6.5.1. Quy hoạch xây dựng thành phố
Trong quá trình quy hoạch xây dựng thành phố, tùy theo đặc điểm địa hình, địa chất, có thể phát sinh nhiều vấn đề địa chất công trình khác nhau.
150
1- Vấn đề ảnh h−ởng của các hiện t−ợng địa chất động lực: Trong tự nhiên, các hoạt động địa chất nh− động đất, nứt đất, núi lửa, tr−ợt, ... th−ờng rất phổ biến, đặc biệt là ở các vùng núi uốn nếp. Nếu xẩy ra những hoạt động này ở khu vực xây dựng thành phố thì có thể ảnh h−ởng rất lớn đến hoạt động sống của con ng−ời cũng nh− ổn định của các công trình xây dựng trong thành phố. Để dự báo vấn đề này, cần thu thập và phân tích, đánh giá qua các tài liệu liên quan nh− tài liệu quan trắc địa chấn, theo dõi hoạt động núi lửa, tr−ợt do các cơ quan chuyên môn cung cấp trên cơ sở nghiên cứu điều kiện địa chất công trình lãnh thổ.
2- Vấn đề ổn định nền công trình: Khi xây dựng các công trình trong thành phố, d−ới tác dụng của tải trọng công trình, nền đất có thể bị phá hủy hoặc bị biến dạng quá giới hạn cho phép do độ bền hay khả năng chống lại biến dạng của đất nền không đáp ứng đ−ợc yêu cầu làm việc của công trình, kết quả làm cho công trình mất ổn định. Đây là vấn đề th−ờng xẩy ra đối với bất cứ loại công trình nào. Khi dự báo ổn định nền công trình, cần căn cứ vào đặc điểm cấu trúc đất nền, quy mô, tải trọng của công trình xây dựng để có những phân tích, đánh giá khả năng phát sinh của chúng trong những điều kiện địa chất khác nhau.
3- Vấn đề cung cấp n−ớc cho sinh hoạt và công nghiệp: Trữ l−ợng, chất l−ợng n−ớc cung cấp cho sinh hoạt và công nghiệp là một nhu cầu không thể thiếu đối với một thành phố, nh−ng không phải ở khu vực nào cũng có nguồn n−ớc sạch, có chất l−ợng đủ tiêu chuẩn để cung cấp cho sinh hoạt và công nghiệp. Tuỳ theo quy mô của thành phố mà nhu cầu cung cấp n−ớc không giống nhau, nh−ng nói chung là rất lớn. Vì vậy, vấn đề này rất có thể phát sinh nên cần phải chú ý khi khảo sát địa chất công trình cho quy hoạch thành phố. Muốn dự báo vấn đề cung cấp n−ớc cho sinh hoạt và công nghiệp, cần phải có các tài liệu điều tra địa chất thuỷ văn đ−ợc thực hiện trong quá trình khảo sát địa chất công trình.
4- Vấn đề cung cấp vật liệu xây dựng khoáng tự nhiên: Nhu cầu cung cấp vật liệu xây dựng khoáng tự nhiên nh− đất làm gạch, ngói, cát, đá, sỏi, cuội để xây và đổ bê tông cho xây dựng thành phố là rất lớn. Những loại vật liệu này ở nhiều khu vực có thể rất khan hiếm, phải chuyên chở từ nơi khác đến, làm cho giá thành xây dựng tăng lên đáng kể. Vấn đề này có thể đ−ợc dự báo chính xác nếu nh− điều kiện địa chất công trình của khu vực thành phố đã đ−ợc làm sáng tỏ.
6.5.2. Công trình dân dụng và công nghiệp
Khi thiết kế, xây dựng và sử dụng công trình dân dụng và công nghiệp th−ờng phát sinh các vấn đề địa chất công trình nh− ổn định nền công trình, thi công và sử dụng nền công trình.
1- Vấn đề ổn định nền công trình: Theo sơ đồ tính toán nền, có thể chia vấn đề ổn định nền công trình thành 2 vấn đề cụ thể: vấn đề sức chịu tải của đất nền và vấn đề biến dạng lún của nền đất.
- Vấn đề sức chịu tải của đất nền: Vấn đề này phát sinh khi công trình dân dụng và công nghiệp đ−ợc xây dựng trên nền đá cứng, trên các s−ờn dốc, bờ dốc hoặc chịu tác dụng bởi các lực ngang, lực xiên đáng kể (những lực này có thể phát sinh do chịu tác dụng của lực dao động địa chấn, của gió hoặc do tính chất làm việc của công trình), vì trong những điều kiện nh− vậy, nền đất có thể bị phá huỷ ngay trong khi biến dạng còn rất nhỏ hoặc ch−a v−ợt quá giới hạn cho phép.
151
- Vấn đề biến dạng lún của nền đất: Vấn đề này xẩy ra khi công trình dân dụng và công nghiệp đ−ợc xây dựng trên nền đất có sức chịu tải nhỏ, độ biến dạng lớn, tải trọng công trình chủ yếu tác dụng theo ph−ơng thẳng đứng. Trong tr−ờng hợp này, biến dạng lún của nền đất đóng vai trò quyết định đối với sự ổn định của công trình, bởi vì cho dù áp lực công trình ch−a v−ợt quá sức chịu tải của đất nền nh−ng biến dạng lún v−ợt quá giới hạn cho phép cũng đã làm cho công trình mất ổn định.
2- Vấn đề thi công và sử dụng nền: Các vấn đề liên quan đến điều kiện thi công và sử dụng nền bao gồm:
- N−ớc chảy vào hố móng; - Cát chảy vào hố móng;
- Mất ổn định thành hố móng và đáy hố móng; - Mất ổn định công trình ở xung quanh hố móng.
Những vấn đề trên có thể xẩy ra do ảnh h−ởng của n−ớc d−ới đất khi mực n−ớc hay mực áp lực n−ớc nằm cao hơn đáy hố móng thiết kế hay khi thi công hố móng sâu trong điều kiện thành hố móng đ−ợc hình thành bởi đất đá kém ổn định nh− các loại đất rời, đất dính ở trạng thái dẻo chảy, chảy. Chúng gây nhiều khó khăn cho quá trình thi công hố móng và sử dụng nền công trình.
6.5.3. Công trình đ−ờng giao thông
Công trình đ−ờng giao thông th−ờng đ−ợc xây dựng trong điều kiện địa hình địa chất không thuận lợi nên có thể phát sinh những vấn đề địa chất công trình liên quan đến ổn định nền đ−ờng và mái dốc la luy hai bên đ−ờng.
1- Vấn đề ổn định tr−ợt nền đ−ờng: Vấn đề ổn định tr−ợt nền đ−ờng th−ờng xảy ra khi xây dựng đ−ờng giao thông trên nền đất yếu. Nền đ−ờng có thể bị mất ổn định d−ới hình thức tr−ợt do lún trồi, tr−ợt cục bộ và tr−ợt sâu.
- Tr−ợt do lún trồi: D−ới tác dụng của trọng l−ợng đất đắp, đất yếu d−ới nền đ−ờng bị ép xuống và đẩy trồi lên ở hai bên nền đ−ờng đắp. Kết quả làm cho nền đ−ờng đắp mất ổn định.
- Tr−ợt cục bộ: Khi đắp đ−ờng trên nền đất yếu, d−ới tác dụng của trọng l−ợng đ−ờng đắp, trong nền đất phát sinh ứng suất cắt, nếu ứng suất cắt v−ợt quá độ bền kháng cắt của đất yếu thì sẽ phát sinh tr−ợt cục bộ.
Đây là hiện t−ợng tr−ợt một phần nền đ−ờng đắp và nền đất, th−ờng xẩy ra ngay sau khi xây dựng đ−ờng đắp trên nền đất yếu, đặc biệt trong tr−ờng hợp lớp đất yếu nằm trên lớp đất có sức chịu tải cao. Biểu hiện nhận thấy rõ rệt là một phần đoạn đ−ờng bị sụt lún và tr−ợt tạo thành khe tr−ợt ở đỉnh nền đ−ờng, còn ở d−ới chân taluy đất yếu bị đẩy trồi lên. Hình thức phá hoại này rất phổ biến, th−ờng gặp trong thực tế.
-Tr−ợt sâu: Tr−ợt sâu có thể xẩy ra trong quá trình tuyến đ−ờng đã đ−ợc đ−a vào sử dụng do tải trọng động (bao gồm trọng l−ợng nền đ−ờng đắp, áo đ−ờng và hoạt tải của các ph−ơng tiện giao thông) v−ợt quá khả năng chịu tải của đất nền làm phát sinh vùng biến dạng dẻo. Sự phát triển của vùng biến dạng dẻo đến một mức nào đó dẫn tới hình thành mặt tr−ợt và gây mất ổn định nền đ−ờng.
2- Vấn đề biến dạng lún của nền đ−ờng: Nền đ−ờng đắp trên nền đất yếu có khả năng bị biến dạng lún rất lớn (tới hàng mét), thời gian lún kéo dài (tới hàng chục năm). Nếu độ lún v−ợt quá giới hạn cho phép thì móng đ−ờng, áo đ−ờng dễ bị h− hỏng và có
152
thể không sử dụng bình th−ờng đ−ợc. Thời gian lún kéo dài sẽ ảnh h−ởng rất lớn đến sự ổn định của nền đ−ờng trong quá trình sử dụng.
3. Vấn đề ổn định của mái dốc đ−ờng đắp, đ−ờng đào: ở những đoạn đ−ờng đắp
và đào, nhất là những vị trí đắp cao, đào sâu sẽ hình thành những mái dốc có khả năng xẩy ra tr−ợt, ảnh h−ởng đến sự làm việc bình th−ờng của tuyến đ−ờng.
6.5.4. Công trình cầu
Khi xây dựng và sử dụng cầu th−ờng nảy sinh các vấn đề địa chất công trình nh− xâm thực lòng sông; ổn định của trụ, mố cầu và ổn định nền đ−ờng dẫn. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
1- Vấn đề xâm thực lòng sông: Tr−ớc khi xây dựng cầu, tuỳ thuộc vào chế độ của dòng chảy và đất đá lòng sông mà ở mỗi đoạn sông có khả năng xẩy ra xâm thực và mức độ xâm thực khác nhau. Đó là tác dụng xâm thực tự nhiên. L−ợng xâm thực này có thể đ−ợc xác định theo tài liệu quan trắc nhiều năm. Sau khi xây dựng cầu qua sông, sự có mặt của các trụ và mố cầu làm cho diện tích dòng chảy bị thu hẹp lại, tốc độ dòng chảy tăng lên và hiện t−ợng xâm thực lòng sông xảy ra mạnh hơn. Nếu chiều sâu xâm thực (bao gồm cả xâm thực tự nhiên) v−ợt quá chiều sâu đặt móng trụ và mố cầu thì sẽ gây mất ổn định cho cầu.
2- Vấn đề ổn định của trụ, mố cầu: Trụ, mố cầu không những là nơi truyền tải trọng của cầu và hoạt tải công trình xuống nền đất mà còn chịu tác dụng th−ờng xuyên của dòng chảy trong sông, ngoài ra mố cầu còn chịu áp lực chủ động của đất ở 2 đầu đ−ờng dẫn và làm việc nh− một t−ờng chắn. Vấn đề ổn định của trụ và mố cầu có thể xảy ra, bao gồm: sức chịu tải của nền đất; biến dạng lún của trụ và mố cầu; ổn định tr−ợt của trụ cầu; ổn định lật của mố cầu.
6.5.5. Công trình đập thủy lợi
Đập là công trình chính của tuyến đầu mối thuỷ lực và là một công trình có quy mô, tải trọng lớn, th−ờng xuyên chịu tác dụng của cột n−ớc áp lực từ th−ợng l−u khi làm việc. Trong quá trình xây dựng và sử dụng đập, có thể nẩy sinh nhiều vấn đề địa chất công trình phức tạp.
1- Vấn đề ổn định nền đập:
- Biến dạng lún và lún không đều của nền đập: Vấn đề này th−ờng xẩy ra khi xây dựng đập trên nền đất đá mềm yếu có độ biến dạng đáng kể. D−ới tác dụng của trọng l−ợng đập, nền đất bị nén lún, mức độ lún nền đập th−ờng không đều nhau. Nếu độ lún cuối cùng và lún không đều v−ợt quá giới hạn cho phép thì đập có thể bị mất ổn định. - Tr−ợt nền đập: - Tr−ợt nền đập đ−ợc thể hiện d−ới dạng tr−ợt nông (tr−ợt theo mặt tiếp xúc giữa đáy đập và nền đập do tác dụng của cột n−ớc từ th−ợng l−u) và tr−ợt sâu (tr−ợt do nền đập bị phá huỷ khi tải trọng tác dụng của đập v−ợt quá sức chịu tải của đất đá nền đập).
- ổn định thấm nền đập: Khi đập làm việc, th−ờng tạo ra građien áp lực rất lớn h−ớng từ th−ợng l−u xuống hạ l−u, nếu nền đập cấu tạo bởi những loại đất rời nh− cát, cuội, sỏi... thì dễ xẩy ra các hiện t−ợng xói ngầm, cát chảy. Các hiện t−ợng này phát triển làm rỗng nền đất và gây mất ổn định nền đập.
2- Vấn đề ổn định của s−ờn dốc hai bên vai đập: Đập th−ờng đ−ợc xây dựng dựa trên hai bên s−ờn dốc thung lũng sông. D−ới tác dụng của áp lực n−ớc vào thân đập có thể làm cho s−ờn dốc hai bên vai đập mất ổn định. Đối với đập vòm đ−ợc xây dựng
153
bằng bê tông ở các sông miền núi thì vấn đề ổn định của s−ờn dốc hai bên vai đập cần phải đ−ợc chú ý đặc biệt do đập th−ờng có chiều cao lớn, vai đập tựa vào hai bờ tạo nên áp lực rất lớn. Đây là phần đất đá chịu lực chống tr−ợt quan trọng của đập. Sự mất ổn định của s−ờn dốc hai bên vai đập có thể dẫn đến hiện t−ợng tr−ợt và đá đổ, ảnh h−ởng nghiêm trọng tới ổn định của đập.
3- Vấn đề thấm mất n−ớc qua nền và vai đập: Đập th−ờng đ−ợc xây dựng ở thung lũng sông, trên nền đất đá có khả năng thấm n−ớc lớn nh− cuội, sỏi, cát, đá nứt nẻ, .... Sự chênh lệch áp lực n−ớc giữa th−ợng l−u và hạ l−u có thể tạo ra dòng thấm với l−u l−ợng lớn và gây thấm mất n−ớc mạnh qua nền và vai đập, ảnh h−ởng đến khả năng chứa n−ớc của hồ, thậm chí có thể làm cho hồ không dâng cao mực n−ớc đ−ợc.
4- Vấn đề n−ớc chảy vào hố móng: Đập đ−ợc xây dựng ở thung lũng sông nên n−ớc mặt và n−ớc d−ới đất có ảnh h−ởng lớn đến việc thi công, xâm nhập vào hố móng và gây ra vấn đề n−ớc chảy vào hố móng.
5- Vấn đề cung cấp vật liệu xây dựng khoáng tự nhiên: Nhu cầu cung cấp vật liệu xây dựng để đắp đập rất lớn, có thể tới hàng triệu mét khối, do vậy trong nhiều tr−ờng hợp, vấn đề cung cấp vật liệu xây dựng khoáng tự nhiên có vai trò quyết định loại đập, kết cấu của đập và cả giá thành xây dựng công trình.
6.5.6. Công trình hồ chứa n−ớc
Sau khi xây dựng đập, ở phía th−ợng l−u hình thành hồ chứa n−ớc. Sự hình thành hồ chứa n−ớc trên một diện tích rộng lớn làm thay đổi đáng kể điều kiện tự nhiên của khu vực và xuất hiện nhiều vấn đề địa chất công trình.
1- Vấn đề ngập: Khi tích n−ớc vào hồ chứa, một diện tích đất đai rộng lớn bị ngập. Nếu trong phạm vi ngập có các điểm dân c−, công trình xây dựng, xí nghiệp, nhà máy, đất canh tác, rừng gỗ quý, ... sẽ gây nên những thiệt hại to lớn.
2- Vấn đề bán ngập: Khi mực n−ớc hồ dâng cao, tuỳ theo quan hệ thuỷ lực với n−ớc hồ mà mực n−ớc d−ới đất ở ven hồ có thể dâng cao sát mặt đất, làm ẩm −ớt đất đá, gây hiện t−ợng lầy hoá, giảm c−ờng độ đất nền, gây biến dạng, mất ổn định, phá huỷ công trình xây dựng, làm tr−ợt lở các bờ mỏ, cản trở sinh hoạt của con ng−ời, .... Đó là vấn đề bán ngập.
3- Vấn đề thấm mất n−ớc qua bờ hồ: Nếu mực n−ớc hồ dâng cao hơn đỉnh phân
thuỷ n−ớc d−ới đất thì có thể xẩy ra hiện t−ợng thấm mất n−ớc từ hồ chứa. Tr−ờng hợp đất đá bờ hồ bị nứt nẻ, vỡ vụn hay cactơ hoá mạnh thì hiện t−ợng này sẽ xẩy ra, làm mất n−ớc nghiêm trọng, có thể gây cạn hồ chứa.
4- Vấn đề tái tạo bờ hồ: D−ới tác dụng của sóng, bờ hồ bị phá huỷ dần để tạo nên trắc diện cân bằng mới, có thể gây ảnh h−ởng đến công trình hay hoạt động kinh tế ở xung quanh bờ hồ. Đó là vấn đề tái tạo bờ hồ chứa n−ớc.
5- Vấn đề tr−ợt, đá đổ, đá lở ở các s−ờn dốc bờ hồ:N−ớc hồ dâng cao gây ẩm −ớt đất đá ở d−ới các s−ờn dốc bờ hồ, làm giảm độ bền của đất đá và có thể xẩy ra hiện t−ợng tr−ợt, đá đổ, đá lở. Các hiện t−ợng này xẩy ra với quy mô lớn làm giảm dung tích hồ chứa, gây mất ổn định đối với các công trình lân cận.
6- Vấn đề lắng đọng vật liệu đáy hồ: Các loại vật liệu rắn đ−ợc vận chuyển từ th−ợng l−u theo dòng chảy tới hồ, do tốc độ giảm đột ngột nên chúng bị lắng chìm và tích đọng lại, làm cho chiều sâu mực n−ớc và dung tích của hồ chứa giảm dần, gây cản trở dòng chảy, cản trở giao thông đ−ờng thuỷ.
154
7- Vấn đề tăng hoạt tính địa chấn của khu vực:Do n−ớc hồ dâng cao làm tăng tải trọng tác dụng lên đất đá, đồng thời làm giảm áp lực có hiệu, giảm độ bền của đất đá, đặc biệt trong các đới phá huỷ kiến tạo, từ đó làm giảm khả năng hấp thụ năng l−ợng địa chấn của đất đá. Vì vậy, sự tích n−ớc của hồ chứa với khối l−ợng lớn, trên phạm vi rộng sẽ làm tănghoạt tính địa chấn của lãnh thổ, gây nên động đất kích thích.