KHẢO SÁT ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH PHỤC VỤ CÔNG TÁC THIẾT KẾ NỀN MÓNG CÔNG TRÌNH I Lời nói đầu: Nếu cuối năm 1980 bỡ ngỡ phải tiến hành công tác khảo sát địa kỹ thuật, đến đáp ứng cho cấp độ công trình Các loại thí nghiệm trường (SPT, xuyên tỉnh, xuyên động, nén ngang, cắt cánh …) thí nghiệm phòng (nén ba trục, nén cổ kết, nén nở trông, CBR thí nghiệm đầm chặt …) áp dụng rộng rãi công tác khảo sát Các thiết bị đại kèm với hệ thống tiêu chuẩn tiên tiến ASTM AASHTD (Mỹ); BSA (Anh); MF (Pháp) JIS (Nhật) sử dụng rỗng rãi Việt Nam Thuật ngữ “địa kỹ thuật” chuyên môn bao hàm hai chức gắn bó hữu với nhau: + Chức thu thập thông tin điều kiện đất nước đất thông qua việc sử dụng phương pháp, kỹ thuật khảo sát thăm dò, thí nghiệm kiến thức địa chất công trình Đó chức “khảo sát đất nền” + Chức phân tích thông tin – kết hợp số liệu đất kết cấu công trình để lựa chọn loại móng, tính toán kích thước móng cho thiết kế, đề xuất giải pháp xử lý, gia cố kiến nghị biện pháp thi công thích hợp kiến thức đất - móng Đó chức “phân tích địa kỹ thuật” II Khái quát địa chất - đất đá Hầu tất công trình xây dựng đặt bề mặt đất, mà đối tượng cần quan tâm phần mỏng lớp vỏ đất (từ 0.0 đến 100 m) Các loại đất đá chính: Các đất đá cấu tạo nên vỏ đất chia thành loại đá chính: Đá magma, đá trầm tích đá biến chất - Đá magma: sản phẩm kết tính dung nham bề mặt hay lòng đất Đá magma chia thành hai loại: + Đá thâm ngập + Đá phun trào - Đá trầm tích: sản phẩm phong hóa vận chuyển (bằng dòng nước, gió) dạng hạt cứng dạng hòa tan lắng đọng cho đá trầm tích Người ta phân biệt: + Trầm tích học (lắng đọng hạt) + Trầm tích hóa học (kết tủa thành phần hòa tan) + Trầm tích sinh hóa (có tham gia sinh vật) - Đá biến chất: Biến chất trình biến đổi đá (magma, trầm tích) tác dụng áp suất nhiệt độ cao Quá trình biến chất làm thay đổi thành phần khoáng vật, kiến trúc cấu tạo thành phần vật chất ban đầu Tùy theo điều kiện nhiệt độ, áp suất đá có mức độ biến chất khác chia thành trường biến chất từ thấp đến cao Có kiểu biến chất sau: Biến chất nhiệt độ tiếp xúc (ở nhiệt độ cao, áp suất thấp) với khối magma; Biến chất động lực (dưới tác động chuyển động kiến tạo) gọi biến chất khu vực Trong loại biến chất biến chất khu vực quan trọng Các loại đá biến chất chính: + Đá biến chất có nguồn gốc từ đá trầm tích + Đá biến chất có nguồn gốc từ đá magma III Khái quát số tính chất xây dựng đất nền: Định nghĩa đất xây dựng: Đất tổng hợp ba thành phần: hạt rắn, nước không khí Đất trạng thái tự nhiên mô tả mô hình sau: Các ký hiệu: Va Vv Vw - - - - - - - Pw -Pt XXXXX Vt XXXXX XXXXX Vs Ps XXXXX XXXXX XXXXX Vt : Thể tích tổng thể Vt = Vs + Vw + Va Vs: Thể tích hạt đất Vw : Thể tích nước Va : Thể tích không khí Vv : Thể tích lỗ rống Vv = Vw + Va Ps : Trọng lượng hạt chứa Vt Pw : Trọng lượng nước chứa Vt Pt : Tổng trọng lượng: Pt = Ps + Pw Các hạt rắn tạo thành khung cốt liệu đất Khi nước chiếm đầy khe rỗng khe rỗng hạt rắn thành phần khí đất trường hợp đất gọi bão hòa nước Ngược lại, không lấp đầy khe rỗng hạt đó, nước giãn thành màng mỏng bao xung quanh hạt rắn không khí chiếm phần khe rỗng lại Khi lỗ rỗng có khí đất gọi đất khô Trường hợp đặc biệt đất chứa hữu than bùn, thành phần rắn, nước (hoặc không khí) chứa vật liệu thực vật bị phân hủy, hoại mục theo thời gian, tạo thành loại đất có độ rỗng cao, ngậm đầy nước (thường bão hòa) Cấu trúc đất Các hạt rắn thành phần đất phân loại tùy theo khoảng kích cỡ hạt chúng cho mục đích xây dựng Theo đường kính trung bình hạt mà phân chia thành loại có tên sau: (theo phân loại BS): - Tảng, : D > 200 mm - Cuội sỏi : 20 < D < 200 mm - Dăm sạn : < D < 20 mm - Cát: 0,06 < D < mm - Bụi : 0,002 < D < 0,06 mm - Sét : D < 0,002 mm Sự phân loại theo kích cỡ hạt nêu mang tính quy ước Các hệ phân loại đất khác có quy định khoảng kích thước hạt khác có hệ phân loại lấy giới hạn nhóm hạt sét có đừng kính D < 0,005 mm thay 0,002 mm, nhóm hạt bụi có kích thước D < 0,075 mm thay 0,06 0,05 Nhiều loại đất tự nhiên có chứa nhiều nhóm hạt có kích cỡ khác Ngoài phân loại đất dựa vào kích cỡ hạt hai yếu tố quan trọng là: - Hình dạng hạt: phân thành hạt tròn cạnh, sắc cạnh nửa tròn cạnh - Bản chất thành phần khoáng vật hạt - đất gồm hai loại: + Đất rời: bao gồm cát, sạn sỏi, tảng, … + Đất dính: sét, sét pha, cát pha Tính chất vật lý đất Các thông số tính chất vật lý đất Định nghĩa tên gọi Ký Biểu thức hiệu Đơn vị tính Khoảng giá Độ ẩm trị Cát: – 15% (Tỷ lệ phần trăm khối lượng Bụi: 10 – 30 % nước khối lượng hạt rắn) w Pw Ps Sét nửa cứng - cứng: 20 – 50 % Sét yếu: 50 – 100 % Bùn, than bùn: 80 – 300 % Cát: 1,8 g/cm3 Dung trọng - Trọng lượng riêng (Trọng lượng tổng nước + hạt γw (Pw + Ps) / Vt Than bùn: 1,5 g/cm3 Cát: 1,4 – 1,8 g/cm3 chia cho tổng thể tích) Dung trọng khô (Trọng lượng phần hạt rắn chia γk Ps / V t Sét: 1,0 – 2,0 g/cm3 Than bùn: 0,3 – g/cm3 Tất loại đất trừ than cho tổng thể tích) Tỷ trọng (Trọng lượng phần hạt rắn chia Sét: 1,6 – 2,2 g/cm3 ∆ cho thể tích phần hạt rắn) Độ bão hòa Ps / V s bùn ∆ = 2,6 – (Tỷ phần trăm thể tích nước G Vw Vv – 100 % thể tích phần rỗng) Hệ số rỗng Cát: 0,5 – (Tỷ thể tích phần rỗng Bụi: 0,4 – thể tích phần hạt rắn) e (Va+Vw) / Vs Sét cứng: 0,3 – 0,5 Set cứng vừa: 20 – 50 % Sét yếu: 0,5 – Than bùn: – Độ rỗng n Vv/Vt (Tỷ thể tích phần rỗng tổng thể tích) Mối quan hệ thông số tính chất vật lý - Độ ẩm tự nhiên: w = Pw / Ps - Dung trọng tự nhiên: γw = (Pw + Ps) / Vt - Tỷ trọng: ∆ = Ps / Vs - Hệ số nén lún: a cm2/kg - Giới hạn chảy Wch - Giới hạn dẻo Wd - Lực dính C kg/cm2 - Góc ma sát φ0 Thông số tính toán mối quan hệ thông số - Dung trọng khô: γk = Ps / Vt - Hệ số rỗng: e = Vv / Vs - Độ rỗng: n = Vv / Vt - Độ bào mòn: CT = Vw / Vv Tài liệu tham khảo: - Tiêu chuẩn TCVN 4419: 1987 Khảo sát cho xây dựng – Nguyên tắc bản; - TCXD 160 : 1987 Khảo sát địa kỹ thuật phục vụ thiết kế thi công móng cọc; - TCXD 161 ; 1987 Công tác thăm dò điện khảo sát xây dựng; - TCXD 194 :1997 Nhà cao tầng – Công tác khảo sát địa kỹ thuật; - TCXD 112 ; 1984 Hướng dẫn thực hành kháo sát đất xây dựng thiết bị ( PNUD đầu tư) sử dụng tài liệu vào thiết kế công trình; - 14 TCN 03 : 1985 Qui trình khảo sát địa chất công trình để thiết kế xây dựng công trình ngầm; - 22 TCN 259 :2000 Quy trình khoan thăm dò địa chất công trình; - 22 TCN 171 : 1987 Quy trình khảo sát địa chất công trình thiết kế biện pháp ổn định đường vùng có hoạt động trượt, sụt lở; - TCXD 205 :1998 Móng cọc tiêu chuẩn thiết kế; - Tiêu chuẩn thiết kế nhà công trình TCVN45-78 ... tích học (lắng đọng hạt) + Trầm tích hóa học (kết tủa thành phần hòa tan) + Trầm tích sinh hóa (có tham gia sinh vật) - Đá biến chất: Biến chất trình biến đổi đá (magma, trầm tích) tác dụng áp suất... = Ps / Vt - Hệ số rỗng: e = Vv / Vs - Độ rỗng: n = Vv / Vt - Độ bào mòn: CT = Vw / Vv Tài liệu tham khảo: - Tiêu chuẩn TCVN 4419: 1987 Khảo sát cho xây dựng – Nguyên tắc bản; - TCXD 160 : 1987