Nghiên cứu áp dụng các phương pháp địa chất lỗ khoan xác lập quy trình tính các thông số đàn hồi phục vụ kết cấu nền móng và kháng chấn trong xây dựng công trình tại vùng tp hồ chí minh và các tỉnh lân cận

Tham số mật độ: Qua tổng hợp khoảng 700 lỗ khoan địa chất công trình của đề tài KHCN cấp Bộ: “Nghiên cứu xác lập tổ hợp phương pháp địa vật lý hợp lý trong nghiên cứu cấu trúc không gia

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG CỤC ĐỊA CHẤT VÀ KHOÁNG SẢN VIỆT NAM LIÊN ĐOÀN BẢN ĐỒ ĐỊA CHẤT MIỀN NAM

BÁO CÁO THUYẾT MINH ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC R-RD CẤP BỘ

NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐỊA CHẤN LỖ KHOAN XÁC LẬP QUY TRÌNH TÍNH CÁC THÔNG SỐ ĐÀN HỒI PHỤC VỤ KẾT CẤU NỀN MÓNG VÀ KHÁNG CHẤN TRONG XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH

TẠI VÙNG TP HỒ CHÍ MINH VÀ CÁC TỈNH LÂN CẬN”

8604

TP HỒ CHÍ MINH 12/2010

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG CỤC ĐỊA CHẤT VÀ KHOÁNG SẢN VIỆT NAM

LIÊN ĐOÀN BẢN ĐỒ ĐỊA CHẤT MIỀN NAM

BÁO CÁO THUYẾT MINH ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC R-RD CẤP BỘ

NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐỊA CHẤN LỖ

KHOAN XÁC LẬP QUY TRÌNH TÍNH CÁC THÔNG SỐ ĐÀN HỒI

MỤC LỤC

KÝ HIỆU VIẾT TẮT VÀ DANH MỤC BẢN VẼ 4

1 CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT TRONG ĐỀ TÀI 4

2 DANH MỤC BẢN VẼ BIỂU BẢNG 4

MỞ ĐẦU 5

1 Mục tiêu và nội dung nghiên cứu của đề tài 6

2 Đánh giá tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực của đề tài 7

CHƯƠNG I 10

ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH VÙNG TP HỒ CHÍ MINH 10

I.1 Đặc điểm cấu trúc địa chất 10

I.2 Đất đá và tính chất cơ lý của các loại đất vùng TP.HCM 16

I.3 Đặc điểm về tham số vật lý 22

I.4 Phân loại nền đất vùng TP.HCM 23

CHƯƠNG II 32

TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐỊA CHẤN TRONG LỖ KHOAN 32

II.1 Khái quát về sóng đàn hồi 32

II.2 Nguồn tạo sóng đàn hồi 35

II.3 Tốc độ truyền sóng đàn hồi 36

II.4 Phương pháp đo sóng xuyên thành lỗ khoan (Crosshole Seismic) 37

II.4.1 Giới thiệu 37

II.4.2 Lý thuyết và thiết bị 38

II.4.3 Phân tích 41

II.4.4 Những thuận lợi và khó khăn khi thực hiện 43

II.5 Phương pháp đo sóng dọc thành giếng khoan (Downhole seismic) 44

II.5.1 Phạm vi nghiên cứu 44

II.5.2 Ý nghĩa và việc sử dụng 44

II.5.3 Hệ thiết bị đo đạc 44

II.5.4 Các vấn đề về lỗ khoan và điều kiện lỗ khoan sử dụng 46

II.5.5 Vấn đề thu thập số liệu ngoài thực địa 47

II.5.6 Xử lý và phân tích tài liệu 47

CHƯƠNG III 49

ĐO THỬ NGHIỆM CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐỊA CHẤN LỖ KHOAN 49

VÙNG TP HỒ CHÍ MINH VÀ CÁC ĐÔ THỊ LÂN CẬN 49

III.1 Lựa chọn mô hình thử nghiệm 49

III.2 Kết quả đo địa chấn lỗ khoan thử nghiệm 57

III.2.1 Thử nghiệm đo Downhol seismic 58

III.2.2 Thử nghiệm đo Crosshole seismic 58

III.2.3 Kết quả đo thử nghiệm Downhole trên các mô hình 60

CHƯƠNG IV 87

QUY TRÌNH LÝ THUYẾT CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐỊA CHẤN LỖ KHOAN 87

IV.1 Ý nghĩa của việc áp dụng các phương pháp địa chấn lỗ khoan 87

IV.2 Quy trình sắp xếp các phương pháp đo Địa chấn lỗ khoan ngoài thực địa 88

IV.3 Quy trình thu sóng và tạo thiết bị gây 88

IV.4 Quy trình khoan và chống ống 92

IV.5 Quy trình thiết bị địa chấn 96

IV.6 Quy trình xử lý tài liệu 96

IV.7 Quy trình tính các tham số đàn hồi 98

KẾT LUẬN 101

Tài liệu tham khảo 103

KÝ HIỆU VIẾT TẮT VÀ DANH MỤC BẢN VẼ

1 CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT TRONG ĐỀ TÀI

- TPHCM: Thành phố Hồ Chí Minh

- ĐCCT: Địa chất công trình

- Downhole seismic: Phương pháp đo địa chất dọc thành lỗ khoan

- Crossole seismic: Phương pháp đo địa chấn xuyên thành lỗ khoan

2 DANH MỤC BẢN VẼ BIỂU BẢNG

- Bảng I.1 đến bảng I.9: Bảng chi tiêu cơ lý đối với các kiểu thạch học theo từng phức hệ địa tầng vùng thành phố Hồ Chí Minh

- Bảng I.10 Bảng phân chia các loại nền đất

- Bảng III.1 Các lỗ khoan đo thử nghiệm

- Bảng III.2 đến Bảng III.15: Các kết quả đo thử nghiệm

MỞ ĐẦU

TP Hồ Chí Minh và các khu vực đô thị lân cận trước đây vẫn quan niệm rằng các công trình xây dựng ở khu vực này không cần phải tính toán với tải trọng động đất Nhưng sau ảnh hưởng của các chấn động do động đất ở ngoài khơi vùng biển Nam Trung bộ năm 2005 làm hệ thống các nhà cao tầng ở thành phố Hồ Chí Minh rung chuyển thì vấn đề thiết kế kháng chấn cho nhà cao tầng đã được quan tâm hơn Một số chủ đầu tư các công trình lớn đã yêu cầu thiết kế công trình phải chịu được động đất, đặc biệt là các công trình có tải trọng động lớn Cùng với quá trình phát triển và hội nhập của đất nước, là một trong những trung tâm phát triển mũi nhọn, thành phố Hồ Chí Minh và các đô thị lân cận ở phía Nam đang trong quá trình thu hút đầu tư và hiện đại hóa cơ sở hạ tầng, đặc biệt là xây dựng cao ốc và công trình ngầm, do vậy, việc tính đến yếu tố kháng chấn khi thiết kế và xây dựng

là rất cần thiết

Trước tình hình đó, Bộ Xây dựng đã chỉ đạo cho Viện Khoa học Xây dựng khẩn trương biên soạn Tiêu chuẩn TCXD VN 375: 2006 “Thiết kế công trình chịu động đất" và đã cho ban hành năm 2006 Tiêu chuẩn này cùng các văn bản quy phạm, tiêu chuẩn khác như: Luật Xây dựng; Quy chuẩn Xây dựng 1997; Tiêu chuẩn TCVN 2737: 1995 Tải trọng và tác động; Tiêu chuẩn thiết kế nhà cao tầng TCXD 198: 1997; Thông tư 01 – Bộ xây dựng về việc cho phép áp dụng các tiêu chuẩn nước ngoài ở Việt Nam đã tạo thành một hệ thống văn bản quy phạm pháp

lý phục vụ cho công tác quản lý, thiết kế kháng chấn cho các công trình xây dựng nói chung và nhà cao tầng nói riêng chặt chẽ hơn

Trong thiết kế kháng chấn, một trong các tham số vô cùng quan trọng trong việc tính toán các tham số đàn hồi động là: vận tốc truyền sóng ngang (Vs) và sóng dọc (Vp) của môi trường địa chất tại các vị trí xây dựng các công trình Có khá nhiều phương pháp có thể được sử dụng để đo đạc tham số này, trong đó có thể kể đến các phương pháp như địa chấn dọc thành lỗ khoan (Downhole seismic) và địa chấn xuyên thành lỗ khoan (Crosshole seismic), phương pháp đo sóng mặt đa kênh (MASW), phương pháp đo sóng ngang Vs dùng nguồn vi chấn động (ReMi) và phương pháp tương quan không gian (SPAC)

Hiện nay ở Việt Nam các phương pháp địa chấn trong lỗ khoan mới bắt đầu

áp dụng, chưa được các nhà khoa học trong nước nghiên cứu một quy trình hoàn thiện Trong đề tài „Nghiên cứu xác lập tổ hợp phương pháp địa vật lý hợp lý trong

nghiên cứu cấu trúc không gian ngầm, áp dụng thử nghiệm tại vài vị trí điển hình trong phạm vi thành phố Hồ Chí Minh‟ do Liên đoàn Bản đồ Địa chất miền Nam chủ trì thực hiện năm 2007 đã giới thiệu hai phương pháp địa chấn lỗ khoan kể trên

và đề nghị ứng dụng thành tổ hợp phương pháp Địa vật lý trong nghiên cứu cấu trúc không gian ngầm của thành phố Tuy nhiên trong thực tế hầu hết các nhà địa

kỹ thuật đã áp dụng quy trình đo còn dựa trên những kinh nghiệm, thiếu thiết bị đồng bộ, chưa đáp ứng việc đo đạc nhận biết chính xác các thông số sóng dọc P, sóng ngang S Quy trình thực hiện các phương pháp và các tham số theo khu vực chưa được tính toán cụ thể Do vậy, việc nghiên cứu xây dựng một quy trình đo đạc

và tính toán các tham số đàn hồi phục vụ cho việc thiết kế kháng chấn là việc làm

đo Downhole seismic, Crosshole seismic

- Xây dựng quy trình đo đạc và tính toán vận tốc sóng dọc P, sóng ngang S; các tham số đàn hồi động; phục vụ cho việc tính toán chỉ tiêu kháng chấn đối với công trình xây dựng tại thành phố Hồ Chí Minh và các đô thị lân cận

Các nội dung nghiên cứu

- Nghiên cứu tổng hợp đặc điểm địa chất công trình (ĐCCT) vùng thành phố

Hồ Chí Minh, xây dựng các mô hình thử nghiệm trên cơ sở phân vùng các điều kiện ĐCCT

- Nghiên cứu lý thuyết sóng đàn hồi, cơ sở lý thuyết các phương pháp Downhole seismic và Crosshole seismic, các quy trình (tiêu chuẩn) đã được ứng dụng và đang trong quá trình nghiên cứu trong nước và nước ngoài

- Ứng dụng thực nghiệm trên một vài vị trí có sự khác biệt về điều kiện địa chất công trình, đánh giá tính phù hợp của các phương pháp trong điều kiện Tp Hồ Chí Minh

- Xây dựng các quy trình đo và tính các tham số đàn hồi, các đề xuất khả năng phát triển ứng dụng trong tương lai

2 Đánh giá tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực của đề tài

Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài:

Vận tốc truyền sóng đàn hồi là một trong các tham số quan trọng trong việc tính toán các tham số đàn hồi động tại hiện trường Tham số này đã được nhiều Trường, viện, công ty nước ngoài nghiên cứu ứng dụng từ nhiều năm nay, đặc biệt là những quốc gia thường xuyên đối mặt với các trận động đất Trong thực

tế, đã có khá nhiều phương pháp được ứng dụng và đã được tiêu chuẩn hoá tại

Mỹ và Châu Âu như các phương pháp Crosshole seismic và gần đây là tiêu chuẩn cho phương pháp Downhole Seismic (D 7400-2008)

Ngoài ra, vẫn còn khá nhiều phương pháp nghiên cứu và ứng dụng đang trong quá trình hoàn thiện và phát triển, cụ thể là phương pháp Phân tích sóng mặt đa kênh (MASW), phương pháp ReMi, phương pháp SPAC… Các phương pháp này đã được đề cập đến trong nhiều công trình nghiên cứu, ứng dụng khác nhau và đã được công bố trên nhiều tạp chí, hội nghị chuyên ngành Ngoài các phương pháp kể trên, các công ty Tư vấn khảo sát cũng đã thiết kế các công cụ

đo đạc bằng các thiết bị tích hợp giữa phương pháp địa chấn và các phương pháp khác như : phương pháp Seismic cone, RCPTU (stands for "resistivity cone penetrometer testing unit") mặc dù được gọi là phương pháp điện trở, nhưng trong đó còn tích hợp cả modun đo đạc vận tốc sóng dọc và sóng ngang phục vụ cho việc khảo sát các tham số vật lý tại hiện trường

Tình hình nghiên cứu ở trong nước:

Trong xu thế hội nhập và phát triển, ngành Địa vật lý ở trong nước cũng đã

có những bước tiến khá đáng kể, trong đó có thể kể đến các nghiên cứu ứng dụng

ở các đơn vị như: Viện Vật lý Địa cầu, Phân viện Địa lý tại thành phố Hồ Chí Minh, Liên đoàn Vật lý Địa chất, Trung tâm Địa vật lý thuộc Liên đoàn Bản đồ địa chất miền Nam và một số đơn vị khác Các đơn vị trong nước đã được trang

bị một vài loại thiết bị mới và đã bước đầu nghiên cứu và ứng các dạng phương pháp Phương pháp đo sóng mặt đa kênh (MASW), Phương pháp Địa vật lý trong

lỗ khoan (karotaz, địa chấn…)

Trong lĩnh vực Địa vật lý ứng dụng đo các tham số phục vụ cho việc thiết

kế và xây dựng các công trình, Trung tâm Địa vật lý – Liên đoàn bản đồ địa chất miền Nam cũng đã thực hiện nhiều công trình khảo sát phục vụ cho nhu cầu của các công ty Tư vấn - Thiết kế xây dựng trong nước và nước ngoài như: Tập đoàn

Dầu khí Việt Nam, Tập đoàn Điện lực Việt Nam, Marubeni corproration, Toa corproration, Technip corproration, Intel corproration Trong đó, các dạng nghiên cứu như: địa chấn dọc thành lỗ khoan (downhole seismic), địa chấn xuyên thành lỗ khoan (Crosshole seismic) đã được áp dụng rất nhiều Kết quả khảo sát xác định vận tốc sóng dọc và sóng ngang trong các phân lớp trầm tích, tính toán các tham số đàn hồi của đất nền phục vụ cho nhà thầu thiết kế kết cấu xây dựng công trình

3 Những vấn đề còn tồn tại

Các phương pháp đo sóng đàn hồi trong lỗ khoan những năm gần đây hầu hết được áp dụng dựa trên các hợp đồng kinh tế, phương pháp đo tuân theo các tiêu chuẩn quốc tế hoặc theo yêu cầu địa kỹ thuật của nhà thầu Các vấn đề còn tồn tại qua thực tiễn nghiên cứu áp dụng đã công bố trước đây cho thấy để ứng dụng các phương pháp địa chấn trong lỗ khoan còn nhiều nội dung chưa được nghiên cứu cụ thể như điều kiện thiết kế lỗ khoan, độ sâu và phương án gia cố thành lỗ khoan cho từng điều kiện nền đất, ĐCCT; quy trình đo hoàn toàn phụ thuộc vào các bộ tiêu chuẩn của nước ngoài Đối với các bộ tiêu chuẩn trên thế giới như bộ tiêu chuẩn ASTM International (cụ thể là các tiêu chuẩn ASTM D7400 - 08 Standard Test Methods for Downhole Seismic Testing, ASTM D

4428/4428M-07 Standard Test Methods for Crosshole Seismic testing) còn nằm

trong giới hạn nghiên cứu mở, mới trình bày bước đầu áp dụng về thiết kế Trong năm 2011, Bộ Tài nguyên và Môi trường sẽ ban hành Thông tư

“Quy định kỹ thuật đo địa chấn trong điều tra cơ bản và địa chất công trình” trong đó sẽ có quy định cơ bản về các phương pháp địa chấn trong lỗ khoan bao gồm các phương pháp liên quan đến nội dung đề tài là: Phương pháp địa chấn lỗ khoan và chiếu sóng lỗ khoan, tương đương với tên gọi của hai phương pháp địa chấn dọc thành lỗ khoan (Downhole seismic) và địa chấn xuyên thành lỗ khoan (Crosshole seismic) của Đề tài này Sau khi hoàn thiện báo cáo, sản phẩm nội dung đề tài sẽ là các tài liệu viện dẫn kỹ thuật cho hai trong 11 phương pháp chính được quy định áp dụng trong Thông tư này Vấn đề đặt ra tiếp theo cho các nhà khoa học trong nước là nghiên cứu hoàn thiện các công nghệ đo đồng bộ trong lỗ khoan và phát triển các thiết bị thu phát ở chiều sâu rất lớn (100 – 300m) phục vụ khảo sát nền móng và kháng chấn cho các công trình trọng điểm, đặc biệt cấp nhà nước… Kết quả của đề tài cũng là nội dung nghiên cứu phục vụ cho

việc xây dựng các bộ tiêu chuẩn (TCVN) định hướng và làm cơ sở pháp lý cho việc thực hiện và nghiệm thu các dạng công việc liên quan

Đề tài này được thực hiện dưới sự chủ trì của ThS Vũ Trọng Tấn, cùng với

sự tham gia của tập thể các tác giả: Tiến sỹ Nguyễn Ngọc Thu, Thạc sỹ Võ Thị Hồng Quyên, Thạc sỹ Nguyễn Thị Như Dung, KS Nguyễn Văn Lưu, KS Nguyễn Tiến Hoá, KS Đinh Hữu Chinh, KS Dương Đức Chánh, CN Võ Mạnh Khương, CN Đinh Quốc Tuấn, CN Nguyễn Hồng Linh, CN Nguyễn Quốc Huy, CN Thạch Thị Kim Cương, CN Dương Ngọc Thủy Tiên (Trung tâm Địa vật lý – Liên đoàn bản đồ địa chất miền Nam ); Thạc sỹ Nguyễn Xuân Khá (Trường Đại học Bách khoa TP Hồ Chí Minh) Chúng tôi xin chân thành cám

ơn Vụ Khoa học Công nghệ - Bộ Tài nguyên Môi trường, Cục Địa chất và khoáng sản Việt Nam, Liên đoàn Bản đồ Địa chất Miền Nam đã tận tình giúp đỡ

và hỗ trợ cho chúng tôi trong việc thực hiện đề tài này

CHƯƠNG I ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH VÙNG TP HỒ CHÍ MINH

Thành phố Hồ Chí Minh (TP.HCM) nằm trong toạ độ địa lý khoảng 100

10’ –

100 38 vĩ độ Bắc và 1060 22’ – 106054 ’ kinh độ Đông; diện tích 2.095,239 km2 Phía Bắc giáp tỉnh Bình Dương, Tây Bắc giáp tỉnh Tây Ninh , Đông và Đông Bắc giáp tỉnh Đồng Nai, Đông Nam giáp tỉnh Bà Rịa -Vũng Tàu, Tây và Tây Nam giáp tỉnh Long An và Tiền Giang

Nằm trong vùng chuyển tiếp giữa miền Ðông Nam bộ và đồng bằng sông Cửu Long, địa hình vùng TP.HCM có dạng thấp dần từ Bắc xuống Nam và từ Ðông sang Tây, phần lớn bằng phẳng, thấp, có một ít dạng đồi gò ở phía Bắc và Đông Bắc giảm dần theo hướng Đông Nam Nhìn chung có thể phân chia địa hình TP thành bốn dạng chính liên quan đến chọn độ cao bố trí các công trình xây dựng

Dạng đất gò cao lượn sóng, độ cao thay đổi từ 4 đến 32 m, phân bố phần lớn

ở các huyện Củ Chi, Hóc Môn, một phần ở Thủ Đức, Bình Chánh Dạng đất bằng

thấp, độ cao xấp xỉ 2 đến 4m, điều kiện tiêu thoát nước tương đối thuận lợi, phân

bố ở nội thành, phần đất của Thủ Đức và Hóc Môn nằm dọc theo sông Sài Gòn và

Nam Bình Chánh chiếm khoảng 15% diện tích Dạng trũng thấp, đầm lầy phía Tây

Nam, độ cao phổ biến từ 1 đến 2 m kéo dài từ các huyện Bình Chánh đến Củ Chi, khu vực trung tâm huyện Nhà Bè, Bưng Sáu Xã của Thủ Đức và bắc Cần Giờ, ước

tính chiếm khoảng 34% diện tích Dạng trũng thấp mới hình thành ven biển, độ cao

phổ biến khoảng 0 đến 1 m, nhiều nơi dưới 0 m, đa số chịu ảnh hưởng của thủy triều hàng ngày, ước tính chiếm khoảng 21 % diện tích (Vũ Văn Vĩnh và nnk, 2002)

I.1 Đặc điểm cấu trúc địa chất

Cấu trúc địa chất của vùng nghiên cứu là yếu tố quan trọng của điều kiện ĐCCT và được xem như nền cơ bản của các điều kiện khác Trên quan điểm ĐCCT, cấu trúc địa chất công trình của Thành phố Hồ Chí Minh được chia ra làm 3 tầng cấu trúc: Tầng cấu trúc trên, tầng cấu trúc giữa và tầng cấu trúc dưới

Tầng cấu trúc trên

Tầng cấu trúc trên gồm các trầm tích Holocen thuộc hệ tầng Bình Chánh và

hệ tầng Cần Giờ Theo tài liệu cột địa tầng lỗ khoan LK.812 ở khu vực ấp Chợ Đệm, xã Tân Túc, huyện Bình Chánh, từ trên xuống gồm 3 tập trầm tích: Tập trên cùng gồm có bột sét màu xám đen chứa vỏ sò ốc, dày 13m Tập giữa gồm sét bột

pha cát màu xám đen chứa di tích thực vật và vỏ sò ốc, dày 20m Tập dưới là cát sạn, cát bột màu xám đen chứa thực vật, dày 11,7m

Các trầm tích Holocen dưới giữa thuộc hệ tầng Bình Chánh gồm các trầm tích nguồn gốc biển (mQ21-2bc) lộ ra chủ yếu ở các huyện Nhà Bè, Duyên Hải và Bình

Chánh tạo nên bậc địa hình có cao trình tuyệt đối 2-5m, phần còn lại bị phủ bởi các trầm tích hệ tầng Cần Giờ ở các độ sâu khác nhau; và trầm tích sông biển (amQ21- 2

bc) lộ ra ở các quận 4, 5, 6, 8, 11, huyện Thủ Đức và Bình Chánh, phần còn lại bị

phủ bởi hệ tầng Cần Giờ

Các trầm tích Holocen giữa-trên thuộc hệ tầng Cần Giờ (Q22-3cg) phân bố khá

phổ biến ở Đồng Bằng Nam Bộ Chúng chiếm tới 60% diện tích của Thành phố Hệ tầng Cần Giờ gồm trầm tích nguồn gốc sông biển (amQ22-3cg), đầm lầy biển

(bmQ22-3cg), đầm lầy sông (baQ22-3cg)

Các trầm tích nguồn gốc sông biển (amQ22-3cg) phân bố chủ yếu ở các huyện

Bình Chánh, Nhà Bè, Bình Thạnh, Nam Thủ Đức và một diện tích nhỏ Cần Giờ Tuy bề dày không lớn, nhưng đây là thành tạo địa chất trẻ nhất, lộ ra gần như hoàn toàn trên bề mặt địa hình đồng bằng thấp với nhiều tướng trầm tích khác nhau Mặt cắt địa chất điển hình nhất của hệ tầng gồm 2 lớp: Lớp dưới chủ yếu là bùn sét, bùn sét pha màu xám đen, lẫn ít thực vật có mức độ phân hủy kém Lớp trên là cát lẫn bột màu nâu, nâu vàng, có một số nơi không có lớp này

Trầm tích đầm lầy biển (bmQ22-3cg) phân bố thành các dải và kéo dài gần như

song song với đường bờ hiện tại Ở xã Cần Thạnh, tại lỗ khoan LK.822 từ bề mặt đến độ sâu 10m, trầm tích của hệ tầng này có thể chia ra làm 2 tập: Tập trên gồm cát pha bột màu xám, nâu vàng, gắn kết yếu, dày 2m Tập dưới gồm bột sét, bột sét pha cát màu xám, xám lục chứa vụn sò ốc, dày 8m

Trầm tích nguồn gốc đầm lầy sông (baQ22-3cg) phân bố chủ yếu ở Nhà Bè,

dọc trũng Lê Minh Xuân, thung lũng sông Sài Gòn và Bắc Hóc Môn Theo đặc điểm thành phần có thể chia mặt cắt gồm 3 lớp: Lớp dưới là bùn sét màu xám nâu chứa các di tích thực vật đã phân hủy, bế dày 1,5 - 3,5 m Lớp giữa là than bùn màu nâu đen, xốp nhẹ, dày 0,1 - 1,5 m, có nơi vắng mặt Lớp trên là bùn sét màu xám đen chứa mùn thực vật chiều dày 0,1 - 0,3m Các trầm tích đầm lầy sông hệ tầng Cần Giờ phủ chỉnh hợp lên sét màu xám xanh hệ tầng Bình Chánh Do đó, bề dày đất yếu tương đối lớn, đôi nơi nhỏ hơn 5m

Nhìn chung, các trầm tích hệ tầng Cần Giờ đều là đất yếu, chứa một lượng đáng kể vật chất hữu cơ và hàm lượng của nó liên quan mật thiết với nguồn gốc thành tạo, thấp nhất là trong trầm tích nguồn gốc sông biển, kế đó là các trầm tích nguồn gốc đầm lầy biển và đầm lầy sông Ngoài ra, trong các trầm tích đầm lầy sông còn có mặt than bùn, phân bố tương đối rộng, biến đổi mạnh cả về chiều dày

Tầng cấu trúc giữa

Tầng cấu trúc giữa, xem xét từ trẻ đến cổ gồm các trầm tích sau:

* Các trầm tích Pleistocen trên thuộc hệ tầng Củ Chi (Q13cc) phân bố hầu

khắp diện tích của thành phố và lộ ra trên các khu vực có độ cao từ 5 m trở lên, phần còn lại bị phủ bởi các trầm tích có tuổi Holocen

Theo hướng Tây bắc - Đông nam (từ Củ Chi đến Cần Giờ), bề mặt mái của hệ tầng thấp dần: phân bố ở độ cao tuyệt đối 5 – 15 m ở khu vực Củ Chi và 4-10 m ở khu vực nội thành; -15 đến -16 m ở khu vực Nhà Bè-Cần Giờ Bề dày trầm tích không ổn định, phản ánh địa hình xâm thực lồi lõm trước trầm tích

Theo hướng Đông bắc - Tây nam (từ Thủ Đức đến Bình Chánh), độ cao tuyệt đối mái của hệ tầng thấp dần: độ cao 5 - 15m tại khu vực Thủ Đức, 4 – 10m ở khu vực nội thành và -22 đến -25 m ở khu vực tây nam Huyện Bình Chánh Bề dày trầm tích thay đổi không rõ qui luật, phụ thuộc vào mực xâm thực, bóc mòn trước

và sau quá trình thành tạo trầm tích

* Các trầm tích Pleistocen giữa – trên thuộc hệ tầng Thủ Đức (Q12-3tđ) phủ lên

trên gần khắp diện tích của Thành phố, nhưng chỉ lộ ra trên các đồi cao 20 – 40 m ở Thủ Đức, Quận 9, 10 - 20 m ở Củ Chi

Mặt cắt chuẩn của hệ tầng Thủ Đức được nghiên cứu tại lỗ khoan LK 817 (đoạn 0 - 26,7 m), khu vực phương Linh Xuân, Thủ Đức, từ trên xuống gồm 2 tập: Tập trên: chủ yếu là cát lẫn ít sạn pha sét bột màu đỏ gắn kết trung bình, dày 13 m Tập dưới: cát sạn sỏi màu vàng chứa sét bột màu trắng xám nằm không chỉnh hợp trên bề mặt phong hóa của thành tạo trầm tích Pliocen - Pleistocen sớm, dày 14,6

m

Tại khu vực Củ Chi, các trầm tích Pleistocen giữa-muộn có thể quan sát được tại vách các hố khai thác đất Từ trên xuống có thể quan sát được 3 tập: Tập 1 gồm cát sạn, cát pha bột chứa sạn thạch anh gắn kết chắc màu xám nâu, bị phong hóa có màu nâu vàng, dày 3 – 5 m Tập 2 gồm cát, cát pha bột chứa sạn màu xám trắng bị phong hóa mạnh tạo tầng laterit cứng chắc màu nâu đỏ loang lổ, dày 2 - 2,5 m Tập

3 gồm sạn-sỏi, sạn-sỏi pha cát chuyển lên cát sạn chứa kaolin màu xám, xám trắng, gắn kết trung bình dày 1,5 - 2,5 m

Theo hướng Đông bắc - Tây nam, trầm tích thay đổi thành phần, tướng và bề dày một cách rõ nét hơn: trong khoảng 30 km, trầm tích lộ ra ở độ cao từ 20 – 40 m

ở Quận 9, Thủ Đức, bị phủ dày 5 - 10 m ở khu vực nội thành, 30 – 36 m ở khu vực

tướng đồng bằng với bề dày 27m tại Linh Xuân, Thủ Đức qua tướng trước đồng bằng với bề dày 35 m ở quận Tân Bình đến tướng biển nông với bề dày 35 – 40 m

ở Bình Tân (An Lạc) và Tân Túc, Bình Chánh

* Các trầm tích Pleistocen dưới thuộc hệ tầng Đất Cuốc (Q11đc)

* Các trầm tích Pliocen giữa thuộc hệ tầng Bà Miêu (N22bm) phân bố khắp

diện tích thành phố Theo hướng Tây bắc - Đông nam, bề mặt mái của hệ tầng này chìm sâu từ một vài mét ở khu vực tây bắc Củ Chi, 20 – 45 m ở khu vực Hóc Môn-khu nội thành, 34 - 84m ở khu Cần Giờ Theo hướng Đông bắc - Tây nam bề mặt mái của hệ tầng với độ cao tuyệt đối 2 m ở Linh Xuân Thủ Đức, -25,5 † - 33,7 m ở Bình Thạnh - Tân Bình và -72,5 m ở Bình Chánh Bề dày 40-70m ở Linh Xuân, Thủ Đức; Bình Trưng, Quận 2, 90–120 m ở khu nội thành và 100-136 m ở khu vực Tây nam huyện Bình Chánh Thành phần thạch học là sét bột

* Các thành tạo trầm tích Pliocen dưới thuộc hệ tầng Nhà Bè (N21nb) không

lộ ra trên mặt đất Ngoại trừ phần diện tích Quận 9, phần phía đông bắc Quận Thủ Đức, chúng được thấy trong hầu hết các lỗ khoan sâu trên diện tích còn lại của Thành phố và trong nhiều vùng thuộc Đồng bằng sông Cửu Long Trong phạm vi Thành phố chúng bao gồm các trầm tích gắn kết yếu tương ứng với hệ tầng Nhà

Bè, phần trên là sét, sét bột hoặc bột sét lẫn ít cát màu xám, xám trắng loang lổ, dày trên dưới 10 mét bị các trầm tích tuổi Pliocen giữa phủ lên trên Phần dưới là cát, cát sạn sỏi lẫn sét bột màu xám, xám xanh, trắng xám, nằm phủ trực tiếp trên móng

Theo thời gian, từ trên xuống, trầm tích có xu hướng thô dần, lượng sỏi sạn tăng, bột sét giảm, trầm tích chuyển từ tướng trước đồng bằng - biển nông sang tướng đồng bằng - trước đồng bằng

Theo hướng Tây bắc - Đông nam (từ Củ Chi đến Cần Giờ), các trầm tích của

hệ tầng xuất hiện ở các độ sâu khác nhau theo xu hướng chìm dần về phía Cần Giờ, trầm tích chuyển từ cụm tướng đồng bằng châu thổ sang cụm tướng tiền châu thổ

và biển nông

Theo hướng Đông bắc - Tây nam (từ Thủ Đức đến Bình Chánh), bề mặt mái của các trầm tích Pliocen sớm chìm dần dạng bậc từ độ sâu 80 - 86m ở khu vực Bình Thạnh - Quận 9, 136–144 m ở khu nội thành, 140–212 m ở lỗ khoan khu vực Bình Chánh với chiều dày trầm tích thay đổi là 43 - 68 m, 100–128 m, 118-180 m một cách tương ứng; trầm tích có độ hạt mịn dần, chuyển từ tướng đồng bằng sang tướng trước đồng bằng và biển nông

* Các trầm tích Miocen trên thuộc Hệ tầng Bình Trưng (N13bt) trong diện tích

Thành phố Hồ Chí Minh mới được phát hiện và nghiên cứu chi tiết ở đáy lỗ khoan LK.820, Phường Bình Trưng, Quận 2 Tại đây, chúng gồm 3 tập với bề dày chung

là 19,4 m, từ trên xuống là: Tập 1 gồm sét bột kết màu xám, phân lớp mỏng dày từ 0,5 đến 4,0 cm, giữa các lớp có thực vật hóa than màu đen, bị phủ bất chỉnh hợp bởi các trầm tích Pliocen giữa hệ tầng Bà Miêu, dày 8,0 m Tập 2 gồm cát bột kết màu xám, dày 7,6 m Tập 3 gồm cát, sạn sỏi chứa các mảnh dăm gắn kết yếu bởi bột sét màu lục, phủ bất chỉnh hợp trên đá andesitobazan thuộc tầng Long Bình, dày 3,3 m; phía trên là sét bột kết màu nâu, dày 0,5 m

ryodacit porphyr, felsit porphyr và các trầm tích gồm cát kết tuf, đá phiến sét, bột kết màu đỏ Các đá thường có độ bền cơ học cao, cường độ chịu nén cao

I.2 Đất đá và tính chất cơ lý của các loại đất vùng TP.HCM

Trên cơ sở các lỗ khoan tay, xuyên tĩnh thuộc Báo cáo lập bản đồ ĐCTV ĐCCT TP.HCM tỷ lệ 1:50.000 năm 1988 và các tài liệu thu thập, các phức hệ thạch học có mặt trong thành phố, được thể hịện trên bản đồ ĐCCT gồm:

-Phức hệ thạch học cát nguồn gốc biển tuổi Holocen (m S

Q 2 2 )

Phức hệ thạch học này phân bố thành một dải kéo dọc bờ biển từ Đông Hoà

về phía Đông đến xã Cần Thạnh, huyện Cần Giờ Chiều dày biến đổi từ 4,5-10 m trung bình là 7,5 phủ trực tiếp lên phức hệ thạch học bùn sét trầm tích sông biển đầm lầy ambCOQ22vát mỏng ra biển và ngược lại phía Bắc Cần Giờ Thành phần bao gồm cát hạt trung đến mịn khá đồng nhất màu xám đen lẫn ít mảnh vỏ sò, vỏ

ốc Cát từ ẩm đến bão hoà nước chặt vừa đến kém chặt, đây là một một phần nổi cao hơn bề mặt nước biển lúc triều lên từ 0,5 - 1,5 m một phần bị ngập lúc triều lên

Phức hệ thạch học bùn sét, bùn sét pha, bùn cát pha nguồn gốc sông biển đầm lầy tuổi Holocen (amb CO Q 2 2 )

Phức hệ thạch học bùn sét, bùn sét pha, bùn cát pha màu xám xanh, xám đen

có chứa một ít vật chất hữu cơ có nguồn gốc hỗn hợp sông biển đầm lầy Holocen (ambCoQ22) phân bố khá phổ biến trên địa bàn thành phố, tương ứng với địa hình trũng thấp, dọc theo bờ phải sông Sài Gòn kéo dài từ Phú Mỹ Hưng qua Nhị Bình, phía Tây và Nam huyện Thủ Đức Từ Thái Mỹ qua vùng trũng Cầu Bông, nông trường Nhị Xuân, Lê Minh Xuân, Bình Chánh, Nhà Bè và Cần Giờ

Đây là lớp trầm tích trẻ nằm ở phía trên cùng của mặt cắt Chúng chỉ bị che phủ bởi các trầm tích biển mS

Q22 ở ven biển Cần Giờ Chiều dày của phức hệ biến đổi rất mạnh trung bình từ 15-20m, ở khu vực ven rìa nơi tiếp giáp với địa hình nổi cao thường từ 2-5m Vùng trũng thấp như: Phú hoà Đông, Cầu Bông, Nhị Bình, Nhà Bè Chiều dày của lớp tới 30m Trong thành phần cơ học của đất hàm lượng sét chiếm ưu thế trung bình từ 39,0 - 58,5% ở khu vực gần biển chúng giảm đi chỉ còn từ 10-29%

Các tính chất cơ lý của lớp đặc trưng bởi: Độ ẩm rất lớn trung bình từ 64,0 - 92,3 %; độ bão hòa từ 92 – 97 %, dung trọng tự nhiên từ 1,41 - 1,57 g/cm3 Khu vực Nhà Bè, Duyên Hải lớn hơn do sự tăng cường của hàm lượng hạt thô (thường

từ 1,48 - 1,64 g/cm3) Dung trọng khô trung bình từ 0,73 - 0,90 g/cm3; Ở Phú Hoà Đông và Nhị Bình từ 0,68 - 0,86 g/cm3; vùng Cần Giờ - Nhà Bè từ 0,81- 1,13

g/cm3; tỷ trọng trung bình từ 2,64 - 2,70 g/cm3 ở Phú Hoà Đông và Nhị Bình thấp hơn từ 2,52 - 2,59 g/cm3 Khu vực Nhà Bè, Cần Giờ là 2,65 - 2,73 g/cm3

Bảng I.1: Các chỉ tiêu đặc trưng cho tính chất cơ lý của các kiểu thạch học nguồn

gốc sông biển Holocen (amCM

Phức hệ thạch học này tập trung chủ yếu phần phía Bắc thành phố khu vực

An Nhơn Tây, Trung Lập Thượng, Nhuận Đức, Phạm Văn Cội, thị trấn Củ Chi, Hóc Môn, Quận 9 và trung tâm thành phố Chiều dày phức hệ này thay đổi từ 2 m đến 15 m Bao gồm sét, sét pha, cát pha, có màu xám vàng, xám nâu đôi nơi xám trắng loang lổ, trạng thái cứng, đôi chỗ dẻo cứng Lộ ra và cấu tạo nên các sườn và đỉnh phân thuỷ của dạng địa hình xâm thực tích tụ Chúng bao gồm các kiểu thạch học sau:

- Kiểu thạch học sét, lớp sét này phủ trực tiếp lên các trầm tích Pliestocen giữa trên ở Củ Chi, Thủ Đức

- Kiểu thạch học sét pha Lớp sét pha màu xám nâu, xám vàng đôi nơi xám trắng loang lổ trạng thái cứng đôi chỗ dẻo cứng, khá đồng nhất Phân bố khá tập trung phần phía Bắc thành phố một dải không liên tục ở Củ Chi, Hóc Môn và Quận

9 Chiều dày lớp này thay đổi trong phạm vi rộng 0,5 - 7,5 m (không kể những khu vực gián đoạn không xuất hiện lớp này) Chiều dày trung bình của lớp là 3,0 m Chúng lộ ra ngay trên mặt các sườn và đỉnh phân thuỷ của dạng địa hình xâm thực tích tụ ứng với phần địa hình có độ cao từ 5 – 15 m; càng đi về phía Bắc thành phố chiều dày lớp này tăng dần và giảm dần về phía Nam, không thấy xuất hiện ở địa hình thấp từ dưới 2 m đến 5 m thuộc huyện Bình Chánh, Nhà Bè và Cần Giờ

- Kiểu thạch học cát pha, lớp cát pha màu xám nâu, xám vàng đôi nơi xám trắng loang lổ, thường phân bố dưới lớp sét pha và không phổ biến

Bảng I.2 Các chỉ tiêu đặc trưng cho tính chất cơ lý của các kiểu thạch học nguồn

gốc sông biển tuổi Pleistocen trên (amCMQ13)

STT Các chỉ tiêu cơ lý trung bình Kiểu thạch học

Phức hệ thạch học cát nguồn gốc sông biển Pleistocen trên (am S Q 1 3 )

Phức hệ này xuất hiện ở Bình Chánh, Nhà Bè, Quận 9 và Quận 2 là lớp cát sỏi lẫn ít cát pha màu xám, xám vàng, xám trắng thường phân bố dưới các lớp sét hoặc sét pha của phức hệ thạch học sét nguồn gốc sông biển tuổi Pleistocen trên (amCMQ13) và không phổ biến, đôi nơi chỉ là thấu kính

Bảng I.3 Các chỉ tiêu đặc trưng cho tính chất cơ lý của kiểu thạch học cát nguồn

gốc sông biển Pleistocen trên (amSQ13) STT Các chỉ tiêu cơ lý trung bình Kiểu thạch học cát

3 Khối lượng thể tích cốt đất (g/cm3) 1,65

Phức hệ thạch học sét, sét pha, cát pha nguồn gốc sông biển Pleistocen giữa trên (am CM

Q 1 2-3 )

Phức hệ thạch học này lộ ra và cấu tạo nên các sườn và đỉnh phân thuỷ của dạng địa hình xâm thực tích tụ, chúng phủ lên các lớp cát thuộc phức hệ thạch học cát nguồn gốc sông biển Pleistocen giữa trên (amS

Q12-3) tập trung chủ yếu phần phía Bắc thành phố như khu vực xã Phú Mỹ Hưng, An Nhơn Tây, Phạm Văn Cội huyện Củ Chi, các phường Linh Trung, Linh Xuân, Linh Chiểu quận Thủ Đức, khu vực Long Bình, Tân Phú, Long Thạnh Mỹ thuộc Quận 9

Phức hệ bao gồm các kiểu thạch học sét, sét pha, cát pha lẫn sạn sỏi laterit có màu xám vàng, xám nâu đỏ xám trắng loang lổ, trạng thái cứng đến nửa cứng, đôi chỗ dẻo cứng Chiều dày thay đổi từ 3 đến 20 m

- Kiểu thạch học sét, sét có mầu nâu vàng, nâu đỏ, nhiều nơi lẫn sạn sỏi laterite

- Kiểu thạch học sét pha, lớp sét pha màu xám nâu, xám vàng loang lổ trạng thái cứng đôi chỗ dẻo cứng Chúng lộ ra ngay trên mặt hoạc nằm dươi kiểu thạch học sét

Phức hệ thạch học cát nguồn gốc sông biển Pleistocen giữa trên(am S Q 1 2-3 )

Phức hệ này là lớp cát màu xám nâu, xám vàng, thường phân bố dưới lớp sét, sét pha, cát pha và không phổ biến, đôi nơi chỉ là thấu kính

Sự thay đổi các giá trị từ lớn nhất đến nhỏ nhất và độ lệch bình phương trung bình của các chỉ đặc trưng cho tính chất vật lý, cơ học của đất được thể hiện trong bảng I.5

Bảng I.5 Các chỉ tiêu đặc trưng cho tính chất cơ lý của kiểu thạch học cát STT Các chỉ tiêu cơ lý trung bình Kiểu thạch học cát

- Kiểu thạch học sét, sét có mầu nâu vàng, nâu đỏ, nhiều nơi lẫn sạn sỏi laterite

- Kiểu thạch học sét pha, lớp sét pha màu xám nâu, xám vàng, xám trắng loang lổ trạng thái cứng đôi chỗ dẻo cứng đến dẻo Chúng lộ thường nằm dưới kiểu thạch học sét

- Kiểu thạch học cát pha, lớp cát pha màu xám nâu, xám vàng đôi nơi xám trắng loang lổ, thường phân bố dưới lớp sét pha, sét

Bảng I.6 Các chỉ tiêu đặc trưng cho tính chất cơ lý của các kiểu thạch học nguồn

gốc sông Pleistocen dưới trên(amCm

TT Các chỉ tiêu cơ lý trung bình Kiểu thạch học cát

- Kiểu thạch học sét, sét có mầu nâu vàng, nâu đỏ, nhiều nơi lẫn sạn sỏi laterite

- Kiểu thạch học sét pha, lớp sét pha màu xám nâu, xám vàng đôi nơi xám trắng loang lổ trạng thái cứng đôi chỗ dẻo cứng Chúng không lộ ra trên mặt mà nằm dưới kiểu thạch học sét

- Kiểu thạch học cát pha

Lớp cát pha màu xám nâu, xám vàng đôi nơi xám trắng loang lổ, thường phân

bố dưới lớp sét pha, sét

Bảng I.8 Các chỉ tiêu đặc trưng cho tính chất cơ lý của các kiểu thạch học nguồn

gốc sông biển Pliocen trên (amCm

Phức hệ thạch học cát nguồn gốc sông biển Pliocen trên (am S N 2 2 )

Phức hệ này là lớp cát màu xám nâu, xám vàng, thường phân bố dưới lớp sét, sét pha, cát pha

Bảng I.9 Các chỉ tiêu đặc trưng cho tính chất cơ lý của kiểu thạch học cát

TT Các chỉ tiêu cơ lý trung bình Kiểu thạch học cát

I.3 Đặc điểm về tham số vật lý

a Tham số mật độ: Qua tổng hợp khoảng 700 lỗ khoan địa chất công trình

của đề tài KHCN cấp Bộ: “Nghiên cứu xác lập tổ hợp phương pháp địa vật lý hợp

lý trong nghiên cứu cấu trúc không gian ngầm, áp dụng thử nghiệm tại vài vị trí điển hình trong phạm vi thành phố Hồ Chí Minh” (Nguyễn Ngọc Thu và cộng sự năm 2007) cho thấy mật độ của các thành tạo bở rời thay đổi trong một phạm vi khá rộng và khác biệt đáng kể giữa các trạng thái khác nhau: Dung trọng khô của các thành tạo này tương đối nhỏ và dao động trong một giới hạn tương đối rộng phụ thuộc vào thành phần vật chất của các thành tạo Nếu như dung trọng khô của các thành tạo cát bột sét và sét bột chỉ dao động trong khoảng 1,62 đến 1,83 g/cm3

thì dung trọng khô của các thành tạo cát sạn sỏi pha bột sét dao động trong khoảng 1,44-1,75 g/cm3 Trong khi đó, dung trọng tự nhiên của các trầm tích hạt thô cát bột sét tương đối ổn định và thay đổi trong khoảng 2,01 đến 2,11 g/cm3, của sét bột thay đổi từ 1,61-2,15 g/cm3

Khác với các trầm tích bở rời, mật độ của các đá móng vùng TP.HCM tương đối lớn và dao động trong khoảng từ 2,4 g/cm3 tương ứng với móng là các trầm tích thuộc hệ tầng La Ngà và khoảng 2,9 g/cm3

tương ứng với các đá xâm nhập hệ tầng Long Bình

b Tham số từ: hầu hết các thành tạo trầm tích trên địa bàn Thành phố, từ các

trầm tích bở rời đến các đá trầm tích đều không có từ tính

Các đá phun trào andesit và các đá xâm nhập có từ tính yếu đến trung bình cường độ từ cảm và từ hóa dư khoảng vài trăm cho đến 1000 đơn vị 10-6

CGSM, trong đó các đá xâm nhập là có giá trị lớn hơn cả Hầu hết các dị thường từ nhỏ hiện diện trên diện tích của Thành phố Hồ Chí Minh đều có liên quan đến các thể magma này

c Các tham số vật lý khác: như tham số điện trở suất, tham số phóng xạ của

các tầng đất đá trên diện tích Thành phố phân dị phụ thuộc vào các yếu tố: thành

phần thạch học, độ chứa nước và đặc biệt là độ khoáng hóa của nước Cột địa tầng tổng quát của khu vực thành phố Hồ Chí Minh cho thấy một quy luật khá phổ biến,

đó là: phân cách giữa các tầng hạt thô có giá trị điện trở suất tương đối lớn là các tập trầm tích hạt mịn có giá trị điện trở suất nhỏ và tương đối ổn định Tính phân nhịp về mặt thành phần thạch học dẫn đến sự thay đổi nhịp nhàng giá trị điện trở suất tại các vùng không bị chi phối bởi độ tổng khoáng hóa của nước, là yếu tố thuận lợi cho việc áp dụng các phương pháp thăm dò điện trở suất trong việc phân chia và liên kết địa tầng Tuy nhiên, do sự chi phối mạnh mẽ giá trị mật độ và điện trở suất của các thành tạo địa chất khác nhau bởi độ rỗng và độ tổng khoáng hóa của nước chứa trong chúng nên ở nhiều nơi không có sự phân dị rõ ràng về tính chất vận tốc và điện trở suất giữa các tập trầm tích có thành phần thạch học khác nhau Hơn nữa, sự khác biệt không lớn về giá trị điện trở suất và vận tốc của các thành tạo phân bố sâu cũng làm cho việc phân chia ranh giới giữa chúng trở nên rất khó khăn do bị chi phối bởi độ phân giải của phương pháp thăm dò điện và địa chấn

I.4 Phân loại nền đất vùng TP.HCM

I.4.1 Các quy định về phân loại nền đất khi xây dựng công trình

Công tác khảo sát địa chất công trình phải được thực hiện theo những quy trình khảo sát của tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN) ban hành trong đó việc phân loại nền đất sơ bộ để đánh giá tính khả thi trong xây dựng theo bản đồ ĐCCT, bản đồ Phân vùng địa chất công trình và phân loại nền đất tổng thể tỷ lệ nhỏ Địa điểm xây dựng và nền đất chịu lực nói chung cần tránh những rủi ro như đứt gãy, mất ổn định mái dốc và sụt lún gây nên bởi sự hoá lỏng hoặc sự nén chặt khi động đất xảy ra Khả năng xuất hiện các hiện tượng như thế phải được khảo sát chi tiết Công tác khảo sát nền đất hoặc nghiên cứu địa chất cần được thực hiện để xác định tác động của động đất, phụ thuộc vào mức độ quan trọng của công trình

và những điều kiện cụ thể của dự án

Các loại nền đất A, B, C, D, và E được mô tả bằng các mặt cắt địa tầng, các tham số được mô tả dưới đây, có thể được sử dụng để kể đến ảnh hưởng của điều kiện nền đất tới tác động động đất Việc kể đến ảnh hưởng này còn có thể thực hiện bằng cách xem xét thêm ảnh hưởng của địa chất tầng sâu tới tác động động đất

Bảng I.10 Bảng phân chia các loại nền đất

Đá hoặc các kiến tạo địa chất khác

tựa đá, kể cả các đất yếu hơn trên

truyền sóng như loại C, D và bên

dưới là các đất cứng hơn với tốc độ

truyền sóng vs  800m/s

S1

Địa tầng bao gồm hoặc chứa một lớp

đất sét mềm/bùn (bụi) tính dẻo cao

(PI 40) và độ ẩm cao, có chiều dày

ít nhất là 10m

 100 (tham khảo)

Nền đất cần được phân loại theo giá trị của vận tốc sóng ngang trung bình

vs,30(m/s) nếu có giá trị này Nếu không, có thể dùng giá trị NSPT

Vận tốc sóng ngang trung bình vs,30 được tính toán theo biểu thức sau:



 N

i i i s

h

1

30 ,30



trong đó:

hi, vi chiều dày (m) và vận tốc sóng ngang (tại mức biến dạng cắt bằng 10-5

hoặc thấp hơn) của lớp thứ i trong tổng số N lớp tồn tại trong 30m đất trên bề mặt

C U cường độ chống cắt không dịch chuyển của đất nền (đơn vị Passcal)

Đối với các địa điểm có điều kiện nền đất thuộc một trong hai loại nền đặc

biệt S1 và S2 theo bảng trên cần phải có nghiên cứu đặc biệt để xác định tác động

động đất Đối với những loại nền này, đặc biệt là đối với nền S2, cần phải xem xét khả năng phá huỷ nền khi chịu tác động động đất

Cần đặc biệt lưu ý nếu trầm tích là nền loại S1 Điển hình của loại nền đất này

là giá trị vs rất thấp, độ cản bên trong nhỏ và phạm vi mở rộng bất thường về ứng xử tuyến tính Vì thế, có thể tạo ra những hiệu ứng dị thường về sự khuếch đại chấn động nền và tương tác nền công trình Trường hợp này, cần nghiên cứu đặc biệt để xác định tác động động đất nhằm thiết lập quan hệ giữa phổ phản ứng với chiều dày

và giá trị vs của lớp sét/ bùn và sự tương phản về độ cứng giữa lớp này và các lớp đất nằm dưới

I.4.2 Các đặc điểm nền đất vùng TP.HCM

I.4.2.1 Đặc điểm về nền đất theo Phân vùng ĐCCT TP.HCM

Các tài liệu nghiên cứu ĐCCT, các lỗ khoan xuyên tĩnh thuộc báo cáo lập bản

đồ ĐCTV -ĐCCT TP.HCM tỷ lệ 1:50.000 năm 1988 và tài liệu thu thập của các đề tài nghiên cứu Động đất trong những năm gần đây đã xếp toàn bộ lãnh thổ TP Hồ Chí Minh vào một miền duy nhất là miền VII: miền chuyển tiếp hoạt hóa Mezozoi

hệ thạch học trên mặt và nằm dưới chia các vùng ra thành các khu Như vậy, trong từng khu chúng ta sẽ có sự đồng nhất từ toàn cục từ điều kiện kiến tạo đến cấu trúc

nền đất Từ đó có thể đưa ra các nhận xét và đánh giá tổng hợp về điều kiện địa chất công trình của từng khu và đề xuất các biện pháp sử dụng hợp lý nền trên diện tích thành phố

I.4.2.1.1 Vùng thềm bậc III xâm thực-tích tụ:

Vùng VII-A phân bố ở phía tây bắc và đông bắc thành phố, gồm các huyện

Củ Chi và bắc Thủ Đức Hầu hết thềm có bề mặt nghiêng thoải từ tây bắc xuống đông nam và từ bắc xuống nam Theo phức hệ thạch học thành tạo trên mặt địa hình và trật tự cấu trúc nền đất có thể phân chia thành các khu địa chất công trình sau:

a) Khu địa chất công trình VII-A-1

Đất nền của khu là đất yếu, chảy, bão hoà nước, chịu nén mạnh và không đều Trên diện tích khu phát triển các quá trình địa chất như sau: Ngập nước, lầy hoá, tích tụ, xâm thực bờ… Từ các đặc trưng trên đây rõ ràng khu có điều kiện địa chất công trình phức tạp Các biện pháp cần thực hiện để xử lý nền khi xây dụng trong khu là: sử dụng móng cọc để truyền tải trong qua lớp đất yếu, các biện pháp đẩy nhanh quá trình cố kết như cọc cát, bấc thấm kết hợp gia tải, đắp nền nhằm phân tán đều tải trọng bên dưới móng và tránh ngập nước

b) Khu địa chất công trình VII-A-2:

Đất nền của khu là đất yếu, chảy, bão hoà nước, chịu nén mạnh và không đều Trên diện tích khu phát triển các quá trình địa chất như sau: Ngập nước, lầy hoá, tích tụ… Từ các đặc trưng trên đây rõ ràng khu có điều kiện địa chất công trình phức tạp Các biện pháp cần thực hiện để xử lý nền khi xây dụng trong khu là:

xử dụng móng cọc để truyền tải trong qua lớp đất yếu, các biện pháp đẩy nhanh quá trình cố kết như cọc cát, bấc thấm kết hợp gia tải, đắp nền nhằm phân tán đều tải trọng bên dưới móng và tránh ngập nước

c) Khu địa chất công trình VII-A-3:

Các đất loại này có tính chất cơ lý trung bình, chịu nén trung bình Ở đây có xảy ra các quá trình địa chất sau: rửa trôi bề mặt, bồi lắng trong các suối và bàu trũng Khu có tính chất địa chất công trình không thuận lợi cho xây dựng Các biện pháp cải tạo nền móng gồm :

- Đầm nén nền đất

- Dùng móng cọc cho các công trình lớn

- Chắn và thoát nước không để bị ngập, xói mòn móng

d) Khu địa chất công trình VII-A-4:

Các đất loại này có tính chất cơ lý tốt, chịu nén trung bình đến cao Ở đây có xảy ra các quá trình địa chất sau: rửa trôi bề mặt, mương xói Khu có tính chất địa chất công trình thuận lợi cho xây dựng Các biện pháp cải tạo nền móng gồm :

- Đầm nén nền đất

- Chắn và thoát nước không để bị ngập, xói mòn móng

e) Khu địa chất công trình VII-A-5:

Các đất loại này có tính chất cơ lý tốt, chịu nén trung bình đến cao Ở đây có xảy ra các quá trình địa chất sau: rửa trôi bề mặt, mương xói Khu có tính chất địa chất công trình thuận lợi cho xây dựng Các biện pháp cải tạo nền móng gồm:

- Đầm nén nền đất

- Chắn và thoát nước không để bị ngập, xói mòn móng

f) Khu địa chất công trình VII-A-6:

Các đất loại này có tính chất cơ lý tốt, chịu nén trung bình đến cao Ở đây có xảy ra các quá trình địa chất sau: rửa trôi bề mặt, mương xói Khu có tính chất địa chất công trình thuận lợi cho xây dựng Các biện pháp cải tạo nền móng gồm:

- Đầm nén nền đất

- Chắn và thoát nước không để bị ngập, xói mòn móng

g) Khu địa chất công trình VII-A-7:

Các đất này chủ yếu đều chặt, cứng, ẩm ít, chịu nén thấp đến vừa Ở đây có khả năng cho các quá trình địa chất sau đây phát triển: Xói ngầm, rửa trôi xói mòn sườn và đôi khi lún ướt Những quá trình tự nhiên phá hoại bề mặt địa hình chủ yếu liên quan đến hoạt động của nước mưa do vậy cần dự phòng việc làm chặt đất nền

và ngăn ngùa tác động xói lở của nước mặt.Khu tuy có cường độ chịu lực của nền đất cao, điều kiện thoát nước tốt nhưng do diện tích phân bố hạn chế và tại đây đang có các mong khai thác đá xây dựng nên nhìn toàn cục thì khi ít thuận lợi cho xây dựng Các biện pháp cải tạo nền móng gồm:

- Đầm nén nền đất

- Chắn và thoát nước không để bị ngập, xói mòn móng

h) Khu địa chất công trình VII-A-8:

Các loại đất này chủ yếu đều chặt, cứng, ẩm ít, chịu nén thấp đến vừa Ở đây

có khả năng cho các quá trình địa chất sau đây phát triển: rửa trôi, xói mòn sườn và đôi khi lún ướt Những quá trình tự nhiên phá hoại bề mặt địa hình chủ yếu liên quan đến hoạt động của nước mưa do vậy cần dự phòng việc làm chặt đất nền và

ngăn ngùa tác động xói lở của nước mặt Khu có tính chất địa chất công trình thuận lợi cho xây dựng Các biện pháp cải tạo nền móng gồm:

a) Khu địa chất công trình VII-B-1:

Đất nền của khu là đất yếu, chảy, bão hoà nước, chịu nén mạnh và không đều Trên diện tích khu phát triển các quá trình địa chất như sau: Ngập nước, lầy hoá, tích tụ … Từ các đặc trưng trên đây rõ ràng khu có điều kiện địa chất công trình phức tạp Các biện pháp cần thực hiện để xử lý nền khi xây dụng trong khu là:

xử dụng móng cọc để truyền tải trong qua lớp đất yếu, các biện pháp đẩy nhanh quá trình cố kết như cọc cát, bấc thấm kết hợp gia tải, đắp nền nhằm phân tán đều tải trọng bên dưới móng và tránh ngập nước

b) Khu địa chất công trình VII-B-2:

Đất nền của khu là đất yếu, chảy, bão hoà nước, chịu nén mạnh và không đều Trên diện tích khu phát triển các quá trình địa chất như sau: Ngập nước, lầy hoá, tích tụ… Từ các đặc trưng trên đây rõ ràng khu có điều kiện địa chất công trình phức tạp Các biện pháp cần thực hiện để xử lý nền khi xây dụng trong khu là:

xử dụng móng cọc để truyền tải trong qua lớp đất yếu, các biện pháp đẩy nhanh quá trình cố kết như cọc cát, bấc thấm kết hợp gia tải, đắp nền nhằm phân tán đều tải trọng bên dưới móng và tránh ngập nước

c) Khu địa chất công trình VII-B-3:

Các đất loại này có tính chất cơ lý trung bình, chịu nén trung bình Ở đây có xảy ra các quá trình địa chất sau: rửa trôi bề mặt, bồi lắng trong các suối và bàu trũng Khu có tính chất địa chất công trình không thuận lợi cho xây dựng Các biện pháp cải tạo nền móng gồm:

- Đầm nén nền đất

- Dùng móng cọc cho các công trình lớn

- Chắn và thoát nước không để bị ngập, xói mòn móng

d) Khu địa chất công trình VII-B-6:

Các đất loại này có tính chất cơ lý tốt, chịu nén trung bình đến cao Ở đây có xảy ra các quá trình địa chất sau: rửa trôi bề mặt, mương xói Khu có tính chất địa chất công trình thuận lợi cho xây dựng Các biện pháp cải tạo nền móng gồm:

a) Khu địa chất công trình VII-C-1:

Đất nền của khu là đất yếu, chảy, bão hoà nước, chịu nén mạnh và không đều Trên diện tích khu phát triển các quá trình địa chất như sau: Ngập nước, lầy hoá, tích tụ… Từ các đặc trưng trên đây rõ ràng khu có điều kiện địa chất công trình phức tạp Các biện pháp cần thực hiện để xử lý nền khi xây dụng trong khu là:

xử dụng móng cọc để truyền tải trong qua lớp đất yếu, các biện pháp đẩy nhanh quá trình cố kết như cọc cát, bấc thấm kết hợp gia tải, đắp nền nhằm phân tán đều tải trọng bên dưới móng và tránh ngập nước

b) Khu địa chất công trình VII-C-2:

Đất nền của khu là đất yếu, chảy, bão hoà nước, chịu nén mạnh và không đều Trên diện tích khu phát triển các quá trình địa chất như sau: Ngập nước, lầy hoá, tích tụ… Từ các đặc trưng trên đây rõ ràng khu có điều kiện địa chất công trình phức tạp Các biện pháp cần thực hiện để xử lý nền khi xây dụng trong khu là:

xử dụng móng cọc để truyền tải trong qua lớp đất yếu, các biện pháp đẩy nhanh quá trình cố kết như cọc cát, bấc thấm kết hợp gia tải, đắp nền nhằm phân tán đều tải trọng bên dưới móng và tránh ngập nước

c) Khu địa chất công trình VII-C-3:

Các đất loại này có tính chất cơ lý trung bình, chịu nén trung bình Ở đây có xảy ra các quá trình địa chất sau: rửa trôi bề mặt, bồi lắng trong các suối và bàu trũng Khu có tính chất địa chất công trình không thuận lợi cho xây dựng Các biện pháp cải tạo nền móng gồm:

- Dùng móng cọc cho các công trình lớn

- Chắn và thoát nước không để bị ngập, xói mòn móng

d) Khu địa chất công trình VII-C-6:

Các đất loại này có tính chất cơ lý tốt, chịu nén trung bình đến cao Ở đây có xảy ra các quá trình địa chất sau: rửa trôi bề mặt, mương xói Khu có tính chất địa chất công trình thuận lợi cho xây dựng Các biện pháp cải tạo nền móng gồm :

- Đầm nén nền đất

- Chắn và thoát nước không để bị ngập, xói mòn móng

e) Khu địa chất công trình VII-C-7:

Phân bố ở phía cực nam lãnh thổ TP Hồ Chí Minh, tạo nên các giồng cát ven biển Khu có tính chất địa chất công trình tương đối thuận lợi cho xây dựng Các công trình tải trọng nhỏ có thể sử dụng móng nông trên nền thiên nhiên Các công trình lớn phải sử dụng móng cọc để truyền tải trọng xuống sâu

f) Khu địa chất công trình VII-C-8:

Khu phát triển trên diện rộng ở những khu vực trũng, thấp, phân bố gần như trên toàan bộ khu vực phía nam Thành phố từ quận 7, quận 8 đến Cần Giờ

Đất nền của khu là đất yếu, chảy, bão hoà nước, chịu nén mạnh và không đều Trên diện tích khu phát triển các quá trình địa chất như sau: Ngập nước, lầy hoá, tích tụ … Từ các đặc trưng trên đây rõ ràng khu có điều kiện địa chất công trình phức tạp Các biện pháp cần thực hiện để xử lý nền khi xây dụng trong khu là:

xử dụng móng cọc để truyền tải trong qua lớp đất yếu, các biện pháp đẩy nhanh quá trình cố kết như cọc cát, bấc thấm kết hợp gia tải, đắp nền nhằm phân tán đều tải trọng bên dưới móng và tránh ngập nước

Nhìn chung tính chất địa chất công trình phụ thuộc phần lớn vào điều kiện địa mạo và tiếp theo là cấu trúc địa chất của đất nền Theo đó, nhìn toàn cục, vùng ĐCCT VII-A là thuận lợi nhất, tiếp theo là vùng ĐCCT VII-B và kém thuận lợi nhất là vùng ĐCCT VII-C Trong vùng ĐCCT VII-A, các khu ĐCCT VII-A-4, VII-A-5, VII-A-6 có điều kiện ĐCCT thuận lợi nhất vì có bề mặt địa hình tương đối cao, cấu trúc địa chất là các trầm tích Pleistocen có tính chất cơ lý tương đối tốt Nơi đây có thể sử dụng móng nông trên nên thiên nhiên cho các công trình nhỏ và trung bình Đối với các công trình quy mô lớn phải áp dụng các giải pháp xử lý nền như móng cọc, đầm nén trước, công tác khảo sát địa chất công trình trước khi xây dựng phải được tính toán kỹ nhất là các khảo sát địa vật lý để tính toán tham số tải trọng và chịu tác động động đất của công trình

I.4.2.2 Đặc điểm về phân loại nền đất theo tiêu chuẩn kháng chấn

Áp dụng quy định phân chia nền đất theo tiêu chuẩn TCXDVN 375 : 2006 – thiết kế công trình chịu tác động động đất, khu vực TP Hồ Chí Minh trên cơ sở các tài liệu trên 700 lỗ khoan khảo sát địa chất công trình, nhận thấy một số đặc điểm sau:

Theo các đặc điểm tự nhiên của địa hình thành phố Hồ Chí Minh có thể chia

ra 4 yếu tố địa hình sau là thềm bậc III - cao 15–30 m, thềm bậc II - cao 5-15 m, thềm bậc I - cao 2–5 m và đồng bằng thấp-cao 1,5 – 2 m, 0,6 - 1,5 m Các dạng địa hình này vừa có những đặc điểm riêng, vừa có mối quan hệ không gian đối với nhau Trong đó quá trình xâm thực bờ sông, bờ biển đã trực tiếp hoặc gián tiếp ảnh hưởng đến tất cả các hoạt động kinh tế-xã hội và môi trường của thành phố đồng thời làm thay đổi về đặc điểm địa hình và ranh giới phân loại nền đất ở một số nơi trong diện tích thành phố

Nói chung thành phố Hồ Chí Minh được phân loại gồm các nền đất hầu hết là loại C và D, một phần nhỏ theo loại A và E nằm ở phía Đông của khu vực quận 9 Các phân loại về nền loại B, S1, S2 tuy không được xác định bằng các tài liệu lỗ khoan khảo sát ĐCCT và được phân chia trên bản đồ Phân loại nền đất TP Hồ Chí Minh nhưng theo đánh giá của TCXDVN 375 sẽ không loại trừ nền loại B có mặt ở diện tích nhỏ trong các phần địa hình thềm bậc III hoặc bậc II đã được gộp chung trong nền loại C; đối với nền đất loại S1, S2 là loại đặc biệt sẽ có mặt trong các diện tích nhỏ của địa hình bồi tụ ven sông rạch hoặc các bồn trũng lòng hồ gộp chung trong diện tích của nền đất loại D (Bản đồ phân loại nền đất TP.HCM tỷ lệ 1/50.000)

CHƯƠNG II TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐỊA CHẤN TRONG LỖ KHOAN II.1 Khái quát về sóng đàn hồi

Để khái quát một cách đơn giản về sóng đàn hồi ta thấy trong một số loại hình hoạt động công nghiệp như nổ mìn khai thác đá xây dựng, vận hành các máy quay công suất lớn hay các công trường xây dựng dùng búa máy đóng cọc bê tông… các chấn động phát sinh ra và lan truyền bên dưới mặt đất ra môi trường xung quanh

Đó là sóng đàn hồi Và sự lan truyền chấn động như vậy chính là quá trình truyền sóng đàn hồi trong môi trường địa chất

Sự hình thành và phát triển sóng đàn hồi trong môi trường liên quan tới các đại lượng biến dạng, ứng suất và môi trường đàn hồi

II.1.1 Khái niệm về biến dạng, ứng suất và môi trường đàn hồi

II.1.1.1 Biến dạng

Khi không có lực tác dụng các phần tử vật chất của vật thể được sắp xếp theo những quy luật nhất định Dưới tác dụng lực, chúng bị chuyển dịch ra khỏi vị trí cân bằng ban đầu Sự chuyển dịch này làm vật thể thay đổi cả hình dạng và thể tích Đó gọi là biến dạng

Có hai loại biến dạng: biến dạng thể tích và biến dạng hình dạng hay còn gọi

là biến dạng méo dạng Bất kỳ biến dạng đàn hồi phức tạp nào đều có thể xem là tổng của các biến dạng thể tích và biến dạng hình dạng đồng thời xảy ra

II.1.1.2 Ứng suất

Trong vật thể không bị biến dạng, các phần tử vật chất được bố trí ở trạng thái cân bằng nhiệt Trong đó các phần nhỏ của nó nằm ở trạng thái cân bằng cơ học Nếu tách từ vật thể một khối nhỏ bất kỳ thì tổng các lực tác dụng lên mặt của khối này bằng 0 Khi biến dạng, trong vật thể xuất hiện nội lực nhằm kéo các phần tử vật chất về trạng thái cân bằng ban đầu Nếu bây giờ từ vật thể tách ra một khối nhỏ hình hộp thì hình dạng và kích thước của hộp sẽ thay đổi Để giữ nguyên hình dạng

và kích thước của hộp cần tác dụng vào các mặt của nó những lực nhất định Lực này gọi là ứng lực Để độ lớn của ứng lực không phụ thuộc vào kích thước của hộp, người ta sử dụng khái niệm ứng suất Nó là nội lực tác dụng lên một đơn vị diện tích để cân bằng với tác dụng của môi trường xung quanh lên nó Ứng suất thường

được ký hiệu là T và được biểu diễn bằng các thành phần pháp tuyến: x, y, z và các thành phần tiếp tuyến x, y và z.

II.1.1.3 Môi trường đàn hồi

Biến dạng và ứng suất của môi trường liên hệ với nhau theo những quy luật nhất định Nếu sự liên hệ này là tuyến tính thì môi trường đựơc gọi là môi trường đàn hồi Trong đó, sự liên hệ giữa ứng suất và biến dạng được mô tả bởi định luật

Hooke Môi trường đàn hồi được đặc trưng bởi biến dạng đàn hồi Môi trường địa

chất có thể xem là môi trường đàn hồi, khi lực tác dụng nhỏ và thời gian tác dụng ngắn Khi đó môi trường địa chất được đặc trưng bởi các tham số đàn hồi bao gồm:

mô đun giãn dọc E (mô đun Young), mô đun nén ngang  (hệ số Poisson) và mật

II.1.2.2 Phương trình sóng

Trường sóng đàn hồi là trường dao động của các hạt vật chất nên được mô tả thông qua đặc điểm phân bố vectơ dịch chuyển u(x,y,z,t) của các hạt vật chất môi trường Để nghiên cứu trường dịch chuyển cần lập phương trình cân bằng động của

môi trường

Các lực xuất hiện trong môi trường: lực tác dụngF

, ứng suất T

và lực quán tínhFqt

Phương trình dao động của môi trường như sau:

Với:

u u graddiv



 : độ giãn nở thể tích

Thay vào phương trình (4):

F u grad

Hình II.1A Mô hình trường sóng dọc và sóng ngang

Sự phân chia ra hai loại sóng có liên hệ chặt chẽ với hai loại biến dạng của môi trường đàn hồi khi bị tác dụng lực Sự tồn tại sóng dọc liên hệ với biến dạng thể tích, nên sóng dọc còn gọi là sóng co giãn Và sóng ngang liên hệ với biến dạng hình dạng nên còn gọi là sóng méo dạng Phương trình sóng dọc và sóng ngang:

VP: Vận tốc sóng dọc, VS: Vận tốc sóng ngang,

: mật độ môi trường,  và : hằng số Lame

II.2 Nguồn tạo sóng đàn hồi

Trong tự nhiên, nguồn chấn động thường thấy nhất là các hoạt động kiến tạo

tự nhiên của vỏ Trái đất – các trận động đất Đây là một trong những hiểm họa đáng sợ nhất của con người, nhưng đó cũng là cơ hội cho các nhà nghiên cứu thu thập thông tin nhằm tìm hiểu sâu hơn cấu trúc Trái đất

Trong việc khảo sát địa chất có sử dụng đến các phương pháp địa chấn, nguồn tạo các dao động địa chấn là một yếu tố không thể thiếu Các đặc điểm của nguồn

sẽ quyết định các tính chất của sóng dao động hình thành trong môi trường

Đối với các mục đích khảo sát địa chất thông thường khác, chẳng hạn trong xây dựng hay trong các hoạt động sản xuất công nghiệp nói chung, người ta có thể tạo ra các dao động đàn hồi có thể bằng cách dùng nguồn nổ như nổ kíp, mìn trong

lỗ khoan - loại nguồn được sử dụng chủ yếu trong công tác địa chấn Ngoài ra, còn

có các loại nguồn không nổ là nguồn đập, nguồn rung, nguồn áp điện, v.v

Nguồn đập có thể kể ra là búa tạ hoặc búa máy, thường được dùng trong phương pháp địa chấn lỗ khoan, khúc xạ, phản xạ với chiều sâu nghiên cứu khoảng vài chục mét tới hàng trăm mét Còn nguồn rung điện động thì sử dụng lực điện từ làm rung khối ì đè lên mặt đất và phát ra dao động đàn hồi trong môi trường đất đá Trong các công tác đo địa chấn lỗ khoan phục vụ khảo sát nền móng công trình và tính toán kháng chấn, nguồn nổ được sử dụng là việc bắn kíp (có thể kết hợp lượng thuốc nổ nhỏ) tuy nhiên cần có các thiết bị che chắn hoặc định hướng nhằm mục đích tạo đồng thời sóng dọc P và sóng ngang Svới năng lượg đủ lớn để ghi nhận và

nhận biếttrong một khoảng cách rất ngắn Đặc điểm của các kiểu kích nổ này sẽ được giới thiệu chi tiết trong chương IV

II.3 Tốc độ truyền sóng đàn hồi

Môi trường địa chất là môi trường đàn hồi rất phức tạp nên trường sóng đàn hồi hình thành trong đó phức tạp hơn nhiều so với trường sóng trong mô hình lý thuyết đơn giản như đã đề cập đến ở phần trên Có một số tính chất cơ bản liên quan đến sự truyền sóng trong môi trường địa chất Trước hết phải kể đến là tốc độ truyền sóng đàn hồi của đất đá

Đất đá cấu tạo nên vỏ trái đất có tốc độ truyền sóng rất khác nhau: như tốc độ truyền sóng trong các lớp đất trồng bở rời nằm sát mặt đất chỉ khoảng 300 -> 400m/s, trong khi đó tốc độ trong đá magma và một số loại trầm tích có thể đạt đến

Đặc điểm phân dị về tốc độ truyền sóng của đất đá có liên hệ với sự khác biệt

về thành phần thạch học, điều kiện thành tạo, chiều sâu, thế nằm, độ ngậm nước của chúng

Hai là tính phân lớp trong môi trường địa chất Môi trường địa chất, đặc biệt

là môi trường trầm tích thể hiện tính phân lớp rõ rệt, đặc trưng bởi tốc độ và bề dày

Sự sắp xếp các lớp trong lát cắt cũng góp phần quyết định lên tính chất đàn hồi của

đất đá Và chính bởi sự tích tụ trầm tích nên đã tạo ra sự phân lớp rất mỏng về tham

số đàn hồi Do đó, trong lát cắt địa chất tồn tại rất nhiều ranh giới đàn hồi Trong các ranh giới này thường chỉ một số rất ít ranh giới có khả năng tạo ra các dao động phản xạ và khúc xạ sóng đủ mạnh để có thể quan sát được bằng thăm dò địa chấn Các ranh giới này được gọi là ranh giới địa chấn

Đặc điểm phân lớp phức tạp của môi trường địa chất làm bức tranh sóng địa chấn rất phức tạp Trong đó, sự truyền sóng địa chấn ở môi trường nhiều lớp dày và môi trường nhiều lớp mỏng có sự khác biệt

II.4 Phương pháp đo sóng xuyên thành lỗ khoan (Crosshole Seismic)

II.4.1 Giới thiệu

Phương pháp đo sóng xuyên thành lỗ khoan còn có cách gọi đơn giản là phương pháp chiếu sóng lỗ khoan (sau đây xin được gọi tắt là phương pháp Crosshole seismic) đã bắt đầu được sử dụng vài thập niên gần đây trong các khảo sát địa chất công trình xác định vận tốc sóng P hoặc vận tốc sóng S của môi trường

ở các độ sâu có liên quan đến địa kỹ thuật nền móng Các thông số này hầu hết được sử dụng trong các tính toán liên quan với tính chất cơ học đất đá, các nghiên cứu nền móng xây dựng và tính toán mức độ kháng chấn cho công trình khi xảy ra động đất

Vì vậy phương pháp đo Crosshole seismic còn được các nhà địa kỹ thuật gọi

là thí nghiệm vật lý crosshole áp dụng ở các độ sâu gần mặt đất (khoảng 100m trở lại) Tất cả các tham số mô đun đàn hồi động có thể được xác định từ các thông số

đo đạc tại hiện trường như: mật độ, vận tốc sóng P và sóng S Các vật liệu có ứng suất thấp và suy giảm không đàn hồi cũng có thể được ghi nhận từ các khảo sát crosshole seismic

Ngoài ra kết quả của phương pháp crosshole seismic có thể được sử dụng cho nhiều mục đích khảo sát khác nhau, trong đó bao gồm: Đánh giá tính liên tục của môi trường theo phương nằm ngang và thẳng đứng; nghiên cứu biến dạng hoặc các khảo sát có liên quan đến dịch chuyển, hóa lỏng của nền đất nền trong thiết kế kháng chấn của công trình xây dựng Việc thu thập dữ liệu crosshole seismic cũng cho phép xác định sự hiện diện các dị thường vận tốc lớp ẩn mà các phương pháp địa vật lý thuyền thống trên bề mặt không thể được phát hiện Kết quả của phương

pháp crosshole seismic còn là tham số và thông tin cần thiết có thể cung cấp cho việc phân tích các dữ liệu địa vật lý bề mặt (điện, địa chấn cùng với việc hiệu chỉnh thực nghiệm và lý thuyết với các tham số địa kỹ thuật khác)

Nói chung phương pháp crosshole seismic là một công cụ địa vật lý thường được sử dụng cho việc khảo sát tỉ mỉ những vấn đề thuộc giai đoạn 2 của quá trình khảo sát địa chất công trình (giai đoạn 1 bao gồm các khảo sát địa vật lý trên mặt đất, tiếp theo đó là khoan đào và lấy mẫu tại hiện trường) Trong khảo sát thực địa giai đoạn 2 là giai đoạn thu thập các thông tin có tính quyết định hơn để phân tích các đặc trưng tại hiện trường Mặc dù cả hai giai đoạn khảo sát đều quan trọng, tuy nhiên tập hợp dữ liệu của giai đoạn 2 phải được tích hợp trong phân tích cuối cùng

II.4.2 Lý thuyết và thiết bị

Phương pháp crosshole seismic được thực hiện bằng cách tạo và ghi nhận sóng P và sóng S tại các đồng thời chiều sâu và khoảng cách lựa chọn, nguồn dao động và máy thu (geophone) được đặt ở cùng một cao độ trong lỗ khoan mỗi lần

đo Hình II.2 minh họa một cách tổng quát cách sắp xếp các thiết bị trong việc thực hiện phương pháp crosshole Việc sử dụng hệ thống thu phát theo một phương quy ước nối tiếp nhau (ví dụ như phương trục tỏa tia đáp ứng việc phát/thu tín hiệu) tạo hiệu quả tốiđa cho việc đo đạc vận tốc sóng P và sóng S tại hiện trường

Stokoe (1980) đã chứng minh rằng các chuyển động phần tử tạo ra với các nguồn địa chấn khác nhau được sử dụng trong phương pháp crosshole seismic là chuyển động 3 chiều Vì vậy, geophone có 3 thành phần trực giao với nhau có thể thu được kết quả tối ưu trong việc ghi nhận các tín hiệu sóng P hoặc sóng S, trong

đó gồm có 01 geophone thẳng đứng và hai geophone ngang Trong phương pháp crosshole seismic, một geophone đứng được duy trì ở phương song song với trục giữa các lỗ khoan (phương tỏa tia) và 02 geophone ngang còn lại được giữ ở phương trực giao với trục giữa các lỗ khoan (phương ngang) Trong trường hợp này, hai geophone nằm ngang luôn được duy trì theo hai phương tỏa tia và nằm ngang trong quá trình khảo sát Điều này được hoàn thành do việc thực hiện các lỗ khoan hoặc với các geophone có thể được định hướng điện tử

Sóng P được tạo ra bởi một thiết bị nổ điện hoặc chất nổ nhỏ (giảm thiểu việc

hư hỏng ống chống trong quá trình đo đạc) Để cùng với giả thiết đường truyền tia

thẳng xung sóng địa chấn nén ép và làm loãng các vật liệu theo phương tỏa tia đến các lỗ khoan thu Kinh nghiệm đã chứng minh rằng đối với việc đo đạc tín hiệu sóng P một cách tối ưu cần một geophone thu có độ nhạy xung áp suất lớn nhất cho năng lượng sóng nén Việc đo đạc vận tốc sóng P bị ảnh hưởng rất mạnh mẽ bởi độ

ẩm hoặc phần trăm bão hòa đối với các thành hệ bở rời Trong thí nghiệm lỗ khoan, việc đo đạc địa chấn được tiến hành theo từng độ sâu tuần tự, các máy thu càng lúc càng tiếp xúc gần hơn với mực nước ngầm Khi ở trong mực nước ngầm, vận tốc sóng P phụ thuộc vào độ bão hòa và tỉ số Poisson không còn tỷ lệ với các đặc trưng thạch học (ví dụ tỉ số Poisson tiệm cận 0,48 - 0,49 trong đất bão hòa nước 100%)

Vì vậy bên dưới mực nước ngầm sóng P thường được gọi là sóng lỏng, vận tốc lan truyền của nó bị chi phối bởi lỗ rỗng chứa chất lỏng chứ không phải là mật độ của thành tạo, trong nước ngọt thường thay đổi từ 1.400 cho đến 1.700 m/s phụ thuộc vào nhiệt độ và hàm lượng muối

Sóng S phát ra trong lỗ khoan có thể ghi nhận được thông qua hai loại sóng có các đặc trưng chuyển động phần tử khác nhau, chính là sóng SV và SH Sóng S có tính phân cực đồng nhất, khi tác động các xung lực cơ học đến môi trường thí nghiệm theo hai phương lên xuống hoặc phải trái trong lỗ khoan sẽ tạo ra các tín hiệu sóng SV hoặc SH đồng thời lệch pha với nhau 1800, đây là một trong các đặc điểm quan trọng để nhận biết thời gian sóng S đến trong khi thi công các thí nghiệm địa chấn lỗ khoan

Các quy trình ASTM luôn đòi hỏi việc chống ống gia cố thành hệ với lỗ khoan thí nghiệm (ví dụ là các ống nhựa PVC) bằng các hỗn hợp vữa trám phải có mật độ phù hợp với mật độ của thành tạo Về cơ bản việc chuẩn bị lỗ khoan và hoàn tất các quy trình có ý nghĩa quyết định sự thành công hoặc thất bại của thí nghiệm Nếu liên kết giữa ống chống và thành tạo kém sẽ dẫn đến việc thời gian sóng đến bị trễ và tín hiệu bị suy giảm, đặc biệt đối với sóng P (tần số cao) Để tạo

sự phù hợp giữa hỗn hợp vữa bơm trám và thành hệ quanh lỗ khoan thường không quá khó và sẽ được giới thiệu chi tiết trong chương IV, nhưng lưu ý khi gặp các thành hệ hạt thô, là sự mất vữa quá nhiều vào thành tạo có thể làm ảnh hưởng đến vận tốc đo