SỰ CỐ KỸ THUẬT, THẢM HỌA ĐỊA KỸ THUẬT VÀ CÁC GIẢI PHÁP TẠI VIỆT NAM

Nguyễn Trường Tiến Phó TGĐ Tổng công ty Xây dựng Hà Nội Chủ tịch Hội Cơ học đất và Địa KTCT VN VSSMGE Tóm tắt: Bài vi ết trình bày về điều kiện địa chất, tự nhiên và thảm họa địa kỹ

SỰ CỐ KỸ THUẬT, THẢM HỌA ĐỊA KỸ THUẬT

VÀ CÁC GIẢI PHÁP TẠI VIỆT NAM

GS.TS Nguyễn Trường Tiến Phó TGĐ Tổng công ty Xây dựng Hà Nội

Chủ tịch Hội Cơ học đất và Địa KTCT VN (VSSMGE)

Tóm tắt: Bài vi ết trình bày về điều kiện địa chất, tự nhiên và thảm họa địa kỹ thuật tại Việt Nam S ự cố tại các dự án vì lý do nền móng, lũ lụt, ổn định mái dốc được thảo luận Giải pháp địa kỹ thuật, và phương pháp cải thiện đất để tăng giá trị, chất lượng cũng như để giảm chi phí,

th ảm họa địa kỹ thuật và rủi ro được kiến nghị

Từ khóa: S ự cố của nền móng, cải tạo đất, lũ lụt, ổn định mái dốc

GIỚI THIỆU

1 Điều kiện tự nhiên của Việt Nam

Việt Nam có hơn 4000 năm lịch sử, diện tích tự nhiên là 332000 km2 (số 8) và 3000km

Người Việt Nam cởi mở, linh hoạt, chân thành, có lòng hảo tâm và thông minh như cây lúa, cây tre, đất, nước, khí… Hình ảnh của Việt Nam là chữ S và số 8 Điều này có nghĩa

là sự thành công, hài lòng, phát triển bền vững và số 8 là số của Phật Happy tiếng Việt Nam có nghĩa là Hạnh phúc Hai từ đều được bắt đầu bằng chữ H, do đó chúng ta có

Việt Nam bắt đầu bằng chữ V, có nghĩa là Value và Victory là giá trị và thắng lợi, đồng thời tận hưởng cuộc sống vui vẻ ở Việt Nam

Hình 1 B ản đồ Việt Nam –

Hình ch ữ S và số 8

Hình 1 và 2 là gi ới thiệu về bản đồ Việt Nam

và đồng bằng các sông

Hình 2a: Đồng bằng sông Hồng

Hình 2b: Đồng bằng sông Cửu Long

Đồng bằng Sông Hồng: Dân số khoảng 20 triệu người, gồm Thủ đô Hà Nội và các tỉnh

Đồng bằng Sông Cửu Long: Dân số khoảng 20 triệu người, gồm Thành phố Hồ Chí

Bến Tre

Sau năm 1975, Việt Nam có nhiều cơ hội để phát triển và xây dựng lại đất nước tốt đẹp hơn Tuy nhiên, chúng ta cũng phải đối mặt với rất nhiều khó khăn vì thực trạng yếu

Việt Nam vẫn còn là một đất nước nghèo, thu nhập bình quân đầu người đạt khoảng 1000USD/người/năm Tại nhiều nơi, thu nhập bình quân đầu người thậm chí là 200USD/người/năm Vì vậy yêu cầu cần phải xây dựng các con đường, cây cầu, hạ tầng

cơ sở, các tòa nhà, nhà máy, trường học, thăm dò các mỏ tài nguyên thiên nhiên là một yêu cầu khách quan và trở nên cấp thiết Theo thống kê khoảng 70% sự cố các công trình

là do nền móng Vì vậy thật dễ để nhận thấy vai trò quan trọng của địa kỹ thuật và kỹ thuật nền móng cho sự phát triển bền vững của Việt Nam

1.1 Điều kiện nền đất

sét mềm Đất sét thường có lẫn tạp chất hữu cơ

- Mực nước ngầm gần mặt đất (ở 0,5-2,5 m chiều sâu)

- Độ ẩm tự nhiên thường cao hơn giới hạn chảy

- Trị số N của xuyên tiêu chuẩn, giá trị của SPT: 0-5

- Sức kháng cắt không thoát nước của đất sét yếu: 10-40KPa

- Chỉ số nén: 0,6-1,0

- Hệ số lỗ rỗng: 1,5-2,0

1.2 Nền đất yếu tại Việt Nam đã và đang đặt ra các vấn đề sau

- Nền móng của đường, các tòa nhà và kết cấu khác có thể

+ Biến dạng: Biến dạng lớn Trong nhiều khu vực của sông Mekong, biến dạng là

+ Ổn định: Khả năng chịu lực, sự ổn định của mái dốc và áp lực lên tường chắn

+ Thấm: Cát chảy, cát lở, sự sói ngầm

+ Hóa lỏng: động đất, tải trọng động của các phương tiện giao thông, tải trọng của đường sắt

- Khó khăn:

+ Sự cải tạo và nâng cấp của những con đường và đê hiện tại,

+ Sự trượt lở dọc theo hệ thống đường cao tốc

+ Ổn định bờ sông và bờ biển

+ Xây dựng các nhà máy thủy điện, đập, đường cao tốc và đường sắt trên đất yếu

+ Các vấn đề về xây dựng và điều kiện đất yếu được thể hiện trên Hình 3

Hình 3: Các v ấn đề do nền đất yếu

2 Địa kỹ thuật và các vấn đề về thảm họa địa kỹ thuật

2.1 Xây dựng đường giao thông

- Trượt lở tự nhiên Việt Nam chưa có kỹ thuật, công nghệ thích hợp để bảo vệ ổn định

chống trượt lở Các kỹ sư tư vấn chưa thật sự quan tâm đến việc bảo vệ mái dốc

Hình 4: Ổn định mái dốc và trượt lở mái dốc

- Đất đắp trên nền đất yếu như tại cầu Văn Thánh (Thành phố Hồ Chí Minh) Kết thúc

của biến dạng có thể là 3m, bằng khoảng 10% chiều dày lớp sét yếu bên dưới lớp đất đắp

là 30m

- Có sự khác nhau giữa sự biến dạng của đường và cầu Người thiết kế đã không gia cố

nền đất đắp, nơi tiếp giáp với mố cầu

2.2 Sự cố Cầu Cần Thơ

Can t ho t ho br idge

Hình 5.1 C ầu Cần Thơ Hình 5.2 Vị trí cọc khoan nhồi và điều kiện nền đất

cọc đóng độ sâu 37m Tuy nhiên trong quá trình thi công thì các trụ phụ lại là thành phần tham gia chịu lực chính Các trụ phụ và trụ chính 14 đã chịu phần lớn các tải trọng từ các

dầm sàn bê tông Đây là bài toán dầm đặt trên các gối tựa và chưa được liên kết bằng thép dự ứng lực

Hình 5.3 Các tr ụ phụ để thi công (trục 13 – 15) Sự sụp đổ của các trụ phụ là do chênh lệch độ lún trong m ột trụ phụ (Theo báo cáo của Ủy ban nhà nước 7 – 2008) Cấu kiện thép: Cột thép

H350x350 K ết cấu thép: liên kết giữa cột và dầm là liên kết bulong

Hình 5.4 C ột của các trụ phụ để thi công

(tr ục 13 – 15)

Hình 5.5 N ền đất bên dưới trụ phụ

Dr il l ed ho l e posit ion

1 Bùn sét, 2 Cát mịn, 3 Bùn sét,

Hình 5.6 Tr ụ cầu (trục 13 – 15), 5 phút trước

khi s ụp đổ ngày 26/9/2007

Hình 5.7 Tr ụ phụ bị sụp đổ, 54 người chết

2.3 Hố đào và xây dựng tầng hầm cho các tòa nhà cao tầng

Số lượng tầng hầm của các ngôi nhà cao tầng là từ 1 đến 5 tầng Sự cố và sụp đổ của các

chất công trình, thiết kế và thi công tường chắn đất, bảo vệ dòng chảy và quan trắc

tư vấn trong nhiều trường hợp không chuyên nghiệp và thiếu các tiêu chuẩn đạo đức Dưới đây trình bày sự cố tại cao ốc Pacific

Hình 6 S ự cố tại Viện khoa học xã hội, Thành phố Hồ Chí Minh (10.2007)

vì đào đất và xây dựng tầng hầm tại cao ốc Pacific

Điều kiện đất nền tại cao ốc Pacific: Địa tầng của đất nền theo kết quả khảo sát 2/2006

Số

TT Loại đất Chiều dày (m) (N/30) SPT Ghi chú và độ sâu (m)

+ Địa chất thủy văn: Mực nước ngầm ở độ sâu 9.0m

vào tháng 11 năm 2008 và tháng 1 năm 2009 (sau khi bơm phụt vữa xi măng) cho hệ số

thấm trung bình là khoảng 3x10-6cm/s các hố khoan trên cùng cho địa tầng đã bị thay đổi: + Từ mặt đất đến 17m: đất lẫn vữa xi măng

Kết quả chính là

STT

Ghi chú và

độ sâu

Kết quả của hai lần khảo sát đất nền vào năm 2006 và 2009 là tương đối thống nhất

- Đặc điểm công trình, móng và tầng hầm

+ Kích thước tầng hầm: 37.2 x 47.2m

+ Chiều cao công trình: 83.5m

tính toán là 1500 tấn

+ Cọc được thử tải đến tải trọng 1500 tấn, có độ lún là 3mm

+ Cọc được thử tải đến tải trọng 3000 tấn, có độ lún là 10mm

+ Độ lún dư sau giảm tải là 2.0mm

+ Đài cọc 3.0m, bê tông mác 400

thang và thang máy Bê tông mác 400

- S ự cố công trình

+ Tường tầng hầm có khuyết tật 20 x 80cm ở độ sâu khoảng 21m Nước và đất tràn

Việt Nam

+ Sự có mặt của lớp cát mịn, cát trung với chiều dày 18m, xuất hiện ở độ sâu 12m, có

hệ số thấm cao

+ Nước ngầm thấm và chảy vào hố móng trong quá trình đáo móng đã gây lún đất nền

- Kh ắc phục sự cố

tường vây, nơi có mối nối giữa 2 cọc Barrette

- Chủ đầu tư đã thi cho công các cột gia cường tại vị trí mối nối giữa hai cọc Barrette phía bên trong tầng hầm

hệ số thấm thấp

- Hiện nay bên trong các tầng hầm là khô, không có nước thấm

- Nh ận xét và kết luận

+ Nguyên nhân gây sự cố công trình là do khuyết tật của tầng hầm Tầng hầm bị thấm nước, gây dịch chuyển lớn đất nền

+ Hiện nay sự cố đã được khắc phục Hầm không bị thấm nước bằng các cọc bơm

25m tại vị trí mối nối Đây là giải pháp hợp lý, tăng khả năng chống thấm cho công trình Các hố khoan kiểm tra cho hệ số thấm của các lớp đất được bơm phụt xi măng đạt trị số 3

x 10-6 cm/s

+ Sức chịu tải của cọc cho công trình là an toàn

lân cận

2.4 Sự cố của cọc đóng tại dự án nhà máy xi măng Thăng Long

Tổng quan:

- Tải trọng cho phép của một cọc là 205 tấn Tổng số cọc là 404 cọc

- Búa Diesel 7,2 tấn, chiều cao rơi là từ 1.5 - 2.2m

- Chuyển vị của đầu cọc được thay đổi từ 0.69m đến 1.61m Hầu hết có chuyển vị khoảng 1.0m

trong khi lái xe do thiếu kinh nghiệm trong xi măng đất subsoil khó khăn

Hình 7 M ặt cắt địa chất công trình của dự án

Hình 8 Thi ết kế móng cọc

L = 35m)

Hình 9 C ấu trúc phá hoại móng cọc

t ại nhà máy xi măng Thăng Long

Hình 10. Nước ngập trên mặt đất 4m

(tháng 11 năm 2007)

Hình 11 người dân nghèo và các

qu ốc gia nghèo dễ bị thiên nhiên và

con người gây ra tai họa

2.5 Lũ lụt, biến đổi khí hậu, và các thách thức

Trong 50 năm qua, nhiệt độ trái đất đã tăng lên 0.70C Việt Nam là một trong 5 nước

Đồng bằng Sông Hồng và Đồng bằng Sông Cửu Long sẽ bị ngập nước 70% diện tích của vùng Đồng bằng Sông Cửu Long sẽ bị dưới mực nước biển

Hi ểm họa

Thiên nhiên ho ặc con

người gây ra biến đổi

khí h ậu - Dự báo

x

S ự tổn thương xã hội, kinh tế, môi trường, thậm chí

y ếu tố chính trị gia tăng dân số tại đô thị

K ỹ thuật (EWS, bảo tồn nguồn nước)

S ử dụng quỹ đất, sự suy thoái nguồn nước

Xu hướng, chính sách

= R ủi ro

Hình 12: Các khu v ực nhiệt đới có bão, lốc xoáy Hình 13 Các khu nhiệt đới vực theo dõi

Hình 14 Mưa bão thường xuyên nhấn chìm Việt

Nam

Hình 15. Nam Định 14.8.2003

Hội thảo khoa học toàn quốc “Sự cố và phòng ngừa sự cố công trình xây dựng”

trong thiết kế

2.6 Khai thác các mỏ than tại Đồng bằng Sông Hồng

thuật và sự cố công trình có thể xảy ra:

bơm hút nước từ lòng đất

- Rủi ro từ việc quản lý đất, nước và sản xuất gạo

được nghiên cứu và thử nghiệm

- Đánh giá tác động kinh tế và đánh giá môi trường nên được thực hiện

Hình 16 Cánh đồng lúa ĐBSH Hình 17 Ruộng bậc thang ở Sapa, Lào Cai

2.7 Khai thác quặng Bô xít và sản xuất Alumin tại Tây Nguyên

Alumin/năm Những thách thức và các vấn đề sau đây thảm họa địa kỹ thuật có thể xảy ra:

- Để sản xuất 15 triệu tấn Alumin / năm, cần phải thực hiện việc xử lý 23 triệu tấn bùn

đỏ Các bãi rác và hồ nước để bảo vệ bùn đỏ cần phải được nghiên cứu cẩn thận Đất và nước có thể bị ô nhiễm Lở đất có thể xảy ra

- Rủi ro từ việc quản lý đất, nước và môi trường

- Năng lượng, cấp thoát nước, phát triển cơ sở hạ tầng cần được xem xét

- Bảo vệ điều kiện tự nhiên như cây cối, rừng, đất, nước và các giá trị văn hóa cần được xem xét và đánh giá

Hình 18 H ồ bùn đỏ ở Ấn Độ Hình 19. Công trường thi công Hồ

ch ứa bùn đỏ tại nhà máy Alumin Nhân

Cơ (ĐăkNông)

2.8 Đồng bằng sông Cửu Long

Các thăm dò và tình hình thực tế của đồng bằng sông Cửu Long được thảo luận trong các nước ASEAN Việc xây dựng đập nước và các nhà máy thủy điện dọc theo sông Mê Kông sẽ có tác động rất lớn đến đất đai và tài nguyên nước trong khu vực này

3 Giải pháp nền móng để giảm thiểu sự cố công trình

3.1 Cọc tiết diện nhỏ

3.3.1 Các đặc tính

dân cư dày đặc, đất cải tiến, và các trụ chống đỡ

- Hình dáng: tròn (rỗng cọc d: 11-20 cm), rỗng 8-15 cm

- Diện tích: Quảng trường: 10 - 25 mm

Chiều dài: 6-25 m

- Thi công bằng búa nhẹ, kích thuỷ lực, và độ rung lên đến 25 m

- Ma sát cọc, tăng diện tích bên

- Khả năng chịu tải từ 100 kN đến 300 kN

rung nhỏ

3.1.2 Áp d ụng

- Cải tạo đất

Hội thảo khoa học toàn quốc “Sự cố và phòng ngừa sự cố công trình xây dựng”

- Gia cường móng các sự cố công trình

30 0 0

30

Z LZ

P

b a

Hình 20: S ử dụng cọc tiết diện nhỏ để giảm thiểu độ lún và rủi ro các công trình trong đô thị

3.1.3 Các công trình áp dụng

- Rất nhiều công trình khác sử dụng công nghệ này

(Tòa nhà t ại Bình Thạnh và Lê Văn Sỹ)

3.2 Cọc khoan nhồi

80 – 100cm

3.2.1 Đặc tính

- D = 800 – 2400mm

- Chiều sâu: 30 – 80m

- Ma sát bên: 90%

3.2.2 Kỹ thuật thi công

Hình 22 Quy trình thi công c ọc khoan nhồi

1 Định vị tim cọc, 2 Bắt đầu khoan, 3 Đặt vách thành cọc, 4 Bơm dung dịch Bentonite,

5 Khoan đến độ sâu thiết kế, 6 Làm sạch đầu cọc, 7 Mở rộng đầu cọc, 8 Đo độ sâu, 9 Lắp đặt

12, 13 Đổ bê tông, 14 Hoàn thành đổ bê tông với mũi cọc mở rông, rút thép vách thành cọc

3.2.3 Các công trình áp dụng

Hình 23 Khách s ạn Melia Hà Nội, sử dụng cọc khoan nhồi (1995)

Đơn vị thi công là Công ty VIC

3.2.4 Bình luận

sức chịu cho phép Hầu hết các cọc nhồi và cọc ép ở Việt Nam là cọc ma sát

- Các cọc đóng là giải pháp kinh tế hơn so với cọc nhồi

Hội thảo khoa học toàn quốc “Sự cố và phòng ngừa sự cố công trình xây dựng”

sánh giữa cường độ bê tông ( nền đất và chiều dài) của một cọc và tải trọng cho phép

- Điều rất quan trọng là làm sạch đáy cọc trước khi đúc bê tông

3.3 Cọc đóng và cọc ép

3.3.1 Các đặc tính

- Kích thước điển hình

+ Diện tích cọc 300 – 400

+ Sức chịu tải: 1000 - 3000 kN

+ Ưu điểm:

+ Giảm thiểu độ rung và tiếng ồn (cọc ép)

+ Thi công dễ

+ Kiểm tra chất lượng và quản lý chất lượng dễ thực hiện

3.3.2 Kỹ thuật thi công cọc ép

Đối trọng là trọng lượng của khối bê tông

Đối trọng là trọng lượng của tòa nhà

Hình 24 Quy trình thi công c ủa cọc ép

3.33 Công trình áp dụng

3.3.4 Phạm vi áp dụng

- Nền móng công trình

- Công trình 3 tầng

- Cọc ép sau, sử dụng tải trọng của công trình làm đối trọng

- Công trình 9 tầng

3.3.5 Bình luận

- Sử dụng bê tông cường độ cao

- Quản lý chất lượng dễ dàng hơn cọc khoan nhồi

- Hiệu quả kinh tế cao

- Gia tăng lực ma sát ngang nếu sử dụng cọc rỗng

- Có thể sử dụng cọc bê tông dự ứng lực

- Giảm thiểu rủi ro và thảm họa địa kỹ thuật

3.4 Móng cọc cho các hang Carsto ở Việt Nam

xi măng đầu tiên là Xi măng Hoàng Thạch (Hải Dương) và Xi măng Bỉm Sơn (Thanh Hóa), cả hai nhà máy được xây dựng từ năm 1978 – 1983 Trong quá trình xây dựng,

cao 56m, đường kính 18m và áp lực là 700kPa Giải pháp nền móng sử dụng là:

cứng

- Làm sạch ống bằng nước và áp suất khí

- Lắp đặt cốt thép

- Đổ bê tông

e b d

a cavity 3.9 m of high

b concrete hollow pile

D = 55 cm , d = 36 cm

c steel pile

e concrete

P = 4500 KN

= 25 m

a cavity 1 - 3 m

b concrete hollow pile

35 x 35 cm , d = 16 cm

c steel pile

a c

= 1 - 3 m

b d

P = 700KN

= 12 m

c

a

= 25 m

Hình 25 Gi ải pháp xử lý móng tại hang ngầm (Kỹ thuật được sáng tạo bởi Việt Nam)

Hội thảo khoa học toàn quốc “Sự cố và phòng ngừa sự cố công trình xây dựng”

3.5 Móng vỏ nón

1981 Ưu điểm của móng vỏ nón là giảm được khối lượng thép và bê tông sử dụng

- Thi công dễ dàng

a b

t

1 - 1,5 m

P = 700 KN

150 - 200 cm

Hình 26 Móng v ỏ nón

(được áp dụng đầu tiên tại công trình Bộ Văn hóa, 51 Ngô Quyền, Hà Nội)

3.6 Tường cứng, neo đất và tầng hầm

Thi công hố đào và xây dựng tầng hầm của một tòa nhà cao tầng cần phải sử dụng

tiên sử dụng công nghệ này là tòa nhà Vietcombank (198 Trần Quang Khải, Hà Nội,

Hình 28 Hàng cáp neo đầu tiên Hình 29 Hoàn thiện neo một tường cứng

Hình 30 Hàng đầu tiên của neo đất hoàn thành Hình 31 Đang thi công neo đất tường cứng

Hình 32 M ột góc tầng hầm tòa nhà Keangnam Hà Nội

4 Gia cường đất

4.1 Sử dụng cọc đất xi măng để gia cường đất

Do khó khăn để sử dụng vôi ở Việt Nam và thiếu các ngành công nghiệp vôi, xi măng đã được sử dụng để thay thế cho vôi, đó là nghiên cứu và thay đổi của Viện Khoa học công

đất Sự kết hợp giữa đất và xi măng tạo cho nền đất trở thành 'bê tông cường độ thấp' và

ngày nay trở thành phương pháp phổ biến nhất để cải thiện đất Các cột xi măng làm việc

như một hệ cọc, giảm độ lún và tăng sức chịu tải của đất Các bồn chứa xi măng, đất đắp,

các cột xi măng

Hình 33, 34 Các b ồn chứa dầu sử dụng phương pháp gia cường đất bằng cọc đất xi măng

T ại Trà Nóc, Cần Thơ và Nhà Bè