Vùng đất trương nở

Đất trương nở là loại đất trong đó có khoáng vật sét và khoáng vật háo nước hợp lại, dồng thời có hai loại đặc tính, hút nước trương nởhoá mềm rõ rệt, và mất nước co rút cứng lại nứt nẻ. Đắt có tính dẻo cao của đất sét bị ướt trương nở, bị khô co rút thay đổi thuận nghịch. Khoáng vật chủ yếu có tính háo nước và quyết định tính trương nở của loại đất này là khoáng vật montmorillonite.
Ở Việt Nam từ Bắc chí Nam đều có nhiều vùng có loại đất này trên diện rộng. Ở Trung Quốc chủ yếu có các tỉnh: Vân Nam, Quý Châu, Tứ Xuyên, Hồ Bắc, An Huy, Quảng Đông, Quảng Tây, Thiểm Tây, Sơn Tây, Hà Nam, Sơn Đông và Hà Bắc và một số tỉnh khác đều có nhiều loại đất này.
.1. Đặc tính của vi nham trương nở
Sau khi đường hầm xuyên qua địa tầng đất trương nở, hoặc sau khi đào hầm không lâu, thường thường có thế thấy do vi nham bị đào mà phát sinh biến dạng, hoặc giả vì ngấm nước mà sinh trương nở, hoặc vì bị phong hoá, hoặc giả vì ngấm nước mà sinh trương nở, hoặc vì bị phong hoá mà nứt vỡ hoặc hiện tượng khác. Những hiện tượng đó làm cho đỉnh và hai bên ép vào giữa đáy hầm bị vồng lên, cứ như vậy ngày một tăng dẫn đến vi nham mất ổn định, hệ che chống vỏ hàm bị biến dạng và phá hoại. Những hiện tượng ấy cho thấy tính chất của vi nham trương nở là vô cùng phức tạp.
So với đất thông thường tính chất của loại đất này khác nhau về cơ bản.
2. Đặc tính cơ bản của đất trương nở, chủ yếu có 3 mặt sau:
(1) Phần lớn đất trương nở có đặc tính siêu cố kết nguyên thuỷ làm cho trong khối đất chứa đựng ứng suất ban đàu tương đối cao. Khi đào hầm xong, đưa đến phóng thích ứng suất đất, cường độ giảm thấp sản sinh dỡ tải và trương nở. Do đó, đất trương nở thường thường có đặc tính biến dạng dẻo rõ rệt, sau khi bị đào xong sản sinh biến dạng dẻo tương đối lớn.
(2) Trong đất trương nở có nhiều loại hình thái khe nứt, là khối đất có nhiều khe nứt nhất. Đất trương nở thực tế là một khối đất trương nở do các cục đất cùng các loại khe hở và mặt đất kết cấu cùng nhau ghép lại mà thành. Do khối đất trương nở dưới trạng thái thiên nhiên ban đầu có đặc tính cường độ cao, sau khi bị đào xong, khối đất trên vách hầm bị mất biên giới che chống mà sinh ra trương nở và co rút lại, đồng thời do gió làm khô mất nước làm cho khe nứt ngầm căng ra và rời trở lại, sau đó cường độ vi nham giảm xuống rất nhanh, vì thế trong quá trình thi công đào đường hầm thường có biến dạng ở thời kỳ đầu rất lớn, với tốc độ phát triển nhanh và một số hiện tượng suy giảm khác.
(3) Do hút nước mà đất trương nởphồng ra, mất nước thì co rút lại. Trong khối đất bị luân phiên khô ướt sản sinh hiện tượng phồng lên, co lại. Thứ nhất làm cho kết cấu khối đất bị phá hoại, cường độ bị suy giảm hoặc mất đi, áp lực vi nham tăng lên. Thứ hai là tạo thành thay đổi ứng suất trong vi nham cho dù áp lực trương nở hoặc áp lực co rút đều phá hoại tính ôn định của vi nham, đặc biệt là áp lực trương nở có tác dụng tăng áp lực vi nham lên gấp bội.
7.2Do đặc tính áp lực của đất cũng như tính chất riêng của đất trương nở nên đường hầm vùng đất trương nở thường có các hiện tượng phô biến như: nứt vỡ, xô vào trong, sụt nở và trương nở cùng một số biến dạng khác. Biến dạng vi nham đường hầm đất trương nở có đặc điểm: tốc độ nhanh, tính phá hoại lớn, thời gian liên tục kéo dài và sửa chữa rất khó khăn v.v…
Trong thi công thường gặp một số tình huống, vắn tắt giới thiệu như sau:
(1) vết nứt trong vi nham: Sau khi đào hầm xong, do ứng suất ban đàu trong khối đất trên mặt đào được phóng thích sản sinh trương nở và nút vỡ; ngoài ra, do đất mặt bị gió làm khô mất nước, sản sinh vét nứt do co ngót. Đồng thời, hai loại nhân tố trên đều có thể làm cho các khe hở ngầm nguyên sinh nứt ra và phát triển. Dọc theo chu vi của vi nham phát sinh nhiều vết nứt, nhất là tại bộ phận vòm vi nham dễ phát sinh vết nứt do chịu kéo, vết nút này sẽ nối liền với các vết nút chu vi hình thành khu biến dạng cục bộ.
(2) Đường hầm bị lún: Do sức chịu tải của khối đất trương nở ở đáy đường hầm tương đối thấp, thêm vào đó áp lực vi nham tại phần trên lại quá lớn, do đó làm cho đường hầm bị lún. Đưòng hầm bị lún, luôn luôn kéo theo biến dạng của hệ che chống, mất hiệu lực, tiến lên có thê làm cho khối đất sụt lở và một số hiện tượng khác.
(3) Đất trương nở gồ lên và sụt lở: Trong quá trình đào, hoặc sau khi đào xong, đất bị biến dạng trươns nở, khối đất ở ngoài chu vi sẽ trương nở gồ lên vào phía trong hầm, mặt cắt đào bị rút nhỏ lại. Do trạng thái khối đất mất hệ chống hoặc sức che chống không đủ.lại do tác dụng tốn° hợp của áp lực vi nham và áp lực trương nở làm cho khối đất phát sinh phá hoại cục bộ, từ vết nút phát triển lên thành vết trượt, sau đó dần dần dẫn đến khối đất xung quanh bị phá hoại liên tục, hình thành sụt lở.
(4) Đáy vồng lên: Sau khi đào đáy hầm xong, áp lực phần trên của vi nham đáy hầm bị dỡ di, lại do không có điều kiện che chống, do giải phóng ứng suất vi nham đáy hầm bị dỡ tải nên trương nớ; thêm vào đó hầm lại chứa nước làm cho vi nham đáy hầm ngấm nước mà trương nở. Do đó tạo thành vi nham đáy hầm bị biến dạng vồng lên.
(5) Vỏ hầm bị biến dạng và bị phá hoại: Trong thi công bằng phương pháp vòm trước tường sau, thì khoảng thời gian từ khi xây vòm xong đến khi đào tường bên, do áp lục trương nở của vi nham thường thường sản sinh chân vòm bị dịch vào trong, đồng thời phát sinh lún không đều, làm chân vòm chịu lực lớn, phát sinh xoắn, biến dạng hoặc đứt gãy. Đỉnh vòm bị lún, cũng có khi bị gồ lên trên. Mép ngoài vòm đỉnh thường xuất hiện vét nứt do chịu kéo nối liền theo hướng dọc, nhưng mép trong của vòm xuất hiện vét nứt do bị dồn ép, và có hiện tượng tróc vỏ, khối vỡ rơi xuống v.v… Tại lưng vòm xuất hiện vết nứt hướng dọc có khi phát triển thành khe vỡ, mép vỡ.
Khi dùng tường đứng, sau khi bị áp lực trương nở bên thường bị khe vỡ, mép vỡ một số ít tường cong cũng bị các vết nút ngang. Bộ phận đáy chưa xây dựng vòm đáy mà chỉ lát đáy tạm, có khi cũng bị vồng lên và lóp lát bị phá hoại.