Bài giảng cao học: CHUYÊN ĐỀ CÔNG NGHỆ MỚI THI CÔNG ĐẤT ĐÁ CHƯƠNG 3: THI CÔNG ĐẤT CÓ TÍNH CHẤT CƠ LÝ ĐẶC BIỆT VÙNG MIỀN TRUNG

Bài giảng chuyên đề sau đại học

Chương 3: THI CÔNG ĐẤT CÓ TÍNH CHẤT CƠ LÝ ĐẶC BIỆT
VÙNG MIỀN TRUNG
MỞ ĐẦU
Nước ta nằm trong vùng nhiệt đới ẩm, nằm rải từ vĩ độ 8 o 60’ Bắc đến 23o40’ Bắc,
trong đó khu vực miền Trung nằm trong khoảng từ 11 o 00 đến 19o00 Bắc. Mặt khác do
ảnh hưởng của địa hình phía đông giáp biển phía tây giáp núi, dãy trường sơn chạy dọc
theo bờ biển và phân đỉnh bằng dãy núi cao tạo ra hai miền khí hậu khác nhau giữa đông
và tây. Khí hậu miền Trung chia ra làm hai mùa rõ rệt: mùa khô nóng và mùa mưa. Chịu
ảnh hưởng mạnh của chế độ khí hậu khắc nghiệt sản phẩm của đất phong hoá từ đá mẹ đã
có các tính chất khác thường so vùng núi phía bắc cũng như vùng đất trầm tích phía nam.
Kết quả nghiên cứu cho thấy đất miền Trung khi tiếp xúc với nước đã lộ ra các đặc
tính cá biệt, đó là : Tính tan rã, tính co ngót lớn, tính trương nở, tính lún ướt và đặc biệt
giảm độ bền mạnh và xuất hiện áp lực kẽ rỗng thi công khi đất bị tưới ẩm không đều và ở
mức cao.
3. 1. CÁC TÍNH CHẤT VẬT LÍ CHỦ YẾU, ĐẶC TRƯNG CƠ HỌC CỦA ĐẤT KHI TIẾP
XÚC VỚI NƯỚC

Do hình thành từ nguồn gốc khác nhau và chịu tác động của chế độ khí hậu khắc
nghiệt, quá trình phong hoá diễn ra liên tục, đất đắp đập miền Trung sau khi đưa vào sử
dụng trong thân đập với thiết kế và thi công thông thường đã bộc lộ ra nhiều điểm bất cập.
Trong bài giảng này tác giả trình bày tổ hợp nghiên cứu và phân tích các đặc tính cá biệt
của đất khi tiếp xúc với nước.

3.1.1. Tính trương nở
Để có cơ sở phân tích, bài giảng xin nêu một số khái niệm chủ yếu sử dụng trong
phân tích đánh giá.

3.1.1.1 Các tiêu chuẩn phân loại đánh giá mức độ trương nở đất
Hiện nay có rất nhiều phương pháp phân loại độ trương nở đất. Có phương pháp dựa

vào các giới hạn Atterberg và sự trương nở thể tích để đánh giá, có phương pháp chú ý
đến thành phần hạt keo kết hợp các chỉ số khác, có phương pháp chỉ dựa vào khả năng
trương nở thí nghiệm. Chung quy lại chúng tôi tạm chia ra thành hai hệ thống:

49


Bài giảng chuyên đề sau đại học

Hệ thống đánh giá 1 : Dựa vào kết quá thí nghiệm trương nở để phân loại (CHốù 2
- 05-08-1985)
Hệ thống đánh giá 2: Dựa vào giới hạn Atterberg và các chỉ số khác làm cơ sở- Hệ
thống phân loại của Mỹ và các nước phương Tây.
Phương pháp thứ nhất: Tiêu chuẩn phân loại theo Tiêu chuẩn của Liên xô cũ(CHốù 2 - 05-08-1985)
Bảng 3.1: Tiêu chuẩn phân loại theo tiêu chuẩn của Liên xô cũ
Độ trương nở (%)
N<4
48N>12

N = ∆hoh x100% =

Phân loại trương nở
Không trương nở
Trương nở yếu
Trương nở trung bình
Trương nở mạnh

hc− ho

ho

x100%

(1.1)

Trong đó:
N: là độ trương nở tương đối (%)
hc: là chiều cao cuối cùng của mẫu thí nghiệm
ho: là chiều cao ban đầu mẫu đưa vào thí nghiệm
Phương pháp thứ hai: Dựa vào các chỉ số Atterberg và các thành phần cốt đất.
Phương pháp này chia ra thành nhiều phân cấp đánh giá trong đó có các phương pháp
thông dụng sau .
Phân loại 1: Dựa vào chỉ số trương nở EI
EI = 100∆h x F

(3.2)

Trong đó :
∆h : tỉ lệ phần trăm trương nở
F:

tỷ lệ % lọt qua sàng tiêu chuẩn số 4 (ASTM)

Tiêu chuẩn đánh giá trương nở theo phương pháp này được quy định trong bảng 3.2.

50


Bài giảng chuyên đề sau đại học

Bảng 3.2: Tiêu chuẩn phân loại trương nở dựa theo chỉ số EI
EI
Phân loại trương nở
0-20
yếu
21-50
nhỏ
51-90
Trung bình
91-130
Mạnh
>130
Rất mạnh
Phân loại 2: phân loại trương nở dựa vào chỉ số dẻo
Bảng 3.3: Phân loại trương nở theo chỉ số dẻo làm cơ sở chính
Chỉ số dẻo (PI) %
Phân loại trương nở
0-15
nhỏ
10-35
Trung bình
20-55
Mạnh
>35
Rất mạnh
Phân loại 3: phân loại trương nở dựa trên chỉ số dẻo (PI) và chỉ số co ngót (SI)
Bảng 3.4: Phân loại trương nở theo chỉ số dẻo kết hợp với chỉ số co ngót
PI (%)
SI (%)

Phân loại trương nở
<12
<15
nhỏ
12-23
15-30
Trung bình
23-32
30-40
Mạnh
>32
>40
Rất mạnh
Phân loại 4: phân loại trương nở dựa trên độ ẩm giới hạn chảy (LL); chỉ dố dẻo (PI)
và hiệu giữa áp lực không khí và áp lực kẽ hổng (Mbh)
Bảng 3.5: Phân loại dựa trên các đặc trưng cơ lí LL, PI, Mbh
Giới hạn
chảy (%)

Chỉ số dẻo
(%)

Mbh

Trương nở
(%)

Phân loại
trươn
g nở

>60
>35
>4
>15
Mạnh
50-60
5-35
1,5-4
0,5-1,5
Trunh bình
<50
<25
<1,5
<0,5
Yếu
Phân loại 5: Phân loại trương nở dựa trên thành phần chất keo, chỉ số dẻo và độ ẩm
co ngót

Bảng 3.6: Phân loại dựa theo hàm lượng chất keo, chỉ số dẻo và độ ẩm co ngót

51


Bài giảng chuyên đề sau đại học

% Chất keo
(<0.0001mm)
>28
20-31
13-23

<15

Chỉ số
dẻo
(%)
>35
25-41
15-28
<18

Độ ẩm co
ngót (%)

Thay đổi thể tích toàn
phần(%)

Phân loại
trương nở

<11
7-12
10-16
<15

>30
20-30
10-20
<10

Rất mạnh

Mạnh
Trung bình
Yếu

Trong các phân loại trên cho thấy phương pháp 1 chỉ dựa vào khả năng trương nở để
phân loại, điều này chỉ thể hiện tính tương đối; chứ không thể so sánh giữa các loại đất
với nhau và ngay cả một loại đất đánh giá cũng rất khó, vì rằng độ trương nở đất phụ
thuộc vào độ ẩm. Đối với đất khô, khi ta bổ sung nước thì quá trình trương nở xảy ra. Quá
trình trương nở này sẽ dừng lại ở một độ ẩm nào đó, ta gọi là độ ẩm trương nở giơí hạn.
Như vậy nếu thí nghiệm ở một độ ẩm nào đó thì khả năng trương nở của mẫu so với trạng
thái ban đầu là tương đối. Vì vậy hệ thống phân loại này có những hạn chế nhất định.
Đối hệ thống phân loại 2, thí nghiệm đựơc xét đến nhiều yếu tố. Các phương pháp
này đi từ đơn giản đến phức tạp, từ đơn diện đến đa diện về mức đánh giá so sánh. Mặc
dù có nhiều phương pháp đưa ra sau này đơn giản hơn, song phương pháp phân loại 5, ra
đờì từ năm 1989 do Holz và Gibs đề xướng vẫn là phương pháp đánh giá toàn diện nhất,
được áp dụng rộng rãi trên thế giới. Trước đây chúng ta dùng phương pháp đánh giá
trương nở thuộc hệ thống một để phân loại (Nga). Hiện nay chúng ta đã bắt đầu sử dựng
phương pháp phân loại 5 để phân loại.

3.1.1.2 Một số thông số vật lý trong nghiên cứu trương nở
a/ Hệ số trương nở :

N (%)

Là tỉ số giữa chiều cao gia tăng của mẫu và chiều cao ban đầu, tính theo đơn vị %

b/ Độ ẩm trương nở: Wtrương nở (%)
Là độ ẩm của mẫu đất ở thời điểm kết thúc quá trình trương nở của mẫu do tăng độ
ẩm.
c/ Áp lực trương nở Ptn

Là áp lực cần thiết để giữ cho mẫu đất giữ nguyên thể tích ban đầu khi ngâm bão
hoà mẫu.

52


Bài giảng chuyên đề sau đại học

3.1.1.3 Bản chất của hiện tượng trương nở
Khi tiến hành thí nghiệm trương nở, người ta thấy rằng tính trương nở phụ thuộc cơ
bản vào thành phần chất keo có trong đất, kích thước hạt keo được giới hạn bởi kích
thước hạt có đường kính nhỏ hơn 0,0001mm. Xét dưới quan điểm kỹ thuật thì hạt sét
được xem là chất keo vì nó có hình dạng không thuần nhất và có diện tích bề mặt rất lớn .
Đối với các hạt keo cơ chế liên kết khác các hạt thô, lực bề mặt đóng vai trò quan trọng
hơn lực trọng trường. Lực bề mặt có thể là lực hút bám qua các hạt, lực tĩnh điện, lực liên
kết ion...Các thành phần này quyết định không những đến khả năng trương nở và ngay cả
trường hợp tan rã nó cũng đóng vai trò rất quan trọng. Ở các mục sau sẽ chứng minh luận
điểm này.

3.1.1.4 Đặc trưng cơ học của đất trương nở miền Trung
a/ Ảnh hưởng của tổ hợp cấu tạo hạt tới sự trương nở
Đặc tính trương nở của đất phụ thuộc cơ bản vào hàm lượng các hạt keo có trong
đất. Như ta đã biết, cấu tạo đất gồm ba pha: cốt đất, không khí và nước. Khi độ ẩm nhỏ
nước được hút bám vào bề mặt các cốt đất (Solid). Khi hàm lượng nước tăng lên, trên bề
mặt các hạt lớn được bôi trơn. Các hạt nhỏ có đường kính nhỏ hơn 0,0001mm (hạt keo)
có khả năng hút nước mạnh hơn. Do đặc tính mang điện tích âm, các hạt sét sẽ hút các ion
trái dấu (+) và đẩy các ion cùng dấu (-). Lúc này lực giữ các hạt keo với nhau bị tác động
của lực liên kết bề mặt hơn là trọng lực. Cơ chế trương nở phụ thuộc chính vào sự phân
bố các hạt sét, hạt keo nằm giữa các hạt có đường kính lớn hơn. Theo kết quả nghiên cứu
cho thấy quan hệ giữa độ ẩm và trương nở có quan hệ phi tuyến đối với hạt mịn và quan

hệ tuyến tính đối với thành phần hạt thô (biểu diễn trên hệ trục tọa độ thập phân). Xét
theo toạ độ Logarit thì thấy độ ẩm nhỏ tuân theo quan hệ tuyến tính, độ ẩm lớn theo quan
hệ đường cong. Hiện nay đã có rất nhiều thí nghiệm chứng minh cho đặc tính trương nở
của đất khi tiếp xúc với nước. Các thí nghiệm sau đây sẽ chỉ ra các ảnh hưởng của đặc
tính này khi ta thay đổi các yếu tố tác động.
Thí nghiệm ảnh hưởng của đất chứa nhiều hạt sét đến khả năng trương nở
Quan hệ giữa thành phần hạt sét và khả năng trương nở được thể hiện qua hình 3.1.
Các số liệu trên chỉ ra ảnh hưởng của thành phần hạt mịn đến đặc tính trương nở.
Quan hệ của chúng là phi tuyến như hình biểu diễn 3.1. Nếu ta trộn thêm thành phần hạt
thô ( có d> 2mm) vào đất thì kết quả cho thấy hệ số trương nở giảm. Quan hệ này theo
quy luật tuyến tính (hình 3.2).

53


Bài giảng chuyên đề sau đại học

HÖ sè tr ¬ng në (%)

Thí nghiệm về ảnh hưởng của thành phần hạt thô đến hành vi trương nở đất
(d>2mm)

30
25
20
15
10
5
0
5

10

15

20

25

30

35

Hµm l îng h¹t sÐt (%)

Hình 3.1: Quan hệ giữa hàm lượng hạt sét và hệ số trương nở tự do

HÖ sè tr¬ ng në (%)

16
14
12
10
8
6
4
2
0
5

10

15

20

25

30

35

Thµnh phÇn h¹t th«

Hình 3.2: Quan hệ trương nở tự do và thành phần hạt thô

Nghiên cứu trương nở ở điều kiện có áp lực
Quan hệ hình 3.2 biểu diễn ảnh hưởng của thành phần hạt thô đến trương nở tự doquan hệ tuyến tính. Thực tế khối đắp trong thân đập luôn có tải trọng tác dụng. Vì vậy cần
xem xét ảnh hưởng của thành phần hạt thô đối trương nở ra sao khi khối đất chịu tác động
của áp lực. Kết quả thí nghiệm chỉ ra rằng quan hệ giữa thành phần hạt thô và hệ số
trương nở khi có tải là quan hệ gần tuyến tính. Điều này được biểu diễn qua hình 3.3.
Mẫu thí nghiệm được nén dưới áp lực p = 20 kPa. Sỏi dùng làm thí nghiệm hạt dạng tròn
đầm nện trong cối có đường kính 6,35cm, chiều cao mẫu là 2,54 cm .

54


Bài giảng chuyên đề sau đại học

Hình 3.3 Ảnh hưởng của thành phần hạt thô tới hệ số trương nở, trường hợp có

chất tải

b/ Nghiên cứu ảnh hưởng của dung trọng đến khả năng trương nở
Tính trương nở đất còn chịu ảnh hưởng của dung trọng đầm nện. Đất càng đầm nện
chặt thì khi tiếp xúc với nước hệ số trương nở càng lớn, áp lực trương nở càng tăng.
Quan hệ giữa dung trọng đầm nện và hệ số trương nở tuân theo quy luật gần như
tuyến tính và được thể hiện qua hình 3.4.

HÖ sè tr ¬ng në (%)

25
20
15
10
5
0
1.5

1.6

1.7

1.8

1.9

2

Dung träng kh« ®Çm nÖn (T/m3)
Hình 3. 4 : Ảnh hưởng của dung trọng khô đầm nện tới hệ số trương nở

55


Bi ging chuyờn sau i hc

á p lực tr ơng nở (kPa)

80
70
60
50
40
30
20
10
0

1.4

1.5

1.6

1.7

1.8

1.9

2

Dung trọng đầm nện (t/m3)

Hỡnh 3.5: Quan h gia dung trng m nn v ỏp lc trng n

c/ Nghiờn cu nh hng m ban u n kh nng trng n
Trng n ca t ph thuc vo lng nc b sung v thi gian thc hin thớ
nghim. mt m no ú t ó t thc hin s trng n cõn bng theo iu kin
khng ch ngoi lc. Nu mu a vo thớ nghim cú m khỏc nhau thỡ kt qu trng
n cui cựng cng khỏc nhau. iu ny s mang li hai kt qu rt cú ý ngha:
- Minh chng cho vic ỏp dng tiờu chun phõn loi 2 s cú u im hn nhiu so
vi tiu chun phõn loi 1.
- Cú ý ngha rt quan trng cho vic chn m m nn trỏnh quỏ trỡnh
trng n sau ny, õy l yu t quan trng. Cỏc thớ nghim gi nguyờn dung
trng m nn nhng cho thay i m khỏc nhau, kt qu cho thy thi gian
xy ra trng n t l nghch vi m gia tng, iu ny c th hin hỡnh v
3.6.
d/Nghiờn cu nh hng ca m n bn ca t
Thc t cho thy khi p cú th n nh trng thỏi t nhiờn, nhng khi m
tng cao v t ngt thỡ xut hin trt mt n nh. Lý do cú th t nhiu phớa song xột
t gúc sc bn ct thỡ tr s lc hc ó b gim yu. Xột vi t min Trung thỡ yu t
nh hng ny cng thy rừ nột. nghiờn cu s gim yu ca t trng thỏi bóo ho,
thớ nghim di õy c thc hin vi cỏc iu kin:

56


Bài giảng chuyên đề sau đại học

Trường hợp 1: Mẫu chế bị trong điều kiện đầm nện ở độ ẩm tốt nhất, xác định chỉ số
C và ϕ;
Trừơng hợp 2: Ngâm mẫu trong hộp bão hoà để đạt độ ẩm bão hoà, xác định C, ϕ;
Trường hợp 3: Giống 2 nhưng cắt mẫu dưới áp lực thẳng đứng P;
Trường hợp 4: Cho mẫu ngâm nước đến độ ẩm trương nở và tiến hành cắt mẫu, xác
định C, ϕ.

Thêi gian tr ¬ng në (h)

Tiến hành thí nghiệm mẫu đất tại đập Thuận ninh với các điều kiện trên kết quả thể
hiện qua biểu đồ quan hệ sau.
500
400
300
200
100
0

5

10

15

20

25

§é Èm ban ®Çu (%)

Hình 3. 6 : Ảnh hưởng của độ ẩm ban đầu đến thời gian trương nở

Quan hệ giữa lực dính C và các trạng thái cắt mẫu được thể hiện qua hình dưới đây.
Nghiên cứu về độ bền của đất trong các trường hợp khi đất đầm nện ở độ ẩm tốt
nhất và cho mẫu đạt độ ẩm bão hoà, kết quả cho thấy: lực cắt C giảm rất mạnh khi độ ẩm
đạt trạng thái bão hoà, còn về góc ma sát trong cũng giảm nhưng mức giảm không lớn
như lực dính. Các bảng sau chỉ ra sự sai khác này.

57


Bài giảng chuyên đề sau đại học

Qua các kết quả thí nghiệm cho thấy ở độ ẩm tốt nhất các chỉ tiêu cơ lý đạt cao còn
khi đất ở trạng thái bão hoà thì các chỉ tiêu này giảm mạnh, xét về góc ma sát trong giảm
trung bình khoảng 25%, và mẫu có trị số nhỏ nhất đo được là 5,8%. Ngược lại hầu hết
các mẫu có trị số lực dính giảm đi trung bình là trên 50%, cao gấp hai lần so với góc ma
sát trong. Trị số cao nhất có mẫu đo được là 77.5%, những mẫu nhỏ hơn 50% chiếm rất ít
khoảng 25% trong tổng số.

Lùc dÝnh C (kPa)

100
80
60
40
20
0
15

17

19

21

23

25

27

29

31

33

§é Èm (%)
Hình 3. 7 Quan hệ giữa lực dính C và độ ẩm khi cắt mẫu ở điều kiện khác nhau
30

25

Gãc ma s¸t trong (®é)

20

15

10

5

0
15

20

25

30

35

§é Èm (%)

Hình 3. 8: Quan hệ giữa góc ma sát trong và độ ẩm thí nghiệm cắt

Như ta đã biết, lực dính C đóng vai trò khá quan trọng trong tính toán ổn định trượt.
Từ các kết quả trên cho thấy khi đất đạt độ ẩm bão hoà, sức bền cắt giảm đi rất mạnh.

58


Bài giảng chuyên đề sau đại học

Hiện tượng này kết hợp với lún sụt, biến dạng sinh ra trong khối đắp, trạng thái ứng suất
thay đổi là điều kiện tốt cho vết nứt phát triển khi sức bền của đất giảm yếu và đồng thời
cũng là cơ hội tốt để cho dòng thấm phát triển.

Như vậy tính trương nở đất phụ thuộc vào dung trọng đầm nện, phụ thuộc độ ẩm
đầm nện, phụ thuộc vào thành phần tổ hợp các hạt có trong đất và tải trọng tác dụng lên
khối. Hiện tượng trương nở của khối khi độ ẩm tăng lên (khi tích nước hồ lần đầu, đường
bão hoà dâng lên), sau đó là hiện tượng lún sụt đã tạo ra một sự dịch chuyển trái chiều,
kết hợp với với sự giảm nhỏ của sức kháng cắt, tạo ra sự dịch chuyển tương đối trong
khối đắp. Kết hợp với tính tan rã, hiện tượng xói thuỷ lực xảy ra ngay trong khối đắp.
Vấn đề này sẽ được tiếp tục nghiên cứu ở các phần sau.
Bảng 3.13 : So sánh độ bền của đất tại hai trạng thái độ ẩm tốt nhất và bão hoà tại
một số đập
Dung
trọng
khô
(T/m3)
1.85
1.725
1.83
1.8
1.77
1.87
1.77
1.9
1.8
1.86
1.76
1.86
1.7
1.9
1.8
1.84
1.75

Ứng với độ ẩm tốt
nhất (%)
C
ϕ
(
kPa)
(độ)
18
20
15
25
23.38
47.7
10.26
46.1
20.00
30
21.5
62
18.0
50
22.05
54.4
18.5
42
23.04
52
21.18
43

21.3
59
23.0
47
19.54
67
17.37
52
23.0
66
20.89
51

Ứng với độ ẩm bão
hoà (%)
C
ϕ
(kPa)
(độ)
13
15
15
25
16.05
16
9.51
10.4
14.00
17.0
15.30

25.0
12.40
20.0
15.59
26.8
14.18
19
19.27
25
18.16
19
18.06
30
19.42
31
14.58
31
12.48
24
18.17
30
16.03
22

Độ giảm yếu

η
(%)
27.8
20

32.1
5.8
30
28.8
29.5
28.0
23.4
19.4
14.25
15.8
14.2
24.8
27.7
19.7
21.8

γ
(%)
25
20
66.5
77.5
4.3
59.7
60
50.7
51.3
51.9
55.8
49.2

34.0
53.7
53.9
54.5
56.9

Công
trình

Sông
Quao

Tà Môn
Đá Gia
Đu Đủ
CK7
Suối
Hành
Thuận
Ninh

Để hạn chế khả năng trương nở của đất trong thân đập cần trộn thêm thành phần hạt
thô vào đất trước khi đầm và cần bố trí chúng ở vị trí hợp lý.

59


Bài giảng chuyên đề sau đại học

3.1.2 Tính tan rã

Hiện nay có nhiều quan niệm khác nhau về tan rã đất. Ở Việt nam ta khái niệm về đặc
tính này của đất cũng cần được xem xét lại. Sau đây xin trình bày quan niệm và phương
pháp đánh giá mức độ về tan rã đất từ các nghiên cứu đã thực hiện.

Một số khái niệm liên quan
a- Tan rã: Tan rã là hiện tượng vật lí khi ngâm đất trong nước thì thành phần hạt sét
của đất tan ra trong nước dưới dạng thể keo.
b - Các phương pháp xác định và đánh giá mức độ tan rã đất
Hiện nay có năm phương pháp cơ bản phân loại độ tan rã của đất. Ở mỗi phương
pháp sẽ có ưu, nhược điểm của nó. Các phương pháp này như sau:

(1) Phương pháp phân loại 1: Emersion Class Number
Thủ tục thực hiện phương pháp này như sau :
 Lấy vài gam đất khô, sàng qua sàng 4.75mm và 2.36mm giữ lại phần đất thí
nghiệm trên mắt sàng 2.36mm.
 Tiến hành thả ba cục đất vào bình chứa 200ml, trọng lượng mỗi viên khoảng
5 gam. Nước dùng thí nghiệm có thể là nước tinh lọc hoặc nước giống môi
trường tự nhiên (nước của hồ chứa).
 Tiến hành lắc nhẹ hoặc không lắc, ghi thời gian thả đất vào nước và thời gian
bắt đầu tan rã.
- Ghi thời gian các cục đất tan rã hoàn toàn
- Ghi nhiệt độ của nước đang thí nghiệm.
Nếu lắc mà đất không tan rã, ta lấy mẫu ra, lấy thêm đất khô, nhào nặn ở độ ẩm giới
hạn chảy. Nặn ba cục đất tròn có đường kính 3mm rồi đem thả chúng vào nước. Có hai
trường hợp thí nghiệm sau:
 Nếu các cục đất vẫn không tan thì cần kiểm tra hoá chất bằng cách cho thêm
dung dịch Cacbonat Canxi hoặc Sunfat Canxi.
 Trường hợp không cho thêm các dung dịch trên (CaSo 4 hoặc CaCo3), người
ta bỏ thêm hai gam đất khô vào và đổ thêm 10ml nước vào dung dịch
đất/nước có tỷ lệ 1/5, lắc mạnh trong 10 phút và ghi lại kết quả.

60


Bài giảng chuyên đề sau đại học

(2). Phương pháp phân loại 2: Dựa vào chỉ số PD
Phương pháp phân loại này được dựa trên tỉ lệ phần trăm tan rã để tiên đoán khả
năng xảy ra tan rã hay không. Phương pháp thí nghiệm như sau:
Lấy mẫu đất có độ ẩm tự nhiên với trọng lượng khoảng trên 200 gam, sau khi sấy
khô còn lại khoảng 100 gam.
Sàng đất ẩm này qua sàng 2.36mm, xác định độ ẩm của đất.
Lấy mẫu đất lọt qua sàng 2.36mm có trọng lượng sau khi sấy khô khoảng 25 gam.
Thả mẫu đất vào đáy bình, đổ nước lọc lên với dung tích khoảng 125ml. Dùng bơm
chân không hút không khí ra và kéo dài thời gian hút trong khoảng 10 phút. Trong quá
trình hút chân không nên lắc nhẹ ba lần để toàn bộ khí trong đất có thể ra hết.
Đổ dung dịch nước - đất vào bình mới và đổ thêm nước đến vạch 1 lít. Lắc đảo đầu
bình trong 1 phút (tần số 30 lần/phút)
Tiến hành phân loại tỉ lệ theo công thức sau:
PD =

P
x100%
Q

(3.3)

Trong đó:
Q- Khối lượng phần trăm đất có đường kính nhỏ hơn 0,005mm được cho là tan rã.
P- Phần trăm của đất có đường kính nhỏ hơn 0,005mm không tan rã.

Cơ sở phân loại của phương pháp này dựa vào hai tiêu chuẩn sau:
- Kết quả thí nghiệm cho thấy nếu phần trăm chất tan chiếm trên 15% thì không có
khả năng sinh ra tan rã.
- Nếu phần trăm chất tan chiếm trên 50% thì rất có thể là đất tan rã.
(3) Phương pháp phân loại 3: Phương pháp phân tích hóa học
Khi nghiên cứu về cơ chế tan rã người ta thấy rằng có một số ion trong đất đóng vai
trò quan trọng trong sự bền vững của cốt đất khi bão hoà. Ion mang ảnh hưởng lớn nhất là
Na+. Dựa vào đặc tính này người ta đã lập ra tỉ số giữa Na + với một số ion cơ bản trong
đất có thể phân loại và đánh giá khả năng tan rã đất. Có rất nhiều công thức được thiết lập
và biểu đồ tra phân vùng tan rã, ở đây xin nêu hai phương pháp được sử dụng rộng rãi vì
những ưu điểm nổi bật của nó.

61


Bài giảng chuyên đề sau đại học

Phương pháp dùng tỉ số hội tụ Natri
Phương pháp hội tụ Nat ri dựa trên chỉ số SAR (Sodium Absorrtion Ratio). Trị số
này được xác định như sau:
SAR =

Na +
1 / 2(Ca + + + Mg + + )

(3.4)

Khi có trị số SAR đem tra trên biểu đồ-hình 1.2 của phụ lục số 1 để kiểm tra xem
mẫu thí nghiệm nằm trong khu vực nào của phân vùng để đánh giá đất có bị tan rã không.
Theo kinh nghiệm chung cho thấy nếu trị số SAR > (1- 2)% thì đất có khả năng tan rã.

Phương pháp dựa vào tỉ số ESP (Exchangeable Sodium Percentage).
Tỉ số ESR được xác định như sau:

Na +
100%
ESP =
( Na + + K + + Mg + + + Ca + + )

(3.5)

Để xác định thành phần của các công thức, các công việc tiến hành như sau:
- Người ta lấy mẫu nước của đất (nước kẽ hổng)
- Sau đó đưa vào loại máy chuyên dùng để xác định các thành phần ion.
- Sau khi có thành phần các ion, thay vào các công thức trên được trị số tính toán,
đem trị số này tra biểu đồ tra sẵn.
Nhiều thí nghiệm cho thấy rằng nếu trị số ESP lớn hơn 2% thì đất có khả năng bị tan
rã. Khi ESP khoảng 7% - 10% coi là tan rã trung bình. Còn nếu ESP >15% thì được coi là
tan rã mạnh.
(4) Phương pháp thứ 4: Pinhold Test
Đây còn gọi là phương pháp phân loại tan rã theo thí nghiệm đục lỗ tạo dòng thấm
trước. Phương pháp này được giáo sư Jame Sherard và cộng sự của ông thiết lập và trở
thành tiêu chuẩn phân loại tan rã có hiệu quả nhất. Hiện đang được Australia, Mỹ, Canađa
và một số nước khác sử dụng như làm tiêu chuẩn quốc gia.
Các bước thí nghiệm tiến hành như sau:
Người ta sàng đất qua loại sàng 2.36mm. Đất được đầm nện đạt tới tỉ số đầm nện K
= 95%. Đưa mẫu đất vào ống thí nghiệm hình trụ và đục một lỗ có đường kính là 1 mm
tại tâm khối sông song chiều dài của hình trụ. Để nước tiếp xúc thuận với lỗ, người ta tạo

62

Bài giảng chuyên đề sau đại học

một lớp lọc phía trước lỗ. Cho đầu nước thay đổi ở các cấp khác nhau theo, ghi chép thời
gian lỗ xói và mức độ phát triển đường kính lỗ xói. Tra bảng 3.14 để xác định mức độ tan
rã. Theo cách phân cấp này, mức độ tan rã được chia thành sáu cấp, cụ thể được trình bày
trong bảng 3.14.
(5) Phương pháp 5: Thí nghiệm ngâm đất trong nước (Crumble Test)
Phương pháp tiến hành như sau: người ta thả 5 đến 10 gam đất khô vào trong bình
đựng nước lọc khoảng 1 lít. Để thí nghiệm kéo dài trong 1 giờ và không được lắc.
Nếu nước trong bình xuất hiện màu sắc dưới dạng đám mây điều đó chứng tỏ là chất keo
trong đất đã bắt đầu tan ra. Phương pháp này rất đơn giản, dễ tiến hành thí nghiệm độ
chính xác rất thấp. Vì vậy nó chỉ được dùng ở giai đoạn sơ bộ.
Bảng 3.14 : Phân loại tan rã bằng thí nghiệm lỗ xói, chỉ tiêu đánh giá -ASI289
Cấp
tan
rã
D1
D2
PD1
PD2
ND2
ND1

Phân loại
Miêu tả

Tan rã cao
Tan rã
Tan rã trung b.

Có thể tan rã
Không tan rã
Không xếp vào
loại đất tan rã

Cột nước
thí
nghiệm
(mm)

Thời
gian
thí
nghiệm
(phút )
50
10
50
10
50
10
175 to 350
5
1000
5
1000
5

Biến đổi màu sắc của
dòng nước thí nghiệm

Trong hoàn toàn
Độ trong giảm
Có thể nhìn thấy mầu
Mầu mờ nhạt
Trong hoặc nhìn thấy được

Tinh thể

Đường
kính lỗ
sau TN
(mm)

Tỉ số
đường
kính lỗ

> 1.5
> 0.9
< 0.9
> 2.5
> 3.5
< 5.0

>2
2.0
1.5
2.0
2.0

1.0

Hiện nay ở Việt nam tại các phòng thí nghiệm địa kỹ thuật người ta tiến hành thí
nghiệm này bằng cách cho mẫu thí nghiệm lên sàng đục lỗ, nhúng sàng chứa đất vào
nước, quan sát đất tan ra và rơi xuống đáy bình. Đo thời gian tan rã và xác định khối
lượng còn lại trên sàng để đánh giá độ tan rã phần trăm. Phương pháp này rất sơ bộ, mức
độ chính xác thấp.

3.1.2.2 Nghiên cứu xói thuỷ lực và bản chất của hiện tượng tan rã đất
a - Hiện tượng xói thuỷ lực của đất tan rã
Đổ vỡ của đập đất liên quan đến đặc tính tan rã và được nhiều tác giả trong nước
và ngoài nước nghiên cứu. Sự đổ vỡ của các đập vùng miền Trung trong những năm 80-

63


Bài giảng chuyên đề sau đại học

90 đó là một minh chứng khá rõ nét về vấn đề đổ vỡ xuất phát từ dòng thấm. Ở đây
chúng tôi muốn đi sâu nghiên cứu về bản chất của hiện tượng tan rã, quá trình phát triển
ống dòng trong đập đất dưới tác dụng của áp lực nước thấm .
b- Khái niệm ống dòng và xói thuỷ lực
Ống dòng là hiện tượng dòng thấm xuất hiện trong khối đắp được phát triển và
liên thông qua môi trường vật thể hạt rời dưới tác dụng của áp lực thấp từ một phía. Khi
một miền nào đó trong khối đắp mà hệ số thấm lớn hơn so với toàn vùng thì lưu lượng
thấm được phát triển qua miền này. Dưới tác dụng của áp lực nước thấm, các phần tử
nước chuyển động trong miền. Do đặc tính tan của đất, các phần tử hạt keo của sét
(đường kính nhỏ hơn 0,0001 mm) chuyển động tự do. Khi xuất hiện một miền thấm liên
tục, dưới tác dụng của áp lực thấm những phần tử dưới dạng hạt keo chuyển động dọc
theo miền thấm, nó có thể chui qua khe kẽ các hạt lớn tạo thành ống dòng. Khi ống dòng

đã hình thành thì gradien sẽ tăng. Dưới tác dụng của áp lực thấm, một số phần tử khác
nằm tại thành ống cũng bị dòng nước cuốn trôi theo dòng thấm. Hiện tượng này được gọi
là xói thuỷ lực. Quá trình phá thành ống được diễn ra liên tục, dần dần đường kính ống
dòng phát triển tạo thành đường hầm. Quá trình phát triển sẽ xảy ra qua hai trường hợp :
- Nếu mực nước trong hồ đã giảm nhỏ thì ảnh hưởng xói của dòng thấm tới thành
đường hầm là hạn chế. Nếu phần vòm trên đường hầm mất ổn định, sập xuống, lúc
này lỗ rò bị dập tắt. Đập có thể không bị vỡ tại vị trí này. Hiện tượng này ta đã gặp tại
đập Suối Hành, Khánh hoà vào năm 1986.
-

Trường hợp thứ hai. Đường hầm tiếp tục phát triển rộng ra, dần dần cuốn trôi toàn bộ
khối đắp. Trường hợp này ta gặp thấy ở đập Am Chúa, Khánh hoà vào năm 1992.
C . Cấu tạo lớp khuyếch tán đôi (xem phần giới thiệu khoáng sét trên)

3.1.2.3 Những kết quả nghiên cứu về tính tan rã của đất miền Trung
a - Đất thường
Theo kết quả nghiên cứu về đất tan rã miền Trung cho thấy: đất có nguồn gốc từ đá
bazan, đá phong hoá biến chất và đất sườn đồi đều có khả năng bị tan rã cao. Bảng sau
đây minh hoạ nhận định trên.
Một trong những đặc điểm cá biệt đối loại đất này là thời gian xảy ra tan rã phụ thuộc
vào điều kiện duy trì độ ẩm của mẫu thí nghiệm. Thời gian duy trì càng lâu thì thời gian
xảy ra tan rã càng kéo dài. Đặc biệt này được thể hiện qua kết quả thí nghiệm sau đây.

64


Bài giảng chuyên đề sau đại học

Bảng 3.16: Đặc tính tan rã của đất có nguồn gốc khác nhau
Đất

Đất phong hoá trên nền đá
bazan
Đất phong hóa trên nền đá
granite
- Đất trầm tích (a Q2 IV)
- Trầm tích sông biển (m
Q2 IV)
- Trầm tích sông biển (m
Q2 III)
Chú thích:

Mức độ tan rã
(%)

Thời gian tan rã
(phút)

0.52

100

5 - 10

0.6

100

3-7

0.71

5 - 10

2880

0.76

0-5

2880

0.68

2 - 15

2880

" W"
" Wt"

W - độ ẩm của mẫu thí nghiệm (%)
Wt - Độ ẩm giới hạn chảy

10

Sè ngµy gi÷ Èm cho mÉu

9
8
7

6
5
4
3
2
1

Hình 3.10 : Ảnh hưởng của điều kiện giữ ẩm tới tính tan rã của đất

0
0

20

40

60

80

100

TØ lÖ tan r· %

65


Bài giảng chuyên đề sau đại học

Độ ẩm của đất ảnh hưởng không nhỏ đến tính tan rã của đất. Một thực tế rất hay là

khi thí nghiệm một số mẫu đất tại công trình Am Chúa cho thấy đất trong đê quai của đập
không bị tan rã mặc dầu chúng không được đầm nện kĩ trong khi đó đất lấy tại thân đập
lại bị tan rã khi thí nghiệm. Lí do đơn giản trong trường hợp này là độ ẩm của đất tại đê
quai được duy trì và luôn giữ ở mức cao.
Bảng sau đây chỉ ra kết quả thí nghiệm đối với một số đất có độ ẩm khác nhau.
Bảng 3.17 : Ảnh hưởng của độ ẩm của đất có dung trọng đầm nện khác nhau tới tính
tan rã - Đập Sông Quao
Dung trọng
(T/m3)

“W”
(%)

" W"
" Wt"

Thê i gian tan r· (p hót)

5.6
1.75
11.5
17.0
5.7
1.85
12.5
16.5
5.5
1.90
12.5
17.0

Ảnh hưởng của độ ẩm đến thời gian tan rã
được biểu diễn qua hình vẽ sau.

Thời gian tan rã
(phút)

0.25
3.15
0.51
6.15
0.76
10.00
0.25
38.00
0.56
145.00
0.74
190.00
0.25
65.00
0.56
20.00
0.76
240.00
đối với đất có dung trọng đầm nện khác nhau

280
240
200

γ = 1.9

85
T/m3

160

γ =1.

120
80

γ =1.75

40
0
0

5

10

15

20

§é Èm (%)
Hình 3. 11 : Ảnh hưởng của độ ẩm đầm nện đến thời gian tan rã đất

b - Đất đỏ ba zan

66


Bài giảng chuyên đề sau đại học

Đất đỏ ba zan được sử dụng trong xây dựng các đập đất đã có không ít các vấn đề
liên quan tới ổn định của công trình. Đất đỏ ba zan có nguồn gốc từ đá ba zan. Loại đất
này ta có thể bắt gặp hầu hết các vùng Tây nguyên. Đất có giới hạn chảy khá cao và dung
trọng lại thấp, độ xốp lớn. Một số thông số cơ lí của loại đất này như sau.
- Giới hạn chảy LL
= 55 - 56 (%)
- Giới hạn đàn hồi PL = 35 - 45 (%)
- Dung trọng hạt
= 2.75 (T/m3)
- Độ xốp
= 64 - 75 (%)
Loại đất này có dung trọng tự nhiên thấp bởi lẽ độ xốp của đất rất cao, nhưng cũng
may thay lực kháng cắt (τ ) cao. Đặc biệt tại trạng thái bão hoà thì các chỉ tiêu c và ϕ

Thê i gian tan r· (phót)

không thấp (c = 25 - 35 kPa và ϕ = 200 - 250). Thực tế cho thấy nếu duy trì độ ẩm của
mẫu thí nghiệm càng lâu thì thời gian tan rã của mẫu càng kéo dài. Điều này được minh
chứng bằng kết quả thí nghiệm .

8000
7000
6000
5000

4000
3000
2000
1000
0
20

25

30

35

40

45

50

55

§é Èm (%)
Hình 3.12 : Quan hệ giữa điều kiện giữ ẩm và thời gian tan rã của
đất đỏ bazan Tây nguyên

3.1.3.Tính lún ướt
Lún ướt là hiện tượng vật lí nước bổ xung vào cốt đất thì hiện tượng giảm thể tích khối
xảy ra. Việc đánh giá trị số lún ướt của đất dựa trên cơ sở các khái niệm sau:
−hp
en = hchp

(3.6)
67


Bài giảng chuyên đề sau đại học

Trong đó:
“en” - Hệ số lúng ướt
hP - Chiều cao ban đầu của mẫu thí nghiệm
hc - Chiều cao cuối cùng của mẫu
Theo tiêu chuẩn của Nga, tất cả các mẫu thí nghiệm có trị số “en” > 0.01 thì chúng
được xếp vào loại đất có khả năng lún khi gặp nước. Các bảng sau chỉ ra kết quả thí
nghiệm của một số đất của vùng Tây nguyên.
Bảng 3.18 : Hệ số “en” của đất đỏ ba zan Tây nguyên
TT
1
2
3

Dung trọng khô
(T/m3)
K = 0,98

γCmax = 1.30

K = 0.95

γCmax = 1.24

K = 0.9

γCmax = 1.17

Độ ẩm
(%)

Hệ số lún ướt “en” dưới tải trọng tác
dụng (kPa)
100
200
300
400
0
0
0
0
0
0
0.001
0.001
0.01
0.03
0.045
0.04

36
32
30

Bảng 3.19: Hệ số lún ướt của đất tại đập Sông Quao
Điều kiện thí nghiệm
Độ ẩm
γC
3
(%)
(T/m )
1.9
12
1.8
9
1.8
12
1.75
8
1.75
12

Hệ số lún ướt theo cấp gia tải
100
200
300
(kPa)
(kPa)
(kPa)
0.0000
0.00000
0.0000
0.0028
0.00034

0.0038
0.0012
0.00080
0.0008
0.0700
0.07310
0.0730
0.0270
0.05400
0.0500

Từ các số liệu trên cho thấy đối các loại đất có hệ số đầm nện k ≤ 0.90 đều thuộc
nhóm có khả năng lún ướt. Các mẫu thí nghiệm có k > 0.95 thì không thuộc nhóm trên.
Theo kết quả nghiên cứu của nhiều tác giả cho thấy lún ướt bị ảnh hưởng trực tiếp của độ
ẩm đầm nện, nếu độ ẩm khi đầm nhỏ hơn rất nhiều độ ẩm tốt nhất thì khả năng lún ướt rất
dễ xảy ra. Liên quan giữa dung trọng đầm nện, độ ẩm và lún ướt được thể hiện qua hình
dưới đây.
Trong đó :

68


Bài giảng chuyên đề sau đại học

- Vùng (1) : là miền nằm giới hạn bởi đường bao dung trọng và đường nằm ngang ứng
với dung trọng đầm nện có k ≥ 0.95. Tất cả các mẫu đầm nện nằm trong miền này không
bị lún ướt.
- Vùng (2) : là miền giới hạn bởi đường bao dung trọng, đường nằm ngang có k = 0.95 và
k= 0,9 và đường thẳng đứng có W = W m. Các mẫu đất thí nghiệm nằm trong vùng này khi
W << Wm thì có xảy ra lún ướt nhưng trị số "en"" khá nhỏ, mức độ ảnh hưởng thấp.

- Vùng (3) : là miền giới hạn bởi bởi đường bao dung trọng đầm nện, đường nằm ngang
có k < 0.90 và đường thẳng đứng có W = W m. Những mẫu thí nghiệm có W << Wm thì trị
số lún ướt vượt quá trị số cho phép ( en > 0.01).
- Vùng (4): là miền giới hạn của các đường- đường bao đầm nện, đường nằm ngang có k
= 0,95 , k = 0.90 và đường thẳng đứng W = Wm.

Dung
trọng

1

Đường bão hoà

4

G =1.0

2

5

3

Độ ẩm

W
m

Hình 3.13: Phân vùng ảnh hưởng của dung trọng và độ ẩm tới hiện
tượng lún ướt của đất miền Trung

- Vùng (5) là miền giới hạn của đường bao dung trọng đầm nện, đường nằm ngang có k =
0,90 và đường thẳng đứng W = Wm. ( trong đó W là độ ẩm của đất khi thí nghiệm, Wm là
độ ẩm tói ưu).
Các mẫu thí nghiệm nằm trong vùng (4) và (5) hiện tượng lún ướt không bị ảnh hưởng mà
chỉ xảy ra lún cố kêt của các đất thông thường.
Từ những nghiên cứu trên chúng tôi có các kết luận cơ bản sau:
- Đất được đầm nện với độ ẩm tối ưu hoặc nằm trong khoảng (1 - 2) % về phía hai
nhánh của độ ẩm tốt nhất (Wm) và hệ số đầm nện k > 0.95 thì không xảy ra hiện tượng lún
ướt.

69


Bài giảng chuyên đề sau đại học

-

-

Tất cả các mẫu đầm nện có hệ số đầm nện k < 0.9 và độ ẩm đầm nện nhỏ hơn
nhiều so độ ẩm tối ưu (W m) theo tiêu chuẩn đầm nện Proctor đều thuộc nhóm đất
có tính lún ướt.
Tất cả các mẫu đầm nện nằm về phía nhánh phải của độ ẩm tốt nhất (W m) thì
không bị ảnh hưởng của hiện tượng lún ướt.

3.1.4. Tính co ngót khi độ ẩm giảm
Hiện tượng này xảy ra đối loại đất có độ ẩm ở bãi khai thác khá thấp. Để đạt được dung
trọng đầm nén thiết kế hiện trường các nhà thi công phải gia tăng độ ẩm. Nếu bề mặt khối
đắp không được bảo vệ, nước bốc hơi. Sinh ra hiện tượng co ngót. Nếu khả năng chịu kéo

của đất nhỏ thì vết nứt hình thành. Quá trình mất độ ẩm gia tăng, vết nứt càng phát triển.
3.2. KẾT LUẬN

Đất đắp đập vùng miền Trung có các tính chất cơ lý đặc biệt: tính lún ướt, tính
trương nở, tính co ngót khi khô và tính tan rã. Các tính chất này được thí nghiệm và xác
định mức độ ảnh hưởng tới đặc tính độ bền của đất.
Tính trương nở
Qua kết quả nghiên cứu cho thấy tính chất trương nở phụ thuộc vào nhiều yếu tố như độ
ẩm ban đầu, dung trọng chế bị, thành phần hạt. Đất đầm nện có độ ẩm thấp, thành phần
hạt mịn nhiều và chỉ số đầm nện k cao thì hệ số trương nở sẽ lớn. Khi tăng độ ẩm cho đất
thì hệ số trương nở tăng lên, đồng thời đặc trưng cơ học thay đổi, lực dính và góc ma sát
trong đều giảm, so sánh đất ở trạng thái độ ẩm đầm nện và độ ẩm bão hoà thì các chỉ tiêu
cơ học này giảm tới trên 50%. Qua phân tích thí nghiệm sẽ giúp cho người thiết kế, thi
công và giám sát hiểu được đặc trưng này ảnh hưởng tới độ bền của đất mà có chú ý xác
đáng trong thiết kế, thi công và giám sát nhằm hạn chế tác động xấu của nó tới ổn định
kết cấu. Để cải thiện và hạn chế tính trương nở của đất, có thể trộn thêm thành phần hạt
thô vào đất trước khi đầm nện.
Tính tan rã
Đặc tính này được xem là một trong những nhân tố chính gây ra sự cố của đập
vùng miền Trung. Hiện nay có 5 phương pháp đánh giá và phân loại mức độ tan rã của
đất, đồng thời các thí nghiệm tan rã đất cũng đã được thể hiện và phân tích. Mức độ tan rã
phụ thuộc vào nhiều yếu tố như loại đất, nguồn gốc tạo thành, môi trường nước, dung
trọng đầm nện. Cũng trong chương này, bản chất của hiện tượng tan rã cũng đã được làm
rõ, từ cơ sở nghiên cứu này phương pháp phòng chống tan rã cho đất đắp đập .

70


Bài giảng chuyên đề sau đại học

Tính lún ướt
Lún ướt là đặc tính cớ lý đặc biệt thứ ba của đất đắp đập vùng miền Trung. Đặc
điểm lún ướt phụ thuộc vào dung trọng, độ ẩm chế bị và loại đất. Đất đầm nện ở độ ẩm
nhỏ hơn nhiều độ ẩm tối ưu và chỉ số đầm nện nhỏ hơn 0.9 thì đều thuộc nhóm đất lún
ướt cao. Nếu chỉ số đầm nện k .0.95 và độ ẩm đầm nện nằm trong khoảng trên dưới 2% so
độ ẩm tốt nhất thì đất không thuộc nhóm lún ướt. Đất đầm nện với độ ẩm cao hơn độ ẩm
tốt mnhất thì không bị ảnh hưởng của lún ướt.
Hiện tượng lún ướt thường xảy ra sau lần bão hoà đầu tiên của đất hoặc sau khi đất
được bổ xung nước. Quá trình lún ướt xảy ra sau quá trình trương nở tạo nên một trạng
thái nghịch, gây biến dạng lớn trong khối đắp trong thời gian ngắn. Đây là nhân tố khá
quan trọng gây ảnh hưởng không nhỏ tới ổn định của khối đắp. Trường hợp này ta lại bắt
gặp tại đập Am chúa, đập Sông Quao.
Các tính chất cơ lý đặc biệt của đất miền Trung đã được phân tích đánh giá qua các
các tài liệu thí nghiệm, ảnh hưởng của từng yếu tố khi các đặc trưng cơ lý thay đổi về độ
ẩm và điều kiện giữ ẩm, dụng trọng chế bị, thời gian và thành phần cấu tạo hạt. Qua các
nghiên cứu trên cho thấy mỗi tính chất cá biệt này đều ảnh hưởng trực tiếp đến độ bền của
đất. Nếu đất bị ảnh hưởng đồng thời của 2 hoặc cả 3 tính chất trên thì sự nguy hiểm tăng
lên rất nhanh. Sự ảnh hưởng này xảy ra qua các trường hợp sau:
- Trường hợp đất bị trương nở khi gặp nước sau đó quá trình lún ướt và co ngót
xảy đã thay đổi trạng thái ứng suất của khối, nếu đất không có khả năng biến dạng và thay
đổi lại trạng thái ứng suất phù hợp thì nứt có thể xảy ra. Đối khối nằm trong thân đập thì
ống dòng phát triển, còn phân nằm trên mái đập có thể bị xói mòn do dòng chảy mặt do
mưa gây ra.
- Trường hợp đất bị trương nở dưới tác dụng của đường bão hoà dâng cao, sau đó
đất có hiện tượng tan rã thì quá trình tan rã sẽ xảy ra nhanh đối khối đắp trong thân đập
vì hai lý do: độ chặt sau trương nở giảm xuống và dưới tác động của cột nước thấm tăng
lên.
- Trường hợp đất trương nở sau bị co ngót lún sụt, nếu phần ảnh hưởng nằm nơi
tiếp giáp với vai đập nền đập thì dòng thấm hình thành và phát triển, kết hợp với đất có
tính tan rã thì quá trình xói thuỷ lực tăng lên rất nhanh.

Như vậy sự ảnh hưởng từng yếu tố khác nhau đến độ bền của đất khác nhau, sự
nguy hiểm càng cao khi tổ hợp tính chất nguy hiểm càng nhiều. Đất có cả 3 tính chất trên
ở mức độ cao thì độ nguy hiểm là lớn nhất.

71


Bài giảng chuyên đề sau đại học

Tính co ngót khi độ ẩm giảm
Khi độ ẩm khối đắp giảm đi, đất có hiện tượng co ngót. Điều này bắt gặp tại bề mặt khối
đắp khi không được bảo vệ.
3. 3. GIẢI PHÁP XỬ LÝ

3.3.1. Phương pháp chống tan rã bằng giải pháp hoá học
Ở Việt Nam ta, hiện nay ta đã nhập thiết bị thí nghiệm Pinhole Test để đánh giá độ
tan rã của đất theo phương pháp phân loại 4 như đã giới thiệu trong bài giảng này.
3.3.1.1. Phương pháp trộn vôi bột
Phương pháp này có hiệu quả trực tiếp sau khi đã bổ xung lượng vôi vào đất.
Trước khi tiến hành pha trộn phải tiến hành thí nghiệm hàm lượng pha trộn và kiểm tra độ
tan rã bằng thí nghiệm Pinhole Test. Dựa theo các kết quả nghiên cứu của Jame về biện
pháp xử lý chống tan rã đối các đập ở Mỹ và ở úc. Xét về thành phần khoáng vật của đất
miền Trung và nguồn gốc tạo thành, về tỉ lệ pha trộn cho đất miền Trung chúng tôi đề
nghị nên dùng trong 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 trung bình nhỏ của trị
số trên. Ngoài ra để bù hao tổn thất và đảm bảo được sự đồng đều và đạt tỉ lệ trong khối
xử lý ta cần tăng thêm một lượng khoảng (0,5 -1,0)% trong khi thi công.
Công nghệ thi công trộn vôi bột được thực hiện như sau:
- Rải đất lên mặt đập theo lớp có chiều dày khoảng 30 cm
- Dùng máy xới tơi, băm nhỏ tạo thành cục có đường kính nhỏ hơn 25 mm

chiếm tỉ lệ ít nhất khoảng (80-90)%.
- Rải đều bột vôi lên lớp đất rải.
- Dùng máy đảo đất để trộn đều vôi trong lớp rải
Sau khi trộn đã đều, nếu đất không phải xử lý độ ẩm thì tiến hành đầm nện bình
thường theo yêu cầu kỹ thuật thi công. Trường hợp đất phải bổ sung thêm nước, vôi bột
được trộn trước khi tưới nước rồi sau mới tiến hành các công đoạn tiếp theo của dây
chuyền thi công. Trường hợp đất có độ ẩm cao khi khai thác, cần hong khô để giảm độ
ẩm, thì vôi bột được trộn rồi hong khô. Chính qua các lần đảo đất trong quá trình hong
khô mà vôi bột được trộn đều hơn.
Phương pháp xử lý này có ưu điểm là thi công không phức tạp, chất lượng xử lý
cao, hoàn toàn khống chế và thay đổi được nồng độ các iôn Can xi trong đất đắp. Tuy vậy

72


Bài giảng chuyên đề sau đại học

do giá thành của vật liệu mà việc áp dụng của phương pháp này nên dùng ở các kết cấu
quan trọng, nơi mà dòng thấm dễ có thể phát triển không bình thường so các kết cấu khác
trong thân đập.
3. 3.1.2. Phương pháp gia tải chất giầu can- xi tại mái thượng lưu
Ngoài việc trộn bột vôi vào trong đất, phương pháp thứ hai đề nghị dùng tại khu
vực miền Trung là có thể sử dụng vật liệu giầu tính vôi. Vật liệu này được đặt vào phần
phía thượng lưu đập. Điều này có thể thực hiện được khi ta tận dụng vật liệu là đá vôi
(khu vực có đá vôi) lấy từ đào móng công trình như móng tràn, cống, đắp vào phần khối
thượng lưu của mặt cắt ngang đập. Như vậy, khối thượng lưu vừa là lớp gia tải bảo vệ
vừa làm nhiệm vụ gia tăng chất Can xi cho đất.
Phương pháp này được áp dụng có hiệu quả khi đá nổ phá từ đào móng công trình
là đá vôi hoặc vật liệu lấy từ nguồn đá vôi. Nếu đá có hàm lượng đá vôi thấp nhưng hàm
lượng chất sắt (Fe) hoặc nhôm (Al) cao thì việc sử dụng chúng vào thân đập cũng cho

hiệu quả, nhưng ở mức thấp.
3.3.1.3. Dùng đá mạt từ mỏ khai thác đá giầu can xi thay cho lớp đệm dưới lớp bảo vệ
mái thượng lưu
Lợi dụng chiều chuyển động của dòng thấm trong thân đập, ta có thể sử dụng vật
liệu đá mạt từ mỏ khai thác đá giầu chất can xi thay cho lớp đệm sau lớp lọc của hệ thống
vật liệu lớp lọc dưới lớp bảo vệ mái thượng. Các phần tử mang iôn Ca ++ sẽ theo dòng
thấm bổ xung vào môi trường đất trong thân đập.
3.3.2. Biện pháp thi công hạn chế tính trương nở của đất

Biện pháp đơn giản chống trương nở của đất là trộn thêm thành phần hạt thô vào đất
trong khi đầm nện. Việc làm này có nhiều ưu điểm: Một là sẽ giảm tính trương nở, hai là
giảm tính co ngót của đất, ba là tăng ổn định khi chỉ tiêu cơ lý của đất tăng lên và bốn là
trong nhiều trường hợp hệ thấm giảm xuống.
Từ kết quả thí nghiệm cho thấy nếu gia tăng hàm lượng hạt thô vào thành phần của
đất, độ trương nở giảm xuống. Nhưng nếu gia tăng quá nhiều thì hệ số thấm thay đổi, ảnh
hưởng đến điều kiện chống thấm. Theo kết quả nghiên cứu đối với đất không có yêu cầu
chống thấm và có hệ số trương nở mạnh thì tổng hàm lượng hạt thô giữ ở mức 70% -80%

73