Microsoft Word - TOMTTL~1

Bản ghi

1 Nghiên cứu đánh giá điều kiện địa chất công trình phục vụ xây dựng nhà cao tầng khu vực Huyện Quốc Oai Hà Nội : Luận văn ThS. Địa chất : \ Bùi Thị Liên ; Nghd. : PGS.TS. Đỗ Minh Đức Trong những năm gần đây quá trình đô thị hóa ở Hà Nội diễn ra rất nhanh, đặc biệt là việc xây dựng các công trình nhà cao tầng, điều này đã mang một diện mạo mới cho thủ đô. Bên cạnh đó vấn đề thách thức cho nghành xây dựng cũng đã được đặt ra trong đó có vấn đề quy hoạch xây dựng và chất lượng các công trình xây dựng. Để nâng cao hiệu quả trong công tác xây dựng, công tác khảo sát địa chất công trình phải đi trước một bước. Huyện Quốc Oai nằm ở phía Tây thành phố Hà Nội, cách trung tâm thành phố khoảng 20km. Khu vực được giới hạn trong tọa độ địa lý: đến vĩ độ bắc đến kinh độ đông. Phía Đông giáp huyện Đan Phượng, huyện Hoài Đức; phía Tây giáp tỉnh Hòa Bình; phía Nam giáp huyện Chương Mỹ và phía Bắc giáp huyện Thạch Thất và huyện Phúc Thọ. Diện tích: 147,01 km2. Theo Quy hoạch chung xây dựng thủ đô Hà Nội đến năm 2030 và tầm nhìn đến 2050, trên địa bàn huyện Quốc Oai có: khu Công nghệ cao Hòa Lạc, các khu đô thị (chủ yếu dọc hai bên trục đường Láng Hòa Lạc), các khu sinh thái nông nghiệp, dịch vụ du lịch, các cụm công nghiệp vừa và nhỏ và các trung tâm vui chơi giải trí phát triển ở ven đê sông Đáy. Xuất phát từ thực tế đó, đề tài Nghiên cứu, đánh giá điều kiện địa chất công trình phục vụ xây dựng nhà cao tầng khuc vực huyện Quốc Oai, Hà Nội là cần thiết và có ý nghĩa thực tiễn trong việc xây dựng các công trình nhà cao tầng hiện nay ở huyện Quốc Oai. Mục tiêu Mục tiêu của đề tài là làm sáng tỏ điều kiện và các vấn đề địa chất công trình liên quan đến xây dựng các công trình nhà cao tầng ở các khu vực trọng điểm huyện Quốc Oai và đề xuất các giải pháp khắc phục. Nội dung 1

2 - Nghiên cứu, phân tích đặc điểm điều kiện tự nhiên và kinh tế xã hội huyện Quốc Oai; - Nghiên cứu các đặc điểm địa chất công trình (địa hình - địa mạo, cấu trúc địa chất, tính chất cơ lý của đất đá, địa chất thủy văn, các quá trình và hiện tượng địa chất động lực công trình); - Các vấn đề về khảo sát, thiết kế và thi công xây dựng ở khu vực Quốc Oai; - Đề xuất các giải pháp hợp lý để phục vụ công tác thiết kế, thi công xây dựng các công trình nhà cao tầng trên địa bàn huyện Quốc Oai. Phạm vi nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu tập trung ở các khu vực trọng điểm là nơi có mật độ dân cư cao; nằm trong khu quy hoạch xây dựng các công trình dịch vụ, thương mại, văn phong, nhà ở; nơi đã và đang xảy ra các tai biến địa chất. Cụ thể là xã Yên Sơn, xã Ngọc Mỹ, xã Thạch Thán, thị trấn Quốc Oai, vùng phụ cận diện tích 10 km 2, khối núi đá vôi xã Sài Sơn, dải đồi phun trào xã Đồng Quang và xã Cộng Hòa, khối đá vôi Chùa Trầm. Cơ sở tài liệu Luận văn được hoàn thành trên cơ sở các tài liệu chủ yếu của Trường Đại học khoa học tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội, Báo cáo kết quả khảo sát địa chất công trình dự án Khu đô thị sinh thái và trung tâm thương mại Quốc Oai của Công ty tư vấn khảo sát và thiết kế CDIC. Báo cáo kết quả khảo sát địa chất công trình dự án đầu tư mở rộng và hoàn thiện đường láng hòa lạc của Công ty cổ phần tư vấn xây dựng Vinaconex và một số tài liệu khác. Bố cục của luận văn Luận văn không kể phần mở đầu và kết luận gồm 4 chương chính như sau: Chương 1: Điều kiện địa lý tự nhiên và kinh tế - xã hội khu vực huyện Quốc Oai. Chương 2: Đặc điểm địa chất công trình khu vực huyện Quốc Oai. Chương 3: Các vấn đề về khảo sát, thiết kế và thi công xây dựng nhà cao tầng trên vùng karst. Chương 4: Các vấn đề địa chất công trình liên quan đến xây dựng nhà cao tầng khu vực huyện Quốc Oai và kiến nghị giải pháp khắc phục. 2

3 Luận văn được thực hiện tại Khoa Địa chất, Trường Đại học khoa học tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội, dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Đỗ Minh Đức. 3

4 CHƯƠNG I ĐIỀU KIỆN ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN VÀ KINH TẾ XÃ HỘI KHU VỰC HUYỆN QUỐC OAI 1.1. Điều kiện tự nhiên Vị trí địa lý Huyện Quốc Oai nằm ở phía Tây thành phố Hà Nội, cách trung tâm thành phố khoảng 20km, có diện tích 147,01 km 2. Khu vực được giới hạn trong tọa độ địa lý: đến vĩ độ bắc, đến kinh độ đông. Phúc Thọ (hình 1.1). Hình 1.1. Sơ đồ khu vực huyện Quốc Oai Khí hậu: Quốc Oai có khí hậu đặc trưng của đồng bằng Bắc Bộ Mạng lưới thủy văn: Trên địa bàn huyện có 2 con sông chảy qua là sông Đáy và sông Tích. Chế độ thủy văn của huyện phụ thuộc vào sông Hồng, sông Đáy, sông Tích và nhiều ao hồ khác Kinh tế xã hội Kinh tế 4

5 Định hướng phát triển của Quốc Oai trong những năm tới là đẩy mạnh chuyển dịch cơ cấu kinh tế, từng bước xây dựng nền kinh tế địa phương theo hướng công nghiệp hóa, hiện đại hóa trên cơ sở giữ vững tốc độ tăng trưởng của ngành công nghiệp địa phương và lĩnh vực dịch vụ - du lịch. Tuy vậy, mũi nhọn thực sự đem lại nhiều hứa hẹn cho Quốc Oai trong tương lai phải là công nghiệp. Đường cao tốc Láng Hòa Lạc đã được khai thông, chạy cắt ngang 4 xã phía Bắc của Quốc Oai với chiều dài 9 km đã mở ra cho Quốc Oai cơ hội rất lớn để phát triển đồng đều mọi mặt của đời sống kinh tế - xã hội, trong đó có công nghiệp. Hình 1.3. Quốc Oai trong Quy hoạch chung xây dựng thủ đô Hà Nội Xã hội Những năm gần đây cùng với sự phát triển kinh tế, lĩnh vực văn hóa xã hội của huyện cũng đạt được nhiều thành tựu đáng kể, cuộc sống của người dân Quốc Oai ngày càng được cải thiện cả về vật chất lẫn tinh thần. Năm 2009 đã có đối tượng chính sách được cấp thẻ bảo hiểm y tế; 153 hộ nghèo được hỗ trợ xây dựng lại nhà bị xuống cấp, hư hỏng. 5

6 CHƯƠNG II ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH KHU VỰC HUYỆN QUỐC OAI 2.1. Đặc điểm địa hình - địa mạo Quốc Oai là một huyện nằm trong vùng chuyển tiếp giữa miền núi và đồng bằng, bị chia cắt bởi hệ thống sông ngòi nên địa hình khá phức tạp. Trong phạm vi nghiên cứu ở khu vực thị trấn Quốc Oai, vùng phụ cận diện tích 10 km 2, khối núi đá vôi xã Sài Sơn, dải đồi phun trào xã Đồng Quang và xã Cộng Hòa, khối đá vôi Chùa Trầm có một số đặc điểm sau: Kết quả phân tích bản đồ địa hình và ảnh viễn thám - Địa hình dòng sông chảy + Địa hình bãi bồi + Lòng sông cổ - Địa hình nhân sinh Kết quả nghiên cứu địa hình Karst Địa hình Karst được phân bố ở hai địa điểm là chùa Thày thuộc xã Sài Sơn và động Hoàng Xá thuộc thị trấn Quốc Oai. Các khối đá vôi này có diện tích không lớn, nhưng trên mỗi khối đều phát triển đầy đủ các dạng địa hình karst bao gồm cả trên mặt lẫn karst ngầm. + Karst mặt: Mặc dù không điển hình, nhưng một số dạng địa hình karst trên mặt được hình thành do hòa tan (ca rư). Quan sát được ở hai vị trí, điển hình hơn là ở Sài Sơn. Địa hình ca rư có kích thước vừa phải và nằm nghiêng theo hướng cắm của các lớp đá vôi gặp ở Sài Sơn. 6

7 Hình 2.2. Ca rư phát triển nghiêng theo hướng của lớp đá vôi [6] + Karst ngầm: Hang động Tại cả 2 vị trí có đá vôi đều gặp hang động. Đó là hang Cắc Cớ ở khối núi Sài Sơn và động Hoàng Xá ở khối núi đá vôi Hoàng Xá. - Động Hoàng Xá nằm trên khối núi đá vôi cao khoảng 58,6 m cùng tên thuộc thị trấn Quốc Oai. Cửa động nằm ở độ cao khoảng 15 m so với bề mặt đồng bằng hiện nay. Hình 2.3. Cửa động Hoàng Xá [6] 7

8 - Hang Hàm ếch: chỉ quan sát được ở chân khối núi đá vôi Hoàng Xá. Đó là các vết lõm sâu vào khối đá vôi Cấu trúc địa chất Địa tầng: Các hệ tầng phân chia từ cổ đến trẻ như sau: Hệ tầng Viên Nam (T 1 vn) Hệ tầng Tân Lạc (T 1olt ) Hệ tầng Đồng Giao (T 2a đg ) Hệ tầng Hà Nội (Q hn) 3b Hệ tầng Vĩnh Phúc (Q 1 vp) 3 Hệ tầng Thái Bình (Q 2 tb) 8

9 Hình 2.4. Bản đồ địa chất huyện Quốc Oai Đặc điểm thạch học Theo tài liệu Nghiên cứu địa mạo và địa chất khu vực huyện Quốc Oai của PGS.TS Chu Văn Ngợi (tài liệu chưa được công bố) thì đá gốc chủ yếu là đá cacbonat thuộc hệ tầng Na Vang (P 2 nv), đá phun trào thuộc hệ tầng Viên Nam (T 1 vn). Khảo sát 22 điểm, lấy 30 mẫu lát mỏng thạch học. Kết quả phân tích như sau: Khu vực xã Sài Sơn huyện Quốc Oai: 9

10 Bảng 2.1. Thành phần khoáng vật tại điểm khảo sát xã Sài Sơn STT Ký hiệu mẫu Hệ tầng 1 THN 1 P 2 nv 2 THN 3 P 2 nv Thành phần khoáng vật Calcit: 90-92%; Đolomit 3-4%; Sét; Quặng bị leucoxene hóa 1-2 % Đá được xác định là: Đá vôi hạt mịn - hạt bị ép. Calcit: 90-92%; Đolomit 5-8%; Sét 1%-2%; Bụi quặng: 1%. Đá được xác định là: Đá vôi hạt nhỏ - hạt mịn bị ép. Khu vực thị trấn Quốc Oai: Bảng 2.2. Thành phần khoáng vật tại điểm khảo sát thị trấn Quốc Oai STT Ký hiệu mẫu Hệ tầng 1 QO.8/1 P 2 nv 2 QO.9 P 2 nv Thành phần khoáng vật Calcit: 91-93%; Đolomit 5-8%; Sét 1%-2%; Hydroxyt sắt: 1%. Đá được xác định là: Đá vôi vi hạt bị ép. Đolomit: 78-80%; Calcit 20-22%; Sét: ít; Hydroxyt sắt: ít. Đá được xác định là: Đá vôi hạt mịn vi hạt, bị hoa hóa. Calcite 97%; dolomite: little; clay 1-2%; leucoxene and Hydroxyt sắt 1-2%. 3 QO.12 P 2 nv Đá được xác định là: Đá vôi hạt mịn vi hạt, bị hoa hóa. 4 QO.13 P 2 nv Calcit: 97-98%; Đolomit 1-2%; Thạch anh 10

11 vài hạt; Hydroxyt sắt: ít. Đá được xác định: Đá vôi hạt mịn vi hạt bị ép, bị hoa hóa. 5 QO.15/1 P 2 nv Calcit: 70-72%; Đolomit: 28-30%; Sét: ít; Hydroxyt sắt ít Đá được xác định là: Đá vôi bị hạt mịn. Đây cũng là lớp lót đáy của trầm tích Đệ tứ tại lỗ khoan này. Đá có thành phân khoáng vật: 6 QO.20 (LK.03) Q 1 3 vp Mảnh vụn chiếm 35% gồm: mảnh đá vôi 19-20%; Mảnh dolomit-vôi, vôi-dolomit: 14-15%. Vật liệu gắn kết chiếm 65% gồm: Calcit: 47-48%; Dolomit: 15-17%; Sét: 1-2%. Đá được xác định: Đá cát-sạn kết vôi. Đây là sản phẩm nghiền dập vỡ kiến tạo. Các mảnh vụn có thành phần khoáng vật: 7 QO.21 (LK.02) P 2 nv Dolomit 50-55%; Calcit 45-49%; Thạch anh: ít; Sét bụi quặng: ít. Đá được xác định: Vụn kiến tạo dolomit-vôi. Khu vực xã Đồng Quang huyện Quốc Oai: Bảng 2.3. Thành phần khoáng vật tại điểm khảo sát xã Đồng Quang STT Ký hiệu mẫu Hệ tầng 1 QO.16/1 T 1 vn Thành phần khoáng vật Diaspo: 76-78%; Sphen: 3-15%; Sericit 2-3%; Clorit: 3-4%; Thạch anh vài hạt; Quặng bị leucoxen hóa 2-3%; Hydroxyt sắt ít. Đá được xác định là: Đá phun trào bị biến đổi. 11

12 2 QO.16/2 T 1 vn 3 QO.16/3 T 1 vn 4 QO.18/1 T 1 vn 5 QO.18/3 T 1 vn Sericit&clorit:47 48%; Thạch anh: 27-30%; Fenspat: 10-15%; Zircon vài hạt; Quặng, leucoxene, hydroxyt sắt: 10-13% Đá được xác định: Đá phun trào kiềm bị biến đổi. Sét, sericit: 90-92%; Quặng, hydroxyt sắt: 7-10%; Tumalin ít. Đá được xác định: Đá phun trào kiềm bị biến đổi. Đá có thành phần khoáng vật: Sericit, chlorite: 76-80%; Talc: 15-20%; Tumalin vài hạt; Sphen vài hạt; Quặng, hidroxyt sắt: 13-15%. Đá được xác định: Đá phun trào bị biến chất biến vị. Sericit, chlorite: 87-88%; Thạch anh: 1%; Leucoxen: 2-3%; Quặng 8-10% Đá được xác định: Đá phun trào bị biến chất nhiệt dịch Đặc điểm nứt nẻ đá gốc Đá gốc trong vùng lộ ra ít, bao gồm đá vôi bị hoa hóa (xã Sài Sơn), đá vôi, vôi đolomit (thị trấn Quốc Oai) và đá phun trào núi lửa (xã Cộng Hòa). Các đá trải qua nhiều pha biến dạng, do đó các hệ khe nứt phát triển cũng rất phức tạp Đứt gãy và các đới xiết trượt Móng trước Cenosoic bị hệ thống đứt gãy sâu phương tây bắc đông nam và đông bắc tây nam phân cắt ra các khối, tham gia vào chuyển động sụt lún tân kiến tạo với tốc độ tăng từ rìa vào tâm của trũng Sông Hồng. Vùng nghiên cứu nằm ở rìa tây bắc trũng, do vậy chịu ảnh hưởng sâu sắc của chuyển động này. Chuyển động 12

13 khối tảng trong tân kiến tạo là nét đặc trưng của móng trũng Sông Hồng. Các khối núi đá vôi (P2 nv) và dải đồi đá phun trào (T1 vn) là sản phẩm của chuyển động này. Trong tân kiến tạo về cơ bản xác lập hai pha biến dạng chính, đó là: pha sớm Eocen Miocen và pha muộn Pliocen Đệ tứ. Hình 2.9. Sơ đồ đứt gãy và các đới xiết trượt [6] 2.3. Địa chất thủy văn Trên Bản đồ địa chất thủy văn huyện Quốc Oai (hình 2.12) có các tầng chứa nước sau: 13

14 Hình Bản đồ địa chất thủy văn huyện Quốc Oai Tầng chứa nước trong các trầm tích Holocen (qh) Tầng chứa nước lỗ hổng trầm tích Pleistocen dưới-trên qp Tầng chứa nước trong trầm tích Neogen Tầng chứa nước khe nứt karst 2.4. Tính chất cơ lý của đất đá Sự phân bố các loại đất, đá được trình bày trên Bản đồ địa chất công trình (hình 2.13). 14

15 Hình Bản đồ địa chất công trình khu vực huyện Quốc Oai Tại dự án Khu đô thị sinh thái và Trung Tâm thương mại Quốc Oai. Căn cứ vào tài liệu thu thập được trong quá trình khảo sát địa, thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn kết hợp với các kết quả thí nghiệm trong phòng, có thể phân chia thành các lớp từ trên xuống dưới như sau (đến hết chiều sâu khoan): 15

16 Lớp 1. Đất thổ nhưỡng: Đất sét pha lẫn rễ cây, trạng thái và thành phần không đồng nhất. Lớp có bề dày thay đổi từ 0.2m 0.4m. Lớp 2. Sét pha, màu xám nâu - nâu hồng, trạng thái dẻo cứng. Độ sâu mặt lớp thay đổi từ 0.2m 0.4m; Độ sâu đáy lớp thay đổi từ 2.5m 6.5m. Bề dày lớp thay đổi từ 2.3m 6.2m. Lớp 3. Sét pha, màu nâu gụ - xám nâu, trạng thái dẻo mềm. Độ sâu mặt lớp thay đổi từ 2.5m 3.5m; Độ sâu đáy lớp thay đổi từ 3.5m 5.5m. Bề dày lớp thay đổi từ 0.9m 3.0m. Lớp 4. Sét pha, màu xám nâu, trạng thái dẻo chảy, lẫn nhiều hữu cơ. Độ sâu mặt lớp thay đổi từ 4.2m 5.2m; Độ sâu đáy lớp thay đổi từ 6.2m 10.2m. Bề dày lớp thay đổi từ 1.8m 5.0m. Lớp 5. Cát hạt mịn, màu xám ghi, trạng thái xốp. Độ sâu mặt lớp thay đổi từ 3.5m 6.5m; Độ sâu đáy lớp và bề dày lớp chưa xác định được do các hố khoan đều kết thúc trong lớp này ở độ sâu 7.0m. Bề dày lớn nhất đã khoan vào lớp này là 3.5m (HK1). Lớp 6. Cát hạt mịn, màu xám ghi, trạng thái chặt vừa. Độ sâu mặt lớp thay đổi từ 6.2m 10.2m. Độ sâu đáy lớp và bề dày lớp chưa xác định được các hố khoan HK3, HK7 do các hố khoan đều kết thúc ở độ sâu 7.0m, ở hố khoan K2 độ sâu đáy lớp 25.5 và bề dày lớn lớp này là 15.3m. Lớp 7. Sét pha, màu nâu hồng - xám nâu, trạng thái dẻo mềm. Gặp ở hố khoan K2. Độ sâu xuất hiện: 25.5m; Độ sâu kết thúc: 39.5m. Bề dày 13.3m TK. Sét pha, xám gụ, xám đen, lẫn nhiều hữu cơ, trạng thái dẻo mềm. Thấu kính này gặp ở hố khoan K2 nằm kẹp trong lớp 7 Độ sâu xuất hiện: 35.8m; Độ sâu kết thúc: 36.5 m; Bề dày 0.7m Lớp 8. Cát hạt mịn, màu xám ghi, trạng thái chặt. Gặp ở hố khoan K2. Độ sâu xuất hiện 39.5m; Độ sâu kết thúc 42.5m. Bề dày 3.0m Lớp 9. Sét pha màu xám nâu, trạng thái dẻo chảy. Gặp ở hố khoan K2; Độ sâu xuất hiện 42.5m; Độ sâu kết thúc Bề dày 4.5m Lớp 10. Đá vôi, phong hoá nứt nẻ rất mạnh, màu xám trắng - nâu vàng. RQD = 10-20%. 16

17 Độ sâu xuất hiện 47.0m, độ sâu kết thúc và bề dày chưa xác định được do hố khoan kết thúc trong lớp này ở độ sâu 50.0m. Đặc biệt chú ý trong lớp này thường xuất hiện các hoạt động karst làm lớp đá vôi không ổn định. Lớp đá vôi tại vị trí khảo sát ở thị trấn Quốc Oai (hố khoan QO-01 và QO-02) và ở xã Thạch Thán (QO-03) bị phong hóa đến phong hóa hoàn toàn Bảng 2.4. Cao độ mặt lớp đá vôi Hố khoan QO-01 Cao độ đáy Cao độ lớp mặt lớp (m) (m) 45,5 46,2 46,2 47,2 Tính chất Đá vôi bị phong hóa, màu xám sáng, trạng thái cứng Đá vôi tươi, xám đen, xám sáng, rất cứng QO-02 45,5 53 Đá vôi bị phong hóa hoàn toàn đến vỡ vụn, màu xám xanh QO-03 37,5 41,5 41,5 42 Đá vôi bị phong hóa, màu xám xanh, xám sáng Đá vôi tươi màu xám sáng, trạng thái cứng - Khảo sát tại xã Yên Sơn cho thấy đá vôi màu xám trắng, xám xanh. Đá có mức độ phong hóa không đồng đều, nứt nẻ mạnh đến trung bình, đá có độ cứng thấp đến trung bình, tỷ lệ lấy lõi nhìn chung rất thấp TCR=0-20%, chỉ số chất lượng đá RQD=0-10%. Các hang Karst này có chiều dày từ 0,4m đến 1,2m. Quá trình khoan thăm dò khi gặp hang tiêu hao nước nhẹ, hoặc mất nước hoàn toàn, trong hang có chứa chất lấp nhét là sét pha lẫn ít dăm, sạn trạng thái ẩm ướt Các quá trình và hiện tượng địa chất động lực công trình Hiện tượng Karst + Karst mặt: 17

18 Mặc dù không điển hình, nhưng một số dạng địa hình karst trên mặt được hình thành do hòa tan (ca rư). Địa hình ca rư có kích thước vừa phải và nằm nghiêng theo hướng cắm của các lớp đá vôi gặp ở Sài Sơn. + Karst ngầm: đó là hang Cắc Cớ ở khối núi Sài Sơn và động Hoàng Xá ở khối núi đá vôi Hoàng Xá. Hang Hàm ếch: chỉ quan sát được ở chân khối núi đá vôi Hoàng Xá Hiện tượng sụt lún đất Sụt lún ngoài nguyên nhân chủ yếu từ kiến tạo địa chất còn còn có sự ảnh hưởng của nền đất yếu, sự khai thác nước ngầm và một phần do hiện tượng sụt lún karst. Hình Lún nứt nhà ở xã Ngọc Mỹ, huyện Quốc Oai 18

19 Hình Sụt lún ở thị trấn Quốc Oai [16] 19

20 CHƯƠNG III CÁC VẤN ĐỀ VỀ KHẢO SÁT, THIẾT KẾ, THI CÔNG XÂY DỰNG NHÀ CAO TẦNG TRÊN VÙNG KARST 3.1. Khái quát về quá trình karst Khi đá vôi, đá đôlômit, đá phấn, đá macnơ, thạch cao, anhiđrit, muối mỏ và muối kali bị nước trên mặt và nước dưới đất hoà tan và rửa lũa thì trên mặt đất hình thành những phễu, những hố sụt cùng những dạng khác của địa hình, còn ở bên trong đất đó là những chỗ trống, khe rãnh và hang đủ kiểu loại. Người ta gọi tất cả những loại hình ở trên mặt và dưới đất được tạo nên bằng cách như vậy là karst Khảo sát địa chất công trình trên vùng karst Nhiệm vụ cơ bản của khảo sát ĐCCT trong vùng karst là: xác định mức độ nguy hiểm của karst tác động đến công trình, môi trường sinh thái và kinh tế xã hội; dự báo phát triển karst trong giai đoạn xây dựng và sử dụng công trình; xác định khả năng kích hoạt karst trong quá trình sử dụng công trình do các tác động nhân sinh; soạn thảo chiến lược và các kiến nghị cụ thể cho các giải pháp xử lý karst Thiết kế và thi công xây dựng nhà cao tầng trên vùng karst Khái niệm về nhà cao tầng Khái niệm nhà cao tầng theo Uỷ ban Nhà cao tầng Quốc tế: Ngôi nhà mà chiều cao của nó là yếu tố quyết định các điều kiện thiết kế, thi công hoặc sử dụng khác với các ngôi nhà thông thường thì được gọi là nhà cao tầng Các vấn đề về thiết kế và thi công xây dựng nhà cao tầng - Việc thiết kế và xây dựng các công trình ở vùng karst bao giờ cũng phải dựa trên kết quả nghiên cứu địa chất công trình chi tiết hơn so với các vùng không có karst. Khi thiết kế các công trình trên diện tích xây dựng có karst thì phải có biện pháp xử lý, đảm bảo ổn định nền móng. 20

21 CHƯƠNG IV CÁC VẤN ĐỀ ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH LIÊN QUAN ĐẾN XÂY DỰNG NHÀ CAO TẦNG KHU VỰC HUYỆN QUỐC OAI VÀ KIẾN NGHỊ GIẢI PHÁP KHẮC PHỤC 4.1. Các vấn đề địa chất công trình liên quan đến xây dựng nhà cao tầng khu vực Quốc Oai, Hà Nội Hiện tượng ma sát âm liên quan đến lún mặt đất Khi đất xung quanh thân cọc lún nhiều hơn độ lún của cọc, chuyển vị tương đối giữa cọc và đất sẽ có chiều ngược lại, do đó sức kháng bên giữa đất và cọc cũng có chiều ngược lại. Sức kháng bên này không kháng lại tải trọng ngoài mà còn góp phần đẩy cọc xuống, đó gọi là sức kháng bên âm (tuy nhiên thuật ngữ hay sử dụng là ma sát âm). Ảnh hưởng của ma sát âm đối với sự làm việc của cọc thể hiện ở 2 khía cạnh: - Làm tăng tải trọng tác dụng lên cọc: Ngoài tải trọng từ kết cấu bên trên, cây cọc còn phải chịu tác dụng của ma sát âm; - Làm giảm khả năng chịu tải của cọc: Do một phần trọng lượng của đất được truyền lên cọc nên áp lực của cột đất tại độ sâu mũi cọc giảm đi, làm giảm khả năng chịu tải của lớp đất tựa cọc. Tuy nhiên khi sức kháng mũi càng lớn thì độ lún của cọc càng nhỏ và mặt trung hòa càng sâu xuống (nghĩa là ma sát âm càng lớn). Ma sát âm tạo ra áp lực tác dụng lớn hơn lên mũi của cọc chống và có thể làm sập hang trong trường hợp cọc đặt trên nóc hang và bề dày tầng đá vôi đặt cọc mỏng Nguy cơ sụt hang ngầm và các sự cố khi thi công hố đào Trong khu vực nghiên cứu tồn tại lớp đất yếu là lớp đất sét ở trạng thái dẻo chảy, dẻo mềm có hệ số rỗng e 1, độ sệt B>1. Các lớp này phân bố ở các độ sâu khác nhau từ 0-47 m. Do đó có thể xảy ra một số trường hợp sau: a) Nguy cơ sụt hang ngầm 21

22 Khi khoan qua các lớp đất sẽ làm phá vỡ kết cấu của đất. Nếu chúng ta không dùng các biện pháp bảo vệ thành hố khoan thì khi nước chảy xuống sẽ kéo theo vật liệu từ hai bên thành hố khoan xuống và làm đất rỗng dần ra tạo ra các hang ngầm trong các lớp đất đó. Do đó khả năng xảy ra sụt hang ngầm là rất lớn. b) Các sự cố khi thi công hố đào - Mất ổn định thành (mái) hố đào: sạt lở, trượt thành (mái) hố đào; - Lún mặt đất xung quanh hố đào; - Đẩy trồi đáy hố đào; - Hư hỏng kết cấu móng và phần ngầm bên trong hố đào. - Hư hỏng công trình lân cận hố đào như lún, dịch chuyển, nứt và biến dạng của kết cấu và công trình ở lân cận xung quanh Một số khó khăn trong công tác khảo sát, thiết kế và thi công xây dựng công trình trên khu vực karst Trong công tác khảo sát qua lớp đá vôi bị phong hóa, nứt nẻ hoặc có thể gặp hang karst thường gặp một số khó khăn: + Tỷ lệ mẫu khoan lấy được rất thấp nên trị số đánh giá chất lượng đá RQD thường rất thấp. + Các nhà cao tầng hiện nay chủ yếu là móng cọc khoan nhồi, trong quá trình thi công qua vùng có hang karst thường hay gặp sự cố kỹ thuật như: mất búa khoan ở dưới đáy lỗ, trượt búa, không rút được đầu khoan lên; không hạ được ống chống xuống cao độ yêu cầu hoặc ống chống bị tụt xuống khi thi công 4.2. Đề xuất giải pháp kỹ thuật phục vụ cho việc thiết kế và thi công xây dựng công trình nhà cao tầng Đối với trường hợp ma sát âm Biện pháp giảm ma sát âm là tìm cách giảm ma sát giữa đất và cọc. - Đưa yếu tố ma sát âm vào tính toán thiết kế cọc (tính toán sức chịu tải của cọc có kể đến ma sát âm). - Sử dụng biện pháp thi công thích hợp. - Giảm diện tích mặt bên. 22

23 - Đối với cọc đúc sẵn, có thể quét bitum quanh thân cọc trong vùng chịu ma sát âm để giảm ma sát. - Xử lý bề mặt thân cọc Đối với công tác khảo sát, thiết kế và thi công xây dựng công trình Đối với các nhà cao tầng ở Hà Nội hiện nay do mật độ sử dụng đất ngày càng tăng và lợi ích kinh tế của các nhà đầu tư mà các công trình cao tầng thường từ 20 tầng trở lên. Với quy mô công trình như vậy và điều kiện địa chất công trình tại khu vực xây dựng, chúng tôi đề xuất chọn giải pháp móng cọc khoan nhồi. Tuy nhiên cọc khoan nhồi cũng tồn tại một số nhược điểm thể hiện qua các sự cố trong quá trình thi công. Đặc biệt đối với cọc khoan nhồi trong vùng hang động karst thì còn có khả năng xảy ra nhiều sự cố như đã đề cập ở phần trước, do đó chúng ta phải có kết quả nghiên cứu chi tiết, cụ thể về khu vực dự kiến xây dựng công trình, phải dự phòng các sự cố có thể xảy ra, hiểu rõ nguyên nhân và có biện pháp phòng ngừa. Cụ thể như sau: - Công tác khảo sát: + Tăng cường mật độ hố khoan thăm dò một cách phù hợp. Vị trí công trình thăm dò bảo đảm khống chế về mặt không gian theo các hướng. + Trong quá trình khoan phải theo dõi chặt chẽ và mô tả khoan ở hai bên địa tầng chi tiết, ghi chép chính xác tốc độ khoan, lượng mất dung dịch trên từng đoạn khoan qua, đặc biệt là ở khu vực có phát triển hang karst. + Khi gặp hang karst đều phải tiến hành khoan khảo sát qua tầng hang karst và khoan vào lớp đá gốc từ 2 3m. + Trường hợp karst phát triển mạnh và phức tạp thì giai đoạn lập bản vẽ thi công nhất thiết phải khoan vào từng vị trí cọc. - Công tác thiết kế: + Trước khi lựa chọn giải pháp thiết kế: số lượng cọc, đường kính cọc, giải pháp giữ thành vách cần phải nghiên cứu kỹ lượng hồ sơ khảo sát địa chất, thủy văn. 23

24 + Trong hồ sơ thiết kế phải có lưu ý rõ ràng về tình trạng karst, các vấn đề cần chú ý trong các giai đoạn thi công, các sự cố có thể xảy ra và đưa ra các giải pháp xử lý hang karst ở phạm vi thân cọc. + Lựa chọn đường kính cọc khoan nhồi trong nền đá vôi có hang karst không nên nhỏ hơn 1,2m. - Công tác thi công xây dựng: Công đoạn khoan tạo lỗ trong quá trình thi công cọc khoan nhồi trong vùng có hang karst rất phức tạp, có thể nói đây là điểm khác biệt nổi bật để phân biệt thi công cọc khoan nhồi thông thường và cọc khoan nhồi trong vùng có hang karst. Từ thực tế cho thấy có thể khoan lỗ theo các phương pháp khoan xoay tuần hoàn thuận, khoan xoay tuần hoàn nghịch dùng dung dịch bentonit làm nổi mùn khoan và giữ thành vách. Khi gặp hang karst thì có thể tăng khối lượng riêng của dung dịch và nâng Công tác thi công hố đào: Khi thiết kế ưu tiên biên pháp thi công hố đào với mái dốc tự nhiên cho các trường hợp mặt bằng thi công rộng, không có các công trình xây dựng liền kề. Nếu không có khả năng thi công đào đất với mái dốc tự nhiên, có thể áp dụng biện pháp thi công với các giải pháp chống giữ thành hố đào sau: tường cừ ván thép; tường cừ bằng cọc đất xi măng; tường cừ bằng cọc bê tông cốt thép đúc sẵn hoặc khoan nhồi; tường bê tông cốt thép trong đất. Khi có dấu hiệu xảy ra sự cố thì phải giảm tải trên khu vực lân cận hố đào như di chuyển đất thừa, các vật tư, phương tiện thi công ra xa hố đào; san lấp lại phần hố đã đào; giảm độ dốc thành (mái) hố đào; gia cường các hệ neo hoặc kết cấu chống đỡ thành hố đào; giảm thiểu bơm, hút hạ thấp mực nước ngầm; giảm thiểu các hoạt động thi công gây chấn động mạnh tại các khu vực lân cận như đóng, ép cọc, hoạt động vận chuyển bằng các xe tải nặng. 24

25 KẾT LUẬN Từ các kết quả trình bày ở trên, các kết luận được rút ra như sau: 1. Điều kiện địa chất công trình khu vực nghiên cứu được đặc trưng bởi: địa hình phong phú và đa dạng, tồn tại cả karst mặt và karst ngầm. Các thành tạo đá gốc chủ yếu là đá cacbonat với hàm lượng calcit va dolomit cao do đó rất thuận lợi cho quá trình karst. Đá gốc bị các hệ thống khe nứt, đặc biệt là hệ thống khe nứt cắt lớp phân cắt mạnh mẽ. Lớp trầm tích phủ có bề dày 31m - 47m, có các lớp đất yếu (lớp 4, lớp 9) thuộc hệ tầng Thái Bình. Lớp bên dưới là đá vôi bị phong hóa ở các mức độ khác nhau, đôi chỗ gặp hang karst. 2. Trong khu vực nghiên cứu, các vấn đề địa chất công trình liên quan đến xây dựng nhà cao tầng bao gồm: Hiện tượng ma sát âm, nguy cơ sụt hang ngầm, các sự cố khi thi công khoan, hố đào trong lớp đất yếu và một số khó khăn trong công tác khảo sát, thiết kế và thi công xây dựng công trình trên khu vực karst. 3. Đề xuất giải pháp kỹ thuật phục vụ cho việc thiết kế và thi công xây dựng công trình nhà cao tầng: - Đối với trường hợp ma sát âm: Đưa yếu tố ma sát âm vào tính toán thiết kế cọc, sử dụng biện pháp thi công thích hợp, giảm diện tích mặt bên, đối với cọc đúc sẵn có thể quét bitum quanh thân cọc trong vùng chịu ma sát âm để giảm ma sát. - Đối với công tác khảo sát, thiết kế và thi công xây dựng công trình: Công tác khảo sát: Tăng cường mật độ hố khoan thăm dò một cách phù hợp; Chú ý gia cố thành hố khoan bằng dung dịch bentonit với các chỉ tiêu phù hợp; Xác định tỷ lệ % vôi hóa để đánh giá hiện trạng karst; Khi gặp hang karst đều phải tiến hành khoan khảo sát qua tầng hang karst và khoan vào lớp đá gốc từ 2 3m. Công tác thiết kế: Lựa chọn đường kính cọc khoan nhồi trong nền đá vôi có hang karst không nên nhỏ hơn 1,2m. 25

26 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng việt: 1. Bộ Xây dựng (2006), TCXDVN 366 : 2006 Chỉ dẫn kỹ thuật công tác khảo sát địa chất công trình cho xây dựng trong vùng karst. 2. Bộ Xây dựng (2006), Hướng dẫn kỹ thuật phòng ngừa sự cố thi công hố đào trong vùng đất yếu. 3. Bộ Xây dựng (2006), TCXDVN 194 : 2006 Nhà cao tầng công tác khảo sát địa kỹ thuật. 4. Công ty tư vấn khảo sát và thiết kế CDIC (2008), Báo cáo khảo sát địa chất công trình dự án Khu đô thị sinh thái và trung tâm thương mại Quốc Oai. 5. Công ty cổ phần tư vấn xây dựng Vinaconex (2008), Báo cáo kết quả khảo sát địa chất công trình cầu sông Đáy km Đại học Quốc gia Hà Nội (2011), Báo cáo Nghiên cứu địa mạo và địa chất khu vực Quốc Oai, Hà Nội (diện tích 10 km 2 ). 7. Nguyễn Quang Chiêu, Thiết kế và thi công nền đắp trên đất yếu, Nhà Xuất bản xây dựng. 8. Trần Văn Huy (2011), Đánh giá mức độ tổn thương tài nguyên môi trường huyện Quốc Oai, Hà Nội, Khóa luận tốt nghiệp đại học, Trường Đại học khoa học tự nhiên. 9. Nguyễn Thị Thúy Huyền, Nghiên cứu tai biến sụt lún bề mặt đất và đề xuất biện pháp xử lý tại khu vực Quốc Oai Hà Nôi, Khóa luận tốt nghiệp đại học, Trường Đại học khoa học tự nhiên. 10. Nguyễn Bá Kế (chủ biên), Nguyễn Tiến Chương, Nguyễn Hiền, Trịnh Thành Huy (2004), Móng nhà cao tầng, Kinh nghiệm nước ngoài. Nhà xuất bản xây dựng, Hà Nội Vũ Công Ngữ, Nguyễn Thái, Móng cọc, phân tích và thiết kế. Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật. 12. V.Đ. Lômtađze, Địa chất động lực công trình, Nhà xuất bản đại học và trung học chuyên nghiệp Hà Nội (1982). 26

27 13. Lê Trọng Thắng, Một số vấn đề về khảo sát địa chất công trình trong vùng karst phát triển mạnh, Đại học Mỏ - Địa chất. 14. Nguyễn Viết Trung, Nguyễn Tuấn Anh, Cọc khoan nhồi trong vùng hang động Karst. Nhà xuất bản xây dựng. 15. Nguyễn Uyên, Nguyễn Văn Phương, Nguyễn Định và Nguyễn Xuân Diến (2002), Địa chất công trình. Nhà xuất bản xây dựng. 16. Website liên kết: Tài liệu tiếng anh: 17. Vietnam National University (2011), Soil investigation report in Quoc Oai, Hanoi. 18. Thomas M. Tharp, Mechanics of upward propagation of cover-collapse sinkholes. 27

28 28