Giáo trình Địa chất công trình

rí xây dựng, xác định các tham số kỹ thuật công trình, tính toán thiết kế xây dựng, giải pháp thi công công trình, .... 6.2.2. Các giai đoạn khảo sát địa chất công trình Do quá trình đầu t− xây dựng công trình đ−ợc tiến hành theo giai đoạn nên việc khảo sát địa chất công trình cũng đ−ợc tiến hành theo giai đoạn t−ơng ứng, bao gồm: khảo sát địa chất công trình sơ l−ợc; khảo sát địa chất công trình sơ bộ; khảo sát địa chất công trình chi tiết và khảo sát địa chất công trình bổ sung. Các giai đoạn này có nhiệm vụ cụ thể khác nhau nhằm đáp ứng các yêu cầu nghiên cứu của các giai đoạn thiết kế t−ơng ứng (xem các sơ đồ d−ới đây). Các giai đoạn thiết kế Nghiên cứu khả thi Thiết kế kỹ thuật Nghiên cứu tiền khả thi Lập bản vẽ thi công Khảo sát ĐCCT sơ l−ợc Khảo sát ĐCCT sơ bộ Khảo sát ĐCCT chi tiết Khảo sát ĐCCT bổ sung Thiết kế xây dựng Lập dự án 145 1- Khảo sát địa chất công trình sơ l−ợc: Nhiệm vụ khảo sát địa chất công trình sơ l−ợc là cung cấp các tài liệu làm cơ sở lập luận chứng kinh tế kỹ thuật cho đầu t− xây dựng công trình. Công tác khảo sát địa chất công trình trong giai đoạn này chỉ đ−ợc thực hiện một cách khái quát, kết hợp với việc thu thập các tài liệu l−u trữ, tài liệu công bố đã có về đối t−ợng xây dựng trên diện tích nghiên cứu. 2- Khảo sát địa chất công trình sơ bộ: Giai đoạn khảo sát địa chất công trình sơ bộ th−ờng đ−ợc tiến hành trên các ph−ơng án hay khoảnh đất xây dựng để chọn ra ph−ơng án (khoảnh đất) tốt nhất, cung cấp tài liệu cho thiết kế sơ bộ công trình. Vì vậy trong giai đoạn này, cần phải chú ý các yếu tố điều kiện địa chất công trình có vai trò quyết định lựa chọn vị trí xây dựng công trình. Nếu vị trí xây dựng công trình đã đ−ợc xác định thì khảo sát địa chất công trình sơ bộ có nhiệm vụ chủ yếu là cung cấp tài liệu cho thiết kế sơ bộ, xác định các tham số kỹ thuật chủ yếu của công trình. 3- Khảo sát địa chất công trình chi tiết: Giai đoạn này đ−ợc tiến hành trên ph−ơng án (khoảnh đất) đã đ−ợc chọn, nhằm làm sáng tỏ một cách đầy đủ, chính xác điều kiện địa chất công trình tại vị trí xây dựng công trình, cung cấp tài liệu cho thiết kế kỹ thuật xây dựng công trình. Cụ thể: chính xác hoá vị trí của công trình thiết kế; xác định loại móng, lớp đất đặt móng, chiều sâu đặt móng công trình, các tham số tính toán của đất nền; tính toán kết cấu công trình, điều kiện thi công xây dựng, .... 4- Khảo sát địa chất công trình bổ sung: Đây là giai đoạn khảo sát cuối cùng đ−ợc tiến hành nhằm làm chính xác hoá các tài liệu cung cấp cho thiết kế kỹ thuật và bổ sung thêm các tài liệu mới, tài liệu chi tiết về địa chất công trình làm cơ sở cho lập các bản vẽ thi công. Giai đoạn này đ−ợc tiến hành sau khi bản thiết kế kỹ thuật đ−ợc xét duyệt và có thể tr−ớc hoặc đồng thời trong quá trình xây dựng tuỳ theo mức độ phức tạp của điều kiện thi công. 6.3. Điều kiện địa chất công trình và vấn đề địa chất công trình 6.3.1. Điều kiện địa chất công trình Điều kiện địa chất công trình là tổng hợp các yếu tố địa chất tồn tại trong tự nhiên ảnh h−ởng tới việc thi công, xây dựng và sử dụng công trình. Do là những yếu tố địa chất tự nhiên nên sự tồn tại của điều kiện địa chất công trình hoàn toàn mang tính khách quan và đóng vai trò thuận lợi hay không thuận lợi một cách t−ơng đối tuỳ thuộc vào loại, quy mô của công trình xây dựng, tức là phụ thuộc vào quan hệ t−ơng tác giữa công trình và môi tr−ờng địa chất. 1. Các yếu tố điều kiện địa chất công trình Các yếu tố chủ yếu của điều kiện địa chất công trình bao gồm: đặc điểm địa hình, địa mạo; cấu trúc địa chất; đặc điểm phân bố và tính chất cơ lý của các loại đất đá; đặc điểm địa chất thuỷ văn; các hiện t−ợng địa chất tự nhiên; vật liệu xây dựng khoáng tự nhiên và điều kiện thi công. ∗ Địa hình, địa mạo: Yếu tố địa hình, địa mạo thể hiện ở đặc điểm hình thái và cấu trúc của bề mặt địa hình. Đó là độ cao tuyệt đối, t−ơng đối, độ dốc, mức độ phân cắt, lồi lõm, ... của bề mặt địa hình, thành phần, tính chất cơ lý đất đá cấu tạo nên địa hình, nguồn gốc thành tạo địa hình, …. Đặc điểm địa hình, địa mạo có ảnh h−ởng rất lớn tới việc lựa chọn vị trí xây dựng các công trình, tới sự ổn định, bố trí mặt bằng cũng nh− tổ chức thi công, xây dựng công trình, trong khu xây dựng. 146 ∗ Cấu trúc địa chất: Cấu trúc địa chất thể hiện ở sự phân bố trong không gian của các thể địa chất, bao gồm các đặc điểm về địa tầng và kiến tạo nh− thành phần, kiến trúc, cấu tạo, thế nằm, uốn nếp, nứt nẻ, đứt gãy, vỡ vụn, ... của đất đá. Cấu trúc địa chất ảnh h−ởng tới sự ổn định của nền, tính thấm của đất đá, khả năng chứa n−ớc, sự phát sinh, phát triển của hiện t−ợng địa chất tự nhiên nh− phong hoá, cactơ, tr−ợt lở, .... ∗ Đặc điểm phân bố và tính chất cơ lý của các loại đất đá: Đặc điểm phân bố và tính chất cơ lý của các loại đất đá là yếu tố địa chất công trình quan trọng nhất vì đất đá đ−ợc sử dụng làm nền, môi tr−ờng hay vật liệu xây dựng cho các công trình. Chúng có vai trò quyết định đối với sự ổn định của công trình xây dựng. Đối với mỗi loại đất đá cần phải nghiên cứu quy luật phân bố, chiều dày và biến đổi trong không gian, đặc điểm thành phần hạt, màu sắc, trạng thái và các đặc tr−ng cơ lý của chúng. ∗ Đặc điểm địa chất thuỷ văn: N−ớc d−ới đất có ảnh h−ởng tới độ bền, độ ổn định của đất đá và vật liệu công trình, khả năng thi công, cung cấp n−ớc trong quá trình xây dựng và sử dụng công trình. Nghiên cứu đặc điểm địa chất thuỷ văn cần chú ý đặc điểm phân bố, chiều dày, tính thấm, ... của đất đá chứa n−ớc, mực n−ớc (mực áp lực), thành phần hoá học, tính chất ăn mòn, động thái, mức độ phong phú của n−ớc d−ới đất. ∗ Các hiện t−ợng địa chất động lực: Tuỳ tr−ờng hợp cụ thể mà các hiện t−ợng địa chất động lực đóng vai trò khác nhau đối với sự ổn định cũng nh− hiệu quả xây dựng công trình. Khi nghiên cứu các quá trình và hiện t−ợng địa chất động lực, cần làm sáng tỏ nguồn gốc phát sinh, quy mô phát triển, các yếu tố ảnh h−ởng tới sự phát triển cũng nh− tác hại của chúng đối với công trình xây dựng. Từ đó đề ra các biện pháp phòng ngừa ảnh h−ởng bất lợi của chúng. ∗ Vật liệu xây dựng tự nhiên và điều kiện thi công: Đối với các công trình thuỷ lợi, giao thông hay một số loại công trình khác, vật liệu xây dựng tự nhiên và điều kiện thi công có thể đóng vai trò quyết định tới việc lựa chọn loại, kết cấu, quy mô và từ đó quyết định giá thành xây dựng công trình. Nghiên cứu vật liệu xây dựng và điều kiện thi công cần làm sáng tỏ chất l−ợng, trữ l−ợng, điều kiện khai thác, vận chuyển các loại vật liệu đến công trình xây dựng, đặc điểm mặt bằng, giao thông, khí hậu, dân c−, kinh tế nơi xây dựng công trình. 2. Phân cấp phức tạp điều kiện địa chất công trình Môi tr−ờng địa chất, nơi diễn ra tác dụng t−ơng hỗ giữa thạch quyển, khí quyển, thuỷ quyển, sinh quyển và quyển kỹ thuật là một hệ thống 3 pha gồm vật chất khoáng cứng, n−ớc và khí chứa trong các lỗ rỗng, khe nứt của pha cứng. Do điều kiện thành tạo và tồn tại rất khác nhau nên môi tr−ờng địa chất có một số tính chất đặc biệt nh− tính không liên tục, không đồng nhất, không đẳng h−ớng và luôn biến đổi. Những tính chất này làm cho điều kiện địa chất công trình có mức độ phức tạp khác nhau ở những vị trí khác nhau. Điều đó đòi hỏi mức độ chi tiết của công tác khảo sát địa chất công trình cũng phải thay đổi cho phù hợp. Cấp phức tạp của điều kiện địa chất công trình đ−ợc phân chia theo mức độ phức tạp của các yếu tố địa chất công trình. Theo quy định trong tiêu chuẩn xây dựng, mức độ phức tạp của điều kiện địa chất công trình đ−ợc chia thành 3 cấp: - Cấp I- cấp đơn giản; - Cấp II- cấp phức tạp trung bình; - Cấp III- cấp phức tạp. 147 ở nơi có điều kiện địa chất công trình càng phức tạp thì công tác khảo sát địa chất công trình càng phải chi tiết: mật độ các điểm khảo sát dầy hơn; số l−ợng mẫu thí nghiệm lấy nhiều hơn; ph−ơng pháp khảo sát đa dạng hơn. Ng−ợc lại, ở nơi có điều kiện địa chất công trình đơn giản thì mật độ các điểm khảo sát có thể th−a hơn, số l−ợng mẫu thí nghiệm lấy ít hơn và không cần phải sử dụng đa dạng các ph−ơng pháp khảo sát mà vẫn có thể thu đ−ợc đầy đủ các thông tin địa chất công trình, đáp ứng đ−ợc mục đích nghiên cứu. 6.3.2. Vấn đề địa chất công trình Vấn đề địa chất công trình là những vấn đề địa chất bất lợi phát sinh khi xây dựng và sử dụng công trình, do điều kiện địa chất công trình không đáp ứng đ−ợc yêu cầu làm việc của công trình. Từ những khái niệm trên có thể thấy rằng, điều kiện địa chất công trình bao gồm những yếu tố địa chất tự nhiên tồn tại khách quan tr−ớc khi xây dựng công trình, còn vấn đề địa chất công trình là những vấn đề địa chất phát sinh do quá trình xây dựng và sử dụng công trình gây nên. Sự tồn tại của vấn đề địa chất công trình mang tính chủ quan. Vì vậy, tr−ớc khi xây dựng, vấn đề địa chất công trình ch−a xuất hiện nên cần phải tính toán dự báo để có giải pháp khắc phục. 6.4. Đặc điểm của các loại công trình xây dựng Để đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế và hoạt động sống của con ng−ời, chúng ta luôn phải xây dựng nhiều loại công trình khác nhau nh− nhà dân dụng, công nghiệp, cầu, đ−ờng giao thông, đập thuỷ lợi, công trình ngầm, sân bay, bến cảng, kênh dẫn, .... Mỗi loại công trình đều có đặc điểm, quy mô và tính chất tác dụng của tải trọng khác nhau. Quan hệ t−ơng tác giữa chúng với môi tr−ờng địa chất cũng rất khác nhau. Điều đó đặt ra yêu cầu, nội dung và ph−ơng pháp nghiên cứu địa chất công trình trong quá trình điều tra địa chất công trình để xây dựng các công trình không giống nhau. Chính vì vậy, tr−ớc khi tiến hành khảo sát địa chất công trình, cần phải hiểu rõ về đặc điểm của đối t−ợng xây dựng và khả năng phát sinh các vấn đề địa chất công trình khi xây dựng mỗi loại công trình. 6.4.1. Quy hoạch thành phố Thành phố là một dạng công trình tổng hợp, th−ờng đ−ợc xây dựng trên diện tích rộng lớn, gồm nhiều loại công trình khác nhau. Đây là nơi tập trung dân c− và là trung tâm kinh tế của một vùng lãnh thổ. Do vậy, khi thiết kế xây dựng thành phố, ng−ời ta phải thực hiện qua các giai đoạn quy hoạch: quy hoạch tổng thể và quy hoạch chi tiết và xây dựng công trình, dựa vào những cơ sở tự nhiên để đảm bảo cho thành phố phát triển kinh tế bền vững, đồng thời đáp ứng các yêu cầu về sinh hoạt, thoả mãn đời sống ngày càng cao của con ng−ời. Thành phố có thể đ−ợc xây dựng ở đồng bằng trung du hay miền núi. Một thành phố đ−ợc hình thành bao giờ cũng có nội và ngoại thành. ∗ Nội thành là nơi tập trung dân số cao của thành phố. Trong nội thành có những yếu tố yếu tố cơ bản sau: - Các công trình thuộc bộ máy hành chính, văn hoá, phúc lợi nh− các cơ quan, trụ sở uỷ ban, tr−ờng học, cửa hàng, bệnh viện, nhà hát, .... Các công trình này đ−ợc phân định theo tổ chức hành chính của thành phố; - Các công trình nhà ở dân dụng, công trình công nghiệp; 148 - Các tuyến đ−ờng giao thông, đầu mối giao thông nh− đ−ờng bộ, đ−ờng sắt, đ−ờng xe điện nổi và ngầm; - Các công trình cầu, cống (bao gồm cả cầu v−ợt); - Hệ thống cấp n−ớc: nhà máy; tháp n−ớc, ...; - Hệ thống công trình thoát n−ớc, công trình vệ sinh; - Hệ thống năng l−ợng: nhà máy điện; đ−ờng dây; trạm biến thế, ...; - Các công viên giải trí, sân vận động; - Các vành đai thực vật để giữ sạch môi tr−ờng và tăng vẻ đẹp thành phố. ∗ Ngoại thành là nơi có dân số phân tán hơn, th−ờng tập trung thành các làng, bản, các thị trấn, có thể có những nơi phát triển thành các thị xã, thành phố vệ tinh hay khu công nghiệp. Ngoại thành chủ yếu gồm các công trình nông nghiệp, công nghiệp, các tuyến giao thông, công trình cấp n−ớc, điện, các điểm dân c−, tr−ờng học, .... 6.4.2. Công trình nhà dân dụng và công nghiệp Nhà dân dụng và công nghiệp là những công trình nhà ở, nhà làm việc, nhà máy, công x−ởng, .... Những công trình này đ−ợc xây dựng ở khắp mọi nơi, đặc biệt là ở thành phố và các khu công nghiệp nhằm phục vụ đời sống và phát triển kinh tế. Trong công cuộc phát triển đất n−ớc hiện nay, công trình nhà dân dụng và công nghiệp đ−ợc xây dựng rất phổ biến, ở khắp mọi nơi, với quy mô rất khác nhau. Loại công trình này th−ờng là những công trình độc lập, có dạng diện, chịu tải trọng tác dụng chủ yếu theo ph−ơng thẳng đứng. Sự khác biệt về quy mô dẫn đến tải trọng tác dụng lên nền đất cũng rất khác nhau, từ vài kG/cm2 đến hàng chục kG/cm2, thậm chí hàng trăm kG/cm2. Công trình càng lớn thì càng nhạy cảm với mức độ ổn định của nền đất và đòi hỏi mức độ an toàn càng cao. 6.4.3. Công trình đ−ờng ô tô và đ−ờng sắt Đ−ờng sắt và đ−ờng ô tô đều là những công trình có dạng kéo dài, có thể tới hàng trăm, hàng nghìn kilômét. Chúng có thể đ−ợc xây dựng trên những dạng địa hình và loại đất đá rất khác nhau. Đồng thời cùng với đ−ờng sắt và đ−ờng ô tô, th−ờng phải xây dựng hàng loạt các công trình phụ trợ khác nh− cầu, cống thoát n−ớc, nhà ga, bến xe, các công trình bảo vệ, .... Vì đ−ờng phải v−ợt qua các ch−ớng ngại vật và độ dốc khác nhau nên cần phải đảm bảo những yêu cầu kỹ thuật nhất định. Theo tiêu chuẩn thiết kế đ−ờng sắt và đ−ờng ô tô, độ dốc lớn nhất cho phép của đ−ờng sắt là 1,2- 2%, đ−ờng ô tô là 4- 9%. Nếu tốc độ thông xe trên đ−ờng từ 70- 100 km/h thì yêu cầu bán kính cong đối với đ−ờng sắt là 400- 600m và đ−ờng ô tô là 75- 100m. Ngày nay, do nhu cầu phát triển kinh tế, tốc độ và l−u l−ợng xe chạy trên đ−ờng ngày càng cao, đòi hỏi các tuyến đ−ờng giao thông có yêu cầu kỹ thuật khắt khe hơn không chỉ về độ dốc, độ cong mà cả về mức độ bằng phẳng của mặt đ−ờng. Điều đó cũng có nghĩa là yêu cầu về độ ổn định của nền đ−ờng cũng nh− chất l−ợng xây dựng mặt đ−ờng cao hơn. 6.4.4. Công trình cầu Cầu th−ờng đ−ợc xây dựng trên các tuyến đ−ờng. Vì vậy, cầu là một dạng công trình quan trọng và không thể thiếu của tuyến đ−ờng giao thông. 149 Mỗi cầu gồm có 2 mố ở hai đầu và các trụ ở giữa. Khoảng cách giữa các trụ và mố đ−ợc gọi là nhịp. Chiều dài của nhịp trung bình từ 30- 50m và có thể rất khác nhau, phụ thuộc vào yêu cầu thiết kế xây dựng. Ngày nay, với những công nghệ thi công tiên tiến, ng−ời ta có thể xây dựng đ−ợc cầu có khẩu độ nhịp dài tới hàng trăm mét. Toàn bộ tải trọng cầu, bao gồm trọng l−ợng bản thân và hoạt tải của các ph−ơng tiện giao thông đ−ợc đặt trên các trụ và mố. Cầu có quy mô và chiều dài nhịp càng lớn thì tải trọng tác dụng trên trụ, mố cầu cũng càng lớn. Nh− vậy, trụ và mố cầu chính là nơi tiếp nhận và truyền tải trọng xuống nền đất, độ ổn định của cầu không những phụ thuộc vào kết cấu của cầu mà còn phụ thuộc vào đất đá d−ới móng mố, trụ cầu. Khi xây dựng cầu phải xây dựng đ−ờng vào cầu, gọi là đ−ờng dẫn. ở những đoạn xây dựng đ−ờng dẫn, th−ờng tồn tại những loại trầm tích trẻ có độ bền thấp, kém ổn định, nền đ−ờng lại đắp cao nên dễ phát sinh vấn đề mất ổn định nền đ−ờng. Ngoài ra, để bảo vệ bờ, gia cố nền các mố cầu, trong nhiều tr−ờng hợp phải xây dựng các công trình phụ trợ nh− đê h−ớng dòng, kè chắn, .... 6.4.5. Công trình thuỷ lợi Công trình thuỷ công, thuỷ điện (gọi chung là công trình thuỷ lợi) là loại công trình phức tạp, gồm tổ hợp nhiều hạng mục công trình khác nhau nh− đập ngăn n−ớc, đập tràn, hồ chứa, nhà máy điện, âu thuyền, tháp áp lực, hầm dẫn n−ớc, kênh dẫn, .... Các hạng mục công trình này th−ờng có quy mô lớn và điều kiện làm việc không giống nhau. Vị trí của chúng đ−ợc xây dựng trên các thung lũng sông, suối, nơi th−ờng phân bố các loại đất yếu, có đặc điểm địa hình, địa chất biến đổi rất phức tạp nên công tác khảo sát, thiết kế và xây dựng công trình luôn gặp nhiều khó khăn. Công trình thuỷ lợi có thể mang lại những lợi ích rất to lớn nh− phát điện, trị thủy, cung cấp n−ớc t−ới, nuôi trồng thuỷ sản, phát triển giao thông đ−ờng thuỷ, du lịch, cải thiện chế độ khí hậu, ... nh−ng mặt trái của loại công trình này là gây ra vùng ngập rộng lớn, sự tồn tại của nó luôn tiềm ẩn những nguy cơ gây ảnh h−ởng rất lớn đến đời sống con ng−ời. Sự làm việc không bình th−ờng hay bị h− hỏng, phá huỷ của công trình thuỷ lợi th−ờng gây nên sự lãng phí to lớn về kinh tế và kỹ thuật, thậm trí gây ra những tai hoạ khủng khiếp. Vì vậy, công tác nghiên cứu địa chất công trình có một một vai trò đặc biệt quan trọng, đòi hỏi phải nghiên cứu một cách chi tiết, thận trọng và sâu rộng để làm cơ sở luận chứng cho thiết kế, thi công công trình. 6.4.6. Công trình ngầm Công trình ngầm là công trình đ−ợc xây dựng trong lòng đất đá với các mục đích khác nhau nh− giao thông (đ−ờng xe điện ngầm, hầm đ−ờng bộ, đ−ờng sắt), phát điện (hầm dẫn n−ớc cho tuabin phát điện, nhà máy thuỷ điện ngầm), khai thác mỏ (các hầm mỏ, lò khai thác) nên tính chất làm việc của chúng cũng không giống nhau. Công trình ngầm có thể đ−ợc xây dựng ở độ sâu khác nhau và th−ờng có dạng kéo dài. Do đ−ợc xây dựng ngầm nên khi xây dựng, đòi hỏi giải pháp thi công rất phức tạp, công tác nghiên cứu địa chất công trình cần phải đầy đủ, chính xác thì mới cho phép chọn đ−ợc vị trí xây dựng cũng nh− ph−ơng pháp thi công và gia cố công trình hợp lý. 6.5. Những vấn đề ĐCCT có thể phát sinh khi xây dựng các công trình 6.5.1. Quy hoạch xây dựng thành phố Trong quá trình quy hoạch xây dựng thành phố, tùy theo đặc điểm địa hình, địa chất, có thể phát sinh nhiều vấn đề địa chất công trình khác nhau. 150 1- Vấn đề ảnh h−ởng của các hiện t−ợng địa chất động lực: Trong tự nhiên, các hoạt động địa chất nh− động đất, nứt đất, núi lửa, tr−ợt, ... th−ờng rất phổ biến, đặc biệt là ở các vùng núi uốn nếp. Nếu xẩy ra những hoạt động này ở khu vực xây dựng thành phố thì có thể ảnh h−ởng rất lớn đến hoạt động sống của con ng−ời cũng nh− ổn định của các công trình xây dựng trong thành phố. Để dự báo vấn đề này, cần thu thập và phân tích, đánh giá qua các tài liệu liên quan nh− tài liệu quan trắc địa chấn, theo dõi hoạt động núi lửa, tr−ợt do các cơ quan chuyên môn cung cấp trên cơ sở nghiên cứu điều kiện địa chất công trình lãnh thổ. 2- Vấn đề ổn định nền công trình: Khi xây dựng các công trình trong thành phố, d−ới tác dụng của tải trọng công trình, nền đất có thể bị phá hủy hoặc bị biến dạng quá giới hạn cho phép do độ bền hay khả năng chống lại biến dạng của đất nền không đáp ứng đ−ợc yêu cầu làm việc của công trình, kết quả làm cho công trình mất ổn định. Đây là vấn đề th−ờng xẩy ra đối với bất cứ loại công trình nào. Khi dự báo ổn định nền công trình, cần căn cứ vào đặc điểm cấu trúc đất nền, quy mô, tải trọng của công trình xây dựng để có những phân tích, đánh giá khả năng phát sinh của chúng trong những điều kiện địa chất khác nhau. 3- Vấn đề cung cấp n−ớc cho sinh hoạt và công nghiệp: Trữ l−ợng, chất l−ợng n−ớc cung cấp cho sinh hoạt và công nghiệp là một nhu cầu không thể thiếu đối với một thành phố, nh−ng không phải ở khu vực nào cũng có nguồn n−ớc sạch, có chất l−ợng đủ tiêu chuẩn để cung cấp cho sinh hoạt và công nghiệp. Tuỳ theo quy mô của thành phố mà nhu cầu cung cấp n−ớc không giống nhau, nh−ng nói chung là rất lớn. Vì vậy, vấn đề này rất có thể phát sinh nên cần phải chú ý khi khảo sát địa chất công trình cho quy hoạch thành phố. Muốn dự báo vấn đề cung cấp n−ớc cho sinh hoạt và công nghiệp, cần phải có các tài liệu điều tra địa chất thuỷ văn đ−ợc thực hiện trong quá trình khảo sát địa chất công trình. 4- Vấn đề cung cấp vật liệu xây dựng khoáng tự nhiên: Nhu cầu cung cấp vật liệu xây dựng khoáng tự nhiên nh− đất làm gạch, ngói, cát, đá, sỏi, cuội để xây và đổ bê tông cho xây dựng thành phố là rất lớn. Những loại vật liệu này ở nhiều khu vực có thể rất khan hiếm, phải chuyên chở từ nơi khác đến, làm cho giá thành xây dựng tăng lên đáng kể. Vấn đề này có thể đ−ợc dự báo chính xác nếu nh− điều kiện địa chất công trình của khu vực thành phố đã đ−ợc làm sáng tỏ. 6.5.2. Công trình dân dụng và công nghiệp Khi thiết kế, xây dựng và sử dụng công trình dân dụng và công nghiệp th−ờng phát sinh các vấn đề địa chất công trình nh− ổn định nền công trình, thi công và sử dụng nền công trình. 1- Vấn đề ổn định nền công trình: Theo sơ đồ tính toán nền, có thể chia vấn đề ổn định nền công trình thành 2 vấn đề cụ thể: vấn đề sức chịu tải của đất nền và vấn đề biến dạng lún của nền đất. - Vấn đề sức chịu tải của đất nền: Vấn đề này phát sinh khi công trình dân dụng và công nghiệp đ−ợc xây dựng trên nền đá cứng, trên các s−ờn dốc, bờ dốc hoặc chịu tác dụng bởi các lực ngang, lực xiên đáng kể (những lực này có thể phát sinh do chịu tác dụng của lực dao động địa chấn, của gió hoặc do tính chất làm việc của công trình), vì trong những điều kiện nh− vậy, nền đất có thể bị phá huỷ ngay trong khi biến dạng còn rất nhỏ hoặc ch−a v−ợt quá giới hạn cho phép. 151 - Vấn đề biến dạng lún của nền đất: Vấn đề này xẩy ra khi công trình dân dụng và công nghiệp đ−ợc xây dựng trên nền đất có sức chịu tải nhỏ, độ biến dạng lớn, tải trọng công trình chủ yếu tác dụng theo ph−ơng thẳng đứng. Trong tr−ờng hợp này, biến dạng lún của nền đất đóng vai trò quyết định đối với sự ổn định của công trình, bởi vì cho dù áp lực công trình ch−a v−ợt quá sức chịu tải của đất nền nh−ng biến dạng lún v−ợt quá giới hạn cho phép cũng đã làm cho công trình mất ổn định. 2- Vấn đề thi công và sử dụng nền: Các vấn đề liên quan đến điều kiện thi công và sử dụng nền bao gồm: - N−ớc chảy vào hố móng; - Cát chảy vào hố móng; - Mất ổn định thành hố móng và đáy hố móng; - Mất ổn định công trình ở xung quanh hố móng. Những vấn đề trên có thể xẩy ra do ảnh h−ởng của n−ớc d−ới đất khi mực n−ớc hay mực áp lực n−ớc nằm cao hơn đáy hố móng thiết kế hay khi thi công hố móng sâu trong điều kiện thành hố móng đ−ợc hình thành bởi đất đá kém ổn định nh− các loại đất rời, đất dính ở trạng thái dẻo chảy, chảy. Chúng gây nhiều khó khăn cho quá trình thi công hố móng và sử dụng nền công trình. 6.5.3. Công trình đ−ờng giao thông Công trình đ−ờng giao thông th−ờng đ−ợc xây dựng trong điều kiện địa hình địa chất không thuận lợi nên có thể phát sinh những vấn đề địa chất công trình liên quan đến ổn định nền đ−ờng và mái dốc la luy hai bên đ−ờng. 1- Vấn đề ổn định tr−ợt nền đ−ờng: Vấn đề ổn định tr−ợt nền đ−ờng th−ờng xảy ra khi xây dựng đ−ờng giao thông trên nền đất yếu. Nền đ−ờng có thể bị mất ổn định d−ới hình thức tr−ợt do lún trồi, tr−ợt cục bộ và tr−ợt sâu. - Tr−ợt do lún trồi: D−ới tác dụng của trọng l−ợng đất đắp, đất yếu d−ới nền đ−ờng bị ép xuống và đẩy trồi lên ở hai bên nền đ−ờng đắp. Kết quả làm cho nền đ−ờng đắp mất ổn định. - Tr−ợt cục bộ: Khi đắp đ−ờng trên nền đất yếu, d−ới tác dụng của trọng l−ợng đ−ờng đắp, trong nền đất phát sinh ứng suất cắt, nếu ứng suất cắt v−ợt quá độ bền kháng cắt của đất yếu thì sẽ phát sinh tr−ợt cục bộ. Đây là hiện t−ợng tr−ợt một phần nền đ−ờng đắp và nền đất, th−ờng xẩy ra ngay sau khi xây dựng đ−ờng đắp trên nền đất yếu, đặc biệt trong tr−ờng hợp lớp đất yếu nằm trên lớp đất có sức chịu tải cao. Biểu hiện nhận thấy rõ rệt là một phần đoạn đ−ờng bị sụt lún và tr−ợt tạo thành khe tr−ợt ở đỉnh nền đ−ờng, còn ở d−ới chân taluy đất yếu bị đẩy trồi lên. Hình thức phá hoại này rất phổ biến, th−ờng gặp trong thực tế. - Tr−ợt sâu: Tr−ợt sâu có thể xẩy ra trong quá trình tuyến đ−ờng đã đ−ợc đ−a vào sử dụng do tải trọng động (bao gồm trọng l−ợng nền đ−ờng đắp, áo đ−ờng và hoạt tải của các ph−ơng tiện giao thông) v−ợt quá khả năng chịu tải của đất nền làm phát sinh vùng biến dạng dẻo. Sự phát triển của vùng biến dạng dẻo đến một mức nào đó dẫn tới hình thành mặt tr−ợt và gây mất ổn định nền đ−ờng. 2- Vấn đề biến dạng lún của nền đ−ờng: Nền đ−ờng đắp trên nền đất yếu có khả năng bị biến dạng lún rất lớn (tới hàng mét), thời gian lún kéo dài (tới hàng chục năm). Nếu độ lún v−ợt quá giới hạn cho phép thì móng đ−ờng, áo đ−ờng dễ bị h− hỏng và có 152 thể không sử dụng bình th−ờng đ−ợc. Thời gian lún kéo dài sẽ ảnh h−ởng rất lớn đến sự ổn định của nền đ−ờng trong quá trình sử dụng. 3. Vấn đề ổn định của mái dốc đ−ờng đắp, đ−ờng đào: ở những đoạn đ−ờng đắp và đào, nhất là những vị trí đắp cao, đào sâu sẽ hình thành những mái dốc có khả năng xẩy ra tr−ợt, ảnh h−ởng đến sự làm việc bình th−ờng của tuyến đ−ờng. 6.5.4. Công trình cầu Khi xây dựng và sử dụng cầu th−ờng nảy sinh các vấn đề địa chất công trình nh− xâm thực lòng sông; ổn định của trụ, mố cầu và ổn định nền đ−ờng dẫn. 1- Vấn đề xâm thực lòng sông: Tr−ớc khi xây dựng cầu, tuỳ thuộc vào chế độ của dòng chảy và đất đá lòng sông mà ở mỗi đoạn sông có khả năng xẩy ra xâm thực và mức độ xâm thực khác nhau. Đó là tác dụng xâm thực tự nhiên. L−ợng xâm thực này có thể đ−ợc xác định theo tài liệu quan trắc nhiều năm. Sau khi xây dựng cầu qua sông, sự có mặt của các trụ và mố cầu làm cho diện tích dòng chảy bị thu hẹp lại, tốc độ dòng chảy tăng lên và hiện t−ợng xâm thực lòng sông xảy ra mạnh hơn. Nếu chiều sâu xâm thực (bao gồm cả xâm thực tự nhiên) v−ợt quá chiều sâu đặt móng trụ và mố cầu thì sẽ gây mất ổn định cho cầu. 2- Vấn đề ổn định của trụ, mố cầu: Trụ, mố cầu không những là nơi truyền tải trọng của cầu và hoạt tải công trình xuống nền đất mà còn chịu tác dụng th−ờng xuyên của dòng chảy trong sông, ngoài ra mố cầu còn chịu áp lực chủ động của đất ở 2 đầu đ−ờng dẫn và làm việc nh− một t−ờng chắn. Vấn đề ổn định của trụ và mố cầu có thể xảy ra, bao gồm: sức chịu tải của nền đất; biến dạng lún của trụ và mố cầu; ổn định tr−ợt của trụ cầu; ổn định lật của mố cầu. 6.5.5. Công trình đập thủy lợi Đập là công trình chính của tuyến đầu mối thuỷ lực và là một công trình có quy mô, tải trọng lớn, th−ờng xuyên chịu tác dụng của cột n−ớc áp lực từ th−ợng l−u khi làm việc. Trong quá trình xây dựng và sử dụng đập, có thể nẩy sinh nhiều vấn đề địa chất công trình phức tạp. 1- Vấn đề ổn định nền đập: - Biến dạng lún và lún không đều của nền đập: Vấn đề này th−ờng xẩy ra khi xây dựng đập trên nền đất đá mềm yếu có độ biến dạng đáng kể. D−ới tác dụng của trọng l−ợng đập, nền đất bị nén lún, mức độ lún nền đập th−ờng không đều nhau. Nếu độ lún cuối cùng và lún không đều v−ợt quá giới hạn cho phép thì đập có thể bị mất ổn định. - Tr−ợt nền đập: - Tr−ợt nền đập đ−ợc thể hiện d−ới dạng tr−ợt nông (tr−ợt theo mặt tiếp xúc giữa đáy đập và nền đập do tác dụng của cột n−ớc từ th−ợng l−u) và tr−ợt sâu (tr−ợt do nền đập bị phá huỷ khi tải trọng tác dụng của đập v−ợt quá sức chịu tải của đất đá nền đập). - ổn định thấm nền đập: Khi đập làm việc, th−ờng tạo ra građien áp lực rất lớn h−ớng từ th−ợng l−u xuống hạ l−u, nếu nền đập cấu tạo bởi những loại đất rời nh− cát, cuội, sỏi... thì dễ xẩy ra các hiện t−ợng xói ngầm, cát chảy. Các hiện t−ợng này phát triển làm rỗng nền đất và gây mất ổn định nền đập. 2- Vấn đề ổn định của s−ờn dốc hai bên vai đập: Đập th−ờng đ−ợc xây dựng dựa trên hai bên s−ờn dốc thung lũng sông. D−ới tác dụng của áp lực n−ớc vào thân đập có thể làm cho s−ờn dốc hai bên vai đập mất ổn định. Đối với đập vòm đ−ợc xây dựng 153 bằng bê tông ở các sông miền núi thì vấn đề ổn định của s−ờn dốc hai bên vai đập cần phải đ−ợc chú ý đặc biệt do đập th−ờng có chiều cao lớn, vai đập tựa vào hai bờ tạo nên áp lực rất lớn. Đây là phần đất đá chịu lực chống tr−ợt quan trọng của đập. Sự mất ổn định của s−ờn dốc hai bên vai đập có thể dẫn đến hiện t−ợng tr−ợt và đá đổ, ảnh h−ởng nghiêm trọng tới ổn định của đập. 3- Vấn đề thấm mất n−ớc qua nền và vai đập: Đập th−ờng đ−ợc xây dựng ở thung lũng sông, trên nền đất đá có khả năng thấm n−ớc lớn nh− cuội, sỏi, cát, đá nứt nẻ, .... Sự chênh lệch áp lực n−ớc giữa th−ợng l−u và hạ l−u có thể tạo ra dòng thấm với l−u l−ợng lớn và gây thấm mất n−ớc mạnh qua nền và vai đập, ảnh h−ởng đến khả năng chứa n−ớc của hồ, thậm chí có thể làm cho hồ không dâng cao mực n−ớc đ−ợc. 4- Vấn đề n−ớc chảy vào hố móng: Đập đ−ợc xây dựng ở thung lũng sông nên n−ớc mặt và n−ớc d−ới đất có ảnh h−ởng lớn đến việc thi công, xâm nhập vào hố móng và gây ra vấn đề n−ớc chảy vào hố móng. 5- Vấn đề cung cấp vật liệu xây dựng khoáng tự nhiên: Nhu cầu cung cấp vật liệu xây dựng để đắp đập rất lớn, có thể tới hàng triệu mét khối, do vậy trong nhiều tr−ờng hợp, vấn đề cung cấp vật liệu xây dựng khoáng tự nhiên có vai trò quyết định loại đập, kết cấu của đập và cả giá thành xây dựng công trình. 6.5.6. Công trình hồ chứa n−ớc Sau khi xây dựng đập, ở phía th−ợng l−u hình thành hồ chứa n−ớc. Sự hình thành hồ chứa n−ớc trên một diện tích rộng lớn làm thay đổi đáng kể điều kiện tự nhiên của khu vực và xuất hiện nhiều vấn đề địa chất công trình. 1- Vấn đề ngập: Khi tích n−ớc vào hồ chứa, một diện tích đất đai rộng lớn bị ngập. Nếu trong phạm vi ngập có các điểm dân c−, công trình xây dựng, xí nghiệp, nhà máy, đất canh tác, rừng gỗ quý, ... sẽ gây nên những thiệt hại to lớn. 2- Vấn đề bán ngập: Khi mực n−ớc hồ dâng cao, tuỳ theo quan hệ thuỷ lực với n−ớc hồ mà mực n−ớc d−ới đất ở ven hồ có thể dâng cao sát mặt đất, làm ẩm −ớt đất đá, gây hiện t−ợng lầy hoá, giảm c−ờng độ đất nền, gây biến dạng, mất ổn định, phá huỷ công trình xây dựng, làm tr−ợt lở các bờ mỏ, cản trở sinh hoạt của con ng−ời, .... Đó là vấn đề bán ngập. 3- Vấn đề thấm mất n−ớc qua bờ hồ: Nếu mực n−ớc hồ dâng cao hơn đỉnh phân thuỷ n−ớc d−ới đất thì có thể xẩy ra hiện t−ợng thấm mất n−ớc từ hồ chứa. Tr−ờng hợp đất đá bờ hồ bị nứt nẻ, vỡ vụn hay cactơ hoá mạnh thì hiện t−ợng này sẽ xẩy ra, làm mất n−ớc nghiêm trọng, có thể gây cạn hồ chứa. 4- Vấn đề tái tạo bờ hồ: D−ới tác dụng của sóng, bờ hồ bị phá huỷ dần để tạo nên trắc diện cân bằng mới, có thể gây ảnh h−ởng đến công trình hay hoạt động kinh tế ở xung quanh bờ hồ. Đó là vấn đề tái tạo bờ hồ chứa n−ớc. 5- Vấn đề tr−ợt, đá đổ, đá lở ở các s−ờn dốc bờ hồ: N−ớc hồ dâng cao gây ẩm −ớt đất đá ở d−ới các s−ờn dốc bờ hồ, làm giảm độ bền của đất đá và có thể xẩy ra hiện t−ợng tr−ợt, đá đổ, đá lở. Các hiện t−ợng này xẩy ra với quy mô lớn làm giảm dung tích hồ chứa, gây mất ổn định đối với các công trình lân cận. 6- Vấn đề lắng đọng vật liệu đáy hồ: Các loại vật liệu rắn đ−ợc vận chuyển từ th−ợng l−u theo dòng chảy tới hồ, do tốc độ giảm đột ngột nên chúng bị lắng chìm và tích đọng lại, làm cho chiều sâu mực n−ớc và dung tích của hồ chứa giảm dần, gây cản trở dòng chảy, cản trở giao thông đ−ờng thuỷ. 154 7- Vấn đề tăng hoạt tính địa chấn của khu vực: Do n−ớc hồ dâng cao làm tăng tải trọng tác dụng lên đất đá, đồng thời làm giảm áp lực có hiệu, giảm độ bền của đất đá, đặc biệt trong các đới phá huỷ kiến tạo, từ đó làm giảm khả năng hấp thụ năng l−ợng địa chấn của đất đá. Vì vậy, sự tích n−ớc của hồ chứa với khối l−ợng lớn, trên phạm vi rộng sẽ làm tăng hoạt tính địa chấn của lãnh thổ, gây nên động đất kích thích. 6.5.7. Công trình ngầm và khai thác mỏ hầm lò Đối với các công trình ngầm hay công trình mỏ khai thác hầm lò, khi xây dựng và sử dụng, có thể nẩy sinh các vấn đề địa chất công trình sau: 1- Vấn đề ổn định của đất đá xung quanh hầm: Khi thi công công trình ngầm, khoảng trống trong khối đất đá đ−ợc tạo ra. Đất đá xung quanh công trình ngầm luôn có xu h−ớng bị đẩy dịch chuyển về khoảng trống do xuất hiện hiện t−ợng giải thoát ứng suất, tr−ơng nở hay lực đẩy thủy tĩnh và trở nên mất ổn định, đặc biệt là phần đất đá ở nóc hầm, gây khó khăn, phức tạp cho quá trình thi công. 2- Vấn đề n−ớc chảy vào hầm: Vấn đề này xẩy ra khi thi công công trình ngầm cắt vào tầng đất đá chứa n−ớc. N−ớc chảy vào hầm gây khó khăn cho quá trình thi công, làm h− hỏng máy móc, thiết bị và đe dọa cả tính mạng con ng−ời. 3- Vấn đề ảnh h−ởng của nhiệt độ, khí độc, khí cháy: Khi xây dựng hầm trong lòng đất, càng xuống sâu thì nhiệt độ càng tăng và rất có thể gặp những loại đất đá chứa những loại khí độc, khí dễ nổ, dễ cháy nh− khí mêtan, sunfua, ... ảnh h−ởng đến sức khỏe con ng−ời, làm h− hỏng máy móc, thiết bị, gây khó khăn cho công tác thi công, xây dựng công trình. 6.5.8. Công trình khai thác mỏ lộ thiên Các khoáng sản có ích th−ờng nằm sâu trong lòng đất. Khi khai thác mỏ lộ thiên, th−ờng có những vấn đề địa chất công trình sau: - Vấn đề ổn định của bờ mỏ; - Vấn đề n−ớc chảy vào công tr−ờng khai thác; - Vấn đề ảnh h−ởng của nhiệt độ, khí độc, khí cháy. Những vấn đề địa chất công trình này đã đ−ợc biết đến ở trên. 6.6. Ph−ơng pháp khảo sát địa chất công trình cho công trình xây dựng Nh− đã biết, quá trình khảo sát địa chất công trình đ−ợc thực hiện theo giai đoạn, phù hợp với giai đoạn thiết kế công trình. ở mỗi giai đoạn thiết kế công trình khác nhau, đặt ra nhiệm vụ khảo sát khác nhau. Để làm sáng tỏ điều kiện địa chất công trình, cần phải hiểu rõ đặc điểm của công trình xây dựng, mức độ phức tạp của điều kiện địa chất công trình và khả năng phát sinh các vấn đề địa chất công trình. 6.6.1. Khảo sát địa chất công trình sơ l−ợc cho nghiên cứu tiền khả thi Công tác khảo sát địa chất công trình sơ l−ợc th−ờng tiến hành đối với công trình có quy mô lớn, quan trọng, đ−ợc xây dựng trong điều kiện địa chất phức tạp, phạm vi nghiên cứu rộng. Ph−ơng pháp tiến hành khảo sát chủ yếu dựa vào việc thu thập các tài liệu địa hình, địa mạo, địa chất, địa chất thủy văn, địa chất công trình đã có liên quan đến đối t−ợng xây dựng trên diện tích nghiên cứu. Trong tr−ờng hợp cần thiết có thể tiến hành một số ph−ơng pháp nghiên cứu địa chất công trình mang tính khái quát nh− đo vẽ địa chất công trình tỷ lệ trung bình, thăm dò địa vật lý, còn khoan đào thăm dò, thí nghiệm trong phòng xác định các chỉ tiêu cơ lý của đất đá chỉ ở mức độ hạn chế, chủ yếu tập trung vào những nơi có điều kiện địa chất công trình phức tạp. 155 6.6.2. Khảo sát địa chất công trình sơ bộ cho nghiên cứu khả thi Nhiệm vụ khảo sát địa chất công trình sơ bộ là chọn ra ph−ơng án vị trí xây dựng tốt nhất trên quan điểm địa chất công trình. Tr−ớc khi tiến hành khảo sát, cần phải xác định các ph−ơng án vị trí xây dựng để lựa chọn và công tác khảo sát địa chất công trình đ−ợc thực hiện trên các ph−ơng án đó. Quá trình khảo sát cần phải chú ý các yếu tố điều kiện địa chất công trình có vai trò quyết định lựa chọn vị trí xây dựng công trình. Các yếu tố lựa chọn này phụ thuộc vào đặc điểm, tính chất làm việc và quy mô của mỗi loại công trình khác nhau. Ph−ơng pháp khảo sát địa chất công trình chủ yếu là đo vẽ địa chất công trình tỷ lệ lớn đến trung bình. Diện tích đo vẽ bao trùm ngoài phạm vi xây dựng theo hình dạng công trình. Nội dung đo vẽ phù hợp với điều kiện địa chất công trình và tỷ lệ đo vẽ. Thăm dò địa vật lý tiến hành đối với dạng công trình th−ờng đ−ợc xây dựng trong điều kiện địa chất phức tạp nh− công trình thuỷ lợi, công trình ngầm, công trình khai thác mỏ hay nghiên cứu các hiện t−ợng địa chất tự nhiên nh− phong hoá, tr−ợt lở, cactơ hoá, …. Ph−ơng pháp thăm dò địa vật lý đ−ợc sử dụng phổ biến là mặt cắt điện, đo sâu điện, địa chấn, karôta. Việc bố trí các tuyến đo phụ thuộc vào điều kiện địa chất công trình và mục đích nghiên cứu. Khoan đào thăm dò đ−ợc thực hiện trên mỗi ph−ơng án vị trí xây dựng với khối l−ợng đủ để đánh giá sơ bộ điều kiện địa chất công trình, làm cơ sở so sánh lựa chọn ph−ơng án. Các điểm thăm dò có thể bố trí theo mạng l−ới (đối với công trình có dạng diện) hay tuyến (đối với công trình kéo dài). Khoảng cách giữa các điểm, tuyến khoan đào thăm dò trung bình 100- 200 đến 300m. Đối với những công trình kéo dài nh− đ−ờng ô tô, đ−ờng sắt, đ−ờng hầm, kênh dẫn, …, khoảng cách các điểm khoan đào thăm dò có thể lớn hơn, từ 500- 1000m. Chiều sâu khoan đào thăm dò phụ thuộc vào loại, quy mô công trình và đặc điểm cấu trúc địa chất. Nhìn chung, chiều sâu thăm dò phải đảm bảo phát hiện và xác định sơ bộ quy luật phân bố các lớp đất đá có thể sử dụng để đặt móng công trình. Trong các hố khoan đào, cần lấy mẫu đất đá để thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ lý, mẫu n−ớc d−ới đất để phân tích thành phần hoá học, đánh giá ăn mòn vật liệu xây dựng. Số l−ợng mẫu đất đá lấy trong một lớp đất phụ thuộc vào mức độ đồng nhất và phạm vi phân bố của lớp đất đá. Khoảng cách lấy mẫu trung bình 2- 3m. Mẫu n−ớc d−ới đất lấy đại diện cho mỗi đơn vị chứa n−ớc, từ 1- 2 mẫu. Thí nghiệm trong phòng xác định các chỉ tiêu cơ lý đất đá thông th−ờng và thành phần hoá học n−ớc d−ới đất. Trong đó, cần chú ý đến sơ đồ thí nghiệm phù hợp với điều kiện làm việc của công trình. Thí nghiệm ngoài trời và quan trắc dài hạn địa chất công trình th−ờng không đ−ợc tiến hành trong giai đoạn này do yêu cầu của mức độ nghiên cứu ch−a đặt ra. Tuy nhiên, trong những tr−ờng hợp cần thiết để làm sáng tỏ yếu tố riêng biệt có vai trò quan trọng quyết định đến việc lựa chọn ph−ơng án vị trí xây dựng thì có thể thực hiện các ph−ơng pháp nghiên cứu này. Kết quả khảo sát địa chất công trình sơ bộ phải đ−ợc tổng hợp, phân tích đánh giá theo mỗi ph−ơng án vị trí xây dựng, để từ đó chọn ph−ơng án tốt nhất. Cần l−u ý rằng, khối l−ợng khảo sát địa chất công trình ở mỗi ph−ơng án vị trí xây dựng phải t−ơng đ−ơng, làm cơ sở lựa chọn đúng đắn. Tuy nhiên, nếu trong quá trình khảo sát, thấy có 156 ph−ơng án vị trí xây dựng nào đó không đáp ứng đ−ợc các yêu cầu đặt ra thì có thể loại bỏ ngay mà không cần tiếp tục khảo sát để giảm chi phí. 6.6.3. Khảo sát địa chất công trình chi tiết cho thiết kế kỹ thuật Công tác khảo sát địa chất công trình chi tiết th−ờng đ−ợc tiến hành trên ph−ơng án vị trí xây dựng đã đ−ợc lựa chọn hoặc vị trí xây dựng đã đ−ợc ấn định. ở giai đoạn này, vị trí, hình dạng móng công trình đã đ−ợc xác định cụ thể trên mặt bằng. Nhiệm vụ khảo sát địa chất công trình là sáng tỏ một cách đầy đủ, chính xác điều kiện địa chất công trình vị trí xây dựng công trình để cung cấp tài liệu cho thiết kế kỹ thuật. Vì vậy, trong quá trình khảo sát địa chất công trình, chủ yếu sử dụng các ph−ơng pháp nghiên cứu có độ chính xác cao. Đo vẽ địa chất công trình đ−ợc tiến hành đối với những công trình có quy mô lớn, đ−ợc xây dựng trong điều kiện địa chất phức tạp nh− công trình thuỷ lợi, giao thông, khi mà điều kiện địa chất công trình phần trên mặt ch−a đ−ợc nghiên cứu chi tiết. Tỷ lệ đo vẽ có thể là chi tiết hay lớn tuỳ theo từng tr−ờng hợp cụ thể. Khoan đào thăm dò trong giai đoạn này đóng vai trò chủ đạo thực hiện nhiệm vụ khảo sát địa chất công trình. Khoan đào thăm dò có mục đích chủ yếu xác định chính xác ranh giới các lớp đất đá, lấy mẫu thí nghiệm và tiến hành các thí nghiệm ngoài trời. Các điểm thăm dò phải đ−ợc bố trí tại móng công trình, chú ý những vị trí chịu lực chính. Mạng l−ới thăm dò phụ thuộc vào hình dạng công trình. Nếu công trình có diện tích đặt móng lớn nh− công trình đập thì mạng l−ới thăm dò cần đ−ợc bố trí theo nhiều tuyến. Khoảng cách giữa các điểm, tuyến khoan đào thăm dò phụ thuộc vào từng loại công trình và mức độ phức tạp của điều kiện địa chất công trình: công trình dân dụng và công nghiệp, khoảng cách từ 20- 40m; công trình đập thuỷ lợi, khoảng cách từ 50- 100m; công trình đ−ờng ô tô, đ−ờng sắt, đ−ờng hầm, kênh dẫn, … khoảng cách từ 200- 300m. Chiều sâu khoan đào thăm dò cũng phụ thuộc vào loại, quy mô công trình và đặc điểm cấu trúc địa chất. Cần phải thăm dò v−ợt qua đới nén ép hay đới thấm (đ−ợc xác định sơ bộ theo tài liệu địa chất công trình đã có) ít nhất từ 3- 5m. Mẫu đất đá, mẫu n−ớc d−ới đất đ−ợc lấy trong các hố khoan đào để thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ lý và phân tích thành phần hoá học, đánh giá ăn mòn vật liệu xây dựng. Mẫu đ−ợc lấy theo điểm. Vị trí lấy mẫu phải đảm bảo đặc tr−ng. Khoảng cách lấy mẫu trung bình 1,5- 2m, đảm bảo số l−ợng mẫu lấy trong một lớp đất đá không đ−ợc nhỏ hơn 6 (đối với một hay một số công trình gần nhau). Mẫu n−ớc d−ới đất lấy đại diện cho mỗi đơn vị chứa n−ớc, có thể lấy từ 2- 3 mẫu. Thí nghiệm trong phòng xác định đầy đủ các chỉ tiêu cơ lý đất đá thông th−ờng và thành phần hoá học n−ớc d−ới đất. Yêu cầu sơ đồ thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý đất đá phải phù hợp với điều kiện làm việc của công trình. Trong giai đoạn này, cần tiến hành các thí nghiệm ngoài trời để xác định chính xác chỉ tiêu cơ lý đất đá. Ph−ơng pháp thí nghiệm, vị trí, chiều sâu, khối l−ợng thí nghiệm phụ thuộc vào loại công trình và đặc điểm cấu trúc địa chất. Thí nghiệm xuyên với mục đích chính là thăm dò địa tầng thì thể bố trí thay thế một phần khoan đào thăm dò. Kết quả của thí nghiệm này cho phép phân loại trạng thái của đất, xác định chính xác lớp đất đặt móng, chiều sâu đặt móng cọc và thiết kế móng cọc, ... nên đ−ợc sử dụng phổ biến khi khảo sát địa chất công trình cho công trình nhà dân dụng và công nghiệp, công trình giao thông. 157 Thí nghiệm cắt cánh xác định độ bền kháng cắt của đất yếu rất cần thiết khi khảo sát địa chất công trình cho đ−ờng giao thông, đê, đập, .... Thí nghiệm này th−ờng đ−ợc thực hiện trong các hố khoan thăm dò, khoảng cách từ 1- 1,5m. Có thể tiến hành thí nghiệm nén tĩnh xác định môđun tổng biến dạng và đặc tính nén lún của đất nền đối với những công trình sử dụng giải pháp móng nông, xây dựng trên nền đất, nh− công trình nhà dân dụng và công nghiệp, đ−ờng, đê, đập, …. Vị trí thí nghiệm tại độ sâu đặt móng công trình. Mỗi loại đất nền, cần thí nghiệm 2- 3 điểm Thí nghiệm nén sập, đẩy ngang, cắt mẫu lớn, nén ngang, nén đá trong hầm, đổ n−ớc, ép n−ớc, hút n−ớc, ... th−ờng đ−ợc sử dụng đối với công trình thuỷ lợi và công trình ngầm. Các thí nghiệm này cần đ−ợc bố trí ở những vị trí và chiều sâu trong phạm vi xây dựng công trình phù hợp với mục đích thí nghiệm. Số l−ợng mỗi thí nghiệm cho một loại đất đá từ 2- 3 thí nghiệm. Quan trắc dài hạn địa chất công trình có thể đ−ợc thực hiện đối với công trình lớn nh− công trình thuỷ lợi. Đối t−ợng quan trắc chủ yếu là thuỷ văn, địa chất thuỷ văn và tr−ợt lở. Mạng l−ới quan trắc, thời gian, chế độ quan trắc, nội dung quan trắc phải phù hợp với những nguyên tắc nh− đã biết. Kết quả khảo sát địa chất công trình chi tiết phải cung cấp đầy đủ, chi tiết các thông tin địa chất công trình d−ới dạng các số liệu, biểu bảng, đồ thị, mặt cắt, bản đồ, ... để làm cơ sở cho thiết kế kỹ thuật công trình. 6.6.4. Khảo sát địa chất công trình bổ sung cho thiết kế bản vẽ thi công Công tác khảo sát địa chất công trình bổ sung có thể đ−ợc thực hiện đối với công trình lớn, xây dựng trong điều kiện địa chất phức tạp. Khảo sát địa chất công trình bổ sung đ−ợc tiến hành ở ngay diện tích xây dựng công trình, trong các hố móng, đ−ờng hầm, tại các vị trí cần phải xử lý đặc biệt, ... những nơi mà giai đoạn khảo sát địa chất công trình chi tiết ch−a làm rõ các yếu tố điều kiện địa chất công trình hay ch−a thực hiện đ−ợc công việc khảo sát. Ph−ơng pháp khảo sát chủ yếu là khoan đào thăm dò, lấy mẫu thí nghiệm, thí nghiệm ngoài trời xác định các đặc tr−ng cơ lý của đất đá, tính chất nứt nẻ, tính thấm, ... của chúng. Vị trí, khối l−ợng và ph−ơng pháp thí nghiệm đ−ợc xác định tuỳ từng tr−ờng hợp theo yêu cầu thực tế. Kết quả khảo sát địa chất công trình bổ sung cho phép kiểm tra và cung cấp tài liệu chi tiết để điều chỉnh thiết kế, lập bản vẽ thi công công trình. Công việc này diễn ra liên tục trong thời gian thi công. Các tài liệu địa chất công trình cần phải thành lập trong giai đoạn này là hồ sơ địa chất các hố móng và công trình khai đào ngầm, các kết quả thí nghiệm, quan trắc. Trong đó, phải thể hiện rõ các yếu tố ảnh h−ởng đến sự ổn định của công trình nh− thành phần, tính chất cơ lý của đất đá, cấu trúc địa chất, .... 158 Mục lục Mở đầu ……….……………………………………………………………………… 1 Ch−ơng 1: Đại c−ơng về địa chất ………………………………………….……….. 3 1.1. Nguồn gốc Mặt trời và Trái đất ……….………….…………………...……….… 3 1.2. Cấu tạo Trái đất …………………………............………….……..…………...… 4 1.3. Thành phần vật chất vỏ Trái đất …………………..………….…...…………… 5 1.4. Các quá trình hình thành đá và biến đổi đá ………….…….………….…………. 8 1.5. Kiến trúc, cấu tạo và thế nằm của đất đá ………………..….…….…………… 15 1.6. Chuyển động kiến tạo và biến dạng vỏ Trái đất ………..……….……………… 17 1.7. Đặc điểm chủ yếu của các loại đá ……………………..………………..……… 21 1.8. Tuổi địa chất ………………………………………..……...…………………… 28 Ch−ơng 2: N−ớc d−ới đất ……………………………..…………………………. 33 2.1. Nguồn gốc của n−ớc d−ới đất ……………………..…………………..……...… 33 2.2. Các dạng tồn tại của n−ớc trong đất đá ……………………………..………… 33 2.3. Phân loại n−ớc d−ới đất theo điều kiện tàng trữ …………….……..…....……… 35 2.4. Tính chất vật lý của n−ớc d−ới đất ……….………………..………….....……… 37 2.5. Thành phần hoá học của n−ớc d−ới đất …………………..…..………..…..…… 38 2.6. Đánh giá ăn mòn vật liệu của n−ớc trong xây dựng …………..…...…………… 40 2.7. Các hình thức vận động của n−ớc d−ới đất …………………..…….……..……. 41 2.8. Định luật cơ bản về vận động của n−ớc d−ới đất ……….………....….………… 42 2.9. Vận động của n−ớc d−ới đất trong điều kiện tự nhiên …………....…..………… 43 2.10. Thí nghiệm xác định các thông số địa chất thủy văn ………………………… 47 Ch−ơng 3: Đất đá và tính chất Địa chất công trình của chúng …………..…… 58 3.1. Đất đá và đặc điểm nghiên cứu đất đá trong địa chất công trình …………..…… 58 3.2. Phân loại đất đá trong địa chất công trình …………………….……………...… 59 3.3. Thành phần của đất rời và đất dính ………………………..…………….……… 61 3.4. Tính chất cơ lý của đất đá …………………………..………….....…………… 64 3.5. Đặc điểm địa chất công trình của đá cứng và nửa cứng ……………….…..…… 72 3.6. Đặc điểm địa chất công trình của đất rời và dính ………………..…….……… 75 3.7. Đặc điểm ĐCCT của đất đá có thành phần, trạng thái và tính chất đặc biệt …... 78 Ch−ơng 4: Các quá trình và hiện t−ợng địa chất động lực công trình ………..... 81 4.1. Phân loại các quá trình và hiện t−ợng địa chất ………………….......…….…… 81 4.2. Quá trình tác dụng của nhiệt độ, n−ớc, ôxy- hiện t−ợng phong hoá ..…….….… 82 4.3. Quá trình hoạt động của n−ớc mặt ……………………………………......…….. 86 4.4. Quá trình tác dụng của trọng lực …………………………….…………..……... 91 4.5. Quá trình hoạt động của n−ớc d−ới đất …………………….………...…..…… 102 4.6. Quá trình hoạt động của n−ớc mặt và n−ớc d−ới đất ………….……….……… 106 4.7. Quá trình tác dụng của lực bên trong Trái đất - hiện t−ợng động đất …………. 113 4.8. Quá trình tác dụng của lực bên trong đất đá - các hiện t−ợng ĐCCT mỏ …….. 119 159 Ch−ơng 5: Các ph−ơng pháp nghiên cứu địa chất công trình ……...……….… 121 5.1. Khái niệm chung ………………………….……………………...….………... 121 5.2. Đo vẽ địa chất công trình ……………………………………….……..……… 121 5.3. Thăm dò địa vật lý trong nghiên cứu địa chất công trình ……….……...…..… 124 5.4. Khoan, đào thăm dò trong địa chất công trình ……………………..….……… 127 5.5. Thí nghiệm trong phòng ……………………………………….….......……… 129 5.6. Thí nghiệm hiện tr−ờng …………………………………….…………....…… 130 5.7. Quan trắc dài hạn địa chất công trình ………………………….....……...…… 139 5.8. Chỉnh lý tài liệu trong phòng ……………………………...………..………… 141 Ch−ơng 6: Khảo sát địa chất công trình để xây dựng công trình ………......… 143 6.1 Nhiệm vụ khảo sát địa chất công trình ………..……………………….…….… 143 6.2. Các giai đoạn thiết kế và khảo sát địa chất công trình ……………..………… 143 6.3. Điều kiện địa chất công trình và vấn đề địa chất công trình ………….…..….. 145 6.4. Đặc điểm của các loại công trình xây dựng ………………………….……….. 147 6.5. Những vấn đề ĐCCT có thể phát sinh khi xây dựng các công trình ………..…. 149 6.6. Ph−ơng pháp khảo sát địa chất công trình cho công trình xây dựng …….……. 154 160 Tài liệu tham khảo [1]- Nguyễn Kim C−ơng. 1975. Thủy địa chất và Cơ sở địa chất công trình. Đại học Mỏ- Địa chất. Hà Nội. [2]- Vũ Ngọc Kỷ. 1985. Địa chất thủy văn đại c−ơng. Nhà xuất bản Đại học và Trung học chuyên nghiệp. Hà Nội. [3]- Võ Năng Lạc. 2010. Địa chất đại c−ơng. Nhà xuất bản Giao thông vận tải. Hà Nội. [4]- Trần Hữu Nhân. 1997. Đất xây dựng. Nhà xuất bản Giáo dục. Hà Nội. [5]- Lê Trọng Thắng. 2014. Các ph−ơng pháp Nghiên cứu và Khảo sát địa chất công trình. Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật. Hà Nội. [6]- Đỗ Minh Toàn. 2013. Đất đá xây dựng và ph−ơng pháp cải tạo. Nhà xuất bản Xây dựng. Hà Nội. [7]- Tô Xuân Vu. 2003. Địa chất công trình (dành cho sinh viên chuyên ngành Khai thác mỏ). Đại học Mỏ- Địa chất. Hà Nội. [8]- G.K. Bôndaric và nnk. 1987. Các ph−ơng pháp nghiên cứu địa chất công trình ngoài trời. Nhà xuất bản Trái đất. Maxcơva. [9]- V.Đ. Lômtađze. 1979. Ph−ơng pháp nghiên cứu tính chất cơ lý đất đá trong phòng thí nghiệm. Nhà xuất bản Đại học và Trung học chuyên nghiệp. Hà Nội. [10]- V.Đ. Lômtađze. 1978. Thạch luận công trình. Nhà xuất bản Đại học và Trung học chuyên nghiệp. Hà Nội. [11]- V.Đ. Lômtađze. 1982. Địa chất động lực công trình. Nhà xuất bản Đại học và Trung học chuyên nghiệp. Hà Nội. [12]- V.Đ. Lômtađze. 1983. Địa chất công trình chuyên môn. Nhà xuất bản Đại học và Trung học chuyên nghiệp. Hà Nội. [13]- E.M. Xergeev. 1971. Đất đá xây dựng. Nhà xuất bản Đại học Tổng hợp. Maxcơva. [14]- E.M. Xergeev. 1978. Địa chất công trình. Nhà xuất bản Đại học Tổng hợp. Maxcơva. [15]- N.A. Tx−tôvich. 1983. Cơ học đất. Nhà xuất bản Mir. Maxcơva. [16]- R.Whitlow- Tập 1 & 2. 1996. Cơ học đất. Nhà xuất bản giáo dục. Hà Nội. [17]- XniP.II.15-74-LX: 1981. Tiêu chuẩn (chỉ dẫn) thiết kế nền nhà và công trình. Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật. Hà Nội. [18]- TCVN 5747: 1993. Tiêu chuẩn Việt Nam- Đất xây dựng. Nhà xuất bản Xây dựng. Hà Nội. [19]- TCVN 4195ữ4202: 1996. Tiêu chuẩn Việt Nam- Thí nghiệm đất xây dựng. Nhà xuất bản Xây dựng. Hà Nội. [20]- TCXD 174: 1989. 1996. Tiêu chuẩn Việt Nam- Đất xây dựng. Nhà xuất bản Xây dựng. Hà Nội. [21]- TCXD 226: 1999. ph−ơng pháp thí nghiệm xuyên tĩnh. Nhà xuất bản Xây dựng. Hà Nội. [22]- TCXDVN 80: 2002. Ph−ơng pháp xác định môđun biến dạng tại hiện tr−ờng bằng tấm nén phẳng. Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật. Hà Nội.