Ảnh hưởng của việc lọc muối tới đặc trưng cơ lý của đất nhiễm mặn và ứng dụng để tính toán sức chịu tải của cọc ở cần giờ tp hồ chí minh
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (12.68 MB, 147 trang )
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
HUỲNH TẤN PHÁT
ẢNH HƯỞNG CỦA VIỆC LỌC MUỐI TỚI ĐẶC TRƯNG CƠ
LÝ CỦA ĐẤT NHIỄM MẶN VÀ ỨNG DỤNG ĐỂ TÍNH TỐN
SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC Ở CẦN GIỜ TP.HCM
Chuyên ngành : ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG
Mã số ngành : 60.58.60
LUẬN VĂN THẠC SĨ
TP.HỒ CHÍ MINH, tháng 11 năm 2012
CƠNG TRÌNH ĐƯỢC THỰC HIỆN TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS. ĐỖ THANH HẢI
........................
Cán bộ chấm nhận xét 1 : GS.TS. TRẦN THỊ THANH .......................
Cán bộ chấm nhận xét 2 : TS. ĐINH HOÀNG NAM
.........................
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG
Tp. HCM ngày 09 tháng 01 năm 2012.
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1. PGS.TS. CHÂU NGỌC ẨN
2. GS.TS. TRẦN THỊ THANH
3. TS. ĐINH HOÀNG NAM
4. TS. NGUYỄN NGỌC PHÚC
5. TS. ĐỖ THANH HẢI
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý
chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG
PGS.TS. CHÂU NGỌC ẨN
TRƯỞNG KHOA QL CHUYÊN NGÀNH
TRƯỜNG ĐH BÁCH KHOA TP.HCM
KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG
----------------
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM
Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc
---oOo--Tp. HCM, ngày 30 tháng 11 năm 2012
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên: HUỲNH TẤN PHÁT
Giới tính : Nam
Ngày sinh
: 08/08/1987
Nơi sinh : Đồng Nai
Chuyên ngành
: Địa Kỹ thuật Xây dựng
MSHV : 11090320
Khoá
: 2011
1- TÊN ĐỀ TÀI:
” Ảnh hưởng của việc lọc muối tới đặc trưng cơ lý của đất nhiễm mặn và ứng dụng
để tính tốn sức chịu tải của cọc ở Cần Giờ, Thành phố Hồ Chí Minh”
2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:
Mở đầu
Chương 1. Tổng quan về khu vực đất nhiễm mặn ở Cần Giờ và tình hình nghiên cứu
về đất nhiễm mặn trên thế giới và trong nước.
Chương 2. Cơ sở lý thuyết về độ mặn của đất, các phương pháp thí nghiệm trong
phịng và ngồi hiện trường.
Chương 3. Tiến hành thí nghiệm ngồi hiện trường và các thí nghiệm trong phịng,
chế tạo thiết bị lọc muối.
Chương 4. Kết quả thí nghiệm ngồi hiện trường và các thí nghiệm trong phịng.
Chương 5. Ứng dụng tính tốn sức chịu tải của cọc ở Cần Giờ-TP.HCM.
Kết luận, kiến nghị.
3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 02/07/2012
4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 30/11/2012
5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS. ĐỖ THANH HẢI
Nội dung và đề cương Luận văn Thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua.
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
CHỦ NHIỆM BỘ MÔN
QL CHUYÊN NGÀNH
TS. ĐỖ THANH HẢI
PGS.TS. VÕ PHÁN
KHOA QL CHUYÊN NGÀNH
LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến Thầy TS Đỗ Thanh
Hải, vì Thầy đã ln tận tình chỉ dẫn, giúp đỡ, động viên và truyền đạt cho em
nhiều kiến thức quan trọng và quý báu, làm nền tảng cho việc học tập, nghiên cứu
về sau.
Em xin chân thành cảm ơn Q Thầy Cơ trong bộ mơn Địa Cơ Nền Móng đã
nhiệt tình dạy bảo chúng em trong thời gian qua. Nhân đây, em xin gửi lời biết ơn
đến Thầy Võ Phán và Cô Ngọc đã rất quan tâm giúp đỡ, tạo mọi điều kiện tốt nhất
cho em thực hiện luận văn này. Em cảm ơn Thầy Vinh và Thầy Nghĩa đã cho em
những góp ý, nhận xét quan trọng về đề cương luận văn của mình.
Và em cũng xin chân thành cảm ơn Q Thầy Cơ trong bộ mơn Hình Họa- Vẽ
Kỹ Thuật đã luôn hỗ trợ cho việc giảng dạy của em. Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc
nhất đến Cô Huyền vì Cơ đã tận tình dạy bảo, khích lệ và động viên em rất nhiều.
Em xin cảm ơn gia đình và các bạn bè thân hữu đã giúp đỡ em trong thời
gian vừa qua.
Lời sau cùng, em muốn nói rằng: “ Luận văn thạc sĩ này là món quà ý nghĩa
nhất con xin kính tặng mẹ. Con chúc mẹ ln có thật nhiều sức khỏe để sống vui,
sống trẻ và mãi ln ở bên các con, các cháu”.
Tp.Hồ Chí Minh, Ngày 30 tháng 11 năm 2012.
i
TÓM TẮT LUẬN VĂN
ĐỀ TÀI:
ẢNH HƯỞNG CỦA VIỆC LỌC MUỐI ĐẾN ĐẾN ĐẶC TRƯNG CƠ
LÝ CỦA ĐẤT NHIỄM MẶN VÀ ỨNG DỤNG ĐỂ TÍNH TỐN SỨC CHỊU
TẢI CỦA CỌC Ở CẦN GIỜ, TP.HCM
TÓM TẮT:
Ảnh hưởng của việc lọc muối đến các đặc trưng vật lý và cơ học của đất sét
nhiễm mặn đã được biết đến rộng rãi. Theo nhiều nghiên cứu trên thế giới, khi hàm
lượng muối trong đất giảm sẽ làm thay đổi đặc trưng cơ lý của đất so với ban đầu.
Luận văn này khảo sát ảnh hưởng của việc lọc muối đến đặc trưng cơ lý của
đất nhiễm mặn vùng Cần Giờ, Thành Phố Hồ Chí Minh. Việc đo độ mặn phân bố
theo độ sâu được tiến hành trong phịng thí nghiệm theo phương pháp “chiết suất
đất – nước”.
Các độ sâu có chứa hàm lượng muối cao được tiến hành khảo sát các tính
chất vật lý và cơ học của mẫu tự nhiên và mẫu sau khi lọc muối. Các mẫu thí
nghiệm được so sánh trong cùng điều kiện chỉ khác về hàm lượng muối trong đất.
Kết quả thí nghiệm cho thấy tính chất cơ lý của đất ở Cần Giờ thay đổi khá phức tạp
khi hàm lượng muối trong đất giảm sau khi lọc. Độ ẩm của mẫu sau lọc chỉ tăng ít
nhưng giới hạn nhão (WL) và giới hạn dẻo (WP) lại giảm nhiều, kéo theo sự giảm rõ
rệt chỉ số dẻo (IP) và làm tăng chỉ số nhão (IL).
Đất sau khi lọc muối có sức chống cắt thấp hơn hẳn đất nhiễm mặn tự nhiên
thông qua sự giảm 2 thông số quan trọng là lực dính c và góc ma sát trong φ. Trong
đó, φ giảm khơng đáng kể, nhưng lực dính c giảm từ 40% đến 50% so với mẫu ban
đầu. Hơn nữa, tính nén lún tăng khi đất nhiễm mặn vùng Cần Giờ bị lọc muối từ
hàm lượng muối 7.5g/l xuống còn 1g/l sau 21 ngày.
Cuối cùng, việc ứng dụng phần mềm Plaxis 3D Foundation để phân tích ổn
định và biến dạng của móng cọc trong q trình thi cơng sẽ giúp các kỹ sư thiết kế
có phương án hợp lý. Kết quả cho thấy sức chịu tải của cọc giảm khoảng 7% và làm
tăng độ lún lên khoảng 6.5% khi so sánh đất tự nhiên với đất đã bị lọc muối.
ii
SUMMARY OF THESIS
TITLE:
EFFECT OF LEACHING ON GEOTECHNICAL PROPERTIES OF
SALT-RICH SOIL AND APPLYING FOR DERTEMINATION OF PILE
BEARING CAPACITY IN CAN GIO- HO CHI MINH CITY
ABSTRACT:
Effect of leaching on the physical characteristics and mechanical properties
of the deposit marine clay has been widely known. According to several studies in
the world, the geotechnical properties will change if the salt content in soil
decreases. This thesis focuses on the effect of leaching on geotechnical properties of
salt-rich soil in Can Gio, Ho Chi Minh City. The measurement of salinity
distribution with depth was conducted in the laboratory by the method of
"extracting soil - water".
Samples in the depth of high salt content have investigated the physical and
mechanical properties between natural clay and leached clay. The samples were
compared with the same conditions except salinity. The experimental results
showed that the geotechnical properties of soil in Can Gio changed after leaching.
Water content values increased small while liquid limit (WL) and plastic limit (WP)
decreased deeply, then plastic index (IP) and liquid index also clearly decreased.
Leached clay had a lower shear strength, showed in two parameters as
cohesion (c) and internal friction angle (φ). Cohesion value of leached soil
decreased in range of 40 to 50% while internal friction angle had a little decrease.
Furthermore, the compressibility increased when the Can Gio marine clay was
leached concentration 7.5 g / l down to 1 g / l after 21 days.
Lastly, application Plaxis 3D Foundation for analysis the deformation and
settlement of piles group in all the steps will help the designers have suitable
methods. It is showed that, ultimate bearing capacity and foundation settlement
decreased about 7% and 6.5%, respectively, in comparison between natural and
leached soil.
iii
DANH MỤC CÁC BẢNG
Chương 1
Bảng 1.1. Sự thay đổi đặc trưng cơ lý của mẫu đã lọc và mẫu không lọc. .................. 7
Bảng 1.2. Bảng tổng kết đặc trưng nén lún của mẫu trước và sau lọc. ........................ 8
Bảng 1.3. Sự thay đổi đặc trưng cơ lý của đất bị rửa mặn đã được nghiên cứu. ......... 11
Bảng 1.4. Bảng tổng kết đặc trưng nén lún của mẫu trước và sau lọc. ........................ 15
Chương 2
Bảng 2.1. Tên đất và trạng thái của đất theo TCXD 45-78. ......................................... 16
Bảng 2.2. Tên các loại bùn theo TCXD 45-78. ............................................................ 17
Bảng 2.3. Phân loại đất theo ASTM D2487. ................................................................ 17
Bảng 2.4. Phân loại đất nhiễm mặn theo dạng muối trong đất..................................... 19
Bảng 2.5. Phân loại đất nhiễm mặn theo mức độ nhiễm muối..................................... 19
Bảng 2.6. Thời gian lọc muối của một số nghiên cứu trên thế giới. ............................ 22
Bảng 2.7. Các tiêu chuẩn thí nghiệm. ........................................................................... 25
Bảng 2.8. Đánh giá thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT................................................. 28
Bảng 2.9. Đánh giá thí nghiệm xuyên tĩnh CPT. ......................................................... 30
Chương 3
Chương 4
Bảng 4.1. Kết quả đo độ mặn ban đầu. ......................................................................... 60
Bảng 4.2. Kết quả phân tích thành phần hóa của mẫu đất tự nhiên. ............................ 61
Bảng 4.3.Kết quả lọc muối theo mơ hình lọc thứ hai. .................................................. 61
Bảng 4.4. So sánh thời gian lọc muối của tác giả với một số nghiên cứu
trên thế giới. .................................................................................................................. 63
iv
Bảng 4.5. Kết quả lọc muối theo mơ hình lọc thứ ba. .................................................. 65
Bảng 4.6. Kết quả xác định độ ẩm W trước và sau khi lọc. ......................................... 66
Bảng 4.7. Kết quả xác định giới hạn nhão WL trước và sau khi lọc. ........................... 67
Bảng 4.8. Kết quả xác định giới hạn dẻo Wp trước và sau khi lọc. .............................. 67
Bảng 4.9. Kết quả tổng hợp W, WL , WP , IP , IL trước và sau khi lọc. ........................ 68
Bảng 4.10. So sánh kết quả thí nghiệm đạt được với nghiên cứu của Bjerrum. .......... 69
Bảng 4.11. Kết quả xác định dung trọng riêng γW trước và sau khi lọc. ...................... 71
Bảng 4.12. Kết quả tổng hợp dung trọng riêng γW, dung trọng riêng khô γk. .............. 71
Bảng 4.13. Kết quả thí nghiệm cắt trực tiếp mẫu -16m và -18m. ................................ 73
Bảng 4.14. Kết quả tổng hợp thí nghiệm cắt trực tiếp mẫu -16m và -18m. ................. 73
Bảng 4.15. So sánh kết quả với nghiên cứu của Bjerrum [1] và Ismale [3]. ............... 74
Bảng 4.16. Kết quả thí nghiệm nén ba trục mẫu -17m. ................................................ 75
Bảng 4.17. Kết quả tổng hợp thí nghiệm nén cố kết mẫu -16m và -18m. ................... 77
Bảng 4.18. So sánh kết quả thí nghiệm nén cố kết với các nghiên cứu trước đó. ........ 77
Chương 5
Bảng 5.1. Bảng tính tốn sức chịu tải của cọc trong hai điều kiện tự nhiên
và đã lọc. ....................................................................................................................... 86
Bảng 5.2. Bảng so sánh kết quả tính tốn sức chịu tải cực hạn của cọc
trong hai điều kiện đất tự nhiên và đất đã lọc............................................................... 90
v
DANH MỤC CÁC HÌNH
Chương 1
Hình 1.1. Vị trí khu vực khảo sát. .............................................................................. 4
Hình 1.2. Mặt cắt địa chất khu vực Cần Thạnh, Huyện Cần Giờ. ............................. 5
Hình 1.3. Sự thay đổi của độ ẩm W, WL và WP theo nồng độ muối. ........................ 6
Hình 1.4. Sự thay đổi tỉ số (c/p) hay (Su/p) theo chỉ số dẻo IP. .................................. 6
Hình 1.5. Mơ hình - thiết bị lọc mẫu. ......................................................................... 7
Hình 1.6. Đồ thị đường cong nén lún e – logp cho mẫu trước và sau lọc. ................. 8
Hình 1.7. Kết quả thí nghiệm nén 3 trục mẫu tự nhiên và mẫu lọc. ........................... 8
Hình 1.8. Kết quả thí nghiệm đất sét trầm tích mẫu tự nhiên và mẫu đã lọc. ............ 9
Hình 1.9. Quan hệ giữa độ nhạy và hàm lượng muối trong đất sét biển NaUy. ........ 9
Hình 1.10. Mặt cắt và thí nghiệm đo pH và hàm lượng muối tại hiện trường tại khu
vực Hawjeon .............................................................................................................. 10
Hình 1.11. Khảo sát sự biến thiên của hệ số rỗng trước và sau khi lọc. .................... 10
Hình 1.12. Thiết bị lọc tự chế trong đề tài nghiên cứu. .............................................. 14
Chương 2
Hình 2.1. Thiết bị đo độ mặn CPC-401. ..................................................................... 20
Hình 2.2. Các bước thực hiện đo độ mặn của đất. ..................................................... 21
Hình 2.3. Ảnh hưởng của việc lọc muối đến cấu trúc của đất sét nguyên dạng vùng
biển. ....................................................................................................................... 22
Hình 2.4. Sơ đồ thí nghiệm lọc muối trên thiết bị nén cố kết thơng thường. ............. 23
Hình 2.5. Sơ đồ quá trình lọc và lắp ráp thiết bị nén .................................................. 24
Hình 2.6. Các trạng thái của đất theo độ ẩm. ............................................................. 26
vi
Hình 2.7. Các bước tiến hành thí nghiệm xun tiêu chuẩn ...................................... 28
Hình 2.8. Thí nghiệm xun tĩnh hiện trường. ........................................................... 29
Chương 3
Hình 3.1. Sơ đồ lấy mẫu và đóng SPT ngồi hiện trường. ......................................... 32
Hình 3.2. Khoan khảo sát lấy mẫu thí nghiệm và đóng SPT. .................................... 32
Hình 3.3. Mẫu thí nghiệm lấy ngồi hiện trường được ký hiệu và bảo quản cẩn thận
trong phịng thí nghiệm. ............................................................................................. 33
Hình 3.4.Thí nghiệm xun tĩnh CPT ngồi hiện trường........................................... 34
Hình 3.5. Các ống mẫu được lựa chọn ở 11 độ sâu tương ứng. ................................. 34
Hình 3.6. Thí nghiệm đo hàm lượng muối trong phòng theo phương pháp chiết suất
đất-nước tỷ lệ 1:5 về khối lượng. ............................................................................... 35
Hình 3.7. Các mẫu được ký hiệu và bọc bao ni long cẩn thận để tránh thốt ẩm. ..... 35
Hình 3.8. Đo hàm lượng muối ban đầu trong đất (ISS) ở các độ sâu tương ứng. ...... 36
Hình 3.9. Mơ hình lọc muối thứ nhất. ........................................................................ 37
Hình 3.10. Thiết bị lọc tự chế theo mơ hình lọc muối thứ nhất. ................................ 38
Hình 3.11. Vết nứt xuất hiện trên thau lọc và biện pháp khắc phục tạm thời. ........... 38
Hình 3.12. Mơ hình lọc muối thứ hai. ........................................................................ 39
Hình 3.13. Thiết bị lọc tự chế theo mơ hình lọc muối thứ hai. .................................. 40
Hình 3.14. Mơ hình lọc muối thứ ba. ......................................................................... 41
Hình 3.15. Thiết bị lọc tự chế theo mơ hình lọc muối thứ ba. ................................... 42
Hình 3.16. Mẫu đất sau khi đã lọc xong được lấy ra khỏi ống nhựa. ........................ 43
Hình 3.17. Mơ hình và thiết bị Casagrande. ............................................................... 45
vii
Hình 3.18. Đất trong đĩa khép lại một đoạn dài 12.7mm (1/2 inch). ......................... 46
Hình 3.19. Phân loại đất và trạng thái theo ASTM tra giản đồ Casagrande .............. 47
Hình 3.20. Thí nghiệm cắt trực tiếp. .......................................................................... 50
Hình 3.21. Thí nghiệm nén ba trục theo sơ đồ U-U. .................................................. 53
Hình 3.22. Thí nghiệm nén cố kết. ............................................................................. 55
Hình 3.23. Xác định PC theo phương pháp 1. ............................................................. 57
Hình 3.24. Xác định PC theo phương pháp 2. ............................................................. 58
Chương 4
Hình 4.1. Đo hàm lượng muối ban đầu trong đất (ISS) ở các độ sâu
tương ứng. ................................................................................................................... 60
Hình 4.2. Biểu đồ thay đổi độ mặn theo thời gian trong quá trình lọc muối. ............ 62
Hình 4.3. Thí nghiệm kiểm chứng lại kết quả quá trình lọc muối. ............................ 64
Hình 4.4. Biểu đồ thay đổi độ mặn trong q trình lọc muối (mơ hình ba). .............. 65
Hình 4.5. Biểu đồ quan hệ độ ẩm W - logN để xác định giới hạn
nhão (chảy) WL. .......................................................................................................... 67
Hình 4.6. Biểu đồ thay đổi độ ẩm, giới hạn nhão WL và giới hạn dẻo WP
khi hàm lượng muối thay đổi. ................................................................................... 70
Hình 4.7. Biểu đồ thay đổi chỉ số dẻo IP và chỉ số nhão IL khi hàm lượng muối thay
đổi.
....................................................................................................................... 70
Hình 4.8. Biểu đồ thay đổi trọng lượng riêng γ và trọng lượng riêng khô γk khi hàm
lượng muối thay đổi.................................................................................................... 72
Hình 4.9. Biểu đồ quan hệ ứng suất cắt τ – áp lực nén σ
viii
cho mẫu -16m và -18m. .............................................................................................. 73
Hình 4.10. Biểu đồ thay đổi lực dính c và góc ma sát trong υ khi hàm lượng muối thay
đổi.
....................................................................................................................... 74
Hình 4.11. Biểu đồ quan hệ ứng suất cắt và ứng suất chính
cho mẫu -17m. ........................................................................................................... 75
Hình 4.12. Biểu đồ quan hệ e-logp cho mẫu -16m và -18m. ..................................... 77
Hình 4.13. Biểu đồ thay đổi a1-2 , E1-2 ,e0 , PC , CC và CS theo hàm lượng muối. ...... 79
Hình 4.14. Cấu trúc của mẫu đất tự nhiên và sau khi lọc
thể hiện qua chụp SEM............................................................................................... 80
Chương 5
Hình 5.1. Mặt cắt địa chất sử dụng trong bài tốn móng cọc. .................................... 82
Hình 5.2. Mơ hình Plaxis 3D Foundation cọc đơn chịu tải trọng tác dụng. ............... 88
Hình 5.3. Kết quả chạy mơ hình khi đất chưa bị lọc muối. ........................................ 89
Hình 5.4. Kết quả chạy mơ hình khi đất đã bị lọc muối. ............................................ 89
Hình 5.5. Mơ hình Plaxis 3D Foundation móng 4 cọc. .............................................. 91
Hình 5.6. Độ lún của móng cọc trên nền đất trước và sau khi bị lọc muối. ............... 91
ix
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
:
Lực dính khơng thốt nước
cu
(kPa)
cUU
(kPa) :
CR
(N/div) :
Hệ số vịng lực thí nghiệm nén ba trục
Cv
(cm2/s) :
Hệ số cố kết
Lực dính khơng cố kết- khơng thốt nước
CPT
:
Thí nghiệm xun tĩnh
CRS
:
Thiết bị nén có tốc độ nén không đổi
e
:
Hệ số rỗng của đất
EC
(dS/m) :
Độ dẫn điện
Eo
(kPa)
:
Mô đun biến dạng của đất
fs
(kPa)
:
Lực ma sát đơn vị
F
(m2)
:
Diện tích tiết diện ngang cọc
:
Hệ số an tồn của sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cường
FSs, FSp
độ FSs = 1.52, FSp = 3
Tỉ trọng hạt
Gs ()
:
IL (B)
(%) :
Chỉ số nhão (độ sệt)
IP (PI)
(%) :
Chỉ số dẻo
ISS
(g/lít) :
Hàm lượng muối ban đầu trong đất
:
Hệ số áp lực hông
:
Chiều dài cọc trong phần đất rời và đất dính
N
:
Chỉ số xuyên tiêu chuẩn
Nc , Nq
:
Hệ số sức chịu tải
OCR
:
Tỉ số ứng suất tiền cố kết
Ko
Ls , Lc
(m)
P
(kPa)
:
Áp lực nén
qc
(kPa)
:
Sức kháng mũi
Qa
(kN)
:
Sức chịu tải cho phép của cọc
Qu (Pgh) (kN)
:
Sức chịu tải cực hạn của cọc
QVL
(kN)
:
Sức chịu tải của cọc theo vật liệu
R
(kPa)
:
Cường độ của đất nền
SPT
:
Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn
SEM
:
Chụp cấu trúc qua kính hiển vi điện tử quét
x
U
(m)
:
Chu vi tiết diện ngang cọc
W
(%)
:
Độ ẩm của đất
WL (LL) (%)
:
Giới hạn nhão
WP (LP) (%)
:
Giới hạn dẻo
(kN/m3) :
Dung trọng đẩy nổi
d (k)(kN/m3) :
Dung trọng khô
w
Dung trọng tự nhiên
(kN/m3) :
v
(kPa)
:
Áp lực có hiệu theo phương thẳng đứng
v
(kPa)
:
Ứng suất tổng theo phương thẳng đứng tại mũi cơn
(kPa)
:
Ứng suất cắt
(độ)
:
Góc ma sát khơng cố kết- khơng thốt nước
UU
xi
MỤC LỤC
Mục lục
MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1
Chƣơng 1. TỔNG QUAN VỀ KHU VỰC ĐẤT NHIỄM MẶN Ở CẦN GIỜ VÀ
TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VỀ ĐẤT NHIỄM MẶN TRÊN THẾ GIỚI VÀ TRONG
NƢỚC ..............................................................................................................................4
1.1. TỔNG QUAN VỀ KHU VỰC ĐẤT NHIỄM MẶN Ở CẦN GIỜ ........................4
1.1.1. Đặc điểm chung của vùng đất ngập mặn ở Huyện Cần Giờ ............................ 4
1.1.2. Vị trí và địa chất khu vực khảo sát .................................................................. 4
1.2. TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ĐẤT NHIỄM MẶN TRÊN THẾ
GIỚI VÀ TRONG NƢỚC............................................................................................... 5
1.2.1.Trên thế giới .......................................................................................................5
1.2.2.Trong nƣớc ....................................................................................................... 12
Chƣơng 2. CƠ SỞ LÝ THUYỂT VỀ ĐỘ MẶN CỦA ĐẤT, CÁC PHƢƠNG PHÁP
THÍ NGHIỆM TRONG PHỊNG VÀ NGỒI HIỆN TRƢỜNG ................................. 16
2.1. CƠ SỞ CHỌN LOẠI ĐẤT ĐỂ TIẾN HÀNH KHẢO SÁT ẢNH HƢỞNG CỦA
HÀM LƢỢNG MUỐI ĐẾN CÁC ĐẶC TRƢNG CƠ LÝ ........................................... 16
2.1.1. Cơ sở chọn loại đất để tiến hành thí nghiệm.................................................. 16
2.1.2. Cơ sở phân loại trạng thái và tên đất theo TCVN và ASTM ......................... 16
2.2. KHÁI NIỆM ĐỘ MẶN, PHÂN LOẠI ĐẤT NHIỄM MẶN, THIẾT BỊ ĐO ĐỘ
MẶN TRONG PHỊNG THÍ NGHIỆM VÀ MƠ HÌNH LỌC MUỐI .........................17
2.2.1. Khái niệm độ mặn ..........................................................................................17
2.2.2. Phân loại đất nhiễm mặn ................................................................................18
xii
2.1.2.1. Phân loại theo dạng muối trong đất .........................................................18
2.1.2.2. Phân loại theo mức độ nhiễm muối .........................................................19
2.2.3. Cơ sở chọn phƣơng pháp và thiết bị đo độ mặn ............................................19
2.2.4. Mô hình và quy trình lọc muối ......................................................................21
2.3. CÁC PHƢƠNG PHÁP VÀ THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM TRONG PHỊNG DÙNG
ĐỂ XÁC ĐỊNH CÁC CHỈ TIÊU VẬT LÝ VÀ CƠ HỌC CỦA ĐẤT ......................... 25
2.3.1. Thí nghiệm nhão dẻo bằng chỏm cầu Casagrande .......................................25
2.3.2. Thí nghiệm cắt trực tiếp ................................................................................26
2.3.3. Thí nghiệm nén ba trục .................................................................................27
2.3.4. Thí nghiệm nén cố kết ..................................................................................27
2.4. CÁC PHƢƠNG PHÁP VÀ THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM HIỆN TRƢỜNG ĐỂ XÁC
ĐỊNH CÁC CHỈ TIÊU CƠ LÝ CỦA ĐẤT .................................................................. 28
2.4.1. Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (Standard Penetration Test) SPT ....................28
2.4.2. Thí nghiệm xuyên tĩnh (Cone Penetration Test) CPT ...................................29
Chƣơng 3. TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM NGỒI HIỆN TRƢỜNG VÀ CÁC THÍ
NGHIỆM TRONG PHỊNG, CHẾ TẠO THIẾT BỊ LỌC MUỐI ................................31
3.1. THÍ NGHIỆM NGỒI HIỆN TRƢỜNG ..............................................................31
3.1.1. Khoan khảo sát, thí nghiệm xuyên động (SPT) và lấy mẫu thí nghiệm tại Cần
Thạnh, Huyện Cần Giờ, Thành phố Hồ Chí Minh. .......................................................31
3.1.2. Thí nghiệm xun tĩnh CPT ............................................................................33
3.2. THÍ NGHIỆM TRONG PHỊNG ...........................................................................34
3.2.1. Thí nghiệm xác định hàm lƣợng muối ban đầu (ISS) và tiến hành lọc mẫu. .34
3.2.1.1. Thí nghiệm xác định hàm lƣợng muối ban đầu (ISS) .............................34
xiii
3.2.1.2. Tiến hành lọc mẫu ....................................................................................36
3.2.2. Ảnh hƣởng của việc lọc muối đến đặc trƣng vật lý của đất nhiễm mặn vùng
Cần Thạnh, Cần Giờ - Thành phố Hồ Chí Minh. ..........................................................43
3.2.2.1. Thí nghiệm xác định độ ẩm (W), giới hạn dẻo Wp và giới hạn nhão WL
của đất nhiễm mặn tự nhiên và sau khi lọc muối ..........................................................44
3.2.2.2. Thí nghiệm xác định trọng lƣợng riêng (γ) của đất nhiễm mặn tự nhiên
và sau khi lọc muối ........................................................................................................48
3.2.3. Ảnh hƣởng của việc lọc muối đến đặc trƣng cơ học của đất nhiễm mặn vùng
Cần Thạnh, Cần Giờ - Thành phố Hồ Chí Minh. ..........................................................48
3.2.3.1. Ảnh hƣởng của việc lọc muối đến đặc trƣng sức chống cắt của đất nhiễm
mặn vùng Cần Thạnh, Cần Giờ - Thành phố Hồ Chí Minh ..........................................48
3.2.3.2. Ảnh hƣởng của việc lọc muối đến đặc trƣng nén lún của đất nhiễm mặn
vùng Cần Thạnh, Cần Giờ - Thành phố Hồ Chí Minh ................................................. 54
3.3. CHỤP CẤU TRÚC MẪU THÍ NGHIỆM QUA KÍNH HIỂN VI ĐIỆN TỬ QT
(SEM) ........................................................................................................................... 58
Chƣơng 4. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM NGỒI HIỆN TRƢỜNG VÀ CÁC THÍ
NGHIỆM TRONG PHỊNG......................................................................................... 59
4.1. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM NGỒI HIỆN TRƢỜNG ............................................ 59
4.2. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM TRONG PHỊNG ....................................................... 59
4.2.1. Kết quả thí nghiệm xác định hàm lƣợng muối ban đầu (ISS) và lọc mẫu. ... 59
4.2.1.1. Kết quả thí nghiệm xác định hàm lƣợng muối ban đầu (ISS) ................ 59
4.2.1.2. Kết quả lọc mẫu ...................................................................................... 62
xiv
4.2.2. Kết quả thí nghiệm ảnh hƣởng của việc lọc muối đến đặc trƣng vật lý của
đất nhiễm mặn vùng Cần Thạnh, Cần Giờ - Thành phố Hồ Chí Minh ....................... 66
4.2.2.1. Kết quả thí nghiệm xác định độ ẩm (W), giới hạn dẻo Wp và giới hạn
nhão WL của đất nhiễm mặn tự nhiên và sau khi lọc muối .......................................... 66
4.2.2.2. Kết quả thí nghiệm xác định trọng lƣợng riêng (γ) của đất nhiễm mặn tự
nhiên và sau khi lọc muối ............................................................................................. 71
4.2.3. Kết quả thí nghiệm ảnh hƣởng của việc lọc muối đến đặc trƣng cơ học của
đất nhiễm mặn vùng Cần Thạnh, Cần Giờ - Thành phố Hồ Chí Minh ........................ 72
4.2.3.1. Kết quả thí nghiệm ảnh hƣởng của việc lọc muối đến đặc trƣng sức
chống cắt của đất nhiễm mặn vùng Cần Thạnh, Cần Giờ - Thành phố Hồ Chí Minh. 72
4.2.3.2. Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của việc lọc muối đến đặc trƣng nén lún của
đất nhiễm mặn vùng Cần Thạnh, Cần Giờ - Thành phố Hồ Chí Minh ........................ 76
4.3. KẾT QUẢ CHỤP CẤU TRÚC MẪU THÍ NGHIỆM QUA KÍNH HIỂN VI ĐIỆN
TỬ QT (SEM) ......................................................................................................... 79
Chƣơng 5. ỨNG DỤNG TÍNH TỐN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC Ở CẦN GIỜ .... 81
5.1. ỨNG DỤNG SỰ THAY ĐỔI HÀM LƢỢNG MUỐI CỦA ĐẤT NHIỄM MẶN Ở
CẦN GIỜ TRONG TÍNH TỐN SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC .................................. 81
5.1.1. Xét bài tốn móng cọc tại khu vực khảo sát ................................................ 81
5.1.2. Lập bảng Excel với các mơđun khác nhau về cạnh (đƣờng kính) cọc thƣờng
sử dụng trong vùng Cần Giờ. ....................................................................................... 85
5.2. DÙNG PHẦN MỀM PLAXIS 3D FOUNDATION ĐỂ ĐÁNH GIÁ SỰ THAY
ĐỔI CÁC ĐẶC TRƢNG CƠ LÝ CỦA ĐẤT NHIỄM MẶN TRONG TÍNH TỐN
SỨC CHỊU TẢI CỦA CỌC ......................................................................................... 88
xv
5.2.1. Phân tích sức chịu tải cực hạn của cọc đơn ................................................. 88
5.2.2. Phân tích ổn định cho bài tốn móng cọc. ................................................... 90
KẾT LUẬN ............................................................................................................ 93
KIẾN NGHỊ ........................................................................................................... 94
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................95
1
MỞ ĐẦU
Theo nhiều nghiên cứu trên thế giới, khi hàm lượng muối trong đất giảm đi do
các hiện tượng lọc tự nhiên như thấm nước mư d ng h mực nước ngầm
vv
uất
hiện d ng thấm đi uyên qu các tầng lớp đất dẫn tới việc đất nhiễm mặn bị lọc tự
nhiên sẽ làm th y đ i đặc trưng c l c
đất so với b n đầu kéo theo sức chịu tải c
nền đất c ng sẽ giảm đi rất nh nh Từ đó, g y nên những ảnh hưởng khơng nhỏ đến sự
n định c
cơng trình
y dựng ở các khu vực đất nhiễm mặn này
Và các vùng đất ở khu vực Huyện Cần Giờ Thành Phố Hồ Chí Minh đã và
đ ng ngày càng bị
m nhập mặn nhiều h n trên cả lớp đất mặt và các lớp đất ở dưới
Vì thế cần phải tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng c
c
độ mặn đến các đặc trưng c l
nền đất nhiễm mặn trước và s u khi lọc muối đ kịp thời b sung đóng góp cho
việc thiết kế m ng tính n tồn và đúng đắn h n c
các cơng trình
Đặc biệt việc ác định độ mặn và các ảnh hưởng c
trưng c l c
y dựng t i đ y
việc lọc muối đến đặc
đất nhiễm mặn vẫn chư được nghiên cứu kỹ trước đó ở Việt N m mà
trên Thế giới thì đã có rất nhiều bài báo kho học về đề tài này Vì vậy, vấn đề nghiên
cứu ảnh hưởng c
việc lọc muối đến sự th y đ i tính chất c
đất phí dưới cơng
trình là u cầu cần thiết đáng được qu n t m hiện nay. Đó c ng chính là l do tác giả
chọn đề tài: “Ảnh hưởng của việc lọc muối tới đặc trưng cơ lý của đất nhiễm mặn
và ứng dụng để tính toán sức chịu tải của cọc ở Cần Giờ, Thành phố Hồ Chí
Minh”.
Với mục tiêu nghiên cứu là khảo sát độ mặn ph n bố theo độ s u và ảnh hưởng
c
nó đến các đặc trưng c l c
đất nhiễm mặn qu việc bị lọc muối trong tự nhiên.
Từ đó kiến nghị việc em ét ảnh hưởng độ mặn trong việc tính tốn thiết kế các
phư ng án sử dụng cọc bêtông chịu lực cọc kho n nhồi, … cho các cơng trình xây
dựng t i khu vực Cần Giờ nói riêng và các khu vực đất nhiễm mặn ven bi n Việt N m
nói chung.
Đ hồn thành được tính cấp thiết c
nhiệm vụ nghiên cứu c
đề tài tác giả ác định được mục đích và
luận văn này gồm những nội dung chính s u đ y:
1. T ng hợp tài liệu báo cáo nghiên cứu kho học trong và ngoài nước về đề tài đất
2
nhiễm mặn c ng như ảnh hưởng c
độ mặn đến các chỉ tiêu c l c
đất
2. Kho n khảo sát và tiến hành lấy mẫu đất nhiễm mặn t i khu vực Huyện Cần
Giờ Thành phố Hồ Chí Minh (độ s u kho n khảo sát là 33m).
3. Thí nghiệm trong ph ng các chỉ tiêu c l c
đất nhiễm mặn trên mẫu nguyên
d ng (so sánh với hồ s đị chất t i khu vực khảo sát)
4. Khảo sát sự ph n bố độ mặn theo độ s u qu việc đo hàm lượng muối b n đầu
trong ph ng thí nghiệm. Từ đó chọn vùng khảo sát hợp lí (những độ s u có hàm lượng
muối c o) đ so sánh với mẫu tự nhiên
5. Thiết kế và chế t o mơ hình lọc muối cho tư ng đối phù hợp với lo i đất thí
nghiệm và các bước thí nghiệm tiếp theo, rồi tiến hành lọc muối
6. Thí nghiệm trong ph ng các chỉ tiêu c l trên mẫu đất đã được lọc muối So
sánh với mẫu nguyên d ng ở các độ s u tư ng ứng Từ đó đư r những kết luận về
ảnh hưởng c
độ mặn đến:
- Sự th y đ i các chỉ tiêu vật l : độ ẩm w dung trọng tự nhiên γ các giới h n
Atterberg c
đất dính (WL,WP, IL, IP) …Đặc biệt
em ét l i WL có thật sự giảm
m nh s u khi đất mặn bị lọc muối (theo các nghiên cứu trước đó trên thế giới).
- Đặc trưng sức kháng cắt khơng thốt nước S U qu thí nghiệm cắt trực tiếp và
nén b trục s đồ U-U.
- Đặc trưng nén lún c
đất qu thí nghiệm nén cố kết
7. Áp dụng sự th y đ i đó vào việc tính tốn sức chịu tải c
cọc trước và s u khi
đất nền bị lọc muối ( ét một bài tốn móng cọc) rồi mơ phỏng bằng phần mềm Pl is
3D Foundation.
Đ thực hiện được các nhiệm vụ nêu trên phương pháp nghiên cứu được lự
chọn:
- Nghiên cứu l thuyết:
+ Nghiên cứu c sở l thuyết về độ mặn c
đất và các mơ hình lọc.
+ Nghiên cứu c sở l thuyết về sự th y đ i cấu trúc bên trong c
nền trước và s u khi lọc muối.
+ Nghiên cứu c sở l thuyết về tính tốn sức chịu tải c
- Nghiên cứu thí nghiệm trong ph ng:
+ Phư ng pháp đo độ mặn ở ph ng thí nghiệm
cọc
đất
3
( phư ng pháp chiết suất đất - nước)
+ Các thí nghiệm ác định các chỉ tiêu vật l c
đất
+ Thí nghiệm cắt trực tiếp và thí nghiệm nén b trục s đồ U-U đ
ác
định sức kháng cắt khơng thốt nước Su.
+ Thí nghiệm nén cố kết đ
đến đặc trưng biến d ng c
ác định ảnh hưởng c
hàm lượng muối
đất
- Áp dụng phần mềm Pl is 3D Foundation đ ph n tích bài tốn ảnh hưởng
c
độ mặn đến sức chịu tải c
cọc trong nền đất nhiễm mặn t i khu vực khảo sát
- Phần mềm E cel phục vụ cho việc thống kê vẽ bi u đồ qu n hệ
- Sử dụng thêm phần mềm Auto C d đ vẽ các mơ hình dụng cụ thiết bị thí
nghiệm …
Ý nghĩa khoa học và giá trị thực tiễn c
đề tài nghiên cứu:
1. Đóng góp thêm một cột chỉ tiêu c bản c
đất sét nhiễm mặn đó là cột độ mặn
ph n bố theo độ s u được ác định qu thí nghiệm đo độ mặn trong ph ng
2. Nghiên cứu ảnh hưởng c
độ mặn đến các đặc trưng c l c
nền đất nhiễm
mặn trước và s u khi lọc t i khu vực Huyện Cần Giờ đ b sung đóng góp cho việc
tính tốn thiết kế c ng như giúp đánh giá giải thích phần nào những sự cố về mất n
định c
các cơng trình
y dựng trong vùng đất này
3. Có th làm tiền đề c sở cho những khảo sát tiếp theo trên khắp các vùng đất
sét ven bi n c
hưởng c
nước t . Vì như đã trình bày việc ác định độ mặn c
nó đến sức chịu tải c
đất và các ảnh
cọc trong nền đất nhiễm mặn vẫn chư được nghiên
cứu kỹ trước đó ở Việt N m
Cấu trúc luận văn:
Luận văn gồm phần mở đầu 5 chư ng chính kết luận và kiến nghị gồm 96
tr ng thuyết minh 33 bảng 64 hình ảnh 20 tài liệu th m khảo và 5 tập phụ lục các số
liệu thí nghiệm và kết quả tính tốn
4
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ KHU VỰC ĐẤT NHIỄM MẶN Ở CẦN GIỜ
VÀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VỀ ĐẤT NHIỄM MẶN TRÊN THẾ GIỚI
VÀ TRONG NƯỚC
1.1. TỔNG QUAN VỀ KHU VỰC ĐẤT NHIỄM MẶN Ở CẦN GIỜ
1.1.1. Đặc điểm chung của vùng đất ngập mặn ở Huyện Cần Giờ
Cần Giờ là một huyện ven biển và là vùng đất ngập mặn nằm ở phía Đơng Nam
của Thành phố Hồ Chí Minh, cách trung tâm khoảng 50 km.
Mạng lưới sông rạch chằng chịt cùng với ảnh hưởng chế độ bán nhật triều của
biển Đông đã tạo nên chế độ thủy văn phức tạp và các vùng giáp nước, gây bất lợi cho
việc tiêu thoát nước và khả năng tự làm sạch của dịng chảy. Đó cũng là một phần
ngun nhân dẫn đến độ mặn ở khu vực này.
Cấu tạo nền: Là sản phẩm của q trình tương tác giữa sơng và biển, phần lớn
diện tích nền đất của vùng được tạo bằng các vật liệu trầm tích đầm lầy và đầm lầybiển rất giàu vật liệu hữu cơ, cùng với các trầm tích sơng biển hỗn hợp. Đây là kiểu
cấu tạo của nhóm nền đất yếu, ít thuận lợi cho việc xây dựng.
Từ những đặc điểm địa lý nói trên, Huyện Cần Giờ có nhiều đặc điểm về đất
đai, thổ nhưỡng rất khác so với các Quận Huyện khác trong Thành phố Hồ Chí Minh.
Những yếu tố này cũng có những ảnh hưởng lớn đến các cơng trình xây dựng ở đây.
1.1.2. Vị trí và địa chất khu vực khảo sát [4]
Khu vực khảo sát là tại trường trung học cơ sở Cần Thạnh, tại thị trấn Cần
Thạnh - Huyện Cần Giờ - Tp. Hồ Chí Minh thể hiện qua hình 1.1
Hình 1.1. Vị trí khu vực khảo sát.
5
Bề mặt địa hình tương đối bằng phẳng, thấp và sẽ bị ngập nước khi thủy triều
lên cao. Mặt cắt địa chất được thể hiện như ở hình bên dưới.
Hình 1.2. Mặt cắt địa chất khu vực Cần Thạnh, Huyện Cần Giờ.[4]
Qua mặt cắt địa chất, ta thấy đất tại vùng khảo sát có lớp trên là lớp bùn sét hữu
cơ dày khoảng 18m. Dưới 18m là các lớp đất sét cứng, lớp cát pha sét có chỉ số SPT từ
8 đến 18. Tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý của đất tại vùng khảo sát được thể hiện trong phụ
lục 1.1 và phụ lục 4.1
1.2. TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ĐẤT NHIỄM MẶN TRÊN
THẾ GIỚI VÀ TRONG NƯỚC
1.2.1. Trên thế giới:
Theo nghiên cứu của Bjerrum L. (1954) [12] về đất sét mặn ở Oslo Na Uy,
đã đưa ra quan hệ giữa nồng độ muối và các chỉ tiêu cơ lý :
6
Hình 1.3. Sự thay đổi của độ ẩm W, WL và WP theo nồng độ muối [12]
Hình 1.4. Sự thay đổi tỉ số (c/p) hay (Su/p) theo chỉ số dẻo IP [12]
• Hình 1.3 cho thấy khi nồng độ muối càng giảm thì giới hạn dẻo WP giảm ít cịn
giới hạn nhão WL giảm nhiều kéo theo chỉ số dẻo IP của đất sẽ giảm mạnh, từ đó làm
chỉ số nhão IL (độ sệt) tăng cao, đất trở nên “nhạy” hơn. Điều này rất đáng được quan
tâm và xem xét.
• Khi xét đến sự quan hệ với chỉ số dẻo, Hình 1.4 cho thấy khi chỉ số dẻo giảm
thì tỷ số Su/p sẽ giảm, hay nói cách khác sức chống cắt của đất sẽ giảm.
• Từ những mối quan hệ trên, có thể rút ra được nhận xét là việc giảm nồng độ
muối sẽ là giảm sức chống cắt của đất.
• Cũng từ những nhận xét trên, Laurits Bjerrum đã tiến hành thực nghiệm cho
thấy mối quan hệ giữa chỉ số dẻo và sức chống cắt trên mẫu tự nhiên và mẫu lọc. Kết
