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 trình, cần phải hiểu rõ đặc điểm của công trình xây 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 l−ợc th−ờng 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 t−ợng xây dựng trên diện tích nghiên cứu. Trong tr−ờng hợp cần thiết có thể tiến hành một số ph−ơng pháp nghiên cứu địa chất công trình mang tính khái quát nh− 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 ph−ơng án vị trí xây dựng tốt nhất trên quan điểm địa chất công trình. Tr−ớc khi tiến hành khảo sát, cần phải xác định các ph−ơng án vị trí xây dựng để lựa chọn và công tác khảo sát địa chất công trình đ−ợc thực hiện trên các ph−ơng 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.
Ph−ơng 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 th−ờng đ−ợc 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, …. Ph−ơng pháp thăm dò địa vật lý đ−ợc 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 đ−ợc thực hiện trên mỗi ph−ơng 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 ph−ơng án. Các điểm thăm dò có thể bố trí theo mạng l−ới (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− đ−ờng ô tô, đ−ờng sắt, đ−ờng 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 n−ớc d−ới 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 n−ớc d−ới đất lấy đại diện cho mỗi đơn vị chứa n−ớc, từ 1- 2 mẫu.
Thí nghiệm trong phòng xác định các chỉ tiêu cơ lý đất đá thông th−ờng và thành phần hoá học n−ớc d−ới 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 th−ờng không đ−ợc tiến hành trong giai đoạn này do yêu cầu của mức độ nghiên cứu ch−a đặt ra. Tuy nhiên, trong những tr−ờng hợp cần thiết để làm sáng tỏ yếu tố riêng biệt có vai trò quan trọng quyết định đến việc lựa chọn ph−ơng 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 ph−ơng án vị trí xây dựng, để từ đó chọn ph−ơng án tốt nhất. Cần l−u ý rằng, khối l−ợng khảo sát địa chất công trình ở mỗi ph−ơng án vị trí xây dựng phải t−ơng đ−ơng, làm cơ sở lựa chọn đúng đắn. Tuy nhiên, nếu trong quá trình khảo sát, thấy có
156
ph−ơng án vị trí xây dựng nào đó không đáp ứng đ−ợc 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 th−ờng đ−ợc tiến hành trên ph−ơng 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 ph−ơng 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 nh− công trình đập thì mạng l−ới thăm dò cần đ−ợc 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 n−ớc d−ới đất đ−ợc 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 đ−ợc nhỏ hơn 6 (đối với một hay một số công trình gần nhau). Mẫu n−ớc d−ới đất lấy đại diện cho mỗi đơn vị chứa n−ớc, có thể lấy từ 2- 3 mẫu.
Thí nghiệm trong phòng xác định đầy đủ các chỉ tiêu cơ lý đất đá thông th−ờng và thành phần hoá học n−ớc d−ới 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. Ph−ơng pháp thí nghiệm, vị trí, chiều sâu, khối l−ợng 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 đ−ờng giao thông, đê, đập, .... Thí nghiệm này th−ờng đ−ợc 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, nh− công trình nhà dân dụng và công nghiệp, đ−ờng, 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 n−ớc, ép n−ớc, hút n−ớc, ... th−ờng đ−ợc 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 tr−ợt lở. Mạng l−ới 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 d−ới 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, đ−ờng hầm, tại các vị trí cần phải xử lý đặc biệt, ... những nơi mà giai đoạn khảo sát địa chất công trình chi tiết ch−a làm rõ các yếu tố điều kiện địa chất công trình hay ch−a thực hiện đ−ợc công việc khảo sát. Ph−ơng 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 l−ợng và ph−ơng pháp thí nghiệm đ−ợc xác định tuỳ từng tr−ờng 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 đó, phải thể hiện rõ các yếu tố ảnh h−ởng đến sự ổn định của công trình nh− thành phần, tính chất cơ lý của đất đá, cấu trúc địa chất, ....
158
Mục lục
Mở đầu ……….……… 1
Ch−ơng 1: Đại c−ơng về địa chất ……….……….. 3
1.1. Nguồn gốc Mặt trời và Trái đất ……….………….………...……….… 3
1.2. Cấu tạo Trái đất ………...………….……..…………...… 4
1.3. Thành phần vật chất vỏ Trái đất ………..………….…...……… 5
1.4. Các quá trình hình thành đá và biến đổi đá ………….…….………….…………. 8
1.5. Kiến trúc, cấu tạo và thế nằm của đất đá ………..….…….……… 15
1.6. Chuyển động kiến tạo và biến dạng vỏ Trái đất ………..……….……… 17
1.7. Đặc điểm chủ yếu của các loại đá ………..………..……… 21
1.8. Tuổi địa chất ………..……...……… 28
Ch−ơng 2: N−ớc d−ới đất ………..………. 33
2.1. Nguồn gốc của n−ớc d−ới đất ………..………..……...… 33
2.2. Các dạng tồn tại của n−ớc trong đất đá ………..………… 33
2.3. Phân loại n−ớc d−ới đất theo điều kiện tàng trữ ……….……..…....……… 35
2.4. Tính chất vật lý của n−ớc d−ới đất ……….………..…………...……… 37
2.5. Thành phần hoá học của n−ớc d−ới đất ………..…..………..…..…… 38
2.6. Đánh giá ăn mòn vật liệu của n−ớc trong xây dựng …………..…...……… 40
2.7. Các hình thức vận động của n−ớc d−ới đất ………..…….……..……. 41
2.8. Định luật cơ bản về vận động của n−ớc d−ới đất ……….………....….………… 42
2.9. Vận động của n−ớc d−ới đất trong điều kiện tự nhiên …………....…..………… 43
2.10. Thí nghiệm xác định các thông số địa chất thủy văn ……… 47
Ch−ơng 3: Đất đá và tính chất Địa chất công trình của chúng …………..…… 58
3.1. Đất đá và đặc điểm nghiên cứu đất đá trong địa chất công trình …………..…… 58
3.2. Phân loại đất đá trong địa chất công trình ……….………...… 59
3.3. Thành phần của đất rời và đất dính ………..……….……… 61
3.4. Tính chất cơ lý của đất đá ………..…………...……… 64
3.5. Đặc điểm địa chất công trình của đá cứng và nửa cứng ……….…..…… 72
3.6. Đặc điểm địa chất công trình của đất rời và dính ………..…….……… 75
3.7. Đặc điểm ĐCCT của đất đá có thành phần, trạng thái và tính chất đặc biệt …... 78
Ch−ơng 4: Các quá trình và hiện t−ợng địa chất động lực công trình ………... 81
4.1. Phân loại các quá trình và hiện t−ợng địa chất ………...…….…… 81
4.2. Quá trình tác dụng của nhiệt độ, n−ớc, ôxy- hiện t−ợng phong hoá ..…….….… 82
4.3. Quá trình hoạt động của n−ớc mặt ………...…….. 86
4.4. Quá trình tác dụng của trọng lực ……….…………..……... 91
4.5. Quá trình hoạt động của n−ớc d−ới đất ……….………...…..…… 102
4.6. Quá trình hoạt động của n−ớc mặt và n−ớc d−ới đất ………….……….……… 106
4.7. Quá trình tác dụng của lực bên trong Trái đất - hiện t−ợng động đất …………. 113
159
Ch−ơng 5: Các ph−ơng pháp nghiên cứu địa chất công trình ……...……….… 121
5.1. Khái niệm chung ……….………...….………... 121
5.2. Đo vẽ địa chất công trình ……….……..……… 121
5.3. Thăm dò địa vật lý trong nghiên cứu địa chất công trình ……….……...…..… 124
5.4. Khoan, đào thăm dò trong địa chất công trình ………..….……… 127
5.5. Thí nghiệm trong phòng ……….…...……… 129
5.6. Thí nghiệm hiện tr−ờng ……….…………....…… 130
5.7. Quan trắc dài hạn địa chất công trình ………...……...…… 139
5.8. Chỉnh lý tài liệu trong phòng ………...………..………… 141
Ch−ơng 6: Khảo sát địa chất công trình để xây dựng công trình ………...… 143
6.1Nhiệm vụ khảo sát địa chất công trình ………..……….…….… 143
6.2. Các giai đoạn thiết kế và khảo sát địa chất công trình ………..………… 143
6.3. Điều kiện địa chất công trình và vấn đề địa chất công trình ………….…..….. 145
6.4. Đặc điểm của các loại công trình xây dựng ……….……….. 147
6.5. Những vấn đề ĐCCT có thể phát sinh khi xây dựng các công trình ………..…. 149