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 : 60 44 55 \ 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: 20054’ đến 21004’ vĩ

độ bắc đến 105043’50’’ 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

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 km2, 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.

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.

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

1.1.1. 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 km2. Khu vực được giới hạn trong tọa độ địa

lý: 20054’ đến 21004’ vĩ độ bắc, 105030’ đến 105043’50’’ kinh độ đông. Phúc Thọ

(hình 1.1).

Hình 1.1. Sơ đồ khu vực huyện Quốc Oai

1.1.2. Khí hậu: Quốc Oai có khí hậu đặc trưng của đồng bằng Bắc Bộ.

1.1.3. 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.

1.2. Kinh tế xã hội

1.2.1. Kinh tế

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

1.2.2. 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 25.195

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.

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 km2, 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:

2.1.1. 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

2.1.2. 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.

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]

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.

2.2. Cấu trúc địa chất

2.2.1. Địa tầng: Các hệ tầng phân chia từ cổ đến trẻ như sau:

● Hệ tầng Viên Nam (T1vn)

● Hệ tầng Tân Lạc (T1olt)

● Hệ tầng Đồng Giao (T2a đg)

● Hệ tầng Hà Nội (Q12-3 hn)

● Hệ tầng Vĩnh Phúc (Q13b vp)

● Hệ tầng Thái Bình (Q23 tb)

9

Hình 2.4. Bản đồ địa chất huyện Quốc Oai

2.2.2. 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 (P2 nv), đá phun trào thuộc hệ tầng Viên Nam

(T1vn). 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:

10

Bảng 2.1. Thành phần khoáng vật tại điểm khảo sát xã Sài Sơn

STT Ký hiệu mẫu Hệ tầng Thành phần khoáng vật

1 THN1 P2nv

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.

2 THN3 P2nv

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 Thành phần khoáng vật

1 QO.8/1 P2nv

Calcit: 91 -93%; Đolomit 5-8%; Sét 1%-2%;

Hydroxyt sắt: 1%.

Đá được xác định là: Đá vôi vi hạt bị ép.

2 QO.9 P2nv

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.

3 QO.12 P2nv

Calcite 97%; dolomite: little; clay 1-2%; leucoxene and Hydroxyt sắt 1-2%.

Đá được xác định là: Đá vôi hạt mịn vi hạt, bị hoa hóa.

4 QO.13 P2nv Calcit: 97 -98%; Đolomit 1-2%; Thạch anh

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 P2nv

Calcit: 70-72%; Đolomit: 28-30%; Sét: ít;

Hydroxyt sắt ít

Đá được xác định là: Đá vôi bị hạt mịn.

6 QO.20 (LK.03) Q1

3 vp

Đây cũng là lớp lót đáy của trầm tích Đệ tứ

tại lỗ khoan này. Đá có thành phân khoáng

vật:

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.

7 QO.21 (LK.02) P2nv

Đây là sản phẩm nghiền dập vỡ kiến tạo.

Các mảnh vụn có thành phần khoáng vật:

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 Thành phần khoáng vật

1 QO.16/1 T1vn

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.

12

2 QO.16/2 T1vn

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.

3 QO.16/3 T1vn

Sét, sericit: 90-92%; Quặng, hydroxyt sắt: 7-

10%; Tumalin ít.

Đá được xác định: Đá phun trào kiềm bị biến đổi.

4 QO.18/1 T1vn

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.

5 QO.18/3 T1vn

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.

2.2.3. 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.

2.2.4. 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

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:

14

Hình 2.12. Bản đồ địa chất thủy văn huyện Quốc Oai

2.3.1. Tầng chứa nước trong các trầm tích Holocen (qh)

2.3.2. Tầng chứa nước lỗ hổng trầm tích Pleistocen dưới-trên qp

2.3.3. Tầng chứa nước trong trầm tích Neogen

2.3.4. 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).

15

Hình 2.13. 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):

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 47.0. Bề dày 4.5m

Lớp 10. Đá vôi, phong hoá nứt nẻ rất mạnh, màu xám trắng - nâu vàng. RQD

= 10 - 20%.

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 Cao độ

mặt lớp (m)

Cao độ đáy

lớp

(m)

Tính chất

QO-01

45,5 46,2 Đá vôi bị phong hóa, màu xám

sáng, trạng thái cứng

46,2 47,2 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 Đá vôi bị phong hóa, màu xám

xanh, xám sáng

41,5 42 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.

2.5. Các quá trình và hiện tượng địa chất động lực công trình

2.5.1. Hiện tượng Karst

+ Karst mặt:

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.

2.5.2. 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 2.17. Lún nứt nhà ở xã Ngọc Mỹ, huyện Quốc Oai

19

Hình 2.19. Sụt lún ở thị trấn Quốc Oai [16]

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.

3.2. 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.

3.3. Thiết kế và thi công xây dựng nhà cao tầng trên vùng karst

3.3.1. 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.

3.3.2. 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.

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

4.1.1. 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.

4.1.2. 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

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.

4.1.3. 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

4.2.1. 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.

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.

4.2.2. 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.

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.

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.

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 15+358.

6. 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 km2).

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 – 2004.

11. 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).

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: http://dantri.com.vn

Tài liệu tiếng anh:

17. Vietnam National University (2011), Soil investigation report in Quoc Oai,

Hanoi.

18. Thomas M. Tharp, 1999. Mechanics of upward propagation of cover-collapse

sinkholes.

28