Chương 6: Khảo sát địa chất công trình để xây dựng công trình
6.6. Phương pháp khảo sát địa chất công trình cho công trình xây dựng
Nh− đã biết, quá trình khảo sát địa chất công trình đ−ợc thực hiện theo giai đoạn, phù hợp với giai đoạn thiết kế công trình. ở mỗi giai đoạn thiết kế công trình khác nhau, đặt ra nhiệm vụ khảo sát khác nhau. Để làm sáng tỏ điều kiện địa chất công trỡnh, cần phải hiểu rừ đặc điểm của cụng trỡnh xõy dựng, mức độ phức tạp của điều kiện địa chất công trình và khả năng phát sinh các vấn đề địa chất công trình.
6.6.1. Khảo sát địa chất công trình sơ l−ợc cho nghiên cứu tiền khả thi
Công tác khảo sát địa chất công trình sơ lược thường tiến hành đối với công trình có quy mô lớn, quan trọng, đ−ợc xây dựng trong điều kiện địa chất phức tạp, phạm vi nghiên cứu rộng. Ph−ơng pháp tiến hành khảo sát chủ yếu dựa vào việc thu thập các tài liệu địa hình, địa mạo, địa chất, địa chất thủy văn, địa chất công trình đã có liên quan
đến đối tượng xây dựng trên diện tích nghiên cứu. Trong trường hợp cần thiết có thể tiến hành một số phương pháp nghiên cứu địa chất công trình mang tính khái quát như
đo vẽ địa chất công trình tỷ lệ trung bình, thăm dò địa vật lý, còn khoan đào thăm dò, thí nghiệm trong phòng xác định các chỉ tiêu cơ lý của đất đá chỉ ở mức độ hạn chế, chủ yếu tập trung vào những nơi có điều kiện địa chất công trình phức tạp.
155
6.6.2. Khảo sát địa chất công trình sơ bộ cho nghiên cứu khả thi
Nhiệm vụ khảo sát địa chất công trình sơ bộ là chọn ra phương án vị trí xây dựng tốt nhất trên quan điểm địa chất công trình. Trước khi tiến hành khảo sát, cần phải xác
định các phương án vị trí xây dựng để lựa chọn và công tác khảo sát địa chất công trình
được thực hiện trên các phương án đó. Quá trình khảo sát cần phải chú ý các yếu tố
điều kiện địa chất công trình có vai trò quyết định lựa chọn vị trí xây dựng công trình.
Các yếu tố lựa chọn này phụ thuộc vào đặc điểm, tính chất làm việc và quy mô của mỗi loại công trình khác nhau.
Phương pháp khảo sát địa chất công trình chủ yếu là đo vẽ địa chất công trình tỷ lệ lớn đến trung bình. Diện tích đo vẽ bao trùm ngoài phạm vi xây dựng theo hình dạng công trình. Nội dung đo vẽ phù hợp với điều kiện địa chất công trình và tỷ lệ đo vẽ.
Thăm dò địa vật lý tiến hành đối với dạng công trình thường được xây dựng trong
điều kiện địa chất phức tạp nh− công trình thuỷ lợi, công trình ngầm, công trình khai thác mỏ hay nghiên cứu các hiện t−ợng địa chất tự nhiên nh− phong hoá, tr−ợt lở, cactơ
hoá, …. Phương pháp thăm dò địa vật lý được sử dụng phổ biến là mặt cắt điện, đo sâu
điện, địa chấn, karôta. Việc bố trí các tuyến đo phụ thuộc vào điều kiện địa chất công trình và mục đích nghiên cứu.
Khoan đào thăm dò được thực hiện trên mỗi phương án vị trí xây dựng với khối l−ợng đủ để đánh giá sơ bộ điều kiện địa chất công trình, làm cơ sở so sánh lựa chọn phương án. Các điểm thăm dò có thể bố trí theo mạng lưới (đối với công trình có dạng diện) hay tuyến (đối với công trình kéo dài). Khoảng cách giữa các điểm, tuyến khoan
đào thăm dò trung bình 100- 200 đến 300m. Đối với những công trình kéo dài nh−
đường ô tô, đường sắt, đường hầm, kênh dẫn, …, khoảng cách các điểm khoan đào thăm dò có thể lớn hơn, từ 500- 1000m. Chiều sâu khoan đào thăm dò phụ thuộc vào loại, quy mô công trình và đặc điểm cấu trúc địa chất. Nhìn chung, chiều sâu thăm dò phải đảm bảo phát hiện và xác định sơ bộ quy luật phân bố các lớp đất đá có thể sử dụng để đặt móng công trình.
Trong các hố khoan đào, cần lấy mẫu đất đá để thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ lý, mẫu nước dưới đất để phân tích thành phần hoá học, đánh giá ăn mòn vật liệu xây dựng. Số l−ợng mẫu đất đá lấy trong một lớp đất phụ thuộc vào mức độ đồng nhất và phạm vi phân bố của lớp đất đá. Khoảng cách lấy mẫu trung bình 2- 3m. Mẫu nước dưới đất lấy đại diện cho mỗi đơn vị chứa nước, từ 1- 2 mẫu.
Thí nghiệm trong phòng xác định các chỉ tiêu cơ lý đất đá thông thường và thành phần hoá học nước dưới đất. Trong đó, cần chú ý đến sơ đồ thí nghiệm phù hợp với
điều kiện làm việc của công trình.
Thí nghiệm ngoài trời và quan trắc dài hạn địa chất công trình thường không được tiến hành trong giai đoạn này do yêu cầu của mức độ nghiên cứu ch−a đặt ra. Tuy nhiên, trong những trường hợp cần thiết để làm sáng tỏ yếu tố riêng biệt có vai trò quan trọng quyết định đến việc lựa chọn phương án vị trí xây dựng thì có thể thực hiện các ph−ơng pháp nghiên cứu này.
Kết quả khảo sát địa chất công trình sơ bộ phải đ−ợc tổng hợp, phân tích đánh giá
theo mỗi phương án vị trí xây dựng, để từ đó chọn phương án tốt nhất. Cần lưu ý rằng, khối lượng khảo sát địa chất công trình ở mỗi phương án vị trí xây dựng phải tương
đương, làm cơ sở lựa chọn đúng đắn. Tuy nhiên, nếu trong quá trình khảo sát, thấy có
156
phương án vị trí xây dựng nào đó không đáp ứng được các yêu cầu đặt ra thì có thể loại bỏ ngay mà không cần tiếp tục khảo sát để giảm chi phí.
6.6.3. Khảo sát địa chất công trình chi tiết cho thiết kế kỹ thuật
Công tác khảo sát địa chất công trình chi tiết thường được tiến hành trên phương
án vị trí xây dựng đã đ−ợc lựa chọn hoặc vị trí xây dựng đã đ−ợc ấn định. ở giai đoạn này, vị trí, hình dạng móng công trình đã đ−ợc xác định cụ thể trên mặt bằng. Nhiệm vụ khảo sát địa chất công trình là sáng tỏ một cách đầy đủ, chính xác điều kiện địa chất công trình vị trí xây dựng công trình để cung cấp tài liệu cho thiết kế kỹ thuật. Vì vậy, trong quá trình khảo sát địa chất công trình, chủ yếu sử dụng các phương pháp nghiên cứu có độ chính xác cao.
Đo vẽ địa chất công trình đ−ợc tiến hành đối với những công trình có quy mô lớn,
đ−ợc xây dựng trong điều kiện địa chất phức tạp nh− công trình thuỷ lợi, giao thông, khi mà điều kiện địa chất công trình phần trên mặt ch−a đ−ợc nghiên cứu chi tiết. Tỷ lệ
đo vẽ có thể là chi tiết hay lớn tuỳ theo từng tr−ờng hợp cụ thể.
Khoan đào thăm dò trong giai đoạn này đóng vai trò chủ đạo thực hiện nhiệm vụ khảo sát địa chất công trình. Khoan đào thăm dò có mục đích chủ yếu xác định chính xác ranh giới các lớp đất đá, lấy mẫu thí nghiệm và tiến hành các thí nghiệm ngoài trời.
Các điểm thăm dò phải đ−ợc bố trí tại móng công trình, chú ý những vị trí chịu lực chính. Mạng l−ới thăm dò phụ thuộc vào hình dạng công trình. Nếu công trình có diện tích đặt móng lớn như công trình đập thì mạng lưới thăm dò cần được bố trí theo nhiều tuyến. Khoảng cách giữa các điểm, tuyến khoan đào thăm dò phụ thuộc vào từng loại công trình và mức độ phức tạp của điều kiện địa chất công trình: công trình dân dụng và công nghiệp, khoảng cách từ 20- 40m; công trình đập thuỷ lợi, khoảng cách từ 50- 100m; công trình đ−ờng ô tô, đ−ờng sắt, đ−ờng hầm, kênh dẫn, … khoảng cách từ 200- 300m. Chiều sâu khoan đào thăm dò cũng phụ thuộc vào loại, quy mô công trình và
đặc điểm cấu trúc địa chất. Cần phải thăm dò v−ợt qua đới nén ép hay đới thấm (đ−ợc xác định sơ bộ theo tài liệu địa chất công trình đã có) ít nhất từ 3- 5m.
Mẫu đất đá, mẫu nước dưới đất được lấy trong các hố khoan đào để thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ lý và phân tích thành phần hoá học, đánh giá ăn mòn vật liệu xây dựng. Mẫu đ−ợc lấy theo điểm. Vị trí lấy mẫu phải đảm bảo đặc tr−ng. Khoảng cách lấy mẫu trung bình 1,5- 2m, đảm bảo số l−ợng mẫu lấy trong một lớp đất đá
không được nhỏ hơn 6 (đối với một hay một số công trình gần nhau). Mẫu nước dưới
đất lấy đại diện cho mỗi đơn vị chứa nước, có thể lấy từ 2- 3 mẫu.
Thí nghiệm trong phòng xác định đầy đủ các chỉ tiêu cơ lý đất đá thông thường và thành phần hoá học nước dưới đất. Yêu cầu sơ đồ thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý đất đá
phải phù hợp với điều kiện làm việc của công trình.
Trong giai đoạn này, cần tiến hành các thí nghiệm ngoài trời để xác định chính xác chỉ tiêu cơ lý đất đá. Phương pháp thí nghiệm, vị trí, chiều sâu, khối lượng thí nghiệm phụ thuộc vào loại công trình và đặc điểm cấu trúc địa chất.
Thí nghiệm xuyên với mục đích chính là thăm dò địa tầng thì thể bố trí thay thế một phần khoan đào thăm dò. Kết quả của thí nghiệm này cho phép phân loại trạng thái của đất, xác định chính xác lớp đất đặt móng, chiều sâu đặt móng cọc và thiết kế móng cọc, ... nên đ−ợc sử dụng phổ biến khi khảo sát địa chất công trình cho công trình nhà dân dụng và công nghiệp, công trình giao thông.
157
Thí nghiệm cắt cánh xác định độ bền kháng cắt của đất yếu rất cần thiết khi khảo sát địa chất công trình cho đường giao thông, đê, đập, .... Thí nghiệm này thường được thực hiện trong các hố khoan thăm dò, khoảng cách từ 1- 1,5m.
Có thể tiến hành thí nghiệm nén tĩnh xác định môđun tổng biến dạng và đặc tính nén lún của đất nền đối với những công trình sử dụng giải pháp móng nông, xây dựng trên nền đất, như công trình nhà dân dụng và công nghiệp, đường, đê, đập, …. Vị trí thí nghiệm tại độ sâu đặt móng công trình. Mỗi loại đất nền, cần thí nghiệm 2- 3 điểm Thí nghiệm nén sập, đẩy ngang, cắt mẫu lớn, nén ngang, nén đá trong hầm, đổ nước, ép nước, hút nước, ... thường được sử dụng đối với công trình thuỷ lợi và công trình ngầm. Các thí nghiệm này cần đ−ợc bố trí ở những vị trí và chiều sâu trong phạm vi xây dựng công trình phù hợp với mục đích thí nghiệm. Số l−ợng mỗi thí nghiệm cho một loại đất đá từ 2- 3 thí nghiệm.
Quan trắc dài hạn địa chất công trình có thể đ−ợc thực hiện đối với công trình lớn nh− công trình thuỷ lợi. Đối t−ợng quan trắc chủ yếu là thuỷ văn, địa chất thuỷ văn và trượt lở. Mạng lưới quan trắc, thời gian, chế độ quan trắc, nội dung quan trắc phải phù hợp với những nguyên tắc nh− đã biết.
Kết quả khảo sát địa chất công trình chi tiết phải cung cấp đầy đủ, chi tiết các thông tin địa chất công trình dưới dạng các số liệu, biểu bảng, đồ thị, mặt cắt, bản đồ, ... để làm cơ sở cho thiết kế kỹ thuật công trình.
6.6.4. Khảo sát địa chất công trình bổ sung cho thiết kế bản vẽ thi công
Công tác khảo sát địa chất công trình bổ sung có thể đ−ợc thực hiện đối với công trình lớn, xây dựng trong điều kiện địa chất phức tạp.
Khảo sát địa chất công trình bổ sung đ−ợc tiến hành ở ngay diện tích xây dựng công trình, trong các hố móng, đường hầm, tại các vị trí cần phải xử lý đặc biệt, ...
những nơi mà giai đoạn khảo sỏt địa chất cụng trỡnh chi tiết ch−a làm rừ cỏc yếu tố
điều kiện địa chất công trình hay chưa thực hiện được công việc khảo sát. Phương pháp khảo sát chủ yếu là khoan đào thăm dò, lấy mẫu thí nghiệm, thí nghiệm ngoài trời xác
định các đặc tr−ng cơ lý của đất đá, tính chất nứt nẻ, tính thấm, ... của chúng. Vị trí, khối lượng và phương pháp thí nghiệm được xác định tuỳ từng trường hợp theo yêu cầu thực tế. Kết quả khảo sát địa chất công trình bổ sung cho phép kiểm tra và cung cấp tài liệu chi tiết để điều chỉnh thiết kế, lập bản vẽ thi công công trình. Công việc này diễn ra liên tục trong thời gian thi công.
Các tài liệu địa chất công trình cần phải thành lập trong giai đoạn này là hồ sơ địa chất các hố móng và công trình khai đào ngầm, các kết quả thí nghiệm, quan trắc.
Trong đú, phải thể hiện rừ cỏc yếu tố ảnh hưởng đến sự ổn định của cụng trỡnh như
thành phần, tính chất cơ lý của đất đá, cấu trúc địa chất, ....