4.6.1. Hiện t−ợng đầm lầy và lầy hóa lãnh thổ
1. Sự thành tạo đầm lầy
Trong tự nhiên, th−ờng tồn tại những vùng trũng, ẩm −ớt, thực vật phát triển. Những vùng đất mà ở trên mặt luôn luôn có hơi ẩm thừa đọng, đất đá bão hoà n−ớc, bị phủ kín bởi lớp thực vật −a n−ớc, đ−ợc gọi là lãnh thổ bị lầy hoá. Những vùng đất bị lầy hoá có lớp bùn dày, trong đó có chứa các di tích hữu cơ hay than bùn (hình thành từ xác thực vật) đ−ợc gọi là đầm lầy. Nh− vậy, sự lầy hoá lãnh thổ chính là giai đoạn đầu của quá trình hình thành đầm lầy.
ở vùng đất bị lầy hoá, lớp trầm tích hữu cơ th−ờng mỏng. Theo phân loại, vùng đất bị lầy hoá mà có chiều dầy lớp than bùn ở trạng thái tự nhiên lớn hơn 30cm và ở trạng thái khô lớn hơn 20cm đ−ợc gọi là đầm lầy.
108
Đầm lầy và vùng đất bị lầy hoá th−ờng đ−ợc hình thành ở những nơi có điều kiện địa lý tự nhiên, địa hình, địa chất thuận lợi cho sự hình thành của chúng nh− mặt đất bằng phẳng, hơi trũng, lớp đất cách n−ớc ngầm nằm gần mặt đất, th−ờng xuyên đ−ợc n−ớc m−a, n−ớc mặt hay n−ớc d−ới đất cung cấp, l−ợng n−ớc cung cấp lớn hơn l−ợng n−ớc thoát đi (theo đ−ờng thấm và bay hơi), đất trên mặt luôn luôn bão hoà n−ớc, thừa ẩm. Trong điều kiện nh− vậy, thực vật −a n−ớc phát triển mạnh. Khi chết đi xác thực vật tích đọng lại trong môi tr−ờng ngập n−ớc, thiếu không khí và phân huỷ thành than bùn. Sự tích đọng vật chất hữu cơ hết lớp này đến lớp khác tạo nên lớp than bùn có chiều dầy ngày càng lớn và hình thành đầm lầy.
Tuỳ từng điều kiện thành tạo cụ thể mà chiều dầy và mức độ than bùn hoá trong đầm lầy cũng khác nhau. Theo nguồn gốc hình thành, có thể chia ra 3 loại đầm lầy: 1-Đầm lầy t−ớng sông: đ−ợc thành tạo ở ven sông.
2- Đầm lầy t−ớng hồ: đ−ợc thành tạo ở ven hồ. 3-Đầm lầy t−ớng biển: đ−ợc thành tạo ở ven biển.
Theo đặc điểm địa chất công trình đầm lầy, có thể chia ra:
- Đầm lầy ổn định có lớp than bùn đã bị nén chặt phủ hoàn toàn trên phạm vi rộng, chiều dầy lớn, ít biến đổi.
- Đầm lầy không ổn định có lớp than bùn mềm yếu, ch−a đ−ợc nén chặt, phạm vi phân bố, chiều dầy biến đổi mạnh.
- Đầm lầy có lớp than bùn mỏng phủ trên mặt còn ở d−ới là bùn và n−ớc.
- Đầm lầy có đáy mềm yếu, th−ờng xuyên chứa n−ớc, không có than bùn mà chỉ có bùn sét, đất loại sét ở trạng thái chảy phân bố ở đáy.
2. Cấu trúc của đầm lầy
Cấu trúc của đầm lầy đ−ợc đặc tr−ng bởi điều kiện thế nằm, chiều dầy, thành phần, tính chất, trạng thái của trầm tích đầm lầy (đặc biệt là lớp than bùn), hình dạng địa hình đáy đầm lầy. Có thể chia ra 3 kiểu cấu trúc đầm lầy (hình 45).
Kiểu 1: Chiều dầy trầm tích nhỏ (d−ới 3m), than bùn có trạng thái ổn định, địa hình đáy đầm lầy khá bằng phẳng theo ph−ơng ngang.
Kiểu 2: Chiều đày trầm tích trung bình (từ 5- 6m) và biến đổi, than bùn ở đáy có trạng thái không ổn định, địa hình đáy đầm lầy nghiêng t−ơng đối đều.
Kiểu 3: Chiều dầy trầm tích khá lớn (trên 6m) và biến đổi mạnh theo không gian, bùn và than bùn có trạng thái không ổn định, trên mặt đầm lầy th−ờng có lớp thực vật trôi nổi phủ kín hoặc có những khoảng trống chứa n−ớc. Địa hình đáy đầm lầy lồi lõm, thay đổi phức tạp không thao quy luật.
Hình 45: Các kiểu cấu trúc đầm lầy ∼ ∼ ∼ ∼ ∼ ∼ ∼ ∼ ∼ ∼ ∼ ∼ ♣ ♣ ♣ ∼ ∼ ∼ ∼ ∼ ∼ ∼ ∼ ∼ ∼ ∼ ∼ ∼ ∼ ∼ ∼ ∼ ∼ ∼ ∼ ∼ ∼ ∼ ∼ ∼ ♣ ♣ ♣ ♣ ♣ ∼ ∼ ∼ ∼ ∼ ∼ ∼ ∼ ∼ ∼ ∼ ∼ ∼ ∼ ∼ ∼ ∼ ∼ ∼ ∼ ∼ ∼ ∼ ∼ ∼ ∼ ∼ ♣ ♣ ♣ ♣ ♣ Kiểu 3 Kiểu 2 Kiểu 1
109
3. Thành phần và tính chất của trầm tích đầm lầy
Trầm tích đầm lầy có 3 loại chủ yếu: bùn hữu cơ, bùn khoáng và than bùn.
1- Bùn hữu cơ là loại đất bùn có lẫn nhiều vật chất hữu cơ. Đây là loại trầm tích đ−ợc thành tạo ở giai đoạn đầu của quá trình than bùn hoá. Bùn hữu cơ đ−ợc hình thành từ các sinh vật phù du, rong tảo, các loại thực vật −a n−ớc, ... sống ở trong bồn n−ớc và một phần vật chất hữu cơ đ−ợc mang từ nơi khác đến nh− mùn rác cùng với các hạt vật liệu vô cơ nhỏ và mịn. Trong điều kiện tự nhiên, bùn hữu cơ th−ờng có mầu nâu, phớt xanh hoặc đen, trạng thái chảy, độ ẩm cao, sờ tay thấy trơn, mịn. Thành phần vô cơ th−ờng là hạt sét, bụi, cát.
Tính chất cơ lý của bùn hữu cơ rất yếu: khối l−ợng riêng nhỏ, γs biến đổi từ 1,4- 1,5 đến 2,4- 2,6g/cm3 tuỳ theo l−ợng chứa hữu cơ; hệ số rỗng rất lớn, biến đổi từ 2- 10, độ bền rất thấp; độ biến dạng cao; sức chịu tải nhỏ.
2- Than bùn là loại trầm tích đặc tr−ng của đầm lầy, đ−ợc hình thành tạo do sự tích tụ và phân huỷ xác sinh vật (chủ yếu là thực vật) trong điều kiện thiếu ôxy cùng với một phần chất vô cơ đ−ợc dòng chảy mang đến. Theo phân loại thì đất chứa trên 60% thành phần hữu cơ gọi là than bùn, 10- 60% gọi là đất than bùn hóa và d−ới 10% gọi là đất chứa hữu cơ.
Tuỳ theo mức độ phân huỷ của di tích thực vật mà bề ngoài than bùn trông giống nh− đất mà trong đó ít nhiều có những mảnh dạng sợi hay là một khối vật chất nhớt dẻo mầu nâu với những sắc thái khác nhau, từ nâu nhạt đến nâu đen.
Trong điều kiện tự nhiên, độ ẩm của than bùn th−ờng rất cao, độ lỗ rỗng lớn, độ sệt cao và không ổn định, độ thấm n−ớc phụ thuộc nhiều vào mức độ phân huỷ hữu cơ, hệ số nén lún lớn và không đều, độ bền kháng cắt nhỏ (nh− đã trình bày ở ch−ơng 3). Nhìn chung, tính chất cơ lý của than bùn phụ thuộc nhiều vào hàm l−ợng, thành phần hữu cơ, mức độ phân huỷ hữu cơ và cả mức độ bị nén chặt (chiều sâu phân bố) của trầm tích than bùn.
3- Bùn khoáng đ−ợc hình thành từ các vật liệu vô cơ nh− hạt cát, bụi, sét. Chúng tạo thành những lớp mỏng nằm lót d−ới hay trên lớp than bùn, bùn hữu cơ hoặc xen kẹp với chúng d−ới dạng thấu kính trong trầm tích đầm lầy.
Bùn khoáng có những tính chất cơ bản gần giống bùn hữu cơ nh− ở trạng thái chảy, độ ẩm cao, độ bền nhỏ, độ biến dạng lớn, …. Tuy nhiên, do không chứa hữu cơ nên bùn khoáng có khả năng giữ n−ớc kém hơn.
Nh− vậy, các loại trầm tích đầm lầy là đều đất yếu, không thuận lợi cho hoạt động xây dựng. Trong thực tế, khi xây dựng trên trầm tích đầm lầy, để đảm bảo ổn định cho công trình, th−ờng phải tiến hành xử lý nền. Theo phân loại trong địa chất công trình thì chúng đ−ợc xếp vào nhóm đất đá có thành phần, trạng thái và tính chất đặc biệt. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
4. Xây dựng công trình trên trầm tích đầm lầy và đất bị lầy hóa
Khi quy hoạch xây dựng các công trình, thông th−ờng ng−ời ta cố gắng tránh những nơi phân bố các loại trầm tích đầm lầy hoặc bóc bỏ chúng nếu chiều dầy trầm tích nhỏ, điều kiện thi công thuận lợi. Tr−ờng hợp không thể đ−ợc thì có hai h−ớng giải quyết: cải tạo tính chất xây dựng của đất bằng các ph−ơng pháp khác nhau và áp dụng các giải pháp móng đặc biệt để thi công và xây dựng.
110
- Tháo khô n−ớc mặt và n−ớc ngầm: Có thể tháo khô bằng ph−ơng pháp điện thấm hay điện hoá hoặc xây dựng các hệ thống rãnh, ống thoát n−ớc tuỳ theo đặc điểm địa mạo, địa chất thủy văn và diện tích của đầm lầy.
- San lấp, thay thế một phần chiều dầy trầm tích đầm lầy ở trên mặt: Sử dụng các loại vật liệu hạt thô nh− cát, cuội, sỏi, .... để thay thế một phần trầm tích đầm lầy, nhằm đạt đ−ợc mục đích ổn định độ lún trong giới hạn cho phép và đảm bảo áp lực trên trầm tích đầm lầy không v−ợt quá khả năng chịu tải của chúng.
- Xây dựng bệ giảm áp: Bệ phản áp có tác dụng chống ép trồi đất yếu sang hai bên, giảm thiểu phạm vi phát sinh vùng biến dạng dẻo, giữ ổn định cho công trình. - Làm bè d−ới đáy nền đ−ờng đắp: Giải pháp này nhằm mục đích phân bố đều và giảm thiểu áp lực tác dụng xuống nền đất yếu khi xây dựng đ−ờng giao thông.
- Xử lý bằng cọc tre, cọc chàm, cọc cát, giếng cát, bấc thấm, ...: Các giải pháp này nhằm nâng cao c−ờng độ, đẩy nhanh tốc độ cố kết của đất yếu.
- Sử dụng các giải pháp xây dựng nh− móng sâu, khe lún, đai thép, kết cấu thép...: Đây là những giải pháp nhằm giữ ổn định công trình và kết cấu công trình.
Nh− vậy, khi xây dựng công trình trên trầm tích đầm lầy và đất bị lầy hoá, tuỳ theo loại, quy mô công trình, đặc điểm cấu trúc nền mà áp dụng các giải pháp nền móng sao cho thích hợp, đảm bảo cho công trình ổn định.
4.6.2. Hiện t−ợng cactơ
Cactơ là hiện t−ợng n−ớc d−ới đất gây ra tác dụng rửa lũa, hoà tan các khoáng vật tạo đá, tạo nên các khe hổng, hang hốc trong đá.
Đây là hiện t−ợng địa chất ngoại sinh liên quan tới hoạt động của n−ớc d−ới đất trong những điều kiện nhất định. Kết quả quá trình cactơ, có thể tạo nên những phễu, hồ, hố trũng, ..., các dạng địa hình đặc biệt trên mặt hay d−ới đất, hình thành động thái và quy luật vận động đặc biệt của n−ớc d−ới đất và mạng l−ới thuỷ văn khu vực.
Quá trình rửa lũa, hoà tan các đá thể hiện chủ yếu ở tác dụng hoá học và một phần do tác dụng cơ học. Vì thế, không phải đá nào cũng có thể phát triển cactơ. Cactơ chỉ hình thành trong một số đá có khả năng hoà tan nhất định nh− đá vôi, đôlômit, thạch cao, muối mỏ. Tuỳ theo loại đá bị cactơ hoá mà ng−ời ta gọi cactơ cacbonat, cactơ sunphat hay cactơ clorua.
Hiện t−ợng cactơ có ảnh h−ởng lớn tới hoạt động kinh tế của con ng−ời nh− gây mất ổn định các công trình, mất n−ớc ở hồ chứa, làm phát sinh các dòng n−ớc lớn chảy vào công tr−ờng khai thác mỏ, công trình khai đào ngầm. Để tránh đ−ợc tác hại của hiện t−ợng cactơ, cần phải thực hiện nhiều biện pháp xử lý tốn kém, khó khăn về nền móng và thi công khi xây dựng các công trình.
Việc nghiên cứu hiện t−ợng cactơ sẽ cho phép chúng ta tìm ra đ−ợc các giải pháp xây dựng hợp lý, các biện pháp xử lý nền móng tối −u, đảm bảo các yêu cầu cả về kinh tế và kỹ thuật.
1. Điều kiện cơ bản phát sinh và phát triển cactơ
Theo Xavarenxki và Xôkôlôv, cactơ chỉ có thể phát sinh và phát triển khi có đủ các điều kiện cơ bản sau:
1- Đá có khả năng bị hoà tan: Trong thực tế, các khoáng vật tạo đá chủ yếu bị hoà tan đều có cấu trúc tinh thể. Quá trình hoà tan đá trong n−ớc thực chất là quá trình phá
111
vỡ mạng tinh thể, chuyển các ion của mạng tinh thể khoáng vật vào trong n−ớc d−ới tác dụng của lực hút của các ion tự do và các phân tử n−ớc.
Clorua natri và clorua kali cấu tạo nên muối ăn và muối kali là những loại khoáng vật dễ bị hoà tan và hoà tan với tốc độ nhanh trong thể tích n−ớc không đáng kể, khoảng 320g/l.
Sunfat canxi cấu tạo nên thạch cao và anhyđric là những loại khoáng vật có mức độ hoà tan trung bình với tốc độ hoà tan chậm trong thể tích n−ớc khá lớn, trong khoảng từ 2- 2,6g/l.
Cacbonat canxi và cacbonat magiê cấu tạo nên đá vôi, đôlômit, canxit là những loại khoáng vật khó bị hoà tan hơn nhiều so với các khoáng vật trên (vài mg/l) và thời gian hoà tan rất lâu dài.
Các loại khoáng vật khác thì hầu nh− không bị hoà tan.
Khả năng bị hoà tan của các khoáng vật tạo đá tr−ớc hết phụ thuộc tổng năng l−ợng mạng tinh thể của chúng, tức là năng l−ợng cần thiết để phá vỡ cấu trúc mạng tinh thể. Tổng năng l−ợng mạng tinh thể của muối mỏ là 183kcal/mol, thạch cao là 630kcal/mol, canxit là 700kcal/mol. Ngoài ra, khả năng bị hoà tan của khoáng vật còn phụ thuộc vào cấu trúc mạng tinh thể, thành phần tạp chất lẫn trong đá, nhiệt độ, áp suất của n−ớc.
Trong thực tế, đá vôi và đôlômit có khả năng bị hoà tan kém hơn nhiều so với thạch cao và muối mỏ, nh−ng cactơ phát triển trong chúng rất phổ biến vì những loại đá này có diện phân bố rộng và qui mô lớn hơn rất nhiều so với thạch cao và muối mỏ. Mặt khác, do quá trình hoà tan đá vôi và đôlômit xẩy ra lâu dài (hàng nghìn năm), nên kết quả của quá trình cactơ hoá cũng đ−ợc duy trì, bảo tồn lâu dài mà chúng ta dễ dàng nhận thấy, còn quá trình hoà tan thạch cao và muối mỏ xẩy ra nhanh, hình thái luôn biến đổi, nên ít có điều kiện nhận thấy.
2- N−ớc có khả năng hoà tan: Đá cacbonat hoà tan đ−ợc trong n−ớc để tạo thành các hang hốc cactơ là do tác dụng của cacbonic tự do có mặt trong n−ớc. Quá trình hoà tan đá cacbonat diễn ra theo ph−ơng trình phản ứng sau:
H2O + CO2↔↔↔↔ H2CO3 + (Ca,Mg)CO3↔↔↔↔ (Ca,Mg)(HCO3)2
Sự hoà tan cacbonat trong n−ớc chứa cacbonic chỉ có thể xảy ra khi sự cân bằng cacbonat bị phá huỷ.
T−ơng ứng với mỗi l−ợng CO2 trong n−ớc, có một l−ợng hoàn toàn xác định các thành phần khác trong ph−ơng trình biểu thị tính cơ động của các phản ứng hoà tan đá. Khi l−ợng CO2 tăng lên, l−ợng H2CO3 cũng tăng lên. Chúng phản ứng với pha cứng cacbonat để chuyển sang dạng dung dịch d−ới dạng hyđrô cacbonat. Ng−ợc lại, khi l−ợng CO2 giảm thì l−ợng H2CO3 và các hyđrô cacbonat bị hoà tan- (Ca,Mg)(HCO3)2 cũng giảm đi do một phần chuyển thành pha cứng (cặn). (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Nh− vậy, trong n−ớc cactơ luôn tồn tại l−ợng chứa cacbonic tự do cân bằng với l−ợng chứa cacbonat hoà tan t−ơng ứng. L−ợng cacbonic tự do đó đ−ợc gọi là cacbonic cân bằng. Nếu l−ợng cacbonic tự do tồn tại trong n−ớc lớn hơn l−ợng cacbonic cân bằng thì đá bắt đầu bị hoà tan, quá trình cactơ hóa tiếp tục xảy ra. Phần cacbonic tự do lớn hơn này đ−ợc gọi là cacbonic ăn mòn.
Pha lỏng
HCO3−−−− (Ca,Mg)2++++
112
Ngoài tác dụng hoà tan chủ yếu của cacbonic ăn mòn, thành phần muối và độ khoáng hoá trong n−ớc cũng ảnh h−ởng đến mức độ hoà tan của các đá, vì sự tồn tại của chúng có vai trò làm thay đổi môi tr−ờng hoà tan.
3- Đá có khả năng thấm n−ớc: Đây là điều kiện cần thiết để cho n−ớc tiếp xúc với đá có khả năng bị hoà tan. Nếu n−ớc không tiếp xúc đ−ợc với đá thì không thể xẩy ra các phản ứng hoá học với cacbonic ăn mòn. Đá có độ thấm n−ớc càng lớn, càng dễ bị hoà tan và hoà tan càng nhiều do n−ớc dễ xâm nhập sâu vào trong khối đá và có khả năng trao đổi mạnh. Còn trong tr−ờng hợp ng−ợc lại, đá có độ thấm n−ớc nhỏ, khó bị hoà tan và hoà tan ít hơn do n−ớc vận động yếu, khả năng và mức độ xâm nhập vào trong đá kém hơn.
4- N−ớc vận động trong đất đá: Khi bị hoà tan, các ion trong mạng tinh thể khoáng vật di chuyển vào trong n−ớc, làm cho nồng độ của chúng trong n−ớc tăng lên. Đồng thời, quá trình hoà tan làm cho l−ợng CO2 trong n−ớc giảm đi. Kết quả làm cho khả năng hoà tan của n−ớc giảm đi nhanh chóng. Quá trình trao đổi n−ớc sẽ làm cho quá trình hoà tan đ−ợc tiếp tục, do có sự bổ sung các chất có khả năng hoà tan đá nh−