Luận văn thạc sĩ Địa kỹ thuật: Đánh giá khả năng hóa lỏng đất nền do động đất tại quận 7 - Tp. Hồ Chí Minh

Một số nghiên cứu nổi bật là nghiên cứu khả năng hóa lỏng khi có động đất tại thành phố Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh, khu công nghiệp Dung Quất, Quảng Ngãi … Việc nghiên cứu hiện tượng

KHÁI QUÁT HÓA LỎNG ĐẤT NỀN

KHÁI NIỆM

Hóa lỏng đất nền (liquefaction) là một trong những hiện tượng quan trọng và thú vị liên quan đến tai biến động đất Vấn đề này hiện nay vẫn còn gây nhiều tranh cãi vì những tính chất và đặc điểm phức tạp của nó Hoá lỏng nền gây ra hiện tượng sụt chìm đối với đất nền có trạng thái xốp, bão hòa nước Bản chất của hóa lỏng đất nền là khi nền đất xuất hiện chấn rung, nước lỗ rỗng thoát ra rất nhanh, áp lực thủy động lớn đẩy lên làm tiêu giảm thậm chí mất hoàn toàn trọng lượng các hạt đất và đất ở trạng thái gần như một dung dịch

Do tác động chấn rung làm các hạt đất xít lại, nước đột ngột bị đẩy lên trên mặt đất tạo thành những lỗ hình côn giống như những miệng núi lửa nhỏ Nếu nước dưới đất nằm càng nông, độ sụt lớn thì khi đó toàn bộ mặt đất tự nhiên sẽ bị chìm lún xuống và ngập dưới nước

Ngoài ra hóa lỏng còn có thể gây ra hiện tượng sụt trượt, cơ chế hoạt động khác với sự hình thành sụt chìm Khi một lớp đất nhạy cảm với khả năng hóa lỏng nằm trên bờ dốc của một lớp đất rất cứng, thì hiện tượng hóa lỏng làm cho lớp đất trên bị dịch chuyển ngang tạo thành những hõm sâu

Một số nghiên cứu khác còn cho rằng, trầm tích hiện tại bị hóa lỏng cả vùng bình nguyên ven biển, đồng bằng ven sông và ở những nơi phân bố dòng sông cổ, cũng như ở những bồn trũng do con người tạo nên đều dễ phát sinh hóa lỏng Ở Trung Quốc động đất đã làm đất hóa lỏng và gây nhiều tổn thất nghiêm trọng tại các vùng Bachu, Heyuan, Xingtai, Hejian, Bohai, Yangjiang, Tonghai, Haicheng và Tangshan … Thông thường, động đất có cấp độ magnitude trên 5, cường độ cấp VIII đều rất dễ phát sinh tai biến hóa lỏng.

LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU HÓA LỎNG ĐẤT NỀN

2.2.1 Những nghiên cứu trên thế giới

Những nghiên cứu đầu tiên về hiện tượng hóa lỏng đất nền được đưa ra bởi GS Seed và Idriss (1971) sau những hậu quả thảm khốc của hai trận động đất tại Alaska, Hoa Kỳ và Niigata, Nhật Bản năm 1964 Lý thuyết mà hai ông đưa ra có tên gọi là “Phương pháp đơn giản” để đánh giá khả năng hóa lỏng đất nền Hiện nay lý thuyết này đã và đang được sử dụng tại Hoa Kỳ và nhiều nước khác trên thế giới Sau đó lý thuyết này được hiệu chỉnh nhiều lần bởi các nhà nghiên cứu khác Những hiệu chỉnh của Seed (1979), Seed và Idriss (1982), Seed (1985), Whitman (1985), Youd và Idriss (1996) đã hoàn chỉnh hơn phương pháp tính toán

Hình 2.1 Động đất gây hóa lỏng đất nền tại Niigata (1964) Đến năm 1996, tại hội nghị Quốc gia Hoa Kỳ về nghiên cứu Động đất (NCEER) lý thuyết tính toán trên đã được hiệu chỉnh toàn bộ và thống nhất

Ngoài ra, tại Nhật Bản cũng có một số công trình nghiên cứu, tiêu chuẩn đánh giá khả năng hóa lỏng đất nền: “Standard Specification for Highway Bridge, vol 1, Earthquake Proof Design – 1966”

2.2.2 Những nghiên cứu ở Việt Nam

Hiện tại ở Việt Nam, nghiên cứu hiện tượng hóa lỏng đất nền phát sinh do động đất chưa được quan tâm đúng mức, số lượng những nghiên cứu này là

Nghiên cứu đánh giá khả năng hóa lỏng nền tại khu nhà máy thép Tycoon, khu công nghiệp Dung Quất, Quảng Ngãi được thực hiện bởi PGS

TS Đậu Văn Ngọ và PGS TS Nguyễn Việt Kỳ Đề tài đã sử dụng bản đồ địa chất/địa chất công trình của khu vực nghiên cứu kết hợp với thang cấp độ nhạy cảm do Youd và Perkins (1978) đề xuất Trên cơ sở khai thác các thông tin chi tiết khác có liên quan đến từng đơn vị địa chất có mặt trong vùng, kết hợp với các tiêu chuẩn của Youd và Perkin, gán các giá trị độ nhạy cảm hóa lỏng cho mỗi đơn vị địa chất Ngoài ra, nghiên cứu còn đánh giá khả năng hóa lỏng nền theo Tiêu chuẩn Nhật Bản Với những kết quả thu được, nghiên cứu đã đánh giá được về những tai biến có thể xảy ra khi có động đất tại khu vực nhà máy Tycoon, và khu vực này cần được thiết kế kháng chấn, nền móng công trình cần phải được tính đến khả năng hóa lỏng và dịch chuyển ngang của đất nền Kết quả được thể hiện trên sơ đồ (Hình 2.2)

Hình 2.2 Sơ đồ phân bố khu vực có khả năng hóa lỏng xác định theo SPT tại nhà máy Tycoon, Quảng Ngãi

Ngoài ra, còn một số công trình liên quan tới đánh giá tác động động đất, khả năng hóa lỏng nền tại thành phố Hà Nội và Quận 1 và 3 thành phố Hồ Chí Minh của PGS TS Nguyễn Hồng Phương và PGS TS Nguyễn Việt Kỳ Đề tài đã đánh giá chi tiết khả năng phá huỷ nền đất tại các khu vực nghiên cứu nghiên cứu xác suất xảy ra các hiện tượng trượt đất và hoá lỏng nền đất Xây dựng các bản đồ phân bố nền đất và hệ số khuếch đại chấn động nền cho khu vực nghiên cứu Khả năng phá huỷ nền đất được biểu hiện qua các dạng tai biến được coi là hệ quả trực tiếp của động đất mạnh tại khu vực nghiên cứu như trượt lở nền và hoá lỏng nền Trong khuôn khổ đề tài, các phương pháp chuyên môn kết hợp với công nghệ viễn thám và GIS được áp dụng nhằm đánh giá một cách tổng quan xác suất xảy ra các hiện tượng trượt lở và hoá lỏng nền đất tại khu vực nghiên cứu nếu có động đất Các kết quả cuối cùng sẽ được trình bày dưới dạng một tập bản đồ biểu thị các thông số như: độ nhạy cảm và xác suất xảy ra trượt lở nền, độ nhạy cảm và xác suất xảy ra hoá lỏng nền, dịch chuyển ngang và lún do hoá lỏng nền, dịch chuyển ngang và lún do trượt lở nền tại khu vực nghiên cứu khi có động đất mạnh xảy ra Tất cả các bản đồ chuyên đề trong mục này đều được xây dựng cho ba quận nghiên cứu ở tỷ lệ 1 :

10 000, nghĩa là có độ chi tiết cao hơn các bản đồ thành lập trước đây trong khuôn khổ của đề tài phân vùng nhỏ động đất thành phố Hồ Chí Minh Ngoài ra, hiệu ứng địa phương của phản ứng nền đất đối với tác động của động đất cũng được nghiên cứu bằng phương pháp xác định các thông số khuếch đại rung động nền.

TÁC HẠI CỦA HIỆN TƯỢNG HÓA LỎNG TỚI CÔNG TRÌNH

Trong các công trình nghiên cứu về hóa lỏng, người ta đã xây dựng mối liên hệ giữa mô đun cắt và đặc trưng suy giảm của đất nền Việc gia tăng áp lực lỗ rỗng làm cho độ chặt của đất bị suy giảm trong quá trình rung động (khi động đất xảy ra) Đối với một đới trầm tích, trước khi xảy ra động đất có thể vẫn chặt cứng, nhưng sau đó trở nên hoàn toàn mềm yếu do bị ảnh hưởng bởi động đất

Hiện tượng cát sủi thường được phát sinh do đất nền bị hóa lỏng Trong quá trình rung động, động đất làm áp lực lỗ rỗng tăng cao bất thường và nước lỗ rỗng bị đẩy lên phía mặt đất giảm áp lực về trạng thái cân bằng Dòng chảy nước lỗ rỗng này tạo ra áp lực tác động đẩy hạt đất lên phía trên Lực nước lỗ rỗng đó còn làm xáo trộn và yếu đi lớp phủ phía trên lớp bị hóa lỏng và có thể làm cho lớp trên cũng bị hóa lỏng khi có rung động xảy ra sau đó Nếu độ chênh áp lực cột nước lỗ rỗng đạt đến giá trị tới hạn thì ứng suất có hiệu của cột đất đạt đến giá trị bằng không và khi đó đất phía trên sẽ ở điều kiện nhạy nhão Trong trường hợp này, vận tốc nước đạt đến mức có thể đẩy các hạt đất trồi lên mặt Trong thực tế, đất nền thường không đồng nhất nên sự giải phóng áp lực nước lỗ rỗng tạo dòng chảy tốc độ cao xảy ra ở những nơi bị nứt nẻ, nơi có đất yếu hoặc có kênh rãnh ngầm Các hạt đất bị đẩy theo khe nứt, kênh rãnh ngầm này lên phía mặt đất tạo thành bãi cát sủi

Hình 2.3 Miệng núi lửa hình côn

Hiện tượng cát sủi là rất phức tạp, thường xảy ra một cách ngẫu nhiên, nó phụ thuộc vào độ lớn của áp lực nước lỗ rỗng tăng nhanh, bề dày, hệ số thấm và trạng thái nguyên trạng của bất kỳ lớp đất nào nằm trên lớp đất sẽ có hiện tượng áp lực nước lỗ rỗng tăng nhanh đó Như vậy, hiện tượng cát sủi có liên quan chặt chẽ với hiện tượng hóa lỏng Cát sủi không có ý nghĩa lớn trong việc tính toán ổn định cho công trình, nhưng nó là dấu hiệu hữu ích chứng tỏ áp lực hiện tượng áp lực nước lỗ rỗng tăng nhanh đã xảy ra

2.3.3 Ảnh hưởng đến độ lún nền móng

Cát thường được làm chặt khi bị rung động động đất Khi đất bên dưới được làm chặt hơn, sắp xếp khít hơn, sẽ dẫn tới cao độ bề mặt hạ phía trên xuống Mức độ làm chặt đất nền do chấn rung động đất được biểu hiện trên mặt đất thông qua độ lún Động đất tạo ra độ lún mặt đất chủ yếu làm xáo trộn kết cấu đặt trên móng nông, làm hỏng các cấu kiện phụ trợ của kết cấu trên móng cọc và làm hư hỏng các đường ống ngầm phục vụ dân sinh

Tốc độ làm chặt của cát khô là rất nhanh Độ lún công trình trên cát khô thường kết thúc ngay sau khi hết động đất Độ lún công trình nằm trên cát bão hòa diễn ra trong thời gian lâu hơn và độ lún chỉ diễn ra khi động đất tạo ra áp lực nước lỗ rỗng tăng nhanh vị tiêu giảm Việc xác định độ lún do động đất của cát là khó khăn, sai số từ 25 – 50% so với dự báo tính độ lún

Hình 2.4 Đường bị phá hủy do hiện tượng hóa lỏng nền

2.3.4 Mất ổn định nền móng

Hóa lỏng tạo ra các dạng mất ổn định là một trong các dạng hư hỏng sinh ra do rủi ro động đất Hậu quả của nó có thể dễ dàng quan sát dưới dạng trượt chảy, giãn căng phương ngang, trượt lở mái dốc, hư hỏng nền móng được ghi nhận ở hầu hết các trận động đất xảy ra trên Trái đất

Hình 2.5 Sạt lở hồ chứa nước do hóa lỏng tại Đập San Fernando, Hoa Kỳ

Các dạng phá hỏng có thể do các hiện tượng hóa lỏng khác nhau gây ra và rất khó khăn để phân tích chính xác dạng hóa lỏng nào Nói chung có thể khẳng định hiện tượng này bị ảnh hưởng bởi sức kháng cắt đất nền suy yếu do hóa lỏng.

PHÒNG NGỪA, KHẮC PHỤC HIỆN TƯỢNG HÓA LỎNG

Hiện tượng hóa lỏng đất nền gây ra những hậu quả rất to lớn, tuy nhiên việc phòng ngừa, khắc phục hiện tượng này rất khó khăn Cũng có một số biện pháp có thể dùng để khắc phục một phần nào đó tác hại của hiện tượng này tuy nhiên hiệu quả của nó cần phải được kiểm chứng cụ thể hơn trong điều kiện thực tế Người ta chia ra những biện pháp phòng chống hóa lỏng chính: cải tạo nền đất, giảm tải trọng công trình đặt trên nền đất và thoát nước (hạ thấp mực nước ngầm) khỏi nền đất

Có thể dễ dàng nhận thấy, hiện tượng hóa lỏng xảy ra là do bản thân lớp đất chưa có độ chặt cần thiết hay tính chất cơ lý của nó quá yếu Vì vậy để phòng ngừa hiện tượng hóa lỏng xảy ra trong đất nền, đơn giản nhất chính là phải cải tạo đất nền đó để nâng cao độ chặt, cải thiện tính chất cơ lý Tổng hợp các phương pháp cải tạo đất nền có thể tham khảo ở Bảng 2.1

Bảng 2.1 Tổng hợp các biện pháp cải tạo đất

Các phương pháp ổn định, gia cố đất

Cố kết Thay thế đất

Cố kết động Cố kết tĩnh Đào đất Thay thế đất

Chất tải Nén rung Hộp rung Rung thay thế

Chất tải trước Tách rung Trụ rung Chất tải Cọc đá, sạn sỏi, vữa lỏng

Hạ thấp mực nước ngầm Nhồi Nổ Cọc bọc vải

Bơm hút chân không Nổ Khoan Cọc CVS

Cọc vữa phun Điện hóa Cọc trộn sâu

Cọc thay thế Cọc khoan nhồi

Trong các phương pháp cố kết, phương pháp thường dùng để ngăn ngừa hiện tượng hóa lỏng là nhóm các phương pháp làm chặt cơ học Đây là phương pháp làm giảm thể tích lỗ rỗng của đất do sự phân bố lại của các hạt khoáng trong đất hoặc dưới tác dụng của tải trọng tức thời hoặc rung Quá trình làm chặt liên quan đến việc đẩy khí ra khỏi đất mà không làm thay đổi đáng kể lượng nước có trong đất Do đất được làm chặt nên các chỉ tiêu về độ bền của đất tăng lên, độ biến dạng và tính thấm nước của đất giảm xuống Phương pháp này tỏ ra hiệu quả cho các loại đất ít ẩm hoặc ẩm, nằm ngay trên lớp mặt, chiều sâu phân bố không lớn Một số phương pháp làm chặt cơ học thường xuyên được sử dụng có thể kể đến là:

- Làm chặt bằng đầm nện (búa đầm)

- Làm chặt bằng đầm lăn

- Làm chặt bằng đầm rơi

- Làm chặt bằng máy đầm rung

Ngoài ra, cũng có thể sử dụng các phương pháp thoát nước thẳng đứng Đây là nhóm phương pháp lớn như là sử dụng cọc thấm, lưới thấm, sử dụng vật liệu composite thấm, bấc thấm, sử dụng bơm chân không, sử dụng điện thấm Các phương pháp phân làm hai nhóm chính, nhóm một chủ yếu mang mục đích làm khô đất, nhóm này thường đòi hỏi một lượng tương đối thời gian và còn khiêm tốn về tính kinh tế Nhóm hai ngoài mục đích trên còn muốn mượn lực nén thủy lực để gia cố đất, nhóm này đòi hỏi cao về công nghệ, thời gian thi công giảm đi và tính kinh tế được cải thiện đáng kể

Bên cạnh đó, chúng ta cũng có thể sử dụng các phương pháp khác như sử dụng cọc hay bơm phụt xi măng Với những điều kiện cụ thể của từng công trình mà chúng ta sẽ lựa chọn phương pháp phù hợp nhất về kỹ thuật và kinh tế Vấn đề cải tạo đất, phòng chống hóa lỏng do động đất học viên giới thiệu chỉ mang tính chất tham khảo, cần được nghiên cứu chi tiết hơn tại những nghiên cứu sau này.

PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG HÓA LỎNG ĐẤT NỀN

TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ

Sau những trận động đất thảm khốc tại Alaska (Mỹ) và Niigata (Nhật) vào năm 1964, GS Seed và Idriss đã nghiên cứu và phát triển phương pháp tính toán khả năng kháng hóa lỏng được gọi là “Phương pháp đơn giản” Phương pháp này đã trở thành chuẩn mực trong việc tính toán ở khu vực Bắc

Mỹ cũng như nhiều nước trên thế giới Những lý thuyết đầu tiên được Seed đưa ra vào năm 1985 và vào năm 1996, Trung tâm nghiên cứu động đất quốc gia Hoa Kỳ (NCEER) đã nhóm họp, GS T L Youd và I M Idriss đã đưa ra những nghiên cứu bổ sung để hoàn thiện phương pháp tính toán

Trong hơn 25 năm “Phương pháp đơn giản” đã được ứng dụng tại rất nhiều nghiên cứu về hóa lỏng đất nền Phương pháp này đã được hiệu chỉnh và phát triển trong suốt thời gian đó, đầu tiên là những nghiên cứu của Seed (1979), Seed và Idriss (1982), Seed cùng một số người khác (1985) Vào năm

1985 R V Whitman đã đưa ra mô hình tính toán về vấn đề này với những nghiên cứu của mình đã đưa lý thuyết tính toán về hóa lỏng lên một mức sâu rộng và chính xác hơn Đến tháng 7 năm 1996, T L Youd và I M Idriss đã đưa ra thêm một số bổ sung cho những lý thuyết có trước đó Để giữ cho nghiên cứu tập trung hơn, lý thuyết tính toán được giới hạn trong phạm vi tính toán khả năng kháng hóa lỏng cho những lớp đất phía dưới phần nền mái dốc Một vấn đề quan trọng cũng cần được thảo luận đến là khái niệm tiền – hóa lỏng, khi ứng suất cắt dư, đất chuyển vị và nền bị phá hủy

“Phương pháp đơn giản” được phát triển từ những tính toán kinh nghiệm của những thí nghiệm hiện trường và những thông số thí nghiệm trong phòng Hóa lỏng sẽ làm phát sinh những hiện tượng thứ cấp như cát sủi, nứt nẻ nền Dữ liệu được thu thập từ các vị trí trên các khu vực mái dốc hiện trường, thường nằm ở dưới lớp Holocene aluvi hay trầm tích sông tại chiều sâu nông

(nhỏ hơn 15m) Phương pháp gốc được kiểm tra và chỉ có thể áp dụng cho những điều kiện nhất định

3.1.1 Hệ số cắt chu kỳ (CSR)

Seed và Idriss (1971) đã tính toán và đưa công thức tính toán hệ số cắt chu kỳ - Cyclic Stress Ratio (CSR):

CSR= σ τ av vo ' =0,65 α max g σ σ vo vo ' r d (3.1)

Trong đó: αmax – gia tốc đỉnh theo phương ngang tại về mặt nền, gây ra bởi động đất (m/s 2 ) g – gia tốc trọng trường (m/s 2 ) σvo và σ’vo – ứng suất tổng và ứng suất có hiệu (kPa) rd – hệ số chiết giảm ứng suất

Giá trị của hệ số chiết giảm ứng suất phụ thuộc vào độ sâu tính toán z Theo phương pháp của Liao và Whitman thì giá trị độ sâu bị giới hạn trong phạm vi 23 mét Khoảng giá trị tính toán được thể hiện ở Hình 3.1 rd = 1 – 0,00765z với độ sâu z ≤ 9,15 m (3.2.1) rd = 1,174 – 0,0267z với độ sâu 9,15 < z ≤ 23 m (3.2.2)

Hình 3.1 Liên hệ giữa giá trị r d và độ sâu

Việc tính toán rd theo công thức trên cho giá trị phù hợp với những tính toán kỹ thuật đơn giản Tuy nhiên, có sự khác biệt đáng kể ở trạng thái dẻo và như vậy giá trị rd được tính như trên sẽ có giá trị miền rộng hơn giá trị rd thực tế T F Blake (1996) đã đưa ra công thức tính toán: r d = (1-0,4113z 0,5 +0,04052z+0,001753z 1,5 ) (1-0,4177z 0,5 +0,05729z-0,006205z 1,5 +0,001210z 2 ) (3.3)

Việc tính toán theo công thức trên có giá trị tương đương như tính toán theo công thức phía trên nhưng có thể dễ dàng tính toán hơn

3.1.2 Xác định hệ số kháng chu kỳ (CRR)

Vấn đề quan trọng nhất của lý thuyết tính toán này là xác định hệ số kháng hóa lỏng chu kỳ - Cyclic Resistance Ratio (CRR) Ở đây, một điều bắt buộc khi tính toán hệ số này là cần phải có những mẫu đất nguyên dạng giống như trong trạng thái tự nhiên Tuy nhiên, đối với những thí nghiệm trong phòng, việc làm biến dạng mẫu, thay đổi trạng thái các phân tố hạt xảy ra rất nhiều do ảnh hưởng bởi máy móc và phương pháp lấy mẫu, điều đó dẫn tới trạng thái ban đầu của mẫu bị thay đổi, gây sai lệch trong các kết quả tính toán trong phòng Chỉ một số kỹ thuật lấy mẫu đặc biệt như “đóng băng nền” mới có thể đảm bảo tính chính xác của kết quả, tuy nhiên giá thành của những phương pháp này thường khá cao Để loại bỏ những khó khăn trên, người ta sử dụng các thí nghiệm ngoài trời như Xuyên tiêu chuẩn (SPT), xuyên côn (CPT), vận tốc sóng cắt (Vs) và xuyên Becker (BPT) trong phương pháp xác định sức kháng hóa lỏng của đất nền Trong đó thí nghiệm SPT và CPT thường được lựa chọn để sử dụng nhiều hơn do tính phong phú về cơ sở dữ liệu, có thể tận dụng được từ các nguồn đã có, tuy nhiên những phương pháp thí nghiệm khác cũng có thể được ứng dụng tại những khu vực nằm dưới lớp đất trầm tích sạn sỏi hoặc những khu vực bị hạn chế về máy móc thí nghiệm SPT, CPT

Bảng 3.1 So sánh ưu nhược điểm các phương pháp thí nghiệm

Nội dung Loại thí nghiệm

Số liệu đo đạc Phong phú Phong phú Giới hạn Thưa thớt

Chất lượng điều khiển và Từ kém đến tốt Rất tốt Tốt Kém

Phát hiện lớp đất dị thường

Tốt cho khu vực thí nghiệm nhỏ Rất tốt Tốt Tốt

Loại đất có thể thí nghiệm

Không có sạn sỏi Không có sạn sỏi Tất cả Sạn sỏi

Phục hồi mẫu đất Có Không Không Không

THÍ NGHIỆM SPT

3.2.1 Vài nét về thí nghiệm

Thí nhiệm xuyên tiêu chuẩn, viết tắt là SPT, được tiến hành bằng cách đóng một mũi xuyên có dạng hình ống mẫu vào trong đất từ đáy một hố khoan đã được thi công phù hợp Sức kháng xuyên SPT, hay còn gọi là giá trị N, là số búa cần thiết để đóng mũi xuyên vào trong đất nguyên trạng 30 cm với quy trình thí nghiệm và thiết bị đúng theo quy phạm Thí nghiệm SPT có thể dùng để phân chia địa tầng, phát hiện các lớp kẹp, các thấu kính đất hạt rời, xác định một số chỉ tiêu cơ lý của đất như độ chặt, độ sệt, góc ma sát trong, mô đun tổng biến dạng, sức kháng xuyên tĩnh, tính toán sức chịu tải của một số loại móng

… và xác định sức kháng hóa lỏng của đất nền

Thí nghiệm SPT được tiến hành trong hố khoan ngay sau khi thực hiện các thao tác lấy mẫu hoặc sau khi làm sạch đáy hố khoan Lắp đặt các thiết bị thí nghiệm đã kiểm tra khả năng gắp và độ cao rơi tự do của búa Cần dẫn búa phải thẳng đứng, ổn định và đồng trục với bộ cần khoan Đánh dấu trên cần khoan 3 đoạn liên tục với chiều dài mỗi đoạn là 15 cm Sau đó tiến hành đóng búa, búa phải được rơi tự do theo hướng thẳng đứng từ độ cao 76 cm Đếm số búa đóng được sau khi xuyên ngập mỗi đoạn 15 cm Số búa của hai đoạn sau được gọi là sức kháng xuyên tiêu chuẩn hoặc “giá trị N”

Hình 3.2 Mô hình thí nghiệm SPT

3.2.2 Tính toán CSR dựa vào thí nghiệm SPT

Hình 3.3 mô tả mối quan hệ giữa giá trị CSR và (N1)60 Trong đó giá trị (N1)60 được hiểu là số búa chuẩn hóa (ứng suất 100 kPa, hiệu suất búa 60%) Mối quan hệ này được tính toán bằng số liệu từ trận động đất có cường độ 7,5 Đường cong CRR được xây dựng với đất có kích thước hạt mịn nhỏ hơn 5%, 15% và 35% Đường cong CRR với độ mịn hạt nhỏ hơn 5% là giá trị xuyên tiêu chuẩn cho phương pháp đơn giản và quy vào loại đất cát sạch Đường cong CRR trên Hình 3.3 chỉ áp dụng cho những trận động đất có cấp độ là 7,5

Hình 3.3 Đường cong SPT cát sạch cho động đất cường độ 7,5

3.2.3 Đường cong SPT nền cát sạch

A F Rauch tại Đại học Texas có đưa ra công thức tính hệ số CRR:

Công thức trên chỉ chấp nhận giá trị (N1)60 nhỏ hơn 30 Với những giá trị lớn hơn 30, cát sạch đủ độ chặt để không bị hóa lỏng

3.2.4 Ảnh hưởng của độ mịn (FC)

Trong những nghiên cứu đầu tiên, Seed (1985) đã lưu ý rằng giá trị CRR

Giá trị CRR hoặc CSR này là do sự gia tăng sức kháng hóa lỏng hay giảm sức kháng xuyên vẫn chưa được giải thích rõ ràng Dựa trên những số liệu kinh nghiệm đã có, Seed phát triển đường cong với nhiều loại độ mịn của hạt khác nhau (Hình 3.3) Giá trị (N1)60 được I M Idriss hiệu chỉnh lại với loại cát sạch:

60cs=α + β(N 1 ) 60 (3.5) Trong đó α và β được xác định dựa vào mối liên hệ được nêu trong Bảng 3.2

Bảng 3.2 Mối liên hệ giữa độ mịn (FC) và α, β Điều kiện Giá trị α Giá trị β

3.2.5 Một số hiệu chỉnh khác

Một số hệ số được thêm vào để hiệu chỉnh giá trị độ mịn và giá trị SPT (được nêu rõ trong Bảng 3.3) Công thức sau đây thể hiện sự hiệu chỉnh đó:

Nm – Sức kháng xuyên tiêu chuẩn

CN – Hệ số chuẩn hóa

CE – Hệ số hiệu chỉnh năng lượng búa (ER)

CB – Hệ số hiệu chỉnh đường kính lỗ khoan

CR – Hệ số hiệu chỉnh theo chiều dài cần

CS – Hệ số hiệu chỉnh theo ống lấy mẫu

Bảng 3.3 Hiệu chỉnh giá trị SPT

Hệ số Thiết bị Ký hiệu Giá trị Ứng suất lớp phủ

Búa donut tự động CE 0,8 – 1,3 Đường kính lỗ

Phương pháp lấy mẫu Ống mẫu chuẩn CS 1,0 Ống mẫu không có ống dẫn hướng CS 1,1 – 1,3

Bởi vì giá trị số búa N của thí nghiệm SPT tăng cùng với sự tăng ứng suất có hiệu của lớp phủ phía trên, hệ số hiệu chỉnh ứng suất lớp phủ được sử dụng Hệ số đó được tính toán theo công thức:

CN – Giá trị chuẩn hóa của Nm khi xét tới ứng suất của lớp phủ phía trên σ’vo – giá trị ứng suất lớp phủ phía trên

Pa – Áp suất không khí

Giá trị CN không được vượt quá 1,7 Ngoài ra, Kayen (1992) đưa ra công thức tính toán CN khác:

Giá trị trị σ’vo là giá trị ứng suất của lớp phủ tại thời điểm khoan và thí nghiệm Mặc dù mực nước ngầm cao nhất có thể được sử dụng trong tính toán sức kháng hóa lỏng, hệ số CN cần tính dựa trên ứng suất trước thời điểm thí nghiệm Giá trị CN được biểu diễn trong Hình 3.4

Hình 3.4 Đường cong C N với nhiều nền đất khác nhau tại thí nghiệm hiện trường và thí nghiệm trong phòng

1 – Cát Reid Bedford 2 – Cát Ottawa

3 – Cát sông Platte 4 – Bê tông cát thường

5 – Cát ẩm & khô, thô & mịn 6 – Cát mịn bão hòa

Một hệ số quan trọng khác chính là sự chuyển hóa năng lượng từ búa rơi tới ống mẫu SPT Hệ số năng lượng (ER) của 60% là được chấp nhận như giá trị trung bình của các thí nghiệm ở Mỹ và một số nơi khác Hệ số ER phụ thuộc vào loại búa, đe búa (anvil), bộ phận nâng búa và phương pháp thả búa Hệ số hiệu chỉnh kết quả SPT tới 60% hệ số năng lượng cho nhiều loại búa và đe búa khác nhau (tham khảo Bảng 3.3) Vì sự khác nhau trong khoan và thiết bị thí nghiệm và sự sai khác trong phương pháp thí nghiệm mà giá trị hiệu chỉnh CE cần được chú ý

Skempton (1986), Robertson & Wride (1998) đã cập nhật thêm hệ số hiệu chỉnh liên quan đến chiều dài cho những cần có chiều dài nhỏ hơn 10 mét, đường kính lỗ khoan (65 – 125 mm) và ống mẫu không có ống dẫn hướng Những giá trị này cũng đã được nêu trong Bảng 3.3 Cho các tính toán sức kháng hóa lỏng cho chiều dài cần nhỏ hơn 3 mét, giá trị CR được lấy là 0,75.

THÍ NGHIỆM XUYÊN TĨNH (CPT)

3.3.1 Vài nét về thí nghiệm

Thí nghiệm xuyên tĩnh được tiến hành bằng cách ấn ngập hệ thống cần và mũi xuyên có kích thước tiêu chuẩn vào trong đất với tốc độ quy định nhờ lực tĩnh, đồng thời đo sức kháng xuyên đầu mũi qc, ma sát thành đơn vị ƒs và sức kháng xuyên tổng QT Thí nghiệm xuyên tĩnh cho phép xác định cấu trúc địa chất, tính không đồng nhất của đất đá, các đặc trung cơ lý, tính toán sức chịu tải của cọc và sức chịu tải của các lớp đất đang khảo sát, xác định chiều sâu mặt đá gốc, các tầng sạn, sỏi, tảng lớn … Và bây giờ, thí nghiệm này còn giúp ta xác định được sức kháng hóa lỏng của đất nền Thuận lợi của phương pháp xuyên tĩnh là cho phép thu nhận được thông tin liên tục về đặc tính đất đá, các thông số đo được trong điều kiện ứng suất tự nhiên nên cho kết quả chính xác hơn so với các phương pháp khác, phương pháp thí nghiệm tiến hành

Phạm vi ứng dụng của xuyên tĩnh có thể dùng cho hầu hết các loại đất, từ đá cứng, đất hòn lớn và đất lẫn dăm sạn hàm lượng trên 25% Tuy nhiên để xác định tính chất cơ lý của đất thì hàm lượng dăm sạn không được quá 1 – 2%, nếu hàm lượng này tăng lên thì dẫn tới sai số của kết quả thí nghiệm lớn

Hình 3.5 Mô hình thí nghiệm CPT

Khi tiến hành thí nghiệm, đối với thiết bị của hãng Gouda (Hà Lan), trước hết mũi xuyên được ấn riêng trên một đoạn dài 4 cm để đo lực kháng xuyên đầu mũi Tiếp theo ấn cần xuyên theo mũi xuyên cũng với khoảng cách đó, nếu ở đầu chùy có măng xông ma sát thì ghi ứng suất ma sát đo ở măng xông Sau cùng toàn bộ cần (mũi + cần) được ấn xuống một đoạn dài 16 cm để đo lực toàn phần Lực bên hông là hiệu của lực toàn phần và lực kháng xuyên đầu mũi Các kết quả thí nghiệm nói chung được thể hiện trên ba đường cong sức kháng xuyên đơn bị của đầu mũi qc, ma sát thành đơn vị ƒs và chỉ số ma sát

3.3.2 Tính toán CRR dựa vào thí nghiệm CPT Ưu điểm của thí nghiệm CPT thường được sử dụng để xây dựng địa tỏ đặc điểm nền đất bằng thí nghiệm CPT, đảm bảo tính chính xác của thí nghiệm thì tại một số lỗ khoan chuẩn cần kiểm tra với kết quả của thí nghiệm SPT về địa tầng, tính toán sức kháng hóa lỏng

Hình 3.6 được xây dựng bởi Robertson & Wride (1998) giới thiệu đường cong CRR cho cát sạch (FC ≤ 5%) từ số liệu của thí nghiệm CPT Đường cong này được xây dựng trong giới hạn của trận động đất có cường độ 7,5 cho thấy mối quan hệ giữa sức kháng hóa lỏng chu kỳ CRR và sức kháng CPT chuẩn hóa qc1N từ những khu vực mà bề mặt đất đã xảy ra hiện tượng hóa lỏng (cả quan sát được hoặc không)

Với đường cong dành cho cát sạch trong Hình 3.6, có thể tính toán CRR qua mối liên hệ: với (qc1N)cs< 50 CRR7,5 = 0,833 [(qc1N)cs / 1,0] + 0,05 (3.9.1) với 50 ≤ (qc1N)cs< 60 CRR7,5 = 93 [(qc1N)cs/1,0] + 0,08 (3.9.2)

Trong đó (qc1N)cslà sức kháng xuyên côn của cát sạch chuẩn hóa tại 100kPa

Hình 3.6 Đường cong tính toán CRR từ số liệu thí nghiệm CPT

3.3.3 Sức kháng xuyên tĩnh chuẩn hóa

Sức kháng xuyên chuẩn hóa: q c1N =C Q ( q P c a) (3.10)

CQ – hệ số chuẩn hóa cho sức kháng xuyên

Pa – áp suất đơn vị 1atm n – giá trị phụ thuộc vào thành phần hạt của từng loại đất, giá trị này thay đổi từ 0,5 – 1,0 qc – giá trị sức kháng xuyên côn tại hiện trường

Thông thường ở khu vực nông, giá trị CQ lớn vì áp lực của lớp phủ trên mặt là nhỏ, tuy nhiên không chấp nhận những giá trị CQ lớn hơn 1,7

Hình 3.7 Mối liên hệ giữa sức kháng xuyên côn chuẩn hóa và hệ số ma sát chuẩn hóa

1 Hạt mịn 6 Cát (sạch hoặc pha sét)

2 Đất hữu cơ 7 Sỏi sạn

3 Sét (bùn sét) 8 Cát cứng, cát pha sét

4 Bùn trộn, pha 9 Rất cứng và hạt mịn

Hệ số ma sát CPT (sức kháng ma sát thành ƒs) thường tăng với sự tăng độ mịn của hạt và độ dẻo của đất

Tính toán chỉ số ma sát được tính toán theo công thức:

P a ×100% (3.14) n – đất sét lấy giá trị bằng 1,0; với cát sạch lấy giá trị bằng 0,5

Theo tiêu chuẩn Trung Quốc, được định nghĩa bởi Seed & Idriss (1982), hóa lỏng chỉ có thể xảy ra khi các điều kiện sau đây đồng thời xảy ra:

- Hạt sột (kớch thước nhỏ hơn 5 àm) nhỏ hơn 15% tổng khối lượng lớp đất

- Giới hạn chảy của đất nhỏ hơn 35%

- Độ ẩm tự nhiên của đất nhỏ hơn 0,9 lần giới hạn chảy

3.3.4 Tính toán giá trị kháng xuyên tĩnh chuẩn hóa cho cát sạch

Giá trị kháng xuyên chuẩn hóa cho cát pha bùn qc1N được hiệu chỉnh để xác định cho cát sạch (qc1N)cs bằng mối quan hệ sau:

(qc1N)cs = Kcqc1N (3.15) Trong đó Kc là hệ số hiệu chỉnh đặc trưng hạt, được Robertson & Wride với Ic≤ 1,64 thì Kc = 1,0 với Ic> 1,64 thì Kc = -0,403 Ic 4 + 5,581Ic 3 – 21,63Ic 2 + 33,75Ic – 17,88 Đường cong Kc được biểu diễn tại Hình 3.8 Với giá trị Ic > 2,6, đường cong Kc chính là đường đứt nét, điều đó cho thấy, miền giá trị Ic lúc đó biểu diễn đất quá nhiều sét hoặc tính dẻo quá cao để có thể hóa lỏng, hay nói cách khác, loại đất đó khó có khả năng hóa lỏng

Hình 3.8 Mối liên hệ giữa giá trị hiệu chỉnh đặc trưng hạt và chỉ số trạng thái của đất

3.3.5 Hiệu chỉnh giá trị sức kháng xuyên cho những lớp đất mỏng

Những nghiên cứu cho thấy rằng, giá trị CPT phụ thuộc vào những lớp đất ở trên hoặc ở dưới đầu côn thiết bị Người ta đã đo đạc được nhiều giá trị khác nhau và thấy rằng sức kháng xuyên tĩnh tại những lớp đất mỏng nằm kẹp giữa các lớp đất mềm có giá trị nhỏ hơn so với các lớp đất dày hơn Giá trị sức kháng xuyên giảm phụ thuộc đáng kể vào bề dày của lớp đất và độ cứng của các lớp đất đó

Sử dụng phép giải đàn hồi đơn giản, Vreugdenhil (1994) phát triển phương pháp đánh giá sức kháng xuyên của lớp đất dày có lẫn những lớp đất cứng, mỏng nằm kẹp bên trong bằng cách quy thành những lớp tương đương

Hệ số được sử dụng chỉ cho những lớp đất cứng, mỏng nằm kẹp giữa những lớp đất mềm dày hơn Ngoài ra, Robertson và Fear (1995) cũng giới thiệu mối quan hệ giữa giá trị sức kháng xuyên của lớp đất cứng qcA và sức kháng xuyên qcB: qcA/qcB = 2 Tuy nhiên, một số nhà nghiên cứu không cho rằng giá trị trên là chính xác nên đã đưa ra hệ số hiệu chỉnh sức kháng xuyên KH cho các lớp đất cứng: qc * = KH x qcA (3.17)

Có thể xác định hệ số hiệu chỉnh sức kháng xuyên KH cho lớp đất mỏng theo công thức:

H – bề dày lớp xen giữa (mm) dc – đường kính mũi côn (mm)

Hình 3.9 Xác định hệ số hiệu chỉnh K H

MỘT SỐ THÍ NGHIỆM KHÁC

3.4.1 Thí nghiệm đo vận tốc sóng cắt V s

Hình 3.10 Mô hình thí nghiệm V s

Andrus & Stoke đã phát triển tiêu chuẩn xác định sức kháng hóa lỏng dựa trên thí nghiệm đo vận tốc sóng cắt Vs Theo những phương pháp truyền thống khi xác định sức kháng xuyên khi tính tới ảnh hưởng của lớp phủ bên trên, giá trị Vs cũng được tính toán hiệu chỉnh theo giá trị ứng suất lớp phủ bên trên:

Vs1 – giá trị vận tốc sóng cắt hiệu chỉnh

Pa – áp suất không khí σ’vo - ứng suất có hiệu thẳng đứng

Mối quan hệ giữa giá trị CRR và Vs1 có thể xác định qua công thức:

V*s1 – giá trị giới hạn trên của Vs1 a, b – thông số hiệu chỉnh đường cong, có thể lấy giá trị tương ứng là 0,022 và 2,8

Hình 3.11 Mối liên hệ giữa vận tốc sóng cắt hiệu chỉnh và giá trị CRR, CSR ứng với mỗi loại đất

3.4.2 Thí nghiệm xuyên Becker (BPT)

Khi xác định sức kháng hóa lỏng trong trường hợp đất không có thành phần sạn sỏi, ta có thể lựa chọn sử dụng kết quả thí nghiệm CPT, SPT hoặc Vs Tuy nhiên, khi nghiên cứu các lớp đất đá có lẫn sạn sỏi, giá trị thí nghiệm theo phương pháp CPT và SPT bị ảnh hưởng khá nhiều, dẫn tới sai lệch trong tính toán sức kháng hóa lỏng Vì những vấn đề đó, thí nghiệm BPT (Becker Penetration Test) được sử dụng nhằm xác định chính xác sức kháng hóa lỏng tại các lớp đất có thành phần sạn sỏi

Thí nghiệm BPT được phát triển tại Canada và những năm 1950, thiết bị chính gồm có ống đóng với đường kính 168 mm, chiều dài ống bao bên ngoài là 3 m, ngoài ra còn có búa đóng Sức kháng xuyên Becker được định nghĩa là số búa để đóng được ống xuống chiều sâu 30 cm

Hình 3.12 Tiến hành thí nghiệm BPT

Tuy nhiên, không thể tính toán trực tiếp sức kháng hóa lỏng của đất nền qua thí nghiệm BPT Cần phải có giá trị quy đổi số búa NBC của thí nghiệm BPT với giá trị số búa N60 của thí nghiệm SPT Giá trị quy đổi được xác định theo kinh nghiệm (Hình 3.13) Từ đó tính toán sức kháng hóa lỏng như phương pháp sử dụng kết quả thí nghiệm SPT

Hình 3.13 Quy đổi giá trị N BC và N 60 theo một số khu vực thí nghiệm

HIỆU CHỈNH CƯỜNG ĐỘ ĐỘNG ĐẤT

Những lý thuyết tính toán ở trên, hầu hết chỉ áp dụng đối với trận động đất có cường độ 7,5 Để hiệu chỉnh đường cong cát sạch cho những cường độ động đất nhỏ hơn hoặc lớn hơn 7,5 Seed & Idriss đưa vào phương pháp tính toán một số hệ số hiệu chỉnh tăng giảm cường độ MSFs Những hệ số này giúp thay đổi tỷ lệ, vị trí đường cong CRR trong các biểu đồ mối quan hệ của nó với giá trị (N1)60 (SPT), qc1N (CPT) hay Vs1 (Vs) Để dễ dàng cho việc tính toán, hệ số hiệu chỉnh đã được thêm vào công thức tính hệ số an toàn hóa lỏng:

CSR – tỷ số ứng suất chu kỳ sinh ra bởi động đất

CRR7,5 – tỷ số sức kháng chu kỳ cho động đất cấp độ 7,5

MSF – hệ số hiệu chỉnh cấp độ động đất

Bảng 3.4 Hệ số hiệu chỉnh cường độ động đất

3.5.1 Hệ số tỷ lệ của Seed & Idriss

Hình 3.14 Mối liên hệ giữa CSR và hệ số ứng suất chu kỳ sinh ra bởi động đất

Vì giới hạn của số liệu nghiên cứu vào những năm 1970 nên Seed & Idriss vào thời gian đó chưa đưa ra được những tính toán chính xác cho các trận động đất có cường độ khác 7,5 Chính vì thế, họ phát triển thêm giá trị MSF từ số lượng lực có chu kỳ của nhiều trận động đất khác nhau kết hợp với số liệu thí nghiệm trong phòng Tham khảo thêm ở Bảng 3.4

3.5.2 Hệ số tỷ lệ của Idriss

Hình 3.15 Liên hệ giữa cấp độ động đất và hệ số tỷ lệ hiệu chỉnh

Vào năm 1982, Idriss đưa ra công thức tính toán hệ số tỷ lệ cấp độ động đất, có thể tham khảo thêm giá trị tại Bảng 3.4 và Hình 3.15:

Mw – cấp độ động đất

3.5.3 Một phương pháp tính hệ số tỷ lệ khác

Andrus & Stokoe đưa ra phương pháp tính toán giá trị MSF của mình dựa chủ yếu và các nghiên cứu về các kết quả của thí nghiệm Vs:

Vào năm 1997, dựa trên phương pháp xác suất và lôgic kết hợp với số liệu đã có từ các khu vực nghiên cứu, Youd & Noble đã đưa ra phương pháp tính toán hệ số hiệu chỉnh MSF Trước hết, cần tính toán Hệ số xác suất xảy ra động đất:

Log (PL) = ln (PL/(1-PL)) = - 7.0351 + 2,1738 Mw – 0,2678 (N1)60cs

PL – xác suất xảy ra hóa lỏng

(1 – PL) – xác suất không xảy ra hóa lỏng

Và giá trị MSF sẽ được xác định theo giá trị PL:

MỘT SỐ HIỆU CHỈNH KHÁC

3.6.1 Hiệu chỉnh ứng suất lớp phủ phía trên

Seed (1983) đã thêm vào lý thuyết tính toán của mình hệ số hiệu chỉnh

Kσ và Kα liên quan đến ứng suất của lớp phủ phía trên:

Kα– hệ số hiệu chỉnh cho nền mái dốc

Tính toán giá trị hệ số hiệu chỉnh Kσtheo công thức:

Trong đó: σ’vo– ứng suất của lớp phủ

Pa – áp suất không khí ƒ – tham số hiện trường

Tham số hiện trường được xét tới bao gồm các yếu tố: tỷ trọng hạt, lịch sử ứng suất và hệ số quá cố kết Giá trị ƒ được xác định dựa trên Hình 3.16

Hình 3.16 Quan hệ giữa hệ số K σ và ứng suất do lớp phủ

Tính toán hệ số Kα theo công thức xác định tham số dẻo α: α = τst / σ’vo (3.27)

Trong đó: τst - ứng suất cắt tĩnh σ’vo- ứng suất có hiệu thẳng đứng

3.6.2 Hiệu chỉnh độ lớn động đất Đặc tính hoạt động của đứt gãy, khoảng thời gian chấn động mà do động đất gây ra là những giá trị rất khó dự đoán Ngoài ra vị trí điểm đang nghiên cứu có nằm trong vùng ảnh hưởng của hiện tượng hóa lỏng hay không cũng rất cần phải phân tích chính xác Những yếu tố liên quan tới cường độ động đất cần phải lưu tâm, tham khảo thêm mối quan hệ giữa độ lớn moment Mw và các hệ số hiệu chỉnh cường độ khác dựa trên Hình 3.17:

- Độ lớn động đất Richter ML

- Độ lớn sóng mặt Ms

- Sóng giai đoạn ngắn mb

- Sóng giai đoạn dài mB

Các hệ số này được xác định theo các phương pháp đo đạc và thí nghiệm chuyên biệt

Hình 3.17 Mối liên hệ giữa M w và các hệ số hiệu chỉnh cường độ khác

MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHÁC

3.7.1 Nghiên cứu theo phương pháp đơn giản

Trên cơ sở một số trường hợp cụ thể, số liệu về các trận động đất đã xảy ra, Seed và Idriss đã kiến nghị phương pháp đơn giản để xác định biên độ và số chu kỳ tương đương Với đất nền không sâu quá 10 – 15 mét thì ứng suất cắt cực đại τmax đạt được trong quá trình động đất ở một độ sâu h có thể được xem như hàm số của h và gia tốc cực đại trên bề mặt amax Tính toán τmax theo công thức: τ max = γh g a max r d (3.28)

Trong đó: γ – trọng lượng riêng của đất h – độ sâu g – gia tốc trọng trường rd – hàm số phụ thuộc h và biến dạng môi trường, có thể xác định theo

Bảng 3.5 Giá trị trung bình của hàm r d (theo Seed, 1974) h (m) 2 4 6 8 10 12 14 16 r d 0,98 0,96 0,93 0,89 0,86 0,84 0,82 0,79

Ngoài ra, để khắc phục mức độ không đồng đều của độ phản hồi, người ta có thể chấp nhận các chu kỳ tương đương có biên độ hiệu dụng bằng khoảng 65% của τmax Từ đó, ứng suất cắt tương đương τeq sẽ là: τ eq =0,65 γh g a max r d (3.29)

Về hệ số chu kỳ tương đương neq có thể liên hệ đến chấn cấp (mà bản thân chấn cấp có liên quan đến thời gian rung động) Ta có liên hệ giữa neq và

Bảng 3.6 Giá trị trung bình n eq theo chấn cấp M (theo Seed 1975)

3.7.2 Nghiên cứu theo phương pháp kinh nghiệm

Phương pháp dựa trên mối tương quan giữa sức kháng, chống lại khả năng hóa lỏng của một loại đất, việc tính toán dựa trên thông số SPT (số búa đập N để ống mẫu chuẩn cắm xuống 30 cm)

Giá trị N của thí nghiệm SPT thể hiện độ chặt tương đối đất nền Dr và ứng suất có hiệu σ’v, với một ứng suất đã cho σ’v thì giá trị N có thể thay thế độ chặt tương đối Dr để tính toán tương quan Trong khi đó σ’v và Dr là thông số ảnh hưởng cùng chiều đến sức kháng chống hóa lỏng của đất và sức kháng xuyên của SPT

Chỉ số sức kháng N dưới áp lực σ’v chuẩn hóa được xác định:

N0,1 = 0,15.N/( σ’v + 0,05) (3.30) Ứng suất cắt tương đương τeq phát triển ở hiện trường do ảnh hưởng của một động đất, cũng được chuẩn hóa dưới dạng tỷ số τeq/σ’v với giá trị σ’v = 0,1 MPa Từ đó ta có mỗi liên hệ giữa N0,1 và các giá trị τeq Từ đó có thể đưa ra kết luận khu vực nghiên cứu có khả năng hóa lỏng hay không

Hình 3.18 Đánh giá nguy cơ hóa lỏng đất nền theo chỉ số SPT

M (Magnitude) – độ lớn động đất τeq – tính toán theo phương thức đơn giản

3.7.3 Nghiên cứu theo tiêu chuẩn Nhật Bản Đất loại cát bão hòa nước luôn có khả năng xảy ra hiện tượng hóa lỏng, làm cho đất biến thành trạng thái chảy khi có sự gia tăng đột ngột áp lực nước lỗ rỗng do chấn rung động đất gây ra Hóa lỏng chỉ có thể xảy ra khi những điều kiện sau đây xảy ra đồng thời:

- Độ sâu mực nước nằm trong khoảng 10 đến 20 mét tính từ mặt đất

- Hàm lượng hạt mịn (kích thước nhỏ hơn 0,075 mm) nhỏ hơn 35 %, hoặc chỉ số dẻo Ip nhỏ hơn 15 trong trường hợp hàm lượng hạt mịn (Fc) lớn hơn 75%

- Kích cỡ hạt trung bình của 50% lọt qua rây (D50) nhỏ hơn 10,0 mm và kích cỡ hạt 10 % lọt qua rây (D10) nhỏ hơn 1,0 mm

Việc hiện tượng hóa lỏng có xảy ra hay không còn phụ thuộc vào sức kháng hóa lỏng (FL), khi giá trị này nhỏ hơn 1 và các điều kiện hóa lỏng đồng thời xảy ra, hiện tượng hóa lỏng sẽ xuất hiện

R – tỷ sức kháng cắt động

L – tỷ ứng suất cắt trong quá trình động đất

Tỷ ứng suất cắt động, do hậu quả chấn rung động đất:

Trong đó: rd – hệ số tăng theo độ sâu, rd = 1,0 – 0,15z với z là độ sâu

Kh – hệ số động đất theo phương ngang (với cấp động đất M = 8 có thể lấy Kh là 0,17) σv – ứng suất tổng (kg/cm 2 ) σ’v – ứng suất có hiệu (kg/cm 2 )

Tỷ sức kháng cắt động của đất chống lại chấn rung:

Na – số búa (trong thí nghiệm SPT) hiệu chỉnh Na được tính toán dựa trên đặc điểm của mỗi loại đất

- Nếu đất loại cát: N a =c 1 σ 1,7.N v ' +0,7+c 2 Với giá trị c1, c2 được tính toán theo Bảng 2.3

Bảng 3.7 Tính toán giá trị c 1 , c 2

- Nếu đất loại sạn sỏi: N a = σ 1,7N v ' +0,7(1 - 0,36.log 10 D 2 50 )

Theo các phương pháp tính toán ở trên, khi nghiên cứu cho một nền đất cho kết quả về khả năng hóa lỏng là có thể xảy ra do hậu quả của động đất thì khi thiết kế cho công trình xây trên nền đất đó cần phải có một số chú ý đặc biệt Tính toán các thông số đất nền ở đây như hệ số phản lực nền, ma sát thành cọc, mô đun đàn hồi đất … cần được nhân với hệ số hiệu chỉnh DE, giá trị này phụ thuộc vào giá trị sức kháng hóa lỏng FL

Bảng 3.8 Hệ số hiệu chỉnh D E theo Tiêu chuẩn Nhật Bản

Giá trị F L Độ sâu (m) Hệ số hiệu chỉnh D E

ĐẶC ĐIỂM KHU VỰC NGHIÊN CỨU QUẬN 7 - THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

GIỚI THIỆU KHU VỰC NGHIÊN CỨU

Theo nghị định 03/CP của chính phủ, ngày 01/04/1997 từ 5 xã phía Bắc và một phần Thị trấn Nhà Bè, Quận 7 đã hình thành với diện tích tự nhiên là 3.576 ha trong đó đất chuyên dùng và xây dựng chiếm 1.171,34 ha, đất nông nghiệp là 1.368,9 ha, phần còn lại là diện tích sông, kênh rạch Với cơ sở hạ tầng kỹ thuật còn rất thiếu thốn, không thuận tiện cho việc đi lại, đặc biệt các trục đường chính phục vụ cho khu quy họach công nghiệp chưa được nâng cấp, thế độc đạo của Cầu Tân Thuận và tuyến đường Huỳnh Tấn Phát nên chưa hấp dẫn được các nhà đầu tư, từ đó một số dự án có diện tích khá lớn đã được các cấp thẩm quyền giao đất nhưng các đơn vị vẫn chưa triển khai đầu tư xây dựng

Hình 4.1 Bản đồ Quận 7, Tp.HCM

Quận 7 có vị trí địa lý khá quan trọng với vị trí chiến lược khai thác giao thông thuỷ và bộ, là cửa ngõ phía Nam của Thành phố, là cầu nối mở hướng phát triển của Thành phố với biển Đông và thế giới Các trục giao thông lớn đi qua quận như xa lộ Bắc Nam, đường cao tốc Nguyễn Văn Linh Sông Sài Gòn bao bọc phía Đông với hệ thống cảng chuyên dụng, trung chuyển hàng hoá đi nước ngoài và ngược lại, rất thuận lợi cho việc phát triển thương mại và vận tải hàng hoá cũng như hành khách đi các vùng lân cận.

DÂN CƯ, KINH TẾ KHU VỰC

Từ ngày tách quận, Quận đã tập trung đầu tư để xây dựng và trang bị cho các ngành giáo dục, y tế, văn hóa, thể dục thể thao… và quá đó đã đáp ứng được nhu cầu học tập và hưởng thụ ngày càng tăng của nhân dân địa phương về văn hóa – xã hội (đầu tư cho Giáo dục là 56.536,763 triệu đồng chiếm tỷ trọng 29,965% trên tổng vốn đầu tư, Y tế là 12.708,476 triệu đồng chiếm tỷ trọng 6,736%, văn hóa - TDTT là 11.645,860 triệu đồng chiếm tỷ trọng 6,172%) qua đó đã nâng trình độ dân trí bình quân lên lớp 7, đã phổ cập trung học cơ sở 8/10 phường; nhà tình nghĩa, 209 tình thương và chống dột 249 căn; giải quyết việc làm cho hơn 44.50 lao động, 522 hộ làm ăn có hiệu quả ra khỏi chương trình xóa đói giảm nghèo, đời sống từng bước được cải thiện Công tác chăm sóc sức khỏe cho nhân dân ngày càng chu đáo hơn Hệ thống y tế từ quận đến phường từng bước được hoàn được hoàn chỉnh, 10 trạm y tế phường đều có bác sỹ

Quận đã tập trung lãnh đạo và triển khai thực hiện các chương trình, kế hoạch để đảm bảo ổn định chính trị, đấu tranh có hiệu quả chống các loại tội phạm, từng bước giữ vững trật tự xã hội, nâng cao kỷ cương pháp luật, tạo điều kiện thuận lợi để thúc đẩy kinh tế xã hội của quận phát triển

Quận thu trên 220 tỷ tiền thuế, đầu tư 18,34 tỷ đồng để thực hiện 105 hạng mục duy tu đường hẻm nhằm nâng cao điều kiện sống cho nhân dân Được sự hỗ trợ của Thành phố để tiến hành đầu tư nâng cấp các tuyến trọng điểm Cuối năm 2001 đã đồng loạt khởi công 05 tuyến đường trên địa bàn

Quận với tổng vốn đầu tư là 104 tỷ đồng, trong đó 02 tuyến Bình Thung – Phú

Mỹ và Phú Thuận là nhằm phục vụ cho khu quy hoạch công nghiệp Phú Mỹ đây là điều kiện hết sức cơ bản cho việc phát triển khu vực này, bởi vì cùng với việc đầu tư nâng cấp đường hiện hữu và nối kết với khu vực hoàn thiện hệ thống cơ sở hạ tầng như: hệ thống cấp điện, cấp thoát nước; cầu Kênh Tẻ nối Quận 4, Quận 1 với Quận 7 và Huyện Nhà Bè đã khởi công, công tác hiệp thương, đền bù giải tỏa công trình đường Bắc Nam cũng đã được tiến hành hết sức khẩn trương nhằm đẩy nhanh tiến độ xây dựng tuyến đường trọng yếu này Để tiến hành đô thị hóa nhanh về phía Nam các cầu phụ cận như Nhị Thiên Đường 2, Nguyễn Tri Phương, cầu Nguyễn Văn Cừ… đang và sẽ thi công Riêng cầu Tân Thuận 2 theo phương thức BOT, dự kiến công trình sẽ khởi công trong năm 2002 để phục vụ cho cụm Cảng, khu công nghiệp Tân Thuận; tránh ách tắc lưu thông trong nội thành Đặc biệt Thành phố đã có phương án xây dựng Cầu Phú Mỹ, nối Quận 7 với bán đảo Thủ Thiêm, nối liền với đại lộ Nguyễn Văn Linh sẽ trở thành con đường trọng yếu cho việc thông thương hàng hóa từ đồng bằng sông Cửu Long và các tỉnh phía Bắc

Tình hình đầu tư bằng nguồn vốn ngoài ngân sách trên địa bàn Quận cũng hết sức sôi động Ngoài Khu Chế xuất Tân Thuận, quận đã thu hút 114 dự án, giải quyết việc làm cho hơn 30.000 lao động; khu nhà ở cao cấp Phú Mỹ Hưng, là một điển hình cho những công trình phát triển đô thị tầm cỡ đang được triển khai ở Châu Á và Đông Nam Á; trong đó hệ thống thoát nước, xử lý nước thải, hệ thống viễn thông và văn hóa, giáo dục hoàn chỉnh với các trường học Nhật Bản, Dân lập Nam Sài Gòn, Hàn Quốc, Trường Đài Bắc và trường hướng nghiệp Top Globis, bệnh viện Quốc Tế và khu Đại học RMIT… các dự án đầu tư xây dựng các căn hộ cao cấp, các công trình phụ trợ trong khu đô thị Nam Sài Gòn Trong 5 năm, Quận đã thỏa thuận địa điểm đầu tư cho 95 dự án với diện tích là 263,22 ha Các dự án xây dựng khu dân cư quy mô lớn được cấp thẩm quyền giao đất đã bắt đầu triển khai hiệp thương đền bù giải tỏa và đầu tư xây dựng; đối với các đơn vị đầu tư sản xuất kinh doanh, bên cạnh một số đơn vị đã hoàn tất công tác đầu tư – xây dựng và đi vào hoạt động mà điển hình là Công ty TNHH Khải Vy với gần 1.000 lao động làm hàng xuất khẩu sang Mỹ, một số lớn các dự án đầu tư xây dựng nhà xưởng, kho bãi được thỏa thuận địa điểm trong các năm trước cũng đã hoàn tất các thủ tục về đất đai và chuẩn bị để triển khai đầu tư xây dựng và đi vào hoạt động Ủy ban nhân dân Quận cũng đã xúc tiến làm việc một bước với các nhà đầu tư để kêu gọi đầu tư xây dựng một số nhà cao tầng kết hợp giữa hoạt động thương mại, siêu thị và nhà ở cho người có thu nhập thấp Bên cạnh đó, trên địa bàn Quận còn một số các công trình văn hóa – thể dục thể thao lớn như khu công viên Mũi đèn đỏ quy mô 60 ha, khu thể dục thể thao tại Phường Bình Thuận quy mô 10 ha, sân vân động Quận quy mô 11 ha và các công trình thương mại, siêu thị, cơ sở giáo dục – văn hóa – TDTT trong các khu dân cư mới hình thành đang cần sự đầu tư của các doanh nghiệp trong và ngoài nước Trong vòng 5 năm, tình hình đầu tư trên địa bàn đã có những bước chuyển lớn Bên cạnh việc các chính sách về ưu đãi đầu tư của Nhà nước ngày càng nhiều và theo hướng tạo điều kiện tốt nhất cho hoạt động của Doanh nghiêp; hạ tầng kỹ thuật trên địa bàn Quận được nâng cấp sẽ tạo cơ sở hết sức quan trọng cho việc thu hút và triển khai đầu tư trong năm 2002 và những năm tiếp theo Việc triển khai hàng loạt các dự án nhà ở vào những tháng cuối năm 2001 và các dự án đầu tư vào cơ sở sản xuất kinh doanh sẽ triển khai trong năm 2002 là tiền đề cho việc thu hút dân cư, phát triển sản xuất – kinh doanh thương mại.

ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH

Khu vực phát triển trên diện rộng ở những khu vực trũng, thấp, phân bố gần như trên toàn bộ khu vực phía Nam của Thành phố, khu vực quận 7 cũng nằm trong vùng này Khu có trật tự cấu trúc là phức hệ thạch học amb CO Q2 2-3 đại diện bởi bùn sét màu xám đen, bề dày chủ yếu hơn 10m và tăng đến hơn 40m ở ven các sông lớn, nằm trên phức hệ thạch học am CM Q1 3, đại diện bởi sét pha, sét, cát pha màu xám vàng, xám trắng, trạng thái cứng Lớp bùn sét yếu rất dày, trung bình tới 26m Bên cạnh đó, khu này nằm trong đới ảnh hưởng thuỷ triều Mực nước ngầm mùa khô thay đổi 0,5-1m còn mùa mưa nhỏ hơn 0,5m

Nước có khả năng ăn mòn axit và ăn mòn sulphat đối với bê tông.Đất nền của khu là đất yếu, chảy, bão hoà nước, chịu nén mạnh và không đều Trên diện tích khu phát triển các quá trình địa chất như sau: Ngập nước, lầy hoá, tích tụ

Bảng 4.1 Các lớp đất cơ bản tại Quận 7

STT Tên lớp Bề dày (m)

2 Bùn sét, xám đen, trạng thái chảy 7,0 – 21,0

3 Sét, sét pha, trạng thái dẻo cứng đến nửa cứng 6,8 – 23,0

4 Cát, cát pha trạng thái dẻo cứng 2,6 – 14,1

5 Sét, sét pha trạng thái cứng 3,5 – 15,0

6 Cát, cát pha trạng thái chặt vừa đến chặt 3,0 – 40

Lớp trên cùng là lớp cát san lấp, cát trung đến cát thô, trạng thái rời đến chặt vừa, bề dày phân bố đến độ sâu 1,5m, xuất hiện tại các hố khoan thuộc các phường Tân Thuận Đông, Phú Thuận và Tân Thuận Tây Độ ẩm tự nhiên 13,9%; dung trọng tự nhiên 1,83 g/cm 3 ; dung trọng khô 1,56 g/cm 3 và tỷ trọng 2,66; góc ma sát trong 26 0 33 và lực dính là 0,038 kg/cm 2 Bên cạnh đó, tại phường Tân Quý và Phú Thuận, có xuất hiện lớp mỏng khoảng 40cm sạn sỏi laterite lẫn sét

4.3.2 Phức hệ thạch học bùn sét, xám đen, trạng thái chảy

Phức hệ thạch học này phân bố khá phổ biến, xuất hiện hầu hết các phường trên địa bàn Quận 7 Chiều dày trung bình của phức hệ thay đổi rất

Hưng; nơi dày nhất có thể lên đến từ 21 tập trung tại phường Tân Phong, tại các phường còn lại như Phú Thuận, Phú Mỹ, Tân Kiểng, Tân Phú, Tân Quý, Tân Thuận Đông và Tân Thuận Tây thay đổi trong khoảng 16 đến 20m

Phức hệ này là kiểu thạch học bùn sét, màu xám đen Trong thành phần cơ học của đất, hàm lượng sét và bụi chiếm ưu thế Các tính chất cơ lý của lớp đặc trưng bởi: Độ ẩm rất lớn, trung bình 82,2%, thay đổi từ 40% đến hơn 100%, có vị trí lên tới gần 150%; dung trọng tự nhiên thấp, trung bình 1,49 g/cm 3 , thay đổi từ 1,30 - 1,90 g/cm 3 Giới hạn chảy trung bình 70%; giới hạn dẻo trung bình 38% Góc ma sát trong vào khoảng 3 0 45 và lực dính vào khoảng 0,16 kg/cm 2 Các chỉ tiêu cơ lý đặc trưng của kiểu thạch học này được trình bày trong Bảng 4.2

Bảng 4.2 Các chỉ tiêu đặc trưng cho tính chất cơ lý của kiểu thạch học bùn sét, thuộc phức hệ thạch học nguồn gốc sông biển đầm lầy

TT Các chỉ tiêu cơ lý

Trung bình Lớn nhất Nhỏ nhất Độ lệch

3 Khối lượng thể tích cốt đất (g/cm 3 ) 0,82 1,54 0,53 0,11

12 Hệ số nén (a1-2) cm 2 /kG 0,17 0,42 0,01 0,08

13 Mô đun tổng biến dạng

Bên cạnh đặc điểm chung của lớp phức hệ thạch học bùn sét, đôi chỗ tồn tại thấu kính cát pha trạng thái chặt vừa hoặc sỏi sạn ở các phường như Phú Thuận, Tân Thuận Đông, Tân Thuận Tây và Phú Mỹ ở các độ sâu khác nhau

4.3.3 Phức hệ thạch học sét, sét pha, trạng thái dẻo cứng đến nửa cứng

Phức hệ thạch học này phân bố khá phổ biến, xuất hiện hầu hết các phường trên địa bàn Quận 7 Chiều dày trung bình của phức hệ thay đổi rất nhiều trong khoảng từ 6,8 - 23m Nơi mỏng nhất là 6,8m, xuất hiện tại phường Tân Hưng; nơi dày nhất có thể lên đến từ 21 tập trung tại phường Phú Mỹ, tại các phường còn lại như Phú Thuận 7,8m; Tân Kiểng 15,2m; Tân Phú 15,0 m; Tân Quý 15,13 m; Tân Thuận Đông 15,7m và Tân Thuận Tây 10 m

Phức hệ này là kiểu thạch học sét, sét pha, trạng thái dẻo cứng đến nửa cứng Trong thành phần cơ học của đất, chủ yếu là hàm lượng sét, bụi và cát hạt mịn Các tính chất cơ lý của lớp đặc trưng bởi: Độ ẩm trung bình 27,1%, thay đổi từ 11% đến hơn 60%; dung trọng tự nhiên trung bình 1,93 g/cm 3 , thay đổi trong phạm vi 1,60 – 2,20 g/cm 3 Giới hạn chảy trung bình 41%; giới hạn dẻo trung bình 22% Góc ma sát trong vào khoảng 15 0 27 và lực dính vào khoảng 0,28 kg/cm 2 Các chỉ tiêu cơ lý đặc trưng của kiểu thạch học này được trình bày trong Bảng 4.3

Bảng 4.3 Các chỉ tiêu đặc trưng cho tính chất cơ lý của kiểu thạch học sét, sét pha

TT Các chỉ tiêu cơ lý

3 Khối lượng thể tích cốt đất (g/cm 3 ) 1,53 1,89 1,02 0,16

12 Hệ số nén (a1-2) cm 2 /kG 0,012 0,113 0,002 0,011

13 Mô đun tổng biến dạng

Bên cạnh đặc điểm chung của lớp phức hệ thạch học sét, sét pha, trong phạm vi phường Tân Thuận Đông còn xuất hiện lớp thấu kính các pha rải rác ở độ sâu từ 14 đến 34m

4.3.4 Phức hệ thạch học cát, cát pha, có tồn tại các thấu kính sét, trạng thái dẻo cứng

Phức hệ thạch học này phân bố khá phổ biến, xuất hiện hầu hết các phường trên địa bàn Quận 7 Chiều dày trung bình của phức hệ thay đổi rất nhiều trong khoảng từ 2,6 – 14,1m Nơi mỏng nhất là 2,6m, xuất hiện tại phường Tân Thuận Tây; nơi dày nhất tại phường Tân Phú, tại các phường còn lại như Phú Thuận 6,2m; Tân Kiểng 13,1m; Tân Quý 9,8m; Tân Thuận Đông 9,7m và Tân Phong 9,9m

Phức hệ này là kiểu thạch học cát, cát pha, ngoài ra còn có tồn tại các thấu kính sét trạng thái dẻo cứng tại phường Tân Thuận Đông, Tân Phong và Phú Thuận Các tính chất cơ lý của lớp đặc trưng bởi: Độ ẩm trung bình thấp 18,23%, thay đổi từ 2,7% đến 28%; dung trọng tự nhiên trung bình 2,01 g/cm 3 , thay đổi trong phạm vi 1,80 – 2,20 g/cm 3 Giới hạn chảy trung bình 26,75%; giới hạn dẻo trung bình 17,82% Góc ma sát trong vào khoảng 28 0 52 và lực dính vào khoảng 0,07 kg/cm 2 Các chỉ tiêu cơ lý đặc trưng của kiểu thạch học này được trình bày trong Bảng 4.4

Bảng 4.4 Các chỉ tiêu đặc trưng cho tính chất cơ lý của kiểu thạch học cát, cát pha

TT Các chỉ tiêu cơ lý

3 Khối lượng thể tích cốt đất (g/cm 3 ) 1,70 1,99 1,41 0,09

12 Hệ số nén (a1-2) cm 2 /kG 0,005 0,013 0,001 0,003

13 Mô đun tổng biến dạng

4.3.5 Phức hệ thạch học sét, sét pha, trạng thái cứng

Phức hệ thạch học này gồm các kiểu thạch học sét, sét pha, trạng thái cứng Bề dày thay đổi theo vùng từ 3,5m đến 15m, phân bố ngay bên dưới lớp

3 kiểu thạch học cát, cát pha

Trong phạm vi từ số liệu khoan khảo sát địa chất và thí nghiệm trong phòng của các hố khoan có được, phức hệ thạch học này chỉ phân bố tại các phường Phú Thuận, Phú Mỹ, Tân Phong, Tân Phú và Tân Quý; không xuất hiện tại các phường còn lại như Tân Hưng, Tân Kiểng, Tân Thuận Đông và Tân Thuận Tây Bề dày trung bình ở phường Phú Thuận là 5,4m; ở phường Phú Mỹ là 14,8m; phường Tân Phong là 8,0m trong khi ở phường Tân Phú là

Các tính chất cơ lý của lớp đặc trưng bởi: Độ ẩm trung bình thấp 21,85%, thay đổi từ 13,64% đến 41,36%; dung trọng tự nhiên trung bình 1,98 g/cm 3 , thay đổi trong phạm vi 1,80 – 2,14 g/cm 3 Giới hạn chảy trung bình 33,74%; giới hạn dẻo trung bình 17,88% Góc ma sát trong vào khoảng 19 0 49 và lực dính vào khoảng 0,26 kg/cm 2 Các chỉ tiêu cơ lý đặc trưng của kiểu thạch học này được trình bày trong Bảng 4.5

Bảng 4.5 Các chỉ tiêu đặc trưng cho tính chất cơ lý của kiểu thạch học sét, sét pha

TT Các chỉ tiêu cơ lý

3 Khối lượng thể tích cốt đất (g/cm 3 ) 1,63 1,85 1,27 0,14

12 Hệ số nén (a1-2) cm 2 /kG 0,018 0,025 0,010 0,011

13 Mô đun tổng biến dạng (kG/cm 2 ) 44,27 86,40 15,20 25,53

4.3.6 Phức hệ thạch học cát, cát pha, trạng thái chặt vừa đến chặt

PHÂN LOẠI NỀN

Phần lớn những thiệt hại do động đất gây ra cho cộng đồng đô thị đều có liên quan trực tiếp hay gián tiếp tới rung động nền, tức là sự rung động của nền đất diễn ra ngay trong quá trình xảy ra động đất Trong thực tế, rung động nền do động đất là một quá trình phức tạp phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó yếu tố quan trọng nhất phải kể đến là các điều kiện nền đất tại địa điểm xảy ra động đất

Trong nghiên cứu địa chấn, sự rung động của nền đất thường được biểu thị dưới dạng một trong ba thông số dao động nền bao gồm: gia tốc cực đại nền

A, vận tốc hạt V, hay dịch chuyển nền D Tại khu vực nghiên cứu, khả năng rung động nền do động đất được biểu thị định lượng dưới dạng các bản đồ biểu thị phân bố không gian của hai thông số rung động nền là gia tốc cực đại nền

PGA (Peak Ground Acceleration) và phổ gia tốc nền SA (Spectral

Sau khi đã xác định được sự phân bố không gian của các tham số rung động nền đất tại một vùng, cần phải xét đến khả năng giá trị của các tham số này sẽ bị thay đổi do ảnh hưởng của điều kiện nền đất tại một điểm cụ thể thuộc vùng nghiên cứu Sự thay đổi này chủ yếu phụ thuộc vào cấu trúc địa chất của nền tại điểm đang xét, độ sâu mực nước ngầm và một vài yếu tố khác Hiện tượng này được gọi là hiệu ứng địa phương của nền đất, và sự thay đổi giá trị của các tham số rung động nền trong trường hợp này được gọi là sự khuếch đại rung động nền

Khuếch đại rung động nền được đặc trưng bởi các hệ số khuếch đại nền Các hệ số này được xác định trên cơ sở phân loại nền đất theo những tiêu chuẩn đã quy ước của từng quốc gia Hiện nay, một trong những tiêu chuẩn phân loại nền đất được sử dụng rộng rãi nhất trên thế giới là tiêu chuẩn của Mỹ xây dựng trong khuôn khổ Chương trình quốc gia về giảm nhẹ thiệt hại động đất NEHRP 1997

Phương pháp phân loại nền theo tiêu chuẩn NEHRP chủ yếu dựa vào vận tốc truyền sóng ngang trong các lớp đất đá cấu tạo nền địa phương, phân bố từ bề mặt tới độ sâu 35m hoặc dựa vào các giá trị đo được từ thí nghiệm SPT, (Standard Penetration Test)

Tại Việt Nam, việc phân loại nền địa phương theo tiêu chuẩn NEHRP được thực hiện đầu tiên tại Hà Nội, việc phân loại này chủ yếu dựa vào kết quả các thí nghiệm địa vật lý đo vận tốc truyền sóng ngang trong các lớp đất đá

Nội dung của chương này là phân loại nền Quận 4, Quận 7 và Huyện Nhà Bè được dựa trên “bảng phân loại nền đất địa phương theo tiêu chuẩn NEHRP 1997” (bảng 4.8), tuy nhiên vì công tác đo vận tốc sóng chưa được thực hiện nên chỉ số SPT được sử dụng chính trong việc phân chia nền Việc phân loại đất nền trong chương này được xem xét và đánh giá tại từng hố khoan, trong phạm vi độ sâu 10m từ mặt đất trở xuống (chỉ tính cho các lớp đất nằm trong phạm vị 10m)

Bảng 4.8 Phân loại nền đất địa phương theo tiêu chuẩn NEHRP 1997 (Mỹ)

Loại nền Mô tả nền

Nền rất chặt, đá mềm Lực căng sườn chưa luyện us ≥ 2000 psf

(us ≥ 100 kPa) hoặc N ≥ 50 đập/ft

Lực căng sườn chưa tiêu hao hết 1000 psf

≤ us ≤ 2000 psf (50 kPa ≤ us ≤ 100 kPa) hay 15 ≤ N ≤ 50 đập/ft

Dải nền với độ dày hơn 3m sét mềm được coi là nền với chỉ số dẻo PI > 20, hàm lượng độ ẩm w > 40% và lực căng sườn chưa tiêu hao hết us ≤ 1000 psf (us ≤ 50 kPa) hay N ≤ 15 đập/ft

Nền cần đánh giá thêm

1 Nền dễ bị phá hủy hay sụp đổ dưới tải trọng động đất, chẳng hạn nền dễ hóa lỏng, sét có độ nhạy cảm cao, nền cố kết yếu

2 Bùn và/hoặc sét có lượng hữu cơ cao: độ dày 3m trở lên

3 Sét có độ dẻo rất cao: độ dày 8m trở lên, chỉ số dẻo PI > 75

4 Sét có độ cứng trung bình, sét mềm có độ dày rất lớn: 36m trở lên

Các bước trong công tác phân loại nền:

- Xác định vị trí các lỗ khoan, chọn lọc các hố khoan sao cho tận dụng tối ưu nguồn tài liệu có sẵn và đại diện được cho vùng nghiên cứu

- Phân loại nền đất cho từng hố khoan dựa trên chỉ số SPT Tác giả chỉ đánh giá việc phân loại đất nền cho các lớp đất trong phạm vi 10m tính từ mặt đất

- Đối với các hố khoan hay lớp đất không có giá trị SPT thì ta xem xét loại đất, chỉ số dẻo hoặc độ ẩm và căn cứ việc phân loại như trong bảng 5.1 để phân loại đất nền.

ĐẶC ĐIỂM KIẾN TẠO, ĐỊA CHẤT ĐỘNG LỰC KHU VỰC NGHIÊN CỨU

Kết quả phân loại nền được trình bày chi tiết trong Phụ lục 1

4.5 ĐẶC ĐIỂM KIẾN TẠO, ĐỊA CHẤT ĐỘNG LỰC KHU VỰC NGHIÊN CỨU

Theo những nghiên cứu hiện nay, tại Tp Hồ Chí Minh tồn tại một số đứt gãy có khả năng gây phát sinh động đất Trên địa bàn thành phố cường độ chấn động lớn nhất do động đất gây ra là cấp 7 (không vượt quá 5,5 độ Richter) Đầu tiên là đứt gãy kéo dài theo phương tây bắc – đông nam đi qua khu vực nghiên cứu với chiều dài 220km, phát triển gần trùng với hệ thống thung lũng sông Sài Gòn Đứt gãy đi qua biên giới Việt Nam – Cam Pu Chia, men rìa tây nam Hồ Dầu Tiếng tới khu vực Hố Bô, Bến Cỏ (Củ Chi) và tiếp tục chạy qua An Thạnh (Hóc Môn), Gò Xòai, Tân Điền (Thủ Đức), đến khu vực Chánh Nghĩa, Ba Bông (Nhơn Trạch – Đồng Nai), tiến sát Tây Nam Giồng Gò Chùa tiếp tục đi ra biển Cần Giờ và bị khống chế ở đây bởi đứt gãy cấp I Vũng Tàu –

Cà Ná Trở về phía tây bắc, đứt gãy Sông Sài Gòn còn tiếp tục chạy qua lãnh thổ Cam Pu Chia tới Kp.Thom, Xiêm Riệp rồi hội nhập với đứt gãy Sông Hậu Thực chất đứt gãy Sông Sài Gòn dài trên 600km và có thể xếp là một nhánh cùng cấp với đứt gãy Sông Hậu, với vai trò khống chế địa hào Kainozi Cần Thơ về phía đông bắc đồng nghĩa với việc cho rằng đứt gãy đóng vai trò phân khối cấu trúc giữa khối Cần Thơ và đới Đà Lạt (khối Lộc Ninh – Kiến Đức + khối Hàm Thuận – Đa My) Bề rộng ảnh hưởng của đứt gãy Sông Sài Gòn trên móng cấu trúc trầm tích Kainozoi khu vực Tp Hồ Chí Minh theo chiều thấp dần từ đông bắc về tây nam Cánh đông bắc của đứt gãy trồi lộ các đá chủ yếu andesit có tuổi Jura muộn – Creta (J3 – K lb) ở khu vực Thủ Đức và Giồng Gò Chùa – Cần Giờ Cánh tây nam đứt gãy phát triển rộng rãi trên mặt các thành tạo địa chất tuổi Pleistocen muộn - Holocen Đứt gãy Sông Sài Gòn được chỉnh hóa vị trí theo nhiều tài liệu mới nhất: từ Telua, ảnh landsat, photolineament, móng cấu trúc Kainozoi, móng Pleistocen, móng Holocen, tài liệu trọng lực, tài liệu mật độ poison, mô hình DEM, tài liệu địa vật lý đo sâu điện (thu thập), tài liệu quan sát địa hình – địa mạo và phân tích cấu trúc địa chất hiện có

Theo tài liệu đo từ Telua của Đề tài “Phân vùng nhỏ động đất TP Hồ Chí Minh” do TS Lê Huy Minh (Viện Vật lý địa cầu và các cộng sự), đứt gãy sông Sài Gòn thể hiện rõ rệt trên mặt cắt từ telua với độ sâu ảnh hưởng trên 30 km quan sát rõ vị trí tại điểm đo C05 Tài liệu từ và trọng lực mới cho thấy độ sâu ảnh hưởng của đứt gãy Sông Sài Gòn trên 40 km Bề rộng ảnh hưởng của đứt gãy Sông Sài Gòn mỗi bên cánh trên dưới 15 km Kết quả phân tích khe nứt – đứt gãy khu vực Đại học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh – Thủ Đức; Bửu Long, Dầu Tiếng, Tây Ninh, Vũng Tàu cho thấy đứt gãy có mặt trượt cắm dốc đứng 75 -80 0 , cắm về phía tây nam Tài liệu mới về từ telua cho thấy mặt trượt đứt gãy Sông Sài Gòn cũng cắm về phía tây nam với góc 80 0 Trong Kainozoi sớm đứt gãy sông Sài Gòn trượt trái với biểu hiện xê dịch sông Đồng Nai lớn có thể đến 25km Trong Kainozoi muộn mà chủ yếu trong Đệ Tứ, đứt gãy trượt bằng phải – thuận Kết quả tính tóan tốc độ dịch chuyển bởi biên độ xê dịch các thềm bậc III tuổi Pleistocen muộn và sông suối Holocen cho thấy đứt gãy Sông Sài Gòn hoạt động rõ trong khoảng Pleistocen muộn – Holocen với tốc độ trượt bằng phải lớn nhất lớn nhất là 16mm/năm và thấp nhất là 1,2mm/năm, trung bình là 9,5mm/năm Hiện tại chưa xác định tốc độ chính xác của đứt gãy Sông Sài Gòn, phụ thuộc vào kết quả đo chuyển động hiện đại

Kết quả quan sát động đất đất mới nhất cho thấy dọc theo đứt gãy Sông Sài Gòn vẫn có biểu hiện động đất với cường độ dao động từ 1,2 đến 1,8 độ richter chuỗi quan sát động đất 11/2006 – 5/2007, Nguyễn Đình Xuyên, 2007) Điều đó phản ánh đứt gãy sông Sài Gòn vẫn có biểu hiện họat động trong hiện tại

Tính phân đoạn hoạt động của đứt gãy Sông Sài Gòn: Kết quả nghiên cứu cho phép phân đứt gãy sông Sài Gòn làm 3 đoạn với mức độ họat động khác nhau Đoạn từ khu vực An Phước – Thanh Bình ra biển Cần Giờ (có ký hiệu gạch đỏ) kéo dài trên 50 km thể hiện rõ nét trên tài liệu móng trầm tích Holocen, trùng với một số đọan sông suối, biểu hiện phương đứt gãy phát triển gần trùng với các dải dị thường DEM với độ dài khoảng 3 – 4 km ở khu vực Nam Ba Bông, Đông An Phước Đứt gãy phát triển gần trùng với dải dị thường photolineament (ảnh Landsat ETM) với độ dài thay đổi từ 3 – 4 km Gradient sụt lún cực đại trong Holocen đạt 0,018, tốc độ sụt lún trung bình 3,5mm/năm trong Holocen Dọc theo đọan này đã quan sát được động đất đạt 1,2 – 2,6 độ Richter (chuỗi quan sát động đất 11/2006 – 5/2007) đặc biệt tập trung cao ở mút cuối đứt gãy khu vực Long Hải – Bà Rịa phản ánh cấu trúc sinh chấn ép nén – dồn tụ (barier structure) nơi kết thúc của kiểu đứt gãy trượt bằng xoắn (transcurrent) Kết quả khảo sát và đo đạc khe nứt tại khu vực Bà Rịa – Long Hải cũng cho dấu hiệu kết thúc của đứt gãy Sông Sài Gòn ở khu vực này với nhiều đứt gãy nghịch, chờm nghịch phát triển mút cuối dồn tụ do trượt phải của đứt gãy Đoạn An Phước – Thủ Đức – An Thạnh đọan này trên sơ đồ địa chấn kiến tạo (ký hiệu màu vàng cam) dài khoảng 49km, biểu hiện rõ nét trên địa hình hiện tại, mô hình DEM, ảnh Landsat, móng trầm tích Holocen (khống chế tuyến tính diện phân trầm tích Holocen về phía đông bắc và tây nam), móng Kainozoi, móng Pleistocen, tài liệu đo sâu điện, sông suối đặt lòng dòng chảy và bị xê dịch khi cắt qua đứt gãy này Tuy nhiên chưa quan sát thấy động đất xảy ra dọc theo đọan này Trên bình đồ đọan này uốn cong quay bề lõm về phía tây nam Đoạn Đông Nhứt – Bến Cỏ – Dầu Tiếng dài khoảng trên 34 km Đoạn này biểu hiện rõ nét trên mặt cắt từ telua với độ sâu ảnh hưởng trên 30 km, có biểu hiện dị thường trên móng Kainozoi, không rõ nét trên móng trầm tích Holocen, biểu hiện rõ trên móng trầm tích Pleistocen, biểu hiện không rõ nét trên mô hình DEM và ảnh Landsat Dọc theo đoạn này đã quan sát thấy động đất 2,7 độ richter xảy ra vào tháng 3 năm 2007 (chuỗi số liệu quan sát động đất 11/2006 – 5/2007)

Tóm lại: Đứt gãy Sông Sài Gòn có dấu hiệu rõ là một đứt gãy phân đới cấu trúc giữa cấu trúc sụt lún tạo bồn trũng Kainozoi Đồng Bằng Nam Bộ và cấu trúc lộ móng kết tinh uốn nếp Meso – Kainozoi Đà Lạt, mặt trượt đứt gãy cắm về phía tây nam với góc cắm 70 – 80 0 , trượt bằng phải đến thuận phải trong Kainozoi muộn Đứt gãy vẫn có biểu hiện hoạt động sinh động đất nhỏ từ 1,2 – 2,6 độ richter (chuỗi quan sát động đất năm 2007) Đây là một đứt gãy quan trọng và tầm ảnh hưởng lớn đến kinh tế và xã hội Tp Hồ Chí Minh

Các đứt gãy đóng vai trò quan trọng trong quá trình hình thành và phát triển Địa chất của Tp Hồ Chí Minh Chúng là ranh giới các vùng có cấu trúc địa chất khác nhau Khu vực Tp Hồ Chí Minh và phụ cận có 4 hệ thống đứt gãy theo 4 phương Đông Bắc – Tây Nam, phương Tây Bắc – Đông Nam, phương kinh tuyến và phương vĩ tuyến Trong đó thể hiện rõ nhất trên bề mặt địa hình hiện tại là đới đứt gãy phương Tây Bắc – Đông Nam, kế đến là đới đứt gãy phương Đông Bắc – Tây Nam, đới đứt gãy phương kinh tuyến và cuối cùng là phương vĩ tuyến

Các đứt gãy kiến tạo trong khu vực Tp Hồ Chí Minh hầu hết đều hoạt động từ trước Đệ tứ Vào thời kỳ Đệ tứ, một số đứt gãy vẫn tiếp tục hoạt động với cường độ yếu dần Các đứt gãy hoạt động rõ nét nhất là vào Miocen thượng – Pliocen Trong giai đoạn này do hoạt động đứt gãy kiến tạo đã làm dịch chuyển nâng hạ bề mặt móng Cenozoi khá rõ ràng Trong thời kỳ Pleistocen nhiều đứt gãy vẫn còn hoạt động rõ rệt, nhưng trong Holocen là rất yếu Đặc điểm địa hình hiện tại cho thấy xu hướng hoạt động đứt gãy kiến tạo chủ yếu theo các đứt gãy có phương Tây Bắc – Đông Nam và kinh tuyến, được thể hiện qua mạng lưới sông rạch hiện nay và các hoạt động xâm thực của chúng Ở Tp Hồ Chí Minh chấn động chu kỳ lặp lại 500 năm trên nền loại A là PGA = 0,03 ÷ 0,06g, I = 6 (MSK - 64), chu kỳ 1000 năm là PGA = 0,06 ÷ 0,07g, I = 7 (MSK- 64), chu kỳ 2500 năm là PGA = 0,07 ÷ 0,09g, I = 7 (MK - 64), chu kỳ 5000 năm là PGA = 0,07 ÷ 0,10g (đạt mức cực đại), chu kỳ 10.000 năm là PGA = 0,07 ÷ 0,10g, I = 7 (MSK) Các bản đồ độ nhạy cảm trượt lở nền và xác suất trượt lở nền do động đất cho phép đưa ra nhận định chung là khả năng xảy ra trượt lở nền khi có động đất tại Tp Hồ Chí Minh là thấp và có thể được loại trừ, do địa hình toàn vùng nhìn chung là bằng phẳng và có độ dốc địa hình không cao

Trong khi đó, khả năng hoá lỏng nền do động đất trên toàn khu vực Tp

Hồ Chí Minh lại khá cao, đạt tới 40% trong động đất cực đại (chu kỳ lặp lại

5000 năm) Hiện tượng hoá lỏng nền do động đất kéo theo các dịch chuyển theo chiều ngang, có thể đạt từ 0,06 m trong động đất chu kỳ 500 năm và lên tới 0,6 m trong động đất cực đại (chu kỳ 5000 năm).

ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG HÓA LỎNG ĐẤT NỀN CHO KHU VỰC NGHIÊN CỨU

TÍNH TOÁN KHẢ NĂNG HÓA LỎNG ĐẤT NỀN THEO THÍ NGHIỆM SPT

Theo lý thuyết NCEER, để tính toán khả năng hóa lỏng đất nền do động đất tại một khu vực cụ thể cần có một số trình tự nhất định Trước hết, cần có kết quả từ các thí nghiệm hiện trường Bốn loại thí nghiệm có thể sử dụng là SPT, CPT, BPT và Vs (đã trình bày tại Chương 3) Do điều kiện hiện tại ở Việt Nam nói chung, Thành phố Hồ Chí Minh nói riêng, nguồn dữ liệu thí nghiệm SPT là phong phú hơn cả, vì vậy học viên cũng chỉ sử dụng kết quả từ thí nghiệm này trong phần tính toán của mình Sau khi có được những kết quả từ thí nghiệm SPT, chúng ta cũng cần kết hợp với nhóm những thí nghiệm trong phòng để có được đầy đủ thông tin về loại đất mà biểu hiện bằng tính chất cơ lý của chúng: dung trọng tự nhiên, độ mịn, tên đất, độ sâu, bề dày, cao độ mực nước ngầm … Do tiêu chuẩn NCEER sử dụng khá nhiều hệ số quy đổi thành phần đất nên số liệu trong phòng càng phong phú thì càng cho kết quả chính xác Vậy, ta gọi những công tác này là T ổ ng h ợ p s ố li ệ u thí nghi ệ m

Sau khi đã có đầy đủ những số liệu đầu vào cần có, ta tiến hành tính toán tác nhân gây ra hóa lỏng, được biểu hiện bằng hệ số cắt chu kỳ CSR Giá trị CSR phụ thuộc vào bốn yếu tố chính: ứng suất tổng, ứng suất hữu hiệu, hệ số triết giảm ứng suất và gia tốc đỉnh theo phương ngang gây ra bởi động đất Ngoài các giá trị ứng suất có cách thức xác định tương đối đơn giản, hệ số triết giảm ứng suất chủ yếu xác định theo thực nghiệm (tính toán theo công thức của

T F Blake), chúng ta cần phải xác định giá trị gia tốc đỉnh Gia tốc đỉnh do cơ quan có thẩm quyền lựa chọn cho từng vùng động đất, theo tiêu chuẩn TCXDVN 375 : 2006, giá trị này được lấy từ bản đồ gia tốc nền hoặc bảng giá trị tra cứu (chia theo từng khu vực hành chính) của lãnh thổ Việt Nam Khi xác định được giá trị này, chúng ta sẽ dễ dàng tính toán được giá trị CSR đại diện l ỏ ng CSR

Tiếp theo sẽ đến phần Tính toán giá tr ị kháng hóa l ỏ ng CRR Như đã nói ở trên, học viên sẽ chỉ sử dụng kết quả của thí nghiệm SPT cho phần tính toán này Đầu tiên, ta sẽ phải quy đổi giá trị số búa SPT theo đặc điểm của máy thí nghiệm, ứng suất lớp phủ bên trên lớp đất tính toán, ảnh hưởng của độ mịn hạt (tuy nhiên do hạn chế về kết quả thí nghiệm nên giá trị ảnh hưởng này trong Luận văn sẽ không được xét đến) Ảnh hưởng của máy thí nghiệm xét tới qua hệ số năng lượng, đường kính lỗ khoan và đặc điểm ống lấy mẫu Đến đây, chúng ta đã hoàn thành giai đoạn tính toán sức kháng hóa lỏng, tuy nhiên sức kháng này là giá trị ứng với trận động đất có cường độ 7,5 Với những trận động đất có giá trị khác chúng ta phải sử dụng giá trị quy đổi MSF

Sau đó sẽ là giai đoạn Đ ánh giá k ế t qu ả quy đổi cấp độ động đất và tính hệ số an toàn Tiêu chuẩn NCEER được tính toán dựa trên số liệu của trận động đất có cường độ 7,5 tuy nhiên vẫn có thể quy đổi giá trị theo những trận động đất khác (cường độ từ 5,5 đến 8,5) Giá trị quy đổi MSF (tra Bảng 3.4) sẽ tỷ lệ với giá trị CRR tính toán, với cường độ động đất lớn hơn 7,0, MSF sẽ làm giá trị CRR nhỏ đi và ngược lại Sau khi có giá trị chuẩn của CRR, chúng ta sẽ tiến hành so sánh giá trị này với giá trị CSR, việc kết luận vị trí tính toán có khả năng hóa lỏng đất nền do động đất hay không phụ thuộc hoàn toàn vào việc liệu giá trị CRR có lớn hơn giá trị CSR 1,7 lần

Và cuối cùng, để kết thúc việc tính toán chúng ta cần T ổ ng h ợ p lại kết quả và nhận xét Ta đã biết, do bản chất của nó, hiện tượng hóa lỏng đất nền chỉ xảy ra trong các lớp cát, tuy nhiên, khi tính toán số liệu thực tế, kết quả hóa lỏng vẫn có thể xảy ra trong những lớp sét, chúng ta cần loại bỏ những giá trị này Với kết quả có được, chúng ta sẽ sử dụng cho các mục đích nghiên cứu khác nhau: phân vùng, đánh giá, thành lập bản đồ … Quy trình tính toán được mô tả sơ bộ trong Hình 5.1

Hình 5.1 Quy trình tính toán

5.1.2 Tính toán cho một vị trí cụ thể

Học viên xin trích dẫn một vị trí cụ thể trong vùng nghiên cứu để trình bày ví dụ về cách tính toán Học viên lựa chọn vị trí tính toán có ký hiệu PMT, nằm tại phường Phú Thuận a T ổ ng h ợ p s ố li ệ u thí nghi ệ m

Lỗ khoan học viên lựa chọn có ký hiệu PMT, nằm ở tọa độ X: 608527,54; Y: 1186652,80 Vị trí lỗ khoan nằm ở khu vực Cụm chung cư Phú

Mỹ Thuận, phường Phú Thuận, Quận 7, Tp.HCM Chiều sâu lỗ khoan là 64,50 mét Thời gian thực hiện từ 30/8/2005 đến 1/9/2005 Thiết bị sử dụng là máy khoan XY – 100 Thông tin chi tiết về lỗ khoan được trình bày trong Bảng 5.1

Bảng 5.1 Mô tả sơ bộ phiếu lỗ khoan PMT

STT Chiều sâu Độ cao Chiều dày Mô tả SPT

2 32,0 - 31,0 30,8 Bùn sét màu xám đen, trạng thái chảy 0

3 35,5 - 34,5 3,5 Cát mịn màu xám đen, kém chặt

1 Tổng hợp số liệu thí nghiệm

2 Tính toán giá trị gây hóa lỏng CSR

3 Tính toán giá trị kháng hóa lỏng CRR

4 39,5 - 38,5 4,0 Sét pha màu xám nâu đen, dẻo mềm

5 41,0 - 40,0 1,5 Cát mịn màu xám nâu đen, kém chặt 8

Sét pha màu xám nâu nhạt, trạng thái dẻo cứng

Cát hạt mịn đến trung màu xám nâu đen, nâu vàng, chặt vừa

8 60,5 - 59,5 7,5 Sét màu nâu vàng, hồng nhạt, nâu tím, nửa cứng

9 64,5 - 63,5 4,0 Cát mịn trung màu xám vàng nhạt, xám ghi, trạng thái chặt

Bảng 5.2 Một số chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất tại lỗ khoan PMT

Khối lượng thể tích (g/cm 3 )

Góc ma sát trong (độ)

2 Bùn sét màu xám đen, trạng thái chảy 1,50 0,080 5 o 10

3 Cát mịn màu xám đen, kém chặt 1,89 0,035 20 o 00

4 Sét pha màu xám nâu đen, dẻo mềm 1,88 0,200 24 o 30

5 Cát mịn màu xám nâu đen, kém chặt 1,94 0,040 21 o 10

6 Sét pha màu xám nâu nhạt, trạng thái dẻo cứng

Cát hạt mịn đến trung màu xám nâu đen, nâu vàng, chặt vừa

Sét màu nâu vàng, hồng nhạt, nâu tím, nửa cứng 2,02 0,430 20 o 25

9 Cát mịn trung màu xám vàng nhạt, xám ghi, trạng thái chặt

2,07 0,045 30 o 45 b Tính toán giá tr ị gây hóa l ỏ ng CSR

Trước tiên, ta tính toán giá trị ứng suất tổng và ứng suất có hiệu của lớp phủ đối với từng lớp đất nằm trên lớp đang xét Với giá trị dung trọng tự nhiên, bề dày, chiều sâu, cao độ lớp và mực nước ngầm, ta sẽ xác định được hai giá trị này Kết quả được trình bày tại Bảng 5.3

Bảng 5.3 Giá trị ứng suất lớp phủ của vị trí tính toán

STT Lớp đất σ burden (kPa) σ’ burden (kPa)

4 Sét pha xám nâu đen 541,7 201,0

5 Cát mịn xám nâu đen 615,4 236,0

6 Sét pha xám nâu nhạt 644,0 250,0

Giá trị gia tốc nền được tham khảo theo TCXD 375 : 2006 (Phụ lục I – Bảng phân vùng gia tốc nền theo địa danh hành chính) Giá trị gia tốc nền cho khu vực Quận 7 là 0,0846g (với g – gia tốc trọng trường, có giá trị là 9,81 m 2 /s) Với hệ số chiết giảm ứng suất rd có hai phương pháp xác định: theo Liao

& Whitman và T F Blake với kết quả có được không chênh lệch Để thuận tiện cho việc tính toán, ta sử dụng công thức của T F Blake: r d = (1-0,4113z 0,5 +0,04052z+0,001753z 1,5 )

Bảng 5.4 Tính toán hệ số triết giảm ứng suất của các lớp đất Đến đây, chúng ta đã xác định được hoàn chỉnh giá trị hệ số cắt chu kỳ, đặc trưng cho tác nhân gây ra hiện tượng hóa lỏng đất nền Kết quả tổng hợp được trình bày trong bảng 5.5 Theo công thức của Seed & Idriss ta có:

CSR=τ av σ vo ' =0,65.α max g σ vo σ vo ' r d

Bảng 5.5 Hệ số cắt chu kỳ CSR của mỗi lớp đất

4 Sét pha xám nâu đen 0,473

5 Cát mịn xám nâu đen 0,458

6 Sét pha xám nâu nhạt 0,452

1 Cát san lấp c Tính toán s ứ c kháng hóa l ỏ ng CRR

Trước hết, để tính được sức kháng hóa lỏng theo thí nghiệm SPT, ta cần hiệu chỉnh giá trị số búa N của thí nghiệm Như đã trình bày ở trên, giá trị này phụ thuộc vào thiết bị lấy mẫu và giá trị của ứng suất lớp phủ phía trên Giá trị

N được hiệu chỉnh theo công thức:

Như vậy chúng ta cần phải xác định những hệ số hiệu chỉnh:

- Hệ số xét tới ứng suất lớp phủ CN

- Hệ số năng lượng búa CE

- Hệ số xét tới ảnh hưởng của đường kính lỗ khoan CB

- Hệ số xét tới ảnh hưởng của chiều dài cần CR

- Hệ số xét tới ảnh hưởng của ống lấy mẫu CS

Kết quả thí nghiệm SPT được thực hiện bằng máy XY – 100 Máy được sản xuất bởi Trung Quốc Chiều khoan sâu tối đa 100m Máy có áp lực nén lớn nhất là 1,2 Mpa, áp lực nén nhỏ nhất 0,7 Mpa Máy có 3 lựa chọn tốc độ khoan:

142 v/ph, 385 v/ph, 570 v/ph Cần khoan có nhiều loại với chiều dài khác nhau để phù hợp với độ sâu thí nghiệm cần thiết Chiều dài cần khoan gồm 3 loại: loại dài 5 m và 2,2 m thường dùng vào công tác lấy mẫu và đóng SPT, loại dài 4,67 m hoặc 4,5 m được dùng cho công tác khoan, đường kính cần là 42 mm Các cần nối với nhau bằng đầu gia mốc Máy có 2 loại choòng thường được sử

4 Sét pha xám nâu đen 0,0701

5 Cát mịn xám nâu đen 0,0657

6 Sét pha xám nâu nhạt 0,0641 giống như trong Bảng 5.6

Bảng 5.6 Giá trị hiệu chỉnh lấy theo đặc điểm lỗ khoan

Riêng phần tính toán Hệ số xét tới ảnh hưởng của lớp phủ bên trên, phụ thuộc hoàn toàn vào đặc điểm địa chất khu vực đang tính toán và giá trị này không được lớn hơn 1,7 Chúng ta tính toán CN theo công thức:

Bảng 5.7 Giá trị hệ số xét tới ảnh hưởng của lớp phủ trên

BẢN ĐỒ PHÂN VÙNG KHẢ NĂNG HÓA LỎNG TẠI KHU VỰC QUẬN 7 77 1 Nguyên tắc xây dựng bản đồ

5.2.2 Phần mềm Surfer Để thể hiện đường bao giá trị đồng mức hiện nay có rất nhiều phần mềm hỗ trợ, ví dụ như: SDR, Sortdesk, Surfer … trong đó Surfer thường được sử dụng hơn cả Surfer là một phần mềm được dùng để vẽ đường đồng mức với độ tin cậy cao, dễ sử dụng, có nhiều lựa chọn về phương pháp nội suy cũng như cách thức để tiến hành vẽ

Trong việc thể hiện giá trị tính toán hóa lỏng, nhằm mục đích phân vùng, học viên sử dụng phần mềm Surfer để thể hiện bản đồ Đây là phần mềm chạy trên môi trường Window, hiện nay đã có phiên bản 10.0, chủ yếu được sử dụng để tính và vẽ các đường đồng mức, thể hiện ở dạng mặt phẳng hoặc không gian ba chiều Surfer chia vùng vẽ thành một lưới hình chữ nhật đều, mục đích của nội suy lưới điểm là từ số liệu của các điểm đã có, xác định giá trị độ cao tại từng điểm nút của lưới chữ nhật đó Gridding method (phương pháp nội suy) là điểm quan trọng nhất khi nội suy lưới điểm, việc chọn phương pháp ảnh hưởng rất lớn đến kết quả vẽ Khi số liệu đầu vào là các điểm rời rạc, cùng một số liệu, chọn phương pháp nội suy khác nhau sẽ cho kết quả khác nhau Cơ sở của việc chọn phương pháp là sự phân bố và mật độ các điểm do trong bộ dữ liệu nguồn

Hiện tại, Surfer có 7 phương pháp nội suy chính:

- Inverse Distance to a Power: tỷ lệ nghịch khoảng cách

- Minimum Curvature: bình phương tối thiểu

- Polynimial Regressio: hồi quy đa thức

- Radial Basic Function: hàm số cơ bản của tia

- Shepard’s Method: phương pháp Shepard

- Triangulation w/Linear Interpolation: nội suy tam giác sử có N điểm có giá trị { Z1, Z2, Z3, …, ZN} thì giá trị nội suy tại nút điểm lưới (ví dụ G) được tính như sau:

G – giá trị cần nội suy tại một điểm nút lưới

N – Số điểm làm cơ sở nội suy wi – trọng số của điểm thứ i đối với điểm cần nội suy

Zi – giá trị tại điểm thứ i

Trọng số wi được chọn 0 < wi ≤ và phụ thuộc vào khoảng cách giữa điểm cần nội suy và điểm thứ i đó (điểm càng gần wi gần tới 1, điểm càng xa wi gần tới 0) phụ thuộc vào phương pháp nội suy Số điểm N luôn nhỏ hơn hoặc bằng số điểm đo bởi khi nội suy lưới điểm, Surfer cho phép ra đặt cách tìm kiếm, tìm kiếm toàn bộ dữ liệu (khi đó N có giá trị bằng số điểm đo) hoặc chỉ một số điểm xung quanh điểm nội suy

Mỗi phương pháp nội suy có phạm vi ứng dụng riêng, phụ thuộc phần lớn vào tính chất của số liệu đầu vào:

- Phương pháp tỷ lệ nghịch khoảng cách: cho kết quả nhanh, những phát sinh xu hướng “bull’s eye” tức là xuất hiện các đường đồng mức đồng tâm quanh các điểm đo

- Phương pháp Kriging: là phương pháp rất mềm dẻo, dùng được hầu hết với các loại số liệu, rất hiệu quả Đây là phương pháp thường được dùng nhất

Vì vậy, phương pháp nội suy mặc định của Surfer là Kriging

- Phương pháp độ lệch tối thiểu: là phương pháp nội suy cho kết quả khá trơn, tính rất nhanh những ít chính xác, nên dùng khi các giá trị ban đầu phân bố rất đều đặn

- Phương pháp hồi quy đa thức: thường được sử dụng cho khuynh hướng phân tích bề mặt (dùng để vẽ bề mặt ba chiều Surfer 3D) Đây là phương pháp

Kriging Kết quả nội suy gần giống với kết quả nội suy theo Kriging

- Phương pháp Shepard: tương tự phương pháp tỷ lệ nghịch khoảng cách, nhưng ít xuất hiện xu hướng “bull’s eye” hơn, nhất là làm trơn lưới

- Phương pháp nội suy tam giác: là phương pháp tính toán nhanh nhất Đây là phương pháp nội suy tuyến tính nên kết quả nội suy không trơn, hay xuất hiện các đoạn thẳng giữa các điểm đo Khi nội suy một điểm nào đó chỉ dựa vào 3 điểm lân cận

Việc lựa chọn phương pháp nào là phụ thuộc số lượng điểm đo của chúng ta Khi cơ sở dữ liệu ít hơn 10 điểm, phương pháp Triangulation không có hiệu quả Với số lượng dữ liệu như vậy, kinh nghiệm cho thấy rằng phương pháp Kriging và Radial Basic Funtion sẽ cho sự miêu tả phù hợp với dữ liệu nhất, ngoài ra, hai phương pháp này cho phép chúng ra làm việc với tệp dữ liệu lớn Chính vì vậy, học viên lựa chọn phương pháp Kriging trong việc tính toán nội suy giá trị hóa lỏng đất nền cho toàn bộ khu vực nghiên cứu

5.2.3 Bản đồ phân bố khu vực hóa lỏng

Sau khi tính toán khả năng hóa lỏng cho các điểm tại toàn bộ khu vực Quận 7, học viên tiến hành thể hiện kết quả lên bản đồ Đầu tiên, học viên thực hiện việc tính toán nội suy các giá trị trên địa bàn quận dựa trên 25 điểm có giá trị hóa lỏng Để cho việc so sánh, phân vùng đồng thời dễ theo dõi hơn, học viên phân chia khả năng hóa lỏng theo giá trị Kđg; Bảng 5.13 sẽ trình bày rõ từng cấp độ

Bảng 5.13 Phân chia cấp độ hóa lỏng

STT Giá trị K đg Cấp độ

1 0 Không xảy ra hóa lỏng

3 1,0 – 1,25 Bắt đầu xảy ra hóa lỏng

4 1,25 – 1,5 Khả năng hóa lỏng trung bình

5 1,5 – 1,75 Khả năng hóa lỏng cao

6 1,75 – 2 hoặc hơn Khả năng xảy ra hóa lỏng rất cao

Trong thang chia cấp độ hóa lỏng, giá trị Kđg bằng 0 được hiểu là tại khu vực đó, hoàn toàn không có khả năng xảy ra hóa lỏng vì không xuất hiện những lớp cát có thể xảy ra hóa lỏng Những giá trị 0 < Kđg ≤ 1 thể hiện những vị trí mà ở đó có những lớp cát nhưng không xảy ra hóa lỏng do sức kháng hóa lỏng lớn Bản đồ phân vùng hóa lỏng được thể hiện tại Hình 5.3

Hình 5.3 Bản đồ phân vùng hóa lỏng (theo hệ số K đg ) tại Quận 7

Quận 7 theo phương pháp Kriging, chúng ta thấy, vùng có nguy cơ hóa lỏng lớn nhất là tại phường Tân Thuận Đông và phường Bình Thuận Đây chính là hai khu vực hành chính cần phải lưu ý nhất khi nghiên cứu hóa lỏng tại khu vực này

Hình 5.4 Bản đồ phân vùng hóa lỏng (theo hệ số K đg ) liên quan tới phân bố nhà cửa tại Quận 7

Tại hình 5.4 bản đồ phân vùng hóa lỏng được liên kết với bản đồ bố trí nhà cửa Ta thấy khu vực phường Bình Thuận có diện xảy ra hóa lỏng nhiều ra thiệt hại lớn nếu động đất xảy ra, cũng như hiện tượng hóa lỏng hình thành

Vì vậy, cần có những biện pháp phù hợp trong việc nghiên cứu, bảo vệ cho những khu nhà có sẵn, ngoài ra, đối với những công trình chuẩn bị xây dựng, cần có những phương pháp cải tạo, gia cố nền phòng chống hiện tượng hóa lỏng.

NHẬN XÉT VỀ KẾT QUẢ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA NGHIÊN CỨU HÓA LỎNG TẠI QUẬN 7

5.3.1 Nhận xét Ứng với những điểm có khả năng hóa lỏng tại khu vực Quận 7 vừa có được, chúng ta tiến hành tổng hợp và phân tích những đặc điểm cơ lý và vị trí của những lớp đất tác nhân Số liệu tổng hợp được trình bày tại Bảng 5.14

Bảng 5.14 Bảng tổng hợp tính chất các lớp đất xảy ra hóa lỏng

Khối lượng thể tích (g/cm 3 ) Độ sâu (m)

MKL1 Cát pha xám trắng 2,0 20,5 0,4 7 123,4

CT275 Cát pha xám trắng 2,0 20,5 0,4 7 124,9

SAM4 Cát mịn màu vàng, chặt vừa 1,96 14,0 1,6 8 107,2

NSV3 Cát mịn, vàng, chặt vừa 1,78 14,0 1,0 9 98,49

NSV2 Cát mịn màu vàng 1,95 13,5 1,5 9 99,4

SAM2 Cát mịn lẫn bột màu vàng 1,79 14,0 1,5 9 116,5

CT822 Cát mịn kẹp sét vàng, chặt vừa 1,91 14,0 1,5 9 113,8

SAM1 Cát mịn màu vàng 1,91 14,0 1,5 9 116,5

MKL5 Cát trung xám trắng 1,96 19,5 0,1 8 148,3

TTD2 Cát mịn trung, kém chặt 1,83 21,4 1,0 9 119,2

MKL2 Cát pha xám trắng 1,95 20,0 0,3 10 119,1 MKL4 Cát pha xám trắng 2,00 19,8 0,3 10 122,2 MKL3 Cát pha xám trắng 1,86 20,8 0,3 10 133,5

PMT Cát mịn xám đen 1,89 32,0 0,8 10 170,7

TTD5 Cát pha, xám nâu vàng, cứng 2,02 13,5 0,4 14 77,61

TM3Q7 Cát pha nâu vàng 1,56 19,2 0,4 13 111,2 KEEN7 Cát pha xám trắng 2,00 17,0 0,4 15 99,52

H1159 Cát mịn xen kẹp sét mỏng, chặt vừa 1,80 22,0 1,0 14 106,7 KEEN5 Cát pha xám trắng 2,00 17,0 1,0 14 99,67

SAM3 Cát mịn màu xám, chặt vừa 2,02 20,0 1,5 12 169,3

NSV1 Cát mịn vàng xám, chặt vừa 2,12 14,0 1,4 15 106,0

NSV4 Cát mịn xám vàng, chặt vừa 2,07 14,0 1,5 15 104,3

Nói chung, khi so sánh những vị trí có thể xảy ra hóa lỏng (25/138), ta có thể thấy phần lớn lớp đất có khả năng hóa lỏng nằm không quá sâu, có cao độ nằm trong khoảng 13,5 đến 30 mét Ở những khu vực đó, giá trị ứng suất của lớp phủ (hữu hiệu) nằm trong khoảng 77,61 – 148,3 kPa Giá trị SPT tại khu vực này không lớn, đạt giá trị từ 3 – 15 Những lớp đất xảy ra hóa lỏng thường là những lớp cát pha, mịn có độ chặt vừa Đầu tiên, phải khẳng định lại, so với các phương pháp đánh giá khác, tiêu chuẩn NCEER là phương pháp phù hợp hơn cả trong việc đánh giá khả năng hóa lỏng tại Việt Nam nói chung và Tp HCM cũng như khu vực Quận 7 nói riêng Bởi vì, tiêu chuẩn sử dụng kết quả từ những nguồn dữ liệu phong phú, đã được kiểm chứng trong thực tế Hiện tại, ở Việt Nam chưa xảy ra những trận động đất đủ mạnh để gây ra hiện tượng hóa lỏng, tất cả những nghiên cứu chỉ dừng lại ở mức nghiên cứu và dự đoán Do đặc điểm địa chất tại khu vực nghiên cứu mang tính đặc trưng nên cần có những hiệu chỉnh chính xác để đưa về tính chất giống như đặc điểm đất đá của khu vực thí nghiệm trong tiêu chuẩn Đây chính là lợi thế của NCEER Với nhiều những thông số hiệu chỉnh chi tiết về bản chất loại đất, phương pháp thí nghiệm, cường độ động đất … kết quả của việc tính toán hóa lỏng bằng NCEER đã đạt độ chính xác cần thiết

Hình 5.5 Độ sâu phân bố các lớp đất hóa lỏng tại các vị trí

H6249 H1169 MKL 1 CT275 SAM 4 NSV3 NSV2 SAM 2 CT822 SAM 1 MKL 5 TTD2 MKL 2 MKL 4 MKL 3 PM T CT279 TTD5 TM 3Q 7 KEEN 7 H1159 KEEN 5 SAM 3 NSV1 NSV4 liệu thí nghiệm hiện trường SPT Hiện nay, trong phương pháp thí nghiệm, thường bỏ qua một số lớp đất phủ nằm trên mặt, những lớp đất này nếu không được xử lý cẩn thận cũng có thể xảy ra hiện tượng hóa lỏng Ví dụ theo đất đắp, cát san lấp đạt tiêu chuẩn phải có giá trị SPT lớn hơn 10, với những giá trị này thì lớp đất đó gần như không có khả năng hóa lỏng, trường hợp ngược lại, sẽ có nguy cơ hóa lỏng rất cao Vì giới hạn trong độ chính xác của tài liệu, học viên chưa đủ cơ sở để tính toán hóa lỏng cho các lớp cát san lấp Ngoài ra, độ chính xác trong công tác thí nghiệm còn tác động tới việc tính toán ứng suất lớp phủ, xác định vị trí chính xác của điểm thí nghiệm – phục vụ cho công tác thể hiện bản đồ sau này

Hình 5.6 Giá trị SPT của các điểm hóa lỏng

Tóm lại, sau khi phân tích kết quả nghiên cứu hóa lỏng tại khu vực Quận 7, Tp.HCM, chúng ta có thể thấy một số đặc điểm nổi bật Bảng 5.15 sẽ tổng hợp những đặc điểm đó

Bảng 5.15 Tổng hợp những kết quả phân tích các vị trí hóa lỏng Đặc trưng Giá trị lớn nhất Giá trị nhỏ nhất Độ sâu (m) 32 13,5

H6249 H1169 MKL 1 CT275 SAM 4 NSV3 NSV2 SAM 2 CT822 SAM 1 MKL 5 TTD2 MKL 2 MKL 4 MKL 3 PM T CT279 TTD5 TM 3Q 7 KEEN 7 H1159 KEEN 5 SAM 3 NSV1 NSV4

Cao độ mực nước ngầm (m) 1,5 0,3 Ứng suất lớp phủ (kPa) 169,3 77,61

Khi nghiên cứu về vấn đề hóa lỏng tại khu vực Quận 7, tồn tại một số vấn đề liên quan đến những đặc trưng vùng riêng

Thứ nhất là lớp bùn sét phủ trên cùng khá dày Theo nguyên lý về hiện tượng hóa lỏng, khi động đất xảy ra, gây lan truyền sóng thì chỉ có những lớp đất cát là có thể xảy ra hiện tượng này, còn hiện tại, lớp bùn sét chưa được nghiên cứu kỹ Có một số ý kiến cho rằng, tại trạng thái bình thường, bùn sét đã ứng xử như một dịch thể rồi Thực ra vấn đề này cũng không ảnh hưởng nhiều lắm đến tác động của hiện tượng hóa lỏng khi nó xảy ra Thông thường khi xây dựng công trình trên các lớp đất yếu như vậy, người ta thường sử dụng những biện pháp cải tạo, hoặc là sử dụng cọc truyền lực xuống các lớp đất bên dưới (trong đó có những lớp có khả năng bị hóa lỏng) Chính vì thế, khi nghiên cứu hóa lỏng tại khu vực Quận 7, tác giả không tính tới khả năng bị lỏng hóa của các lớp bùn sét bên trên Tuy nhiên, vấn đề này cũng cần được nghiên cứu chi tiết hơn sau này Ngoài ra, cũng cần nghiên cứu khả năng hóa lỏng của đất loại sét, đặc biệt là sét pha bão hòa nước

Thứ hai, phần lớn trong địa bàn Quận 7 tồn tại lớp cát san lấp/đất đắp phía trên, độ sâu khoảng 1,5 m, cá biệt có nơi lên tới 4 m Hiện tại nguồn số liệu cụ thể về giá trị SPT của những lớp này còn khá hạn chế, nên chưa thể tiến hành tính toán khả năng hóa lỏng đất nền cho chúng được Tuy nhiên cũng giống lớp bùn sét, những lớp đất đắp hay cát san lấp này thường được nghiên cứu, cải tạo kỹ trước khi xây dựng công trình nên ảnh hưởng của chúng khi hiện tượng hóa lỏng xảy ra cũng không nhiều cho toàn bộ khu vực Quận 7, phường Bình Thuận được đánh giá là một trong những khu vực có khả năng hóa lỏng cao nhất, tuy nhiên trong phạm vi phường này không có bất cứ lỗ khoan tính toán nào, và những giá trị có được hoàn toàn được nội suy từ các điểm tại những khu vực gần đó Chính vì vậy, kiểm chứng lại việc tính toán nội suy, cũng như để kết quả được phong phú hơn, khu vực phường Bình Thuận rất cần được bổ sung thêm một số vị trí lỗ khoan xác định giá trị SPT của các lớp đất

Cuối cùng, tất cả những tính toán trên đây đều chỉ dừng lại ở việc áp dụng những tiêu chuẩn, tính toán của nước ngoài, dựa trên những trận động đất đã gây ra hóa lỏng, kết hợp với việc sử dụng số liệu tại khu vực nghiên cứu Trong các tiêu chuẩn đó, có một số giá trị liên quan đến yếu tố kinh nghiệm, ví dụ: các lớp đất có độ sâu lớn hơn 23 mét, giá trị SPT lớn hơn 30 … sẽ không xảy ra hiện tượng hóa lỏng Để việc nghiên cứu hóa lỏng tại Việt Nam đạt giá trị cao hơn, rất cần kiểm chứng lại kết quả tính toán trên ngoài thực địa, ứng với những điều kiện, đặc trưng riêng của mỗi vùng miền.