Lª Träng Th¾ng

N­íc ta cã nhiÒu ®¸ v«i víi tuæi ®Þa chÊt kh¸c nhau vµ ph©n bè trªn nhiÒu vïng l·nh thæ. Mçi lo¹i ®¸ v«i ®­îc thµnh t¹o vµ tån t¹i trong nh÷ng ®iÒu kiÖn ®Þa chÊt nhÊt ®Þnh vµ cã nh÷ng ®Æc ®iÓm riªng vÒ thµnh phÇn, kiÕn tróc vµ cÊu t¹o. Nh÷ng ®Æc ®iÓm nµy ¶nh h­ëng nhiÒu ®Õn kh¶ n¨ng ph¸t triÓn karst cña tõng lo¹i ®¸ v«i. Th­êng c¸c lo¹i ®¸ v«i tuæi Carbon - Permi hoÆc Trias cã thµnh phÇn ®ång nhÊt, Ýt lÉn c¸c t¹p chÊt sÐt hay silic th× kh¶ n¨ng ph¸t triÓn karst m¹nh h¬n c¸c lo¹i ®¸ v«i kh¸c. Nh÷ng lo¹i ®¸ v«i nµy ph©n bè ë mét sè vïng thuéc miÒn T©y B¾c Bé nh­ Lai Ch©u, S¬n La, Hoµ B×nh, mét sè vïng ë §«ng B¾c Bé nh­ Cao B»ng, L¹ng S¬n, vïng ven biÓn nh­ Qu¶ng Ninh, H¶i Phßng, Ninh B×nh, Thanh Ho¸... §¸ v«i kh«ng chØ t¹o nªn c¸c d¹ng ®Þa h×nh karst trªn mÆt, mµ cßn t¹o nªn c¸c h×nh th¸i karst ngÇm, ®Æc biÖt lµ ë mét sè vïng ®ång b»ng vµ thung lòng miÒn nói. Sù ph¸t triÓn c¸c h×nh th¸i karst trªn mÆt vµ karst ngÇm ®Òu g©y kh«ng Ýt khã kh¨n cho c«ng t¸c kh¶o s¸t, thiÕt kÕ vµ x©y dùng c«ng tr×nh. §Ó phôc vô sù nghiÖp c«ng nghiÖp ho¸ ®Êt n­íc hiÖn nay vµ trong t­¬ng lai, n­íc ta ®· vµ sÏ cßn ph¶i x©y dùng nhiÒu c«ng tr×nh cã quy m« kh¸c nhau, ®Æc biÖt lµ c¸c c«ng tr×nh h¹ tÇng. ViÖc x©y dùng c¸c c«ng tr×nh c«ng nghiÖp, giao th«ng, thuû lîi, thuû ®iÖn... trong vïng karst ph¸t triÓn m¹nh ®ßi hái ph¶i cã nh÷ng nghiªn cøu phï hîp ®Ó cã thÓ ®Ò ra ®­îc nh÷ng gi¶i ph¸p kh¶o s¸t, thiÕt kÕ vµ thi c«ng x©y dùng c«ng tr×nh hîp lý, lµ ®iÒu kiÖn quan träng b¶o ®¶m sù æn ®Þnh l©u dµi cho c«ng tr×nh vµ gi¶m bít chi phÝ x©y dùng.

Thêi gian qua, ë n­íc ta ®· x©y dùng hµng lo¹t c¸c c«ng tr×nh giao th«ng, thuû lîi, thuû ®iÖn vµ c«ng nghiÖp trªn vïng karst ph¸t triÓn m¹nh. NhiÒu c«ng tr×nh cÇu cèng, nhµ m¸y xi m¨ng x©y dùng trªn ®Þa h×nh ®ång b»ng hoÆc vïng thung lòng, phÝa d­íi líp phñ trÇm tÝch lµ nÒn ®¸ v«i bÞ karst ho¸ m¹nh. Tõ thùc tÕ kh¶o s¸t ®Þa chÊt c«ng tr×nh (§CCT) ®Ó x©y dùng trªn nÒn ®¸ v«i cã karst ph¸t triÓn m¹nh võa qua ®· cho thÊy nh÷ng vÊn ®Ò bÊt cËp cÇn ph¶i xem xÐt nghiªn cøu. Mét sè c«ng tr×nh x©y dùng do kh«ng nhËn thøc ®óng møc ®é ph¸t triÓn vµ t¸c ®éng bÊt lîi cña karst ®èi víi c«ng t¸c kh¶o s¸t vµ thiÕt kÕ nªn m¹ng l­íi kh¶o s¸t vµ chiÒu s©u c¸c hè khoan th¨m dß kh«ng ®¸p øng ®­îc yªu cÇu thiÕt kÕ. NhiÒu sai sãt cña thiÕt kÕ kü thuËt c«ng tr×nh dùa trªn c¸c tµi liÖu kh¶o s¸t ®Þa chÊt c«ng tr×nh nµy ®· ®­îc ph¸t hiÖn khi tiÕn hµnh kh¶o s¸t §CCT phôc vô thiÕt kÕ thi c«ng. Cã c«ng tr×nh gÇn nh­ ph¶i thiÕt kÕ l¹i toµn bé phÇn kÕt cÊu mãng, thay ®æi gi¶i ph¸p kü thuËt thi c«ng, g©y nªn nh÷ng thiÖt h¹i vÒ kinh tÕ, ¶nh h­ëng ®Õn tiÕn ®é x©y dùng c«ng tr×nh. Tµi liÖu kh¶o s¸t mét sè c«ng tr×nh nh­ cÇu D Qu¶ng Ninh, cÇu N vµ Nhµ m¸y xi m¨ng T Ninh B×nh ®Òu cho thÊy, karst ph¸t triÓn rÊt phøc t¹p vµ ®a d¹ng vÒ h×nh th¸i. T¹i vÞ trÝ mãng trô cÇu cã thÓ ph¸t triÓn ®ång thêi 2,3 thËm chÝ 5-6 bËc karst kh¸c nhau. KÝch th­íc c¸c hang karst cã thÓ trªn d­íi 1m, cã thÓ ®Õn 3-4m. Sù ph©n bè c¸c hang nµy kh«ng chØ ph©n bËc theo chiÒu s©u mµ cßn rÊt biÕn ®æi theo chiÒu ngang. Do tÝnh chÊt phøc t¹p cña karst, ng­êi ta ®· khoan t¹i c¸c vÞ trÝ thiÕt kÕ cäc trªn cïng mét trô cÇu vµ thÊy r»ng, c¸c hè khoan n»m gÇn nhau cã thÓ gÆp hoÆc kh«ng gÆp hang karst hoÆc cã thÓ gÆp c¸c bËc hang kh¸c nhau. H×nh 1 lµ c¸c mÆt c¾t §CCT t¹i vÞ trÝ trô P1 cÇu D.

Qu¸ tr×nh kh¶o s¸t §CCT trong vïng karst ph¸t triÓn m¹nh th­êng g©y nªn mét sè khã kh¨n sau cho c«ng t¸c kh¶o s¸t §CCT:

1) G©y mÊt dung dÞch khoan m¹nh khi gÆp hang karst. Tr­êng hîp cã sù ph¸t triÓn nhiÒu bËc hang karst kh¸c nhau th× ®ßi hái ph¶i ¸p dông c¸c biÖn ph¸p c«ng nghÖ khoan ®Æc biÖt nh­ khoan chèng èng nhiÒu cÊp. Mçi bËc ph¸t triÓn karst m¹nh ®Òu ph¶i thùc hiÖn mét cÊp ®­êng kÝnh èng chèng. ViÖc sö dông c«ng nghÖ nµy ®ßi hái mÊt nhiÒu c«ng søc vµ tèn kÐm, h¹n chÕ n¨ng suÊt khoan.

2) TÇng ®¸ ph¸t triÓn nhiÒu bËc hang karst sÏ lµm cho ®Êt ®¸ bÞ nøt nÎ vµ vì vôn, tû lÖ mÉu khoan lÊy ®­îc rÊt thÊp nªn trÞ sè ®¸nh gi¸ chÊt l­îng ®¸ RQD th­êng rÊt thÊp, kh«ng b¶o ®¶m yªu cÇu thiÕt kÕ theo tiªu chuÈn ASTM. Víi c«ng nghÖ vµ thiÕt bÞ khoan hiÖn nay, nhiÒu ®o¹n RQD = 0 hoÆc chØ ®¹t 10 -30%. Muèn cã RQD >50% ®ßi hái ph¶i khoan s©u h¬n vµo vïng ®¸ Ýt bÞ nøt nÎ.

Theo tiªu chuÈn BS 5930 : 1981 [1] th× viÖc ph©n lo¹i chÊt l­îng ®¸ theo chØ sè RQD nh­ sau:

Thùc tÕ khoan kh¶o s¸t §CCT trong vïng karst cho thÊy, ®èi víi ®¸ trong khu vùc karst ph¸t triÓn m¹nh, viÖc ®¹t gi¸ trÞ RQD > 75 % víi c«ng nghÖ vµ thiÕt bÞ khoan hiÖn nay ë n­íc ta lµ rÊt khã kh¨n.

§Ó cung cÊp tµi liÖu kh¶o s¸t §CCT ®¸p øng ®­îc c¸c yªu cÇu cña c«ng t¸c thiÕt kÕ vµ chän gi¶i ph¸p thi c«ng c«ng tr×nh trong vïng ®¸ v«i cã karst ph¸t triÓn m¹nh, qu¸ tr×nh khoan th¨m dß cÇn lµm râ vµ chÝnh x¸c mét sè néi dung sau:

ViÖc x¸c ®Þnh hang karst cã vËt chÊt lÊp nhÐt hay kh«ng, thµnh phÇn vËt chÊt lÊp nhÐt lµ g× vµ møc ®é lÊp nhÐt trong hang cã ý nghÜa rÊt quan träng trong viÖc x¸c ®Þnh c«ng nghÖ khoan vµ thi c«ng cäc khoan nhåi. VÊn ®Ò nµy cßn ®­îc lµm s¸ng tá h¬n nÕu cã sè liÖu vµ biÕt ph©n tÝch kÕt qu¶ x¸c ®Þnh l­îng tiªu hao dung dÞch trong tõng ®o¹n bËc hang karst. Thùc tÕ cho thÊy, cã tr­êng hîp khi thi c«ng cäc khoan nhåi qua vÞ trÝ cã ph¸t triÓn karst víi kÝch th­íc lín nh­ng ®· lÊp ®Çy vËt chÊt lÊp nhÐt víi thµnh phÇn lµ ®Êt lo¹i sÐt, hoÆc hang karst cã kÝch th­íc nhá, Ýt cã kh¶ n¨ng liªn th«ng, l­îng mÊt dung dÞch Ýt, th× nh×n chung kh«ng cÇn ph¶i ¸p dông gi¶i ph¸p thi c«ng ®Æc biÖt. Tr­êng hîp hang karst kh«ng chøa hoÆc chøa Ýt vËt chÊt lÊp nhÐt, l­îng mÊt dung dÞch lín, tÇng ®¸ ph¸t triÓn nhiÒu bËc hang karst kh¸c nhau, muèn thi c«ng cäc khoan nhåi, ®ßi hái ph¶i kÕt cÊu èng v¸ch víi mét hay nhiÒu cÊp ®­êng kÝnh kh¸c nhau tuú thuéc sè bËc hang.

ViÖc x¸c ®Þnh chÝnh x¸c c¸c th«ng tin §CCT trªn ®©y sÏ cho phÐp chñ ®éng x¸c ®Þnh c«ng nghÖ thi c«ng cho tõng cäc khoan nhåi, b¶o ®¶m chÊt l­îng c«ng tr×nh vµ n©ng cao hiÖu qu¶ x©y dùng. §Ó thu thËp ®­îc ®Çy ®ñ c¸c th«ng tin theo yªu cÇu, trong qu¸ tr×nh kh¶o s¸t §CCT ®ßi hái ph¶i theo dâi nghiªm ngÆt qu¸ tr×nh khoan, m« t¶ chi tiÕt cét ®Þa tÇng, theo dâi vµ ghi chÐp tèc ®é khoan trong tõng kho¶ng ®é s©u vµ ®Æc biÖt ph¶i x¸c ®Þnh vµ ®¸nh gi¸ ®óng l­îng tæn hao dung dÞch khoan trong nh÷ng ®o¹n ph¸t triÓn hang karst.

H×nh 1. MÆt c¾t §CCT ë trô P1 cÇu D

HiÖn nay, khi thiÕt kÕ cäc khoan nhåi ®Ó x©y dùng c¸c c«ng tr×nh theo tiªu chuÈn ASTM, ng­êi ta dùa vµo chØ sè chÊt l­îng ®¸ RQD ®Ó tÝnh to¸n søc chÞu t¶i cho cäc. Thùc tÕ c«ng t¸c kh¶o s¸t thiÕt kÕ theo tiªu chuÈn nµy cho thÊy còng cßn mét sè vÊn ®Ò cÇn l­u ý. ViÖc tÝnh to¸n søc chÞu t¶i cña cäc theo trÞ sè RQD ®­îc x©y dùng trªn c¬ së c«ng nghÖ vµ thiÕt bÞ khoan th¨m dß ®óng tiªu chuÈn. HiÖn nay ë n­íc ta chñ yÕu sö dông c¸c thiÕt bÞ khoan do Trung Quèc chÕ t¹o. Mòi khoan sö dông th­êng lµ èng mÉu ®¬n, chÕ ®é kü thuËt khoan kh«ng ®­îc tÝnh to¸n vµ tu©n thñ ®óng mùc, nªn ®èi víi ®¸ nøt nÎ, kh¶ n¨ng lÊy mÉu rÊt thÊp do ®¸ bÞ vì vôn trong qu¸ tr×nh khoan. §iÒu nµy ®· lµm cho gi¸ trÞ RQD thÊp, ¶nh h­ëng ®Õn viÖc x¸c ®Þnh vÞ trÝ ®Æt mòi cäc còng nh­ th«ng sè ®­a vµo tÝnh to¸n thiÕt kÕ søc chÞu t¶i cña cäc. Trong mét sè tr­êng hîp, nÕu ¸p dông mét c¸ch m¸y mãc tiªu chuÈn thiÕt kÕ nµy cã thÓ dÉn ®Õn nh÷ng tèn kÐm kh«ng cÇn thiÕt do vÞ trÝ ®Æt mòi cäc qu¸ s©u, søc chÞu t¶i cña cäc x¸c ®Þnh ®­îc thÊp. Thùc tÕ cho thÊy, nhiÒu tr­êng hîp chØ sè RQD thÊp, trong ®ã cã c¶ nguyªn nh©n do c«ng nghÖ vµ thiÕt bÞ khoan g©y nªn. §Ó kh¾c phôc nh÷ng nh­îc ®iÓm nµy, ngoµi viÖc cÇn ®æi míi trang thiÕt bÞ ®¹t c¸c tiªu chuÈn kü thuËt vµ thùc hiÖn tèt chÕ ®é kü thuËt khoan, cßn cÇn ph¶i biÕt ph©n tÝch ®óng ®¾n ®Æc ®iÓm nøt nÎ cña ®¸ th«ng qua l­îng thÊm mÊt dung dÞch khoan vµ tèc ®é khoan.

Tõ thùc tiÔn c«ng t¸c kh¶o s¸t §CCT vµ nh÷ng vÊn ®Ò ®· nªu ë trªn, khi tiÕn hµnh c«ng t¸c kh¶o s¸t, thiÕt kÕ x©y dùng c«ng tr×nh trong vïng karst ph¸t triÓn m¹nh, cÇn ph¶i chó ý mét sè vÊn ®Ò sau:

1) T¨ng c­êng mËt ®é hè khoan th¨m dß mét c¸ch phï hîp. Trªn diÖn tÝch mãng x©y dùng c«ng tr×nh, ®èi víi giai ®o¹n thiÕt kÕ kü thuËt cÇn bè trÝ tèi thiÓu 4 hè khoan th¨m dß trªn ®­êng biªn chu vi mãng c«ng tr×nh. VÞ trÝ c«ng tr×nh th¨m dß b¶o ®¶m khèng chÕ vÒ mÆt kh«ng gian theo c¸c h­íng.

2) Tr­êng hîp karst ph¸t triÓn m¹nh vµ phøc t¹p th× giai ®o¹n lËp b¶n vÏ thi c«ng nhÊt thiÕt ph¶i khoan vµo tõng vÞ trÝ cäc khoan nhåi. Tuy nhiªn, ®Ó gi¶m chi phÝ kh¶o s¸t, viÖc tiÕn hµnh khoan cÇn theo mét tr×nh tù hîp lý trong ph¹m vi mãng c«ng tr×nh. Sö dông ph­¬ng ph¸p khoan c¸ch qu·ng c¸c ®iÓm th¨m dß trong ph¹m vÞ mãng. ViÖc quyÕt ®Þnh khoan nh÷ng hè khoan cßn l¹i xen kÏ tuú thuéc vµo kÕt qu¶ th¨m dß cña c¸c hè khoan ®· khoan ë hai bªn.

3) Trong qu¸ tr×nh khoan ph¶i theo dâi chÆt chÏ vµ m« t¶ ®Þa tÇng chi tiÕt, ghi chÐp chÝnh x¸c tèc ®é khoan, l­îng mÊt dung dÞch trªn tõng ®o¹n khoan qua, ®Æc biÖt lµ ë khu vùc cã ph¸t triÓn hang karst. ViÖc ph©n tÝch ®óng ®¾n tèc ®é khoan , nhÊt lµ trong khu vùc ®Êt ®¸ bÞ nøt nÎ m¹nh sÏ phÇn nµo kh¾c phôc ®­îc nh÷ng th«ng tin sai lÖch vÒ gi¸ trÞ RQD do thiÕt bÞ vµ c«ng nghÖ khoan g©y nªn.

4) M« t¶ cô thÓ møc ®é lÊp nhÐt, ®Æc ®iÓm thµnh phÇn vËt chÊt lÊp nhÐt b»ng viÖc lÊy mÉu chÊt lÊp nhÐt trong hang karst.

5) §Ó tr¸nh lµm vì mÉu ®Êt ®¸ cÇn cã chÕ ®é khoan vµ lo¹i èng mòi khoan hîp lý, phï hîp víi ®iÒu kiÖn nøt nÎ cña ®Êt ®¸. Trong tr­êng hîp ®¸ nøt nÎ m¹nh, tèt nhÊt nªn khoan víi tèc ®é kh«ng lín, ¸p lùc khoan thÊp, sö dông mòi khoan lµ èng mÉu nßng ®«i.

1. H­íng dÉn thùc hµnh vÒ kh¶o s¸t x©y dùng. Tiªu chuÈn Anh - BS 5930: 1981. Nxb Gi¸o dôc, Hµ Néi.

2. Tiªu chuÈn vÒ kh¶o s¸t vµ ®o ®¹c x©y dùng, 2000. Nxb X©y dùng, Hµ Néi.