Giáo trình Địa chất công trình, hệ cao đẳng, ngành xây dựng cầu đường

MC LC Trang LI NểI U M U T 1.1.A HèNH V A MO 1.1.1.KHI NIM C BN V TRI T .7 Bng cỏc phng phỏp nghiờn cu s thay i ca súng a chn lan truyn lũng Trỏi t, ngi ta ó bit c Trỏi t cú cu trỳc gm nhiu lp (Hỡnh 1.1): .8 1.1.2 A HèNH, A MO 14 1.2.CC LOI .19 1.2.1 KHI NIM V THNH PHN KHONG VT TO 19 1.2.2.CC LOI V S PHN B CA Nể VIT NAM 33 1.2.3.NHNG TNH CHT C BN CA THNG DNG TRONG XY DNG 47 1.3.CC LOI T .59 1.3.1 KHI NIM V CC C IM CA T 59 1.3.2.CC LOI T V S PHN B T VIT NAM .61 NC DI T .63 2.1.CC C IM C BN CA NC DI T .63 2.1.1 KHI NIM C BN V NC DI T .63 2.1.2 CC YU T THY NG V NH LUT THM C BN 66 2.2.TNH TON NC DI T 70 2.2.1.TNH TON CHO DềNG THM NC DI T 70 2.2.2.TNH TON LU LNG NC CHY VO CC CễNG TRèNH TP TRUNG 73 CC HIN TNG A CHT T NHIấN V A CHT CễNG TRèNH 82 3.1.CHUYN NG KIN TO CA V TRI T 82 3.1.1.KHI NIM .82 3.1.2 CC DNG CHUYN NG KIN TO .82 3.1.3 CC DNG BIN V CA T 84 3.1.4 NH HNG CA CHUYN NG KIN TO N XY DNG CễNG TRèNH 87 3.2.HIN TNG NG T 87 3.2.1 KHI NIM .87 3.2.2 NGUYấN NHN GY NG T 88 3.2.3 CC C TRNG CA NG T 89 3.2.4 NH GI MNH CA NG T .91 3.2.5 TC DNG CA LC NG T LấN CễNG TRèNH XY DNG 94 3.2.6 BIN PHP K THUT XY DNG TRONG VNG Cể NG T 95 3.3.HIN TNG PHONG HểA T .96 3.3.1 KHI NIM .96 3.3.2 CC KIU PHONG HểA 97 3.3.3 LP V PHONG HểA 99 3.3.4 C IM LP V PHONG HểA NHIT I VIT NAM .100 3.3.5 NGHIấN CU V X Lí PHONG HểA TRONG XY DNG .101 3.4.HIN TNG KARST 102 3.4.1 KHI NIM 102 3.4.2.IU KIN PHT SINH PHT TRIN KARST 102 3.4.3 CC HèNH THI KARST .104 3.4.4 C IM PHT TRIN KARST VIT NAM .104 3.4.5 NGHIấN CU V X Lí KARST TRONG XY DNG 105 3.5.HIN TNG CT CHY .106 3.5.1 KHI NIM 106 3.5.2 IU KIN PHT SINH CT CHY 106 3.5.3.CC LOI CT CHY 107 3.5.4 BIN PHP X Lí CT CHY 107 3.6.HIN TNG XểI NGM .108 3.6.1 KHI NIM .108 3.6.2 IU KIN PHT SINH XểI NGM 109 3.6.3 BIN PHP X Lí XểI NGM 109 3.7.CHUYN DCH T TRấN SN DC 110 3.7.1 KHI NIM .110 3.7.2 CC DNG CHUYN DCH T 110 3.7.3 IU KIN V NGUYấN NHN GY CHUYN DCH B DC 111 3.7.4 NH GI N NH B DC 112 3.7.5 PHềNG V CHNG TRT B DC 113 3.8.HOT NG A CHT CA DềNG SễNG .114 3.8.1.QU TRèNH HOT NG A CHT CA DềNG SễNG 114 3.8.2.A HèNH THUNG LNG SễNG 115 3.8.3.TRM TCH SễNG 116 3.8.4.NGHIấN CU HOT NG A CHT CA SễNG VI XY DNG CễNG TRèNH 117 KHO ST A CHT CễNG TRèNH 118 4.1 KHI NIM 118 4.2.CC GIAI ON KHO ST A CHT CễNG TRèNH 119 4.2.1.TNG QUAN V CC GIAI ON KHO ST A CHT CễNG TRèNH .119 4.2.2 KHO ST A CHT CễNG TRèNH GIAO THễNG 120 4.3.CC PHNG PHP KHO ST A CHT CễNG TRèNH 121 4.3.1.THU THP TI LIU .121 4.3.2 O V A CHT CễNG TRèNH 122 4.3.3.KHOAN O THM Dề .122 4.3.4 CC PHNG PHP KHO ST CễNG TRèNH NGOI HIN TRNG .126 4.3.5.BO CO KHO ST A CHT CễNG TRèNH 139 TI LIU THAM KHO 145 LI NểI U Trong nhúm ngnh cụng trỡnh thuc cỏc trng i hc, Cao ng k thut, a cht cụng trỡnh l mụn hc c s k thut nhm trang b cho sinh viờn cỏc kin thc cn thit v a cht cú th tip thu kin thc v thc hnh chuyờn mụn cỏc lnh vc liờn quan trc tip n vic xõy dng cụng trỡnh nh: C hc t ỏ, Nn v múng, Vt liu xõy dng, Thy cụng, Cu hm, ng giao thụng, Xõy dng dõn dng v cụng nghip, Thi cụng cụng trỡnhbi vỡ a cht l iu kin cú tớnh cht quyt nh n quy hoch, thit k, thi cụng, qun lý cỏc cụng trỡnh Cun Giỏo trỡnh a cht cụng trỡnh ny c dựng lm ti liu ging dy cho sinh viờn h cao ng, ngnh Xõy dng Cu ng b ca Trng i hc Cụng ngh Giao thụng ti Vi i tng hc l cỏc sinh viờn ca mt trng k thut khụng chuyờn v a cht, vy vi phng chõm c bn, hin i, gn lin vi thc t, giỏo trỡnh ó c tinh gin ni dung bao gm cỏc khỏi nim v a cht i cng, a cht cụng trỡnh, a cht thy v vit gn chng vi s phõn cụng nh sau: Chng v Chng 2: ThS Nguyn Th Bớch Hnh Chng v Chng 4: ThS Phm Thỏi Bỡnh v KS Lờ Vn Hip Mc dự cỏc tỏc gi ó rt c gng biờn son cun giỏo trỡnh ny nhng trỡnh cũn hn ch nờn chc chn ni dung giỏo trỡnh khụng th trỏnh nhng thiu sút Chỳng tụi rt mong nhn c nhiu ý kin úng gúp ca cỏc cỏn b ging dy, cỏc bn sinh viờn v cỏc c gi cun giỏo trỡnh ngy cng hon thin hn Cỏc tỏc gi M U a cht cụng trỡnh l mụn khoa hc v cỏc iu kin a cht phc v cụng tỏc xõy dng (cụng trỡnh xõy dng, khai thỏc lónh th, bo v mụi trng a cht) L b phn chớnh ca khoa hc v Trỏi t * Nhim v nghiờn cu ca a cht cụng trỡnh: - Xỏc nh cỏc iu kin a cht cụng trỡnh ca khu t xõy dng trờn c s ú la chn v trớ b trớ cụng trỡnh thớch hp iu kin a cht cụng trỡnh bao gm: + iu kin v a hỡnh a mo: phn ỏnh hỡnh thỏi mt t ( cao tuyt i, cao tng i), ngun gc a hỡnh v xu th phỏt trin a hỡnh, nh hng n quy hoch v n nh cụng trỡnh + iu kin cu trỳc a cht: (gm a tng v cu trỳc a cht) phn ỏnh s phõn b cỏc loi t ỏ khỏc theo din v theo chiu sõu, nh hng n quy mụ, kt cu cụng trỡnh v n nh cụng trỡnh; + iu kin v tớnh nng xõy dng ca t ỏ: phn ỏnh cỏc ch tiờu tớnh cht c lý ca t ỏ theo tng nhúm, s dng thit k; + iu kin v a cht thu vn: phn ỏnh nc di t (ngun gc, phõn b, thnh phn hoỏ hc, tớnh cht vt lý, kh nng n mũn) nh hng n n nh cụng trỡnh; + iu kin v cỏc tỏc dng a cht phn ỏnh cỏc quỏ trỡnh v hin tng a cht t nhiờn (ngoi sinh v ni sinh) v a cht cụng trỡnh, nh hng n n nh cụng trỡnh; + iu kin v vt liu xõy dng t nhiờn: phn ỏnh cht lng, tr lng v iu kin khai thỏc mt s loi vt liu xõy dng t nhiờn phc v xõy dng cụng trỡnh - Nờu cỏc iu kin thi cụng cụng trỡnh, d oỏn cỏc hin tng xy thi cụng v s dng cụng trỡnh; - xut gii phỏp khc phc cỏc iu kin a cht cụng trỡnh bt li; - Cho bit kh nng cung cp vt liu xõy dng t nhiờn ti a phng phc v xõy dng cụng trỡnh * i tng nghiờn cu: - V Trỏi t (thch quyn, thu quyn, khớ quyn, sinh quyn v trớ quyn) * Ni dung nghiờn cu: - Nghiờn cu t ỏ dựng lm nn, lm mụi trng v lm vt liu xõy dng - Nghiờn cu cỏc hin tng a cht nh (trt, cỏt chy, xúi ngm, karst, phong húa) - Nghiờn cu nc di t khc phc cỏc khú khn nc gõy thi cụng v s dng cụng trỡnh - Nghiờn cu cỏc phng phỏp kho sỏt a chõt cụng trỡnh nhm thm dũ, ỏnh giỏ cỏc iu kin a cht cụng trỡnh ca khu vc - Nghiờn cu a cht cụng trỡnh lp quy hoch cỏc khu vc xõy dng dõn dng, cụng nghip hay quy hoch thy li, giao thụng * Phng phỏp nghiờn cu a cht cụng trỡnh: - Phng phỏp a cht hc: tỡm hiu s phỏt trin cỏc hin tng a cht quỏ kh cú liờn quan n s to thnh cỏc dng a hỡnh, tớnh cht ca t ỏ v quy lut phõn b sp xp ca nú khu vc - Phng phỏp thớ nghim mụ hỡnh v tng t a cht: da vo s tng t gia cỏc trng vt lý khỏc nh: Trng chuyn ng ca nc di t vi trng dn in, trng chu lc ca t ỏ vi trng chu lc ca mụi trng n hi m ta cú th thay th mụi trng a cht ca khu vc xõy dng bng mụi trng vt lý cú iu kin tng t, nhng n gin hn, kớch thc nh hn - Phng phỏp tng t a cht l phng phỏp cú tớnh kinh nghim da trờn nguyờn lý: t ỏ c thnh to cựng iu kin tri qua cỏc quỏ trỡnh a cht nh thỡ cú cỏc c trng vt lý, c hc tng t - Phng phỏp tớnh toỏn lý thuyt: c s ca phng phỏp ny l lp cỏc phng trỡnh toỏn hc th hin bn cht vt lý ca cỏc hin tng a cht, cỏc c trng võt lý, c hc ca t ỏ Chng T 1.1 A HèNH V A MO 1.1.1 KHI NIM C BN V TRI T 1.1.1.1 Hỡnh dỏng v kớch thc Trỏi t Trỏi t cú dng gn nh hỡnh cu, phỡnh to xớch o v hi dt hai cc dt ca Trỏi t cú th biu th bng t s gia hiu s ca bỏn kớnh Trỏi t xớch o v cc (R x Rc) vi bỏn kớnh xớch o Rx Rx Rc (1.1) Rx Nhiu tỏc gi a cỏc s liu khỏc v kớch thc Trỏi t, cú giỏ tr khỏc theo bng 1.1 = Bng 1.1: Kớch thc Trỏi t Bỏn kớnh xớch o Rx (m) Bỏn kớnh cc Rc (m) 1841 377 397 356 079 1/299,2 Anh 1880 378 249 356 515 1/293,5 Delamber Phỏp 1800 375 653 356 564 1/344,0 Gdanov Nga 1893 377 717 356 433 1/299,6 1984 378 137 Tỏc gi Nc Bessel c Clark H thng trc a th gii (WGS) Nm dt 1/298,2 B mt Trỏi t rt li lừm, ni cao nht trờn Trỏi t l nh Everest dóy Hymalaya Trung Quc Nepal vi cao gn Km trờn mc nc bin (s liu nm 1999 ghi nhn l 8850 m nhng nú cao lờn khong 2,5 cm hng nm), ni thp nht trờn Trỏi t l vc Marianas Thỏi Bỡnh Dng vi sõu 10924m di mc nc bin Nu so vi bỏn kớnh trung bỡnh ca Trỏi t l 6371km thỡ s chờnh lch gia ni cao nht v thp nht trờn Trỏi t (khong 20km) cng khụng cú gỡ ỏng k Da mt ca qu cam cũn li lừm hn nhiu 1.1.1.2 Cu to bờn ca Trỏi t Bng cỏc phng phỏp nghiờn cu s thay i ca súng a chn lan truyn lũng Trỏi t, ngi ta ó bit c Trỏi t cú cu trỳc gm nhiu lp (Hỡnh 1.1): Hỡnh 1.1: Cu to bờn Trỏi t * Lp v Trỏi t: l lp v mng bao bc bờn ngoi ca Trỏi t, cú chiu dy dao ng t 5km ( i dng) n 70km ( lc a), thnh phn vt cht ch yu gm hy-rụ, si-lớc, nhụm, st, can-xi, na-tri Lp v Trỏi t cú cu to khụng ng nht cú hai kiu chớnh l: Kiu v lc a: cú cu to ba tng l cỏc tng trm tớch, gra-nớt v ba-zan Kiu v i dng: cú cu to hai tng l cỏc tng trm tớch v ba-zan, ú tng trm tớch rt mng Ngoi cũn cú kiu v chuyn tip thng quan sỏt thy cỏc khu biờn rỡa lc a hoc biờn ni a V Trỏi t ch chim khong 15% v th tớch v khong 1% trng lng ca Trỏi t nhng cú vai trũ rt quan trng i vi thiờn nhiờn v i sng ngi V Trỏi t l i tng nghiờn cu ca a cht hc, nhiờn hin vi l khoan sõu nht th gii bỏn o Kụnxki ca Liờn Xụ cng mi ch t n sõu 12206m, nh vy cha nghiờn cu c ht lp v Trỏi t ny * Lp Manti: l lp gia ca Trỏi t, phõn b sõu t 70 ữ 2900km, cú th chia thnh hai lp khỏc nhau: - Manti trờn: t 70 ữ 900km, thnh phn ngoi oxi cũn cú si-lớc, ma-giờ nờn cũn c gi l lp Sima, lng nguyờn t phúng x phõn hy ln chớnh l ngun nhit bờn ca v qu t nguyờn nhõn phỏt sinh ng t, hot ng nỳi la, cỏc chuyn ng kin to ca v qu t - Manti di: nm khong 900 ữ 2900km Thnh phn ch yu l oxi, st, ma-giờ, ni-ken Cng vo sõu nhit v ỏp sut cng ln nờn trng thỏi vt cht ca lp man-ti cú s thay i quỏnh tng trờn v rn tng di V Trỏi t v phn trờn cựng ca lp man-ti (n sõu 1000 km) vt cht trng thỏi cng ngi ta gp vo gi chung l thch quyn * Lp nhõn Trỏi t: l lp cựng ca Trỏi t, t sõu 2900km n tõm Trỏi t (6371km) Thnh phn ch yu l cỏc kim loi nng nh ni-ken, st (Nife) õy nhit v ỏp sut ln hn so vi cỏc lp khỏc, t 2900 km n 5100 km l nhõn ngoi, nhit khong 50000C, ỏp sut t 1,3 n 3,5 triu atm, vt cht tn ti trng thỏi lng T 5100 km n 6371 km l nhõn trong, ỏp sut t 1,3 n 3,5 triu atm vt cht trng thỏi rn Hỡnh 1.2: V trớ v chiu dy ca cỏc lp bờn Trỏi t 1.1.1.3 Cu to bờn ngoi Trỏi t Bờn ngoi Trỏi t c chia thnh cỏc quyn sau: * Khớ quyn l lp v khụng khớ ca Trỏi t, phõn b t mt t n cao khong 3000km Khớ quyn c chia thnh tng: - Tng i lu: chiu dy dao ng khong km n 18 km t mt t, chim khong 80% lng ton b khớ quyn v hu nh ton b hi nc Thnh phn ch yu gm ni-t chim 78%, ụxy gn 21%, argon 0,93%, carbonic 0,03% Tng i lu cú ý ngha rt ln i vi a cht hc vỡ õy xy nhng quỏ trỡnh rt phc nh s thay i nhit , ỏp sut, s to thnh giú, ma, bóo, tuyt v nhng quỏ trỡnh ny li nh hng n thch quyn lm xut hin cỏc quỏ trỡnh a cht ngoi sinh, ng thi gõy lc y ngang lờn cụng trỡnh, n mũn kt cu cụng trỡnh, lm lóo húa vt liu - Tng bỡnh lu (tng gia): nm trờn tng i lu, cú gii hn trờn cao khong 80 ữ 90km Khi lng tng khụng ỏng k ch khong 5% ton b lng khớ quyn nhng vic tng nhit ca tng s lm tng hm lng ụzụn, l loi khớ hỳt tia t ngoi, giỳp cho Trỏi t trỏnh tỏc hi ca tia cc tớm hay cỏc tia khỏc ca Mt Tri - Tng ion: nm phớa trờn tng bỡnh lu, cú gii hn trờn ụi ti 1000km, tng ny khụng khớ b ụxy hoỏ rt mnh nhng hu nh khụng nh hng n cụng trỡnh xõy dng * Thu quyn: l phn v nc khụng liờn tc ca Trỏi t, chim 70,8% din tớch b mt v Trỏi t, chim hn 0,1% th tớch Trỏi t, gm nc i dng chim 94,2%, nc di t 4,12%, nc bng hai cc 1,65%, cũn li l nc bin, sụng, h, hi m t v khớ quyn, ú lng nc t lin ch chim 0,3% ton b lng nc khớ quyn Nc cú vũng tun hon giỳp iu ho khớ hu Trỏi t, nc cn cho hot ng sng ca sinh vt, nc c khai thỏc s dng, nc cú tỏc dng n mũn kt cu cụng trỡnh, chy ngp h múng, gõy cỏc hin tng a cht nh cỏt chy, xúi ngm, trt t ỏ, karst Trỏi t cú s sng vỡ cú nc * Thch quyn l tờn gi khỏc ca v Trỏi t, quyn ny ch yu l ỏ magma, bin cht, ỏ trm tớch chim t l nh nhng li bao ph phn ln din tớch Trỏi t nờn l loi ỏ thng gp nht xõy dng cụng trỡnh * Sinh quyn l nhng vựng khớ quyn v thy quyn m sinh vt cú th sng c Ch chim 0,1% lng v Trỏi t nhng úng vai trũ rt quan trng quỏ trỡnh thnh to v bin i thnh phn, cu to ca khoỏng vt to nờn thch quyn 1.1.1.4 S lc lch s phỏt trin v Trỏi t a, Tui ca t ỏ T xa xa cho n ngi ta ó xỏc nh c tui ca t ỏ theo hai cỏch: Tui tuyt i l khong thi gian t t ỏ thnh to n hin (thng n v tớnh l triu nm) Tui tng i l khong thi gian th hin quan h gi, tr, trc, sau gia cỏc tng ỏ hoc cỏc hin tng a cht (tui tng i c th hin niờn biu a cht) - Phng phỏp xỏc nh tui tuyt i ca t ỏ: Ngi ta cú th dựng nhiu phng phỏp xỏc nh tui tuyt i ca t ỏ, nhng chớnh xỏc hn c l phng phỏp ng v phúng x C s ca phng phỏp l cỏc nguyờn t phúng x nh Uran (U), Thori (Th) cú t ỏ phõn hy s to thnh Heli (He) v chỡ (Pb) S phõn hy ny rt n nh c iu kin nhit cao, ỏp sut ln hay 10 xuyờn quỏ trỡnh thớ nghim Trong thớ nghim xuyờn c c xuyờn 20cm kt qu xuyờn (sc khỏng xuyờn) c c v ghi li Vi xuyờn tnh in kt qu xuyờn c ghi liờn tc hay c xỏc nh sau mi ln xuyờn 5cm Kt qu xuyờn ca thớ nghim xuyờn c gm: sc khỏng mi n v q c v sc khỏng ma sỏt bờn hụng n v fs i vi thớ nghim xuyờn in ngoi hai i lng ny cũn cú th xỏc nh c ỏp lc nc l rng u Bit c ỏp lc nc l rng v ỏnh giỏ c kh nng tiờu tỏn ỏp lc nc l rng s cho phộp ỏnh giỏ kh nng c kt ca t nn * Kt qu thớ nghim xuyờn tnh - Sc khỏng xuyờn u mi: l sc khỏng xuyờn ca t tỏc dng lờn mi xuyờn c xỏc nh bng t s gia lc tỏc dng lờn mi cụn v din tớch tit din ỏy ca mi cụn qc = Qc Fc (4.5) Trong ú: qc: sc khỏng xuyờn n v (kN/m2); Qc: lc tỏc dng thng ng lờn mi xuyờn (kN); Fc: din tớch tit din ỏy ca mi xuyờn (m2) - Ma sỏt thnh n v: l sc khỏng ca t tỏc dng lờn b mt ca ng o ma sỏt, c xỏc nh bng t s gia lc tỏc dng lờn b mt ng o ma sỏt Q s v din tớch b mt ng o ma sỏt Fs fc = Qs Fs (4.6) Trong ú: fs: ma sỏt thnh n v (kN/m2); Qs: lc tỏc dng lờn ng ma sỏt (kN); Fs: din tớch b mt ca ng ma sỏt (m2) - Ch s ma sỏt Rf: l t s ma sỏt n v v sc khỏng xuyờn u mi cựng sõu thớ nghim (%) Rf = fs 100% qc (4.7) * Theo tiờu chun ngnh 20TCN - 174 - 89 - t xõy dng phng phỏp thớ nghim xuyờn tnh cỏc ch tiờu tớnh cht v cỏc c trng ca thớ nghim xuyờn tnh cú mt s quan h sau: - Cho phộp phõn chia chi tit a tng thnh cỏc lp t ỏ cú cht lng xõy dng khỏc (hỡnh 4.9), ỏnh giỏ c mc ng nht ca t nn 131 Hỡnh 4.9: Kt qu thớ nghim xuyờn tnh - ỏnh giỏ c cht ca t loi cỏt v trng thỏi ca t loi sột cn c vo sc khỏng mi xuyờn qc (bng 4.4) 132 Bng 4.4: cht ca t cỏt theo sc khỏng mi xuyờn qc Loi cỏt qc (MPa) cht > 15 Cht ữ 15 Cht va 10 Cht ữ 10 Cht va Ri 12 Cht >7 Cht ữ 12 Cht va 2ữ7 Cht va