Chương 1. TỔNG QUAN VỀ KHU VỰC ĐẤT NHIỄM MẶN Ở CẦN GIỜ VÀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VỀ ĐẤT NHIỄM MẶN TRÊN THẾ GIỚI VÀ TRONG NƯỚC 1. TỔNG QUAN VỀ KHU VỰC ĐẤT NHIỄM MẶN Ở CẦN GIỜ 1. Đặc điểm chung của vùng đất ngập mặn ở Huyện Cần Giờ Cần Giờ là một huyện ven biển và là vùng đất ngập mặn nằm ở phía Đông Nam của Thành phố Hồ Chí Minh, cách trung tâm khoảng 50 km.
Mạng lưới sông rạch chằng chịt cùng với ảnh hưởng chế độ bán nhật triều của biển Đông đã tạo nên chế độ thủy văn phức tạp và các vùng giáp nước, gây bất lợi cho việc tiêu thoát nước và khả năng tự làm sạch của dòng chảy. Đó cũng là một phần nguyên nhân dẫn đến độ mặn ở khu vực này. Cấu tạo nền: Là sản phẩm của quá trình tương tác giữa sông và biển, phần lớn diện tích nền đất của vùng được tạo bằng các vật liệu trầm tích đầm lầy và đầm lầy- biển rất giàu vật liệu hữu cơ, cùng với các trầm tích sông biển hỗn hợp. Đây là kiểu cấu tạo của nhóm nền đất yếu, ít thuận lợi cho việc xây dựng.
Từ những đặc điểm địa lý nói trên, Huyện Cần Giờ có nhiều đặc điểm về đất đai, thổ nhưỡng rất khác so với các Quận Huyện khác trong Thành phố Hồ Chí Minh. Những yếu tố này cũng có những ảnh hưởng lớn đến các công trình xây dựng ở đây. Vị trí và địa chất khu vực khảo sát [4] Khu vực khảo sát là tại trường trung học cơ sở Cần Thạnh, tại thị trấn Cần Thạnh - Huyện Cần Giờ - Tp. Hồ Chí Minh thể hiện qua hình 1.
Vị trí khu vực khảo sát. 5 Bề mặt địa hình tương đối bằng phẳng, thấp và sẽ bị ngập nước khi thủy triều lên cao. Mặt cắt địa chất được thể hiện như ở hình bên dưới. Mặt cắt địa chất khu vực Cần Thạnh, Huyện Cần Giờ.[4] Qua mặt cắt địa chất, ta thấy đất tại vùng khảo sát có lớp trên là lớp bùn sét hữu cơ dày khoảng 18m.
Dưới 18m là các lớp đất sét cứng, lớp cát pha sét có chỉ số SPT từ 8 đến 18. Tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý của đất tại vùng khảo sát được thể hiện trong phụ lục 1.1 và phụ lục 4. TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ĐẤT NHIỄM MẶN TRÊN THẾ GIỚI VÀ TRONG NƯỚC 1. Trên thế giới: Theo nghiên cứu của Bjerrum L.
(1954) [12] về đất sét mặn ở Oslo Na Uy, đã đưa ra quan hệ giữa nồng độ muối và các chỉ tiêu cơ lý : 6 Hình 1. Sự thay đổi của độ ẩm W, WL và WP theo nồng độ muối [12] Hình 1. Sự thay đổi tỉ số (c/p) hay (Su/p) theo chỉ số dẻo IP [12] • Hình 1.3 cho thấy khi nồng độ muối càng giảm thì giới hạn dẻo WP giảm ít còn giới hạn nhão WL giảm nhiều kéo theo chỉ số dẻo IP của đất sẽ giảm mạnh, từ đó làm chỉ số nhão IL (độ sệt) tăng cao, đất trở nên “nhạy” hơn. Điều này rất đáng được quan tâm và xem xét.
• Khi xét đến sự quan hệ với chỉ số dẻo, Hình 1.4 cho thấy khi chỉ số dẻo giảm thì tỷ số Su/p sẽ giảm, hay nói cách khác sức chống cắt của đất sẽ giảm. • Từ những mối quan hệ trên, có thể rút ra được nhận xét là việc giảm nồng độ muối sẽ là giảm sức chống cắt của đất. • Cũng từ những nhận xét trên, Laurits Bjerrum đã tiến hành thực nghiệm cho thấy mối quan hệ giữa chỉ số dẻo và sức chống cắt trên mẫu tự nhiên và mẫu lọc. Kết 7 quả nhận được chỉ ra rằng, qua việc lọc muối đã làm cho chỉ số dẻo giảm, đồng thời sức chống cắt của đất cũng giảm, như trong bảng 1.
Sự thay đổi đặc trưng cơ lý của mẫu đã lọc và mẫu không lọc [12] Nabil F.Ismael (1998), Member, ASCE, and M. Mollah (1998) [15] đã công bố kết quả nghiên cứu về ảnh hưởng của việc lọc muối đến tính chất của đất cát pha sét ở Kuwait. Họ đã tiến hành lấy mẫu đất mặn ở hai vị trí khác nhau của thành phố, sau đó tiến hành các thí nghiệm lọc theo sơ đồ như hình 1.5, đồng thời với quá trình lọc họ tiến hành đo độ dẫn điện của nước thoát ra nhằm đánh giá độ hòa tan của các ion trong quá trình lọc này diễn ra. Mô hình - thiết bị lọc mẫu [15] Kết quả của họ được trình bày trong hình 1.
Kết quả đã cho thấy rằng có gia tăng đặc tính nén lún của đất trước và sau khi lọc rõ rệt, thể hiện qua hệ số rỗng eo và các chỉ số nén lún CC, CS đều tăng sau khi mẫu đất bị lọc muối. Bảng tổng kết đặc trưng nén lún của mẫu trước và sau lọc [15] Hình 1. Đồ thị đường cong nén lún e – logp cho mẫu trước và sau lọc. Kết quả thí nghiệm nén 3 trục mẫu tự nhiên và mẫu lọc [15] Kết quả thí nghiệm của họ chứng minh rằng, qua quá trình lọc thì các đặc trưng về sức chống cắt của đất sẽ giảm như trong hình 1.
Theo đó, lực dính c giảm rất nhiều khoảng 40% còn góc ma sát trong φ thì lại giảm rất ít chỉ khoảng 3.5% 9 Cũng dựa trên kết quả thí nghiệm đất sét biển ở NaUy và kết luận về ảnh hưởng của việc lọc muối làm giảm sức chống cắt và tăng độ nhạy của đất, L. Rosenqvist (1956) [13], đã tiếp tục đưa ra nghiên cứu về đất sét trầm tích ở NaUy. Các thí nghiệm được tiến hành tương tự trên mẫu tự nhiên và mẫu lọc. Đối với mỗi loại thí nghiệm sẽ tiến hành trên mẫu nguyên dạng và mẫu chế bị.
a) Mẫu tự nhiên b) Mẫu đã lọc Hình 1. Kết quả thí nghiệm đất sét trầm tích mẫu tự nhiên và mẫu đã lọc [13] Hình 1. Quan hệ giữa độ nhạy và hàm lượng muối trong đất sét biển NaUy 10 Kết quả đã chỉ ra rằng: sức chống cắt của đất sau khi lọc giảm (Hình 1.8) và độ nhạy của đất sẽ tăng (Hình 1. Theo nghiên cứu của Laurits Bjerrum, thì khi hàm lượng muối trong đất giảm hơn 50% (từ 31.7g/lít còn khoảng 10 đến 15g/lít) thì độ nhạy của đất sét biển ở Na Uy tăng lên rất nhanh từ St = 5 lên St = 110.
[13] Yun-Tae Kim and Thanh-Hai Do (2010) [16] đã nghiên cứu bằng thực nghiệm ảnh hưởng của việc lọc đến đặc tính nén lún của đất sét biển ở Busan. Và các kết quả nghiên cứu cho thấy rằng nếu có sự diễn ra quá trình lọc muối xảy ra trên đất mặn (thường là đất sét biển) thì tính nén lún của nó sẽ tăng lên so với đất ban đầu. Mặt cắt và thí nghiệm đo pH và hàm lượng muối tại hiện trường tại khu vực Hawjeon [16] Hình 1. Khảo sát sự biến thiên của hệ số rỗng trước và sau khi lọc [16] 11 Theo tác giả, ứng xử cố kết của đất sét lọc muối vùng Busan sau khi hàm lượng muối được giảm từ 17g/l xuống 3g/l thì áp lực tiền cố kết giảm do ảnh hưởng của quá trình lọc.
Tuy nhiên, chỉ số nén và chỉ số nở của mẫu đất tăng lên sẽ dẫn đến mẫu đất lọc có tính nén lún cao hơn mẫu tự nhiên. Và kết quả tổng hợp của các nghiên cứu điển hình đi trước về đất nhiễm mặn bị lọc muối có những thay đổi về đặc trưng cơ lý được thể hiện qua bảng 1. Sự thay đổi đặc trưng cơ lý của đất bị rửa mặn đã được nghiên cứu Thông số Tác giả Tự nhiên Đã lọc Đánh giá 1) Độ ẩm W (%) Bjerrum[12] 41 40.5% 2) Giới hạn nhão WL (%) Bjerrum[12] 43.4 Giảm 37% 3) Giới hạn dẻo WP (%) Bjerrum[12] 19.7% 4) Chỉ số dẻo IP Bjerrum[12] 23.7% 5) Chỉ số nhão IL Bjerrum[12] 0.4 Tăng 167% 6) Trọng lượng riêng γ (KN/m3) Ismale [15] 16.1% 7) Hệ số rỗng ban đầu eo Ismale [15] 0.8% 10) Áp lực tiền cố kết PC (KPa) Hai-Do[16] 220 170 Giảm 22.7% 11) Chỉ số nén CC Ismale [15] 0.12 Tăng 20% 12) Chỉ số nở CS Ismale [15] 0.028 Tăng 40% Về ảnh hưởng của việc lọc đến các tính chất cơ lý được nghiên cứu bởi nhiều tác giả và thống kê như trong bảng 1. Các nghiên cứu của Bjerrum [12] cho thấy giới hạn nhão giảm khi hàm lượng muối giảm, trong khi đó thì độ ẩm tự nhiên hầu như không đổi.
Cả Bjerrum [12] và Ismale [15] đều cho kết quả thí nghiệm sức chống cắt của đất giảm sau khi đất bị lọc muối thể hiện qua việc giảm mạnh thông số quan trọng là lực dính c. Còn Ismale [15] thì cho thấy chỉ số nén và chỉ số nở đều tăng đối với đất sau khi đã lọc muối. Các nghiên cứu đều chỉ ra rằng đối với đất lọc muối thì độ lún sẽ gia tăng thêm khi xảy ra quá trình lọc muối. 12 Nhìn chung, các tác giả đã cải tiến các thiết bị đo thông thường thành các thiết bị toàn diện hơn, để đánh giá đúng điều kiện thực tế bên ngoài hơn.
Từ những công trình nghiên cứu trên, phần nào cũng đưa ra được những nền tảng ban đầu cho các công trình nghiên cứu tiếp theo. Trong nước: Những nghiên cứu về đất nhiễm mặn ở nước ta có các nhà nghiên cứu: GS.TSKH Nguyễn Văn Thơ, PGS.TS Tô Văn Lận, GS.TS Trần Thị Thanh, PGS.TS Đỗ Minh Toàn, Viện Khoa Học Thủy Lợi Miền Nam và Trường Đại học Thủy Lợi Hà Nội, … đã nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng muối đến chỉ số dẻo, sức chống cắt, tính biến dạng của đất. Nhìn chung, các nghiên cứu trước đây tập trung vào sự ảnh hưởng của việc gia tăng hàm lượng muối đến các đặc trưng cơ lý đối với những loại đất cụ thể ở từng khu vực có những đặc thù về các điều kiện tự nhiên, đặc điểm địa chất, lịch sử hình thành, … khác nhau. a) Đỗ Minh Toàn (Trường Đại học Mỏ Địa chất Hà Nội)[11] Tác giả đã nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng muối dễ hòa tan đến một số tính chất của đất loại sét thuộc trầm tích mQIV3 như: tính dẻo, độ bền chống cắt, sự biến dạng và hiện tượng rửa trôi muối ở một số nơi thuộc đồng bằng Bắc Bộ.
Sau đây là các kết luận của tác giả: - Khi hàm lượng muối thay đổi tính dẻo của đất cũng thay đổi: đầu tiên hàm lượng muối tăng thì tính dẻo của đất cũng tăng đến một giới hạn nào đó tùy thuộc vào các loại đất, sau đó tính dẻo bắt đầu giảm rõ rệt cùng với sự gia tăng hàm lượng muối.