Chương 8 — Độ thấm và ảnh hưởng của nó

Độ thấm k là thông số chi phối dòng chảy, tốc độ cố kết, hạ mực nước ngầm và độ ổn định thấm của công trình. Chương này gom các giá trị điển hình và các hệ thức tương quan giữa độ thấm, cấp phối, phân loại đất và hệ số cố kết c_v.

Hình. Thang độ thấm theo bậc độ lớn từ sỏi sạch đến sét, so sánh với vật liệu kỹ thuật, kèm quan hệ Hazen và liên hệ với hệ số cố kết.

8.1 Giá trị độ thấm điển hình

Bảng 8.1 — Độ thấm điển hình của các loại đất (m/s).

Loại đất	k (m/s)	Đặc điểm thoát nước
Sỏi sạch	10⁻¹ – 1	Thoát nước rất tốt
Sỏi lẫn cát	10⁻³ – 10⁻¹	Thoát nước tốt
Cát sạch, cát sỏi	10⁻⁵ – 10⁻³	Thoát nước tốt
Cát mịn, cát bụi	10⁻⁶ – 10⁻⁴	Thoát nước vừa
Bụi, bụi sét	10⁻⁸ – 10⁻⁶	Thoát nước kém
Sét pha (sét bụi)	10⁻⁹ – 10⁻⁷	Gần như không thoát nước
Sét đồng nhất	10⁻¹¹ – 10⁻⁹	Không thoát nước (trừ khi nứt)

Một bậc độ lớn của k tương ứng với hệ số 10 về tốc độ dòng chảy — vì vậy khi báo cáo độ thấm nên nêu rõ số bậc độ lớn, không chỉ giá trị đơn lẻ.

8.2 So sánh độ thấm với các vật liệu kỹ thuật

Bảng của mục này đặt đất tự nhiên cạnh các vật liệu nhân tạo (bê tông, nhựa đường, màng chống thấm HDPE, bentonit) để thấy rằng đất sét tốt có độ thấm chỉ kém màng nhân tạo khoảng 3–5 bậc độ lớn — cơ sở cho các lớp lót tự nhiên.

8.3 Độ thấm theo kích thước hạt

Công thức Hazen cho cát: k (cm/s) ≈ 100 × D₁₀² với D₁₀ tính bằng cm. Dạng tương đương với D₁₀ tính bằng mm: k (m/s) ≈ 0,01 × D₁₀².

Bảng 8.3 — Độ thấm theo D₁₀ (Hazen, cát và cát sỏi).

D₁₀ (mm)	k (m/s)	Loại đất điển hình
0,05	2,5×10⁻⁵	Cát bụi mịn
0,1	1×10⁻⁴	Cát mịn
0,2	4×10⁻⁴	Cát mịn–trung
0,5	2,5×10⁻³	Cát trung–thô
1,0	1×10⁻²	Cát thô, cát sỏi
2,0	4×10⁻²	Sỏi cát

Hazen chỉ đúng với cát có cấp phối tương đối đều; cấp phối tốt (Cu lớn) cho độ thấm thấp hơn dự báo vì hạt mịn lấp lỗ rỗng.

8.4 Độ thấm theo phân loại đất

Bảng của mục này gắn nhóm USCS (GW, GP, SW, SP, SM, SC, ML, CL, CH) với dải độ thấm điển hình, để đọc nhanh k từ mô tả đất mà không cần thí nghiệm.

8.5 Độ thấm từ thí nghiệm tiêu tán

Thời gian tiêu tán 50% áp lực lỗ rỗng (t₅₀) trong thí nghiệm xuyên nón có đo áp lực lỗ rỗng (CPTu) và áp kế màng (DMT) tỷ lệ nghịch với độ thấm — cho phép suy k tại chỗ từ tốc độ tiêu tán, hữu ích ở đất bụi–sét khó lấy mẫu.

8.6 Ảnh hưởng của áp lực đến độ thấm

Độ thấm giảm khi ứng suất hữu hiệu tăng, do lỗ rỗng bị ép lại. Với đất hạt rời mức giảm nhẹ; với sét mềm, k có thể giảm một bậc độ lớn khi ứng suất tăng từ trạng thái gần mặt đất xuống vài mét sâu.

8.7 Độ thấm của sét đầm chặt

Sét đầm chặt ở độ ẩm ướt hơn tối ưu có độ thấm nhỏ hơn nhiều (có khi 100–1000 lần) so với sét đầm ở khô hơn tối ưu — vì cấu trúc đất khác nhau. Đây là điểm mấu chốt cho lớp lót đầm chặt: kiểm soát độ ẩm đầm quan trọng hơn kiểm soát k.

8.8 Độ thấm của cốt liệu chưa xử lý và xử lý nhựa đường

Bảng của mục này đưa độ thấm của cấp phối đá dăm ở các mức đầm chặt, và cho thấy xử lý nhựa đường (asphalt-treated) giảm độ thấm xuống 2–3 bậc độ lớn — cơ sở cho lớp móng không thấm.

8.9 Phương pháp hạ mực nước theo loại đất

Bảng 8.9 — Hạ mực nước ngầm theo loại đất.

Phương pháp	Sỏi	Cát thô	Cát mịn	Bụi	Sét
Rãnh hở / mương	✔	✔	—	—	—
Giếng sâu + bơm	✔	✔	✔	—	—
Wellpoint (kim hút)	✔	✔	✔	✔	—
Kim hút chân không	—	✔	✔	✔	—
Điện thẩm (electro-osmosis)	—	—	—	✔	✔

Việc chọn phương pháp phụ thuộc cả độ thấm lẫn độ hạ mực nước cần thiết.

8.10 Bán kính ảnh hưởng khi hạ mực nước

Công thức Sichardt: R = 3000 · s · √k với s là độ hạ mực nước (m), k tính bằng m/s, R tính bằng m. Bán kính ảnh hưởng quyết định số giếng/kim hút cần thiết.

8.11 Giá trị thủy văn điển hình

Bảng của mục này đưa các giá trị lưu lượng, gradient, độ rỗng hữu hiệu và vận tốc thấm điển hình để kiểm tra chéo kết quả tính toán dòng chảy.

8.12 Quan hệ giữa hệ số thấm và hệ số cố kết

Hai hệ số liên hệ qua thể tích nén: c_v = k / (m_v · γ_w) với m_v là hệ số nén thể tích và γ_w là trọng lượng đơn vị nước. Nghĩa là cùng một độ thấm, đất nén được hơn (m_v lớn) sẽ cố kết chậm hơn.

8.13 Giá trị hệ số cố kết điển hình

Bảng 8.13 — Hệ số cố kết c_v điển hình (m²/năm).

Loại đất	cv (m²/năm)
Sét mềm, cố kết thường	0,5 – 5
Sét bụi	2 – 10
Sét cứng, cố kết trước	10 – 100
Bụi	10 – 50

8.14 Biến thiên c_v theo giới hạn chảy

Bảng của mục này liên hệ c_v với LL: giới hạn chảy càng cao thì đất càng nén được và c_v thường càng nhỏ — cho phép ước lượng nhanh c_v từ LL.

8.15 Hệ số cố kết từ thí nghiệm tiêu tán

Từ t₅₀ của CPTu/DMT, suy c_h (cố kết theo phương ngang) mà không cần thí nghiệm nén cố kết trong phòng — hữu ích cho thiết kế bấc thấm (PVD).

8.16 Nhân tố thời gian cho cố kết

T_v = c_v · t / d² với d là đường thoát nước (d = H cho thoát một mặt, d = H/2 cho thoát hai mặt). Các mốc chuẩn:

Độ cố kết U	Nhân tố thời gian Tv
10%	0,008
50%	0,197
90%	0,848
95%	1,129

8.17 Thời gian cần thiết cho thoát nước của trầm tích

Từ T_v, c_v và chiều dày lớp, tính thời gian cố kết — cơ sở quyết định có cần gia tải trước (surcharge) hay bấc thấm hay không.

8.18 Ước lượng độ thấm của đá

Độ thấm của khối đá nguyên gần như bằng không; độ thấm thực tế đến từ khe nứt. Bảng của mục này đưa độ thấm điển hình theo mức độ nứt nẻ và RQD.

8.19 Ảnh hưởng của khe nứt đến độ thấm của đá

Độ thấm do khe nứt tỷ lệ với lũy thừa ba của độ mở khe (aperture) — khe mở gấp đôi → độ thấm tăng khoảng 8 lần. Bảng của mục này liên hệ độ mở khe và mật độ khe với độ thấm tương đương.

8.20 Thí nghiệm Lugeon trong đá

1 Lugeon = 1 lít/phút trên mét dài dưới áp lực 1 MPa, tương đương khoảng 1,3×10⁻⁷ m/s. Bảng của mục này phân loại mức độ chống thấm của khối đá theo giá trị Lugeon và gợi ý biện pháp khoan phụt (grouting).

Ghi nhớ của chương

• Độ thấm là đại lượng theo bậc độ lớn — hãy báo cáo theo dải, không theo một con số đơn lẻ.
• Hazen (mục 8.3) chỉ dùng cho cát cấp phối tương đối đều; đừng áp dụng cho đất cấp phối tốt.
• Trong sét đầm chặt, kiểm soát độ ẩm đầm quyết định độ thấm (mục 8.7).
• Trong đá, độ thấm là độ thấm của khe nứt, không phải của đá nguyên (mục 8.18–8.20).