PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH HỐ ĐÀO SÂU TRONG ĐIỀU KIỆN ĐẤT KHÔNG NHIỄM MẶN VÀ ẢNH HƢỞNG NHIỄM MẶN

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
-----o0o-----

VÕ DUY PHƢỚC

PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH HỐ ĐÀO SÂU TRONG
ĐIỀU KIỆN ĐẤT KHÔNG NHIỄM MẶN VÀ
ẢNH HƢỞNG NHIỄM MẶN

Chuyên ngành: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG
Mã số ngành : 60.58.60

ĐỀ CƢƠNG LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 5 năm 2012


1
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM

Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc
Tp. HCM, ngày 18 tháng 06 năm 2012

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên : VÕ DUY PHƢỚC

Phái

Ngày sinh

: 21/07/1987

Nơi sinh : TP.HCM

Chuyên ngành

: Địa Kỹ thuật Xây dựng

MSHV

: Nam
: 11090322

1- TÊN ĐỀ TÀI
Phân tích ổn định hố đào sâu trong điều kiện đất không nhiễm mặn và ảnh hƣởng
nhiễm mặn.
2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN
Mở đầu
Chƣơng 1. Tổng quan về hố đào sâu và đất nhiễm mặn.
Chƣơng 2. Lý thuyết tính toán ổn định hố đào sâu.
Chƣơng 3. Ảnh hƣởng của độ mặn đến đặc trƣng cơ lý đất của hố đào
Chƣơng 4. Ứng dụng phân tích tính toán ổn định của hố đào sâu cho công trình thực tế.
Kết luận, kiến nghị
3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : . . . ………………………………….
4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : . . . ………………………
5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƢỚNG DẪN: TS. ĐỖ THANH HẢI

Nội dung và đề cƣơng Luận văn Thạc sĩ đã đƣợc Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua.
CÁN BỘ HƢỚNG DẪN
(Họ tên và chữ ký)

TS. ĐỖ THANH HẢI

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN

KHOA QL CHUYÊN NGÀNH

QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH

PGS.TS. VÕ PHÁN

(Họ tên và chữ ký)


2

Mục lục
MỞ ĐẦU
1.
Vấn đề thực tiễn và tính cấp thiết của đề tài ........................................................... 1.
2.

Mục tiêu nghiên cứu................................................................................................ 1.

3.

Phƣơng pháp nghiên cứu ...................................................................................... 1.

4.

Ý nghĩa khoa học và giá trị thực tiễn của đề tài .................................................. 2.

5.

Phạm vi và giới hạn của đề tài ................................................................................ 2.

Chƣơng 1.TỔNG QUAN VỀ HỐ ĐÀO SÂU VÀ ĐẤT NHIỄM MẶN
1.1.

Đặc điểm của công trình hố đào sâu........................................................................ 3.

1.2. Các phƣơng pháp tính toán tƣờng chắn để ổn định hố đào đã đƣợc nghiên
cứu trƣớc đây .................................................................................................................... 4.
1.2.1.

Các phƣơng pháp truyền thống ........................................................................ 4.

1.2.2.

Các nghiên cứu thực nghiệm ............................................................................ 4.

1.2.2.1. Các nghiên cứu của Peck (1969) ................................................................. 4.
1.2.2.2. Các nghiên cứu của O’Rourke (1981) ......................................................... 5.
1.2.2.3. Các nghiên cứu của Clough và O’Rourke (1990) .................................. 5.
1.3.

Khái niệm về đất nhiễm mặn ................................................................................ 7.

1.3.1. Nguồn gốc và sự hình thành đất nhiễm mặn .................................................... 7.
1.3.1.1. Nhiễm mặn tự nhiên ............................................................................... 7.
1.3.1.2. Nhiễm mặn nhân tạo ............................................................................... 8.
1.3.2. Phân loại đất nhiễm mặn .................................................................................... 8.
1.3.3. Ảnh hƣởng của độ mặn đến các đặc trƣng cơ lý của đất ................................ 8.
1.3.3.1. Những nghiên cứu về đất nhiễm mặn ở nƣớc ngoài ............................. 8.
1.3.1.2. Những nghiên cứu về đất nhiễm mặn ở trong nƣớc .......................... 10.
1.3.4. Đất nhiễm mặn ở nƣớc ta và ảnh hƣởng của nhiễm mặn đến công trình
xây dựng ....................................................................................................................... 10.
1.3.4.1. Khu vực miền Trung............................................................................. 10.
1.3.4.1. Khu vực sông Đồng Nai- Sài Gòn ........................................................ 11.
Chƣơng 2. LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH HỐ ĐÀO SÂU.
2.1. Lý thuyết Mohr-Rankine ..................................................................................... 12.
2.2.

Lý thuyết Coulomb ............................................................................................... 13.


3

2.3.

Lý thuyết cân bằng giới hạn điểm: Lời giải của Sokolovski ............................ 17.

2.4.

Tính toán kiểm tra ổn định hố đào ................... Error! Bookmark not defined.

2.4.1.

Phƣơng pháp Terzaghi – Peck ..................................................................... 20.

2.4.2.

Phƣơng pháp Terzaghi cải tiến .................................................................... 21.

2.4.3.

Phƣơng pháp Caquot và Kerisel .................................................................. 22.

2.4.4.

Phƣơng pháp tính chống trồi đáy khi đồng thời xem xét cả c và  .......... 23.

2.5.

Kiểm tra ổn định chống chảy thấm của hố đào ................................................. 24.

2.5.1.

Kiểm tra ổn định chống phun trào .............................................................. 24.

2.5.2.

Kiểm tra ổn định chống cột nƣớc có áp ....................................................... 27.

2.6.

Kiểm tra ổn định của tƣờng chắn: ...................................................................... 28.

2.6.1.

Kiểm tra ổn định của đất nền dƣới bản móng tƣờng chắnError! Bookmark not defin

2.6.2.

Kiểm tra ổn định trƣợt phẳng của tƣờng chắn .......................................... 28.

2.6.3.

Kiểm tra ổn định lật của tƣờng chắn ........................................................... 29.

2.6.4.

Kiểm tra ổn định trƣợt sâu của tƣờng chắn .... Error! Bookmark not defined.

Chƣơng 3. ẢNH HƢỞNG ĐỘ MẶN ĐẾN ĐẶC TRƢNG CƠ LÝ ĐẤT CỦA HỐ
ĐÀO
3.1.

So sánh đặc trƣng cơ lý của đất nhiễm mặn và đất không nhiễm mặn .......... 30.

3.1.1.

Chỉ số dẻo của đất ........................................................................................... 30.

3.1.2.

Sức chống cắt của đất nhiễm mặn................................................................. 31.

3.1.3.

Tính nén lún .................................................................................................... 32.

3.2.

Ảnh hƣởng của độ mặn đến đặc trƣng của hố đào ........................................... 33.

3.2.1.

Chuyển vị của tƣờng ....................................................................................... 33.

3.2.2. Nội lực phát sinh trong hệ thanh chống .......................................................... 33.
3.2.3. Biến dạng của đất nền .................................................................................... 33.
3.2.4.

Kiểm tra ổn định phình trồi của đáy hố đào ............................................... 33.

Chƣơng 4. ỨNG DỤNG PHÂN TÍCH TÍNH TOÁN ỔN ĐINH HỐ ĐÀO SÂU
CHO CÔNG TRÌNH THỰC TẾ
4.1. Giới thiệu về công trình ....................................................................................... 34.
4.2.

Sơ lƣợc điều kiện địa chất công trình ................................................................. 35.

4.3.

Các mô hình đƣợc sử dụng để phân tích ổn định hố đàoError! Bookmark not defined.

4.3.1 Mô hình Mohr Coulomb ......................................... Error! Bookmark not defined.
4.3.2 Mô hình Harderning Soil ........................................ Error! Bookmark not defined.
4.4.

Nội dung tính toán ..................................................... Error! Bookmark not defined.


4

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
1.
Kết luận ...................................................................... Error! Bookmark not defined.
2.

Kiến nghị .................................................................... Error! Bookmark not defined.

3.

Hƣớng nghiên cứu tiếp theo ................................................................................ 42.


1

MỞ ĐẦU
1.

Vấn đề thực tiễn và tính cấp thiết của đề tài
Ngày nay, nhu cầu về việc sử dụng không gian ngầm nhƣ tầng hầm kỹ thuật hoặc

dịch vụ dƣới các nhà cao tầng, bãi đậu xe ngầm, hệ thống giao thông ngầm, hệ thống xử lý

nƣớc thải…, ngày càng gia tăng trong các khu đô thị và ngày càng mở rộng ra các khu lân
cận khác đặc biệt là các khu vực đất bị nhiễm mặn do nƣớ c thải công nghiệp gây ra sẽ làm
thay đổi các chỉ tiêu cơ lý của đất, sẽ làm thay đổi đến tính ổn định của hố đào. Từ đó so
sánh ứng xử của đất và tƣờng trong môi trƣờng đất bị nhiễm mặn và không bị nhiễm mặn.
Việc xác định giới hạn chuyển vị của tƣờng chắn và độ lún bề mặt là rất quan trọng để
đảm bảo cho các công trình xung quanh hay dự đoán đƣợc tƣơng lai của công trinh.
Chính vì lý do đó, việc nghiên cứu ứng xử giữa đất và tƣờng trong công trình hố đào sâu
trong môi trƣờng đất không nhiễm mặn và ảnh hƣởng nhiễm mặn là cấp thiết và có ý nghĩa
thực tiễn.
2.

Mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu ổn định, chuyển vị của hố đào sâu trong môi trƣờng đất không bị

nhiễm mặn và ảnh hƣởng nhiễm mặn bằng việc ứng dụng mô hình PLAXIS để tính
toán phân tích tƣờng chắn trong quá trình thi công hố đào sâu có xét và không xét đến
ảnh hƣởng nồng độ muối.
Mục tiêu nhiên cứu gồm :

3.



Chuyển vị của tƣờng.



Nội lực phát sinh trong hệ thanh chống.



Biến dạng của đất nền.



Kiểm tra ổn định phình trồi của đáy hố đào.

Phƣơng pháp nghiên cứu
Nghiên cứu cở sở lý thuyết tình toán áp lực đất lên tƣờng. Sử dụng phần mềm

Plaxis để mô phỏng tính toán theo mô hình Morh Coulomb và Harderning Soil , quan
trắc chuyển vị để so sánh kết quả với tính toán bằng phần mềm với điều kiện công trình
thực tế trong môi trƣờng đất không bị nhiễm mặn.


2

4.

Ý nghĩa khoa học và giá trị thực tiễn của đề tài
Xét đến sự thay đổi độ nhiễm mặn ảnh hƣởng đến tƣờng chắn hố đào. Từ đó phân

tích ứng xử của tƣờng chắn hố đào sâu bằng phần mềm Plaxis với các thông số tính
toán đƣợc xác định từ hồ sơ và phòng thí nghiệm và đƣợc kiểm chứng với số liệu quan
trắc hiện trƣờng. Do vậy kết quả thu đƣợc mang tính khoa học và thực tiễn cao.
Nghiên cứu này sẽ rất hữu ích cho các kỹ sƣ địa kỹ thuật và đƣợc sử dụng nhƣ tài
liệu tham khảo để phân tích khả năng làm việc của hệ tƣờng chắn chống lại chuyển vị
ngang và biến dạng của đất nền trong quá trình thi công đào đất. Từ đó lựa chọn phƣơng
pháp tính toán và mô hình phù hợp cho các công trình tại khu vực không bị nhiễm mặn và
ảnh hƣởng nhiễm mặn.

5.

Phạm vi và giới hạn của đề tài
Không đi sâu vào nghiên cứu đất nhiễm mặn, chỉ tổng hợp phân tích và sử dụng

các kết quả của đất nhiễm mặn đến chỉ tiêu cơ lý của đất để tính toán ổn định hố đào sâu.
Chỉ xét ảnh hƣởng đất nhiễm mặn đến thông số đất, đến ổn định hố dào cho đất ở
khu vực thành phố do nƣớc thải công nghiệp, do nhân tạo, chƣa xét đến sự nhiễm mặn do
thiên nhiên gây ra cho các công trình ven biển.


3

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỐ ĐÀO SÂU VÀ ĐẤT NHIỄM MẶN

1.1.

Đặc điểm của công trình hố đào sâu
Công trình hố đào sâu là một loại công việc tạm thời, sự dự trữ về an toàn có thể

là tƣơng đối nhỏ nhƣng lại có liên quan với tính địa phƣơng, điều kiện địa chất của mỗi
vùng khác nhau thì đặc điểm cũng khác nhau.
Hồ đào sâu là loại công trình có giá thành cao, khối lƣợng công việc lớn, kỹ thuật
phức tạp, phạm vi ảnh hƣởng rộng, sự cố hay xảy ra, là một khâu khó về mặt kỹ thuật,
đồng thời cũng là trọng điểm để hạ thấp giá thành và bảo đảm chất lƣợng công trình.
Công trình hố đào sâu đang phát triển theo xu hƣớng độ sâu lớn, diện tích rộng,
quy mô công trình cũng ngày càng tăng lên.
Theo đà phát triển cải tạo các thành phố cũ, các công trình cao tầng, thƣờng tập
trung ở những khu đất nhỏ hẹp, mật độ xây dựng lớn, điều kiện thi công công trình hố
móng đều rất kém. Lân cận công trình thƣờng có các công trình xây dựng vĩnh cửu, các

công trình lịch sử, nghệ thuật bắt buộc phải đƣợc an toàn, không thể đào có mái dốc, yêu
cầu đối với việc ổn định và khống chế chuyển dịch rất là nghiêm ngặt.
Đào hố móng trong điều kiện đất yếu, mực nƣớc ngầm cao và các điều kiện hiện
trƣờng phức tạp khác rất dễ sinh ra trƣợt lở khối đất, mất ổn định hố móng, thân cọc bị
chuyển dịch vị trí, đáy hố trồi lên, kết cấu chắn giữ bị hƣ hại nghiêm trọng hoặc bị chảy
đất… làm hƣ hại hố móng, uy hiếp nghiêm trọng các công trình xây dựng, các công
trình ngầm và đƣờng ống xung quanh.
Công trình hố đào sâu bao gồm nhiều khâu có quan hệ chặt chẽ với nhau nhƣ chắn
đất, chống giữ, ngăn nƣớc, hạ mực nƣớc, đào đất… trong đó, một khâu nào đó thất bại
sẽ dẫn đến cả công trình bị đỗ vỡ.
Việc thi công hố móng ở các hiện trƣờng lân cận nhƣ đóng cọc, hạ nƣớc ngầm, đào
đất,… đều có thể sinh ra những ảnh hƣởng hoặc khống chế lẫn nhau, tăng thêm các nhân tố
để có thể gây ra sự cố.
Công trình hố móng có giá thành khá cao, nhƣng lại chỉ là có tính tạm thời nên
thƣờng là không muốn đầu tƣ chi phí nhiều. Nhƣng nếu để xảy ra sự cố thì xử lý sẽ vô
cùng khó khăn, gây ra tổn thất lớn về kinh tế và ảnh hƣởng nghiêm trọng về mặt xã hội.


4

1.2.

Các phƣơng pháp tính toán tƣờng chắn để ổn định hố đào đã đƣợc nghiên cứu

trƣớc đây
1.2.1. Các phƣơng pháp truyền thống
Các phƣơng pháp phân tích theo trƣờng phái này có thể chia làm các nhóm chính:
phƣơng pháp cân bằng giới hạn, phƣơng pháp trƣờng ứng suất.
Đại diện cho nhóm phƣơng pháp cân bằng giới hạn là phƣơng pháp cân
bằng khối trƣợt rắn của Coulomb (1776) với hệ số áp lực chủ động và bị động

quen thuộc trong lĩnh vực địa kỹ thuật. Phƣơng pháp phân mảnh kết hợp với mặt trƣợt định
nghĩa trƣớc trong phân tích ổn định mái dốc cũng là một phƣơng pháp thuộc nhóm này.
Phƣơng pháp hệ số áp lực đất của Rankine (1857), lời giải của Sokolovskii (1960,
1965) và phƣơng pháp xác định hệ số khả năng chịu tải của đất thuộc nhóm phƣơng pháp
trƣờng ứng suất.
Các phƣơng pháp thuộc nhóm này mang những hạn chế là chúng đều phải giả
thiết trƣớc về cơ chế phá hoại hoặc khó khăn về lời giải toán học. Trƣớc những yêu
cầu phải thỏa mãn của công tác thiết kế, các phƣơng pháp này chỉ có khả năng cung
cấp thông tin về sự ổn định. Vì vậy, lời giải của các phƣơng pháp thuộc nhóm này chỉ
đƣợc coi là “gần đúng”.
1.2.2. Các nghiên cứu thực nghiệm
Việc quan trắc và đúc kết kinh nghiệm về chuyển vị của công trình chịu lực ngang là
hết sức cần thiết để dự đoán khả năng biến dạng các công trình chịu lực ngang. Sau đây
là một số nghiên cứu thực nghiệm.
1.2.2.1. Các nghiên cứu của Peck (1969)
Peck [13] đã xem xét những hố đào sâu là những hố đào với những cạnh thẳng đứng
yêu cầu hệ thống chống đỡ bên ngoài. Chuyển vị ngang, lún đất nền cạnh hố đào, mất
ổn định trồi đáy hố đào, những phƣơng pháp giảm chuyển vị đất nền cạnh hố đào, và
những biểu đồ áp lực đất cho thiết kế hố đào sâu là những chủ đề chính đƣợc thảo luận
bởi Peck. Tuy nhiên, những nhận xét trên của Peck đƣợc dựa trên kinh nghiệm cá nhân
và những trƣờng hợp nghiên cứu đã công bố.
Có 3 chủ đề chính trong thảo luận của Peck của hố đào sâu. Thứ nhất đó là sự quan
trọng của loại đất và đặc tính thực hiện hố đào sâu. Thứ hai đó là sự quan trọng của chiều
sâu hố đào. Thứ ba đó là cái mà Peck gọi là “tay nghề công nhân” trong việc kiểm soát
chuyển vị.


5

1.2.2.2. Các nghiên cứu của O’Rourke (1981)

O’Rourke nghiên cứu chuyển vị đất nền gây ra bởi hố đào sâu có giằng chống và những
hoạt động thi công liên quan. Ông đã chỉ ra sự quan trọng của hoạt động chuẩn bị công
trƣờng lên chuyển vị đất nền, và cũng đã liệt kê ra sự bố trí lại và việc hạ mực nƣớc
ngầm, thi công tƣờng vây, thi công hố móng sâu cũng nhƣ là những hoạt động chuẩn bị
của công trƣờng có thể gây ra chuyển vị đất nền. Tác giả cũng nghiên cứu quan hệ giữa

hình dạng chuyển vị của tƣờng hố đào và tỉ số chuyển vị ngang và đứng của mặt đất
nền bằng cách xem xét dữ liệu thực hiện từ bảy trƣờng hợp nghiên cứu. O’Rourke cũng
kết luận từ những phân tích rằng tỉ số chuyển vị ngang trên chuyển vị đứng là 1.6 đối với
biến dạng công sôn thuần túy và 0.6 đối với biến dạng phình trồi thuần túy của tƣờng vây.
Ngoài ra, O’Rourke cũng đã nêu ra những kết luận về tác động của độ cứng giằng chống,
việc ứng suất trƣớc của giằng chống, và sự tính toán thời gian của việc lắp đặt chống. Tác
giả nhận xét rằng độ cứng hữu hiệu của chống có thể thấp hơn 2% so với độ cứng

chuẩn ( AE / L ) do hiệu ứng nén tại vị trí liên kết và hiệu ứng uốn của giằng chống.
1.2.2.3. Các nghiên cứu của Clough và O’Rourke (1990)
Clough và O’Rourke(1990) [17] đã dựa vào một số quan trắc về biến dạng của một số hố
đào đã lập thành bảng so sánh với độ cứng của tƣờng chắn và tƣơng quan giữa hệ số an
toàn với sự trồi nền. Đối với hố đào trong đất sét mềm tới cứng vừa, O’Rourke đã so sánh
chuyển vị ngang lớn nhất và chuẩn hóa (umax/z) với độ cứng của tƣờng (EI/γh4).


6

Gia tăng độ cứng

Hình 1-1: Đường cong thiết kế cho chuyển dịch tường lớn nhất [ 17 ]
Trong đó:
E- mô đun đàn hồi của tƣờng
I - mô ment chống uốn

H-khoảng cách trung bình giữa các thanh chống
Các đƣờng cong thể hiện quan hệ giữa các hệ số an toàn FS khác nhau với độ trồi nền.

Trong đó:
z : chiều sâu hố móng
γ: tỷ trọng đất sét
su: sức chống cắt không thoát nƣớc tại đáy hố đào
p: tải trọng trên mặt đất
Nc:hệ số phụ thuộc kích thƣớc hố móng


7

Clough và O'Rourke (1990) [17] trình bày hình dạng lún không thứ nguyên nhƣ minh
hoạ trên Hình 1-2 đối với đất cát, sét cứng đến rất cứng,và sét mềm đến vừa. Tuy
nhiên, độ lún khác cùng với hoạt động nhƣ,thoát nƣớc, tháo dỡ hay xây dựng móng sâu,
và thi công tƣờng thực tế xây dựng tƣờng tấm phẳng hiện nay không xét đến và nên
đƣợc dùng nhƣ phƣơng pháp dự đoán lún an toàn.

c) Cát

a)Sétcứng đến rất cứng

b) Sét mềm đến mềm vừa

Hình 1-2: Hình dạng lún được đề nghị để đánh giá phân bố lún sát hố đào cho các loại
đất khác nhau (Clough và O'Rourke 1990). [ 17 ]
1.3.

Khái niệm về đất nhiễm mặn

1.3.1. Nguồn gốc và sự hình thành đất nhiễm mặn
Trong thực tế hiện nay đất nhiễm mặn đƣợc hình thành từ hai nguyên nhân chủ yếu là
nhiễm mặn tự nhiên và nhiễm mặn nhân tạo.
1.3.1.1. Nhiễm mặn tự nhiên:
Sự nhiễm mặn tự nhiên do các nguyên nhân hoạt động của thủy văn và môi trƣờng
gồm: nƣớc ngầm và sự lƣu thông của khí quyển, các sản phẩm của quá trình phong
hóa đƣợc vận chuyển đi và làm nhiễm mặn các vùng lân cận.


8

Ở các vùng ven biển nƣớc dƣới đất lƣu thông với nƣớc biển và đại dƣơng làm cho
đất bị nhiễm mặn do gió bão mang hơi nƣớc có chứa các nguyên tố từ muối mặn từ
biển và đại dƣơng vào đất liền.
1.3.1.2. Nhiễm mặn nhân tạo:
Nhiễm mặn nhân tạo là do con ngƣời trong quá trình sử dụng đất gồm các nguyên
nhân sau:
-Nhiễm mặn tại các vùng sản xuất công nghiệp nhƣ sản xuất muối, các nhà máy chế
biến sản phẩm từ muối, nƣớc biển và hải sản.
-Nhiễm mặn do sự rò rĩ các loại chất thải công nghiệp chứa các loại muối từ các nhà
máy hóa chất.
1.3.2. Phân loại đất nhiễm mặn
Các muối trong đất đá nhiễm mặn đƣợc chia thành 3 nhóm sau đây:
- Nhóm muối dễ hòa tan gồm Clorua, Sunfat, Cacbônat Natri, Kali, Magiê và
Canxi ( NaCl, KCl, Na2SO4, NaCO3…). Các muối này tan rất nhanh trong nƣớc và tan
trong một lƣợng nƣớc không lớn.
-Nhóm muối hòa tan trung bình, gồm Sunfat Canxi ( CaSO4.2H20),
Anhidrit(CaSO4). Các loại muối này tan trong nƣớc một cách chậm chạp, chúng hòa
tan hoàn toàn thì phải cần một lƣợng nƣớc lớn hoặc những chất xúc tác khác.

-Nhóm muối khó hòa tan bao gồm Cacbonat Canxi và Magiê: Canxit (CaCO3),
Manhezit( MgCO3), Đôlômit ( CaCO3.MgCO3)…các loại muối này chuyển thành
dạng dung dịch trong nƣớc với một lƣợng rất nhỏ.
Về ảnh hƣởng của chất lƣợng muối trong đất, nhìn chung chỉ có muối dễ hòa
tan là ảnh hƣởng mạnh đến các tính chất của đất mà ta phải xem xét trong thực tế. Các
muối khó hòa tan thực tế có thể coi nhƣ không ảnh hƣởng làm thay đổi đến các tính
chất của đất đá khi tác dụng với nƣớc.
1.3.3. Ảnh hƣởng của độ mặn đến các đặc trƣng cơ lý của đất:
1.3.3.1. Những nghiên cứu về đất nhiễm mặn ở nƣớc ngoài:
Những nghiên cứu về đất nhiễm mặn ở nƣớc ngoài có các tác giả V.D.Lomtadze,
Kpabrenko, V.P.Petrukhin của Liên Xô trƣớc đây.
Nghiên cứu của tác giả Yun-Tae Kim và Đỗ Thanh Hải (2011) về thí nghiệm đánh
giá sự ảnh hƣởng của việc chiết lọc trên mẫu đất sét biển và phụ thuộc vào tỷ lệ biến
dạng ở Busan- Hàn Quốc về đất sét biển lắng đọng ở các vùng ven biển thƣờng có


9

chứa muối hòa tan.Phần lớn độ mặn của đất phụ thuộc vào nồng độ của muối trong
nƣớc biển và những thay đổi trong môi trƣờng địa chất trong thời gian dài. Hình 1-3
cho thấy hô sơ địa kỹ thuật của đất sét biển ở Busan-Hàn Quốc, bao gồm các biến thể
trong độ mặn của đất với độ sâu.Tính trung bình, mực nƣớc ngầm xuất hiện 2m dƣới
mặt đất. Phù sa cát xuất hiện khoảng 10m dƣới mặt đất, đây là sét trầm tích lắng đọng
với độ dày khoảng 40m.
Dƣới lớp cát, thƣờng là lớp sỏi sâu bên dƣới. Sét trầm tích lắng đọng bao gồm lớp
trên và lớp thấp hơn. Đối với lớp sét trên, với độ dày khoảng 20m có tiêu chuẩn thí
nghiệm SPT với N từ 0-7 và độ mặn của đất từ 13-17g/l ( trung bình 15g/l). Đối với
lớp đất sét ở bên dƣới có giá tri N >8. Độ mặn trong đất sét giảm theo chiều sâu từ 125g/l.
Ở Busan, đất sét biển thƣờng có độ mặn thấp hơn nhiều trong lớp đất sét lớp dƣới
thấp hơn lớp đất sét lớp trên. Điều này chỉ ra rằng muối lọc đã đƣợc xảy ra trong một

thời gian dài và thẩm thấu tự nhiên này đƣợc gây ra bởi một dòng chảy hƣớng lên của
nƣớc ngọt do áp lực nƣớc hoạt động trong lớp cát. (Kim 2008).

Hình 1-3: Hồ sơ địa chất- phân tích địa hóa chất cho lớp đất sét [16]


10

1.3.3.2. Những nghiên cứu về đất nhiễm mặn ở trong nƣớc:
Những nghiên cứu về đất nhiễm mặn trong nƣớc 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, và Viện Khoa Học Thủy Lợi Miền Nam, Trƣờng Đại Học Thủy Lợi
Hà Nội….đã nghiên cứu ảnh hƣởng của đất nhiễm mặn đến chỉ số dẻo, sức chống cắt,
tính biến dạng của đất.
Nhìn chung, những nghiên cứu về loại đất nhiễm mặn trong thời gian trƣớc đây
là chƣa nhiều và các nghiên cứu đều tập trung vào những loại đất cụ thể ở từng khu
vực có những đặc thù khác nhau. Điều này xuất phát từ những nguyên nhân khách
quan nhƣ đặc điểm địa chất thủy văn ở từng vùng, từng khu vực lãnh thổ đều có những
biên động phức tạp không giống nhau. Vì vậy cần phải có những nghiên cứu cụ thể
hơn trong từng khu vực ở nƣớc ta để có giải pháp xử lý hợp lý.
Đối với 3 nhóm trên (đá, đất hòn lớn, đất cát), các nghiên cứu trƣớc đây đã cho
thấy rằng có mặt của muối có ảnh hƣởng gần nhƣ không đáng kể đối với các tính chất
cơ lý của đất đá. Do đặc điểm của đất hạt thô nói chung, các lớp nƣớc hút bám và lóp
nƣớc màng mỏng bao quanh hạt đất là rất nhỏ ( so với trọng lƣợng hạt đất ), các hạt
đất loại này có độ nhớt kém, vì vậy tƣơng tác giữa chúng với dung dịch muối hòa tan
là không đáng kể. Đối với nhóm đất dính, bao gồm đất sét, đất sét pha và đất cát pha,
do đặc điểm cấu trúc và các mối liên kết của khoáng vật sét, sự tƣơng tác với nƣớc,
tính tan rã, trƣơng nở và co ngót là rất phức tạp nên trong những nghiên cứu dƣới đây
chủ yếu tập trung vào các loại đất dính.
1.3.4 Đất nhiễm mặn ở nƣớc ta và ảnh hƣởng của nhiễm mặn đến công trình xây

dựng:
1.3.4.1. Khu vực miền Trung:
Các kết quả đo đạc thống kê của Viện Hải dƣơng học Nha Trang về độ mặn của
nƣớc ta tại các cửa sông lớn khu vực miền Trung ( từ Đà Nặng đến Bình Thuận).Khu
vực cửa biển Phan Rí ( tỉnh Bình Thuận) và vịnh Nha Trang ( tỉnh Khánh Hòa) là
những nơi có độ mặn cao nhất.

Vấn đề này liên quan trực tiếp làm tăng hàm lƣợng

muối trong đất tại những vùng lân cận sát cửa sông, biển.
Tại khu vực tỉnh Bình Thuận diện tích khu vực có độ nhiễm mặn trên 0.15% khoảng
60km2 bao gồm toàn bộ nội thành Thành phố Phan Thiết và một số xã ngoại


11

thành…Trong phạm vi đó, độ mặn phổ biến là 0.3% cá biệt có những khu vực lên tới
3-4.5%.
1.3.4.2. Khu vực sông Đồng Nai- Sài Gòn:
Khu vực hạ lƣu sông Đồng Nai- Sài Gòn có đặc điểm là dòng dẫn sâu, độ dốc nhỏ,
biên độ triều lớn xâm nhập rất cao lên thƣợng lƣu. Nƣớc mặn xâm nhập làm ảnh
hƣởng đến sản xuất nông nghiệp và đời sống sinh hoạt của nhân dân vùng.
Qua thống kê tác giả Đậu Văn Ngọ, Nguyễn Văn Sáng, Châu Ngọc Quyền…cho
thấy mức độ xâm nhập mặn với hàm lƣợng muối 1g/l ở sông Đồng Nai là 124km kể từ
cửa sông.Mức độ xâm nhập với hàm lƣỡng 4g/l ở sông Đồng Nai là 116km; sông Vàm
Cỏ Đông là 151km từ biển vào và sông Sài Gòn là 132km từ biển vào.


12

CHƢƠNG 2. LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN HỐ ĐÀO SÂU
2.1. Lý thuyết Mohr-Rankine [1]
Dựa vào các giả thuyết sau:
 Giữa đất và tƣờng khơng có ma sát
 Sự hiện diện của tƣờng khơng ảnh hƣởng đến sức chống cắt của đất
 Ở tại độ sâu z bất kì, áp lực phân bố song song với mặt đất
Áp lực đất chủ động


B

A

a

O

p

C



3

ccotg

1

Hình 2-1 : Cân bằng Mohr-Rankine (chủ động)[1]

Ở trạng thái cân bằng giới hạn dẻo ta có:
1   3
1   3
BC
2
sin  


AC  1   3  c cot g  1   3  2c cot g
2

(2.1)

Biến đổi ta có:




 3   1 tan 2  450    2c tan  450  
2
2








(2.1)

 3   a , 1   z   z
 a  Ka z  2c Ka



K a  tan 2  450  
2


Áp lực đất bị động

(2.2)


13



B

A

z

O

p 

3

ccotg

1

Hình 2-2 : Cân bằng Mohr-Rankine (bị động)[1]




 1   3 tan 2  450    2c tan  450  
2
2


(2.3)





 p   z tan 2  450    2c tan  450  
2
2

(2.4)

 p  K p z  2c K p

(2.5)

















K p  tan 2  450  
2


2.2. Lý thuyết Coulomb [1]
Dựa vào các giả thuyết sau:
 Mặt trƣợt của khối đất ở trạng thái cân bằng giới hạn là 1 mặt phẳng
 Mặt trƣợt là AB và BC.
 Áp dụng nguên lý cực trị để tìm trị số áp lực đất ( trị số áp lực đất tính toán là trị số
lớn nhất trong số các áp lực đất chủ động có thể có khi đất đạt trạng thái cân bằng chủ
động và trị số nhỏ nhất trong số các áp lực đất bị động có thể có khi đất đạt trạng thái
cân bằng bị động.
 Bài toán về tƣờng chắn xem nhƣ 1 bài toán phẳng, khi tính toán đƣợc tách ra từng

đoạn dài 1m để tính toán.
 Lăng thể trƣợt ABC ở trạng thái cân bằng giới hạn dẻo còn nguyên một khối.
 Lực dính đƣợc phân bố đều trên BC
Áp lực đất chủ động
Xem tƣờng là đất cứng, đất sau lƣng tƣờng là đất rời, đồng nhất, tƣờng bị trƣợt theo
mặt phẳng BC và AB, lăng thể trƣợt ABC ở trạng thái cân bằng giới hạn.


14
G

C


A 

H



W






N2
K


T1


T2
E
 B

D

E
W

N1
R


R






Hình 2-3: Tính toán áp lực đất chủ động theo Coulomb [1]
Khi khối ABC ở trạng thái cân bằng giới hạn, ta có:
E
W

sin(   ) sin[180  (     )]

(2.6)

Suy ra:
Ea 

W sin(   )
sin[180  (     )]

(2.7)

với
W - Trọng lƣợng của lăng thể đất ABC
Ea - hợp lực của tƣờng chắn đất tác dụng lên khối đất
R - phản lực của khối đất bên ngoài tác dụng lên lăng thể trƣợt theo mặt phẳng BC
 - góc ma sát trong của đất
 - góc nghiêng của lƣng tƣờng so với phƣơng thẳng đứng
δ - góc ma sát giữa tƣờng và đất
 - góc hợp bởi mặt trƣợt BC và phƣơng ngang


15

 Theo phƣơng pháp trực tiếp
Ea 

W sin(   )
sin[180  (     )]

(2.8)

1
cos(   ) cos(   )
W   H2
2
cos2  sin(   )

(2.9)

Áp lực đất chủ động đạt giá trị đỉnh khi mặt trƣợt là mặt nguy hiểm nhất  = t
Với cot gt 

C  C 2  4 BD
2B

Các hệ số B, C, D là:
B  cos  sin  cos(  )  sin  cos  cos(   )
C  cos(   )cos(  )  cos(   )cos(  )
D  cos  sin  cos(   )  sin  cos  cos(  )

Khi  =  =  = 0 thì t = 450 + /2
 Theo phƣơng pháp gián tiếp
Ea 

1
K a H 2
2

(2.10)

Công thức tổng quát cho hệ số áp lực chủ động Ka:
Ka 

cos 2 (   )
sin(   )sin(   ) 

cos  cos(   ) 1 

cos(   ) cos(    ) 


(2.11)

2

2

: góc ma sát ngoài có thể xác định bằng thực nghiệm.
Bảng 2.1 – Bảng tra góc ma sát ngoài 


-  0

0

0

< 900 - 

0

0

0

900 -   900 - /2

0

/4

/2

900 -   900 + /2

/4

/2

/3

900 + /2  900 + 

/3

2/3

3/4

> 900 + 

/2

3/4






16

 - góc nghiêng của mặt đất sau lƣng tƣờng, lấy dấu + khi mặt đất đắp nằm cao hơn
mặt nằm ngang đi qua đỉnh tƣờng và ngƣợc lại lấy dấu –
 = 900 + 
Các trƣờng hợp đặc biệt:
 Trƣờng hợp  =  = 0,   0
Ka 

cos 2 (   )
cos  (cos   sin  )2

(2.12)

 Trƣờng hợp  =  =  = 0
Ka  tan 2 (450   / 2)

(2.13)

Đối với đất dính

 Trƣờng hợp  =  = 0,   0
Cƣờng độ áp lực đất chủ động:
pa  Ka z  Cc

(2.14)

cos 

C

cos 2 (450 

 
2

)

 Trƣờng hợp  =  =  = 0
Cƣờng độ áp lực đất chủ động:
pa  Ka z  2c K a

(2.15)

Áp lực đất bị động
Để xác định Ep có thể dùng phƣơng pháp giải tích nhƣ trƣờng hợp áp lực đất chủ động,
ta có kết quả:
Đất rời:
 Trƣờng hợp  =  = 0,   0
Ep 

Kp 

1
K p H 2
2

(2.16)

cos 2 (   )

sin(   )sin(   ) 
cos  cos(   ) 1 

cos(   ) cos(    ) 


2

(2.17)

2

Kp 

cos 2 (   )
cos  (cos   sin  ) 2

(2.18)

17

 Trƣờng hợp  =  =  = 0
K p  tan 2 (450   / 2)

(2.19)

Đất dính:
 Trƣờng hợp  =  = 0,   0
Cƣờng độ áp lực đất bị động:
p p  K p z  Cc
C

(2.20)

cos 
cos 2 (450 

 
2

)

cos 2 (   )
Kp 
cos  (cos   sin  ) 2

(2.21)

 Trƣờng hợp  =  =  = 0

Cƣờng độ áp lực đất bị động:
p p  K p z  2c K p

(2.22)

K p  tan 2 (450   / 2)

(2.23)

Giá trị áp lực đất bị động lớn hơn rất nhiều so với áp lực đất chủ động vì giả thiết mặt
trƣợt không phù hợp với thực tế và áp lực đất bị động rất khó đạt đến trạng thái đỉnh.
Do đó áp lực đất bị động phải chia cho hệ số an toàn k = 1.4  2
2.3. Lý thuyết cân bằng giới hạn điểm: Lời giải của Sokolovski [1]
Từ điều kiện cân bằng của một phân tố đất ở trạng thái cân bằng tĩnh, hệ phƣơng
trình cân bằng có dạng nhƣ sau:
  z  zx
  z   x  

  zx   x  0
  z
x

(2.24)

Hình 2-4: Liên hệ vi phân ứng suất tại một phân tố đất
Từ các điều kiện biên, Sokolovski thiết lập đƣợc hệ phƣơng trình cân bằng nhƣ sau:


18






(1  sin  cos 2 )  z  sin  cos 2  x  2 sin  (sin 2  z  cos 2  x )  

sin  sin 2  (1  sin  cos 2 )   2 sin  (cos 2   2sin 2  )  0

z
x
z
x

(2.25)

Xét cho trƣờng hợp cụ thể: mặt đất nằm ngang, lƣng tƣờng thẳng đứng, góc ma sát đất
và tƣờng không đáng kể, tải trọng q phân bố đều trên mặt đất:  = 0;  = 0;  = 0
Áp lực chủ động:
a.Đối với đất rời: c = 0:

 x   a  ( z  q)tg 2 (450  )

(2.26)

1
Ea  a H 2
2

(2.27)

2

Với q: là tải trọng phân bố đều sau lƣng tƣờng chắn
a: hệ số áp lực đất chủ động
b.Đối với đất dính: c  0:



 x   a  ( z  q)tg 2 (450  )  2ctg (450  )
2

2

(2.28)

Áp lực bị động:
a.Đối với đất rời: c = 0:

 x   p  ( z  q)tg 2 (450  )

(2.29)

1
E p   p H 2
2

(2.30)

2

Với q: là tải trọng phân bố đều sau lƣng tƣờng chắn
p: hệ số áp lực đất bị động
b.Đối với đất dính: c  0:


 x   p  ( z  q)tg 2 (450  )  2ctg (450  )
2

2

(2.31)

Khi   0;   0;  = 0: chỉ xét cho trƣờng hợp đất rời (c = 0)
Ea 

Ep 

1
Ka * H 2
2

1
K p * H 2
2

(2.32)
(2.33)

Với Ka*, Kp*: hệ số áp lực đất chủ động và bị động theo lí thuyết cân bằng giới hạn,

tra theo bảng sau:


19

Bảng 2.2 – Bảng tra hệ số Ka* theo Sokolovski
0

0

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

0

0.49

0.58

0.65

0.7

0.72

0.73

0.72

0.67

5

0.45

0.54

0.61

0.66

0.69

0.7

0.69

0.64

10

0.43

0.51

0.58

0.64

0.67

0.69

0.68

0.63

0

0.27

0.35

0.42

0.49

0.54

0.57

0.6

0.59

10

0.23

0.31

0.38

0.44

0.5

0.53

0.56

0.55

20

0.22

0.28

0.35

0.41

0.47

0.51

0.53

0.54

0

0.13

0.2

0.27

0.33

0.4

0.46

0.5

0.52

15

0.11

0.17

0.23

0.29

0.36

0.42

0.46

0.48

30

0.1

0.15

0.21

0.27

0.33

0.39

0.43

0.46

0

0.06

0.11

0.16

0.22

0.29

0.35

0.42

0.46

20

0.05

0.09

0.13

0.19

0.25

0.32

0.38

0.42

40

0.04

0.07

0.12

0.17

0.23

0.29

0.36

0.41

0

10

20

30

40

Bảng 2.3 – Bảng tra hệ số Kp* theo Sokolovski
0
10

20

30

40

0

0

0
5
10
0

10
20
0
15
30
0
20
40

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

50

60

1.53

1.71
1.88
2.76
3.26
4.24
5.28
8.76
11.72
11.27
26.7
43.23

1.53
1.69
1.79
2.53
3.11
3.79
4.42
7.13
9.31
8.34
18.32
29.4

1.49
1.64
1.74
2.3
2.89

3.32
3.65
5.63
7.3
6.16
13.02
20.35

1.42
1.55
1.63
2.04
2.51
2.86
3
4.46
5.67
4.6
9.11
13.96

1.34
1.43
1.5
1.77
2.16
2.32
2.39
3.5
4.35

3.37
6.36
9.43

1.18
1.26
1.33
1.51
1.8
2
1.9
2.7
3.29
2.5
4.41
6.3

1.04
1.1
1.15
1.26
1.46
1.63
1.49
2.01
2.32
1.86
2.98
4.16

0.89
0.93
0.96
1.01
1.16
1.25
1.15
1.45
1.73
1.35
1.99
2.67

0.71
0.74
0.76
0.77
0.87
0.92
0.85
1.03
1.23
0.95
1.33
1.65

0.53
0.55
0.55
0.56

0.61
0.63
0.6
0.69
0.75
0.64
0.81
0.96

2.4. Tính toán kiểm tra ổn định hố đào:
Khi đào hố móng, do đất trong hố bị đào đi nên làm biến đổi trƣờng ứng suất và
trƣờng biến dạng của nền đất, có thể dẫn đến mất ổn định nền đất, ví dụ nền đất bị
trƣợt, đáy hố bị vòng lên và cát chảy. Do đó, trong khi phân tích hố đào, nhất thiết


20

phải kiểm tra tính ổn định của hố móng, khi cần thiết phải có thêm các biện pháp gia
cƣờng, làm cho tính ổn định của nền đất có độ an toàn nhất định.
2.4.1. Phƣơng pháp Terzaghi – Peck:
Terzaghi đã nghiên cứu điều kiện ổn định của đáy hố đào. Cho góc ma sát trong của
đất  = 0, mặt trƣợt đƣợc tạo thành bởi mặt tròn và mặt phẳng. Ông cho rằng, với mặt
cắt nằm ngang ở đáy hố móng, đất ở hai bên hố móng giống nhƣ siêu tải phân bố đều
tác động lên mặt cắt ấy. Siêu tải này có xu hƣớng làm cho phần đáy hố móng không
chịu siêu tải xảy ra hiện tƣợng vồng lên.

B

B/1.414
a

B/1.414
c

b

d

c

cH

a1

c1

b1

d1
B/1.414

Hình 2-5: Sơ đồ tính chống trồi đáy hố đào theo phương pháp Terzaghi – Peck
Toàn bộ tải trọng gây ra hiện tƣợng vồng lên của đáy hố đào:
P

B
 H  cH
2

(2.34)

2
cH
B

(2.35)

với
 - Dung trọng ƣớt của đất
B - Bề rộng của hố đào
c - Lực dính của đất
H - Chiều sâu của hố đào
Cƣờng độ tải trọng pv của nó là:
Pv   H 

Terzaghi cho là, nếu cƣờng độ tải trọng vƣợt quá khả năng chịu lực giới hạn của nền
đất thì sẽ làm cho đáy hố móng trồi lên. Khả năng chịu lực giới hạn qd của nền đất