L£ TRäNG TH¾NG

HiÖn t­îng lón mÆt ®Êt do khai th¸c n­íc d­íi ®Êt (ND§) gÆp kh¸ phæ biÕn ë nhiÒu n¬i trªn thÕ giíi. HiÖn t­îng nµy g©y nªn nh÷ng t¸c ®éng bÊt lîi nh­ lôt léi, lµm biÕn d¹ng vµ h­ háng c¸c c«ng tr×nh nhµ cöa, cÇu cèng, ®­êng giao th«ng, c¸c hÖ thèng ®­êng hÇm, èng dÉn, m­¬ng m¸ng, ®ª ®Ëp...

HiÖn nay ë vïng Hµ néi, do viÖc khai th¸c ND§ ngµy cµng t¨ng ®· h×nh thµnh c¸c phÔu h¹ thÊp mùc n­íc cã quy m« lín. Qu¸ tr×nh h¹ thÊp mùc ND§ ë møc ®é nµo ®ã sÏ lµm thay ®æi tr¹ng th¸i øng suÊt tù nhiªn cña ®Êt ®¸ vµ g©y lón mÆt ®Êt, lµm biÕn d¹ng c¸c c«ng tr×nh x©y dùng. Bëi vËy, cÇn cã c¸ch nh×n nhËn ®óng ®¾n hiÖn t­îng nµy míi cã thÓ ®¸nh gi¸ kh¶ n¨ng còng nh­ møc ®é nguy hiÓm cña qu¸ tr×nh lón mÆt ®Êt, tõ ®ã ®Ò ra gi¶i ph¸p thÝch hîp ®Ó h¹n chÕ hay lo¹i trõ nh÷ng t¸c ®éng bÊt lîi cña nã ®èi víi c¸c c«ng tr×nh x©y dùng.

- TÇng chøa n­íc qh: Thµnh phÇn ®Êt ®¸ chøa n­íc lµ c¸t, c¸t pha thuéc trÇm tÝch Holocen th­îng, ph©n hÖ tÇng Th¸i B×nh d­íi. ë c¸c vïng ven s«ng Hång, tÇng chøa n­íc nµy cã thÓ lé ra trªn mÆt ®Êt, cßn phÇn lín nã bÞ phñ bëi líp sÐt, sÐt pha. TÇng chøa n­íc qh ph©n bè kh«ng liªn tôc ë vïng Hµ Néi, th­êng gÆp ë quËn Thanh Xu©n, Hµ §«ng, Thanh Tr×, quËn Hai Bµ Tr­ng, phÇn däc s«ng Hång quËn T©y Hå vµ huyÖn Gia L©m. BÒ dµy tÇng chøa n­íc kh«ng lín, tõ 3 ®Õn 29 m. §©y lµ tÇng chøa n­íc kh«ng ¸p hoÆc cã ¸p côc bé. Mùc n­íc hiÖn nay ë trung t©m thµnh phè kho¶ng 5-10 m, ë ngo¹i thµnh, Ýt chÞu ¶nh h­ëng cña khai th¸c ND§, mùc n­íc tõ 2 ®Õn 4 m. Nh×n chung, tr÷ l­îng khai th¸c cña tÇng chøa n­íc qh

kh«ng lín. HiÖn nay tÇng chøa n­íc nµy chñ yÕu ®­îc khai th¸c nhá phôc vô sinh ho¹t gia ®×nh. Do khai th¸c kh«ng hîp lý nªn trong nh÷ng n¨m gÇn ®©y, mùc n­íc cña tÇng chøa n­íc nµy còng liªn tôc bÞ h¹ thÊp. Nh×n chung sù h¹ thÊp mùc n­íc cña tÇng qh Ýt g©y t¸c ®éng sôt lón mÆt ®Êt vµ ¶nh h­ëng ®Õn c«ng tr×nh x©y dùng.

- TÇng chøa n­íc qp: Thµnh phÇn ®Êt ®¸ chøa n­íc lµ c¸t cuéi sái, thuéc trÇm tÝch Pleistocen thuéc c¸c hÖ tÇng VÜnh Phóc, Hµ Néi vµ LÖ Chi. §©y lµ tÇng chøa n­íc rÊt phong phó, lµ nguån cung cÊp n­íc chñ yÕu cho thµnh phè Hµ Néi hiÖn nay. TÇng chøa n­íc qp ph©n bè liªn tôc ë vïng Hµ Néi, cã bÒ dµy lín kho¶ng 5-10 m ë vïng ven r×a cho ®Õn 20 vµ trªn 30 m ë vïng trung t©m thµnh phè vµ c¸c huyÖn Gia L©m, Thanh Tr×... TÇng chøa n­íc qp th­êng ph©n bè ë ®é s©u 30 - 40 m. ë vïng trung t©m, ë ®é s©u 40 m th­êng gÆp cuéi sái cña hÖ tÇng Hµ Néi. TÇng chøa n­íc qp lµ tÇng chøa n­íc ¸p lùc. HiÖn nay, do viÖc khai th¸c n­íc víi l­u l­îng lín nªn mùc ¸p lùc liªn tôc bÞ h¹ thÊp. ë c¸c vïng khai th¸c n­íc m¹nh, mùc ¸p lùc cã thÓ ë ®é s©u 20 - 25 m hoÆc lín h¬n. ë c¸c vïng Ýt chÞu ¶nh h­ëng h¬n, mùc ¸p lùc ë ®é s©u kho¶ng 10 - 15 m. Mùc ¸p lùc cña tÇng chøa n­íc qp h¹ thÊp lµ yÕu tè chñ yÕu lµm thay ®æi tr¹ng th¸i øng suÊt trong ®Êt ®¸ vµ g©y sôt lón mÆt ®Êt, lµm biÕn d¹ng c¸c c«ng tr×nh x©y dùng. D­íi ®©y lµ b¶ng tæng hîp l­u l­îng khai th¸c cña c¸c nhµ m¸y n­íc ë Hµ Néi trong thêi gian tõ 1994 ®Õn th¸ng 2/1999.

B¶ng 1. B¶ng tæng hîp l­u l­îng khai th¸c cña c¸c nhµ m¸y n­íc ë Hµ Néi (1994-2/1999)

Theo c¸c kÕt qu¶ nghiªn cøu, khi mùc ¸p lùc cña tÇng chøa n­íc qp h¹ thÊp, cã thÓ g©y nªn c¸c tr­êng hîp thay ®æi tr¹ng th¸i øng suÊt sau:

Tr­êng hîp nµy x¶y ra khi mùc ¸p lùc cña tÇng chøa n­íc qp h¹ thÊp, dÉn ®Õn sù th¸o kh« n­íc trong ®Êt yÕu lµ bïn sÐt, bïn sÐt pha hay than bïn cã nguån gèc hå, ®Çm lÇy thuéc ph©n hÖ tÇng H¶i H­ng d­íi. Tr­êng hîp nµy th­êng gÆp khi líp ®Êt yÕu cã bÒ dµy lín vµ ph©n bè trùc tiÕp trªn ®Êt ®¸ cã thµnh phÇn lµ c¸t cuéi sái cña tÇng chøa n­íc qp nh­ ë c¸c vïng: Gi¶ng Vâ, Thµnh C«ng, L¸ng Trung, L¸ng H¹, Mü §×nh, §¹i häc S­ ph¹m, Häc viÖn Qu©n sù cao cÊp (NghÜa §«), Ph¸p V©n, §¹i häc KiÕn tróc, §Þnh C«ng…

TrÞ sè øng suÊt ph¸t sinh trong tr­êng hîp nµy cã thÓ x¸c ®Þnh:

Khi ®Êt yÕu bÞ th¸o kh« vµ cã sù thay ®æi ¸p lùc n­íc lç rçng th× träng l­îng cña líp ®Êt ph©n bè trªn ®Êt yÕu sÏ cã t¸c dông g©y lón cho líp ®Êt yÕu nãi riªng vµ ®Êt ®¸ ph©n bè d­íi nã nãi chung. ¸p lùc h÷u hiÖu trong ®Êt yÕu t¨ng dÇn tuú thuéc kh¶ n¨ng tho¸t n­íc cña ®Êt yÕu. ë tr¹ng th¸i v« cïng, khi n­íc trong ®Êt yÕu bÞ th¸o kh« hoµn toµn, gi¸ trÞ øng suÊt nµy cã thÓ x¸c ®Þnh:

ë c¸c vïng mµ do ®Æc ®iÓm cÊu t¹o ®Þa chÊt, khi tÇng chøa n­íc qp h¹ thÊp kh«ng g©y nªn qu¸ tr×nh th¸o kh« phÇn ®Êt ®¸ phÝa trªn tÇng chøa n­íc. Tuy nhiªn, sù h¹ thÊp mùc ¸p lùc cña tÇng chøa n­íc qp ®· lµm gi¶m ¸p lùc ng­îc t¸c dông lªn ®¸y cña líp c¸ch n­íc, kÕt qu¶ sÏ lµm gi¶m ¸p lùc n­íc lç rçng vµ t¨ng ¸p lùc h÷u hiÖu trong ®Êt ®¸. ¸p lùc nµy ®­îc tÝnh nh­ ®èi víi tr­êng hîp h¹ thÊp mùc n­íc ngÇm:

Nh­ vËy, khi h¹ thÊp mùc ¸p lùc tÇng chøa n­íc qp cã thÓ ph¸t sinh c¸c t¸c dông thay ®æi tr¹ng th¸i øng suÊt kh¸c nhau, tuú thuéc ®Æc ®iÓm cÊu tróc ®Þa chÊt cña khu vùc. Do ®ã, kh¶ n¨ng lón mÆt ®Êt ë khu vùc nµo ®ã kh«ng chØ phô thuéc møc ®é h¹ thÊp mùc ND§ mµ cßn phô thuéc vµo ®Æc ®iÓm cÊu t¹o ®Þa chÊt, ®Æc ®iÓm ®Þa chÊt thuû v¨n còng nh­ thµnh phÇn vµ tÝnh chÊt cña ®Êt ®¸. Hai s¬ ®å t¸c dông thay ®æi tr¹ng th¸i øng suÊt ®Çu th­êng liªn quan ®Õn sù ph©n bè cña líp ®Êt yÕu cña ph©n hÖ tÇng H¶i H­ng d­íi vµ th­êng g©y lón mÆt ®Êt m¹nh mÏ. PhÇn lín c¸c vïng kh«ng cã ph©n bè ®Êt yÕu, hay ®Êt yÕu kh«ng cã quan hÖ trùc tiÕp víi ®Êt ®¸ cña tÇng chøa n­íc, khi h¹ thÊp mùc ¸p lùc cña tÇng chøa n­íc qp th­êng diÔn ra t¸c dông thay ®æi tr¹ng th¸i øng suÊt theo s¬ ®å 3. Tr­êng hîp nµy kh¶ n¨ng lón mÆt ®Êt h¹n chÕ.

Ph©n tÝch tµi liÖu quan tr¾c lón mÆt ®Êt t¹i mét sè tr¹m quan tr¾c lón ë nh÷ng vïng cã ®Æc ®iÓm cÊu tróc nÒn kh¸c nhau trong thêi gian qua còng cho thÊy nh÷ng t¸c ®éng kh¸c nhau cña c¸c qu¸ tr×nh biÕn ®æi tr¹ng th¸i øng suÊt ®Õn møc ®é sôt lón mÆt ®Êt (B¶ng 2).

B¶ng 2. Tµi liÖu quan tr¾c ®é lón mÆt ®Êt ë mét sè tr¹m quan tr¾c vïng Hµ Néi

C¸c kÕt qu¶ quan tr¾c lón vµ ®Æc ®iÓm cÊu tróc ®Þa chÊt t¹i vÞ trÝ x©y dùng c¸c tr¹m quan tr¾c cho thÊy, nÕu cÊu tróc nÒn cã sù tham gia cña ®Êt yÕu thuéc ph©n hÖ tÇng H¶i H­ng d­íi th× c¸c qu¸ tr×nh thay ®æi tr¹ng th¸i øng suÊt chñ yÕu theo c¸c s¬ ®å 1 vµ 2. Tr­êng hîp bÒ dÇy ®Êt yÕu lín nh­ Tr¹m 2 Ph¸p V©n, ®é lón mÆt ®Êt ®¹t 127,39 mm trong thêi gian quan tr¾c tõ 1996 ®Õn 2001. §Æc biÖt, khi bÒ dÇy ®Êt yÕu lín vµ ph©n bè trùc tiÕp trªn ®Êt ®¸ cña tÇng chøa nø¬c, cã kh¶ n¨ng th¸o kh« m¹nh, th× møc ®é sôt lón mÆt ®Êt rÊt cao nh­ Tr¹m 3 Thµnh C«ng, ®¹t ®é lón 194,30 mm trong thêi gian quan tr¾c tõ 1997 - 2001. T¹i Tr¹m 4 L­¬ng Yªn, mÆc dï cã mÆt ®Êt yÕu, nh­ng do ®Æc ®iÓm ®Êt yÕu cã bÒ dÇy máng, ph©n bè xen kÑp c¸c líp sÐt, nªn qu¸ tr×nh thay ®æi tr¹ng th¸i øng suÊt theo c¶ 3 s¬ ®å. Tuy vËy, c¸c t¸c ®éng nµy kh«ng lín, nªn ®é lón mÆt ®Êt chØ ®¹t 80,43 mm.

Nh­ vËy, ngoµi yÕu tè vÒ møc ®é h¹ thÊp mùc ND§, qu¸ tr×nh vµ møc ®é sôt lón mÆt ®Êt do h¹ thÊp mùc ND§ phô thuéc rÊt nhiÒu vµo ®Æc ®iÓm cÊu tróc ®Þa chÊt nãi chung, vµ cÊu tróc nÒn nãi riªng. Bëi vËy, viÖc ®¸nh gi¸ møc ®é vµ kh¶ n¨ng sôt lón mÆt ®Êt do h¹ thÊp mùc ND§ khi khai th¸c cña mét khu vùc nµo ®ã, cÇn ph¶i ph©n tÝch ®Æc ®iÓm cÊu tróc ®Þa chÊt ®Ó tõ ®ã x¸c ®Þnh c¸c s¬ ®å t¸c ®éng lµm thay ®æi tr¹ng th¸i øng suÊt míi cho phÐp ®¸nh gi¸ ®óng ®¾n ®Æc ®iÓm vµ møc ®é sôt lón mÆt ®Êt, còng nh­ nguy c¬ t¸c ®éng cña c¸c qu¸ tr×nh nµy ®Õn c«ng tr×nh x©y dùng. §iÒu nµy còng cho thÊy nguy c¬ sôt lón mÆt ®Êt m¹nh do h¹ thÊp mùc ND§ ë ®Þa phËn Hµ Néi chØ xÈy ra ë nh÷ng vïng cã ®Æc ®iÓm cÊu tróc ®Þa chÊt víi sù tham gia cña líp ®Êt yÕu thuéc ph©n hÖ tÇng H¶i H­ng d­íi cã bÒ dµy lín, ®Æc biÖt khi líp ®Êt nµy ph©n bè trùc tiÕp trªn ®Êt ®¸ cña tÇng chøa n­íc, vµ vïng n»m trong vïng h¹ thÊp mùc ND§ m¹nh. ë nh÷ng vïng kh¸c, vÊn ®Ò sôt lón mÆt ®Êt kh«ng g©y nªn nh÷ng biÕn d¹ng nghiªm träng nh­ nhiÒu ng­êi vÉn lo ng¹i.

Trªn quan ®iÓm nghiªn cøu cÊu tróc nÒn c«ng tr×nh, gi÷a c«ng tr×nh, cÊu tróc nÒn vµ m«i tr­êng ®Þa chÊt lu«n cã t¸c dông t­¬ng hç. Nh÷ng t¸c ®éng cña c«ng tr×nh ®èi víi cÊu tróc nÒn th­êng ®­îc kiÓm so¸t th«ng qua c¸c tÝnh to¸n thiÕt kÕ. Song, nh÷ng t¸c ®éng biÕn ®æi m«i tr­êng ®Þa chÊt ®Õn cÊu tróc nÒn vµ ¶nh h­ëng ®Õn sù æn ®Þnh cña c«ng tr×nh th­êng kh«ng ®­îc xem xÐt ®Çy ®ñ khi tÝnh to¸n thiÕt kÕ c«ng tr×nh. Thùc tÕ c«ng t¸c x©y dùng ë Hµ Néi cho thÊy, trong nhiÒu tr­êng hîp, viÖc tÝnh to¸n thiÕt kÕ c«ng tr×nh kh«ng cã sai sãt, nh­ng c«ng tr×nh vÉn bÞ lón nøt nghiªm träng. Sù h¹ thÊp mùc ¸p lùc tÇng chøa n­íc qp lµ yÕu tè biÕn ®æi m«i tr­êng ®Þa chÊt g©y lón mÆt ®Êt trªn ph¹m vi thµnh phè. CÊu tróc nÒn lµ mét phÇn trong m«i tr­êng ®Þa chÊt, còng chÞu nh÷ng t¸c ®éng nµy. Tuy nhiªn, ®Æc tÝnh vµ kh¶ n¨ng biÕn d¹ng cña cÊu tróc nÒn l¹i phô thuéc nhiÒu vµo ®Æc ®iÓm cÊu tróc riªng cña nã. CÊu tróc nÒn ®Êt yÕu th­êng rÊt nh¹y víi c¸c t¸c ®éng biÕn ®æi m«i tr­êng ®Þa chÊt. Khi cÊu tróc nÒn cã bÒ dµy ®Êt yÕu lín vµ biÕn ®æi m¹nh, ®Êt yÕu cã kh¶ n¨ng tiÕp xóc trùc tiÕp víi ®Êt ®¸ cña tÇng chøa n­íc, nã sÏ chøa ®ùng tiÒm tµng kh¶ n¨ng g©y lón nøt c«ng tr×nh khi chÞu t¸c ®éng cña sù h¹ thÊp møc ¸p lùc cña tÇng chøa n­íc qp. §èi víi cÊu tróc nÒn kh«ng cã sù tham gia cña ®Êt yÕu hoÆc cã ®Êt yÕu víi bÒ dµy kh«ng lín, Ýt biÕn ®æi vµ kh«ng cã quan hÖ trùc tiÕp víi ®Êt ®¸ cña tÇng chøa n­íc, th× nh×n chung Ýt cã tiÒn ®Ò g©y lón c«ng tr×nh khi mùc ¸p lùc cña tÇng chøa n­íc qp h¹ thÊp. HiÖn t­îng lón mÆt ®Êt do khai th¸c ND§ cã thÓ g©y lón nøt vµ lµm h­ háng c¸c c«ng tr×nh thiÕt kÕ mãng n«ng. §èi víi c«ng tr×nh thiÕt kÕ mãng cäc, nã cã thÓ lµm ph¸t sinh hiÖn t­îng ma s¸t ©m, lµm gi¶m søc chÞu t¶i cña cäc. Nh÷ng t¸c ®éng cña qu¸ tr×nh sôt lón mÆt ®Êt do h¹ thÊp mùc ND§ cã thÓ lµm biÕn d¹ng nÒn ®­êng giao th«ng, ®Æc biÖt lµ nÒn ®­êng ®­îc x©y dùng trªn nÒn ®Êt yÕu cã cÊu tróc kh«ng thuËn lîi khi bÒ dµy tÇng ®Êt yÕu lín. Qóa tr×nh sôt lón mÆt ®Êt còng lµ mét trong nh÷ng nguyªn nh©n g©y óng ngËp ë mét vµi n¬i trong thµnh phè Hµ Néi nh­ Thµnh C«ng, Thanh Tr×, Ph¸p V©n. C¸c yÕu tè g©y sôt lón mÆt ®Êt do h¹ thÊp mùc ND§ hÇu nh­ ch­a ®­îc tÝnh ®Õn khi thiÕt kÕ c¸c c«ng tr×nh giao th«ng vµ cÊp tho¸t n­íc ë thµnh phè Hµ Néi.

§Ó dù b¸o kh¶ n¨ng ¶nh h­ëng cña sù h¹ thÊp mùc ¸p lùc cña c¸c tÇng chøa n­íc, ®Æc biÖt lµ tÇng chøa n­íc qp, ®Õn æn ®Þnh c«ng tr×nh, qu¸ tr×nh kh¶o s¸t thiÕt kÕ cÇn xem xÐt c¸c yÕu tè cô thÓ sau:

- X¸c ®Þnh møc ®é h¹ thÊp mùc ND§, ®Æc biÖt lµ mùc ¸p lùc cña tÇng chøa n­íc qp t¹i c¸c vÞ trÝ x©y dùng trªn c¬ së c¸c tµi liÖu quan tr¾c chuyªn m«n.

- Ph©n tÝch ®Æc ®iÓm cÊu tróc nÒn trªn c¬ së tµi liÖu kh¶o s¸t ®Þa chÊt c«ng tr×nh. §Æc biÖt ph¶i x¸c ®Þnh chÝnh x¸c bÒ dµy, møc ®é biÕn ®æi bÒ dµy cña ®Êt yÕu, còng nh­ quan hÖ cña ®Êt yÕu víi ®Êt ®¸ cña tÇng chøa n­íc.

NÕu cÊu tróc nÒn c«ng tr×nh cã ®Çy ®ñ c¸c yÕu tè bÊt lîi ®· nªu vµ ph©n bè trong vïng h¹ thÊp mùc ND§ khi khai th¸c, th× c«ng tr×nh x©y dùng trªn nã cã nhiÒu kh¶ n¨ng chÞu t¸c ®éng g©y lón nøt do h¹ thÊp mùc ND§. Khi thiÕt kÕ x©y dùng c¸c c«ng tr×nh liªn quan, cÇn ph¶i chó ý tíi kh¶ n¨ng biÕn d¹ng lón mÆt ®Êt do h¹ thÊp mùc ND§ g©y nªn. Tuú theo møc ®é biÕn d¹ng lón cña mÆt ®Êt cô thÓ ta cã thÓ ®Ò ra gi¶i ph¸p nÒn mãng hay gi¶i ph¸p kÕt cÊu c«ng tr×nh thÝch hîp.

1. Kashep Abdel-Arir Qrmail. Groundwater engineening. Me. Brou Hill Book Company.

2. Lª Träng Th¾ng, 1991. Mét sè d¹ng cÊu tróc nÒn ®Êt yÕu ë khu vùc Hµ Néi vµ nh÷ng nguyªn nh©n g©y biÕn d¹ng c«ng tr×nh liªn quan víi chóng. TuyÓn tËp c¸c c«ng tr×nh khoa häc §¹i häc Má - §Þa chÊt. Hµ Néi.

3. Lª Träng Th¾ng, 1991. Ph©n tÝch nguyªn nh©n biÕn d¹ng c«ng tr×nh liªn quan ®Õn mét sè d¹ng cÊu tróc nÒn ®Êt yÕu chñ yÕu ë vïng Hµ Néi. TuyÓn tËp c¸c c«ng tr×nh khoa häc §¹i häc Má - §Þa chÊt. Hµ Néi.

4. Xergeev E. M. §Þa chÊt c«ng tr×nh - khoa häc vÒ m«i tr­êng ®Þa chÊt. Nedra, Moskva (tiÕng Nga).

5. Todd D. K., 1959. Groundwater Hydrology. John Wiley, New York.