Thành phố Huế nằm trong vùng kinh tế trọng điểm của miền Trung, là đô thị loại I. Ngày nay Huế còn được biết đến là thành phố của Festival. Nơi đây, hoạt động xây dựng và chỉnh trang đô thị đang diễn ra với tốc độ khá nhanh. Cấu trúc nền công trình là một phần không thể tách rời trong môi trường địa chất, nó còn là cơ sở cho việc qui hoạch phát triển đô thị, định hướng trong khảo sát địa chất công trình, thiết kế công trình.
Nguyễn T T Nhàn cộng Tạp chí Khoa học Đại học Mở Thành phố Hồ Chí Minh, 62(5), 79-90 79 PHÂN CHIA CÁC KIỂU CẤU TRÚC NỀN CÔNG TRÌNH PHỤC VỤ QUY HOẠCH VÀ PHÁT TRIỂN BỀN VỮNG THÀNH PHỐ HUẾ ĐẾN NĂM 2030 NGUYỄN THỊ THANH NHÀN1,*, TRẦN THỊ NGỌC QUỲNH1 DƯƠNG VĨNH NHIỀU2 Đại học Khoa học Huế Trường Cao đẳng Cơng nghiệp Tuy Hòa *Email: nhankhhue@gmail.com (Ngày nhận: 16/03/2018; Ngày nhận lại: 05/07/2018; Ngày duyệt đăng: 15/10/2018) TÓM TẮT Thành phố Huế nằm vùng kinh tế trọng điểm miền Trung, thị loại I Ngày Huế biết đến thành phố Festival Nơi đây, hoạt động xây dựng chỉnh trang đô thị diễn với tốc độ nhanh Cấu trúc cơng trình phần tách rời môi trường địa chất, sở cho việc qui hoạch phát triển đô thị, định hướng khảo sát địa chất cơng trình, thiết kế cơng trình Cấu trúc cơng trình khu vực thành phố Huế phân chia thành kiểu, phụ kiểu, dạng cấu trúc (CTN) giới hạn chiều sâu nghiên cứu đến chiều sâu mà môi trường địa chất chịu ảnh hưởng tác động hoạt động kinh tế - cơng trình 30m Đây sở giúp nhà qui hoạch, xây dựng định chọn, phân bố hợp lý cơng trình xây dựng, giúp nhà khảo sát, thiết kế chọn phương khảo sát thích hợp, khai thác hợp lý lãnh thổ bảo vệ môi trường địa chất bền vững Từ khóa: Cấu trúc cơng trình; Phân chia cấu trúc khu vực thành phố Huế Dividing structural types of engineering foundations for stable planning and development in Hue City to 2030 ABSTRACT Hue city is located in the economic centre of central Viet Nam Nowadays, it's also known as the city of festivals Recently, development of urban construction and building renovation projects are now changing faster The structural type of geological background is an integral part of the geological environment, and it is the logical base for urban planning and developing as well as for the orientation of geological engineering investigation, sustainable building design The structural type of geological background in Hue city area are divided into types, sub-types and classes in the limitation to examining depth in which geological environment is influenced by economic - 30m constructional activities The main result will be helpful for rational exploitation of the entire territory and protection of geological environment Keywords: Structural foundation; Division of the background structure of Hue city 80 Nguyễn T T Nhàn cộng Tạp chí Khoa học Đại học Mở Thành phố Hồ Chí Minh, 62(5), 79-90 Đặt vấn đề Hiện nay, trình khai thác sử dụng đất thành phố Huế có nhiều biểu khơng hợp lý, lãng phí, đe dọa tính ổn định cơng trình tác động xấu đến mơi trường địa chất Có thể thấy rằng, cơng trình xây dựng chủ yếu dựa kiến trúc đô thị, chưa ý mức đến mối quan hệ ba phận cơng trình: - móng kết cấu bên (cơng trình), hay nói cách khách quan quan hệ cơng trình đất xây dựng Chính thiếu cách nhìn tổng thể dẫn đến sai sót khơng đáng có thiết kế, thi cơng cơng trình xây dựng, làm tăng giá thành cơng trình, chí gây hư hỏng (lún nứt) Vì việc đánh giá kiểu cấu trúc cơng trình mang lại ý nghĩa lớn cho nhà quản lý định hướng nhanh qui hoạch tổng thể không gian đô thị, xây dựng, phát triển kinh tế - xã hội vừa phải đáp ứng cho giai đoạn trước mắt, vừa có tầm nhìn dự báo phát triển bền vững, đáp ứng phát triển lên thành phố Huế tương lai Cơ sở lý thuyết phân chia đánh giá kiểu cấu trúc 2.1 Khái niệm cấu trúc Cấu trúc hiểu tầng đất phía bên cơng trình, đặc trưng tính chất địa chất cơng trình chúng chiều sâu cho hết chiều sâu ảnh hưởng cơng trình Ở Việt Nam có nhiều tác giả đưa khái niệm “Cấu trúc đất” song nội dung cấu trúc tương đối thống Tác giả Vũ Cao Minh đưa khái niệm “Cấu trúc địa cơ” quan niệm “những thể địa chất có lịch sử phát triển chất học xác định gọi cấu trúc địa cơ” GS.TSKH Nguyễn Thanh (1984) quan niệm cấu trúc “tầng đất sử dụng làm cho cơng trình xây dựng, đặc trưng quy luật phân bố theo chiều sâu thành phần tạo đất đá có liên kết kiến trúc, nguồn gốc, tuổi, thành phần, cấu trúc, bề dày, trạng thái tính chất địa chất cơng trình khơng giống nhau” GS.TSKH Phạm Văn Tỵ (1999) đưa khái niệm “cấu trúc hiểu quan hệ xếp không gian thể địa chất (yếu tố, lớp đất) cấu tạo đất, số lượng đặc điểm hình dạng kích thước, thành phần trạng thái tính chất yếu tố cấu thành này” PGS.TS Lê Trọng Thắng (1995) quan niệm “Cấu trúc phần tương tác cơng trình phần địa chất, xác định quy luật phân bố không gian, khả biến đổi theo thời gian thành phần tạo đất đá, có tính chất địa chất cơng trình xác định, diễn vùng ảnh hưởng cơng trình PGS.TS Nguyễn Huy Phương (2004), cấu trúc theo nghĩa hẹp cơng trình cụ thể quan hệ xếp không gian lớp đất đá, đặc trưng số lượng lớp đất nền, nguồn gốc tuổi chúng, phân bố không gian, chiều sâu bề dày đặc điểm, thành phần kiến trúc cấu tạo, trạng thái tính chất lý chúng nằm vùng tương tác với cơng trình (Nguyễn Bá Hoằng, 1997; Nguyễn Thị Thanh Nhàn, 2009; Nguyễn Thanh, 1984; Phạm Thị Thảo, 2004) Kết nghiên cứu thành phần tính chất đất, đặc biệt loại đất yếu phản ánh khả xây dựng chúng tự nhiên Khả xây dựng đất đánh giá sở nghiên cứu đầy đủ đặc điểm địa chất cơng trình cấu trúc Trong thực tế công tác xây dựng công trình cho thấy cơng trình, cấu trúc mơi trường địa chất có quan hệ mật thiết tác động qua lại lẫn theo thời gian không gian Bởi khái niệm cấu trúc phản ánh đặc điểm cấu trúc địa chất tồn cách khách quan phạm vi ảnh hưởng cơng trình mà phản ánh đặc điểm địa chất cơng trình khác đất đá mối liên kết đơn nguyên địa chất cơng trình, quan hệ xếp lớp đất đá mối liên kết chúng không gian Như vậy, khái quát “Cấu trúc phần tách rời môi trường địa chất chịu tác động biến đổi diễn khơng ngừng bên thân cơng trình đó” Quy luật phân bố không gian Nguyễn T T Nhàn cộng Tạp chí Khoa học Đại học Mở Thành phố Hồ Chí Minh, 62(5), 79-90 81 thành tạo đất đá phản ánh mối quan hệ địa chất chúng Đây kết trình thành tạo lịch sử tự nhiên đất đá Khả biến đổi theo thời gian thành tạo đất đá phản ánh kết tương tác yếu tố cơng trình - cấu trúc mơi trường địa chất Yếu tố có ý nghĩa quan trọng việc nghiên cứu ảnh hưởng biến đổi môi trường địa chất đến q trình biến dạng cấu trúc cơng trình, trình tác động ngược lại Về mặt khơng gian, cấu trúc cơng trình giới hạn phạm vi ảnh hưởng cơng trình theo chiều sâu lẫn chiều rộng chủ yếu theo chiều sâu (Nguyễn Bá Hoằng, 1997; Nguyễn Thị Thanh Nhàn, 2009; Principles of Foundation Engineering, 1987) 2.2 Cơ sở phân chia kiểu cấu trúc khu vực thành phố Huế Đặc tính khả xây dựng dạng cấu trúc định yếu tố sau: Địa tầng thành phần thạch học: Phản ánh đặc điểm thành phần đất đá xếp không gian chúng Thực tế trình khảo sát địa chất cơng trình cho thấy, khơng phản ánh đầy đủ đặc điểm bất đồng địa tầng dẫn đến sai lầm giải pháp thiết kế, gây nên cố cơng trình Tính chất lý đất đá: Yếu tố phản ánh tính chất vật lý học khả chịu tải trọng đất cấu trúc nền, thể tính chất đất nước tính trương nở, co ngót, tính thấm… Nước đất: Nước đất tồn loại đất đá khác có ảnh hưởng định đến đặc tính địa chất cơng trình cấu trúc đất q trình xây dựng cơng trình Mơi trường địa chất kề cận cơng trình: Cơng trình, cấu trúc môi trường địa chất tồn mối liên hệ lẫn theo không gian thời gian Các cơng trình lớn thơng qua cấu trúc cơng trình gây nên biến đổi đáng kể môi trường địa chất xung quanh Ngược lại môi trường địa chất, thông qua cấu trúc có tác động mạnh mẽ, ảnh hưởng đến điều kiện làm việc cơng trình xây dựng Cơng trình: Yếu tố cơng trình có ý nghĩa xác định ranh giới khả biến dạng cấu trúc Chiều sâu trung bình chọn 30m Bên cạnh đó, phân loại cấu trúc (CTN) phải dựa nguyên tắc thống xét khả ổn định đất tác động từ bên ngoài, thuận tiện cho việc áp dụng tất khu vực địa chất Mỗi dạng đặc trưng khu vực khác vùng nghiên cứu, tương ứng với mặt cắt điển hình khơng giống Các mức cấu trúc cơng trình xác lập theo tiêu chí sau: Kiểu CTN Phụ kiểu CTN Dạng CTN cơng trình 2.3 Phân chia đánh giá kiểu cấu trúc công trình khu vực thành phố Huế Trên sở phân tích hệ thống hóa hàng loạt tài liệu khảo sát ĐCCT tác giả chủ trì thu thập quan khảo sát thiết kế địa bàn thành phố Huế thời gian nghiên cứu cập nhật Để phân chia đánh giá cấu trúc trước hết phải điển hình hóa lớp đất đá dạng sơ đồ, mặt cắt, cột địa tầng đặc trưng để phân biệt phức hệ địa tầng - nguồn gốc, lớp đất dính, đất rời, đất yếu khác Việc phân chia loại hình cấu trúc khu vực thành phố Huế phải xuất phát quan điểm ĐCCT móng cơng trình Theo tài liệu khoan khảo sát ĐCCT phạm vi thành phố Huế cho thấy, giới hạn chiều sâu nghiên cứu 30m có mặt đầy đủ loại đất đá có tuổi, nguồn gốc, thành phần, trạng thái tính chất lý khác Các lớp đất đá có tuổi thành phần gần giống (cùng phụ nhóm) (Nguyễn Thanh, 1984) có tính chất gần giống Các lớp đất thuộc trầm tích Đệ tứ thống Holocen, thống Pleistocen có thành phần, trạng thái tính chất lý khác rõ rệt Để bớt phức tạp điển hình hóa việc phân chia cấu 82 Nguyễn T T Nhàn cộng Tạp chí Khoa học Đại học Mở Thành phố Hồ Chí Minh, 62(5), 79-90 trúc nền, phạm vi khu vực phân biệt đất loại sét đất cát Các đất có thành phần tương tự tuổi khác coi hai lớp khác Từ quan điểm đó, khu vực thành phố Huế chia thành kiểu, phụ kiểu dạng cấu trúc cơng trình (chi tiết trình bày Hình 1, Bảng 1): - Kiểu cấu trúc cơng trình (I, II,III) bậc cấu trúc khái quát phân chia dựa diện lớp đất đá (lớp đất đá có liên kết cứng; lớp đất đá khơng có liên kết cứng; lớp đất đá khơng có liên kết cứng phủ lớp đất đá có liên kết cứng theo phân loại L.M Xecgheev, 1983) giới hạn chiều sâu nghiên cứu 30m - Phụ kiểu cấu trúc cơng trình chia tách từ kiểu cấu trúc cơng trình dựa vào có mặt hay vắng mặt tầng đất yếu theo phương thẳng đứng Phụ kiểu cấu trúc đất ký hiệu chữ hoa A, B, C với kí hiệu kiểu cấu trúc cơng trình Như vậy, từ kiểu để phân phụ kiểu tác giả dựa vào mức độ đồng nhất, bề dày lớp mềm rời có mặt hay thiếu vắng thành tạo đất yếu Dựa vào mặt cắt địa chất, đặc tính ĐCCT lớp đất đá để chia phụ kiểu CTNCT IA, IIA, IB, IIB - Dạng cấu trúc cơng trình chia tách từ phụ kiểu cấu trúc cơng trình sở xem xét bề dày tầng đất yếu ( 6m; 5.0m D-ới sâu số nơi thuộc loại n-ớc có áp Trầm tích hệ tầng Đà Nẵng, Quảng Điền có độ ẩm nhỏ, độ bền cao, tính biến dạng bé Đá hệ tầng Tân Lâm Co Bai đáp ứng làm công trình cho qui mô Trầm tích edQ phủ mặt, vài nơi đá gốc lộ Không chứa nuớc Một vài n¬i cã nc nhung rÊt nghÌo, mùc nc xt hiƯn lớn > 5m Đất đá có khả xây dựng tốt Cần lu ý trình suờn dốc nh: muơng xói, sạt lở 0.6 - 5.0 20 0- 15 bn b P D c O - S lđ Trầm tích Phú Vang có trạng thái dẻo mềm độ bền, độ nén lún trung bình Đất yếu thuộc hệ tầng Phú Bài có độ ẩm cao, trạng thái dẻo chảy - chảy, độ bền nhỏ, nén lún lớn Trầm tích Đà nẵng khô chặt, khả chịu tải tốt Trầm tích Quảng Điền có độ ẩm, độ bền, tính biến dạng thay đổi diƯn réng 150-200 edQ D1tl Cã tÇng chøa n-ớc tầng chứa n-ớc Holocen Peistocen Mức độ phong phú n-ớc trung bình Mực nứơc xuất < 20m N-ớc có tính ăn mòn CO2 HCO3 Trầm tích Phú Bài có nguồn gốc sông biển khả chịu tải từ trung bình đến Trầm tích Quảng Điền gồm cát pha, sét pha lẫn dăm sạn có ®é bỊn cao, biÕn d¹ng bÐ 16 - 60 D1tl III Đặc điểm tính chất lý đất Có tầng chứa n-ớc tầng chứa n-ớc Holocen Peistocen Mùc n-íc xt hiƯn < 20m Nø¬c cã tÝnh ăn mòn CO2 2.5 - 9.0 -2 Có mặt hệ tầng Phú Vang Phú Bài - Quảng Điền, vài nơi xen kẹp hệ tầng Đà Nẵng Đất yếu có nguồn gốc sông biển đầm lầy - sông biển hệ tầng Phú Bài - Quảng Điền Thành phần gồm bùn sét - bùn sét pha hữu cơ, cát hạt mịn lẫn vỏ sò Bề dày đất yếu 6.0 Đặc điểm địa chất thuỷ văn Vắng mặt hệ tầng Phú Vang Trầm tích hệ tầng Phú Bài phủ bất chỉnh hợp lên hệ tầng Quảng Điền Không có mặt lớp đất yếu 16.0 - 40.0 D 2-3cb Đặc điểm cấu trúc địa chất Phân bố đồng H-ơng Long - H-ơng An, không bị ngập n-ớc 7.3 - 12.0 1-2 ambQ pb 1-2 IIA IIAa Địa hình đồng t-ơng đối thấp bãi bồi tích tụ, không bị ngập n-ớc 2.0 - 40.0 amQ IV pb pb amQ IV Địa hình đồng thấp đồng b»ng tÝch tơ, Ýt bÞ ngËp n-íc 14.0 - 43.0 amQ II-III qđ IA Đặc điểm địa hình Địa hình gò đồi cao 600-2700 2.3.1 Kiu I Kiu CTN cụng trình cấu tạo từ đất đá khơng có liên kết cứng (trầm tích Đệ Tứ) Kiểu CTN cơng trình xét chiếm diện tích lớn vùng nghiên cứu, khoảng 99km2, phân bố chủ yếu vùng đồng (