CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP THI CÔNG CÔNG TRÌNH NGẦM VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI VIỆC LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ THI CÔNG CÔNG TRÌNH NGẦM
3.2. Điều kiện địa chất công trình, địa chất thủy văn nơi công trình đi qua 42 1. Điều kiện địa chất
Căn cứ vào thống kê số liệu địa chất ở các dự án đã và đang triển khai tại khu vực TPHCM, địa chất khu vực TPHCM được chia thành 5 lớp khác nhau:
Lớp A: Đất sét và á sét từ mềm cho đến rất mềm (Holocene)
Trần của lớp A được tìm thấy có độ sâu từ 0,2÷4 m dưới mặt đất. Chiều dày lớp thay đổi từ 0,2÷32,4 m. Bề dày trung bình của lớp A là 8,6 m.
Tầng trên của địa tầng địa chất Tp.HCM được cấu tạo bởi một lớp sét béo, sét mịn, có hàm lượng hữu cơ cao, á sét đàn hồi và á sét giàu hữu cơ mềm đến rất mềm, màu xám, bên dưới là các thớ hoặc các lớp mỏng á cát, á cát mịn, cát hạt trung cũng như sỏi lẫn cát và á cát xen lẫn trong các lớp trầm tích.
Bảng 3.1: Đặc tính địa chất công trình của lớp A
Đặc tính cơ lý của đất
Kết quả Tối
thiểu Tối đa Trung bình Thành phần hạt
- Sét (%) 6,5 88,9 34,28
- Bùn (%) 18,0 72,8 36,9
- Cát (%) 1,4 58,0 28,6
- Cuội sỏi (%) 0 2,4 0,2
Tỷ trọng, γ (kN/m) 13,1 21,4 15,8
Dung trọng hạt, ρs(kN/m3) (kN/m3) 2,58 2,72 2,66
Hệ số rỗng, ε 0,476 2,972 1,779
Độ ẩm tự nhiên, W (%) 15,8 109,7 63,4
Độ bão hoà nước, S (%) 83,3 99,9 92,8
Giới hạn chảy, WL(%) 17,4 101 56,1
Giới hạn dẻo, WP (%) 8,9 52,7 30,2
Chỉ số dẻo, IP(%) 8,5 42,6 26,7
Độ đồng nhất, Ic 0 0,188 0
Hệ số nén cải tiến, Cc/(I+e0) 0,18 0,25 0,22 Hệ số cố kết theo phương đứng, Cv (m2/a) 1,1 4,07 2,26 Thí nghiệm nén 3 trục (CU)
- φ’ (0) 1042 19000 50
- c’ (MN/m2) 0,06 0,117 0,085
Hệ số thấm, k (cm/s) 2,1x10-8 5,66x10-8 2,1 x 10-8 Thí nghiệm xuyên động SPT (N30 búa/ft) 0 8 0.96
Bề dày (m) 0,3 32,4 8,6
Đặc tính cơ bản nhất của lớp A là độ ẩm tự nhiên của nó rất cao (63.4%) và độ dẻo lớn (30,2%) và khả năng bị nén. N30 giá trị lấy từ thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (SPT) có giá trị từ 0÷8 nhưng phổ biến nhất là 0÷2. Giá trị hệ số thấm k nhỏ cho thấy lớp A hầu như không thấm.
Lớp B: Đất sét dẻo, á sét và á sét từ mềm dến rất cứng (Pleistocene thượng) - Bên dưới lớp A là lớp B có trạng thái từ mềm cho đến rất cứng hình thành từ sét gầy, sét béo, bùn sét và á cát.
- Độ sâu trung bình của trần lớp B là 2,7 m dưới mặt đất. Bề dày lớp thay đổi từ 1,7÷10,2 m với bề sâu trung bình là 4,84 m.
- Giá trị SPT trung bình từ 7÷12 búa, giá trị trung bình là 9,4 búa. Độ ẩm tự nhiên, độ dẻo, độ nén thấp rõ nét so với lớp A.
- Hệ số thấm của lớp B cũng thấp, giá trị tương ứng vào khoảng 10-8 cm/s.
Bảng 3.2: Đặc tính địa chất công trình của lớp B
Đặc tính cơ lý của đất Kết quả
Tối thiểu Tối đa Trung bình
Thành phần hạt
- Sét (%) 6,1 43,8 28,8
- Bùn (%) 5,0 26,8 15,5
- Cát (%) 29,2 85,0 55,5
- Cuội sỏi (%) 0 13,4 2,1
Tỷ trọng, γ (kN/m) 17,1 21,5 20,0
Dung trọng hạt, 2,63 2,74 2,68
Hệ số rỗng, ε 0,419 1,136 0,633
Độ ẩm tự nhiên, W (%) 14,5 48,0 21,58
Độ bão hoà nước, S (%) 88,1 98,1 93,8
Giới hạn chảy, WL(%) 19,0 67,0 31,9
Giới hạn dẻo, WP (%) 12,0 27,0 16,7
Chỉ số dẻo, IP(%) 6,0 42,2 15,6
Độ đồng nhất, Ic 0 1,237 0,61
Hệ số nén cải tiến, 0,05 0,06 0,06
Hệ số cố kết theo phương đứng, C (m2/a)
8,0 10,3 9,15
Cường độ kháng nén 1 trục, qu (kPa)
25 153,1 91,67
Thí nghiệm nén 3 trục
- φ’ (0) 9013 28054 170
- c’ (MN/m2) 0.065 0.673 0.248
Hệ số thấm, k (cm/s) 9,17 x 10-8 1,68 x 10-7 5,44 x 10-8
Thí nghiệm xuyên động 1 28 9.4
Bề dày (m) 1,7 10,2 4,84
Lớp C: Cát có độ chặt từ thấp đến trung bình và cát bùn (Pleistocene thượng) - Bên dưới lớp B là lớp trầm tích có độ chặt từ thấp đến vừa, màu hơi vàng có thành phần á cát, cát bùn, chủ yếu là cát hạt mịn và hạt trung.
- Đỉnh lớp C nằm từ 3,5÷33,9 m dưới mặt đất. Độ sâu trung bình của đỉnh lớp là 9,1m. Bề dày lớp cát thay đổi từ 13,2÷35,5 m, bề dày trung bình là 26,9 m.
- Giá trị N30 thay đổi từ 2÷50 nhưng phổ biến là từ 8÷25 búa cho thấy là đất rời rạc đến chặt vừa. Giá trị trung bình của N30 là 16,6 búa.
- Các lớp cát thuộc lớp C là lớp ngậm nước thứ nhất trong khu vực thành phố Hồ Chí Minh.
Bảng 3.3: Đặc tính địa chất công trình của lớp C
Đặc tính cơ lý của đất
Kết quả
Tối thiểu Tối đa Trung bình Thành phần hạt
- Sét (%) 0 10.9 7.1
- Bùn (%) 0 14.1 7.0
- Cát (%) 71,3 94 82,2
- Cuội sỏi (%) 0 11,4 3,6
Tỷ trọng, γ (kN/m) 20,4 21,6 20,8
Dung trọng hạt, ρs (kN/m3) 2,65 2,74 2,67
Hệ số rỗng, ε 0,456 1,57 0,62
Độ ẩm tự nhiên, W (%) 15,6 24,6 18
Độ bão hoà nước, S (%) 40 99,6 79,5
Giới hạn chảy, WL(%) 19,4 20,6 20,14
Giới hạn dẻo, WP (%) 13,2 15,6 14,08
Chỉ số dẻo, IP(%) 5,6 6,6 6,07
Độ đồng nhất, Ic 0,51 0,63 0,57
Cường độ kháng nén 1 trục, (kPa) 46,7 109,6 72,4 Thí nghiệm nén 3 trục (CU)
- φ’ (0) 25020 34070 280
- c’ (MN/m2) 0,086 0,138 0,11
Thí nghiệm cắt trực tiếp
- φ’ (0) 14,7 40,2 29,7
- c’ (MN/m2) - - -
Thí nghiệm xuyên động SPT (N30 búa/ft)
2 54 16,6
Bề dày (m) 13,2 35,5 26,9
Lớp D: Sét gầy từ rất cứng cho đến rắn (Pleistocene trung)
- Nằm dưới lớp cát thuộc lớp C là lớp sét gầy và béo từ rất cứng cho đến rắn màu vàng đỏ và xám lốm đốm. Ở một vài tầng sét thấy có laterite, cát hạt mịn và hạt trung, túi cát…
- Đỉnh của lớp D ở độ sâu 27,5÷44,5 m dưới mặt đất, độ sâu trung bình lớp là 33,9 m. Lớp D có chiều dày từ 2,6÷18,8 m với độ dày trung bình là 12,6 m.
- Giá trị N30 thay đổi từ 9 đến trên 50 búa nhưng phổ biến là từ 22÷40 búa cho thấy là đất trạng thái rất cứng đến rắn. Giá trị trung bình của N30 là 31,1 búa. Kết quả thí nghiệm độ thấm cho thấy lớp này về cơ bản là không thấm
Bảng 3.4: Đặc tính địa chất công trình của lớp D
Đặc tính cơ lý của đất
Kết quả
Tối thiểu Tối đa Trung bình Thành phần hạt
- Sét (%) 14,7 63,7 38,4
- Bùn (%) 10,3 45,5 30,53
- Cát (%) 20 49 30,96
- Cuội sỏi (%) 0,1 5,9 0,34
Tỷ trọng, γ (kN/m) 19,2 21,3 20,4
Dung trọng hạt, ρs (kN/m3) 2,67 2,75 2,71
Hệ số rỗng, ε 0,47 0,83 0,63
Độ ẩm tự nhiên, W (%) 15,9 28,8 21,9
Độ bão hoà nước, S (%) 81,0 98,0 92,0
Giới hạn chảy, WL(%) 24,6 56,7 42,7
Giới hạn dẻo, WP (%) 12,6 33 21,6
Chỉ số dẻo, IP(%) 9,0 53,53 20,86
Độ đồng nhất, Ic 0,73 1,43 0,95
Hệ số nén cải tiến, Cc/(I+e0) 0,06 0,08 0,07 Hệ số cố kết theo phương đứng,
Cv (m2/a) 2,02 11,8 5,82
Cường độ kháng nén 1 trục, qu
(kPa) 51,2 544,2 190,1
Thí nghiệm nén 3 trục (CU)
- φ’ (0) 10040 25000 160
- c’ (MN/m2) 0,095 0,653 0,388
Hệ số thấm, k (cm/s) 1,12 x 10-8 2,03x 10-8 1,57x 10-8 Thí nghiệm xuyên động SPT
(N30 búa/ft) 9 59 31,1
Bề dày (m) 2,6 18,8 12,6
Lớp E: Cát chặt cho đến rất chặt (Pleistocene trung)
- Bên dưới lớp D là lớp E là một lớp cấu trúc bao gồm chủ yếu từ cát sét hạt mịn cho đến hạt trung, cát bùn, cát có thành phần hạt không đồng nhất trạng thái từ chặt đến rất chặt.
- Đỉnh lớp E có độ sâu từ 42 ÷ 56,8 m dưới mặt đất. Vì không có lỗ khoan nào gặp đáy lớp E nên ghi nhận chiều dày lớp từ 3,5÷ 17,95 m là độ dày tối thiểu.
- Giá trị N30 thay đổi từ 11 đến trên 50 búa nhưng phổ biến là từ 29÷42 búa cho thấy là đất trạng thái chặt đến rất chặt. Giá trị trung bình của N30 là 35,7 búa. Các lớp cát của lớp E là lớp chứa nước thứ 2 trong khu vực thành phố Hồ Chí Minh.
Bảng 3.5: Đặc tính địa chất công trình của lớp E
Đặc tính cơ lý của đất Kết quả
Tối thiểu Tối đa Trung bình Thành phần hạt
- Sét (%) - - -
- Bùn (%) 1,0 33,5 10,5
- Cát (%) 66,5 100 89,1
- Cuội sỏi (%) 0,6 2,5 0,54
Tỷ trọng, γ (kN/m) 19,4 19,8 19,6
Dung trọng hạt, ρs (kN/m3) 2,66 2,68 2,67
Hệ số rỗng, ε 0,589 0,663 0,626
Độ ẩm tự nhiên, W (%) 17,8 21,3 19,5
Độ bão hoà nước, S (%)
Giới hạn chảy, WL(%) 26 26 26
Giới hạn dẻo, WP (%) 16 20 18
Chỉ số dẻo, IP(%) 6 10 8
Thí nghiệm nén 3 trục (CU)
- φ’ (0) 19041 23003 210
- c’ (MN/m2) 0,095 0,21 0,15
Thí nghiệm xuyên động SPT (N30
búa/ft) 11 >50 35,7
Bề dày (m) 3,5 17,95 -
Nhận xét về điều kiện địa chất nơi bố trí công trình
Như thường thấy trong các trầm tích châu thổ và sông - biển khác, trầm tích của năm lớp đất đá đã nêu trên, có chiều sâu thay đổi, thành phần và diện tích biến đổi khác nhau. Hơn nữa, trên trắc dọc tuyến cũng xác định các túi cát và sỏi, đây là hiện tượng thông thường đối với các trầm tích thuộc loại này.
- Phức hệ thạch học bùn sét, bùn sét pha, bùn cát pha nguồn gốc sông biển đầm lầy tuổi Holocen (ambQ22
): Phân bố chủ yếu dọc kênh Nhiêu Lộc gồm bùn sét lẫn xác thực vật với bề dày từ dưới 2 m tới trên 10 m, sức chịu tải kém. Dưới lớp này là trầm tích Q1
3
- Phức hệ thạch học bùn sét, bùn sét pha, bùn cát pha nguồn gốc sông biển đầm lầy tuổi Holocen (amCM Q22
): bề dày thay đổi từ 2 m tới trên 10 m với sức chịu tải dao động trong khoảng lớn (dưới 0,75 tới 1,5 kG/cm2. Dưới lớp này là trầm tích Q1
3
- Phức hệ thạch học bùn sét, bùn sét pha, bùn cát pha nguồn gốc sông biển đầm lầy tuổi Pleistocen trên (amCM Q1
3): Phân bố ở trung tâm quận 3 và quận 1 bề dày thay đổi trong khoảng 5÷10 m . Dưới lớp này là trầm tích Q12-3
; Do đoạn hầm được thiết kế có độ trong khoảng 18 đến 20m, nên hầm nằm vào lớp C.
3.2.2. Điều kiện địa chất thủy văn
Về điều kiện địa chất thủy văn, nằm ở vùng hạ lưu hệ thống sông Đồng Nai – Sài Gòn, Thành phố Hồ Chí minh có mạng lưới sông ngòi kênh rạch rất đa dạng. Tại khu vực nghiên cứu nhờ trầm tích Pleistocen, khu vực phía Bắc Thành phố Hồ Chí Minh có lượng nước ngầm rất nhiều. Nhưng về phía Nam, trên trầm tích Holocen, nước ngầm thường bị nhiễm phèn, nhiễm mặn. Khu vực nội thành cũng có lượng nước ngầm đáng kể do ảnh hưởng của bán nhật chiều dao động, thủy triều thâm nhập sâu.
3.2.3. Hình dạng, kích thước mặt cắt ngang đường hầm
Kích thước hầm phải đảm bảo đủ tĩnh không cho xe chạy, đủ bố trí các công trình phụ trợ như điện, nước, cáp, chiếu sáng, biển báo,… Chọn vỏ hầm giao thông tại khu vực vòng xoay Dân Chủ - Khu vực Quận 3 có bán kính trong là 3100mm. Chiều dày hầm thay đổi tùy theo bài toán nghiên cứu.
Hình 3.4 Mặt cắt ngang điển hình vỏ hầm [5]