TIÊU CHUẨN NGÀNH 14 TCN 139:2005 VỀ ĐẤT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH THỦY LỢI – PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH HỆ SỐ THẤM CỦA ĐẤT TRONG PHÒNG THÍ NGHIỆM

TIÊU CHUẨN NGÀNH

14 TCN 139 – 2005

 

ĐẤT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH THUỶ LỢI – PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH HỆ SỐ THẤM CỦA ĐẤT TRONG PHÒNG THÍ NGHIỆM Soils. Laboratory methods of determination of permeability coefficent

 

 

 

1.            QUY ĐỊNH CHUNG

1.1.         Tiêu chuẩn này quy định phương pháp xác định hệ số thấm của đất (các loại đất dính và đất rời)  ở trong phòng thí nghiệm, dùng cho xây dựng công trình thuỷ lợi.

1.2.         Phạm vi áp dụng

1.2.1.      Các loại đất sét và đất bụi không chứa hoặc có chứa sỏi sạn hạt nhỏ (hạt cỡ 2 đến 5 mm); đất cát có lượng chứa hạt bụi và hạt sét hơn hoặc 10%, không chứa hoặc có chứa sỏi sạn hạt nhỏ;

1.2.2.      Đất cát có lượng chứa hạt bụi và hạt sét dưới 10%, không chứa hoặc có chứa sỏi sạn hạt nhỏ.

              Ghi chú:

              1. Khái niệm chung về đất dính và đất đất rời, tham khảo tiêu chuẩn 14 TCN  123 – 2002.

              2. Đối với đất có chứa sỏi sạn hạt trung bình và hạt to (cỡ hạt từ 5 đến 60mm), không áp dụng được tiêu chuẩn này, mà phải áp dụng tiêu chuẩn khác phù hợp với đất chứa hạt to, hoặc tham khảo áp dụng phương pháp thí nghiệm mẫu nhỏ quy đổi nói ở phụ lục C. Còn đối với đất sỏi sạn, đất cuội dăm, thì cần phải bằng thí nghiệm ở hiện trường.

1.3.         Thuật ngữ

Hệ số thấm của đất ký hiệu K_th, là tốc độ nước tự do chảy qua lỗ hổng giữa các hạt rắn của đất tuân theo định luật chảy tầng của Đacxi, ứng với trị số građiên thuỷ lực bằng 1, tính bằng cm/s.

1.4.         Phương pháp thí nghiệm

1.4.1.      Đối với đất dính theo điều 1.2.1, áp dụng phương pháp cột nước thay đổi;

1.4.2.      Đối với đất rời theo điều 1.2.2, áp dụng phương pháp cột nước không đổi.

1.5.         Mẫu đất thí nghiệm

1.5.1.      Mẫu đất lấy về dùng để thí nghiệm trong phòng phải đảm bảo tính đại biểu và chất lượng yêu cầu theo tiêu chuẩn 14 TCN  124 – 2002;

1.5.2.      Đối với mỗi mẫu đất, được tiến hành thí nghiệm một mẫu và quan trắc thấm lặp đi lặp lại không ít hơn ba lần để lấy kết quả trung bình;

Tuỳ theo mục đích sử dụng đất, mẫu thí nghiệm được chuẩn bị từ mẫu đất nguyên trạng – đối với đất dùng làm nền và từ mẫu đất bị phá huỷ kết cấu, nhưng sau đó được chế bị có độ chặt và độ ẩm theo yêu cầu – đối với đất dùng làm vật liệu đắp.

              Ghi chú: Đối với mẫu đất chứa nhiều sỏi, sạn, nên tiến hành với 2 mẫu thí nghiệm để lấy kết quả trung bình.

1.5.3.      Mẫu đất thí nghiệm có dạng trụ tròn, theo nguyên tắc chung là đường kính tiết diện ngang của mẫu nên  lớn hơn kích thước hạt lớn nhất của đất ít nhất là 12 lần; Và tỷ số giữa chiều dài là L và đường kính tiết diện của mẫu D, trong khoảng 1/2 đến 2/3 – đối với mẫu đất thí nghiệm theo phương pháp đầu nước thay đổi và hơn hoặc bằng 2 đối với mẫu đất thí nghiệm theo phương pháp đầu nước không thay đổi.

1.6.         Nước dùng cho thí nghiệm thấm, hợp lý nhất là nước lấy ở khu vực lấy mẫu đất; tuy nhiên cũng được dùng nước máy và nước sạch đã khử khoáng và khử khí.

2.            THIẾT BỊ DỤNG CỤ

2.1.         Thiết bị hộp thấm, áp dụng cho phương pháp thí nghiệm cột nước thay đổi, được miêu tả khái quát ở hình A.1 phụ lục A;

Thiết bị ống mẫu thấm, áp dụng cho phương pháp thí nghiệm cột nước không thay đổi, được mô tả khái quát ở hình A.2 phụ lục A.

2.2.         Các thiết bị, dụng cụ khác, gồm:

– Thiết bị và dụng cụ xác định độ ẩm của đất, theo tiêu chuẩn 14 TNC 125 – 2002;

– Thiết bị, dụng cụ xác định khối lượng thể tích đất, theo tiêu chuẩn 14 TCN 126 -2002;

– Dụng cụ để nghiền rời đất: tấm cao có kích thước 1 x 1 m hoặc 1,5 x 15 m; chày gỗ; cối bằng sứ hoặc bằng đồng và chày đầu bọc cao su;

– Các sàng phấn tích hạt kích thước lỗ 2 mm và 5 mm;

– Dụng cụ chế tạo mẫu được mô tả khái quát ở phụ lục C của tiêu chuẩn 14 TCN  132 – 2005, với khuôn mẫu có kích thước phù hợp với mẫu nghiệm thấm;

– Nhiệt kế có độ chính xác đến 0,5⁰C;

– Đồng hồ bấm giây và đồng hồ chỉ giờ;

– Thước cặp cơ khi có độ chính xác đến 0,1 mm;

– Cân kỹ thuật các loại có độ chính xác đến 0,1g; 1g và 5 g;

– Nước cất hoặc nước máy, nước sạch đã được khử khoáng và khử khí;

– Các dụng cụ thông thường, như: dao cắt đất, dao gạt phẳng, khay đựng đất, muôi xúc đất v.v…

3.            XÁC ĐỊNH HỆ SỐ THẤM CỦA ĐẤT THEO PHƯƠNG PHÁP CỘT NƯỚC THAY ĐỔI

3.1.         Nguyên tắc chung

3.1.1.      Phương pháp này xác định hệ số thấm của đất dính bằng cách cho nước thấm qua tiết diện của mẫu đất theo phương thẳng đứng, từ dưới lên hoặc từ trên xuống, dưới tác dụng của cột nước áp dụng thay đổi. Sau đó, áp dụng định luật chảy tầng của Đacxi để tính hệ số thấm của đất.

3.1.2.      Phạm vi áp dụng: theo điều 1.2.1.

3.1.3.      Thuật ngữ: như điều 1.3

3.1.4.      Mẫu đất thí nghiệm

Mẫu đất thí nghiệm phải đảm bảo chất lượng và kích thước phù hợp theo quy định ở điều 1.5. Đối với các loại đất thuộc phạm vi áp dụng của tiêu chuẩn này, về đại thể, mẫu thí nghiệm có kích thước đường kính tiết diện ngang D = 60¸75mm và chiều dài (quen gọi là chiều cao) L = 30 ¸ 40 mm là thoả mãn yêu cầu.

3.2.         Thiết bị, dụng cụ

3.2.1.      Thiết bị thí nghiệm thấm đầu nước thay đổi, kiểu hợp thấm, có kết cấu được mô tả tổng quát ở hình A.1 phụ lục A. Các chi tiết của hộp thấm có kích thước đảm bảo phù hợp với dao vòng chứa mẫu được lắp đặt vào hộp;

              Ghi chú: Dao vòng chứa mẫu thí nghiệm thấm vừa dùng để lấy mẫu đối với đất nguyên trạng vừa dùng để làm khuôn chế bị mẫu đối với đất bị phá huỷ kết cấu. Do đó, nó phải được chế tạo bằng thép cứng.

3.2.2.      Các thiết bị, dụng cụ khác: như điều 2.2.

3.3.         Quy trình

3.3.1.      Hiệu chuẩn thiết bị, dụng cụ: theo trình tự sau:

3.3.1.1.   Rửa sạch và sấy khô dao vòng lấy mẫu, rồi cân khối lượng dao vòng chính xác đến  0,1g; đo đường kính trong D và chiều cao h của dao vòng chính xác đến 0,1mm; sau đó tính dung tích V (cm³) của dao vòng chính xác đến 0,1cm³, theo công thức sau:

Trong đó: p – Số Pi;

D – đường kính trong của dao vòng, mm;

h – chiều cao của dao vòng, mm.

3.3.1.2.   Đo tiết diện ngang của ống đo áp, a (cm²), tại ít nhất là 3 vị trí chiều cao cách nhau 40 đến 50cm, đo chính xác đến 0,1 cm², lấy trị trung bình với điều kiện số đo ở các vị trí chênh lệch nhau không quá 0,01cm²;

              Ghi chú: Thông thường, ống đo áp dài (cao) 2 đến 2,5 m, có đường kính trong đồng đều và khoảng 8mm đến 10 mm, tương ứng với thiết bị thí nghiệm mẫu nhỏ đến lớn hơn.

3.3.1.3.   Kiểm tra các roăng cao su, các ống dẫn nước, các đầu ống nối  và các khoá (van) nước, phải đảm bảo các thứ này đều nguyên lành và kín nước;

3.3.1.4.   Rửa sạch bình cấp nước, khoá van ống dẫn, rồi đổ nước máy hoặc nước sạch đã được khử khoáng và khử khí vào đầy bình;

3.3.1.5.   Rửa, chải sạch các viên đá xốp thấm nước hoặc các tấm kim loại đục lỗ châm kim dùng đặt ở hai đầu mẫu đất thí nghiệm; phải đảm bảo các tấm này thấm nước tốt và nhanh hơn khả năng thấm của đất, đồng thời ngăn chặn được các hạt mịn của đất không bị rửa trôi trong quá trình thí nghiệm;

3.3.1.6.   Thông suốt các đầu ống nối dẫn nước gắn ở đế và nắp hộp thấm, phải đảm bảo các ống đầu nối này dẫn được lượng nước nhiều hơn lượng nước thấm qua mẫu;

3.3.1.7.   Lau sạch bộ dụng cụ chế tạo mẫu để sử dụng, nếu thí nghiệm đối với đất bị phá huỷ kết cấu.

3.3.2.      Chuẩn bị mẫu thí nghiệm

3.3.2.1.   Chuẩn bị mẫu thí nghiệm từ mẫu đất nguyên trạng được tiến hành theo trình tự sau:

– Dùng mỡ bôi trơn mặt trong của dao vòng lấy mẫu;

– Tháo dỡ các lớp bọc mẫu, rồi cẩn thận lấy ra mẫu đất, ghi số hiệu mẫu và mô tả đất tóm tắt vào sổ thí nghiệm;

– Cắt bỏ 5 ¸ 7 mm đất đầu trên của mẫu, rồi đặt thẳng đứng mẫu với bề mặt lên trên;

– Đặt dao vòng có đầu vát sắc mép lên trung tâm bề mặt mẫu đất. Cẩn thận cắt gọt dần đất thừa xung quanh mẫu, rồi ấn đều dao vòng cho ngập dần vào đất; tiếp tục như  vậy cho đến khi được trụ đất nhô cao hơn dao vòng 3 ¸ 5 mm;

– Cắt bỏ đất thừa quá dao vòng, rồi dùng dao lưỡi thẳng để gạt bằng bề mặt mẫu cho sát ngang với bề mặt dao vòng. Sau đó, cắt gọt và gạt bằng mặt dưới của mẫu đất cho sát ngang với bề mặt dao vòng;

– Lau sạch mặt ngoài dao vòng, rồi cân khối lượng của dao vòng và mẫu đất ở trong đó chính xác đến 0,1 g. Đồng thời lấy mẫu đại biển để xác định độ ẩm của đất, theo tiêu chuẩn 14 TCN 125 – 2002.

              Ghi chú: Việc lấy mẫu đất vào dao vòng thí nghiệm thấm phải đảm bảo không có khe hở giữa thành dao vòng và đất, dù là nhỏ; nếu có, thì phải xử lý một cách cẩn thận. Và khi gạt bằng bề mặt hai đầu mẫu, tuyệt đối không được miết đất làm lấp kín các lỗ hổng vốn có của đất; cũng không được có dầu hoặc mỡ dính lên bề mặt mẫu đất, khi gạt bằng bề mặt mẫu đất, nếu có chỗ lỏm do hạt to bị bong ra để lại, thì dùng vật liệu hạt nhỏ hơn lấp bù vào đó.

3.3.2.2.   Chuẩn bị mẫu thí nghiệm từ mẫu đất bị phá huỷ kết cấu được tiến hành theo trình tự:

– Đem mẫu đất dùng thí nghiệm rải mỏng lên tấm cao su sạch và để phơi đất khô gió ở trong phòng, rồi dùng chày gỗ, cối cùng với chày đầu bọc cao su để nghiền rời đất;

– Sàng đất qua sang lỗ 5 mm; được phép đập vỡ các hạt ít ỏi nằm lại trên sàng cho lọt qua sàng này (nếu có);

– Đựng đất vào khay, trộn đều, rồi lấy mẫu xác định độ ẩm khô gió theo tiêu chuẩn 14 TCN  125 – 2002;

– Lấy một lượng đất khô gió, m_d (gam), để chế tạo mẫu thí nghiệm có độ chặt theo yêu cầu; m_d tính theo công thức:

m_d = g_cyc  x V ( 1 + 0.01 W_kg)

Trong đó:

g_cyc – Khối lượng thể tích khô yêu cầu chế bị của mẫu thí nghiệm, g/cm³;

V – Thể tích mẫu đất chế bị để thí nghiệm, bằng dung tích dao vòng chứa mẫu, cm³;

W_kg – độ ẩm khô gió của đất chế bị mẫu thí nghiệm, %;

Đựng mẫu đất đã lấy vào hộp chứa thích hợp;

– Lấy và chế vào mẫu đất một lượng nước máy hoặc nước sạch đã khử khoáng, m_n (cm³), để chế bị mẫu thí nghiệm có độ ẩm theo yêu cầu; m_n tính theo công thức:

Trong đó: W_yc – độ ẩm yêu cầu chế bị của mẫu thí nghiệm, %; các  kí hiệu khác như trên.

-Trộn đều đất với nước, rồi đặt vào bình giữ ẩm để ủ ẩm cho đất trong một thời gian 8 đến 10 giờ, rồi mới đem ra chế bị;

– Dùng mỡ để bôi trơn mặt trong của dao vòng chứa mẫu thí nghiệm thấm, rồi lắp dao vòng vào dụng cụ chế bị mẫu. Sau đó, lấy ra mẫu đất đã được ủ ẩm, trộn đều, rồi cho đất vào dao vòng, đầm chặt tạo mẫu đầy đặn trong dao vòng.

– Tháo dỡ đế và vòng chụp của dụng cụ chế bị, lấy dao vòng chứa mẫu ra, gạt bỏ các vết dầu mỡ trên bề mặt hai đầu mẫu và lau sạch mặt ngoài dao vòng.

              Ghi chú. Khi cho đất vào dao vòng để chế bị mẫu, cần dàn đều đất vào xung quanh thanh dao vòng, vừa cho đất vào vừa dùng đũa nhỏ để chọc, rồi san bằng mặt đất, sau đó mới đặt tấm nén lên đất và dùng tạ để đầm chặt đất, như nói ở phụ lục C tiêu chuẩn 14 TCN 132 – 2005.

3.3.3.      Tiến hành thí nghiệm và quan trắc thấm, ghi chép số liệu

3.3.3.1.   Lắp dao vòng chứa mẫu vào hộp thấm (xem hình A.1a, phụ lục A), theo trình tự: Đặt tấm đá xốp thấm nước hoặc đĩa đục lỗ châm kim vào đế của hộp thấm; đặt một tờ giấy thấm đã tẩm ướt lên đá thấm; lắp các roăng cao su vào vành chặn ngoài ở đế và nắp trên; lồng dao vòng chứa mẫu vào roăng cao su chặn nước rò rỉ giữa thành dao vòng và hộp thấm, rồi lắp vào hộp thấm cùng với dao vòng chứa mẫu lên đế; đặt một tờ giấy thấm đã tẩm ướt lên bề mặt mẫu đất, rồi đặt tấm đá thấm lên trên; sau đó lắp nắp hộp thấm vào và vặn chặt các bu long để ép chặt nắp trên, hộp chứa mẫu với đế hộp, đảm bảo khi thí nghiệm không bị rò rỉ nước giữa thành ngoài dao vòng và hộp chứa mẫu và ở bề mặt tiếp xúc giữa đế, nắp hộp với hộp chứa mẫu;

3.3.3.2.   Đóng các van (hoặc kẹp) nước  a, b, c, rồi nối thông ống dẫn nước từ bình cấp nước với ống dẫn nước vào đế hộp thấm và ống đo áp (xem hình A.1 phụ lục A). Sau đó, nghiêng hộp thấm cho ống thoát khí (3) ở đế chếch lên trên, rồi mở nhẹ các van a và c để nước từ bình cấp chảy vào khoang trống ở đế hộp thấm, đuổi hết khí trong đó ra ngoài. Khi không còn bọt khí thoát ra nữa, thì khoá van C lại, rồi để hộp thấm trở lại nằm ngang và theo dõi;

3.3.3.3.   Kiểm tra xem có nước rò rỉ từ trong hộp thấm qua các roăng cao su ra ngoài hay không. Nếu có thì vặn chặt thêm các bu lông. Trường hợp ngay sau đó có nước chảy ra ở ống thoát (10) của nắp trên, thì chứng tỏ roăng cao su chặn nước giữa thành ngoài dao vòng chứa mẫu với hộp thấm bị hở; phải khoá tất cả các van a, b, mở van c cho nước ở đế hộp chảy hết ra ngoài, rồi mở các bu lông, dỡ nắp trên và dao vòng chứa mẫu ra, thay roăng cao su mới lồng vào dao vòng. Sau đó, lặp lại từ đầu để lắp ráp mẫu vào thiết bị hộp thấm, sao cho sau khi đuổi ra ngoài hết khí trong khoang trống ở đế hộp đảm bảo không có nước rò rỉ qua các roăng cao su là được. Để yên như vậy, chờ cho đến khi có nước thấm qua đất chảy nhỏ giọt ổn định ra ở ống thoát 10 của nắp trên, thì được tiến hàng quan trắc thấm;

3.3.3.4.   Quan trắc thấm

Vẫn khoá van C, mở nhẹ  van b cho nước chảy từ từ vào ống đo áp (3). Khi mực nước trong ống đo áp dâng đến độ cao cần thiết (khoảng 150 ¸ 200cm), thì lập tức khoá van cấp nước (a) lại, đồng thời bấm đồng hồ giây và ghi lại trị số cột nước ban đầu H₁ (cm), theo dõi sự hạ thấp mực nước trong ống đo áp; khi mực nước hạ xuống đến độ cao khoảng 50cm, thì bấm dừng đồng hồ giây, ghi lại trị số cột nước H₂ (cm), thời gian t trôi qua (giây) và nhiệt độ của nước T⁰C. Lặp lại  thí nghiệm và lấy số đo như vậy ít nhất là 3 lần, lấy trị số trung bình của các lần đo để tính toán hệ số thấm của đất.

3.4.         Tính toán kết quả

3.4.1.      Tính độ ẩm ban đầu của mẫu đất thí nghiệm, theo tiêu chuẩn 14 TCN  125 – 2002;

3.4.2.      Tính khối lượng thể tích tự nhiên và khối lượng thể tích khô của mẫu đất thí nghiệm, theo công thức ở tiêu chuẩn 14 TCN  126 – 2002;

3.4.3.      Tính hệ số thấm của đất, K_th (cm/s), theo công thức:

Trong đó:

a – Tiết diện ngang của ống đo áp, cm²;

L – Chiều cao (chiều dài đường thấm) của mẫu đất, cm;

F – Tiết diện ngang của mẫu đất, cm²,

H₁ – Chiều cao cột nước ban đầu trong ống đo áp, cm;

H₂ – Chiều cao cột nước trong ống đo áp sau thời gian thấm t, cm;

t – Thời gian thấm ứng với cột nước từ H₁ hạ xuống đến H₂, S .

              Ghi chú. Nếu có yêu cầu quy đổi hệ số thấm của đất ở nhiệt của nước khi thí nghiệm về nhiệt độ nào đó của nước, chẳng hạn về nhiệt độ 20⁰C, thì tính toán hiệu chỉnh theo công thức sau:

          

              Trong đó:

              K_th2o – hệ số thấm của đất quy đổi về nhiệt độ của nước ở 20⁰C, cm/s;

              K_th –  hệ số thấm của đất ở nhiệt độ của nước khi thí nghiệm, cm/s;

              h₂₀ – độ nhớt động lực của nước ở nhiệt độ 20⁰C;

              h_t – độ nhớt động lực của nước ở nhiệt độ khi thí nghiệm.

              Độ nhớt động lực của nước ứng với các nhiệt độ khác nhau có thể tra cứu trong bảng tính sẵn ở phụ lục B.

3.5.         Báo cáo thí nghiệm

Phải đảm bảo kết quả thí nghiệm được tiến hành phù hợp với tiêu chuẩn này, gồm các thông tin sau:

– Tên công trình. Hạng mục công trình;

– Số hiệu mẫu đất và vị trí lấy mẫu;

– Đặc điểm mẫu đất: nguồn gốc, thành phần hạt, kết cấu, chất lẫn (nếu có), khối lượng riêng của đất; khối lượng riêng của hợp phần hạt nhỏ hơn 2mm và của hợp phần sỏi sạn;

– Phương pháp thí nghiệm áp dụng;

– Mẫu thí nghiệm số………….., kích thước: tiết diện………..cm², chiều cao……..cm, kết cấu: (nguyên trạng hoặc chế bị), độ ẩm ban đầu…………%, khối lượng thể tích khô ……………..g/cm³;

– Hệ số thấm của đất, K_th, cm/s;

– Các thông tin khác có liên quan.

4.            XÁC ĐỊNH HỆ SỐ THẤM CỦA ĐẤT THEO PHƯƠNG PHÁP ĐẦU NƯỚC KHÔNG ĐỔI

4.1.         Nguyên tắc chung

4.1.1.      Phương pháp này xác định hệ số thấm của đất bằng cách đong lượng nước thấm qua mẫu đất trong một thời gian nhất định, dưới tác dụng của cột nước có chiều cao không đổi; sau đó, áp dụng công thức của định luật chảy tầng để tính hệ số thấm của đất.

4.1.2.      Phạm vi áp dụng: theo điều 1.2.2.

4.1.3.      Thuật ngữ: như điều 1.3.

4.1.4.      Mẫu đất thí nghiệm

Mẫu đất cát dùng  thí nghiệm  cần đảm bảo yêu cầu chất lượng như điều 1.5.

4.2.         Thiết bị dụng cụ

4.2.1.      Thiết bị thấm kiểu ống mẫu thấm được mô tả ở hình A.2 phụ lục A;

Thiết bị gồm một ống bằng thép (1), kín đáy, cao 40cm và đường kính trong 10cm. Ở phần dưới, tại độ cao cách đáy 5cm, có lắp một tấm kim loại đục lỗ châm kim và lưới thép nhỏ lỗ kim (2), phân chia ống làm hai phần. Khi thí nghiệm, phần trên đựng mẫu đất, còn phần dưới để chứa nước. Ở một phía thuộc phần trên của ống, có ba lỗ cách nhau 10cm một và có hàn các ống khớp nối (3). Ở mặt trong của ống, các lỗ được đậy kín bằng lưới dây thép nhỏ lỗ kim. Các khớp nối (3) được nối với ba ống đo áp nhờ những ống cao su. Các ống đo áp này dùng để đo mực áp của nước tại những mặt cắt tương ứng của ống chứa mẫu (1)

Các ống đo áp bằng thuỷ tinh được lắp chặt và thẳng đứng trên bảng gỗ có khắc vạch mm. Điểm 0 của thang nằm ở phần dưới của bảng. Ở phần trên của ống (1), có lỗ bên được hàn với ống tràn nước (5), dùng để giữ mực nước trong ống mẫu thấm khi thí nghiệm luôn ở một chiều cao không đổi. Ở phần dưới của ống (1) có một lỗ bên được nối với ống cao su điều chỉnh (7) nhờ có khớp nối (6). Ống cao su (7) dùng để dẫn nước đến làm bão hoà đất khi cho đất vào ống mẫu, và để điều chỉnh cột nước trong các ống đo áp, đồng thời để dẫn nước thấm ra trong thời gian thí nghiệm.

Khi thí nghiệm, đặt thiết bị lên bàn, đặt thùng cấp nước (9) có vòi (10) lên giá đỡ ở phía trên của thiết bị; nước chảy ra từ thùng (9) qua ống dẫn (10) có van khoá đặc biệt (11). Ống điều chỉnh bằng cao su (7) được bắt trên thanh trượt của giá đỡ, có thể điều chỉnh độ cao theo yêu cầu.

4.2.2.      Các thiết bị, dụng cụ khác: như điều 2.2.2

4.3.         Quy trình

4.3.1.      Chuẩn bị và lắp ráp thiết bị ống mẫu thấm

4.3.1.1.   Chải sạch tấm kim loại đục lỗ châm kim, lưới thép lỗ nhỏ, các lưới lỗ kim đầu ống đo áp ở trên thành ống mẫu;

4.3.1.2.   Rửa sạch bình cấp nước (9), khoá van ống dẫn (11), rồi đổ nước máy hoặc nước sạch đã khử khoáng và khử khí vào đầy bình;

43.1.3.    Lắp ráp thiết bị ống mẫu thấm như ở hình 1. Nối thông ống cấp nước (10) với ống điều chỉnh (7);

4.3.1.4.   Mở nhẹ van (11) cho nước từ thùng cấp (9) chảy vào phần dưới của ống mẫu (1); khi mặt nước dâng lên ngang với tấm đục lỗ châm kim, thì khoá van (11) lại. Việc chuẩn bị thiết bị như vậy đã hoàn tất.

4.3.2.      Chuẩn bị mẫu thí nghiệm

4.3.2.1.   Rải mỏng mẫu đất cát dùng cho thí nghiệm lên tấm cao su đã lau sạch, nếu ẩm thì để khô gió thêm, rồi dùng chày gỗ để lăn, nghiền làm rời đất;

4.3.2.2.   Trộn đều đất, rồi lấy mẫu đại biểu để xác định độ ẩm khô gió. Đựng đất vào khay và đậy nắp lại trong khi chờ đợi kết quả xác định độ ẩm;

4.3.2.3.   Theo công thức dưới đây để tính lượng đất khô gió cần lấy để chế tạo mẫu thí nghiệm có khối lượng thể tích khô theo yêu cầu:

m_d = g_c.yc x V (1 + 0.01W_kg)

Trong đó:

m_d   – Khối lượng đất khô gió cần lấy để chế tạo mẫu, g;

g_c.yc  –  Khối lượng thể tích khô yêu cầu chế tạo mẫu thí nghiệm,            g/cm³;

V- Thể tích mẫu thí nghiệm được chế tạo trong ống mẫu thấm 1, có đường kính tiết diện ngang bằng 10 cm và chiều cao lấy bằng 25cm, nghĩa là:

W_kg –      Độ ẩm khô gió của đất, % khối lượng.

Sau đó, cân lấy một khối lượng mẫu m_d từ đất đã được chuẩn bị ở trong khay, cân chính xác đến 1g, rồi chia thành 8 (hoặc 10) phần bằng nhau. Như vậy, mỗi phần đất sau khi được đổ vào ống mẫu và đầm chặt phải đạt chiều dày lớp bằng 25/8cm (hoặc 25/10cm tương ứng).

4.3.2.4.   Đo  chiều sâu H của ống mẫu từ bề mặt tấm kim loại đục lỗ ở phần dưới đến mép trên, chính xác đến 0,1mm. Dùng H để kiểm soát chiều dày của từng lớp đất sau khi đầm chặt tạo mẫu trong ống;

4.3.2.5.   Dùng muôi xúc từng phần một của mẫu đất cho vào ống mẫu, san bằng, rồi dùng chày gỗ đầm chặt đều đất cho đến chiều dày lớp xác định như  nói ở trên. Sau đó, mở nhẹ van 11 để nước ở thùng cấp 9 chảy rất từ từ vào phần dưới của ống mẫu và dâng lên làm bão hoà đất. Khi có nước vừa xuất hiện trên mặt lớp đất, thì lập tức khoá van 11 lại. Dùng mũi dao để rạch, khía, đánh xờm mặt lớp, rồi lặp lại như trên để dầm chặt lớp đất thứ hai; Cứ như vậy, tiếp tục cho từng phần đất vào ống mẫu và đầm chặt;

4.3.2.6.   Sau khi cho hết đất vào ống mẫu và đầm chặt, san bằng mặt đất, rồi đo chính xác chiều sâu còn lại của ống mẫu (từ mép trên của ống đến mặt đất trong ống); từ đó xác định chiều dài của mẫu chế bị để tính toán kiểm tra lại khối lượng thể tích của mẫu thí nghiệm. Khối lượng thể tích của mẫu chế tạo được phép chênh lệch không quá 0,01g/cm³ so với yêu cầu;

4.3.2.7.   Rải một lớp dày 2 đến 3cm cát thô lẫn sỏi lên bề mặt mẫu thí nghiệm để làm lớp chống xói;

              Ghi chú: Đối với đất cát có nhiều hạt mịn, cần rải lên tấm kim loại đục lỗ châm kim một lớp dày 2 đến 3cm cát hạt trung đến hạt thô, rồi mới cho đất vào chế bị mẫu, để đề phòng hạt mịn bị rửa trôi trong quá trình thí nghiệm.

4.3.3.      Thí nghiệm và ghi chép

4.3.3.1.   Kẹp chặt ống điều chỉnh 7 và khoá van 11 lại; tách ống 7 và ống cấp nước 10 rời nhau; đặt đầu ống cấp nước 10 vào ống mẫu, rồi mở nhẹ van 11 để nước chảy rất từ từ vào ống mẫu, cho đến khi vừa có nước tràn ra ở ống 5 thì khoá van 11 lại. Kiểm tra xem ở đầu nối của các ống đo áp có kín nước và mực nước trong các ống đo áp có ngang với nhau hay không. Nếu có rò rỉ nước hoặc có ống đo áp nào bị tắc thì phải xử lý;

4.3.3.2.   Điều chỉnh thanh trượt của giá đỡ để nâng ống điều chỉnh 7 lên đến độ cao ngang với 2/3 chiều cao mẫu đất, rồi mở nhẹ van 11, đồng thời mở kẹp ống điều chỉnh 7 để cho nước thấm qua mẫu chảy ra ngoài. Theo dõi và điều chỉnh van 11 sao cho luôn có nước tràn nhỏ giọt ra ở ống 5;

4.3.3.3.   Khi mực nước trong các ống đo áp đã ổn định, đọc và ghi lại chiều cao cột nước trong ống đo áp bên trên và ống đo áp bên dưới, chính xác đến 1mm; đặt ống đong 12 hứng nước thấm ra từ ống 7, đồng thời bấm đồng hồ giây và theo dõi. Khi nước trong ống đong đạt được 500cm³, lập tức bấm đồng hồ giây ngừng chạy, ghi lại thời gian thấm và nhiệt độ của nước ở trong phòng;

Lặp lại như trên, đo lần thứ hai rồi lần thứ ba để lấy kết quả trung bình các số liệu đo thấm;

4.3.3.4.   Điều chỉnh thanh trượt của giá đỡ, hạ thấp ống điều chỉnh 7 đến vị trí 1/3 chiều cao mẫu để thay đổi độ dốc thuỷ lực. Sau đó, theo điều 4.3.3.2 đến 4.3.3.3 để đo thấm của đất ứng với độ dốc thuỷ lực này.

4.4.         Tính toán kết quả

4.4.1.      Khối lượng thể tích khô của mẫu đất g_c (g/cm³), tính theo công thức:

Trong đó:  m_d – Khối lượng đất khô gió dùng chế tạo mẫu, g ;

W_kg – Độ ẩm khô gió của đất, % khối lượng ;

F – Tiết diện ngang của ống mẫu, cm² ;

h – Chiều cao mẫu đất trong ống, cm.

4.4.2.      Hệ số rỗng của đất, e, tính theo công thức dưới đây:

Trong đó:    r_s – Khối lượng riêng của đất, g/cm³ ;

g_c – Như trên.

4.4.3.      Hệ số thấm của đất, K_th ứng với cột nước thí nghiệm và ở nhiệt độ nước thí nghiệm, tính theo công thức:

Trong đó:

K_th – Hệ số thấm của đất ở nhiệt độ nước thí nghiệm, cm/s ;

Q – Lượng nước thấm hứng được trong thời gian t, cm³ ;

t – Thời gian thấm, giây (s) ;

F – Tiết diện thấm của mẫu đất, bằng tiết diện ngang của ống mẫu, cm²

L – Chiều dài thấm, bằng khoảng cách giữa 2 lỗ ở thân ống mẫu  thông với 2 ống đo áp sử dụng, cm ;

H – Chiều cao cột nước bình quân trong 2 ống đo áp sử dụng, cm, nghĩa là:

với H_­1 – chiều cao cột nước cao trong ống đo áp sử dụng, cm, H₂– chiều cao cột nước thấp  trong ống đo áp sử dụng, cm;

Ghi chú:

1. Hệ số thấm của đất lấy bằng trị số trung bình hệ số thấm xác định được ứng với các độ dốc thuỷ lực khác nhau đã áp dụng thí nghiệm.

2. Nếu  yêu cầu quy đổi hệ số thấm của đất ở nhiệt độ của nước khi thí nghiệm về nhiệt độ nào đó của nước, được tính toán hiệu chỉnh theo công thức ở ghi chú của điều 3.4.3.

4.5.         Báo cáo thí nghiệm

Phải đảm bảo kết quả thí nghiệm được tiến hành phù hợp với tiêu chuẩn này, gồm các thông tin sau:

– Tên công trình. Hạng mục công trình ;

– Số hiệu mẫu đất và vị trí lấy mẫu ;

– Đặc điểm mẫu đất (nguồn gốc, thành phần hạt, chất lẫn, khối lượng riêng…) ;

– Phương pháp thí nghiệm áp dụng ;

– Số hiệu mẫu thí nghiệm; kích thước mẫu; khối lượng thể tích khô của mẫu; phương pháp chế bị mẫu;

– Hệ số thám của đất K_th (cm/s) ;

– Các thông tin khác có liên quan.

 

Phụ lục A

 THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM (THAM KHẢO)

 

 

 

Phụ lục B

 CÁC BẢNG GHI CHÉP (ÁP DỤNG)

Bảng B.1. Bảng ghi chép thí nghiệm thấm theo phương pháp đầu nước thay đổi

– Tên công trình: …………………………… Hạng mục công trình:…………………….

– Số hiệu mẫu đất ………………Vị trí và độ sâu lấy mẫu ……………..……………

– Mẫu thí nghiệm số……………. , kết cấu …………….., tiết diện F ……….. cm², chiều cao h ………. cm; loại đất ……….. Khối lượng thể tích khô g_c ……… g/cm³

– Hộp thấm số …….………………. Tiết diện ống đo áp a ……………………cm²

 

Ngày, tháng, năm thí nghiệm: Bắt đầu ……………………

Kết thúc ……………………..

Người thí nghiệm: …………………………………………

Người kiểm tra: ……………………………………………

 

Bảng B.2. Bảng  ghi chép thí nghiệm thấm theo phương pháp đầu nước không đổi

 

– Tên công trình: …………………………… Hạng mục công trình:……………………

– Số hiệu mẫu đất, độ sâu lấy mẫu : ………………………………………………..

– Mẫu thí nghiệm số ……………. , kết cấu …………….., tiết diện F ……….. cm², chiều cao h …………. cm; loại đất ………..  Khối lượng thể tích khô g_c …… g/cm³

– Hệ số rỗng e …………..…………. ống thấm số ………………………………….

 

 

Ngày, tháng, năm thí nghiệm: Bắt đầu ……………

Kết thúc …………….

Người thí nghiệm: …………………………………

Người kiểm tra:………………………………………

Bảng B.3. Bảng tra sẵn độ nhớt động lực của nước (h) ở các nhiệt độ T⁰C

 

 

 

Phụ lục C

 ĐẤT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH THỦY LỢI PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM MẪU NHỎ QUY ĐỔI ĐỂ XÁC ĐỊNH GẦN ĐÚNG HỆ SỐ THẤM CỦA ĐẤT DÍNH CÓ CHỨA NHIỀU SỎI SẠN  (THAM KHẢO)

C.1.        NGUYÊN TẮC CHUNG

C.1.1.      Phương pháp thí nghiệm này được áp dụng để xác định gần đúng hệ số thấm của đất dính có chứa nhiều sỏi sạn, dùng cho xây dựng công trình thuỷ lợi, khi không có thiết bị thí nghiệm thấm mẫu lớn phù hợp với đất chứa hạt to theo như quy định ở điều 1.5.3.

C.1.2.      Phạm vi áp dụng

Các đất loại sét, đất bụi, đất cát có lượng chứa hạt bụi và hạt sét bằng 10% hoặc hơn, chứa sỏi sạn có thể tới cận 50%, trong đó có thể tới 15% sỏi sạn hạt to (hạt 20 đến 60mm), có độ chặt tự nhiên hoặc đầm chặt theo yêu cầu.

C.1.3.      Thuật ngữ : như điều 1.3

C.1.4.      Phương pháp thí nghiệm:

Thí nghiệm thấm theo phương pháp đầu nước thay đổi đối với mẫu chế bị từ vật liệu hạt nhỏ hơn 2mm của đất ở độ ẩm thích hợp và có khối lượng thể tích khô bằng khối lượng thể tích khô của chính nó ở trong khối đất chứa sỏi sạn; sau đó, tính toán quy đổi hệ số thấm của đất chứa sỏi sạn theo công thức kinh nghiệm đúc rút được từ kết quả nghiên cứu sự ảnh hưởng của hạt to đến tính thấm của đất theo tỷ lệ thể tích mà nó chiếm chỗ.

              Ghi chú: Phương pháp thí nghiệm này là kết quả đề tài khoa học cấp Bộ: “Nghiên cứu phương pháp thí nghiệm thích hợp đối với vật liệu hỗn hợp đất chứa nhiều hạt thô để đắp đập đất đồng chất”, được nghiệm thu năm 2000 và đã đoạt giải ba Giải thưởng sáng tạo khoa học công nghệ Việt Nam năm 2000, do Tiến sỹ Phạm Văn Thìn (Viện Khoa học thuỷ lợi) làm chủ nhiệm.

C.2.        THIẾT BỊ, DỤNG CỤ

C.2.1.      Thiết bị thí nghiệm kiểu hộp thấm được mô tả ở hình A.1 phụ lục A; áp dụng mẫu đất thí nghiệm hình trụ có đường kính tiết diện ngang D bằng 60 ¸ 62mm, và chiều cao h bằng 30 ¸ 40mm;

C.2.2.      Các thiết bị, dụng cụ khác: như điều 2.2.

C.3.        QUY TRÌNH

C.3.1.      Thu thập đầy đủ các thông tin, các số liệu cơ bản, gồm:

– Tên công trình; hạng mục công trình;

– Số hiệu mẫu đất và độ sâu lấy mẫu;

– Các chỉ tiêu vật lý của đất, gồm: thành phần hạt, hàm lượng sỏi sạn; khối lượng riêng của đất chứa sỏi sạn, của riêng hợp phần hạt nhỏ hơn 2 mm và của hợp phần hạt sỏi sạn;

– Mẫu đất có kết cấu nguyên trạng hoặc bị phá huỷ. Nếu mẫu đất bị phá huỷ kết cấu, thì cần biết độ ẩm và độ chặt yêu cầu chế bị của mẫu đất thí nghiệm;

– Giới hạn chảy, giới hạn dẻo của đất;

– Các thông tin khác có liên quan.

C.3.2.      Hiệu chuẩn thiết bị, dụng cụ thí nghiệm: như điều 3.3.1.

C.3.3.      Chuẩn bị mẫu thí nghiệm từ hợp phần hạt nhỏ hơn 2 mm của đất

Đối với mẫu đất nguyên trạng, cần lấy mẫu đại biểu để xác định độ ẩm tự nhiên của đất theo tiêu chuẩn 14 TCN  125-2002 và lấy mâũ đại biểu để xác định số lượng thể tích của đất theo tiêu chuẩn 14 TCN  126 – 2002; sau đó, làm phân tán đất dùng cho thí nghiệm này và chuẩn bị mẫu thí nghiệm theo trình tự từ C3.3.1 đến C3.3.5 như đối với mẫu đất bị phá huỷ kết cấu.

Việc chuẩn bị mẫu thí nghiệm từ đất bị phá huỷ kết cấu, được tiến hành theo trình tự từ C3.3.1 đến C3.3.5;

C.3.3.1.   Nghiền rời đất dùng cho thí nghiệm, rồi sàng đất qua sàng lỗ 2mm; trộn đều phần đất lọt sàng và lấy mẫu xác định độ ẩm khô gió của đất theo tiêu chuẩn 14 TCN  125 – 2002;

C.3.3.2.   Khối lượng thể tích khô chế bị của mẫu thí nghiệm, g_c.d (gam/cm³), tính theo công thức:

 

Trong đó:

m­_G –    hàm lượng sỏi sạn, % khối lượng;

r_G   –    khối lượng riêng của hạt sỏi sạn, g/cm³;

g_c.hh – khối lượng thể tích khô của đất chứa sỏi sạn có kết cấu tự nhiên hoặc mẫu chế bị theo yêu cầu.

C.3.3.3.   Lấy một khối lượng đất khô gió m_kg cho vào bát đựng để chế bị mẫu; m_kg (gam) tính theo công thức:

m_kg = g_c.d x V (1 + 0.01 W_kg)

Trong đó:

V – Thể tích khuôn chế bị mẫu, bằng thể tích dao vòng chứa  mẫu thí nghiệm, cm³ ;

W_kg – độ ẩm khô gió của đất, % khối lượng;

g_cd – như trên.

C.3.3.4.   Lấy một lượng m_n nước máy hoặc nước sạch đã khử khoáng chế vào đất để chế bị mẫu; m_n (gam hoặc cm³), tính theo công thức sau:

Trong đó: W_cb – độ ẩm chế bị của đất, %;

              Các ký hiệu khác như trên;

Ghi chú:

1. Độ ẩm chế bị W_cb tính  theo công thức:

                                    

Trong đó:       

W_hh – độ ẩm yêu cầu đầm chặt của đất chứa sỏi sạn, %;

              M_G – hàm lượng sỏi sạn, %

              W_G – độ ẩm của sỏi sạn, %.

                2. Theo kinh nghiệm, cũng có thể lấy độ ẩm chế bị W_cb bằng giới hạn dẻo của đất W_p, hoặc tham khảo độ ẩm đậm nén tốt nhất của đất tương tự ;

                Cũng có thể chế vào mẫu đất một lượng nước vừa đủ làm ẩm đất đề đầm chặt tạo mẫu, bằng cách dò dần : Vừa chế nước vào đất vừa trộn đều đất với nước, cho đến khi thấy đất sẫm màu và hình thành vón kết; nếu lấy đất vào lòng bàn tay và nắm chặt, thì đất dính chặt thành cục mà lòng bàn tay không bị ướt bẩn là được.

C.3.3.4.   Dùng dao trộn đều mẫu đất với nước trong bát; sau đó, đặt bát đất vào bình giữ ẩm, đậy nắp lại để ủ ẩm đất khoảng 8 – 10 giờ rồi mới đem ra chế bị mẫu;

C.3.3.5.   Đem đất đã được ủ ẩm ra trộn lại thật đều, rồi cho đất vào khuôn dao vòng thấm và đầm chặt đất trong dao vòng. Sau đó, tháo dỡ các bộ phận gá lắp và lấy dao vòng chứa mẫu ra để sử dụng thí nghiệm (việc chế bị mẫu tiến hành theo điều 3.3.2.2);

C.3.4.      Tiến hành thí nghiệm và quan trắc, ghi chép số liệu

Lắp ráp mẫu thí nghiệm vào thiết bị hộp thấm, rồi tiến hành thí nghiệm và quan trắc thấm theo điều 3.3.3 .

C.4.        CHỈNH LÝ SỐ LIỆU VÀ TÍNH TOÁN KẾT QUẢ

C.4.1.      Kiểm tra, chỉnh lý các số liệu ghi chép thí nghiệm;

C.4.2.      Tính độ ẩm của đất chứa sỏi sạn có kết cấu nguyên trạng, W_hh, theo tiêu chuẩn 14 TCN 125 – 2002 ;

C.4.3.      Tính khối lượng thể tích tự nhiên của đất chứa sỏi sạn, g_w.hh, rồi tính khối lượng thể tích khô g_c.hh theo tiêu chuẩn 14 TCN   126 – 2002;

              Ghi chú: Đối với mẫu đất chứa sỏi sạn bị phá huỷ kết cấu, độ ẩm và khối lượng thể tích khô của đất theo như yêu cầu.

C.4.4.      Tính hệ số rỗng của đất chứa sỏi sạn theo công thức:

 

Trong đó: r_­hh – khối lượng riêng của đất chứa sỏi sạn, g/cm³;

r_­f – khối lượng riêng của hợp phần hạt nhỏ hơn 2mm, g/cm³;

r_­G – khối lượng riêng của hạt sỏi sạn, g/cm³;

m_G– hàm lượng sỏi sạn, %;

g_hh – khối lượng thể tích khô của đất chứa sỏi sạn, g/cm³;

 

C.4.5.      Tính hệ số thấm của mẫu thí nghiệm được chế tạo từ hợp phần hạt nhỏ hơn 2 mm của đất, K_th (cm/s) như điều 3.4.3;

C.4.6       Tính quy đổi hệ số thấm của đất chứa sỏi sạn, K_th.hh (cm/s), theo công thức:

Trong đó:

K_th-hh – hệ số thấm quy đổi của đất chứa sỏi sạn, cm/s;

e – cơ số logarit tự nhiên;

K­_th – hệ số thấm của mẫu thí nghiệm đất hạt nhỏ hơn 2mm,  cm/s;

M_G – thể tích của sỏi sạn chiếm chỗ trong một đơn vị thể tích đất chứa sỏi sạn, tính theo công thức:

Trong đó:

m_G – hàm lượng sỏi sạn, %

g_c.hh – khối lượng thể tích khô của đất chứa sỏi sạn, (g/cm³)

r_G – khối lượng riêng của hạt sỏi sạn (g/cm³).

C.5.        BÁO CÁO THÍ NGHIỆM

Phải đảm bảo kết quả thí nghiệm được tiến hành phù hợp với phương pháp thí nghiệm này, gồm các thông tin sau:

– Tên công trình, hạng mục công trình ;

– Số hiệu hố khoan, hố đào;

– Số hiệu mẫu đất và độ sâu lấy mẫu ;

– Số hiệu mẫu thí nghiệm;

– Đặc điểm mẫu đất chứa sỏi sạn (thành phần hạt, hàm lượng sỏi sạn, kết cấu, độ ẩm và khối lượng thể tích ban đầu; khối lượng riêng của đất chứa sỏi sạn, của sỏi sạn, của hợp phần hạt nhỏ hơn 2mm);

– Phương pháp thí nghiệm áp dụng;

– Mẫu thí nghiệm đất hạt nhỏ hơn 2mm (kích thước mẫu, khối lượng thể tích khô và độ ẩm chế bị);

– Hệ số thấm của mẫu đất hạt nhỏ hơn 2mm, K_­th , cm/s;

– Hệ số thấm quy đổi của đất chứa sỏi sạn, K_th.hh , cm/s

– Các thông tin khác có liên quan.