Một số vấn đề về khảo sát địa chất công trình trong vùng KARST phát triển mạnh

[Hide Nguyễn]

MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ KHẢO SÁT ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH TRONG VÙNG KARST PHÁT TRIỂN MẠNH​

LÊ TRỌNG THẮNG​

Đại học Mỏ - Địa chất, Đông Ngạc, Từ Liêm, Hà Nội
​

Tóm tắt: Những năm trước đây nhiều công trình có quy mô và điều kiện khác nhau đã được xây trong vùng karst phát triển mạnh. Một số vấn đề đã được nêu ra đối với khâu khảo sát địa chất công trình đň i hỏi phải giải quyết.
Bài báo đề cập đến một số đặc điểm phát triển của karst ở vùng karst phát triển mạnh. Mặt khác, bài báo cũng nêu ra một số điều không chắc chắn của việc khảo sát địa chất công trình hiện nay và những khuyến nghị cần thiết nhằm nâng cao chất lượng và hiệu quả của việc khảo sát này, sao cho đáp ứng được các yêu cầu của công việc thiết kế xây dựng và cũng như thi công thực tế.

ĐẶT VẤN ĐỀ
​

Nước ta có nhiều đá vôi với tuổi địa chất khác nhau và phân bố trên nhiều vùng lãnh thổ. Mỗi loại đá vôi được thành tạo và tồn tại trong những điều kiện địa chất nhất định và có những đặc điểm riêng về thành phần, kiến trúc và cấu tạo. Những đặc điểm này ảnh hưởng nhiều đến khả năng phát triển karst của từng loại đá vôi. Thường các loại đá vôi tuổi Carbon - Permi hoặc Trias có thành phần đồng nhất, ít lẫn các tạp chất sét hay silic thì khả năng phát triển karst mạnh hơn các loại đá vôi khác. Những loại đá vôi này phân bố ở một số vùng thuộc miền Tây Bắc Bộ như Lai Châu, Sơn La, Hoà Bình, một số vùng ở Đông Bắc Bộ như Cao Bằng, Lạng Sơn, vùng ven biển như Quảng Ninh, Hải Phòng, Ninh Bình, Thanh Hoá... Đá vôi không chỉ tạo nên các dạng địa hình karst trên mặt, mà còn tạo nên các hình thái karst ngầm, đặc biệt là ở một số vùng đồng bằng và thung lũng miền núi. Sự phát triển các hình thái karst trên mặt và karst ngầm đều gây không ít khó khăn cho công tác khảo sát, thiết kế và xây dựng công trình. Để phục vụ sự nghiệp công nghiệp hoá đất nước hiện nay và trong tương lai, nước ta đã và sẽ còn phải xây dựng nhiều công trình có quy mô khác nhau, đặc biệt là các công trình hạ tầng. Việc xây dựng các công trình công nghiệp, giao thông, thuỷ lợi, thuỷ điện... trong vùng karst phát triển mạnh đňi hỏi phải có những nghiên cứu phù hợp để có thể đề ra được những giải pháp khảo sát, thiết kế và thi công xây dựng công trình hợp lý, là điều kiện quan trọng bảo đảm sự ổn định lâu dài cho công trình và giảm bớt chi phí xây dựng.

ĐẶC ĐIỂM PHÁT TRIỂN KARST VÀ YÊU CẦU CỦA CÔNG TÁC
KHẢO SÁT ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH TRONG VÙNG KARST PHÁT TRIỂN.​

Thời gian qua, ở nước ta đã xây dựng hàng loạt các công trình giao thông, thuỷ lợi, thuỷ điện và công nghiệp trên vùng karst phát triển mạnh. Nhiều công trình cầu cống, nhà máy xi măng xây dựng trên địa hình đồng bằng hoặc vùng thung lũng, phía dưới lớp phủ trầm tích là nền đá vôi bị karst hoá mạnh. Từ thực tế khảo sát địa chất công trình (ĐCCT) để xây dựng trên nền đá vôi có karst phát triển mạnh vừa qua đã cho thấy những vấn đề bất cập cần phải xem xét nghiên cứu. Một số công trình xây dựng do không nhận thức đúng mức độ phát triển và tác động bất lợi của karst đối với công tác khảo sát và thiết kế nên mạng lưới khảo sát và chiều sâu các hố khoan thăm dò không đáp ứng được yêu cầu thiết kế. Nhiều sai sót của thiết kế kỹ thuật công trình dựa trên các tài liệu khảo sát địa chất công trình này đã được phát hiện khi tiến hành khảo sát ĐCCT phục vụ thiết kế thi công. Có công trình gần như phải thiết kế lại toàn bộ phần kết cấu móng, thay đổi giải pháp kỹ thuật thi công, gây nên những thiệt hại về kinh tế, ảnh hưởng đến tiến độ xây dựng công trình. Tài liệu khảo sát một số công trình như cầu D Quảng Ninh, cầu N và Nhà máy xi măng T Ninh Bình đều cho thấy, karst phát triển rất phức tạp và đa dạng về hình thái. Tại vị trí móng trụ cầu có thể phát triển đồng thời 2,3 thậm chí 5-6 bậc karst khác nhau. Kích thước các hang karst có thể trên dưới 1m, có thể đến 3-4m. Sự phân bố các hang này không chỉ phân bậc theo chiều sâu mà còn rất biến đổi theo chiều ngang. Do tính chất phức tạp của karst, người ta đã khoan tại các vị trí thiết kế cọc trên cùng một trụ cầu và thấy rằng, các hố khoan nằm gần nhau có thể gặp hoặc không gặp hang karst hoặc có thể gặp các bậc hang khác nhau. Hình 1 là các mặt cắt ĐCCT tại vị trí trụ P1 cầu D.


Quá trình khảo sát ĐCCT trong vùng karst phát triển mạnh thường gây nên một số khó khăn sau cho công tác khảo sát ĐCCT:


1) Gây mất dung dịch khoan mạnh khi gặp hang karst. Trường hợp có sự phát triển nhiều bậc hang karst khác nhau thì đňi hỏi phải áp dụng các biện pháp công nghệ khoan đặc biệt như khoan chống ống nhiều cấp. Mỗi bậc phát triển karst mạnh đều phải thực hiện một cấp đường kính ống chống. Việc sử dụng công nghệ này đňi hỏi mất nhiều công sức và tốn kém, hạn chế năng suất khoan.


2) Tầng đá phát triển nhiều bậc hang karst sẽ làm cho đất đá bị nứt nẻ và vỡ vụn, tỷ lệ mẫu khoan lấy được rất thấp nên trị số đánh giá chất lượng đá RQD thường rất thấp, không bảo đảm yêu cầu thiết kế theo tiêu chuẩn ASTM. Với công nghệ và thiết bị khoan hiện nay, nhiều đoạn RQD = 0 hoặc chỉ đạt 10 -30%. Muốn có RQD >50% đňi hỏi phải khoan sâu hơn vào vùng đá ít bị nứt nẻ.


Theo tiêu chuẩn BS 5930 : 1981 [1] thì việc phân loại chất lượng đá theo chỉ số RQD như sau:

RQD(%)​

Đánh giá chất lượng đá​

0 - 25
Rất xấu
25 - 50
Xấu
50 - 75
Khá
75 - 90
Tốt
90 - 100
Rất tốt


Thực tế khoan khảo sát ĐCCT trong vùng karst cho thấy, đối với đá trong khu vực karst phát triển mạnh, việc đạt giá trị RQD > 75 % với công nghệ và thiết bị khoan hiện nay ở nước ta là rất khó khăn.


Để cung cấp tài liệu khảo sát ĐCCT đáp ứng được các yêu cầu của công tác thiết kế và chọn giải pháp thi công công trình trong vùng đá vôi có karst phát triển mạnh, quá trình khoan thăm dò cần làm rõ và chính xác một số nội dung sau:


1) Đặc điểm địa tầng với sự phân bố chính xác của các bậc hang karst.
2) Kích thước các hang karst.
3) Vật chất lấp nhét và mức độ lấp nhét trong hang karst.
4) Lượng mất dung dịch khoan khi khoan qua các khu vực phát triển hang karst.


Việc xác định hang karst có vật chất lấp nhét hay không, thành phần vật chất lấp nhét là gì và mức độ lấp nhét trong hang có ý nghĩa rất quan trọng trong việc xác định công nghệ khoan và thi công cọc khoan nhồi. Vấn đề này còn được làm sáng tỏ hơn nếu có số liệu và biết phân tích kết quả xác định lượng tiêu hao dung dịch trong từng đoạn bậc hang karst. Thực tế cho thấy, có trường hợp khi thi công cọc khoan nhồi qua vị trí có phát triển karst với kích thước lớn nhưng đã lấp đầy vật chất lấp nhét với thành phần là đất loại sét, hoặc hang karst có kích thước nhỏ, ít có khả năng liên thông, lượng mất dung dịch ít, thì nhìn chung không cần phải áp dụng giải pháp thi công đặc biệt. Trường hợp hang karst không chứa hoặc chứa ít vật chất lấp nhét, lượng mất dung dịch lớn, tầng đá phát triển nhiều bậc hang karst khác nhau, muốn thi công cọc khoan nhồi, đňi hỏi phải kết cấu ống vách với một hay nhiều cấp đường kính khác nhau tuỳ thuộc số bậc hang.


Việc xác định chính xác các thông tin ĐCCT trên đây sẽ cho phép chủ động xác định công nghệ thi công cho từng cọc khoan nhồi, bảo đảm chất lượng công trình và nâng cao hiệu quả xây dựng. Để thu thập được đầy đủ các thông tin theo yêu cầu, trong quá trình khảo sát ĐCCT đňi hỏi phải theo dõi nghiêm ngặt quá trình khoan, mô tả chi tiết cột địa tầng, theo dõi và ghi chép tốc độ khoan trong từng khoảng độ sâu và đặc biệt phải xác định và đánh giá đúng lượng tổn hao dung dịch khoan trong những đoạn phát triển hang karst.

​

Hình 1. Mặt cắt ĐCCT ở trụ P1 cầu D​

Hiện nay, khi thiết kế cọc khoan nhồi để xây dựng các công trình theo tiêu chuẩn ASTM, người ta dựa vào chỉ số chất lượng đá RQD để tính toán sức chịu tải cho cọc. Thực tế công tác khảo sát thiết kế theo tiêu chuẩn này cho thấy cũng còn một số vấn đề cần lưu ý. Việc tính toán sức chịu tải của cọc theo trị số RQD được xây dựng trên cơ sở công nghệ và thiết bị khoan thăm dò đúng tiêu chuẩn. Hiện nay ở nước ta chủ yếu sử dụng các thiết bị khoan do Trung Quốc chế tạo. Mũi khoan sử dụng thường là ống mẫu đơn, chế độ kỹ thuật khoan không được tính toán và tuân thủ đúng mực, nên đối với đá nứt nẻ, khả năng lấy mẫu rất thấp do đá bị vỡ vụn trong quá trình khoan. Điều này đã làm cho giá trị RQD thấp, ảnh hưởng đến việc xác định vị trí đặt mũi cọc cũng như thông số đưa vào tính toán thiết kế sức chịu tải của cọc. Trong một số trường hợp, nếu áp dụng một cách máy móc tiêu chuẩn thiết kế này có thể dẫn đến những tốn kém không cần thiết do vị trí đặt mũi cọc quá sâu, sức chịu tải của cọc xác định được thấp. Thực tế cho thấy, nhiều trường hợp chỉ số RQD thấp, trong đó có cả nguyên nhân do công nghệ và thiết bị khoan gây nên. Để khắc phục những nhược điểm này, ngoài việc cần đổi mới trang thiết bị đạt các tiêu chuẩn kỹ thuật và thực hiện tốt chế độ kỹ thuật khoan, còn cần phải biết phân tích đúng đắn đặc điểm nứt nẻ của đá thông qua lượng thấm mất dung dịch khoan và tốc độ khoan.

KẾT LUẬN.
​

Từ thực tiễn công tác khảo sát ĐCCT và những vấn đề đã nêu ở trên, khi tiến hành công tác khảo sát, thiết kế xây dựng công trình trong vùng karst phát triển mạnh, cần phải chú ý một số vấn đề sau:


1) Tăng cường mật độ hố khoan thăm dò một cách phù hợp. Trên diện tích móng xây dựng công trình, đối với giai đoạn thiết kế kỹ thuật cần bố trí tối thiểu 4 hố khoan thăm dò trên đường biên chu vi móng công trình. Vị trí công trình thăm dò bảo đảm khống chế về mặt không gian theo các hướng.


2) 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 khoan nhồi. Tuy nhiên, để giảm chi phí khảo sát, việc tiến hành khoan cần theo một trình tự hợp lý trong phạm vi móng công trình. Sử dụng phương pháp khoan cách quãng các điểm thăm dò trong phạm vị móng. Việc quyết định khoan những hố khoan còn lại xen kẽ tuỳ thuộc vào kết quả thăm dò của các hố khoan đã


3) 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. Việc phân tích đúng đắn tốc độ khoan , nhất là trong khu vực đất đá bị nứt nẻ mạnh sẽ phần nào khắc phục được những thông tin sai lệch về giá trị RQD do thiết bị và công nghệ khoan gây nên.



4) Mô tả cụ thể mức độ lấp nhét, đặc điểm thành phần vật chất lấp nhét bằng việc lấy mẫu chất lấp nhét trong hang karst.


5) Để tránh làm vỡ mẫu đất đá cần có chế độ khoan và loại ống mũi khoan hợp lý, phù hợp với điều kiện nứt nẻ của đất đá. Trong trường hợp đá nứt nẻ mạnh, tốt nhất nên khoan với tốc độ không lớn, áp lực khoan thấp, sử dụng mũi khoan là ống mẫu nòng đôi.

VĂN LIỆU​

1. Hướng dẫn thực hành về khảo sát xây dựng. Tiêu chuẩn Anh - BS 5930: 1981. Nxb Giáo dục, Hà Nội.
2. Tiêu chuẩn về khảo sát và đo đạc xây dựng, 2000. Nxb Xây dựng, Hà Nội.

Nguồn idm.gov.vn
__________
Bài viết này không phải thuộc ngành Địa lý học nhưng Hide để tạm tại đây . Sau này có mục thích hợp sẽ chuyển, hoặc sẽ đưa về ngành gần là ngành Vật lý học.