Xác định mức độ ảnh hưởng mực nước ngầm đến độ lún công trình nhà thấp tầng khu đô thị pháp vân – tứ hiệp, quận hoàng mai, thành phố hà nội

Để đánh giá được độ ổn định của công trình trên mặt đất theo thời gian thì việc tiến hành xác định mực nước ngầm dưới đất với các điểm quan trắc lún là cần thiết.. Luận văn trình bày các

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

XÁC ĐỊNH MỨC ĐỘ ẢNH HƯỞNG MỰC NƯỚC NGẦM ĐẾN ĐỘ LÚN CÔNG TRÌNH NHÀ THẤP TẦNG KHU

ĐÔ THỊ PHÁP VÂN – TỨ HIỆP, QUẬN HOÀNG MAI,

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

XÁC ĐỊNH MỨC ĐỘ ẢNH HƯỞNG MỰC NƯỚC NGẦM ĐẾN ĐỘ LÚN CÔNG TRÌNH NHÀ THẤP TẦNG KHU

ĐÔ THỊ PHÁP VÂN – TỨ HIỆP, QUẬN HOÀNG MAI,

THÀNH PHỐ HÀ NỘI

QUẢNG VĂN TRUNG

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT TRẮC ĐỊA - BẢN ĐỒ

MÃ SỐ: 60520503

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

TS ĐINH XUÂN VINH

HÀ NỘI, NĂM 2017

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Đinh Xuân Vinh

Cán bộ chấm phản biện 1: PGS.TS Vy Quốc Hải

Cán bộ chấm phản biện 2: TS Bùi Thị Hồng Thắm

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại:

HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

Ngày 29 tháng 09 năm 2017

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan những kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận văn là hoàn toàn trung thực, của tôi, không vi phạm bất cứ điều gì trong luật sở hữu trí tuệ

và pháp luật Việt Nam

Hà Nội, tháng 09 năm 2017

TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Quảng Văn Trung

LỜI CẢM ƠN

Luận văn được hoàn thành theo chương trình đào tạo Cao học Khoa Trắc địa - Bản đồ, chuyên ngành Kỹ thuật Trắc địa - Bản đồ, khóa 1 tại Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội

Để thực hiện luận văn này ngoài sự nỗ lực của bản thân, em xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS Đinh Xuân Vinh, người đã trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ, đóng góp nhiều ý kiến quý báu trong quá trình thực hiện luận văn này

Tác giả cũng xin trân trọng cảm ơn các thầy giáo, cô giáo Khoa Trắc địa

và Bản đồ, Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội về sự giúp đỡ tận tình, chu đáo trong suốt quá trình tác giả học tập và nghiên cứu tại Khoa Trong quá trình làm luận văn, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới gia đình và các đồng nghiệp, những người đó luôn bên tôi, khuyến khích, động viên, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện để tôi thực hiện luận văn một cách tốt nhất Tác giả xin trân trọng cảm ơn sự giúp đỡ quý báu đó

MỤC LỤC

Lời cam đoan ii

Lời cảm ơn iii

Mục lục iv

Danh mục các bảng biểu vi

Danh mục các hình vẽ, đồ thị vii

Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt viii

Tóm tắt luận văn ix

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÁC NGUYÊN NHÂN ẢNH HƯỞNG TỚI ĐỘ LÚN CÔNG TRÌNH 3

1.1 TỔNG QUAN VỀ QUAN TRẮC BIẾN DẠNG CÔNG TRÌNH 3

1.1.1 Định nghĩa chuyển dịch và biến dạng 3

1.1.2 Phân loại chuyển dịch công trình 3

1.1.3 Nguyên nhân gây ra chuyển dịch, biến dạng công trình 3

1.1.4 Mục đích và nhiệm vụ quan trắc biến dạng công trình 4

1.1.5 Công tác quan trắc chuyển dịch và biến dạng công trình 5

1.2 TỔNG QUAN ẢNH HƯỞNG MỰC NƯỚC NGẦM ĐẾN ĐỘ LÚN CÔNG TRÌNH 6

1.2.1 Nguyên nhân ảnh hưởng tới độ lún công trình 6

1.2.2 Một số giải pháp cơ bản 7

1.2.3 Phương án quan trắc chuyển dịch, biến dạng 8

1.2.4 Tổng quan ảnh hưởng của mực nước ngầm đến độ lún công trình 9

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH THỐNG KÊ VÀ MÔ HÌNH HỒI QUY 16 2.1 PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH THỐNG KÊ VÀ BÀI TOÁN HỒI QUY 16

2.1.1 Xử lý số liệu quan trắc biến dạng 16

2.1.2 Phương pháp phân tích thống kê 18

2.1.3 Bài toán hồi quy 18

2.2 MÔ HÌNH TUYẾN TÍNH ĐA BIẾN VÀ CÁCH GIẢI 20

2.3 PHƯƠNG PHÁP HỒI QUY TỪNG BƯỚC 29

CHƯƠNG 3 ỨNG DỤNG THỰC NGHIỆM TẠI KHU VỰC PHÁP VÂN - TỨ HIỆP,

HÀ NỘI 32

3.1 MÔ TẢ KHU VỰC THỰC NGHIỆM 32

3.2 QUAN TRẮC LÚN VÀ XỬ LÝ DỮ LIỆU 33

3.2.1 Các công trình đo lún công trình tại khu đô thị Pháp Vân – Tứ Hiệp, Hà Nội 33

3.2.2 Số liệu mực nước ngầm khu vực Hà Nội 39

3.3 ÁP DỤNG MÔ HÌNH HỒI QUY TUYẾN TÍNH ĐỂ PHÂN TÍCH VÀ DỰ BÁO BIẾN DẠNG 43

3.4 THAM LUẬN 54

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 56

1 KẾT LUẬN 56

2 KIẾN NGHỊ 57

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 58

PHỤ LỤC

DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 3.1 Độ cao tuyệt đối mực nước bình quân tháng năm 2005 tầng Qp, m 40

Bảng 3.2 Độ cao tuyệt đối mực nước bình quân tháng năm 2006 tầng Qp, m 41

Bảng 3.3 Tổng hợp mực nước ngầm trong hai năm 2005, 2006 44

Bảng 3.4 Tổng hợp độ lún trung bình toàn khu Pháp Vân – Tứ Hiệp 46

Bảng 3.5 Số liệu độ lún và giá trị hồi quy ……… 48

DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Sơ đồ tầng đẳng áp tại tầng chứa nước Pleistocen (Hà Nội) 13

Hình 2.1 Tổng bình phương độ lệch tổng thể si  yi  y , tổng bình phương số hiệu chỉnh qi  yi  y ˆ và tổng bình phương hồi quy ui  y ˆ  y của một điểm Pi 27

Hình 3.1 Vị trí khu đô thị Pháp Vân – Tứ Hiệp – Hà nội 33

Hình 3.2 Mặt bằng bố trí mốc quan trắc lún Biệt thự II.6.1 (khu 1) 35

Hình 3.3 Mặt bằng bố trí mốc quan trắc lún Biệt thự II.6.1 (khu 2) 36

Hình 3.4 Mặt bằng bố trí mốc quan trắc lún Biệt thự II.6.1 (khu 3) 37

Hình 3.5 Mặt bằng bố trí mốc quan trắc lún Biệt thự III.11.3 38

Hình 3.6 Mặt bằng bố trí mốc quan trắc lún Biệt thự II.8.2 39

Hình.3.7 Đồ thị dao động mực nước lỗ khoan quan trắc P.41a tầng chứa nước Qp vùng Hà Nội 40

Hình 3.8 Đồ thị dao động mực nước lỗ khoan quan trắc P.41a tầng Qp 41

Hình 3.9 Sơ đồ trạm quan trắc mực nước tẩng Qp khu vực Bắc bộ 42

Hình 3.10 Sơ đồ trạm quan trắc mực nước ngầm tại Hà Nội 43

Hình 3.11 Biểu đồ mực nước ngầm qua thời gian 22 tháng (2005-2006) 45

Hình 3.12 Biểu đồ đo lún công trình qua 22 tháng (2005-2006) 46

Hình 3.13 Kết quả sử dụng mô hình hồi quy để phân tích và dự báo biến dạng 47

Hình 3.14 Giá trị độ lún Hồi quy theo nước ngầm 51

Hình 3.15 Mô hình hồi quy với giả thiết độ cao công trình ban đầu 5,000 m 51

Hinh 3.16 Giá trị độ lún công trình với khoảng tin cậy 95% 53

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

TCXDVN Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam

TCCP Tiêu chuẩn cho phép

Hcp Mực nước hạ thấp cho phép

TDS Tổng độ khoáng hóa

BTNMT Bộ Tài nguyên & Môi trường

Qp Tầng chứa nước Pleistocen

Qh Tầng chứa nước Holocen

Msl Maen sea level – Mực nước biển trung bình

ĐKKD Đăng kí kinh doanh

KHCN & KTXD Viện Khoa học công nghệ & Kinh tế xây dựng

BĐKH & NBD Biến đổi khí hậu & Nước biển dâng

LĐ ĐCTV - ĐCCT Liên đoàn Địa chất thủy văn – Địa chất công trình

GPS Global Positioning System - Hệ thống định vị toàn cầu ĐTM Đô thị mới

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Họ tên học viên: Quảng Văn Trung

Lớp: CH1TĐ Khóa: 1

Cán bộ hướng dẫn: TS Đinh Xuân Vinh

Tên đề tài: Xác định mức độ ảnh hưởng mực nước ngầm đến độ lún công trình nhà thấp tầng khu đô thị Pháp Vân – Tứ Hiệp, quận Hoàng Mai, thành phố Hà Nội

1 Mở đầu

Trong xã hội hiện nay, cùng với sự phát triển mạnh mẽ về kinh tế ở Việt Nam và các nước trên thế giới đòi hỏi cơ sở hạ tầng cũng dần hoàn thiện Đây là điều kiện cho sự phát triển của các ngành xây dựng, dân dụng, công nghiệp, nhà máy, giao thông, thủy lợi, hầm…, nói chung đều có thể bị chuyển dịch biến dạng theo thời gian

Lún công trình là một dạng tai biến thiên nhiên xảy ra tương đối phổ biến ở các khu đô thị, thành phố trong cả nước Nếu nền đất bị lún do bất kỳ nguyên nhân nào hoặc nền đất yếu cũng đều gây hiện tượng lún công trình Vậy cần kiểm tra các nguyên nhân gây lún nền đất, trong đó có nguyên nhân khai thác nước ngầm

Từ lâu, các nhà khoa học đã chỉ ra nguyên nhân khai thác nước ngầm ảnh hưởng tới độ lún công trình Để đánh giá được độ ổn định của công trình trên mặt đất theo thời gian thì việc tiến hành xác định mực nước ngầm dưới đất với các điểm quan trắc lún là cần thiết Luận văn trình bày các vấn

đề về chuyển dịch biến dạng công trình, sử dụng phương pháp phân tích thống kê và áp dụng mô hình hồi quy để đánh giá mối tương quan giữa sự biến đổi mực nước ngầm đến độ lún của các điểm quan trắc công trình nhà thấp tầng khu vực Pháp Vân - Tứ Hiệp, quận Hoàng Mai, thành phố Hà Nội Đồng thời, luận văn cũng đề xuất biện pháp khắc phục và đưa ra một

số giải pháp kỹ thuật cùng các ý kiến, kiến nghị điều chỉnh phù hợp hơn cho các công trình sau này

Mục tiêu của luận văn:

- Nghiên cứu ứng dụng phương pháp phân tích thống kê, đặc biệt là phương pháp phân tích hồi quy trong trắc địa, để phân tích mối tương quan, tìm hiểu nguyên nhân của việc khai thác nước dưới đất làm mực nước dưới đất hạ thấp, hiện tượng này gây sụt lún mặt đất, biến dạng và hư hỏng các công trình xây dựng

- Xác định mức độ ảnh hưởng mực nước ngầm đến độ lún các điểm quan trắc công trình nhà thấp tầng khu vực Pháp Vân - Tứ Hiệp, quận Hoàng Mai, thành phố Hà Nội

2 Tổng quan tình hình nghiên cứu

2.1 Tổng quan ảnh hưởng mực nước ngầm đến độ lún công trình

Có nhiều nguyên nhân gây lún, trong số nguyên nhân đó là:

- Do mực nước ngầm bị thay đổi

- Đất nền cũng có thể trở nên khô ráo do cây lớn với hệ thống rễ chằng chịt gần kết cấu kiến trúc hấp thụ nhiều nước từ bên dưới đất nền, cũng như

sự thay đổi cao độ của mực nước ngầm

- Lún công trình hầu như không bị ảnh hưởng bởi lượng mưa trên mặt đất Thêm nữa, độ lún công trình chịu ảnh hưởng bởi nhiều nguyên nhân, chứ

không riêng mực nước ngầm, do vậy mức độ lún công trình là tổng hợp của nhiều nguyên nhân gây lún, nên lượng nước ngầm chỉ ảnh hưởng 1 phần tới lún công trình

2.2 Phương pháp phân tích thống kê

Dùng phương pháp phân tích thống kê toán học tính toán các quy luật và đặc trưng biến đổi của các đại lượng vật lý quan trắc được, phân tích tính chu

kỳ, tính tương quan và xu thế phát triển của các đại lượng vật lý được quan

trắc Phương pháp phân tích thống kê có hai dạng:

- Dạng thứ nhất là mô hình dựa trên quan hệ hàm số giữa những biến độc lập và biến phụ thuộc

- Dạng thứ hai là áp dụng quy tắc thống kê những biến phụ thuộc, sử dụng mô hình thống kê tuyến tính bản thân chúng, chứ không phải bởi những biến môi trường khác

2.3 Bài toán hồi quy

Phân tích hồi quy là một phương pháp thống kê toán học dùng để xử lý quan hệ tương quan giữa các biến Cụ thể, luận văn sử dụng mô hình hồi quy

để đánh giá mối tương quan giữa mực nước ngầm đến độ lún công trình nhà thấp tầng khu vực Pháp Vân – Tứ Hiệp, quận Hoàng Mai, thành phố Hà Nội

3 Ứng dụng thực nghiệm tại khu vực Pháp Vân – Tứ Hiệp, quận Hoàng Mai, thành phố Hà Nội

3.1 Phạm vi nghiên cứu

Vị trí của khu vực nghiên cứu là công trình nhà thấp tầng khu đô thị mới Pháp Vân – Tứ Hiệp nằm ở cửa ngõ phía Nam Thủ đô Hà Nội, kề cận giữa đường quốc lộ 1A và 1B, phía Bắc có đường vành đai 3 chạy qua, phía Đông giáp công viên Yên Sở

3.2 Dữ liệu sử dụng cho nghiên cứu

Dữ liệu mực nước ngầm

Luận văn tổng hợp kết quả mực nước ngầm trong hai năm 2005 và 2006, tương ứng thời gian quan trắc lún tại khu ĐTM Pháp Vân – Tứ Hiệp, quận Hoàng Mai, thành phố Hà Nội ở (bảng 1)

Bảng 1 Tổng hợp mực nước ngầm trong hai năm 2005, 2006

Dữ liệu độ lún của công trình

Luận văn đã tổng hợp số liệu quan trắc lún các công trình thấp tầng tại Pháp Vân theo tháng Sau đó, lấy trung bình và được thống kê trong (bảng 2) Bảng 2 Tổng hợp độ lún trung bình toàn khu Pháp Vân – Tứ Hiệp

Năm 2005

Độ lún tháng 0.00 -4.40 -2.03 -2.09 -3.74 -3.60 -2.86 -4.09 -3.96 -1.81 -1.78 -3.25 Tổng hợp lún 0.00 -4.40 -6.43 -8.52 -12.26 -15.86 -18.72 -22.81 -26.77 -28.58 -30.36 -33.61

Năm 2006

Độ lún tháng -3.34 -2.22 -3.64 -5.29 -2.49 -2.52 -3.31 -3.85 -1.98 -3.67 - - Tổng hợp lún -36.95 -39.17 -42.81 -48.10 -50.59 -53.11 -56.42 -60.27 -62.25 -65.92

Hình 3.21 Kết quả sử dụng mô hình hồi quy để phân tích và dự báo biến dạng

3.3 Tính toán mô hình hồi quy

Giá trị độ lún thực tế của công trình được biểu diễn ở (hình 3.2) bằng chấm hình thoi màu xanh có dạng đường cong, trong khi dự báo của nó hay còn gọi là đường hồi quy của nó biểu thị hình vuông màu đỏ có dạng đường thẳng

Hình 3.2 Giá trị độ lún Hồi quy theo nước ngầm

0.00-35.10 -35.00 -34.90 -34.80 -34.70 -34.60 -34.50

Nếu giả thiết độ cao trung bình tại khu vực Pháp Vân – Tứ Hiệp là 5,000 mét, ta có đồ thị như (hình 3.3)

Hình 3.3 Mô hình hồi quy với giả thiết độ cao công trình ban đầu 5,000 m

4 Kết luận

Để xác định mức độ ảnh hưởng mực nước ngầm đến độ lún công trình nhà thấp tầng khu đô thị Pháp Vân - Tứ Hiệp, Hà Nội, luận văn đã áp dụng

mô hình hồi quy để phân tích và dự báo biến dạng khu vực nghiên cứu Đây

là một nghiên cứu có ý nghĩa khoa học và mang tính thực tiễn cao

Nghiên cứu đã ứng dụng Mô hình Excel của Microsoft Office, kết hợp với sử dụng, thu thập số liệu quan trắc (mực nước ngầm, đo lún công trình) để vận dụng mô hình hồi quy vào xác định mức độ ảnh hưởng giữa mực nước ngầm tới độ lún công trình Từ đó có thể dưa ra những giải thích khoa học cho vùng thực nghiệm.

Kết quả đã được chỉ rõ nguyên nhân lún chủ yếu là do mực nước ngầm

bị hạ thấp, như sau:

- Tình trạng lún mặt đất do hạ thấp mực nước ngầm cần phải điều chỉnh lại hệ thống cung cấp nước ngầm, giảm công suất khai thác của những nhà máy ở khu vực xảy ra tình trạng lún;

493049404950496049704980499050005010

- Tăng cường quan trắc chuyển dịch và biến dạng công trình trên khu vực khai thác nước ngầm Đó là giải pháp thường trực đảm bảo an ninh cho con người và an toàn công trình xây dựng

SUMMARY OF DISSERTATION

Student’s fullname: Quang Van Trung

Counselor: Dr Dinh Xuan Vinh

Topic: Deliniating the influence of groundwater to the land subsidence of

bungalow in Phap Van - Tu Hiep urban area, Hoang Mai District, Hanoi City

1 Introduction

In the current society, along with the strong economic development in Vietnam and other countries in the world requires infrastructure is gradually improved This is a condition for the development of the construction, civil, industrial, factory, transportation, irrigation, tunnel ., in general can be displaced deformation over time

The land subsidence is a form of natural hazard occurs relatively popular

in the urban areas, cities across the country If ground subsidence for any cause or ground weakness also cause subsidence phenomenon works So check the causes of ground subsidence, which causes groundwater exploitation

For a long time, scientists have pointed out the causes of groundwater exploitation affect the settlement of the works to assess the stability of the works on the ground over time, the determination of underground water level with observation points is necessary The thesis presents problems about the distorting constructions by using statistical analysis method and applying the regression model to assess the affection of changing groundwater on the observing points of urban constructions in Phap Van - Tu Hiep urban area, Hoang Mai District, Hanoi City At the same time, the repairing methods also

are proposed in this thesis and given a number of technical solutions, opinions, petitions used for according correction for the construction in the future

Objectives of the thesis:

- Research and application of statistical analysis methods, especially regression analysis in geodesy, to analyze correlations and find out the causes

of underground water exploitation to lower ground water level This phenomenon causes ground subsidence, deformation and damage to construction works

- Determining the level of influence of ground water level to the subsidence of observation points of low-rise houses in Phap Van - Tu Hiep urban area, Hoang Mai District, Hanoi City

2 Overview of research situation

2.1 Overview of the impact of ground water level on the settlement

There are many causes of subsidence, among the causes are:

- For to groundwater changes

- Soils can also become dry due to the large tree system, which is surrounded by an intricate root system, which absorbs much water from underneath the soil, as well as changes in the height of the groundwater level

- Leaks from pipes, ditches and sewers

One of the most common causes of subsidence is the erosion of the foundations due to leakage from groundwater

- Underground water flowing in the area is not even close to the architectural structure, which is influenced by saturated effect on the

foundation, reduces the mechanical properties of the material, load on top, leading to subsidence

Subsidence is almost unaffected by rainfall on the ground In addition, the settlement is affected by many reasons, not only groundwater level, so the level of settlement is a combination of causes of subsidence, so the amount of ground water affects only part of the subsidence Construction

2.2 Statistical analysis method

Using mathematical statistical analysis methods to compute the laws and characteristics of transformed physical quantities observed, cyclic analysis, correlation and development trend of physical quantities monitoring There are two types of statistical analysis:

- The first is a model based on the function relation between independent variables and dependent variables

- The second is to apply the statistical rule to the dependent variables, using the linear statistical model itself, not by other environmental variables

2.3 Regression problems

Regression analysis is a mathematical statistical method used to handle correlations between variables Specifically, the thesis uses a regression model to evaluate the correlation between groundwater level and the subsidence of low-rise houses in Phap Van-Tu Hiep urban area, Hoang Mai district, Hanoi city

3 Experimental application in Phap Van-Tu Hiep area, Hoang Mai District, Hanoi City

3.1 Research scope

The location of the study area is a low-rise building in Phap Van - Tu

Hiep new urban area located at the gateway to the south of Hanoi, adjacent to national highway 1A and 1B, crossing Yen So Park

3.2 Data used for the study

Groundwater data

A thesis summarizing the results of groundwater table in 2005 and 2006,

corresponding time monitoring subsidence in Phap Van-Tu Hiep urban area,

Hoang Mai district, Hanoi city in (table 1)

Table 1 Summary of groundwater table in 2005, 2006

Data of the settlement

The thesis compiled observation data of low-rise buildings in Phap Van

by month Then take the average and be statistically in (Table 2)

Table 2 Summary of average settlement of Phap Van - Tu Hiep

In 2005

Subsidence by month 0.00 -4.40 -2.03 -2.09 -3.74 -3.60 -2.86 -4.09 -3.96 -1.81 -1.78 -3.25 Synthetic 0.00 -4.40 -6.43 -8.52 -12.26 -15.86 -18.72 -22.81 -26.77 -28.58 -30.36 -33.61

In 2006

Subsidence by month -3.34 -2.22 -3.64 -5.29 -2.49 -2.52 -3.31 -3.85 -1.98 -3.67 - - Synthetic -36.95 -39.17 -42.81 -48.10 -50.59 -53.11 -56.42 -60.27 -62.25 -65.92

Figure 3.1 The results of the regression model are used to analyze and

predict the distortion

3.3 Compute the regression model

The actual settlement value of the structure is shown in (Figure 3.2) with

a blue dot shaped curve, while its prediction, also known as its regression line, indicates a red square straight line

Figure 3.2 Settlement value of groundwater regression

0.00-35.10 -35.00 -34.90 -34.80 -34.70 -34.60 -34.50

Assuming the average elevation in the Phap Van - Tu Hiep urban area is 5,000 meters, we have the graph (Figure 3.3)

Figure 3.3 The regression model assumes a height of 5,000 m

4 Conclusion

To determine the level of influence of ground water level to the subsidence of low-rise houses in Phap Van - Tu Hiep urban area, Ha Noi, the thesis applied the regression model to analyze and predict the deformation of the study area to save This is a highly scientific and practical study

The research applied the Microsoft Office Excel model, combined with the use of, collecting observation data (groundwater table, land subsidence) to apply the regression model to determine the effect of ink groundwater to the

settlement From there it is possible to give scientific explanations to the experimental area

The results indicate that subsidence is mainly due to lower groundwater levels, as follows:

- Ground subsidence due to lowering of the groundwater level requires re-adjusting the groundwater supply system, reducing the capacity of factories

in the subsidence area;

493049404950496049704980499050005010

- Soft soil treatment measures should be applied;

- For traffic works, civil and industrial works, when using shallow nail solutions, attention should be paid to the ground subsidence caused by the lowering of the groundwater level so that remedial measures can be taken

- Analyze the structure of the foundation on the basis of geological survey documents Particularly, it is necessary to accurately determine the thickness, degree of variation of the thickness of weak soil, as well as the relationship of weak soil to rocky soil of the aquifer

- Strengthening observation of shifting and deformation of works on groundwater exploitation areas It is a permanent solution to ensure the security of people and the safety of construction

5 Recommendations

To improve the effectiveness of the thesis, contributing to the cause of socio-economic development of the country in general, Phap Van - Tu Hiep urban area, Ha Noi in particular, The function of some of the following issues:

- There are technical solutions, namely the limitation of underground water exploitation, in order to stabilize underground water level and develop sustainably

- Anti-settlement must deal with many solutions, many measures for each area

Keywords: The influence of groundwater; the land subsidence

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Trong xã hội hiện nay, cùng với sự phát triển mạnh mẽ về kinh tế ở Việt Nam

và các nước trên thế giới đòi hỏi cơ sở hạ tầng cũng dần hoàn thiện Đây là điều kiện cho sự phát triển của các ngành xây dựng, dân dụng, công nghiệp, nhà máy, giao thông, thủy lợi, hầm… nói chung đều có thể bị chuyển dịch biến dạng theo thời gian Lún công trình là một dạng tai biến thiên nhiên xảy ra tương đối phổ biến ở các khu đô thị, thành phố trong cả nước Nếu nền đất bị lún do bất kỳ nguyên nhân nào hoặc nền đất yếu cũng đều gây hiện tượng lún công trình Vậy cần kiểm tra các nguyên nhân gây lún nền đất, trong đó có nguyên nhân khai thác nước ngầm Các nguyên nhân do nhiều các yếu tố tạo ra như do ảnh hưởng của thiên nhiên, điển hình (sóng thần, chuyển dịch địa động…), do hoạt động của con người (những vấn đề về kinh tế, văn hóa, xã hội và các hoạt động khác) Trong các nguyên nhân do con người gây nên có một nguyên nhân rất quan trọng đó là “khai thác nước ngầm phục vụ sinh hoạt dân cư”

Từ lâu, các nhà khoa học đã chỉ ra nguyên nhân khai thác nước ngầm ảnh hưởng tới độ lún công trình Để đánh giá được độ ổn định của công trình trên mặt đất theo thời gian thì việc tiến hành xác định mực nước ngầm dưới đất với các điểm quan trắc lún là cần thiết Luận văn tập trung vào vấn đề chuyển dịch biến dạng công trình, sử dụng phương pháp phân tích thống kê và áp dụng mô hình hồi quy để đánh giá mối tương quan giữa biến đổi mực nước ngầm với lún công trình trên mặt đất,

đề xuất biện pháp khắc phục, đưa ra một số giải pháp kỹ thuật, các ý kiến, kiến nghị điều chỉnh phù hợp hơn cho các công trình sau này

2 Mục tiêu nghiên cứu

Xác định mức độ ảnh hưởng mực nước ngầm đến độ lún các điểm quan trắc công trình nhà thấp tầng khu đô thị Pháp Vân – Tứ Hiệp, quận Hoàng Mai, thành phố Hà Nội

3 Nội dung nghiên cứu

- Nghiên cứu tổng quan các phương pháp quan trắc độ lún các công trình trên mặt đất, đặc biệt các công trình thấp tầng tại khu đô thị Pháp Vân - Tứ Hiệp, quận Hoàng Mai, thành phố Hà Nội

- Nghiên cứu ứng dụng phương pháp phân tích thống kê, đặc biệt là phương pháp phân tích hồi quy trong trắc địa

- Thu thập, thống kê số liệu quan trắc mực nước ngầm và số liệu quan trắc lún theo thời gian

- Xác định mức độ ảnh hưởng mực nước ngầm đến độ lún các điểm quan trắc công trình nhà thấp tầng khu vực Pháp Vân - Tứ Hiệp, quận Hoàng Mai, thành phố Hà Nội

4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

- Để xác định mức độ ảnh hưởng mực nước ngầm đến độ lún công trình nhà thấp tầng khu đô thị Pháp Vân - Tứ Hiệp, quận Hoàng Mai, thành phố Hà Nội

- Đề tài đã áp dụng mô hình hồi quy để phân tích mối tương quan, tìm hiểu nguyên nhân của việc khai thác nước dưới đất làm mực nước dưới đất hạ thấp Hiện tượng này gây sụt lún mặt đất, biến dạng và hư hỏng các công trình xây dựng

5 Bố cục của luận văn

Ngoài phần mở đầu, kết luận và kiến nghị, tài liệu tham khảo, luận văn được trình bày trong 3 chương:

Chương 1 Tổng quan về các nguyên nhân ảnh hưởng tới độ lún công trình Chương 2 Phương pháp phân tích thống kê và mô hình hồi quy

Chương 3 Ứng dụng thực nghiệm tại khu vực Pháp Vân – Tứ Hiệp, Hà Nội

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÁC NGUYÊN NHÂN ẢNH HƯỞNG TỚI

ĐỘ LÚN CÔNG TRÌNH 1.1 TỔNG QUAN VỀ QUAN TRẮC BIẾN DẠNG CÔNG TRÌNH

1.1.1 Định nghĩa chuyển dịch và biến dạng

1 Chuyển dịch công trình

Là sự thay đổi vị trí của công trình trong không gian so với vị trí ban đầu của công trình Dịch vị ngang là biến động của điểm quan trắc trong mặt phẳng nằm ngang, nó có thể được phân giải trên một hướng chỉ định nào đó; dịch vị thẳng đứng

là biến động của điểm quan trắc trên mặt thẳng đứng hoặc trên hướng pháp tuyến của mặt geoid [1]

2 Biến dạng công trình

Là sự thay đổi hình dạng và kích thước của công trình so với trạng thái ban đầu của nó Biến dạng bao gồm các ứng xuất nội và ứng xuất ngoại Biến dạng công trình là hậu quả của sự chuyển dịch không đều các thành phần của công trình Các biến dạng thường gặp là hiện tượng cong vênh, vặn xoắn, nghiêng, lún nứt công trình

1.1.2 Phân loại chuyển dịch công trình

1 Chuyển dịch thẳng đứng

Là sự thay đổi của vị trí công trình theo phương dây dọi

- Chuyển dịch theo hướng lên trên thường gọi là trồi

- Chuyển dịch theo hướng xuống dưới thường gọi là lún

Trong thực tế, để đơn giản thường gọi là chuyển dịch thẳng đứng hoặc gọi là

độ lún và ký hiệu là S

- S mang dấu (+) nếu công trình bị trồi

- S mang dấu (–) nếu công trình bị lún

2 Chuyển dịch ngang

Là sự thay đổi vị trí mặt bằng của công trình trong mặt phẳng ngang Chuyển dịch ngang không xét tới ứng xuất nội bộ thân công trình

1.1.3 Nguyên nhân gây ra chuyển dịch, biến dạng công trình

Có nhiều nguyên nhân gây ra chuyển dịch và biến dạng công trình, chúng nằm trong hai nhóm nguyên nhân chủ yếu sau đây:

1 Nhóm nguyên nhân liên quan đến các yếu tố tự nhiên

- Khả năng lún trượt của các lớp đất đá dưới nền móng công trình;

- Các hiện tượng địa chất chất công trình, địa chất thủy văn;

- Sự co giãn của đất đá tạo ra ứng xuất nội trong thân công trình;

- Sự thay đổi theo mùa của các chế độ thủy văn như nước mặt, nước ngầm

2 Nhóm nguyên nhân liên quan đến quá trình xây dựng và vận hành công trình

- Sự tăng tải trọng của công trình lên nền đất trong quá trình xây dựng;

- Sự thay đổi tính chất cơ lý của các lớp đất đá dưới nền móng công trình do khai thác nước ngầm;

- Sự suy yếu nền móng do thi công các công trình ngầm dưới móng công trình;

- Sự thay đổi áp lực lên nền móng công trình do các hoạt động xây chen;

- Sự sai lệch trong khảo sát địa chất công trình, địa chất thủy văn;

- Sự rung động của nền móng do hoạt động của các loại máy cơ giới, phương

tiện giao thông

1.1.4 Mục đích và nhiệm vụ quan trắc biến dạng công trình

1 Mục đích

Quan trắc chuyển dịch biến dạng công trình nhằm xác định mức độ chuyển dịch biến dạng, nghiên cứu tìm ra nguyên nhân chuyển dịch biến dạng và từ đó có

biện pháp xử lý, để phòng tai biến đối với công trình Cụ thể là:

- Xác định giá trị chuyển dịch biến dạng của công trình để đánh giá mức độ ổn

- Xác định nhiệm vụ kỹ thuật, khái quát về công trình, điều kiện tự nhiên và

chế độ vận hành công trình;

- Lập sơ đồ phân bố các mốc khống chế và mốc quan trắc;

- Thiết kế sơ đồ quan trắc;

- Xác định yêu cầu độ chính xác, chu kỳ quan trắc ở các giai đoạn khác nhau;

- Lựa chọn phương pháp và phương tiện quan trắc;

- Đo đạc ngoại nghiệp;

- Xử lý số liệu quan trắc, tính toán các thông số chuyển dịch biến dạng công trình 1.1.5 Công tác quan trắc chuyển dịch và biến dạng công trình

1 Nguyên tắc thực hiện công tác quan trắc chuyển dịch biến dạng công trình

Việc quan trắc chuyển dịch và biến dạng công trình được thực hiện dựa trên các nguyên tắc sau đây:

- Để xác định chuyển dịch và biến dạng công trình cần đo đạc ở nhiều thời điểm, so sánh để xác định chuyển dịch Mỗi thời điểm đo đạc được gọi là một chu kỳ

- Chuyển dịch và biến dạng công trình được xác định dựa trên việc so sánh với một đối tượng được xem là ổn định Đối tượng được xem là ổn định này có thể là công trình liền kề ổn định hoặc các mốc khống chế có độ ổn định rất cao Trong thực tế, trong quan trắc biến dạng và chuyển dịch công trình thường lập hệ thống khống chế gồm hai bậc độc lập, bậc thứ nhất có độ ổn định rất cao và được dùng làm gốc so sánh

- Chuyển dịch và biến dạng công trình thường có giá trị rất nhỏ và diễn ra chậm chạp theo thời gian Vì vậy, để phát hiện được chuyển dịch và biến dạng cần phải sử dụng các phương pháp và thiết bị có độ chính xác cao để quan trắc

- Trong suốt quá trình quan trắc, việc tính toán bình sai lưới phải được thực hiện trong một hệ thống tọa độ hoặc độ cao đã chọn từ chu kỳ đầu tiên

2 Yêu cầu độ chính xác quan trắc

Yêu cầu độ chính xác quan trắc chuyển dịch chính là độ chính xác cần thiết xác định chuyển dịch công trình, chỉ tiêu định lượng của đại lượng này phụ thuộc chủ yếu vào tính chất cơ lý lớp đất đá dưới nền móng, đặc điểm kết cấu, vận hành công trình

Độ chính xác quan trắc được đề ra ngay từ khi lập đề cương quan trắc và được xác định theo các căn cứ kỹ thuật khác nhau

1.2 TỔNG QUAN ẢNH HƯỞNG MỰC NƯỚC NGẦM ĐẾN ĐỘ LÚN CÔNG TRÌNH

1.2.1 Nguyên nhân ảnh hưởng tới độ lún công trình

Quan trắc lún công trình là xác định giá trị chuyển dịch thẳng đứng của công trình theo thời gian bằng cách đo lặp xác định độ cao các điểm quan trắc theo các chu kì đo, thường được đánh giá bằng milimét Lún xảy ra do sự nén chặt của đất nền dưới tác dụng của trọng lượng toàn bộ công trình Phần lớn các công trình sau khi xây dựng xong bị lún nứt thường liên quan đến các yếu tố chủ quan khi nhận thức về đất nền và công trình trong các khâu khảo sát địa chất, thiết kế và thi công xây dựng

Các trường hợp công trình đã xây dựng và ổn định lâu dài, bỗng nhiên bị lún nứt thường liên quan đến những tác động khách quan làm thay đổi trạng thái ứng xử của công trình với đất nền

Có nhiều nguyên nhân gây lún, trong số nguyên nhân đó là:

- Do mực nước ngầm bị thay đổi

- Đất nền cũng có thể trở nên khô ráo do cây lớn với hệ thống rễ chằng chịt gần kết cấu kiến trúc hấp thụ nhiều nước từ bên dưới đất nền, cũng như sự thay đổi cao độ của mực nước ngầm

- Trong nhiều trường hợp, hậu quả hư hỏng xảy ra sau một thời gian rất dài, làm cho việc xác định chính xác nguyên nhân thật khó khăn

riêng mực nước ngầm, do vậy mức độ lún công trình là tổng hợp của nhiều nguyên nhân gây lún, nên lượng nước ngầm chỉ ảnh hưởng 1 phần tới lún công trình

1.2.2 Một số giải pháp cơ bản

- Để khắc phục tình trạng lún mặt đất do hạ thấp mực nước ngầm, cần phải điều chỉnh lại hệ thống cung cấp nước ngầm, giảm công suất khai thác của những nhà máy ở khu vực xảy ra tình trạng lún

- Phân tích đặc điểm cấu trúc nền trên cơ sở tài liệu khảo sát địa chất công trình Đặc biệt phải xác định chính xác bề dày, mức độ biến đổi bề dày của đất yếu, cũng như quan hệ của đất yếu với đất đá của tầng chứa nước

- Không sử dụng hoặc hạn chế tối đa việc dùng biện pháp hạ mực nước ngầm khi thi công công trình xây chen vì rất dễ ảnh hưởng đến sự lún công trình liền kề

- Cần có biện pháp chống thành vách bằng cừ thép hoặc cừ bê tông ứng lực trước đối với trường hợp thi công sát nhà bên có tải lớn tác động lên đất (hoặc quy

mô cao tầng hơn) cũng như khi công trình làm hố móng sâu hơn đáy móng nhà bên Thiết kế tường cừ phải chú ý đến văng chống và neo đảm bảo biến dạng trong phạm

vi được phép Biện pháp thi công phải được Chủ nhiệm dự án phê duyệt để làm cơ

sở pháp lý để thực hiện

- Khi thi công phải thường xuyên tiến hành song song việc theo dõi kích thước hình học và biến dạng của công trình đang xây dựng cùng với theo dõi độ biến dạng của công trình liền kề để có giải pháp ngăn chặn kịp thời sự cố đáng tiếc có khả năng xảy ra

- Tăng cường quan trắc chuyển dịch và biến dạng công trình trên khu vực khai thác nước ngầm Đó là giải pháp thường trực đảm bảo an ninh cho con người và an toàn công trình xây dựng…

1.2.3 Phương án quan trắc chuyển dịch, biến dạng

Trong các sách giáo khoa về quan trắc biến dạng công trình Phương án quan trắc thường được viết chung cho các thể loại biến dạng và công trình Đối với quan trắc lún, tùy theo sự biến đổi mực nước ngầm mà quá trình lún công trình sẽ khác nhau; tùy thuộc địa chất nơi xây dựng công trình mà quá trình lún khác nhau; tùy thuộc kết cấu và tải trọng công trình mà quá trình lún khác nhau, nền đất bị lún do bất kỳ nguyên nhân nào hoặc nền đất yếu cũng đều gây hiện tượng lún công trình Bởi vậy chúng ta phải có phương án quan trắc phù hợp

Phương án quan trắc biến dạng cần được thành lập trên cơ sở đã khảo sát, tìm hiểu cặn kẽ điều kiện địa chất khu vực công trình, phương án thi công xây dựng, môi trường thi công, đồng thời cần bàn bạc với đơn vị xây dựng công trình, đơn vị thi công, đơn vị quản lý và các bộ phận hữu quan Vì việc lập phương án quan trắc biến dạng sẽ ảnh hưởng đến chi phí quan trắc, độ chính xác và độ tin cậy của thành

quả, do đó cần phải xem xét toàn diện, kĩ càng

Nói chung, nội dung chủ yếu của phương án quan trắc biến dạng gồm:

1) Xác định nội dung quan trắc;

2) Xác định chu kỳ (tần suất) quan trắc

- Xác định nội dung quan trắc

Xác định nội dung quan trắc biến dạng chủ yếu dựa vào tính chất và yêu cầu của công trình, trên cơ sở thu thập và đọc duyệt báo cáo khảo sát địa chất công trình, kế hoạch tổ chức thi công, môi trường thi công Như quan trắc biến dạng vật kiến trúc có thể bao gồm quan trắc lún, quan trắc chuyển dịch ngang, quan trắc độ nghiêng, quan trắc vết nứt và quan trắc độ cong vênh Đối với vách dốc có nguy cơ trượt lở, quan trắc biến dạng chủ yếu bao gồm quan trắc chuyến dịch 2 chiều (hướng X, Y) hoặc 3 chiều (hướng X, Y, Z) của vách dốc, đá hiểm và biến dạng ngầm, quan trắc biến đổi của độ nghiêng; quan trắc các tham số vật lý liên quan - ứng biến ứng lực; quan trắc các yếu tố môi trường – địa chấn, lượng mưa, nhiệt độ, nước mặt, nước ngầm

- Xác định tần suất quan trắc biến dạng

Tần suất quan trắc biến dạng phụ thuộc vào độ lớn, tốc độ biến dạng và mục đích quan trắc Tần suất quan trắc biến dạng phải phản ánh được quy luật biến dạng của thể biến dạng Khi biến dạng tương đối lớn, cần tăng tần suất quan trắc; khi biến dạng giảm hoặc công trình đi vào thế ổn định, có thể giảm thiểu tần suất quan trắc Thông thường, trong thời kỳ đầu công trình mới xây dựng xong, tốc độ biến dạng tương đối nhanh, do đó tần suất quan trắc cũng cần phải lớn hơn Qua một thời gian sau đó, công trình đi vào thế ổn định, có thể giảm thiểu số lần quan trắc, nhưng cần kiên trì quan trắc định kỳ

Như đập vòm Zeuzier của Thụy sĩ sau hơn 20 năm vận hành bình thường mới xuất hiện dị thường, nếu không kiên trì quan trắc định kỳ, thì không phát hiện được,

sẽ phát sinh tai họa Sau đây lấy đập làm ví dụ điển hình, khái quát tần suất quan trắc biến dạng như (bảng 1.1)

Bảng 1.1 Chu kỳ quan trắc biến dạng đập

Loại biến dạng Trước khi hồ

tích nước

Hồ đang tích nước

Sau khi hồ tích nước

2 ~ 3 năm

Vận hành bình thường

Lún Đập beton

Dịch vị ngang tương đối

Dịch vị ngang tuyệt đối

Đập đất đá Lún, chuyển dịch

ngang

1 tháng nửa tháng 0,5~1 tháng

1 quý

1 quý

Nửa năm

1 tháng 6~12 tháng nửa năm

1.2.4 Tổng quan ảnh hưởng của mực nước ngầm đến độ lún công trình

Quá trình đô thị hóa ở Hà Nội đã tác động mạnh và làm thay đổi chính môi trường địa chất và tính bền vững của nó Điều đó trước tiên được thể hiện qua sự suy giảm về chất lượng và cạn kiệt về trữ lượng tài nguyên nước dưới đất Theo các tài liệu thu thập được thì cách đây 15-20 năm về trước mực nước dưới đất của tầng

Qp (tầng nước đang được khai thác để sử dụng) còn nằm sát mặt đất, đặc biệt ở vùng ngoại thành Còn hiện tại mực nước của tầng Qp đã hạ thấp một cách mạnh

mẽ và rõ nét, ví dụ mực nước dưới đất ở vùng Mai Dịch (phía bắc thành phố) ngày 28/01/1997 là 21,50m cách mặt đất, thì ngày 16/05/2004 đã tụt xuống 27,30m cách mặt đất; còn ở vùng Hạ Đình, ngày 11/09/1997 mực nước dưới đất ở độ sâu 24,14m cách mặt đất, thì ngày 09/06/2004 mực nước dưới đất ở đó đã tụt xuống 34,49m cách mặt đất Còn ở Pháp Vân (phía nam thành phố) ngày 10/01/1997 mực nước dưới đất ở độ sâu là 18,15m cách mặt đất, thì ngày 08/06/2004 mực nước dưới đất

đã tụt xuống 22,30m cách mặt đất Ở vùng Lương Yên (gần Sông Hồng), ngày 27/05/1997 mực nước dưới đất ở độ sâu là 17,50m cách mặt đất, đến ngày 8/6/2004 mực nước dưới đất đã tụt xuống 19,23m cách mặt đất Ở vùng Thành Công (trung tâm thành phố), ngày 18/02/1996 mực nước dưới đất ở độ sâu là 14,12m cách mặt đất, đến ngày 09/06/2004 mực nước dưới đất đã tụt xuống 19,45m cách mặt đất Những quan trắc liên tục và có hệ thống ở các vùng Gia Lâm và Đông Anh trong 6 tháng đầu năm 2003 cũng cho thấy những biểu hiện hạ thấp mực nước dưới đất ở hai vùng đó Hiện tại trên toàn thành phố Hà Nội đã hình thành phễu hạ thấp mực nước dưới đất mà tâm phễu ở phía nam là các nhà máy nước Hạ Đình, Pháp Vân, Tương Mai, còn tâm phễu ở phía bắc là các nhà máy nước Ngô Sĩ Liên, Ngọc Hà và Mai Dịch Hiện tượng đó đã gây không ít khó khăn cho việc cung cấp nước ở khu vực Hà Nội [2]

Hậu quả có thể thấy ngay đó là nguồn nước bị ô nhiễm nặng nề, vấn đề ngập lụt thường xuyên diễn ra tại các đô thị lớn như thành phố Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh trở nên trầm trọng, phức tạp hơn Đặc biệt, liệu chất lượng của các công trình xây dựng (dân sinh, công cộng) có bị ảnh hưởng vì nền đất lún sụt? Ngay từ năm 2007, theo kết quả nghiên cứu của Viện KHCN & KTXD Hà Nội cho thấy lượng nước ngầm khai thác năm 2006 vào khoảng 650.000-700.000 m3/ngày đêm Con số này đến năm nay đã là 1,1 triệu m3/ngày đêm, vượt xa so với Quyết định 50/2000/QĐ-TTg ngày 24/4/2000 của Thủ tướng phê duyệt Quy hoạch Tổng thể

hệ thống cấp nước Hà Nội đến năm 2010 (Trong đó nêu rõ: Tổng công suất khai thác nước ngầm đến năm 2010 phía Nam sông Hồng không quá 700.000m3/ngày, phía Bắc sông Hồng khoảng 142.000m3/ngày) Tại thành phố Hồ Chí Minh, tình hình khai

thác nước ngầm quá mức cho phép để phục vụ cho sinh hoạt và sản xuất cũng rất đáng báo động Thành phố Hồ Chí Minh hiện có hơn 200.000 giếng khoan với tổng công suất trên 1 triệu m3/ngày đêm (gấp 5 lần so với quy định 200.000 m3/ngày đêm đến năm 2010 tại thành phố Hồ Chí Minh của Thủ tướng đã phê duyệt) Cả 2

đô thị lớn nhất cả nước đều đang chung một tình trạng khai thác nước ngầm để phục

vụ sinh hoạt và sản xuất vượt quá giới hạn cho phép Điều này đã dẫn tới hậu quả mực nước ngầm hàng năm đã bị hạ thấp và đó là một trong những nguyên nhân gây lún sụt mặt đất trên diện rộng, ô nhiễm nguồn nước ngầm… đặc biệt với Hà Nội - nơi có địa chất, có nhiều điểm mang tính chất của nền đất yếu như Thành Công, Pháp Vân, Tương Mai, Hoàng Mai Cũng như vậy, thành phố Hồ Chí Minh đang hứng chịu lún sụt bề mặt đất do việc khai thác nước ngầm quá mức tại nhiều nơi như: Q.6 (5-20cm), Q Bình Tân (14cm), thị trấn An Lạc, Q.Bình Chánh (12cm), và ngày càng xuất hiện thêm nhiều nơi khác Đáng lưu ý, Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh luôn khổ sở trong mùa mưa và tình trạng này ngày càng trở nên trầm trọng tại

Hà Nội Trận mưa lớn vào tháng 8 vừa rồi đã khiến cả Thủ đô giao thông tắc nghẽn

vì ngập úng Hệ thống thoát nước dù đã vận hành tối đa nhưng vẫn không thể giải tỏa được sự tê liệt giao thông vì khắp nơi đều ngập Nguyên nhân thì có nhiều, song cũng có một lý do bởi sự xâm hại quá mức hệ thống nước ngầm đang diễn ra bởi việc tiêu thoát nước phụ thuộc rất nhiều vào hệ thống nước ngầm và độ dốc tự nhiên

bề mặt đất Theo một số nghiên cứu, tầng nước ngầm bị hao hụt từng ngày, kéo theo

đó là bề mặt đất cũng lún xuống theo diện rộng (dồn xuống để bù vào khoảng trống

do lượng nước đã mất đi) Lún toàn bộ bề mặt trong diện rộng (như 1 quận hoặc cả Thành phố) và có chỗ lún nhiều, có chỗ lún ít Lúc đó cốt mực nước được tính toán thiết kế giữa mặt đường và nhà dân để chống được ngập lụt sẽ bị ảnh hưởng gây nên ngập lụt cục bộ tại khu vực Không chỉ làm cho tình hình úng lụt trở nên khó xử

lý hơn, việc lún sụt trên diện rộng còn ảnh hưởng rất nhiều tới các công trình xây dựng mang quy mô lớn trên nền đất này Với những công trình công cộng lớn (đường giao thông) thì việc lún không đều có thể gây rạn nứt, thậm chí phá hủy toàn

bộ công trình Các công trình lớn phải tính tới hệ số an toàn cao nhưng điều này rất

tốn kém nên ít có công trình làm được điều đó Trạm bơm Pháp Vân trước đây

đã phải hứng chịu sự lún sụt không đều này và phải phá ra làm lại Tuy nhiên, chúng ta cần chuẩn bị phương án bảo vệ các công trình công cộng mang quy mô lớn, nhất là khi Hà Nội vừa qua đã lên ý tưởng xây đường sắt trên cao Đặt trường hợp với công trình đường xe điện ngầm dưới mặt đất, khi xảy ra lún sụt không đều, hậu quả sẽ rất khó lường nếu đoàn tàu gặp những đoạn ray có sự thay đổi cao độ đột ngột

Những tác động của việc hạ mực nước ngầm không chỉ dừng ở gây úng lụt khó xử lý hơn (do độ dốc tự nhiên bị thay đổi và Hà Nội có thể sẽ mang cao độ thấp hơn vùng ngoại vi và trở thành túi nước), mà còn là nguyên nhân của ô nhiễm nguồn nước sạch Mặt đất có 1 tầng xốp, 1 tầng sét và đến lớp đất cát bùn (có độ thấm rất lớn) nếu mực nước ngầm bị hạ thấp sẽ làm tăng nguy cơ gây ô nhiễm, đặc biệt với những nơi nền đất yếu có tốc độ thấm của đất lớn như phía Nam Hà Nội (Hoàng Mai, Mai Động, Văn Điển) bởi khi mưa xuống, nước mưa

sẽ cuốn theo các chất thải thấm thẳng xuống tầng nước ngầm Người dân tại vùng này vẫn có thói quen sử dụng nước giếng khoan (sử dụng và cung cấp cho sinh viên, người lao động thuê nhà…) do nước máy không đủ mà hầu hết các giếng khoan này đều có độ sâu 40m trở lên so với mặt đất và đang có chất lượng rất kém, nhiều nơi bị nhiễm bẩn NO2, NO3, NH4, thậm chí cả Asen Hiện trạng này đã vượt mức báo động mà hệ quả là nhiều đô thị lớn (thành phố Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh) đang phải trả giá một cách thực sự

Tại hội thảo khoa học góp ý đề án quy hoạch thủy lợi phục vụ việc tìm kiếm giải pháp chống ngập úng tại thành phố Hồ Chí Minh tháng 3 năm 2008, phó giáo sư - tiến sĩ Lê Văn Trung (Trung tâm địa - tin học Trường ĐH Quốc gia thành phố Hồ Chí Minh) cho biết tình hình khai thác sử dụng nước ngầm tại thành phố Hồ Chí Minh hiện đã vượt mức 600.000m3/ngày, trong khi lượng bổ sung chỉ 200.000m3/ngày Sự mất cân đối trên làm giảm mực nước ở các tầng, cùng với sự phát triển nhanh của các công trình xây dựng trên mặt đất đã gây biến dạng về mặt địa hình (lún đất)

Tại Hội thảo này, các chuyên gia thuộc Liên đoàn Địa chất thủy văn – Địa chất công trình cho rằng, việc lún nền đất có thể do nhiều nguyên nhân chứ không riêng việc khai thác nước ngầm Nếu lượng nước ngầm khai thác nhiều hơn lượng nước bổ sung thì có thể gây ra lún nền đất nhưng mức độ lún không đáng kể Một nhà máy khai thác công suất 20.000-30.000m3/ngày thì mỗi năm gây lún khoảng vài milimet tùy địa chất từng khu vực Chưa kể việc khai thác nước ngầm khối lượng lớn thường khoan ở độ sâu cả trăm mét, trong khi việc đào móng xây dựng tầng ngầm chỉ sâu vài chục mét thì khó có thể ảnh hưởng Việc gây lún sụt tại các công trình là do khâu khảo sát, thi công chưa tốt

Chuyên gia ngành xây dựng nêu ý kiến cho dù nền đất có lún đi chăng nữa thì nguyên tắc khi xây dựng công trình, chủ đầu tư phải thăm dò, khảo sát kỹ địa chất khu vực và có giải pháp xử lý thích hợp Theo chuyên gia này, quan trọng là thiết kế công trình phải đảm bảo an toàn, thi công phải làm đúng theo thiết kế được duyệt, đúng giấy phép xây dựng Thực tế thời gian qua cho thấy rất nhiều công trình thi công sai so với thiết kế, sai giấy phép Đó là nguyên nhân chính dẫn đến sự cố tại các công trình Tại Hội thảo Kiến trúc và Xây

dựng theo kịch bản biến đổi khí hậu (BĐKH) và

nước biển dâng (NBD) tại thành phố Hồ Chí

Minh năm 2010 PGS TS Nguyễn Đức Nguôn

(Đại học Kiến trúc Hà Nội) đã đề xuất công tác

quan trắc địa kỹ thuật [3]:

Trong điều kiện BĐKH và NBD nhiều yếu

tố ảnh hưởng bất lợi tới công trình ngầm do đó

công tác quan trắc địa kỹ thuật đối với công

trình này là rất cần thiết, cần phải được quy

định cụ thể

Trong quy chuẩn, tiêu chuẩn xây dựng ngầm cần có các yêu cầu đối với công tác quan trắc địa kỹ thuật:

Hình 1.1 Sơ đồ tầng đẳng áp tại tầng chứa nước Pleistocen (Hà Nội)

1 Quan trắc địa kỹ thuật phải được thực hiện theo quy định trong suốt quá trình thi công và theo thời gian quy định trong quá trình khai thác công trình ngầm;

2 Quan trắc địa kỹ thuật bao gồm các quan trắc BĐKH và NBD trên địa bàn

đô thị, trên bản thân công trình ngầm, môi trường địa chất, các công trình lân cận;

3 Công tác quan trắc địa kỹ thuật thực hiện theo đúng phương án quan trắc đã được chủ đầu tư hoặc chủ quản lý sử dụng phê duyệt;

4 Khi quan trắc thấy có yếu tố bất thường thì nhà thầu xây dựng phải thông báo cho chủ đầu tư hoặc chủ quản lý sử dụng và cơ quan thiết kế để có các biện pháp xử lý kịp thời

Về điều kiện bảo trì công trình, Nguyễn Đức Nguôn cũng đề xuất:

1 Trong điều kiện BĐKH và NBD công trình ngầm phải được bảo trì theo quy định phù hợp với điều kiện biến đổi môi trường

2 Công trình ngầm phải thực hiện chế độ bảo trì (thường xuyên và định kỳ)

3 Khi thực hiện công tác bảo trì, phải chú ý kiểm tra nghiêm ngặt hệ thống đấu nối công trình; các thiết bị kiểm soát thông gió, chiếu sáng, phòng chống cháy

nổ và bảo vệ môi trường

4 Cần có quy định về việc lưu trữ hồ sơ thiết kế công trình ngầm

Tình trạng lún mặt đất ở Hà Nội là tất yếu bởi thủ đô đang khai thác một lượng nước ngầm quá lớn mỗi năm Tính riêng trong năm 2004, mỗi ngày đêm có khoảng 69.000m3 nước được khai thác cung cấp cho sinh hoạt, con số này dự kiến trong năm 2005 sẽ tăng lên 83.000m3

Việc khai thác nước ngầm là cần thiết nhưng việc khai thác đó phải bảo đảm thời gian để lượng nước bù đắp lại Chính vì không bảo đảm được những yêu cầu trên nên mực nước ngầm ngày càng hạ thấp kéo theo hiện tượng lún mặt đất Cách đây khoảng 30-40 năm, mực nước ngầm dưới lòng đất thủ đô chỉ cách mặt đất khoảng 3-4m và cách đây 15-20 năm, khoảng cách này là 10m Tuy nhiên, do lượng nước khai thác cung cấp cho sinh hoạt mỗi năm rất lớn đã làm mực nước ngầm ngày càng tụt sâu hơn vào lòng đất

Năm 2007, Thiềm Quốc Tuấn, Huỳnh Ngọc Sang và Trần Lê Thế Diễn [4], trên

cơ sở phân tích và tìm hiểu nguyên nhân gây lún mặt đất do khai thác nước dưới đất ở khu công nghiệp Hiệp Bình Phước – Quận Thủ Đức – Thành phố Hồ Chí Minh đã vạch ra, việc khai thác nước dưới đất đã làm cho mực nước dưới đất ở khu vực thành phố Hồ Chí Minh liên tục bị hạ thấp Mực nước dưới đất hạ thấp sẽ làm thay đổi trạng thái ứng suất trong đất, gây sụt lún mặt đất, làm biến dạng các công trình xây dựng… Hiện tượng lún mặt đất do khai thác nước dưới đất gặp khá phổ biến ở nhiều nơi trên thế giới như ở bang Texas, California – Hoa Kỳ, Bawngkok – Thái Lan, Osaka – Nhật Bản, thủ đô Mexico… Hiện tượng này gây nên những tác động bất lợi như lụt lội, làm biến dạng và hư hỏng các công trình xây dựng…

V K Dang [5], đã nghiên cứu và theo dõi các nguồn nước ngầm, bao gồm mực nước, nhiệt độ, thành phần hóa học trong tầng chứa nước Qp và Qh hàng tuần thông qua một mạng lưới các giếng quan sát: 21 giếng Qh, 32 giếng Qp phân tán quanh thành phố Hà Nội Tác giả cũng chỉ ra hầu hết các nhà máy sản xuất nước tập trung đều tập trung ở dọc bờ sống phía Nam của Sông Hồng, nơi mật độ dân số cao nhất Trong đó, hai khu vực sụt lún lớn nhất là ở quận Hoàng Mai và Hà Đông-Thanh Xuân, nơi nằm gần các giếng nước ngầm có khả năng khai thác khác nhau từ 16×103m3 đến 35×103 m3 trong một ngày Vùng biến dạng đứng đầu tiên được xác định là quận Hoàng Mai, nơi nằm giữa hai giếng Pháp Vân và Tường Mai, nơi có mực nước ngầm thu hồi đạt 24 × 103 m3 trong một ngày

Vậy để tìm hiểu cơ sở khoa học nhằm khắc phục tình trạng lún mặt đất do hạ

thấp mực nước ngầm Đề tài nghiên cứu ứng dụng phương pháp phân tích thống kê, đặc biệt là phương pháp phân tích hồi quy trong trắc địa, xác định mức độ tương quan theo lý thuyết thống kê Vững của mực nước ngầm đến độ lún các điểm quan trắc công trình nhà thấp tầng khu vực Pháp Vân - Tứ Hiệp, Hà Nội

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH THỐNG KÊ VÀ MÔ HÌNH HỒI QUY 2.1 PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH THỐNG KÊ VÀ BÀI TOÁN HỒI QUY 2.1.1 Xử lý số liệu quan trắc biến dạng

Chịu ảnh hưởng của điều kiện đo, bất kỳ số liệu quan trắc biến dạng nào cũng

có sai số với độ lớn và tính chất khác nhau Trong trắc địa thường chia sai số đo thành 3 loại:

1) Sai số thô (cũng gọi là sai lầm), do sai lầm gây nên, ví dụ, hiện tượng trượt chu kỳ trong trị đo GPS, đọc số sai, ghi sai khi đo thủy chuẩn;

2) Sai số hệ thống, trong điều kiện đo như nhau, tiến hành một loạt phép đo, được một dãy trị đo, mà độ lớn và dấu của sai số có biểu hiện tính chất hệ thống, ví

dụ, khi đo dài bằng thước thép, sai số hiệu chỉnh chiều dài thước có tính chất hệ thống, sai số cố định của máy đo khoảng cách;

3) Sai số ngẫu nhiên, trong điều kiện đo như nhau, tiến hành một loạt phép đo, được một dãy trị đo, mà độ lớn và dấu của sai số có biểu hiện tính chất ngẫu nhiên,

ví dụ, sai số ngắm khi đo góc, sai số ước đọc số nhỏ khi đọc số

Trong quan trắc biến dạng, không cho phép tồn tại sai lầm (sai số thô), thông qua tuần tự và phương pháp đo nhất định để loại trừ hoặc giảm thiểu sai số hệ thống Nếu trong số liệu quan trắc tồn tại sai số thô hoặc sai số hệ thống, sẽ khó khăn cho việc phân tích và giải thích biến dạng, thậm chí có kết luận sai Đồng thời,

vì bản thân lượng biến dạng tương đối nhỏ, xấp xỉ bằng giới hạn của sai số đo, để phân biệt biến dạng và sai số, nhận được biến dạng đặc trưng, phải có biện pháp loại trừ sai số tương đối lớn (vượt quá sai số đo), nâng cao độ chính xác đo, từ đó giảm thiểu ảnh hưởng của sai số đo đối với phân tích biến dạng Liên quan đến quá trình tiền xử lý số liệu đo, ngoài việc so sánh kết quả đo với các chu kỳ trước, còn phải so sánh với các điểm lân cận trong cùng thể biến dạng, sơ bộ nhận định đặc trưng biến dạng để phát hiện sai lầm Phương pháp kiểm định thống kê vững được phát triển bởi Peter Huber (1981) cùng các phương pháp phân tích hồi quy, biến đổi sóng nhỏ

và lọc Kalman, đã góp phần phát hiện và hiệu chỉnh trị đo dị thường, thổng nhất các