Số liệu khảo sát địa chất thuỷ văn.
Có ý nghĩa quan trọng trong thiết kế, thi công và khai thác công trình nhà ở, nhà phố, biệt thự dân dụng;
Cần khảo sát trên diện rộng;
Xác định trong hố khoan (có thể dùng hố khoan khảo sát địa chất).
Kết quả khảo sát địa chất thuỷ văn cần nhận được những số liệu sau đây:
Nguồn nước ngầm: Từ những hang nước tự nhiên, các tầng đất chứa nước, sông ngòi, ao hồ, nước mặt, đặc biệt là các nguồn nước có áp chảy vào phần ngầm công trình nhờ tính thẩm thấu và các vết nứt của đất đá. Cần nhận được chi tiết tất cả các tầng chứa nước, loại nước, thành phần của địa tầng, các điều kiện thế nằm của mặt bão hoà, mật độ bão hoà, thành phần hoá học, các điều kiện tiếp nhận, chuyển động, giảm tải của nước, các số liệu dự báo sự thay đổi của chúng.
Mực nước ngầm có thể được xác định qua giếng có sẵn hoặc đào mới, thông qua các giếng này còn có thể xác định nhiệt độ, hướng và tốc độ dòng chảy.
Các thông số địa chất thuỷ văn cho thiết kế thi công xây dựng công trình ngầm, móng nhà ở, nhà phố, biệt thự dân dụng: bao gồm hệ số thấm, hệ số hút nước, thoát nước, hệ số thoát nước đàn hồi, độ rỗng thoát nước, hệ số mao dẫn, hệ số chảy rối, độ ngậm nước đơn vị, độ bão hoà không khí đơn vị. Xác định hệ số thấm (để tính toán hạ mực nước ngầm) có thể theo bảng, theo công thức và thực nghiệm trong phòng thí nghiệm và hiện trường, theo kết quả quan trắc lâu dài (mốc quan trắc được bố trí trên mặt bằng từ đỉnh phân thuỷ đến các điểm dỡ tải – vị trí thoát nước) theo tất cả các phân tố địa chất.
Mẫu nước cần lấy trong từng lớp nước, trong mỗi vùng khảo sát lấy ít nhất 3 mẫu (phía trên, phía giữa và phía đáy lớp nước).
Thành phần hoá học có hại nhiều đến vỏ công trình ngầm là H2SO4, HCL, Na2SO4, MgSO4, FeSO4, muối amôniác NH4K, H2S…
Mực nước ngầm trong đất nâng cao do nước mặt hoặc áp lực nước ngầm, nước thoát từ các nguồn và nước trong đất, nước chảy dò từ các tuyến ống dẫn nước v.v. có thể gây nên sự đẩy nổi, làm ngập công trình ngầm, thay đổi độ sâu đông kết, làm trương nở đất v.v.
Hoạt động của con người cũng làm ảnh hưởng xấu đến môi trường địa chất. Có 4 dạng nhiễm bẩn nước ngầm: hoá học, sinh học, nhiệt và phóng xạ. Cần dự báo tính nhiễm bẩn và tính xâm thực đối với kết cấu.
Mực nước ngầm có thể bị giảm do khai thác các nguồn nước mặt, xây dựng các hệ thống giếng nước, hạ mực nước ngầm... làm cho khối đất bị ép lún, nền biến dạng do thoát nước.
Một số lưu ý khi thu thập tài liệu địa kỹ thuật.
Đối với thiết kế thi công tầng hầm, nhà phố, biệt thự, nhà cao tầng hoặc công trình ngầm, do độ sâu hố móng lớn có thể gặp hơi độc, khí độc ( mê tan CH4, khí các bô ních CO2, sun phua hyđrô H2S).
Cần xác định loại khí ngầm, vị trí thoát ra và khối lượng khả dĩ để ngăn ngừa khả năng cháy, nổ và tác động có hại lên con người và vật liệu.
Khi thiết kế thi công tầng hầm nhà phố, biệt thự, nhà cao tầng và công trình ngầm, cần hiểu biết cả điều kiện khí hậu của vùng đô thị đó. Nó có thể ảnh hưởng trực tiếp đến việc lựa chọn hệ thống và các chỉ số thông gió nhân tạo của công trình ngầm, sự chiếu sáng lối ra vào của xe và người đi bộ, hệ thống thoát nước, các phương pháp cấp nhiệt cho từng khu vực ngầm.
Trong trường hợp cần thiết, để dự đoán sự tác động tương hỗ của kết cấu ngầm với đất, có thể nghiên cứu thực nghiệm ở giai đoạn khảo sát địa chất công trình.
Các lỗ khoan trong quá trình khảo sát bắt buộc phải loại trừ bằng cách chèn vữa dọc lỗ khoan. Biên bản chèn vữa lỗ khoan, có chỉ dẫn phương pháp, được đưa vào số liệu khảo sát.
Khi lỗ khoan nằm trong tiết diện hố đào sâu của công trình thiết kế hoặc lỗ khoan nằm cách chu tuyến công trình một khoảng nhỏ hơn 10m, biên bản chèn vữa và toạ độ lỗ khoan chuyển cho đơn vị thi công để thành lập đồ án thi công trong vùng có lỗ khoan.
Ngoài những chỉ tiêu tính chất cơ lý của đất nêu trên, khi cần thiết xác định tốc độ sóng dọc và ngang, các hệ số dẫn nhiệt, nhiệt dung và nhiệt riêng, giới hạn độ bền chịu kéo, trương nở và áp lực trương nở tương đối của đất sét, các tính chất từ biến, hệ số lực kháng đàn hồi, tính mài mòn và tính nhớt của đất.
Nghiên cứu tài liệu báo cáo khảo sát và đánh giá các điều kiện địa chất công trình.
Trước khi thiết kế hoặc thi công công trình cần nghiên cứu kỹ tài liệu khảo sát địa chất công trình và địa chất thuỷ văn. Trong đó cần lưu ý các vấn đề sau:
Các điều kiện địa vật lý tự nhiên: điều kiện khí hậu, đặc điểm vùng lãnh thổ chưa khai phá, các vùng giếng nước có ảnh hưởng đến thiết kế và thi công móng nhà ở, nhà phố , biệt thự dân dụng.
Sự thay đổi các điều kiện tự nhiên: những thăm dò nghiên cứu trước đây, công trình tồn tại, trạng thái biến dạng.
Cấu trúc địa chất: Thứ tự phân lớp, cơ sở phân chia các yếu tố địa chất, đặc tính của chúng; giới hạn thế nằm; mức độ nứt nẻ của đá; cao độ nước ngầm, vị trí các lớp trong không gian, phễu castơ, đường trượt; cần đối chiếu kết quả thí nghiệm trong phòng với hiện trường (vì việc phân chia theo độ chặt độ sệt chỉ là quy ước không sát thực tế, các mặt cắt địa chất không phân chia thành các phần tử địa chất, các vị trí phức tạp chưa được chú ý); cần phân tích điều kiện thế nằm, góc phương vị và góc dốc của các lớp địa chất. Ví dụ:
+ Khi có nhiều lớp đá nghiêng: áp lực địa tầng khác nhau, không đối xứng, cần xác định mặt phân lớp, độ nghiêng, nước ngầm chảy vào hố đào, nên mở rộng diện tích thăm dò tạo điều kiện thiết kế tránh những vị trí này, khả năng trượt lớp nọ lên lớp kia khi xây dựng kết cấu công trình.
+ Khu vực có những lớp đá thẳng đứng: nguy cơ sụt các lớp khi mở hầm là rất lớn vì lực dính giữa các lớp yếu.
Các điều kiện địa chất thuỷ văn: Cần liệt kê tỷ mỉ đặc tính của các mặt bão hoà nước, dự báo lượng nước ngầm vào hố móng từ các khu vực xung quanh; cơ sở thoát và hạ nước ngầm, các hiện tượng trương nở; đề xuất các biện pháp chống thấm, thoát nước ngầm, tính xâm thực của nước ngầm và đất.
Khi nước ngầm có cần nghiên cứu khả năng xảy ra các hiện tượng xói ngầm, cát chảy và chảy dẻo. Ví dụ:
+ Hiện tượng xói ngầm xảy ra trong các vùng đất rời rạc, cát các loại đặc biệt là cát hạt nhỏ, mịn có dòng thấm. Xói ngầm làm đất xung quanh bị rỗng mất khả năng chịu tải và dẫn đến sụt lở. Đối với sỏi, nếu hàm lượng hạt nhỏ dưới 20% dễ xảy ra xói ngầm
+ Hiện tượng cát chảy thường xảy ra trong cát đều hạt chịu áp lực thấm. Đối với cát, hệ số không đồng nhất D60/D10 <1 có độ dốc thuỷ lực lớn hơn độ dốc giới hạn, khả năng xảy ra hiện tượng cát chảy là rất lớn. Đối với đất hạt nhỏ bão hoà nước, trong đó có hàm lượng sét và hữu cơ làm cho đất có dung dịch nhờn khi không có áp lực thuỷ động cũng có thể có hiện tượng cát chảy.
+ Hiện tượng chảy dẻo: Đối với đất sét có độ chênh lệch về ứng suất chính thường phát sinh hiện tượng chảy dẻo, bung nền. Hệ số ổn định sau đây nhỏ hơn 1 có thể mất ổn định: K= 2c/(σ1 - σ3 )
Các tính chất cơ lý của đất: Nghiên cứu trong phòng và hiện trường, nghiên cứu chỉ tiêu để giải bài toán cụ thể, ví dụ: thành phần hạt dùng để xác định hệ số thấm, suy luận về góc dốc tự nhiên, tính nén, chiều cao mao dẫn; các chỉ tiêu, tính chất có thể thay đổi trong không gian và khả năng thay đổi khi xây dựng và khai thác.
Đánh giá tính chất khi thiết kế thi công xây dựng công trình ngầm hay móng nhà ở, nhà phố của đất theo từng lớp: Trên cơ sở thành phần và tính chất cơ lý của đất cần phân tích, đánh giá tính chất xây dựng, khả năng chịu lực cũng như tính chất nén lún của từng lớp đất, đồng thời tiến hành xem xét vị trí các lớp đất đó trong địa tầng nền đất và chiều dày từng lớp phục vụ việc lựa chọn giải pháp nền móng và độ sâu chôn móng.
Đánh giá trạng thái của đất; đối với đất dính, đánh giá trang thái theo độ sệt Êl (xem bảng 1.4)
Xác định trạng thái đất dính
Đất sét, á sét (sét pha):
Trạng thái cứng khi; I1 < 0.
Trạng thái nửa cứng khi ; 0 ≤ I1 ≤ 0,25.
Trạng thái dẻo cứng khi ; 0,25 ≤ I1 ≤ 0,5.
Trạng thái dẻo mềm khi ; 0,5 ≤ I1 ≤ 0,75.
Trạng thái dẻo nhão khi ; 0,75 ≤ I1 ≤ 1.
Trạng thái chảy khi; 1 ≤ I1 ≤
Đất á cát (cát pha):
Trạng thái cứng khi ; I1 < 0
Trạng thái dẻo khi ; 0 ≤ I1 ≤ 1.
Trạng thái chảy khi; 1 < I1 .
Đối với cát, đánh giá theo độ chặt, dựa vào hệ số rỗng e.
Xác định trạng thái đất cát theo hệ số rỗng
Sỏi, cát to và cát vừa; chặt e<0,55, chặt vừa 0,55 ≤ e ≤ 0,70, xốp e >0,70
Cát hạt nhỏ; chặt e<0,60, chặt vừa 0,60 ≤ e ≤ 0,75, xốp e > 0,75
Cát bụi; chặt e<0,60, chặt vừa 0,60 ≤ e ≤ 0,80. xốp e > 0,80
Đánh giá độ chặt của cát theo hệ số rỗng e đôi khi gặp khó khăn do khó lấy mẫu nguyên dạng đề thí nghiệm trong phòng. do đó có thể sử dụng hệ số độ chặt tương đối d để đánh giá:
Trạng thái của cát đánh giá theo hệ số độ chặt tương đối như sau:
d < 0,33 - cát xốp;
0,33 ≤ d ≤ 0,66. cát chặt vừa;
d >0,66 cát chặt
Độ chặt tương đối d của cát ở thế nằm tự nhiên có thể xác định bằng xuyên động (bảng 1.6 hoặc xuyên tĩnh bảng 1.7).
Xác định trạng thái đất cát theo độ chặt tương đối
Xác định trạng thái đất cát theo sức kháng xuyên
Bảng 1.8. Xác định trạng thái đất cát theo số XUYÊN TIÊU CHUẨN
Đất thuộc loại yếu khi hệ số rỗng lớn (đối với đất sét khi e >1,1, á sét khi e >1,0 và á cát khi e > 0,70), có hệ số nén lớn khi mô đun biến dạng e0<5000kpa và có trạng thái dẻo chảy khi Il > 0,75; chảy khi Il > 1,0.
Cần đặc biệt lưu ý thành phần, trạng thái và tính chất đặc biệt của các lớp đất trong phạm vi vùng tác động tương hỗ, ví dụ như hang động, castơ, trương nở, lún sập trong quá trình thi công cũng như khai thác.
Cần nêu được các điểm đặc biệt của điều kiện địa chất: Các biên của khu vực, vùng phát triển mạnh các hiện tượng địa vật lý, khả năng thay đổi chế độ nước ngầm, tình hình nhiệt độ, hơi và khí độc, các quy luật phát triển và cách mô tả chúng.
Một loại đất cùng tính chất như nhau có thể có thế nằm khác nhau trên tuyến công trình kéo dài. Theo đặc điểm thành tạo có thể là đồng nhất nhưng các tính chất của tầng đất yếu vẫn thay đổi theo chiều rộng (mặt bằng) và chiều sâu (khi trọng lượng công trình có thể nhỏ hơn trọng lượng lớp đất, độ lún dưới công trình có thể không có nhưng chính những lớp đất này xung quanh công trình với áp lực tự nhiên đủ lớn có thể vẫn lún, nền đất vẫn võng xuống).
Quá trình thiết kế thi công công trình ngầm và móng nhà ở, nhà phố, biệt thự dân dụng cần theo dõi sự phù hợp điều kiện địa chất thực tế (nhất là mẫu đất và thành phần hạt) với điều kiện áp dụng trong thiết kế, khi cần thiết có thể phải tiến hành khảo sát bổ sung.
Khi thiết kế và xây dựng các công trình quan trọng cũng như công trình ngầm và móng nhà ở, nhà phố, biệt thự dân dụng cần tính đến trạng thái động học của khu vực đô thị có ảnh hưởng nhiều đến điều kiện địa chất công trình xây dựng.
Trạng thái động học được biểu thị bằng khả năng xuất hiện và tăng cường độ các hiện tượng và quá trình địa vật lý không thuận lợi: trượt lở, các dòng chảy, sự xói lở cũ và mới, sự phá hoại kiến tạo, động đất, các dòng thấm... ngoài những hiện tượng địa vật lý, cần lưu ý đến các quá trình và các hiện tượng địa chất công trình gắn với xây dựng công trình nổi và công trình ngầm lân cận.
Các kết luận: Tóm tắt những điều kiện đất có ảnh hưởng đến việc lựa chọn các giải pháp thiết kế, thi công, những kiến nghị cần thiết.