Luận văn Đánh giá điều kiện địa chất công trình nhà CT5-1 thuộc khu đô thị mới Mễ Trì Hạ-Từ Liêm-Hà Nội

và độ sâu lớn. II.1.2. Thiết kế sơ bộ móng. II.1.2.1. Lựa chọn kích thước đài cọc và các thông số của cọc: Dựa vào đặc điểm của đất nền, điều kiện địa chất công trình khu vực xây dựng, đồng thời để đảm bảo các yêu cầu kinh tế kỹ thuật, tôi chọn móng cọc nhồi đài thấp. Chiều sâu chôn đài là 2 m so với mặt đất, chiều dày đài là 1,5m, cọc được đặt vào lớp cuội sỏi (lớp 9) ở độ sâu 30 m, lớp này có sức chịu tải cao và độ biến dạng nhỏ, có R0 = 6,0 kG/cm2 và E0 = 1312,0 kG/cm2. Cọc được cắm sâu vào lớp cuội sỏi 1,5 m, đầu cọc ngàm sâu vào đài 0,5m. Chọn đường kính cọc là 0,8m. khoảng cách từ mép ngoài cùng của cọc đến mép ngoài cùng của đài là 0,3 m Bê tông làm cọc Mác 300# Cốt thép CT–3, cốt thép chịu lực = 20mm, cốt thép đai = 6. Ta bố trí cốt thép sao cho lớp bê tông bảo vệ là 10cm. Chu vi của lồng thép là : 2πr2 = 2.π.0,3=1,885 (m) (Với r2 là bán kính của lồng thép → r2=0,3m) Bố trí cốt thép chịu lực cách nhau 20cm. Vậy số lượng cốt thép chịu lực là: N = 1,885 /0,20 = 9,425 Lấy tròn lên 10 thanh thép chủ. Tổng chiều sâu đặt cọc là = 31,5 (m) Chiều dài cọc là (tính cả phần cọc ngàm vào đài): l = 30- 2 + 0,5+1,5 = 30 (m) Mặt khác, theo quy phạm chiều dài cọc và kích thước cọc được chọn phải thoả mãn điều kiện: L/d £ 100 Trong đó: L – Tổng chiều dài cọc L = 30 (m) d – Đường kính, cạnh của cọc d = 1 (m) Như vậy L/d = 30/1 = 30 thoả mãn điều kiện trên. II.1.2.2. Tính toán sức chịu tải của cọc. 1.Tính toán sức chịu tải của cọc theo vật liệu làm cọc Pvl = φm ( Rbt.Fbt + Rct.Fct ) (2.1) Trong đó : - Pvl : Sức chịu tải của cọc theo vật liệu làm cọc. - φ: Hệ số kể đến ảnh hưởng uốn dọc, phụ thuộc L/d , lấy φ=1 (do là cọc đài thấp ) - m: Hệ số phụ thuộc vào điều kiện làm việc của cọc, xác định theo bảng sau, lấy m = 0,85- Rct : Cường độ chịu nén tính toán của cốt thép. Chọn cốt thép CT–3 → Rct = 2100 kG/cm2 - Fct : Diện tích tiết diện ngang của cốt thép chủ. Một thanh thép chủ có Φ=20 có tiết diện ngang là: Fct (1 thanh)= π(Φ/2)2 cm2= π .0,012 =0,000314 (m2) Do đó tiết diện ngang của toàn bộ cốt thép chủ chịu lực trong cọc là : Fct = 10. 0,000314 = 0,00314 (m2) Fbt: Tiết diện ngang của bêtông trong cọc, Fbt = Fcọc - Fct Fcọc= π x (rcọc)2 = π x 0,42= 0,503(m2) Vậy Fbt = 0,503 - 0,00314= 0,5 (m2) Rbt: Cường độ chịu ọc trục của bê tông. Mác bê tông 300 → Rbt = 1200 (T/m2) Thay các giá trị vào công thức (2.1) : → Pvl=1.0,85 (1200.0,5 + 21000.0,00314)=566,049 (T) 2. Xác định sức chịu tải của cọc theo đất nền Theo quy phạm, sức chịu tải đối với cọc ma sát chịu nén được xác định theo công thức: (2.2) Trong đó: Pdn - Sức chịu tải của cọc theo đất nền ( T ) m- Hệ số điều kiện làm việc trong nhóm cọc lấy m=0,85 1- Hệ số kể đến ảnh hưởng của phương pháp hạ cọc. Lấy 1= 0,9 2- Hệ số kể đến ma sát giữa đất nền và cọc do mở rộng đáy cọc, Lấy 2 =1 3 - Hệ số ảnh hưởng của việc mở rộng chân cọc đến sức chịu tải của nền đất ở mũi cọc, Lấy 3 =1 U - Chu vi tiết diện cọc; U =2.3,14.0,4= 2,512 (m) li - Chiều dày của lớp đất thứ i mà cọc xuyên qua, tổng = 29,9 (m) l2=3,2 ;l3 = 5,2; l4 = 5; l5 = 3,2; l6 =8.4 ; l7 =3,4; l9=1,5(m) n - Số lớp đất trong phạm vi chiều dài cọc : lực ma sát giới hạn đơn vị trung bình của mỗi lớp đất mà cọc xuyên qua. Tính : sa Lớp Độ sõu trung bình (m) τi li τili 2 2,8 4,9 2,8 15,68 3 7,4 4,34 5,2 22,568 4 12,5 6,85 5 34,25 5 16,6 7,42 3,2 23,744 6 22,4 8,24 8,4 69,216 7 28,4 6,43 3,4 21,86 9 2121 10 1,5 15 ∑ 29.9 202,32 F: Tiết diện ngang của cọc, F=0,503 (m2) Rtc - Cường độ của nền đất dưới mũi cọc, tra theo bảng được tra theo bảng 3.6 trong giáo trình “ Nền và móng” của PGS . TS Tạ Đức Thịnh. Lớp 9 lớp cuội sỏi, chiều sâu đóng cọc là 31,5 m nên Rtc =1500 (T/m2) Như vậy thay vào công thức (2.2) → Pđn=0,7.0,85.(0,9.1,0.2,512.199,744+ 1,0.0,503.1500) = 721,08 (T) So sánh kết quả tính toán sức chịu tải của cọc thấy Pđn > Pvl. Vì vậy để đảm bảo an toàn cho công trình ta chọn tải trọng Ptt = Pvl= 566,049 (T) làm giá trị tính toán . II.1.2.3. Xác định sơ bộ kích thước đài, số lượng cọc và cách bố trí cọc trong đài. Xác định số lượng cọc trong đài. Hình dáng và kích thước đài cọc phụ thuộc vào hình dáng và kích thước đáy công trình, phụ thuộc vào số lượng cọc trong đài và cách bố trí cọc. Ta có: (2.3) Trong đó: nc: số lượng cọc trong đài β : hệ số kể tới tải trọng ngang và mô men, với công trình không chú ý đến tải trọng ngang ta lấy β = 1,3 Ptc = 700T Ptt = 566,049T G: trọng lượng đài và phần đất trên đài (2.4) Lấy = 2,0 (T/m3) h – chiều sâu đài cọc, h = 2,0 (m) Fdsb – diện tích sơ bộ đài cọc Xác định Fdsb: Nếu thay tác dụng của phản lực đầu cọc lên đế đài bằng tác dụng của áp lực lên đáy đài thì áp lực đó được xác định theo công thức: (T) (2.5) Trong đó: + Ptt: Sức chịu tải tính toán của cọc; Ptt = 566,049 (T) + d : Đường kính cọc; d = 0,8 m Thay vào công thức (2.5) → (T) Ở điều kiện cân bằng: (m2) Thay vào công thức (2.4) → = 2. 2. 7,43 =29,72 (T) Thay các giá trị trên vào công thức (2.3): → Vậy chọn số cọc trong đài là 2 cọc. Bố trí cọc trong đài: Việc bố trí cọc trong đài phải đảm bảo được các yêu cầu sau: - Các cọc chịu tải trọng tương đối đều nhau - Các cọc phải làm việc đồng thời - Khoảnh cách giữa các cọc trong đài tốt nhất là từ 3d ` Để tận dụng tối đa khả năng làm việc của cọc chọn khoảng cách giữa các cọc là 3d. Dựa trên các nguyên tắc trên ta có sơ đồ bố trí cọc trong đài như sau: Hình 2.1 - Sơ đồ bố trí cọc trong đài. II.1.2.4. Kiểm tra, đánh giá giải pháp móng sơ bộ * Kiểm tra tải trọng tác dụng lên cọc Do tải trọng thẳng đứng đúng tâm, để cọc làm việc bình thường thì điều kiện sau phải thoả mãn: Pomax = (2.6) Trong đó: + Pomax: Lực nén lớn nhất tác dụng lên cọc. + Ptc = 700T G = = 2,0 . 2,0. (1,4 . 3,8) = 21,28 (T) n = 2 cọc Vậy Pmax = = 360,64 (T) Mặt khác Ptt = 566,049 (T). Điều kiện được thoả mãn, vậy cọc làm việc bình thường. * Kiểm tra cường độ của đất dưới mũi cọc: Để kiểm tra cường độ của nền đất dưới mũi cọc, ta coi cọc, đài cọc và đất xung quanh cọc là 1 móng khối quy ước như vậy phạm vi móng khối quy ước được xác định dựa vào góc mở : với (2.7) Với : Góc ma sát trong của lớp thứ i : Chiều dày lớp đất thứ i mà cọc xuyên qua Tính Lớp (độ) li(m) .li 2 15°03’ 2,8 42,14 3 30°05’ 5,2 156,43 4 15°54’ 5 79,5 5 14°10’ 3,2 45,33 6 9°51’ 8,4 82,74 7 36°21’ 3,4 123,59 9 49°38’ 1,5 74,45 ∑ 29,5 604,18 Thay vào công thức 2.7 → = 20o28’ Vậy . 20o28’ = 5o7’ Hình 2.2 - Móng khối quy ước Để công trình làm việc ổn định thì khối móng quy ước phải thoả mãn điều kiện sau: (2.8) Trong đó: : ứng suất tính toán tiêu chuẩn tại khối móng quy ước, (T/m2) Fqu: Diện tích đáy khối móng quy ước, được xác định theo công thức: Fqư =(A + 2.l.tg).(B + 2. l .tg) (2.9) A, B – Khoảng cách hai mép ngoài của các cột bên ngoài. A= 3,8 (m) ;B= 1,4 (m) l: Chiều dài cọc, l =29,5 m (chỉ tính phần cắm xuống đất ) 5°7’ Thay vào công thức được: Fqư = (3,8 +2.29,5.tg5°7’)*(1,4+ 2.29,5.tg5°7’) Fqư= 66,47 m2 (2.9) Trong đó: : ứng suất tính toán tiêu chuẩn tại khối móng quy ước, (T/m2) (2.10) Ptc = 700T ; G = 21,28T , Hqư = 29,5 m γtbd - khối lượng thể tích trung bình của các lớp đất đá nằm trên móng khối quy ước. = 1,85 (T/m3) Thay vào công thức (2.10) → (T/m2) Rqutc : Sức chịu tải của đất nền tại khối móng qui ước được tính toán theo công thức: Rqutc = m.(A.Bqu. g + B.Hqu. gtbd) + c.D (2.11) Trong đó: m - là hệ số điều kiện làm việc, lấy m = 1 A, B, D - là các hệ số tra bảng phụ thuộc vào góc ma sát trong của lớp đất dưới mũi cọc, được xác định bằng cách tra bảng 1.1. Mũi cọc đặt vào lớp 9 có = 49038’, tra bảng và nội suy ta có: A = 3,37 ; B = 14,48 ; D = 13,96 g- khối lượng thể tích của lớp đất dưới đáy móng khối quy ước, là lớp cuội sỏi lẫn cát nên ta lấy g = 1,85 g/cm3 = 1,85 T/m3 để tính toán. C - lực dính của lớp đất dưới móng khối quy ước, lấy C = 0 T/m2. Thay vào công thức (2.11): Rqutc =1 (3,37. 6,3. 1,85+14,48. 29,5. 1,85) + 0. 13,96 = 829 (T/m2) Suy ra = 66,41 (T/m2) < Rtc = 829 (T/m2) Như vậy điều kiện bài toán (2.9) được thoả mãn. * Kiểm tra khả năng chọc thủng đài của cọc: h2 hs hcs Khi cọc làm việc thì phản lực của cọc tác dụng lên đài cọc có thể chọc thủng đài cọc, vì vậy chiều dầy lớp bê tông làm việc (h2) phải đảm bảo điều kiện sau: (2.12) Trong đó: P0 = = 360,64 (T) m : là hệ số kể đến điều kiện làm việc, lấy m = 0,9 U = 2,512 (m) Rcp : Cường độ chịu nén giới hạn cho phép của bê tông, lấy Rcp = 7% mác bê tông → Rcp = 210 kG/cm2 = 210 T/m2 Vậy (m) Ta thấy h2 = 1,5m → thỏa mãn điều kiện (2.12) Vậy đảm bảo được đài cọc không bị chọc thủng. II.2.Vấn đề biến dạng lún công trình. Để đánh giá sự ổn định của công trình ta phải đánh giá biến dạng lún của đất nền. Theo TCXD45-78, đối với nhà dân dụng và nhà sản xuất, độ lún giới hạn tuyệt đối lớn nhất Sgh = 8cm, và độ lún giới hạn cho phép S ≤ Sgh. S: Độ lún dự tính dưới nền đất dưới tác dụng của tải trọng công trình [Sgh]: Độ lún giới hạn cho phép, [Sgh] = 8cm Để tính lún của công trình, bài toán áp dụng phương pháp “phân tầng lấy tổng”. Theo đó, chia đất nền dưới khối móng quy ước thành nhiều phân tố đồng nhất có bề dày nhỏ hơn 4b/10. Sau đó tính lún cho từng phân tố này rồi cộng chúng lại với nhau, ta sẽ có được độ lún cuối cùng. Theo quy phạm thì vùng hoạt động nén ép kết thúc ở độ sâu mà tại đó thoả mãn điều kiện: (2.13) Trong đó: : ứng suất phụ thêm do tải trọng công trình gây ra : ứng suất bản thân của đất ở độ sâu z Ta có áp lực gây lún được xác định: Pgl = – = - γtb.Hqu → Pgl = 66,41 - 1,85.29,5= 7,155 (T/m2) Ta chia nền đất dưới đáy móng quy ước thành các lớp phân tố có chiều dày hi = 3 m (T/m2) (2.14) Trong đó: k0 – là hệ số không thứ nguyên phụ thuộc vào l/b và z/b (trabảng II.3 - Bài tập cơ học đất - PGS. Tạ Đức Thịnh) l : là chiều dài của móng khối quy ước: l = 11,88 m; b : là chiều rộng của móng khối quy ước: b = 9,48 m σbt = γtb . Hqư + γi. zi (T/m2) (2.15) Trong đó: γi: khối lượng thể tích tự nhiên của lớp phân tố đất thứ i, T/m3; zi: chiều sâu kể từ đáy móng khối quy ước đến điểm tính, m. Kết quả được tính toán dưới bảng sau: Bảng 4.5.Giá trị ứng suất bản thân và ứng suất phụ thêm Độ sâu z (m) Tỷ số z/b Tỷ số l/b k0 σpt = ko Pgl σbt = γtb . Hqư + γi. zi 0.2 σbt (T/m2) (T/m2) (T/m2) 0,0 0,0 1,25 1,000 7,29 54,575 10,915 Như vậy ta thấy tại độ sâu 0 m thì: σpt= 7,155 < 0,2σbt = 10,915 (T/m2) Do đó chiều sâu vùng hoạt động nén ép là dưới mũi cọc (tính từ đáy khối móng quy ước). Độ lún cuối cùng được tính theo công thức: (m) (2.16) Với: hi = 3 m : Hệ số phụ thuộc vào loại đất (lấy = 0,8) Eoi: Môđun tổng biến dạng của lớp đất, Eo=1312 (T/m2) : ứng suất phụ thêm ở giữa lớp thứ i Thay các giá trị vào công thức ta có: =0,016(m) = 1,6(cm) Như vậy S < [Sgh] = 8 cm, do đó công trình có biến dạng lún nằm trong giới hạn cho phép. II.3. Vấn đề nước chảy vào hố móng. Trong khu vực xây dựng có mực nước dưới đất nằm nông tồn tại trong lớp thứ 2 (Sét pha), cách mặt đất 2,5m, mực nước dao động theo mùa. Do đó, khi đào hố móng và thi công không gặp nhiều khó khăn. Mặt khác, mực nước này có nguồn cung cấp chủ yếu là do nước mưa và nước thải sinh hoạt cho nên cần chú ý trong mùa lũ, mực nước ngầm có thể thay đổi gây ảnh hưởng đến công tác thi công. Vì vậy cần chú ý tiến hành quan trắc mức nước chảy này để có biện pháp xử lý nước chảy vào hố móng trong giai đoạn này. Mực nước ngầm tại khu vực nằm nông ở 2.5m, do đó để đảm bảo công tác thi công được tiến hành thuận lợi, hạn chế lượng nước chảy vào hố móng, đồng thời chống sạt lở thành hố móng, ta có thể áp dụng vòng vây cọc ván gỗ đơn. CHƯƠNG III THIẾT KẾ PHƯƠNG ÁN KHẢO SÁT ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH NHÀ CT5-1 THUỘC KHU ĐÔ THỊ MỚI MỄ TRÌ HẠ TỪ LIÊM, HÀ NỘI Luận chứng nhiệm vụ thiết kế( Theo TCXD 194- 2006) Mục đích Khảo sát địa kỹ thuật gia đoạn thiết kế kỹ thuật là cung cấp đầy đủ và chi tiết số liệu về cấu trúc địa chất, các chỉ tiêu cơ lý của đất đá, nước dưới đất của khu đất xây dựng để chính xác hóa vị trí xây dựng các hạng mục công trình và tính toán thiết kế nền móng công trình. Nhiệm vụ khảo sát Nhiệm vụ của khảo sát là làm sáng tỏ điều kiện ĐCCT; phân chia chi tiết các lớp đất đá; đặc điểm địa chất thủy văn và các hiện tượng địa chất bất lợi cho xây dựng công trình; lấy các mẫu nước dưới đất để xác định cac tính chất vật lý, phân tích thành phần hóa học và đánh giá khả năng ăn mòn đối với các kết cấu bê tông và bê tông cốt thép. Yêu cầu - Làm rõ sự phân bố và chiều dày các lớp đất trong phạm vi ảnh hưởng thi công hố khoan, các chỉ tiêu cơ học của đất nền cần đáp ứng mô hình tính toán thiết kế; - Làm rõ hiện trạng, đặc điểm kết cấu và khả năng biến dạng đối với các công trình lân cận và công trình ngầm do thi công hố khoan. Tại khu vực có đường ống dày đặc cần phải thu thập các hồ sơ dữ liệu để làm rõ loại hình, mặt bằng bố trí, độ sâu và khi cần thiết nên tiến hành thăm dò đường ống dưới công trình; - Cung cấp các thông số, điều kiện địa chất thủy văn phục vụ tính toán chống giữ và chống thấm cho thành và đáy hố khoan. Trong giai đoạn khảo sát sơ bộ công trình nhà CT5-1 thuộc khu đô thị mới Mễ Trì Hạ, Từ Liêm, Hà Nội, đã tiến hành khoan khảo sát 3 hố khoan (BH3, BH7, BH8) với tổng số mét khoan là 116m, tiến hành thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT và lấy được 38 mẫu thí nghiệm. Qua đó, dựa vào các thí nghiệm trong phòng đã sơ bộ xác định đươc địa tầng và các chỉ tiêu cơ lý cũng như sơ bộ thiết kế được móng công trình. Tuy nhiên với yêu cầu của giai đoạn thiết kế kỹ thuật công trình và thi công thì những số liệu trên chưa đẩm bảo và còn tồn tại một số vấn đề sau: - Mạng lưới thăm dò thưa, chưa đáp ứng được các quy định về khoảng cách và mật độ các công trình thăm dò cũng như các công trình thăm dò không được bố trí vào trong chu vi công trình; - Số lượng mẫu chưa đủ để thực hiện thống kê toán học; - Chưa lấy mẫu nước để xác định thành phần hóa học, đánh giá khả năng ăn mòn bê tông; - Dạng công tác thí nghiệm ngoài trời còn ít (chỉ làm thí nghiệm SPT), nên chưa đủ để cung cấp thêm thông tin về địa kỹ thuật đảm bảo thiết kế công trình. Do vậy trong giai đoạn này cần bố trí thêm các hố khoan và các dạng công tác thí nghiệm ngoài trời để tăng thông tin giải quyết triệt để nhiệm vụ trên. Nhiệm vụ đặt ra trong giai đoạn này là làm sáng tỏ cấu trúc địa chất đất nền, xác định ranh giới giữa các địa tầng, xác định chính xác các chỉ tiêu cơ lý, đặc điểm địa chất thủy văn khu vực nhà CT5-1, khu đô thị mới Mễ Trì Hạ, Từ Liêm, Hà Nội. Để thực hiện tốt những nhiệm vụ trên, căn cứ vào kết quả khảo sát ĐCCT ở giai đoạn trước, yêu cầu của công tác khảo sát địa chất công trình ở giai đoạn thiết kế kỹ thuật và đặc điểm của công trình xây dựng thì ở giai đoạn thiết kế kỹ thuật cần tiến hành một số dạng công tác khảo sau: - Công tác thu thập tài liệu; - Công tác trắc địa; - Công tác khoan thăm dò; - Công tác lấy mẫu thí nghiệm; - Công tác thí nghiệm trong phòng; - Công tác thí nghiệm ngoài trời; - Công tác chỉnh lý và viết báo cáo. Nội dung, khối lượng và phương án tiến hành các dạng công tác khảo sát địa chất công trình I. Công tác thu thập tài liệu, viết phương án 1. Mục đích Nghiên cứu các tài liệu lưu trữ và những tài liệu đã được công bố lên quan đến khu vực nghiên cứu, hệ thống hóa và tổng hợp các tài liệu đó nhằm xác định phương pháp khảo sát thực địa cũng như trình tự phối hợp giữa chúng. 2. Nội dung và khối lượng tài liệu thu thập Trong giai đoạn thiết kế kỹ thuật cần thu thập những tài liệu sau: - Các tài liệu về vị trí địa lý tự nhiên, dân cư, kinh tế, xã hội, giao thông khu vực nghiên cứu; - Các tài liệu về đặc điểm địa hình địa mạo; - Các tài liệu về địa tầng và tính chất cơ lý của các loại đất đá; - Các tài liệu về địa chất thủy văn; - Thu thập các tài liệu về các công tác khoan thăm dò, tài liệu về thí nghiệm trong phòng và ngoài trời đã được tiến hành. Ngoài ra ta còn thu thập các tài liệu về ĐCCT ở giai đoạn trước đã thực hiện như: Bảng tổng hợp chỉ tiêu cơ lý các lớp đất đá, mặt cắt địa chất công trình theo tuyến… II. Công tác trắc địa 1. Mục đích: Công tác trắc địa nhằm mục đích đưa các điểm khảo sát từ bình đồ bố trí công trình thăm dò ra ngoài thực địa, xác định toạ độ các công trình thăm dò và đưa các công trình thăm dò từ thực địa lên bình đồ. 2. Khối lượng công tác: Đưa các điểm khảo sát ĐCCT từ sơ đồ bố trí các công trình thăm dò ra ngoài thực địa. Khối lượng công tác định vị công trình khảo sát được trình bày trong bảng dưới. Bảng III.1. Khối lượng công tác trắc địa STT Dạng công tác Số lượng 1 Khoan thăm dò 9 3. Phương pháp tiến hành Dùng máy kinh vĩ và máy thuỷ chuẩn để xác định. Các bước tiến hành: -Đưa các điểm thăm dò từ sơ đồ ra thực địa: Để đưa các điểm thăm dò từ sơ đồ bố trí các công trình thăm dò ra ngoài thực địa, có thể sử dụng máy kinh vĩ, trên cơ sở các điểm gốc đã có thường là dựa vào 2 hố khoan đã tiến hành ở giai đoạn trước là BH7 (xBH7, yBH7, HBH7) và BH8 (xBH8, yBH8, HBH8). HK10 K1 K2 S2 S1 Hình 3.1: Sơ đồ để xác định hố khoan HK10 ngoài thực địa b a Giả sử đưa hố khoan HK10 từ sơ đồ bố trí ra ngoài thực địa, cách tiến hành như sau: Trước hết, ở trên sơ đồ, bằng phương pháp đồ giải xác định được tọa độ hố khoan HK10 (xHK10, yHK10) và khoảng cách tới hố khoan BH7 và BH8 tương ứng là S1 và S2. Đo góc HK10BH8BH7 (góc HK10BH7BH8) là α(β). Ngoài thực địa, đặt máy tại BH8 (BH7) ngắm về phía BH7 (BH81) sau đó quay ống kính một góc β(α), dùng thước thép đo một đoạn từ BH7(BH8) theo hướng tia ngắm bằng S1(S2), đầu mút của đoạn này là vị trí hố khoan HK10 cần xác định. Tiến hành tương tự đối với các điểm thăm dò khác. Sau khi thi công xong cần tiến hành xác định lại tọa độ, cao độ các điểm thăm dò để đưa chúng lên sơ đồ. Cách xác định như sau: -Xác định tọa độ: Giả sử muốn xác định tọa độ HK10 ta dùng máy kinh vĩ, sử dụng phương pháp tọa độ vuông góc dựa vào 2 hố khoan giai đoạn trước là BH8 và BH7. Đặt máy tại BH8(BH7) sau đó ngắm về phía BH7(BH8) sau đó quay ống kính về phía HK10 được góc bằng α(β). Đo khoảng cách từ BH8(BH7) đến HK10. Từ đó xác định được góc phương vị αBH8HK10 theo công thức sau: ΑBH8HK10 = αBH8BH7 + β - 180° (αBH8BH7 là góc phương vị của đoạn BH8BH7) Tọa độ hố khoan HK10(xHK10, yHK10) được xác định theo công thức: xHK10 = xBH8 + S1.cosαBH8HK10 yHK10 = yBH8 + S1.cosαBH8HK10 Trong đó: xBH8, yBH8: tọa độ hố khoan BH8 Hình 3.2: Sơ đồ xác định tọa độ hố khoan HK22 b aBH8HK10 HK10 BH7 BH8 S2 S1 aBH7HK10 a S1: chiều dài đoạn BH8HK10(được đo bằng thước dây Inva) -Xác định cao độ: Muốn xác định cao độ hố khoan HK10 dựa vào hố khoan giai đoạn trước BH7. Đặt máy thủy chuẩn ở giữa HK10 và BH7. Dựng hai mia tại hai điểm HK10 và BH7. Ngắm về mia đặt tại HK10 đọc được số trên mia (a), quay ống kính về mia đặt tại BH7 đọc được số đọc (b). Từ đó xác định được chênh cao giữa hai điểm HK10 và BH7. Mặt thủy chuẩn Hình 3.3: Sơ đồ xác định cao độ hố khoan HK10 K1 b HBH7 HK10 hHK10 a hHK10BH7 = (a) – (b) Vậy cao độ điểm thăm dò HK10 được xác định theo công thức: hHK10 = hHK10BH7 + hBH7 Trong đó: hBH7: cao độ của hố khoan BH7 Tiến hành tương tự như đối với các điểm thăm dò khác. III. Công tác khoan thăm dò 1. Mục đích Ở giai đoạn khảo sát ĐCCT chi tiết, do yêu cầu độ chính xác của các tài liệu phục vụ thiết kế công trình, công tác khoan thăm dò đóng vai trò quan trọng. Chúng được thiết kế để giải quyết nhiều nhiệm vụ khác nhau với những mục đích sau: - Xác định chính xác địa tầng, ranh giới giữa chúng; - Nghiên cứu địa chất thủy văn, phục vụ công tác lấy mẫu nước thí nghiệm, phát hiên chiều sâu gặp nước, mức độ biến đổi mực nước ngầm và khả năng chứa nước của các đơn nguyên địa chất công trình; - Sử dụng các thí nghiệm ngoài trời xác định các chỉ tiêu cơ lý của đất đá xuyên tiêu chuẩn (SPT): - Lấy mẫu đất thí nghiệm để xác định các chỉ tiêu cơ lý của đất đá. Số lượng các hố khoan thăm dò dự kiến tiến hành trong giai này là: STT Vị trí Ký hiệu Độ sâu thiết kế (m) Nhiệm vụ 1 Trên chu vi nhà HK10 38 Xác định ranh giới địa tầng, lấy mẫu thí nghiệm, tiến hành thí nghiệm SPT. 2 Trên chu vi nhà HK11 38 nt 3 Trên chu vi nhà HK12 38 nt 4 Trên chu vi nhà HK13 38 nt 5 Trên chu vi nhà HK14 38 nt 6 Trên chu vi nhà HK15 38 nt 7 Trên chu vi nhà HK16 38 nt 8 Trên chu vi nhà HK17 38 nt 2. Nguyên tắc bố trí mạng lưới, chiều sâu hố khoan Mạng lưới các điểm khoan thăm dò được bố trí hợp lý sẽ nâng cao chất lượng và hiệu quả của công tác khảo sát ĐCCT. Mạng lưới các điểm thăm dò được bố trí phụ thuộc vào cấp phức tạp của điều kiện ĐCCT, quy mô, kết cấu, tải trọng công trình…và phải phản ánh tốt nhất điều kiện ĐCCT. Mặt khác, khoảng cách công trình thăm dò phải đảm bảo vẽ được mắt cắt ĐCCT hoàn chỉnh nhất; trên những phần quan trọng cần bố trí mật độ các điểm thăm dò dày hơn. Vậy nên ta bố trí công trình thăm dò ở trong phạm vi công trình và ở các góc của công trình. Căn cứ vào điều kiện ĐCCT khu vực nhà CT5-1(15 tầng với tải trọng 700T/trụ ) thuộc khu đô thị mới Mễ Trì Hạ, xã Mễ Trì, huyện Từ Liêm, thành phố Hà Nội ta có thể xếp khu vực này vào cấp phức tạp loại IIIcủa điều kiện ĐCCT.Vì vậy ta chọn khoảng cách giữa các công trình thăm dò từ 20 – 25m. Các công trình thăm dò được bố trí theo chu vi của khu vực nhà CT5-1, nơi tập trung các điều kiện ĐCCT phức tạp nhất và là nơi dự kiến chịu tải trọng lớn nhất và theo TCXD 194- 2006 Ta thấy công trình nhà CT5-1 ta bố trí 8 hố khoan ở 5 góc nhà (HK10, HK11, HK12, HK13,HK14,HK15,HK16,HK17), (công trình nhà cao tầng cấp I và cấp phức tạp của điều kiên ĐCCT loại III). Khoảng cách các hố khoan và xuyên được chỉ rõ trên sơ đồ bố trí các điểm thăm dò, hình 6. Chiều sâu các công trình thăm dò được xác định dựa vào chiều sâu đới tác động giữa công trình và môi trường địa chất, trước hết là dựa vào chiều sâu đới chịu nén. Chiều sâu thăm dò thường phải lớn hơn chiều sâu đới chịu nén từ 1 đến 2m. Theo TCXD 194- 2006 thì đối với cọc ma sát hoặc ma sát là chính, chiều sâu thăm dò phải vượt qua vùng hoạt động nén ép của móng khối quy ước dưới mũi cọc, tới độ sâu mà ứng suất của công trình truyền xuống nhỏ hơn hoặc bằng 15% ứng suất do trọng lượng bản than gây ra. Dựa vào các điều kiện trên, ở độ sâu dưới mũi cọc 4,5m thì σgl < 0,15σbt và trên cơ sở của cấu trúc địa chất khu vực nhà CT5-1 ta có thể lựa chọn chiều sâu khoan thiết kế mỗi hố khoan sâu 38m. Như vậy, tổng chiều sâu khoan thiết kế là 190m.Sơ đồ bố trí các hố khoan và hố xuyên: HK – Hố khoan; Hình 6: Sơ đồ bố trí các hố khoan và hố xuyên 3. Phương pháp khoan và máy khoan Với đặc điểm cấu trúc địa chất khu vực nhà A như trên, công tác lấy mẫu thí nghiệm ngoài trời, lấy mẫu thí nghiệm trong phòng và điều kiện ĐCCT ta sử dụng máy khoan XY- 1 và phương pháp khoan xoay lấy mẫu, bơm rửa bằng dung dịch sét bentonite. Các thông số kỹ thuật của máy được thể hiện dưới bảng sau: Khả năng khoan Chiều sâu khoan 100m Đường kính lỗ khoan lớn nhất ban đầu 110mm Đường kính lỗ khoan sau cùng 75mm Đường kính ống khoan 42mm Phạm vi góc khoan 90o -75o Kích thước (L x W x H) 1640 x 1030 x 1440mm Trọng lượng 500kg Khớp quay Tốc độ trục quay (3 tốc độ) 142,285,570 vòng/phút Chiều dài trục quay 450mm Lực khoan xuống tối đa 15KN Khả năng nâng lên tối đa 25KN Tốc độ nâng lên không có tải trọng 3m/phút Khả năng tời lên Khả năng nâng lên tối đa (một tốc độ, cáp đơn) 10KN Máy bơm nước Kiểu: Hình trụ đơn nằm ngang Động cơ điện 77lít/phút Động cơ điezen 95 lít/phút Áp suất tối đa 1,2Mpa Áp suất làm việc 0,7Mpa Công suất Công suất của động cơ điezen 8,8KW Tốc độ quay 1800 vòng/phút Công suất của động cơ điện 7,5KW Tốc độ quay 1440 vòng/phút 4. Cấu trúc hố khoan điển hình Cấu trúc hố khoan điển hình là cấu trúc hố khoan mà nó khoan qua nhiều lớp đất đá nhất cũng như chiều sâu lớn nhất. Ở đây ta chọn hố khoan BH7 là hố khoan điển hình với độ sâu là 38m. 5. Kỹ thuật thi công khoan Trước khi khoan phải tiến hành công tác chuẩn bị. Xác định chính xác vị trí hố khoan, chuẩn bị dụng cụ khoan, dung dịch khoan. Sắp xếp đấy đủ dụng cụ khoan theo thứ tự nhất định để đảm bảo công tác lắp ráp được tiến hành nhanh chóng. Kiểm tra độ an toàn ở các mũi khoan, sau khi chuẩn bị tiến hành khoan với 3 cấp đường kính. Khoan mở lỗ với mũi Φ130 (từ 0,0m đến 1,5m), khoan hết đoạn đó rồi tiến hành hạ ống chống khoan với mũi Φ127 (từ 1,5m đến 4,0m), sau đó khoan với mũi khoan Φ91 từ 4,0m đến hết chiều sâu thiết kế mỗi hố khoan cụ thể. Khi khoan đến độ sâu cần thí nghiệm SPT thì làm sạch đáy hố khoan bằng dung dịch sét bentonite rồi thả dụng cụ thí nghiệm xuống. Còn khi cần lấy mẫu, khoan gần đến độ sâu cần lấy mẫu khoảng 35 - 40cm thì tiến hành ép mẫu rồi lấy mẫu lên. 6. Yêu cầu theo dõi, mô tả khoan Khi khoan trong đất mềm rời cần mô tả các đặc điểm thành phần, màu sắc, trạng thái của đất loại sét, độ chặt của đất loại cát. Khi khoan đào cần theo dõi chính xác chiều sâu để xác định được ranh giới địa tầng, phát hiện các lớp kẹp, thấu kính mềm yếu, theo dõi sự xuất hiện của mực nước dưới đất, xác định mực nước ổn định và bề dày tầng chứa nước, theo dõi công tác lấy mẫu thí nghiệm, thí nghiệm SPT thực hiện theo đúng các yêu cầu kỹ thuật. Ngoài ra ta cần chú ý đến tốc độ khoan một cách chặt chẽ. Tùy thuộc vào độ chặt và trạng thái của đất mà tốc độ khoan có thể khác nhau, nên quan sát và ghi chép tốc độ khoan sẽ cung cấp thêm thông tin để đánh gia đất và xác định ranh giới địa tầng. 7. Đề phóng sự cố và an toàn lao động Để đảm bảo an toàn lao động, tất cả cán bộ giám sát, cán bộ kỹ thuật và công nhân cần tuân thủ chặt chẽ các quy định ở công trường. Tổ trưởng và cán bộ theo dõi khoan phải thường xuyên kiểm tra công tác dựng, hạ tháp và tháo lắp dụng cụ. Khi làm việc phải mang theo đầy đủ dụng cụ bảo hộ lao động như quần áo bảo hộ, giầy, mũ, găng tay … Nghiêm cấm hành vi đùa cợt trong lúc làm việc. 8. Chỉnh lý tài liệu khoan Sau khi kết thúc công tác khoan, dựa vào các tài liệu theo dõi, mô tả khoan để sơ bộ chỉnh lý tài liệu, phân chia ranh giới địa tầng sơ bộ lập hình trụ hố khoan. Hình trụ hố khoan chính xác được lập trên cơ sở tài liệu thực tế kết hợp với kết quả thí nghiệm trong phòng để điều chỉnh chính xác tên đất, trạng thái cũng như ranh giới địa tầng. Các hình trụ hố khoan thường được lập theo các biểu mẫu quy định. Thông thường, mỗi đơn vị khảo sát có thể đưa ra một biểu mẫu hình trụ hố khoan của đơn vị mình. Tuy nhiên, trên các hình trụ hố khoan cần được thể hiện một số thông tin chủ yếu sau: Tên công trình, ký hiệu hố khoan, vị trí hố khoan (có thể ghi theo tọa độ), phương pháp khoan và máy khoan, cao độ miệng hố khoan, ngày bắt đầu và ngày kết thúc hố khoan, chiều sâu mực nước xuất hiện và ổn định. IV. Công tác lấy mẫu Trong quá trình khảo sát ĐCCT thường phải lấy các loại mẫu khác nhau: Mẫu đất đá lưu trữ, mẫu phân tích thành phần thạch học, mẫu xác định các chỉ tiêu cơ lý, mẫu xác định thành phần hóa học và đánh giá khă năng ăn mòn kết cấu bê tông của nước dưới đất… 1. Lấy mẫu lưu trữ a) Mục đích Các mẫu lưu trữ được lấy để lưu trữ địa tầng hố khoan hay hố đào. Mẫu lưu trữ được sử dụng để đối chiếu hoặc so sánh trong quá trình chỉnh lý tài liệu và viết báo cáo khảo sát ĐCCT, là tài liệu trực tiếp làm căn cứ nghiệm thu công tác khoan khảo sát cũng như kiểm tra khi cần thiết. b) Khoảng cách lấy mẫu Theo “Tiêu chuẩn về khảo sát và đo đạc xây dựng”, TCVN 259: 2000, mỗi lớp đất phải lấy ít nhất một mẫu lưu trữ. Mẫu lưu trữ phải đại diện cho đoạn lấy mẫu. Với đất dính thường 0,75m lấy một mẫu và ghi chép cụ thể độ sâu lấy mẫu. Đối với đất rời, mỗi hiệp khoan lấy một mẫu và ghi theo khoảng độ sâu của hiệp khoan. Đối với đất rời ta lấy ở mỗi hố khoan 18 mẫu(chiều dày lớp cát khoảng 8 đến 9m). Vậy tổng số mẫu lưu đối với đất rời là 72 mẫu. Đối với đất dính ta lấy 11 mẫu ở mỗi hố khoan (0,75m/mẫu). Vậy tổng số mẫu lưu đất dính là 44 mẫu. Vậy ta cần 3 hộp đựng mẫu lưu đất rời và 2 hộp đựng mẫu lưu đất dính. c) Phương pháp lấy và bảo quản mẫu Mẫu lưu trữ được lấy với khối lượng tương ứng với kích thước 5 x 5 x 4cm. Thông thường, mẫu lưu trữ được cho vào các hộp gỗ ngăn thành từng ô nhỏ để bảo quản. Trên các hộp gỗ đựng mẫu lưu trữ cần ghi đầy đủ các thông tin: Tên công trình, ký hiệu hố khoan, ngày, tháng và chiều sâu khoan. Hình 8 là hộp đựng mẫu lưu đất. Hình 8: Hộp đựng mẫu lưu trữ đất 2. Mẫu đất thí nghiệm a) Mục đích Mẫu đất thường lấy nguyên trạng và không nguyên trạng. Mẫu đất nguyên trạng cho phép thí nghiệm xác định được đầy đủ các chỉ tiêu cơ lý của đất. Mẫu đất không nguyên trạng chỉ xác định thành phần hạt và một số đặc trưng vật lý như độ ẩm giới hạn chảy, độ ẩm giới hạn dẻo của đất loại sét, góc nghỉ tự nhiên của đất loại cát, khối lượng riêng… b) Khoảng cách và khối lượng mẫu Khoảng cách lấy mẫu quyết định số lượng mẫu. Hiện nay, khoảng cách và khối lượng mẫu nhìn chung được quy định theo quy phạm, chủ yếu dựa vào kinh nghiệm. Tuy nhiên vẫn đảm bảo các nguyên tắc sau: - Theo TCN 259 – 2000, khi tiến hành khảo sát ĐCCT, mỗi hố khoan, trong mỗi đơn nguyên ĐCCT phải có ít nhất một mẫu thí nghiệm. Đối với lớp đất có bề dày trên 2m thì có thể 2m lấy một mẫu. Nếu trong địa tầng có các lớp xen kẹp mềm yếu thì dù bề dày lớp kẹp mỏng cũng phải lấy mẫu thí nghiệm. - Theo TCXD 45-78, số lượng mẫu thí nghiệm chỉ tiêu cơ lý tối thiểu cho một đơn nguyên ĐCCT không ít hơn 6 mẫu. Số lượng mẫu được thể hiện trong bảng sau: STT Hố khoan Loại mẫu Lớp 2 (từ…đến…) Lớp 3 (từ…đến…) Lớp 4 (từ…đến…) Lớp 5 (từ…đến…) 1 HK10 U, UD UD1(2-2,2m) UD2(4-4,2m) U3(6-6,2m) U4(8-8,2m) UD5(10-10,2m) UD6(12-12,2m) UD7(14-14,2m) UD8(16-16,2m) UD9(18-18,2m) 2 HK11 U, UD UD1(2,2-2,4m) UD2(4,2-4,4m) U3(6,2-6,4) U4(8,2-8,4m) UD5(10,2-10,4m) UD6(12,2-12,4m) UD7(14,2-14,4) UD8(16,2-16,4m) 3 HK12 U,UD UD1(2,4-2,6m) UD2(4,4-4,6m) U3(6,4-6,6m) U4(8,4-8,6m) UD5(10,4-10,6m) UD6(12,4-12,6m) UD7(14,4-14,6m) UD8(16,4-16,6m) 4 HK13 U,UD UD1(2,6-2,8m) UD2(4,6-4,8m) U3(6,6-6,8m) U4(8,6-8,8m) UD5(10,6-10,8m) UD6(12,6-12,8m) UD7(14,6-14,8m) UD8(16,6-16,8m) 5 HK14 UD1(2,8-3m) U2(6,8-7m) U3(8,8-9m) UD4(10,8-11m) UD5(12,8-13m) UD6(14,8-15m) UD7(16,8-17m) 6 HK15 UD1(3-3,2m) U2(7-7,2m) U3(9-9,2m) UD4(11-11,2m) UD5(13-13,2m) UD6(15-15,2m) UD7(17-17,2m) 7 HK16 UD1(3,2-3,4m) U2(7,2-7,4m) U3(9,2-9,4m) UD4(11,2-11,4m) UD5(13,2-13,4m) UD6(15,2-15,4m) UD7(17,2-17,4m) 8 HK17 UD1(3,4-3,6m) U2(7,4-7,6m) U3(9,4-9,6m) UD4(11,4-11,6m) UD5(13,4-13,6m) UD6(15,4-15.6m) UD7(17,4-17,6m) Tống số mẫu 12 16 21 12 U 16 UD 45 Tổng 61 STT Hố khoan Loại mẫu Lớp 6 (từ…đến…) Lớp 7 (từ…đến…) Lớp 8 (từ…đến…) Lớp 9 (từ…đến…) 1 HK1 U, UD UD10(20-20,2m) UD11(22-22,2m) UD12(24-24,2m) UD13(26-26,2m) U14(28-28,2m) U15(30-30,2m) U16(32-32,2m) U17(34-34,4m) U18(36-36,2m) 2 HK2 U, UD UD9(20,2-20,4m) UD10(22,2-22,4) UD11(24,2-24,4m) UD12(26,2-26,4m) U13(28,2-28,4m) U14(30,2-30,4m) U15(32,2-32,4m) U16(34,2-34,4m) U17(36,2-36,4m) 3 HK3 U,UD UD9(20,4-20,6m) UD10(22,4-22,6m) UD11(24,4-24,6m) UD12(26,4-26,6m) U13(28,4-28,6m) U14(30,4-30,6m) U15(32,4-32,6m) U16(34,4-34,6) U17(36,4-36,6m) 4 HK4 U,UD UD9(20,6-20,8m) UD10(22,6-22,8m) UD11(24,6-24,8m) U12(28,6-28,8m) U13(30,6-30,8m) U14(32,6-32,8m) U15(34,6-34,8m) U16(36,6-36,8m) 5 HK5 UD8(20,8-21m) UD9(22,8-23m) UD10(24,8-25m) U11(28,8-29m) U12(29,8-30m) U13(30,8-31m) U14(32,8-33m) U15(34,8-35m) U16(36,8-37m) 6 HK6 UD8(19-19,2m) UD9(21-21,2m) UD10(23-23,2m) UD11(25-25,2m) U12(27-27,2m) U13(29,2-29,4m) U14(31-31,2m) U15(33-33,2m) U16(35-35,2m) U17(37-37,2m) 7 HK7 UD8(19,2-19,4m) UD9(21,2-21,4m) UD10(23,2-23,4m) UD11(25,2-25,4m) U12(27,2-27,4m) U13(29,2-29,4m) U14(31,2-31,4m) U15(33,2-33,4m) U16(35,2-35,4m) U17(37,2-37,4m) 8 HK8 UD8(19,4-19,6m) UD9(21,4-21,6m) UD10(23,4-23,6m) UD11(25,4-25-6m) U12(27,4-27,6m) U13(29,4-29,6m) U14(31,4-31,6m) U15(33,4-33,6m) U16(35,4-35,6m) U17(37,4-37,6m) Tống số mẫu 30 12 32 U 44 UD 30 Tổng 74 UD – mẫu nguyên trạng :75 U – mẫu không nguyên trạng.:60 Trong quá trình khoan nếu địa tầng thay đổi thì ta có thể điều chỉnh chiều sâu lấy mẫu thí nghiệm. c) Phương pháp lấy mẫu - Phương pháp lấy mẫu không nguyên trạng Hiện nay, tùy thuộc vào phương pháp khoan mà mẫu không nguyên trạng được lấy theo lõi khoan hoặc từ ống mẫu hay ống SPT. Khối lượng mẫu cần lấy có thể từ 300 – 500g hoặc lớn hơn. - Phương pháp lấy mẫu nguyên trạng Mẫu đất nguyên trạng được lấy bằng các loại ống mẫu chuyên dụng có kích thước khác nhau. Mẫu đất nguyên trạng có đường kính phải phù hợp với kích thước của thiết bị thí nghiệm trong phòng, thường có D >90mm, dài 200 -220mm. Trường hợp lấy mẫu thí nghiệm nén ba trục, cần chú ý chiều dài phải đủ số lượng mẫu cần thiết cho thí nghiệm, thường từ 450 – 500mm. Để lấy mẫu nguyên trạng trong hố khoan, khi khoan đến độ sâu dự kiến cần lấy mẫu, làm sạch đáy và thả dụng cụ lấy mẫu xuống. Mẫu nguyên trạng được lấy bằng cách đóng hoặc ép toàn bộ dụng cụ lấy mẫu sâu vào đất. Chiều sâu đóng hoặc ép bộ dụng cụ lấy mẫu cần tính toán cho phù hợp, tránh trường hợp mẫu bị ép chặt hay thiếu mẫu. Khi mẫu bị ép chặt hay thiếu thì phải lấy lại mẫu. Tiến hành cắt mẫu rồi kéo mẫu lên. Sau khi mẫu được đưa lên khỏi mặt đất và lấy mẫu ra khỏi bộ dụng cụ lấy mẫu, cho một thẻ mẫu vào đầu trên của mẫu và đóng nắp hộp vỏ mẫu. Ngoài hộp vỏ mẫu dán một thẻ mẫu khác. Nội dung thẻ mẫu như sau: THẺ MẪU Công trình: ………………………………………………………………… Địa điểm: ………………………………………………………………….. Số hiệu mẫu: Hố khoan: Độ sâu lấy mẫu: từ đến Mô tả đất đá: …………………………………………………………...... ……………………………………………………………………………… Ngày lấy mẫu: Người lấy mẫu: Toàn bộ mẫu được bọc cách ẩm. Thông thường dùng vải màn bọc kín mẫu, bên ngoài tẩm parafin để giữ độ ẩm của đất ở trạng thái tự nhiên. - Bảo quản và vận chuyển mẫu Các mẫu nguyên trạng và không nguyên trạng sau khi được lấy cho vào hộp bảo quản, dán kèm theo các thẻ mẫu và xếp vào thùng gỗ được chèn cẩn thận bằng các loại vật liệu mềm như rơm rạ, mùn cưa hay vỏ bào. Mẫu phải để nơi râm mát, vận chuyển nhẹ nhàng về phòng thí nghiệm. Nếu đất có trạng thái từ dẻo chảy đến nửa cứng thì thời gian lưu mẫu không quá 1,5 tháng. 3. Mẫu nước 1. Mục đích Mẫu nước được lấy để xác định thành phần hóa học của nước và đánh giá khả năng ăn mòn kết cấu bê tông của nước dưới đất. 2. Vị trí và khối lượng mẫu Ở đây ta lấy 2 mẫu nước thí nghiệm trong hố khoan HK10. Với thể tích ít nhất là 3l( Theo TCXD 194- 2006). Chú ý nếu mẫu nước có nhiều cặn lắng (vượt quá 1/5 thể tích của chai đựng mẫu) cần phải lấy them nước mẫu. Lượng lấy thêm bằng 2 lần thể tích bị cạn lắng. 3. Phương pháp lấy mẫu Để lấy mẫu nước trong hố khoan cần phải tiến hành bơm hút hay mức sạch nước trong hố khoan. Cần phải chuẩn bị dụng cụ, chai lọ và hóa chất cần thiết cho việc lấy mẫu. Mẫu nước chỉ được lấy sau khi hố khoan đã phục hồi đủ mực nước ban đầu, tương đối trong và không quá 12h kể từ khi mực nước bắt đầu hồi phục. Việc lấy mẫu dựa vào dụng cụ Ximônốv hoặc chai lấy mẫu nước có cấu tạo đặc biệt. Các quy trình công nghệ được tiến hành như đối với mẫu nước trong địa chất thủy văn. Mỗi mẫu cần lấy 2 chai, trong đó một chai cho khoảng 5g bột CaCO3 để xác định lượng CO2 ăn mòn. Lưu ý: Khi lấy mẫu nước trong hố khoan thì không được làm ô nhiễm nguồn nước, không để các nguồn nước khác xâm nhập vào tầng chứa nước ngầm cần lấy. Trường hợp khoan qua nhiều tầng chứa nước khác nhau muốn lấy mẫu nước của tầng nào thì phải có biện pháp cách ly các tầng khác. Nội dung thẻ mẫu được thể hiện theo mẫu dưới đây: Tên cơ quan khảo sát thiết kế Mẫu nước thí nghiệm Công trình Loại thí nghiệm: Cho thí nghiệm: Lượng chất cho thêm vào mẫu: Loại nguồn nước Vị trí lấy mẫu: Độ sâu chặn ống vách khi lấy mẫu: Độ sâu thả ống lấy mẫu từ … m, đến … m Số lượng… chai 1lit,…chai …0.5l Chai thứ: Dụng cụ lấy mẫu: Thời điểm lấy mẫu: Nhiệt độ không khí: Đơn vị lấy mẫu Người lấy mẫu 4. Đóng gói mẫu nước thí nghiệm Một chai để thí nghiệm lượng CO2 tự do và trị số pH. Nước ở trong chai phải thật đầy (không còn không khí ở trong chai sau khi đã đậy nút) và ở trên phiếu mẫu của những chai này phải ghi rõ (mẫu phân tích pH và CO2). Phải đóng gói những chai này ngay sau khi lấy mẫu lên. Một chai mẫu để thí nghiệm lượng CO2 ăn mòn: Cho 400ml nước vào chai 1/2l và 3- 5g bột canxicacbonat vào (bột đá vôi). Khi lấy bằng dụng cụ chai liên hoàn thì lấy chai thứ 3 làm mẫu này và ở trên phiếu mẫu phải ghi thêm “phân tích CO2 ăn mòn”. V. Công tác thí nghiệm trong phòng 1. Mục đích Khi tiến hành khảo sát hay ngiên cứu ĐCCT lãnh thổ, người ta phải thí nghiệm trong phòng để xác định các chỉ tiêu đặc trưng cho tính chất ĐCCT của đất đá. Trong giai đoạn khảo sát ĐCCT chi tiết thì thí nghiệm trong phòng có vai trò hết sức quan trọng trong việc đánh giá định lượng các đặc trưng tính chất ĐCCT của đất đá phục vụ cho công tác thiết kế. Mục đích của thí nghiệm trong phòng là xác định các chỉ tiêu tính chất cơ lý cho phép đánh giá mức độ đồng nhất và biến đổi của các đặc trưng tính chất cơ lý của đất đá trong không gian, phân chia chi tiết và chính xác địa tầng nghiên cứu thành các lớp hay đơn nguyên ĐCCT; cho phép xác định được các giá trị tiêu chuẩn và giá trị tính toán của chúng, đánh giá được chất lượng và khả năng xây dựng của các lớp đất, đồng thời sử dụng để tính toán thiết kế công trình. 2. Khối lượng mẫu thí nghiệm STT Loại mẫu Số Lượng 1 Mẫu nguyên dạng 75 2 Mẫu không nguyên dạng 60 3 Mẫu nước 2 3. Yêu cầu thí nghiệm và phương pháp tiến hành thí nghiệm a) Đối với mẫu nguyên trạng xác định các chỉ tiêu sau: Các chỉ tiêu thí nghiệm: STT Các chỉ tiêu Kí hiệu Đơn vị Phương pháp xác định 1 Thành phần hạt P % Rây và tỷ trọng kế 2 Độ ẩm tự nhiên W % Sấy khô ở nhiệt độ 1050 đến khối lượng không đổi 3 Khối lượng riêng γs g/cm3 Bình tỷ trọng 4 Khối lượng thể tích tự nhiên γw g/cm3 Dao vòng 5 Độ ẩm giới hạn chảy WL % Quả dọi vaxiliep 6 Độ ẩm giới hạn dẻo Wp % Lăn tay 7 Hệ số nén lún a1-2 cm2/kG Nén không nở hông 8 Lực dính kết C kG/cm2 Cắt nhanh không thoát nước bằng máy cắt phẳng 9 Góc masat trong φ Độ Cắt nhanh không thoát nước bằng máy cắt phẳng Các chỉ tiêu tính toán: STT Tên chỉ tiêu Kí hiệu Đơn vị Công thức tính 1 Khối lượng thể tích khô gc g/cm3 γc = 2 Hệ số rỗng e0 --- e0 = - 1 3 Độ lỗ rỗng n % n = .100 4 Độ bão hoà G % G = 5 Chỉ số dẻo IP % IP = WL – WP 6 Độ sệt IS --- Is = 7 Môđun tổng biến dạng Eo kG/cm2 E0 = β..mk 8 Áp lực tính toán quy ước R0 kG/cm2 R0 = m.[(A.b + B.h).gW + C.D] b) Mẫu không nguyên trạng Mẫu không nguyên trạng chỉ xác định thành phần hạt và một số đặc trưng vật lý của đất như, góc nghỉ tự nhiên của đất loại cát, khối lượng riêng… Các chỉ tiêu thí nghiệm và tính toán của mẫu nguyên trạng: STT Các chỉ tiêu Kí hiệu Đơn vị Phương pháp xác định 1 Thành phần hạt P % Rây và tỷ trọng kế 2 Khối lượng riêng γs g/cm3 Bình tỷ trọng 3 Góc nghỉ tự nhiên φ Độ Thả phễu cát c) Mẫu nước Đối với mẫu nước cần tiến hành phân tích và xác định các thành phần : - Anion: Cl-; SO42-; HCO32-. - Cation: Ca2+; Mg2+; (Na+, K+). - Xác định độ pH, độ cứng tạm thời, lượng cặn khô, lượng CO2 ăn mòn VI. Công tác thí ngiệm ngoài trời Có thể nói, thí nghiệm ngoài trời là một bộ phận rất quan trọng của khảo sát xây dựng. Thí nghiệm ngoài trời có vai trò và vị trí đặc biệt quan trọng đối với các giai đoạn thiết kế kỹ thuật và bản vẽ thi công. Tùy thuộc vào mức độ phức tạp và các yêu cầu thiết kế ta có thể tiến hành các thí nghiệm sau: 1. Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (Standard Penetration Test – SPT) a) Mục đích Phương pháp xuyên tiêu chuẩn hiện nay được áp dụng rất rộng rãi trong khảo sát ĐCCT. Nó giải quyết được những nhiệm vụ cụ thể sau: - Kết hợp với công tác khoan lấy mẫu xác định địa tầng, làm cơ sở để phân chia các lớp đất đá; - Xác định được độ chặt của đất loại cát và trạng thái của đất loại sét; - Xác định được một số đặc trưng cơ lý của đất đá; - Xác định vị trí lớp đặt mũi cọc và tính toán khả năng chịu tải của cọc. b) Vị trí thí nghiệm Thí nghiệm SPT được tiến hành trong các hố khoan thăm dò (HK1, HK2, HK3, HK4,HK5,HK6,HK7,HK8). Ta thấy địa tầng ở khu vực này không biến đổi nhiều nên cứ 2m ta thí nghiệm SPT 1 lần theo chiều sâu. c) Khối lượng Trên khu vực nhà CT5-1 ta đã bố trí 8 hố khoan với tổng độ sâu là 304m. Như vậy ta sẽ tiến hành 152 lần thí nghiệm SPT (2m/lần). d) Sơ đồ thí nghiệm Hình 9 A = 25mm đến 50mm; B = 457mm – 762mm; C = 34,94 0.13mm; D = 38,1 1,3 – 0,0mm; E = 2,54 0,25mm; F = 50,8 1,3 – 0,0mm; G = 160 - 230 Thiết bị xuyên tiêu chuẩn gồm các bộ phận chính: Ống xuyên tiêu chuẩn, cần xuyên và bộ phận truyền lực đóng gồm đe, búa, bộ phận định vị và cơ cấu nâng thả búa. Cấu tạo ống xuyên tiêu chuẩn hình 9 Ống mẫu được cấu tạo chẻ đôi để có thế lấy mẫu đất ra khỏi ống được dễ dàng. Đầu trên của ống có ren để nối với cần. Phần trên ống mẫu có các lỗ thoát nước và khí. Ống mẫu được cấu tạo như sau: - Ống mẫu dài 813mm; - Chiều dài buồng chứa 635mm; - Đường kính ngoài 51mm, đường kính trong 35mm; - Quả tạ nặng 63,5kg; - Chiều cao rơi tự do 760mm. e) Tiến hành thí nghiệm Khi khoan đến độ sâu cần thí nghiệm, làm sạch đáy hố khoan và thả bộ dụng cụ xuống vị trí cần thí nghiệm. Đánh dấu 3 đoạn, mỗi đoạn 15cm, đóng liên tục 3 hiệp để đưa mũi xuyên vào đất. Mỗi hiệp ống xuyên đi vào đất 15cm, xác định số búa đóng của mỗi hiệp. Tổng số búa để ống xuyên vào đất 30cm của hai hiệp sau cùng là đại lượng xuyên tiêu chuẩn N. f) Chỉnh lý tài liệu thí nghiệm Trong quá trình tiến hành thí nghiệm, kết quả của thí nghiệm có thể bị ảnh hưởng của các điều kiện khách quan như: Trạng thái bễ mặt ống thí nghiệm, mức độ mài mòn đầu cắt của ống thí nghiệm, thời gian dừng khoan để thí nghiệm, độ cứng của cần nối ống mẫu…Do đó ta phải tiến hành chỉnh lý tài liệu thí nghiệm. Trị số N của SPT có thể thay đổi trong đất cát mịn tùy thuộc độ sâu mực nước ngầm. Nếu gọi N’ là số búa cần thiết để ống xuyên tiêu chuẩn đi vào đất 30cm ở độ sâu dưới mực nước ngầm, thì giá trị N thực sự của đất được xác định theo công thức của Terzaghi và Peck như sau: Nếu giá trị N’ đo được > 15 thì có N = 15 + (N’ - 15) Nếu giá trị N’ < 15 thì không cần hiệu chỉnh. Khi thí nghiệm SPT ở độ sâu lớn, do trọng lượng cần tăng, làm giảm giá trị N. Trị số hiệu chỉnh của N theo độ sâu cho đất rời có thể xác định theo bảng dưới đây: Độ sâu 0 0 5 5 10 15 15 20 20 25 Áp lực quá tải, kG/cm2 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 Số hiệu chỉnh cho đất rời 2,0 1,0 0,8 0,6 0,5 0,45 Dựa vào giá trị xuyên tiêu chuẩn, K. Terzaghi và R. Peck phân chia độ chặt của đất loại cát và trạng thái của đất loại sét như sau: Một số quan hệ tương quan giữa môđun biến dạng E và N: Theo T. P. Tassios, A. G Anagnostoponlos: E = a + C (N + 6) Trong đó: Hệ số a = 40 khi N > 15 và a = 0 khi N < 15; C là hệ số phụ thuộc loại đất VII. Chỉnh lý tài liệu, viết báo cáo 1. Mục đích Chỉnh lý tài liệu và viết báo cáo là phần công việc cuối cùng của công tác khảo sát ĐCCT. Công tác này được thực hiện trong phòng nên còn được gọi là công tác nội nghiệp. Công tác chỉnh lý tài liệu được thực hiện để hệ thống hóa và hoàn chỉnh toàn bộ tài liệu thu thập được trong quá trình khảo sát, làm cơ sở cho việc lập báo cáo ĐCCT. Báo cáo là sản phẩm cuối cùng của công tác khảo sát ĐCCT. 2. Phân tích tổng hợp tài liệu Hệ thống hóa và hoàn chỉnh các tài liệu thực địa như: Tài liệu các hố khoan thăm dò; tài liệu thí nghiệm ngoài trời; tài liệu phân tích thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ lý trong phòng. Từ kết quả thu được qua các thí nghiệm ngoài trời, dựa vào cơ sở lý thuyết để tính toán các thông số ĐCCT của đất đá. Lập mặt cắt ĐCCT theo các tuyến điển hình, thành lập bản đồ ĐCCT và các bản đồ phụ trợ khác. Các tuyến được chọn để lập mặt cắt ĐCCT cần phản ánh được đầy đủ nhất đặc điểm ĐCCT của khu vực nghiên cứu. Trên các mặt cắt ĐCCT, địa tầng khu vực nghiên cứu được phân chia thành các lớp có đặc điểm thành phần thạch học, trạng thái và đặc tính ĐCCT tương tự nhau. Xử lý bằng phương pháp thống kê toán học kết quả thí nghiệm trong phòng và ngoài trời, nhằm xác định các giá trị tiêu chuẩn và các giá trị tính toán của các đặc trưng cơ lý của các lớp đất đá, chọn sơ đồ tính toán ổn định cho công trình và thực hiện các tính toán cần thiết khác. Phân tích, đánh giá toàn bộ các tài liệu để đưa ra các nhận xét, kết luận và kiến nghị. Lập báo cáo ĐCCT gồm bản thuyết minh và các phụ lục kèm theo. 3. Nội dung báo cáo địa chất công trình Báo cáo kết quả khảo sát ĐCCT là bản tổng hợp các kết quả khảo sát ĐCCT tại hiện trường và trong phòng tại địa điểm xây dựng, tham khảo các tài liệu ĐCCT khu vực lân cận. Báo cáo ĐCCT gồm các phần sau: Mở đầu - Nêu mụ đích yêu cầu và nhiệm vụ của công tác khảo sát; - Khái quát điều kiện mặt bằng, đặc trưng kết cấu, tải trọng, số tầng nhà và các yêu cầu đặc biệt khác. I. Phương án khảo sát - Khối lượng, tiến độ công việc khảo sát, thí nghiệm; - Bố trí các đểm thăm dò; - Các phương án khảo sát: Nêu rõ tiêu chuẩn hoặc cơ sở áp dụng để thực hiện các phương án khảo sát và thí nghiệm. II. Điều kiện ĐCCT của đất nền - Phân biệt, phân chia và mô tả đất, đá theo thứ tự địa tầng trong đó đề cập đến cả diện phân bố, thế nằm qua kết quả khảo sát; - Nước dưới đất và các vấn đề liên quan đến thi công và ăn mòn, xâm thực đến vật liệu móng và công trình; - Tổng hợp các tính chất cơ lý các lớp đất đá theo các loại thí nghiệm và lựa chọn giá trị đại diện phục vụ tính toán thiết kế nền móng; - Kết quả quan trắc ĐCCT (nếu có). III. Đánh giá điều kiện ĐCCT phục vụ xây dựng công trình - Trình bày rõ địa tầng, tính chất cơ lý của đất nền, đánh giá định tính và định lượng mức độ đồng đều của các lớp đất, đặc trưng độ bền và tính biến dạng của đất nền; - Chỉ rõ các hiện tượng địa chất bất lợi đang hoặc có thể có, phân tích sự ổn định của đất nền dưới tác dụng của tải trọng; - Đánh giá ảnh hưởng của điều kiện địa chất thủy văn đối với công tác thi công nền móng, đánh giá sự ổn định của mái dốc, độ ăn mòn của nước đối với bê tông và bê tông cốt thép, đồng thời đưa ra phương án dự phòng; - Nên có phân tích, khuyến cáo sử dụng hợp lý môi trường địa chất cho mục đích xây dựng công trình; - Đánh giá sự ảnh hưởng công trình xây dựng với các công trình lân cận. IV. Kết luận chung và kiến nghị V. Phần phụ lục Phần phụ lục báo cáo gồm các bản đồ, mặt cắt, bản vẽ, bảng tính, biểu đồ. Các phụ lục cần thiết phải có: - Mặt bằng bố trí các điểm thăm dò; - Các trụ địa tầng hố khoan; - Mặt cắt ĐCCT: Các mặt cắt dọc, ngang trên đó thể hiện thứ tự tên gọi lớp, số hiệu lớp, ký hiệu đất, đá, nước dưới đất, biểu đồ thí nghiệm, giá trị cơ lý đại diện…; - Bảng tổng hợp tính chất cơ lý theo lớp; - Các biểu đồ thí nghiệm hiện trường và trong phòng; - Các biểu bảng khác liên quan đến kết quả khảo sát; - Tài liệu tham khảo. KẾT LUẬN Sau một thời gian dài làm đồ án địa chất công trình chuyên môn, cùng với sự chỉ bảo tận tình của thầy cô trong bô môn ĐCCT đặc biệt là của cô giáo Tiến Sĩ:Tô Xuân Vu và sự góp ý đầy nhiệt tình của các bạn trong lớp, cuối cùng em đã hoàn thành đồ án của mình. Trong quá trình làm đồ án, em đã được vận dụng những kiến thức đã được học trên giảng đường đại học vào để giải quyết nhiệm vụ thiết kế công trình cụ thể. Qua đó, em đã tích lũy được những kinh nghiệm cực kỳ quý báu và bổ ích. Từ đó tạo cơ sở cho việc hoàn thành những nhiệm vụ được giao sau này khi ra trường. Qua đồ án này, giúp chúng em có được nhiều kiến thức có thể tính toán thiết kế cho nhiều khu vực khác nhau, đánh giá được điều kiện ĐCCT cụ thể cho từng công trình, đưa ra giải pháp móng hợp lý cho công trình làm việc ổn định, tính toán đưa ra các biện pháp thăm dò phù hợp vừa đảm bảo yêu cầu kinh tế - kỹ thuật – khả thi. Tuy nhiên, do kiến thức chuyên môn của chúng em còn nhiều hạn chế, kinh nghiệm còn non yếu nên đã không tránh khỏi những sai sót. Em xin được sự chỉ bảo của các thầy cô và sự góp ý cụ thể của các bạn. Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong bộ môn đắc biệt là Tiến Sĩ:Tô Xuân Vu đã nhiết tình giúp đỡ em hoàn thành đồ án này. Em xin chân thành cảm ơn! Hà nội, ngày 23 tháng 10 năm 2011 Sinh viên Tô Quân Lớp ĐCCT – ĐKTB.K53 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tô Xuân Vu, Phạm Minh Tuấn, Nguyễn Văn Phóng, Bùi Trường Sơn, Phan Tự Hướng, Phạm Văn Minh, Nguyễn Thị Nụ. Đề tài đồ án môn học khảo sát địa chất công trình. Hà Nội, 2007. PGS. TS. Lê Trọng Thắng. Các phương pháp nghiên cứu và khảo sát địa chất công trình. Nxb giao thông vận tải, 2003. PGS. TS. Đỗ Minh Toàn. Đất đá xây dựng. Hà Nội, 2007. PGS. TS. Tạ Đức Thịnh, PGS. TS. Nguyễn Huy Phương, GVC. Nguyễn Hồng, Ths. Nguyễn Văn Phóng. Nền và móng công trình. Nxb xây dựng, 2009. PGS. TS. Tạ Đức Thịnh, PGS. TS. Nguyễn Huy Phương. Cơ học đất. Nxb xây dựng, 2002. Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam TCXD 45 – 78. Thiết kế nền nhà và công trình. Hà Nội, 1979. Tiêu chuẩn ngành 22 TCN 259 – 2000. Quy trình khoan thăm dò địa chất công trình. Hà Nội, 2001. Tiêu chuẩn xây dựng TCXD 194- 2006. Nhà cao tầng- công tác khảo sát địa kỹ thuật. Hà Nội, 2006.