4.2. MỘT SỐ VẤN ĐỀ ĐỊA CHẤT CƠNG TRÌNH TRONG XÂY DỰNG CƠNG
4.2.1. Phân loại cấp độ đất
a. Đối với các lớp đất được thành tạo trầm tích Holocen: Trong luận văn, sử dụng
phân loại cấp độ đất yếu theo tác giả Vũ Văn Lợi [13] nhƣ sau:
Bảng 4.1. Bảng phân loại cấp đất yếu trầm tích Holocen
STT Cấp độ đất yếu Ký hiệu Đơn vị Giá trị các chỉ tiêu
1 Rất yếu A1 (kG/cm2) R0 ≤ 0,25 - E0 < 10,0 - Cu ≤ 0,050 - 0 < qc ≤ 2,0 (búa/30cm) N = 0 ÷ 1 B > 1 2 Yếu A2 (kG/cm2) 0,25 < R0 ≤ 0,5 - 10,0 ≤ E0 < 25,0 - 0,050 < Cu ≤ 0,150 - 2,0 < qc ≤ 5,0 (búa/30cm) N = 1 ÷ 2 B > 1
3 Tƣơng đối yếu A3
(kG/cm2) 0,5 < R0 ≤ 1,0 - 25,0 ≤ E0 < 50,0 - 0,150 < Cu ≤ 0,250 - 5,0 < qc ≤ 10,0 (búa/30cm) N = 3 ÷ 5 0,75 ≤ B < 1,0
b. Đối với các lớp đất được thành tạo trầm tích Pleistocen: Trong luận văn, sử dụng
phân loại cấp độ đất theo tác giả Nguyễn Huy Phƣơng (2005) [22], nhƣ sau:
Bảng 4.2. Phân chia cấp độ đất theo sức chịu tải và biến dạng trầm tích Pleistocen
STT Tên đất – Ký hiệu Giá trị tiêu chuẩn R0 và E0
1 - Đất bình thƣờng - B1 R0 = 1,0 ÷ 1,5 kG/cm2 (Đất có cấp độ chịu tải trung bình) E0 = 50 ÷ 100 kG/cm2 2 - Đất tƣơng đối tốt (cao) - B2 R0 = 1,5 ÷ 2,0 kG/cm2 (Đất có cấp độ chịu tải tƣơng đối cao) E0 = 100 ÷150 kG/cm2
3 - Đất tốt - C R0 = 2,0 ÷ 3,0 kG/cm2
(Đất có cấp độ chịu tải cao) E0 = 150 ÷ 300 kG/cm2
4 - Đất rất tốt - D R0 = 3,0 ÷ 5,0 kG/cm2
(Đất có cấp độ chịu tải rất cao) E0 = 200 ÷ 500 kG/cm2 4.2.2. Đánh giá đặc điểm trầm tích khu vực bán đảo Đồ Sơn
Kết quả nghiên cứu đã xác định đƣợc 9 tập trầm tích thuộc hệ tầng khác nhau, tƣơng ứng 9 lớp đất theo thứ tự từ dƣới lên trên nhƣ sau:
a. Các tập trầm tích thuộc Pleistocen:
- Tập 1 - Cát sạn (aQ11): Ký hiệu lớp số 9 trên mặt cắt trầm tích – địa chất cơng trình. Một số chỉ tiêu cơ lý địa chất cơng trình, cho:
Cát có kết cấu chặt đến rất chặt, có trị số xuyên tiêu chuẩn SPT N = 47 ÷ 62 búa/30cm; cƣờng độ sức chịu tải tƣơng đối cao Rtt = 3,73 kG/cm2.
Theo bảng 4.2, lớp này thuộc loại đất có cấp độ rất tốt (D).
- Tập 2 – Sét pha (amQ11): Ký hiệu lớp số 9 trên mặt cắt trầm tích – địa chất cơng trình. Một số chỉ tiêu cơ lý địa chất cơng trình, cho:
Đất ở trạng thái dẻo cứng, trị số xuyên tiêu chuẩn SPT 15 < N30 ≤ 20 búa/30cm. Độ bền kiến trúc cao ( = 15º56’ ÷ 17º14’; C = 0,176 ÷ 0,194 kG/cm2); hệ số nén lún thấp (a1-2 = 0,018 ÷ 0,024 cm2/kG).
Môđun biến dạng (Eo = 52,45 kG/cm2) và cƣờng độ sức chịu tải tƣơng đối cao (Rtt = 1,61 kG/cm2).
Theo bảng 4.2, lớp này thuộc loại đất có cấp độ tƣơng đối tốt (B2).
- Tập 3 – Cát (aQ12): Ký hiệu lớp số 7 trên mặt cắt trầm tích – địa chất cơng trình. Một số chỉ tiêu cơ lý địa chất cơng trình, cho:
Cát có kết cấu chặt có trị số xuyên tiêu chuẩn SPT N = 32 ÷ 39 búa/30cm; cƣờng độ sức chịu tải tƣơng đối cao Rtt = 2.33 kG/cm2.
Theo bảng 4.2, lớp này thuộc loại đất có cấp độ tốt (C).
- Tập 4 – Sét pha (amQ12): Ký hiệu lớp số 6 trên mặt cắt trầm tích – địa chất cơng trình. Một số chỉ tiêu cơ lý địa chất cơng trình, cho:
Đất ở trạng thái dẻo mềm, có trị số SPT 9 < N30 ≤ 14 búa/30cm.
Độ bền kiến trúc tƣơng đối cao ( = 13º 22’ ÷ 14º36’; C = 0,094 ÷ 0,102 kG/cm2); hệ số nén lún thấp (a1-2 = 0,024 ÷ 0,027 cm2/kG).
Môđun biến dạng (Eo = 42,90 (kG/cm2), cƣờng độ sức chịu tải tƣơng đối thấp (Rtt = 0,97 kG/cm2).
Theo bảng 4.1, lớp này thuộc loại đất có cấp độ tƣơng đối yếu (A3).
- Tập 5 – Cát (amQ13b): Ký hiệu lớp số 5 trên mặt cắt trầm tích – địa chất cơng trình. Một số chỉ tiêu địa chất cơng trình, cho thấy: Cát có kết cấu chặt vừa N = 12 ÷ 15 búa/30cm, cƣờng độ sức chịu tải tƣơng đối thấp Rtt = 0,93 kG/cm2. Theo bảng 4.1, lớp này thuộc loại đất có cấp độ tƣơng đối yếu (A3).
b. Các tập trầm tích thuộc Holocen:
- Tập 6 – Sét pha (amQ21-2): Ký hiệu lớp số 4 trên mặt cắt trầm tích – địa chất cơng trình. Một số chỉ tiêu cơ lý địa chất cơng trình, cho:
Đất ở trạng thái dẻo chảy, có trị số xuyên tiêu chuẩn SPT 7 < N30 ≤ 10 búa/30cm.
Độ bền kiến trúc tƣơng đối thấp ( = 13º 23’ ÷ 14º10’; C = 0,073 ÷ 0,086 kG/cm2); hệ số nén lún tƣơng đối cao (a1-2 = 0,031 ÷ 0,034 cm2/kG).
Môđun biến dạng (Eo = 33,31 (kG/cm2), cƣờng độ sức chịu tải (Rtt = 0,84 kG/cm2) tƣơng đối thấp.
Theo bảng 4.1, lớp này thuộc loại đất có cấp độ tƣơng đối yếu (A3).
- Tập 7 – Sét (mQ21-2): Ký hiệu lớp số 3 trên mặt cắt trầm tích – địa chất cơng trình. Một số chỉ tiêu cơ lý địa chất cơng trình, cho:
Đất ở trạng thái dẻo chảy, có giá trị xuyên tiêu chuẩn SPT 3 < N30 ≤ 5 búa/30cm. Độ bền kiến trúc thấp ( = 5º23’ ÷ 7º37’; C = 0,074 ÷ 0,088 kG/cm2); hệ số nén
Môđun biến dạng (Eo = 18,34 (kG/cm2) và cƣờng độ sức chịu (Rtt = 0,55 kG/cm2) tƣơng đối thấp.
Theo bảng 4.1, lớp này thuộc loại đất có cấp độ yếu - tƣơng đối yếu (A2 - A3).
- Tập 8 – Bùn sét (amQ23): Ký hiệu lớp số 3 trên mặt cắt trầm tích – địa chất cơng trình. Một số chỉ tiêu cơ lý địa chất cơng trình, cho:
Đất ở trạng thái chảy, có trị số xuyên tiêu chuẩn SPT 0 < N30 ≤ 1 búa/30cm. Độ bền kiến trúc thấp ( = 2º19’ ÷ 3º00’; C = 0,034 ÷ 0,047 kG/cm2); hệ số nén lún cao (a1-2 = 0,098 ÷ 0,135 cm2/kG)
Mơđun biến dạng (Eo = 9,62 (kG/cm2), cƣờng độ sức chịu tải thấp (Rtt = 0,35 kG/cm2 ) rất thấp.
Theo bảng 4.1, lớp này thuộc loại đất có cấp độ rất yếu - yếu (A1 - A2).
- Tập 9 – Bùn sét pha (mQ23): Ký hiệu lớp số 1 trên mặt cắt trầm tích – địa chất cơng trình. Một số chỉ tiêu cơ lý địa chất cơng trình, cho:
Đất ở trạng thái chảy, có trị số xuyên tiêu chuẩn SPT 2 < N30 ≤ 3 búa/30cm. Độ bền kiến trúc thấp ( = 5º16’ ÷ 7º40’; C = 0,034 ÷ 0,045 kG/cm2); hệ số nén lún cao (a1-2 = 0,046 ÷ 0,063 cm2/kG).
Môđun biến dạng (Eo = 24,64 (kG/cm2), cƣờng độ sức chịu (Rtt = 0,42 kG/cm2) thấp, nhƣng khá hơn so với tập trên.
Theo bảng 4.1, lớp này thuộc loại đất có cấp độ yếu (A2). 4.2.3. Một số vấn đề địa chất cơng trình
Vấn đề địa chất cơng trình là sự tƣơng tác qua lại giữa nền đất và cơng trình. Khi có tải trọng tác động, tùy thuộc vào các loại cơng trình (nhà, cầu đƣờng, cầu cảng, đƣờng ống cấp nƣớc…) và quy mơ tải trọng cơng trình, nền đất sẽ phát sinh những vấn đề khác nhau (vấn đề thủy văn, hải văn, sức chịu tải, lún nền đất…).
Do vậy, khi sử dụng cơng trình cần phải đánh giá và dự báo những bất lợi đối với cơng trình, từ đó tìm ra những biện pháp hạn chế hoặc ngăn ngừa các bất lợi đó.
Giới hạn trong phạm vi của đề tài, luận văn chỉ đi sâu phân tích, đánh giá các vấn đề địa chất cơng trình tại khu vực bán đảo Đồ Sơn, nhằm phục vụ xây dựng cơng trình cảng biển, tập trung vào các vấn đề nhƣ sau:
- Vấn đề sức chịu tải của nền đất - Vấn đề thủy văn, hải văn
4.2.3.1. Vấn đề lún nền đất
Để phân tích và đánh giá về vấn đề lún nền đất phục vụ cho việc xây dựng cơ sở hạ tầng cơng trình cảng, cần phải tiến hành tính tốn lún nền đất.
a. Vị trí và giới hạn tính tốn lún
Việc tính lún nền đất đƣợc thực hiện ở trên tất cả các tuyến mặt cắt minh giải
địa chấn nông phân giải cao trong khu vực nghiên cứu. Trên mỗi tuyến chọn 1 ÷ 2 điểm đại diện cho mặt cắt tuyến để tính tốn lún (Hình 3.5 ÷ 3.16). Kết quả tính lún mang tính chất dự báo nhằm phục vụ xây dựng cơng trình cảng biển, mặt bãi chứa hàng container, do đó, tải trọng tác động lên nền đất có xét đến tải trọng thay đổi của container chồng xếp lên nhau, bỏ qua tải trọng của xe vận chuyển hàng hóa qua lại.
Bảng 4.3. Các thơng số và giao diện bảng tính tốn lún nền đất
Mặt cắt ĐCN phân giải cao – trầm tích Các thơng số tính tốn
Vật liệu san lấp Cát
Sơ đồ tính tốn 1 chiều
Tải trọng phân bố Chữ nhật
Bề rộng tính tốn B= 2b = 100 m
Chiều dày san lấp Hsl (m)
Cao độ san lấp dự kiến L(m) +4,5
Hệ số đầm chặt K 0,98
Dung trọng hiện trƣờng ht(g/cm3) 1,75
Tải trọng san lấp qsl(kG/cm2) Tải trọng lớn nhất
Container trong bãi qcon(kG/cm
2) 0,13
Mặt cắt vị trí tính lún và sơ đồ tải trọng Tổng tải trọng q(kG/cm2)
b. Các thơng số tính tốn lún
Với bài tốn tải trọng phân bố đều, phân bố trên diện rộng, để tính lún ta cần
chia mảnh với chiều dài B = 2b = 100 m, khoảng cách từ tim ra biên b = 50 m. Tiến hành lập và sử dụng chƣơng trình tính lún tự động trên Excel với các thơng số và giao diện bảng tính tốn lún đƣợc thể hiện trong Bảng 4.3.
c. Kết quả tính tốn lún: Kết quả tính lún của tất cả các mặt cắt địa chấn nơng
phân giải cao – trầm tích trong khu vực nghiên cứu đƣợc thể hiện trong bảng 4.4. Bảng 4.4. Tổng hợp kết quả tính tốn lún cố kết nền đất
STT Tuyến Vị trí tính lún
Cao độ Bề dày Tổng độ lún
Thời gian cố kết (năm) Uv ≤ 10% Uv ≥ 95% (m) D (cm) Sc (cm) Y ≤ 10% Y ≥ 95% 1 T10 P-DVL1 -2,86 44,4 134,45 ≤ 2,70 ≥ 400 2 P-DVL2 -3,76 25,5 124,01 ≤ 0,65 ≥ 98 3 T11 P-DVL3 -3,06 59,6 177,99 ≤ 1,04 ≥ 154 4 T12 P-DVL4 -2,96 59,8 166,13 ≤ 3,60 ≥ 530 5 P-DVL5 -4,26 57,6 193,34 ≤ 1,90 ≥ 285 6 T14 P-DVL6 -3,66 59,0 174,79 ≤ 1,22 ≥ 183 7 P-DVL7 -3,06 51,5 159,12 ≤ 1,60 ≥ 240 8 T15 P-DVL8 -3,06 77,6 167,35 ≤ 1,01 ≥ 152 9 P-DVL9 -3,66 37,9 142,76 ≤ 0,45 ≥ 66 10 T19 P-DVL10 -3,86 18,6 101,64 ≤ 0,15 ≥ 23 11 P-DVL11 -3,86 5,9 47,30 ≤ 0,15 ≥ 23 Giá trị nhỏ nhất 5,9 47,30 ≤ 0,15 ≥ 23 Giá trị lớn nhất 77,6 193,34 ≤ 3,60 ≥ 530 Giá trị trung bình 45,2 144,44 e. Nhận xét kết quả tính tốn lún nền đất
Từ kết quả tính lún trên, cho thấy:
- Kết quả tính tốn lún nền đất cho thấy, với tải trọng tác động lên nền đất khác nhau độ lún cũng khác nhau (P-DVL1 ÷ P-DVL11). Khi tiến hành so sánh độ lún của cùng một lớp đất với tải trọng tác động lên nền đất tƣơng đƣơng nhau thì bề dày càng lớn độ lún càng nhiều (Bảng 4.4, Phụ lục).
- Với cùng cao độ nền thiết kế nhƣ nhau (+ 4,5 m), độ lún xác định đƣợc (Bảng 4.4) có sự thay đổi rất mạnh S = 47,30 ÷ 193,34 cm, trung bình Stb = 144,44 cm, qua đó cho thấy, tổng độ lún nền đất chủ yếu đƣợc xác định trong các lớp đất yếu đƣợc thành tạo bởi trầm tích Holocen. Thời gian cố kết kéo dài từ hàng chục đến hàng trăm năm t = 23,0 – 530,0 năm gây ảnh hƣởng nghiêm trọng đến xây dựng cơ sở hạ tầng nhất là khu vực ven biển Việt Nam nói chung và khu vực bán đảo Đồ Sơn nói riêng.
d. Nguyên nhân gây ra sự cố lún nền đất
Từ kết quả tính tốn trên đã xác định nguyên nhân gây ra sự cố lún cho cơ sở hạ tầng nhƣ sau:
Độ lún nền đất tại các điểm trên tuyến mặt cắt minh giải địa chấn nông phân giải cao cho thấy: độ lún các lớp đất liên quan trực tiếp đến thành tạo trầm tích Holocen, đó là những lớp đất có cấp độ rất yếu đến tƣơng đối yếu (A1 - A3) (S = 47,30 ÷ 193,34 cm, Stb = 144,44 cm).
Tải trọng tác dụng lên nền đất không giống nhau (phụ thuộc cao độ địa hình) dẫn đến tải trọng quy đổi khác nhau, do đó, độ lún cũng khác nhau.
4.2.3.2. Vấn đề sức chịu tải của nền đất
Kết quả nghiên cứu đặc điểm trầm tích cho thấy:
- Các lớp đất đƣợc thành tạo trầm tích Holocen là những lớp đất rất yếu đến tƣơng đối yếu (A1 - A3), cƣờng độ chịu tải, mô đun biến dạng thấp (Rtt < 1,0 kG/cm2, E < 50 kG/cm2). Vì vậy, khi xây dựng cơng trình phải đặc biệt quan tâm đến các lớp đất yếu để đề ra các giải pháp xử lý nền móng phù hợp.
- Các lớp đất đƣợc thành tạo trầm tích Pleistocen, nhìn chung có sức chịu tải, mơ đun biến dạng của nền đất tốt hơn so với các lớp đất yếu thuộc Holocen. Tuy nhiên, hầu hết các lớp đất có hệ số nén lún lớn và không đều, trị số xuyên tiêu chuẩn SPT thấp, bề dày và phạm vi phân bố thay đổi mạnh, do đó, khi thiết kế thi cơng xây dựng cơng trình cần phải có các giải pháp xử lý nền móng phù hợp với từng tải trọng cơng trình.
4.2.3.3. Vấn đề thủy văn, hải văn
Do khu vực nghiên cứu nằm sát bờ biển, chịu ảnh hƣởng lớn của chế độ thủy văn – hải văn, đặc biệt là sự dâng cao của mực nƣớc biển dâng do sóng, bão gây ra và chiều cao mực nƣớc biển dâng do biến đổi khí hậu tồn cầu. Vì vậy, khi xây dựng các cơng trình cảng biển phải có các biện pháp thiết kế, thi cơng phù hợp đảm bảo an tồn và hiệu quả kinh tế.
4.3. ĐỀ XUẤT MỘT SỐ GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU PHỤC VỤ XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH BIỂN DỰNG CƠNG TRÌNH BIỂN
Từ kết quả nghiên cứu trên, để phục vụ cơng tác xây dựng cơng trình biển trên nền đất yếu, đề xuất ra một số giải pháp xử lý nền đất yếu trên cơ sở thực tế và tiêu chuẩn Việt Nam.
4.3.1. Phƣơng pháp gia tải trƣớc kết hợp bấc thấm
a. Mục đích, nhiệm vụ
Phƣơng pháp này nhằm làm tăng nhanh thời gian cố kết và cƣờng độ chịu tải của nền đất.
b. Cách tiến hành
Phƣơng pháp này thƣờng sử dụng chất tải bằng cát với tải trọng đất thƣờng bằng hoặc lớn hơn tải trọng cơng trình dự kiến xây dựng. Kết quả quan trắc lún đƣợc tính tốn xác định độ lún cuối cùng theo tiêu chuẩn Việt Nam. Qua đó, cho phép chọn tải trọng và độ lún phù hợp trƣớc khi xây dựng cơng trình. Để thúc đẩy nhanh quá trình cố kết của nền đất, có thể kết hợp với phƣơng pháp bấc thấm.
c. Phạm vi áp dụng
Phƣơng pháp này rất hiệu quả đối với nền đất yếu nhƣ than bùn, bùn sét và sét pha dẻo nhão, cát pha bão hoà nƣớc.
4.3.2. Phƣơng pháp cọc cát
a. Mục đích, nhiệm vụ
Phƣơng pháp này làm cho độ rỗng, độ ẩm của đất nền giảm và góc ma sát trong tăng lên, do đó, sẽ tăng sức chịu tải của nền đất đối với đất yếu. Độ lún và biến dạng không đồng đều của đất nền dƣới đáy móng các cơng trình giảm đi đáng kể. Khi dùng cọc cát, trị số môđun biến dạng ở trong cọc cát cũng nhƣ ở vùng đất đƣợc nén chặt xung quanh sẽ giống nhau ở mọi điểm, vì vậy, sự phân bố ứng suất trong nền đất đƣợc nén chặt bằng cọc cát có thể xem nhƣ nền thiên nhiên.
b. Cách tiến hành
Dùng ống cọc thép có đƣờng kính D = 0.2 ÷ 0.6 m (đƣờng kính cọc tùy thuộc vào thiết bị thi cơng) và đƣợc hạ xuống nền bằng búa máy đóng cọc. Sau đó nhồi cát và
đầm chặt từng lớp. Chiều sâu các cọc đƣợc tính tốn xác định theo u cầu về ổn định và lún. Khoảng cách giữa vách các cọc liền kề khơng q 4 lần đƣờng kính của chúng.
c. Phạm vi áp dụng
Cọc cát là phƣơng pháp dùng có hiệu quả để nén chặt các lớp đất yếu có chiều dày lớn (>3 m) nhƣ cát nhỏ, cát bụi rời ở trạng thái bão hòa nƣớc, các loại đất cát có xen kẽ những lớp bùn mỏng, các loại đất dính yếu (sét, sét pha...) cũng nhƣ các loại đất bùn và than bùn.
4.3.3. Phƣơng pháp đệm cát đầm chặt
a. Mục đích, nhiệm vụ
Lớp đệm cát thay thế lớp đất yếu nằm trực tiếp dƣới đáy móng, đệm cát đóng vai trò nhƣ một lớp chịu tải, tiếp thu tải trọng cơng trình tiếp nhận tải trọng cơng trình