Chương 3: Đất đá và tính chất Địa chất công trình của chúng
3.7. Đặc điểm ĐCCT của đất đá có thành phần, trạng thái và tính chất đặc biệt …
bùn, than bùn, đất nhiễm mặn, đất đá nhân tạo, đất có tính trương nở, co ngót, xúc biến, lún −ớt, …. Các loại đất này có các nguồn gốc khác nhau (phổ biến là nguồn gốc
đầm lầy), thành phần, trạng thái và tính chất cũng rất khác nhau. Nhìn chung, chúng
đều là loại đất yếu, có độ bền nhỏ, độ ổn định thấp và độ biến dạng lớn. Xây dựng công trình trên các loại đất này rất không thuận lợi, thường đòi hỏi phải có các biện pháp xử lý nền móng đặc biệt để đảm bảo ổn định cho công trình.
3.7.1. Đất bùn
Bùn là loại trầm tích trẻ, hiện đại (đang hình thành hay mới hình thành) đ−ợc thành tạo chủ yếu do kết quả tích tụ các vật liệu phân tán nhỏ và mịn theo ph−ơng thức cơ học hay hoá học ở đáy biển, vũng vịnh, hồ, đầm lầy hoặc ở các bãi ven sông. Theo phân loại trong địa chất công trình, bùn là loại đất ở trạng thái chảy (Is > 1), có hệ số rỗng lớn hơn 1,5 nếu là bùn sét (Ip > 17), lớn hơn 1,0 (Ip = 7- 17) nếu là bùn sét pha và lớn hơn 0,9 (Ip < 7) nếu là bùn cát pha.
Tùy theo điều kiện hình thành và tồn tại, bùn có thể nằm ngay ở trên mặt hay ở độ sâu nào đó và bị các lớp trầm tích trẻ hơn phủ lên trên. Khi nằm dưới mặt đất, bùn thường có độ nén chặt cao hơn.
80
Chiều dày của các lớp bùn có thể thay đổi trong phạm vi khá lớn, từ vài chục centimet tới vài chục mét tùy theo môi tr−ờng trầm tích. Bùn có nguồn gốc biển th−ờng có chiều dày lớn và khá ổn định. Bùn có nguồn gốc sông, hồ, đầm lầy thường phân bố cục bộ, phạm vi phân bố hẹp và chiều dày không ổn định.
Thành phần của bùn gồm chủ yếu các hạt khoáng nh− sét, bụi, cát, hạt keo và một l−ợng đáng kể các chất hữu cơ (từ 2- 3 đến 10%).
Đặc điểm nổi bật của bùn là độ ẩm rất cao, thường đạt tới 70- 80%, có khi lớn hơn 100%, hệ số rỗng rất lớn, th−ờng lớn hơn 1, có khi tới 2- 3, khối l−ợng thể tích khô nhỏ và rất nhỏ, γc = 0,8- 1,2g/cm3. Do có đặc điểm như vậy nên bùn có cường độ kháng cắt rất nhỏ, c = 0,02- 0,06kG/cm2, ϕ = 2- 50, hệ số nén lún lớn, a = 0,1- 0,2cm2/kG, môđun tổng biến dạng từ nhỏ hơn 10 đến 20kG/cm2.
Bùn có khả năng phục hồi liên kết kiến trúc, tức là có tính xúc biến. D−ới tác dụng của tải trọng thẳng đứng, bùn bị ép chặt và kèm theo sự thoát nước tự do làm cho bùn có độ chặt lớn hơn và độ bền tăng lên.
3.7.2. Than bùn và đất than bùn hóa
Than bùn và đất than bùn hóa là loại trầm tích có nguồn gốc hữu cơ, đ−ợc thành tạo do kết quả tích tụ và phân giải các di tích hữu cơ, chủ yếu là thực vật ở các đầm lầy và những nơi bị lầy hoá, cùng với các vật liệu khoáng vô cơ (hạt sét, bụi, cát) đ−ợc mang đến từ các dòng chảy. Nếu hàm l−ợng hữu cơ từ 10 đến 60% thì gọi là đất than bùn, nếu trên 60% thì gọi là than bùn.
Sự hình thành than bùn và đất than bùn hóa có liên quan đến các đầm lầy ven biển, ven sông hay ven hồ. Chính vì vậy, quy luật phân bố của các lớp trầm tích than bùn và đất than bùn khá tương đồng với quy luật phân bố của đất bùn.
Tuỳ theo mức độ phân giải của di tích hữu cơ mà tính chất cơ lý của than bùn và
đất than bùn hóa thay đổi khác nhau. Nhìn chung, than bùn và đất than bùn hóa có độ ẩm tự nhiên rất lớn do khả năng hấp thụ n−ớc cao của di tích hữu cơ, W = 85- 95%, có khi tới hàng nghìn phần trăm, khối l−ợng riêng nhỏ, γs = 1,4- 1,8g/cm3, khối l−ợng thể tích tự nhiên biến đổi từ 0,7 đến 1,4g/cm3, độ rỗng lớn, n = 85- 95%, hệ số rỗng tự nhiên tới vài đơn vị. Mức độ nén lún của than bùn rất lớn, không đều và kéo dài theo thời gian, hệ số nén lún a = 0,1- 0,5cm2/kG có khi tới 0,8- 1,0cm2/kG, môđun tổng biến dạng biến đổi từ 2- 5 đến 10- 20kG/cm2. Cường độ kháng cắt nhỏ (tùy theo mức độ phân hủy hữu cơ), hệ số ma sát trong từ 0,18 đến 0,45, lực dính kết từ 0,01 đến 0,05kG/cm2. Than bùn cũng có tính chất xúc biến nh−ng th−ờng yếu hơn bùn.
3.7.3. Đất nhiễm mặn
Đất nhiễm mặn là loại đất chứa hàm lượng muối dễ hoà tan (thường là muối cloruanatri- NaCl) lớn hơn 0,3% khối l−ợng đất khô.
Nguồn gốc nhiễm mặn của đất có thể là nguyên sinh (nhiễm mặn trong quá trình trầm tích) hay nhiễm mặn do quá trình xâm nhập của n−ớc biển. Trong thực tế ở Việt Nam, đất nhiễm mặn thường thấy phân bố ở vùng ven biển, đặc biệt trong đất có hệ số thấm lớn. Điều đó cho thấy, nước biển và khả năng xâm nhập của nó có vai trò rất quan trọng trong sự hình thành đất nhiễm mặn.
Trong đất nhiễm mặn, chính sự có mặt của các muối dễ hoà tan, làm cho đất có tính chất đặc biệt, nhạy cảm với những tác động hoá lý của môi trường xung quanh.
Tính chất đặc biệt tuỳ thuộc vào mức độ nhiễm mặn của đất. Khi độ ẩm trong đất cao
81
quá giới hạn, các muối dễ hoà tan sẽ bị hoà tan, thể tích hạt rắn giảm, độ rỗng tăng, có thể phát sinh hiện t−ợng lún −ớt do độ bền, độ chặt của đất giảm. Đồng thời với quá
trình hoà tan, rửa lũa các muối, thành phần và tính chất của nước cũng thay đổi, nước trở nên có tính ăn mòn đối với bê tông, kim loại và một số loại vật liệu khác.
Nh− vậy, tính chất của đất nhiễm mặn phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện tự nhiên.
Nó có khả năng thay đổi mạnh theo môi trường. Sự thay đổi này diễn ra theo chiều h−ớng bất lợi cho việc xây dựng công trình.
3.7.4. Đất đá nhân tạo
Đất đá nhân tạo là loại đất được hình thành do tác động của con người như đất thải công nghiệp, sinh hoạt hay bãi thải khai thác mỏ hoặc đất đắp, san lấp để tôn cao mặt bằng xây dựng, đất cải tạo cho mục đích xây dựng, ....
Sự phân bố của đất đá nhân tạo khá phổ biến. Có thể nói, ở đâu có hoạt động kinh tế, công trình của con người thì ở đó tồn tại đất đá nhân tạo. Tuy nhiên, những loại đất
đá này thường phân bố ở trên cùng sát mặt sát mặt đất và có chiều dày không lớn, từ vài chục centimét tới 1- 2 mét.
Thành phần, trạng thái và tính chất của đất nhân tạo biến đổi mạnh, phụ thuộc vào nguồn cung cấp, lịch sử hình thành, cũng như tác động của con người và do đó tính chất xây dựng của các loại đất này cũng rất khác nhau. Chúng có đặc điểm chung là độ nén chặt không cao, độ ổn định thấp, có khả năng bị biến dạng nhiều khi chịu tác dụng của tải trọng nên không không thuận lợi cho xây dung công trình.