Luận án tiến sĩ địa chất học: Nghiên cứu đánh giá và dự báo tai biến địa chất – địa kỹ thuật môi trường đô thị, áp dụng cho thành phố Hà Nội

NGUYÊN VĂN VŨ

NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ VÀ DU BAO TAI BIEN

DIA CHAT - DIA KỸ THUAT MOI TRƯỜNG DO THỊ,AP DUNG CHO THANH PHO HA NOI

LUẬN AN TIEN SĨ DIA CHAT HOC

Hà Nội - 2021

ĐẠI HỌC QUÓC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

NGUYÊN VĂN VŨ

Chuyên ngành: Địa chất học

Mã số: 9440201.01

LUẬN AN TIEN SĨ DIA CHAT HỌC

NGUOI HUGNG DAN KHOA HOC:

1 PGS.TSKH Tran Manh Liéu2 PGS.TS Nguyén Huy Phuong

Hà Nội - 2021

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các kết quả

nghiên cứu trong luận án do tôi thực hiện và hoản toản trung thực, chưa từng được

ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm với

lời cam đoan này.

Hà Noi, ngày tháng 5 năm 2021

Tác giả

Nguyễn Văn Vũ

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin trân trọng cảm ơn Lãnh đạo Trường đại học Khoa học Tự nhiên,Phòng sau đại học, Khoa Dia chất, Tập thể bộ môn Địa kỹ thuật đã tạo mọi điều

kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận án này.

Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn chân

thành tới PGS.TSKH Tran Mạnh Liều và PGS.TS Nguyễn Huy Phương là nhữngngười thầy đã trực tiếp hướng dẫn tôi nghiên cứu và hoàn thành luận án.

Tôi xin chân thành cảm ơn sự động viên và tạo điều kiện của Ban lãnh đạo,các đồng nghiệp tại Trung tâm Phân tích Thí nghiệm Địa chất, Tổng cục Địa chất và

Khoáng sản Việt Nam đã giúp tôi vừa hoàn thành luận án vừa đảm nhiệm được các

nhiệm vụ công việc tại cơ quan Trân trọng cảm ơn các chuyên gia, các nhà khoa

học đã hỗ trợ và đóng góp các ý kiến quý báu giúp tôi hoàn thành luận án.

Tôi vô cùng biết ơn gia đình của mình và những người bạn thân thiết đã luôn

cô vũ tinh thần giúp tôi vượt qua khó khăn dé có thé hoàn thành luận án.

Tất cả những sự giúp đỡ nêu trên, tôi sẽ ghi nhớ và luôn trân trọng mang theo

trong suốt quá trình học tập, công tác và nghiên cứu của mình.

Hà Noi, ngày thang 5 năm 2021Tac gia

Nguyễn Văn Vũ

li

MỤC LỤC

LOI CAM ĐOAN 2-52 5c 121 21 211121121121121211121101121121121112 11101012 rrre iLỜI CẢM ONoie eececcssessessessesvssvcsecscssesssssssssssssvcsvssesscssesissussucsessessessessssusssesneseeseesetees ii

MỤC LUC coeececccccsccssessessessessssessessessessssssssssnssecsssessesississussessessessessessesississsseeseesess iii

DANH MỤC VIET TAT o.ceccsscssessesssssssssssssesssssesssssssussessessessessssnssissessessesseseseeceess viii

DANH MỤC BANG We eeccccececsscsesesssscsvscececsesesecevsvsssavsvsvsacsvsvsesecsesvsesavsvssecsvsveeseees XDANH MỤC HINH VE VÀ DO THỊ, - ¿- ¿2 ©s+2+2EE2EE2EE2E2£EtEEeEEeExerzrrsree xi

I7 11 Lý do chọn đề tải - ¿5-5 5z ES22E9E2EEE1212121712112111217121111111 11c |

V0 ¡vàï(9ì0s14i18ui: 011 4 2

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu -+s+x+2E+£++E++E++Ezxzxrrxerxee 2

(0000-00 0 3

5 Cách tiếp cận nghiên cứu ¿- + ©sS2E£EE+E9EE2EEEE21EE121712111111 21211 xe 3

6 Phương pháp nghiên CỨU - - - c3 2 132101131511 113111 118 1118811 18111 key 3

7 Luận điểm bảo VỆ -:- ¿52222 22x 21 212212212112112121712121121121121 2 tre 4

8 Những điểm mới khoa hoe 2+: 2 2+ E2E+E£E£EE£E£EE2EtEEZEEErEerxrrrei 4

9.Ý nghĩa khoa hoc va thực tiễn của luận án c+steEsxersErererree 4

10 Cơ sở tài liỆU 52525225 2121E2122122121121121121111111112112121 0111 xe 5

11 Cấu trúc luận án ¿- ¿5225 +x92x£2E2EEEEE2E12512112312121221211211212 2E rree 5

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ KHOA HỌC NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ, DỰ BÁO TAI

BIEN DC — ĐKTMT ĐÔ THỊ, 5Ÿ 5° s << £S££s£EseEs£Ssexsessesersersersersee 61.1 TONG QUAN VE QUA TRÌNH ĐÔ THỊ HÓA, TÁC DONG CUA CONNGUOI TU CAC HOAT DONG KINH TE - XAY DUNG DEN MOI TRUONGDIA CHAT oocccccceccsssssessesssssssssseesessesscsssessssssussussesssssessssussucsessessesssssssissusaussessessesees 6

1.1.1 Tổng quan về lịch sử đô thị hóa -¿-2¿ 5: + 2S+2E+2E+2Etzxerxerxsrxses 6

1.1.2 Tông quan về tình hình nghiên cứu tai biến ĐC - ĐKTMT 71.1.2.1 Nghiên cứu trên thế giới +5: 5c SE E1 1212122122121 ree 7

1.1.2.2 Nghiên cứu ở Viet ÌNGHH - Sc St gknhkhrrky 131.2 CƠ SỞ LY THUYET HE THONG DIA - KY THUẬT - 18

1.2.1 Dia hệ kỹ thuật — tự nhiên và hệ thống Dia — kỹ thuật 181.2.2 Hệ thống Địa - kỹ thuật đô thị, ¿2-5 sSx+Sz+E2EzEzEerkerxerxeree 191.2.2.1 Phu hệ thong kỹ thuật đô thicccccccccccccceccscscscesvesesvesesvesessesessesveseseseees 20

iii

1.2.2.2 Phụ hệ thống MTDC đô thị 2: 5+2 SE E222 2Eerrcrki 211.2.2.3 Hoạt động của hệ thống Địa — kỹ thuật đô thị và tai biến ĐC - ĐKTMT 241.2.2.4 Những vấn dé ĐKTMT đô thị - 5-5555 E2E2E22Et2EcEEEEerxzrsree 261.3 CƠ SỞ ĐÁNH GIÁ CÁC TAI BIEN ĐC - ĐKTMT LIEN QUAN DEN XÂYDUNG CÔNG TRINH TREN MAT VÀ KHAI THÁC NƯỚC NGÀM 28

1.3.1 Đánh giá, dự báo sụt lún mặt đất do tác động san lấp nền và xây dựng

công trình bể mặt - + 52+ 9129219 E2E9112102121212121212111111111112111 111 re 281.3.1.1 Dự báo độ lún CHỐI CÙNg 5252 E2 EEEE2EE212E1212221212.cte 28

1.3.1.2 Dự báo lún theo thời gian của nên đất Hà Nội dưới các hoạt động xây

dựng khác ANAU cv KH 29

1.3.2 Đánh giá, dự báo sụt lún mặt đất đo khai thác nước ngầm He, 301.3.2.1 Dự báo độ lún CHỐI CÙNg c5 c5 SE 2E E121 rree 301.3.2.2 Dự báo lún theo thời gian do khai thác nước ngắm -. 31

1.3.3 Phá hủy công trình và ngập lụt thành phó do lún nền dia chit 31

1.3.4 Đánh giá hiện tượng ma sát âm của cọc bê tông cốt thép đo lún nền

CHƯƠNG 2: HE THONG DIA — KỸ THUAT ĐÔ THỊ HÀ NỘI 43

2.1 LICH SỬ HÌNH THÀNH VÀ QUÁ TRÌNH PHAT TRIEN ĐÔ THỊ THÀNH

PHO HA NỘI VÀ CÁC TAI BIEN ĐKTT 2: + s+E‡EE£E+E£ESEEEEEzEeEkrkerkrvee 432.2 PHU HE THONG MOI TRƯỜNG DIA CHAT ĐÔ THỊ HÀ NỘI 442.2.1 Lịch sử phát triển địa chất và đặc điểm chung cấu trúc MTĐCĐT thànhphố Hà Nội - 2 S1 2S 2121921211 21511211112111121111111111111111111111111111 21111 re 44

LINNN/ T7) 8 ng 44

VI 2D) ,.N án N6 nn o'.:5ä44ÁÁÁẼÝŸỶÝỶẢ 45

2.2.1.3 Kiến tạo, tân kiến tạo và chuyển động hiện đại ằĂ.cccẰ 45

2.2.1.4 Cấu trúc địa chất — thạch học scccccccccccccrtrtiirrrtrrrrries 472.2.1.5 Cau trúc địa chất thủủÿ VĂN 5-5255 5222 22121111222 522.2.2 Dac điểm cau trac MTDC theo kha năng ứng xử với các tác động kỹ

2.3.2.2 Đặc điểm tác động từ xây dựng công trình ngâm - 632.4 MTXQ VA TÁC DONG CUA CHUNG DEN MTDC ĐÔ THỊ THÀNH PHO

HA NOL oeeccccccccccccscscsecscsesecscscsvsusecsvscecsvssusacsvsusacessvsucacsvsnsesassvssasavsvsesassvaseeenes 86

2.4.1 Đặc điểm MTXQ (khí quyền, thủy quyền, sinh quyền) tác động đến

MTDC của thành phố Hà Nội - 2-52 52SES22E2EE2EE2187122122121121121 2121 xe 862.4.2 Đặc điểm tác động từ phan sâu của thạch quyền (động dat) đến MTDCthành phố Hà Nội - 22-52 S23 E9EE2EE212EE7121111112121121112101111111112 1.1 xe 87

2.5 KET LUẬN CHUONG 2.0 ceccecececcsssssssesessesscscsuceveuesvescsvsavsnesesvesvsnesvsateveneees 88

CHUONG 3: DANH GIA, DU BAO TAI BIEN DJA CHAT - DIA KỸ THUATMOI TRUONG THÀNH PHO HA NỘI - 2-52 ss+ssessezsezsscsse 893.1 ĐÁNH GIA, DU BAO CAC TAI BIEN DKT LIEN QUAN DEN XÂYDỰNG CONG TRINH TREN MAT VA KHAI THAC NƯỚC NGÀM 89

3.1.1 Đánh giá, dự báo sụt lún mặt đất do tác động san lấp nền va xây dựng

công trình bề mặtt - 2-2 2 £+S2E9EE9EE9E19212112112112171717111211211 2121111111 xe 893.1.1.1 Tính toán dự báo độ lún cuối 2)/1S0007ẼPẼ7Ẽ7ẼAẼe.a 893.1.1.2 Dự báo lún theo thời gian của nên đất Hà Nội dưới các hoạt động xây

18/17/8712; PP nnE 93

3.1.2 Đánh giá, dự báo sụt lún mặt đất đo khai thác nước ngầm Hee 973.1.2.1 Dự báo độ lún cuối CÙng, 5:55: sec E2 2112121121211 973.1.2.2 Dự báo lún theo thời gian do khai thác nước ngâm (thời gian ổn định

TUN, 7D7RPEEERh— eeseeeeaeeesseeeeseeeceseeesseeeesueesesseecseeesseesseseeenaeeenaeees 99

3.1.3 Phá hủy công trình và ngập lụt thành phó do lún nền địa chit 1013.1.3.1 Biến dạng và phá hủy công trình do lún nên địa chất 1013.1.3.2 Ngập lụt thành pho do lún nén địa chất 2-5255 +cccccccccxe 1023.1.4 Đánh giá hiện tượng ma sát âm của cọc bê tông cốt thép do lún nền địa3.2 TAI BIEN DKT LIEN QUAN DEN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH NGÀM107

3.2.1 Tai biến DC - DKTMT trong thi công móng cọc khoan nhồi và cọcbarrette cho nhà cao tẦng ¿5c 9S 9E EEEE1218712111121111211111111 11111111 xe 107

3.2.2 Tai biến Địa chất - Địa kỹ thuật do thi công xây dựng công trình ngầm

3.2.3.2 Các bước tính toán dự ĐảO 5S S223 111111 Ekkksssessssexs 121

3.2.3.3 Đánh giá biến dạng và hư hỏng công trinh.i.cccccceccccecscesceesesess seen 124

VI

3.2.3.4 Kết quả tính toán cho tuyến Metro số 2 với các cau trúc nên điền hình

¬ ._ 126

3.3 ĐÁNH GIÁ VA DU BAO TAI BIEN DC - ĐKTMT DO TÁC ĐỘNG GIỮACÁC YEU TO CUA MTDC VÀ TỪ MTXQ DEN MTĐC 5-5 128

3.3.1 Đánh giá hiện tượng xói mòn mặt đẤt, chư 128

3.3.2 Đánh giá hiện tượng trượt, sat lở mái đỐc :- 5 s +ssce2 130

3.3.3 Đánh giá hiện tượng K arSf - - càng ưệp 131

3.4 KET LUẬN CHƯƠNG 3 ccecsecsscsscssssssssesssssesessessessssissessessessessstissisastaeeseess 137KET LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ, - 2S SE E21 1121112111211 xe cxe 138TÀI LIEU THAM KHẢO - 5-2 5< 5° 5£ SsSs£Ss£S2£SeEseEserseEsesseserssese 141

Vii

DANH MỤC VIET TAT

CHXHCN Cộng hoà xã hội chủ nghĩa

CTN Công trình ngầm

DC - ĐKTMT Dia chất — Địa kỹ thuật môi trường

ĐC -ĐKTMTĐT Dia chất — Địa kỹ thuật môi trường đô thị

ĐCCT Địa chất công trình

ĐCCT - DKT Địa chất công trình - Địa kỹ thuậtĐCĐLCT Địa chất động lực công trình

DCDLNS Dia chat động lực nội sinh

DCTV Dia chat thuy van

ĐKT Dia kỹ thuật

ĐKTĐT Địa kỹ thuật đô thị

ĐKTMT Địa kỹ thuật môi trường

GTCC Giao thông công cộng

HTĐKT Hệ thống địa kỹ thuật

HTKT Hệ thống kỹ thuật

KGN Không gian ngầm

LMĐ Lún mặt đất

MTĐC Môi trường địa chất

MTĐCĐT Môi trường địa chất đô thị

MTXQ Môi trường xung quanhNCS Nghiên cứu sinh

NDĐ Nước dưới đất

TB -DN Tay Bac - Dong Nam

TBDKT Tai biến địa kỹ thuậtTCN Tầng chứa nước

TƯSKT Trường ứng suất kiến tạo

Vili

Uỷ ban nhân dân

Analytical Hierarchy Pricess

Geographic Information System

Shield machine

Tunnel Boring Machine

Urban Rapid Mass Transit

1X

Bảng 2.3 Bang phân chia các phân vị ĐCCT — DKT thành phố Hà Nội (đất mềm dính)

ựẠ.c c.iỶỶỶẳỶẢẳỶẳẳẳiảả 56

Bảng 2.4 Bang phân chia các phân vị DCCT — ĐKT thành phố Hà Nội (đá cứng) 58Bang 2.5 Tổng hợp chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất - ¿5 ++x+cszxe£zxerxzxee 60

Bang 2.6 Bảng đánh giá ứng xử của các phân vị ĐCCT — ĐKTT 61

Bảng 2.7 Bảng đánh giá ĐCCT — DKT cho các kiểu cấu trúc nền thành phố Hà Nội 72Bảng 2.8 Hiện trạng khai thác NDD quy mô trên 200m/ngày - 5: 80

Bảng 2.9 Các trận động đất mạnh đã xảy ra ở Hà Nội trong lich sử - 87Bảng 3.1 Kết quả tinh chiều sâu cắm cừ va áp lực lên tường cừ 111

Bảng 3.2 Kết qua tinh toán chiều sâu ngàm của ctr vào lớp cát bảo đảm an toànbiến dạng thấm -¿- 2-5 +S 9E SEEE19512112112121711121121121121.111 11111121121 E1 xe 116Bang 3.3 Kết qua tính toán chiều sâu ngàm cit va chiều day dư của lớp dat đáy hồđào bảo đảm chống bục đất - +: 2 2s S9SE2E2EEE2EE2121212121217111 21211 crxe 117Bảng 3.4 Biến dạng ngang (trên 1 mim), -2- 2 2+S2E+2E‡EE£EE2EE2EE2EzErrrred 125

Bảng 3.5 Độ lệch tương đối giới hạn gây biến dạng công trình - 125

Bang 3.6 Góc xoay giới han gây biến dạng công trình - 2-s+cs+s+c++: 126

Bang 3.7 Góc xoay cho phép (Gradlenf) ác c1 112v nh rệt 126

Bảng 3.8 Kết quả tính toán lún tại các mặt cắt ham C5, C9 và KX62 127

DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐÒ THỊ

Hình 1.1 Xu hướng đô thị hóa trên thế giới - 2 s+2++c++£z+£+zEczxrzxerxee 7

Hình 1.2 Các thành phần của Mang lưới thông tin tai biến quốc gia 9

Hình 1.3 Cấu trúc của phụ hệ thống kỹ thuật đô thị - 55-552 21Hình 1.4 Các yếu té cơ bản của phụ hệ thống Môi trường địa chat 23

Hình 1.5 Sơ đồ hoạt động của hệ thống Địa kỹ thuật - 5: 24Hình 1.6 Hiện tượng phá hoại của cọc do lực kéo của ma sat âm - 32

Hình 1.7 Mô hình xác định chiều dày lớp phủ giới hạn theo Liszkowski 36

Hình 1.8 Mô hình cột đá tác dụng lên công trình hằm - ¿2 2+s+=z+5+¿ 37Hình 1.9 Sơ đồ phát sinh áp lực đất đá theo lý thuyết một phần - 38

trọng lực của cột GAC Gace cccccccccsccecececscecscscecscscsvsvecscevsssvsesacecacacacacacacavaveveveees 38Hình 1.10 Mô hình vòm ap LUC ccc ccccccssecessecceseceseeceeseeeesseeessaeeseseeeseeeensaees 41Hình 2.1 Ban đồ phân vùng DCCT địa hệ thành phố Hà Nội ty lệ 1:50.000 64

Hình 2.2 Ban đồ phân chia cấu trúc nền thành phô Hà Nội tỷ lệ 1:50.000 70

Hình 2.3 Mặt cắt DCCT địa hệ thành phố Hà Nội - 2-2 22 22 2+2: 71Hình 2.4 Chú giải bản đồ phân vùng cấu trúc nền thành phố Hà Nội 71

Hình 2.5 Bản đồ phân vùng ĐCCT địa hệ và phân chia cấu trúc nền thành phố HàNội tỷ lệ: 1:50 000 2-5 121 2E E1 212112112112127111211211211 2121111111111 1 crrru 73Hình 2.6 Chú giải bản đồ phân vùng ĐCCT địa hệ và phân chia cấu trúc nềnthành phố Hà Nội ¿2-52 9SE2E9EE2EE2E2EE212112111211212111211121112111 111 cxe 74Hình 2.7 Quy hoạch chung Thủ đô Hà Nội đến năm 2030 tầm nhìn 2050 75

Hình 2.8 Bản đồ phân vùng cao độ hiện trạng TP Hà Nội tỷ lệ I:50.000 76

Hình 2.9 Ban đồ phân vùng cốt cao nền TP Hà Nội tỷ lệ 1:50.000 - 71

Hình 2.10 Bản đồ bề day san lap TP Hà Nội ty lệ 1:50.000 -. -+ 78

Hình 2.11 Ban đồ tải trọng các công trình bề mặt TP Hà Nội tỷ lệ 1:50.000 79

Hình 2.12 Sơ đồ vị trí các nhà máy, trạm cấp nước tập trung TP Hà Nội 82

tỷ lệ 1:50.00( 2-52 222222 212212212212112112112112121111211211211212 1111111111121 rau 82Hình 2.13 Bản đồ thủy đăng áp tầng chứa nước Pleistocen - 83

Hình 2.14 Sơ đồ quy hoạch mạng lưới đường sắt đô thị Hà Nội đến 2030 84

Hình 2.15 Mang lưới tàu điện ngầm - Đường sắt đô thị 0 85XI

Hình 3.1 Biểu đồ phân bố ứng suất do san lắp nền 5 +s+5z2s+£szxz£xzs+2 89Hình 3.2 Biểu đồ phân bố ứng suất do tải trọng công trình 5 s¿ 90Hình 3.3 Bản đồ phân vùng dự báo lún mặt đất do tải trọng san lấp nền thành phố

Ha NOI ty 16 1:50.000 1 92

Hình 3.4 Ban đồ phân vùng dự báo lún mặt đất do tải trong công trình trên móng

nông thành phố Hà Nội ty lệ 1:50.000 — Phương án 3 -2- 2 2+5++£zz+zxd 93Hình 3.5 Sơ đồ ứng suất dự báo lún theo thời gian do tải trọng san lap nén 94Hình 3.6 Sơ đồ ứng suất dự báo lún theo thời gian do tải trọng công trình 95

Hình 3.7 Đồ thị độ lún theo thời gian do san lap nền (hỗ khoan KX33) 96

Hình 3.8 Đồ thị độ lún theo thời gian do xây dựng công trình (hố khoan KX33) 96

Hình 3.9 Biểu đồ phân bố ứng suất do khai thác nước ngầm - 2 +: 97

Hình 3.10 Bản đồ phân vùng dự báo lún mặt đất khu vực TP Hà Nội do khai thácnước ngầm tỷ lệ 1:2/5.((00 - + 2 52+ E9SE+E£EE2EEEEEEEEEEEE2EE212121217121171 2211 xe 99Hình 3.11 So đồ ứng suất dự báo lún theo thời gian do khai thác nước ngầm 100Hình 3.12 Đồ thị độ lún theo thời gian do khai thác nước ngầm (hố khoan KX33)

¬— 100

Hình 3.13 Bản đồ phân bố sự cố công trình và ngập lụt thành phố Hà Nội tỷ lệ

1:50.000 0 4 102Hình 3.14 Bản đồ diện phân bó đất yếu TP Hà Nội tỷ lệ 1:25.000 104Hình 3.15 Bản đồ ma sát âm khu vực Đô thị trung tam TP Hà Nội do khai thắc

nước ngầm tỷ lệ 1:2/5.((00 + ¿+52 E9SE+E£EEEE2EEEE2EE2121212121217121121 221 2x 106Hình 3.16 Biéu đồ tính áp lực hông va momen chủ động, bị động lên tường cừ l IIHình 3.17 Tương quan giữa độ lún bề mặt cực đại và chuyển dịch ngang cực đại

của tường (Mana va Clough, 1 98 Í) 2c 1 112111291112 1119 11119 11H vn ệp 113

Hình 3.18 Sơ đồ tinh dự báo cát chảy ¿5 Sc SE E222 tre 115Hình 3.19 Sơ đồ tính toán bục đất - +: + 2+S22E2E22Et2EEEEEEE2E121121121 2E crk 117Hình 3.20 Độ lún thể hiện bằng thể tích - 2-5 22s E+EE2E£EE2EezxeEerxerxez 120

Hình 3.21 Mối tương quan giữa hệ số ôn định và khối lượng giảm thé tích 121

Hình 3.22 Mô hình tinh toán độ lún cho lớp đất dưới lớp dat nền 123

Hình 3.23 Phân tích vùng lún theo chiều sâu 2-5 2+£+2£+E+zs+Eszxezsez 124

Hình 3.24 Diễn giải độ lệch tương đối 2: 2-52 2E+2E‡EE£EE2EE2EE2EzzEcrxrrkd 125

XI

Hình 3.25 Biểu đồ biến dạng lún khi đặt Metro ở độ sâu 21,25 mét (C5) 127Hình 3.26 Biéu đồ biến dang lún khi đặt Metro ở độ sâu 34,85 mét (C5) 128

Hình 3.27 Xói mòn khe rãnh (mái đốc đường giao thông) trên đá phong hóa cát bộtkết hệ tầng Sông Bôi, khu vực Yên Bình, Thạch Thất, Hà Nội (tọa độ: X =21.00221, Y = 105.4785) :- S1 2121212111 11211211211211211121012121212 rau 129

Hình 3.28 Xói mòn khe rãnh trên phần chân của bờ mỏ vật liệu xây dựng trên đáphong hóa cát bột kết hệ tang Sông Bôi, khu vực Yên Bình, Thạch That, Hà Nội

(tọa độ: X = 21.00221,Y = 105.4785) - 252 2E 2112212212121 2121 e6 129

Hình 3.29 Sườn dốc tự nhiên không bị xói mòn nhờ hệ thống thảm thực vật bảo vệ¬ 129

Hình 3.30 Sut, trượt bờ mỏ vật liệu xây dựng trong tram tích hệ tang Si Phay tại xã

Yên Bài, huyện Ba Vi, Hà Nội (tọa độ: X = 21.06263, Y = 105.43755) 130

Hình 3.31 Sụt, trượt bờ mỏ vật liệu xây dựng trong trầm tích hệ tầng Sông Bôi tại

xã Ba Trại, huyện Ba Vi, Hà Nội (tọa độ: X = 21.12018, Y = 105.37184) 130

Hình 3.32 Sat, trượt mái taluy đường giao thông trong trầm tích hệ tang Co Noi tại

xã Yên Bài, huyện Ba Vi, Hà Nội (toa độ: X = 21.06865, Y = 105.43499) 131

Hình 3.33 Da đồ ở mái taluy đường giao thông trong hệ tầng Sông Béi tai xã Ba

Trại, huyện Ba Vi, Ha Nội (tọa độ: X = 21.12018, Y = 105.37184) 131

Hình 3.34 Ban đồ phân bố đứt gãy khu vực My Đức — Chương Mỹ - Quốc Oai

(Bản đồ giải đoán ảnh viễn thám)), ¿25225 22E2E£EEE2E2321212121112121 12 xe 133

Hình 3.35 Hồ sụt Karst tại xã Hợp Thành, huyện Mỹ Đức (ngày 19-5-2018) 136

Hình 3.36 Hồ sụt Karst tại thôn Hòa Lạc, xã An Tiến, huyện Mỹ Đức (ngày

12-4-Hình 3.37 Sơ đồ đánh giá phát triển Karst thành phó Hà Nội tỷ lệ 1:50.000 137

xiii

MỞ ĐẦU1 Lý do chọn đề tài

Trong lịch sử phát triển của loài người, sự ra đời và phát triển các đô thị với

quy mô lớn, đặc điểm kiến trúc và mức độ hiện đại khác nhau Chúng đã tác độngvào MTĐC gây ra nhiều hậu quả đến môi trường sinh thái và cuộc sống bình yêncủa con người Lý thuyết hệ thống được xem như kim chỉ nam cho phát triển bềnvững đô thị Lý thuyết này đã phân chia hệ thống ĐKTĐT thành 3 hợp phần

MTDC, HTKT và MTXQ Chúng là một hệ động, luôn tương tác với nhau làm phátsinh nhiều quá trình tai biến DC, DKT, DKTMT Nhiều trường hợp, các tai biến

phát triển đan xen, đồng thời với nhau, trong luận án xếp chung tất cả các loại hìnhtai biến do quá trình đô thị hóa là tai biến ĐC - ĐKTMT đô thị.

Tai biến ĐC - ĐKTMT đô thị là các quá trình và hiện tượng xuất hiện trongphụ hệ thống MTDC hoặc phụ hệ thống kỹ thuật đô thị do hoạt động tương tác giữa

các hợp phan trong hệ thong ĐKT và giữa các hợp phan của hệ thong DKT với môitrường xung quanh, có thé de doa trạng thái hoạt động bình thường của hệ thốngPKT đô thị hoặc con người, môi trường sống và môi trường xung quanh.

Hà Nội trải qua nhiều giai đoạn phát triển có điều kiện địa chất, địa chất côngtrình — địa kỹ thuật môi trường khá phức tạp có nguy cơ phát sinh và phát triển cáctai biến ĐC - ĐKTMT đô thị như địa chất nội sinh, lún mặt đất, sụt Karst, cát chảy,

xói ngầm, hóa lỏng, ung ngập, lún — nứt phá hủy công trình, ăn mòn điện hóa côngtrình, ô nhiễm môi trường, nhất là trong điều kiện biến đổi khí hậu hiện nay như:biến động nhiệt, lượng mưa, lượng bốc hơi,

Hà Nội đã được chính phủ ra quyết định mở rộng và quy hoạch chung xâydựng Thủ đô đến năm 2030 và tầm nhìn đến năm 2050 (Số 1259/QĐ-TTg ngày26/7/2011) nhằm xây dựng Thủ đô Hà Nội văn minh, hiện đại, phát triển bền vững

và hai hòa.

Như vậy, Hà Nội sẽ bước vào giai đoạn phát triển mới có quy mô rất lớn và

hiện đại, đồng thời cũng tác động vào MTDC rat đa dạng, phức tạp và sâu sắc.

Công tác xây dựng sẽ hình thành nên các mặt băng mới, xây dựng khu đô thị, khucông nghiệp, dịch vụ du lịch và phát triển các lĩnh vực kinh tế, từ đó làm thay đổi bề

mặt địa hình, cảnh quan môi trường và khai phá MTĐC ở các mức độ sâu khác

nhau Hoạt động khai thác kinh tế lãnh thé phục vụ phát triển thủ đô cũng sẽ diễn ra

với quy mô lớn và mạnh mẽ hơn Sự tương tác giữa HTKT, MTXQ vào MTĐC làm

thay đổi trạng thái của MTDC, kết quả sẽ phát sinh và phát triển nhiều quá trình tai

1

biến DC - DKTMT với quy mô lớn hơn và tốc độ mạnh hơn nhiều, đe dọa cuộcsống bình thường, tác động xấu đến môi trường sinh thái và an sinh xã hội.

Đề phát triển Hà Nội bền vững, cần nghiên cứu đồng bộ trong nhiều lĩnh vựckhác nhau phục vụ cho triển khai xây dựng Trước hết lĩnh vực DCCT - DKT cần

tiến hành nghiên cứu lập hệ thống cơ sở dữ liệu về DC — DKTMT, vận dụng lý

thuyết mới làm sáng tỏ va dự báo các tai biến ĐC — DKTMT, đồng thời phòng

chống hậu quả của chúng một cách hiệu quả nhất Tất cả mọi vấn đề liên quan đến

đô thị hóa tác động vào MTĐC và các tai biến của chúng cần được nghiên cứu làmsáng tỏ trên cơ sở lý thuyết hệ thống, đánh giá dự báo chúng phát triển theo khônggian và thời gian, điều khiển sự vận động của chúng làm hạn chế các tác hại đến sự

phát triển của thủ đô.

Đó là lý do NCS chọn đề tài luận án: “Nghiên cứu đánh giá và dự báo taibiến địa chất — địa kỹ thuật môi trường đô thị, áp dụng cho thành phố Hà Nội°.

2 Mục tiêu nghiên cứu

Nghiên cứu cơ sở lý thuyết và phương pháp đánh giá, dự báo tai biến DC

-ĐKTMT đô thi, áp dụng cho thành phố Hà Nội.

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu3.1 Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là hệ thống Địa - Kỹ thuật đô thị Hà Nội (Hệthống tương tác giữa hạ tầng đô thị với MTĐC), cấu trúc, tính chất, hoạt động củahệ thống và các tai biến DC - ĐKTMT tương ứng liên quan.

3.2 Phạm vi nghiên cứuPhạm vi không gian:

Hà Nội mới theo Quyết định số 1259/QĐ-TTg ngày 26 tháng 7 năm 2011

Chiều sâu nghiên cứu:

+ Vùng trầm tích Đệ tứ, chiều sâu nghiên cứu đến hết tầng cuội sỏi (khoảng

+ Vùng đồi nui, chiều sâu nghiên cứu hết tang phong hóa (khoảng 20-30m).

+ Các vùng ven rìa có điều kiện ĐKTMT đặc biệt (Karst), chiều sâu nghiêncứu là chiều sâu phát triển tai biến (khoảng 60-70m).

Giới hạn nghiên cứu:

Tập trung nghiên cứu các tai biến do xây dựng công trình trên mặt, côngtrình ngầm, khai thác nước dưới đất, tai biến ngoại sinh Hạn chế không nghiên

cứu một sô tai biên do đã có dé tài khác đang thực hiện như nghiên cứu bôi tu, xói

lở bờ sông, các hiện tượng biến dạng thấm bao gồm xói ngầm, cát chảy, phá hủynền đê Đề tài cũng không nghiên cứu tai biến liên quan đến động đất và tác độngcủa các tải trọng động vì đây là vấn đề rất lớn, cơ sở tài liệu và thời gian không

cho phép thực hiện.

4 Nội dung nghiên cứu

- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết hệ thống Địa - kỹ thuật đô thị, bao gồm cấu trúc,

tính chất, hoạt động va trạng thai của hệ thống, các tai biến ĐKTMT;

- Nghiên cứu xây dựng phương pháp luận và lựa chọn phương pháp đánh giá

va dự báo tai biến DC - ĐKTMT đô thị;

- Nghiên cứu phân tích các đặc điểm DCCT địa hệ và cấu trúc nền địa chat

- Tiếp cận hệ thống: Tiếp cận vấn đề nghiên cứu theo quan điểm hệ thống với

khái niệm hệ thống ĐKT đô thị.

- Tiếp cận môi trường sinh thái và phát triển bền vững: Đô thị được coi như

một hệ sinh thái cao cấp, hệ sinh thái này phải đảm bảo tính bền vững trong mọiđiều kiện hoạt động.

- Tiếp cận tổng hợp (kế thừa — phát triển — áp dụng): Kế thừa các tiêu chuẩn,

quy chuẩn, những hướng dẫn kỹ thuật, những kết quả nghiên cứu cơ bản có liên

quan (trong và ngoài nước).

6 Phương pháp nghiên cứu

Dé giải quyết các mục tiêu và nội dung nghiên cứu nêu trên, đề tài sử dungtổng hợp các phương pháp nghiên cứu sau đây:

- Phương pháp thu thập, phân tích và hệ thống hóa dữ liệu;

- Phương pháp phân tích ảnh viễn thám;

- Phương pháp điều tra, thị sát hiện trường;

- Phương pháp GIS và bản đồ;

- Phương pháp mô hình và tính toán.

7 Luận điểm bảo vệ

Dé đi tới mục tiêu đặt ra, các kết quả nghiên cứu của dé tài luận án cho phépđưa ra hai luận điểm bảo vệ:

1 MTDC đô thị Hà Nội ở tỷ lệ 1:50.000 được phân chia theo 2 vùng DCCT, 5

kiểu cấu trúc nền và 18 phụ kiểu thuộc trầm tích Đệ tứ, 5 kiểu cấu trúc nền đá cứngtheo các tiêu chí tương ứng phân chia cấp bậc hệ thống, chúng được thê hiện trênbản đồ phân chia cấu trúc nền thành phố Hà Nội phục vụ cho đánh giá tính nhạy

cảm của MTĐC với các tác động từ hệ thống kỹ thuật đô thị và MTXQ.

2 Các tai biến DC - DKTMT thành phố Hà Nội phát sinh do tương tác giữa

phụ hệ thống kỹ thuật đô thị với MTDC và MTXQ, phát triển theo quy luật phânbố không gian và thời gian được phan ánh trên các bản đồ phân bố tai biến DC —

ĐKTMT thành phố Hà Nội, bao gồm: Sut lún mặt đất do các nguyên nhân san lấp

nền, tải trọng công trình, khai thác nước dưới đất; các tai biến liên quan đến xâydựng công trình ngầm; hiện tượng ma sát âm; Karst.

8 Những điểm mới khoa học

- Tai biến ĐC — DKTMT, phân vùng cấu trúc nền địa chất cũng như các tác

động từ HTKT đô thị và MTXQ đến MTĐC được nghiên cứu đánh giá và hệ thốnghóa trên cơ sở của lý thuyết hệ thống.

- Ban đồ phân vùng cấu trúc nền thành phố Hà Nội ty lệ 1:50.000 lần đầu tiênđược thành lập, là cơ sở tốt cho những nghiên cứu đánh giá tai biến DC - DKTMTphục vụ phát triển bền vững đô thị.

- Các tai biến ĐC — ĐKTMT thành phố Hà Nội đã được luận án nghiên cứu,trong đó đi sâu đánh giá, dự báo lún mặt đất do tải trọng san lấp, tải trọng từ cáccông trình bề mặt, do khai thác nước ngầm và kết quả đã được thể hiện trên các bảnđồ, là cơ sở tốt cho công tác quy hoạch xây dựng, phòng chống tai biến và khai thác

sử dụng hợp lý MTĐC đô thị.

9 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án1 Về ý nghĩa khoa học:

Đề tài góp phần bổ sung về cơ sở lý thuyết và phương pháp luận cho một

hướng nghiên cứu mới “Dia kỹ thuật môi trường” ở Việt Nam.

2 Vẻ ý nghĩa thực tiễn:

Kết quả của đề tài là tài liệu khoa học làm cơ sở cho các cơ quan hữu quantriển khai các công tác khảo sát, quy hoạch, thiết kế xây dựng lồng ghép với phòng

tránh tai biến và bảo vệ môi trường, phát triển bền vững, cũng như chiến lược quan

ly và khai thác tài nguyên hiệu quả trên địa ban Hà Nội.10 Cơ sở tài liệu

- Các bản đồ và tài liệu về Địa chất tại Trung tâm Thông tin Lưu trữ và Tạpchí Địa chất, Liên đoàn Ban đồ Địa chất Miền Bắc, Liên đoàn Ban dé Địa chất vàKhoáng sản Biên.

- Tài liệu quan trắc hạ thấp mực nước tại Trung tâm Quy hoạch và Điều tra

Tài nguyên nước Quốc gia (số liệu 2005-7/2017).

- Tài liệu khảo sát Địa chất công trình tại Công ty CP KS Địa chất và Xử lýNền móng Công trình, Công ty CP Đầu tư và Hạ tầng Bắc Việt, Trung tâm nghiên

cứu Dia kỹ thuật — Trường Dai học Mỏ Dia chất,

- Nguồn tai liệu quan trọng khác là kết quả triển khai nghiên cứu của dé tài

trọng điểm thành phố Hà Nội mã số: 01C-04/01-2016-3 do PGS.TSKH Trần MạnhLiều chủ trì mà tác giả là thành viên trực tiếp tham gia;

- Ngoài ra luận án kế thừa toàn bộ các tài liệu đã nghiên cứu.11 Cấu trúc luận án

Nội dung luận án được cấu trúc như sau:

Mở đầu

Chương 1: Cơ sở khoa học nghiên cứu đánh giá, dự báo tai biến DC —

DKTMT đô thị

Chương 2: Hệ thống Địa — kỹ thuật đô thị Hà Nội

Chương 3: Đánh giá, dự báo tai biến Dia chất — Địa kỹ thuật môi trườngthành phố Hà Nội

Kết luận và kiến nghị

Danh mục tài liệu tham khảoPhụ lục

CHUONG 1: CƠ SỞ KHOA HỌC NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIA, DU BAO TAIBIEN DC - DKTMT ĐÔ THI

1.1 TONG QUAN VE QUA TRINH DO THI HOA, TAC DONG CUA CON NGUOITU CAC HOAT DONG KINH TE - XAY DUNG DEN MOI TRUONG DIA CHAT.

1.1.1 Tống quan về lich sử đô thị hóa

Trong lịch sử phát triển thế giới, sau các cuộc cách mạng công nghiệp, loài

người đã xây dung 6 ạt nhiều thành phố lớn Tác động của hoạt động xây dựng vàkhai thác kinh tế lãnh thé phụ thuộc vào kỹ thuật công nghệ, trình độ sản xuất, quy

mô của kinh tế và công nghiệp sẽ tác động khác nhau vào môi trường địa chất.

Thời kỳ phong kiến trở về trước loài người chủ yếu là sản xuất nông nghiệp,lao động thủ công nên ít gây ra tác động đến môi trường, hầu như không làm thayđối chất lượng môi trường.

Chỉ từ nửa sau của Thế kỷ 20, khi phải động chạm đến nguy cơ cạn kiệt tài

nguyên, cũng như phát sinh hàng loạt các dấu hiệu về khủng hoảng môi trường toàn

cầu, thì loài người mới nghĩ đến vấn đề sinh thái cho sự phát triển của mình, nghĩđến sự cần thiết phải đổi mới một cách cơ bản trong tư duy, trong hành động, để

tiến đến mục tiêu phát triển bền vững.

Do tập trung dân số, các tòa nhà, cơ sở hạ tầng và các hoạt động kinh tế vàocác khu vực nhỏ, sự tương tác lớn hơn giữa các yêu tố đô thị khác nhau cùng tồn tạitạo ra các chỉ số dé bị tôn thương cao hơn so với các yếu tố tương tự lan truyền rộngrãi trong môi trường nông thôn Hiệu ứng cấp số nhân xảy ra ở khu vực thành thị vàdo đó, tén thất do tai biến thường nghiêm trọng hơn nhiều so với ở khu vực nôngthôn Vì lý do này, hơn bao giờ hết, các vấn đề về quy hoạch đô thị và quản lý thảm

họa rất quan trọng trong việc đảm bảo các điều kiện xã hội, kinh tế và môi trường

đầy đủ [104].

Các dấu mốc lớn như là các cuộc hội nghị về môi trường: Hội nghị tạiStockhom — Thụy Điển (1972), tại Rio de Janero — Brazin (1992), tại Nam Phi(2002) gần 200 Quốc gia đã đưa ra các nghị định, các chương trình về môi trườngtoàn cầu, bảo vệ môi trường và phát triển bền vững.

Cũng chính từ đó các ngành khoa học có liên quan đã nhanh chóng cấu trúc lạicác nhiệm vụ của mình, lồng ghép với các van đề sinh thái, môi trường, tài nguyênvà xuất hiện nhiều hướng khoa hoc mới, trong đó có Dia kỹ thuật - môi trường.

Về bản chất, các vấn đề môi trường (bao gồm cả sinh thái, tài nguyén, ) phát

sinh do hệ thống tương tác giữa “Tổ hợp các hoạt động kỹ thuật, kinh tế và xã hội

của con người (gọi tắt là hệ thống kỹ thuật) với môi trường địa chất” hoạt động lâu

dài trong cơ chế không tối ưu Hay nói cách khác, các vấn đề môi trường phát sinhdo không tính đến hoặc không tính hết các tác động tự nhiên, các tác động nhânsinh từ công trình đến môi trường địa chất và môi trường xung quanh (MTXQ làsinh quyền, khí quyền, thuỷ quyền và phan sâu của thạch quyền có tác động qua laivới hệ thống kỹ thuật và MTDC), làm thay đổi cấu trúc, tính chất, chức năng củamôi trường địa chất và công trình theo chiều hướng xấu, xét từ góc độ môi trường.

Cần thiết phải đi sâu nghiên cứu điều kiện, nguyên nhân, cơ chế, quy luậtphat sinh và phát triển tai biến DC - DKTMTDT, đánh giá, dự báo và phòng

chống chúng Do đó cần phải phân tích cơ sở lý thuyết giải quyết các vấn đề tai

biến DC - DKTMTDT và tổng quan các kết quả nghiên cứu tai biến DC - ĐKTMTĐT,từ đó định hướng nghiên cứu cho đề tài.

1.1.2 Tổng quan về tình hình nghiên cứu tai biến ĐC - ĐKTMT

1.1.2.1 Nghiên cứu trên thé giới

Theo dự báo của Liên Hợp Quốc năm 1996, vào đầu thế kỷ XXI, một nửa dânsố thế gidi SẼ sống và làm việc ở khu vực thành thị Cũng theo dự đoán, tỷ lệ người

dân thành thi sẽ tiếp tục tăng trong thời gian thế kỷ XXI (hình 1.1).

Hình 1.1 Xu hướng đô thi hóa trên thé giới [109]

Nhiều tác giả khác phân loại tai biến thành ba nhóm theo bản chất của chúng:

Tai biến công nghệ, tai biến thiên nhiên, tai biến nhân sinh gây ra bởi sự thay đổi

môi trường của con người.

Trong vấn đề ứng phó và quản lý tai biến ở các đô thị nói chung, như

Mitchell đã chỉ ra một thực tế rằng, cho đến gần đây quản lý tai biến đang có xu

7

hướng được coi là các thực thể riêng biệt là chưa hợp lý Quản lý thiên tai phải

bao gồm một nỗ lực có tổ chức dé giảm thiểu, chuẩn bị, ứng phó và khắc phục sauthảm họa [102].

Tai biến địa chất - Địa kỹ thuật môi trường có nhiều điều kiện và khả năng lớntiếp tục xảy ra trong tương lai Ví dụ, nhiều thành phố trên thế giới nằm trong các khuvực động đất hoặc các thành phố ven biển dễ dàng bị tấn công bởi lốc xoáy, nước

biển dâng, triều cường, xói lở bờ biển, sóng thần; hoặc khi thành phố mở rong ra cáckhu vực trũng thấp, dễ bị ngập lụt, khu vực khô hạn vả sườn đổi dễ bị hỏa hoạn, cháy

rừng Tăng trưởng đô thị cũng có thể đe dọa các hệ sinh thái vốn có Động đất đã gây

ra một số thảm họa lớn nhất trong thời gian gần đây như: trận động đất ở Haiti năm

2010 đã giết chết hơn 220.000 người; thiệt hại do trận động đất Kobe năm 1995 tại

Nhật Bản lên tới hơn 100 tỷ USD Lũ lụt là dang tai biến phổ biến và nguy hiểm ở

nhiều thanh phố Tai thủ đô Jakarta của Indonesia, lũ lụt vào thang | năm 2013 đã

khiến hơn 14.000 người phải đi dời, thiệt hại về nhà cửa và gián đoạn hoạt động kinhdoanh trong nhiều tuần lễ, thiệt hại khoảng 1 tỷ đô la Mỹ [107].

Hiện đã có những sáng kiến liên quan đến việc thiết kế các mạng như Mạng

thông tin thiên tai quốc gia (NDIN) ở Mỹ Mục tiêu của NDIN trước tiên là thiếtlập một mạng thông tin thảm họa ở Mỹ và sau đó là liên kết nó với các mạng

tương tự ở các quốc gia khác [101] Hình 1.2 đưa ra gợi ý về các thành viên trongMạng lưới thông tin thiên tai để xác định người dùng tiềm năng và nhu cầu đữ liệu

của họ, vì nhu cầu thông tin về thảm họa mà người dùng có nhu cầu khác nhau thayđổi đáng ké.

Theo đánh giá của các nhà nghiên cứu, châu Á là nơi xung yếu trên bản đồ taibiến toàn cầu.

Thế giới dang dan trở nên đô thị hơn [100], mặc dù, ty lệ đô thị hóa khác nhautrên toàn thế giới Mức độ đô thị hóa cao hơn nhiều ở các nước như Mỹ và Anh so

với Trung Quốc, An Độ hay Việt Nam, nhưng tỷ lệ đô thị hóa hàng năm thì chậm

hơn nhiều Phần lớn tăng trưởng đô thị của châu Á xảy ra tại bảy quốc gia đang pháttriển: Bangladesh, Trung Quốc, Ấn Độ, Indonesia, Pakistan, Philippines và Việt

Nam [99] Nhiều người coi đô thị hóa là một quá trình không thể đảo ngược và dođó, lỗ hong đô thị trở thành hiện thực.

Surjan va Shaw tóm tắt các yếu tố cơ bản làm cho rủi ro đô thị tăng bao

Khu vực tư nhân

Cơ quan kế hoạch kinh tế

Cơ quan quy hoạch đô thị

Ủy ban khẩn cấp

Hình 1.2 Các thành phần của Mạng lưới thông tin tai biến quốc gia [101]

gồm: dân số đô thị, cấu trúc đô thị và quy hoạch đô thị, hình thái đô thị, sự phụ

thuộc đô thị vào khu vực nông thôn, tính ưu việt của đô thị, định cư không chính

thức đô thị, mất cân đối kinh tế đô thị, dịch vụ đô thị, môi trường đô thị và quản lý

đô thị [106,108].

Phục vụ cho phát triển bền vững, phòng chống các tai biến DC - ĐKTMT ởcác đô thị trên thế giới, các nước có cách tiếp cận và các bước nghiên cứu khácnhau Mục tiêu chung là xây dựng được bản đồ quy hoạch tổng thể chỉ tiết chotừng thành phố, với quy mô phát triển tương ứng phục vụ cho phát triển kinh tếxã hội và bảo vệ môi trường thiên nhiên, đề phòng giảm thiểu các tai biến Ở các

nước như Liên Xô, Trung Quốc, người ta xây dựng hệ thống các cơ sở dit liệu về

môi trường địa chất và thé hiện trên các bản đồ DC, ĐCCT, DCTV, DCMT phảnánh các đặc điểm của MTĐC với các tỷ lệ khác nhau phục vụ cho các giai đoạn

thiết kế xây dựng đô thị Ở các nước khác như Mỹ, Anh, Pháp, Đức, Nhật Bản,

công tác quy hoạch được dựa trên nền tảng của nghiên cứu địa chất và điều kiệntự nhiên Bước tiếp theo khi đi vào quy hoạch chỉ tiết và xây dựng công trình cụthé mới chú ý nghiên cứu DCCT - DKT cụ thé hơn Trong những năm gan đây,

ở Nga đã xây dựng các bản đồ DCMT, DKTMT đánh giá tổng hợp các yếu tố

của MTĐC, hoạt động kinh tế - xây dựng, MTXQ đến cường độ phát triển tai

biến và đánh giá tổn hại kinh tế do từng loại hình tai biến gây ra cho đô thị.

Nhiều nước khác trên thế giới như Mỹ, Anh, Pháp, Đức, Thụy Điển, Canada,

Nhật, Trung Quốc, Hàn Quốc, Hồng Kông, cũng có những nghiên cứu đánh giáthiệt hại do tai biến ĐKTMT gây ra.

Để đánh giá, dự báo rủi ro tai biến DC - ĐKTMT, từng lĩnh vực khoa học cầnnghiên cứu chuyên sâu cho từng loại hình tai biến đó Ngành địa chất, địa chất công

trình, địa kỹ thuật môi trường cần nghiên cứu các dạng tai biến như trượt, sạt lở,

sườn dốc, mái đốc, xói mòn, xâm thực và bồi lắng bờ sông, bờ biển, sụt lún mặt đấtdo Karst, do khai thác nước ngầm, khai thác hầm lò, xây dựng ngầm, các hiện tượng

địa chất, địa kỹ thuật môi trường khác như ô nhiễm nguồn nước, ô nhiễm đất và

không khí do các hoạt động công nghiệp, xây dựng và sinh hoạt gây ra.

Các hướng nghiên cứu chính bao gồm:

- Cơ sở lý thuyết phân tích sự hình thành, cơ chế, nguyên nhân phát sinh, pháttriển của các dạng tai biến;

- Các nội dung nghiên cứu cần thực hiện dé đánh giá và dự báo;

- Các phương pháp nghiên cứu đánh giá, dự báo;

- Kết quả áp dụng các phương pháp nghiên cứu thực hiện các nội dung nghiên

phải đánh giá được quy mô, cường độ, tốc độ phát triển của các tai biến, tìm ra các

quy luật đặc trưng về sự phát triển tai biến DC —- DKTMT của lãnh thé đó;

- Các giải pháp khoa học công nghệ phòng chống tai biến, bảo vệ đô thị.Dưới đây là một số nghiên cứu tai biến trên thế giới:

* Nghiên cứu trượt lở:

Nghiên cứu tai biến trượt lở trên thế giới đã được các nhà khoa học Nga,Liên Xô (cũ), các nhà nghiên cứu Pháp, Đức, Thụy Sỹ, Ấn Độ, Nhật Bản, Trung

Quốc quan tâm với các nghiên cứu tại các vùng núi Alps, Kavkaz, Kacpav, cácvùng khí hậu khô hạn như Trung Á, Đông Á, các khu vực Bắc Mỹ và Trung Mỹ.

Sự kiện quan trọng nhất là Liên Hợp Quốc công bố Thập niên Quốc tế Giảmthiểu Tai biến Thiên nhiên.

Nước Mỹ đã có nhiều công trình nghiên cứu về trượt lở ở các vùng khác nhauvà ứng dụng nhiều tiến bộ khoa học dé phòng chống trượt, bảo vệ môi trường Tại

Liên Xô (cũ) và Liên bang Nga ngày nay nghiên cứu trượt lở đã được phát triển rấtmạnh mẽ Nghiên cứu trượt lở theo hướng tổng hợp bao gồm nghiên cứu lý thuyết

về việc phân loại, cơ chế, nguyên nhân, động lực và quy luật phát triển trượt,phương pháp đánh giá, dự báo, quan trắc trượt, phân vùng trượt.

Ngày nay trên thé giới các nghiên cứu trượt được tập trung vào nghiên cứu

quan trắc, phân tích, dự báo, đánh giá rủi ro trượt, thiết kế các giải pháp khoa họccông nghệ dé phòng chống, bảo vệ ôn định bờ dốc (Nga, Mỹ, Trung Quốc, NhậtBản, Pháp, Đức, Thụy Điển, Hàn Quốc, Hồng Kông )

10

* Nghiên cứu sụt lún mặt đất do khai thác nước ngầm:Tình hình sụt lún mặt dat do khai thác NDP trên thé giới:

NDD là nguồn tài nguyên vô cùng quý giá đối với mọi Quốc gia và là nhucầu cấp bách cho nhiều mục đích khác nhau như cung cấp nước cho sinh hoạt,cho công nghiệp, cho tưới tiéu, Tuy nhiên, nếu khai thác NDD có trữ lượng lớnvượt quá trạng thái cân bằng của các tầng chứa nước sẽ gây ra sự hạ thấp mực

nước dẫn tới hiện tượng sụt lún mặt đất Vấn đề lún mặt đất đã xảy ra 0 nhiéuQuốc gia trên thé giới, đôi khi trở thành thảm hoa, gây thiệt hại về kinh tế cũng

như môi trường sinh thái.

Một trong những vùng xảy ra sụt lún mặt đất mãnh liệt trên thế giới do khai thácnước dưới đất như thành phố Venice (Italia) Thành phó nổi tiếng trên thế giới này đãbi sóng biển đe đọa gây ngập lụt do sụt lún mặt đất trong giai đoạn 1930 — 1973,nguyên nhân chủ yếu do bơm khai thác NDD phục vụ cho công nghiệp tại vùng

nằm cách xa cảng chính Marghera chừng 7km.

Nhiều vùng ở thành phố Mexico bị sụt lun, có chỗ lên tới 8m từ khi hút nước

với lưu lượng lớn vào năm 1938.

Khai thác NDĐ phục vụ cho tưới tiêu ở vùng thung lũng San Joaquin, bang

California gây ra sụt lún tong cộng chừng 8.5m và tốc độ lún chừng 0.55m/năm Ty lệ

sụt lún chừng 60cm/10m hạ thấp mực NDD tại vùng tây Fresno và 40cm/10m hạ thấpmực nước tại vùng Nam Tulare.

Hiện tượng sụt lún điển hình do khai thác nước ở Châu Á là các nước công

nghiệp phát triển Sự lún mặt đất lớn nhất quan sát được tại thành phố Tokyo và

Osaka (Nhật Bản) là 3-4m vào những năm 1928 -1943 Sụt lún mặt đất do khai

thác NDĐ xảy ra ở nhiều thành phố lớn như Thượng Hải, Bắc Kinh (Trung

Quốc) gây ra biến dạng nhiều công trình, Bangkok (Thái Lan) hình thành sụt lún

và nứt nẻ các công trình và hệ thống đường cao tốc Theo báo An ninh thé giới,

số 1910, ngày 18/9/2019, Tổng thống Indonesia Joko Widodo (Jokowi) đã quyết

định chuyền thủ đô từ Jakarta đến đông Kalimantan với ly do thiếu nguồn nướctự nhiên, ô nhiễm nặng và đang chìm dần xuống so với mực nước biển do khai

thác mực nước ngầm quá mức và do biến đổi khí hậu.

Thấy rõ nguy cơ việc khai thác NDD bắt hợp lý nên nhiều nước trên thế giớiđã tiến hành nghiên cứu hiện tượng này một cách bài bản có hệ thống với hàng vàichục năm quan trắc liên tục Những nước đã đạt nhiều thành tựu trong công tác

nghiên cứu phải kể đến như Mỹ, Nhật Bản, Mexico, Trung Quéc, sẻ

11

- Các hướng nghiên cứu về sụt lún mặt đất do khai thác nước ngầm chủ yếu lànghiên cứu dự báo cường độ và tốc độ của quá trình sụt lún mặt đất Dựa trênnguyên lý ứng suất hiệu quả của K.Terzaghi người ta xây dựng các mô hình tínhtoán, dự báo sụt lún mặt đất do khai thác nước ngầm thông qua mô hình thủy độnglực 3 chiều đánh giá sự hạ thấp mực nước theo thời gian và mô hình cố kết thắm củađất dé dự báo Các nghiên cứu dự báo đã được xây dựng thành các phần mềm

thương mại theo lý thuyết phần tử hữu hạn hoặc theo lý thuyết sai phân hữu hạn,

phần mềm GEOSLOPE (Canada), MODFLOW (Mỹ) Đồng thời các nghiên cứuxây dựng hệ thống quan trắc và xử lý số liệu phân tích lún và áp lực nước lỗ rỗng

cũng được tiến hành ở nhiều thành phố khác nhau.* Nghiên cứu tai biến do Karst:

Karst được phát triển ở những vùng có phân bố các đá hòa tan như đá vôi,dolomite, đá phan, đá macnơ, thạch cao, anhidrit, muối mỏ và mudi kali, nên các

nghiên cứu chủ yếu tập trung ở những nước có mặt các loại đó Các nghiên cứubao gồm nguyên nhân, điều kiện, quy luật phát triển Karst, các giải pháp phòngchống tai biến Karst ảnh hưởng đến các hoạt động xây dựng và phát triển kinh tế,

bảo vệ môi trường.

* Nghiên cứu tai biến do động đất:

- Tình hình động đất xảy ra trên thế giới:

Động đất là hiện tượng dung động của vỏ trái đất xảy ra tương đối nhiều ở trên

vùng vành đai động đất, núi lửa của thế giới, hàng năm thường xảy ra tới 10.000

trận động đất Trong số đó có một số trận động đất lên tới cấp 10 — 11, gây ra những

tai họa khủng khiếp cho loài người Động đất năm 1737 ở thành phố Calcutta gây rathiệt hại trên 300.000 người Động đất ở Lisbon năm 1975 cấp 9-10 phá hủy hoàn

toàn thành phố và 60.000 người chết Động đất năm 1923 xảy ra ở Tokyo vàYocogamy gây ra phá hủy khủng khiếp các tòa nhà và công trình của thành phó,

riêng thành phố Tokyo đã chết trên 100.000 người Động đất năm 1976 tại Đường

Sơn (Trung Quốc) gây thiệt hại khoảng 250.000 người chết Động đất và sóng thầnở Indonesia năm 2004 cường độ 9,3 độ richter kéo theo sóng thần ngoài khơi đảoSumatra gây thiệt hại trên 220.000 người Năm 2008 động đất xảy ra tại Tứ Xuyên(Trung Quốc) gây thiệt hại 87.000 người Động đất ở Valdivia năm 1960 ở Chilecường độ 9,4-9,6 độ richter gây sóng thần ảnh hưởng đến tận Hawaii, Nhật Bản,

Philippines, Newzealand, Australia gây thiệt hại trên 1.000 người Động đất tại

Nhật Bản năm 2011 cường độ 9,0 độ richter gây sóng thần, phá hủy hoàn toàn cácthị tran doc bờ biển cướp đi sinh mạng khoảng 20.000 người.

12

- Các nghiên cứu động đất hiện nay tập trung phát triển hệ thống quan trắc

chấn động của mặt đất (các trạm địa chan), hé thống quan trắc sóng thần, nghiên

cứu dự báo thời gian và độ lớn của các trận động đất xảy ra, xây dựng các tiêu

chuẩn khảo sát, thiết kế phòng chống động dat, đặc biệt là nghiên cứu mô hình mô

phỏng dao động của nền dat và công trình Đồng thời các nhà khoa học cũng chú ý

nghiên cứu các giải pháp ứng phó khẩn cấp dé giảm thiéu thiệt hại do động đất gâyra Các nước nghiên cứu tương đối toàn diện về động đất là Mỹ, Nhật Bản, Nga,Trung Quốc, Đài Loan, Hồng Kông.

Ngoài ra các tai biến liên quan đến xây dựng công trình và khai thác kinh tế

lãnh thé các đô thị đa dang và phức tạp phụ thuộc vào điều kiện ĐCCT, phương pháptính toán thiết kế, công nghệ thi công được tổng kết trong các sách chuyên khảo, các

tạp chí chuyên ngành, tài liệu tại các hội nghị khoa học và hội thảo quốc tế.

1.1.2.2 Nghiên cứu ở Việt Nam

Nghiên cứu ĐKTMT Đô thị đã được các nhà nghiên cứu ĐCCT ở Việt Nam đi

sâu nghiên cứu theo các hướng khác nhau từ các vấn đề ĐKTMT chung đến các vấnđề ĐKTMT chuyên sâu theo các lĩnh vực khác nhau.

* Nghiên cứu các van dé Dia kỹ thuật môi trường chung của đô thị:

Về lý thuyết chung DKTMT đô thị còn ít được giới thiệu, mặc dù có trong báo

cáo của Trần Mạnh Liêu, Đoàn Thế Tường, trong tạp chí Địa kỹ thuật (2000) trình

bày đối tượng, mục tiêu, nội dung, phương pháp nghiên cứu.

Chương trình địa chất đô thị của Tổng cục Địa chất và Khoáng sản Việt Namđã triển khai nghiên cứu nhiều thành phố lớn Việt Nam, xây dựng hệ thống các tài

liệu về điều kiện DCCT và các vấn đề ĐKTMT đô thị dé lại kết quả có thé sử dung

đến ngày nay.

Tác giả Trần Mạnh Liều (2005) đã đi vào phân vùng định lượng ĐCCT, đánh

giá, dự báo trạng thái địa kỹ thuật môi trường đô thị và kiến nghị các giải pháp

phòng ngừa tai biến, ô nhiễm môi trường địa chất một số khu đô thị Hà Nội, đã

trình bày phương pháp luận, phương pháp đánh giá DKTMT đô thị áp dụng chomột đô thị cụ thé [27].

Tran Mạnh Liễu và Đoàn Thế Tường đã trình bày những vấn dé chung của

ĐKTMTT cho xây dựng công trình ngầm ở Hà Nội Đặc biệt, trong đề tài mã số

01C-04/01-2016-3, Trần Mạnh Liễu đã đi sâu vào việc chuẩn hóa các kết quả nghiên cứu

ĐKTMT thành phố Hà Nội, bao gồm hệ thống các kết quả nghiên cứu của tác giả,và của các tác giả khác, bổ sung các nghiên cứu mới đưa ra được ban đồ đánh giá

13

tương đối tổng hợp cho ĐKTMT Hà Nội, phan ánh nhiều quá trình tai biến ĐKT tại

Hà Nội [31].

Tác giả Trần Mạnh Liễu cũng đã nghiên cứu DKTMT thành phố Hồ Chí

Minh, đô thị Hội An và cũng đạt được các kết quả có giá tri.

Nguyễn Huy Phương, trong đề tài nghiên cứu đất yếu Hà Nội mã số

TC-ĐT/06-02-3 đã nghiên cứu đánh giá tông hợp về đất yếu Hà Nội, trong đó đã đưa ratiêu chí và xây dựng được hệ thống phân chia cấu trúc nền và các giá trị chỉ tiêu cơ

lý trong phòng và ngoài trời có giá trị chung cho nhiều mục đích khác nhau [48].

Ngoài ra, còn có đề tải nghiên cứu quá trình địa chất động lực, mã số

BS-DL/05-2004-2 va dé tài nghiên cứu hiện tượng cố kết động của đất yếu ở Hà Nội, TranThương Bình đã phát triển và bảo vệ thành công luận án tiến sỹ [49].

Dao Văn Thịnh đã xây dựng cơ sở dữ liệu và các loại bản đồ địa chất, thốngkê và mô tả được nhiều hiện tượng tai biến địa chất Hà Nội như trượt, sạt lở bờ

sông, sườn dốc, sụt lún mặt đất, Karst, các hiện tượng địa chất động lực khác [69].

Nghiên cứu tai biến trượt cũng là một nội dung được quan tâm Tác giả Đỗ

Minh Đức đã chủ trì nghiên cứu hiện tượng trượt lở và xây dựng trạm quan trắccảnh báo trượt ở thị xã Bắc Kạn và nghiên cứu trượt lở mái dốc các tuyến đường

giao thông ở Quảng Nam mã số TLĐLCN-23/17 Tác giả Đỗ Minh Đức đã xuất bảnsách chuyên khảo “Trượt lở đất đá — nghiên cứu tai biến và ôn định mái dốc” [8].

Nguyễn Quốc Thành chủ trì nhiều đề tài nghiên cứu trượt lở mang tính khu

vực rộng lớn như miền núi Bắc Bộ và lãnh thé Việt Nam.

Trong số những công trình nghiên cứu về địa chất đô thị và địa chất môi

trường đô thị Hà Nội, Bách khoa thư địa chất do giáo sư Tống Duy Thanh và giáosư Mai Trọng Nhuận chủ biên đã tổng hợp khá đầy đủ về các dạng tai biến địa chất

— môi trường trên địa ban, đã đánh giá phân tích và định hướng những van đề tồn tại

cần giải quyết trong tương lai [66].

Đề đánh giá mối quan hệ giữa phát triển Thủ đô tác động tới MTĐC và phát triểncác tai biến ĐKTMT cần nghiên cứu công tác xây dựng và khai thác kinh tế lãnh thé

phát triển bền vững, đảm bảo cuộc sông hài hòa với thiên nhiên và bảo vệ môi trường.

* Tình hình sụt lún mặt đất do khai thác NDĐ và các tai biến ĐC - ĐKTMT

khác ở Hà Nội.

+ Tổng quan về lún mặt dat

Quá trình khai thác NDD tai Hà Nội bắt đầu từ những năm 1909, nhưng đến

14

những năm 1980 vấn đề này vẫn chưa được nghiên cứu, mãi đến năm 1988 mới bắtđầu có những nghiên cứu về sụt lún mặt đất do khai thác NDĐ Điền hình là côngtác xây dựng hệ thống quan trắc mực NDĐ của Đoàn Địa chất 64 đã xây dựng 32mốc quan trắc tại Hà Nội Đến năm 1996 tăng số mốc quan trắc lên là 45 điểm, chođến năm 2005 là 80 mốc quan trắc, trong số đó, có khoảng 20-30 mốc chỉ quan trắcđộ lún bề mặt thông thường, số còn lại kết hợp với các trạm đo mực nước.

Các trạm đo lún mặt đất trong phạm vi khu vực tây nam Hà Nội đươc bắt đầu

xây dựng từ năm 1994 (Ngọc Hà), 1996 (Pháp Vân), 1997 (Thành Công), 1998 (Hạ

Đình, Mai Dịch), 2000 (Lương Yên), 2002 (Ngô Sỹ Liên), 2003 (Tương Mai, Yên

Phụ, Cáo Đỉnh).

Công trình quan trắc mực nước và sụt lún mặt đất có tính hệ thống và quy mônhất là Viện kỹ thuật Xây dựng Hà Nội khi nhận nhiệm vụ thực hiện đề tài cấp

thành phố của UBND thành phố Hà Nội giao cho “Điều tra đánh giá, dự báo biến

dạng lún bề mặt đất khu vực Hà Nội đo thay đổi mực nước ngầm Xác lập cơ sởhoàn thiện hệ thống các trạm quan trắc biến dạng lún của Hà Nội” Kết quả nghiêncứu của đề tài đã xây dựng được 10 trạm quan trắc và thu thập được hệ thống dữ

liệu quan trắc từ năm 1995 đến nay, kết quả quan trắc cho phép phân 3 vùng diện

tích có độ lún khác nhau.

+ Tống quan về lún nứt các công trình

Dé phục vụ nhu cầu của người dân thành phố, vào những năm sau 1970 hang

loạt các nhà tập thể cao 5 tầng được xây dựng khắp Hà Nội, như khu Giảng Võ, TháiThịnh, Thành Công, Ba Đình, Tân Mai, Trương Định, Trung Tự, Kim Liên, Nghĩa

Đô Ở hầu hết các khu nhà này có cùng lối kiến trúc cũng như kết cấu (bê tông lắpghép) Nhiều khu nhà xây dựng trên nền đất yếu nhưng không có biện pháp gia cố

nền móng triệt dé hoặc gia cô sơ sài Vào những năm dau sử dụng hầu hết các công

trình đều có độ lún lớn, nhưng tốc độ lún giảm dần theo thời gian Tuy nhiên vào cuốinhững năm 1980 tức là khi chương trình nước Phần Lan đi vào hoạt động, hàng loạt

các công trình tiếp tục lún, lún lệch và lún rất mạnh gây ra nứt nẻ không đáp ứngđược điều kiện sử dụng bình thường, thậm chí bi hư hỏng công trình Có hai hiện tượng

lún biểu hiện như sau: Hiện tượng lún với tốc độ không giảm hoặc giảm it theo thờigian và tốc độ lún đột nhiên tăng trở lại trong một thời gian dài lún ít hoặc ngừng lún.

- Hiện tượng tốc độ lún không giảm hoặc giảm ít theo thời gian chủ yếu xảy raở công trình xây dựng trên nền đất yếu của Hà Nội như: Giảng Võ (A2, A3, A6, Có,

15

C7, E6), Ngọc Khánh (A2, BI, B2, B8), Tân Mai (C5, Có, C7), Thành Công (B7,

E3, E4, E6, E7, K7) Như nhà B2 Ngọc Khánh khi thi công đến tang 4 đã lún gầnIm Nhà E6 và E7 Quynh Mai tổng độ lún đến năm 2000 là 1100-1300mm Nhà C1Thành Công sau 20 năm bị lún mat nửa tang.

- Hiện tượng tốc độ lún đột nhiên tăng trở lại sau thời gian dải lún ít hoặcngừng lún, hiện tượng này biểu hiện thông qua sự xuất hiện nhanh chóng với

cường độ cao làm hư hỏng trên các công trình lâu nay vẫn sử dụng bình thường.

Tuy nhiên, các hư hỏng trên dường như ít phát triển thêm sau một thời gian pháttriển mạnh mẽ.

Đề đối phó với hiện tượng lún nứt các công trình, Hà Nội đã lựa chọn mộtsố giải pháp xử lý khác nhau tùy theo mức độ lún của các công trình Có những

công trình phải phá bỏ hoàn toàn như nhà Cl Thành Công, có công trình phá di 2tầng như nhà B2 Ngọc Khánh, nhiều công trình khác được xử lý bằng giải pháp

móng cọc ép sau và gia cố cứng vào móng, cùng với giải pháp gia cường các kếtcấu của công trình.

Cho đến nay Hà Nội đang chủ trương dan dan phá bỏ các công trình đó dé xây

dựng những công trình mới, nhưng gặp khó khăn về công tác đền bù, giải phóngmặt bằng cho người dân đang sinh sống ở đó.

Các công trình nghiên cứu về lún mặt đất và khai thác nước ngầm của TrầnNhật Dũng đề tài KHCN mã số 01-36-04 được thực hiện từ năm 1991 đến 1995.Kết quả đã đề xuất xây dựng trạm quan trắc lún tại thành phố Hà Nội [9].

Phạm Quý Nhân chủ trì đề tài đánh giá tiềm năng tài nguyên nước dưới đất

khu vực Hà Nội và khả năng suy thoái, mã số 01C-04/09-2008-2 hoàn thành năm

2014 Dé tài đã phân tích đánh giá ô nhiễm nước dưới dat tầng Q¡ cao hơn tang Q,,và ô nhiễm chủ yếu As va NH¿ ở khu vực phía Nam thành phố [41].

* Nghiên cứu biến dạng hồ đào sâu:

Trong những năm gan đây, công tác xây dựng ngầm được phát triển mạnh mẽ,nhất là CTN của các nhà cao tầng Một số công trình biên dịch về tính toán thiết kếhố móng sâu, nền móng nhà cao tầng đã được công bố góp phần bổ cập cơ sở lý

thuyết mới cho phát triển công trình ngầm ở Việt Nam [15, 16, 17, 51].

Các nghiên cứu 6n định hố dao sâu có sự phát triển đáng ghi nhận, thé hiện

qua các luận án tiến sỹ của Đỗ Dinh Đức, Chu Tan Hạ, Nguyễn Trường Huy Nội

dung các luận án đã đưa vào các phương pháp tính toán hiện đại như phương pháp

16

phan tử hữu hạn có xét đến ảnh hưởng của thay đổi trạng thái ứng suất tương ứngvới điều kiện của đất nền, nhờ đó nâng cao độ chính xác và độ tin cậy của công tác

dự báo các vấn dé địa kỹ thuật liên quan đến hồ dao sâu [7, 11, 14].

Ngoài ra còn một số các bài báo phân tích các tai biến Địa kỹ thuật liên quanđến hồ đào sâu ở thành phó Hồ Chí Minh và Hà Nội.

* Nghiên cứu biến dạng công trình ngâm dạng tuyến:

Công trình ngầm dạng tuyến ở Việt Nam chủ yếu là các công trình giao thông,thủy điện, khai thác mỏ, còn công trình ngầm đô thị hiện nay mới bắt đầu thi công ởthành phố Hồ Chí Minh và Hà Nội Các đề tài nghiên cứu nổi bật của công trìnhngầm dạng tuyến là nghiên cứu phân tích, dự báo các tai biến địa chất — địa kỹ thuật

đối với công trình cho khai thác mỏ ở Việt Nam, đặc biệt là vùng mỏ Quảng Ninh

và đề xuất các giải pháp bảo vệ ồn định lãnh thé của Nguyễn Quang Phích, Phạm

Năng Vũ, Nguyễn Quang Luật [45, 93].

*Nghiên cứu biến dạng thấm vùng ven đê:

Nghiên cứu biến dạng thấm vùng ven đê đã được bắt đầu nghiên cứu khoảng

những năm 1990 của các nhà khoa học như Vũ Cao Minh, Nguyễn Huy Phương,

Trần Mạnh Liéu, Trần Văn Tu, phối hợp với Công ty Tư van Experco Canada(1998) đi sâu vào phân vùng biến dạng thấm và đề xuất các biện pháp xử lý, bảo vệđê điều như đê Văn Cốc, Thanh Trì, Yên Phụ, Cổ Đô, Tô Xuân Vu đã hệ thốnghóa phân chia cấu trúc nền dé, thí nghiệm mô hình xác định gradient giới hạn thấm,phân tích đánh giá điều kiện ổn định thắm của các đoạn đê Hà Nội ở các mức lũkhác nhau [94] Trần Mạnh Liễu đã đi vào nghiên cứu các van đề DKTMT hệ thốngđê đồng bằng Bắc bộ đi vào phân tích điều kiện ổn định thấm Trần Quang Hoài đãđi sâu phân tích và đánh giá hàm tin cậy của cơ chế mất ôn định thắm nền đê cho

các hình thức khác nhau, lập ma trận sự cố xác xuất tổng cộng va so sánh với xác

xuất cho phép đề tìm ra các vị trí xung yếu có nguy cơ xảy ra sự cô vỡ đề [12].* Nghiên cứu tai biến do tải trọng động:

Hướng nghiên cứu đầu tiên là nghiên cứu phân vùng đánh giá độ nguy hiểmđộng đất của Hà Nội theo gia tốc nền đã được nghiên cứu bởi Nguyễn Đình Xuyên,Nguyễn Ngọc Thủy Sau này được nghiên cứu bồ sung mở rộng cho một số đô thịmới Nguyễn Sinh Minh, Phạm Đình Nguyên đã nghiên cứu, đánh giá độ nguy hiểm

động đất cho thành phố Hà Nội mở rộng, lập bản đồ phân vùng động đất khu vực

Hà Đông, Sơn Tây, Hòa Lạc tỷ lệ 1:25.000, lập sơ đồ đữ liệu về đặc trưng dao động

nên ứng với bản đô nên [36].

17

Hướng nghiên cứu thứ chủ yếu là các nghiên cứu ảnh hưởng của động đất đếnsự hóa lỏng của nền Những kết quả nghiên cứu mới về ứng xử của nền đất dưới tảitrọng động của tác giả Nguyễn Văn Phóng, Nguyễn Hồng Nam, Ngô Thị Ngọc Vânđã đi sâu vào phân tích cơ sở lý thuyết biến đôi tính chất của đất dưới tác dụng của

tải trọng động, tiến hành thí nghiệm xác định các thông số động học của đất nền và

đánh giá trạng thái hóa lỏng của nền, tính toán, kiểm định điều kiện ổn định của nền

công trình khi chịu động đất bằng mô hình số cho những kết quả mới về mặt động

học của đất nền Hà Nội [46, 88].

Nguyễn Hồng Nam đã thực hiện đề tài nghiên cứu khả năng hóa lỏng nền đê

mã số KC08.23/11-15 Đề tài đã đi vào thí nghiệm 3 trục động, nghiên cứu mô

phỏng khả năng hóa lỏng và ôn định đê Hữu Hồng tại Hà Nội, đề xuất quy trình

phân tích phát hiện và dự báo hóa lỏng [38].

* Nghiên cứu ô nhiễm nguồn nước ngắm:

Các công trình nghiên cứu tài nguyên nước gan lién với nghiên cứu đánh giá

khả năng 6 nhiễm nguồn nước và giải pháp bảo vệ các tang chứa nước như của cáctác giả Nguyễn Văn Dan, Liên đoàn Quy hoạch và điều tra nước Miền Bắc [6, 20].

1.2 CƠ SỞ LÝ THUYÉT HỆ THÓNG ĐỊA - KỸ THUẬT

Dé giải quyết nhiệm vụ của đề tài, luận án đã dựa vào lý thuyết hệ thống

ĐKT làm cơ sở khoa học phân tích, đánh giá tai biến DC —- DKTMT.

1.2.1 Địa hệ kỹ thuật — tự nhiên và hệ thống Địa — kỹ thuật

- Địa hệ kỹ thuật — tự nhiên (MTDC - HTKT - MTXQ) là tổ hợp có tổ chức vàliên hệ hữu cơ giữa các hợp phan của MTĐC — HTKT với một phan của các quyểnbao quanh (khí quyển, thuỷ quyền, sinh quyển và phan sâu thạch quyển) nằm trongvùng hoạt động tương tác được xem xét như một hệ thong thong nhất [31, 110).

Môi trường địa chất: Phần trên của thạch quyển, nằm trong vùng tương tácvới các hoạt động kinh tế - công trình của con người, chỉ phối và diéu tiết các hoạt

động đó được gọi là môi trường dia chất (MTDC).

Hệ thống kỹ thuật: Toàn bộ các hoạt động xây dựng, khai thác kinh tế lãnhthổ với kỹ thuật công nghệ khác nhau đều tác động vào MTĐC được gọi là hệthống kỹ thuật.

- Hệ thống Địa — kỹ thuật

Hệ thống tương tác giữa các yếu tố của MTĐC với các yếu tố của phụ hệ

18

thống kỹ thuật được gọi là hệ thống Địa — kỹ thuật Nhu vậy, hệ thống Địa — kỹthuật là phụ hệ thống của Địa hệ kỹ thuật - tự nhiên.

Quyền kỹ thuật trái đất và phần trên của thạch quyền (MTDC) trong vùng

tương tác được xem như hệ thống Địa - kỹ thuật ở bậc cao nhất (bậc toàn cầu), còn

hệ thống Địa - kỹ thuật đô thị, hệ thống Địa - kỹ thuật các công trình thủy lợi — thủy

điện, các khu công nghiệp, thuộc phạm tri hệ thống Địa - kỹ thuật cấp địa

phương Hệ thóng Địa - kỹ thuật cấp nhỏ nhất (cấp dơn vị) là hệ thống tương tác

của một công trình độc lập với MTDC trong vùng ảnh hưởng.

- Cau trúc của hệ thống Địa — Kỹ thuật: Cấu trúc của hệ thống là tập hợp

các mối quan hệ và liên kết giữa các phụ hệ thống, có đặc tính thời gian và khônggian Đặc tính không gian phản ánh trình tự sắp xếp có quy luật thứ bậc các phụ hệ

thống trong hệ thống đó Đặc tính về thời gian đặc trưng bằng sự thay đổi trạng thái

theo thời gian tức là sự vận động của hệ thống.

- Tính chất của hệ thống Địa — Kỹ thuật:

HTĐKT được đặc trưng bằng tổ hợp các tính chất, trong đó cần nhân mạnh

Ngoài ra còn có tính chat đa trạng thái và đa ty lệ về không gian — thời gian.

Trong hệ thống liên tục diễn ra quá trình trao đổi chất và năng lượng.

- Hoạt động của hệ thống và tai biến ĐC - ĐKTMT:

Hoạt động của hệ thống quyết định bởi sự tương tác giữa các yếu tô của hệ

thống với nhau và giữa các yêu tố của hệ thống với các yêu tố của MTXQ.

Tai biến DC - DKTMT đô thị: Định nghĩa đã được nêu ở phan tính cấp thiết

của đề tài

1.2.2 Hệ thống Địa - kỹ thuật đô thị

Hệ thống ĐKTĐT chính là Địa hệ kỹ thuật — tự nhiên trong khu vực đô thị.

Đối với HTDKT đô thị thì phân chia hệ thống bắt đầu từ việc phân chia các

19

phụ hệ cấp 1 bao gồm: Phụ hệ thống MTDC và phụ hệ thống kỹ thuật đô thị.

1.2.2.1 Phụ hệ thống kỹ thuật đô thị

Toàn bộ các hoạt động xây dựng, khai thác kinh tế lãnh thổ trong phạm vi đô

thị với kỹ thuật công nghệ khác nhau déu tác động vào MTĐC được gọi là hệ thốngkỹ thuật đô thị Các hệ thống kỹ thuật đô thị khác nhau về quy mô, dạng, cường độ tải

trọng, kỹ thuật công nghệ của chúng tác động đến MTĐC ở các cấp độ khác nhau.

Tất cả các hoạt động kinh tế - xây dựng của con người, bao gồm các côngtrình hiện có và những công trình dự kiến xây dựng theo quy hoạch hình thành nênhệ thống kỹ thuật.

Hệ thống KTĐT tương tác với MTDC, xét trong một hệ thong Địa — Kỹ thuậtđô thị thì được gọi là phụ hệ thống KTPT.

Sản pham của hoạt động xây dung tạo nên hệ thống các loại công trình khácnhau: nhà dân dụng, nhà máy, xí nghiệp, các khu công nghiệp, hệ thống giao thôngtrên mặt đất, các đường giao thông ngầm, cầu công, bến cảng, sân bay, sân vậnđộng, bé bơi, đê đập, hồ chứa, kênh mương, hệ thống kho tang, bãi thải, nghĩatrang, các công trình quốc phòng, các hệ thống công trình đầu mối và các đườngống ngầm cấp thoát nước, khí ga, điện, thông tin — liên lạc và rất nhiều các công

trình khác Hoạt động khai thác kinh tế lãnh thé bao gồm: quy hoạch, sử dụng đất,

khai thác tài nguyên khoáng sản như vật liệu xây dựng, khai thác nước dưới đất, mỏ

khoáng sản, dầu khí,

Phụ hệ thống kỹ thuật đô thị được phân chia ở cấp bậc phân chia thứ 2 theo

cau trúc nội dung như (hình 1.3): Theo địa giới hành chính (quận 1, quận 2, ); theocấu trúc phân vùng quy hoạch (khu dân sinh, khu công nghiệp, khu hành chính, khu

an dưỡng, khu dự trữ xây dựng ); theo cầu trúc phân vùng chức năng (vùng trungtâm, vùng ven ria, vùng ngoại 6, ); các cấu trúc đặc biệt (công trình an toàn quốc

gia — đê đập, công trình vĩnh cửu - lăng tam, di tích văn hoá lịch sử); theo đặc điểm

tác động đến MTĐC (tải trọng tĩnh, tải trọng động, tác động hoá học, tác động sinh

học, tác động thuỷ động lực, ).

20

Tác động sinh học

Tác động cơ học

—] Cấu trúc tác động = ——- Tác động thuỷ động lực

Tác động điện từTải trọng động

aa ke Tai trong tinh

Di tich van hoa-Lich str

— Cấu trúc đặc biệt | | ¬ Công trình vĩnh cửu (lăng tâm )

L ` 'Công trình an toàn quốc gia (đê,độp )

& 1 ác huyện, |

E Các huyện, ly

ivy " 2 Vùng cây xanh

ct 5 —_ Cấu trúc phân vùng +4 Ving ngoai 6

Hình 1.3 Cấu trúc của phụ hệ thống kỹ thuật đô thị [31]

Hệ thống địa kỹ thuật đô thị còn có thê tiếp tục phân chia ở các cấp bậc tiếp

theo phụ thuộc vào mục tiêu và nôi dung nghiên cứu Với cách phân chia như trên

mỗi toạ độ của hệ thống kỹ thuật đô thị đều có những số liệu đặc trưng cho giá tricủa chúng về môi trường sống, về văn hoá - lịch sử, về thâm mỹ, về kinh tế và vềmức độ ổn định công trình.

1.2.2.2 Phụ hệ thống MTĐC đô thị

Môi trường địa chất là đối tượng nghiên cứu của nhiều lĩnh vực khoa học địa

chất khác nhau, cho nên hình thành nhiều khái niệm và định nghĩa về MTĐC.

Môi trường địa chất theo nghĩa hẹp là vật chất khoáng năm trong trạng thái rắnlỏng và khí cùng các trường vật lý tồn tại của nó.

Môi trường địa chất theo nghĩa rộng bao gồm tất cả các đối tượng vật chất

nằm trong không gian địa chất ở các cấp độ khác nhau như khoáng vật, đá, các

thành hệ cùng với nước mặt và nước ngầm [112].

21

Tắt cả những khái niệm môi trường địa chất nêu trên đều thuộc về một phần

không gian trên mặt của thạch quyền, từ đó có thể diễn giải như sau:

Môi trường địa chất là phan trên của thạch quyển có tác động tương hỗ vớikhí quyền, sinh quyến, thủy quyển và quyến kỹ thuật Về bản chất: MTDC là hệthống thống nhất, cộng sinh nhiều loại đất đá (cấu thành từ các thành phần rắn,

lỏng, khí) và các trường vật lý tồn tại trong chúng, khác nhau về điều kiện hình

thành, nguồn gốc, tuổi, thành phan vật chất, trạng thái, nhưng có tô chức cấp bậc

chặt chẽ và thể hiện các tính chất thuộc tính chung của hệ thống Hệ thống MTĐCbao gồm cấu trúc vật chat và cấu trúc năng lượng [31, 112].

Các chức năng môi trường của nền địa chất (tài nguyên môi trường, địa độnglực môi trường, địa hóa — địa vật lý môi trường) của các hệ thống ĐKT các cấp (khu

vực, cục bộ, cơ sở) [22, 110, 112].

Chức năng tài nguyên môi trường xác định vai trò của các loại tài nguyên nền

địa chất cần thiết để sống và hoạt động cho con người và các sinh vật khác Đó là:

Các nguyên liệu khoáng, nước ngầm và vật liệu xây dựng; các nguyên tố hóa họccần cho cơ thé con người và sinh vật sống (canxi, phot pho, ); không gian dia chat(cả mặt đất và dưới ngầm) như môi trường sống của con người, đặc biệt là sử dụngkhông gian ngầm chôn cat các chat thải độc hại và phóng xa hay cất giữ CO›.

Chức năng địa động lực môi trường xác định ảnh hưởng của các quá trình địa

chất tự nhiên và nhân sinh đến điều kiện sống của con người và sinh vật Trong

phạm vi hệ thống DKT, các tai biến ĐKTMT (do xây dựng và sử dụng công trình)chiếm ưu thế và ảnh hưởng mạnh mẽ đến môi trường sống.

Chức năng địa hóa - địa vật lý môi trường (y — sinh học và vệ sinh môitrường) mô tả các dị thường địa hóa, dia vật lý, các vùng nhiễm ban và ảnh hưởng

của chúng tới sức khỏe con người và sinh vật sống.

MTDC đô thị có thé phân chia thành các yếu tố cấu trúc khác nhau ở các cấpbậc khác nhau, tuỳ thuộc vào tiêu chí phân chia Từ góc độ nghiên cứu về vận động

của HDKT đô thị, MTDC có thé phân chia thành 2 đối tượng nghiên cứu khác nhaulà năng lượng và vật chất (hình 1.4) Trong đối tượng nghiên cứu vật chất, MTDC

có thể phân chia thành các cấu trúc: địa mạo, địa tầng - thạch học, kiến tạo, địa chấtthuỷ văn, còn đối tượng nghiên cứu là năng lượng thì trong MTDC tồn tại các

trường vật lý - ĐKT (trọng trường, trường ứng suất, trường thuỷ động lực, trường

điện từ, trường độ am).

22

Phụ hệ thống Môi

trường Địa chât

Cầu trúc vật chất Câu trúc năng lượng

Cấu trúc Địa |Cấu trúc Địa Cấu trúc Cấu trúc Dia} |Cấu trúc các

chat — Thạch mao Kién tao chat — Thuy trường Diahoc Van vat ly

Hình 1.4 Các yếu tố co bản của phụ hệ thống Môi trường địa chất [31]

Như vậy, tại bắt kỳ điểm nao của MTDC đô thị cũng được đăc trưng bởi tôhợp các yếu tố: Địa mạo, cấu trúc địa chất, kiến tạo, địa chất thuỷ văn, địa động lực.

Các yếu tố này quyết định đặc điểm về nguồn gốc cũng như xu thé của các quá trìnhbiến đổi MTĐC So sánh và chồng ghép cấu trúc của hệ thống kỹ thuật đô thị với

MTDC tương ứng cho phép lý giải và tính toán dự báo ứng xử của MTDC với tácđộng từ hệ thống kỹ thuật đô thị.

Các hợp phần của MTDC và HTKT hình thành nên một hệ thống DKTDT

thống nhất đặc trưng cho từng khu vực khác nhau Dé nghiên cứu chúng người tathường phân chia ra các bậc: Hệ thống DKTDT đơn vị, phụ hệ thống DKTDT địa

phương, phụ hệ thống ĐKTĐT khu vực và phụ hệ thống DKTDT toàn cau.

Phân chia phụ HTDKT đô thị thành các phụ hệ thống có thé tiến hành theo các

tiêu chí khác nhau Theo yếu tô sắp xếp không gian của công trình thì HTDKT đô

thị có thể phân chia thành các HTĐKT ở cấp đơn vị mà phụ hệ của chúng là các

công trình độc lập và MTĐC trong vùng ảnh hưởng của chúng.

Mối quan hệ của các HTDKT đơn vị có thể độc lập với nhau, cũng có thể giao

thoa, chồng lan [22, 31] Do vậy, hoạt động của nhiều HTKT đơn vị có thé bị ảnh

hưởng của các HTĐKT đơn vi lân cận Vùng ảnh hưởng của các công trình đô thị

(MTDC trong vùng ảnh hưởng) trong da số các trường hợp thường bị chồng lắn, tạo

thành một vùng ảnh hưởng lớn và liên tục, trong đó có thể phân chia các phụ vùngchỉ bị ảnh hưởng của các HTĐKT đơn vị riêng biệt, các phụ vùng giao thoa và các

phụ vùng tương tác yếu (ngoài vùng ảnh hưởng của các HTĐKT đơn vị) Cách phân

chia như vậy rất tiện lợi cho việc quan trắc, đánh giá trạng thái cũng như điều chỉnh

hoạt động của các HTĐKT địa phương đơn giản theo đặc điểm cấu trúc không gian

như: Các công trình thuỷ điện, các khu công nghiệp.

23

Các cấp ĐKTĐT lớn hơn thì được phân chia tùy theo mục đích nghiên cứu

khác nhau sao cho đánh giá tổng hợp được các quy luật phát sinh phát triển của cácquá trình tai biến DC - DKTMT của chúng.

1.2.2.3 Hoạt động của hệ thong Địa — kỹ thuật đô thị và tai biến DC - ĐKTMT

Hoạt động của HTDKT đô thị được quyết định chủ yếu bởi quá trình tương tácgiữa các yếu tố của HTĐKT với MTXQ và giữa các yếu tố trong hệ thống DKT

(hình 1.5) Sự tương tác đó làm cho MTDC biến đổi từ trang thái 6n định dan dan

sang trạng thái mất ổn định, sau đó chuyên vào trạng thái ôn định mới Hậu quả củacác tương tác ké trên là phát sinh và phát triển các quá trình tai biến DC - DKTMTvà những van dé môi trường tương ứng (bảng l).

HOẠT DONG CUA HE THONG DIA KỸ THUẬT

Khí quyền, Sinh quyền, Thủy quyền Các quá trình tương ứng

@® Phong hóa công trình (hóahọc, sinh học, vật lý)

@ Phát thai 6 nhiém KK, SQ, TQ@ Qua trinh DCCT

Phụ hệ thong Kỹ thuật @ Quá trình phá hủy công trình

do nguyên nhân nên địa chât

@ Tích tụ năng lượng ở phan sâu

[ | Ranh giới của HT DKT

| @ Hướng tác động và tai biến

Hình 1.5 Sơ đồ hoạt động của hệ thống Địa kỹ thuật [31]

Bang 1.1 Các quá trình và những van đề môi trường phát sinh do hoạt động của

HTĐKT đô thị [31]

Hướng tác động Các quá trình và những van đề môi trường

Từ khí quyền, thuỷ quyền, sinh | Các quá trình tự nhiên và bán nhân sinh làm hư hại các

quyển đến hệ thống kỹ thuật đô | công trình đô thị, gây bệnh tật cho con người có nguồnthị (1) gốc từ khí quyền, thuỷ quyền, sinh quyền.

Từ hệ thông kỹ thuật đô thị đến khí | Các quá trình phát thải làm ô nhiễm khí quyền, thuỷ24

quyền, thuỷ quyền, sinh quyền (2)quyền, sinh quyền.

Từ hệ thống kỹ thuật đô thị đến

MTDC (3)

Các quá trình địa chất động lực công trình (bao gồm cả

ô nhiễm) và những van dé địa kỹ thuật môi trường

tương ứng phát triển trong MTĐC.

Từ MTĐC đến hệ thống kỹ thuật

đô thị (bao gồm cả con người)(4)

Các quá trình làm hư hai công trình có nguyên nhân

nền móng, các bệnh địa phương có nguyên nhân từ nền

Các quá trình nhân sinh làm tích tụ năng lượng ở phan

sâu của thạch quyén - dưới vùng anh hưởng của hệthống kỹ thuật đô thị.

Từ phần sâu của thạch quyền đến

Các quá trình địa chất động lực ngoại sinh tự nhiên và

bán nhân sinh phát triển trong MTĐC trên ranh giớicủa MTDC với khí quyền, thuỷ quyền, sinh quyền.

Từ MTĐC đô thị đến khí quyền,

thuỷ quyền, sinh quyên (8)

Các quá trình nhân sinh giải phóng năng lượng, vật

chất từ MTDC và tích tụ năng lượng trong khí quyền,thuỷ quyền, sinh quyền.

Những quá trình trong số các quá trình kế trên, có thé de doa trang thai hoat

động bình thường của hệ thống DKT đô thị hoặc con người, môi trường sống và

môi trường xung quanh được gọi là tai biến dia chất — địa kỹ thuật môi trưòng

đô thị.

Bản chất vật ly của tai biến DC — ĐKTMT đô thị được xem như tính chấtcủa hệ thống DKT đô thị biến đổi rất nhanh trạng thái của chúng dưới dang cáctai biến ké trên.

Hoạt động của HTDKTDT có đặc trưng riêng theo từng đô thị phụ thuộc vàoquy mô, tính chất của đô thị, các giai đoạn phát triển của đô thị, các điều kiện khônggian và thời gian của đô thị Hoạt động của đô thị chính là hoạt động xây dựng, mở

rộng và phát triển quy mô của đô thị, các hoạt động khai thác kinh tế, hoạt động sảnxuất và hoạt động sống của con người Phụ hệ thống KTĐT tác động trực tiếp vào

phụ hệ thống MTĐCĐT và MTXQ cũng như chịu tác động của các môi trường đóđến phụ HTKTĐT Phản ứng ngược lại của phụ hệ thống MTĐC vào phụ hệ thống

25