chương 1 Khu vực quận 2 có điều kiện địa chất đất yếu dày từ 10m đến 39m. Trong quá trình đầu tư xây dựng công trình, cần phải có các giải pháp xử lý nền đất yếu phù hợp để đảm bảo yêu cầu về độ lún và độ ổn định. 19 CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ ĐẤT YẾU VÀ CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ ĐẤT YẾU 2.1 Tổng quan về đất yếu 2.1 Khái niệm về đất yếu Đất yếu là những loại đất có khả năng chịu tải nhỏ (vào khoảng 0.0 daN/cm2) có tính nén lún lớn, hầu như bảo hoà nước, có hệ số rỗng lớn (e > 1), môđun biến dạng thấp (thường thì E0 = 50 daN/cm2), lực chống cắt nhỏ. Nếu không có biện pháp xử lý đúng đắn thì việc xây dựng công trình trên đất yếu này sẽ rất khó khăn hoặc không thể thực hiện được.
Đất yếu là các loại vật liệu mới hình thành (từ 10000 đến 15000 năm tuổi), có thể chia thành ba loại: đất sét hoặc á sét bụi mềm, có hoặc không có chất hữu cơ, than bùn hoặc các loại đất rất nhiều hữu cơ và bùn. Tất cả các loại đất này đều được bồi tụ trong nước một cách khác nhau theo các điều kiện thuỷ lực tương ứng: bồi tích ven biển, đầm phá, cửa sông, ao, hồ vv.Trong các loại này, đất sét mềm bồi tụ ở bờ biển hoặc gần biển (đầm phá, đồng bằng châu thổ sông Hồng, sông Cửu Long, cửa sông.) tạo thành một họ đất yếu phát triển nhất. Ở trạng thái tự nhiên độ ẩm của chúng thường bằng hoặc lớn hơn giới hạn cháy, hệ số rỗng lớn nhất (đất sét mềm e ≥ 1.5, đất á sét bụi e ≥ 1), lực dính không thoát nước Cu ≤ 0.15daN/cm2, góc nội ma sát ju = 0, độ sệt II > 0. Loại đất có nguồn gốc hữu cơ (than bùn và đất hữu cơ) thường hình thành từ đầm lầy, nơi đọng nước thường xuyên hoặc có mực nước ngầm cao, các loại thực vật có điều kiện thuận lợi để thối rữa, phân huỷ và tạo ra các trầm tích hữu cơ lẫn với trầm tích khoáng vật.
Loại này thường gọi là đầm lầy than bùn, hàm lượng hữu cơ chiếm từ 20% đến 80%. Trong điều kiện tự nhiên than bùn có độ ẩm rất cao, trung bình W = 85 ~ 95% và có thể lên đến vài trăm phần trăm. Than bùn là loại đất bị nén lún lâu dài, không đều và mạnh nhất, hệ số nén lún có thể đạt 3 ~ 8 ~ 10 cm2/daN, vì thế thường phải thí nghiệm than bùn trong các thiết bị nén với các mẫu cao ít nhất 40 ~ 50 cm. 20 Bùn là các lớp đất mới được tạo thành trong môi trường nước ngọt hoặc nước biển, gồm các hạt rất mịn (< 200 mm) với tỷ lệ phần trăm các hạt < 2 mm, bản chất khoáng vật thay đổi và thường có kết cấu tổ ong.
Hàm lượng hữu cơ thường dưới 10%. Bùn chủ yếu được tạo thành do sự bồi lắng tại các đáy vũng, vịnh, hồ hoặc các cửa sông, nhất là các cửa sông chịu ảnh hưởng của thuỷ triều. Bùn luôn no nước và rất yếu về khả năng chịu lực. Cường độ của than bùn rất nhỏ, biến dạng rất lớn, môđun biến dạng chỉ vào khoảng 1 ~ 1.5 daN/cm2, với bùn sét và từ 10 ~ 25 daN/cm2, với bùn á sét, bùn á cát, hệ số nén lún có thể lên tới 2 ~ 3 daN/cm2.
Như vậy, bùn là những trầm tích nén chưa chặt, dễ bị thay đổi kết cấu tự nhiên, do đó việc xây dựng trên bùn chỉ có thể được thực hiện sau khi đã áp dụng các biện pháp xử lý đặc biệt, tốt nhất là vét bùn thay đất tốt. Nói chung các loại đất yếu thường có các đặc điểm sau: - Thường là loại đất sét có lẫn hữu cơ (nhiều hoặc ít); - Hàm lượng nước cao và trọng lượng thể tích nhỏ; - Độ thấm nước rất nhỏ; - Cường độ chống cắt nhỏ và khả năng nén lún lớn. Ở Việt Nam thường gặp các loại đất sét mềm, bùn, than bùn. Ngoài ra, ở một số vùng còn gặp loại đất có ít nhiều tính chất của loại đất lún sập như đất bazan ở Tây Nguyên; thỉnh thoảng còn gặp các vỉa cát cháy là những loại đất yếu có những đặc điểm riêng biệt.2 Đất sét mềm Đất sét mềm là loại đất sét hoặc á sét tương đối chặt bão hoà nước và có cường độ tương đối cao so với bùn.
Đất sét mềm có những đặc điểm riêng biệt nhưng cũng có nhiều tính chất chung của đất đá thuộc loại đất sét, đó là giai đoạn đầu của quá trình hình thành đất loại sét. Đất sét gồm chủ yếu các loại hạt nhỏ như thạch anh, fenspat (phần phân tán thô) và các khoáng vật sét (phần phân tán mịn). Các khoáng vật sét này là các silicat alumin cá thể chứa các ion Mg, K, Ca, Na và Fe chia thành ba loại chính là ilit, kaolimit và mônmôrilomit. Đây là những khoáng 21 vật làm cho đất sét có các đặc tính riêng biệt của nó.
Các khoáng vật sét là dấu hiệu biểu thị các điều kiện môi trường mà nó được tạo thành và có ảnh hưởng quyết định đến tính chất cơ lý của đất sét. Vì vậy, khi đánh giá đất sét về mặt địa chất công trình cần nghiên cứu thành phần. Khoáng vật sét của nó. Trong trường hợp chung, đất sét là hệ phân tán ba pha (hạt khoáng, nước lỗ rỗng và hơi), tuy nhiên do đất sét yếu thường bão hoà nước nên có thể xem là một hệ hai pha: cốt đất và nước lỗ rỗng.
Các hạt sét và hoạt tính của chúng với nước trong đất làm cho đất sét có những tính chất mà các loại đất khác không có: tính dẻo và sự tồn tại của gradien ban đầu, khả năng hấp thụ, tính lưu biến. từ đó mà đất sét có những đặc điểm riêng về cường độ; tính biến dạng. Một trong những đặc điểm quan trọng của đất sét mềm là tính dẻo. Nhân tố chủ yếu chi phối dẻo là thành phần khoáng vật của nhóm hạt kích thước nhỏ hơn 0.002 mm và hoạt tính của chúng đối với nước.
Sét kaolinit có chỉ số dẻo 1 ~ 40, sét hiđromica có chỉ số dẻo 25 ~ 40, sét mônmôrilônit 44 ~ 600. Trong thực tế xây dựng thường dùng các giới hạn Atterberg để đánh giá độ dẻo của đất sét. Một tính chất quan trọng khác của đất sét là độ bền cấu trúc (hay cường độ kết cấu sC hoặc qtc) của chúng. Nếu tải trọng truyền lên đất nhỏ hơn trị số sC thì biến dạng rất nhỏ, có thể bỏ qua, còn khi vượt quá sC thì đường cong quan hệ giữa độ rỗng và áp lực bắt đầu có độ dốc lớn.
Trị số sC của đất sét mềm vào khoảng 0. Tính chất lưu biến cũng là một tính chất quan trọng của đất sét yếu. Đất sét yếu là một môi trường dẻo nhớt. Chúng có tính từ biến và có khả năng thay đổi độ bền khi chịu tác dụng lâu dài của tải trọng.
Khả năng đó gọi là tính lưu biến. Ngoài sự từ biến, trong tính chất lưu biến của đât sét còn có biểu hiện giảm dần ứng suất trong đất khi biến dạng không đổi, gọi là sự chùng ứng suất. Hiện tượng hấp thụ là khả năng của đất sét hút từ môi trường chung quanh và giữ lại trên chúng những vật chất khác nhau (cứng, lỏng, hơi), những ion phân tử và các hạt keo. Người ta dùng nó giải thích nhiều hiện tượng và tính chất đặc biệt của đất sét.3 Bùn Theo quan điểm địa chất thì bùn là các lớp đất mới được tạo thành trong môi trường nước ngọt hoặc trong môi trường nước biển, gồm các hạt rất nhỏ (nhỏ hơn 200 mm) với tỷ lệ phần trăm các hạt < 2mm cao, bản chất khoáng vật thay đổi và thường có kết cấu tổ ong.
Tỷ lệ phần trăm các chất hữu cơ nói chung dưới 10%. Bùn được tạo thành chủ yếu do sự bồi lắng tại các đáy biển, vũng, vịnh, hồ, hoặc các bãi bồi cửa sông, nhất là các cửa sông, nhất là các cửa sông chịu ảnh hưởng của thuỷ triều. Bùn luôn no nước và rất yếu về mặt chịu lực. Theo quy phạm Liên Xô SNIP II - 1.62 thì bùn là trầm tích thuộc giai đoạn đầu của quá trình thành đất đá loại sét, được thành tạo trong nước, có sự tham gia của các quá trình vi sinh vật.
Độ ẩm của bùn luôn cao hơn giới hạn chảy, còn hệ số rỗng e > 1 (với á cát và á sét) và e > 1. Theo thành phần hạt, bùn có thể là á cát, á sét và cũng có thể là cát mịn, đều có chứa một hàm lượng hữu cơ nhất định (đôi khi đến 10 ~ 12%), càng xuống sâu hàm lượng này càng giảm. Trong thành phần khoáng vật của bùn biển thường chứa nhiều khoáng vật sét thuộc nhóm ilit và mônmôrilimit, còn trong bùn nước ngọt thì có nhiều ilit và kaolinit. Cường độ bùn rất nhỏ, biến dạng rất lớn (bùn có đặc tính là nén chặt không hạn chế kèm theo sự thoát nước tự do), môđun biến dạng chỉ vào khoảng 1 ~ 5 daN/cm2 (bùn sét) và 10 ~ 25 daN/cm2 (bùn á sét, bùn á cát), còn hệ số nén lún có thể đạt tới 2 ~ 3 daN/cm2.
Như vậy, bùn là những trầm tích nén chưa chặt và dễ thay đổi kết cấu tự nhiên, do đó việc xây dựng trên bùn chỉ có thể thực hiện được sau khi áp dụng các biện pháp xử lý đặc biệt.4 Than bùn Than bùn là đất yếu nguồn gốc hữu cơ, được thành tạo do kết quả phân huỷ các di tích hữu cơ (chủ yếu là thực vật), tại các đầm lầy. Than bùn có dung trọng khô rất thấp (3 ~ 9 kg/m3), hàm lượng hữu cơ chiếm 20 ~ 80 %, thường có màu đen hoặc màu nâu sẫm, cấu trúc không mịn, còn thấy tàn dư thực vật. 23 Trong điều kiện tự nhiên, than bùn có độ ẩm cao, trung bình 85 ~ 95 % và có thể đạt hàng trăm phần trăm. Than bùn là loại đất bị nén lún lâu dài, không đều và mạnh nhất: Hệ số nén lún có thể đạt 3 ~ 8 ~ 10 daN/cm2, vì thế phải thí nghiệm than bùn trong các thiết bị nén với mẫu cao ít nhất 40 ~ 50 cm.
Than bùn thường được phân loại theo địa chất công trình và theo tính chất cơ lý.1 Phân loại than bùn theo địa chất công trình Loại Cường độ Tính chất than Đặc điểm chịu tải độ sệt bùn (daN/cm2) Ở độ ẩm bất kỳ, khi nhiệt độ trên 0oC đào hố sâu 2, Thành thẳng đứng có thể giữ được Độ sệt ổn I 5 ngày đêm không bị biến dạng, mức nước 1.