Đang tải... (xem toàn văn)
Bài báo trình bày đặc điểm địa chất thủy văn khu vực đảo san hô, từ đó kiến nghị giải pháp chống thấm bằng phương pháp trộn san hô – xi măng dựa trên kết quả của thí nghiệm thấm trong phòng. Kết quả của bài báo bước đầu góp phần làm sáng tỏ về quy luật biến đổi tính thấm của đất đá san hô ở Việt Nam và có ý nghĩa thực tiễn giúp cho việc lựa chọn các giải pháp chống thấm hợp lý khi xây dựng công trình trong môi trường san hô.
ĐỊA KỸ THUẬT – TRẮC ĐỊA NGHIÊN CỨU BƯỚC ĐẦU VỀ GIẢI PHÁP CHỐNG THẤM CHO CÁC ĐẢO SAN HÔ BẰNG PHƯƠNG PHÁP TRỘN SAN HÔ – XI MĂNG ThS NGUYỄN QUÝ ĐẠT Học viện Kỹ thuật Quân Tóm tắt: Bài báo trình bày đặc điểm địa chất thủy văn khu vực đảo san hơ, từ kiến nghị giải pháp chống thấm phương pháp trộn san hô – xi măng dựa kết thí nghiệm thấm phòng Kết báo bước đầu góp phần làm sáng tỏ quy luật biến đổi tính thấm đất đá san hơ Việt Nam có ý nghĩa thực tiễn giúp cho việc lựa chọn giải pháp chống thấm hợp lý xây dựng cơng trình mơi trường san hơ Mở đầu: Đất đá đảo san hơ có cấu trúc địa chất đặc biệt, chủ yếu trầm tích san hô, quy luật biến đổi địa chất thủy văn theo biến đổi phức tạp Nước đất đảo san hơ hình thành chủ yếu từ nước mưa nước biển ngấm vào, dẫn đến hình thành nguồn nước lợ xuống sâu độ mặn tăng dần Tầng nước có mối quan hệ với thủy triều gây khó khăn sinh hoạt bất lợi xây dựng: ăn mòn kết cấu, ảnh hưởng tới độ bền đất đá, Để cải thiện nguồn nước phục vụ cho sinh hoạt giảm tác hại xây dựng, giải pháp làm hóa, giảm độ mặn tầng nước ngầm giải pháp kéo dài đường thấm nước biển vào đảo tường chắn chống thấm xung quanh đảo thi công đến độ sâu hợp lý Xuất phát từ nhu cầu thực tế điều kiện đặc biệt vậy, sở kết điều tra khảo sát thí nghiệm hút nước trường kết hợp với thí nghiệm phòng, chúng tơi tiến hành nghiên cứu tổng hợp đặc điểm địa chất cơng trình địa chất thủy văn trầm tích san hơ số đảo san hơ với mục đích đánh giá tác động nước ngầm đến cơng trình 48 sinh hoạt người dân Từ đó, chúng tơi kiến nghị giải pháp chống thấm phương pháp trộn san hô xi măng Nghiên cứu bước đầu thực phương pháp thí nghiệm thấm phòng mẫu chế bị san hô với tỷ lệ xi măng khác nhau; kết cho thấy hệ số thấm giảm đáng kể sử dụng giải pháp Đặc điểm địa chất thủy văn đảo san hô 1.1 Sự hình thành nước đất Xét cấu trúc địa chất nói chung, từ lên ta thấy: - Phía đá vơi san hơ phần móng đảo, có kết cấu vững chắc, tượng cactơ nên có nhiều hang hốc; - Tiếp theo lớp san hô vụn rời gồm cành, nhánh, cuội, sỏi, cát san hơ đóng vai trò chủ yếu Do kích thước, hình dáng hạt vụn khác mức độ gắn kết yếu nên lớp có rỗng lớn; - Trên lớp cát san hô Với cấu trúc địa chất vậy, trầm tích san hơ tạo nên mơi trường thấm tốt, tạo điều kiện thuận lợi cho việc cung cấp nguồn nước đất Do đó, khẳng định rằng, nguồn nước ngầm đảo san hơ hình thành từ nước mưa tích tụ tầng nông gần bề mặt Nước mưa rơi mặt đảo thẩm thấu qua lớp trầm tích bở rời, chèn đẩy nước mặt khe nứt, lỗ hổng tầng cát san hô, san hô phong hố lưu trữ trạng thái cân thuỷ lực với nước biển Tạp chí KHCN Xây dựng – số 2/2016 ĐỊA KỸ THUẬT – TRẮC ĐỊA Dựa vào số liệu khoan khảo sát, ta chia mặt cắt địa chất thuỷ văn đảo san hô thành đới sau (bảng 1): Đới 1: Đới thơng khí Có bề dày tính từ mặt đảo đến độ sâu 1.8 m Thành phần đất đá chủ yếu đới gồm cát, sạn cành nhánh san hô vụn, nhỏ rời rạc, đôi chỗ xen kẹp lớp phân chim màu xám đen Đất đá có độ rỗng lớn (35 ÷ 45%), thơng thống có quan hệ mật thiết với bề mặt Nước mưa, nước mặt qua đới thấm sâu xuống lòng đất nên đới không chứa tầng nước Đới 2: Đới dao động mực nước ngầm Nằm độ sâu 1.8 ÷ 2.7m mặt đảo Thành phần đất đá đới chủ yếu cành, nhánh san hô lẫn sạn cát hạt thơ, có độ rỗng lớn (40 ÷ 45%) Mực nước đới thường xuyên dao động tác động nước thuỷ triều Đới 3: Đới bão hoà nước Nằm độ sâu từ 2.7m trở xuống Trong đới này, theo kết khoan khảo sát địa chất cơng trình, địa chất thuỷ văn thành phần chủ yếu bao gồm: phần đới cành, nhánh san hơ lẫn cát, sạn, đơi chỗ gặp cục, tảng san hơ, có kết cấu rời rạc, xốp có độ rỗng lớn (30 35%) Trong phần đới có chứa tầng nước nhạt phong phú, có bề dày dao động từ 11 - 12.8m Phần đới tầng đá vôi, gắn kết tương đối vững chắc, độ rỗng dao động khoảng 10 - 20% Ở phần đới có chứa nước khe nứt, độ rỗng đất đá nước có nồng độ muối cao hơn, độ tổng khoáng tăng dần theo độ sâu Bảng Mặt cắt địa chất thủy văn đảo san hô STT Các đới nước đất Đới thơng khí Đới dao động mực nước Đới bão hoà nước Bề dày (m) 1.8 Thành phần thạch học Cát, sạn lẫn cành vụn san hô Cành nhánh lẫn cát, sạn 0.9 - Phần gồm cành, nhánh san hô, xen kẽ gặp san hô dạng cục, tảng, độ rỗng lớn - Phần đá vôi san hô, gắn kết tương đối vững chắc, độ rỗng nhỏ 1.2 Nghiên cứu dao động mực nước ngầm Để nghiên cứu dao động mực nước ngầm, tiến hành quan trắc đo đạc thay đổi mực nước giếng đào giếng khoan đảo theo thời gian mối quan hệ với mực nước biển [2] Kết đo đạc cho thấy: Phụ thuộc vào vị trí, khoảng cách giếng đến bờ đảo hướng đảo khác mà mức độ ảnh hưởng thuỷ triều với mực nước giếng khác Dao động mực nước ngầm thường lệch pha, chậm với dao động mực nước thuỷ triều: ÷ giờ, có đến Ở thời điểm triều cường, biên độ thuỷ triều đạt 1.9 ÷ 2.0m biên độ nước đất đạt tới 1.47 ÷ 1.48m Từ số liệu độ cao mực nước giếng cho thấy bề dày tầng nước giếng dao động Tạp chí KHCN Xây dựng – số 2/2016 > 37.3 Đặc điểm ĐCTV Thấm nước tốt, không trữ nước Mực nước ngầm dao động theo thuỷ triều theo mùa Đất đá bão hoà nước; phần chứa tầng nước nhạt (M < 1g/l), có bề dày 11 ÷ 12.8m; Từ độ sâu 13.5 ÷ 14.6m trở xuống chứa nước có nồng độ muối cao hơn, xuống sâu mặn khoảng từ 0.43 ÷ 1.48m Nhìn chung, dao động nước đất đảo quan hệ chặt chẽ với dao động mực nước thuỷ triều ngày 1.3 Nghiên cứu xác định thông số địa chất thủy văn phương pháp hút nước thí nghiệm trường Để xác định số thông số địa chất thủy văn chủ yếu nước đất, tiến hành khoan giếng nước tiến hành hút nước thí nghiệm Từ đó, xây dựng biểu đồ hạ thấp mực nước theo thời gian, tính tốn thơng số địa chất thủy văn [1] Sử dụng phương pháp Jacob để xác định thông số địa chất thuỷ văn, dựa phương trình mực nước hạ thấp: S = Algt + B (1) đó: 49 ĐỊA KỸ THUẬT – TRẮC ĐỊA cho thấy khả thấm nước lớn lớp phần đảo, tạo điều kiện cho khả thu nhận nước mưa thấm xuống, cung cấp cho nguồn nước ngầm đảo A - Hệ số góc phương trình; A= 2,30 Q 2,30 Q 2, 25a lg ; B= 4πT 4πT r Q - lưu lượng giếng, m3/ngày; s - độ hạ mực nước, m; T - hệ số dẫn nước tầng chứa nước, m2/ng; t - thời gian tính tốn, s; a - hệ số dẫn áp, m /ng; r - bán kính giếng tính mực nước hạ thấp giếng hút nước hay khoảng cách từ điểm tính mực nước hạ thấp tới giếng hút nước Hệ số thấm xác định theo cơng thức: K = T/h (2) đó: T - hệ số dẫn nước, T = 2,30Q ; 4.π A K - hệ số thấm, m/ng; T - hệ số dẫn nước, m2/ng; h - chiều dày tầng chứa nước, m; Kết tính tốn: Để xác định thơng số K dựa theo số liệu thí nghiệm, ta xây dựng đồ thị quan hệ mực nước hạ thấp lỗ khoan s với logarit thời gian lgt theo phương trình (1) Dựa vào đồ thị ta xác định hệ số A B Từ xác định hệ số dẫn nước T thay vào phương trình (2) xác định hệ số thấm K Theo tài liệu hút nước thí nghiệm đợt 1: T1 = 703 m2/ng; h1 = htb = 11.0 m; Vậy: K1 = T1/h1 = 703/11 = 63.9 m/ng Theo tài liệu hút nước thí nghiệm đợt 2: T2 = 263 m2/ng; h2 = 11.0 m; Vậy: K2 = T2/h2 = 263/11 = 23.9 m/ng Từ ta có giá trị trung bình thông số sau: K + K 63.9 + 23.9 Ktb = = = 43.9 m/ng 2 Nhận xét: Hệ số thấm trung bình lớp cành nhánh san hô đảo Ktb = 43.9 m/ng Kết 50 Nghiên cứu bước đầu giải pháp chống thấm cho đảo san hô phương pháp trộn san hô – xi măng Để nghiên cứu giải pháp chống thấm đảo san hơ, bước đầu chúng tơi tiến hành thí nghiệm thấm mẫu chế bị nhằm mục đích xác định hệ số thấm mẫu tương ứng với hàm lượng xi măng khác hỗn hợp chế tạo mẫu Từ kết thí nghiệm mẫu lựa chọn phối liệu chế tạo chống thấm với hàm lượng xi măng thích hợp Mẫu chế bị chế tạo từ cát cành nhánh san hô lấy đảo san hơ Hàm lượng xi măng tính theo phần trăm trọng lượng cát cành nhánh 5.0; 10.0 15.0% Sử dụng xi măng Pooc lăng P300, Hoàng Thạch, dùng nước cấp cho sinh hoạt Mẫu đúc ống nhựa có đường kính 90mm, chiều cau 185mm Tiêu chuẩn áp dụng: TCVN 9403:2012 Gia cố đất yếu – Phương pháp trụ đất xi măng Mẫu chế tạo phòng thực theo phương pháp trộn ướt Thời gian thí nghiệm sau 7, 14 28 ngày Phương pháp thí nghiệm thấm cột nước khơng đổi Để thí nghiệm xác định hệ số thấm mẫu chế bị, dùng thiết bị thí nghiệm thơng thường thí nghiệm thấm với đất cát Mơ hình thí nghiệm hình [3] Vận tốc thấm v xác định theo công thức: V = Q Ft (3) đó: Q – thể tích nước đo được, cm3; F – diện tích tiết diện mẫu, cm2; t – thời gian đo, s Hệ số thấm mẫu xác định theo công thức: K = V/I (4) đó: I - gradient áp lực; I = h/L h - chênh cao cột nước, cm; L - chiều dài mẫu chế bị, cm Tạp chí KHCN Xây dựng – số 2/2016 ĐỊA KỸ THUẬT – TRẮC ĐỊA Hình Mơ hình thí nghiệm thấm mẫu san hô cột nước không đổi L – chiều dài mẫu chế bị; h – chênh cao cột nước Kết thí nghiệm xác định hệ số thấm mẫu chế bị thể bảng Bảng Giá trị trung bình hệ số thấm mẫu chế bị (m/ng) STT Mẫu chế bị Cát san hô Cành nhánh san hô 0.0 ngày 5.0 14 ngày Hàm lượng xi măng (%) 10.0 28 14 28 ngày 15.0 14 ngày 28 ngày 20.968 1.328 1.123 1.043 0.147 0.088 0.028 0.064 0.047 0.031 21.978 1.327 1.122 1.042 0.364 0.159 0.079 0.091 0.054 0.032 Kết luận Dòng thấm nước đất đảo san hô phức tạp chịu ảnh hưởng nhiều yếu tố, để đơn giản hố tính tốn, cách tương đối chúng tơi coi dòng thấm ổn định Đây nghiên cứu bước đầu phương pháp thí nghiệm phòng mẫu chế bị Định hướng nghiên cứu công nghệ thi công trộn san hô – xi măng đến độ sâu hợp lý; với điều kiện địa tầng đảo san hơ tường chống thấm cần thi công độ sâu vượt qua lớp san hơ bở rời Tiến hành thí nghiệm xác định thông địa chất thủy văn trường; kết hợp lấy mẫu nước thí nghiệm xác định thành phần hóa học so sánh trước sau xây dựng tường chống thấm phương pháp trộn san hô – xi măng Giải pháp chống thấm mang lại nhiều ý nghĩa tích cực như: giảm độ mặn, làm hóa nguồn nước ngầm vốn ỏi đảo san hơ, giảm tác hại ăn mòn vật liệu xây dựng, cải tạo Tạp chí KHCN Xây dựng – số 2/2016 cường độ chịu tải đá san hô, giữ ổn định ranh giới mặn ngọt, hạn chế tác hại dòng thấm tới đất đá, hạn chế nhiễm bẩn chất thải từ biển ngấm trở lại đảo TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Thái Doãn Hoa (2011), “Một số kết bước đầu xác định thông số địa chất thuỷ văn phương pháp hút nước thí nghiệm trường đảo Trường Sa lớn”, Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Học viện Kỹ thuật quân sự, 144, tr 103 109 [2] Viện Kỹ thuật Cơng trình đặc biệt (2012), Điều tra khảo sát môi trường nước rác thải hữu đảo thuộc quần đảo Trường Sa, Dự án điều tra biển ĐTB 11.3, Học viện KTQS, Hà Nội [3] Braja M.Das, Khaled Sobhan (2013) “Principles of Geotechnical Engineering” Cengage Learning, U.S.A Ngày nhận bài: 22/03/2016 Ngày nhận sửa lần cuối: 9/7/2016 51 ... thấm trung bình lớp cành nhánh san hơ đảo Ktb = 43.9 m/ng Kết 50 Nghiên cứu bước đầu giải pháp chống thấm cho đảo san hô phương pháp trộn san hô – xi măng Để nghiên cứu giải pháp chống thấm đảo. .. trước sau xây dựng tường chống thấm phương pháp trộn san hô – xi măng Giải pháp chống thấm mang lại nhiều ý nghĩa tích cực như: giảm độ mặn, làm hóa nguồn nước ngầm vốn ỏi đảo san hơ, giảm tác hại... chế bị Định hướng nghiên cứu công nghệ thi công trộn san hô – xi măng đến độ sâu hợp lý; với điều kiện địa tầng đảo san hơ tường chống thấm cần thi cơng độ sâu vượt qua lớp san hô bở rời Tiến hành