CHƯƠNG 2 CHƯƠNG 2 : NGHIÊN CỨU VỀ ĐẤT YẾU Ở ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG CÓ LIÊN QUAN ĐẾN CỌC KHOAN NHỒI
2.3 CÁC ĐẶC ĐIỂM CỦA ĐẤT YẾU THƯỜNG GÂY RA SỰ CỐ CHO CỌC KHOAN NHỒI MỞ RỘNG ĐÁY VÀ GIẢI PHÁP XỬ LÝ
2.3.1 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 chia làm 5 loại :
2.3.1.1 Hấp phụ cơ học :
Là khả năng giữ lại các hạt lơ lửng trong nước ( dung dịch 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 hòa lẫn trong dung dịch khi thấm qua.
2.3.1.2 Hấp phụ lý học :
Còn gọi là 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.
2.3.1.3 Hấp phụ hóa học :
Là khả năng giữ lại trên bề mặt của hạt đất các chất hòa tan ở dạng kết tủa không tan hoặc tan bằng các phản ứng hóa học xảy ra trong dung dịch đất tạo ra các muối ít tan trong môi trường axít từ các chất ban đầu là Ca2+, SO42-, Fe3+, PO43- theo các phản ứng hóa học:
Na2SO4 + CaCl2→ CaSO4+2NaCl Al 3+ + PO43 -→ AlPO4
Fe 3+ + PO43 -→ FePO4 3Ca 2+ + 2PO43 - → Ca3(PO4)2
- 37 -
2.3.1.4 Hấp phụ lý hóa (hấp phụ trao đổi) :
Thể hiện qua phản ứng lý hóa giữa keo đất với ion trong dung dịch sét.
Đất có thể trao đổi những cation bị hút trên bề mặt các hạt nhỏ từ trước (như Ca2+, Mg2+, Na+...) Lấy các 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. Độ PH càng lớn vào mùa khô thì hấp phụ càng mạnh.
2.3.1.5. Hấp phụ sinh học :
Là hấp phụ làm cho đất giàu những tính chất tích lũy được trong quá trình họat động sống của các vi sinh vật. Nó là yếu tố quan trọng của quá trình tạo thành thổ nhưỡng và cũng ảnh hưởng lớn tới tính chất của đất.
* Tóm lại : Các loại hấp phụ trên không xảy ra riêng lẻ mà chúng cùng xảy ra một lúc, độ PH càng lớn thì khả năng hấp phụ càng mạnh.
Trong đất cát chủ yếu xảy ra hấp phụ cơ học và lý học tạo thành lớp áo sét khá dày.
Trong sét mềm chủ yếu là hấp phụ lý học, lý hóa học tạo thành lớp áo sét tương đối mỏng.
Trong sét cứng chủ yếu là quá trình trao đổi ion chỗ tiếp giáp giữa đất vách và bentonite tạo thành lớp áo sét rất mỏng
2.3.2 Các đặc điểm của đất sét yếu thường gây ra sự cố cho cọc khoan nhồi Ở Đồng Bằng Sông Cửu Long, cọc khoan nhồi thường phải xuyên qua lớp đất yếu dạng bùn sét với chiều dày từ 15 đến hơn 25m.
Nếu trong hố đào tồn tại các cation có khả năng hấp phụ và trao đổi cation càng yếu ( tức là cation có hóa trị nhỏ, nồng độ thấp, độ PH thấp và bán kính hydrat hóa lớn ) thì khả năng lắng đọng bùn xuống đáy hố khoan càng cao.
Nếu trong đất đào có nhiều chất CaCl2 và Na2CO3 thì khả năng đông tụ bentonite càng mạnh xuống đáy hố khoan theo phản ứng sau:
{ 3 , } 2 2 3 20 { } ( )3 2 2
Hatset Al + H+ + Na CO +H →Hatset Na+ +Al OH ↓ + CO ↑
Nếu trong đất có nhiều khoáng sét Kaolinit thì sẽ làm tăng khoáng này trong dung dịch bentonite dẫn đến đông tụ nhiều bentonite xuống đáy hố * Các giải pháp xử lý :
- Giải pháp để khắc phục hiện tượng lắng đọng bùn đất do khả năng hấp phụ và trao đổi cation yếu, là thêm vào dung dịch khoan hóa chất có cation hóa trị cao hay nồng độ cao,hoặc tăng độ pH . . .
- Giải pháp khắc phục hiện tượng đông tụ bentonite do đất có nhiều CaCl2
và Na2CO3 : thêm vào dung dịch khoan hóa chất để trung hòa bớt 2 chất trên . - Giải pháp khắc phục hiện tượng đông tụ bentonite trong đất có nhiều khoáng sét kaolinite đó là sau thời gian khoan nên thay dung dịch bentonite mới
- Giải pháp để khắc phục hiện tượng bentonite bám quanh cốt thép quá dày do trong đất có chứa nhiều khoáng montmorillonite (độ nhớt tăng), có thể thêm nước vào dung dịch bentonite để giảm độ nhớt .
2.3.3 Các đặc điểm của đất cát thường gây ra sự cố cho cọc khoan nhồi:
Tại ĐBSCL tầng đất cát có mặt bên dưới tầng đất yếu, và xen lẫn với các tầng đất sét, chúng ở các trạng thái chặt đến xốp rời, từ cát hạt to đến hạt bụi
- 39 -
Đặc điểm 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 nằm trong tầng cát có chứa nước ngầm đến nước áp lực.
Do vậy, thành vách đào trong tầng cát thường bị sạt lở 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 bị sạt lở, thân cọc bị phình ra dạng rễ cây .
* Ảnh 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.
* 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 lực .
Nguyên nhân chính của cát chảy là áp lực thủy động của dòng ngấm truyền vào cát hạt đất khi khoan lỗ. Do tính thấm nước yếu của cát nên áp lực thủy động gây ra áp lực thấm truyền vào hạt cát làm cho hạt cát di chuyển theo hướng giảm građien thấm. I.V.Pôpôv đã xác định rằng : trị số građien thấm làm cho cát chuyển sang trạng thái chảy, tính theo công thức :
( 1 1)( )
gh o
I = γ − −n (2.1)
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 lửng và sẽ di chuyển .
θ Idn.γn γdn;Idn γdn
= = = γ (2.2)
Trong đó : θ : áp lực thủy động; γdn :dung trọng đẩy nổi ; γn : tỷ trọng nước Khi γn = 1 thì Idn = γdn ; khi Idn > 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
* Các giải pháp xử lý sự cố :
Trường hợp trong tầng đất cát có hiện tượng cát chảy nên sử dụng ống vách để giữ ổn định thành vách hố khoan .
Trường hợp trong tầng cát có hay không có mạch nước ngầm có áp thì có thể sử dụng dung dịch bentonite để giữ ổn định thành vách lỗ khoan với các lyù do:
- Bentonite có dung trọng > 1g/cm3 sẽ tạo ra được áp lực lớn hơn áp lực của mực nước ngầm nên giữ được thành vách hố khoan .