Xử Lý Nền Đất Yếu Trong Xây Dựng (NXB Xây Dựng 2011) - Nguyễn Uyên, 208 Trang

NGUYỄN UYÊN xử LÝ NỀN DAT YẾU TRONG XÂY DỰNG ■ (Tái bản) NHÀ XUẤT BẢN XÂY DựNG H À N Ộ I - 2011 L Ị I N Ĩ I ĐẦU K h i n iệ m đ ấ t y ế u k h i n iệ m tư n g đối, p h ụ th u ộ c tr n g thái vật lí đảt củng tương quan khả chịu lực đất với tái trọng mà móng cơng trinh truyền lên Loại đất có khả chịu ỉực thấp (0,5 - kG/cm2) hệ số rỗng lớn (s> 1,0), h ệ s ố n é n lú n cao, m ôđưn biến d n g n h ỏ (E < k G / c m 2), sức chống cắt không đáng kẽ Do ưậy, xây dựng cơng trình đất yếu, cơng trình lớn tải trọng nặng thi buộc phải xử lí đê tăng sức chiu tải, giảm độ lún chênh lệch lún cho c ô n g trìn h C h i p h í cho việc x l í n y n h iề u k h i r ấ t lớn, có t h ể tới 30 - 50% giá thành cơng trình Nền đất yếu phân bố rộng đồng Bắc Việt Nam, đồng sông cửu Long Với hàng chục năm tiến hành xây dựng công trinh dân dụng, công nghiệp, giao thông, thuỷ lợi, từ sau thống nhát đất nước năm 1975, phần nắm đặc tnỉng địa kĩ thuật cho loại đất đá nói chung đất yếu nói rièng, tích h/ỹ kinh nghiệm xử lí móng diều kiện (lịa chai hhac Cuốn xử lí nên d ả t yêu xây dưng xin đề cẠp đến uấn để Hy vọng sách có thê giúp ích phần cho kĩ sư, cán kĩ thuật xây dựng, địa kĩ thuật dùng làm tài liệu tham khảo công tác minh T c giả C hương C Ả C Đ Ặ C T R U N G Đ ỊA KĨ T H U Ậ T C Ủ A ĐẤT YẾU VÀ NEN Đ ẤT YÊU I l C Á C Đ Ặ C T I U N (; Đ ỊA KỈ T H U Ậ T C U A Đ Ả I Y Ế U 1.1.1- Đ ịn h n g lììa d l >eu t v ú yê u n h ữ n u dát có nãĩm chịu lực Ihấp (0,5 - l O k G / c n r ), há u n h h o n toàn hão lioà n ướ c , c ó hơ sơ rỗim lớn ( ĩh n s E > 1), hệ số n én lún lớn (a tới p h n m ườ i h oặ c vài d n vị), m ỏ đ u n t ổn u bien dạiìii bé ( E , < k G / c m 2), trị s ố sức c h ỏ n g cáĩ k h ô n g d a n u kê c ỏ i m trinh xày dựi m dất yếu buộc phai có bi ện p h p x lí, nế u k h n g k h ó h o ặ c k h ò n u the thục Đul y c u c ó the dát sét vêu dát cát \VÌ 1, bùn than bùn đất lìữu cư, dất thái, Đât YVU ciirơc t h n h t o l ục d ĩ a ( t n t í ch, s n t ích, lũ t í ch, lớ t í c h , d o g i ó , d o l ầ y, d o c o n nụười) \ ù n v ị n l i (cửa sõim tam uiấc cháu, vịnh bicn) h o ặ c biển ( k h u vực nước l ìỏ im, s â u k h n g cỊiiá ( ) m , t h c i n lục đ ị a, s â u 0 - 30()()m, b i ê n s â u , t r ê n 0 m ) Chi ẽu d y lớp đất vóu tliay đổi từ vài mét dến 35 - m Việt N u m clãí \ỸU phân b ố c h ù ÌI ÝIH’ (lốn» hằiìíĩ C c c ô n g trình d n dụi m, conii n g h i ệ p , u i a o tliơiiíỉ, íliuỷ lợi p pluii khó khán rãi lớn x â v dựníỊ trơn vùim clât yêu C c nél khái quát ve Mĩ phan hố sò dặ c trư ng đ ịa kĩ thuật cửa lơp clãt vô LI số YÙnu Việt Num đe c p troim m ụ c 1.2 Đ e cỏ c sớ k h o a học i ro n g đ ể xuất c ác biện p h p xử lí nen đất yêu, sau đ â v trình bà y c ác đ ặc trưng địa kĩ thu ật c h ủ vêu quvốt định tính chất xây d ự n g ciia c h u n g : k h o n g vật sét, cấu trúc c ù a đ ât, h i ê n tượnsz m a o đản, co n aỏ t, trươnu nớ, đ ặc đ i ế m c ú a m ộ t s ố loại đâI yếu: SĨI ỹ*u, cát y ế u bùn, th an hùn, 1.1.2 K h o n g vát sét càu trú c đ át / G iỏi th iệ u Sót i h u ậ t nsỉữ đe c p k h o n u vật dặc biệt nh kaoli nit h a y ilit T u ỵ nh ỉé n irong kĩ thuậi x y d ự n g , sét đư ợ c coi đất sét - loại có ch ứa m ộ t s ố k h o n g vật sốt c ũ n e nh k h o n u vật c, có lính dé o dược oọi đất dính Đ ấ t sét đất hạt m ịn , n h n g klìỏ im phải t o n (kít hạt mịn dãi dí nh hay dất sét Bụi b a o g m c ả hạt m ị n lẫn hạt ihỏ C c hạt hụi riênu biệt, uiịng nh sét, k h n a t r ô n ” t h ấ y b ằ n £ m , n h n g hụi đất khịiiH d í n h khỏiiíĩ dco Bụi dá ví du khác vổ dát hạt m ịn khơn® dính C n n h c ác dặc trưim xác định củ a đất hạt thô n h p h â n b ố c ỡ hạt h ì n h d n g hạt n h h ó ì m lớn đe n h n h vi kĩ thuật cú a dát này, c ị n s ự c ó mặt c ủ a nước, trừ só trư ờng h ợ p đ ặ c biệt hầ u n h u k h ô n g ả n h hư ng N g ợ c lại, với đấ t sét, nước lại có n h h n g lớn đ ế n h n h vi kĩ thuật c ù a đất hơ n p h â n b ố c ỡ hạt Bụi vậl liệu t r u n g g i a n, nước làm c h o đất c ó tính d é o v k h n g c ó , c ò n đ ộ b ề n CƯ b a n kh n R phụ t h u ị c o đ ộ ẩ m , g i ô n g n h cát T r o n g c h n e n y, k h o n g vật sét đư ợ c coi c c hạt nh ỏ , k h ả n ă n g hoạ t d ộ n s đ i ệ n hoá m ã n h liệt Chỉ m ộ t lư ợ n e n h ỏ k h o n g vật sét c ó m ặ t t ro n g đ ấ t c ũ n g làm ảnlì h n g lớn đ ế n c c tính chất x â y d ự n g c ủ a đất K h i lưựng sết tărm, đấ t m a n g nh i ề u :ính ch ấ t c ú a sét K h i lượng sét k h o n g % cát bụi c ó t ro n q đ ấ t hầu n h ản h h n g k h ô n g đ n g kế đ ế n h n h vi kĩ thuật c ủ a đất T r o n g c h n g , c h ú n g ta trình bàv n g ắ n g ọ n c c h k h o n s vật sét q u a n t r ọ n ” , c c h n h ậ n biết tư n g tác với nướ c clì ún g với n h a u N g o i c ò n đ ề c ậ p đ ế n c ác khái n i ệ m g ầ n đ â y n h ấ t cấ u trúc c ủ a đất, m ộ t k h i n i ệ m q u a n t r ọ n g d ế hiếu t ín h d í n h c ủ a đ ấ t d í n h c ữ n g n h đ ộ ch ặt tươn g đố i c ủ a đất k h ô n g dín h K h o n g v ậ t s é t K h o n g vật sét c ác vật c hấ t kết tinh n h ỏ c h ủ y ếu h ì n h t h n h từ q u trình p h o n g h o h o h ọ c c u a c c k h o n g vật tạo đá đ ịn h C h ú n g c c a l u m ỏ silicat chứci n c (^ ) ( y = Oxy o = Silớc c} o ã â - Ox mt phng S ilic Silic Oxy !ièn kết để tạo mạng lưới Đường bao khối bốn mặt silic Đường bao ỉưới silic sáu cánh (haì hướng) biểu thị liên kết silic - oxy trọng mặt phẳng cuối {4 liên kết từ siỉic vng góc với mặt giây) d) H ình I ỉ : a) K h ố i bổn m ặt s ilic dơn (theo G rim , 9 ị; h) H ìììh d anq íiìữc lớp bốn mạí h a y lớp s ilic (theo G riỉìĩ, 1959); c) So' cỉổ d i cliệỉi cua lớp s ilic ịỉh e o L a iỉỉb e , 1953); (ỉ) N h ìn ĩréiì din h lớp s ilic (theo W a r s h a U ’ v Roy, 1961) cá c ion kim loại khác Tất cá khoáng vật sét tinh Ihế nhỏ, c ỡ hạt k eo (đường kính nho l(.im ) chí nhìn thấy bằniỉ kính hiên vi điện tứ C ác tinh thể riêng biệt trông g iô n g tâm hay phiến m ỏng, từ n ghiên cứu nhiễu xạ tia X , nhà khoa h ọc xác định bao g ồm nhiều lớp k ết tinh c ó cấu trúc n g u y ên tứ lặp lại T rong thực tế, chi c ó hai lớp tinh thể sớ lớp bốn m ặt hay silic lớp tám mặt hay n h ỏ m C ác lớp xếp lại m ạng tinh thể vớ i m ối liên kết cá c ion kim loại khác tạo khoána vật sét khác Lớp bốn mật chủ yếu sư kết hợp dơn vị bôn mặt s ilic g m c ó bốn n g u y ên tử ó x y góc quanh n guvên lử silic dơn độc Hình la c h o thấy m ột khối bốn mặt silic dơn h ìn h 1.1 b c h o thấv c ác n g u v ê n tử ÔXY đ y m ỗ i k h ố i b ố n m ặ t kết h ọ p để tạo c ấu trúc lóp nhu thố nàc Cac o x v ỏ' đáy m ồi khối bốn mật m ột mặt phảng íỉóc o x v k h ôn g liên kết tất cá đ iểm C Ù IÌS m ột hướng Sơ đ ổ phổ biến đại diện c h o lớp b) a) c r vac ") = Hydroxin hay oxy ^ Nhôm, magiẽ, Ai AI v> H/droxin mặt phẳng • Nhóm C c vị trí khối tậm mặt trống (sẽ lắp d ầy lớp bruxit) §) Hydroxin mặt phẳng cuối — Đường bao cá c mãt khối tám mặt nhôm song song mặt phẳng cuôl cúng hydroxin — Đường bao cá c mặt khối tám mặt trống song song mặt phẳng cuối củng hydroxin — C c liên kết nhôm - hydroxin (sáu từ nhôm) l í ì t ĩ h ỉ : ti) K ììổ i tám ỉìĩặí nhơm (hay tìiagié) dơn (theo G rìỉìĩ, 1959); b) I l ì i ì h dạní’ đcuiạ ĩ hước lóp tùm m ặĩ (theo G r im , 1959); c) Sơ dồ d i íliệiì lớp túm m ặt hay lớp nhơm (hay ììĩiỉịịiê) (theo Lam be, 1953); (I) N h ìn ỈI CIÌ đỉn h lớp túm mặỉ (theo W arsỉia\\' Roy, 1961) bón mat dược d ù n e cuối c ù n u the tronii hình l l c Phía trcn c ù n e lóp silic ta ihàv n m i v ê n tư ỏ x y ỏ' đ y m ỏ i khối bố n mặt thuộc hai khối b ố n mặt c c n g u y ê n tử silie k é n h a u đư ợ c d í n h kết vói n h a u n h th ố nà o đ ợ c thấy h ìn h U d C u lưu ý "các h ố ” sáu góc t r o n g lớp Lớ p t ám mặt vé c há n s kêì h ọ p c ủ a c ác đ o n vị tám m ặ t ba o iiổm o x y y h y d r o x i n vây q u a n h m ột n h ô m y m a s i è , sắt h a v n m i v ê n tử k h c M ộ t k h ố i t m mặt dược lliấy ironíĩ hình 1.2a, trone hình 1.2b khối tám mặt kết hợp tạo thành cấu irúc lớp Các d ă v ô x y v h y đ r o x i n tro ng lớp t r o n e m ặt p h ả n g H ì n h 1.2c sơ d dại d i ện lớp t ám m ặ t m ta s dụ n « H ì n h 1.2d đ ợ c nh ìn đỉ n h lớp t m mặt c h o t hấv n g u y ê n tử k h c n h a u t h a m uia liên kết với n h a u n h t h ế Sư th ay thê c ác c a ti o n k h c n h a u lớp tám m ặ t ph ố b i ế n h ơn đ ả n đ ế n tạo UI k h o n g vật sét k h c nh a u Vì ion đư ợ c thav t h ế c ó c ù n g kí ch thước vật lí, s ự thay t h ế dỏ gọi th ay t h ế đ ổ i m hìn h Đ ỏ i k h n g phai tồn khối t ám m ặt CỈCL1 c hứa e at i o n n ên đa tạo c ấ u trúc kết tinh k há c đơi ch út với c c tính chất vật lí k h c nhan phán tạo k h o n ” vật sét khác N ếu tất cá anion cíia lóp mặt h ydroxin 2/3 vị trí c a lio n lấp kín hăníi n h m d ó k h o n \ ậ l uipsit Nốu irumiê t h a y c h o n h m lóp vù lấp kín tất ca vị irí c a li o n (16 k h o n g vạt hruxit Các biên dổi t ro n u c ấu trúc lớp c há n tao I ! ! I nhi éu nhó in k h o i m vật sét ' l o a n hơ klìốnu vật SĨI o m hai lớp c han ilưọv \ ố p lại vói niuiu ỉ h c o c/u \ấL di n h với cac calion đ ị n h c ó mặi i ro n u cac lóp hị n mật tám V m ụ c dí ch kĩ tỉmài phụ c vụ xâ y d ự n e Ihườiìi! chi đe c ậ p inỏt sỏ k h o ấ i m vật sét ph ò biến, hay uặp tronu dãì sét K a o l i n i t c bán o u ổ m c ác lóp lạp lại c ứa lơp mật (silic) \'à m ộ i lớp íáiìi niãí ( n h ỏ m h a y eipxit) i I Do sư sãp xốp cúa m ơl lóp bao aổm hai lóp bán, kaolinii đư ợ c uọi ỉà k h o i m \ t sét 1:1 (hình 1.3) Iỉai lớp (lược u i ĩr c h ãc \'ứi n h a u theo c ách dính lóp silic tronu lóp lám mặt lạo llìành lớp dơn ỉ ĩ ỉ n h ỉ 3: So' dó câu n úc cúa k a o ìĩỉìií ịĩh e o L í ỉ ỉỉỉb e / V ỹ 1’ / thấy hình 1.4 Ló p nà v d y k h o ã im , m n \ ’à mỏ' r ộ n a k h ỏ n u hạ n đ ị n h vể hai p h ư n a kh c Một linh ihc kaoiinit b a o eổiìì m ộ t c h ổ n u \ a i lóp c sớ n m C c lớp tiếp t h e o c úa lóp so' d ọ ' c a i ữ c h ặ t v i n h a u h i i ^ l i ê n k c t h y đ r o x i n I i i ữa c c h y đ r o x i n c ủ a 1Ó'P b ố n m ậ l v o x y cua lớp IÌÌ mát Vì liên kct hydroxiiì rãt m ạn h n u ã n ca n tượim hút nước (hvdral hố) vù c h o ph ép lóp ìiăn kết tạo tinh the kliá lớn Một tinh the kaoiinil tiicn hình cỏ tù be dà v cua 70 địn 100 lớp Hình 1.5 vi anh diện tư quét (SI.:M) kaolinit Ị ỉ in h 1.4: c 'ấu ì rú c nxitvcn ỉứ a ìư k u o l i n il (theo G rin i, 1959) ỈIìiìlì 1.5: \ ánh diện HÌ qt kuolinit ('(Georgia két tinh hoàn chỉnh C h ié ii dìu sónạ / / / / / K u o iin it thành phán yêu tron” dãI sét làm gốm sứ, dùng cỏnu nehièp làm ui;ÍY S0Ì1 dược pliam K hốn" vật :1 khác c ó liên quan vứi kaolinit h o lo izit N ó khác k aolin il c h ỗ hình thành «iữa lóp có lượn Sĩ hyđrat hố «âv săp xếp Iiíỉẫu nhiên hay biến liụnu troim manu lưới tinh ihê nên hình dans ơng (hình 1.6) Nước dễ từ lóp nhiệt hay làm khỏ bãiiíỉ lị nung CỊLIÚ trình khơng thuận nghịch Có im lũa haloi/.it sc khõne h\cirat liố lai kin thêm nước Mặc dù khơng phổ biến, haloizit dõi có \ trị kĩ thuật quan irọnu Các thí níihiệm dầm chặt Irên đất bị khơ khơníĩ khí c ó thổ c h o kết khác nhiều với m ẫu c ó độ ẩm tự nhiên, d o cần th í n gh iệm đầm chặt p h òn g cá c m ẫu c ó đ ộ ẩm n gồi trời thi g IIinh 1.6: V' / ánh diện tử quét lialoixit (ở Colorado, (Mỹ) chiêu dài s n l 5/.un) M onm orilonit đ c ị n g ọ i sin ectit m ột khoán g vật quan trọng tạo bới hai lớp silic m ột lớp nhỏm (g ip x it) (hình 1.7) V ì th ế m o n m o rilo n il lóp k h ốn g vậi 2:1 Lớp tám mật nằm hai lớp silic với đinh khối bốn mặt kết hợp với hyđ roxin lớp tám Các lớp nH20 vá cation trao đổi / \ / Si Si \ i / 0.96nm AI mặt để tạo m ột lớp đơn thấy hìnli 1.8 Bề dày m ỗi lớp 2:1 vào khoán g ,9 n m kaolin it g iố n g \ lớp m rộng k h ôn g giớ i hạn theo hai hướng D o Si / AI / Si \ m ối liên kết bời lực V an der W aals giữ a đỉnh c c lớp s ilic yếu c ó độ hụt đ iện tích âm thực trone lớp tám m ặt, nước cá c ion Iíìn h 1.7: Sơ dồ cân trúc trao đổi c ó thể vào \'à ch ia tách monmorilonit (theo Lambe, Ỉ9 ỈÌ cá c lóp Vì th ế cá c tinh thể m o n m orilon it c ó m ể nhỏ (bìn h 1.9) lại c ó sức hút rât m ạnh với nước Đ ất chứa m o n m orilon it lất nhạy cảm với trươns độ ẩm thav đ ổi áp lực trươne nở biêu lộ c ó thể ;ây hư hại cá c c n g trình nhẹ đường g ia o th ôn g M o n m o rilo n it thành phần chủ y ếu du n g d ịch khoan, sử d ụ n g c n s n g h iệp dược phẩm 10 Các íớp nH20 cation trao đổi 0x* o o va 0 Nhôm, sắt, magié @ Hydroxin Silic, đỏi nhơm H ình 1.8: Cấu trú c ngun (ử m o n m o r iì o n it (theo G r ỉm , 1959) / / Ì A ỉ / V / ảnh điện ỉử CỊÍÌÙĨ cùa ỉì ì o ỉim o r ilo n iỉ Va (à W yoming Mỹ) C h iê u d ả i sóng lủ ĩ um ' # S i •■= S s •• m ẵ "-V ? Ể ấ ■ iỊ& *0rJ ỉđ & ; ìT 11 IÌIỈ (dược giáo sư R.E G riin cúa Trườim Đại học Illin o is khám phá) thành phân quan trọnẹ khác dất sét Nó cũn« cỏ cấu trúc 2: i m o n m o rilo n il lớp Iìãm íiiữa dược liên kết với bằim im uycn tử kali la nhó' lại lỗ sáu LIóc t r o n ” lóp silic ( hì nh l ỉ d ) h a u hốt c ó d n e kí nh c h í n h xác thích h ợ p c h o nauyêMi lử kali lấp đầy hố sáu sóc nàv liên kết lớp chặt (hình 1.10) N iỉồi ra, có mót sõ thay thè d n g h ìn h c ú a n h m c h o silic tronii lóp silic Ai ìtììĩh ỉ 11: \ 'i ànlì ílicn ỉử íỊiict cua /7/7 H ì n h 10: Sơ dó câu tr ú c cùa /7/7 (ó' Ị- iiỉiiai!, ỈỈỈIÌÌOIS Mỹ) ịỉh c o I.Aimbe, 1953) C h iê u ch)ị íhanỉì sánạ Lỉm Ilit có cấu trúc tinh thé tương tự khống vật micu có kali tliav đổim hình hon: thê chúng hoạt dộng hố học manh nhiều so với mica Hình 1.11 vị ánh điện tử quét ilit Cl ori ỉ tương đối phổ biến đất sét, tạo lóp lạp lại lớp silic, lớp nhôm, lớp silic khác lớp a ip xit (A l) hay b ru x il (M g ) khác (hình 1.12) Nó gọi k h o n g vát c ó cấu trúc 2: 1:1 Clorit c ũ n g c ó t h a y t h ế đ i m h ìn h đơi có thê m ất lớp b m x i t h a y gipxii, thè no c o thẽ trưưn u no d o nước c ó vào lóp T u y n hi ên , k h ả n ă n s t rư n g n kếnì m o n i n o r il o n it Như dã đề cập đảv, có nhiểu nhóm khống vật sét với kết hợp sán hiếu dược vo ion thay thế, nước lớp cation có nàng trao dổi Theo quan điếm kĩ thuật, số khoáng vật dáng lưu V vecm iculit - khoáng vậl cấu trúc 2:1 tương lư m on m o rilo n it có hai lớp I Ì Ư Ớ C aiữa Sau khò n h i ệ t độ cao, nước uiữa lóp bị loại bỏ, vecm iculit "trương nở" trở thành vât liệu cách diện 12 ... ề u , vô t r u n g ) - - - 1,0 ,9 0.35 48 26 - - - - ,8 0.67 l.ỉ o,sr> 44 33 1,49 - 1.78 1,51 2.12 - - - 1,2 tiến 2.0 1.0 ,4 50 29 1,35 1.86 1,92 1,37 ,2 0 Ị ỉ 52 29 1,29 - 1,92 1,3 I ,2 0 ,0... P d m i n - ^ P d ! Pđmin X 100(%) / Ptlma đó: pd - d u n g trọng khô đất c ó hệ s ố rỗng e; pJimn - du n g trọng k h ô n h ỏ đất c ó h ệ s ố rỗng e max; pdmax - du n g trọng khô lớn đất c ó h... thống nhát đất nước năm 1975, phần nắm đặc tnỉng địa kĩ thuật cho loại đất đá nói chung đất yếu nói rièng, tích h/ỹ kinh nghiệm xử lí móng diều kiện (lịa chai hhac Cuốn xử lí nên d ả t yêu xây dưng