Trong nhiều trường hợp khi mô tả vùng và vết lộ không đủ những thông tin rõ ràng về điều kiện ĐCCT, nên trong quá trình lập bản đồ cần tiến hành khoan, khai đào công trình, gọi là những công trình khai đào và lỗ khoan ĐCCT. Mỗi loại công trình khai đào hoặc lỗ khoan đều có mục đích xác định. Bởi vậy cần lựa chọn chúng tương ứng với những nhiệm vụ ĐCCT đặt ra, với cấu trúc địa chất và đặc điểm của loại công trình đó. Việc thi công các công trình khoan, khai đào trong quá trình lập bản đồ giúp cho giải quyết được những nhiệm vụ sau:
- Xác định địa tầng đất đá, đặc điểm thành phần thạch học, điều kiện thế nằm, loại và đặc tính của các quá trình địa chất động lực, vị trí mực nước ngầm.
- Lấy mẫu đất đá hay trực tiếp thí nghiệm tại công trình nhằm xác định tính chất cơ lý và tính thấm của đất đá.
- Chọn mẫu nước để xác định tính ăn mòn của chúng đối với bê tông. Tất cả điều đó quyết định loại, chiều sâu và chế độ khai đào công trình và khoan lỗ khoan ĐCCT hợp lý nhất. Khi xác định số lượng và vị trí phân bố công trình nên xuất phát từ những điều kiện địa chất cụ thể và yêu cầu nghiên cứu các yếu tố của điều kiện ĐCCT.
3.2.5.1. Công trình khai đào
Khi lập bản đồ ĐCCT hầu như sử dụng tất cả các loại công trình khai đào. Việc tiến hành khai đào nhờ những dụng cụ kỹ thuật như được sử dụng trong công tác địa chất.
Đặc điểm chuyên môn của công tác lập bản đồ ĐCCT quyết định loại công trình khai đào, chẳng hạn khai đào nhằm:
- Phân chia trong mặt cắt địa chất các lợp đất (như sét mỏng, đất yếu có ảnh hưởng đến việc đánh giá điều kiện ĐCCT)
- Nghiên cứu trạng thái và tính chất cơ lý của đất đá.
Điều đó liên quan đến việc áp dụng các biện pháp trực tiếp trong công trình để đảm bảo lấy mẫu nước và đất đá có kết cấu và độ ẩm tự nhiên. Quan trắc địa chất thủy văn và địa chất công trình, đổ nước thí nghiệm.
Mỗi loại công trình khai đào được sử dụng trong các điều kiện xác định khi điều tra, đánh giá điều kiện ĐCCT của vùng đo vẽ. Dưới đây nêu lên ngắn gọn đặc tính của các công trình khai đào khác nhau thường được sử dụng khi tiến hành đo vẽ ĐCCT.
1/ Công trình dọn sạch (hố dọn sạch)
Được tiến hành trên sườn dốc nhằm dọn các đống deluvi hoặc đất đổ khỏi sườn dốc để lộ đất đá nằm dưới chúng, xác định hoặc loại bỏ lớp đất đá phong hóa. Các công trình dọn sạch tiện lợi ở chỗ chúng không yêu cầu khối lượng lớn công việc và cho phép nghiên cứu đất đá ở trạng thái phong hóa, cũng như lấy mẫu xác định những chỉ tiêu phân loại đất đá. Những mẫu đất đá có kết cấu nguyên và độ ẩm tự nhiên ở công trình này chỉ lấy trong trường hợp đã loại bỏ hết phần đã bị phân hóa.
Được khai đào tùy thuộc vào địa hình địa phương để khai lộ các lớp đất đá có góc dốc lớn, đứng.
Chúng được đào dọc theo đường phương của lớp đất đá và ở độ sâu 0,2- 0,5m. Trong hào việc lấy mẫu đất đá có kết cấu nguyên và độ ẩm tự nhiên thuận lợi, có thể chụp ảnh, mô tả, vẽ thế nằm của đất đá.
3/ Hố đào
Là công trình khai đào thẳng đứng trong đất đá bở dời, khô ẩm có thể nằm ngang hoặc có góc dốc nhỏ, sử dụng không chỉ để mô tả, chụp ảnh, vẽ sự sắp xếp của các lớp đất đá ở thế nằm tự nhiên, lấy mẫu thí nghiệm trong phòng mà còn tiến hành thí nghiệm ngoài trời. Tùy thuộc và mục đích sử dụng, hố đào có kích thước tiết diện khác nhau.
- Chỉ để lấy mẫu cơ lý đất đá trong phòng thí nghiệm: Tiết diện hố đào thường có dạng hình vuông 1,0 x 1,0 m
- Để tiến hành đổ nước thí nghiệm: Tiết diện hố đào 1,0 x 1,2 m - Để tiến hành thí nghiệm nén sập: Tiết diện hố đào 1,0 x 1,5
Nội dung thu thập tài liệu tại các công trình khai đào theo mẫu quy định thống nhất. Tất các công trình khai đào và dọn sạch, sửa lại công trình cũ đều phải có bản vẽ (hoặc bản ảnh) và bản ảnh mô tả. Tùy theo mức độ phức tạp của đối tượng, tỷ lệ các bản vẽ thay đổi từ 1:20 - 1:100. Cần kẻ mạng ô vuông trên bề mặt công trình giấy kẻ ô li khổ A4. Các bản vẽ công trình cần được đóng lại thành quyển theo các tuyến. Bản vẽ mô tả công trình dọn sạch gồm một vách, hào, gồm một vách dài và đáy hoặc hai vách và đáy, hố đào gồm một mặt và đáy hoặc cả bốn mặt. Trong bản vẽ công trình cần phải thể hiện đầy dủ và chính xác vị trí lấy mẫu, vị trí và kích thước mẫu thí nghiệm ngoài trời (đổ nước thí nghiệm, nén sập …). Khi thi công công trình khai đào phải đảm bảo yêu cầu kỹ thuật an toàn.
3.2.5.2.Lỗ khoan
Khoan là một loại công tác điều tra khảo sát phổ biến nhất trong lập bản đồ địa chất công trình cũng như khi khảo sát xây dựng. Khối lượng khoan ĐCCT, khi tiến hành lập bản đồ trên một vùng có khi đạt tới hàng ngàn m.
Việc thi công khoan ĐCCT đã giúp giải quyết nhiều nghiệm vụ, kể cả những nhiệm vụ nghiên cứu chi tiết cấu trúc địa chất, lẫn những nhiệm vụ về ĐCTV, tính chất của đất đá, điều kiện phát triển các quá trình địa chất … Khác với các thăm dò khác (địa vật lý và công trình khai đào), khoan ĐCCT có thể tiến hành trong những điều kiện địa chất khác nhau - trên cạn hay dưới nước, trong đất đá khô hay ngập nước ở độ sâu cần thiết bất kỳ và cho những thông tin khá xác thực và tin cậy về các điều kiện địa chất công trình. Khi khảo sát ĐCCT, công tác khoan phải đảm bảo:
- Nghiên cứu toàn bộ lát cắt địa chất, không phụ thuộc vào bề dày các lớp, lớp kẹp, thấu kính đất đá mà lỗ khoan cắt qua tức là tính đầy đủ của lát cắt.
- Xác lập chính xác vị trí các ranh giới địa chất mà lỗ khoan cắt qua – các chỗ tiếp xúc, mặt phân lớp, phân phiến, ranh giới các đới, vị trí các lớp kẹp yếu, các khe nứt, lỗ hổng, các tầng chứa nước, …
- Giữ được hoặc phá hoại ít nhất kết cấu nguyên, độ ẩm thiên nhiên và trạng thái vật lý của đất đá lấy từ lỗ khoan (mẫu lõi khoan) để nhận xét và đánh giá được đầy đủ và tin cậy về đất đá.
- Có khả năng lấy mẫu đất đá ở bất kỳ độ sâu nào để nghiên cứu thành phần, cấu trúc và các tính chất cơ lý của chúng.
- Có thể tiến hành các quan trắc về sự thay đổi trạng thái vật lý của đất đá theo chiều sâu, về sự xuất hiện và mức ổn định của nước dưới đất. - Tiến hành các công tác thí nghiệm trong lỗ khoan để nghiên cứu các
tính chất của đất đá và các tầng chứa nước.
- Sử dụng các lỗ khoan để quan trắc cố định động thái nước dưới đất, các biến dạng của đất đá, địa nhiệt…
Tóm lại cần sử dụng mỗi lỗ khoan nhằm thu được những thông tin đầy đủ và toàn diện các điều kiện ĐCCT của vùng lập bản đồ. Tuy nhiên tùy thuộc vào nhiệm vụ cần giải quyết, cấu trúc các lỗ khoan và phương pháp có thể khác nhau.
Trong các phương pháp khoan được sử dụng trong công tác điều tra địa chất thì phương pháp khoan lấy lõi được sử dụng chủ yếu trong khảo sát
ĐCCT. Phương pháp khoan lấy lõi áp dụng đối với bất kỳ loại đất đá, cũng như độ sâu để giải quyết các nhiệm vụ ĐCCT. Nó là phương pháp duy nhất để nghiên cứu đá cứng và nửa cứng. Trong đất loại cát và loại bụi sét có thành lỗ khoan ổn định nên dùng phương pháp khoan lấy lõi để khoan những lỗ khoan không sâu (dưới 30m) đường kính 108-219 mm, không rửa. Phương pháp khoan này kém hiệu quả hơn trong đất loại sét có độ sệt không ổn định và trong đất hại thô, hạt cát sũng nước. Nên khoan các lỗ khoan không rửa bằng các mũi khoan ống thông thường có gờ hợp kim cứng, tốc độ quay của dụng cụ nhỏ hơn 60 ÷ 80 vòng/phút và áp lực đồng đều trên ống.
Để tăng số mẫu lấy được và giữ mẫu tốt hơn, khi áp dụng phương pháp khoan lấy lõi cần có chế độ khoan tối ưu về tốc độ quay của dụng cụ (vòng/phút), áp lực lên mũi khoan (kG/cm2) và lưu lượng chất lỏng rửa (nếu khoan có sử dụng…)
Khi khảo sát địa chất công trình, phần lớn các lỗ khoan có đường kính ban đầu tối ưu là 168 mm, cuối - 108mm, giữa - 146 mm và 127mm. Các đường kính ấy cho phép lấy được lõi, mẫu, giữ được kết cấu tự nhiên tốt hơn và kích thước mẫu thích hợp với yêu cầu nghiên cứu trong phòng thí nghiệm đối với các tính chất cơ lý của đất; đồng thời cho phép thu nhận được những thông tin cần thiết về điều kiện ĐCCT và tiện lợi cho việc tiến hành các công tác thí nghiệm, quan trắc…
Để lấy được các lõi, các loại mẫu đất đá giữ được kết cấu tự nhiên tốt nhất, cần lựa chọn hợp lý chiều dài hành trình khoan (hiệp khoan). Thông thường đất đá càng yếu (khối lượng thể tích nhỏ, độ ẩm cao, bị phong hóa, phân lớp, nứt nẻ…) chiều dài hành trình càng nhỏ (không lớn hơn 0,50m), đồng thời cần tuân thủ chế độ sử dụng dung dịch rửa nhất định. Trên khoảng cách 1,0m vị trí lấy mẫu đất đá cũng như khi khoan cắt qua các lớp đất kẹp, thấy kính yếu, không ổn định cần tiến hành khoan không rửa, không được đổ nước vào lỗ khoan.
3.2.5.3.Quan trắc và lập tài liệu khi khoan, khai đào công trình
Khi khoan khảo sát trong đất các loại cát, bụi sét Đệ tứ cần khảo sát sự thay đổi mức độ chặt hay mật độ (kết cấu rời rạc, chặt vừa và chặt) , độ ẩm
(khô, ẩm, rất ẩm) và độ sệt ( nửa cứng, dẻo, chảy) của đất và cố gắng xác lập thật chính xác vị trí và ranh giới lớp, lớp kẹp, thấu kính yếu…ranh giới các đới và phụ đới phong hóa của đất. Khi khoan trong đá cứng, nửa cứng cần đặc biệt chú ý nghiên cứu sự thay đổi mức độ nứt nẻ của chúng trên cơ sở các tài liệu sau:
- Tỷ lệ lõi khoan
- Tính toán số khe nứt trên 1 mét khoan (hay modun nứt nẻ)
- Theo dõi sự tụt dụng cụ khoan xuyên qua các khe nứt, hang hốc hay lỗ hổng khác. Cần ghi chính xác độ sâu xảy ra sự tụt khoan, chiều dài tụt dụng cụ khoan.
- Khảo sát độ tiêu hao chất lỏng rủa (dung dịch rửa) để có thể chia ra các đới đá nứt nẻ khác nhau.
- Khảo sát chế độ khoan. Trong đá nứt nẻ, vỡ vụn khi khoan thường gặp khó khăn, cảm thấy nặng hơn (do dung dịch rửa bị hao hụt nhiều, mùn khoan bị dung dịch đưa vào khe nứt, có hiện tượng sạt lở các mảnh vụn đất đá trong lỗ khoan…) Do đó, cần khoan với tốc độ nhỏ và hành trình ngắn.
Khi khoan xoay lấy mẫu, sau mỗi hiệp khoan, thợ cả của kíp khoan phải sắp xếp các lõi khoan theo đúng thứ tự từ trên xuống dưới, trong các khay đựng lõi khoan cần phải có các nhãn bằng gỗ hoặc bằng nhựa với các thông tin: Số hiệu lỗ khoan, từ…m đến…m, độ dài của hiệp khoan, chiều dài lõi khoan thu được. Các cục lõi khoan cần được ghi rõ thứ tự từ trên xuống dưới. Các cục đất đá không rõ vị trí đặt ở phần trên lõi khoan, vụn khoan (sà lam) đặt ở phần cuối đoạn. Các cạnh của khay mẫu cần kẻ sơn, ghi rõ: tên đề án, số hiệu lỗ khoan, số hiệu khau, mẫu, từ…m đến…m.
Việc mô tả và lập tài liệu lõi khoan và mẫu đất đá nên tiến hành hai lần: mô tả sơ bộ sau khi nâng dụng cụ khoan và mô tả kiểm tra sau khi hoàn thành lỗ khoan. Mô tả sơ bộ lần đầu cần phải cho nhận xét đầy đủ về đất đá, nhưng chú ý đến dạng bên ngoài và trạng thái vật lý của chúng…Khi mô tả kiểm tra sử dụng tài liệu ban đầu, cho những nhận xét và đánh giá chi tiết về các lớp, lớp kẹp đất đá, tiến hành vẽ phác và chụp ảnh lõi khoan và lấy mẫu bổ sung khi cần
thiết. Việc mô tả lõi khoan cũng như quan trắc địa chất thủy văn địa chất công trình trong quá trình khoan được tiến hành theo mỗi hiệp khoan, tài liệu ghi chép bằng bút chì vào sổ theo dõi khoan có mẫu quy định. Cần khảo sát và ghi chép độ sâu mực nước xuất hiện. Sau khi thi công lỗ khoan không ít hơn 24 giờ cần đo mực nước ổn định. Việc lấy mẫu nước để xác định đặc tính ăn mòn của nước đối với bê tông được quan tâm, đối với mỗi đơn vị chứa nước cần nghiên cứu số lượng mẫu không ít hơn 5.