PHẦN II: NGHIÊN CỨU ĐI SÂU VÀ PHÁT TRIỂN CHệễNG 2: NGHIÊN CỨU VỀ ĐẤT YẾU VEN SÔNG ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG
2.6 Nghiên cứu ảnh hưởng của đất yếu đến cọc khoan nhồi dưới công trình cầu lớn
2.6.1 Aûnh hưởng của ma sát âm đến cọc khoan nhồi
Đối với công trình cầu, đất đắp đầu cầu nơi tiếp giáp sau mố thường có chiều cao lớn.
Nếu không có xử lý trước thì sẽ gây ra hiện tượng lún,hoặc nặng hơn là trượt đất phạm vi mố. Hiện tượng lún của các lớp đất yếu sẽ gây ra ma sát âm lên các cọc khoan nhồi
27
tại mố, làm ảnh hưởng đến khả năng chịu lực của cọc. Khi thi công cọc khoan nhồi tại mố phải có biện pháp phòng tránh ma sát âm (sẽ được trình bày ở chương sau).
2.6.2 Các đặc điểm của các loại đất thường gây ra sự cố cho cọc khoan nhồi và giải pháp xử lý:
a. Tính hấp phụ của keo đất:
Hấp phụ là một trong những biểu hiện rõ rệt về khả năng đặc biệt của các hạt sét. Sự hấp phụ được chia làm 5 loại như sau:
1. Hấp phụ cơ học:
Là khả năng giữ lại các hạt lơ lửng trong nước (dd bentonite) khi nó thấm qua đất. Loại hấp phụ này đặc trưng cho đất cát, nó phụ thuộc vào độ rỗng, tỷ lệ các cấp phối hạt của cấu trúc đất và thể hiện ở khả năng giữ lại các hạt hoà lẫn trong dung dòch khi dung dòch thaám qua.
2. Hấp phụ lý học:
Hấp phụ lý học hay khả năng hút lý học của đất, đặc trưng khả năng hút các vật chất xung quanh do bề mặt tự do trên mặt tiếp xúc giữa các hạt đất với dung dịch bentonite hình thành các màng hấp phụ và tạo sức căng bề mặt ảnh hưởng đáng kể đến độ ổn định của đất vách hố khoan.
3. Hấp phụ hoá học:
Đặc trưng khả năng giữ lại trên bề mặt của hạt đất các chất hoà tan ở dạng kết tủa không tan hoặc tan bằng các phản ứng hoá học xảy ra trong dung dịch đất tạo ra các muối ít tan trong môi trường axit từ các chất ban đầu là Ca2+,SO42-, Fe3+, PO43-.Các phản ứng hóa học như sau:
Na2SO4 + CaCl2 → CaSO4 + 2NaCl Al3+ + PO43- → AlPO4
Fe3+ + PO43- → FePO4
3Ca2+ + 2PO43- → Ca3(PO4)2
28
4. Hấp phụ lý-hoá học(hấp phụ trao đổi):
Tính chất này thể hiện qua phản ứng lý – hoá học giữa keo đất với ion trong dung dịch đất. Đất có thể trao đổi những cation bị hút đến bề mặt các hạt nhỏ từ trước (như Ca2+, Mg2+, Na+, v.v...) lấy những cation của dung dịch đang sắp tiếp xúc với nó trên cơ sở tương quan về đương lượng dẫn đến sự thay đổi rõ rệt các tính chất cơ lý của đất tùy thuộc vào thành phần vật chất có trong dung dịch đất.
PH càng lớn thì hấp phụ càng mạnh.
5. Hấp phụ sinh học:
Là hấp phụ làm cho đất (thổ nhưỡng) giàu những chất tính lũy được trong quá trình hoạt động sống của các vi sinh vật, Nó là yếu tố quan trọng của quá trình tạo thành thổ nhưỡng và cũng có ảnh hưởng lớn đến tính chất của đất.
Tóm lại: Các loại hấp phụ trên không xảy ra riêng lẻ từng loại, mà chúng xảy ra cùng một lúc.Độ pH càng lớn thì khả năng hấp phụ càng mạnh. Trong đất cát, chủ yếu chỉ xảy ra hấp phụ cơ học và lý học; trong đất sét mềm thì hấp phụ lý học và lý-hoá học là chủ yếu, tạo thành lớp áo sét tương đối mỏng, còn đối với đất sét cứng thì chủ yếu là quá trình trao đổi ion ở chỗ tiếp giáp giữa vữa bentonite va đất vách, tạo thành một lớp màng áo sét rất mỏng.
29
Hạt
seùt Al + 2Na CO + H O + Al(OH) + 2CO seùt
H Hạt Na
Na Na Na
2.6.3 Các đặc điểm của các loại đất sét yếu thường gây ra sự cố cho cọc khoan nhoàiù:
Đặc điểm địa chất vùng đồng bằng sông Cửu Long đều xuất hiện lớp đất yếu dạng bùn sét với chiều dày từ 15 đến 30m, trong các hoạt động thi công đào hố khoan hạ cọc khoan nhồi đều phải xuyên qua tầng đất nêu trên. Nếu trong đất đào tồn tại các cation có khả năng hấp phụ và trao đổi cation càng yếu (tức là cation có hoá trị nhỏ, nồng độ thấp, độ pH thấp và bán kính hydrad hoá lớn) thì khả năng lắng đọng bùn đất xuống đáy hố khoan càng cao.
Nếu trong đất đào có càng nhiều chất CaCl2 và Na2CO3 thì khả năng đông tụ bentonite càng mạnh xuống đáy hố khoan theo phản ứng sau:
Nếu trong đất có nhiều khoáng sét Kaolinite thì sẽ làm tăng khoáng này trong dung dịch bentonite dẫn đến đông tụ nhiều bentonite xuống đáy lỗ khoan.
Trường hợp trong đất có nhiều khoáng sét Montmorillonite thì sẽ làm các tính năng của dung dịch bị thay đổi và nhất là khi độ nhớt tăng càng cao thì bề dày của bentonite bán quanh cốt thép (nhất là thép gân) càng lớn.
2.6.4 Các đặc điểm của các loại đất cát thường gây ra sự cố cho cọc khoan nhoài
Theo phân bố tầng địa chất vùng đồng bằng sông Cửu Long thường tầng đất cát có mặt ở hầu hết các vùng, nằm bên dưới tầng đất yếu và xen lẫn với các tầng đất sét, xuất hiện ở các trạng thái từ chặt đến xốp rời, với các tên gọi theo thành hạt như cát to đến cát bụi.
30
- Đặc diểm chung của các loại đất cát là: thành phần hạt dạng cấp phối, các hạt rời rạc không liên kết với nhau, độ rỗng tương đối lớn và thường trong tầng cát có chứa nước ngầm đến nước áp lực.
- Do vậy, thành vách đào trong tầng cát thường sạt lở (không ổn định) và nhất là khi trong tầng cát có nước ngầm có áp, khi đó sẽ xuất hiện hiện tượng cát chảy.
- Đối với tầng cát rời xốp thì dễ gây ra sự cố cho cọc khoan nhồi như: thành vách hố khoan bị sạt lở, thân cọc bị phình, có dạng rể cây.
* Aûnh hưởng của hiện tượng cát chảy:
Do dòng bùn cát chảy vào trong hố khoan dưới tác dụng của lực thủy động và đặc biệt là nước có áp làm cho vách hố khoan bị sạt lở rộng ra và có thể làm sập tầng đất khác bên trên. Để có đề ra các giải pháp xử lý thích hợp ta cần điểm qua về qui luật, điều kiện phát sinh hiện tượng cát chảy.
* Điều kiện phát sinh hiện tượng cát chảy:
Hiện tượng cát chảy chỉ xảy ra khi: đất là đất cát, cát pha bụi ( lực dính kết c rất nhỏ ) và lỗ rỗng chứa đầy nước và nhất là nước có áp.
Nguyên nhân chính của cát chảy là áp lực thuỷ động của dòng nước ngầm truyền vào cát hạt đất khi khoan lỗ. Do tính thấm nước yếu của cát chảy nên áp lực thủy động gây ra áp lực thấm truyền vào hạt cát làm cho hạt cát di chuyển theo hướng giảm gradien thấm. I.V.Pôpôv đã xác định rằng: Trị số gradien thấm làm cho cát chuyển sang trạng thái chảy, tính theo công thức:
Igh = (γo – 1)(1 - n) Trong đó: γo : Trọng lượng hạt đất;
n: Độ rỗng của đất;
Khi áp lực thủy động bằng hay vượt hơn dung trọng đẩy nổi của hạt đất, sẽ làm cho đất chuyển sang trạng thái lơ lững và sẽ di chuyển.
31
θ = Idn γn = γdn ; Idn = γdn/γ Trong đó: θ : áp lực thủy động;
γdn : dung trọng đẩy nổi;
γn : tỷ trọng nước;
Khi γn = 1 thì Idn = γdn , khi Idn lớn hơn Igh thì cát chảy bắt đầu xảy ra;
Đất cát chuyển sang trạng thái chảy sẽ mất liên kết kiến trúc. Các hạt chuyển sang trạng thái lơ lững;