Nghiên cứu đánh giá điều kiện địa chất công trình phục vụ xây dựng nhà cao tầng khu vực huyện quốc oai hà nội

Nghiên cứu đánh giá điều kiện địa chất công trình phục vụ xây dựng nhà cao tầng khu vực Huyện Quốc Oai Hà Nội Bùi Thị Liên Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Khoa Địa chất Luận văn Thạc

Nghiên cứu đánh giá điều kiện địa chất công trình phục vụ xây dựng nhà cao tầng khu vực

Huyện Quốc Oai Hà Nội

Bùi Thị Liên Trường Đại học Khoa học Tự nhiên

Khoa Địa chất Luận văn Thạc sĩ ngành: Địa chất học; Mã số: 60 44 55

Người hướng dẫn: PGS.TS Đỗ Minh Đức

Năm bảo vệ: 2012

Abstract Phân tích điều kiện địa lý tự nhiên và kinh tế - xã hội khu vực huyện Quốc

Oai: vị trí địa lý, khí hậu, mạng lưới thủy văn, kinh tế, xã hội Trình bày đặc điểm địa chất công trình khu vực huyện Quốc Oai: đặc điểm địa hình - địa mạo, cấu trúc địa chất, địa chất thủy văn, tính chất cơ lý của đất đá, các quá trình địa động lực công trình Tìm hiểu về khảo sát, thiết kế và thi công xây dựng nhà cao tầng trên vùng karst Các vấn đề địa chất công trình liên quan đến xây dựng nhà cao tầng khu vực huyện Quốc Oai và kiến nghị giải pháp khắc phục: hiện tượng ma sát âm liên quan đến lún mặt đất, nguy cơ sụt hang ngầm và các sự cố khi thi công hố đào, một

số khó khăn trong công tác khảo sát, thiết kế và thi công xây dựng công trình trên

vùng karst

Keywords Địa chất công trình; Nhà cao tầng; Quốc Oai

Content

MỞ ĐẦU

Trong những năm gần đây quá trình đô thị hóa ở Hà Nội diễn ra rất nhanh, đặc biệt là việc xây dựng các công trình nhà cao tầng, điều này đã mang một diện mạo mới cho thủ đô Bên cạnh đó vấn đề thách thức cho nghành xây dựng cũng đã được đặt ra trong đó có vấn đề quy hoạch xây dựng và chất lượng các công trình xây dựng Để nâng cao hiệu quả trong công tác xây dựng, công tác khảo sát địa chất công trình phải đi trước một bước

Huyện Quốc Oai nằm ở phía Tây thành phố Hà Nội, cách trung tâm thành phố khoảng 20km Khu vực được giới hạn trong tọa độ địa lý: 20054’ đến 21004’ vĩ độ bắc đến

105043’50’’ kinh độ đông Phía Đông giáp huyện Đan Phượng, huyện Hoài Đức; phía Tây giáp tỉnh Hòa Bình; phía Nam giáp huyện Chương Mỹ và phía Bắc giáp huyện Thạch Thất và huyện Phúc Thọ Diện tích: 147,01 km2

Theo Quy hoạch chung xây dựng thủ đô Hà Nội đến năm 2030 và tầm nhìn đến 2050, trên địa bàn huyện Quốc Oai có: khu Công nghệ cao Hòa Lạc, các khu đô thị (chủ yếu dọc hai bên trục đường Láng Hòa Lạc), các khu sinh thái nông nghiệp, dịch vụ du lịch, các cụm công nghiệp vừa và nhỏ và các trung tâm vui chơi giải trí phát triển ở ven đê sông Đáy

Xuất phát từ thực tế đó, đề tài “Nghiên cứu, đánh giá điều kiện địa chất công trình

phục vụ xây dựng nhà cao tầng khuc vực huyện Quốc Oai, Hà Nội” là cần thiết và có ý

nghĩa thực tiễn trong việc xây dựng các công trình nhà cao tầng hiện nay ở huyện Quốc Oai

Mục tiêu

Mục tiêu của đề tài là làm sáng tỏ điều kiện và các vấn đề địa chất công trình liên quan đến xây dựng các công trình nhà cao tầng ở các khu vực trọng điểm huyện Quốc Oai và

đề xuất các giải pháp khắc phục

Nội dung

- Nghiên cứu, phân tích đặc điểm điều kiện tự nhiên và kinh tế xã hội huyện Quốc Oai;

- Nghiên cứu các đặc điểm địa chất công trình (địa hình - địa mạo, cấu trúc địa chất, tính chất cơ lý của đất đá, địa chất thủy văn, các quá trình và hiện tượng địa chất động lực công trình);

- Các vấn đề về khảo sát, thiết kế và thi công xây dựng ở khu vực Quốc Oai;

- Đề xuất các giải pháp hợp lý để phục vụ công tác thiết kế, thi công xây dựng các công trình nhà cao tầng trên địa bàn huyện Quốc Oai

Phạm vi nghiên cứu

Phạm vi nghiên cứu tập trung ở các khu vực trọng điểm là nơi có mật độ dân cư cao; nằm trong khu quy hoạch xây dựng các công trình dịch vụ, thương mại, văn phong, nhà ở; nơi đã và đang xảy ra các tai biến địa chất Cụ thể là xã Yên Sơn, xã Ngọc Mỹ, xã Thạch Thán, thị trấn Quốc Oai, vùng phụ cận diện tích 10 km2

, khối núi đá vôi xã Sài Sơn, dải đồi phun trào xã Đồng Quang

và xã Cộng Hòa, khối đá vôi Chùa Trầm

Cơ sở tài liệu

Luận văn được hoàn thành trên cơ sở các tài liệu chủ yếu của Trường Đại học khoa học tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội, Báo cáo kết quả khảo sát địa chất công trình dự án Khu đô thị sinh thái và trung tâm thương mại Quốc Oai của Công ty tư vấn khảo sát và thiết

kế CDIC Báo cáo kết quả khảo sát địa chất công trình dự án đầu tư mở rộng và hoàn thiện đường láng – hòa lạc của Công ty cổ phần tư vấn xây dựng Vinaconex và một số tài liệu khác

Bố cục của luận văn

Luận văn không kể phần mở đầu và kết luận gồm 4 chương chính như sau:

Chương 1: Điều kiện địa lý tự nhiên và kinh tế - xã hội khu vực huyện Quốc Oai

Chương 2: Đặc điểm địa chất công trình khu vực huyện Quốc Oai

Chương 3: Các vấn đề về khảo sát, thiết kế và thi công xây dựng nhà cao tầng trên vùng karst

Chương 4: Các vấn đề địa chất công trình liên quan đến xây dựng nhà cao tầng khu vực huyện Quốc Oai và kiến nghị giải pháp khắc phục

Luận văn được thực hiện tại Khoa Địa chất, Trường Đại học khoa học tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội, dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Đỗ Minh Đức

CHƯƠNG I: ĐIỀU KIỆN ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN VÀ KINH TẾ XÃ HỘI KHU VỰC HUYỆN QUỐC OAI

1.1 Điều kiện tự nhiên

1.1.1 Vị trí địa lý

Huyện Quốc Oai nằm ở phía Tây thành phố Hà Nội, cách trung tâm thành phố khoảng 20km, có diện tích 147,01 km2

Khu vực được giới hạn trong tọa độ địa lý: 20054’ đến 21004’

vĩ độ bắc, 1050

30’ đến 105043’50’’ kinh độ đông Phúc Thọ (hình 1.1)

Hình 1.1 Sơ đồ khu vực huyện Quốc Oai

1.1.2 Khí hậu: Quốc Oai có khí hậu đặc trưng của đồng bằng Bắc Bộ

1.1.3 Mạng lưới thủy văn: Trên địa bàn huyện có 2 con sông chảy qua là sông Đáy

và sông Tích Chế độ thủy văn của huyện phụ thuộc vào sông Hồng, sông Đáy, sông Tích và nhiều ao hồ khác

1.2 Kinh tế xã hội

1.2.1 Kinh tế

Định hướng phát triển của Quốc Oai trong những năm tới là đẩy mạnh chuyển dịch cơ cấu kinh tế, từng bước xây dựng nền kinh tế địa phương theo hướng công nghiệp hóa, hiện đại hóa trên cơ sở giữ vững tốc độ tăng trưởng của ngành công nghiệp địa phương và lĩnh vực dịch vụ - du lịch

Tuy vậy, mũi nhọn thực sự đem lại nhiều hứa hẹn cho Quốc Oai trong tương lai phải

là công nghiệp Đường cao tốc Láng – Hòa Lạc đã được khai thông, chạy cắt ngang 4 xã phía Bắc của Quốc Oai với chiều dài 9 km đã mở ra cho Quốc Oai cơ hội rất lớn để phát triển đồng đều mọi mặt của đời sống kinh tế - xã hội, trong đó có công nghiệp

Hình 1.3 Quốc Oai trong Quy hoạch chung xây dựng thủ đô Hà Nội

1.2.2 Xã hội

Những năm gần đây cùng với sự phát triển kinh tế, lĩnh vực văn hóa xã hội của huyện cũng đạt được nhiều thành tựu đáng kể, cuộc sống của người dân Quốc Oai ngày càng được cải thiện cả về vật chất lẫn tinh thần Năm 2009 đã có 25.195 đối tượng chính sách được cấp thẻ bảo hiểm y tế; 153 hộ nghèo được hỗ trợ xây dựng lại nhà bị xuống cấp, hư hỏng

CHƯƠNG II: ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH KHU VỰC HUYỆN QUỐC OAI

2.1 Đặc điểm địa hình - địa mạo

Quốc Oai là một huyện nằm trong vùng chuyển tiếp giữa miền núi và đồng bằng, bị chia cắt bởi hệ thống sông ngòi nên địa hình khá phức tạp

Trong phạm vi nghiên cứu ở khu vực thị trấn Quốc Oai, vùng phụ cận diện tích 10

km2, khối núi đá vôi xã Sài Sơn, dải đồi phun trào xã Đồng Quang và xã Cộng Hòa, khối đá

vôi Chùa Trầm có một số đặc điểm sau:

2.1.1 Kết quả phân tích bản đồ địa hình và ảnh viễn thám

- Địa hình dòng sông chảy

+ Địa hình bãi bồi

+ Lòng sông cổ

- Địa hình nhân sinh

2.1.2 Kết quả nghiên cứu địa hình Karst

Địa hình Karst được phân bố ở hai địa điểm là chùa Thày thuộc xã Sài Sơn và động Hoàng Xá thuộc thị trấn Quốc Oai Các khối đá vôi này có diện tích không lớn, nhưng trên mỗi khối đều phát triển đầy đủ các dạng địa hình karst bao gồm cả trên mặt lẫn karst ngầm

+ Karst mặt:

Mặc dù không điển hình, nhưng một số dạng địa hình karst trên mặt được hình thành

do hòa tan (ca rư) Quan sát được ở hai vị trí, điển hình hơn là ở Sài Sơn Địa hình ca rư có kích thước vừa phải và nằm nghiêng theo hướng cắm của các lớp đá vôi gặp ở Sài Sơn

Hình 2.2 Ca rư phát triển nghiêng theo hướng của lớp đá vôi [6]

+ Karst ngầm:

Hang động

Tại cả 2 vị trí có đá vôi đều gặp hang động Đó là hang Cắc Cớ ở khối núi Sài Sơn và động Hoàng Xá ở khối núi đá vôi Hoàng Xá

- Động Hoàng Xá nằm trên khối núi đá vôi cao khoảng 58,6 m cùng tên thuộc thị trấn Quốc Oai Cửa động nằm ở độ cao khoảng 15 m so với bề mặt đồng bằng hiện nay

Hình 2.3 Cửa động Hoàng Xá [6]

- Hang Hàm ếch: chỉ quan sát được ở chân khối núi đá vôi Hoàng Xá Đó là các vết lõm sâu vào khối đá vôi

2.2 Cấu trúc địa chất

2.2.1 Địa tầng: Các hệ tầng phân chia từ cổ đến trẻ như sau:

● Hệ tầng Viên Nam (T 1vn)

● Hệ tầng Tân Lạc (T 1olt )

● Hệ tầng Đồng Giao (T 2a đg )

● Hệ tầng Hà Nội (Q 1 2-3 hn)

● Hệ tầng Vĩnh Phúc (Q 1 3b vp)

● Hệ tầng Thái Bình (Q 2 3

tb)

Hình 2.4 Bản đồ địa chất huyện Quốc Oai

2.2.2 Đặc điểm thạch học

Theo tài liệu “Nghiên cứu địa mạo và địa chất khu vực huyện Quốc Oai” của PGS.TS Chu Văn Ngợi (tài liệu chưa được công bố) thì đá gốc chủ yếu là đá cacbonat thuộc hệ tầng

Na Vang (P2 nv), đá phun trào thuộc hệ tầng Viên Nam (T1vn) Khảo sát 22 điểm, lấy 30 mẫu

lát mỏng thạch học Kết quả phân tích như sau:

Khu vực xã Sài Sơn – huyện Quốc Oai:

Bảng 2.1 Thành phần khoáng vật tại điểm khảo sát xã Sài Sơn

STT Ký hiệu

mẫu Hệ tầng Thành phần khoáng vật

Calcit: 90 -92%; Đolomit 3-4%; Sét; Quặng bị leucoxene hóa 1-2 %

Đá được xác định là: Đá vôi hạt mịn - hạt

bị ép

Calcit: 90 -92%; Đolomit 5-8%; Sét 1%-2%; Bụi quặng: 1%

Đá được xác định là: Đá vôi hạt nhỏ - hạt mịn bị ép

Khu vực thị trấn Quốc Oai:

Bảng 2.2 Thành phần khoáng vật tại điểm khảo sát thị trấn Quốc Oai

STT Ký hiệu

mẫu Hệ tầng Thành phần khoáng vật

1 QO.8/1 P2nv

Calcit: 91 -93%; Đolomit 5-8%; Sét 1%-2%; Hydroxyt sắt: 1%

Đá được xác định là: Đá vôi vi hạt bị ép

Đolomit: 78 -80%; Calcit 20-22%; Sét: ít; Hydroxyt sắt: ít

Đá được xác định là: Đá vôi hạt mịn – vi hạt, bị hoa hóa

3 QO.12 P2nv

Calcite 97%; dolomite: little; clay 1-2%; leucoxene and Hydroxyt sắt 1-2%

Đá được xác định là: Đá vôi hạt mịn vi hạt, bị hoa hóa

4 QO.13 P2nv

Calcit: 97 -98%; Đolomit 1-2%; Thạch anh vài hạt; Hydroxyt sắt: ít

Đá được xác định: Đá vôi hạt mịn vi hạt bị ép,

bị hoa hóa

5 QO.15/1 P2nv

Calcit: 70-72%; Đolomit: 28-30%; Sét: ít; Hydroxyt sắt ít

Đá được xác định là: Đá vôi bị hạt mịn

(LK.03) Q1

3

vp

Đây cũng là lớp lót đáy của trầm tích Đệ tứ tại

lỗ khoan này Đá có thành phân khoáng vật: Mảnh vụn chiếm 35% gồm: mảnh đá vôi 19-20%; Mảnh dolomit-vôi, vôi-dolomit: 14-15% Vật liệu gắn kết chiếm 65% gồm: Calcit: 47-48%; Dolomit: 15-17%; Sét: 1-2%

Đá được xác định: Đá cát-sạn kết vôi

7 QO.21 P2nv Đây là sản phẩm nghiền dập vỡ kiến tạo Các

(LK.02) mảnh vụn có thành phần khoáng vật: Dolomit

50-55%; Calcit 45-49%; Thạch anh: ít; Sét bụi quặng: ít

Đá được xác định: Vụn kiến tạo dolomit-vôi

Khu vực xã Đồng Quang – huyện Quốc Oai:

Bảng 2.3 Thành phần khoáng vật tại điểm khảo sát xã Đồng Quang

STT Ký hiệu

mẫu Hệ tầng Thành phần khoáng vật

1 QO.16/1 T1vn

Diaspo: 76-78%; Sphen: 3-15%; Sericit 2-3%; Clorit: 3-4%; Thạch anh vài hạt; Quặng bị leucoxen hóa 2-3%; Hydroxyt sắt ít

Đá được xác định là: Đá phun trào bị biến đổi

2 QO.16/2 T1vn

Sericit&clorit:47 – 48%; Thạch anh: 27-30%; Fenspat: 10-15%; Zircon vài hạt; Quặng, leucoxene, hydroxyt sắt: 10-13%

Đá được xác định: Đá phun trào kiềm bị biến đổi

3 QO.16/3 T1vn

Sét, sericit: 90-92%; Quặng, hydroxyt sắt: 7-10%; Tumalin ít

Đá được xác định: Đá phun trào kiềm bị biến đổi

4 QO.18/1 T1vn

Đá có thành phần khoáng vật:

Sericit, chlorite: 76-80%; Talc: 15-20%; Tumalin vài hạt; Sphen vài hạt; Quặng, hidroxyt sắt: 13-15%

Đá được xác định: Đá phun trào bị biến chất biến vị

5 QO.18/3 T1vn

Sericit, chlorite: 87-88%; Thạch anh: 1%; Leucoxen: 2-3%; Quặng 8-10%

Đá được xác định: Đá phun trào bị biến chất nhiệt dịch

2.2.3 Đặc điểm nứt nẻ đá gốc

Đá gốc trong vùng lộ ra ít, bao gồm đá vôi bị hoa hóa (xã Sài Sơn), đá vôi, vôi – đolomit (thị trấn Quốc Oai) và đá phun trào núi lửa (xã Cộng Hòa) Các đá trải qua nhiều pha biến dạng, do đó các hệ khe nứt phát triển cũng rất phức tạp

2.2.4 Đứt gãy và các đới xiết trƣợt

Móng trước Cenosoic bị hệ thống đứt gãy sâu phương tây bắc – đông nam và đông bắc – tây nam phân cắt ra các khối, tham gia vào chuyển động sụt lún tân kiến tạo với tốc độ tăng từ rìa vào tâm của trũng Sông Hồng Vùng nghiên cứu nằm ở rìa tây bắc trũng, do vậy chịu ảnh hưởng sâu sắc của chuyển động này Chuyển động khối tảng trong tân kiến tạo là nét đặc trưng của móng trũng Sông Hồng Các khối núi đá vôi (P2 nv) và dải đồi đá phun trào

(T1 vn) là sản phẩm của chuyển động này Trong tân kiến tạo về cơ bản xác lập hai pha biến

dạng chính, đó là: pha sớm Eocen – Miocen và pha muộn Pliocen – Đệ tứ

Hình 2.9 Sơ đồ đứt gãy và các đới xiết trượt [6]

2.3 Địa chất thủy văn

Trên Bản đồ địa chất thủy văn huyện Quốc Oai (hình 2.12) có các tầng chứa nước sau:

Hình 2.12 Bản đồ địa chất thủy văn huyện Quốc Oai

2.3.1 Tầng chứa nước trong các trầm tích Holocen (qh)

2.3.2 Tầng chứa nước lỗ hổng trầm tích Pleistocen dưới-trên qp

2.3.3 Tầng chứa nước trong trầm tích Neogen

2.3.4 Tầng chứa nước khe nứt – karst

2.4 Tính chất cơ lý của đất đá

Sự phân bố các loại đất, đá được trình bày trên Bản đồ địa chất công trình (hình 2.13)

Hình 2.13 Bản đồ địa chất công trình khu vực huyện Quốc Oai

Tại dự án Khu đô thị sinh thái và Trung Tâm thương mại Quốc Oai Căn cứ vào tài liệu thu thập được trong quá trình khảo sát địa, thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn kết hợp với các kết quả thí nghiệm trong phòng, có thể phân chia thành các lớp từ trên xuống dưới như sau (đến hết chiều sâu khoan):

Lớp 1 Đất thổ nhưỡng: Đất sét pha lẫn rễ cây, trạng thái và thành phần không đồng

nhất Lớp có bề dày thay đổi từ 0.2m  0.4m

Lớp 2 Sét pha, màu xám nâu - nâu hồng, trạng thái dẻo cứng

Độ sâu mặt lớp thay đổi từ 0.2m  0.4m; Độ sâu đáy lớp thay đổi từ 2.5m  6.5m Bề dày lớp thay đổi từ 2.3m  6.2m

Lớp 3 Sét pha, màu nâu gụ - xám nâu, trạng thái dẻo mềm

Độ sâu mặt lớp thay đổi từ 2.5m  3.5m; Độ sâu đáy lớp thay đổi từ 3.5m  5.5m Bề dày lớp thay đổi từ 0.9m  3.0m

Lớp 4 Sét pha, màu xám nâu, trạng thái dẻo chảy, lẫn nhiều hữu cơ

Độ sâu mặt lớp thay đổi từ 4.2m  5.2m; Độ sâu đáy lớp thay đổi từ 6.2m  10.2m Bề dày lớp thay đổi từ 1.8m  5.0m

Lớp 5 Cát hạt mịn, màu xám ghi, trạng thái xốp

Độ sâu mặt lớp thay đổi từ 3.5m  6.5m; Độ sâu đáy lớp và bề dày lớp chưa xác định được do các hố khoan đều kết thúc trong lớp này ở độ sâu 7.0m Bề dày lớn nhất đã khoan vào lớp này là 3.5m (HK1)

Lớp 6 Cát hạt mịn, màu xám ghi, trạng thái chặt vừa

Độ sâu mặt lớp thay đổi từ 6.2m  10.2m Độ sâu đáy lớp và bề dày lớp chưa xác định được các hố khoan HK3, HK7 do các hố khoan đều kết thúc ở độ sâu 7.0m, ở hố khoan K2

độ sâu đáy lớp 25.5 và bề dày lớn lớp này là 15.3m

Lớp 7 Sét pha, màu nâu hồng - xám nâu, trạng thái dẻo mềm

Gặp ở hố khoan K2

Độ sâu xuất hiện: 25.5m; Độ sâu kết thúc: 39.5m Bề dày 13.3m

TK Sét pha, xám gụ, xám đen, lẫn nhiều hữu cơ, trạng thái dẻo mềm

Thấu kính này gặp ở hố khoan K2 nằm kẹp trong lớp 7

Độ sâu xuất hiện: 35.8m; Độ sâu kết thúc: 36.5 m; Bề dày 0.7m

Lớp 8 Cát hạt mịn, màu xám ghi, trạng thái chặt

Gặp ở hố khoan K2 Độ sâu xuất hiện 39.5m; Độ sâu kết thúc 42.5m Bề dày 3.0m

Lớp 9 Sét pha màu xám nâu, trạng thái dẻo chảy

Gặp ở hố khoan K2; Độ sâu xuất hiện 42.5m; Độ sâu kết thúc 47.0 Bề dày 4.5m

Lớp 10 Đá vôi, phong hoá nứt nẻ rất mạnh, màu xám trắng - nâu vàng RQD = 10 -

20%

Độ sâu xuất hiện 47.0m, độ sâu kết thúc và bề dày chưa xác định được do hố khoan kết thúc trong lớp này ở độ sâu 50.0m Đặc biệt chú ý trong lớp này thường xuất hiện các hoạt động karst làm lớp đá vôi không ổn định

Lớp đá vôi tại vị trí khảo sát ở thị trấn Quốc Oai (hố khoan QO-01 và QO-02) và ở xã Thạch Thán (QO-03) bị phong hóa đến phong hóa hoàn toàn

Bảng 2.4 Cao độ mặt lớp đá vôi

Hố khoan Cao độ

mặt lớp (m)

Cao độ đáy lớp

(m)

Tính chất

QO-01

45,5 46,2 Đá vôi bị phong hóa, màu xám

sáng, trạng thái cứng 46,2 47,2 Đá vôi tươi, xám đen, xám sáng,

rất cứng

vỡ vụn, màu xám xanh

Đá vôi bị phong hóa, màu xám xanh, xám sáng

41,5 42 Đá vôi tươi màu xám sáng, trạng