Nghiên cứu thí nghiệm cố kết thấm và sức kháng cắt của đất yếu phân bố ở đồng bằng ven biển Quảng Nam – Đà Nẵng phục vụ quy hoạch và thiết kế công trình giao thông

Nội dung text: Nghiên cứu thí nghiệm cố kết thấm và sức kháng cắt của đất yếu phân bố ở đồng bằng ven biển Quảng Nam – Đà Nẵng phục vụ quy hoạch và thiết kế công trình giao thông

1. BÀI BÁO KHOA HỌC NGHIÊN CỨU THÍ NGHIỆM CỐ KẾT THẤM VÀ SỨC KHÁNG CẮT CỦA ĐẤT YẾU PHÂN BỐ Ở ĐỒNG BẰNG VEN BIỂN QUẢNG NAM – ĐÀ NẴNG PHỤC VỤ QUY HOẠCH VÀ THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG Nguyễn Thị Ngọc Yến1 Tóm tắt: Bài báo trình bày những kết quả nghiên cứu đặc trưng cố kết thấm và sức kháng cắt của đất yếu đa nguồn gốc đồng bằng ven biển Quảng Nam – Đà Nẵng. Kết quả nghiên cứu cho thấy đất 3 2 2 yếu chủ yếu là bùn sét, bùn sét pha có tuổi và nguồn gốc khác nhau (ambQ2 ; mbQ2 ; ambQ2 và 1 abmQ2 ) mới được thành tạo, diện phân bố không đều, bề dày có sự thay đổi lớn và ít lộ ra trên mặt. Đất hầu như chưa được cố kết, áp lực tiền cố kết bé (Pc = 52,55 kPa ÷61,5 kPa đối với bùn sét -1 pha và Pc = 45,50 kPa ÷ 58,8 kPa đối với bùn sét), hệ số nén lún lớn (a0,5-1≥ 10 kPa ), hệ số cố kết ngang thể hiện tính chất bất đồng nhất rõ rệt, môđun tổng biến dạng nhỏ (E0,5-1 ≤ 5000 kPa) và sức kháng cắt thấp. Đây là những đối tượng có ảnh hưởng bất lợi đến công tác quy hoạch, thiết kế công trình nói chung và đường giao thông nói riêng. Từ khóa: Đất yếu; sức kháng cắt; đặc trưng cố kết thấm; hệ số cố kết ngang. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ1 Nguyễn Thị Nụ (2014) , đây là nguồn tài liệu Trong tính toán, thiết kế công trình, đặc biệt quan trọng và có giá trị trong tính toán, thiết kế, công trình trên nền đất yếu. Ngoài các chỉ tiêu cơ xử lý nền công trình. Tuy nhiên, ở khu vực miền lý thông thường của đất thì đặc trưng cố kết thấm Trung nói chung và đồng bằng ven biển Quảng và sức kháng cắt của đất đóng vai trò rất quan Nam - Đà Nẵng nói riêng, vấn đề này chưa được trọng. Trên cơ sở đó, có thể lựa chọn giải pháp các tác giả quan tâm nghiên cứu một cách xử lý nền, đưa ra dự báo về thời gian cố kết, độ chuyên sâu. Vì vậy, thông qua kết quả thí lún từ biến, chiều cao đắp ổn định của nền công nghiệm trong phòng của nhóm tác giả thực hiện trình. Hiện nay, trên thế giới bên cạnh thành theo nhiều phương pháp khác nhau và kết hợp phần vật chất thì các thông số cố kết – biến dạng kết quả phân tích hiện trường nhóm tác giả muốn và sức kháng cắt của đất loại sét được nhiều tác làm sáng tỏ đặc trưng cố kết thấm và sức kháng giả quan tâm nghiên cứu một cách chuyên sâu cắt của đất yếu đa nguồn gốc phân bố ở đồng bằng nhiều thiết bị và trên các mô hình khác bằng ven biển Quảng Nam – Đà Nẵng. Những số nhau (Terzaghi. K, 1924, 1940, 1941, Taylor.D.W, liệu đưa ra có tính tổng hợp và hệ thống nên đủ 1940, 1942, Bjerrum.L, 1967, Casagrande.A, độ tin cậy, có thể tham khảo trong qui hoạch - 1938, ) đã được công nhận và áp dụng trong thiết kế và định hướng cho công tác nghiên cứu, các tiêu chuẩn xây dựng (ASTM 2435, JGS lựa chọn hợp lý các giải pháp xử lý nền đường 2000, BS 1377, ). Ở Việt Nam, đặc biệt là trên đất yếu. đồng bằng Bắc Bộ và Nam Bộ, vấn đề này đã 2. PHƯƠNG PHÁP VÀ THIẾT BỊ THÍ được nghiên cứu chi tiết thể hiện qua nhiều NGHIỆM công trình của nhiều tác giả khác nhau: Nguyễn Các thông số cố kết thấm của đất được xác Viết Tình (2001); Nguyễn Mạnh Thủy (2005); định bằng thí nghiệm nén cố kết tiêu chuẩn và phân tích ngược từ kết quả quan trắc lún hiện 1 Trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng trường. Đối với thí nghiệm trong phòng mẫu 92 KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 56 (3/2017)
2. được gia tải theo từng cấp, cấp sau gấp đôi cấp dọc sông (sông Đế Võng, sông Phú Lộc, sông trước, thời gian theo dõi độ lún là 24 giờ theo Yên, sông Cu Đê), các hồ Bầu Tràm, Đầm Rong, đúng qui trình nén cố kết tiêu chuẩn (TCVN khu vực vịnh Nam Ô, Hoà Phước, Hòa Quý, các 4200:2012). Các thông số sức kháng cắt không xã Điện Phương, Điện Minh, thị trấn Vĩnh Điện thoát nước xác định bằng nhiều phương pháp thí và ở Cẩm An, Cẩm Hà. Ngoài ra còn bắt gặp ở nghiệm trên các thiết bị và tiêu chuẩn khác nhau: các xã Bình Quý, Bình Trung, Bình Tú thuộc Nén ba trục theo sơ đồ UU trên thiết bị nén 3 trục huyện Thăng Bình. hãng GEOCOMP – Mỹ (ASTM D2850, + Khu vực II (KV-II): Bùn sét pha, bùn sét 2 AASHTO T296, BS 1377: Part 7: 1990: clause chứa than bùn màu xám đen (mbQ2 ) có thành 8); thí nghiệm cắt phẳng trực tiếp (TCVN 4199 : phần hạt chủ yếu bột, sét lẫn cát hạt trung đến 1995; BS1377: Part 7: 1990; ASTM D3080) và nhỏ, lộ ra ở các quận nội thành Đà Nẵng, Nam cắt cánh ngoài hiện trường (BS 1377: Part Ô, Hoà Phước, Hòa Tiến hoặc bị phủ bởi lớp cát 9:1990: clause 4.4, ASTM D2573, AASHTO mịn, bề dày trung bình 2 ÷ 4 m, cá biệt > 5m. T223 và 22TCN 355-2006). Các thông số này sử + Khu vực III (KV-III): Bùn sét, bùn sét pha dụng để tính toán ổn định và đề xuất giải pháp màu xám xanh, xám đen, trạng thái chảy chứa 2 thiết kế, áp dụng tính toán giải pháp đắp trực vỏ sò (ambQ2 ) phân bố khá phổ biến, điển hình tiếp, trường hợp đắp nền đầu tiên cho giải pháp là ở các xã Điện Hòa, Điện Tiến, Điện Phước đắp nền đường theo giai đoạn. thuộc huyện Điện Bàn, dọc thung lũng sông Vu 3. TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA ĐẤT YẾU Gia và rải rác ở các xã Điện Ngọc, Điện Dương NGHIÊN CỨU thuộc Vĩnh Điện, độ sâu mái lớp từ 2,5 ÷ 4 m và Đồng bằng ven biển Quảng Nam – Đà Nẵng, bề dày từ 5 ÷10 m đến >10 m. Thành phần hạt đất yếu đa nguồn gốc có diện phân không đồng chủ yếu gồm bột, sét lẫn cát hạt trung đến nhỏ, đều, bề dày đất yếu có sự thay đổi lớn và ít lộ ra trong đất chứa ít hàm lượng hữu cơ 1,4 ÷ 3,2%. trên mặt hơn. Trên cơ sở các lộ trình khảo sát, + Khu vực IV (KV-IV): Bùn cát pha, bùn sét thu thập tài liệu và khoan bổ sung, kiểm tra địa pha màu xám xanh, xám đen, trạng thái dẻo 1 chất công trình thấy rằng vùng nghiên cứu xuất chảy - chảy (abmQ2 ) có thành phần hạt chủ yếu lộ 8 thành tạo đất yếu với thành phần, nguồn gồm sét, bột, cát hạt nhỏ đến mịn lẫn ít sạn sỏi, gốc và thời gian thành tạo khác nhau. Song chỉ phân bố ở Điện Bàn, Hội An, dọc sông Vĩnh có trầm tích sông – biển – đầm lầy tuổi Holocen Điện và sông Cần Biên, bị các đất nguồn biển 3 3 muộn (ambQ2 ); trầm tích biển – đầm lầy gió trẻ hơn (mvQ2 ) phủ lên với bề dày khá lớn. 2 Holocen giữa (mbQ2 ); trầm tích sông - biển - Chiều sâu phân bố mái lớp bắt gặp từ 5 ÷ 20m, 2 đầm lầy Holocen giữa (ambQ2 ) và trầm tích chiều dày thay đổi từ 5m đến trên 20m, trung 1 sông - đầm lầy - biển Holocen sớm (abmQ2 ) là bình 15 ÷ 20m. có diện phân bố rộng và là các đối tượng có liên Mẫu đất sử dụng trong nghiên cứu được nhóm quan trực tiếp đến việc làm nền các công trình tác giả phối hợp lấy mẫu ở nhiều công trình khác xây dựng. Do vậy, tác giả chỉ tiến hành nghiên nhau phân bố trải đều trên địa bàn Quảng Nam - cứu chuyên sâu cho các thành tạo đất yếu trên, Đà Nẵng (bảng 1a). Các thí nghiệm trong phòng cụ thể: được thực hiện tại phòng thí nghiệm Địa cơ, + Khu vực I (KV-I): Bùn sét, bùn sét pha, khoa Xây dựng Cầu đường, Trường Đại học màu xám xanh, xám đen giàu vật chất hữu cơ Bách khoa Đà Nẵng và phối hợp thực hiện thí 3 (ambQ2 ) có thành phần hạt chủ yếu gồm cát hạt nghiệm với các công ty trên địa bàn Quảng Nam mịn đến nhỏ, bột, sét, bề dày thay đổi từ 2 ÷ 8 m. - Đà Nẵng. Các thí nghiệm cắt cánh hiện trường Phân bố dọc theo các đầm phá hiện đại, tạo các được nhóm tác giả thu thập từ các công ty khảo dải rộng từ 50 m ÷ 200 m; kéo dài trên 10 km sát trên địa bàn Quảng Nam - Đà Nẵng. KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 56 (3/2017) 93
3. Bảng 1a. Vị trí lấy mẫu và số lượng mẫu nghiên cứu Khu vực Vị trí (số lượng mẫu thí nghiệm) Tuyên Sơn – Hòa Cường (06); Khu nhà máy đóng tàu – An Hải Tây - Sơn Trà (05); Phước Mỹ - Sơn Trà (05); Thọ Quang – Sơn Trà (06); Khu đô thị Hòa Xuân (12); KV-I Cầu Khuê Đông - Cẩm Lệ (12); Đường vành đai Nam – Hòa Quí đi Hòa Phước (14); 3 (ambQ2 ) Cầu Quá Giáng – Hòa Phước (10); Điện Phước – Điện Bàn (08); Điện Minh – Điện Bàn (05); Phong An – Sơn Phong (05); Cẩm An – Hội An (06); Cửa Đại – Hội An (08); Cẩm Hà – Hội An (10). Khu đô thị Golden Hill (14); Khu đô thị Thủy Tú (15); Khu TĐC Hòa Hiệp a, b (15); Khu Công Nghiệp Hòa Khánh (10); Trục đường Tây Bắc – Hòa Minh (12); Khu đô KV-II thị Đa Phước (12); Hòa An – Cẩm Lệ (12); Miếu Bông – Cẩm Lệ (10); Khuê Trung (mbQ 2) 2 – Cầu Nguyễn Tri Phương (14); Hòa Xuân – Cẩm Lệ (12); Tuyến đường Hòa Phước – Hòa Khương (10); Điện Dương – Điện Bàn (15); Điện Nam – Điện Bàn (12); Nam Phước – Duy Xuyên KV-III (14); Bình Tú – Thăng Bình (08); Bình Hải – Thăng Bình (08); Tam Thăng – Tam (ambQ 2) 2 Kỳ (12); Khu KTM Chu Lai – Núi Thành (15); KV-IV Cẩm Thanh – Hội An (08); Điện Dương – Điện Bàn (05); Điện Ngọc – Điện Bàn 1 (abmQ2 ) (06); Duy Châu – Duy Xuyên (06). 2 3 Các chỉ tiêu cơ lý chủ yếu (bảng 1b) như W, mbQ2 cao hơn so với bùn sét ambQ2 . Các đặc e0, WL, IP, B của bùn sét pha có sự khác nhau trưng cơ lý các sự khác nhau giữa các khu vực liên giữa các khu vực, nhìn chung các chỉ tiêu của quan đến tuổi, nguồn gốc, điều kiện hình thành và 1 bùn sét pha abmQ2 cao hơn. Đối với bùn sét tồn tại của đất yếu trong cấu trúc nền tự nhiên. Bảng 1b. Thành phần hạt và chỉ tiêu vật lý đất yếu Bùn sét pha Bùn sét Chỉ tiêu KV-I KV-II KV-III KV-IV KV-I KV-II 3 2 2 1 3 2 (ambQ2 ) (mbQ2 ) (ambQ2 ) (abmQ2 ) (ambQ2 ) (mbQ2 ) Hàm lượng 20,97÷27,3 20,15÷28,06 22,01÷26,18 20,59÷27,3 35,1÷37,19 32,55÷42,61 hạt sét,% 24,87 24,17 24,46 23,73 35,99 36,11 22,3÷60,0 24,6÷37,3 27,8÷43,8 25,54÷31,98 28,0÷28,5 35,3÷48,6 0,05-0,005 42,6 29,2 35,3 28,58 28,8 40,9 14,39÷52,69 36,89÷51,87 32,98÷46,52 44,00÷53,63 34,78÷35,4 13,48÷31,52 2-0,05 32,66 46,25 40,06 47,25 35,14 22,69 0 ÷ 0,50 0 ÷ 1,12 0,11 ÷0,27 0,24 ÷0,62 0 ÷ 0,18 >2 0 0,2 0,40 0,17 0,44 0,06 38,97÷45,78 40,01÷50,01 43,02÷53,1 46,29÷50,11 50,13÷52,13 55,29÷59,6 W, % 43,30 43,11 46,67 48,35 51.41 57,52 1,15÷1,29 1,11÷1,37 1,25÷1,44 1,29÷1,48 1,44÷1,52 1,14÷1,64 e 0 1,25 1,22 1,32 1,40 1,48 1,53 35,3÷41,8 36,09÷41,67 38,38÷44,18 38,1÷40,15 42,01÷45,10 47,28÷50,4 W ,% L 39,6 38,5 40,89 39,17 43,25 48,69 10,46÷16,91 11,99÷16,85 11,03÷19,3 13,39÷16,22 18,2÷19,19 20,09÷26,04 I ,% P 13,62 15,08 15,17 14,75 18,61 22,6 1,14÷1,43 1,18÷1,50 1,17÷1,65 1,52÷1,77 1,38÷1,51 1,30÷1,51 B 1,28 1,31 1,39 1,63 1,44 1,39 94 KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 56 (3/2017)
4. 1 2 4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU (KV-IV, abmQ2 ); 61,5 kPa (KV-II, mbQ2 ). Hệ -1 4.1. Các đặc trưng cố kết thấm số nén lún a1-2 biến đổi từ 10,5 kPa (KV-I, 3 -1 1 -1  Bùn sét pha, các đặc trưng cố kết thấm có ambQ2 ); 10,7 kPa (KV-IV, abmQ2 ); 11,7 kPa 2 -1 2 sự biến đổi như sau: (KV-II, mbQ2 ); đến 13,8 kPa (KV-III, ambQ2 ). -7 Hệ số cố kết thấm đứng cv1-2 biến đổi từ 0,539 Hệ số thấm Kv biến đổi từ 0,254 *10 cm/s -3 -3 2 2 -7 *10 đến 0,679*10 cm /s; trong đó KV-III (KV-II, mbQ2 ); đến 0,520 *10 cm/s (KV-III, 2 - 2 (ambQ2 ) có hệ số cố kết lớn nhất 0,679*10 ambQ2 ) (bảng 2, hình 1a). 3 2 2 cm /s và KV-II (mbQ2 ) có hệ số cố kết bé nhất  Bùn sét, các đặc trưng cố kết biến đổi như sau: -3 2 - 0,539 *10 cm /s. Chỉ số lún Cc biến đổi từ 0,441 Hệ số cố kết cv1-2 biến đổi từ 0,415 *10 2 2 3 2 3 2 3 (KV-II, mbQ2 ) đến 0,81(KV-III, ambQ2 ). Chỉ (mbQ2 ) đến 0,454*10 cm /s (KV-I, ambQ2 ). 2 3 số Cr biến đổi từ 0,057 (KV-II, mbQ2 ); 0,08 Chỉ số lún Cc biến đổi từ 0,51(KV-I, ambQ2 ) 3 1 2 (KV-I, ambQ2 ); 0,081 (abmQ2 ); 0,09 (KV-III, đến 0,588 (KV-II, mbQ2 ). Tỉ số Cc/Cr = 7,67 2 ambQ2 ). Tỉ số Cc/Cr=7,69 ÷8,65 là phù hợp ÷8,40. Áp lực tiền cố kết biến đổi từ 45,50 3 (Theo Monika De Vos & Valerie Whenham, kPa (KV-I, ambQ2 ) đến 57,88 kPa (KV-II, 2 2000), với đất sét giá trị tỷ số Cc/Cr từ 5 đến 10). mbQ2 ). Hệ số nén lún a1-2 trung bình biến đổi từ -1 3 -1 Áp lực tiền cố kết biến đổi từ 52,55 kPa (KV-III, 12,3 kPa (KV-I, ambQ2 ) đến 13,8 kPa (KV- 2 3 2 ambQ2 ); 56,75 kPa (KV-I, ambQ2 ); 59,3kPa II, mbQ2 ) (bảng 2, hình 1b). Hình 1a. Hệ số cố kết thấm thẳng đứng thay đổi Hình 1b. Hệ số cố kết thấm thẳng đứng thay đổi theo cấp áp lực nén của bùn sét pha theo cấp áp lực nén của bùn sét Bảng 2. Kết quả xác định đặc trưng cố kết thấm của đất yếu Bùn sét pha Bùn sét Chỉ tiêu KV-I KV-II KV-III KV-IV KV-I KV-II 3 2 2 1 3 2 (ambQ2 ) (mbQ2 ) (ambQ2 ) (abmQ2 ) (ambQ2 ) (mbQ2 ) Số mẫu 93 98 84 25 19 38 Pc , 42,70÷ 83,3 56,6 ÷ 67,3 47,9 ÷ 55,9 56,9 ÷ 62,7 42,90 ÷ 49,90 52,4 ÷ 66,1 kPa 56,75 61,5 52,55 59,3 45,50 57,88 0,459 ÷ 0,73 0,362 ÷ 0,556 0,711 ÷ 0,931 0,583 ÷ 0,811 0,485 ÷ 0,41 0,517 ÷ 0.689 Cc ẩn 0,64 0,441 0,81 0,7601 0,51 0,588 0,063 ÷ 0,09 0,049 ÷ 0,067 0,078 ÷ 0,106 0,071÷0,092 0,061÷ 0,072 0,057 ÷ 0,084 Cr êu chu 0,08 0,057 0,09 0,081 0,07 0,07 7,29 ÷ 9,01 7,02 ÷ 8,50 8,55 ÷ 9,12 7,89 ÷ 9,38 7,51÷7,95 7,72 ÷ 9,07 C /C c r 8,41 7,69 8,55 8,65 7,67 8,40 ố kết ti -3 cv.10 , 0,517 ÷ 0,883 0,438 ÷ 0,606 0,515 ÷ 0,845 0,512 ÷ 0,682 0,432 ÷ 0,481 0,341 ÷ 0,462 cm2/s 0,599 0,539 0,679 0,585 0,454 0,415 Nén c KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 56 (3/2017) 95
5. -7 Kv.10 , 0,373 ÷ 0,511 0,162 ÷ 0,342 0,303÷ 0,685 0,312 ÷ 0,438 0,207 ÷ 0,261 0,167÷ 0,247 cm/s 0,421 0,254 0,520 0,378 0,24 0,208 av1-2, 4,9 ÷ 14,1 6,9 ÷ 16,4 6,5÷ 12,4 9, 1 ÷ 11,9 10,9 ÷ 13,2 12,4÷ 15,4 kPa-1 10,5 11,7 13,8 10,7 12,3 13,8 996 ÷ 2718 897 ÷ 1937 1176 ÷ 2167 1291 ÷ 1561 895 ÷ 764 637 ÷ 852 E kPa 0 1398 1239 1577 1405 808 738 Từ các kết quả nêu trên cho thấy đất nghiên nhanh quá trình cố kết của nền đất và nâng cao cứu đều rất yếu, chưa được cố kết, áp lực tiền cố hiệu quả của công tác xử lý nền. -1 kết bé, hệ số nén lún lớn (a1-2≥ 10 kPa ), môđun 4.2. Hệ số cố kết thấm theo phương ngang tổng biến dạng nhỏ. Hệ số cố kết thấm đứng thay của đất yếu đổi bất đồng nhất tùy thuộc vào tuổi, nguồn gốc, + Xác định hệ số cố kết thấm ngang thông điều kiện hình thành và tồn tại của đất yếu trong qua thí nghiệm nén cố kết tiêu chuẩn (ASTM cấu trúc nền tự nhiên. Trong đó, bùn sét pha, bùn D2435, TCVN 4200-2012) 2 sét KV-II (mbQ2 ) có mức độ cố kết thấp nhất. Phương pháp và trình tự thí nghiệm tương tự Khi nền đường đặt trên đất yếu sẽ không đảm bảo như nén cố kết đứng. Tuy nhiên, mẫu được cắt độ bền và ổn định, do đó cần phải tiến hành gia cố theo phương nằm ngang. Khi đó, hệ số cố kết và xử lý. Các đặc trưng cố kết thấm của đất là cơ thấm của đất sẽ là hệ số cố kết thấm theo sở để lựa chọn giải pháp xử lý nền hợp lý, xác phương ngang ch và kết quả được thể hiện hình định độ lún cố kết, độ lún theo thời gian nhằm đẩy 2a,b và bảng 3. /năm 2 , m h v /c h ệ c kết cố số ỷ số c ỷ số H T P, kPa P, kPa Hình 2a. Hệ số cố kết thấm ngang theo các Hình 2b. Tỷ số ch/cv theo các cấp áp lực cấp áp lực nén khác nhau nén khác nhau + Hệ số cố kết thấm ngang được tính toán từ Thành nối dài từ Km 2+715,04 ÷ Km 5+987,50 bài toán phân tích ngược dựa trên kết quả quan và đường dẫn đầu Cầu Khuê Đông. trắc lún ngoài hiện trường tại các dự án: Đường Từ kết quả quan trắc lún hiện trường, xác cao tốc Đà Nẵng – Quảng Ngãi bao gồm Gói định độ lún tương ứng với các khoảng thời gian thầu A1 từ Km0+000 ÷ Km8+800; Gói thầu A2 t = 3; 5 hoặc 7 ngày; 2 t= 6; 10 hoặc 14 từ Km8+000 ÷ Km16+800, Gói thầu A4 từ ngày, Từ đó lập đồ thì quan hệ giữa S1, Si-1 Km21+500 ÷ Km32+600. Dự án cơ sở hạ tầng (hình 3a) có dạng đường thẳng theo phương ưu tiên thành phố Đà Nẵng: đường Nguyễn Tất S   S trình sau: i 0 1 i 1 (1) 96 KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 56 (3/2017)
6. 2 , m ệ thấm, cố kết số i S H Si-1, m P, kPa Hình 3a. Đồ thị Si = f(Si-1) tại mốc SP-07 Hình 3b. Hệ số cố kết theo phương đứng và (Km 12+500) Cao tốc Đà Nẵng – Quảng Ngãi phương ngang xác định theo các phương pháp khác nhau Trong trường hợp chỉ có thoát nước theo định độ lún; 1 - hệ số góc của đường độ lún phương ngang, hệ số cố kết thấm ngang dựa Asaoka. theo lý thuyết của Barron (1948), Hansbo Khi xác định hệ số cố kết theo phương ngang (1981) được tính theo công thức sau: tương đương ch(ap) của nền, nhân tố F được thay D2 F ln c e 1 (2) bởi hệ số khoảng cách bố trí thiết bị tiêu thoát h 8 t nước thẳng đứng F(n): Trong đó: F = F(n)+F(s)+F(r) nhân tố ảnh 2 D eF(n) ln hưởng bởi sự xáo động, khoảng cách giếng và c 1 (3) h(ap) sức cản của giếng; t - khoảng thời gian xác 8 t Bảng 3. Kết quả tính toán hệ số cố kết thấm ngang Hệ số cố kết thấm theo Hệ số cố kết Tỷ số phương ngang thấm theo Tỷ số ch(ap)/cv Khu vực Loại đất 2 2 ch m /năm ch(ap) m /năm phương đứng cv ch /cv trung TNTP Asaoka m2/năm bình KV-I Bùn sét pha 1,96÷5,42 2,84÷3,32 1,27÷2,56 1,32÷3,51 1,82 3 (ambQ2 ) 2,47 3,08 1,69 1,95 Bùn sét 1,89÷4,84 2,51÷2,99 1,03÷2,26 1,09÷4,14 1,91 2,40 2,73 1,43 2,34 KV-II Bùn sét pha 1,80÷3,88 1,21÷4,76 1,12÷1,77 1,25÷4,19 2 (mbQ2 ) 2,55 2,51 1,35 2,17 1,86 Bùn sét 1,61÷3,75 1,39÷2,91 1,10÷1,72 1,12÷3,55 2,14 1,99 1,31 2,22 1,52 Từ kết quả nghiên cứu (bảng 3) tác giả rút ra gốc, điều kiện hình thành và tồn tại của đất yếu một số nhận xét sau: trong cấu trúc nền tự nhiên. Bùn sét pha KV-I 3 2 - Hệ số cố kết thấm ngang của đất yếu phụ (ambQ2 ) ch(TNTP) = 1,96 ÷ 5,42 m /năm; ch /cv 2 thuộc vào tuổi, nguồn gốc, điều kiện hình thành = 1,32 ÷ 3,51; ch(ap) = 2,84 ÷ 3,32 m /năm; ch(ap)/cv = 2 và tồn tại của đất yếu trong cấu trúc nền tự 1,82; bùn sét pha KV-II (mbQ2 ) ch(TNTP) = 2 nhiên. Hệ số cố kết thấm ngang trong phòng 1,89 ÷ 4,84 m /năm; ch /cv = 1,25÷4,19; ch(ap) = 2 được lấy tại ứng suất hữu hiệu của nền được xử 2,51 ÷ 2,99 m /năm; ch(ap)/cv = 1,86. lý, nằm trong khoảng từ 100÷200 kPa. - Bùn sét có hệ số cố kết thấm ngang thấp hơn 3 - Hệ số cố kết thấm ngang thể hiện tính chất bùn sét pha: KV-I (ambQ2 ) có ch(TNTP) = 1,80 ÷ 2 bất đồng nhất rõ rệt phụ thuộc vào tuổi, nguồn 3,38 m /năm; ch /cv = 1,25 ÷ 4,19; ch(ap) = 1,39 ÷ KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 56 (3/2017) 97
7. 2 2,91 m /năm; ch(ap)/cv = 1,91; bùn sét KV-II Paulus P.Rahardjo (2001); T.S.Nagaraj, N.Miura 2 2 (mbQ2 ) có ch(TNTP) = 1,61 ÷ 3,75 m /năm; ch/cv (2001); Yit-Jin Chen, Fred H.Kulhawy (1993) 2 = 1,12 ÷ 4,2,55; ch(ap) = 1,21 ÷ 4,76 m /năm; cho thấy sức chống cắt không thoát nước của ch(ap)/cv = 1,52. đất sét bão hòa nước khác nhau theo các Kết quả trên cũng cho thấy sự khác biệt so phương pháp thí nghiệm khác nhau và phụ với nghiên cứu của các tác giả trên thế giới và thuộc vào nhiều yếu tố như điều kiện thí 1-2 Việt Nam: Bùn sét pha hữu cơ (lbQ2 hh1) Hà nghiệm, lịch sử ứng suất, cơ chế phá hoại mẫu, Nội ch/cv = 1,06 ÷ 2,17 (Nguyễn Viết Tình, tính bất đẳng hướng. 2001); Đất yếu phía Nam Hồ Chí Minh ch/cv = 4 Từ kết quả nghiên cứu bảng 4 cho thấy sức ÷ 12 (Nguyễn Mạnh Thủy, 2002); Bùn sét pha kháng cắt theo thí nghiệm cắt cánh lớn hơn 1-2 (amQ2 hh1) ĐBB Bộ ch/cv = 1,5 ÷ 6,1 (Phạm nhiều so với kết quả trong phòng. Thí nghiệm 2-3 Thị Nghĩa, 2005); Bùn sét pha (amQ2 ) cắt phẳng và nén ba trục sơ đồ UU cho kết quả ĐBSCL ch/cv = 3,5 ÷ 3,12 (Nguyễn Thị Nụ, gần tương tự nhau. Tuy nhiên, thí nghiệm nén 3 2014); Đất sét yếu Singpore, Thụy Điển ch(ap) = trục UU cho kết quả lớn hơn thí nghiệm cắt (1,5 ÷ 3)cv (Tan, Chew, 1996); Đất sét yếu Hải phẳng. Bởi vì khi nén ba trục theo sơ đồ UU, Phòng ch(ap) = 1,5 cv (Suzuki và nnk, 2011); Đất mẫu đất chịu áp lực buồng trước khi nén dọc 2-3 loại sét yếu, amQ2 đồng bằng sông Cửu Long trục. Khi đó làm các bọt khí nở ra bởi quá trình 2 ch = 1,27 ÷ 3,03 m /năm (Nguyễn Thị Nụ, 2014). giải phóng ứng suất do lấy mẫu sẽ được nén lại Hệ số cố kết thấm ngang là một chỉ tiêu rất một phần, độ chặt sẽ lớn hơn so với mẫu đất cắt quan trọng quyết định đến khoảng cách thiết bị phẳng. Giá trị thông số sức kháng cắt đất yếu tiêu thoát nước thẳng đứng vì thế liên quan đến lần lượt tại các khu vực khi thí nghiệm UU, cắt thời gian thi công và giá thành xây dựng. Do đó, phẳng và VST như sau: hệ số cố kết thấm ngang thường được sử dụng  Bùn sét pha 3 trong tính toán thiết kế giải pháp xử lý nền đất Tại KV-I (ambQ2 ) có giá trị lần lượt là: 8,35 yếu bằng tiêu thoát nước thẳng đứng (bấc thấm, kPa - 0048’; 6,45 kPa - 4026'; 9,47 kPa. KV-II 2 0 0 giếng cát) để đẩy nhanh quá trình cố kết của đất (mbQ2 ): 7,68 kPa - 0 40’; 6,21 kPa - 4 16’; 2 0 cũng như dự báo độ lún theo thời gian của nền 7,80 kPa. KV-III (ambQ2 ): 7,95 kPa - 0 39’; 0 1 sau khi xử lý (cọc cát, cọc xi măng đất). Việc 5,83 kPa - 4 03’; 9,61 kPa và KV-IV (abmQ2 ) xác định chính xác hệ số cố kết thấm ngang của có giá trị là: 5,86 kPa - 0035’; 3,82 kPa - 3031’; đất nền khi xây dựng sẽ đem lại hiệu quả cao về 8,15 kPa. kinh tế và kỹ thuật.  Bùn sét 3 4.3. Sức kháng cắt của đất yếu Tại KV-I (ambQ2 ) trị lần lượt là: 7,13 kPa - 0 0 2 + Đặc trưng kháng cắt không thoát nước 0 31’; 4,93 kPa - 3 09’; 8,98 kPa và KV-II (mbQ2 ): Các kết quả nghiên cứu của các tác giả 7,23 kPa - 0035’; 5,1 kPa - 3012’; 7,45 kPa. Hình 4a. Quan hệ giữa sức kháng cắt cuu với B Hình 4b. Quan hệ giữa sức kháng cắt cuu với e0 3 3 của bùn sét KV-I(ambQ2 ) của bùn sét KV-I(ambQ2 ) 98 KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 56 (3/2017)
8. Sở dĩ, sức kháng cắt của đất có sự khác nhau Z 1.0177S 7.4532 với r = 0,977 (hình 5a). u giữa các khu vực (tuổi, nguồn gốc khác nhau thì Sự tăng sức chống cắt Su theo ứng suất hữu thành phần và tính chất khác nhau) là có mối hiệu được biểu thị bằng tỷ số S / ' . Tỷ số quan hệ chặt chẽ với các chỉ tiêu vật lý của đất, u v0 này là cơ sở đặc trưng cho sức chống cắt không đặc biệt là hàm lượng hạt sét, hệ sỗ rỗng e , độ 0 thoát nước của đất loại sét. Kết quả tổng hợp từ sệt B của đất và biến đổi như sau: khi hàm 23 điểm cắt cánh đối với bùn sét pha KV-II lượng hạt sét càng giảm, hệ sỗ rỗng e và độ sệt 0 (mbQ 2) đến độ sâu 14,5m tại Khuê Trung - B trong đất càng tăng thì sức kháng cắt càng 2 Cầu Nguyễn Tri Phương (Cẩm Lệ) cho thấy giảm và ngược lại (hình 4a, b). tương quan giữa S / ' với độ sâu Z có dạng Bên cạnh đó, kết quả thí nghiệm cắt cánh u v0 phương trình: Z 9.8385 ln(S / ' ) 10.403 cho thấy Su của đất tăng tuyến tính theo độ u v0 sâu Z và được biểu thị bằng phương trình với r 0.9003 (hình 5b). ' Hình 5a. Sự thay đổi Su (VST) theo độ sâu Z Hình 5b. Sự thay đổi Su / v0 theo độ sâu Z bùn 2 2 bùn sét pha KV-II (mbQ2 ) sét pha KV-II (mbQ2 ) Bảng 4. Sức kháng cắt không thoát nước của đất Bùn sét pha Bùn sét Chỉ tiêu KV-I KV-II KV-III KV-IV KV-I KV-II 3 2 2 1 3 2 (ambQ2 ) (mbQ2 ) (ambQ2 ) (abmQ2 ) (ambQ2 ) (mbQ2 ) Số mẫu 76 74 60 35 19 39 0028’ ÷1019’ 0030’÷ 0056’ 0033’÷ 0050’ 0031’÷0038’ 0028 ÷ 0032’ 0029’÷ 0055’ , độ uu 0048’ 0040’ 0039’ 0035’ 0031’ 0035’ UU 6,9 ÷ 9,0 7,0 ÷ 8,7 5,8 ÷ 8,2 5,4 ÷ 6,0 7,0 ÷ 7,3 6,8 ÷ 7,9 c , kPa uu 7,98 7,86 7,18 5,7 7,13 7,24 Số mẫu 115 171 93 37 36 88 3004’÷5018’ 3049’÷ 4035’ 3013’÷ 4024’ 3012’ ÷ 3052’ 3004’÷ 3011’ 3001’÷ 3021’ độ uu 4026' 4016’ 4003’ 3031’ 3009’ 3012’ ắt phẳng ắt C 4,5 ÷ 7,80 5,7 ÷ 7,3 4,0 ÷ 7,1 3,4 ÷ 4,0 4,8 ÷ 5,10 4,6 ÷ 6,3 c , kPa uu 6,44 6,38 5,62 3,7 4,93 5,12 Số điểm 25 21 20 16 08 13 VST Su,kPa 10.5 9.69 8.05 6,45 8,98 7,45 Số mẫu 15 21 08 10 17 15 Ứng suất 11003’÷13004’ 11037’÷12052’ 11014’÷12045’ 11009’÷11036’ 12010’÷12048’ 10018’÷11054’ CU cu tổng 12016' 12031' 11035' 11028' 12011' 11006' KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 56 (3/2017) 99
9. Ccu 11,1 ÷ 12,2 9,6 ÷ 10,8 10,3 ÷ 13,4 8,8 ÷ 11,1 10,5 ÷ 11,3 10,5 ÷ 12,6 11,73 10,08 11,85 9,95 9,9 11,55 18052’÷22005’ 18055’÷23028’ 19018’÷20046’ 16022’÷17057’ 16043’÷16057’ 16024’÷19002’ ' Ứng suất 20033' 19019' 20002' 17010' 16048' 17043' hữu hiệu 7,1 ÷ 8,1 6,7 ÷ 8,2 7,2 ÷ 7,8 5,1 ÷ 7,3 6,6 ÷ 6,8 6,4 ÷ 7,3 C’ 7,67 6,8 7,5 6,2 6,6 6,85 + Đặc trưng kháng cắt hữu hiệu của đất yếu - Đất nghiên cứu đều rất yếu, chưa được cố Khi đất được cố kết với độ cố kết U = 95%, kết, áp lực tiền cố kết bé (Pc = 52,55 kPa ÷ 61,5 sức kháng cắt của đất yếu tăng lên đáng kể: Bùn kPa đối với bùn sét pha và Pc = 45,50 kPa ÷ 58,8 3 sét pha KV-I (ambQ2 ) tăng 46,99%; KV-II kPa đối với bùn sét), hệ số nén lún lớn (a0,5-1 ≥ 2 2 -1 (mbQ2 ) là 28,84%; KV-III (ambQ2 ) 65,04%; 10 kPa ), môđun tổng biến dạng nhỏ (E0,5-1 ≤ 1 KV-IV (abmQ2 ) là 74,56%. Bùn sét KV-I 5000 kPa). Hệ số cố kết cv, ch thể hiện tính bất 3 2 (ambQ2 ) tăng 38,85%; KV-II (mbQ2 ) là đồng nhất rõ rệt, tỷ số ch/cv có sự khác biệt so 59,53%. Bên cạnh đó, sức kháng cắt hữu hiệu với kết quả nghiên cứu của các tác giả trên thế của đất đạt giá trị cao: c’=6,2 ÷ 7,67 kPa; giới và Việt Nam. Bên cạnh đó,sức kháng cắt ' 17010' 20033' (bùn sét pha) và c’ = 6,6 ÷ 6,85 của đất thấp và cũng có sự khác nhau giữa các ' 0 ' 0 ' kPa; 16 48 17 43 (bùn sét pha). Sức kháng khu vực tùy thuộc vào tuổi, nguồn gốc, điều kiện cắt hữu hiệu của đất ở các khu vực khác nhau tùy hình thành, tồn tại của đất yếu trong cấu trúc nền. thuộc vào tuổi, nguồn gốc, điều kiện hình thành, - Khi xây dựng nền đường trên đất yếu thì đặc tồn tại của đất yếu trong cấu trúc nền và phụ thuộc trưng cố kết thấm là những chỉ tiêu dùng để tính chặt chẽ vào hàm lượng hạt sét, chỉ số dẻo của đất. toán độ lún của nền đường, xác định chiều cao Khi hàm lượng hạt sét và chỉ số dẻo tăng thì góc phòng lún. Hệ số cố kết thấm của đất, đặc biệt là ma sát trong hữu hiệu của đất giảm nhưng lực hệ số cố kết thấm ngang là thông số rất quan dính đơn vị hữu hiệu của đất tăng và ngược lại. trọng quyết định đến khoảng cách thiết bị tiêu 5. KẾT LUẬN thoát nước thẳng đứng (khi dùng bấc thấm, - Đất yếu khu vực nghiên cứu bao gồm bùn giếng cát, cọc cát, ) vì thế liên quan đến thời sét, bùn sét pha trạng thái dẻo chảy đến chảy có gian thi công và giá thành xây dựng. Việc xác tuổi và nguồn gốc khác nhau. Thành phần hạt và định chính xác hệ số cố kết thấm ngang của đất tính chất cơ lý của đất bất đồng nhất tùy thuộc nền khi xây dựng sẽ đem lại hiệu quả cao về vào tuổi, nguồn gốc, điều kiện hình thành và tồn kinh tế và kỹ thuật. Đồng thời, dựa vào sức tại. Sự chiếm ưu thế của nhóm hạt sét và bụi sẽ kháng cắt của đất để xác định chiều cao nền đắp làm giảm tính thấm, kéo dài thời gian lún của theo từng giai đoạn và đánh sự ổn định của nền nền đường đắp. đường đắp trên đất yếu. TÀI LIỆU THAM KHẢO Báo cáo: Kết quả khảo sát ĐCCT – ĐKT từ nguồn tài liệu thu thập ở các sở Xây dựng, Giao thông vận tải, sở Công thương, sở Tài nguyên và môi trường, các Tổng công ty, các Công ty khảo sát xây dựng trên đia bàn Đà Nẵng và Quảng Nam. Kết quả quan trắc lún cao tốc Đà Nẵng – Quảng Ngãi; dự án CSHT ưu tiên TPĐN: Đường Nguyễn Tất Thành nối dài, đường dẫn đầu cầu Khuê Đông. Nguyễn Mạnh Thủy (2002), “Lựa chọn giải pháp kỹ thuật hợp lý xử lý nền đất yếu ở khu vực phía Nam thành phố Hồ Chí Minh”, Luận án tiến sĩ Địa chất. 100 KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 56 (3/2017)
10. Nguyễn Viết Tình (2001), “Đặc tính địa chất công trình các thành tạo trầm tích Holocen dưới - 1-2 giữa nguồn gốc hồ - đầm lầy phụ tầng Hải Hưng dưới (IbQIV hh). Đánh giá khả năng sử dụng và dự báo biến đổi của chúng dưới tác dụng của các hoạt động công trình và phát triển đô thị, lấy ví dụ cho khu vực Hà Nội”, Luận án Tiến sĩ Địa chất. Trường Đại học Mỏ - Địa chất. 2-3 Nguyễn Thị Nụ (2012), Đặc điểm sức kháng cắt của đất loại sét yếu amQ2 phân bố ở các tỉnh đồng bằng sông Cửu Long, Tạp chí KHKT Mỏ - Địa chất, số 42/4-2013, tr.36-43. TCVN 4200:2012: Đất xây dựng - Phương pháp xác định tính nén lún trong phòng thí nghiệm. Phạm Thị Nghĩa và nnk (2005), “Xác định hệ số thấm ngang của đất yếu phụ hệ tầng Hải Hưng dưới từ kết quả xuyên tĩnh điện”, Tạp chí khoa học Địa chất công trình và Môi trường, số 1, tr.47-51.161. 16. Akira Asaoka (1978), “Observational procedure of settlement prediction”, Japanese Society of Soil Mechanics and Foundation Enggneering, vol 18 (4), 87-101. Barron R. A (1948), “Consolidation of fine-grained soils by drain wells”, Transaction ASCE, 113, 42-718. Monika De Vos & Valerie Whenham (2000), “Innovative design methods in geotechnical engineering, Belgian Building Research Inst”, European Geotechnical Thematic Network. Abstract: STUDY ON THE LABORATORY TEST OF CONSOLIDATION AND SHEAR STRENGTH OF SOFT SOILS IN THE COASTAL DELTA IN QUANGNAM – DANANG FOR PLANNING AND DESIGNING OF TRANSPORTATION PROJECTS This paper presents the results of study on the characteristics of soft soils in Quangnam – Danang coastal delta (consolidation and shear strength properties). It is clear that, the strata mainly 3 2 include very soft clay, very soft sandy clay having different ages and origins (ambQ2 ; mbQ2 ; 2 1 ambQ2 and abmQ2 ) which are Quarternary depositions, irreguarlly distributed with varying thicknesses, and almost not expose to the surface. These soft soils are under-consolidation with low pre-consolidated pressure (Pc = 52,55 kPa ÷61,5 kPa for very sandy clay and Pc = 45,50 kPa ÷ 58,8 -1 kPa for very soft clay), high compressive ratio (a0,5-1 ≥ 10 kPa ), horizontal consolidation ratio, which represent the heterogeneous characteristics of soft soils, small deformation modulus (E0,5-1 ≤ 5000 kPa) and low shear strength. The soft soils will cause severals problems in planning and designing work in general, especially for transportation engineering projects. Keywords: Soft soils; shear strength; permeable consolidation; horizontal consolidation ratio. BBT nhận bài: 14/12/2016 Phản biện xong: 10/3/2017 KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 56 (3/2017) 101