Tài liệu Tiểu luận bảo vệ và cải tạo sinh thái đất ( end)

BẢO VỆ VÀ CẢI TẠO SINH THÁI ĐẤT MỤC LỤC MỞ ĐẦU.....................................................................................................................................................2 CHƯƠNG 1. ĐẤT VÀ TÍNH CHẤT CỦA ĐẤT.....................................................................................3 1.1. Khái niệm....................................................................................................................................3 1.2. Phân loại đất...............................................................................................................................3 1.3. Thành phần và tính chất của đất...............................................................................................4 1.3.1. Thành phần của đất.............................................................................................................4 1.3.2. Tính chất của đất.................................................................................................................5 1.3.2.1. Tính chất vật lý của đất.................................................................................................5 1.3.2.2. Tính chất cơ học của đất...............................................................................................7 CHƯƠNG 2. HIỆN TRẠNG ĐẤT XÂY DỰNG......................................................................................9 2.1. Hiện trạng sử dụng đất xây dựng hiện nay...............................................................................9 2.2. Vấn đề suy thoái và ô nhiễm đất xây dựng hiện nay................................................................9 2.2.1. Khái niệm về suy thoái và ô nhiễm đất................................................................................9 2.2.2. Nguyên nhân gây suy thoái và ô nhiễm đất xây dựng........................................................9 CHƯƠNG 3. BIỆN PHÁP BẢO VỆ VÀ CẢI TẠO ĐẤT XÂY DỰNG...............................................11 3.1. Các biện pháp bảo vệ đất xây dựng.........................................................................................11 3.2. Các biện pháp cải tạo đất xây dựng........................................................................................11 3.2.1. Đối với các loại đất yếu......................................................................................................11 3.2.1.1. Khái niệm về đất yếu...................................................................................................11 3.2.1.2. Các biện pháp cải tạo.................................................................................................11 3.2.2. Đối với các loại đất rời.......................................................................................................13 3.2.3. Đối với các loại đất mềm dính...........................................................................................14 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ..................................................................................................................16 ĐẤT XÂY DỰNG Page 1 BẢO VỆ VÀ CẢI TẠO SINH THÁI ĐẤT MỞ ĐẦU Đất là một tài nguyên vô cùng quý giá mà tự nhiên đã ban tặng cho con người...Đất đóng vai trò quan trọng: là môi trường nuôi dưỡng các loại cây, là nơi để sinh vật sinh sống, là không gian thích hợp để con người xây dựng nhà ở và các công trình khác. Trong bối cảnh toàn cầu nói chung, môi trường đất đang bị ô nhiễm trầm trọng đặc biệt là tại các nước đang phát triển. Việt Nam cũng nằm trong tình trạng này trong quá trình xây dựng và phát triển kinh tế. Cùng với sự phát triển của nền kinh tế, các khu đô thị cao tầng, các tuyến đường, cây cầu đang và sẽ được xây dựng mạnh mẽ ở các vùng miền đất nước. Tuy nhiên tác động của các công trình xây dựng này đối với môi trường đang là vấn đề quan tâm hàng đầu của các cấp, các ngành. Đề tài của chúng tôi là “ đất xây dựng”, với hi vọng một phần nào đó giúp các bạn hiểu hơn về tầm quan trọng của môi trường đất và mức độ ô nhiễm đất hiện nay, qua đó cũng là một lời cảnh tỉnh cho tất cả chúng ta- những con người đang cùng sinh sống trên trái đất cùng nhau chung tay bảo vệ môi trường đất nói riêng và môi trường nói chung vì bảo vệ môi trường là tự cứu sống chính mình. ĐẤT XÂY DỰNG Page 2 BẢO VỆ VÀ CẢI TẠO SINH THÁI ĐẤT CHƯƠNG 1. ĐẤT VÀ TÍNH CHẤT CỦA ĐẤT 1.1. - Khái niệm Đất được xem là tập hợp gồm các phần tử rắn gọi là hạt khoáng vật bao quanh bởi các lỗ rỗng được lấp đầy bởi nước và không khí. Đất được hình thành trên bề mặt trái đất do kết quả của quá trình phong hóa các loại đá gốc. Quá trình này sẽ làm phá hủy và thay đổi thành phần, tính chất của đá gốc do ảnh hưởng của các tác dụng vật lý, hóa học, sinh học nên chúng không giữ được trạng thái ban đầu mà luôn thay đổi, bị vỡ vụn, rời ra, bị dòng nước và gió cuốn đi hình thành nên các loại đất có thành phần, kiến trúc, cấu tạo và tính chất cơ lý đặc trưng. - Đất đá xây dựng là những loại đất đá được sử dụng vào mục đích xây dựng, chủ yếu là làm nền móng công trình. Nó được xem là các loại vật liệu được thành tạo bởi tổ hợp các loại hạt có nguồn gốc địa chất khác nhau. ĐẤT XÂY DỰNG Page 3 BẢO VỆ VÀ CẢI TẠO SINH THÁI ĐẤT Hình 1.1. Hình ảnh đất xây dựng 1.2. - Phân loại đất Theo tính chất cơ lý của đất chia làm 5 nhóm đất đá chính: + Đá cứng: là loại hoàn hảo nhất về mặt xây dựng công trình. Chúng có độ bền và độ ổn định cao, độ biến dạng nhỏ và độ thấm nước yếu. + Đá nửa cứng: Là loại đá có độ bền và độ ổn định thấp, độ biến dạng lớn và độ thấm nước đáng kể. Chúng thường bị nứt nẻ nhiều, với các đá dễ bị hòa tan thì sẽ tao thành hang hốc. Trong nhiều trường hợp, những khoảng phân bố đá nửa cứng đều thuận lợi cho việc xây dựng các công tình khác nhau kể cả những công trình quan trọng nhưng ĐẤT XÂY DỰNG Page 4 BẢO VỆ VÀ CẢI TẠO SINH THÁI ĐẤT thường phải tuân thủ những biện pháp công trình phức tạp để đảm bảo độ ổn định và điều kiện khai thác. + Đất rời xốp (đất cát): độ chặt kết cấu kém, độ thấm nước và độ sũng nước lớn, độ ổn định thấp và có xu hướng chuyển sang trạng thái chảy loãng ra. + Đất mềm dính : độ bền ít, khả năng chịu tải thấp và mức độ biến dạng lớn do độ ẩm trong đất cao và độ sệt không ổn định. Cả hai loại đất này đều thuộc các kiểu nguồn gốc khác nhau của đất trầm tích nhưng chủ yếu có tuổi thuộc kỷ thứ Tư. Chúng có trạng thái vật lý và tính chất biến đổi rất nhiều tùy thuộc vào từng loại đất. Điều kiện xây dựng trên loại đất này có nhiều hạn chế hơn. + Đất đá có thành phần, trạng thái và tính chất đặc biệt ( đất bùn, đất than bùn, đất nhiễm muối, đất đắp): đây là những loại đất đặc biệt yếu cho xây dựng. Khi chọn vị trí để xây dựng công trình cần cố gắng tránh những khu vực có các loại đất này. Nếu không thể tránh thì ta cần có những biện pháp xử lý và cải tạo thích hợp để đạt độ ổn định cho công trình. - Theo cấu trúc đất: + Đất loại rời (D > 0.06 mm hoặc D > 0.075 mm): bao gồm cát, sạn sỏi, tảng… thành tạo chủ yếu từ các hạt vật liệu silic, calcar và các loại đá trơ khác. + Đất sét (D < 0.002 mm hoặc D < 0.005 mm): các hạt được dính kết với nhau nên đất giữ nguyên khối hình khi cắt đất ra. 1.3. Thành phần và tính chất của đất 1.3.1. Thành phần của đất ĐẤT XÂY DỰNG Page 5 BẢO VỆ VÀ CẢI TẠO SINH THÁI ĐẤT Đất được hình thành từ các hạt rắn (hạt khoáng vật vô cơ), các hạt này tự sắp xếp tạo thành khung cốt đất có nhiều lỗ rỗng, trong lỗ rỗng có chứa nước và không khí hình thành nên các pha rắn, lỏng , khí có sự tương hỗ lẫn nhau. - Pha rắn: Là các khoáng vật vô cơ, thường có cấu trúc tinh thể, thành phần rất đa dạng phụ thuộc vào thành phần của đá gốc. - Pha lỏng: Là nước ở các trạng thái khác nhau (hơi nước, nước liên kết, nước ở trạng thái lỏng, nước mao dẫn, nước trọng lực…). - Pha khí: Là các khí trong lỗ rỗng của đất bao gồm các khí hòa tan và khí tự do như O2, CO2, N2, H2S, H2… và hơi nước. Ngoài ra đất còn có chứa các vật chất hữu cơ như: than, than bùn, xác động-thực vật. a) Mẫu đất thực tế ĐẤT XÂY DỰNG b) Sơ đồ 3 pha của đất Page 6 BẢO VỆ VÀ CẢI TẠO SINH THÁI ĐẤT Hình 1.2. Sơ đồ mẫu đất 1.3.2. Tính chất của đất 1.3.2.1. Tính chất vật lý của đất Tính chất vật lý của đất phụ thuộc vào tính chất của các thành phần hợp thành và sự tương tác của các thành phần ấy. Trong đó, hạt rắn có vai trò quan trọng hơn cả. Bảng 1: Tổng hợp tính chất vật lý của đất Định nghĩa và tên gọi Ký hiệu Biểu thức 1. Độ ẩm Là tỷ lệ phần trăm khối lượng nước và khối lượng W hạt rắn Pw 100 % Ps 2. Trọng lượng riêng Là trọng lượng một đơn vị thể tích đất ở trạng thái γ P w+ P s Vt tự nhiên 3. Trọng lượng riêng khô Là trọng lượng phần hạt γd Ps Vt rắn chia cho tổng thể tích 4. Tỷ trọng Là trọng lượng phần hạt rắn chia cho thể tích phần hạt rắn 5. Độ bão hòa Là tỷ lệ phần trăm của thể ĐẤT XÂY DỰNG Đơn vị tính và khoảng giá trị Cát 2-15% Bụi 10-30% Sét cứng vừa -> cứng 20-50% Sét yếu 50-100% Bùn, than bùn Cát 18 80-300% kN/m3 Sét 16-22 kN/m3 Than bùn 15 kN/m3 Cát 14-18 kN/m3 Sét 10-20 kN/m3 Than bùn 3-102 kN/m3 Tất các đất trừ bùn, than bùn γs Sr Ps Vs Vw 100 % Vv Page 7 γ s =26−30 kN/m3 Đất bão hòa Sr =100 % Đất ít ẩm Sr ≤ 50 % BẢO VỆ VÀ CẢI TẠO SINH THÁI ĐẤT tích nước và thể tích phần Đất ẩm 50< Sr ≤ 80 % rỗng 6. Hệ số rỗng Đất no nước Cát Sr ≥ 80 % Là tỷ lệ giữa thể tích lỗ rỗng và thể tích phần hạt e rắn V a +V w Vs 0.5-1 Bụi 0.4-1 Sét cứng 0.3-0.5 Sét cứng vừa 0.5-1 Sét yếu than bùn 1-4 7. Độ rỗng Là tỷ lệ giữa thể tích lỗ rỗng với tổng thể tích n Vv Vt mẫu đất 8. Độ chặt tương đối Là mức độ chặt của các loại đất vụn thô 1.3.2.2. Dr e min −e e min−emax Đất rất xốp 0-0.15 Đất xốp 0.16-0.35 Đất chặt vừa 0.36-0.65 Đất chặt 0.66-0.85 Đất rất chặt 0.86-1 Tính chất cơ học của đất Cơ học đất nghiên cứu các quá trình cơ học xảy ra trong đất dưới tác dụng của ngoại lực và nội lực. Tính chất cơ học của đất cho phép cung cấp các đặc trưng về chất lượng xây dựng của từng nhóm đất như đặc trưng về độ bền, độ biến dạng, độ ổn định và độ thấm nước trong đất.  Tính thấm của đất - Vì giữa các hạt rắn có độ lỗ rỗng nên tất cả các loại đất ít nhiều đều có tính thấm nước. Tùy theo khả năng thấm của đất mà quá trình lún theo thời gian của nền đất diễn ra nhanh hay chậm. - Tính thấm của đất theo định luật thấm Đarxi ĐẤT XÂY DỰNG Page 8 BẢO VỆ VÀ CẢI TẠO SINH THÁI ĐẤT Q = k.I.F.t Trong đó: Q: lượng nước thấm qua mặt cắt F trong khoảng thời gian t F: diện tích mặt cắt vuông góc với dòng thấm t: thời gian thấm nước k: hệ số thấm I= dH : gradient thủy lực, bằng tỷ số giữa tổn thất cột nước với chiều dài đường L thấm. - Hệ số thấm của một số loại đất như sau: Đất cát k = 1.10-1 – 1.10-4 cm/s Đất cát pha k = 1.10-3 – 1.10-6 cm/s Đất sét pha k = 1.10-5 – 1.10-8 cm/s Đất sét k = 1.10-7 – 1.10-10 cm/s  Tính biến dạng của đất ĐẤT XÂY DỰNG Page 9 BẢO VỆ VÀ CẢI TẠO SINH THÁI ĐẤT - Khi chịu tác dụng của ngoại lực, đất bị biến dạng mà thực chất là bị giảm thể tích lỗ rỗng trong đất (vì hạt rắn và nước có thể xem như không biến dạng). Biến dạng của đất theo phương thẳng đứng gọi là tính nén lún của đất.  Tính đầm chặt của đất - Đầm chặt là hiện tượng dùng tải trọng tác dụng lặp đi lặp lại nhiều lần trên đất để nén đất lại đồng thời giảm tính thấm, tính nén lún và tăng tính chống cắt của đất. - Khi sử dụng đất làm vật liệu để đắp nền như đắp nền đường, đắp đập, nền nhà… phải tiến hành đầm đất đến một độ chặt chất định, biểu thị qua dung trọng khô γ d . ĐẤT XÂY DỰNG Page 10 BẢO VỆ VÀ CẢI TẠO SINH THÁI ĐẤT CHƯƠNG 2. HIỆN TRẠNG ĐẤT XÂY DỰNG 2.1. Hiện trạng sử dụng đất xây dựng hiện nay Tổng diện tích đất của nước ta (tính đến năm 2015) là 33.123.077 ha, trong đó đất xây dựng chiếm 3.697.829 ha. Diện tích đất xây dựng ngày càng tăng do tốc độ đô thị hóa diễn ra rất nhanh chóng cùng với việc xây dựng các khu công nghiệp, các khu du lịch, các khu vui chơi giải trí, các công trình phát triển hạ tầng giao thông thủy lợi… đã làm quỹ đất ngày càng bị thu hẹp, đồng thời gây suy thoái và ô nhiễm môi trường đất. 2.2. Vấn đề suy thoái và ô nhiễm đất xây dựng hiện nay 2.2.1. Khái niệm về suy thoái và ô nhiễm đất - Suy thoái đất là sự mất đi những đặc tính và tính chất vốn có ban đầu của đất do những tác động (tự nhiên và nhân tạo) theo thời gian nhất định. - Ô nhiễm đất là quá trình làm biến đổi hoặc thải vào đất các chất ô nhiễm làm thay đổi tính chất và cấu trúc của đất theo chiều hướng không có lợi, mất khả năng đáp ứng nhu cầu của con người. Ô nhiễm đất còn được xem là tất cả các hiện tượng làm nhiễm bẩn môi trường đất bởi các chất ô nhiễm. 2.2.2. Nguyên nhân gây suy thoái và ô nhiễm đất xây dựng. ĐẤT XÂY DỰNG Page 11 BẢO VỆ VÀ CẢI TẠO SINH THÁI ĐẤT - Các hoạt động xây dựng như là xây dựng nhà cửa, xây dựng các cơ sở hạ tầng, các công trình đường giao thông, thủy lợi… đã làm thay đổi tính chất lý học, hóa học của đất như: xói mòn, đất bị nén chặt, làm phá hủy cấu trúc của đất. - Nước thải sinh hoạt, nước mưa chảy tràn chứa đất, cát, bùn thải, dầu mỡ… không được xử lý mà chảy trực tiếp xuống đất đã làm suy thoái môi trường đất. - Các vật liệu xây dựng như gạch, ngói, vữa, đất cát, phế liệu, sắt, thép… không được thu gom, xử lý mà thải bõ bừa bãi ra xung quanh đã làm ô nhiễm môi trường đất, mất cảnh quan khu vực. Ví dụ 1: Việc xây dựng các công trình giao thông có thể làm thay đổi mực nước ngầm là cơ hội cung cấp các nguyên tố hóa học không mong muốn như Fe, Al và mang đi các hợp phần kiềm và kiểm thổ, phân hủy chất mùn làm giảm hoạt động của các vi sinh vật trong đất, giảm độ phì nhiêu của đất tăng nguy cơ suy thoái đất. Ví dụ 2: Việc xây dựng các nhà cao tầng, các khu đô thị đã làm thay đổi và phá vỡ kết cấu của đất nền. Nhiều trường hợp phải thay nền đất để đảm bảo sự chịu lực. Nó đã có tác động đến môi trường đất làm mất cân bằng hiện có và gây ra những tác dộng như nén đất, sụt đất, biến dạng cấu trúc đất, hạ thấp mực nước ngầm… ĐẤT XÂY DỰNG Page 12 BẢO VỆ VÀ CẢI TẠO SINH THÁI ĐẤT Hình 2.1. Các chất thải từ quá trình xây dựng ĐẤT XÂY DỰNG Page 13 BẢO VỆ VÀ CẢI TẠO SINH THÁI ĐẤT CHƯƠNG 3. BIỆN PHÁP BẢO VỆ VÀ CẢI TẠO ĐẤT XÂY DỰNG 3.1. - Các biện pháp bảo vệ đất xây dựng Làm sạch cơ bản: nhằm phòng ngừa các nguồn nhiễm bẩn đất từ nguồn nước mặt và nước ngầm bằng các phương pháp hóa học, sinh học để loại bỏ hoặc làm giảm các chất hòa tan và phân hủy hữu cơ trước khi thải ra đất. - Khử những chất thải rắn: Có những biện pháp xử lý chất thải rắn hợp vệ sinh đảm bảo an toàn cho môi trường đất như: chôn lấp hợp vệ sinh, đốt… - Có các chính sách quy hoạch và sử dụng đất hợp lý và có hiệu quả trong quá trình công nghiệp hóa – hiện đại hóa. 3.2. Các biện pháp cải tạo đất xây dựng. Tiến hành cải tạo các loại đất bị ô nhiễm, kém chất lượng không đảm bảo cho các công trình xây dựng… 3.2.1. Đối với các loại đất yếu 3.2.1.1. Khái niệm về đất yếu Đất yếu là loại đất có cường độ thấp, mức độ biến dạng lớn, tính thấm nước cao. Khi sử dụng chúng vào mục đích xây dựng không đáp ứng được các yêu cầu của công tác xây dựng như đất loại sét ở trạng thái dẻo chảy, chảy; bùn các loại; đất rời như cát, bụi cát ở trạng thái xốp, bão hòa nước;… 3.2.1.2. - Các biện pháp cải tạo Phương pháp cải tạo đất yếu bằng trụ đất xi măng/vôi – trộn sâu: + Đối tượng áp dụng: các loại đất sét, đất nhiễm thạch cao, đất bùn. ĐẤT XÂY DỰNG Page 14 BẢO VỆ VÀ CẢI TẠO SINH THÁI ĐẤT + Cách thực hiện: bơm nén vữa xi măng vào trong các lỗ khoan trong đất, vữa xi măng sẽ đi qua các khe nứt và chỗ trống bám chặt vào trong đất, đông cứng lại và làm cho đất có tính liên tục, chặt, ổn định và bền đồng thời giảm độ biến dạng và độ thấm nước cho đất. + Mục đích của phương pháp:  Tăng độ bền của đất cần được cải tạo như:  Tăng độ ổn định của khối đất  Tăng khả năng chịu tải  Giảm hoạt tải tác dụng lên các tường chắn  Ngăn chặn hiện tượng hóa lỏng nền đất  Cải tạo tính chất biến dạng của đất yếu để giảm đọ lún của nền như:  Giảm thời gian lún  Giảm chuyển vị ngang  Tăng độ cứng động của đất yếu:  Giảm chấn động sang nền công trình xung quanh  Cải thiện khả năng làm việc dưới tải trọng động của nền công trình  Cải tạo các loại đất nhiễm bẩn:  Tạo ra một hàng rào chắn bảo vệ môi trường  Tăng khả năng ổn định của đất nhiễm bẩn  Tạo ra một bức tường chắn nước ngầm ĐẤT XÂY DỰNG Page 15 BẢO VỆ VÀ CẢI TẠO SINH THÁI ĐẤT Hình 3.1. Thi công cọc đất xi măng - Phương pháp cải tạo đất yếu bằng tường chắn đất có cốt ổn định cơ học – điều kiện tĩnh: + Cách thực hiện: thiết kế tường chắn đất có cốt ổn định về mặt cơ học + Các loại cốt: cốt thép dạng bản mỏng, lưới thép, vải địa kỹ thuật… + Vật liệu làm cốt: kim loại, phi kim loại… + Mục đích: làm giảm hoặc loại bỏ các áp lực ngang tác dụng vào nền đất. 3.2.2. Đối với các loại đất rời - Phương pháp tháo khô: ĐẤT XÂY DỰNG Page 16 BẢO VỆ VÀ CẢI TẠO SINH THÁI ĐẤT + Cách thực hiện: xây dựng các hệ thống thoát nước như các công trình hạ thấp mực nước dưới đất xuống một độ sâu nhất định. + Mục đích:  Tăng độ ổn định của nền đất, đề phòng sạt lở, chảy loãng, trượt, các quá trình xói mòn ngầm  Đề phòng sự tăng ẩm, sũng nước hoặc nhiễm muối của đất khi mực nước ngầm dâng lên  Bảo vệ hố móng, đường hào, các công trình ngầm, mỏ lộ thiên…  Bảo vệ các phần ngầm của công trình không bị ăn mòn của nước dưới đất. Hình 3.2. Phương pháp hạ thấp mực nước - Phương pháp nén chặt cơ học: + Cách thực hiện: sử dụng các thiết bị đầm, lu hoặc đầm rung tác dụng lên đất để làm giảm độ lỗ rỗng và tăng khối lượng thể tích của cốt đất. ĐẤT XÂY DỰNG Page 17 BẢO VỆ VÀ CẢI TẠO SINH THÁI ĐẤT + Mục đích: tăng sức chống cắt, chống nén của đất. Hình 3.3. Lu đất 3.2.3. Đối với các loại đất mềm dính - Phương pháp giếng cát và cọc cát: + Cách thực hiện:  Sử dụng giếng cát có ∅ = 40 – 50 cm được đóng vào nền đất đến độ sâu thiết kế  Tạo các cọc cát có đường kính tương đối lớn và được đầm chặt trong nền đất cần cải tạo ĐẤT XÂY DỰNG Page 18 BẢO VỆ VÀ CẢI TẠO SINH THÁI ĐẤT + Mục đích: Tăng nhanh quá trình cố kết của đất, tăng độ bền và rút ngắn thời gian thoát nước trong đất. - Phương pháp gia cường đất bằng các giếng tiêu nước thẳng đứng: + Nguyên nhân: Do tính thấm nước của đất sét rất nhỏ, mức độ cố kết ban đầu phải mất nhiều thời gian mới kết thúc. + Cách thực hiện: Lắp đặt các giếng tiêu nước thẳng đứng kết hợp với gia tải trước (là quá trình nén nền đất dưới tác dụng của ứng suất ( là một đại lượng vecto có trị số nhất định, tác dụng tại một điểm nhất định và cóc phương tác dụng trên tiết diện phân bố vẽ qua điểm ấy một góc nhất định) thẳng đứng trước khi xây dựng công trình) bằng những khối đất đắp tạm thời hay nén chân không. Các giếng này sẽ tạo ra những vật thoát nước, nước lỗ rỗng được ép ra ngoài trong quá trình cố kết đất sét do gradient thuuyr lực hình thành bởi gia tải trước, dòng chảy từ các lớp đất sét vận động theo phương ngang vào các giếng tiêu nước và thoát tự do ra ngoài dọc theo các giếng tiêu nước này từ đó sẽ làm giảm chiều dài đường thoát nước đồng thời làm giảm thời gian hoàn thành quá trình cố kết. ĐẤT XÂY DỰNG Page 19 BẢO VỆ VÀ CẢI TẠO SINH THÁI ĐẤT Hình 3.4. Thi công cọc cát, giếng cát KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Quá trình đô thị hóa ngày càng phát triển mạnh mẽ đã có những tác động lớn đến môi trường đất đặc biệt là đất xây dựng: ĐẤT XÂY DỰNG Page 20