Đang tải... (xem toàn văn)
Bài viết trình bày bản chất và điều kiện hình thành hóa lỏng của nền đất, các phương pháp đánh giá tiềm năng hóa lỏng, từ đó bàn luận về giải pháp lựa chọn thông số nền cho tính toán nền móng công trình chống động đất ở châu thổ Sông Hồng.
KHOA HC & CôNG NGHê ỏnh giỏ kh nng húa lỏng đất châu thổ Sông Hồng động đất phục vụ cho cơng tác thiết kế móng cơng trình Evaluation of the liquefaction potential of red river delta land by earthquake for foundation design Trần Thượng Bình Tóm tắt Bài báo trình bày chất điều kiện hình thành hóa lỏng đất, phương pháp đánh giá tiềm hóa lỏng, từ bàn luận giải pháp lựa chọn thông số cho tính tốn móng cơng trình chống động đất châu thổ Sơng Hồng Từ khóa: Hóa lỏng; động đất Abstract This paper presents the nature and conditions of soil formation, methods of assessment for liquefaction potential and discussion about solutions for selection the foundation parameters in calculation of earthquake resistance of foundation in Red River Delta Keywords: liquefaction; earthquake TS Trần Thượng Bình Khoa Xây dựng, Trường Đại học Kiến Trúc Hà Nội Email: binhviht@gmail.com Đặt vấn đề Đồng châu thổ sông Hồng thành tạo trầm tích Đệ tứ, trầm tích cát, từ hạt mịn đến thô phân bố hầu khắp diện tích tồn từ mặt đến độ sâu 30m phân nhịp theo lớp Tại châu thổ, phân bố cát tạo tầng chứa nước Qh Qp phong phú thỏa mãn điều kiện đất rời bão hòa nước để chúng hóa lỏng Tuy nhiên, để chúng hóa lỏng tùy thuộc điều kiện, bao gồm: độ chặt, phân bố thành phần hạt định đến tất chấn động đất nền.Trong đó, chấn động đất nền, không phụ thuộc vào cường động đất đo từ trạm địa chấn mà phụ thuộc chặt chẽ vào môi trường lan truyền chấn động Trong thời điểm tâm chấn cường độ trần động đất yếu tố bất định khó dự báo, cho dù sai số dự báo thời gian hàng chục năm Vì phụ thuộc vào nhiều yếu tố, đặc biệt yếu tố bất định hậu lớn hóa lỏng đất xảy động đất mà hóa lỏng đất vấn đề quan tâm nhiều lĩnh vực khoa học có nhiều cơng trình nghiên cứu, khoảng vài chục năm trở lại Với cách tiệp cận vấn đề phân biệt nghiên cứu tìm điều kiện thành phần hạt để xảy hóa lỏng, đơn giản E.D Sukina, điều kiện đổi dấu tải trọng tác dụng Gherxevanow nghiên cứu thực tế phức tạp có xét tới độ chặt, thành phần hạt sức cắt động tác dụng kiềm chế hóa lỏng Sibuya, Toky, Iwasaki… Nghiên cứu đánh giá hóa lỏng khu vực châu thổ Sơng Hồng có Phạm Văn Tỵ, Nguyễn Huy Phương Trần Thượng Bình, kết nghiên cứu tổng hợp nhiều phương pháp nghiên cứu phân vùng khả hóa lỏng theo cấp động đất cho vùng Hà Nội, ngồi có nhiều báo cơng trình liên quan cơng bố… Tuy nhiên, hóa lỏng đất động đất phức tạp, kết nghiên cứu chứa đựng yếu tố thực nghiệm, kết nghiên cứu giới tổng kết đất ngồi lãnh thổ Việt Nam, Việt nam chưa có điều kiện để kiểm chứng cho việc áp dụng Bởi vậy, đánh giá tiềm hóa lỏng đất động đất phục vụ thiết kế kháng chấn cho cơng trình ln cần có đa chiều để hoàn thiện phương pháp áp dụng cho điều kiện Việt Nam Bản chất hóa lỏng phương pháp đánh giá khả hóa lỏng 2.1 Hóa lỏng nhìn từ chất dao động hệ Cát tập hợp hạt khơng có liên kết, bị chấn động hạt cát dao động Dao động hạt cát theo phương mơ tả phương trình dao động bậc tự có cản chịu tải trọng cưỡng bức: F(t) = m.a+b.v+C.x (1) Ở đây: m.a - lực qn tính, đó: a gia tốc dao động, m khối lượng hạt; b.v - lực cản, với b hệ số cản tỷ lệ với vận tốc dao đông, v vận tốc dao động; C.x - lực đàn hồi, đó: C độ cứng hạt, x biên độ dao động hạt; F(t) - tổng hợp lực tác dụng lên hạt thời điểm khác Theo biểu thức (1), F(t) hàm tuần hoàn với biên độ đủ lớn để thắng lực quán tính m.a lực cản b.v hạt dao động, lực cản b.v có giá trị phụ thuộc vào hệ số ma sát mặt tiếp xúc độ lớn lực pháp tuyến Trong trường trọng lực cát tồn liên kết với lực ma sát Để hạt khơng liên kết ma sát, nguyên tắc cần triệt tiêu cân phản lực với lực trọng trường tác dụng vào Phản lực bị động với lực trọng trường cân với lực trọng trường Do đó, để triệt tiêu liên kết hạt trước hết cần có lực pf tác dụng phương ngược chiều với lực trọng trường Phát sinh lực pf khối cát 70 T„P CHŠ KHOA H“C KI¦N TR”C - XŸY D¼NG áp lực thấm từ lên lực kéo nửa chu kỳ tác dụng chu kỳ Như vậy, để đưa khối cát gồm tập hợp hạt cát trạng thái bền hay rơi vào thể lỏng phải có tác dụng dòng thấm xảy tượng gọi biến dạng thấm tác dụng động xảy tượng gọi hóa lỏng mặt đất MSF cho Mw 15, tương ứng khả hóa lỏng là: khơng có, thấp, thấp, trung bình, cao cao + Nhận xét phương pháp đánh giá: - Chỉ số ứng suất chu kỳ CSR, giá trị SPT phụ thuộc vào tỷ số ứng suất tổng với ứng suất hiệu liên quan đến việc xác định mục nước ngầm tầng chứa nước - Gia tốc cực đại amax trận động đất có cường độ xác định, khu vực khác vùng lan truyền chấn động, gia tốc amax khác Một số vấn đề đánh giá khả hóa lỏng đất châu thổ sông Hồng 3.1 Sơ khả hóa lỏng đất châu thổ sơng Hồng Theo tài liệu địa chất tỷ lệ 1:200.000 đồng Bắc Bộ, phủ bề mặt khu vực châu thổ thành tạo trầm tích Đệ tứ hình thành qua chu kỳ với nhiều tam giác châu chồng lấn có bề dày biến đổi theo hướng Tây Bắc - Đông Nam từ 10-20m đỉnh đến 80-100m đáy tam giác châu lớn Đệ tứ tam giác châu thổ sơng Hồng hình thành với thành tạo theo thứ tự từ lên sau: - Cuội sỏi hệ tầng Hà Nội có giá trị trung bình SPT (N) > 100; - Cát hạt thơ hạt trung hệ tầng Vĩnh Phúc có giá trị trung bình SPT (N) = 30-45; - Sét, sét pha hệ tầng Vĩnh Phúc, bùn, đất hữu sét xám xanh hệ tầng Hải Hưng có tổng chiều dày khoảng 1530m không chỗ dày vài mét Các thành phần tạo thành đáy cách nước cho tầng cát mịn nằm đóng vai trò hạn chế khả hóa lỏng lớp cát mịn - Cát mịn cát bụi hệ tầng Thái Bình phân bố rải rác tập trung phần đáy tam giác châu tầng chứa nước có thành phần hạt trạng thái bão hòa dễ bị hóa lỏng - Sét, sét pha nâu hồng hệ tầng Thái Bình phân bố bề mặt trạng thái nửa cứng dẻo cứng, với tầng chứa nước đất lấp tải trọng cơng trình có tác dụng kiềm chế hóa lỏng cho tầng, tầng cát mịn cát bụi Theo tài liệu địa chất khu vực, nơi có lớp sét mỏng lớp cát mịn dày thuộc vùng phía Nam Hà Nội kéo dài từ Văn Điển đến Phú Xuyên, Đồng Văn, Phủ Lý, Nam Định Thái Bình Tại mặt cắt điển hình, sử dụng phương pháp đánh giá khả hóa lỏng theo kết thí nghiệm SPT đánh giá mức độ nguy hóa lỏng theo bảng Nhận xét: cấp động đất, kết có khác nguy hai tầng theo xu hướng giảm dần 3.2 Bàn luận khả hóa lỏng đồng châu thổ Sông Hồng động đất + Độ tăng thêm cường độ đất khu vực đất Hà Nội: Tùy thuộc vào đặc điểm thành phần cấu trúc đất đá nằm đá móng mà cường độ động đất bề mặt tăng lên hay giảm so với số liệu ghi động đất trạm địa chấn Số gia cường độ tính theo cơng thức S.V.Medvedev: V γ pg g h2 - Sét, sét pha loang lổ hệ tầng Vĩnh Phúc có giá trị trung = ∆B 1.67 lg + e −0.04 = ; Vp V pi γ i bình SPT ( N) = 10-15; - Bùn, đất hữu hệ thần Hải Hưng có giá trị trung bình SPT (N) = 1-3; - Sét xám xanh dẻo mềm hệ tầng Hải Hưng có giá trị trung bình SPT (N) = 5-8; - Sét chảy bùn hệ tầng Thái bình có giá trị trung bình SPT (N) = 2-6; - Cát mịn cát bụi hệ tầng Thái Bình có giá trị trung bình SPT (N) = 10-25; - Sét nâu hồng hệ tầng Thái Bình có giá trị trung bình SPT (N) = 7-12 Trong đó: - Cuội sỏi cát hệ tầng Vĩnh Phúc tầng chứa nước có diện phân bố rộng với tổng chiều dày trung bình 40m nước tầng ln tồn trạng thái có áp E γ - Vpg, γg: vận tốc sóng dọc tỷ trọng granit; - Vpi, γi: vận tốc sóng dọc tỷ trọng cần xác định độ tăng thêm; - ΔB: số gia để đánh giá độ mạnh động đất thực tế Để thấy tăng thêm cường độ động đất, đánh giá sơ dựa cấu trúc móng thành tạo trầm tích Đệ tứ, cấu trúc địa hào đứt gẫy sâu sông Hồng lấp đầy trầm tích Neogen đá cát, bột, sét kết chứa than Khi động đất xảy ra, nguồn chấn động xem bề mặt đá móng lan truyền đá Neogen lớp phủ trầm tích Căn vào giá trị trung bình mơ đun đàn hồi khối lương thể tích đá móng cát bột kết neogen lớp phủ trầm tích, kết tính vận Bảng 2: Kết đánh giá khả hóa lỏng Tầng cát mịn Tầng cát thơ 72 (9) Trong đó: Độ Richter 6.5 7.5 LPI = 6w(z).F.H 4.9 5.4 12.2 17.3 Nguy hóa lỏng Thấp Trung bình Cao Nghiêm trọng Độ Richter 6.5 7.5 LPI = 6w(z).F.H 0.5 1.5 Nguy hóa lỏng Rất thấp thấp Trung bình Cao TP CH KHOA HC KIƯN TRC - XY DẳNG tốc sóng dọc, thể bảng Với số liệu đó, cường độ động đất thực tế tăng thêm 1.32 độ richter so với kết đo đá móng Granit Như vậy, việc xem xét khả hóa lỏng khu vực châu thổ khơng thể bỏ qua tăng cường độ động đất khu vực Với trận động đất nhỏ khu vực đồng Bắc Bộ ghi lại năm gần có cường độ cao 3.8 Richter cường động đất khu vực lớn độ Richter có nhiều khả xảy tương lai Bảng 3: Giá trị thông số động học đất Granit 5.6 km/s 2.7T/m3 Cát kết km/s 3.0T/m3 Đất trềm tích 1,1 km/s 2.7T/m3 với động đất độ richter vị trí khu vực phía Nam, cường độ thấp không xảy hóa lỏng Do đó, xác định móng cho cơng trình chống động đất phải xem xét từ động đất cấp theo thang MSK, vùng khác châu thổ nâng mức độ xem xét lên cấp Kiến nghị giải pháp móng - Giải pháp móng nơng vùng có khả hóa lỏng nên ưu tiên lựa chọn móng có trọng lượng lớn tương đối so với trọng lượng thân nên chơn sâu để kiềm chế hóa lỏng đáy móng giảm thiểu lún lệch có hóa lỏng - Móng sâu: Tính tốn giá trị Fc theo chiều sâu để xác định chiều sâu có khả hóa lỏng để làm có sở xem xét thành phần ma sát sức tải theo đất cọc, ưu tiên lựa chọn cọc dài để mũi cọc đặt độ sâu hóa lỏng./ + Sự khác biệt phân bố hạt theo đường kính hình dạng Cùng với gia tăng cường độ động đất khu vực có số điểm liên quan đến tăng nguy hóa lỏng khơng xem xét biểu thức tính tốn khả hóa lỏng, là: - Sự phân bố hạt có kích thước hình dạng khác nhau: đáng ý có mặt cuội sỏi lớp cát hệ tầng Vĩnh Phúc, thấu kính vảy mica lớp cát mịn Khi chấn động xuất rơi tự tạo thành dòng thấm ngược thúc đẩy hóa lỏng phát triển - Sự có mặt tầng chứa nước có áp: động đất mà tầng cách nước ổn định dòng thấm từ tầng chứa nước bên chảy ngược lên làm lớp đất bên bền diện rộng thúc đẩy phát triển hóa lỏng Như vậy, nguy hóa lỏng đất động đất khu vực xảy với động đất cấp theo thang MSK tương đương độ Richter Trong động đất châu thổ khuếch đại lớn cấp theo thang MSK khơng có đảm bảo khơng xảy hóa lỏng khu vực tương lai Kết luận kiến nghị Kết luận Những đánh giá sơ khả hóa lỏng cho thấy nguy hóa lỏng khu vực châu thổ sơng Hồng xảy Tài liệu tham khảo Boatwright, J., Seekins, L., Fumal, T E., Liu, H P., and Mueller, C S., Ground motion amplification in the Marina district, Bull Seism Soc Am, 81, 1980–1997, 1991 Idriss, I M and Boulanger, R W., Semi-empirical procedures for evaluating liquefaction potential during earthquakes, Soil Dynam Earthq Eng., 26, 115–130, 2006 Ishihara, K., Stability of natural deposits during earthquakes, Proceedings of 11th International Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering, San Francisco, CA, 1, 321–376, 1985 Iwasaki, T., Tokida, K., Tatsuko, F., and Yasuda, S., A practical method for assessing soil liquefaction potential based on case studies at various sites in Japan, Proceedings of 2nd International Conference on Microzonation, San Francisco, 885–896, 1978 Iwasaki, T., Tokida, K., Tatsuoka, F., Watanabe, S., Yasuda, S., and Sato, H., Microzonation for soil liquefaction potential using simplified methods, Proceedings of 2nd International Conference on Microzonation, Seattle, 1319–1330, 1982 Nguyễn Huy Phương, Trần Thương Bình, Chuyên đề phân vùng lãnh thổ khả hóa lỏng đất khu vực Hà Nội theo kịch động đất, Báo cáo Đề tài cấp thành phố mã số 01C04/08-2007-2, Hà Nội, 2007 S¬ 27 - 2017 73 ... động đất có cường độ xác định, khu vực khác vùng lan truyền chấn động, gia tốc amax khác Một số vấn đề đánh giá khả hóa lỏng đất châu thổ sơng Hồng 3.1 Sơ khả hóa lỏng đất châu thổ sông Hồng. .. đánh giá khả hóa lỏng theo kết thí nghiệm SPT đánh giá mức độ nguy hóa lỏng theo bảng Nhận xét: cấp động đất, kết có khác nguy hai tầng theo xu hướng giảm dần 3.2 Bàn luận khả hóa lỏng đồng châu. .. đảm bảo khơng xảy hóa lỏng khu vực tương lai Kết luận kiến nghị Kết luận Những đánh giá sơ khả hóa lỏng cho thấy nguy hóa lỏng khu vực châu thổ sơng Hồng xảy Tài liệu tham khảo Boatwright, J.,