Nghiên cứu tính chất cơ lý nền đất yếu đồng bằng ven biển Quảng Nam - Đà Nẵng phục vụ xây dựng đường giao thông

MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết Quá trình đô thị hóa và phát triển du lịch tại ĐBVB Quảng Nam- Đà Nẵng đang diễn ra nhanh chóng và cần thiết phải phát triển các cơ sở hạ tầng giao thông. Mặt khác, do đặc điểm nền đất yếu của nƣớc ta phân bố rộng khắp không chỉ ở ĐBBB, ĐBSCL mà còn phân bố ở khu vực miền Trung, nhất là ĐBVB Quảng Nam - Đà Nẵng. Do đất yếu có tính nén lún lớn, khả năng thoát nƣớc nhỏ nên nền đắp thƣờng bị lún mạnh và kéo dài, đòi hỏi kỹ thuật xử lý phức tạp, tốn kém. Thực tế xây dựng cho thấy, có rất nhiều công trình bị lún, hƣ hỏng nặng khi xây dựng trên nền đất yếu là do không đánh giá một cách có hệ thống, đầy đủ và chính xác tính chất cơ lý của đất yếu cũng nhƣ chƣa xem xét mối quan hệ giữa đất yếu với các thành tạo đất đá xung quanh để làm cơ sở khoa học và đề ra các giải pháp xử lý (GPXL) nền phù hợp. Trong những năm gần đây, ở khu vực nghiên cứu xuất hiện nhiều công trình bị lún mạnh, lún không đều đòi hỏi phải tiến hành gia cố xử lý mới cho phép sử dụng bình thƣờng, đặc biệt là các tuyến đƣờng xây dựng trên nền đất yếu. Bên cạnh đó, đất yếu vùng ĐBVB Quảng Nam - Đà Nẵng là những trầm tích trẻ hiện đại có tuổi Holocen và Pleistocen muộn đƣợc hình thành từ nhiều nguồn gốc khác nhau. Khả năng xây dựng công trình trên nền đất yếu cũng nhƣ việc lựa chọn GPXL phụ thuộc rất lớn vào các TCCL của đất, TPVC và vị trí tồn tại của đất yếu trong cấu trúc nền. Do đó, nghiên cứu một cách đầy đủ, có hệ thống về thành phần vật chất, tính chất cơ lý và cấu trúc nền đất yếu ở khu vực nghiên cứu là hết sức cần thiết, nhằm cung cấp đủ luận cứ khoa học để tính toán thiết kế đƣờng giao thông cũng nhƣ cung cấp cơ sở quan trọng trong việc lựa chọn, đề xuất và tính toán - thiết kế đúng đắn các giải pháp xử lý nền đƣờng đất yếu. Vì vậy, đề tài luận án "Nghiên cứu tính chất cơ lý nền đất yếu đồng bằng ven biển Quảng Nam-Đà Nẵng phục vụ xây dựng đường giao thông" có tính cấp thiết, ý nghĩa khoa học và thực tiễn.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

NGUYỄN THỊ NGỌC YẾN

NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT CƠ LÝ NỀN ĐẤT YẾU

ĐỒNG BẰNG VEN BIỂN QUẢNG NAM - ĐÀ NẴNG PHỤC VỤ

XÂY DỰNG ĐƯỜNG GIAO THÔNG

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI, NĂM 2018

iii

MỤC LỤC

Trang

DANH MỤC BẢNG BIỂU vii

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT VÀ GIẢI THÍCH THUẬT NGỮ viii

CÁC KÝ HIỆU SỬ DỤNG TRONG LUẬN ÁN ix

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết 1

2 Mục tiêu nghiên cứu 1

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

4 Nội dung nghiên cứu 2

5 Phương pháp nghiên cứu 2

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 3

7 Bố cục luận án 4

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT CƠ LÝ VÀ ỨNG DỤNG CHO XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU 5

1.1 Tổng quan về nghiên cứu tính chất cơ lý nền đất yếu 5

1.2 Tình hình nghiên cứu, xử lý nền đất yếu ở ĐBVB Quảng Nam - Đà Nẵng 17

1.3 Các thành tựu, tồn tại trong nghiên cứu xử lý nền đất yếu và những vấn đề luận án tiếp tục giải quyết 19

1.4 Phương pháp luận và cách tiếp cận 21

1.5 Kết luận chương 1 23

CHƯƠNG 2 ĐIỀU KIỆN ĐỊA KỸ THUẬT ĐỒNG BẰNG VEN BIỂN QUẢNG NAM – ĐÀ NẴNG 24

2.1 Quan điểm về điều kiện địa kỹ thuật 24

2.2 Điều kiện địa kỹ thuật khu vực nghiên cứu 24

2.3 Đặc điểm đất yếu đồng bằng ven biển Quảng Nam - Đà Nẵng 48

2.4 Kết luận chương 2 51

CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU THÀNH PHẦN VẬT CHẤT VÀ TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA ĐẤT YẾU 53

3.1 Vị trí, địa điểm lấy mẫu nghiên cứu 53

3.2 Nghiên cứu thành phần vật chất đất yếu 53

iv

3.3 Nghiên cứu tính chất cơ học của đất yếu 63

3.4 Kết luận chương 3 92

CHƯƠNG 4 CẤU TRÚC NỀN ĐẤT YẾU VÀ PHÂN TÍCH LỰA CHỌN THÔNG SỐ ĐẤT NỀN TRONG TÍNH TOÁN XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU 94

4.1 Các vấn đề chung 94

4.2 Đặc điểm các đơn vị cấu trúc nền đất yếu và giải pháp xử lý đất yếu 97

nền đường 97

4.3 Ứng dụng tính toán cho công trình thực tiễn 102

4.4 Kết luận chương 4 122

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 123

1 Các kết quả đạt được của luận án 123

2 Những đóng góp mới của luận án 123

3 Những tồn tại và hướng nghiên cứu tiếp theo 123

4 Kiến nghị 123

DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ 126

TÀI LIỆU THAM KHẢO 127

v

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH

Hình 2.1 Bản đồ địa chất ĐBVB Quảng Nam - Đà Nẵng tỉ lệ 1/50.000 (thu nhỏ) 28

Hình 2.2 Bản đồ địa kỹ thuật ĐBVB Quảng Nam - Đà Nẵng tỉ lệ 1/50.000 (thu nhỏ) 35 Hình 2.3 Lún và mất ổn định mái taluy nền đường đắp trên đất yếu 42

Hình 2.4 Bản đồ phân bố đất yếu vùng ĐBVB Quảng Nam - Đà Nẵng tỉ lệ 1/50.000 (thu nhỏ) 50

Hình 3.1 Hàm lượng các khoáng vật trong đất yếu ĐBVB Quảng Nam - Đà Nẵng 54

Hình 3.2 So sánh hàm lượng các khoáng vật sét trong đất yếu ĐBVB Quảng Nam - Đà Nẵng với ĐBSCL 56

Hình 3.3 Sự thay đổi hàm lượng hữu cơ theo chiều sâu của thành tạo mbQ22 57

Hình 3.4 Hàm lượng hữu cơ của một số thành tạo đất yếu ĐBVB Quảng Nam - Đà Nẵng và các khu vực khác 58

Hình 3.5 Thành phần hóa học của đất yếu ở ĐBVB Quảng Nam - Đà Nẵng 60

Hình 3.6 So sánh thành phần hóa học đất yếu ở Quảng Nam - Đà Nẵng với các khu vực khác 60

Hình 3.7 Hàm lượng các nhóm hạt của các thành tạo bùn sét pha ĐBVB Quảng Nam - Đà Nẵng và ĐBSCL 62

Hình 3.8 Hàm lượng các nhóm hạt của các thành tạo bùn sét ĐBVB Quảng Nam - Đà Nẵng và các khu vực khác ở Việt Nam 62

Hình 3.9 Thiết bị nén 1 trục không nở hông 64

Hình 3.10 Sơ đồ hộp nén không nở hông 64

Hình 3.11 Cách xác định áp lực tiền cố kết 65

Hình 3.12 Đồ thị đường cong lún theo thời gian theo Casagrande 65

Hình 3.13 Hệ số cố kết thấm đứng thay đổi theo cấp áp lực nén của mẫu bùn sét pha 69 Hình 3.14 Hệ số cố kết thấm đứng thay đổi theo cấp áp lực nén của mẫu bùn sét 69

Hình 3.15 Quan hệ giữa Cv với các chỉ tiêu cơ lý của đất bùn sét pha ambQ23 70

Hình 3.16 Công tác gia công mẫu (a, b, c) và tiến hành thí nghiệm nén cố kết ngang (d) 72

Hình 3.17 Các bước phân tích lún theo Asaoka để xác định Ch 72

Hình 3.18 Hệ số cố kết thấm ngang theo các cấp áp lực nén khác nhau 75

Hình 3.19 Tỉ số Ch(tp)/Cv theo các cấp áp lực nén khác nhau 75

Hình 3.20 Đồ thị Si=f(Si-1) tại mốc SP-07 đoạn Km12+480 dự án đường cao tốc Đà Nẵng - Quảng Ngãi 76

Hình 3.21 Đồ thị Si=f(Si-1) tại mốc SP-01 tại Km1+270 dự án đường Nguyễn Tất Thành 76

Hình 3.22 Hệ số cố kết thấm theo phương đứng và phương ngang xác định theo các phương pháp khác nhau 76

Hình 3.23 Mẫu trong buồng ba trục trước khi thí nghiệm 81

vi

Hình 3.24 Mẫu bị phá hủy sau khi kết thúc thí nghệm 81

Hình 3.25 Quan hệ giữa cường độ lực dính đơn vị cuu với chỉ tiêu vật lý và trạng thái của đất yếu 85

Hình 3.26 Sự thay đổi Su, (VST) theo độ sâu Z của bùn sét pha mbQ22 85

Hình 3.27 Cường độ lực dính đơn vị không cố kết - không thoát nước các thành tạo đất yếu ĐBVB Quảng Nam- Đà Nẵng và các khu vực khác ở Việt Nam 87

Hình 3.28 Mối quan hệ giữa c’, với chỉ số dẻo PI và hàm lượng hạt sét của bùn sét pha ambQ23 89

Hình 3.29 Cường độ lực dính đơn vị cố kết - không thoát nước đất yếu ĐBVB Quảng Nam - Đà Nẵng và các khu vực khác ở Việt Nam 90

Hình 4.1 Sơ đồ phân chia các cấp cấu trúc nền ĐBVB Quảng Nam - Đà Nẵng 98

Hình 4.2 Bản đồ cấu trúc nền ĐBVB Quảng Nam- Đà Nẵng tỉ lệ 1/50.000 (thu nhỏ) 99 Hình 4.3 Phân tích lún trước khi xử lý bằng phần mềm Plaxis 8.5 tại MC1 108

Hình 4.4 Sơ đồ xác định chiều cao đắp bù lún 115

Hình 4.5 Mô hình tính toán xử lý bấc thấm bằng phần mềm Plaxis 8.5 tại MC1 117

Hình 4.6 Mô hình tính toán giếng cát bằng phần mềm Plaxis 8.5 tại MC1 118

' 0

/ v

u

'



vii

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1 Đặc điểm các tầng chứa nước ở vùng ĐBVB Quảng Nam - Đà Nẵng 31

Bảng 2.2 Giá trị trung bình chỉ tiêu cơ lý nhóm đá cứng và nửa cứng 36

Bảng 2.3 Giá trị trung bình thành phần hạt và các chỉ tiêu cơ lý nhóm đất rời 37

Bảng 2.4 Giá trị trung bình thành phần hạt và các chỉ tiêu cơ lý nhóm đất dính 38

Bảng 2.5 Giá trị trung bình thành phần hạt và các chỉ tiêu cơ lý nhóm đất yếu 39

Bảng 2.6 Quy mô và tiêu chuẩn kỹ thuật thiết kế đường 47

Bảng 2.7 Đặc điểm phân bố các thành tạo đất yếu khu vực nghiên cứu 49

Bảng 3.1 Kết quả xác định thành phần khoáng vật của đất yếu 54

Bảng 3.2 Hàm lượng vật chất hữu cơ trong đất yếu nghiên cứu 57

Bảng 3.3 Kết quả xác định thành phần hóa học của đất yếu 59

Bảng 3.4 Thành phần các nhóm hạt của đất yếu 61

Bảng 3.5 Tổng hợp kết quả thí nghiệm nén cố kết thấm theo phương thẳng đứng của các thành tạo đất yếu 66

Bảng 3.6 Hàm tương quan dự báo Cc từ W, LL, e0 trên thế giới và Việt Nam 68

Bảng 3.7 Hàm tương quan dự báo Cc từ e0, W, LL của đất yếu nghiên cứu 68

Bảng 3.8 Kết quả xác định Ch(tp) và m=Ch(tp)/Cv trong phòng của đất yếu 74

Bảng 3.9 Kết quả xác định Ch từ bài toán phân tích ngược quan trắc lún tại hiện trường 77

Bảng 3.10 Kết quả tính toán hệ số cố kết thấm ngang và hệ số tỉ lệ m=Ch/Cv theo các phương pháp khác nhau 79

Bảng 3.11 Hệ số tỉ lệ m=Ch/Cv của một số loại đất yếu ở Việt Nam và thế giới 80

Bảng 3.12 Các thông số sức kháng cắt không thoát nước của đất yếu 83

Bảng 3.13 Kết quả thí nghiệm các thông số sức kháng cắt của đất yếu theo sơ đồ CU88 Bảng 3.14 Kiến nghị các đặc trưng cơ lý sử dụng trong tính toán thiết kế xử lý nền đất yếu bằng thiết bị tiêu thoát nước thẳng đứng 91

Bảng 4.1 Lựa chọn mặt cắt tính toán đặc trưng dự án đường Nguyễn Tất Thành 104

Bảng 4.2 Lựa chọn mặt cắt tính toán dự án đường Cao tốc Đà Nẵng - Quảng Ngãi 105

Bảng 4.3 Tổng hợp các kết quả phân tích lún của nền khi chưa xử lý 109

Bảng 4.4 Kết quả phân tích độ lún theo chiều cao đắp 109

Bảng 4.5 Bảng tổng hợp các kết quả tính toán hệ số ổn định 110

Bảng 4.6 Tổng hợp các thông số của nền đường thiết kế 115

Bảng 4.7 Kết quả tính toán xử lý bằng bấc thấm 117

Bảng 4.8 Kết quả tính toán xử lý bằng giếng cát 119

Bảng 4.9 Kết quả tính toán theo hồ sơ thiết kế kỹ thuật và thực tế quan trắc 120

Bảng 4.10 So sánh kết quả tính toán theo các phương pháp khác nhau 121

ix

CÁC KÝ HIỆU SỬ DỤNG TRONG LUẬN ÁN

C v cm2/s, m2/năm Hệ số cố kết thấm theo phương đứng

C h cm2/s, m2/năm Hệ số cố kết thấm theo phương ngang



d s /d w - Tỉ số giữa đường kính vùng xáo động và đường kính

tương đương của thiết bị tiêu thoát nước thẳng đứng

d w m, cm Đường kính tương đương của bấc thấm

E 0 kPa Mô đun biến dạng của đất

H TK m Chiều cao nền đắp thiết kế

H TT m Chiều cao nền đắp tính toán

k v cm/s, m/ngày Hệ số thấm theo phương đứng

k h cm/s, m/ngày Hệ số thấm theo phương ngang

R n bh kPa Cường độ chịu nén bão hoà

T QT ngày Thời gian quan trắc

T PVD ngày Thời gian xử lý bằng bấc thấm

T SD ngày Thời gian xử lý bằng giếng cát

t ngày, giờ, giây Thời gian

w KN/m3 Trọng lượng đơn vị thể tích của đất tự nhiên

d (c ) KN/m3 Trọng lượng đơn vị thể tích của đất khô

s

 KN/m3 Trọng lượng đơn vị thể tích hạt rắn

amQ 2 2-3 - Trầm tích sông - biển tuổi Holocen giữa - muộn

ambQ 2 1-2 - Trầm tích sông - biển - đầm lầy tuổi Holocen sớm -

giữa

amQ 2 2-3 cg - Trầm tích sông - biển tuổi Holocen giữa - muộn hệ

tầng Cần Giờ

bmQ 1 - Trầm tích đầm lầy - biển tuổi Pleistocen

lbQ 2 1-2 hh 1 - Trầm tích hồ - đầm lầy tuổi Holocen sớm - giữa lầy

phần hệ tầng Hải Hưng sớm

1

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết

Quá trình đô thị hóa và phát triển du lịch tại ĐBVB Quảng Nam- Đà Nẵng đang diễn

ra nhanh chóng và cần thiết phải phát triển các cơ sở hạ tầng giao thông Mặt khác, do đặc điểm nền đất yếu của nước ta phân bố rộng khắp không chỉ ở ĐBBB, ĐBSCL mà còn phân bố ở khu vực miền Trung, nhất là ĐBVB Quảng Nam - Đà Nẵng Do đất yếu

có tính nén lún lớn, khả năng thoát nước nhỏ nên nền đắp thường bị lún mạnh và kéo dài, đòi hỏi kỹ thuật xử lý phức tạp, tốn kém Thực tế xây dựng cho thấy, có rất nhiều công trình bị lún, hư hỏng nặng khi xây dựng trên nền đất yếu là do không đánh giá một cách có hệ thống, đầy đủ và chính xác tính chất cơ lý của đất yếu cũng như chưa xem xét mối quan hệ giữa đất yếu với các thành tạo đất đá xung quanh để làm cơ sở khoa học và đề ra các giải pháp xử lý (GPXL) nền phù hợp Trong những năm gần đây, ở khu vực nghiên cứu xuất hiện nhiều công trình bị lún mạnh, lún không đều đòi hỏi phải tiến hành gia cố xử lý mới cho phép sử dụng bình thường, đặc biệt là các tuyến đường xây dựng trên nền đất yếu

Bên cạnh đó, đất yếu vùng ĐBVB Quảng Nam - Đà Nẵng là những trầm tích trẻ hiện đại có tuổi Holocen và Pleistocen muộn được hình thành từ nhiều nguồn gốc khác nhau Khả năng xây dựng công trình trên nền đất yếu cũng như việc lựa chọn GPXL phụ thuộc rất lớn vào các TCCL của đất, TPVC và vị trí tồn tại của đất yếu trong cấu trúc nền Do đó, nghiên cứu một cách đầy đủ, có hệ thống về thành phần vật chất, tính chất cơ lý và cấu trúc nền đất yếu ở khu vực nghiên cứu là hết sức cần thiết, nhằm cung cấp đủ luận cứ khoa học để tính toán thiết kế đường giao thông cũng như cung cấp cơ sở quan trọng trong việc lựa chọn, đề xuất và tính toán - thiết kế đúng đắn các

giải pháp xử lý nền đường đất yếu Vì vậy, đề tài luận án "Nghiên cứu tính chất cơ lý

nền đất yếu đồng bằng ven biển Quảng Nam-Đà Nẵng phục vụ xây dựng đường giao thông" có tính cấp thiết, ý nghĩa khoa học và thực tiễn

2 Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu là nghiên cứu, xác định thành phần vật chất, tính chất cơ lý của đất yếu vùng

2

đồng bằng ven biển Quảng Nam - Đà Nẵng, đặc biệt là đặc tính biến dạng, cố kết thấm, độ bền chống cắt và quan hệ tương quan của chúng phục vụ cho lựa chọn, tính toán, thiết kế các giải pháp xử lý nền được chính xác và phù hợp

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Nam - Đà Nẵng

Núi Thành (Quảng Nam) đến quận Liên Chiểu (Đà Nẵng), chiều sâu nghiên cứu đến

30 m, khống chế đới ảnh hưởng của nền đường và chiều sâu phân bố đất yếu

4 Nội dung nghiên cứu

- Tổng quan về nghiên cứu TCCL và các giải pháp kỹ thuật xử lý nền đất yếu trên thế giới, Việt Nam và ở ĐBVB Quảng Nam - Đà Nẵng, từ đó đánh giá những thành tựu, tồn tại và chỉ ra vấn đề mà luận án cần tập trung giải quyết

- Điều kiện địa kỹ thuật vùng ĐBVB Quảng Nam - Đà Nẵng và xây dựng bản đồ phân

bố đất yếu sử dụng trong xây dựng đường giao thông

- Nghiên cứu cứu chi tiết về thành phần vật chất (thành phần khoáng vật, thành phần hóa học, vật chất hữu cơ và thành phần hạt) của các thành tạo đất yếu nhằm làm sáng

tỏ nguồn gốc, điều kiện thành tạo và tồn tại của đất yếu, đây là những yếu tố quan trọng quyết định đến tính chất xây dựng của đất yếu

- Nghiên cứu đặc tính biến dạng - cố kết thấm, xác định hệ số tỉ lệ m=Ch/Cv và sức kháng cắt của các thành tạo đất yếu, cung cấp cơ sở khoa học để lựa chọn, tính toán thiết kế giải pháp xử lý nền đất yếu được chính xác và hiệu quả hơn

- Xây dựng bản đồ cấu trúc nền đất yếu theo một hệ thống tiêu chí nhất quán, có cơ sở khoa học và dễ sử dụng trong trong xây dựng đường giao thông

5 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp kế thừa: Kế thừa các tài liệu, các công trình nghiên cứu đã có trong

khu vực có liên quan mật thiết với luận án, từ đó phát triển hướng nghiên cứu mới

3

- Phương pháp địa chất: Nghiên cứu sự thành tạo và sự phân bố các thành tạo trầm

tích đất yếu đa nguồn gốc

- Phương pháp số: Sử dụng phần mềm ArcMap 10.2.2 để lập các bản đồ chuyên đề

(bản đồ điều kiện địa kỹ thuật, bản đồ địa hình - địa mạo, bản đồ địa chất thủy văn, bản đồ phân bố đất yếu, bản đồ cầu trúc nền đất yếu); phần mềm Plaxis 8.5 để tính lún

và ổn định nền đắp

- Phương pháp thực nghiệm: Thí nghiệm trong phòng xác định các chỉ tiêu vật lý của

đất, thành phần vật chất, đặc tính biến dạng - cố kết thấm, sức kháng cắt (thí nghiệm cắt phẳng trực tiếp, thí nghiệm nén ba trục theo sơ đồ UU và CU) của đất và các thí nghiệm hiện trường (thí nghiệm cắt cánh hiện trường VST và xuyên tiêu chuẩn SPT)

- Phương pháp thống kê và địa thống kê: Nhằm xử lý số liệu, đưa ra giá trị trung bình

tính chất cơ lý, lập mối tương quan giữa các chỉ tiêu cơ lý, xử lý kết quả thí nghiệm,

- Phương pháp phân tích hệ thống: Nhằm phân tích các vấn đề lý thuyết và thực

nghiệm liên quan nội dung luận án

- Phương pháp phân tích tính toán lý thuyết: Nhằm tính toán - thiết kế các giải pháp

xử lý, tính toán các chỉ tiêu cơ lý của đất

- Phương pháp chuyên gia: Đề tài nghiên cứu là một vấn đề rất phức tạp, vừa có tính

tổng hợp, vừa mang tính chuyên sâu, do đó rất cần sự tham vấn, đóng góp của nhiều nhà khoa học, chuyên gia thông qua các hội nghị khoa học, hội thảo với sự tham gia của nhiều chuyên ngành khác nhau

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

4

7 Bố cục của luận án:

Ngoài mở đầu, kết luận và kiến nghị, nội dung luận án được trình bày trong 4 chương: Chương 1: Tổng quan các nghiên cứu tính chất cơ lý và ứng dụng cho xử lý nền đất yếu

Chương 2: Điều kiện địa kỹ thuật đồng bằng ven biển Quảng Nam - Đà Nẵng

Chương 3: Nghiên cứu thành phần vật chất và tính chất cơ lý của đất yếu

Chương 4: Cấu trúc nền đất yếu và phân tích lựa chọn thông số đất nền trong tính toán

xử lý nền đất yếu

5

LÝ VÀ ỨNG DỤNG CHO XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU

1.1 Tổng quan về nghiên cứu tính chất cơ lý nền đất yếu

1.1.1 Khái quát về đất yếu và nền đất yếu

Trong tự nhiên, những loại đất yếu thường gặp là đất loại sét (cát pha, sét pha và sét) trạng thái dẻo chảy đến chảy, cát bụi bão hòa nước hoặc các loại đất ở dạng bùn, than bùn, Tùy thuộc vào thành phần vật chất, phương thức và điều kiện hình thành, vị trí trong không gian, điều kiện địa lý, khí hậu, mà tồn tại những loại đất yếu khác nhau Xét theo nguồn gốc, đất yếu có thể được hình thành trong điều kiện lục địa, vũng vịnh, đầm hồ ở khu vực vùng cửa sông, tam giác châu, vịnh biển hoặc nguồn gốc biển được hình thành ở khu vực nước nông (<200 m), khu vực thềm lục địa (200 - 3000 m) Đất yếu được phân chia như sau:

- Đất dính yếu hay còn gọi là đất loại sét yếu trạng thái dẻo chảy đến chảy, độ sệt IL > 0,75 Tên của loại sét yếu này được gọi theo chỉ số dẻo (PI) và bao gồm cát pha (PI

<7), sét pha (PI =7 - 17 ) và đất sét (PI >17)

- Đất bùn hữu cơ, trong nghiên cứu đất xây dựng người ta thường chia đất hữu cơ theo hàm lượng vật chất hữu cơ chứa trong đất yếu và được gọi tên như sau: nếu hàm lượng hữu cơ <10% được gọi là bùn hữu cơ, đất than bùn có hàm lượng hữu cơ từ 10% - 60% và than bùn có chứa hữu cơ > 60% [1] Tuy vậy, theo 22TCN262-2000 thì đất than bùn, than bùn được gộp lại và thường gọi là than bùn với hàm lượng hữu cơ từ 20

- 80%, bùn hữu cơ nếu hàm lượng hữu cơ < 20% Ngoài ra, còn gọi tên đất theo mức

độ chứa hàm lượng hữu cơ: đất chứa ít hữu cơ (2 - 5%), đất chứa hàm lượng hữu cơ trung bình (5 - 10%), đất chứa nhiều hữu cơ (10 - 15%) và đất chứa rất nhiều hữu cơ (15 - 20%) Có các loại bùn hữu cơ như: bùn cát pha (PI< 7; e0= 0,9 - 1,0), bùn sét pha (PI = 7 - 17; e0 = 1,0 - 1,5) và bùn sét (PI >17; e0 >1,5) [2]

Trong các tiêu chuẩn Anh (BS), Mỹ (ASTM) thì than bùn và các loại đất chứa hữu cơ khác có giới hạn chảy và giới hạn dẻo rất cao, chúng đều nằm dưới đường A trên biểu

đồ dẻo và khi gọi tên đất đều phải kèm theo chữ Pt hoặc O như trên hình 1 phụ lục

6

- Cát bụi bão hòa nước thuộc loại đất rời hay đất loại cát Tên gọi loại đất này phải thoả mãn điều kiện: nhóm hạt có đường kính <2 mm chiếm > 50% và nhóm hạt có đường kính >0,1 mm phải <75% [1]

Các công trình nghiên cứu về đất yếu được đề cập rất nhiều trong các Hội nghị quốc tế

về “Cơ học đất, nền và móng” ở trên thế giới: Cambridge (1936), Rotterdam (1948), Paris (1961), Tallin (1965), Riga (1972) Tuy nhiên, khái niệm về đất yếu cho đến nay vẫn chưa có sự thống nhất cao V.D.Lomtadze xếp đất yếu vào nhóm đất có thành phần, trạng thái và tính chất đặc biệt [3] Bên cạnh đó, Lareal Pierre quan niệm đất yếu

là đất có khả năng chịu tải thấp (50 -100 kPa), tính nén lún lớn, hầu như bão hòa nước,

hệ số rỗng lớn (e0 >1), môđun biến dạng thấp (Eo< 5000 kPa), sức kháng cắt nhỏ [4] Theo quan điểm xây dựng của một số nước, đất yếu được xác định theo tiêu chuẩn về sức kháng cắt không thoát nước Su và chỉ số xuyên tiêu chuẩn N30 (đất rất yếu khi Su ≤ 12,5 kPa hoặc N30 ≤ 2 và đất yếu khi Su ≤ 25 kPa hoặc N30 ≤ 4) [5], [6], [7]

Theo TCVN 9355-2012 đất yếu là loại đất cần phải tiến hành xử lý mới có thể làm nền móng cho công trình Các loại đất yếu thường gặp là bùn, đất loại sét ở trạng thái dẻo chảy đến chảy Những loại đất này thường có độ sệt lớn (IL >0,75), hệ số rỗng lớn (e0

>1), góc ma sát trong nhỏ ( <100), cường độ lực dính đơn vị theo kết quả cắt nhanh không thoát nước c < 15 kPa, sức kháng cắt không thoát nước theo VST Su < 35 kPa,

có sức chống mũi xuyên qc < 10 kPa và chỉ số SPT là N30 < 5 [8] Nền đất là đất yếu nếu ở trạng thái tự nhiên, độ ẩm của đất gần bằng hoặc cao hơn giới hạn chảy, hệ số rỗng lớn, cường độ lực dính đơn vị c theo kết quả cắt nhanh không thoát nước c ≤15

kPa, φ = 00 - 100 hoặc sức kháng cắt không thoát nước theo VST Su ≤ 35 kPa [8]

Có thể nhận thấy trên thế giới và trong nước, khái niệm về đất yếu và nền đất yếu cho đến nay vẫn chưa rõ ràng và nhất quán, bởi lẽ đất có thể xem là “tốt” đối với CTXD này nhưng lại “yếu” với CTXD khác Trên quan điểm xem xét mối quan hệ tương tác giữa tính chất, quy mô tải trọng công trình vàsức chịu tải của nền đất, tác giả cho rằng:

Đất yếu là đất có khả năng chịu tải thấp (<50 - 100 kPa), độ bền kháng cắt được đặc trưng bằng cường độ lực dính đơn vị và góc ma sát trong thấp (c<10 kPa, φ<8 0

), khả năng biến dạng được đặc trưng bằng hệ số nén lún lớn (a≥ 10 kPa -1 ) và môđun tổng

và hiệu quả, nhằm đảm bảo sự ổn định lâu dài cho công trình

1.1.2 Nghiên cứu, sử dụng nền đất yếu trên thế giới

Khi nghiên cứu đất yếu, việc đảm bảo được độ nguyên trạng của mẫu đất ở trong phòng là quan trọng nhất và vấn đề này được nhiều tác giả quan tâm nghiên cứu TCCL của mẫu đất trước và sau khi phá hủy kết cấu tự nhiên có sự khác biệt nhau rất lớn, điều này được thể hiện rõ trên các đồ thị nén lún, quan hệ giữa ứng suất và biến dạng, sức kháng cắt và hệ số cố kết thấm của đất Thông qua các kết quả quan trắc hiện trường, các biểu đồ quan hệ giữa độ lún và thời gian, sự thay đổi ALNLR và dịch chuyển ngang theo thời gian, Zhang đã đưa ra các nhận định tương tự như đã đề cập ở trên Khi bị phá hủy kết cấu tự nhiên thì tính chất cơ học của đất loại sét yếu rất khó khôi phục Để đánh giá độ nguyên trạng của mẫu có thể sử dụng nhiều phương pháp khác nhau như: dựa vào độ hút dính của đất tại ứng suất hữu hiệu tự nhiên '

0

v

 , tốc độ truyền sóng cắt Dựa vào độ biến dạng khi nén cố kết hoặc độ biến dạng thể tích  

khi cố kết đẳng hướng trên máy nén ba trục ở trạng thái ứng suất hữu hiệu tự nhiên, Andresen và nnk chỉ ra rằng các mẫu có độ biến dạng thể tích  4 %được xem là đảm bảo tính nguyên trạng (với

1

1 0

1 e

e e

 ; khá tốt  2  4 %; mẫu bị phá hoại  4  8 % và mẫu xấu  8 %) [6]

Nhằm cung cấp đầy đủ và chính xác các chỉ tiêu cơ lý của đất yếu phục vụ xây dựng đường giao thông, cần phải sử dụng các phương pháp nghiên cứu thích hợp như phương pháp nghiên cứu thành phần vật chất, đặc điểm sức kháng cắt và cố kết của đất yếu được đề cập bởi Nagaraj.T.S, Norihiko Miura [9]

TPVC là yếu tố đóng vai trò quyết định đến TCCL của đất yếu Các nghiên cứu về

8

TPVC, trong đó nghiên cứu về TPKV của Ohtsubo và nnk đã khẳng định điều kiện tồn tại của đất yếu có vai trò quan trọng quyết định tới TPVC và TCCL của đất yếu [10] Đất loại sét yếu ở Nhật Bản có TPKV chủ yếu là Smectit với độ nhạy cao, đất sét ở Singapore có khoáng vật sét chiếm ưu thế là Kaolinit với độ nhạy trung bình và thấp, đất loại sét ở Pusan có khoáng vật chính là Vermiculit, Illit và có độ nhạy trung bình [6], [10] Ngoài ra, các tác giả như V.D.Lomtadze, V.P.Petrukhin cũng đã chú trọng đến việc nghiên cứu ảnh hưởng của độ nhiễm mặn đến giới hạn chảy, chỉ số dẻo và sức kháng cắt của đất Các nghiên cứu này được xem như là cơ sở cho những nghiên cứu về sau đối với đất nhiễm mặn ở nước ta Đất nhiễm phèn và các tính chất cơ học của đất cũng được nhiều tác giả đề cập [6] Trong tự nhiên, TCXD của đất đá không chỉ phụ thuộc vào TPVC mà còn phụ thuộc vào đặc điểm kiến trúc của nó (E.M Xergeev) Bên cạnh đó, cấu tạo tự nhiên của đất cũng có ý nghĩa quan trọng, quyết định đến TCXD của đất

Mặt khác, các tính chất cơ học của đất yếu cũng được nhiều tác giả quan tâm nghiên cứu một cách chuyên sâu Thật vậy, từ những năm 20 của thế kỷ trước, đặc tính cố kết của mẫu đất bão hòa nước đã được nghiên cứu bởi K Terzaghi dựa trên mô hình thí nghiệm nén một trục và lý thuyết này dần được hoàn thiện bởi nhiều nhà khoa học trên thế giới [6] Trên thực tế, các bài toán cố kết một trục của K.Terzaghi vẫn là mô hình

chính để tính toán các đặc tính cố kết của đất [5], [11], [12] Theo lý thuyết của K

Terzaghi và nnk (1925-1948), quá trình cố kết thấm xảy ra khi áp lực ngoài tác dụng vào đất hoặc do trọng lượng của các lớp nằm trên, khi đó đất được nén chặt và nước lỗ rỗng thoát ra ngoài Lần đầu tiên K Terzaghi (1924) đưa ra biểu thức thể hiện đặc tính rất cơ bản của cơ học đất, mặt dù nguyên lý áp lực hữu hiệu khá đơn giản ' u w

(trong đó  là áp lực tổng; 'áp lực hữu hiệu và u là ALNLR), song nó rất quan trọng w

trong nghiên cứu tính chất cơ học của đất [5], [13]

Bên cạnh đó, V.A Florin đã giải những bài toán cố kết có xét đến độ bền kiến trúc, gradient ban đầu, từ biến cốt đất, tính nén ép của nước lỗ rỗng, hàm lượng khí trong đất và sự thay đổi áp lực pháp tuyến theo thời gian, bỏ qua vai trò của áp lực tiếp tuyến Trong công trình nghiên cứu của mình, N.N.Verigin đã đưa ra khái niệm mới

9

hoàn toàn khác với K.Terzaghi, cụ thể là ngay thời điểm ban đầu khi mới đặt tải, nước

lỗ rỗng và hạt đất đều đồng thời chịu tác dụng của lực ngoài Mặt khác, V.A.Florin và nnk đã đề nghị lý thuyết cố kết dựa trên mô hình “lực thể tích” có tính chất tổng quát hơn, nhưng do phương trình vi phân theo sơ đồ này rất phức tạp, khó tìm được nghiệm tổng quát, vì vậy ít được sử dụng rộng rãi Theo P.L Berry và nnk (1972), khái niệm

về cố kết thứ cấp của đất loại sét do K Terzaghi (1941) và D.W Taylor đề xuất năm

1942 có thể áp dụng cho đất than bùn Nén thứ cấp nhận được từ sự điều chỉnh lại các hạt đất sau khi có sự phá vỡ cấu trúc xảy ra trong giai đoạn cố kết thứ cấp A.Dams (1963) mô tả quá trình cố kết thấm của đất than bùn được xem như việc thoát nước từ mạng vi lỗ rỗng trong cấu trúc của đất Kết quả nghiên cứu nén cố kết một trục đối với đất yếu của R Larsson (1986) cho thấy, cố kết từ biến trong đất than bùn phụ thuộc vào mức độ phân hủy hàm lượng hữu cơ Tuy nhiên, đối với đất loại sét yếu ở trạng thái bão hòa nước, chưa được nén chặt, để tính lún theo thời gian vẫn có thể dựa vào

cơ sở lý thuyết cố kết thấm (Hamilton và nnk, 1959) Vấn đề này được nhiều nhà khoa học trên thế giới xác nhận tại hội nghị Quốc tế “ Xây dựng công trình trên nền đất sét yếu bão hòa nước” ở Tallin 1965 [5]

A.Casagrande (1938) đã nghiên cứu và đưa ra phương pháp xác định áp lực tiền cố kết cho các loại đất dựa trên đường cong quan hệ giữa hệ số rỗng và logarit ứng suất tác dụng, đặc biệt là đất loại sét, trong đó có tính toán thời gian kết thúc cố kết sơ cấp (t100), nhằm xác định hệ số cố kết (Cv) của đất loại sét có tính chất mềm yếu thông qua phương pháp “đường cong phù hợp” Hiện nay, phương pháp này được áp dụng rộng rãi trong các tiêu chuẩn trên thế giới (ASTM 2435, JGS 2000, BS 1377) Ngoài ra, dựa vào kết quả quan trắc lún của mẫu đất theo thời gian, các nhà nghiên cứu đã đề xuất phương pháp khác nhau để tính toán hệ số cố kết (Cv) của đất như phương pháp logarit thời gian của A.Casagrande và Fadum, hay phương pháp căn bậc 2 thời gian của D.W.Taylor đã được công nhận và áp dụng trong các tiêu chuẩn xây dựng [11], [14] Đồng thời, Hiroyuki Tanaka (2002) đưa ra một số nhận định có giá trị như: chỉ số nén

Cc có quan hệ chặt chẽ với giới hạn chảy (LL), sức kháng cắt hữu hiệu không phụ thuộc vào chỉ số dẻo (PI) mà chỉ có tính bất đẳng hướng của sức kháng cắt có quan hệ chặt chẽ với chỉ số dẻo L.Bjerrum (1967) đã chỉ ra khi lấy mẫu, đất sẽ bị dỡ tải do sự

10

phân bố lại nước trong ống mẫu, khi thí nghiệm cần thiết lập lại điều kiện hiện trường [5], [6] Hanzawa (1989) đã đề cập đến các tính chất cơ học của đất yếu liên quan đến lịch sử tồn tại, phân tích ưu - nhược điểm của phương pháp Bjerrum, Shansep để xác định các thông số kháng cắt và giải thích rằng đất yếu bị quá cố kết (OCR>1) là do ảnh hưởng bởi quá trình nén thứ cấp, ximăng hóa trong thời gian tồn tại Đây là những nhận định quan trọng minh chứng cho quá trình cố kết của đất bị ảnh hưởng bởi các

quá trình địa chất [15]

Gần đây nhất, các nhà nghiên cứu ở Nhật Bản đã đề xuất phương pháp 3t, nhằm xác định thời gian kết thúc cố kết sơ cấp và đã được quy định trong tiêu chuẩn xây dựng JGS-2000, cũng như được giới thiệu rộng rãi trong các giáo trình thí nghiệm đất xây dựng trong phòng ở các nước phương Tây [11]

Bên cạnh đó, hệ số cố kết thấm ngang (Ch), hệ số thấm theo phương ngang (kh) quyết định việc lựa chọn GPXL nền đất yếu và được các nhà khoa học quan tâm nghiên cứu

Từ những năm 1966, P.W.Rowe đã chế tạo thiết bị thấm ngang và sau đó là các tác giả khác như: Tavenas (1983), Seah và nnk (2003 - 2004), Bergado (2002) Mặt khác, Chcòn được xác định ở trong phòng và hiện trường từ bài toán phân tích ngược dựa theo kết quả quan trắc lún hoặc đo ALNLR Dựa vào kết quả quan trắc thử nghiệm cho đất sét yếu ở Bangkok trên nền xử lý bằng bấc thấm, Bergado và nnk (2002) xác định giá trị Ch=2,8 m2/năm ở độ sâu từ 4 - 8 m khi giả thiết ds/dw = 2, kh/ks =5 Tuy nhiên, Seah

và nnk (2004) xác định hệ số Ch = 0,75 m2/năm khi giả thiết ds/dw =2, kh/ks =1,4 [6]

Ngoài ra, đặc tính sức kháng cắt của đất yếu đóng vai trò quan trọng trong tính toán,

đề xuất cũng như thiết kế các GPXL nền đường đất yếu Hệ số Bjerrum để hiệu chỉnh sức kháng cắt không thoát nước có độ chính xác thấp, mỗi loại đất khác nhau cho giá trị của hệ số này khác nhau Thật vậy, các nhà nghiên cứu đã chỉ ra rằng, sức kháng cắt không thoát nước cu (Su) của đất loại sét cố kết thông thường tăng tuyến tính với sự giảm độ ẩm, mà độ ẩm thường giảm tuyến tính theo độ sâu Do đó, sức kháng cắt không thoát nước tăng tuyến tính theo độ sâu và đối với mỗi loại đất khác nhau tỉ số

cu/v' là hằng số Nhiều tương quan giữa sức kháng cắt không thoát nước với các chỉ tiêu vật lý cơ bản của đất như độ ẩm (W), giới hạn chảy (LL), chỉ số dẻo (PI) đã được

11

nghiên cứu và kiến nghị trong các bài viết của các tác giả như: Bjerrum (1972), Azzouz (1983), Duncan (1989), Kulhawy và Mayne (1990), Morris và nnk (1994) [16], [17] Trong các tương quan đó, các tác giả đều quan niệm đất nền bão hoà có 0



 và sức kháng cắt của đất được biểu thị bằng cường độ lực dính đơn vị không

thoát nước cu (Su) Skempton (1957) đã đưa ra mối liên hệ giữa tỉ số cu/v' với chỉ số dẻo (PI) theo công thức thực nghiệm cu/v'=0,11+0,0037PI Bjerrum (1972) đề nghị sức kháng cắt không thoát nước Su nên xác định từ kết quả thí nghiệm cắt cánh hiện trường được hiệu chỉnh theo hệ số  [16] Gần đây, tương quan hoàn chỉnh hơn được

đưa ra bởi Terzaghi, Peck và nnk (1996) Quan niệm tỉ số cu/v' cho sét cố kết bình thường cũng được mở rộng thêm và phù hợp cho sét quá cố kết như kết quả nghiên cứu của Shansep Các kết quả nghiên cứu chỉ tập trung cho một loại đất nhưng là cơ sở quan trọng định hướng cho công tác nghiên cứu đất yếu về sau [5], [6]

Cấu trúc nền cùng với TPVC và TCCL của đất yếu là yếu tố đóng vai trò quan trọng cần được quan tâm xem xét, làm cơ sở cho việc đề ra công tác khảo sát, lựa chọn, thiết

kế GPXL nền đường Do đó, nghiên cứu CTN đất yếu phục vụ xây dựng đường được

đề cập trong công trình nghiên cứu của nhiều tác giả Thật vậy, M.V.Ras (1973) đưa ra khái niệm về mô hình cấu trúc, trong đó có mô hình điều kiện tự nhiên, mô hình nền tự nhiên và các khái niệm về miền xác định của công trình Trong nhiều tác phẩm khác, các tác giả đã chỉ ra các dạng sơ đồ CTN và các giải pháp nền móng thích hợp với từng dạng CTN khác nhau Nghiên cứu CTN không thể tách rời với nghiên cứu môi trường ĐCCT – ĐKT, vấn đề này được đề cập bởi các tác giả thuộc Liên Xô củ như:

E.M Xergheev (1979); G.K Bônđaríc (1981) [5], [12], [18], [19]

Song song với công tác nghiên cứu TPVC và TCCL của đất yếu, thì việc nghiên cứu các GPXL nền đất yếu cũng được tiến hành từ những năm 1960 và không ngừng được cải tiến cho đến nay Trên thế giới vải địa kỹ thuật được áp dụng 1960, đến năm 1990

các nước trong khối ASEAN bắt đầu áp dụng vải địa kỹ thuật [5], [7] Phương pháp

gia cố nền đất yếu bằng cọc đất - vôi/xi măng là một công nghệ được thế giới biết đến, nhưng từ năm 1990 trở lại đây phương pháp này mới đạt công nghệ hoàn chỉnh và áp dụng rất hiệu quả trong các dự án đường bộ, đường sắt Từ năm 1960, Nhật Bản là

12

nước dẫn đầu trong việc nghiên cứu và phát triển công nghệ cọc xi măng - đất [5], [7]

Từ những năm 90 thế kỷ trước, lần đầu tiên công nghệ xử lý đất yếu bằng bấc thấm (PVD) kết hợp gia tải trước được sử dụng rộng rãi trên thế giới do thi công nhanh và mang lại hiệu quả tốt Để giải bài toán cố kết thấm theo ba hướng được đơn giản, N.Carrillo (1942) đã đưa ra một định lý để phân bài toán cố kết thấm ba hướng thành

tổ hợp của bài toán cố kết thấm một hướng và bài toán cố kết theo hướng bán kính K.Terzaghi (1951) đã có lời giải cho bài toán cố kết thấm một hướng, R.E.Glover (1930) hoặc R.A.Barron (1948) đã có lời giải cho bài toán cố kết thấm theo hướng bán kính và dựa vào kết quả đó để tính lún của nền khi tiến hành xử lý bằng giếng cát kết

hợp gia tải nén trước [5], [6], [7] Nghiên cứu ĐKT cho xử lý nền bằng CKDVC ngày

càng được hoàn thiện, nghiên cứu của các tác giả chủ yếu đề cập đến vấn đề sau: Đặc điểm gia cố của các loại đất có thành phần hạt và khoáng vật khác nhau, liều và lượng CKD cần gia cố, các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình hình thành độ bền của hỗn hợp gia

cố Cải tạo đất yếu bằng CKD có hiệu quả thấp khi hàm lượng SO3 và SO4 trong đất chiếm hơn 0,2% và 0,5% hoặc nước dưới đất chứa SO3 >300 mg/l (Sherwood, 1957) Chất hữu cơ trong đất có khuynh hướng hấp phụ ion canxi từ các CKD đưa vào trong đất (Kuno, 1889); khi hàm lượng chất hữu cơ trong đất >2% và pH <5 thì hiệu quả gia

cố bằng xi măng thấp (Anon, 1990) Hàm lượng vôi thích hợp để cải tạo đất yếu ở Bangkok là 5 - 10% (Balasubramaniam, 1988 - 1989) Độ bền nén nở hông qu của hỗn hợp đất hạt thô gia cố xi măng lớn hơn so với đất bụi, sét được gia cố (Mitchell, 1981)) Các yếu tố ảnh hưởng tới khả năng cải tạo đất bằng xi măng là loại, lượng xi măng, thời gian và nhiệt độ bảo dưỡng, loại đất, TPKV cũng như đặc điểm môi trường nước lỗ rỗng [5], [20] Gần đây phương pháp xử lý đất yếu bằng gia tải nén trước kết hợp hút chân không được áp dụng rộng rãi và đã thu được những thành quả nhất định Công nghệ bơm hút chân không xử lý nền đất yếu lần đầu tiên được giới thiệu vào năm 1952 bởi tiến sĩ W Kjellman Sau đó bài toán cố kết hút chân không được nghiên cứu lại bởi giáo sư Cognon với một số nguyên tắc lý thuyết cơ bản mới Đến những năm 70, phương pháp này được ứng dụng rộng rãi, đặc biệt là ở Nga, Nhật, Trung Quốc và sau đó đã được ứng dụng rộng rãi ở nhiều nước trên thế giới

1.1.3 Tình hình nghiên cứu đất yếu ở Việt Nam

13

Việt Nam đã và đang nghiên cứu, ứng dụng nhiều thành tựu khoa học về nghiên cứu đất yếu của thế giới trong xây dựng đường giao thông và đã đạt được những thành tựu bước đầu, điển hình là công tác nghiên cứu đất yếu tại ĐBBB và ĐBSCL

Nghiên cứu điều kiện hình thành, nguồn gốc, đặc điểm phân bố, TPVC và cấu trúc của đất yếu được nhiều tác giả quan tâm Đỗ Minh Toàn và nnk (1993) đã đặt nền móng cho nghiên cứu đất nhiễm mặn ĐBBB Nguyễn Văn Thơ và nnk (1999) chỉ ra rằng khi hàm lượng muối tăng từ 0 - 1% thì tính dẻo giảm, cường độ lực dính đơn vị và góc ma sát trong của đất giảm; hệ số rỗng tăng khi đất bị rửa muối, đất bị trương nở trong môi trường nước ngọt và giảm tính xói rửa Đất loại sét yếu phổ biến ở ĐBSCL là bùn sét

và bùn sét pha, TPKV chủ yếu là khoáng vật sét Kaolinit, Illit, sau đó là Chlorit và Montmorilonit, đất thuộc dạng nhiễm muối và nhiễm muối ít, có nơi muối đạt tới 2%, hàm lượng hữu cơ trong đất đạt tới 10%; đất hầu như chưa được nén chặt, độ lỗ rỗng lớn, tính nén lún cao, sức kháng cắt nhỏ và đây là các đối tượng không thuận lợi cho

Hà (2004); Nguyễn Đình Thứ (2005); Lê Trọng Thắng (2006); Jiro Takermura

(2007),… [6], [18], [19] Công tác khảo sát ĐCCT – ĐKT của đất loại sét yếu từ trước

tới nay ở ĐBSCL cho thấy đặc tính cố kết của đất chỉ thu được từ thí nghiệm nén cố kết thông thường, hệ số quá cố kết OCR giảm dần theo độ sâu, giá trị nhỏ hơn 1 và có

sự thay đổi khá lớn của hệ số rỗng (e) khi mẫu được nén lại tới áp lực bản thân [6], [21] Điều đó chứng tỏ mẫu đất thí nghiệm đã bị mất tính nguyên trạng bởi quá trình

lấy mẫu cũng như việc bảo quản và vận chuyển mẫu không chuẩn Các thông số cố kết của đất yếu ĐBBB và ĐBSCL được nghiên cứu rất tỉ mĩ, tuy nhiên ở miền Trung nói chung và ĐBVB Quảng Nam – Đà Nẵng nói riêng chưa có các nghiên cứu chuyên sâu

Các tác giả Vương Văn Thành (1999), Phạm Văn Long (2010) [6], [22] nhận định hệ

14

số cố kết thấm theo phương ngang Ch là thông số quyết định đến khoảng cách bố trí thiết bị tiêu thoát nước thẳng đứng, vì thế liên quan đến thời gian thi công và giá thành xây dựng Ở Việt Nam, việc xác định Ch trong phòng hầu như hạn chế và chỉ có một

số ít tài liệu nghiên cứu xác định Ch bằng thí nghiệm đo tiêu tán ALNLR trên thiết bị xuyên tiêu chuẩn CPTu, hoặc tính toán Ch từ bài toán ngược quan trắc lún và quan trắc nước lỗ rỗng ngoài hiện trường Theo 22TCN262-2000, hệ số cố kết ngang Ch cũng có thể xác định thông qua thí nghiệm nén lún không nở hông đối với mẫu nguyên trạng

và lấy mẫu thí nghiệm ở thế nằm ngang trong tự nhiên, hoặc ở giai đoạn lập dự án khả thi trong tính toán cho phép tạm sử dụng quan hệ C h (25)C v [2] Tuy nhiên, điều này không dễ lựa chọn vì quyết định đến chất lượng xử lý nền, mạng lưới thiết bị tiêu thoát nước và giá thành công trình Phạm Thị Nghĩa và nnk (2005) cho rằng, hệ số cố kết theo phương ngang phụ thuộc vào nguồn gốc và thành phần của đất yếu Đối với bùn sét hữu cơ nguồn gốc hồ - đầm lầy C h/C v 2,43,5; bùn sét pha nguồn gốc sông

- biển C h/C v 1,56,1; bùn sét pha nguồn gốc biển - đầm lầy C h/C v 1,37,6 [23] Đất bùn sét và bùn sét pha (mbQ21-2hh) phân bố phổ biến ở ĐBBB có hệ số cố kết theo

phương ngang (xác định bằng thiết bị CPTu) thay đổi như sau: đất bùn sét có Ch

=0,96.10-3 - 2,63.10-3 cm2/s (Đình Vũ - Hải Phòng) và Ch=0,46.10-3 - 1,95.10-3 cm2/s (Yên Sở - Thanh Trì, Hà Nội); đất bùn sét pha Ch=3,09.10-3 - 3,80.10-3 cm2/s (Đình Vũ – Hải Phòng) và Ch =2,57.10-3 - 20,33.10-3 cm2/s (Yên Sở - Thanh Trì, Hà Nội) [24] Đối với đất bùn sét (amQ22-3) ĐBCSL [6] Ch=1,27 - 30,48 m2/năm và

35,1200

,

1

/ v  

h C

C (giai đoạn cố kết thông thường) Đây là cơ sở khoa học quan trọng

để nghiên cứu, đề xuất công tác khảo sát ĐCCT - ĐKT và lựa chọn, thiết kế các GPXL nền đất yếu trong xây dựng đường Bên cạnh đó, hệ số cố kết theo phương ngang tương đương (Ch(ap)) theo lý thuyết của Barron (1984) cho nền xử lý bằng bấc thấm cũng được các tác giả đề cập Các kết quả nghiên cứu cho thấy giá trị Ch và Ch(ap) thay đổi khá phức tạp, phụ thuộc vào điều kiện và môi trường thành tạo của đất yếu

Song song với đặc tính cố kết, các đặc tính biến dạng của đất cũng được các tác giả quan tâm nghiên cứu Kết quả nghiên cứu sức kháng cắt cố kết - thoát nước của đất

15

loại sét tại Hải Phòng, Sóc Trăng và Trà Vinh trên thiết bị cắt phẳng cho thấy: thời gian cố kết đối với từng loại đất phụ thuộc vào trạng thái của đất (đất trạng thái nửa cứng đến dẻo cứng từ 1 - 2 giờ, trạng thái dẻo mềm từ 2 - 4 giờ và đất yếu trạng thái dẻo chảy đến chảy từ 6-8 giờ với tốc độ cắt khoảng 0,12 mm/phút) Giá trị sức kháng cắt hữu hiệu thay đổi cũng phụ thuộc vào trạng thái của đất loại sét (đất trạng thái chảy: c’=5,3 kPa, '=21018’; đất trạng thái dẻo chảy: c’= 5,8 - 5,9 kPa, '= 22038’ -

23042’; đất trạng thái trạng thái dẻo mềm: c’= 7,6 -7,8 kPa, =25038’; đất trạng thái dẻo cứng c’= 8,7 kPa, '=26000’; đất trạng thái nửa cứng c’= 13 kPa, '=28042’) [25] Xây dựng các phương trình tương quan giữa các chỉ tiêu cơ lý đất yếu cũng được các tác giả quan tâm Tương quan sức giữa kháng cắt không thoát nước của đất sét mềm tại khu đô thị mới Nhà Bè theo độ sâu và mức độ nén chặt được xác lập theo phương

trình

) 0017 , 0 exp(

1503

,

2

081 , 8 386

, 1

' '

w vo u

đất sét yếu ở ĐBSCL [6] Như vậy, sử dụng các tương quan chặt chẽ của sức kháng cắt

không thoát nước cho phép dự báo sự gia tăng sức kháng cắt trong xử lý nền

Bên cạnh đó, các nhà nghiên cứu trong nước đã và đang nghiên cứu, áp dụng các GPXL nền đất yếu ở Việt Nam Từ những năm 1960, Bộ Kiến trúc đã có kinh nghiệm trong thiết kế thi công cọc tre, cọc cát, đệm cát; Bộ Giao thông đã áp dụng nhiều loại cọc và phương pháp nổ mìn, Bộ Thủy lợi đã áp dụng cọc vữa xi măng trong một số công trình Các trường Đại học, các Viện nghiên cứu đã có nhiều đóng góp trong nghiên cứu lý luận tính toán và thí nghiệm Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ, nhiều GPXL nền đất yếu được đưa vào áp dụng Khi tính toán thiết kế các GPXL nền đất yếu sẽ sử dụng những chỉ tiêu cơ lý khác nhau hoặc phải sử dụng tổ hợp các chỉ tiêu phù hợp (bảng 1 phụ lục), vấn đề này được đề cập trong công trình nghiên cứu của nhiều tác giả [26], [27], [28], [29], [30], [31]

Giải pháp vải địa kỹ thuật, lưới địa kỹ thuật, ống địa kỹ thuật cũng đã được áp dụng lần đầu tiên tại Việt Nam từ cuối những năm 90 của thế kỷ 20 trong các công trình

16

giao thông, dân dụng và thủy lợi Về lĩnh vực này có các tác giả quan tâm nghiên cứu như: Bùi Đức Hợp (2000), Trần Tiến Quốc Đạt (2005); Bùi Quốc Bình và nnk (2010), Hoàng Hồng Giang (2011); Nguyễn Thống Nhất (2014)

Công nghệ cọc đất - vôi/xi măng lần đầu tiên được Viện Địa kỹ thuật Thụy Điển chuyển giao công nghệ cho Bộ xây dựng vào những năm 1992 - 1994, sử dụng trong gia cường nền nhà và công trình dân dụng Nguyễn Hữu Trí (2010) cũng đã xác định hàm lượng CKDVC cho cải tạo đất nền đường tại Tiền Giang, tác giả kiến nghị tỉ lệ đất trộn với 6, 8 và 10% vôi; 3%+3%, 5%+3%, 7%+3% hỗn hợp vôi + xi măng;

3%+4%, 5%+4%, 7%+4% hỗn hợp xi măng + nhũ tương [32] Bên cạnh đó, còn có

công trình nghiên cứu của các tác giả khác như Đoàn Thế Mạnh (2010) [33], Thái Hồng Sơn (2014) [34], Nguyễn Thành Đạt (2016) [35]

Phương pháp gia tải nén trước kết hợp bấc thấm (PVD) là một trong những công nghệ

đã được nghiên cứu và ứng dụng ở Việt Nam những năm 1990 trong xử lý đường giao thông Mặt dù giải pháp này đã mang lại những hiệu quả trong giai đoạn đầu ứng dụng đại trà ở Việt Nam, nhưng vẫn còn bộc lộ một số bất cập như lún dư vượt giới hạn quy định sau khi đưa vào khai thác, tốc độ lún có sự sai khác đáng kể so với thiết kế Điển

hình có công trình nghiên cứu của các tác giả như: Nguyễn Thị Nụ (2015) [6], Trần

Xuân Thọ (2013) [29], Nguyễn Đình Thứ (2013) [30], Nguyễn Thị Nụ (2016) [36] Cùng với sự phát triển mạnh của nền kinh tế đất nước, nhu cầu xây dựng các công trình ở khu vực ĐBVB là rất lớn Công nghệ hút chân không (HCK) kết hợp gia tải nén trước xử lý nền đất yếu đã được ứng dụng trong xây dựng một số công trình công nghiệp, dân dụng và giao thông trong thời gian gần đây Ở Việt Nam, phương pháp trên lần đầu được áp dụng tại cụm công trình khí điện đạm Cà Mau vào năm 2002, năm 2008 công nghệ này được áp dụng vào dự án nhà máy Nhiệt điện Nhơn Trạch 2,

dự án đường cao tốc Hồ Chí Minh - Long Thành - Dầu Giây và nhiều công trình khác Mặt khác, công tác nghiên cứu thành phần vật chất và TCCL của đất yếu chưa đủ phản ánh khả năng xây dựng của nền đất yếu trong thực tế Sự tồn tại của đất yếu trong CTN và MTĐC cũng như mối quan hệ của đất yếu với các thành tạo đất đá xung quanh có vai trò quan trọng quyết định đặc tính, khả năng xây dựng của đất yếu, lựa

17

chọn giải pháp móng và các GPXL nền đất yếu phù hợp với từng kiểu CTN, nhằm đảm bảo sự ổn định của công trình và tiết kiệm chi phí Do vậy, việc phân chia CTN, đặc biệt là CTN đất yếu là rất cần thiết và đã được nhiều tác giả quan tâm nghiên cứu Nguyễn Thanh (1984) phân loại và thành lập bản đồ CTN các CTXD ở Việt Nam [37] Bên cạnh đó còn có công trình nghiên cứu của các tác giả cho đất yếu ĐBBB và ĐBSCL [12], [38], [6], Đoàn Thế Tường (1993), Nguyễn Văn Thơ và nnk (2002) [6]

1.2 Tình hình nghiên cứu, xử lý nền đất yếu ở ĐBVB Quảng Nam – Đà Nẵng

ĐBVB Quảng Nam - Đà Nẵng có điều kiện địa hình, khí hậu, chế độ thủy văn - hải văn hoàn toàn khác biệt so với ĐBBB và ĐBSCL, nên đất yếu được hình thành từ các trầm tích đa nguồn gốc, diện phân bố không đồng đều, bề dày đất yếu có sự thay đổi lớn, đồng thời ít lộ ra trên mặt hơn Nhằm đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế - xã hội của cả nước nói chung và khu vực miền Trung, Tây Nguyên nói riêng, hạ tầng giao thông ở ĐBVB Quảng Nam - Đà Nẵng không ngừng được nâng cấp và mở rộng Nhiều tuyến đường đi qua khu vực phân bố đất yếu, đòi hòi phải áp dụng các GPXL

để đảm bảo độ ổn định của công trình Vì vậy, vấn đề đất yếu bắt đầu được các tác giả quan tâm nghiên cứu Nguyễn Thu Hà (2013) nghiên cứu ảnh hưởng của tốc độ đắp gia tải đến biến dạng và khả năng chịu tải của nền đường đắp trên đất yếu khu vực Thành phố Đà Nẵng, xây dựng phần mềm HRUST 1.0.0để rút ngắn thời gian tính toán thiết kế [39] Bùi Hồng Trung (2006) tiến hành phân tích, đánh giá, lập sơ đồ phân bố

và tổng kết các GPXL đất yếu đã áp dụng của các công trình ở thành phố Đà Nẵng

[40] Đỗ Minh Toàn và nnk (2008) phân chia CTN đất yếu khu vực Đà Nẵng [41]

Thực tiễn xây dựng ở ĐBVB Quảng Nam - Đà Nẵng cho thấy, các giải pháp đã và đang áp dụng hiện nay trong xử lý nền đường đất yếu bao gồm: đắp gia tải tạm thời, đắp theo giai đoạn, gia tải nén trước kết hợp bấc thấm, vải địa kỹ thuật, đào bỏ 1 phần hoặc toàn bộ lớp đất yếu và thay bằng lớp đệm cát Trên cơ sở HSTK các GPXL nền đường đất yếu thu thập được [40] [42] tác giả đưa ra một số nhận xét như sau:

- Khi sử dụng phương án đào bỏ 1 phần đất yếu, sẽ không có phần kiểm tra tính toán

ổn định, tính lún và xác định thời gian cố kết

- Chủ yếu chỉ kiểm tra ổn định tổng thể và hầu hết các đơn vị Tư vấn thiết kế sử dụng

18

Slope/W trong phần mềm Geo-Slope Office để kiểm tra

- Tính lún bao gồm lún tức thời và lún cố kết áp dụng theo hướng dẫn tại sách tham khảo, ít theo quy trình Tính lún tức thời chỉ sử dụng hệ số kinh nghiệm nội suy từ độ lún cố kết

- Có tính lún cố kết theo thời gian nhưng chưa thể hiện được sự tương quan giữa các yếu tố như: chiều cao đắp; tốc độ đắp; thời gian đắp, thời gian chờ với độ lún nền đắp

và mức độ cố kết đất nền để tiện kiểm tra theo dõi trong quá trình thi công

Mặt dù hiện nay khi tính toán thiết kế các GPXL nền đường đất yếu, các đơn vị Tư vấn thiết kế đều tuân thủ theo 22TCN262-2000 Tuy nhiên, tác giả nhận thấy hầu hết các hồ sơ còn tồn tài khá nhiều điểm giống nhau, cụ thể:

- Hầu hết các hồ sơ bỏ qua đánh giá mức độ ổn định và diễn biến độ lún nền đắp trực tiếp khi chưa xử lý

- Chọn số liệu đầu vào để tính toán chưa hợp lý, đặc biệt là chỉ tiêu cơ lý của đất nền

tự nhiên (đất yếu): số liệu không đủ do lập đề cương khảo sát hoặc thiết bị thí nghiệm không đáp ứng Thực tế đó buộc các đơn vị phải sử dụng số liệu theo bảng tra hoặc tài liệu tham khảo; các số liệu trong hồ sơ thiết kế thường thiếu Su, E0, Pc, kv, kh, Cv, Ch, m=Ch/Cv, Cc, Cs; việc chọn sơ đồ thí nghiệm chưa phù hợp; khối lượng khảo sát ít, số lượng mẫu thí nghiệm bị hạn chế Do vậy, trong quá trình thi công và sử dụng công trình thường phát sinh sự cố ở các tuyến đường như: đường tránh Đà Nẵng, đường ven sông Tuyên Sơn - Túy Loan, kênh thoát nước chính từ cầu Đò Xu ra sông Cẩm Lệ

Từ những phân tích, đánh giá nêu trên, tác giả nhận thấy các công trình nghiên cứu còn ít, TCCL của đất yếu chưa được nghiên cứu một cách có tính hệ thống và đồng bộ TPVC không những ảnh hưởng đến TCCL của đất mà còn đóng vai trò quan trọng trong việc lựa chọn, đề xuất, thiết kế giải pháp xử lý nền đường đất yếu Các đặc tính sức kháng cắt của đất yếu đóng vai trò quan trọng trong tính toán đề xuất cũng như thiết kế các GPXL nền đường, nhưng phần lớn các đơn vị sản xuất lựa chọn phương pháp và sơ đồ thí nghiệm chưa phù hợp với điều kiện làm việc thực tế của nền đất Do vậy, chưa có đủ luận cứ khoa học để làm cơ sở cho việc đề ra công tác khảo sát, lựa

19

chọn và thiết kế các GPXL nền đường đất yếu được chính xác và hiệu quả hơn

1.3 Các thành tựu, tồn tại trong nghiên cứu xử lý nền đất yếu và những vấn đề luận án tiếp tục giải quyết

1.3.1 Các thành tựu cơ bản trong nghiên cứu, sử dụng đất yếu

Nhìn chung, công tác nghiên cứu TCCL và giải pháp cải tạo đất yếu trên thế giới đã đạt được một số thành tựu nổi bật thuộc các lĩnh vực nghiên cứu khác nhau, từ cơ bản đến chuyên sâu Trong đó, các nghiên cứu về TPVC, TCCL của đất yếu được thực hiện một cách tương đối có hệ thống, đồng bộ và khoa học Ở Việt Nam, công tác nghiên cứu đất yếu trong xây dựng đường giao thông đã đạt được những thành tựu nhất định, đặc biệt là tại ĐBBB và ĐBSCL Các công trình nghiên cứu đã làm sáng tỏ được nguồn gốc, chiều dày, đặc điểm phân bố, TPVC, TCCL của đất yếu một cách có

hệ thống, đồng bộ và khoa học Kế thừa các thành tựu trong lĩnh vực địa kỹ thuật cải tạo đất yếu trên thế giới, Việt Nam đã nghiên cứu và áp dụng thành công các GPXL nền đất yếu cho một số dự án lớn như: QL5, QL51, QL10 và đường Láng – Hòa Lạc (vải địa kỹ thuật), dự án nâng cấp QL5 đoạn Km 47 - Km62, QL51, đường Láng – Hòa Lạc (bấc thấm) Vấn đề CTN đất yếu được các tác giả nghiên cứu chi tiết cho ĐBBB và ĐBSCL, đây là luận cứ khoa học phục vụ thiết kế đường giao thông

1.3.2 Những tồn tại chủ yếu trong nghiên cứu, sử dụng đất yếu ở Việt Nam

Công tác nghiên cứu TCCL và giải pháp xử lý nền đất yếu phục vụ xây dựng đường ở trong nước đã đạt được những thành tựu cơ bản nêu trên Tuy nhiên, do Việt Nam ứng dụng những thành tựu mới của thế giới ở giai đoạn đầu nên công tác nghiên cứu đất yếu còn những hạn chế nhất định Mặt dù các GPXL nền đất yếu ở Việt Nam đã và đang áp dụng có tính thực tiễn cao, tuy nhiên việc lựa chọn, phân tích và đề xuất các GPXL cũng như cung cấp các TCCL của đất yếu vẫn còn nhiều vấn đề bất cập, thiếu chính xác Khi lựa chọn các GPXL thường chưa xét đến tính hiệu quả, chưa coi trọng giải pháp vừa kinh tế vừa đảm bảo yêu cầu kỹ thuật và bảo vệ môi trường, một số công trình sử dụng công nghệ chưa hợp lý, gây nên sự cố đáng tiếc và lãng phí lớn Có thể nói, trong những năm qua, kể từ khi nền kinh tế nước ta mở cửa, công tác nghiên cứu đất yếu còn bộc lộ nhiều tồn tại chưa được giải quyết một cách triệt để và có cơ sở

- Các nghiên cứu cơ bản chưa đầy đủ, chưa có tính hệ thống nên việc khai thác sử dụng đất yếu vào mục đích xây dựng còn chưa hợp lý dẫn đến lãng phí trong xây dựng, nhất là trong xây dựng đường

- Việc áp dụng các thành tựu nghiên cứu trong cải tạo ĐKT đất yếu của thế giới vào Việt Nam chưa hợp lý, nên chưa phát huy được hết những ưu điểm của các GPXL

1.3.3 Các vấn đề tồn tại trong nghiên cứu, xử lý đất yếu ở ĐBVB Quảng Nam – Đà

Nẵng cần tiếp tục giải quyết trong đề tài luận án

Nghiên cứu TCCL đất yếu phục vụ xây dựng đường giao thông cần phải làm sáng tỏ được vị trí phân bố của đất yếu trong CTN, chiều dày, TPVC và TCCL của đất yếu

Đó là cơ sở để đề xuất các GPXL nền có thể áp dụng và kiến nghị sử dụng các chỉ tiêu

cơ lý trong thiết kế xử lý nền đường Tuy nhiên, tác giả thấy rằng công tác nghiên cứu đất yếu ở khu vực vẫn còn một số vấn đề tồn tại chủ yếu sau đây:

- Công tác nghiên cứu chưa đề cập đến các yếu tố chủ yếu về sự hình thành TCCL của đất yếu, đặc biệt là chưa quan tâm đến tuổi, nguồn gốc thành tạo trầm tích, điều kiện tồn tại của đất yếu trong tự nhiên, bề dày, độ sâu và đặc điểm phân bố, quan hệ giữa đất yếu với các thành tạo đất đá phía bên trên và bên dưới đất yếu

- Phương pháp tiếp cận nghiên cứu còn thiếu tính khoa học và hệ thống Phần lớn các công trình nghiên cứu chưa xem TPVC của đất là yếu tố quan trọng quyết định TCCL của đất yếu, mà TPVC lại phụ thuộc vào nguồn gốc, điều kiện hình thành và tồn tại của đất yếu Chỉ có xem xét đầy đủ mối quan hệ tương tác giữa các yếu tố trên mới có thể lý giải được bản chất hình thành TCCL của đất yếu

- Chưa đủ luận cứ khoa học để lựa chọn, tính toán thiết kế GPXL nền đường chính xác

và hiệu quả Nên việc khai thác sử dụng đất yếu vào mục đích xây dựng còn chưa hợp

21

lý dẫn đến lãng phí, đặc biệt là trong xây dựng đường

Từ những phân tích nêu trên, tác giả tập trung đi sâu nghiên cứu một cách có hệ thống

và đầy đủ về TPVC, TCCL của đất yếu phân bố ở vùng ĐBVB Quảng Nam – Đà Nẵng, nhằm phục vụ thiết kế xây dựng đường giao thông, cụ thể như sau:

- Tổng quan về nghiên cứu TCCL và ứng dụng cho xử lý nền đất yếu trên thế giới, Việt Nam và ĐBVB Quảng Nam - Đà Nẵng Đánh giá những thành tựu, tồn tại và chỉ

ra các vấn đề mà luận án tập trung giải quyết

- Đánh giá chi tiết điều kiện địa kỹ thuật vùng ĐBVB Quảng Nam - Đà Nẵng trên quan điểm hệ thống

- Sự hình thành đất yếu và đặc điểm chung về sự phân bố không gian đất yếu

- Xây dựng bản đồ phân bố đất yếu tỉ lệ 1/50.000 theo một tiêu chí nhất quán, khoa học và dễ sử dụng

- Nghiên cứu cứu chi tiết về TPVC nhằm làm sáng tỏ nguồn gốc, điều kiện thành tạo

và tồn tại của đất yếu, đây là những yếu tố quan trọng quyết định TCXD của đất yếu

- Nghiên cứu chi tiết về đặc tính biến dạng - cố kết thấm, xác định hệ số tỉ lệ m= Ch/Cv

và sức kháng cắt của các thành tạo đất yếu

- Trên cơ sở kết quả nghiên cứu TPVC và TCCL của đất yếu xây dựng bản đồ cấu trúc nền đất yếu tỉ lệ 1/50.000 theo một tiêu chí nhất quán, có cơ sở khoa học và dễ sử dụng trong lựa chọn, tính toán thiết kế GPXL nền đường

1.4 Phương pháp luận và cách tiếp cận

Sự hình thành tính chất cơ lý của đất yếu là kết quả của quá trình trầm tích và sự tương tác giữa môi trường địa chất với môi trường xung quanh Đất yếu khu vực nghiên cứu

là những trầm tích trẻ, hiện đại được hình thành từ nhiều nguồn gốc khác nhau Do đó, quá trình lắng đọng và biến đổi về sau của trầm tích đất yếu chịu tác động của các yếu

tố môi trường tự nhiên hiện đại Do sự tương tác giữa MTĐC và môi trường tự nhiên không giống nhau nên đất yếu có TPVC và TCCL khác nhau

hệ thống hoàn chỉnh các yếu tố có tác động tương hỗ với nhau và sắp xếp theo một trật

tự nhất định, cho phép nhận thức đúng đắn, hoàn chỉnh hơn bản chất cũng như sự vận động của hệ thống Trên cơ sở đó, có thể dự báo, kiểm soát và điều khiển sự vận động này [44] Theo Schellnhuber H.J & Wenzel V, PTHT là phương pháp luận giải quyết các vấn đề thực tiễn trên cơ sở xem xét và xử lý một cách đầy đủ các đặc điểm của một

hệ thống gồm nhiều đối tượng [45] Gần đây, các nhà ĐCCT đã dựa vào lý thuyết PTHT để đưa ra khái niệm hệ thống TN - KT hay còn gọi là địa hệ TN - KT nhằm đánh giá, dự báo sự biến đổi MTĐC Như vậy, hệ thống là một đối tượng được cấu tạo

từ các đối tượng khác nằm trong các mối liên hệ xác định và có tính chất nhất định [45] Khi vận dụng PPHT trong xây dựng công trình giao thông cần phải gắn đối tượng nghiên cứu (đất yếu) với các hoạt động xử lý nền (GPXL nền đường) và đặc điểm công trình (quy mô, tải trọng nền đường đắp) tạo thành hệ thống địa hệ tự nhiên – kỹ thuật Địa hệ TN - KT là hệ thống điều khiển được và sự vận động của nó do các tương tác điều khiển được gây ra Một tương tác coi như điều khiển được nếu có thể làm thay đổi nó khi điều chỉnh hệ thống để đạt được sự vận động tốt nhất của hệ thống Dựa vào kết quả nghiên cứu và tính toán dự báo, con người ngay trong quá trình thiết

kế địa hệ TN - KT đã có thể báo trước sự biến đổi cấu trúc của hệ thống trong thời gian xây dựng và sử dụng công trình, dự báo động thái của hệ thống theo thời gian, cường độ, tốc độ và đặc điểm biến đổi quan hệ giữa các hợp phần của nó, sự biến đổi

23

cấu trúc và tính chất của hệ thống dưới ảnh hưởng của các tương tác được điều khiển [45] Trong xây dựng công trình giao thông thì hoạt động xử lý nền đất yếu sẽ làm biến đổi MTĐC, nhất là TPCV và TCCL của đất yếu Việc chọn GPXL ngoài phụ thuộc vào cấu trúc địa chất còn phụ thuộc vào đối tượng xây dựng Vì vậy, cần phải dựa vào CTN, xem xét địa hệ TN - KT và mối tương tác giữa các hợp phần trong đó

để đề xuất GPXL và kiến nghị các chỉ tiêu cơ lý đất yếu phục vụ xử lý nền đường Mặt khác, đối tượng nghiên cứu của luận án là tính chất cơ lý của đất yếu phục vụ xây dựng đường giao thông, có nghĩa là phải xác định các chỉ tiêu cơ lý trong thiết kế và kiểm toán ổn định của nền đất xử lý, đồng thời kiến nghị GPXL phù hợp với từng kiểu CTN Vì vậy, cần phải nghiên cứu những tính chất đặc trưng (biến dạng - cố kết thấm, sức kháng cắt) quyết định đến việc lựa chọn, đề xuất và tính toán thiết kế GPXL

1.5 Kết luận chương 1

Luận án đã tổng hợp, phân tích các công trình nghiên cứu có liên quan mật thiết đến đề tài, đặc biệt là các công trình nghiên cứu ở ĐBVB Quảng Nam - Đà Nẵng Các nghiên cứu liên quan đến đất yếu ở trên thế giới đã đạt được những thành tựu nổi bậc về TPVC và TCCL Ở Việt Nam, công tác nghiên cứu đất yếu cũng đã đạt được những thành tựu nhất định, đặc biệt tại ĐBBB và ĐBSCL Tuy nhiên, ở ĐBVB Quảng Nam -

Đà Nẵng các công trình nghiên cứu còn ít, TCCL của đất yếu chưa được nghiên cứu một cách có tính hệ thống và đồng bộ, phương pháp tiếp cận nghiên cứu còn thiếu tính khoa học và hệ thống, chưa đủ luận cứ khoa học để lựa chọn, tính toán thiết kế GPXL nền đường chính xác và hiệu quả hơn Từ đó, tác giả chọn đề tài “Nghiên cứu tính chất

cơ lý nền đất yếu ĐBVB Quảng Nam - Đà Nẵng phục vụ xây dựng đường giao thông” làm luận án nghiên cứu

Khả năng xây dựng công trình trên nền đất yếu ngoài phụ thuộc vào TPVC và TCCL của đất yếu còn phụ thuộc vào bề dày, sự phân bố của đất yếu trong CTN Do vậy, nhằm định hướng cho công tác nghiên cứu TCCL đất yếu phục vụ xây dựng đường ở ĐBVB Quảng Nam - Đà Nẵng, cần phải xem xét tất cả các yếu tố nằm trong mối quan

hệ có sự tác động lẫn nhau và được quyết định bởi điều kiện địa kỹ thuật của khu vực

24

QUẢNG NAM - ĐÀ NẴNG

2.1 Quan điểm về điều kiện địa kỹ thuật

Điều kiện ĐCCT là toàn bộ những điều kiện địa chất tự nhiên quyết định việc lập quy hoạch bố trí và lựa chọn khu vực, vị trí công trình, điều kiện xây dựng, mức độ ổn định

và sự khai thác công trình đó [3] Như vậy, các yếu tố của điều kiện ĐCCT bao gồm các yếu tố thuộc thạch quyển (cấu trúc địa chất và TCCL đất đá, địa hình - địa mạo, địa chất thủy văn, các hiện tượng địa chất động lực công trình, vật liệu xây dựng và điều kiện thi công) [3], [46] Trên thực tế, ngoài những điều kiện địa chất tự nhiên, CTXD luôn có sự tác động qua lại với môi trường xung quanh chúng Sự tương tác giữa CTXD và các quyển của Trái Đất (thạch quyển, khí quyển, thủy quyển, sinh quyển) đòi hỏi phải xem xét các đối tượng tương tác này như là các hệ thống Hệ thống gồm CTXD và các quyển của Trái Đất hợp thành một thể thống nhất, tương tác với nhau và được quyết định bởi điều kiện địa kỹ thuật của khu vực Do vậy, khi nghiên cứu điều kiện địa kỹ thuật khu vực cần phải làm sáng tỏ các yếu tố thuộc thạch quyển trong mối tương tác với khí quyển, thủy quyển, sinh quyển cùng với các yếu tố

hệ thống hạ tầng kỹ thuật, kể cả đặc tính kỹ thuật của công trình dự định xây dựng Điều này có vai trò quan trọng làm cơ sở cho việc đề ra công tác khảo sát, lựa chọn và thiết kế các GPXL nền được chính xác và phù hợp hơn

Có rất nhiều nghiên cứu liên quan đến điều kiện địa kỹ thuật, nhưng phần lớn các tác giả chỉ đề cập đến các yếu tố của điều kiện địa kỹ thuật mà chưa đưa ra một khái niệm

cụ thể về điều kiện địa kỹ thuật Vì vậy, theo tác giả: “Điều kiện địa kỹ thuật là tổng hợp các yếu tố tự nhiên thuộc thạch quyển (cấu trúc địa chất, địa hình – địa mạo, đặc điểm địa chất thủy văn, tính chất cơ lý đất đá, các quá trình và hiện tượng địa chất, vật liệu xây dựng) trong mối tương tác với khí quyển, thủy quyển, sinh quyển cùng với các yếu tố của hệ thống kỹ thuật khu vực, đặc tính kỹ thuật, quy mô của công trình”

2.2 Điều kiện địa kỹ thuật khu vực nghiên cứu

2.2.1 Thạch quyển

2.2.1.1 Cấu trúc địa chất

25

Cấu trúc địa chất và TCCL của các lớp đất đá có ảnh hưởng lớn đến khả năng ổn định của công trình cũng như nền đất, tính thấm, sự phát triển của các quá trình địa chất động lực công trình Do vậy, khi đánh giá điều kiện địa kỹ thuật, cần chú ý đến đặc điểm của các lớp đất đá, mô tả chi tiết địa tầng và TCCL, đây là yếu tố quan trọng nhất quyết định đến khả năng ổn định của công trình Đất yếu ở ĐBVB Quảng Nam - Đà Nẵng phân bố chủ yếu trong trầm tích Đệ Tứ thống Holocen và Pleistocen, bị phủ bởi các trầm tích Đệ Tứ bên trên hoặc lộ ra trên mặt và nằm trên đá gốc Với mục tiêu nghiên cứu TCCL của đất yếu phục vụ xây dựng đường giao thông, tác giả sắp xếp đất

đá trước Đệ Tứ vào một nhóm và không mô tả chi tiết cho các thành tạo đất đá này Trên cơ sở tài liệu [1], [47], [48], [49], [50], [51], [52], [53], [54] có thể tóm lược đặc điểm địa chất khu vực như sau:

hệ Măng Xim (G/Emx), Hệ tầng Ái Nghĩa (Nan)

 Các thành tạo địa chất hệ Đệ Tứ

Trầm tích Đệ Tứ có diện phân bố rộng, tuổi từ Pleistocen sớm đến Holocen muộn và trầm tích Đệ Tứ không phân chia Trong đó, đất yếu đa nguồn gốc phân bố chủ yếu trong trầm tích có tuổi Pleistocen muộn đến Holocen muộn Đất yếu là những thành tạo trầm tích trẻ và là đối tượng nghiên cứu chính của luận án, do vậy để thuận lợi cho nghiên cứu, tác giả sẽ mô tả các trầm tích Đệ Tứ theo thứ tự từ trẻ đến già như sau (hình 2.1, hình 2 phụ lục)

26

- Hệ Đệ Tứ không phân chia

Tàn - sườn tích (edQ), sườn - lũ tích (dpQ), bồi - sườn - lũ tích (adpQ) với diện phân

bố hẹp trên vùng lộ các đá gốc khác nhau, ở vùng giữa và trước núi, sườn đồi phía Tây Tàn - sườn tích phát triển trên vùng lộ các đá gốc khác nhau, bao gồm đất sét pha, ít hơn có sét màu loang lỗ đỏ vàng có chứa các mảnh dăm vụn đá gốc phong hóa dang dở, bề dày thay đổi từ 2 - 5 đến 15 - 20 m Sườn - lũ tích gồm tảng, cuội lẫn cát bột, phân bố ở các sườn đồi phía Tây khu vực Đại Lộc Bồi - sườn - lũ tích phát triển chủ yếu ở vùng giữa và trước núi, nhất là ở các sông suối nhỏ, ngắn và dốc, thường là cát, cuội, tảng, đất cát pha, sét pha, bề dày từ 1-2 đến 5-8 m Ngoài ra còn có bồi - sườn tích (adQ) phân bố ở Hòa Vang, Hòa Khánh

- Thống Holocen Q2

+ Phụ thống Holocen thượng (Q23): Trầm tích sông (aQ23) có thành phần gồm cát sạn lẫn bột sét màu xám, xám vàng, bề dày phổ biến 1 - 5 m, có nơi tới 8 - 10 m Trầm tích biển (mQ23) gồm cát thạch anh lẫn ilmenit, zircon màu xám vàng Trầm tích hỗn hợp sông - biển (amQ23) gồm cát hạt trung đến mịn, lẫn ít bột sét màu xám đen, sét than, bề dày >15 m Trầm tích sông - đầm lầy - biển (ambQ23) chủ yếu gồm bùn sét pha phân bố phía dưới, chuyển dần lên trên là bùn sét màu xám xanh, xám đen giàu vật chất hữu cơ, bề dày thay đổi từ 4 - 8 m và được Cát Nguyên Hùng đặt tên là hệ tầng Cẩm Hà (abmQ23ch) Trầm tích biển - gió, biển (mvQ23, mQ23) gồm cát thạch anh hạt nhỏ đến trung màu xám vàng, đôi chỗ xám nâu, xám đen với bề dày 5 - 20 m

+ Phụ thống Holocen trung (Q22): Trầm tích sông (aQ22) thành phần chủ yếu cuội sỏi, cát sạn, cát bột, bột sét màu xám vàng Trầm tích sông - biển (amQ22) có bề dày 4 - 10

m và bao gồm cát pha, sét pha, sét màu xám vàng, xám xanh, xám tro, ít hơn có cát, phân bố ở bề mặt địa tầng từ 7 - 6 m đến 4 - 3 m, đồng thời chiếm diện tích rộng nhất

so với trầm tích nguồn gốc biển - vũng vịnh và nguồn gốc biển cùng tuổi Trầm tích biển - đầm lầy (mbQ22) lộ ra ở các quận nội thành Đà Nẵng, Nam Ô, Hòa Tiến với bề rộng từ 50 - 200 m, dài vài trăm mét đến 2 km Thành phần gồm cát bột, bột sét, sét, than bùn màu xám đen, chiều dày 5 - 8 m với diện lộ khoảng 4 km Trầm tích sông - biển - đầm lầy (ambQ22) phân bố thành dải hẹp theo phương Tây Bắc - Đông Nam,

27

kéo dài 5 km từ Bắc đến Tây Bắc phường Hòa Mỹ với chiều rộng 100 - 200 m, độ sâu mái lớp từ 2,5 - 4 m, bề dày từ 10 - 14 m Thành phần chủ yếu cát hạt trung lẫn bột sét màu xám đen, thấu kính sét bột giàu vật chất hữu cơ Trầm tích biển - vũng vịnh hệ tầng Kì Lam (mlQ22kl) có bề dày dao động 4 - 15 m và gồm sét pha, sét xám xanh,

xám đen giàu di tích sinh vật biển, ít hơn có các thấu kính cát, cát pha xám tro Trầm tích biển hệ tầng Nam Ô (mQ22no) gồm cát thạch anh hạt nhỏ, màu trắng, độ mài tròn,

chọn lọc tốt, chặt vừa, chiều dày 3 - 6 m

+ Phụ thống Holocen hạ (Q21): Trầm tích sông (aQ21) thành phần cuội, sỏi, cát, bột sét màu xám vàng Trầm tích sông - biển (amQ21) gồm cát bột, thấu kính bột sét màu xám đen Trầm tích sông - đầm lầy ven biển (abmQ21) thành phần bùn cát pha, bùn sét pha, bùn sét, sét dẻo mềm xám tro, xám đen, ít hơn có than bùn với bề dày tầng bùn, than bùn dao động từ 1 - 5 đến 20 - 25 m

- Thống Pleistocen (Q1)

+ Phụ thống thượng phần trên (Q13(2)): Trầm tích sông (aQ13(1)) thành phần cuội, sỏi, cát, ít hơn có bột sét màu xám Trầm tích sông - biển (amQ13(1)) gồm cát bột, bột sét, sét màu xám loang lỗ Trầm tích biển - vũng vịnh hệ tầng Hòa Tiến (mlQ13(1)ht) có

thành phần bột sét, sét, ít hơn có bột màu xám đen, xám xanh Trầm tích biển hệ tầng

La Châu (mQ13(1)lc) có thành phần cát lẫn cuội sỏi, chuyển lên cát, cát bột màu vàng

đỏ, cấu tạo thềm biển cao 20 - 30 m

+ Phụ thống thượng phần dưới (Q13(1)): Trầm tích sông hệ tầng Đại Thạch (aQ13(2)đt)

có thành phần gồm cuội sỏi, cát bột, sét bột màu xám vàng Trầm tích sông-biển (amQ13(2)) bao gồm cát bột lẫn sạn sỏi, cát sét màu vàng đỏ, vàng nâu Tại Thăng Bình quá trình thành tạo trầm tích có sự tham gia của vũng vịnh nên Cát Nguyên Hùng đặt tên là hệ tầng Thăng Bình (mlQ13(2)

tb) Trầm tích biển hệ tầng Đà Nẵng (mQ13(2)đn) có

thành phần chủ yếu là cát hạt trung, hạt nhỏ, cát bụi màu vàng nghệ, bề dày 3-15 m + Phụ thống trung (Q12): Trầm tích sông (aQ12) có thành phần chủ yếu gồm cuội, sỏi, cát, cát bột, màu xám, vàng nhạt Trầm tích sông - biển hệ tầng Miếu Bông (amQ12mb)

gồm cuội sỏi lẫn bột, sét nén chặt, màu xám đen, xám trắng loang lỗ

28 Hình 2.1 Bản đồ địa chất ĐBVB Quảng Nam – Đà Nẵng tỉ lệ 1/50.000 (thu nhỏ)

29

+ Phụ thống hạ (Q11): Trầm tích sông (aQ11) có thành phần cuội, sỏi, cát, cát bột màu xám vàng Trầm tích sông - biển hệ tầng Đại Phước (amQ11đp) có thành phần cuội, cát

lẫn bột sét màu xám vàng gắn kết chặt (chỉ gặp trong lỗ khoan)

Như vậy, có thể nhận thấy môi trường địa kỹ thuật của khu vực nghiên cứu có cấu trúc địa chất phức tạp, bất đồng nhất và bất đẳng hướng Do đó, cần phải nghiên cứu đánh giá chi tiết và đầy đủ về địa tầng, đặc biệt là các thành tạo bùn sét, bùn sét pha, bùn cát pha đa nguồn gốc (ambQ23, mbQ22, ambQ22, abmQ21, amQ13(2) ) nhằm đảm bảo khả năng ổn định của công trình và khai thác hợp lý tài nguyên đất xây dựng

b Đứt gãy kiến tạo

Đứt gãy kiến tạo trong khu vực khá phát triển và bao gồm 3 hệ thống đứt gãy chủ yếu:

Hệ thống đứt gãy có phương Đông Bắc - Tây Nam phát triển ở phía Tây Bắc tạo nên đới đứt gãy kéo dài khoảng 30 km, các đứt gãy đều có mặt trượt thẳng đứng với hướng dịch chuyển ngang trái Hệ thống đứt gãy phương vĩ tuyến - á vĩ tuyến phát triển theo hướng á vĩ tuyến từ phía Nam Đại Lộc qua Duy Xuyên ra đến bờ biển, với chiều dài khoảng 40 km, đứt gãy này có mặt trượt thẳng đứng Hệ thống đứt gãy phương Tây Bắc - Đông Nam có mặt trượt thẳng đứng với hướng dịch chuyển ngang phải

2.2.1.2 Điều kiện địa hình - địa mạo

Trong xây dựng công trình, nhất là đường giao thông thì điều kiện địa hình - địa mạo ảnh hưởng trực tiếp đến việc lựa chọn vị trí, tuyến xây dựng cũng như lựa chọn loại, hình thức và quy mô công trình, đồng thời tính toán được phương án thi công Do vậy, nếu đánh giá đúng và sử dụng hợp lý địa hình - địa mạo không những đảm bảo cho công trình ổn định lâu dài mà còn tiết kiệm được chi phí khảo sát, đặc biệt là các tuyến đường đi qua khu vực có địa hình - địa mạo phức tạp Trên cơ sở kế thừa có chọn lọc kết quả nghiên cứu đã có kết hợp công tác nghiên cứu bổ sung, tác giả xác lập cơ sở phân chia địa hình - địa mạo cho vùng nghiên cứu [55], [1] Hợp lý nhất là dựa vào tiêu chí tổng hợp về nguồn gốc, hình thái - trắc lượng, như là cơ sở khoa học nhất quán trong phân vùng khái quát và mô tả địa hình - địa mạo, nhằm phục vụ thiết kế đường giao thông Với quan điểm nêu trên, ĐBVB Quảng Nam - Đà Nẵng được chia tách thành các kiểu địa hình, địa mạo chủ yếu sau (hình 4 phụ lục): - Kiểu I: Địa hình núi

30

thấp khối tảng, kiến tạo - uốn nếp - bóc mòn - xâm thực phát triển trên đá trầm tích lục nguyên, Neogen vùng Đại Lộc - Duy Xuyên, Hòa Hiệp Kiểu II: Địa hình núi thấp xen đồi, khối tảng dạng vòm, kiến tạo - bóc mòn, xâm thực - tích tụ phát triển trên đá magma xâm nhập vùng Quế Sơn, Phú Ninh Kiểu III: Địa hình núi thấp xen đồi, khối tảng dạng vòm, kiến tạo - bóc mòn, xâm thực - tích tụ phát triển trên đá magma xâm nhập, đá biến chất vùng Phú Ninh - Núi Thành và Sơn Trà Kiểu IV: Đồng bằng rìa nâng với đồi gò trước núi bóc mòn - xâm thực - tích tụ và karst hóa, được chia thành hai phụ hiểu IVA, IVB Kiểu V: Đồng bằng tích tụ - mài mòn - xâm thực dạng châu thổ hình thành trên cấu trúc địa hào Đại Lộc - Hội An Kiểu VI: Đồng bằng gợn sóng tích tụ - mài mòn - xâm thực với móng sụt lún bậc thang, đây là kiểu địa hình chiếm phần lớn diện tích đồng bằng Nhìn chung, địa hình khu vực đặc trưng bởi mức độ chia cắt và độ dốc lớn hơn so với đồng bằng sông Hồng và ĐBSCL Điều kiện đó có ý nghĩa quan trọng hình thành TPVC và TCCL của các thành tạo đất đá, đặc biệt là đất yếu ở đây

2.2.1.3 Đặc điểm địa chất thủy văn (nước dưới đất)

Điều kiện địa chất thuỷ văn đóng vai trò quan trọng tới việc xử lý nền công trình trên đất yếu, quyết định khả năng thoát nước khi xử lý nền công trình bằng thiết bị tiêu thoát nước thẳng đứng, đặc biệt là nền đường trên đất yếu Do vậy, trên cơ sở tài liệu thu thập [56], [57] kết hợp khảo sát các giếng đào, khoan địa chất thủy văn và phân tích TPHH của mẫu nước, có thể tóm lược một số đặc điểm cơ bản về nước dưới đất ảnh hưởng đến công tác thiết kế nền đường ở ĐBVB Quảng Nam – Đà Nẵng như sau: Dựa vào đặc điểm phân bố, điều kiện tàng trữ, thành phần thạch học và quan hệ thủy lực, ĐBVB Quảng Nam - Đà Nẵng được chia thành các tầng chứa nước và mô tả chi tiết ở bảng 2.1 và hình 5, 6 phụ lục Trong đó tầng chứa nước lỗ hổng Holocen (qh) và Pleistocen (qp) chiếm phần lớn diện tích khu vực và có ảnh hưởng trực tiếp đến TCCL, điều kiện cố kết thấm của các thành tạo đất yếu

Mực nước dưới đất được chia thành các vùng có độ sâu xuất hiện như sau: độ sâu mực nước <2 m; từ 2 - 5 m; từ >5 - 10 m và >10 m

- Vùng có độ sâu mực nước dưới đất <2 m: gồm các bề mặt san bằng thấp và thềm mài mòn ở các khu vực đồng bằng thấp, dải đồng bằng thấp phát triển theo các sông

31

Bảng 2.1 Đặc điểm các tầng chứa nước ở vùng ĐBVB Quảng Nam - Đà Nẵng

Holocen

(qh)

Diện phân bố khá rộng, tạo nên

các dải đồng bằng liên tục kéo

dài từ Đại Lộc đến Điện Bàn,

những dải cát kéo dài theo bờ

biển từ Hội An đến Tam Kỳ và

Chu Lai

- Bề dày tầng chứa nước dao động 4,9 - 42,1 m, thường gặp 10 - 20 m, loại hình nước ngầm + Khu vực chứa nước trung bình: Độ sâu mực nước 0,5 đến 3 - 5,0 m; phổ biến ở độ sâu 1,0 - 2,0 m và dao động theo mùa Lưu lượng các lỗ khoan biến đổi từ 1,41 - 5,72 l/s; giá trị thường gặp từ 2,4 - 4,7 l/s Lưu lượng các giếng bơm thí nghiệm dao động từ 0,06 - 2,85 l/s; thường gặp 0,2 - 0,8 l/s Một số điểm lộ nước được phát hiện có lưu lượng từ 0,2 - 1,5 l/s; có nơi đạt 7,0 l/s Hệ số thấm 0,13 - 14,53 m/ng, thường gặp <7,0 m/ng

+ Khu vực nghèo nước: Độ khoáng hóa của nước thay đổi từ 0,1 g/l - 10 g/l; thường gặp ở 0,2 - 0,3 g/l Hệ số truyền mực nước a m = 2,4*103 m2/ng.đ - 1,03*10 4

m2/ng.đ Nước có loại hình hóa học chủ yếu là Bicarbonat - Clorua - Natri (nước nhạt), Clorua - Bicarbonat - Natri (nước lợ) và Clorua - Natri (nước mặn); giá trị pH thay đổi từ 6,5 đến 8,5

Pleistocen

(qp)

Lộ ra chủ yếu ở phía Tây Tam

Kỳ, Điện Bàn, Đại Lộc, dọc

thung lũng sông Vu Gia, sông

Ly Ly, Thăng Bình, Quế Sơn và

phần còn lại bị phủ bởi trầm

tích Holocen

- Bề dày từ 4 đến 35 m, thường gặp 10 đến 15 m Độ sau mực nước thay đổi từ 0,0 đến 4,7 m; thường gặp < 1,5m Độ chênh mực nước giữa 2 mùa từ 0,5 đến 2,0 m; thường gặp < 1,0 m Nước co loại hình hóa học Clorur bicarbonat - Natri, Bicarbonat clorur - Natri, Clorur – Natri Tổng khoáng hóa của nước thay đổi từ 0,05 đến 17,8 g/l và thường gặp < 0,3 g/l; giá trị pH thay đổi từ 6,2 đến 8,7; thường gặp thuộc loại trung tính

+ Vùng chứa nước trung bình: Lưu lượng của tầng chứa nước có sự thay đổi lớn từ Q = 2,20 - 13,62 (l/s); tỷ lưu lượng trung bình q = 0,54 - 6,19 (l/s.m); hệ số thấm K = 1,65 - 33,64 (m/ngày); hệ số nhả nước µ = 0,13 - 0,19

+ Vùng có mức độ nghèo nước: Lưu lượng Q = 0,12 - 1,53 l/s; tỷ lưu lượng trung bình q = 0,01 - 1,18 l/s.m; hệ số thấm K = 0,66 - 2,60 m/ngày và hệ số nhả nước µ = 0,11 - 0,13

Đệ Tứ

không phân

chia (q)

Phân bố rải rác ở khu vực Quế

Sơn, Đại Lộc, Duy Xuyên,…

với diện tích tổng cộng khoảng

50 km2

Bề dày tầng chứa nước 5 đến 10m Loại hình nước ngầm, có mặt thoáng tự do với mực nước thay đổi từ 0,8 - 5,0 m; thường gặp từ 1,5 - 2,0 m Động thái của nước dưới đất thay đổi rõ rệt theo mùa, độ chênh mực nước giữa 2 mùa từ 1,0 đến 2,0 m Mức độ chứa nước của trầm tích từ nghèo đến rất nghèo, lưu lượng mạch lộ đạt 0,04 - 0,15l/s; lưu lượng các giếng từ 0,09 - 0,65l/s Loại hình hóa học Bicacbonat - Clorua - Natri, độ tổng khoáng hóa thay đổi từ 0,04 - 0,31 g/l

bị phủ hoàn toàn bởi TCN

Holocen và Pleistocen

- Độ sâu mực nước 4 - 70 m, bề dày > 210 m, loại hình nước có áp lực

+Khu vực chứa nước trung bình: Lưu lượng thay đổi từ Q = 0,96 - 1,48 l/s; tỷ lưu lượng trung bình q = 0,04 - 0,07 l/s.m

Hệ số thấm từ K = 0,06 - 0,08 m/ngày; hệ số nhả nước µ = 0,08 Tổng độ khoáng hóa thường nhỏ (M <0,4 g/l), loại hình hóa học Clorur – Bicarbonat

+ Khu vực giàu nước: Lưu lượng nước thay đổi từ Q = 2,14 - 15,8 l/s, tỷ lưu lượng trung bình q = 0,2 - 1,8 l/s.m; hệ số thấm K = 1,06 - 2,48 m/ngày; hệ số nhả nước µ = 0,12 - 0,13; M = 5,79 g/l; loại hình hóa học Clorur - Natri

Khe nứt

Rìa Tây đồng bằng Đại Lộc và

Núi Thành với diện lộ của hệ

tầng khoảng 7,883km 2

-Mức độ phong phú nước thuộc loại nghèo đến giàu nước với lưu lượng trung bình Q = 0,78- 4,68 l/s; tỷ lưu lượng trung bình

q = 0,04 - 0,96 l/s.m Hệ số thấm K = 0,21 - 1,2 m/ngày; hệ số nhả nước µ = 0,09 - 0,12 Về tính chất thủy lực nước thuộc loại không áp, chỉ một vài nơi có áp cục bộ Nước thuộc loại nước nhạt và siêu nhạt với độ tổng khoáng hóa M = 0,10 - 0,54 g/l; loại hình hóa học của nước là Bicacbonat - Canxi - Natri Độ pH của nước thay đổi từ 7,44 - 8,64, nước có tính bazơ yếu Thành tạo