Địa kỹ thuật có ví dụ và bài tập phần 2

C hư ng IV HIỆN TƯỢNG ĐỊA CHÂT ĐỘNG Lực CƠNG TRÌNH Đất đá tạo nên vỏ trái đất (thạch quyền') đa dạng phức tạp lại không ngừng biến đổi nhiẻu nguyên nhân Có nguyên nhân bên trong, nội động lực; nguyên nhân bên (trên gần mặt đất), ngoại động lực, tác động làm thay đổi đất đá phân bố đặc điểm khác Các trình (hiện tượng) diẽn chậm chạp đột ngột (động đất) với quy m ô hậu khác Có q trình làm biến đổi sâu sắc đất đá trình vận động kiến tạo vỏ trái đất, trình hoạt động lò m acm a hay tượng động đất kiến tạo, tượng phong hóa hóa h ọ c , lại có tượng hay q trình gây ảnh hưởng xấu đến điéu kiện thi công, dến ổn định tuổi thọ cơng trình xây dựng: tượng trượt lở đất đá sườn dốc, tượng kacstơ, tượng xói ngầm tượng cất chảy.v.v Việc nghiên cứu ngun nhân, quy mơ, q trình phát sinh phát triển cùa trình (hiện tượng) địa chất động lực nhằm hiểu rõ điều kiện thành tạo, biến đổi cùa đất đá, cấu trúc lóp đất đ , Tim giải pháp phòng ngừa giải pháp xử lý kỹ thuật tượng đó, đảm bảo cho trình thi cơng sử dụng cơng trình xây dựng cách hợp lý đem lại hiệu kinh tế thiết thực §1 HIỆN TƯ ỢN G VẬN ĐỘNG K IẾN T Ạ O CỦA T H Ạ C H QU YỂN I K hái niệm c h u n g Hiện tượng xảy nội động lực phát sinh vỏ trái đất, làm thay đổi cấu trúc cùa lớp đất đá thạch Nó bao gồm vận động dao động thẳng đứng vận động biến vị (vận động tạo núi), xảy từ từ với quy mô rộng lớn m ạnh mẽ Giải thích nguyên nhân tượng này, có nhiểu giả thuyết: N hóm giả thuyết tĩnh cho thạch khơng có dịch chuyển lớn, hoạt động kiến tạo hình thành cấu trúc địa chất chủ yếu lực thắng đứng, lực nằm ngang tạo nếp uốn đứt gẫy sinh từ lực thảng đứng, N lióm giả thuyết động ngược lại, cho hoạt động kiến tạo làm cho châu lục (các m ảng thạch quyển) khơng ngun vị trí cũ mà có xê dịch ngang khơng gian thời gian, tạo trình biến động kiến tạo Trong nhóm giả thuyết động có: thuyết kiến tạo m ảng (thuyết trôi dạt lục địa thuyết tách dãn đáy đại dương) Học lliuyêt kiến tạo m ảng giải thích kiến tạo q trình địa chất trái đất theo chê động T huyết cho rằng, dịch chuyển đến hàng nghìn km thạch 169 quyến (gồm 12 m ảng lớn 13 m ảng nhỏ) m ém manti , gãy tượng uốn nếp, đứt gẫy, biến dạng dãy núi cung đảo,., T th ế kỷ 17 người ta nhận thấy, dạng địa hình bị biển khớp lại với (hình 4-1 ) cùa châu Mỹ vói châu Phi châu  u cho châu lục nguyên m ột đại cháu lục sau bị tách ròi T huyết A W egener (Đức, 1912) hồn chình, ơng khơng dựa vào tương tự hình dạng châu lục m chứng xác thực (các hóa thạch động thực vật, dấu tích tượng bãng hà tượng địa hình châu lục giống nhau,) Đại châu lục bị tách vỡ từ kỷ Jura cách khoảng 200 triệu năm) T huyết tách dãn đáy đại dương T huyết nhà địa chất - đ ịa vật lý đưa quan trọng (sự tồn m ềm , cấc dãy sống núi đại dương, giảm bẻ dày tuổi phần trẽn lớp trầm tích phía đỉnh dãy núi đại dương, đáo trường từ trái đất khoảng triệu năm lại ) -Ả—ầ. _ Đới ch xuống C a c d t g ả y b ie n d ổ i sông nui giãn nô _ Ranh gia màng chưa chăn ► H^ « o rfn a irỗ luung a s ũa mng < cu“™ 0" yf e^ Hinh 4-1 Hướng dịclì clmyển kiểu ranh giới cliínli II C ác đ c đ iểm c ủ a n ế p u ố n đ ứ t gẫy Vận động kiến tạo thạch làm thay đổi cấu tạo địa chất vỏ trái đất, tạo nếp uốn đứt gẫy, Tùy theo độ m ạnh cùa nội động lực trạng thái cùa đất đá, chúng có đặc điểm sau Các nếp uốn Sự vận động kiến tạo (vận động uốn nếp) xảy sâu đá tiếp xúc với thể m acm a (làm nóng lên) đá có biến dạng dẻo hậu tạo nếp uốn (hình 4-2) 170 H ình 4-2 Lũng sơng nếp uốn a) Nếp lồi, b) Nếp lõm c) Các yếu tô'cấu tạo nếp uốn I - Nhân 2- Đinh, 3- Đường bán lể 4- Canh, ữ - Góc dốc cánh AB - Đường phương cúa cánh Lực vận động kiến tạo tác dụng vào vỉa đá trạng thái cứng gây biến dạng giòn làm m ất tính liên tục vỉa đá khối đá (cánh đứt gẫy) vừa bị tách có chuyển dịch thẳng đứng theo phương ngang tạo đứt gẫy (đứt gẫy ngang) Tùy theo chuyển dịch tương hỗ hai cánh, người ta chia đứt gẫy thành: đứt gẫy thuận (hình 4-3), đút gẫy nghịch đứt gẫy ngang Tại m ặt đứt gẫy thuận, hai cánh chuyển dịch với xu hướng xa rời nhau, m ặt đứt gẫy thường gồ ghề khơng phẳng, chứa nhiều dăm sạn, vụn đá kích thước lớn, chất sét lấp nhét Vùng lân cận dọc theo m ặt đút gẫy thường có dứt gẫy phụ, khe nứt phát triển nơi tích tụ lưu thông nước ngấm Tại mặt đứt gẫy nghịch cánh trẽn đẩy trượt cánh dưới, hai cánh có xu hướng chà xát vào nhau, ma sát m ạnh làm cho có nhiều vết xước hoậc nhẵn bóng, mặt đứt gẫy hẹp chứa nhiều m ảnh vụn nhỏ chất sét, tạo thành đới phá hủy rộng (hình 4-4) H ình 4-3 Sự lùnh thành dứt gẫy thuận a) b) Hình khối đứt gảy, c) Các yếu tó’cấu tạo I - C n h t r ẽ n - C n h d i , - M ặ t đ ứ t g ẫ y a - B iê n đ ộ d i c h u y ể n d ứ n g , a - G ó c n g h i ê n g m ặ t d ứ t g ẫ y H ình 4-4 Sụ dịch cluiyển cùa đíú gảy, đặc điềm mặt dírt gảy a) Đírt gẫy lliuận b) Đứt gẫy nghịch; c) Vét xước mặt dử! gẫy; d) Biến vị địa tầng theo mặt đíct gầy 171 III Đ iều kiện cấu tạo địa ch ất tính chất xây dựng N hư trình bày, đo vận động kiến tạo làm thay đổi dạng nằm (nguyén sinh) củi đất dá trầm tích tạo dạng nằm m ới (dạng nằm thứ sinh) bao gồm : dạng nằm đơr nghiêng, nếp uốn đút gẫy khe nứt kiến tạo N giên cứu dạng nằm thứ sinh đá trầm tích cho ta biết lịch sử hình thành biến đổi địa ch ất cùa khu vực, ánh hướng cấu tạo địa chất đến tính chất xây dựng đát đ điều kiện mơi trường xây dựng cơng tình giao thơng, thủy lợi cơng trình ngầm , Khi đất đá gồm lóp nằm ngang, chiểu dày ổn định, khơng có lóp đất yếu cho ta điều kiện thuận lợi xây dựng cơng trình, khộ xảy lún khơng (hình 4-5); Khi gồm lớp có cường độ khác có cấu tạo đơn nghiêng dễ gây tượng trượt sườn dốc lún không gây tượng thấm m ất nước hổ chứa (hình 4-5) H ình 4-5 a) & b) Các lớp nằm ngang, c) & d) Các lớp nằm nghiêng Việc chọn vị trí đặt cơng trình hợp lý, tùy thuộc loại cơng trình, nơi có cấu tạo nếp uốn quan trọng N ó đảm bảo điều kiện kỹ thuật thi cõng ổn định lâu dài cho cơng trình Trên hình 4-6 thể cách so sánh việc chọn vị trí đặt cõng trình tùy theo cấu tạo địa chất loại cơng trình cần xây dựng Cơng trình ngầm nên chọn tuyến dọc theo nhân nếp lồi có lợi địa áp tránh phức tạp biện pháp xừ lý thấm thi cơng, sử dụng a) H ình 4-6 So sánh cácli cliọn vị trí cơng trình theo câu tạo địa chất a) Dập dẽm ất Iiước đập 1, b) Tuyến đường ổn định tuyến 2, ỉ c) Các đường hầm song song với đường phương 172 cơng trình Nếu đặt tuyến dọc theo đỉnh nếp lõm gặp bất lợi địa áp, tốn cho giá pháp xử lý thấm vào công trình Đ ối với cơng trình xây dựng m ạt đất, nên chọn vị trí nhân nếp lõm tuyến đường chạy dọc theo nhân nếp lõm doc theo cấu tạo đơn nghiêng, nghiêng ngược chiều với chiều dốc địa hình, đỡ tốn cóng đào đãp tạo độ dốc taluy lớn Những khu vực có cấu tạo đứt gãy, cơng trình ổn định dê m ât ôn đinh xảy động đất Nơi có đứt gẫy khe nứt kiến tạo phát triển m ạnh (do đứt gẫy nghịch) nên chọn giải pháp dùng m óng sâu loại dễ bị biến đối độ bên tính biến dạng tác dụng nước ngẩm động đất Tuy nhiên, để tìm kiếm nước ngầm trung du m iền núi, cấn phải tim nơi có cấu tạo nếp lõm, cấu tạo đứt gẫy nơi có khe nút phát triển Với đặc điểm cấu tạo nước ngầm tích tụ lưu thơng thuận lợi §2 HIỆN TƯ Ợ N G Đ Ộ NG ĐẤT I K hái niệm Động đất tượng đất đá cấu tạo nên vỏ trái đất bị rung động đàn hồi (chấn động đàn hổi) nguyên nhân nội ngoại động lực gây Động đất xảy đột ngột, diễn biến thời gian ngắn Các trận động đất lớn gây tai hoạ ghê gớm , thiệt hại sinh m ạng cải, khó khãn cơng tác phịng chống, gây hư hại phá huỷ cơng trình xây dựng H àng năm giới xảy khoảng vạn (9trận/h) trận động đất Nơi xảy động đất nhiểu thuộc vành đai núi lửa T hái Bình Dương P hán loại đ ộ n g đ ất th eo nguyên n h â n p h t sinh 1) Đ ộng đất kiến tạo vận động kiến tạo cùa vỏ đất sinh ra, có chấn tâm sâu, thường có cường độ m ạnh mạnh Đ ộng đất kiến tạo chiếm khoảng 95% số vụ động đất phạm vi ảnh hưởng rộng 2) Dộng đất núi lửa xảy trước trình núi lửa hoạt động, chấn tâm không sáu so với động đất kiến tạo Cường độ động đát không lớn không dội; 3) Động đất bào trụi xảy sập hầm , trượt lở đất đá sườn dốc, chấn tâm nống, cường độ yếu quy m ó nhỏ Các y ẽu tơ' cấu tạo đ ộ n g đãt Các trận động đất dược cấu tạo bởi: chấn tâm (M), tâm (A), tâm đối (A ’), sóng dọc (Vd), sóng ngang (V ng) sóng m ặt đất (Vm) (hình 4.7) Chấn tâm (tảm động đất) nơi phát sinh sóng động đất Điểm m ặt đất gẩn chấn tám gọi tám điếm m ặt đất xa chấn tâm gọi tâm đối Sóng dọc phát sinh co dãn cùa đất đá dọc theo phương truyền sóng, có vặn tốc cường độ lớn 173 A Sóng ngang gây trượt (đẩy ngang cơng trình) biến dạng đất đá theo phương vng góc với phương truyền sóng Sóng ngang truyền vật thể rắn có cường độ V„s = ,5 V d Sóng Vj v ng lan truyền từ tâm động đất bốn phía dạng tia sóng Các tia bị khúc xạ phản xạ gặp tầng đất đá có tính đàn hồi khối lượng riêng A' khác Sóng m ặt đất V m truyền từ tâm ngoài, lan toả xung quanh theo đường tròn đống tâm M ỗi m ột điểm m ặt đất mơt chấn tàm Sóng măt đất thường nhỏ Vm = 0,53 V d= 0,9 V H ình 4.7: Sơ đồ cấu IÇ động đất M - clìấn tán A - Tám ngồi; A' - Tám đối o - Tám In M ột điểm m ặt đất, trước tiên nhận sóng V j, sau đến song Vng đến sóng Vm, chúng giao thoa sinh tượng chấn động phức tạp: M ỗi hạt đất đá thành m ột trung tâm lan truyền chấn động dọc chấn động ngang m ột tâm động đất (hình 48) V ận tốc truyền sóng động đất tỉ lệ thuận với hệ số đàn hổi Ej, hệ số poatsion (J m ôi trường tỉ lệ nghịch với Ỵs đất đá Vm V í dụ: đấ granit (Ej = 4,81 ", (i = 0,25 ys = 2,62) có vận tốc Hình 4.8: Sơ đồ truyền sóng động đất II Đ án h giá lự c truyền sóns V “ = 4,6km /s, V„B= 2,7 km/s V m = 2,4 km /s động đất Đ ộ m ạnh c b àn: Đ ộ m ạnh cùa động đất xảy m ột vùng vói m ột tẩn suất m ang tính dự báo (dựa vào thống kê, tổng hợp tài liệu nhiều năm ) để chọn cấp động đất đại diện cho vùng Đ ộ m ạnh tliực tê\ Đ ộ m ạnh xét đến tính chất đất đá (Ej, |X, y j , chiểu sâu mực nước ngấm nâng lượng cùa trận động đất E (erg) T heo B.V.Golixưn lượng động đất xác định công thức: E = * 2ysv ( ệ ) Trong đó: ys - khối lượng riêng lớp vỏ trái đất, g/cm 2; V- vận tốc truyển sóng động đất, cm /s; A - biên độ dao động sóng động đất, cm; T - chu kì dao động sóng động đất, s 174 (4-1) M ức độ nguy hại động đất không phụ thuộc vào E m phụ thuộc vao đọ sâu chấn tâm , phương truyền sóng gia tốc địa chấn (a), loại đất đá làm nền, chiêu sâu mực nưóc ngẩm , G ia tốc địa chấn a xác định theo công thức: =A — T Hoặc (4 2) d X 2 A — —= - n A cos nt = - n A c d t2 Trong đó: 27t : A cosco, CO = nt vận tốc góc n = — Điểm có co = 0° (0 = 180° có gia tốc lớn (a =-n 2A) Gia tốc địa chấn khác theo loại đất đá V í dụ, biên độ dao động cát Ac = 162,mm, đá rắn A j = 7,8m m , chu kì dao động sóng động đất T = 1,8 giây Ta có: acâl = n2A c = 16,2mm x í I aJá = 7,8m m X 1,8 =197, mm/s2 J « 95m m / s2 T Vậy hệ sơ' địa chấn K d l= - = ^ M = ,0 « % ; g 9800 Kđí = 9800 = 0,0097 « 1% Dựa vào cường độ động đất, thang MSK - 64 phân độ m ạnh động đất thành 12 cấp theo dấu hiệu chủ yếu vể mức dộ hư hỏng nhà (cơng trình), biến dạng dư đất đá, phá hoại địa hình, biến đổi chế độ nuớc m ặt nước ngầm, Các trận động đất cấp trớ lên đểu gây nguy hiểm , cho sinh m ạng người hư hỏng cho cộng trình Độ Richter thang cấp động đất Charles F Richter đề nghị (1935), dể xác định cấp động dất nhờ m áy đo địa chấn đặt cách chấn tâm lOOkn, đo biên độ dao động lớn (S, m m m ) lắc đơn có chu kỳ T = 0,25s, động đất xảy V í dụ trận động đất có biên độ dao động lớn lắc s = 200m m = 200000|im Cấp động đất tính theo độ Richter (M) là: M = lgS = lg200000 = 5,3 tống lượng (E) trận động đất: L g E = 1 ,8 + 1,5M = 11,8 + 1,5 X 5,3 * - » E = 2,10"(Jun) 175 nước ta có sơ đồ phân vùng động dất theo thang 12 cấp Theo tài liệu ghi lại được, trận động đất nước ta thường xảy cấp , số trận động dát từ cấp đến cấp không nhiều Gần (ngày 01-11-1935) trận động đất Đ iện Biên Phú, chấn tám sâu 35km , có độ mạnh cấp (6,75 độ Richte) Đ ộ m n h tín h tốn độ m ạnh thực tế có xét đến kết cấu cấp loại cóng trình, đến loại đất đá chiều sâu m ực nước ngầm Đ ối với cống trình có quy m ó lớn, quan trọng, thiết k ế thường phải tính tăng thêm cấp động đất để đảm bào tính ổn định tuổi thọ cũa cơng trình V ùng có mực nước đất sáu h < lm tăng thêm cấp; h = 4m tăng thêm 0,5 cấp; h > lOm khơng tăng thêm cấp động đất III Biện pháp phịng chỏng đ ộn g đất xày dựng cóng trình Cho đến nay, giải pháp phòng chống động đất có độ m ạnh cấp xem chưa có hiệu Các trận động đất m ạnh khơng phá hỏng kết cấu cóng trình gáy tác hại làm cơng trình bị biến dạng gây lún khổng đểu Tuy nhiên, để hạn c h ế tác hại động đất xây dựng công trình cần có giải pháp kĩ thuật thích hợp C h ọ n vị trí diện tích x y d ự n g c ó n g trìn h khu vực có cấu tạo địa chất dơn gián, địa hình bị phân cắt có độ dốc bé T ránh nơi có đút gẫy, có đới phá huỷ m ạnh N hư vậy, tránh tượng trượt lở đất đá sườn dốc tượng lún không xảy động đất C h ọ n giải p h p k ế t cấu c ó n g trin h chắn, hình dáng cơng trình đối xứng, trọng tám cóng trình thấp (ngun tắc lật đặt) tính tốn cho lực động đất (lực qn tính) theo phương ngang có giá trị bé: F = ma (4.3) Trong đó: m - khối lượng cịng trình; Hoặc tính tốn cho, chu kì dao động vốn có (Tc) cơng trinh khác với chu kì dao động sóng động đất Chu kì dao động cùa cơng trình tính theo cơng thức: (4-4) Trong đó: K - hệ số phụ thuộc loại đất đ làm cơng trình (đá rắn K = 1,79; cuội sỏi đắng hướng K = 1,12; đất có tính nén lún bão hồ nước K = 0,41; cóng trình có biến vị ngang thẳng đứng đật cuội sỏi K = 0,28) p - trọng lượng dơn vị cùa cơng trình; L - chiều dài cóng trình; Et - m ơđun đàn hổi cơng trình; M - m ơm en qn tính tác dụng vào tiết diện ngang cơng trình; g - gia tốc trọng lực 176 Cố thể đánh giá khả nãng ổn định chống lật đổ cơng trình động đất theo cơng thức: (4-5) K s = - = tgS g Trong đó: K s - hệ sơ' động đất; - góc địa chấn Khi K, hay ỗ lớn, cơng trình dễ m ất ổn định, lật đổ Đ n h giá ổn đ ịn h m i dốc, áp lực đất sau tư ng chán vùng động đất qua đó, chọn giải pháp thích hợp - Góc ổn định cùa m dốc (Oq) xảy động đất xác định sau: (4-6) Trong đó: (p - góc m a sát đất cấu tạo m dốc - Xác định áp lực chủ động khối đất tác dụng lên tường chắn có động đất: (4-7) Trong đó: Y - khối lượng thể tích đất sau tường chắn; h - chiều cao khối đất sau tường chắn; (p D ù n g vật liệu x y d ự n g n h ẹ m ó n g dặc biệt, khả nãng đàn hồi tốt để giảm tác hại động đất N hật Bản (1985) H àn Q uốc (1995) dùng giải pháp m óng cọc đài phễu (Top base) cho cơng trình xây dựng để tránh tác hại động đất thành cóng (xem §8 chương “Đ ất xây dụng phương pháp gia cô' đất” NXB Xây dựng Hà Nội, 2008) T ăng cường công tác nghiên cứu địa chấn, công tác dự báo động đất xác kịp thời, §3 HIỆN TƯỢNG PH O N G HÓA VÀ ĐẶC ĐIỂM v ỏ p h o n g h ó a n h iệ t đ ó i Ẩm I H iện tượng p h o n g hóa Q trình phá huỷ, biến đổi chậm chạp láu dài đất đá tác dụng khơng khí, nhiệt độ, gió, nước, m ua hoạt động s in h vật Các đất đá có nguồn gốc, điểu kiện thành tạo, kiến trúc, cấu tạo, màu sắc, thành phần, điều kiện địa hình khí hậu khác nhau, có tốc độ phong hóa khác Đ chứa nhiều pyrit dễ bị phong hóa, nhiều thạch anh khó bị phong hóa Kiến trúc hạt nhó khó bị phong hóa hạt không nhiều thành phẩn mầu sắc khác cùa 177 khống vật Đ có nhiều khe nứt nguyên sinh (khe nứt phát sinh trình tạo đá - Khe nút ché) dễ bị phong hóa V ùng nhiệt đói đá phong hóa m ạnh vùng khí hậu lạnh giá Tuỳ theo yểu t ố gây q trình phong hóa đặc điểm biến đ ổ i cùa sản phẩm phong h ó a , chia q trình phong hóa thành loại: phong hóa vật lí, phong hóa học phong hóa sinh vật Phong hóa vật lí thường xảy trước đến phong hóa học phong hóa s in h vật điều kiện tự nhiên, nước khí ẩm rễ xâm nhập vào đá đá bị nút nẻ, phá huỷ học T rong thực tế, khó phán biệt rõ ràng giai đoạn chuyển tiếp hai loại phong hóa P hong hóa vật lí trình phá huỷ đá gốc liền khối thành khối nứt nẻ, mánh vụn nhỏ nhung, không làm thay đổi thành phần đá, thành phần vật chất ban đầu Các yếu tố tham gia trình thay đổi nhiệt độ, tác dụng sóng gió N ăng lượng m ặt trời chiếu xuống m ặt đất ngày đêm khác nhau, gây biến đổi sức căng bể m ặt khối đá Các khoáng vật đá có hệ số giãn nở (thế tích chiều d ài 1' khác M àu sắc khác khả hấp thụ nhiệt khác nhau, dẫn đến tách vỡ đá thành m ảnh nhỏ, tảng lớp riêng rẽ, cuối cùng, thành m ảnh vỡ vụn nhỏ (tới 0.005m m ) Nó thành phần tạo đá vụn học Hiện tượng ẩm ướt, khô hanh, đông băng tan băng lập lập lại làm cho đá bị nứt né vỡ vụn Nước m ao quản (d < l |i ) gây áp lực p = l,5kg/cm Rễ cáy lớn lên m ục nát bị thấm ướt,trương nở gây áp lực đáng kể N gồi ra, sóng nước, gió bão làm cho đá bị tách vỡ, P h o n g hóa h ó a học q trình phong hóa diễn tác dụng nước, ơxy, C 2, axit vô cơ, m ảnh vụn bị biến đổi thành phẩn hóa học thành phần khoáng vật, tạo hợp chất có thành phần đom giản (dạng ơxit, hidroxit) tồn bền vững gần m ặt đất Trong tự nhiên xảy tác dựng ỏxy hóa nhờ ơxy có khơng khí nước Tác dụng ơxy hóa m ạnh hay yếu tuỳ thuộc vào hàm lượng õxy tự hoạt động sinh vật Giới hạn ơxy hóa - khử sâu hay nơng phụ thuộc vào đặc điểm đất đá, điều kiện địa hình, khí hậu độ sâu mực nước ngầm Tác dụng ơxy hóa làm thay đổi khống vật, hóa trị nguyên tố m àu sắc cùa đá; vật chất hữu đá có m àu đen bị xy hóa có m àu xám sáng 2FeS + + H 20 -> F e S + H 2S F e S + 3H 20 + i/20 -> 2Fe 2(S 4), + 2Fe(O H ), F e (S 4), + H jO -> F e ,3 H 20 + H 2S gơtit (sắt nâu) 'Hệ s ố m k h ố i c ù a thạch anh ( ,0 0 ) g ấ p lán fen sp a t ( ,0 0 ) , m ic a ( ‘6) ố liv ìn ( 0 0 ) g ấ p 1.7 lần c a o lin ii ( ,0 0 ) , 178 đít phạm vi độ sâu nghiên cứu khơng có nước dưối đất Tiến hành quan trắc cần thiết mực nước đất tượng địa chất tự nhiên (nếu có) Thí nghiệm mẫu đất phịng thí nghiệm để xác định tiêu lí chúng (từ 9, 13 17 chì tiêu, tùy theo phương án khảo sát) mẫu nước Lập hổ sơ báo cáo kết công tác khảo sát địa kĩ thuật cách đầy đủ xác đặc điếm địa kĩ thuật khu vực nghiên cứu, nhằm làm sáng tỏ vấn đé sau đây: - Đánh giá tổng quát thích hợp khu vực xây dựng; - Đề xuất giải phấp kĩ thuật, phưcmg án móng, giải pháp bảo vệ kết cấu ngẩm trường hợp đặt móng mực nước ngầm; - Đánh giá khả thay đổi độ lún nhà (cơng trình) điều kiện tự nhiên bị biến đổi, q trình thi cơng sử dụng cơng trình - Đề xuất giải pháp cải thiện tính xây dựng nển đất, nhầm mục đích làm giảm độ lún, làm tăng độ bền độ ổn định cơng trình; - Đánh giá, so sánh chọn phương án phục vụ cho giai đoạn khảo sát thiết kế kĩ thuật kiến nghị cần thiết khác n Giai đoạn khảo sát phục vụ cho thiết k ế k ĩ thuật lập vẽ thi cơng Mục đích khảo sát: nhằm bổ sung, cụ thể hóa tài liệu cịn chưa rõ giai doạn khảo sát trước Vì vậy, chủ yếu tiến hành cơng tác thăm dị thí nghiệm có tính chất bổ sung, kiểm tra hồn thiện hổ sơ khảo sát phục vụ cho thiết kế kĩ thuật - thi công Nhiệm vụ nội dung cơng tác khảo sát: Các vị trí đặt cơng trình có tải trọng lớn (ống khói, lị cao, móng máy cái, đài nước, xilơ, ) cẩn có hơ khoan sâu để làm rõ đặc điểm đất nển Bố trí điểm thăm dị theo chu vi đường biên công trinh cụ thể theo mạng ô vuông: Trường hợp đất tương đối chiêu dày lóp thay đổi: 100 X 100(m); Trường hợp có lớp đất yếu, xen kẹp chiều dày lớp biến đổi mạnh: 25 X 25 (m) kế cơng trình thăm dị có giai đoạn trước Trong "Quy trình khảo sát cho xây dựng công nghiệp", chọn khoảng cách cơng trình thăm dị tùy thuộc mức độ phức tạp điểu kiện địa chất: Đơn giản 100 - 50(m); trung bình 50-30(m); phức tạp 30 - 20 (m) nển đất yếu chọn khoảng cách nhỏ 20m Đối với cơng trình giao thơng, theo trắc ngang chọn khoảng cách: 50, 25 20m điểm thãm dò có độ sáu H = 3- 5(m) đất yếu H = 10-15 (m) đất yếu Chiều sâu thăm dị nhà cơng trình dàn dụng khác dựa vào trị số tính tốn cùa chiều dày lớp đất chịu nén tính từ đáy móng - Trường hợp cơng trình thăm dị gặp đá chưa bị phong hóa cẩn phải khoan sâu thèm từ 0,5 - l,0m vào lớp đá ấy, phòng trường hợp gặp khối đá lãn - Khi khơng có sô liệu chiều dày lớp đất chịu lực nén có thê lây độ sâu thăm dị theo bảng (5-25), xác đinh chiều sâu khoan theo công thức kinh nghiệm sâu đây: Bảng 5-25 Trị tham khảo chiêu dày tầng chịu nén Móng bãng Móng trụ đơn Độ sâu thăm dò (m) 4-6 Tải trẽn tru (t) Đơ sâu thăm dị (m) Tải móng (t/m) đến 50 4-6 đến 10 100 5-7 20 6-8 250 7-9 50 9-12 500 9-13 100 12-17 1.000 13-15 200 17-20 1.200 15-18 5.000 18-26 G h i c h ú : * Đ ộ s â u th m d ị tín h từ đ y m ó n g h o ặ c đ y đ i c ọ c ; ** S ố n h ỏ d ù n g kh i k h n g c ó n c n g ầ m , s ố lớ n k h i c ó n c n g ầ m ; *** T h e o T C N - d ù n g m ó n g c ọ c p h ả i k h o a n đ ế n đ ộ s â u ~ ÌOm d i n u li c ọ c d ự k iến Móng trụ độc lập: H = l,5 \/p , (m) (5-65) Móng băng: H = -v/Q , (m) (5-66) Trong đó: p - tải trọng tính tấn; Q - tải trọng tính t/m Các dạng công tác khác Tiêp tục cơng tác quan trắc vị trí có Cơng trình thăm dị kĩ thuật chiếm 30 - 40% sơ cõng trình thăm dị Sơ lượng mẫu lấy có tính chất bổ sung mang ý nghĩa kiếm tra Lạp báo cáo kêt quả: tất nội dung, dạng cơng tác thăm dị, nhận xét đánh giá để xuất giải pháp sử dụng đất, V.V §6 CÁC Ví DỤ VÀ BÀI TẬP Ví du 5-1 Thí nghiệm xun tĩnh (CPT) cơng trình HL, Hà Nội, cho kết ghi báng sau Hãy diễn giải kết đánh giá tính chất đất; Tính sức chịu tải cho phép cùa lớp đất thứ có yw= 1,86g/cm \ móng đặt sâu 2m 254 Kết xuyên tĩnh (qc, fs, kG/cm 2) cơng trình HL, Hà Nội h, (m) h, (m) h, (m) qc fs 24 25 23 27 25 0,733 0,533 0,667 ,4 0 6,8 7.0 7,2 7,4 76 32 ,4 ,0 26 ,8 0 30 0,533 0,400 0,467 0,667 24 22 29 27 28 0,400 0,667 (X800 0,533 ,6 0 8.2 8,4 86 8,8 9,0 ,4 0 10,2 10,4 10.6 10 110 112 114 11,6 11,8 12,0 12,2 29 31 ,7 3 12 43 46 42 43 41 44 28 ,7 9,4 30 ,6 50 ,5 3 ,5 3 96 0,733 0,733 ,8 0 12 13 13,2 39 34 48 3 6^6 30 533 98 10,0 10,2 32 31 39 41 0,667 0,733 ,8 0 6,2 6,4 22 30 35 0,800 0,533 667 ,4 43 ,5 3 fs qc 1.2 14 1.6 1.8 2.0 2.2 16 15 16 17 18 ,6 3.4 3,6 3.8 4,0 4.2 4,4 4,6 4,8 50 52 5,4 5,6 2.4 14 3 2.6 12 3 6,0 28 3,0 3.2 12 20 23 0,533 0.0 02 0.4 06 ,2 133 0.8 10 12 0267 12 0,333 0,767 1,0 - 0,133 3 ,5 3 0.533 0667 qc fs 22 26 23 31 0,800 0,800 0.733 28 1,0 28 26 30 27 ,7 3 533 ,1 h, (m) qc f, 38 25 27 1,067 0,800 34 ,7 3 36 ,8 0 35 1,067 1,133 3 ,0 0,800 ,6 0,767 ,7 3 ,8 0 Bàigiải Theo kết thí nghiệm, đất gồm lớp: Lớp (1) - dày 0,6m, lớp (2) - dày 2,2m, lớp (3) dày 6,8m lớp (4) dày 3,8m Chỉ Số lớp (1) lớp (2) lớp (3) lớp (4) Chiều dày lớp,( m) 0,6 2,2 6,8 3,8 qc fs (kG/cm2) 4,8 0,233 14,0 0,482 27,2 0,658 39,4 0,784 Ir= 100fs/qc 4,85 3,44 2,42 1,99 Tra bàng (5-2) được: sét lấp sét pha cát chứa bụi cát hạt vừa tra bảng (5-3), (5-4): dẻo mềm dẻo cứng xốp rời xốp rời 0,267 0,773 28" 29» Lục dinh c„ (kG/cm2), (p (*) (*) Lực dính Cu tính theo cơng thức (5-3), góc ma sát cp tra theo bảng (5-5) Modun biến dạng tính theo TCXD112-1984: +) đất sét (B < 0,75): E = 7qc = +) sét pha dẻo cứng: E = 7qc = +) cát chứa bụi: E = 2,5qc = 2,5 +) cát xốp rời:E = 2,7qc = 2,7 X X X X 4,8 = 34 kG/cm2 14 = 98 kG/cm2 27,2 = 68 kG/cmJ 39,4 = 106kG/cm2 Sức chịu tải móng băng lófp (2), tính theo cồng thức (5-5): P, = 0,1667(qc - Ỵw h) = 0,1667( 140kN - 18,6N/m 2m )= 19, 6kN /m Ví dụ 5-2 Thí nghiệm cắt cánh dạng chữ thập có d = 75,8mm, h = 152mm Tim mô nen M„ = 91,2kG.cm; Mm„ = 259,9kGcm Mm= 125,5kG.cm, (đã loại ma sát cần) Độ dài cung quay để đạt Cy 0,32 cm, sô dẻo Ij —24% Hãy xác đinh: Cu hc, CUR va E đất thí nghiệm Bài giải +) Độ chống cắt khơng nước theo kết thí nghiệm: c = 1= M '™-* = - = 0,163 (kG/cm2) *d2Ẹ + ị ) k 3,14.7,582( ^ +^ ) Hiệu chỉnh Cy theo (5-37) là: c uh, = X.Cu = (1,7 - 0,541gId).C|j = (1,7 - 0,541g24) 0,163 = 0,156 kG/cm2) +) Độ bền đất bị phá hoại: „ 125,5 k = 0,059 (kG/cm ) ,l4 s ế > ( ỉụ + ™ ) Mô dun biến dạng đất: E = (1 v ' x o Ỉ Mo- W ; K ^ L 3 d ) , 0,125 h.l.d = (1 - ^ = 0,125.15,2.0,32.7,582 27,2(kG/cm2) Ví dụ 5-3 Thí nghiệm nén ngang hố khoan d = 60mm độ sâu 5,5m bẳng máy kiểu G, có v„ = 264cm1 thể tích v„m = 80crrv (lúc áp lựctiếp xúc p, tác dụng vào thành hố khoan (đất bắt đầu biến dạng giả đàn hồi) thể tích V, = 234crrv (đất bắt đẩu bị phá hoại, áp lực P| ) Được sô' liệu bảng sau Hãy lập đồ thị V = f(P) xác định mô dun nén ngang E áp lực giới hạn p Áp lực p, bar v,„ cm' v„„ cm1 0.35 1,00 2,75 3,50 4,70 5,90 6,80 7,40 8,20 9,20 10,6 50 55 140 145 160 165 195 199 235 240 270 275 300 310 325 335 350 360 390 397 570 600 Bài giải Trước tiên lập đổ thị qua hệ V = f(P), trẽn hình 5-30 Dựa vào đồ thị xác định p, (diêm đầu đoạn thảng đường cong) p, = l,06bar (ứng với v„m= 80cm'); điểm cuối đoạn thắng cho p, = 8,55 bar (ứng với V, = 234cm’) Do la có: 256 m r v = (80+ 234): = 157 (cm3) Theo công thức (5-42) (5-43) ta - 600 ĩ 500 có: AP W«, AP E = K ^ = ( + h )(V0 + V J ^ = ■3 liẽ ii/c ybp K ết c u ả dã hiẽu :hỉnh/( JX.I Xirrec ed cu ve E 400 I I 200 300 = 2,66(264+ 157) ,5 -1 ,0 -8 = 54,47 (bar) Vẽ đường tiệm cận với đường cong, điểm tiệm cận Vu = v„ + 2Vom= 424 (em’) áp lực giới hạn PL= 9,8 (bar) 100 r -4- Á p lực đ ã hiệu chỉnh/Corrected p re ssure (bar) Hình 5-38 Đồ thị V =f(P), ví dụ 5-3 Ví dụ 5-4 Thí nghiệm nén tải tĩnh bàn nén trịn có F = 000 cm2, cát có n = 0,30, thu số liệu bảng sau Hãy xác định sức chịu tải cho phép TT P;, MPa 0,050 0,075 Ghi chú: s, - Sị, mm 0,43 0,86 TT P|, MPa 0,100 0,125 Sj, mm 1,42 2,29 TT Pị, MPa 0,150 0,175 Sị, mm 4,13 7,56 Độ lún tíc h lũ y s a u rừng c ấ p rả i nén p ị Và xác định sức chịu tải móng có bẻ rộng B = 1,0; 2,0 3,Om ? Bài giải Trước tiên vẽ đồ thị quan hệ s = f(P), sau để tìm p, tính sơ' gia độ lún cấp tải: AS, = s, - s,, = 0,43 - = 0,43mm, AS2= S2- s, = 0,86 - 0,43 = 0,43 (mm), AS, = s, - Sj = 1,42 - 0,86 = 0,56 (mm), s„ = S4 - S, = 2,29 - 1,42 = 0,87 (mm), AS, = S, - S4 = 4,13 - 2,29 = l,84(mm), AS6= S6 - S5 = 7,56 - 4,13 = 3,43 (mm) Từ kết ta có: 2AS4 < AS5< as,; Vậy cấp tải trọng Hình 5-39 Cho vi dụ 5-4, Đồ thị s =f(P) giới hạn P5 đo qa = P4 = 0,125MPa AP = q> - p, = 0,125 - 0,05 = 0,075 (MPa) AS = 2,29-0,43= 1,86 (mm) Bàn nén tròn F = 000cm2 —> d = 79,8 cm Mơ dun biến dạng E tính theo công thức (5-47): , AP E= ü V )o x l^ = AS = (l-0 ,3 2).0,7 , ^ = 23,lM Pa 0,186 Tải trọng cực hạn (qu) đất thí nghiệm (theo TC Hàn Qc) là: q u = P1+1 = l,75M Pa Từ công thức (5-55) (5-59) ta có: q = 4qu tm lm _ = 1,75 Jữi 798 ° - = 2,193 (MPa) Độ lún móng thực tế B = l,0m ; 2,Om 3,Om là: s- = s " ( f ; I =7'56( ê ầ Ĩ =47'5