T.T Địa tầng Chiều sâu phân bố(m) Chiều dày lớp (m) Thành phần thạch học 1 Lớp 1 0,2 – 1,0 0,8 Đất trồng trọt 2 Lớp 2 1,0 – 7,0 4,0 Tầng đệ tứ Sét pha, cát, cuội sỏi 3 Lớp 3 > 7,0 > 10,0 Đá gốc bột kết, cát kết phong hoá Các cơng trình thăm dị thuộc nền bãi thải Tây đã được thực hiện chủ yếu phục vụ cơng tác thăm dị than cho nên tính chất chất cơ lý của tầng phủ đệ tứ còn sơ lược chưa đủ tin cậy phục vụ đánh giá tính tốn ổn định của nền. Do vậy để đánh giá đầy đủ tính chất của nền bãi thải Tây đã tiền hành 5 hố đào lấy mẫu thí nghiệm tính chất cơ lý tổng hợp. Các mẫu thí nghiệm được lấy trong lớp thứ 2 từ trên xuống đến độ sâu 1,5m so với bề mặt địa hình. Tại mỗi vị trí hố đào lấy 3 mẫu đất nguyên dạng, tổng số mẫu thí nghiệm là 15 mẫu.
- Nền bãi thải Nam khi kết thúc có diện tích 162 ha, hiện nay diện tích đổ thải khoảng 20ha. Trên tồn bộ diện tích nền bãi thải hầu như chưa được nghiên cứu về địa chất cơng trình. Tại biên giới phía tây của bãi thải hiện trạng (kết thúc 3/2013) để xây dựng tuyến đường vào nhà máy xi măng Quán Triều vào năm 2010 đã tiến hành thi cơng 3 lỗ khoan khảo sát địa chất cơng trình. Chiều sâu lỗ khoan 7m, khối lượng thi cơng và lấy mẫu thí ngiệm được tổng hợp trong bảng 2.7.
Bảng 2.3. Khối lượng thi cơng khoan và lấy mẫu thí nghiệm năm 2010
T.T Lỗ khoan Chiều sâu (m) Mẫu TN
1 H1 7,0 2
2 H2 7,0 1
Kết quả khoan và thí nghiệm mẫu, đã xác định được cấu trúc địa tầng của nền đến chiều sâu 7 m bao gồm 3 lớp đất đá, Phân bố địa tầng theo các lỗ khoan từ trên xuồng dược tổng hợp trong bảng 2.8.
Bảng 2.4.Tổng hợp địa tầng theo lỗ khoan rìa phía Tây bãi thải Nam
T.T Địa tầng Chiều sâu phân bố (m) Chiều dày lớp (m) Thành phần thạch học 1 Lớp 1 0,3 – 2,0 1,50 Đất trồng trọt, đất đá thải. 2 Lớp 2 2,0 – 6,0 3,7 Tầng đệ tứ Sét pha, cát, cuội sỏi 3 Lớp 3 > 6,0 > 2,0 Đá gốc bột kết phong hoá
Tại lớp thứ 2 đã lấy 3 mẫu thí nghiệm trong phịng kết quả thí nghiệm tính chất cơ lý của các mẫu đất được tổng hợp trong bảng 2.9.
Bảng 2.5. Tổng hợp tính chất cơ lý của đất lớp 2 theo các lỗ khoan
T.T Chỉ tiêu cơ lý Đơn vị tính Giá trị
1 Độ ẩm tự nhiên -Wtn % 23,07
2 Trọng lượng thể tích tự nhiên - w
g/cm3 1,98
3 Trọng lương thể tích khơ - c g/cm3 1,60
4 Khối lượng riêng - g/cm3 2,745
5 Hệ số rỗng - e0 - 0,716
6 Độ lỗ rỗng - n % 41,70
8 Giới hạn chảy - Wt % 36,93 9 Giới hạn dẻo - WD % 24,32 10 Chỉ số dẻo - Io % 12,60 11 Độ sệt - B - -0,06 12 Góc ma sát trong độ 22,50 13 Lực dính kết - C kG/cm2 0,243 14 Hệ số nén lún - a1-2 cm2/kG 0,027
15 Cường độ chịu tải quy ước - Ro kG/cm2 2,395 16 Mô đuyn tổng biến dạng – Eo kG/cm2 179
Các kết quả khảo sát địa chất cơng trình đã được thực hiện chỉ cho phép đánh giá sơ bộ phân bố địa tầng và tính chất cơ lý của nền bãi thải phần phía Tây của bãi thải Nam. Phần phía Đơng và phần phía Nam của bãi thải Nam nền bãi thải chưa được khảo sát đánh giá, do vậy để có đủ số liệu về tính chất địa chất cơng trình nền bãi thải Nam đã tiến hành Khoan bổ sung 03 lỗ khoan khảo sát địa chất cơng trình và đào 03 hố đào, lấy 16 mẫu đất 6 mẫu đá và 3 mẫu nước nguyên dạng thí nghiệm trong phịng.
2.3.2.Đặc điểm địa chất thuỷ văn nền bãi thải.
Nền các bãi thải trước khi đổ thải thường bị phân cách bởi các quả đồi thấp và các dòng suối nhỏ, trong quá trình đổ thải địa hình bị san lấp, nước mặt do nước mưa cung cấp được thốt ra ngồi bằng các mương thóat nước tự chảy do cao trình bãi thải lớn hơn cao trình thốt nước tự nhiên của khu vực.
Địa tầng nền bãi thải nằm trên cánh Nam của bối tà chứa than mỏ Khánh Hồ. Q trình khai thác lộ thiên trong nhiều năm qua tại mỏ Khánh
Hoà đã làm thay đổi động thái của nước dưới đất, quá trình khai thác xuống sâu dưới mức +0.0 m đã hút nước ngầm thuộc 2 cánh của bối tà về đáy mỏ và được thốt ra ngồi bằng cưỡng bức dẫn đến cao trình mực nước dưới đất được hạ thấp dần cùng với quá trình khai thác xuống sâu. Kết quả khảo sát thực địa vảo tháng 3/2018 cho thấy tồn bộ khu vực phía Nam và phía Tây (khu vực mở rộng bãi thải Tây) các giếng khai thác nước phục vụ sản xuất nông nghiệp và sinh hoạt được đào đến độ sâu từ 2 3m đều khơng có nước (hình 2.4)Tại các lỗ khoan khảo sát địa chất cơng trình mực nước tĩnh quan trắc được nằm ở độ sâu từ 0,4m đến 3,8m so với bề mặt địa hình trong lớp sét pha là nước dưới đất cục bộ ngấm từ ao hồ và ruộng trồng lúa khu vực lân cận. Tính chất hố lý của nước tương tự nước mặt oa hồ lân cận. kết quả thí nghiệm mẫu nước lấy từ lỗ khoan được tổng hợp trong phụ lục số 04, nước thuộc loại bi các bơ nát khơng ăn mịn bê tông.
CHƢƠNG 3
ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP CƠNG NGHỆ, TRÌNH TỰ KHAI THÁC, ĐỔ THẢI VÀ CÁC THÔNG SỐ BÃI THẢI NHẰM NÂNG CAO
ĐỘ ỔN ĐỊNH BÃI THẢI ĐỐI PHĨ VỚI BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU. 3.1. Khái niệm về biến đổi khí hậu.
Biến đổi khí hậu là sự thay đổi của hệ thống khí hậu gồm khí quyển, thuỷ quyển, sinh quyển, thạch quyển hiện tại và trong tương lai. Biến đổi khí hậu gây ra các hiện tượng như hạn hán, bão lụt trên phạm vi toàn cầu. Hiện tượng mưa bão với lượng mưa lớn đã gây ra hiện tượng xói lở, sạt trượt các bãi thải. Như vậy, xét ở góc độ ổn định bãi thải có thể hiểu biến đổi khí hậu chính là sự thay đổi cường độ mưa bão.
3.2. Giải pháp gia cƣờng bãi thải bằng cơ học:
3.2.1. Cơ sở lý thuyết của giải pháp.
Giải pháp gia cường đất đá thải bằng cơ học (nén chặt cải tạo đất đá) là một trong những phương pháp cải tạo tính chất xây dựng của đất đá có hiệu quả và phổ biến rộng rãi. Kết quả của phương pháp là tăng độ chặt, nâng cao mô đuyn biến dạng và sức chống cắt của đất đá thải, làm giảm tính thấm nước, nâng cao độ ổn định cho các khối đắp nói chung và bãi thải nói riềng.
Nén chặt đất đá có thể tiến hành một cách hệ thống như quá trình phá hoại kiến trúc - cấu tạo tự nhiên, tăng số lượng tiếp xúc giữa các hạt đất đá do sự phân bố lại của chúng dưới tác dụng của tải trọng tức thời hay rung.
Nén chặt nhân tạo đất đá phụ thuộc vào nguyên tắc tác dụng của thiết bị sử dụng như: nén chặt bằng máy lu, máy đầm, máy đầm rung, đầm động, nổ mìn..v.v.
thành phần cấp phối hạt, thành phần khoáng vật của đất đá. - Ảnh hưởng của độ ẩm:
+ Theo nhà khoa học Mỹ R.Proktor (1933) ảnh hưởng của độ ẩm đến quá trình nén chặt được thể hiện theo sơ đồ (xem hình 4.1)
Độ ẩm, mà ở đó mức độ nén chặt của đất đạt giá trị lớn nhất (γdmax) được gọi là độ ẩm tối ưu hay độ ẩm tốt nhất (Wtu).
Hình 3.1. Đường cong quan hệ γd = f (W)
+ Nhà khoa học Nga B.V.Đeriaghin (1943) dựa trên lý thuyết màng mỏng nước liên kết đã chứng minh được rằng độ ẩm tối ưu Wtu của đất có quan hệ nghịch đảo với cơng đầm chặt.
+ Theo tiến sỹ V.I.Birulia độ ẩm tối ưu và độ chặt tối ưu cuả đất được xác định theo công thức:
Wtu = 1,5 (0,5 Wp - 0,25 Ip). (4.1) γ tu = γs (1 - Vk) / ( 1+ 0,62 γs Wl). (4.2) Trong đó: Vk - Thể tích khí trung bình cịn lại trong đất được lấy như
sau:
Đất sét: VK = 0,04 Đất sét pha: Vk = 0,05
Đất cát pha: Vk = 0,06 - Ảnh hưởng của cấp phối hạt.
Cấp phối hạt có ảnh hưởng nhiều đến việc đầm chặt của đất đá, đất càng mịn thì độ rỗng trong đất càng lớn dẫn đến γd đầm chặt càng thấp. Khả năng chịu tải của đất phụ thuộc vào trọng lượng thể tích khơ của nó. Nếu tăng trọng lượng thể tích khơ lên đến một giới hạn nào đó thí khả năng chịu tải của đất cũng tang lên theo.
Kết quả nghiên cứu của nhiều tác giả cho thấy cấp phối trong đất đá hỗn hợp càng khơng đồng đều thì trọng lượng thể tích khơ có thể đạt được càng cao, ngược lại cấp phối hạt càng đồng đều thì trọng lượng thể tích khơ có thể đạt được càng thấp. Trên hình 3.2 giới thiệu sơ đồ quan hệ giữa trọng lượng thể tích khơ và thành phần cấp phối hạt của các loại đất.
Hình 3.2. Sơ đồ quan hệ giữa γ d và cấp phối hạt của các loại đất: Cát; 2 - Cát pha sét; 3 - Sét pha cát; 4 - Sét
- Ảnh hưởng của thành phần khoáng vật.
Theo các nhà khoa học Nga ảnh hưởng của thành phần khống vật đến tính nén chặt của đất đá phân tán được thể hiện qua các khía cạnh sau:
+ Các trị số γd và n đạt được do nén chặt phụ thuộc vào mức dộ phân tán, thành phần khoáng vật của chúng.
+ Đất đa khoáng khi nén dưới các cấp áp lực từ 5 đến 10 kG/cm2 thường có γd lớn và n nhỏ hơn so với đất sét Kaolinit.
Theo tiến sỹ B.M.Gumensky (1965) khi làm ẩm đất sét đến giới hạn chảy rồi rung nó trong vịng 15 phút thì sét Bentonit được nén chặt lớn nhất (35,4%) còn sét Kaolinit là nhỏ nhất (12,5%). Điều này được giải thích bởi khả năng chứa một lượng nước khếch tán trong bentơnít lớn hơn trong kaolinít. Cụ thể bằng thực nghiệm đã xác định được lượng nước khuếch tán trong bentonit = 37%, trong hyđromica = 18,5% và trong caolinit = 16%.
Trong đất sét khi giảm độ ẩm có xu hướng làm tăng sự nén chặt của chúng. Giới hạn nén chặt đất dưới tác động của tải trọng tạo ra khả năng dịch chuyển gần hơn của các hạt khoáng vật trong đất, kéo theo sự phá hoại các hợp thể cũ tạo ra các hợp thể mới có khả năng chịu tải cao hơn.
Tải trọng truyền lên đất để đạt được độ chặt lớn nhất, đồng thời tạo ra độ bền cao nhất được gọi là tải trọng nén tối ưu.
Đất có thể đạt được độ chặt cao do tăng thời gian tác động của tải trọng. Thực tế cho thấy để đạt được độ chặt tương đối bằng 1,0 γdmax cần phải thực hiện công đầm chặt lớn hơn 3 lần công đầm chặt để đạt được độ chặt bằng 0,95γdmax .
Ảnh hưởng của phương pháp nén chặt đến sự hình thành độ bền của đất bắt đầu xuất hiện dưới Wtu và đặc biệt rõ rệt nhất dưới độ ẩm W > Wtu .
3.2.2. Phương pháp nén chặt đất bằng đầm chầy cơ giới
Tính ưu việt của đầm chầy cơ giới là khả năng nén chặt các lớp đất có chiều dầy lớn từ 1,0 1,5m thậm chí đến 2m. Trọng lượng quả đầm trung bình từ 1,5 4 tấn, rơi tự do từ độ cao 3 5m.
Khi nén đất bằng đầm chày cơ giới (hình 3.3) sẽ loại trừ được những tính chất lún của đất đến độ sâu 2m. Chiều dầy lớp đất được nén chặt bằng đầm chầy cơ giới phụ thuộc vào các yếu tố sau:
- Trọng lượng của đầm vá chiều cao rơi của quả đầm. - Đường kính cơng tác của mặt đầm.
- Chế độ đầm . - Loại đất dá đầm.
- Độ ẩm tự nhiên và độ rỗng của đất.
Khi chiều cao rơi của đầm từ 3,5 đến 4m theo tác giả V.G.Berezanxev (1964) thì chiều dày lớp đất nén chặt (h) được xác định theo công thức:
h = k.d (m) (4.3) Trong đó: d - Đường kính bề mặt cơng tác của đầm trịn, m.
K - Hệ số phụ thuộc vào lại đất cầm đầm chặt, được lấy theo bảng 4.1.
Bảng 3.1. Trị số trung bình của K theo loại đất
Thứ tự Loại đất Trị số K 1 Cát 1,55 2 Cát pha 1,45 3 Sét pha 1.3 - 1.2 4 Đất sét đắp 1,2 5 Sét 1,0
Khi đất chưa đủ ẩm nên làm ẩm bổ sung cho đất đến giá trị Wtu . Thờì gian làm ẩm bổ sung được xác định theo công thức:
t = h / 2K . (4.4) Trong đó : h - Chiều dầy lớp đất cần đầm chặt, m.
K - Hệ số thấm của đất, m/s.
gần đúng theo công thức của N.V.Laletin (1964)Như sau:
Q = (W1 . V2 . γs) / 100 . γ. (4.5) Trong đó: V2 - Thể tích đất cần đầm chặt.
W1 = Wp - W; Với Wp độ ẩm gới hạn dẻo, W độ ẩm tự nhiên của đất. γs - Trọng lượng thể tích khơ.
γ.- Trọng lượng thể tích tự nhiên của đất.
Dựa trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm Tác giả Nao- Mét đề nghị sử dụng các cơng thức tính tốn sau:
- Chiều dày lớp đất đầm chặt. Chiều dày lớp đất đầm chặt h (cm) được tính theo cơng thức:
h 0,7. a , cm (4.6) Ở đây: a là cạnh của đầm hình vng (cm)
a = 4Q(3k2 + 5k – 2) / 0,7 γ (k-1)1/3
(4.7) Trong đó: Q - Trọng lượng của đầm, kg.
γ - Trọng lượng thê tích đất đầm, kg/cm3 K - Hệ số hồi giả của nhát đầm, K = 0,25.
- Chiều cao đầm H. Chiều cao rơi của đầm (H) sao cho đất không bị phá hoại kết cấu và được xác định bằng công thức:
H = (d.h.a2
) / (2.Q.E) , cm (4.8) Trong đó: d - Cường độ giới hạn của đất, kG/cm2
.
E - Mô đuyn biến dạng của đất đã đầm chặt, kG/cm2. E = 150200 kG/cm2; d = 6 15 kG/cm2
.
Ưu điểm nổi bật của đầm chầy cơ giới là sử dụng được cho mọi loại đất (sét á sét, cuội sỏi..), nhược điểm là năng suất thấp, thi công phức tạp dẫn đến giá thành cao.
Hình 3.2. Sơ đồ nén chặt đất bằng đầm cơ giới:
1- Trục công tác của máy đầm; 2- Dải đất cần đầm; 3- Quả đầm; 4- Vị trí máy; 5- Dải đất chưa được nén chặt; 6- Dải đất đã được nén chặt 3.2.3. Phương pháp nén chặt đất băng đầm động lực.
Nén chặt đất đá sử dụng búa đầm động lực (đầm nặng) sẽ sinh ra sóng nén, sóng này sẽ phá hoại kết cấu ban đầu của khối đất, làm dịch chuyển các hạt đất và hợp thể của chúng thành hỗn hợp mới ổn định hơn.
Búa đầm hiện đại là loại búa bê tông hay kim loại, tiết diện vuông hay trịn, đường kính tới vài mét, trọng lượng đến 200 tấn, chiều cao búa đầm rơi đến 40m. Đầm được thực hiện theo ô lưới, khoảng cách giữa các điểm đầm
tới vài m.
Chiều sâu nén chặt (h) được kiểm tra bằng năng lượng chi phí dưới dạng nén chặt:
h = B (P.H)1/2 . (4.9) Trong đó: H - Chiều cao rơi của búa đầm, m;
B - Hệ số thực nghiệm, B = 0,3 0,5; P - Trọng lượng búa đầm, Tấn;
3.2.4. Phương pháp đầm nén tại thực địa.
Trong thực tế thi công đầm nén tại thực địa để thuận lợi người ta thường dùng xe lu bánh sắt nhẵn, không nhẵn hay bánh lốp, khi đó mức độ đầm nén phụ thuộc vào các yếu tố sau:
- Độ dày lớp đất cần đầm.
- Diện tích tiếp nhận áp lực đầm. - Cường độ áp lực tác dụng lên đất. - Kiểu xe lu.
- Số lần lu.
Quan hệ giữa trị số γd với số lần lu đối với các loại xe lu khác nhau trên đất sét được giới thiệu trên hình 3.2. Trên hình 3.3 giới thiệu sơ đồ quan hệ