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 đňi 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 khoan ở hai
bên.
3) Trong quá trình khoan phải theo dõi chặt chẽ và mô
tả 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.
|