Bài giảng thi công đất

THI CÔNG ĐẤT


Các Thuật ngữ đất xây dựng
Đá
Nguồn gốc macma , trầm tích hay biến chất chiếm phần đáng kể vỏ quả dất, có
liên kết cứng chắc. Theo các nhà địa chất, thuật ngữ đã chỉ vật liệu của vỏ trái
đất có gắn kết cứng, có tuổi tạo thành trên 1 triệu năm. Các vật liệu mềm yếu
như đất sét, đá phiến, cát được họ gọi là Đá, trong khi đó các kỹ sư gọi là Đất.
Đất
Đó là bất kỳ vật liệu rời hay dễ đào nào mà ta sẽ tiến hành xây dựng ở trên hay
bên trong nó hoặc dùng nó để xây dựng. Lớp đất mặt thường không nằm trong
thuật ngữ phổ cập ”đất xây dựng ", mặc dù cần bóc bỏ vμ thay thế trong quá
trình xây dựng. Tầng đất gốc là thuật ngữ chủ yếu của nông nghiệp dùng gọi
lớp đất trơ nằm giữa lớp đất mặt và đá nền, nên tránh sử dụng thuật ngữ này
trong xây dựng.
Đất hữu cơ
Đó là hỗn hợp giữa các hạt khoáng vật và vật chất hữu cơ, chủ yến có nguồn gốc
thực vật, ở các giai đoạn phân hủy khác nhau. Nhiều loại đất hữu cơ có nguồn
gốc hồ, vùng vịnh, cửa sông, cảng biển, hồ chứa nước . . .
Vật liệu hữu cơ làm cho đất sờ trơn hơn, có màu sẫm và có mùi dễ cảm nhận .
Than bùn
Than bùn thực sự chỉ tạo bởi toàn là vật chất hữu cơ, nó rất xốp, ép co mạnh, có
khả năng đốt cháy cao, sinh nhiệt. Các khoáng vật vô cơ cũng có thể có mặt và
khi hàm lượng tăng lên, nó chuyển thành đất hữu cơ. Theo quan điểm của các
nhà xây dựng, than bùn có nhiều vấn đề do có hệ số rỗng, độ ẩm lớn, khả năng
ép co cao, một số trường hợp có tính axít.


Đất tàn tích
Đó là tàn dư của đá bị phong hóa chưa bị di chuyển. Thường là cát hay cuội,

hàm lượng oxit cao là do quá trình rửa đất xảy ra, như đất laterit, boxit, đất sét
làm đồ sứ.
Đất bồi tích (aluvi)
Đó là các vật liệu như cát, cuội. . . được trầm đọng từ lòng sông, suối. Đặc trưng
của đất bồi là tuyển lựa (cỡ hạt) tốt nhưng chúng cũng thường
hình thành các tầng không liên tục và bất thường.
Đất dính
Đất chứa các hạt sét hay bột vừa đủ để tạo được rõ tính dính và dẻo. Đất dính
được thể hiện qua trị số lực dính C .
Đất không dính
Các đất, như cát và cuội, bao gồm các hạt lớn hay góc cạnh (không có dạng
tấm); không biểu hiện tính dẻo vμ tính dính.
Đất sét chứa đá tảng (sét tảng)
Đó lμ đất có nguổn gốc băng hμ, gồm các hạt có kích thớc
trong phạm vi rộng
từ bụi đá mịn tới đá tảng.
Trầm tích mới
Đó là thuật ngữ địa chất dùng chỉ các trầm tích trên mặt còn mới, chưa
cố kết như đất bồi, băng tích vμ đất sét chứa đá tảng nguồn gốc sông băng, cát do gió,
hoàng thổ...


CÁC CHỈ TIÊU VÀ CÁC TÍNH CHẤT CỦA ĐẤT
•

Chỉ số độ rỗng (hệ số rỗng)

e=

Vv

Vs

Độ rỗng

Vv
n=
Vt

Độ bão hòa

G=

Vw
⋅ 100%
Vv

Độ ẩm

W=

Mw
⋅ 100%
Ms

Dung trọng khô

γk =

•

Dung trọng ẩm

γw =

•

Vv- thể tích các lỗ rỗng; Vs- thể tích các hạt đất; Vt- thể tích tổng cộng;
Vw- thể tích nước; Va- thể tích không khí; Vv= Vw+ Va ; Mw- khối lượng
nước; Ms- khối lượng các hạt đất;

•
•
•
•

Ms
Vt

γk =

γw
1+W

Ms + Mw
Vt


CÁC CHỈ TIÊU VÀ CÁC TÍNH CHẤT CỦA ĐẤT
•

Các giới hạn Atterberg và chỉ số độ sệt.
Đây là chi tiêu quan trọng đối với đất hạt mịn d<0.075mm (keo d<0.001; sét d=0.001-0.005; bụi d=0.005-0.075).
Giới hạn chảy WL; giới hạn dẻo WP;
Chỉ số dẻo IP= WL- WP

Độ sệt

W − WL
B=
WL − Whoặc
• Hệ số thấm nước của đất K (m/ngđ
cm/s)
P
Nếu 0<B≤1 thì đất ở trạng thái dẻo, nếu B>1 thì đất ở trạng thái chảy.

•

•
•

Ngoài ra còn một số chi tiêu khác như thành phần cấp phối hạt, hàm lượng
các muối hoà tan, hàm lượng chất hữu cơ, thành phần khoáng hoá, sức
chống cắt (góc ma sát trong ϕ và lực dính C), tính nén lún …
Đối với một số loại đất cần thí nghiệm mức độ tan rã, trương nở tự do, tính
co ngót và tính lún ướt (thường là đất Miền Trung và Tây Nguyên).
Căn cứ vào các giới hạn Atterberg, hàm lượng tạp chất hữu cơ, lượng chứa
các muối hoà tan để xét khả năng sử dụng mỏ đất được khảo sát làm vật liệu
đắp đập.

LÝ LUẬN VỀ ĐÀO CẮT ĐẤT
Lực cản của đất chủ yếu phụ thuộc vào hai yếu tố cơ bản sau:
–Tính chất của đất và cấu tạo hạt đất,
–Cấu tạo và sử dụng dao cắt đất.
Tính chất của đất và cấu tạo hạt đất.
a. Lượng ngậm nước
Độ ẩm

W =

γw −γk
100
γk

(%)

Lượng ngậm nước trong đất ảnh hưởng trực tiếp đến tính chất vật lý của đất và khả năng
đào cắt đất của công cụ.
-Lượng ngậm nước tăng => đất nhão => ảnh hưởng đến công cụ bốc xúc, sự vận hành, đi
lại trên đó, giảm khả năng lao động
-Nếu độ ẩm quá nhỏ => đào khó khăn, công cụ bốc dễ để rơi vãi =>năng xuất lao động
thấp
Biện pháp khắc phục:
-Tưới nước ẩm để tăng độ ẩm trong đất
-Hạ thấp mực nước ngầm, làm rãnh thoát nước mặt để độ ẩm thấp


b. Cấu tạo hạt đất.
Đất có cấu tạo hạt khác nhau thì độ chặt cũng khác nhau,
lực kháng cắt cũng khác nhau.

Ví dụ: đào đất sét (hạt nhỏ, lực dính lớn) khó hơn đào đất
cát (hạt thô, không dính).

Cấu tạo và sử dụng dao cắt đất
Thực nghiệm cho thấy góc γ, εo, độ dày lưỡi dao h, góc α
càng lớn thì lực cản càng lớn.
γ – góc cắt đất
εo – độ vát của lưỡi dao
α – góc của lưỡi dao so với hướng di chuyển trên mặt
bằng
Ngoài ra lực cản còn phụ thuộc vào chu vi dao cắt, độ sâu
cắm vào đất, độ cong của lưỡi dao.


ĐẦM NÉN ĐẤT
•

Lý luận về đầm nén đất
Dưới tác dụng của áp suất do đầm truyền vào những hạt đất, thắng trở lực ma
sát giữa chúng làm cho các hạt di chuyển, hạt nhỏ chui vào khe kẽ giữa các hạt
lớn, khoảng trống bị thu hẹp lại, mật độ đất tăng lên, đất được đầm chặt.
Nhân tố ảnh hưởng đến hiệu quả đầm nén đất
1- Ảnh hưởng của lượng ngậm nước (độ ẩm W%)

Nếu đất quá khô thì hiệu quả đầm rất kém, nếu đất quá ướt thì nước thừa chứa
trong kẽ rỗng làm giảm lực đầm có ích nên đầm cũng không hiệu quả.
=> Như vậy chỉ có lượng ngậm nước nhất định làm cho đầm hiệu quả được coi
là độ ẩm tốt nhất.
Độ ẩm tốt nhất thay đổi phụ thuộc vào loại đất và công năng của đầm.
- Công năng càng lớn thì độ ẩm tốt nhất càng nhỏ.

- Trước khi thi công cần thí nghiệm để xác định được chiều dày rải đất tương
ứng có khối lượng đầm nén ít nhất mà đạt được γ k yêu cầu, từ đó xác định
lượng ngậm nước tốt nhất.


Nhân tố ảnh hưởng đến hiệu quả đầm nén đất

2. Ảnh hưởng của loại đất.
Đất dính cơ cấu hạt nhỏ, lực keo kết lớn, lực ma sát nhỏ nên khi đầm nén dễ bị
co ép hoặc dãn nở nhưng tính thoát nước kém nên khó đầm chặt.
Đất không dính, lực keo kết nhỏ, ma sát lớn, dễ thoát nước nên dễ đầm chặt.

3. Ảnh hưởng của sự tổ thành của đất.
Đất bao gồm nhiều loại hạt tổ thành.
Nếu nhiều hạt đều và nhỏ thì độ rỗng lớn.
Nếu cấp phối hạt tốt thì độ rỗng nhỏ, đầm dễ đạt dung trọng lớn.


• Thí nghiệm Proctor

γ (T/m3)

®uêng b·o hoµ

k

γ (T/m3)
k

1.8

1.8

1.7
1.6

1.7

1.5
1.4

1.6

Wopt

W (%)

10

15

W (%)


TH NGHIM M NẫN HIN TRNG
60
15

15

15

15

W1

W2

W3

W4

n1

n1
n2

n1
n2

n3

n1
n2

n2

n3
n4

n3
n4

n3
n4

n4

Hình 5. Sơ đồ bãi thí nghiệm hiện truờng

(T/m3)

(T/m3)

đuờng bão hoà

k

k

1.9

1.9

1.8

1.8

1.7
1.6

1.5

n1

1.7

n2

1.6

n3
n4

1.5

1.4

1.4

Chiều dầy rải H1
14

16

18

20

22

24 W (%)

đuờng bão hoà

n1
n2
n3
n4
Chiều dầy rải H2 > H1
14

16

18

Hình 6. Kết quả đầm nén đối với từng chiều dày rải đất khác nhau H1 < H2 < H3
20

22

24 W (%)


THÍ NGHIỆM ĐẦM NÉN HIỆN TRƯỜNG (tiếp)
γ (T/m3)

(H1
γ (T/m3)

k

k

1.9

H1

1.8

H2

1.7

H3

1.6

H4

1.7

H4

1.6
1.5

1.5
1.4

sè lÇn ®Çm
n1

14

n2

n3

n4

1.4

sè lÇn ®Çm
n1

n2

n3

n4

H1
H2

16

H×nh 8. Tæng hîp kÕt qu¶ thÝ nghiÖm ®Çm nÐn hiÖn truêng
cho ®Êt kh«ng dÝnh

H3

18
20

1.8

H1
H2
H3

1.9

H4
W (%)

H×nh 7. Tæng hîp kÕt qu¶ thÝ nghiÖm ®Çm nÐn hiÖn truêng
cho ®Êt dÝnh

Nhìn vào biểu đồ tổng hợp xác định được:
-Với γk yêu cầu ta có nhiều trị số H, n, W

n
-Chọn trị số nào của γk cho   nghĩa là trị số cho năng suất
 H  min
đầm hiệu quả nhất, từ đó xác định được lượng ngậm nước tốt


Quản lý và kiểm tra chất lượng

Theo tiêu chuẩn hiện hành 14TCN 20-2004, TCXDVN 4447-87 và các văn bản thiết kế.
1. Chất lượng, trữ lượng vật liệu.
2. Nền đập, sân phủ thượng lưu, chân khay, màn chống thấm cần chú ý các điểm sau:
– Bóc tầng phủ, tiêu nước hố móng,
– Kích thước và vị trí chân khay, tường răng, sân phủ...
– Quá trình xử lý chống thấm nền đập.
3. Kiểm tra chiều dày rải đất, kích thước hòn đất, γ, W với số lượng mẫu qui định.
(Kiểm tra chất lượng đắp bằng phương pháp dao vòng, phương pháp rót cát được đưa vào
hồ sơ nghiệm thu chính thức. Các phương pháp khác phương pháp phóng xạ hoặc các
phương pháp gián tiếp khác chỉ là tham khảo để nhà thầu kiểm tra nhanh trong quá trình thi
công).
4. Cần phát hiện và xử lý kịp thời các điểm bùng nhùng, nứt nẻ, mặt nhẵn...
5. Cần kiểm tra những nơi tiếp giáp, nghi vấn về chất lượng. Đối với bộ phận tiêu nước cần
chú ý nghiêm ngặt cấp phối thiết kế và tránh xảy ra hiện tượng thi công các lớp lọc bi đứt gẫy
so le.
6. Mái đập cần kiểm tra chất lượng trước và sau khi sửa mái.
7. Mái dốc của mặt tiếp giáp m ≥ 2. Nếu chênh lệch giữa 2 khối đắp >5m thì phải có cơ (nếu
mái m ≥ 3 thì không cần cơ).


Quản lý và kiểm tra chất lượng
40cm
40cm

H×nh 2. HiÖn tuîng gÉy ®o¹n

H×nh 3. Chç tiÕp gi¸p gi÷a c¸c ®o¹n


MỘT SỐ VẤN ĐỀ

VỀ ĐẤT MIỀN TRUNG VÀ TÂY NGUYÊN
1. Tính tan rã
• Tan rã là hiện tượng vật lý khi ngâm đất trong nước thì thành phần hạt
sét của đất tan ra trong nước dưới dạng keo.
• Mức độ tan rã phụ thuộc rất nhiều vào độ chặt và độ ẩm ban đầu
trước khi ngâm nước. Độ chặt càng thấp và đất càng khô thì tan rã
càng mạnh. Tuy nhiên, trong thực tế đất đắp đập không thể bị tan rã
như trong quá trình thí nghiệm ngâm mẫu đất có kích thước nhỏ. Độ
ẩm của đất ảnh hưởng không nhỏ tới tính tan rã của đất.

Ảnh hưởng của độ ẩm đầm nện đến thời gian tan rã của đất


MỘT SỐ VẤN ĐỀ
VỀ ĐẤT MIỀN TRUNG VÀ TÂY NGUYÊN (tiếp)
2. Tính lún ướt
Lún ướt là hiện tượng vật lý khi đất tiếp xúc với nước
thì giảm thể tích.
• Việc đánh giá mức độ lún ướt của đất dựa vào khái
e (HÖ sè lón uít)
niệm hệ số lún ướt en .
n

en =

hP − hc
hp

a

b
c

•
•
•
•

d
en - hệ số lún ướt
hp - chiều cao ban đầu của mẫu
P (kPa)
Pn
hc - chiều cao cuối cùng của mẫu
Theo tiêu chuẩn của Nga, các mẫu có en > 0.01 được
xếp vào loại đất có khả năng lún khi gặp nước.


MỘT SỐ VẤN ĐỀ
VỀ ĐẤT MIỀN TRUNG VÀ TÂY NGUYÊN (tiếp)
3. Tính trương nở
Hiện tượng hút nước và nở thể tích của đất sét.
Tính trương nở phụ thuộc vào nhiều yếu tố như độ ẩm ban đầu, dung trọng, thành phần
hạt.
Đất đầm nện với độ ẩm thấp, thành phần hạt mịn nhiều và chỉ số đầm nện cao thì hệ số
trương nở sẽ lớn.
Khi độ ẩm tăng thì đất trương nở, lực dính và góc ma sát trong đều giảm. So sánh đất ở
trạng thái độ ẩm tốt nhất và đất ở độ ẩm bão hoà thì các chỉ tiêu này giảm trên 50%.
4. Tính co ngót
Hiện tượng giảm thể tích của mẫu đất khi mất nước biểu thị bởi hệ số co ngót Kon.

K on

V1 − V2
∆V
=
⋅ 100% =
⋅ 100%
V1
V1

V1: Thể tích ban đầu (thể tích khuôn)
V2: Thể tích mẫu khi sấy khô.
Hiện tượng trên bề mặt khối đắp xuất hiện các khe nứt dăm. Nếu quá trình trên kéo dài
thì khe nứt phát triển sâu. Nguyên nhân chính gây ra hiện tượng này là do bổ sung thêm
nước khi đầm. Sau khi đầm xong, do không khí khô làm mất nước bề mặt. Đất có nhiều
hạt sét thì khả năng co ngót và gây nứt nẻ càng lớn. Để phòng tránh vết nứt loại này, sau
khi thi công xong cần để chừa một lớp bảo vệ bề mặt.
Về quan hệ giữa độ trương nở và co ngót có thể tổng quát hoá lại như sau: Đất đắp với
dung trọng khô lớn sẽ có trị số trương nở tự do lớn, hệ số co ngót nhỏ. ngược lại nếu đất
đắp dung trọng nhỏ thì có hệ số co ngót lớn khi bị khô nước.


MỘT SỐ GIẢI PHÁP CHỐNG TAN RÃ, LÚN ƯỚT,
CO NGÓT, TRƯƠNG NỞ CỦA ĐẤT DÍNH
1.Biện pháp thi công
Muốn giảm khả năng bị tan rã của đất ta cần phải làm giàu các ion dương Ca++
cho đất. Biện pháp có hiệu quả là trộn vào đất một trong các hợp chất CaO,
Ca(OH)2, CaSO4, thạch cao-CaSO4(2H2O) hoặc các chất Ca khác. Hàm lượng sử
dụng chúng phụ thuộc vào loại đất, độ chặt đầm nén, hàm lượng muối tan trong

nước, tính chất của nước hồ, độ PH và phương pháp thi công. Theo kinh nghiệm
của Úc và một số nước khác, để tăng hàm lượng ion Ca++ người ta đã dùng ô xít
can xi (CaO) hoặc thạch cao CaSO4(2H2O) với hàm lượng khoảng (2-3)%. Trước
khi trộn phải tiến hành thí nghiệm để xác định tỉ lệ hợp lý.
•

Phương pháp trộn vôi bột
Trước hết kiểm tra độ tan rã bằng thí nghiệm. Đối với đất Miền Trung và Tây
nguyên nên dùng lượng CaO khoảng (1-3)% so với khối lượng thể tích đất (Nếu
nước có độ tinh khiết cao thì lấy ở trị số lớn, nước có độ pH trung bình thì lấy trị
số nhỏ).

•

Phương pháp gia tải chất giàu can xi tại mái thượng lưu

•

Phương pháp trộn xi măng

•

Phương pháp trộn tro bay

•

Phương pháp tưới nước giàu can xi (Ca(OH)2)


MỘT SỐ GIẢI PHÁP CHỐNG TAN RÃ, LÚN ƯỚT,

CO NGÓT, TRƯƠNG NỞ CỦA ĐẤT DÍNH
2. Biện pháp thiết kế
•

Đối với đất có tính tan rã, khi thiết kế không được bố trí tại mái đập, mặt đập nơi tiếp
xúc với dòng chảy mặt. Nếu đất này đắp vào thân đập nơi có dòng thấm đi qua thì
phần tiếp giáp với thiết bị thoát nước phải làm thiết bị tầng lọc ngược. Phía tầng lọc
ngược cũng cần làm thêm lớp vải lọc để tăng độ an toàn cho đập.

•

Khi đất đắp đập có đặc trưng cơ lý khác nhau trong cùng bãi vật liệu hay giữa các
bãi vật liệu thì không được đắp xen kẹp các lớp đất này mà cần phân vùng đắp cho
phù hợp với đặc tính của mỗi loại. Trường hợp đắp lẫn thì cần phải tiến hành thí
nghiệm các tính chất cơ lý, có kết luận chắc chắn rồi mới tiến hành thi công.

Chọn kết cấu mặt cắt đập thích hợp với mỗi loại đất:
•

Đất trương nở bố trí ở tường lõi hoặc khối hạ lưu nơi không chịu ảnh hưởng dòng
thấm (không bị ướt).

•

Đất bị co ngót khi khô bố trí ở phần đập phía dưới và khối thượng lưu (nơi không bị
khô).

•

Đất có tính lún ướt và tan rã bố trí nơi luôn luôn khô.

(a)

Bố trí đất bị tan rã hoặc lún ướt
1- Đất bị tan rã và lún ướt; 2- đất không bị tan rã
và trương nở;
3- Vật tiêu nước; 4- Vật thoát nước mặt

(b)
Bố trí đất bị trương nở và kết cấu đập
1- Đất trương nở; 2- đất không bị trương nở và không lún ướt hay tan rã;
3- Vật tiêu nước; 4- Vật thoát nước mặt

Bố trí đất bị co ngót và kết cấu đập
1- Đất bị co ngót; 2- Đất không bị co ngót

Bố trí đất trong thân đập khi có đủ các tính chất cơ lý đặc
biệt
1- Đất bị co ngót khi khô; 2- Đất bị trương nở; 3- Đất bị lún ướt và tan
rã;
4- Vật liệu tiêu thoát nước; 5- Vật tiêu thoát nước mặt