Nước ta nằm trong vùng nhiệt đới ẩm, nằm rải từ vĩ độ 8o 60’ Bắc đến 23o40’ Bắc, trong đó khu vực miền Trung nằm trong khoảng từ 11o 00 đến 19o00 Bắc. Mặt khác do ảnh hưởng của địa hình phía đông giáp biển phía tây giáp núi, dãy trường sơn chạy dọc theo bờ biển và phân đỉnh bằng dãy núi cao tạo ra hai miền khí hậu khác nhau giữa đông và tây. Khí hậu miền Trung chia ra làm hai mùa rõ rệt: mùa khô nóng và mùa mưa. Chịu ảnh hưởng mạnh của chế độ khí hậu khắc nghiệt sản phẩm của đất phong hoá từ đá mẹ đã có các tính chất khác thường so vùng núi phía bắc cũng như vùng đất trầm tích phía nam. Kết quả nghiên cứu cho thấy đất miền Trung khi tiếp xúc với nước đã lộ ra các đặc tính cá biệt, đó là : Tính tan rã, tính co ngót lớn, tính trương nở, tính lún ướt và đặc biệt giảm độ bền mạnh và xuất hiện áp lực kẽ rỗng thi công khi đất bị tưới ẩm không đều và ở mức cao.
Bài giảng chuyên đề sau đại học Chương 3: THI CƠNG ĐẤT CĨ TÍNH CHẤT CƠ LÝ ĐẶC BIỆT VÙNG MIỀN TRUNG MỞ ĐẦU Nước ta nằm vùng nhiệt đới ẩm, nằm rải từ vĩ độ o 60’ Bắc đến 23o40’ Bắc, khu vực miền Trung nằm khoảng từ 11 o 00 đến 19o00 Bắc Mặt khác ảnh hưởng địa hình phía đơng giáp biển phía tây giáp núi, dãy trường sơn chạy dọc theo bờ biển phân đỉnh dãy núi cao tạo hai miền khí hậu khác đơng tây Khí hậu miền Trung chia làm hai mùa rõ rệt: mùa khơ nóng mùa mưa Chịu ảnh hưởng mạnh chế độ khí hậu khắc nghiệt sản phẩm đất phong hoá từ đá mẹ có tính chất khác thường so vùng núi phía bắc vùng đất trầm tích phía nam Kết nghiên cứu cho thấy đất miền Trung tiếp xúc với nước lộ đặc tính cá biệt, : Tính tan rã, tính co ngót lớn, tính trương nở, tính lún ướt đặc biệt giảm độ bền mạnh xuất áp lực kẽ rỗng thi công đất bị tưới ẩm không mức cao CÁC TÍNH CHẤT VẬT LÍ CHỦ YẾU, ĐẶC TRƯNG CƠ HỌC CỦA ĐẤT KHI TIẾP XÚC VỚI NƯỚC Do hình thành từ nguồn gốc khác chịu tác động chế độ khí hậu khắc nghiệt, q trình phong hố diễn liên tục, đất đắp đập miền Trung sau đưa vào sử dụng thân đập với thiết kế thi công thông thường bộc lộ nhiều điểm bất cập Trong giảng tác giả trình bày tổ hợp nghiên cứu phân tích đặc tính cá biệt đất tiếp xúc với nước 3.1.1 Tính trương nở Để có sở phân tích, giảng xin nêu số khái niệm chủ yếu sử dụng phân tích đánh giá 3.1.1.1 Các tiêu chuẩn phân loại đánh giá mức độ trương nở đất Hiện có nhiều phương pháp phân loại độ trương nở đất Có phương pháp dựa vào giới hạn Atterberg trương nở thể tích để đánh giá, có phương pháp ý đến thành phần hạt keo kết hợp số khác, có phương pháp dựa vào khả trương nở thí nghiệm Chung quy lại tạm chia thành hai hệ thống: 49 Bài giảng chuyên đề sau đại học Hệ thống đánh giá : Dựa vào kết thí nghiệm trương nở để phân loại (CHốù - 05-08-1985) Hệ thống đánh giá 2: Dựa vào giới hạn Atterberg số khác làm sở- Hệ thống phân loại Mỹ nước phương Tây Phương pháp thứ nhất: Tiêu chuẩn phân loại theo Tiêu chuẩn Liên xô cũ(CHốù - 05-08-1985) Bảng 3.1: Tiêu chuẩn phân loại theo tiêu chuẩn Liên xô cũ Độ trương nở (%) N35 >4 >15 Mạnh 50-60 5-35 1,5-4 0,5-1,5 Trunh bình 2.5 > 3.5 < 5.0 >2 2.0 1.5 2.0 2.0 1.0 Hiện Việt nam phịng thí nghiệm địa kỹ thuật người ta tiến hành thí nghiệm cách cho mẫu thí nghiệm lên sàng đục lỗ, nhúng sàng chứa đất vào nước, quan sát đất tan rơi xuống đáy bình Đo thời gian tan rã xác định khối lượng lại sàng để đánh giá độ tan rã phần trăm Phương pháp sơ bộ, mức độ xác thấp 3.1.2.2 Nghiên cứu xói thuỷ lực chất tượng tan rã đất a - Hiện tượng xói thuỷ lực đất tan rã Đổ vỡ đập đất liên quan đến đặc tính tan rã nhiều tác giả nước nước nghiên cứu Sự đổ vỡ đập vùng miền Trung năm 80- 63 Bài giảng chuyên đề sau đại học 90 minh chứng rõ nét vấn đề đổ vỡ xuất phát từ dịng thấm Ở chúng tơi muốn sâu nghiên cứu chất tượng tan rã, trình phát triển ống dịng đập đất tác dụng áp lực nước thấm b- Khái niệm ống dịng xói thuỷ lực Ống dịng tượng dòng thấm xuất khối đắp phát triển liên thông qua môi trường vật thể hạt rời tác dụng áp lực thấp từ phía Khi miền khối đắp mà hệ số thấm lớn so với tồn vùng lưu lượng thấm phát triển qua miền Dưới tác dụng áp lực nước thấm, phần tử nước chuyển động miền Do đặc tính tan đất, phần tử hạt keo sét (đường kính nhỏ 0,0001 mm) chuyển động tự Khi xuất miền thấm liên tục, tác dụng áp lực thấm phần tử dạng hạt keo chuyển động dọc theo miền thấm, chui qua khe kẽ hạt lớn tạo thành ống dòng Khi ống dịng hình thành gradien tăng Dưới tác dụng áp lực thấm, số phần tử khác nằm thành ống bị dòng nước trơi theo dịng thấm Hiện tượng gọi xói thuỷ lực Q trình phá thành ống diễn liên tục, đường kính ống dịng phát triển tạo thành đường hầm Quá trình phát triển xảy qua hai trường hợp : - Nếu mực nước hồ giảm nhỏ ảnh hưởng xói dịng thấm tới thành đường hầm hạn chế Nếu phần vòm đường hầm ổn định, sập xuống, lúc lỗ rò bị dập tắt Đập khơng bị vỡ vị trí Hiện tượng ta gặp đập Suối Hành, Khánh hoà vào năm 1986 - Trường hợp thứ hai Đường hầm tiếp tục phát triển rộng ra, trơi tồn khối đắp Trường hợp ta gặp thấy đập Am Chúa, Khánh hoà vào năm 1992 C Cấu tạo lớp khuyếch tán đôi (xem phần giới thiệu khoáng sét trên) 3.1.2.3 Những kết nghiên cứu tính tan rã đất miền Trung a - Đất thường Theo kết nghiên cứu đất tan rã miền Trung cho thấy: đất có nguồn gốc từ đá bazan, đá phong hoá biến chất đất sườn đồi có khả bị tan rã cao Bảng sau minh hoạ nhận định Một đặc điểm cá biệt đối loại đất thời gian xảy tan rã phụ thuộc vào điều kiện trì độ ẩm mẫu thí nghiệm Thời gian trì lâu thời gian xảy tan rã kéo dài Đặc biệt thể qua kết thí nghiệm sau 64 Bài giảng chuyên đề sau đại học Bảng 3.16: Đặc tính tan rã đất có nguồn gốc khác Đất Đất phong hố đá bazan Đất phong hóa đá granite - Đất trầm tích (a Q2 IV) - Trầm tích sơng biển (m Q2 IV) - Trầm tích sơng biển (m Q2 III) Chú thích: Mức độ tan rã (%) Thời gian tan rã (phút) 0.52 100 - 10 0.6 100 3-7 0.71 - 10 2880 0.76 0-5 2880 0.68 - 15 2880 " W" " Wt" W - độ ẩm mẫu thí nghiệm (%) Wt - Độ ẩm giới hạn chảy 10 Số ngày giữ ẩm cho mẫu Hình 3.10 : Ảnh hưởng điều kiện giữ ẩm tới tính tan rã đất 0 20 40 60 80 100 TØ lÖ tan r· % 65 Bài giảng chuyên đề sau đại học Độ ẩm đất ảnh hưởng không nhỏ đến tính tan rã đất Một thực tế thí nghiệm số mẫu đất cơng trình Am Chúa cho thấy đất đê quai đập không bị tan rã chúng không đầm nện kĩ đất lấy thân đập lại bị tan rã thí nghiệm Lí đơn giản trường hợp độ ẩm đất đê quai trì ln giữ mức cao Bảng sau kết thí nghiệm số đất có độ ẩm khác Bảng 3.17 : Ảnh hưởng độ ẩm đất có dung trọng đầm nện khác tới tính tan rã - Đập Sơng Quao Dung trọng (T/m3) “W” (%) " W" " Wt" Thê i gian tan r· (p hót) 5.6 1.75 11.5 17.0 5.7 1.85 12.5 16.5 5.5 1.90 12.5 17.0 Ảnh hưởng độ ẩm đến thời gian tan rã biểu diễn qua hình vẽ sau Thời gian tan rã (phút) 0.25 3.15 0.51 6.15 0.76 10.00 0.25 38.00 0.56 145.00 0.74 190.00 0.25 65.00 0.56 20.00 0.76 240.00 đất có dung trọng đầm nện khác 280 240 200 γ = 1.9 85 T/m3 160 γ =1 120 80 γ =1.75 40 0 10 15 20 §é Èm (%) Hình 11 : Ảnh hưởng độ ẩm đầm nện đến thời gian tan rã đất b - Đất đỏ ba zan 66 Bài giảng chuyên đề sau đại học Đất đỏ ba zan sử dụng xây dựng đập đất có khơng vấn đề liên quan tới ổn định cơng trình Đất đỏ ba zan có nguồn gốc từ đá ba zan Loại đất ta bắt gặp hầu hết vùng Tây nguyên Đất có giới hạn chảy cao dung trọng lại thấp, độ xốp lớn Một số thơng số lí loại đất sau - Giới hạn chảy LL = 55 - 56 (%) - Giới hạn đàn hồi PL = 35 - 45 (%) - Dung trọng hạt = 2.75 (T/m3) - Độ xốp = 64 - 75 (%) Loại đất có dung trọng tự nhiên thấp lẽ độ xốp đất cao, may thay lực kháng cắt (τ ) cao Đặc biệt trạng thái bão hồ tiêu c ϕ Thê i gian tan r· (phót) khơng thấp (c = 25 - 35 kPa ϕ = 200 - 250) Thực tế cho thấy trì độ ẩm mẫu thí nghiệm lâu thời gian tan rã mẫu kéo dài Điều minh chứng kết thí nghiệm 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 20 25 30 35 40 45 50 55 §é Èm (%) Hình 3.12 : Quan hệ điều kiện giữ ẩm thời gian tan rã đất đỏ bazan Tây nguyên 3.1.3.Tính lún ướt Lún ướt tượng vật lí nước bổ xung vào cốt đất tượng giảm thể tích khối xảy Việc đánh giá trị số lún ướt đất dựa sở khái niệm sau: −hp en = hchp (3.6) 67 Bài giảng chuyên đề sau đại học Trong đó: “en” - Hệ số lúng ướt hP - Chiều cao ban đầu mẫu thí nghiệm hc - Chiều cao cuối mẫu Theo tiêu chuẩn Nga, tất mẫu thí nghiệm có trị số “en” > 0.01 chúng xếp vào loại đất có khả lún gặp nước Các bảng sau kết thí nghiệm số đất vùng Tây nguyên Bảng 3.18 : Hệ số “en” đất đỏ ba zan Tây nguyên TT Dung trọng khô (T/m3) K = 0,98 γCmax = 1.30 K = 0.95 γCmax = 1.24 K = 0.9 γCmax = 1.17 Độ ẩm (%) Hệ số lún ướt “en” tải trọng tác dụng (kPa) 100 200 300 400 0 0 0 0.001 0.001 0.01 0.03 0.045 0.04 36 32 30 Bảng 3.19: Hệ số lún ướt đất đập Sông Quao Điều kiện thí nghiệm Độ ẩm γC (%) (T/m ) 1.9 12 1.8 1.8 12 1.75 1.75 12 Hệ số lún ướt theo cấp gia tải 100 200 300 (kPa) (kPa) (kPa) 0.0000 0.00000 0.0000 0.0028 0.00034 0.0038 0.0012 0.00080 0.0008 0.0700 0.07310 0.0730 0.0270 0.05400 0.0500 Từ số liệu cho thấy đối loại đất có hệ số đầm nện k ≤ 0.90 thuộc nhóm có khả lún ướt Các mẫu thí nghiệm có k > 0.95 khơng thuộc nhóm Theo kết nghiên cứu nhiều tác giả cho thấy lún ướt bị ảnh hưởng trực tiếp độ ẩm đầm nện, độ ẩm đầm nhỏ nhiều độ ẩm tốt khả lún ướt dễ xảy Liên quan dung trọng đầm nện, độ ẩm lún ướt thể qua hình Trong : 68 Bài giảng chun đề sau đại học - Vùng (1) : miền nằm giới hạn đường bao dung trọng đường nằm ngang ứng với dung trọng đầm nện có k ≥ 0.95 Tất mẫu đầm nện nằm miền không bị lún ướt - Vùng (2) : miền giới hạn đường bao dung trọng, đường nằm ngang có k = 0.95 k= 0,9 đường thẳng đứng có W = W m Các mẫu đất thí nghiệm nằm vùng W