HIỆN TƯỢNG SẠT LỞ
2.1. HỆ THỐNG QUAN TRẮC HIỆN TRƯỜNG
2.1.3. Thiết bị quan trắc
Thiết bị quan trắc được sử dụng nhằm để thu thập các dữ liệu ở hiện trường.
Các thông số quan trọng thường được khảo sát như áp lực nước lỗ rỗng, sự thay đổi cao độ nước mặt, nước ngầm, độ chuyển vị của mái dốc, v.v. Mỗi thông số này sẽ do một loại thiết bị riêng biệt quan trắc và cung cấp số liệu. Dữ liệu thu thập được là cơ sở để để theo dõi cách ứng xử của đất nền để đưa ra những cảnh báo sớm về các sự cố có thể xảy ra, đảm bảo an toàn trong quá trình xây dựng cũng như trong khi đưa vào khai thác sử dụng (Nguyễn Ngọc Du 2013). Thiết bị phải được chọn lựa cẩn thận về loại thiết bị, độ chính xác và bố trí ở vị trí thích hợp để có thể thu thập đầy đủ thông tin. Chọn không đúng loại thiết bị hoặc bố trí ở vị trí không phù hợp sẽ cung cấp dữ liệu không cần thiết, gây lãng phí thời gian và tiền của mà kết quả lại không như mong đợi.
2.1.3.1. Thiết bị đo mực nước và áp lực nước lỗ rỗng
Đối với nước mặt, cao độ mực nước thường được đo trực tiếp bằng thiết bị đo mực nước (Hình 2.1). Mực nước ngầm trong đất được xác định thông qua thiết bị đo mực nước và giếng quan trắc nước ngầm. Giếng là một ống đứng cắm sâu vào nền đất, phía trên có nắp đậy để ngăn không cho nước mặt chảy vào. Đáy ống được đục lỗ, bọc vải địa kỹ thuật và chặn lưới thép nhằm giữ đất đá lại nhưng vẫn để nước ngầm trong đất thấm qua (Hình 2.2). Tuy nhiên, giếng quan trắc chỉ thích hợp cho những vùng có đặc điểm địa chất đồng nhất. Trong một số trường hợp, do cấu tạo địa chất phân tầng, mực nước trong giếng bị sai lệch so với mực nước ngầm thực tế.
(a) Thiết bị đo mực nước (b) Tiến hành quan trắc cao độ mực nước Hình 2.1. Quan trắc cao độ mực nước ngầm.
(a) Giếng quan trắc nước ngầm (b) Giếng quan trắc áp lực nước lỗ rỗng Hình 2.2. Minh họa giếng quan trắc (TCVN 8869:2011).
Đối với áp lực nước lỗ rỗng dương, thông số này có thể được tính toán gián tiếp qua việc quan trắc cao độ mực nước ngầm hoặc xác định trực tiếp bằng thiết bị đo áp lực nước lỗ rỗng piezometer (Hình 2.3 và 2.4). Tùy điều kiện địa chất cụ thể tại vị trí cần quan trắc mà lựa chọn loại piezometer phù hợp như: dạng ống đứng, piezometer khí nén, piezometer điện - điện tử (Slope Indicator, Geokon).
Tensiometer là thiết bị dùng xác định giá trị áp lực nước lỗ rỗng âm cho nền đất chưa bão hòa nước. Cấu tạo của tensiometer gồm một đầu lọc bằng gốm có thể cho nước thấm qua gắn liền với ống kim loại và một áp kế thủy ngân hoặc chân không. Đỉnh ống được đậy kín bằng nút cao su (Hình 2.5). Thiết bị được đổ đầy nước cất sao cho không còn không khí trong ống. Trình tự đo được thực hiện như sau: Đặt thiết bị tiếp xúc với nền đất trong hố khoan tại độ sâu cần đo áp lực, sau đó lấp đầy và chèn chặt hố khoan bằng đất mịn để đảm bảo có sự tiếp xúc giữa đầu lọc bằng gốm với nền đất. Nhờ vậy, nước trong ống và nước trong đất sẽ có sự liên kết tạm thời. Do áp lực hút nước của nền đất chưa bão hòa, nước sẽ di chuyển ra khỏi tensiometer thông qua đầu lọc và áp kế thủy ngân sẽ ghi lại áp lực này. Tensiometer có thể đo được áp lực nước lỗ rỗng âm trong đất tới giá trị âm 100 kPa (Li 2003).
Hình 2.3. Thiết bị đo áp lực nước lỗ rỗng piezometer bằng điện (TCVN 8869:2011).
(a) Loại đặt trong hố khoan; (b) Loại đặt trong nền đường; (c) Loại ấn sâu trong đất.
Hình 2.4. Thiết bị đo áp lực nước lỗ rỗng bằng khí nén (TCVN 8869:2011).
Hình 2.5. Thiết bị đo áp lực nước lỗ rỗng âm (Soil Moisture Equipment Corp.).
2.1.3.2. Quan trắc lượng mưa
Thiết bị quan trắc lượng mưa (rain gauge) được dùng để đo lượng mưa trong một khoảng thời gian tại một vị trí nào đó. Thiết bị đo lượng mưa có các loại như:
thiết bị đo mưa tiêu chuẩn (Hình 2.6), thiết bị đo mưa theo khối lượng, thiết bị đo mưa nhỏ giọt. Cấu tạo thiết bị gồm một phễu thu nước và một ống chứa nước có khắc vạch chia độ được đặt trong hộp bảo vệ. Chiều cao mực nước trong ống sẽ thể hiện số liệu lượng mưa và được ghi nhận lại một cách thủ công.
Hình 2.6. Thiết bị đo lượng mưa tiêu chuẩn rain gauge (Nguồn: Internet) 2.1.3.3. Quan trắc chuyển vị
Hiện nay có nhiều loại thiết bị quan trắc chuyển vị tùy vào mục đích và thông số cụ thể muốn quan trắc như: quan trắc chuyển vị ngang (inclinometer), quan trắc độ nghiêng (tiltmeter), quan trắc lún (extensometer), quan trắc chuyển vị bề mặt (surface extensometer), quan trắc vết nứt (crack gage). Inclinometer có thể dùng để đo chuyển vị ngang theo độ sâu của mái dốc, hố đào, đê đập, độ biến dạng của tường cọc bằng cách khoan lắp đặt ống vách (casing) trong đất nền hoặc đặt sẵn bên trong kết cấu BTCT; hoặc lắp đặt nằm ngang đo độ lún bên dưới các nền đường, bồn chứa (Hình 2.7). Những thiết bị có thể quan trắc sự phát triển của vết nứt, độ lớn và hướng chuyển vị là tiltmeter, surface extensometer, crackmeter (Hình 2.8, 2.9).
Hình 2.7. Thiết bị quan trắc chuyển vị ngang inclinometer (Slope Indicator).
Hình 2.8. Thiết bị quan trắc độ nghiêng tiltmeter (Geokon).
Hình 2.9. Thiết bị quan trắc sự phát triển vết nứt crackmeter (Geokon).
2.1.3.4. Áp lực đất và tải trọng
Thiết bị đo áp lực tổng (total pressure cell) là công cụ để xác định độ lớn, sự phân bố cũng như hướng của áp lực tác dụng lên nền đất hoặc tác dụng lên công trình (Hình 2.10). Thiết bị gồm hai màng dẻo hình tròn bằng thép không gỉ được hàn kín lại với nhau, bên trong chứa chất lỏng. Áp lực đất được xác định bằng sự gia tăng áp lực chất lỏng bên trong thông qua hệ thống khí nén hoặc dây rung hoặc bằng cảm biến. Thiết bị đo áp lực nên phải có cùng độ cứng với đất nền để tránh sai số do thiết bị bị uốn cong.
(a) Loại đặt trong nền đất (b) Loại đặt trên bề mặt kết cấu Hình 2.10. Thiết bị đo áp lực đất total pressure cell (Geokon).