Các công trình khoan, đào thăm dò đ−ợc sử dụng rất phổ biến và không thể thiếu trong quá trình khảo sát địa chất công trình, nhằm mục đích nghiên cứu cấu trúc địa chất, đặc điểm địa chất thuỷ văn, đặc điểm phong hoá, cactơ hoá, ... thực hiện các thí nghiệm hiện tr−ờng, lấy mẫu thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ lý của đất đá và thành phần hoá học của n−ớc d−ới đất.
5.4.1. Các loại công trình đào thăm dò
- Hố đào thăm dò là loại công trình thăm dò có dạng thẳng đứng hình tròn hay chữ nhật, kích th−ớc tiết diện ngang th−ờng là 1x1,5m, chiều sâu phụ thuộc vào khả năng đào sâu cho phép, cụ thể là mức độ ổn định của thành hố đào, mực n−ớc ngầm, thông th−ờng nhỏ hơn 20m. Loại công trình này th−ờng sử dụng khi nghiên cứu đất dính, nghiên cứu vỏ phong hoá.
- Hào thăm dò là loại công trình thăm dò nằm ngang, kéo dài trên mặt đất, kích th−ớc chiều rộng khoảng 0,6m, sâu 2- 3m, dài tuỳ theo yêu cầu. Hào thăm dò đ−ợc dùng phổ biến để xác định ranh giới địa chất trên mặt.
- Hầm thăm dò là loại công trình thăm dò nằm ngang đi sâu vào trong đất đá. Tiết diện hầm thăm dò th−ờng có dạng hình chữ nhật, kích th−ớc 1,5x1,8m, chiều dài tuỳ theo mục đích nghiên cứu. Loại công trình thăm dò này dùng để nghiên cứu đất đá ở các s−ờn dốc đứng.
Nhìn chung, các công trình đào có −u điểm là trực tiếp nghiên cứu, quan sát, mô tả đất đá trong điều kiện tự nhiên, lấy đ−ợc mẫu nguyên trạng để thí nghiệm trong phòng và có thể tiến hành một số thí nghiệm ngoài trời, nh−ợc điểm của loại công trình này là chỉ thực hiện đ−ợc trong đất, tốn nhiều công sức, thi công lâu, chiều sâu nghiên cứu hạn chế (phụ thuộc vào chiều sâu mực n−ớc ngầm và sự ổn định thành hố đào).
5.4.2. Ph−ơng pháp khoan thăm dò địa chất công trình
Trong thực tế khảo sát địa chất công trình, do yêu cầu phải lấy mẫu nguyên dạng để thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ lý của đất đá nên phổ biến sử dụng ph−ơng pháp khoan xoay lấy mẫu. Ưu điểm của ph−ơng pháp khoan là nhanh, rẻ tiền, chiều sâu nghiên cứu lớn và có thể cho phép thực hiện các ph−ơng pháp nghiên cứu khác. Ph−ơng pháp khoan xoay có thể thực hiện theo các công nghệ khác nhau: khoan guồng xoắn; khoan phá toàn đáy và khoan lấy lõi.
- Khoan guồng xoắn đ−ợc tiến hành bằng cách sử dụng l−ỡi khoan có dạng hình xoắn ốc để quay, cắt và lấy đất lên. Ph−ơng pháp này có thể lấy đ−ợc toàn bộ phần đất trong lỗ khoan nh−ng có hạn chế là không giữ đ−ợc ổn định thành hố khoan nên rất khó thực hiện trong đất bùn, đất loại sét ở trạng thái chảy và đặc biệt là trong đất rời. - Khoan phá toàn đáy là ph−ơng pháp khoan kết hợp giữa phá huỷ đất đá với thổi rửa bằng dung dịch sét. Ph−ơng pháp này vừa đ−a đ−ợc mùn khoan ra khỏi hố khoan vừa giữ đ−ợc ổn định thành hố khoan nên có thể thực hiện đ−ợc trong các loại đất đá khác nhau, bao gồm cả những loại dất rời, đất yếu.
- Khoan lấy lõi cũng là ph−ơng pháp khoan kết hợp giữa phá huỷ cơ học của l−ỡi khoan với thổi rửa bằng dung dịch. Ph−ơng pháp này khác với ph−ơng pháp khoan phá toàn đáy ở chỗ, đất đá trong hố khoan không bị phá huỷ toàn bộ mà chỉ bị phá huỷ theo hình vành khăn, còn phần lõi đ−ợc lấy lên do l−ỡi khoan có dạng hình ống. Có 2 loại ống khoan: nòng đơn và nòng đôi.
128
ống khoan nòng đơn th−ờng sử dụng khi khoan trong đất mềm dính, mềm rời, đá cứng và nửa cứng ít nứt nẻ.
ống khoan nòng đôi còn đ−ợc gọi là ống khoan kép, gồm 2 ống có đ−ờng kính khác nhau lồng vào nhau. Khi khoan, có thể 2 ống cùng quay hoặc chỉ có ống ngoài quay, dung dịch khoan đ−ợc đ−a xuống qua khe hở hình vành khăn giữa 2 ống. Loại ống khoan này th−ờng sử dụng để khoan trong đất loại sét, trạng thái dẻo cứng đến cứng hoặc trong đá cứng, nửa cứng nứt nẻ mạnh.
5.4.3. Nguyên tắc xác định mạng l−ới khoan, đào thăm dò
Nguyên tắc chung xác định mạng l−ới khoan, đào thăm dò khi khảo sát địa chất công trình là phải đảm bảo nghiên cứu đầy đủ nhất các yếu tố của điều kiện địa chất công trình khu vực nghiên cứu với khối l−ợng khảo sát ít nhất. Để đạt đ−ợc điều đó, khi bố trí mạng l−ới khoan, đào phải dựa vào giai đoạn khảo sát, loại và quy mô công trình, mức độ phức tạp của điều kiện địa chất công trình.
-Giai đoạn khảo sát: Việc bố trí các công trình khoan, đào thăm dò phải phù hợp với giai đoạn khảo sát do mục đích đặt ra cho công tác khảo sát địa chất công trình ở mỗi giai đoạn khác nhau. Ở giai đoạn đầu, khi mục đích của công tác khảo sát địa chất công trình nhằm lựa chọn hay đánh giá sơ bộ điều kiện địa chất công trình khu đất xây dựng thì các công trình khoan, đào thăm dò cần đ−ợc bố trí thành tuyến hay mạng l−ới, khoảng cách giữa các hố khoan, đào th−a. Càng về giai đoạn sau, các tuyến đ−ợc bố trí dầy hơn, khoảng cách giữa các hố khoan, đào thu hẹp lại. Từ giai đoạn thiết kế kỹ thuật, khi vị trí công trình đã đ−ợc xác định, mục đích của công tác khảo sát địa chất công trình nhằm cung cấp tài liệu chính xác cho thiết kế kỹ thuật nên các hố khoan, đào thăm dò phải đ−ợc đặt ở vị trí móng xây dựng công trình.
-Loại và quy mô công trình: Đối với các công trình có dạng kéo dài (đ−ờng giao thông, kênh dẫn, đê, đập, ...) thì các hố khoan, đào thăm dò đ−ợc bố trí theo dạng tuyến, các công trình dạng diện (nhà dân dụng, công nghiệp, bến cảng, ...) thì bố trí theo diện. Ở các giai đoạn đầu, các hố khoan, đào thăm dò bố trí theo mạng l−ới, từ giai đoạn thiết kế kỹ thuật bố trí theo chu vi móng, vị trí chịu lực chính của công trình. Quy mô công trình càng lớn, càng quan trọng thì khoảng cách giữa các hố khoan, đào thăm dò càng phải ngắn.
-Mức độ phức tạp của điều kiện địa chất công trình: Các công trình khoan, đào cần phải đ−ợc bố trí thành các tuyến theo ph−ơng có cấu tạo địa chất biến đổi nhiều nhất. Điều kiện địa chất công trình càng phức tạp thì càng phải bố trí các công trình khoan, đào dày hơn (khoảng cách ngắn hơn).
Tỷ lệ giữa các công trình khoan, đào bố trí trong mạng l−ới khảo sát ĐCCT đ−ợc xác định tuỳ thuộc vào đặc điểm địa chất, địa mạo, địa chất thuỷ văn khu vực khảo sát, tuỳ thuộc vào mục đích nghiên cứu cũng nh− loại, quy mô công trình và dựa trên cơ sở −u, nh−ợc điểm, phạm vi ứng dụng của mỗi loại sao cho thích hợp. Tuy nhiên, trong điều kiện hiện nay, khi mà các thiết bị máy móc đã phát triển thì ph−ơng pháp khoan đ−ợc sử dụng là chủ yếu, còn ph−ơng pháp đào chỉ đ−ợc sử dụng khi cần thiết.
5.4.4. Nguyên tắc xác định chiều sâu khoan, đào thăm dò
Trong khảo sát địa chất công trình, chiều sâu của các công trình khoan, đào thăm dò đ−ợc quyết định bởi mục đích nghiên cứu, loại, quy mô công trình, đặc điểm địa hình, địa mạo, địa chất, địa chất thuỷ văn tại vị trí cụ thể.
129
Nếu nghiên cứu tầng phủ hay cactơ hóa thì chiều sâu khoan, đào phải v−ợt qua chiều dày tầng phủ, đới đá bị cactơ hóa, xác định chiều sâu đới thấm mất n−ớc d−ới nền đập thì phải khoan qua chiều sâu đới nứt nẻ trong đá, đánh giá ổn định của đất nền d−ới móng công trình thì chiều sâu khoan, đào phải v−ợt qua vùng chịu ảnh h−ởng của tải trọng công trình d−ới đáy móng, thăm dò phục vụ khai thác mỏ thì chiều sâu các công trình khoan, đào phải v−ợt qua chiều sâu khai thác, thăm dò vật liệu xây dựng tự nhiên thì chiều sâu khoan, đào phải v−ợt qua tầng có ích, ....
Công trình càng quan trọng, quy mô càng lớn, chiều sâu khoan, đào thăm dò càng lớn để đảm bảo an toàn cho công trình.
5.4.5. Ph−ơng pháp lấy mẫu trong địa chất công trình
Trong khảo sát địa chất công trình, th−ờng lấy các loại mẫu đất đá để thí nghiệm trong phòng xác định các chỉ tiêu cơ lý.
1. Mẫu đất
Trong hố khoan, mẫu đất th−ờng đ−ợc lấy theo điểm, ở những độ sâu khác nhau. Khoảng cách lấy mẫu trung bình khoảng 2m. Tuy nhiên, khoảng cách này còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố: chiều dày lớp đất; mức độ đồng nhất của đất; yêu cầu về độ chính xác, độ tin cậy xác định các chỉ tiêu cơ lý (đ−ợc chỉ dẫn trong các tiêu chuẩn xây dựng). Mẫu đất có 2 loại: nguyên trạng và không nguyên trạng.
- Mẫu nguyên trạng là mẫu còn giữ nguyên thành phần, trạng thái và kết cấu tự nhiên của đất. Mẫu nguyên trạng th−ờng đ−ợc lấy trong các loại đất dính. Từ mẫu nguyên trạng, có thể xác định đ−ợc tất cả các chỉ tiêu cơ lý của đất. Mẫu nguyên trạng lấy trong hố khoan th−ờng có đ−ờng kính ≥ 90mm, chiều dài 20- 22cm, để đảm bảo thí nghiệm xác định đ−ợc các chỉ tiêu cơ lý cần thiết.
Để lấy mẫu nguyên trạng, cần phải dùng thiết bị chuyên dụng, đ−ợc gọi là ống mẫu. Khi khoan đến độ sâu cần lấy mẫu, vét sạch đáy hố khoan, dùng ống mẫu ép hay đóng xuống khoảng 40- 45cm, sau đó cắt mẫu và đ−a lên. Đối với đất yếu (không lấy đ−ợc bằng ống mẫu th−ờng), có thể sử dụng ống mẫu thành mỏng để lấy.
Mẫu lấy lên phải đựng trong hộp tôn cứng có nắp đậy và bọc kín bằng vải màn tẩm parafin, trong đó có nhãn mẫu ghi đầy đủ các thông tin cần thiết.
- Mẫu không nguyên trạng là mẫu không còn giữ nguyên thành phần, trạng thái và kết cấu tự nhiên của đất. Mẫu không nguyên trạng th−ờng đ−ợc lấy trong các loại đất rời, đất chứa hạt thô, đất yếu không thể lấy đ−ợc mẫu nguyên trạng. Từ mẫu không nguyên trạng, chỉ có thể xác định đ−ợc thành phần hạt và một số chỉ tiêu vật lý của đất. Có thể lấy mẫu không nguyên trạng từ l−ỡi khoan guồng xoắn, ống khoan hay ống xuyên tiêu chuẩn, với khối l−ợng từ 1,2- 1,5kg. Mẫu lấy xong cho vào túi đựng kín để giữ nguyên độ ẩm của đất, trong đó cũng phải có nhãn mẫu nh− mẫu nguyên trạng. 2. Mẫu đá
Trong các hố khoan, mẫu đá đ−ợc lấy theo điểm, ở những chiều sâu khác nhau và lấy từ lõi khoan trong hộp mẫu l−u trữ. Kích th−ớc mẫu đá cần đảm bảo: đ−ờng kính ≥ 75mm, chiều dài ≥ 150mm.