Nhà máy nước Mai Dịch được bố trí gần khuôn viên của Đại học Sư phạm Hà Nội. Từ khi nhà máy nước được xây dựng và đưa vào hoạt động, tại khu vực Đại học sư phạm Hà nội và Phân viện báo chí và tuyên truyền đã quan sát thấy hiện tượng lún, nứt trên các nhà đã xây dựng từ thập kỷ 1970, trong đó điển hình là nhà 5 tầng T5 của Phân viện báo chí và tuyên truyền và nhiều kết cấu nhẹ ( bao gồm cả các garage xe) thuộc Đại học Quốc gia, Đại học sư phạm và Phân viện báo chí và tun truyền. Như vậy có đủ cơ sở để khẳng định là hiện tượng hạ mực nước ngầm là nguyên nhân chính dẫn đến các hư hỏng nêu trên.
Nhà D2 Khoa Vật lý thuộc Đại học sư phạm Hà Nội được xây dựng vào năm 1984, sau khi Nhà máy nước Mai Dịch đã đi vào hoạt động. Đây là cơng trình 5 tầng với kết cấu bê tơng cốt thép. Do tải trọng của cơng trình khá cao và đất nền tương đối yếu nên giải pháp sử dụng móng cọc bê tơng cốt thép tiết diện 30 x 30cm đã được sử dụng làm móng cho cơng trình. Theo thiết kế, cọc được đóng xun qua lớp đất yếu và tựa vào lớp sét dẻo cứng đến nửa cứng ( sét Vĩnh Phúc) gặp ở độ sâu 14.5m. Trước khi thi công đại trà, 3 cây cọc đã được thí nghiệm nén tĩnh và kết quả thí nghiệm cho thấy các cây cọc này có
sức chịu tải phù hợp với dự kiến của thiết kế.
Sau khi cơng trình được đưa vào sử dụng đã quan sát thấy nhiều vết nứt xuất hiện trên kết cấu, trong đó chủ yếu là các vết nứt trên các tường, bề rộng vết nứt phổ biến là 1 - 2mm. Kết quả quan trắc cho thấy tốc độ lún của cơng trình vẫn rất lớn và khơng có biểu hiện dừng lún. Do chưa áp dụng biện pháp sửa chữa nền móng thích hợp nên hiện nay cơng trình vẫn tiếp tục bị lún và các vết nứt vẫn tiếp tục phát triển. Có thể nhận định ngun nhân gây lún cơng trình là vì ma sát âm chưa được xét đến khi thiết kế nên tải trọng truyền lên cọc ( bao gồm tải của kết cấu và ma sát âm) đã vượt quá khả năng chịu tải của cọc.
3.1.2. Nhà máy tơn mạ màu tại khu cơng nghiệp Đình Vũ, Hải Phịng. Cơng trình được xây dựng ở khu vực mới san lấp trên nền đất yếu với bề dày lớn. Cọc móng với chiều dài khác nhau được sử dụng cho các hạng mục của cơng trình. Đối với kết cấu chính của nhà, cọc được đóng tựa vào đá trong khi các cọc thuộc hệ thống dây chuyền công nghệ ngắn hơn nên chỉ tựa vào lớp sét cứng nằm dưới lớp bùn sét. Trước khi thi công đại trà người ta đã tiến hành đóng cọc thử và nén tĩnh, kết quả thí nghiệm cho thấy tất cả các cọc thí nghiệm có sức chịu tải đạt u cầu với hệ số an tồn FS = 2. Sau khi thi cơng móng và bắt đầu lắp đặt thiết bị đã phát hiện móng thuộc hệ thống dây chuyền cơng nghệ bị lún trên 10 cm và độ lún vẫn tiếp tục phát triển. Nguyên nhân gây lún móng cọc được xác định là do ma sát âm chưa được xét đến khi tính tốn tải trọng lên cọc.
3.1.3. Sự cố cục bộ xảy ra ở 1 cây cọc móng cơng trình Kho cảng Thị Vải ở Bà Rịa - Vũng Tàu. ở Bà Rịa - Vũng Tàu.
Theo thiết kế, các cọc của cơng trình có tiết diện 40 x 40 cm dài 32 m được đóng qua lớp cát san nền dày 3 - 4 m và lớp đất yếu dày 11 - 12 m và tựa vào lớp cát hạt trung ở phía dưới. Trong thiết kế đã cọc đã xét đến tải trọng
phụ thêm do ma sát âm và cọc đã được quét bi tum nhựa để giảm ma sát, vì vậy các kết cấu đặt trên móng cọc đều ổn định. Sự cố chỉ xảy ra cục bộ ở 1 cây cọc bố trí dưới cột một kết cấu nhẹ. Do tải trọng của kết cấu bên trên nhỏ nên dưới mỗi cột chỉ bố trí 01 cây cọc. ở cốt nền cơng trình có hệ giằng với
độ cứng khá cao để đỡ tường bao che và truyền tải trọng tường xuống các móng. Cây cọc gặp sự cố có thể đã bị hư hại khi thi đóng nên đã bị giảm yếu. Cây cọc có xu hướng bị kéo lún do ma sát âm trong khi phần cổ cột được liên kết với kết cấu bên trên có độ cứng đủ lớn nên phần cổ cột đã chịu lực kéo trên 40 T, đủ lớn để kéo đứt 4 thanh thép 16 của cổ cột (Hình 3.1 ).
Hình 3.1. Hư hỏng của móng cọc do ma sát âm tại Kho cảng Thị Vải- Bà Rịa - Vũng Tàu.
3.1.4. Một số chung cư đã được gia cường móng tại khu vực Hà Nội.
Các khu chung cư Ngọc Khánh và Thành Công được đầu tư xây dựng trong thập kỷ 1980 để giải quyết nhu cầu nhà ở cho thành phố Hà Nội. Phần lớn các nhà chung cư là nhà 5 tầng, dạng kết cấu phổ biến là bê tông cốt thép
lắp ghép tấm lớn hoặc kết cấu khung bê tông cốt thép chèn tường gạch. Đất nền tại khu vực xây dựng cơng trình rất yếu, trong đó lớp bùn sét thường có bề dày tới 15 – 20 m. Trước khi xây dựng các khu chung cư người ta đã tiến hành san lấp để nâng cao cao độ khu vực, bề dày lớp san lấp phổ biến trong khoảng 2 - 2.5 m. Do hạn chế về kinh phí, phần lớn các chung cư xây dựng trong giai đoạn này đã sử dụng móng nơng đặt trên nền thiên nhiên hoặc trên đệm cát.
Phần lớn các nhà chung cư ở khu vực Ngọc Khánh và Thành Công đã bị lún và nứt sau khi được đưa vào sử dụng. Độ lún của một số nhà lên tới trên 1m như trường hợp các nhà C4 và B7 Thành Công. Nguyên nhân gây lún cơng trình được đánh giá chủ yếu do cố kết của bùn sét yếu dưới tác dụng của tải trọng san lấp và hạ mực nước ngầm. Trong một vài trường hợp cá biệt độ lún rất lớn của cơng trình có thể do đất dưới móng đã đạt tới trạng thái biến dạng dẻo. Vì hiện tượng lún và nứt ở một số nhà đã đến mức nguy hiểm, cơng tác gia cường móng đã được thực hiện tại nhà B2, A4 thuộc khu Ngọc Khánh và E3, B7, E6, K7 thuộc khu Thành Công... Kỹ thuật gia cường móng đã áp dụng tại các cơng trình này là cọc tiết diện nhỏ thi cơng bằng phương pháp đóng hoặc ép. Cũng tương tự như các cơng trình được xây dựng trong giai đoạn này, ma sát âm ít được quan tâm khi thiết kế cọc phục vụ chống lún nên sức chịu tải cho phép của cọc thường khá cao, dao động ở mức 15 - 20 T/cọc đối với cọc tiết diện 20 x 20 cm và không phụ thuộc vào chiều dài cọc trong đất yếu. Đối với một cây cọc tiết diện 20 x 20 cm với chiều dài thân cọc trong đất yếu 15m, có thể sơ bộ đánh giá cường độ ma sát âm tác dụng lên cây cọc như sau:
- Diện tích mặt bên cọc trong đất yếu:
As = 4*0.2*15 = 12 m2
- Ma sát bên đơn vị trong lớp bùn sét: Giá trị này dao động trong khoảng fs = 0.5 T/m2 ( theo hướng dẫn thiết kế móng cọc của Viện nền móng và cơng trình ngầm Liên Xơ, 1980) với f s = 2 T/m2 ( nếu lấy f s = cu).
- Tổng ma sát âm tác dụng lên cọc: N- = A s * f s = 6 -:- 24T
Với độ lớn của ma sát âm như trên, cọc đã sử dụng trong chống lún hầu như khơng cịn khả năng chịu tải của cơng trình, đặc biệt khi lực ép cọc khá thấp ( thông thường là 30 - 35 tấn đối với cọc tiết diện 20 * 20 cm). Điều này có thể giải thích tại sao hiện tượng lún nứt vẫn tiếp tục phát triển sau khi móng đã được gia cường bằng cọc.
3.2. Khả năng xuất hiện ma sát âm tác dụng lên cọc theo kết quả quan trắc hiện trường của các tác giả theo kết quả quan trắc hiện trường của các tác giả nước ngoài.
Nhận xét:
Từ các kết quả thí nghiệm và quan trắc trên cho thấy ma sát âm trên cọc là yếu tố không thể bỏ qua khi thiết kế móng cọc trong khu vực mới san nền trên đất yếu và trong vùng chịu ảnh hưởng của hiện tượng hạ thấp mực nước ngầm. Ma sát âm biến động theo thời gian, phụ thuộc vào tốc độ cố kết của đất và tốc độ lún của cọc.
Chương 4
Đặc điểm cấu trúc địa chất, địa chất cơng trình, địa chất thuỷ văn khu vực
Tây nam - hà nội.
4.1. Vị trí địa lý, địa hình - địa mạo khu vực Tây Nam - Hà Nội.
Đô thị Hà Nội gồm 9 quận và 5 huyện với diện tích 920.97 km2 nằm kéo dài từ trung tâm đến phần rìa phía bắc đồng bằng Bắc Bộ được giới hạn bởi toạ độ:
105o 43' 40'' - 105o 56' 30'' kinh Đông 20o 53' 20'' - 21o 23' 00'' kinh Bắc.
Hà Nội ở phía Bắc giáp Thái Nguyên, ở phía Tây Bắc giáp Vĩnh Phúc, ở phía Đơng Bắc giáp Bắc Giang, Bắc Ninh, ở phía Đơng Nam giáp Hưng Yên, ở phía Nam và Tây Nam giáp Hà Tây.
Theo đặc điểm địa hình địa mạo đơ thị Hà Nội bao gồm các cấu trúc phân bậc rõ rệt: đồi và núi, đồi - đồng bằng, đồng bằng tích tụ cao kiểu tam giác châu, đồng bằng tích tụ thấp.
Đồi và núi thấp phân bố chủ yếu ở huyện Sóc Sơn với diện tích 104km2, cao độ 270 - 374m, đỉnh An Lom cao 462m, sườn dốc 10 - 30o.
Đồi - đồng bằng phát triển rộng rãi ở phía Đơng Bắc Sóc Sơn và hẹp hơn ở Tây Nam và Đơng Nam.
Đồng bằng tích tụ cao phân bố chủ yếu ở huyện Đơng Anh, phần cịn lại thuộc huyện Sóc Sơn, các xã Cổ Nhuế, Xuân La, Xuân Đỉnh thuộc huyện Từ Liêm, cao độ 6 - 15m thay đổi theo chiều thấp dần về phía Đơng Nam.
Đồng bằng thấp, bằng phẳng hơn, có nhiều ơ trũng, ao đầm phân bố chủ yếu ở phía Đơng Nam của thành phố với cao độ 3 - 6m với xu thế chung thấp
dần về phía Nam.
Sơng Hồng chảy qua địa phận Hà Nội chia cắt lãnh thổ đô thị thành hai khu: Đông - Bắc và Tây - Nam Hà Nội. Sự tồn tại của hệ thống đê sông Hồng làm thay đổi và mất cân bằng địa hình tự nhiên của đơ thị, cao trình của đê, lịng sơng Hồng và bãi bồi ngồi đê nâng cao dần theo thời gian, hiện tại đê Hà Nội có cao độ 14m- 16m, bãi cao ngồi đê có cao độ 11 - 12m. Dọc theo đê Sơng Hồng về phía trong đồng tồn tại hệ thống địa hình trũng thấp là các hồ hình móng ngựa - lịng sót của sơng Hồng càng tạo thêm thế mất cân bằng của địa hình lãnh thổ đơ thị.
4.2. Cấu trúc địa chất khu vực Tây Nam – Hà Nội.
Phần đồi núi thuộc huyện Sóc Sơn với diện tích trên 100 km2 lộ đá gốc và sản phẩm phong hoá của chúng ngay trên mặt đất. Đá gốc có thành phần chủ yếu là sét, bột, cát, sạn sỏi kết hệ tầng Hà Cối và hệ tầng Tam Đảo. Phần còn lại nằm ở trung tâm đồng bằng Bắc Bộ, trên nền tràm tích Đệ Tứ khá dày, từ dưới lên có các địa tầng: Lệ Chi, Hà Nội, Vĩnh Phúc, Hải Hưng và Thái Bình.
Thống Pleistoxen dưới, tầng Lệ Chi (aQ1lc).
Trầm tích tầng Lệ Chi bị phủ hồn tồn bởi các trầm tích trẻ hơn, phân bố dọc phương hoạt động của sơng Hồng cũ, bắt đầu xuất hiện ở phía trên Cổ Đơ và phát triển rộng về phía Nam, Đơng nam và ra ngồi phạm vi vùng Hà Nội, chiều sâu phân bố thường gặp 45 - 70m, gồm 3 tập:
- Tập 1 (dưới): gồm cuội, sỏi thạch anh, silíc, đá hoa,… sỏi lẫn ít cát, bột sét, đường kính cuội từ 3 - 5cm, thuộc tướng lịng sơng miền núi và vùng chyển tiếp, chiều dày 20m.
- Tập 2 (giữa): gồm cát hạt trung, hạt nhỏ, cát bột, thạch anh chiếm 90 – 97%, thuộc tướng lịng và gần lịng sơng vùng đồng bằng, chiều dày 3 - 10m.
- Tập 3 (trên): gồm bột, sét, cát, đơi nơi có mùi thực vật và cả thực vật chưa phân huỷ hết, đặc trưng cho tướng bãi bồi, chiều dày 1- 4,5m.
Tổng chiều dày của tầng là 25 - 30 m, trong phạm vi nghiên cứu chiều dày biến đổi ít hơn.
Thống Pleistoxen giữa- trên, tầng Hà Nội (a, ap,dp QII-IIIhn).
ven, tại trung tâm đồng bằng tầng bị phủ sâu ở độ sâu 17 - 45m. Trong phạm vi nghiên cứu trầm tích tầng Hà Nội có nguồn gốc sơng, sông – lũ , bị phủ sâu 32 - 35m, gồm 3 tập:
- Tập 1 (dưới): gồm cuội tảng, sỏi sạn và ít cát bột xen kẽ, đặc trưng cho tướng lịng sơng miền núi. Chiều dày: 10 - 34m.
- Tập 2 (giữa): gồm cuội nhỏ, cát thơ, cát bột thuộc tướng lịng và gần lịng của sơng miền núi và vùng chuyển tiếp. Chiều dày 15 - 17m.
- Tập 3 (trên): gồm bột sét, bột cát, cát nhỏ đặc trưng cho tướng bãi bồi. Chiều dày 0-4m.
Tổng chiều dày của tầng ở vùng phủ khoảng 34m.
Tầng Hà Nội phủ không chỉnh hợp lên tầng Lệ Chi và các thành tạo trước Đệ Tứ.
Trầm tích tầng Lệ Chi và Hà Nội cịn ít được nghiên cứu chi tiết.
Thống Pleistoxen trên, tầng Vĩnh Phúc (aQIII2vp).
Tầng Vĩnh Phúc phân bố rộng rãi, lộ ra trên diện rộng ở huyện Sóc Sơn, Đơng Anh, ở Xã Cổ Nhuế, Xuân Đỉnh và trên những diện hẹp trong thành phố Hà Nội, phần còn lại bị phủ ở các độ sâu khác nhau, gồm 4 tập:
- Tập 1 (dưới): gồm cuội, cuội nhỏ, cát lẫn ít sét bột thuộc tướng lịng sơng vùng núi và vùng chuyển tiếp. Chiều dày: 3 - 10m.
- Tập 2: gồm cát, bột, có ít sét, cát vàng, đơi nơi có thấu kính sỏi nhỏ, đặc trưng cho tướng lịng và gần lịng sơng đồng bằng. Chiều dày 33m.
- Tập 3: gồm sét kaolinit màu xám trắng, sét bột xám vàng, có sự xen kẽ của cát bột, bột sét, sét và cát mịn, đặc trưng cho tầng bãi bồi. Phần trên của tập có màu loang lổ và các kết vón oxit sắt nhỏ chưa rắn chắc. Chiều dày biến đổi từ 0 đến 10 - 15m.
- Tập 4: gồm sét đen, bột sét màu nâu đen, xám vàng chứa tàn tích thực vật, đặc trưng cho tướng hồ, đầm lầy ven sông. Trong khu vực nghiên cứu, tập này gặp rất ít, chiều dầy 3 - 8m.
Tầng Vĩnh Phúc phủ không chỉnh hợp lên tầng Hà Nội và các trầm tích cổ hơn. Bề mặt tầng có xu hướng chìm sâu dần về phía nam, đơng nam vùng nghiên cứu, tổng chiều dầy 10 - 45m.
Một đặc điểm đáng chú ý là do bị xâm thực nên chiều sâu bề mặt tầng Vĩnh Phúc bị biến đổi mạnh và phức tạp. Theo đặc điểm này có thể chia ra 2 vùng: vùng bề mặt nổi cao và vùng bị đào sâu.
Vùng nổi cao phân bố không liên tục, trong vùng này bề mặt tầng khá bằng phẳng, phân bố ở độ sâu thường từ 1 - 2 đến 3 - 4m dưới lớp đất hoặc lớp mỏng trầm tích tầng Thái Bình.
Vùng đào sâu phân bố khá liên tục, nhiều nơi bề mặt tầng bị bào xói tạo thành các lạch và bồn trũng, phân bố sâu tới 15-20m và lớn hơn điển hình là các khu hồ Thành Cơng, Giảng Võ, Đống Đa, … Dọc sông Hồng và các sông nhỏ khác bề mặt tầng bị đào sâu cách mặt đất tới 25 - 30m và lớn hơn. Đặc điểm bị bào xói làm biến đổi mạnh chiều sâu phân bố và chiều dày trầm tích sét gây khó khăn khi xem xét khả năng sử dụng tầng này làm tầng cách nước chính, bảo vệ tầng chứa nước bên dưới.
Thống Holoxen, phụ thống dưới – giữa, tầng Hải Hưng (QIV1-2 hh).