Khảo sát địa chất công trình

08/12/13
1
GIẢNG VIÊN: THS. TRẦN QUANG HUY
ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH
1. Những khái niệm cơ bản về khảo sát ĐCCT
2. Các phương pháp khảo sát ĐCCT
3. Bản đồ địa chất
PHẦN 6 – KHẢO SÁT ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH
08/12/13
2
1. 1. NộiNội dung dung khảokhảo sátsát địađịa chấtchất côngcông trìnhtrình
1.1. Mục đích
Khảo sát địa chất công trình nhằm xác định các điều kiện
địa chất công trình phục vụ cho việc thiết kế, thi công và
quản lý khai thác công trình.
Tùy thuộc vào loại công trình, cần thiết phải có biện
pháp, phương pháp và loại hình khảo sát phù hợp.
Công tác khảo sát thay đổi phụ thuộc vào quy mô của dự
án, độ sâu khảo sát, mức độ phức tạp của đất đá và
lượng thông tin tham khảo sẵn có.
08/12/13
3
1. 1. NộiNội dung dung khảokhảo sátsát địađịa chấtchất côngcông trìnhtrình
1.2. Nhiệm vụ khảo sát
- Xác định các điều kiện địa chất bao gồm:
1 . Vị trí địa lý, tình hình dân cư và kinh tế khu vực xây dựng
2 . Địa hình, địa mạo
3 . Cấu tạo địa chất
4 . Tính chất cơ lý của đất đá (ví dụ các chỉ tiêu , c, , E
o
,…): được

chọn lựa để tiến hành thí nghiệm và báo cáo tùy theo yêu cầu và mục
đích của công tác khảo sát.
5 . Các hiện tượng địa chất
6 . Tình hình vật liệu xây dựng
7 . Điều kiện địa chất thủy văn
1. 1. NộiNội dung dung khảokhảo sátsát địađịa chấtchất côngcông trìnhtrình
1.2. Nhiệm vụ khảo sát
- Dự đoán các hiện tượng địa chất có thể xảy ra trong khi
thi công và trong khai thác sử dụng.
- Đề xuất các biện pháp xử lý các điều kiện địa chất công
trình không có lợi.
- Thăm dò và đề xuất các biện pháp xử lý vật liệu xây dựng
thiên nhiên.
- Một khi công trình đã được xây dựng thì sự tồn tại của
công trình lại góp phần làm thay đổi các điều kiện địa chất
của khu vực xây dựng. Bởi vậy nghiên cứu ảnh hưởng của
công trình đến điều kiện tự nhiên khu vực xây dựng.
08/12/13
4
2. 2. CácCác phươngphương pháppháp khảokhảo sátsát ĐCCTĐCCT
Ở nước ta hiện nay chủ yếu có các phương pháp sau:
 Phương pháp khoan đào
 Phương pháp đo địa vật lý ở trên mặt đất và theo các hố
khoan
 Phương pháp thí nghiệm trong phòng
 Phương pháp thí nghiệm hiện trường
 Phương pháp đo vẽ bản đồ ĐCCT
2. 2. CácCác phươngphương pháppháp khảokhảo sátsát ĐCCTĐCCT
 Phương pháp khoan đào thăm dò
Công tác khoan đào thăm dò dùng để tạo ra các vết lộ địa

chất, giúp cho việc tìm hiểu trực tiếp tình hình địa chất ở độ
sâu không lớn.
Công trình khoan đào thăm dò gồm các loại:
- hố đào (thường hình chữ nhật 1.5x2.5m),
- hào đào, giếng đào,
- hầm thăm dò và
- hố khoan thăm dò.
08/12/13
5
08/12/13
6
Hố Khoan thăm dò
Công tác khoan thăm dò: bằng tay hoặc máy
08/12/13
7
Hố Khoan thăm dò
08/12/13
8
2. 2. CácCác phươngphương pháppháp khảokhảo sátsát ĐCCTĐCCT
 Khối lượng khoan đào thăm dò
Khối lượng khoan đào thăm dò như mật độ và độ sâu phụ
thuộc vào các yếu tố sau:
+ Giai đoạn khảo sát;
+ Tài liệu tham khảo đã có;
+ Quy mô và tầm quan trọng của công trình;
+ Tiêu chuẩn, quy phạm khảo sát xây dựng hiện
hành cho từng ngành cụ thể
2. 2. CácCác phươngphương pháppháp khảokhảo sátsát ĐCCTĐCCT
 Khối lượng khoan đào thăm dò
Ví dụ: Đối với Nhà cao tầng (lớn hơn 9 tầng) sử dụng TCVN 9363:2012

"Nhà cao tầng - Công tác khảo sát địa kỹ thuật"
Ngành giao thông hiện đang sử dụng tiêu chuẩn ngành có mã hiệu 22
TCN 259-2000.
Giai đoạn Thiết kế cơ sở:
Khoảng cách giữa các điểm khảo sát thường dao động từ 50m đến
200m Theo điều 5.2.4.2
Chiều sâu khoan theo điều 5.2.5:
- Nếu gặp đất tốt: khoan sâu đến 10m  15m;
- Nếu gặp đá nông: khoan vào đá tươi 1m;

08/12/13
9
2. 2. CácCác phươngphương pháppháp khảokhảo sátsát ĐCCTĐCCT
 Phương pháp đo địa vật lý ở trên mặt đất và theo
các hố khoan
Phương pháp thăm dò địa vật lý chưa được dùng nhiều
trong khảo sát địa chất công trình, mới chỉ dùng khi nghiên
cứu xây dựng đập cao, cầu lớn, các công trình ngầm tại nơi
có điều kiện địa chất công trình phức tạp.
Các phương pháp:
+ Phương pháp đo điện trở suất
+ Phương pháp chấn động
+ Phương pháp phóng xạ
2. 2. CácCác phươngphương pháppháp khảokhảo sátsát ĐCCTĐCCT
 Phương pháp đo địa vật lý ở trên mặt đất và theo
các hố khoan
Phương pháp điện trở suất
Ở phương pháp này, dòng điện từ một cực đi qua lớp đất đá và tới điện
cực kia. Đo cường độ dòng điện giữa các điện cực cấp điện A và B và
hiệu điện thế giữa các điện cực M và N cho phép tìm được điện trở của

đất đá, sự biến đổi của trị số này theo chiều sâu và từ đó lập được mặt
cắt địa chất.
08/12/13
10
2. 2. CácCác phươngphương pháppháp khảokhảo sátsát ĐCCTĐCCT
Phương pháp điện trở suất
Máy đo điện trở suất của đất (P.A.S.I. EARTH RESISTIVITY METER
-16GL)
Thiết bị sử dụng phương pháp đo sâu đối xứng để xác định được điện trở,
điện trở suất của đất tại vùng khảo sát.
Thiết bị được ứng dụng trong việc khảo sát thăm dò khoáng sản, xác định
các mạch nước ngầm ở độ sâu nông và trung bình, nghiên cứu khảo cổ
học
2. 2. CácCác phươngphương pháppháp khảokhảo sátsát ĐCCTĐCCT
 Phương pháp đo địa vật lý ở trên mặt đất và theo
các hố khoan
Phương pháp chấn động
Dựa trên nghiên cứu đặc tính của phương và vận tốc truyền sóng đàn
hồi phát sinh do va chạm hay do nổ trong lớp vỏ quả đất
 sóng đàn hồi bị phản xạ, khúc xạ hay thay đổi phương truyền sóng
khi đi qua các lớp đất đá có tính đàn hồi khác nhau
 xác định được độ sâu và hình dạng thế nằm các lớp đất đá ở bên
dưới nhờ biết được thời gian phát và trở về của sóng.
08/12/13
11
2. 2. CácCác phươngphương pháppháp khảokhảo sátsát ĐCCTĐCCT
Máy ghi địa chấn (P.A.S.I.
EXPLORATION SEISMOGRAPHS)
Sử dụng phương pháp thu nhận tín
hiệu khúc xạ để ứng dụng trong việc

khảo sát địa chất, tìm kiếm nguồn
khoáng sản, mạch nước ngầm dưới
lòng đất trong một phạm vi lớn
Phương pháp chấn động
2. 2. CácCác phươngphương pháppháp khảokhảo sátsát ĐCCTĐCCT
 Phương pháp đo địa vật lý ở trên mặt đất và theo
các hố khoan
Phương pháp phóng xạ
sử dụng phương pháp bức xạ gamma dựa trên sự giảm
cường độ của nó khi đi qua đất đá có mật độ khác nhau.
Phương pháp này dùng xác định dung trọng của đất đá với
mức độ chính xác 1,5 – 2%.
08/12/13
12
2. 2. CácCác phươngphương pháppháp khảokhảo sátsát ĐCCTĐCCT
 Phương pháp thí nghiệm trong phòng
Trong trường hợp gặp khó khăn hoặc không thể tiến hành
thí nghiệm hiện trường thì sẽ tiến hành lấy mẫu đất đá
nguyên dạng hoặc không nguyên dạng phục vụ thí
nghiệm trong phòng.
2. 2. CácCác phươngphương pháppháp khảokhảo sátsát ĐCCTĐCCT
 Phương pháp thí nghiệm trong phòng
Một số thí nghiệm thông dụng xác định các chỉ tiêu cơ lý
dùng trong mục đích địa chất công trình như sau:
08/12/13
13
2. 2. CácCác phươngphương pháppháp khảokhảo sátsát ĐCCTĐCCT
TT Loại thí nghiệm
Tiêu chuẩn
Việt Nam

Tiêu chuẩn
ASTM (Mỹ)
1 Thí nghiệm xác định độ ẩm (w) TCVN 4196:95 D 2216
2
Thí nghiệm xác định giới hạn chảy
(LL), giới hạn dẻo (PL) và chỉ số dẻo
(PI)
TCVN 4197:95 D 4318
3 Thí nghiệm tỉ trọng của đất (Gs) TCVN 4195:95 D 854
4 Thí nghiệm xác định thành phần hạt TCVN 4198:95 D 422
5
Thí nghiệm xác định đầm chặt tiêu
chuẩn
TCVN 4201:95
22 TCN 333-06 (Việt hóa của
AASHTO T99 và T180)
D 698 (AASHTO T99)
– Tiêu chuẩn
D1557 (AASHTO
T180) – Cải tiến
6
Thí nghiệm xác định chỉ số CBR
trong phòng
22 TCN 332-06
D 1883
Hoặc AASHTO T193
7
Thí nghiệm nén lún điều kiện không
nở hông
TCVN 4200:95

D 2435
Hoặc AASHTO T216
8 Thí nghiệm nén 3 trục D 2850
9 Thí nghiệm cắt trực tiếp TCVN 4199:95 D 3080
10 Thí nghiệm nén nở hông -
D 2166 (đất dính)
D 2938 (đá)
2. 2. CácCác phươngphương pháppháp khảokhảo sátsát ĐCCTĐCCT
 Phương pháp thí nghiệm hiện trường
Nhằm xác định các chỉ tiêu cơ lý của đất đá ở điều kiện làm
việc thực của nó (nghiên cứu ở dạng thế nằm thiên nhiên
của nó).
Đặc biệt thí nghiệm hiện trường với các chỉ tiêu cơ học như
độ bền, tính biến dạng… sẽ cho ra giá trị chính xác cao so
với thí nghiệm trong phòng.
08/12/13
14
2. 2. CácCác phươngphương pháppháp khảokhảo sátsát ĐCCTĐCCT
 Phương pháp thí nghiệm hiện trường
Hiện nay có rất nhiều loại thí nghiệm hiện trường, dưới đây
trình bày 5 loại thí nghiệm phổ biến nhất trong lĩnh lực khảo
sát địa chất công trình gồm:
Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (SPT)
Thí nghiệm xuyên tĩnh (CPT)
Thí nghiệm nén ngang (PMT)
Thí nghiệm cắt cánh (VST)
Thí nghiệm bằng bàn nén
Sinh viên tự tìm hiểu
2. 2. CácCác phươngphương pháppháp khảokhảo sátsát ĐCCTĐCCT
 Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (SPT)

Mục đích: thí nghiệm dùng để đánh giá:
• Sức chịu tải của đất nền
• Độ chặt tương đối của nền đất cát
• Trạng thái của đất loại sét
• Độ bền nén một trục (qu) của đất sét
• Kết hợp lấy mẫu để phân loại đất
Tên tiếng Anh: Standard Penetration Test.
08/12/13
15
2. 2. CácCác phươngphương pháppháp khảokhảo sátsát ĐCCTĐCCT
 Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn
Nguyên lý thí nghiệm:
Tiến hành đóng một ống mẫu vào
đáy hố khoan bằng một quả tạ
nặng 63,5kg, rơi tự do với chiều
cao là 76cm, rồi tiến hành đếm số
búa đập theo các khoảng chiều
sâu thâm nhập quy ước.
2. 2. CácCác phươngphương pháppháp khảokhảo sátsát ĐCCTĐCCT
 Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn
Dụng cụ thí nghiệm:
• Ống mẫu: đường kính ngoài
50,8mm, đường kính trong 34,9mm,
chiều dài ống chẻ: 609mm, chiều dài
mũi đóng là 57,1mm.
• Tạ có trọng lượng 63,5kg, rơi tự do
trên đế nện.
• Đế nện.
• Cần trượt định hướng.
08/12/13

16
2. 2. CácCác phươngphương pháppháp khảokhảo sátsát ĐCCTĐCCT
 Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn
Trình tự thí nghiệm:
Bước 1: Khoan tạo lỗ đến độ sâu dự định thí
nghiệm, vét sạch đáy, hạ ống mẫu SPT và lắp đặt
đế nện, cần, tạ…
Bước 2: vạch lên cần đóng 3 khoảng, mỗi khoảng
15cm (tổng chiều sâu đóng 45cm).
Bước 3: Cho tạ rơi tự do ở độ cao 76cm, đếm và
ghi số tạ đóng cho từng khoảng 15cm.
Bước 4: lấy chỉ số tạ đóng của 30cm cuối cùng làm
chỉ số SPT.
Khoảng cách thí nghiệm SPT thông thường từ 1 –
3m, tùy theo độ đồng nhất của đất nền.
 Kết quả thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn
08/12/13
17
2. 2. CácCác phươngphương pháppháp khảokhảo sátsát ĐCCTĐCCT
 Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn
Tiêu chuẩn hướng dẫn thí nghiệm:
Tiêu chuẩn Việt Nam: TCVN 9351:2012
(thay thế TCXD 226:1999)
Tiêu chuẩn ASTM: D 1586
2. 2. CácCác phươngphương pháppháp khảokhảo sátsát ĐCCTĐCCT
 Thí nghiệm xuyên tĩnh (CPT)
Mục đích: thí nghiệm dùng để đánh giá Sức kháng xuyên của
đất nền. Thí nghiệm chỉ sử dụng trong đất loại sét (đất dính)
hoặc đất rời có hàm lượng các hạt lớn hơn 10mm không quá
25%.

Cụ thể thí nghiệm có thể xác định:
 Xác định ranh giới các lớp đất và bề mặt lớp đất đá nửa
cứng hay cứng;
 Xác định độ chặt của lớp đất loại cát;
 Đối chứng kết quả khảo sát và thí nghiệm trong phòng để
phân loại đất.
 Sơ bộ xác định sức chịu tải của móng cọc.
Tên tiếng Anh: Cone Penetrometer Test.
08/12/13
18
2. 2. CácCác phươngphương pháppháp khảokhảo sátsát ĐCCTĐCCT
 Thí nghiệm xuyên tĩnh (CPT)
Nguyên lý thí nghiệm: là đo sức kháng của đất khi ấn
một mũi côn có hình dạng và kích thước quy định vào trong
đất. Nếu P là phản lực của đất và B là đường kính mũi côn
thì sức kháng của mũi côn được thể hiện qua biểu thức:
2
4
B
P
q
c


Việc ấn mũi côn xuống đất thường được tiến hành liên tục
qua hệ thống cần tì, chịu tác động của nguồn tạo lực, và có
các thiết bị dùng để đo lực ấn đó.
2. 2. CácCác phươngphương pháppháp khảokhảo sátsát ĐCCTĐCCT
 Thí nghiệm xuyên tĩnh (CPT)
Dụng cụ thí nghiệm:

Hiện nay nước ta thường dùng loại thiết bị
xuyên tĩnh hình côn kiểu GOUDA (Hà Lan)
chạy bằng động cơ (xuyên máy) hay quay
tay (xuyên thủ công).
• Tiết diện mũi côn: 10cm
2
• Góc nhọn mũi côn: 60 độ
• Tiết diện măng sông đo ma sát: 150cm
2
• Đường kính cần xuyên 35,7mm
• Đường kính lỗ trong cần: 16mm
• Đường kính ty xuyên: 14mm
• Chiều dài cần và ty xuyên: 1000mm
08/12/13
19
2. 2. CácCác phươngphương pháppháp khảokhảo sátsát ĐCCTĐCCT
 Thí nghiệm xuyên tĩnh (CPT)
Trình tự thí nghiệm:
Thông thường tiến hành bằng cách đo gián đoạn và dùng mũi xuyên có
măng sông đo ma sát. Hành trình thí nghiệm ở từng khoảng đô sâu 20cm.
Đo sức kháng mũi xuyên (q
c
) và ma sát thành đơn vị (fs).
Tiếp tục tiến hành đo q
c
và f
s
ở mỗi độ sâu cách nhau 20cm cho đến hết độ
sâu thí nghiệm.
Tốc độ xuyên tĩnh phải giữ ổn định là 2 cm/s.

Ghi chép kết quả thí nghiệm:
Cột 1: ghi độ sâu h (m) từng khoảng 20cm
Cột 2: ghi số đọc sức kháng xuyên dưới mũi côn X (kG/cm
2
)
Cột 3: ghi số đọc sức kháng xuyên tổng (cả mũi côn và ma sát), Y (kG/cm
2
)
2. 2. CácCác phươngphương pháppháp khảokhảo sátsát ĐCCTĐCCT
 Thí nghiệm xuyên tĩnh (CPT)
Xử lý và trình bày kết quả
Trên cơ sở các số liệu thí nghiệm tại hiện trường, tiến hành tính toán q
c
và f
s
ở từng độ sâu thí nghiệm:
08/12/13
20
2. 2. CácCác phươngphương pháppháp khảokhảo sátsát ĐCCTĐCCT
 Thí nghiệm xuyên tĩnh (CPT)
2. 2. CácCác phươngphương pháppháp khảokhảo sátsát ĐCCTĐCCT
 Thí nghiệm xuyên tĩnh (CPT)
Tiêu chuẩn hướng dẫn thí nghiệm:
Tiêu chuẩn Việt Nam: TCVN 9352:2012
Tiêu chuẩn ASTM: D 3441
08/12/13
21
2. 2. CácCác phươngphương pháppháp khảokhảo sátsát ĐCCTĐCCT
 Thí nghiệm cắt cánh (VST)
Mục đích: Xác định sức kháng cắt không thoát nước và độ nhậy của đất

dính.
Tên tiếng Anh: Field Van Shear Test
Nguyên lý thí nghiệm: là ấn vào trong đất một cánh cắt chữ thập qua
hệ cần ty và thực hiện một ngẫu lực xoắn ở đầu cần ty cho đến khi đất bị
cắt xoay tròn (phá hủy) xung quanh cánh cắt. Cân bằng giới hạn của mô
men kháng của lực dính xung quanh bề mặt cắt chính là bằng mô men
xoắn. Cân bằng hai mô men trên có được sức kháng cắt không thoát
nước.
2. 2. CácCác phươngphương pháppháp khảokhảo sátsát ĐCCTĐCCT
 Thí nghiệm cắt cánh (VST)
Dụng cụ thí nghiệm:
Cơ bản gồm các bộ phận sau:
Cánh cắt:
cấu tạo bởi 4 tấm thép cứng, hàn nối
thành hình chữ thập, gắn liền với đoạn cần ty cứng.
Chiều cao cánh (H) có cấu tạo bằng 2 lần bề rộng
cánh (D).
Cần ty:
là ống thép cứng có đường kính d = 20mm,
dạng tròn hoặc lục lăng, dài 1m. Cần ty dùng để
quay cánh cắt và đo ngẫu lực xoắn.
Ống chống:
ống thép bảo vệ cần ty, đường kính
D=44mm. Có loại thiết bị cắt cánh đơn giản không
cần ống chống.
Thiết bị đo:
dùng để đo ngẫu lực.
08/12/13
22
2. 2. CácCác phươngphương pháppháp khảokhảo sátsát ĐCCTĐCCT

 Thí nghiệm cắt cánh (VST)
Trình tự thí nghiệm:
Bước 1: khoan tạo lỗ đến độ sâu cần thí nghiệm.
Bước 2: ấn cánh cắt vào trong đất dưới đáy hố ít nhất một
khoảng bằng 2 lần chiều cao cánh cắt.
Bước 3: quay trục (bằng tay hoặc tự động), đọc và ghi ngẫu
lực xoắn trên đồng lực. Kết quả này để tính trị số cực đại khi
đất bị cắt (c
umax
). Vận tốc quay phải đủ nhanh để nước
không thoát ra và thường từ 6 – 18 độ/phút.
2. 2. CácCác phươngphương pháppháp khảokhảo sátsát ĐCCTĐCCT
 Thí nghiệm cắt cánh (VST)
Trình tự thí nghiệm:
Bước 4: quay tiếp cánh cắt khoảng 10 vòng để đất bị cắt
hoàn toàn. Tiến hành quay thí nghiệm tương tự như trên để
xác định ngẫu lực cắt cực tiểu (đất ở trạng thái xáo trộn –
c
umin
).
Bước 5: tiếp tục ấn tiếp đến độ sâu tiếp theo và thí nghiệm
tương tự. Khoảng cách giữa các lần thí nghiệm trong hố
khoan từ 1 – 2m, tùy thuộc điều kiện địa chất.
08/12/13
23
2. 2. CácCác phươngphương pháppháp khảokhảo sátsát ĐCCTĐCCT
 Thí nghiệm cắt cánh (VST)
Xử lý và trình bày kết quả
Kết quả thí nghiệm cắt cánh được tính toán theo nguyên
tắc: nếu gọi lực quay là F, cánh tay đòn là D, thì ta có mô

men quay là M = F.d. Sức kháng cắt của đất dính trong
trường hợp bão hòa nước là  = c
u
, được xác định theo công
thức:
 
K
M
HDD
M
c
u



3
6
2


2. 2. CácCác phươngphương pháppháp khảokhảo sátsát ĐCCTĐCCT
 Thí nghiệm cắt cánh (VST)
Xử lý và trình bày kết quả
Độ nhậy của đất là chỉ số thể hiện tỷ số sức kháng của đất
ở hai trạng thái nguyên dạng và xáo động. Xác định theo
biểu thức:
min
max
u
u

t
c
c
S 
08/12/13
24
2. 2. CácCác phươngphương pháppháp khảokhảo sátsát ĐCCTĐCCT
 Thí nghiệm cắt cánh (VST)
Trình bày kết quả
Tiêu chuẩn hướng dẫn thí nghiệm:
Tiêu chuẩn Việt Nam: 22 TCN 355-2006
Tiêu chuẩn ASTM: D 2573
3. 3. BảnBản đồđồ địađịa chấtchất côngcông trìnhtrình
Bản đồ địa chất công trình là bản đồ trình bày những yếu tố
ĐCCT quan trọng nhất trong phạm vi lãnh thổ nghiên cứu,
Nó cần thiết cho qui hoạch, thiết kế, xây dựng và khai thác
công trình.
Bản đồ địa ĐCCT cần kết hợp nhiều biện pháp gồm đo vẽ,
thăm dò, thí nghiệm và quan trắc dài ngày…
Tùy theo công dụng và mức độ tỉ mỉ về nội dung mà bản đồ
địa chất có nhiều loại tỷ lệ khác nhau.
08/12/13
25
3. 3. BảnBản đồđồ địađịa chấtchất côngcông trìnhtrình
3. 3. BảnBản đồđồ địađịa chấtchất côngcông trìnhtrình
Mặt cắt địa chất