Nghiên cứu đánh giá điều kiện địa chất công trình phục vụ xây dựng nhà cao tầng khu vực huyện quốc oai hà nội

Nghiên cứu đánh giá điều kiện địa chất cơng trình phục vụ xây dựng nhà cao tầng khu vực Huyện Quốc Oai Hà Nội Bùi Thị Liên Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Khoa Địa chất Luận văn Thạc sĩ ngành: Địa chất học; Mã số: 60 44 55 Người hướng dẫn: PGS.TS Đỗ Minh Đức Năm bảo vệ: 2012 Abstract Phân tích điều kiện địa lý tự nhiên kinh tế - xã hội khu vực huyện Quốc Oai: vị trí địa lý, khí hậu, mạng lưới thủy văn, kinh tế, xã hội Trình bày đặc điểm địa chất cơng trình khu vực huyện Quốc Oai: đặc điểm địa hình - địa mạo, cấu trúc địa chất, địa chất thủy văn, tính chất lý đất đá, q trình địa động lực cơng trình Tìm hiểu khảo sát, thiết kế thi công xây dựng nhà cao tầng vùng karst Các vấn đề địa chất cơng trình liên quan đến xây dựng nhà cao tầng khu vực huyện Quốc Oai kiến nghị giải pháp khắc phục: tượng ma sát âm liên quan đến lún mặt đất, nguy sụt hang ngầm cố thi công hố đào, số khó khăn cơng tác khảo sát, thiết kế thi cơng xây dựng cơng trình vùng karst Keywords Địa chất cơng trình; Nhà cao tầng; Quốc Oai Content MỞ ĐẦU Trong năm gần trình thị hóa Hà Nội diễn nhanh, đặc biệt việc xây dựng cơng trình nhà cao tầng, điều mang diện mạo cho thủ Bên cạnh vấn đề thách thức cho nghành xây dựng đặt có vấn đề quy hoạch xây dựng chất lượng cơng trình xây dựng Để nâng cao hiệu công tác xây dựng, công tác khảo sát địa chất cơng trình phải trước bước Huyện Quốc Oai nằm phía Tây thành phố Hà Nội, cách trung tâm thành phố khoảng 20km Khu vực giới hạn tọa độ địa lý: 20054’ đến 21004’ vĩ độ bắc đến 105043’50’’ kinh độ đơng Phía Đơng giáp huyện Đan Phượng, huyện Hồi Đức; phía Tây giáp tỉnh Hịa Bình; phía Nam giáp huyện Chương Mỹ phía Bắc giáp huyện Thạch Thất huyện Phúc Thọ Diện tích: 147,01 km2 Theo Quy hoạch chung xây dựng thủ đô Hà Nội đến năm 2030 tầm nhìn đến 2050, địa bàn huyện Quốc Oai có: khu Cơng nghệ cao Hịa Lạc, khu thị (chủ yếu dọc hai bên trục đường Láng Hòa Lạc), khu sinh thái nông nghiệp, dịch vụ du lịch, cụm công nghiệp vừa nhỏ trung tâm vui chơi giải trí phát triển ven đê sơng Đáy Xuất phát từ thực tế đó, đề tài “Nghiên cứu, đánh giá điều kiện địa chất cơng trình phục vụ xây dựng nhà cao tầng khuc vực huyện Quốc Oai, Hà Nội” cần thiết có ý nghĩa thực tiễn việc xây dựng cơng trình nhà cao tầng huyện Quốc Oai Mục tiêu Mục tiêu đề tài làm sáng tỏ điều kiện vấn đề địa chất cơng trình liên quan đến xây dựng cơng trình nhà cao tầng khu vực trọng điểm huyện Quốc Oai đề xuất giải pháp khắc phục Nội dung - Nghiên cứu, phân tích đặc điểm điều kiện tự nhiên kinh tế xã hội huyện Quốc Oai; - Nghiên cứu đặc điểm địa chất cơng trình (địa hình - địa mạo, cấu trúc địa chất, tính chất lý đất đá, địa chất thủy văn, q trình tượng địa chất động lực cơng trình); - Các vấn đề khảo sát, thiết kế thi công xây dựng khu vực Quốc Oai; - Đề xuất giải pháp hợp lý để phục vụ công tác thiết kế, thi công xây dựng cơng trình nhà cao tầng địa bàn huyện Quốc Oai Phạm vi nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu tập trung khu vực trọng điểm nơi có mật độ dân cư cao; nằm khu quy hoạch xây dựng cơng trình dịch vụ, thương mại, văn phong, nhà ở; nơi xảy tai biến địa chất Cụ thể 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 xã Cộng Hịa, khối đá vơi Chùa Trầm Cơ sở tài liệu Luận văn hoàn thành sở tài liệu chủ yếu Trường Đại học khoa học tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội, Báo cáo kết khảo sát địa chất cơng trình dự án Khu thị sinh thái trung tâm thương mại Quốc Oai Công ty tư vấn khảo sát thiết kế CDIC Báo cáo kết khảo sát địa chất cơng trình dự án đầu tư mở rộng hồn thiện đường láng – hịa lạc Công ty cổ phần tư vấn xây dựng Vinaconex số tài liệu khác Bố cục luận văn Luận văn không kể phần mở đầu kết luận gồm chương sau: Chương 1: Điều kiện địa lý tự nhiên kinh tế - xã hội khu vực huyện Quốc Oai Chương 2: Đặc điểm địa chất cơng trình khu vực huyện Quốc Oai Chương 3: Các vấn đề khảo sát, thiết kế thi công xây dựng nhà cao tầng vùng karst Chương 4: Các vấn đề địa chất cơng trình liên quan đến xây dựng nhà cao tầng khu vực huyện Quốc Oai kiến nghị giải pháp khắc phục Luận văn thực Khoa Địa chất, Trường Đại học khoa học tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội, hướng dẫn PGS.TS Đỗ Minh Đức CHƢƠNG 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 phía Tây thành phố Hà Nội, cách trung tâm thành phố khoảng 20km, có diện tích 147,01 km2 Khu vực giới hạn tọa độ địa lý: 20054’ đến 21004’ vĩ độ bắc, 105030’ đến 105043’50’’ kinh độ đơng 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 đồng Bắc Bộ 1.1.3 Mạng lƣới thủy văn: Trên địa bàn huyện có sơng chảy qua sơng Đáy sơng Tích Chế độ thủy văn huyện phụ thuộc vào sơng Hồng, sơng Đáy, sơng Tích nhiều ao hồ khác 1.2 Kinh tế xã hội 1.2.1 Kinh tế Định hướng phát triển Quốc Oai năm tới đẩy mạnh chuyển dịch cấu kinh tế, bước xây dựng kinh tế địa phương theo hướng cơng nghiệp hóa, đại hóa sở giữ vững tốc độ tăng trưởng ngành công nghiệp địa phương lĩnh vực dịch vụ - du lịch Tuy vậy, mũi nhọn thực đem lại nhiều hứa hẹn cho Quốc Oai tương lai phải cơng nghiệp Đường cao tốc Láng – Hịa Lạc khai thơng, chạy cắt ngang xã phía Bắc Quốc Oai với chiều dài km mở cho Quốc Oai hội lớn để phát triển đồng mặt đời sống kinh tế - xã hội, có cơng nghiệp Hình 1.3 Quốc Oai Quy hoạch chung xây dựng thủ đô Hà Nội 1.2.2 Xã hội Những năm gần với phát triển kinh tế, lĩnh vực văn hóa xã hội huyện đạt nhiều thành tựu đáng kể, sống người dân Quốc Oai ngày cải thiện vật chất lẫn tinh thần Năm 2009 có 25.195 đối tượng sách cấp thẻ bảo hiểm y tế; 153 hộ nghèo hỗ trợ xây dựng lại nhà bị xuống cấp, hư hỏng CHƢƠNG II: ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT CƠNG TRÌNH KHU VỰC HUYỆN QUỐC OAI 2.1 Đặc điểm địa hình - địa mạo Quốc Oai huyện nằm vùng chuyển tiếp miền núi đồng bằng, bị chia cắt hệ thống sơng ngịi nên địa hình phức tạp Trong phạm vi nghiên cứu khu vực thị trấn Quốc Oai, vùng phụ cận diện tích 10 km , khối núi đá vôi xã Sài Sơn, dải đồi phun trào xã Đồng Quang xã Cộng Hịa, khối đá vơi Chùa Trầm có số đặc điểm sau: 2.1.1 Kết phân tích đồ địa hình ảnh viễn thám - Địa hình dịng sơng chảy + Địa hình bãi bồi + Lịng sơng cổ - Địa hình nhân sinh 2.1.2 Kết nghiên cứu địa hình Karst Địa hình Karst phân bố hai địa điểm chùa Thày thuộc xã Sài Sơn động Hoàng Xá thuộc thị trấn Quốc Oai Các khối đá vơi có diện tích khơng lớn, khối phát triển đầy đủ dạng địa hình karst bao gồm mặt lẫn karst ngầm + Karst mặt: Mặc dù khơng điển hình, số dạng địa hình karst mặt hình thành hịa tan (ca rư) Quan sát hai vị trí, điển hình Sài Sơn Địa hình ca rư có kích thước vừa phải nằm nghiêng theo hướng cắm lớp đá vơi gặp Sài Sơn Hình 2.2 Ca rư phát triển nghiêng theo hướng lớp đá vôi [6] + Karst ngầm: Hang động Tại vị trí có đá vơi gặp hang động Đó hang Cắc Cớ khối núi Sài Sơn động Hoàng Xá khối núi đá vơi Hồng Xá - Động Hồng Xá nằm khối núi đá vôi cao khoảng 58,6 m tên thuộc thị trấn Quốc Oai Cửa động nằm độ cao khoảng 15 m so với bề mặt đồng Hình 2.3 Cửa động Hồng Xá [6] - Hang Hàm ếch: quan sát chân khối núi đá vơi Hồng Xá Đó 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 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) Hình 2.4 Bản đồ địa chất huyện Quốc Oai 2.2.2 Đặc điểm thạch học Theo tài liệu “Nghiên cứu địa mạo địa chất khu vực huyện Quốc Oai” PGS.TS Chu Văn Ngợi (tài liệu chưa cơng bố) đá gốc chủ yếu 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 phân tích sau: Khu vực xã Sài Sơn – huyện Quốc Oai: Bảng 2.1 Thành phần khoáng vật điểm khảo sát xã Sài Sơn STT Ký hiệu mẫu Hệ tầng THN1 P2nv THN3 P2nv Thành phần khoáng vật Calcit: 90 -92%; Đolomit 3-4%; Sét; Quặng bị leucoxene hóa 1-2 % Đá xác định là: Đá vôi hạt mịn - hạt bị ép Calcit: 90 -92%; Đolomit 5-8%; Sét 1%2%; Bụi quặng: 1% Đá xác định là: Đá vôi hạt nhỏ - hạt mịn bị ép Khu vực thị trấn Quốc Oai: Bảng 2.2 Thành phần khoáng vật điểm khảo sát thị trấn Quốc Oai STT Ký hiệu mẫu Hệ tầng QO.8/1 P2nv QO.9 P2nv QO.12 P2nv QO.13 P2nv QO.15/1 P2nv QO.20 (LK.03) Q13 vp QO.21 P2nv Thành phần khoáng vật Calcit: 91 -93%; Đolomit 5-8%; Sét 1%-2%; Hydroxyt sắt: 1% Đá xác định là: Đá vôi vi hạt bị ép Đolomit: 78 -80%; Calcit 20-22%; Sét: ít; Hydroxyt sắt: Đá xác định là: Đá vôi hạt mịn – vi hạt, bị hoa hóa Calcite 97%; dolomite: little; clay 1-2%; leucoxene and Hydroxyt sắt 1-2% Đá xác định là: Đá vơi hạt mịn vi hạt, bị hoa hóa Calcit: 97 -98%; Đolomit 1-2%; Thạch anh vài hạt; Hydroxyt sắt: Đá xác định: Đá vôi hạt mịn vi hạt bị ép, bị hoa hóa Calcit: 70-72%; Đolomit: 28-30%; Sét: ít; Hydroxyt sắt Đá xác định là: Đá vơi bị hạt mịn Đây lớp lót đáy trầm tích Đệ tứ lỗ khoan Đá có thành phân khống vật: Mảnh vụn chiếm 35% gồm: mảnh đá vôi 1920%; Mảnh dolomit-vôi, vôi-dolomit: 14-15% Vật liệu gắn kết chiếm 65% gồm: Calcit: 4748%; Dolomit: 15-17%; Sét: 1-2% Đá xác định: Đá cát-sạn kết vôi Đây sản phẩm nghiền dập vỡ kiến tạo Các mảnh vụn có thành phần khống vật: Dolomit 50-55%; Calcit 45-49%; Thạch anh: ít; Sét bụi quặng: Đá xác định: Vụn kiến tạo dolomit-vôi Khu vực xã Đồng Quang – huyện Quốc Oai: Bảng 2.3 Thành phần khoáng vật điểm khảo sát xã Đồng Quang (LK.02) STT Ký hiệu mẫu Hệ tầng QO.16/1 T1vn QO.16/2 T1vn QO.16/3 T1vn QO.18/1 T1vn QO.18/3 T1vn Thành phần khoáng vật Diaspo: 76-78%; Sphen: 3-15%; Sericit 2-3%; Clorit: 3-4%; Thạch anh vài hạt; Quặng bị leucoxen hóa 2-3%; Hydroxyt sắt Đá xác định là: Đá phun trào bị biến đổi Sericit&clorit:47 – 48%; Thạch anh: 27-30%; Fenspat: 10-15%; Zircon vài hạt; Quặng, leucoxene, hydroxyt sắt: 10-13% Đá xác định: Đá phun trào kiềm bị biến đổi Sét, sericit: 90-92%; Quặng, hydroxyt sắt: 710%; Tumalin Đá xác định: Đá phun trào kiềm bị biến đổi Đá có thành phần khống vật: Sericit, chlorite: 76-80%; Talc: 15-20%; Tumalin vài hạt; Sphen vài hạt; Quặng, hidroxyt sắt: 13-15% Đá xác định: Đá phun trào bị biến chất biến vị Sericit, chlorite: 87-88%; Thạch anh: 1%; Leucoxen: 2-3%; Quặng 8-10% Đá xác định: Đá phun trào bị biến chất nhiệt dịch 2.2.3 Đặc điểm nứt nẻ đá gốc Đá gốc vùng lộ ít, bao gồm đá vơi bị hoa hóa (xã Sài Sơn), đá vôi, vôi – đolomit (thị trấn Quốc Oai) đá phun trào núi lửa (xã Cộng Hòa) Các đá trải qua nhiều pha biến dạng, hệ khe nứt phát triển phức tạp 2.2.4 Đứt gãy đới xiết trƣợt Móng trước Cenosoic bị hệ thống đứt gãy sâu phương tây bắc – đông nam đông bắc – tây nam phân cắt khối, tham gia vào chuyển động sụt lún tân kiến tạo với tốc độ tăng từ rìa vào tâm trũng Sông Hồng Vùng nghiên cứu nằm rìa tây bắc trũng, chịu ảnh hưởng sâu sắc chuyển động Chuyển động khối tảng tân kiến tạo nét đặc trưng móng trũng Sông Hồng Các khối núi đá vôi (P2 nv) dải đồi đá phun trào (T1 vn) sản phẩm chuyển động Trong tân kiến tạo xác lập hai pha biến dạng chính, là: pha sớm Eocen – Miocen pha muộn Pliocen – Đệ tứ Hình 2.9 Sơ đồ đứt gãy đới xiết trượt [6] 2.3 Địa chất thủy văn Trên Bản đồ địa chất thủy văn huyện Quốc Oai (hình 2.12) có tầng chứa nước sau: Hình 2.12 Bản đồ địa chất thủy văn huyện Quốc Oai 2.3.1 Tầng chứa nƣớc trầm tích Holocen (qh) 2.3.2 Tầng chứa nƣớc lỗ hổng trầm tích Pleistocen dƣới-trên qp 2.3.3 Tầng chứa nƣớc trầm tích Neogen 2.3.4 Tầng chứa nƣớc khe nứt – karst 2.4 Tính chất lý đất đá Sự phân bố loại đất, đá trình bày Bản đồ địa chất cơng trình (hình 2.13) Hình 2.13 Bản đồ địa chất cơng trình khu vực huyện Quốc Oai Tại dự án Khu đô thị sinh thái Trung Tâm thương mại Quốc Oai Căn vào tài liệu thu thập trình khảo sát địa, thí nghiệm xun tiêu chuẩn kết hợp với kết thí nghiệm phịng, phân chia thành lớp từ xuống sau (đến hết chiều sâu khoan): Lớp Đất thổ nhưỡng: Đất sét pha lẫn rễ cây, trạng thái thành phần khơng đồng Lớp có bề dày thay đổi từ 0.2m  0.4m Lớp 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 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 Sét pha, màu xám nâu, trạng thái dẻo chảy, lẫn nhiều hữu 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 Cát hạt mịn, màu xám ghi, trạng thái xốp Độ sâu mặt lớp thay đổi từ 3.5m  6.5m; Độ sâu đáy lớp bề dày lớp chưa xác định hố khoan kết thúc lớp độ sâu 7.0m Bề dày lớn khoan vào lớp 3.5m (HK1) Lớp 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 bề dày lớp chưa xác định hố khoan HK3, HK7 hố khoan kết thúc độ sâu 7.0m, hố khoan K2 độ sâu đáy lớp 25.5 bề dày lớn lớp 15.3m Lớp Sét pha, màu nâu hồng - xám nâu, trạng thái dẻo mềm Gặp 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 gặp hố khoan K2 nằm kẹp lớp Độ sâu xuất hiện: 35.8m; Độ sâu kết thúc: 36.5 m; Bề dày 0.7m Lớp Cát hạt mịn, màu xám ghi, trạng thái chặt Gặp hố khoan K2 Độ sâu xuất 39.5m; Độ sâu kết thúc 42.5m Bề dày 3.0m Lớp Sét pha màu xám nâu, trạng thái dẻo chảy Gặp hố khoan K2; Độ sâu xuất 42.5m; Độ sâu kết thúc 47.0 Bề dày 4.5m Lớp 10 Đá vơi, phong hố nứt nẻ mạnh, màu xám trắng - nâu vàng RQD = 10 20% Độ sâu xuất 47.0m, độ sâu kết thúc bề dày chưa xác định hố khoan kết thúc lớp độ sâu 50.0m Đặc biệt ý lớp thường xuất hoạt động karst làm lớp đá vôi khơng ổn định Lớp đá vơi vị trí khảo sát thị trấn Quốc Oai (hố khoan QO-01 QO-02) xã Thạch Thán (QO-03) bị phong hóa đến phong hóa hồn tồn Bảng 2.4 Cao độ mặt lớp đá vôi Cao độ đáy Cao độ Hố khoan lớp Tính chất mặt lớp (m) (m) Đá vơi bị phong hóa, màu xám 45,5 46,2 sáng, trạng thái cứng QO-01 Đá vôi tươi, xám đen, xám sáng, 46,2 47,2 cứng Đá vơi bị phong hóa hồn tồn đến QO-02 45,5 53 vỡ vụn, màu xám xanh Đá vôi bị phong hóa, màu xám 37,5 41,5 xanh, xám sáng QO-03 41,5 42 Đá vôi tươi màu xám sáng, trạng thái cứng - Khảo sát xã Yên Sơn cho thấy đá vơi màu xám trắng, xám xanh Đá có mức độ phong hóa khơng đồng đều, nứt nẻ mạnh đến trung bình, đá có độ cứng thấp đến trung bình, tỷ lệ lấy lõi nhìn chung thấp TCR=0-20%, số chất lượng đá RQD=0-10% Các hang Karst có chiều dày từ 0,4m đến 1,2m Q trình khoan thăm dò gặp hang tiêu hao nước nhẹ, nước hồn tồn, hang có chứa chất lấp nhét sét pha lẫn dăm, sạn trạng thái ẩm ướt 2.5 Các trình tƣợng địa chất động lực cơng trình 2.5.1 Hiện tƣợng Karst + Karst mặt: Mặc dù khơng điển hình, số dạng địa hình karst mặt hình thành hịa tan (ca rư) Địa hình ca rư có kích thước vừa phải nằm nghiêng theo hướng cắm lớp đá vôi gặp Sài Sơn + Karst ngầm: hang Cắc Cớ khối núi Sài Sơn động Hồng Xá khối núi đá vơi Hoàng Xá Hang Hàm ếch: quan sát chân khối núi đá vơi Hồng Xá 2.5.2 Hiện tƣợng sụt lún đất Sụt lún nguyên nhân chủ yếu từ kiến tạo địa chất cịn cịn có ảnh hưởng đất yếu, khai thác nước ngầm phần tượng sụt lún karst Hình 2.17 Lún nứt nhà xã Ngọc Mỹ, huyện Quốc Oai Hình 2.19 Sụt lún thị trấn Quốc Oai [16] CHƢƠNG III: CÁC VẤN ĐỀ VỀ KHẢO SÁT, THIẾT KẾ, THI CÔNG XÂY DỰNG NHÀ CAO TẦNG TRÊN VÙNG KARST 3.1 Khái quát trình karst Khi đá vôi, đá đôlômit, đá phấn, đá macnơ, thạch cao, anhiđrit, muối mỏ muối kali bị nước mặt nước đất hồ tan rửa lũa mặt đất hình thành phễu, hố sụt dạng khác địa hình, cịn bên đất chỗ trống, khe rãnh hang đủ kiểu loại Người ta gọi tất loại hình mặt đất tạo nên cách karst 3.2 Khảo sát địa chất cơng trình vùng karst Nhiệm vụ khảo sát ĐCCT vùng karst là: xác định mức độ nguy hiểm karst tác động đến công trình, mơi trường sinh thái kinh tế xã hội; dự báo phát triển karst giai đoạn xây dựng sử dụng cơng trình; xác định khả kích hoạt karst q trình sử dụng cơng trình tác động nhân sinh; soạn thảo chiến lược kiến nghị cụ thể cho giải pháp xử lý karst 3.3 Thiết kế thi công xây dựng nhà cao tầng vùng karst 3.3.1 Khái niệm nhà cao tầng Khái niệm nhà cao tầng theo Uỷ ban Nhà cao tầng Quốc tế: Ngôi nhà mà chiều cao yếu tố định điều kiện thiết kế, thi công sử dụng khác với ngơi nhà thơng thường gọi nhà cao tầng 3.3.2 Các vấn đề thiết kế thi công xây dựng nhà cao tầng - Việc thiết kế xây dựng cơng trình vùng karst phải dựa kết nghiên cứu địa chất cơng trình chi tiết so với vùng khơng có karst Khi thiết kế cơng trình diện tích xây dựng có karst phải có biện pháp xử lý, đảm bảo ổn định móng CHƢƠNG IV: CÁC VẤN ĐỀ ĐỊA CHẤT CƠNG 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 cơng trình liên quan đến xây dựng nhà cao tầng khu vực Quốc Oai, Hà Nội 4.1.1 Hiện tƣợng ma sát âm liên quan đến lún mặt đất Khi đất xung quanh thân cọc lún nhiều độ lún cọc, chuyển vị tương đối cọc đất có chiều ngược lại, sức kháng bên đất cọc có chiều ngược lại Sức kháng bên không kháng lại tải trọng ngồi mà cịn góp phần đẩy cọc xuống, gọi sức kháng bên âm (tuy nhiên thuật ngữ hay sử dụng ma sát âm) Ảnh hưởng ma sát âm làm việc cọc thể khía cạnh: - Làm tăng tải trọng tác dụng lên cọc: Ngoài tải trọng từ kết cấu bên trên, cọc phải chịu tác dụng ma sát âm; - Làm giảm khả chịu tải cọc: Do phần trọng lượng đất truyền lên cọc nên áp lực cột đất độ sâu mũi cọc giảm đi, làm giảm khả chịu tải lớp đất tựa cọc Tuy nhiên sức kháng mũi lớn độ lún cọc nhỏ mặt trung hòa sâu xuống (nghĩa ma sát âm lớn) Ma sát âm tạo áp lực tác dụng lớn lên mũi cọc chống làm sập hang trường hợp cọc đặt hang bề dày tầng đá vôi đặt cọc mỏng 4.1.2 Nguy sụt hang ngầm cố thi công hố đào Trong khu vực nghiên cứu tồn lớp đất yếu lớp đất sét trạng thái dẻo chảy, dẻo mềm có hệ số rỗng e≥1, độ sệt B>1 Các lớp phân bố độ sâu khác từ 0-47 m Do xảy số trường hợp sau: a) Nguy sụt hang ngầm Khi khoan qua lớp đất làm phá vỡ kết cấu đất Nếu không dùng biện pháp bảo vệ thành hố khoan nước chảy xuống kéo theo vật liệu từ hai bên thành hố khoan xuống làm đất rỗng dần tạo hang ngầm lớp đất Do khả xảy sụt hang ngầm lớn b) Các cố 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 phần ngầm bên hố đào - Hư hỏng cơng trình lân cận hố đào lún, dịch chuyển, nứt biến dạng kết cấu cơng trình lân cận xung quanh 4.1.3 Một số khó khăn cơng tác khảo sát, thiết kế thi công xây dựng cơng trình khu vực karst Trong cơng tác khảo sát qua lớp đá vơi bị phong hóa, nứt nẻ gặp hang karst thường gặp số khó khăn: + Tỷ lệ mẫu khoan lấy thấp nên trị số đánh giá chất lượng đá RQD thường thấp + Các nhà cao tầng chủ yếu móng cọc khoan nhồi, q trình thi cơng qua vùng có hang karst thường hay gặp cố kỹ thuật như: búa khoan đáy lỗ, trượt búa, không rút đầu khoan lên; không hạ ống chống xuống cao độ yêu cầu ống chống bị tụt xuống thi công… 4.2 Đề xuất giải pháp kỹ thuật phục vụ cho việc thiết kế thi cơng xây dựng cơng trình nhà cao tầng 4.2.1 Đối với trường hợp ma sát âm Biện pháp giảm ma sát âm tìm cách giảm ma sát đất cọc - Đưa yếu tố ma sát âm vào tính tốn thiết kế cọc (tính tốn sức chịu tải cọc có kể đến ma sát âm) - Sử dụng biện pháp thi cơng thích hợp - Giảm diện tích mặt bên - Đối với cọc đúc sẵn, quét bitum quanh thân cọc 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 thi công xây dựng cơng trình ● Đối với nhà cao tầng Hà Nội mật độ sử dụng đất ngày tăng lợi ích kinh tế nhà đầu tư mà cơng trình cao tầng thường từ 20 tầng trở lên Với quy mô công trình điều kiện địa chất cơng trình khu vực xây dựng, đề xuất chọn giải pháp móng cọc khoan nhồi Tuy nhiên cọc khoan nhồi tồn số nhược điểm thể qua cố q trình thi cơng Đặc biệt cọc khoan nhồi vùng hang động karst cịn có khả xảy nhiều cố đề cập phần trước, phải có kết nghiên cứu chi tiết, cụ thể khu vực dự kiến xây dựng công trình, phải dự phịng cố xảy ra, hiểu rõ ngun nhân có biện pháp phịng ngừa Cụ thể sau: - Công tác khảo sát: + Tăng cường mật độ hố khoan thăm dò cách phù hợp Vị trí cơng trình thăm dị bảo đảm khống chế mặt không gian theo hướng + Trong trình khoan phải theo dõi chặt chẽ mô tả khoan hai bên địa tầng chi tiết, ghi chép xác tốc độ khoan, lượng dung dịch đoạn khoan qua, đặc biệt khu vực có phát triển hang karst + Khi gặp hang karst phải tiến hành khoan khảo sát qua tầng hang karst khoan vào lớp đá gốc từ – 3m + Trường hợp karst phát triển mạnh phức tạp giai đoạn lập vẽ thi cơng thiết phải khoan vào vị trí cọc - Công tác thiết kế: + Trước 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 + Trong hồ sơ thiết kế phải có lưu ý rõ ràng tình trạng karst, vấn đề cần ý giai đoạn thi công, cố xảy đưa giải pháp xử lý hang karst phạm vi thân cọc + Lựa chọn đường kính cọc khoan nhồi đá vơi có hang karst khơng nên nhỏ 1,2m - Công tác thi công xây dựng: Công đoạn khoan tạo lỗ q trình thi cơng cọc khoan nhồi vùng có hang karst phức tạp, nói điểm khác biệt bật để phân biệt thi công cọc khoan nhồi thông thường cọc khoan nhồi vùng có hang karst Từ thực tế cho thấy khoan lỗ theo phương pháp khoan xoay tuần hoàn thuận, khoan xoay tuần hoàn nghịch dùng dung dịch bentonit làm mùn khoan giữ thành vách Khi gặp hang karst tăng khối lượng riêng dung dịch nâng ● Công tác thi công hố đào: Khi thiết kế ưu tiên biên pháp thi công hố đào với mái dốc tự nhiên cho trường hợp mặt thi công rộng, khơng có cơng trình xây dựng liền kề Nếu khơng có khả thi cơng đào đất với mái dốc tự nhiên, áp dụng biện pháp thi công với giải pháp chống giữ thành hố đào sau: tường cừ ván thép; tường cừ cọc đất xi măng; tường cừ cọc bê tông cốt thép đúc sẵn khoan nhồi; tường bê tông cốt thép đất Khi có dấu hiệu xảy cố phải giảm tải khu vực lân cận hố đào di chuyển đất thừa, vật tư, phương tiện thi công xa hố đào; san lấp lại phần hố đào; giảm độ dốc thành (mái) hố đào; gia cường hệ neo kết cấu chống đỡ thành hố đào; giảm thiểu bơm, hút hạ thấp mực nước ngầm; giảm thiểu hoạt động thi công gây chấn động mạnh khu vực lân cận đóng, ép cọc, hoạt động vận chuyển xe tải nặng KẾT LUẬN Từ kết trình bày trên, kết luận rút sau: Điều kiện địa chất cơng trình khu vực nghiên cứu đặc trưng bởi: địa hình phong phú đa dạng, tồn karst mặt karst ngầm Các thành tạo đá gốc chủ yếu đá cacbonat với hàm lượng calcit va dolomit cao thuận lợi cho trình karst Đá gốc bị hệ thống khe nứt, đặc biệt hệ thống khe nứt cắt lớp phân cắt mạnh mẽ Lớp trầm tích phủ có bề dày 31m - 47m, có lớp đất yếu (lớp 4, lớp 9) thuộc hệ tầng Thái Bình Lớp bên đá vơi bị phong hóa mức độ khác nhau, đơi chỗ gặp hang karst Trong khu vực nghiên cứu, vấn đề địa chất cơng trình liên quan đến xây dựng nhà cao tầng bao gồm: Hiện tượng ma sát âm, nguy sụt hang ngầm, cố thi công khoan, hố đào lớp đất yếu số khó khăn cơng tác khảo sát, thiết kế thi cơng xây dựng cơng trình khu vực karst Đề xuất giải pháp kỹ thuật phục vụ cho việc thiết kế thi công xây dựng công trình nhà cao tầng: - Đối với trường hợp ma sát âm: Đưa yếu tố ma sát âm vào tính tốn thiết kế cọc, sử dụng biện pháp thi cơng thích hợp, giảm diện tích mặt bên, cọc đúc sẵn quét bitum quanh thân cọc vùng chịu ma sát âm để giảm ma sát - Đối với công tác khảo sát, thiết kế thi cơng xây dựng cơng trình: Cơng tác khảo sát: Tăng cường mật độ hố khoan thăm dò cách phù hợp; Chú ý gia cố thành hố khoan dung dịch bentonit với tiêu phù hợp; Xác định tỷ lệ % vơi hóa để đánh giá trạng karst; Khi gặp hang karst phải tiến hành khoan khảo sát qua tầng hang karst khoan vào lớp đá gốc từ – 3m Công tác thiết kế: Lựa chọn đường kính cọc khoan nhồi đá vơi có hang karst khơng nên nhỏ 1,2m References Tài liệu tiếng việt: Bộ Xây dựng (2006), TCXDVN 366 : 2006 Chỉ dẫn kỹ thuật công tác khảo sát địa chất cơng trình cho xây dựng vùng karst Bộ Xây dựng (2006), Hướng dẫn kỹ thuật phịng ngừa cố thi cơng hố đào vùng đất yếu Bộ Xây dựng (2006), TCXDVN 194 : 2006 Nhà cao tầng – công tác khảo sát địa kỹ thuật Công ty tư vấn khảo sát thiết kế CDIC (2008), Báo cáo khảo sát địa chất cơng trình dự án Khu thị sinh thái trung tâm thương mại Quốc Oai Công ty cổ phần tư vấn xây dựng Vinaconex (2008), Báo cáo kết khảo sát địa chất cơng trình cầu sơng Đáy km 15+358 Đại học Quốc gia Hà Nội (2011), Báo cáo Nghiên cứu địa mạo địa chất khu vực Quốc Oai, Hà Nội (diện tích 10 km2) Nguyễn Quang Chiêu, Thiết kế thi công đắp đất yếu, Nhà Xuất xây dựng Trần Văn Huy (2011), Đánh giá mức độ tổn thương tài ngun – mơi trường huyện Quốc Oai, Hà Nội, Khóa luận tốt nghiệp đại học, Trường Đại học khoa học tự nhiên Nguyễn Thị Thúy Huyền, Nghiên cứu tai biến sụt lún bề mặt đất đề xuất biện pháp xử lý khu vực Quốc Oai – Hà Nơi, 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 Nhà xuất xây dựng, Hà Nội – 2004 11 Vũ Công Ngữ, Nguyễn Thái, Móng cọc, phân tích thiết kế Nhà xuất khoa học kỹ thuật 12 V.Đ Lômtađze, Địa chất động lực cơng trình, Nhà xuất đại học trung học chuyên nghiệp Hà Nội (1982) 13 Lê Trọng Thắng, “Một số vấn đề khảo sát địa chất cơng trình vùng karst phát triển mạnh”, Đại học Mỏ - Địa chất 14 Nguyễn Viết Trung, Nguyễn Tuấn Anh, Cọc khoan nhồi vùng hang động Karst Nhà xuất xây dựng 15 Nguyễn Uyên, Nguyễn Văn Phương, Nguyễn Định Nguyễn Xuân Diến (2002), Địa chất cơng trình Nhà xuất 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  ... dựng nhà cao tầng khuc vực huyện Quốc Oai, Hà Nội? ?? cần thiết có ý nghĩa thực tiễn việc xây dựng cơng trình nhà cao tầng huyện Quốc Oai Mục tiêu Mục tiêu đề tài làm sáng tỏ điều kiện vấn đề địa chất. .. thi công xây dựng khu vực Quốc Oai; - Đề xuất giải pháp hợp lý để phục vụ công tác thiết kế, thi cơng xây dựng cơng trình nhà cao tầng địa bàn huyện Quốc Oai Phạm vi nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu. .. địa chất cơng trình khu vực huyện Quốc Oai Chương 3: Các vấn đề khảo sát, thiết kế thi công xây dựng nhà cao tầng vùng karst Chương 4: Các vấn đề địa chất cơng trình liên quan đến xây dựng nhà