Phương pháp và công nghệ chung khảo sát địa chất công trình

Định nghĩa, cấu trúc thông tin địa chất công trình Khi quy hoạch và thiết kế hệ thống tự nhiên – kỹ thuật HTK cần có các thông tin Th.T ban đầu về kinh tế - xã hội gọi là Th.T quy hoạch

Phương pháp và công nghệ chung khảo sát

địa chất công trình

Phạm Văn Tỵ Trường Đại học Mỏ - Địa chất Đông Ngạc, Từ Liêm, Hà Nội

1 Giới thiệu

Khảo sát địa chất công trình (ĐCCT) nhằm thu nhận thông tin (ThT) ĐCCT phục vụ hoạt động kinh tế - công trình (KT-CT) Để có được ThT tối ưu cần làm sáng tỏ những ThT phải thu nhận, lựa chọn phương pháp phù hợp để sản xuất ThT và công nghệ khảo sát hợp lý Trong mục

từ này xem xét tính chất và tối ưu ThT ĐCCT; phân loại các phương pháp thu nhận ThT; nội dung các phương pháp tổng hợp thu nhận ThT ĐCCT như đo vẽ, thăm dò, quan trắc động thái;

sơ đồ công nghệ khảo sát và những vấn đề liên quan với báo cáo kết thúc khảo sát/nghiên cứu như: bản đồ ĐCCT, phân vùng ĐCCT, bản thuyết minh điều kiện ĐCCT Toàn bộ công tác ĐCCT phục vụ hoạt động KT-CT là một quá trình công nghệ thống nhất gồm nhiều bước, tương ứng các bước của hoạt động KT-CT, từ quy hoạch, thiết kế, thi công đến khai thác công trình/hệ thống tự nhiên kỹ thuật (HTK) Quan trắc động thái là công tác ĐCCT chủ yếu khi khai thác các HTK Quan trắc để kiểm soát sự biến đổi môi trường địa chất dưới tác động của các yếu tố tự nhiên và kỹ thuật.Các ThT thu nhận được từ quan trắc động thái là cơ sở để chuẩn đoán mức độ

an toàn của công trình và giải quyết vấn đề tối ưu hóa tương tác giữa các hoạt động KT-CT với môi trường, tức là khai thác hợp lý và bảo vệ môi trường địa chất

2 Thông tin địa chất công trình

2.1 Định nghĩa, cấu trúc thông tin địa chất công trình

Khi quy hoạch và thiết kế hệ thống tự nhiên – kỹ thuật (HTK) cần có các thông tin (Th.T) ban đầu về kinh tế - xã hội (gọi là Th.T quy hoạch) và các điều kiện, tài nguyên tự nhiên.Ở những giai đoạn trước thiết kế, Th.T quy hoạch giữ vai trò quan trọng.Trong quá trình (QT) thiết

kế, Th.T về điều kiện tự nhiên ngày càng có ảnh hưởng lớn đến HTK tương lai.Sau khi chọn vị trí xây dựng, Th.T thu nhận trong QT khảo sát địa chất công trình (ĐCCT) – Th.T ĐCCT giữ vai trò chủ yếu, ảnh hưởng quyết định đến sự tổ hợp các công trình trên diện tích xây dựng, kết cấu công trình và cấu trúc của HTK Trong QT xây dựng và khai thác công trình, Th.T này còn được sử dụng để điều chỉnh bản vẽ thi công và phương cách tiến hành công tác xây dựng, để tối

ưu hóa QT điều khiển sự vận động của HTK

Th.T ĐCCT là kiến thức về cấu trúc (CT), tính chất (TC) và sự vận động của môi trường địa chất (MTĐC)/địa hệ (ĐH) – các hợp phần của điều kiện ĐCCT, được dùng để đánh giá trạng thái hiện đại của nó và dự báo (DB) các QT ĐCCT Các hợp phần của điều kiện ĐCCT có quan

hệ nhân quả và liên hệ tương hỗ với nhau tạo thành hệ thống (HT) kiến thức về đối tượng nghiên cứu: HT này gọi là HT ĐCCT Th.T ĐCCT với quan niệm như là HT có CT Chia ra Th.T tích lũy và Th.T nghiệp vụ Th.T tích lũy là Th.T thu nhận được từ kết quả công tác địa chất trước đây có trong các tài liệu tham khảo, lưu trữ và trong các HT tìm kiếm Th.T Th.T nghiệp vụ được rút ra từ kết quả khảo sát và nghiên cứu ĐCCT Th.T ĐCCT còn được chia ra Th.T định tính và Th.T định lượng, Th.T đặc thù và Th.T động thái.Th.T đặc thù là kiến thức về

CT, TC của MTĐC, về các QT địa chất ngoại sinh Các Th.T này được sản xuất ra trong QT đo

vẽ, thăm dò ĐCCT và các dạng công tác đặc thù khác Th.T động thái là Th.T về trạng thái của

625

ĐH ở các thời điểm khác nhau, tức là kiến thức về sự biến đổi CT, TC của MTĐC, về QT địa chất ngoại sinh (bao gồm ĐCCT) thu được từ QT quan trắc động thái vận động của ĐH Ngoài

ra còn phân biệt Th.T theo dạng trình bầy: mô tả, biểu đồ, con số, phân tích (mối liên hệ tương

hỗ giữa các TC, các QT địa chất ngoại sinh, hàm, trường thông số địa chất)

2.2 Tính chất của thông tin ĐCCT

Những đặc trưng về Th.T ĐCCT cần xem xét là tính khép kín, đầy đủ, số lượng, độ chính xác, độ tin cậy

Th.T ĐCCT mô tả CT, TC của MTĐC và sự vận động của nó (với ĐH động), vì thế cần đặt vấn đề Th.T ĐCCT có khép kín (phủ kín) hay không vùng MTĐC nghiên cứu, tức là xem xét những giới hạn không gian (KG) hoặc không gian – thời gian (KG-TG) của ĐH nghiên cứu (KG vật lý) và của Th.T ĐCCT/HT ĐCCT (KG dấu hiệu) Th.T ĐCCT là khép kín khi ranh giới của

HT ĐCCT trùng với ranh giới ĐH nghiên cứu, ngược lại là không khép kín.Khi đó có thể xuất hiện 2 trường hợp.Trường hợp đầu ranh giới của ĐH nghiên cứu nằm trong ranh giới của HT ĐCCT (KG Th.T ĐCCT đã có lớn hơn KG vùng MTĐC nghiên cứu).Trường hợp thứ hai – ranh giới HT ĐCCT nằm trong ranh giới ĐH nghiên cứu (chỉ có kiến thức về điều kiện ĐCCT của một phần trong ĐH nghiên cứu) Khi đó cần khảo sát ĐCCT bổ sung

Th.T ĐCCT cần đáp ứng yêu cầu đầy đủ, tức là những kiến thức về TC, CT và sự vận động của MTĐC phải đủ và cần thiết để giải quyết các nhiệm vụ công trình khi quy hoạch, thiết kế, thi công và khai thác HTK Khi Th.T ĐCCT không đáp ứng được yêu cầu trên là không đầy đủ.Th.T ĐCCT là thừa khi tổng thể Th.T có về MTĐC vượt quá tập hợp Th.T cần có để giải quyết nhiệm vụ công trình Đánh giá Th.T ĐCCT là đủ hay không đủ phụ thuộc vào mục đích

sử dụng nó

Số lượng là đặc trưng quan trọng của Th.T ĐCCT, tuy nhiên đánh giá về số lượng Th.T ĐCCT là vấn đề rất phức tạp và cho tới nay vẫn chưa được giải quyết hoàn toàn Khó khăn chính là do khối lượng (và cả chất lượng) Th.T ĐCCT được quyết định không chỉ bởi TC của MTĐC, mà còn bởi mục đích của công tác ĐCCT

Vấn đề độ chính xác và xác suất tin cậy của Th.T ĐCCT chưa được nghiên cứu đầy đủ, mới chỉ giải quyết được đối với các chỉ tiêu tính chất cơ lý của đất, các kết quả này được phản ánh trong các tiêu chuẩn xây dựng Thí dụ, quy định Th.T ĐCCT (chỉ tiêu của đất) chuyển giao cho người thiết kế ở giai đoạn thiết kế kỹ thuật và lập bản vẽ thi công phải đáp ứng độ tin cậy 0,95 khi tính nền theo khả năng chịu tải và 0,85 – khi tính theo biến dạng Với các cấp và dạng công trình khác nhau có yêu cầu về độ tin cậy không giống nhau

2.3 Tối ưu thông tin

Tối ưu Th.T là cốt lõi của vấn đề tối ưu hóa công tác ĐCCT Tối ưu Th.T ĐCCT là xác định khối lượng cần và đủ tối thiểu các Th.T có chất lượng đáp ứng các yêu cầu khép kín, đầy đủ, có tính đại diện đồng đều, độ chính xác và độ tin cậy như nhau để giải quyết nhiệm vụ công trình Các Th.T này cần được thu nhận bằng các phương pháp hiệu quả, năng suất và hợp lý nhất về kinh tế Tối ưu Th.T ĐCCT cần đáp ứng các yêu cầu sau:

Thứ nhất: Th.T ĐCCT cần phải khép kín như đã nêu ở phần trên Để đáp ứng yêu cầu này cần xác định chiều sâu nghiên cứu MTĐC.Nếu qua tính toán sơ bộ đã xác định được ranh giới, khối lượng và cấu trúc quyển tương tác thì chiều sâu nghiên cứu được xác định

Yêu cầu thứ hai: được rút ra từ nguyên tắc tính đại diện đồng đều (như nhau) của các điểm

đo thông số địa chất Yêu cầu như sau: Những phần bằng nhau về khối lượng (của thể địa chất)

đồng nhất theo một dấu hiệu nào đó cần được đặc trưng bằng những Th.T về dấu hiệu ấy Khối lượng Th.T cần tỷ lệ thuận với mức độ phân tán của dấu hiệu trong phần đồng nhất.Tính đại diện đồng đều của Th.T ĐCCT có thể được định trước bằng phân bố KG các công tác ĐCCT (hoặc bằng chế độ TG quan trắc động thái).Các nguyên tắc toán địa chất giúp giải quyết vấn đề này

Yêu cầu thứ ba: Toàn bộ khối lượng Th.T ĐCCT cần có xác suất tin cậy và độ chính xác tương đối như nhau Từ yêu cầu này rút ra: Khối lượng Th.T ĐCCT phụ thuộc vào mức độ phân tán (không đồng nhất) của điều kiện ĐCCT Mức độ phân tán của chỉ tiêu nào đó càng cao thì khối lượng công tác ĐCCT cần thực hiện càng lớn

Yêu cầu thứ tư: Th.T ĐCCT để giải quyết nhiệm vụ công trình cần đầy đủ theo danh mục các tính chất của MTĐC đề ra trong đề cương khảo sát Danh mục này đáp ứng yêu cầu nếu từ những nguồn tài liệu thu thập khi lập đề cương khảo sát người ĐCCT mường tượng được đặc điểm các tính chất và QT địa chất ở vùng sẽ nghiên cứu rồi thể hiện yêu cầu tìm hiểu đầy đủ chúng trong đề cương Ngoài ra, cần có sự trao đổi giữa người lập đề cương khảo sát với người thiết kế để rõ hơn về đặc điểm công trình và những Th.T ĐCCT cần cung cấp

Yêu cầu thứ năm là Th.T ĐCCT cần được sản xuất và cung cấp kịp thời cho người sử dụng Tóm lại, Th.T quyết định dạng và khối lượng công tác ĐCCT Người lập đề cương khảo sát cần hình dung rõ ràng về tối ưu Th.T ĐCCT, có như vậy đề cương mới đạt yêu cầu về phương pháp, khối lượng, tổ chức và kinh tế

2.4 Phân loại các phương pháp thu nhận thông tin ĐCCT

ĐCCT sử dụng nhiều phương pháp (PP) khác nhau để thu nhận Th.T về CT, TC và sự vận động của MTĐC, do vậy cần xây dựng hệ thống (HT) phân loại các PP này Ở bậc thứ nhất của

HT cần phân biệt các PP thu nhận Th.T nghiệp vụ (do khảo sát ĐCCT sản xuất ra) – M11 và PP thu nhập Th.T tích lũy – M12 Trong thực tế khảo sát và nghiên cứu ĐCCT, MTĐC hoặc được giả định như không biến đổi theo thời gian, do vậy chỉ khảo sát một lần (khi nghiên cứu ĐCCT khu vực), hoặc xét tới sự biến đổi của nó theo thời gian vật lý (QT địa chất) Tương ứng với các quan điểm này, các PP thu nhận Th.T nghiệp vụ được phân ra: PP thu nhận Th.T một lần (ở thời điểm khảo sát) – M21

và PP thu nhận Th.T ở các thời điểm khác nhau (quan trắc động thái) – M22

Trong khảo sát ĐCCT thường nghiên cứu một tập hợp các TC của MTĐC – các hợp phần của điều kiện ĐCCT Để thực hiện điều đó người ta kết hợp một số PP riêng lẻ vào một PP tổng hợp thống nhất như các PP đo vẽ, thăm dò ĐCCT,… Các PP tổng hợp cho phép đồng thời thu nhận nhiều Th.T Khác với PP tổng hợp, PP đơn (riêng lẻ) về cơ bản chỉ thu nhận Th.T về một

TC của MTĐC như các PP xác định TC cơ lý của đất đá ở phòng thí nghiệm và ở hiện trường

Vì thế, từ cấp M21

và M22 phân ra cấp tiếp theo là M31 – PP đơn và M32 – PP tổng hợp ĐCCT là một trong các khoa học Địa chất nghiên cứu thạch quyển, MTĐC, do vậy ngoài các PP chuyên của mình nó còn sử dụng rộng rãi các PP thu nhận Th.T chung của Địa chất như PP quan sát,

mô tả (đo vẽ) địa chất, quan sát hàng không, giải đoán ảnh viễn thám, khoan, đào,… Tương ứng,

từ M31 và M32 phân ra cấp tiếp theo là M41 – các PP chuyên của ĐCCT và M42 – các PP chung của Địa chất Cuối cùng, theo đặc điểm đánh giá TC của MTĐC, các PP thu nhận Th.T ĐCCT (M41 và M42) được phân ra: PP trực tiếp – M51

và PP gián tiếp – M52 PP trực tiếp là PP xác định, đánh giá hoặc đo trực tiếp TC của MTĐC Thuộc PP này có rất nhiều PP mà ĐCCT thường dùng như PP xác định thành phần, TC vật lý, TC đối với nước, TC cơ học (tính biến

627

dạng, độ bền kháng nén, kháng kéo, kháng cắt, kháng xuyên,…) của đất đá, áp lực nước trong lỗ rỗng và khe nứt, tốc độ truyền sóng, ứng suất trong đất đá,… PP gián tiếp là PP cho phép thu nhận Th.T gián tiếp, dựa vào Th.T này có thể đánh giá các hợp phần của điều kiện ĐCCT Thuộc PP gián tiếp như các PP chỉ thị cảnh quan, chỉ thị địa chất,… Sơ đồ phân loại các PP thu nhận Th.T ĐCCT được trình bầy trong hình dưới đây

3 Đo vẽ ĐCCT

Đo vẽ ĐCCT là phương pháp (PP) tổng hợp thu nhận Th.T về các hợp phần của điều kiện ĐCCT bằng cách quan sát, mô tả tại hiện trường các tính chất của MTĐC, bằng giải đoán ảnh viễn thám cùng một số PP khác (khoan, đào, lấy mẫu, địa vật lý,…) được bổ sung Đo vẽ ĐCCT được thực hiện tại vùng dự định khai thác kinh tế lãnh thổ, vùng phân bố các phương án công trình dạng tuyến, các diện tích xây dựng Đo vẽ ĐCCT nhằm mục đích: luận chứng về địa chất

sơ đồ phát triển và phân bố các lĩnh vực kinh tế quốc dân; đánh giá so sánh điều kiện địa chất để chọn diện tích xây dựng và tuyến công trình; phân bố các công trình riêng lẻ trên diện tích xây dựng; thiết lập hệ thống quan trắc dự báo sự biến đổi các tính chất của MTĐC khi khai thác lãnh thổ,…

Tùy theo mục đích, có thể đo vẽ ĐCCT với tỷ lệ trung bình hoặc lớn Tỷ lệ trung bình: 1:100.000 ÷ 1:500.000 Tỷ lệ lớn (bao gồm cả chi tiết): 1:50.000 và lớn hơn Đo vẽ ĐCCT quốc gia được thực hiện ở tỷ lệ 1:200.000 Khi chưa có bản đồ địa chất và địa chất thủy văn cùng tỷ lệ thì tiến hành đo vẽ địa chất, địa chất thủy văn, ĐCCT tổng hợp Đo vẽ ĐCCT quốc gia là đo vẽ với mục đích chung để luận chứng sơ đồ phát triển và phân bố các lĩnh vực kinh tế cũng như sức sản xuất Đo vẽ ĐCCT tỷ lệ lớn thường là đo vẽ với mục đích chuyên tức là nhằm giải quyết

Hình 1 Sơ đồ phân loại các phương pháp thu nhận thông tin ĐCCT (Theo G.K.Bondarik)

M 4

M

5

M

5

M 4 2

M

5

M

5

M 4 1

M

5

M

5

M 4 2

M

5

M

5

M 4

M

5

M

5

M 4 2

M

5

M

5

M 4

M

5

M

5

M 4 2

M

5

M

5

M 3 2 M

3 1 M

3

M 3 1

M 2

M 2

M 1 1

M 1

M

nhiệm vụ thiết kế các dạng xây dựng riêng Sản phẩm chính của đo vẽ ĐCCT là bản đồ điều kiện ĐCCT

Thành phần của đo vẽ ĐCCT gồm: quan sát, mô tả (đo vẽ) ở mặt đất và từ máy bay, giải đoán ảnh viễn thám, các công tác khoan, đào, lấy mẫu, địa vật lý và một số PP chuyên như xuyên động, xuyên tĩnh,… Thành phần công tác này có thể thay đổi do điều kiện tự nhiên (bao gồm cả điều kiện địa chất) và tỷ lệ đo vẽ Trong đo vẽ ĐCCT cần chú ý tính kế tiếp của các PP riêng lẻ để sử dụng kết quả của các PP tiến hành trước PP đo vẽ ĐCCT tỷ lệ trung bình và tỷ lệ lớn có nhiều nét khác nhau

3.1 Đo vẽ ĐCCT tỷ lệ trung bình

Ngày nay khi đo vẽ ĐCCT tỷ lệ trung bình những phần lãnh thổ rộng thường dùng PP khoảnh chìa khóa (KCK) Những tiến bộ trong sử dụng ảnh vũ trụ - hàng không vào lập bản đồ địa hình đã kéo theo sự phát triển các PP giải đoán địa chất, cảnh quan, ĐCCT,… và PP chỉ thị cảnh quan Sự làm rõ khả năng của những chỉ thị cảnh quan điều kiện ĐCCT cũng như độ chính xác cao của việc lập bản đồ ĐCCT từ các tài liệu vũ trụ - hàng không cho phép tập trung các công tác thực địa khi đo vẽ ĐCCT vào những khoảnh riêng, điển hình đối với vùng đo vẽ

PP KCK dựa vào PP ngoại suy được sử dụng trong Địa chất, tính biến đổi của MTĐC và chỉ thị cảnh quan điều kiện ĐCCT đã được làm sáng tỏ trong quá trình công tác thực địa PP ngoại suy ứng dụng tính đồng nhất về cấu trúc và tính chất của MTĐC do kết quả tương tác của các trường vật lý nhất định trong tiến trình lithogenez, từ đó cho phép tìm ra các đới, khoảnh đồng nhất và vạch ra các tiêu chí ngoại suy Đặc điểm và phương biến đổi chính của MTĐC được xác định hoặc theo kết quả của những nghiên cứu ĐCCT đã tiến hành, hoặc theo đánh giá nhanh tính biến đổi của chỉ tiêu nào đó của đất đá,…

PP chỉ thị cảnh quan được xây dựng dựa vào mối liên hệ tương hỗ giữa cấu trúc địa chất, các điều kiện địa chất thủy văn, ĐCCT,… với những hợp phần của cảnh quan, nó cho phép đánh giá nhanh, gián tiếp đặc điểm biến đổi thành phần và một số tính chất của đất đá ở phần cận mặt đất theo cấu trúc biểu hiện trên ảnh của phức hệ/tổng thể tự nhiên lãnh thổ (TTL) và dùng cấu trúc này làm tiêu chí tổng hợp để ngoại suy Như vậy KCK là diện tích nhỏ nhất trên đó có khá đầy đủ các đối tượng mà người nghiên cứu quan tâm, được lựa chọn làm điển hình để tiến hành tổng hợp các nghiên cứu ĐCCT thực địa Một loạt các KCK được liên kết với nhau bằng những quan sát liên tục sự biến đổi một hợp phần nào đó của điều kiện ĐCCT Như thế tạo ra lộ trình chuẩn Tùy theo mục đích, các KCK có thể là chung hay chuyên

KCK mục đích chuyên dùng để nghiên cứu những phần lãnh thổ có đặc điểm riêng về điều kiện ĐCCT Chọn vị trí các KCK chuyên dựa vào các Th.T ĐCCT tích lũy, tài liệu giải đoán ảnh viễn thám,…

KCK mục đích chung dùng làm sáng tỏ những điều kiện ĐCCT đặc trưng, điển hình đối với lãnh thổ nghiên cứu Trên các KCK này cần nghiên cứu hướng và đặc điểm biến đổi các hợp phần của điều kiện ĐCCT Một KCK không thể giải quyết các nhiệm vụ của đo vẽ ĐCCT, nhưng tất cả các KCK nhất thiết phải cho Th.T đầy đủ về các hợp phần của điều kiện ĐCCT Các KCK mục đích chung có thể là trung tâm, tức là phân bố ở trung tâm của thể địa chất nghiên cứu, cũng có thể là ranh giới Các KCK ranh giới cắt ngang ranh giới các thể địa chất, dùng để nghiên cứu định tính và định lượng thành phần, trạng thái, tính chất của MTĐC ở vùng ranh giới Thí dụ, có thể bố trí các KCK loại này trong thung lũng sông theo phương cắt qua tất

cả hay phần lớn các yếu tố cấu trúc của thung lũng

629

Xác định số lượng, kích thước, vị trí các KCK mục đích chung là vấn đề phức tạp Trước hết cần phân chia vùng nghiên cứu ra các đơn vị lãnh thổ đồng nhất về điều kiện ĐCCT Việc phân chia như thế và chọn vị trí các KCK phụ thuộc vào mức độ nghiên cứu vùng.Với những vùng đã rõ về hướng biến đổi chính của điều kiện ĐCCT thì các KCK được chọn để có thể theo dõi đặc điểm biến đổi Dựa vào bản đồ địa chất, các tài liệu nghiên cứu ĐCCT đã có, bản đồ chỉ thị cảnh quan hay sơ đồ giải đoán ảnh vũ trụ - hàng không để phân bố các KCK Các khoảnh này cần có mặt ở tất cả các phức hệ địa tầng – nguồn gốc đất đá, các yếu tố cấu trúc chính, tất cả các loại quá trình địa chất hiện đại, các kiểu TTL chính,…

Với những vùng chưa có những nghiên cứu ĐCCT thì công tác giải đoán ảnh vũ trụ - hàng không để lập sơ đồ các vùng cảnh quan, sơ đồ điều kiện ĐCCT cần đi trước Dựa vào các tài liệu này để nhận định sự đa dạng của điều kiện ĐCCT, các phương biến đổi chính, từ đó định vị trí các KCK mục đích chung và chuyên, vạch các lộ trình chuẩn và mặt cắt chuẩn (theo các phương biến đổi chính) Sau đó tiến hành đo vẽ lãnh thổ theo lộ trình và thực hiện các công tác địa vật lý, xuyên,… trên các mặt cắt chuẩn (theo phương 1, 2), thu nhận chuỗi giá trị ngẫu nhiên của các chỉ tiêu tính chất theo 1, 2, từ đó đánh giá động thái biến đổi KG các giá trị của chỉ tiêu Dựa vào kết quả này có thể xác định được chiều rộng của đới (các đới) tựa đồng nhất, làm chính xác các vị trí KCK, tính toán các thông số của HT các điểm thu nhận Th.T Khoảng cách giữa các điểm quan sát (địa vật lý, xuyên,…) trên mặt cắt (tuyến) chuẩn được xác định theo kinh nghiệm hoặc tính ra (dựa vào động thái biến đổi của chỉ tiêu thu được trên một đoạn thí nghiệm trước dài 5-7km của tuyến chuẩn)

Lộ trình chuẩn thường được vạch ra qua các phần phát triển các quá trình địa chất (đới đứt gẫy hoạt động, đường đi của dòng lũ bùn đá, sườn dốc trượt,…), ngang thung lũng sông, dọc các

bờ bị xâm thực, xói lở, dọc các công trình dạng tuyến bị phá hoại bởi QT ĐCCT Các lộ trình chuẩn thường kết nối một số KCK

Nghiên cứu ĐCCT tỷ mỉ (đo vẽ địa chất, khoan, đào, lấy mẫu,…) được tiến hành trên các KCK và tại những vị trí có ý nghĩa quan trọng về địa chất Tỷ lệ nghiên cứu ở KCK là 1:25.000 (khi tỷ lệ đo vẽ vùng là 1:200.000) hoặc 1:50.000 (khi tỷ lệ đo vẽ là 1:500.000) Số lượng và khoảng cách các điểm thu nhận Th.T được xác định theo tiêu chuẩn đo vẽ ĐCCT ở tỷ lệ tương ứng hoặc bằng tính toán (dựa vào tài liệu thu nhận được trên các mặt cắt chuẩn) Chiều sâu nghiên cứu cần đủ để làm sáng tỏ quy luật hình thành các hợp phần của điều kiện ĐCCT, làm rõ mối liên hệ giữa tính chất của phần thạch quyển cận mặt đất với tính chất của phần nằm dưới và với QT địa chất ngoại sinh Chiều sâu khoan được xác định bằng chiều sâu ranh giới dưới của quyển tương tác có thể của MTĐC với công trình, thường trong khoảng trên, dưới 20m Đối với các thể địa chất đơn đá cấp 1 giá trị các chỉ tiêu đưa ra ở dạng khoảng biến đổi Xác suất tin cậy đánh giá các chỉ tiêu phân loại không vượt quá 0,8 Trên mặt cắt ĐCCT của KCK phải phân chia tới các thể địa chất đơn đá cấp 2, đánh giá giá trị trung bình chỉ tiêu phân loại của chúng Trên các KCK tiến hành nghiên cứu chỉ thị cảnh quan, làm rõ mối liên hệ giữa kết quả khoan, đào, lấy mẫu,… với các hợp phần tương ứng của TTL (địa hình, lớp phủ thực vật, các yếu tố thủy văn,…), từ đó ngoại suy Th.T ĐCCT thu được từ các KCK ra vùng tựa đồng nhất về điều kiện ĐCCT được phân chia theo sơ đồ phân vùng cảnh quan Kiểm tra tính đúng đắn của ngoại suy bằng quan sát thực địa

3.2 Đo vẽ ĐCCT tỷ lệ lớn

Đo vẽ ĐCCT tỷ lệ lớn trong đa số trường hợp là đo vẽ chuyên môn, thu nhận Th.T để đánh giá, tính toán các QT ĐCCT,vì thế có yêu cầu cao hơn về tính đầy đủ, định lượng, khép kín, độ

chính xác và xác suất tin cậy của Th.T Do vậy khối lượng công tác địa vật lý, khoan, đào, lấy mẫu và các công tác chuyên ĐCCT ở hiện trường và phòng thí nghiệm tăng lên Càng tăng tỷ lệ nghiên cứu thì khối lượng các dạng công tác này càng lớn Khi đo vẽ ĐCCT tỷ lệ lớn phải nghiên cứu toàn diện tích chứ không chỉ ở các khoảnh chìa khóa Các điểm thu nhận Th.T trong phạm vi đo vẽ phải phân bố ở tất cả các vị trí có ý nghĩa về địa chất và với công trình Trong các văn bản quy phạm hiện hành về đo vẽ ĐCCT, số lượng điểm quan sát (và tỷ lệ % các công trình khoan đào trong đó) được xác định phụ thuộc vào tỷ lệ đo vẽ và cấp phức tạp của điều kiện ĐCCT Cần chỉ ra rằng, đó chủ yếu là số liệu kinh nghiệm, chưa được luận chứng khoa học Trong đo vẽ ĐCCT tỷ lệ lớn vai trò của công tác lấy mẫu và thí nghiệm tăng lên đáng kể Tùy thuộc vào mục đích và tỷ lệ đo vẽ, MTĐC trong phạm vi chiều sâu có thể của quyển tương tác (QTT) cần phân chia ra các thể địa chất đơn đá cấp 1, 2 và cả cấp 3 (đo vẽ tỷ lệ 1:1.000 – 1:2.000) Những thể này được đặc trưng bằng những giá trị thống kê các chỉ tiêu tính chất thu nhận được bằng các PP chuyên ở hiện trường và phòng thí nghiệm Xác suất tin cậy đánh giá chỉ tiêu không nhỏ hơn 0,85 Cần xác định các chỉ tiêu đánh giá độ bền và biến dạng của đất đá trong phạm vi chiều sâu QTT

Công tác địa chất thủy văn (ĐCTV) nhằm xác định thế nằm và sự phân bố, động thái, thành phần hóa học của nước dưới đất, xác định các thông số ĐCTV của các tầng chứa nước và đất đá trong phạm vi chiều sâu QTT Trong trường hợp điều kiện ĐCTV đơn giản cần nghiên cứu tầng nước ngầm thứ nhất tính từ mặt đất, mực nước và dao động mực nước, sự phân bố, hướng vận động, thành phần hóa học, tính ăn mòn của nước ngầm Với một vài dạng đo vẽ chuyên môn tỷ

lệ lớn (phục vụ xây dựng công trình thủy, cải tạo thổ nhưỡng,…) cần tiến hành khối lượng lớn công tác thí nghiệm thấm (đổ nước, ép nước, hút nước,…) nhằm thu nhận Th.T để tính toán các

QT thấm, dâng cao mực nước ngầm (bán ngập), nước chẩy vào hố móng, bục nước có áp,… Với các QT địa chất ngoại sinh cần tiến hành các công tác địa vật lý, khoan, đào, chuyên ĐCCT và ĐCTV để làm sáng tỏ và khoanh những vùng có cấu trúc không ổn định, làm rõ điều kiện phát triển (điều kiện địa chất và bên ngoài), nguyên nhân, cơ chế và, nếu có thể, thu nhận ThT về động thái của QT

Các tài liệu thu được từ đo vẽ ĐCCT là cơ sở để lập bản đồ ĐCCT

4 Thăm dò ĐCCT

Thăm dò (TD) ĐCCT là phương pháp (PP) tổng hợp thu nhận thông tin (ThT) về điều kiện ĐCCT của một vùng MTĐC/thạch quyển Trong TD ĐCCT có các công tác: khoan, đào, thí nghiệm ĐCCT, địa chất thủy văn (ĐCTV), lấy mẫu các loại đất đá và xác định tính chất của chúng ở phòng thí nghiệm, mô tả địa chất hố móng, quan trắc động thái Khác với đo vẽ ĐCCT, trong thành phần của TD ĐCCT không có quan sát, mô tả (đo vẽ) địa chất tại mặt đất và từ máy bay, không có giải đoán không ảnh Trong TD ĐCCT phân ra các dạng: TD sơ bộ, TD tỷ mỉ và

TD bổ sung, thành phần, khối lượng các công tác, sự phân bố chúng trong không gian (KG) và đặc điểm thu nhận ThT ở các dạng TD này không giống nhau

Thăm dò sơ bộ (TDSB): tiến hành trên diện tích đã được lựa chọn để xây dựng Mục đích

chính của thiết kế sau khi chọn được diện tích xây dựng là bố trí hợp lý các công trình trên đó (xác định tổng mặt bằng) và tính toán sơ bộ nền công trình.Vì thế người thiết kế cần được cung cấp các ThT về mặt cắt địa chất, tính chất của đất đá, mực nước và thành phần hóa học của nước ngầm ở vị trí bất kỳ trong diện tích đó Do vậy sự phân bố các công tác TD cần bao quát toàn diện tích xây dựng với mức độ đồng đều nào đó để có thể lập mặt cắt ĐCCT theo phương tùy ý

631

nhằm lập sơ đồ tính toán và tính sơ bộ nền móng Khoảng cách giữa các điểm thu nhận ThT (khoan, đào, địa vật lý, xuyên,…) được xác định hoặc dựa vào các Tiêu chuẩn khảo sát ĐCCT, hoặc bằng tính toán (theo các nguyên tắc toán địa chất) Theo chiều sâu dự kiến quyển tương tác (QTT) để định chiều sâu nghiên cứu

Trong TDSB ĐCCT, MTĐC được phân chia ra các thể địa chất (TĐC) đơn đá cấp 2, do vậy công tác lấy mẫu và thí nghiệm cần xác định chủ yếu các chỉ tiêu phân loại của đất nhằm: tìm ra quy luật biến đổi KG tính chất của MTĐC; đánh giá giá trị trung bình các chỉ tiêu phân loại đối với mỗi TĐC đơn đá cấp 2 Dựa vào kết quả này, theo các Tiêu chuẩn xây dựng có thể tra được giá trị trung bình các chỉ tiêu của loại đất tương ứng để tính sơ bộ nền Khối lượng mẫu cần lấy được tính xuất phát từ nhu cầu thu nhận ThT để đánh giá giá trị các chỉ tiêu phân loại đối với TĐC đơn đá cấp 2 với xác suất tin cậy 0,85 khi tính toán theo biến dạng và 0,95 khi tính toán theo khả năng chịu tải

TDSB bao gồm cả các công tác ĐCTV nhằm thu nhận ThT để lập dự báo về dâng cao mực nước ngầm (bán ngập), nhiễm bẩn, biến đổi thành phần hóa học nước dưới đất,…, cần xác định mực nước ngầm/mực áp lực của nước dưới đất trong hố khoan, lấy mẫu nước xác định thành phần hóa học và tính ăn mòn, xác định tính thấm (thí nghiệm hút nước đơn từ hố khoan, đổ nước trong hố đào), quan trắc động thái mực nước ngầm và thành phần hóa học nước Nếu phát hiện có các quá trình địa chất ngoại sinh thì cần nghiên cứu và quan trắc động thái của chúng

TD tỷ mỉ(TDTM): Trước khi tiến hành TDTM cần dựa vào ThT ĐCCT thu nhận được từ

TD sơ bộ và tài liệu kỹ thuật cũng như điều kiện làm việc của công trình tính toán xác định ranh giới của các đới tương tác (ĐTT) trong QTT dự báo của MTĐC với công trình TDTM được thực hiện chủ yếu trong phạm vi quyển này, bao gồm các công tác khoan, đào, xác định các tính chất biến dạng, thấm, độ bền của đất đá ở hiện trường (thí nghiệm cắt, nén đất đá ở nguyên khối

và với các mẫu lớn,… thí nghiệm ép nước, hút nước, đổ nước trong hố khoan, hố đào), lấy mẫu đất đá, nước dưới đất và xác định chúng ở phòng thí nghiệm, quan trắc động thái,…

Ở giai đoạn thiết kế kỹ thuật (yêu cầu TDTM) phải tính toán cuối cùng quá trình (QT) ĐCCT ở mỗi ĐTT trong QTT, vì thế công tác TD được bố trí theo các mặt cắt tính toán Mặt cắt tính toán là mặt cắt thẳng đứng của ĐTT, được dùng để lập sơ đồ tính toán (xem mục 5, mục từ

5, chủ đề 1) Khi thiết lập mặt cắt tính toán cần dựa vào đặc điểm kết cấu của công trình (kích thước, hình dáng trên bình đồ, sự phân bố và đặc điểm tải trọng,…), đặc điểm tương tác của công trình với nền và các tính chất của MTĐC Như vậy thành phần công tác trong TDTM được quyết định bởi cấu trúc của QTT, dạng, số lượng và quan hệ KG của các ĐTT trong nó Chiều sâu nghiên cứu được xác định dựa vào chiều sâu ranh giới dưới của QTT, nó được tính ra theo ThT thu được từ TDSB Chiều sâu các công trình khoan, đào trong TDTM cũng như khoảng cách giữa chúng thường được nêu trong các Tiêu chuẩn khảo sát ĐCCT và các tài liệu hướng dẫn, tuy nhiên đó chỉ là những con số có tính định hướng Cũng có thể xác định khoảng cách giữa các điểm TD và khoảng cách lấy mẫu theo kết quả tính toán hệ thống thu nhận ThT

Để tính toán cuối cùng nền công trình, trong tiến trình TDTM cần cung cấp các chỉ tiêu tính chất của đất đá để tính các QT ĐCCT.Đó chủ yếu là các chỉ tiêu về tính biến dạng, độ bền, tính thấm,…, chúng được đưa ra ở dạng đánh giá giá trị trung bình các TĐC đơn đá cấp 3 Các chỉ tiêu này được xác định bằng thí nghiệm hiện trường hoặc qua các mẫu nguyên trạng ở trong phòng thí nghiệm Các TĐC đơn đá cấp 3 phân bố trong QTT đồng nhất thống kê về các chỉ tiêu dùng trong tính toán, xem đó là các đơn nguyên ĐCCT Số lượng mẫu cần lấy có thể được tính theo hệ thống các điểm thu nhận ThT với xác suất tin cậy và độ chính xác yêu cầu nêu trong

Tiêu chuẩn xây dựng Trong một số Tiêu chuẩn có đưa ra kiến nghị về số lượng mẫu cần thí nghiệm, tuy nhiên chỉ xem đây là tài liệu kinh nghiệm, định hướng.Trong tiến trình TDTM cần quan trắc động thái mực nước ngầm, lấy mẫu nước xác định thành phần hóa học và tính ăn mòn, trong những trường hợp phải hạ thấp mực nước ngầm khi thi công hố móng sau này hoặc công trình có thể gây ra bán ngập khi vận hành, hoặc phải chống thấm cho nền,… cần tiến hành các thí nghiệm ĐCTV để xác định tính thấm của đất đá

Thăm dò bổ sung (TDBS):Tiến hành khi xây dựng các công trình lớn và quan trọng Mục

đích TDBS là thu nhận ThT về các tính chất thực tế (khi mở hố móng) của MTĐC, về các QT ĐCCT đang phát triển ở thời kỳ hình thành QTT dưới tác động của thi công xây dựng công trình

TD bổ sung bao gồm: mô tả địa chất hố móng, quan trắc các QT ĐCCT, lấy mẫu đất đá, thử nghiệm xử lý nền Các công tác TD tập trung trong phạm vi QTT đang phát triển: trong hố móng, công trình khai đào ngầm, trong phễu hạ thấp mực nước khi cần hạ sâu mực nước ngầm,…

5 Quan trắc động thái

Quan trắc động thái (QTrĐT) là phương pháp (PP) tổng hợp thu nhận ThT về sự biến đổi theo thời gian vật lý trạng thái (TgT) của môi trường địa chất (MTĐC), về các quá trình (QT) địa chất, chủ yếu là QT địa chất ngoại sinh (bao gồm QT ĐCCT) Các ThT thu được từ QTrĐT gắn với các thời điểm khác nhau

6 Tổ chức và sơ đồ công nghệ quá trình khảo sát ĐCCT

6.1 Tổ chức khảo sát

Khảo sát ĐCCT được tiến hành qua các giai đoạn: chuẩn bị, công tác thực địa, chỉnh lý tài liệu

Giai đoạn chuẩn bị Các nội dung chính gồm: 1) Nhận nhiệm vụ kỹ thuật từ người đặt

hàng (Chủ đầu tư) và nghiên cứu tài liệu sơ bộ về thiết kế công trình, quy hoạch; 2) Thu thập, nghiên cứu các thông tin (ThT) tích lũy về ĐCCT để hình thành giả thuyết địa chất vùng công tác; 3) Phân tích đồng thời tài liệu ĐCCT và tài liệu sơ bộ về thiết kế công trình để xác định nhiệm vụ khảo sát; 4) Thành lập Đề cương khảo sát ĐCCT

Giai đoạn thực địa.Thực hiện các công tác nêu trong Đề cương bao gồm cả chỉnh lý sơ bộ

các tài liệu thực địa.Trong quá trình chỉnh lý đó làm chính xác dần giả thuyết địa chất Trên cơ

sở các tài liệu thu được, điều chỉnh sơ đồ công nghệ khảo sát (tính liên tục tiến hành và phân bố không gian các công tác) và khối lượng các dạng công tác Vẽ hình trụ các hố khoan, hình triển khai các công trình khai đào, lập các bản đồ, mặt cắt sơ bộ, biểu đồ các thí nghiệm,…

Giai đoạn chỉnh lý Các công việc chính gồm: chỉnh lý cuối cùng các tài liệu thực địa,

chuẩn bị các tài liệu cho Báo cáo ĐCCT, xác định thành phần, tính chất đất đá và nước dưới đất

ở phòng thí nghiệm, chỉnh lý thống kê các tài liệu định lượng, kiểm tra tính đồng nhất của các tập hợp thống kê, làm chính xác ranh giới các thể địa chất (TĐC), mô hình hóa các hệ thống khe nứt và trường thống số địa chất Lập các phụ lục kèm theo Báo cáo (các bản đồ, sơ đồ, mặt cắt, cột địa tầng,…) và viết Báo cáo Nộp Hồ sơ khảo sát ĐCCT cho Chủ đầu tư sau khi đã được Tổ chức khảo sát xét duyệt

633

6.2 Sơ đồ công nghệ khảo sát

Hoạt động kinh tế - công trình (KT-CT) được thực hiện theo các bước: quy hoạch, thiết kế, thi công, khai thác Mục đích ở các bước này không giống nhau, nhiệm vụ công trình phải thực hiện cũng khác nhau.Để giải quyết nhiệm vụ công trình cần có ThT ĐCCT.Tính chất ThT phải cung cấp cần tương ứng với nhiệm vụ công trình Do vậy khảo sát ĐCCT cần được tiến hành theo các bước, tương ứng với các bước của quá trình (QT) thực hiện hoạt động KT-CT, mục đích của bước khảo sát ĐCCT được rút ra từ mục đích của bước hoạt động KT-CT Khảo sát ĐCCT phục vụ cho tất cả các bước từ quy hoạch, thiết kế, thi công đến khai thác công trình, ThT ĐCCT được sử dụng để tạo ra sản phẩm ở các bước này

Ghi chú:Số trong vòng tròn – sản phẩm của quá trình

1 – Thông tin ĐCCT; 2 – Quy hoạch phân bố và phát triển các lĩnh vực kinh tế quốc dân; 3 – Bản thiết kế HTK; 4 – HTK; 5 – Sản

phẩm của HTK (công trình)

Khảo sát ĐCCT

Hình 2: Quan hệ giữa khảo sát ĐCCT với các bước thực hiện hoạt động KT-CT