm cuối cùng làm

chỉ số SPT.

Khoảng cách thí nghiệm SPT thông thường từ 1 –

3m, tùy theo độ đồng nhất của đất nền.

 Kết quả thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn

2

2 Các Các phương phương pháp pháp khảo khảo sát sát ĐCCT

 Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn

Tiêu chuẩn hướng dẫn thí nghiệm:

Tiêu chuẩn Việt Nam: TCVN 9351:2012

Mục đích: thí nghiệm dùng để đánh giá Sức kháng xuyên của

đất nền Thí nghiệm chỉ sử dụng trong đất loại sét (đất dính)

hoặc đất rời có hàm lượng các hạt lớn hơn 10mm không quá

2

2 Các Các phương phương pháp pháp khảo khảo sát sát ĐCCT

 Thí nghiệm xuyên tĩnh (CPT)

Nguyên lý thí nghiệm: là đo sức kháng của đất khi ấn

một mũi côn có hình dạng và kích thước quy định vào trong

đất Nếu P là phản lực của đất và B là đường kính mũi côn

thì sức kháng của mũi côn được thể hiện qua biểu thức:

Việc ấn mũi côn xuống đất thường được tiến hành liên tục

qua hệ thống cần tì, chịu tác động của nguồn tạo lực, và có

Hiện nay nước ta thường dùng loại thiết bị

xuyên tĩnh hình côn kiểu GOUDA (Hà Lan)

chạy bằng động cơ (xuyên máy) hay quay

tay (xuyên thủ công).

• Tiết diện mũi côn: 10cm 2

2

2 Các Các phương phương pháp pháp khảo khảo sát sát ĐCCT

 Thí nghiệm xuyên tĩnh (CPT)

Trình tự thí nghiệm:

Thông thường tiến hành bằng cách đo gián đoạn và dùng mũi xuyên có

măng sông đo ma sát Hành trình thí nghiệm ở từng khoảng đô sâu 20cm

Đo sức kháng mũi xuyên (qc) và ma sát thành đơn vị (fs).

Tiếp tục tiến hành đo qcvà fsở mỗi độ sâu cách nhau 20cm cho đến hết độ

sâu thí nghiệm.

Tốc độ xuyên tĩnh phải giữ ổn định là 2 cm/s.

Ghi chép kết quả thí nghiệm:

Cột 1: ghi độ sâu h (m) từng khoảng 20cm

Cột 2: ghi số đọc sức kháng xuyên dưới mũi côn X (kG/cm 2 )

Cột 3: ghi số đọc sức kháng xuyên tổng (cả mũi côn và ma sát), Y (kG/cm 2 )

Tiêu chuẩn hướng dẫn thí nghiệm:

Tiêu chuẩn Việt Nam: TCVN 9352:2012

Tiêu chuẩn ASTM: D 3441

Tên tiếng Anh: Field Van Shear Test

Nguyên lý thí nghiệm: là ấn vào trong đất một cánh cắt chữ thập qua

hệ cần ty và thực hiện một ngẫu lực xoắn ở đầu cần ty cho đến khi đất bị

cắt xoay tròn (phá hủy) xung quanh cánh cắt Cân bằng giới hạn của mô

men kháng của lực dính xung quanh bề mặt cắt chính là bằng mô men

xoắn Cân bằng hai mô men trên có được sức kháng cắt không thoát

Cánh cắt: cấu tạo bởi 4 tấm thép cứng, hàn nối

thành hình chữ thập, gắn liền với đoạn cần ty cứng

Chiều cao cánh (H) có cấu tạo bằng 2 lần bề rộng

cánh (D).

Cần ty: là ống thép cứng có đường kính d = 20mm,

dạng tròn hoặc lục lăng, dài 1m Cần ty dùng để

2

2 Các Các phương phương pháp pháp khảo khảo sát sát ĐCCT

 Thí nghiệm cắt cánh (VST)

Trình tự thí nghiệm:

Bước 1: khoan tạo lỗ đến độ sâu cần thí nghiệm

Bước 2: ấn cánh cắt vào trong đất dưới đáy hố ít nhất một

khoảng bằng 2 lần chiều cao cánh cắt

Bước 3: quay trục (bằng tay hoặc tự động), đọc và ghi ngẫu

lực xoắn trên đồng lực Kết quả này để tính trị số cực đại khi

đất bị cắt (cumax) Vận tốc quay phải đủ nhanh để nước

không thoát ra và thường từ 6 – 18 độ/phút

2

2 Các Các phương phương pháp pháp khảo khảo sát sát ĐCCT

 Thí nghiệm cắt cánh (VST)

Trình tự thí nghiệm:

Bước 4: quay tiếp cánh cắt khoảng 10 vòng để đất bị cắt

hoàn toàn Tiến hành quay thí nghiệm tương tự như trên để

xác định ngẫu lực cắt cực tiểu (đất ở trạng thái xáo trộn –

cumin)

Bước 5: tiếp tục ấn tiếp đến độ sâu tiếp theo và thí nghiệm

tương tự Khoảng cách giữa các lần thí nghiệm trong hố

khoan từ 1 – 2m, tùy thuộc điều kiện địa chất

2

2 Các Các phương phương pháp pháp khảo khảo sát sát ĐCCT

 Thí nghiệm cắt cánh (VST)

Xử lý và trình bày kết quả

Kết quả thí nghiệm cắt cánh được tính toán theo nguyên

tắc: nếu gọi lực quay là F, cánh tay đòn là D, thì ta có mô

men quay là M = F.d Sức kháng cắt của đất dính trong

trường hợp bão hòa nước là  = cu, được xác định theo công

thức:

  K

M H D D

Độ nhậy của đất là chỉ số thể hiện tỷ số sức kháng của đất

ở hai trạng thái nguyên dạng và xáo động Xác định theo

c c

S 

2

2 Các Các phương phương pháp pháp khảo khảo sát sát ĐCCT

 Thí nghiệm cắt cánh (VST)

Trình bày kết quả

Tiêu chuẩn hướng dẫn thí nghiệm:

Tiêu chuẩn Việt Nam: 22 TCN 355-2006

Tiêu chuẩn ASTM: D 2573

3 Bản Bản đồ đồ địa địa chất chất công công trình trình

Bản đồ địa chất công trình là bản đồ trình bày những yếu tố

ĐCCT quan trọng nhất trong phạm vi lãnh thổ nghiên cứu,

Nó cần thiết cho qui hoạch, thiết kế, xây dựng và khai thác

công trình

Bản đồ địa ĐCCT cần kết hợp nhiều biện pháp gồm đo vẽ,

thăm dò, thí nghiệm và quan trắc dài ngày…

Tùy theo công dụng và mức độ tỉ mỉ về nội dung mà bản đồ

địa chất có nhiều loại tỷ lệ khác nhau

3 Bản Bản đồ đồ địa địa chất chất công công trình trình

3 Bản Bản đồ đồ địa địa chất chất công công trình trình

Mặt cắt địa chất

3 Bản Bản đồ đồ địa địa chất chất công công trình trình

KẾT THÚC