ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH NÂNG CAO

GVHD: PGS.TS.BÙI TRƯỜNG SƠN

MỤC LỤC

TÔ LÊ HƯƠNG
HUỲNH KIM LINH

1570160
1570161

Trang 1


ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH NÂNG CAO

GVHD: PGS.TS.BÙI TRƯỜNG SƠN

DANH MỤC HÌNH ẢNH

TÔ LÊ HƯƠNG
HUỲNH KIM LINH

1570160
1570161

Trang 2


ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH NÂNG CAO

dịch hoặc nước (pha lỏng) và các chất khí (pha khí) trong lỗ rỗng. Các quan hệ lẫn
nhau về khối lượng và thể tích giữa các pha thành phần đóng vai trò rất quan trọng
trong việc hình thành tính chất cơ lý của đất. Có thể dùng sơ đồ mô phỏng 3 pha của
đất để làm rõ các khái niệm về các đặt trưng tính chất vật lý của đất.
Haï
Hạtt

Khí
MMv
v
Mw
Nướcc
M w
Nöôùc M Ma
M

Khí

V
Khí

Nước
Nöôù
c

V

M

M

M=Ms+Mw: Khối lượng đất (Xem khối lượng khí Ma = 0)

TÔ LÊ HƯƠNG
HUỲNH KIM LINH

1570160
1570161

Trang 4


ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH NÂNG CAO

1.2

GVHD: PGS.TS.BÙI TRƯỜNG SƠN

Thống kê các thông số địa chất theo TCVN 9362:2012

Hình 1.2 Quy trình thiết lập trị tiêu chuẩn và trị tính toán theo TCVN 9362-2012

TÔ LÊ HƯƠNG
HUỲNH KIM LINH

1570160
1570161

Trang 5




A.6:
A.7:

(với c, φ)

A.8:

(với Rn, γ)

TÔ LÊ HƯƠNG
HUỲNH KIM LINH

A.14:

1570160
1570161

(với γ)

Trang 6


Điều 4.3.6: Xác suất tin cậy ∝ của trị tính toán các đặc trưng của đất được lấy bằng:

• ∝ = 0.95 khi tính nền theo sức chịu tải.
• ∝ = 0.85 khi tính nền theo biến dạng.
Điều A.4: số lượng thí nghiệm n để thiết lập trị tiêu chuẩn và trị tính toán các đặc trưng
của đất.
Số lượng thí nghiệm n để thiết lập trị tiêu chuẩn và trị tính toán các đặc trưng của đất nói


Trọng lượng riêng đẩy nổi: là trọng lượng riêng của đất dưới mực nước ngầm có
xét lực đẩy Archimède. Đơn vị: KN/m3
2.1.3 Các chỉ tiêu tỷ trọng
Tỷ trọng đất tự nhiên: là tỷ số giữa trọng lượng riêng tự nhiên và trọng lượng
riêng của nước.
Tỷ trọng đất khô: là tỷ số giữa trọng lượng riêng khô và trọng lượng riêng của
nước.


Tỷ trọng hạt: là tỷ số giữa trọng lượng riêng hạt và trọng lượng riêng của nước.
Tỷ trọng đẩy nổi: là tỷ số giữa trọng lượng riêng đẩy nổi và trọng lượng riêng
của nước.
2.1.4 Hệ số rỗng e
Là tỷ số giữa thể tích phần lỗ rỗng và thể tích phần hạt rắn.
2.1.5 Độ rỗng n
Là tỷ số giữa thể tích phần lỗ rỗng và tổng thể tích toàn bộ của đất. Độ rỗng nằm
trong khoảng [0-1].

2.1.6 Độ ẩm (độ chứa nước) W
Là tỷ số giữa trọng lượng của nước với trọng lượng hạt. Độ ẩm có thể dao động
từ 0% đến 600% (đối với than non). Đơn vị: %, hay số thập phân.

2.1.7 Thể tích riêng v
Là tỷ số giữa thể tích tự nhiên và thể tích phần hạt rắn.
2.1.8 Độ bão hòa Sr
Là tỷ số giữa thể tích nước và thể tích lỗ rỗng. Đơn vị: %
+ Đất bão hòa :

Sr ≥ 85%.

x

x

x

x
x
x

x

x

x
x
x

x

x

x

x

x
x

x


1

e

2

e

3

n

4

γ

5

γs

6

γs

7

Sr

8

V

Bảng 2.2 Các phương pháp thí nghiệm xác định khối lượng riêng tự nhiên

VI PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM

VII

PHẠM VI ỨNG DỤNG

VIII Phương pháp dao vòng

IX Đất dính

X Phương pháp bọc sáp

XI Đất không cắt được bằng dao vòng do
có sỏi dạn, khi cắt dễ vỡ, lưu ý là cỡ hạt
phải không quá 5mm

XII

Phương pháp đo thể tích bằng
dầu hỏa

XIII Đất dính, đất than bùn, đất chứa
nhiều tàn tích thực vật ít phân hủy hay
khó lấy mẫu theo 2 phương pháp trên

- Kết quả thí nghiệm:


+ t = 0,04 mm đối với đất loại sét đồng nhất.

XXIVTrình tự thí nghiệm như sau:
XXV
Bước 1: dùng thước kẹp đo đường kính trong (d) và chiều cao (h) của
dao vòng → tính toán thể tích của dao vòng (V) bằng cm³ với độ chính xác đến chữ
số thập phân thứ hai, sau dấu phẩy. Cân để xác định khối lượng của dao vòng (m2)
với độ chính xác đến 0,1 % khối lượng.
XXVI
Bước 2: dùng dao thẳng gọt bằng mặt mẫu đất và đặt đầu sắc của dao
vòng lên chỗ lấy mẫu. Giữ dao vòng bằng tay trái và dùng dao thẳng gọt xén dưới
dao vòng trụ đất có chiều cao khoảng từ 1 cm đến 2 cm và đường kính lớn hơn
đường kính ngoài của dao vòng khoảng từ 0,5 mm đến 1 mm. Sau đó ấn nhẹ dao
vòng vào trụ đất theo chiều thẳng, có thể dùng kèm dụng cụ định hướng. Tiếp tục
gọt khối đất và ấn dao vòng cho đến khi dao vòng hoàn toàn đầy đất. Để đất không
bị nén khi ấn dao vòng, nên lắp thêm vòng đệm lên phía trên dao vòng.
XXVII Bước 3: lấy vòng đệm ra, dùng dao thẳng cắt gọt phần đất thừa nhô
lên trên miệng dao vòng và đậy lên trên dao vòng một tấm kính (hoặc tấm kim loại)
phẳng đã được cân trước (m3). Cắt đứt trụ cách mép dưới của dao vòng khoảng 10
mm. Với đất loại cát, sau khi dao vòng đã ấn ngập xuống rồi thì dùng dao thẳng đào
gọt đất xung quanh dao vòng và dùng công cụ nhỏ dạng xẻng lấy cả phần đất phía
dưới lên. Tiếp theo, lật ngược dao vòng có đất, sau đó gạt bằng mặt và đậy dao
vòng bằng một tấm kính (hoặc kim loại) giống mặt kia.
XXVIII Bước 4: cân dao vòng có mẫu đất và các tấm đậy ở hai mặt với độ
chính xác đến 0,1% khối lượng (m1). …auk hi cân xong, lấy một phần đất trong dao
vòng cho vào các hộp có khối lượng đã biết trước hoặc lấy toàn bộ đất trong dao
vòng đem sấy khô để xác định độ ẩm của đất.
XXIX


nóng chảy ở nhiệt độ từ 57°C đến 60°C trong 1-2 giây. Lúc đầu, nhúng một phía,
sau đó lật phía khác. Sau khi để nguội, loại trừ những bọt khí tạo thành trên lớp sáp
bằng cách dùng mũi kim nung nóng châm thủng và làm phẳng lại. Sau đó, nhúng
thêm lần nữa để mẫu đất được bọc kín một vỏ sáp dày khoảng từ 0,5 mm đến 1
mm. Cân mẫu đất trong không khí với độ chính xác đến 0,1% khối lượng (m1).
XLI
Bước 3: đặt một cốc nước lên bệ nằm phía trên đĩa cân thủy tĩnh (xem
hình bên dưới), sao cho khối lượng của nó không truyền lên cánh tay đòn của cân.
Buộc vào đầu mẫu đất bọc sáp một sợi chỉ nhỏ dài đủ để mẫu chìm hoàn toàn trong
nước mà không chạm đáy, treo lên cánh tay đòn của cân và thả nhẹ nhàng vào cốc
nước. Xác định khối lượng của mẫu đất bọc sáp ở trong nước bằng cân thuỷ tĩnh
hoặc cân kĩ thuật với độ chính xác đến 0,1% khối lượng (m2).
XLII
Bước 4: lấy mẫu đất bọc sáp ra khỏi nước và lau khô bằng giấy thấm.
Sau đó cân lại trong không khí một lần nữa để kiểm tra xem nước có thấm vào mẫu
đất hay không. Nếu sự chênh lệch khối lượng giữa hai lần cân lớn hơn 0,2 % khối
lượng ban đầu của mẫu bọc sáp, thì phải vứt bỏ mẫu thí nghiệm đi và chuẩn bị lại
mẫu khác.
XLIII
Bước 5: tháo bỏ lớp vỏ sáp và đặt tất cả mẫu đất vào trong một cốc
khác đã biết trước khối lượng, để xác định độ ẩm của đất. Nếu khi tháo bỏ vỏ sáp
mà đất bị dính theo, thì phải cân lại khối lượng đất ướt trước khi đem sấy khô đến
khối lượng không đổi.
XLIV
XLV
Bước 6: Khối lượng thể tích của mẫu đất được tính bằng g/cm3 theo
công thức sau:


XLVI

cân lại bình và nước (m2).


LVII Từ hiệu số (m2 – m1) ta suy ra thể tích nước thêm vào tương ứng độ tăng cột
nước. Dựa vào đó ta vạch thêm các vạch để chia thể tích cho ống thủy tinh, biến
ống thủy tinh thành thước đo thể tích chất lỏng trong bình chứa.
LVIIITrình tự thí nghiệm:
LIX
Bước 1: thả lưới thép vào bình đựng nước để xác định thể tích lưới
thép (Vlưới).
LX Bước 2: dùng dao gọt mẫu sao cho thể tích không nhỏ hơn 50 cm 3, có thể để
gọn trong lưới thép, chiều cao không quá 2 lần chiều cao lưới thép. Cân mẫu này
(M) (sai số không quá 0.1% khối lượng).
LXI
Bước 3: để mẫu vào lưới thép rồi thả lưới thép ngập vào bình đựng
dầu hỏa rồi giữ ở đó đến khi không còn bọt khí thoát ra. Lúc này mẫu sẽ được bão
Hình 2.2 Dụng cụ thí nghiệm đo thể tích bằng dầu hỏa

hòa bằng dầu hỏa. Sau đó lấy mẫu ra để bên ngoài cho dầu hỏa thừa chảy ra hết.
LXII
Bước 4: đặt bình đựng dầu hỏa lên mặt phẳng, điều chỉnh cho thật
ngang bằng, đổ dầu hỏa vào cho mặt khum dưới của dầu hỏa tới 1/3 ống thủy tinh,
đánh dấu mặt khum này (với độ chính xác 0.25 vạch chia).
LXIII
Bước 5: thả lưới thép có mẫu đã bão hòa dầu hỏa vào, đánh dấu mặt
khum dưới của dầu hỏa lúc này (với độ chính xác 0.25 vạch chia). Hiệu số thể tích
2 lần đo này là thể tích của lưới thép và mẫu (Vlưới+mẫu).
LXIV
Bước 6: lấy mẫu ra khỏi lưới thép, đặt vào cốc đã biết trước khối
lượng, đem sấy khô để xác định độ ẩm.

Khối lượng riêng mẫu đất được tính ρ = M/Vđất
LXXVI

1

Hình 2.4 Dụng cụ và thí nghiệm nón cát tại hiện trường


LXXVII
2.2.2 Xác định khối lượng riêng khô
LXXVIII Theo TCVN 4195:2012 - Đất xây dựng - Phương pháp xác định
khối lượng riêng trong phòng thí nghiệm [3], để có khối lượng phần hạt cứng Ms,
ta sấy mẫu đất ở 105oC trong 24 giờ đến khối lượng không đổi để loại hết nước
trọng trường và nước hút bám.

LXXIX
LXXX
LXXXI

Có 2 phương pháp xác định khối lượng riêng khô của đất:
PHƯƠNG PHÁP THÍ
NGHIỆM

LXXXII

PHẠM VI ỨNG DỤNG

LXXXIII

Phương pháp dùng nước cất

XC Phương pháp dùng nước cất:
XCI Chuẩn bị thí nghiệm:
• Bằng phương pháp chia tư lấy 100g đến 200g đất nghiền cho qua rây
N02.
• Sấy đất lọt qua rây ở nhiệt độ 105 0C đến khối lượng không đổi. Sau
đó đem 15g bột đất cho vào bình tỷ trọng.


XCII Trình tự thí nghiệm:
• Bước 1: Cân khối lượng bình tỷ trọng và đất rồi đem trừ khối lượng
bình tỷ trọng được khối lượng m1.
XCIII

Khối lượng khô tuyệt đối m0:

XCIV

;

XCV

: là lượng hút ẩm của đất (%)

• Bước 2: Để không khí thoát ra phải đổ nước cất vào một nửa bình tỷ
trọng rồi đun sôi, lắc đều. Thời gian đun đối với đất cát và cát pha là
30 min, đất sét và sét pha là 1h. Sau đó để nguội huyền phù (nước và
đất) ở nhiệt độ phòng.
• Bước 3: Cân bình chứa đầy huyền phù được khối lượng .
• Bước 4: Đổ huyền phù ra và rửa sạch bình, sau đó cho nước cất đun
sôi vào bình và làm nguội đến nhiệt độ của huyền phù. Cân bình tỷ

• Bước 2: Để không khí thoát ra phải đổ dầu hỏa vào một nửa bình tỷ
trọng rồi đun sôi, lắc đều. Thời gian đun đối với đất cát và cát pha là
30 min, đất sét và sét pha là 1h. Sau đó để nguội huyền phù (dầu hỏa
và đất) ở nhiệt độ phòng.
• Bước 3: Cân bình chứa đầy huyền phù được khối lượng .
• Bước 4: Đổ huyền phù ra và rửa sạch bình, sau đó cho dầu hỏa vào
bình và làm nguội đến nhiệt độ của huyền phù. Cân bình tỷ trọng chứa
dầu hỏa được khối lượng .
• Bước 5: Xác định khối lượng riêng khô:

CV
CVI

;
: khối lượng riêng của dầu hỏa xác định ở nhiệt độ phòng.

CVII
CVIII2.2.3 Xác định khối lượng riêng hạt
CIX Để có thể tích phần hạt cứng Vs, ta cho mẫu đất đã sấy khô vào bình
nước đã biết thể tích rồi đo thể tích nước bị hạt chiếm chổ. Có thể loại bỏ
bọt khí bằng cách hút chân không hay đun nóng hỗn hợp đất và nước.

CX
CXI 2.2.4 Xác định độ ẩm
CXIITheo TCVN 4196:2012 - Đất xây dựng - Phương pháp xác định độ
ẩm, độ hút ẩm trong phòng thí nghiệm. [4]
CXIII
- Nguyên lý thí nghiệm:
CXIVMẫu thí nghiệm được đem sấy ở nhiệt độ 110˚ ± 5˚C.
CXV Khối lượng mất đi trong khi sấy được xem là khối lượng nước.

M3. Thời gian sấy tùy thuộc vào kích cỡ mẫu, loại tủ sấy,... thường người ta để
mẫu qua đêm (từ 12–16h).
CXXIX
Độ ẩm được tính theo công thức sau:

CXXX
CXXXI
2.2.5 Xác định tỉ trọng hạt
CXXXII Dùng cho hạt vượt qua mắt rây No. 4 (4.76mm). Trong trường
hợp hạt còn trên rây số 4, có thể tiến hành phân tích thông qua ASTM-C127
[5]. Ở đây chỉ trình bày trường hợp phổ biến theo ASTM-D854 [6].
CXXXIII Có 2 phương pháp tiến hành phân tích tỉ trọng hạt:
CXXXIV Phương pháp A: phân tích theo mẫu được đã sấy khô.
CXXXV
Phương pháp B: phân tích theo mẫu ẩm, thường dùng cho đất hữu cơ,
đất có tính nén lún cao, đất hạt mịn...


- Dụng cụ thí nghiệm:
CXXXVI Bình tỉ trọng, thông dụng là V=500ml.
CXXXVII Cân kĩ thuật độ chính xác 0.01g.
CXXXVIII Nhiệt kế.
CXXXIX Bơm chân không.
CXL Sàng N04, N010.
CXLICối sứ, chày sứ.
CXLII
Hình 2.5 Dụng cụ thí nghiệm tỷ trọng hạt

- Mẫu thí nghiệm:
CXLIII

o Tỉ trọng hạt ở nhiệt độ 20˚C là:


CXLVIII
CXLIX
Trong đó K là hệ số chuyển đổi từ nhiệt độ Tx về nhiệt độ 20˚C (tại
20˚C: K=1), tra theo bảng 2.3.
Phương pháp B:
- Lấy đất xác định độ ẩm w.
- Cân bình tỉ trọng được Mp.
- Cho mẫu đất vào bình. Cân bình và đất được Mp’.
- Khối lượng đất ẩm M = Mp’ - Mp.
- Xác định khối lượng đất khô trong mẫu dựa vào công thức:
- Cách xác định Mpws, Mpw, Gs tương tự như phương pháp A
CL


CLI
CLII

Bảng 2.3 Bảng tra hệ số điều chỉnh K theo nhiệt độ
S CLIII

TT

Nhiệt độ
(oC)

CLIV Khối lượng riêng


Á cát (Silty sand)

CCXLVII 2.67-2.70

CCXLVIII Sét (Inorganic clay)

CCXLIX

CCL Đất có lẫn mica hoặc sắt
(Soil with mica or iron)

CCLI
2.75-3.00

CCLII

CCLIII
Khác nhau, nhưng có thể
dưới 2.00

CCLIV
CCLV

Đất hữu cơ (Organic soil)

2.70-2.80


CHƯƠNG 3
CÁC GIỚI HẠN ATTERBERG

CCLX Các giới hạn Atterberg được nhà khoa học người Thụy Điển Albert
Atterberg đưa ra vào năm 1911. Hiện nay, trong lĩnh vực Địa kỹ thuật, hiện có 3
giới hạn đặc trưng, đó là:
- Giới hạn nhão (Liquid limit)
- Giới hạn dẻo (Plastic limit)
- Giới hạn co (Shrinkage limit)
CCLXI
Các giới hạn này bản chất là độ ẩm của mẫu đất ở vùng biên giới
chuyển tiếp từ trạng thái này sang trạng thái khác của đất dính. Cụ thể:
- Giới hạn chảy (Liquid limit): tương ứng với độ ẩm mà đất loại sét có kết
cấu bị phá hoại chuyển từ trạng thái dẻo sang trạng chảy. Ký hiệu: W L hoặc
LL
- Giới hạn dẻo (Plastic limit): tương ứng với độ ẩm mà đất loại sét có kết cấu
bị phá hoại chuyển từ trạng thái cứng sang trạng thái dẻo. Ký hiệu: W P hoặc
PL
- Giới hạn co (Shrinkage Limit): là độ chứa nước ứng với biên giới giữa trạng
thái cứng và nửa cứng. Ký hiệu: WS hoặc SL
CCLXII
Việc đi tìm các giới hạn này được thực hiện thông qua các thí nghiệm
trình bày tiếp sau đây.

CCLXIII 3.2 Các phương pháp thí nghiệm xác định Giới hạn
Atterberg:
CCLXIV
CCLXV

3.2.1 Thí nghiệm xác định Giới hạn chảy (WL hoặc LL):
Việc xác định giới hạn chảy cho đến nay có 3 phương pháp phổ biến:

- Thí nghiệm chùy xuyên Vaxiliev