Nghiên cứu các dạng tai biến địa chất trong xây dựng công trình ngầm tại thành phố và các biện pháp phòng tránh

Theo định nghĩa, cách hiểu như trên, các sự cố, biến cố xảy ra trong quá trình thi công, sử dụng các công trình ngầm, do sự tồn tại và các tác động của yếu tố địa chất không kể đến các s

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố

trong bất kỳ công trình nào khác

Hà Nội, ngày tháng năm 2013

Đoàn Hữu Trắc

1.1 Về khái niệm tai biến địa chất và sự cố trong thi công Công trình ngầm 5 1.2 Tổng hợp các tai biến địa chất trong thi công công trình ngầm thành phố ở Việt Nam 8 1.2.1 Tai biến trong thi công xây dựng hầm chui Văn Thánh tại thành phố Hồ Chí Minh (Tp.HCM) 8 1.2.2 Tai biến trong thi công xây dựng tầng hầm tại công trình Cao ốc Pacific tại thành phố Hồ Chí Minh 11 1.2.3 Tai biến khi thi công tầng hầm tại Cao ốc Residence tại Tp Hồ Chí Minh 16 1.2.4 Tai biến khi thi công xây dựng tầng hầm tại Cao ốc Văn phòng Bến Thành TSC- 186 Lê Thánh Tôn Tp Hồ Chí Minh 17 1.2.5 Tai biến trong thi công xây dựng tầng hầm tại công trình Lim Tower (9-11 Tôn Đức Thắng quận -Tp Hồ Chí Minh) 18 1.2.6 Tai biến trong thi công xây dựng tầng hầm tại công trình M&C -

Tp Hồ Chí Minh 18 1.2.7 Tai biến trong thi công xây dựng Sập nhà 4 tầng tại 792 Nguyễn Kiệm quận Gò Vấp - Tp Hồ Chí Minh 22 1.2.8 Tai biến trong thi công xây dựng Tòa nhà Văn phòng trên đường Hà Nội – Hà Đông 24 1.2.9 Tai biến trong thi công xây dựng Tòa Văn phòng ở quận Hai Bà Trưng – Hà Nội 24

2.1.1 Nguyên nhân xem nhẹ điều kiện địa chất và sai lầm trong khảo sát 31

2.1.2 Nguyên nhân do sai lầm trong thiết kế 37

2.1.3 Nguyên nhân do sai lầm trong thi công 38

2.1.4 Nguyên nhân do sai lầm trong quan trắc 40

2.1.5 Nguyên nhân sai sót của nhà quản lý và chủ đầu tư 40

2.1.6 Nguyên nhân do điều kiện địa chất biến động 41

2.2 Tổng hợp các yếu tố ảnh hưởng đến tai biến, sự cố 41

CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT CÁC BIỆN PHÁP PHÒNG TRÁNH TAI BIẾN ĐỊA CHẤT 45

3.1 Giải pháp khảo sát, thăm dò dự báo tai biến địa chất trong giai đoạn khảo sát, thiết kế và thi công 46

3.2 Khảo sát các công trình xung quanh 59

3.3 Yêu cầu đối với công tác thiết kế kỹ thuật 61

3.4 Vấn đề lựa chọn giải pháp thi công và phòng tránh tai biến trong quá trình thi công 62

3.4.1 Giải pháp thi công các tầng hầm nhà cao tầng 62

3.4.2 Các biện pháp bảo vệ thành hố đào 63

3.4.3 Phương pháp thi công Top-down: 72

3.4.4 Một số giải pháp cho công tác đào đất 74

3.4.5 Công tác quan trắc công trình, đánh giá mức độ ổn định 74

3.4.6 Các giai đoạn của công tác quan trắc 75

3.4.7 Yêu cầu của công tác quan trắc 75

3.4.8 Một số giá trị cảnh báo 77

3.4.9 Các thiết bị sử dụng cho công tác quan trắc 78

3.4.10 Vấn đề quản lý kiểm soát tai biến địa chất, quản lý chất lượng công trình 81

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 87

TÀI LIỆU THAM KHẢO 89

Bảng 1-1 Chỉ tiếu cơ lý của các lớp đất dưới nền công trình Pacific [5] 14

Bảng 1-2 Bảng tổng hợp các tại biến địa chất công công trình nghiên cứu 26

Bảng 3-2 Các phương pháp thăm dò khi thi công, khả năng và hạn chế 56

Bảng 3-3.Bán kính ảnh hưởng của kết cấu chắn giữ hố móng đối với các công trình lân cận 57

Bảng 3-4 Ước lượng độ sâu khảo sát 58

Bảng 3-5 Đặc điểm của các phương án thi công xây dựng CTN 63

Bảng 3-6 Bảng tổng hợp các kết cấu chống giữ tường hào 72

Bảng 3-7 Các hạng mục quan trắc hố đào 76

Bảng 3-8 Cấp an toàn hố đào 78

Bảng 3-9 Giới hạn biến dạng hố đào cấp 1 và cấp 2 78

Hình 1-1 Lún đường đầu cầu Văn thánh 2 10

Hình 1-2 Tình trạng hầm chui bị nứt và đường lên hầm chui 11

Hình 1- 3 Nứt mố cầu Văn Thánh 11

Hình 1-4 Ví trí công trình Pacific 12

Hình 1-5 Mặt cắt địa chất công trình Pacific 15

Hình 1-6 Sự lún sụt tòa Cao ốc Pacific trong lúc thi công 16

Hình 1-7 Viện Khoa học Xã hội vùng Nam bộ bị sụt 16

Hình 1-8 Công trình Residence 17

Hình 1-9 Hố sâu trên vỉa hè đường Nguyễn Siêu 17

Hình 1-10 Toàn bộ diện tích bị sụp đổ đang bị nhấn chìm trong nước 19

Hình 1-11 Công trình cao ốc M&C đang xây dựng 19

Hình 1-12 Xe chở cát đến lấp hố đầy nước 21

trước căn nhà số 3 Hàm Nghi, Q 1, TP.HCM 21

Hình 1-13 Nhà 4 tầng đổ sập, đè nát các căn nhà liền kề 23

Hình1-14 Hố móng bên cạnh nhà 4 tầng 23

Hình 2-1 Nguyên nhân các sự cố trong xây dựng công trình ngầm và tấn xuất xuất hiện 30

Hình 2-2 Lún sụt nhà nghiêm trọng ở quận 9 Tp.HCM 33

Hình 2-3 Sự cố tại công trình Tp HCM Pacific do xói ngầm 34

Hình 2-4 Căn nhà ở chân cầu Văn Thánh bị nghiêng về phí trước 0,85 m 34

Hình 2-5 Dòng chảy của nước ngầm vào hố đào 36

Hình 2-6 Mô hình sụt lún công trình khi bơm tháo khô hố móng 37

Hình 2-7 Ảnh hưởng của việc xây dựng công trình ngầm trong các đô thị 39

Hình 2-8 Sơ đồ thể hiện các nguyên nhân gây ra các tai biến địa chất 42

Hình 3-1 Biến động không được phát hiện khi khoan thăm dò 50

Hình 3-2 Ví dụ biến động địa chất khi có các thấu kính cát 51

Hình 3-3 Các giải pháp khắc phục sự cố sập lở khi sử dụng TBM 53

Hình 3-4 Ví dụ vê công suất máy và tiến độ đào trong một tuần của máy khiên đào 55

Hình 3 - 6 Các dàn chống khi hào thi công hẹp 63

Hình 3-8 Kết hợp neo, bê tông phun và các tấm đệm 65

Hình 3-9 Kết hợp bảo vệ bằng neo và bê tông phun 65

Hình 3-10 Tường cọc –ván 66

Hình 3-11 Cọc ván thép để chống đỡ cho hố móng sâu 67

Hình 3-12 Cọc khoan nhồi cắm lồng vào nhau 68

Hình 3-13 Cọc tiếp xúc 69

Hình 3-14 Cọc tách rời nhau 69

Hình 3-15 Hình ảnh thi công cọc barrette (tường hào nhồi) 70

Hình 3-16 Khoan và neo cáp cho tường trong đất tại công trình Keangnam 71

Hình 3-17 Sơ đồ bố trí các vị trí quan trắc hố móng trong thi công 77

Hình 3-18 Cấu tạo ống đo nghiêng (Inclinmeter casing) và đầu đo (Inclinometer Probe) 79

Hình 3-19 Thiết bị đo mực nước tĩnh (Standpipe) 79

Hình 3-20 Thiết bị đo lực nước Piezometer 79

Hình 3-21 Thiết bị đo áp lực đất lên tường trong đất (Jack-Out Total pressure cell) 80

Hình 3-22 Vòng tròn các yếu tố ảnh hưởng đến việc thi công CTN 81

Hình 3-23 Các bộ phận chức năng tư vấn cần thiết của Chủ đầu tư 83

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Một thành phố hiện đại, văn minh và phát triển bền vững cần phải có

đủ cơ sở hạ tầng, trong đó đặc biệt là các công trình hạ tầng kỹ thuật ngầm, để phục vụ và đáp ứng các nhu cầu trong cuộc sống của xã hội Trong xu thế hiện đại hóa và công nghiệp hóa đất nước, nhiều công trình hạ tầng kỹ thuật ngầm đã được xây dựng ngày càng nhiều ở các thành phố, đặc biệt là ở Thủ

đô Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh Tuy nhiên, thực tế cho thấy cho đến nay, mặc dù khối lượng các công trình ngầm được xây dựng trong các thành phố nước ta chưa nhiều, nhưng cũng đã xảy ra nhiều hiện tượng sập lở, lún, sụt lún đến mặt đất, gây hư hại các công trình kiến trúc trên mặt đất, làm mất

ổn định, an toàn cho cuộc sống

Các trạng thái, các điều kiện, các ẩn họa và các tác động làm biến đổi

bề mặt trái đất, làm biến đổi trạng thái vật chất, đặc điểm cấu trúc địa chất trong lòng vỏ trái đất (thạch quyển) và đe dọa, gây các tác động phá hoại đối với các hệ thống kỹ thuật, thậm chí lấy đi mạng sống của con người, được các nhà khoa học về địa chất, địa kỹ thuật như Đặng Hữu Diệp [2], Trần Mạnh Liểu [6], Trần Trọng Huệ [3], và trong các tài liệu khác [12] định nghĩa là các

“tai biến địa chất” (TBĐC-geological hazards, geological risks) Các tai biến địa chất xảy ra do có nhiều nguyên nhân hình thành khác nhau, thường được phân theo nguồn gốc thành các nhóm là: nội sinh (như núi lửa, động đất…), ngoại sinh (mưa, bão, sói mòn…) và nhân sinh (các tác động của con người như khai thác khoáng sản, xây dựng công trình ngầm…) Theo định nghĩa, cách hiểu như trên, các sự cố, biến cố xảy ra trong quá trình thi công, sử dụng các công trình ngầm, do sự tồn tại và các tác động của yếu tố địa chất (không

kể đến các sự cố thuần túy mang ý nghĩa kỹ thuật), được coi là các tai biến địa chất với nguồn gốc nhân sinh

Trong lĩnh vực xây dựng công trình ngầm, mỗi khi xảy ra sự cố, người

ta thường tiến hành các cuộc thanh tra, xác định nguyên nhân dẫn đến sự cố Mục tiêu của các cuộc thanh tra này một mặt là tìm hiểu nguyên nhân nhằm đúc kinh nghiệm, để loại trừ hoặc hạn chế sự cố trong tương lai, mặt khác cũng để xử lý hành chính thỏa đáng, khi nguyên nhân gây ra sự cố thực sự là

do thiếu sót trong hoạt động của con người Trong thực tế, đây là công tác phức tạp và nhiều khi không mang lại hiệu quả như mong muốn Trái lại, do

sự cố xảy ra có thể làm giảm uy tín của các đơn vị khảo sát, thiết kế và đặc biệt là đơn vị thi công, khi hiểu không đúng, nên nhiều sự cố xảy ra ở nước ta

đã không được cập nhật, mô tả và lưu giữ, thậm chí người ta cố gắng né tránh các cuộc điều tra Người ta bỏ quên mất một nguyên tắc là: mọi sự thành công không phải chỉ từ các bài học thành công mà còn cả từ các bài học thất bại

Xây dựng công trình ngầm là lĩnh vực kỹ thuật rất thú vị nhưng cũng rất phức tạp, vì con người phải làm việc với môi trường tiểm ẩn nhiều điều kiện địa chất biến động theo không gian và thời gian, có nhiều điều kiện bất thường và dù có đầu tư cho khảo sát nhiều kinh phí, thì các kết quả điều tra, khảo sát cũng vẫn chỉ mang tính đại diện chính xác cho điểm được điều tra khảo sát, hay nói cách khác là mang tính cục bộ Các tai biến địa chất vẫn thường xảy ra, mặc dù công tác điều tra, khảo sát, thiết kế và thi công được triển khai theo đúng các quy trình, quy phạm và hướng dẫn, chỉ dẫn, bởi lẽ cho đến nay các quy trình, quy phạm cũng chỉ hình thành do đúc rút kinh nghiệm và thành quả của tiến bộ khoa học hiện thời, chứ chưa lường trước hết được những biến động bất thường trong vỏ trái đất

Nghiên cứu, phân tích các tai biến địa chất đã xảy ra và đề xuất các giải pháp nhằm loại trừ hoặc hạn chế tai biến địa chất do vậy luôn là mối quạn tâm của các nhà khoa học đa ngành, từ địa chất, địa kỹ thuật cho đến các nhà kỹ thuật xây dựng và quản lí Đây cũng là vấn đề cần xúc tiến nghiên cứu ở nước

ta, trên cơ sở xu thế phát triển xây dựng các công trình ngầm và sử dụng không gian ngầm ngày càng tăng hiện nay, đặc biệt tại các thành phố

2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là các vấn đề liên quan với tai biến địa chất trong xây dựng công trình ngầm thành phố Phạm vi nghiên cứu chính là khu vực thủ đô Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh

3 Mục đích nghiên cứu của đề tài

Đề tài hạn chế ở mục tiêu là tìm hiểu các tai biến địa chất trong xây dựng công trình ngầm thành phố, từ đó đề xuất các giải pháp hạn chế và khắc phục trong tương lai

4 Nội dung nghiên cứu

-Tổng hợp, phân tích các tai biến địa chất đã xảy ra trong xây dựng công trình ngầm thành phố;

- Tìm hiểu các phương pháp, các khả năng dự báo, phân tích tai biến địa chất hiện nay;

- Đề xuất biện pháp hạn chế, khắc phục trong điều kiện hiện nay của nước ta

5 Phương pháp nghiên cứu

Để có thể đáp ứng mục đích và các nội dung nêu ra trong luận văn tác giả sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết tổng hợp, phân tích, thống kê đánh giá và kết hợp với công tác điều tra thực tế

6 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài

Đề tài sẽ góp phần xây dựng luận cứ khoa học cho việc nghiên cứu, phân tích tai biến địa chất, trong xây dựng công trình ngầm thành phố Kết quả của đề tài sẽ góp phần hạn chế được các tai biến địa chất trong xây dựng công trình ngầm thành phố

7 Cấu trúc của luận văn

Các kết quả nghiên cứu, trong khuôn khổ thực hiện đề tài luận văn thạc

sỹ kỹ thuật tại bộ môn Xây dựng công trình ngầm và mỏ, khoa Xây dựng, trường đại học Mỏ - Địa chất Luận văn được trình bày trên khổ giấy A4, gồm

có phần mở đầu, 03 chương và phần kết luận, kiến nghị, trong 97 trang giải

trình

Lời cám ơn

Sau thời gian theo học chương trình “Cao học” tại bộ môn Xây dựng công trình ngầm và mỏ, Khoa Xây dựng, trường đại học Mỏ - Địa chất tôi được nhận đề tài “Nghiên cứu các dạng tai biến địa chất trong xây dựng công trình ngầm thành phố và các giải pháp phòng tránh” cho luận văn Thạc sỹ

Trong quá trình học tập và làm luận văn, tôi luôn nhận được sự giúp đỡ của các thầy cô trong bộ môn, trong khoa và Nhà trường, cũng như sự giúp đỡ, tạo điều kiện của Công ty đào tạo, phát triển nguồn nhân lực sáu Nhân đây cho phép tôi bày tỏ lòng biết ơn và sâu sắc đến sự giúp đỡ, dạy dỗ quí báu đó

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới GS.TS Nguyễn Quang Phích, người đã dành nhiều sự quan tâm, giúp đỡ, hướng dẫn tác giả trong suốt thời gian thực hiện bản luận văn tốt nghiệp này

Tác giả cũng xin gửi lời cám ơn chân thành tới lãnh đạo và các bạn đồng nghiệp của cơ quan, đã động viên và tạo điều kiện trong quá trình học tập của tôi

Tôi xin chân thành cảm ơn!

CHƯƠNG 1 CÁC TAI BIẾN VÀ SỰ CỐ TRONG THI CÔNG XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH NGẦM TRONG CÁC THÀNH PHỐ Ở VIỆT NAM

1.1 Về khái niệm tai biến địa chất và sự cố trong thi công Công trình ngầm

Tai biến địa chất là hậu quả tất yếu do môi trường địa chất bị biến đổi bởi tác động của các yếu tố tự nhiên hoặc nhân tạo Chúng thể hiện cụ thể bằng những hiện tượng địa chất hoặc địa chất công trình, như hiện tượng trượt

lở, xâm thực bờ sông, bờ biển, biến dạng nền móng công trình v.v Mức độ hoặc cường độ thể hiện của những hiện tượng này phụ thuộc vào những đặc điểm địa mạo, địa chất thủy văn, tính chất cơ lý, hóa lý và những tính chất đặc biệt đặc trưng của loại đất - đá có mặt trong môi trường địa chất

Công trình xây dựng bao giờ cũng trực tiếp tác dụng lên môi trường đất

- đá, một thành tố cốt lõi của môi trường địa chất Tác dụng trực tiếp của công trình xây dựng làm cho môi trường đất - đá bị biến đổi, biến đổi về độ ẩm và nhiệt độ, về điều kiện tiếp xúc với khí quyển, về trạng thái ứng suất tự nhiên,

về thành phần khoáng vật, đặc điểm cấu trúc, tính chất cơ lý và hóa học v.v ,

từ đó phát sinh các hiện tượng địa chất, biểu hiện cụ thể của tai biến địa chất Chính các hiện tượng tai biến địa chất hoặc tai biến địa chất này gây ra biến dạng địa hình mặt đất, biến dạng nền móng công trình

Smit (1996) định nghĩa: “risk là sự phơi bày các giá trị (tài sản, tính mạng) của con người trước tai biến và thường coi là tổ hợp giữa xác suất (xảy

ra sự cố) và mất mát” và “Do đó, chúng ta có thể xác định tai biến (hazard) là nguyên, là sự đe dọa tiềm tàng đến tính mạng và tài sản của con người, còn rủi ro (risk) là hậu quả của dự báo về các thiệt hại một khi sự cố xảy ra do một quá trình tai biến nào đấy

Các thành phố lớn ở nước ta đều phân bố trên các đồng bằng ven sông, ven biển và có điều kiện đất nền bất đồng nhất cả theo diện và theo chiều sâu,

phân lớp mỏng phức tạp và nhiều đất yếu, nước dưới đất khá phong phú và phân bố nông, đồng thời các điều kiện này lại biến động, khó đánh giá, điều tra được ngay từ ban đầu Những điều kiện địa chất không lường trước được, những điều kiện địa chất biến động luôn là các ẩn họa gây nên tai biến địa chất hay sự cố trong xây dựng công trình ngầm, cũng như cho nhiều lĩnh vực kinh tế khác

Thi công xây dựng công trình ngầm (CTN) sẽ dẫn đến biến đổi trạng thái vật chất, vật lý và đặc biệt là trạng thái cơ học của khối đất đá Đây là quá trình biến đổi phức tạp mà đến nay con người không hiểu biết định lượng chính xác Cũng vì vậy các công tác nghiên cứu thường tập trung vào vấn đề tương tác giữa công tác thi công và sự bến đổi trạng thái của khối đất đá vùng lân cận, nhằm lựa chọn các giải pháp thi công, chống giữ hợp lý, hạn chế hoặc tránh để xảy ra các sự cố sập lở, sụt lún đến mặt đất, dịch chuyển lớn trong khối đất đá và đến mặt đất vừa có thể gây mất an toàn trong thi công, phá hủy công trình đang xây dựng và các công trình kiến trúc hiện hữu

Nói chung, các sự cố thường hay xảy ra trong những điều kiện địa chất nhất định kết hợp với tác động không chính xác, không hợp lý của con người (ở đây loại trừ những sự cố do hành vi vô thức về kỹ thuật của con người gây ra) Các điều kiện địa chất đó được coi là tai biến địa chất, hiểu một cách đơn giản như đã được nêu trong mục mở đầu với các định nghĩa của các tác giả khác nhau Hay nói cách khác, liên quan riêng với xây dựng công trình ngầm: tai biến địa chất là những điều kiện địa chất tiềm ẩn trong lòng trái đất có thể dẫn đến các sự cố trong xây dựng công trình ngầm

Thực chất phân tích ổn định khối đất đá khi xây dựng công trình ngầm, với các điều kiện địa chất, địa cơ học đặc trưng cũng chính là bài toán phân tích, dự báo tai biến địa chất Đương nhiên có những điều kiện địa chất không hoặc khó dẫn đến các sự cố trong thi công, nhưng cũng có nhiều điều kiện địa chất mà chỉ cần thiếu chú ý nhỏ cũng có thể dẫn đến sự cố

Trong những năm gần đây, kỹ thuật công nghệ trong xây dựng CTN trên thế giới đã có những tiến bộ vượt bậc, đặc biệt khi thi công CTN qua các vùng đất mềm yếu trong khu vực thành phố có nguy cơ tai biến cao Rất nhiều CTN trên thế giới đã được thi công xây dựng thành công, an toàn và hiệu quả qua vùng đất yếu Tuy nhiên cũng đã có không ít các sự cố xảy ra trong quá trình thi công và hậu quả để lại cũng rất lớn Dễ thấy nhất là chi phí để khắc phục các sự cố hay rủi ro là rất lớn Tại eo biển Măng-sơ (Manchester) thi công bằng máy khiên đào (SM-Shield Machine), chống giữ bằng vỏ tubing bê tông cốt thép lắp ghép, vượt tới hàng chục lần so với đơn giá dự toán ban đầu cho 1m đường hầm

Thông thường, chi phí để khắc phục tai biến kỹ thuật (thay thế kết cấu

bị phá hủy) không nhỏ hơn 2 lần so với đơn giá dự toán ban đầu [10]

Chính vì hậu quả đặc biệt nghiêm trọng do các tai biến địa chất trong thi công xây dựng CTN gây ra, nên phòng ngừa tai biến địa chất xảy ra trong quá trình thi công CTN là hết sức cần thiết Tai biến địa chất luôn gắn liền với công tác thi công và là điều khó có thể tránh khỏi Kết quả nghiên cứu khoa học, cải tiến khoa học kỹ thuật có thể làm tăng sự hiểu biết chung, giúp lý giải được tai biến địa chất và cho phép tìm được các giải pháp phòng ngừa nhất định Tuy nhiên, vì khối đất đá là vật thể địa chất phức tạp, do vậy đến nay kinh nghiệm tích lũy được, các kinh nghiệm và bài học từ những sự cố hay rủi

ro địa chất, những thất bại của chính mình và của đồng nghiệp

Tổng hợp và phân tích các sự cố đã và đang xảy ra trong thi công xây dựng công trình ngầm vì vậy là một phương pháp để có được nhận định hay nhận biết về các điều kiện địa chất có thể dẫn đến sự cố, hay tai biến địa chất, mặc dù yếu tố tác động dẫn đến sự cố có thể mang tính kỹ thuật, thường được khẳng định, sau khi sự cố đã xảy ra Ở đây loại trừ các sự cố thuần túy mang tính kỹ thuật

Trong chương này tác giả trình bày một số những sự cố điển hình đã xảy ra ở các thành phố của Việt Nam mà cụ thể là các công trình ngầm tại thủ

đô Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh, sơ bộ phân tích tìm ra các nguyên nhân, cũng như các tai biến địa chất

1.2 Tổng hợp các tai biến địa chất trong thi công công trình ngầm thành phố ở Việt Nam

1.2.1 Tai biến trong thi công xây dựng hầm chui Văn Thánh tại thành phố

Hồ Chí Minh (Tp.HCM)

Hầm chui Văn Thánh 2 là một hạng mục của dự án do Công ty Sản xuất kinh doanh thương mại dịch vụ xuất nhập khẩu Thanh niên xung phong Tp.HCM làm chủ đầu tư Năm 1997 Công ty Tư vấn Thiết kế Giao thông vận tải phía Nam là đơn vị thiết kế, còn đơn vị thi công là Tổng công ty Xây dựng công Giao thông 6 Phân viện Giao thông vận tải phía Nam được thuê thẩm định hồ sơ thiết kế kỹ thuật và giám sát thi công

Đơn vị Tư vấn Thiết kế là Công ty Tư vấn Thiết kế Giao thông vận tải phía Nam đã cử ông Trần Thanh Minh và Lê thanh Liêm là những người chịu trách nhiệm về thiết kế Ông Đỗ Văn Hùng (Sở giao thông công chánh Tp.HCM là người chịu trách nhiệm phê duyệt dự án Ông Trần Thanh Hương (Phân viện thiết kế Giao thông vận tải phía Nam) chịu trách nhiệm Giám sát công trình Ông Hoàng Trung Tiến và Dương Quang Vinh, Trịnh Tuấn Thanh (Tổng công ty xây dựng công trình Giao thông 6) là những người chịu tránh nhiệm thi công công trình Công trình bao gồm: Cầu Văn Thánh 2, hầm chui, đường vào cầu Nguyễn Hữu Cảnh nằm tại quận Bình Thạnh thành phố Hồ Chí Minh

Tổng công ty xây dựng công trình Giao thông 6 đã thi công hầm chui cầu Văn Thánh 2 với tổng kinh phí hơn 3,98 tỷ đồng Sau khi đưa vào sử dụng (cuối năm 2001) công trình này liên tục bị hư hỏng và đã bộc lộ nhiều sai phạm trong thiết kế cũng như thi công và giám sát

Trong lúc thi công xây dựng hầm chui cầu Văn Thánh 2, Dương Quang Vinh (đội trưởng đội thi công số 3 Công ty khai thác đá 621 Tổng công ty xây dựng công trình Giao thông 6) đã bớt xén cừ tràm, thép của công trình để chiếm đoạt hơn 70 triệu đồng Dương Quang Vinh đã mua cừ tràm, đất gia tải, bấc thấm và nhờ Quách Vạn Đức (giám đốc Công ty TNHH Xây dựng Thương mại 41) cung cấp hóa đơn khống, để hưởng hoa hồng 3 ÷ 5% giá trị

Nhiều đoàn kiểm tra đã đổ lỗi cho điều kiện địa chất, đất yếu, yêu cầu đưa công trình vào sử dụng sớm và qui cho rủi do nghề nghiệp Người dân thì bức xúc về những tai biến liên tục xảy ra với cầu Văn Thánh 2, và hầm chui cầu Văn Thánh đặc biệt là những ngôi nhà ở sát ngay cầu Nhiều “Bác sĩ” –

“nhà Tư vấn” đã phát biểu về nguyên nhân gây lún và đề xuất phương án sử

lý một cách toàn diện từ năm 2002, song chưa được xem xét Các nhà quản lý

và một số chuyên gia đã đưa ra giải pháp chờ lún và đắp bù lún

Ngày 27/10/2005 sau khi tai biến xảy ra, Bộ trưởng Đào Đình Bình Bộ trưởng Bộ Giao thông vận tải, Sở Giao thông vận tải Tp HCM, Tư vấn Thiết

kế, Tư vấn Giám sát và Nhà thầu thi công đã phải họp để giải quyết tai biến tại hầm chui cầu Văn Thánh Sau khi cào bóc lớp bê tông ở đầu cầu mố phía

được chỉ định chiều dài trong thiết kế nên đơn vị thi công (tức chủ đầu tư) chỉ đặt đến đáy tầng hầm, tức là 22 m và chất lương củ bê tông trong quá trình thi công thì không được kiểm soát do không có Tư vấn giám sát chuyên nghiệp

để theo dõi trong quá trình thi công Ở đây tôi muốn nói tới chất lượng của bê tông không đảm bảo do quá trình thi công là vì bê tông tường vây từ mác 400 nhưng khi thi công xong chỉ đạt mác 220 theo báo cáo của đơn vị tư vấn kiểm định công trình, do đó mà đã xảy ra sự cố thủng tường vây

* Điều kiện địa chất tại khu vực

Theo các tài liệu khảo sát về địa chất địa tầng khu vực từ trên xuống như sau:

- Lớp 1: Đất san lấp có chiều dày 1 m;

- Lớp 2: Sét pha, xám nhạt nâu vàng, trạng thái dẻo mềm, bề dày lớp 4,2 m;

- Lớp 3: Sét pha sạn, xám trắng, xám vàng, xám xanh, trạng thái dẻo cứng, chiều dày lớp 4,1 m;

- Lớp 4: Cát hạt nhỏ đến hạt trung, nâu nhạt, nâu vàng, xám trắng, nâu

đỏ, trạng thái chặt vừa đến chặt, chiều dày lớp đến 29 m;

- Lớp 5: Sét nâu đỏ, vàng nhạt, trạng thái cứng đều đến rất cứng, chiều dày 15,1 m;

- Lớp 6: Sét pha màu vàng, xám xanh, xám trắng, trạng thái nửa cứng, chiều dày lớp 2,3 m;

- Lớp 7: Cát hạt trung, nâu vàng, xám xanh, trạng thái chặt đến rất chặt, chiều dày 80,45 m

Mực nước ngầm trong khu vực là - 9 m từ cốt cao trình mặt đất tự nhiên, tương đối ổn định Chân của tường vây vừa vào mái lớp sét (số 6) còn mũi của cọc barret vào mái của lớp cát pha (số 7) Các chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất được trình bày dưới bảng 1-1

Bảng 1-1 Chỉ tiếu cơ lý của các lớp đất dưới nền công trình Pacific [5]

Hình 1-5 Mặt cắt địa chất công trình Pacific [5]

* Diễn biến sự cố

Các tầng hầm được thi công theo công nghệ top- down, từ tháng 5/2007 khi thi công đào tới tầng hầm thứ 5 vào ngày 27 tháng 7 năm 2007 thì phát hiện một lỗ thủng lớn ở tường tầng hầm có kích thước 0,2x0,7 m, dòng nước rất mạnh kéo theo nhiều đất cát chảy từ ngoài vào qua lỗ thủng của tường tầng hầm Công nhân đã dùng hết cách để cứu chữa nhưng không thể bịt được lỗ thủng Nước kéo theo đất cát chảy ào ào vào tầng hầm, công nhân phải thoát ra khỏi tầng hầm để tránh tai nạn có thể xảy ra Việc đất cát chảy này đã làm trụ

tâm thành phố; Công trình có diện tích mặt bằng 10x40 m và được thiết kế 2 tầng hầm Tháng 11 năm 2007, Trong khi đào móng phục vụ cho công tác thi công tầng hầm thì nước ngầm ở đáy hố móng phun lên rất mạnh đồng thời làm phồng đáy hố móng và làm xê dịch tường cừ bằng cọc lásen khoảng 8 m Đất nền bị sụt lún làm nứt đường hẻm vùng lân cận và làm nghiêng tường ngăn Do đó buộc phải ngừng thi công và dùng biện pháp khoan giếng bơm nước hạ mực nước ngầm

Như vậy ở đây lại xảy ra trường hợp dùng tường bằng cọc ván thép không được hợp lý Chân tường cừ chỉ đặt ở lớp cát pha bão hòa nước nên khi thi công có chênh áp lực do bơm hút nước trong hố đào thi nước phun lên rất mạnh đã kéo theo đất cát và gây lên sự lún sụt

1.2.5 Tai biến trong thi công xây dựng tầng hầm tại công trình Lim Tower

(9-11 Tôn Đức Thắng quận -Tp Hồ Chí Minh

Công trình Lim Tower được tọa lạc tại số 9-11 Tôn Đức Thắng - quận

1, Tp.HCM Sự việc xảy ra vào khoảng 14 giờ ngày 8-5 Sau sự cố nước tràn

ra do vách bức tường vây quanh công trình bị vỡ thì căn nhà 28/1 bất ngờ bị ngã, đổ sập ra sau Nhiều căn nhà lân cận và tiếp giáp với công trình cũng bị ảnh hưởng nghiêm trọng, có nhà bị nứt nghiêng, có nhà nằm trên vùng đất đã

bị bọng dưới nền… Do toàn khu vực có nguy cơ sụp đổ nhà hàng loạt nên người dân sống tại đây được lệnh sơ tán để tránh bị thiệt hại về nhân mạng Việc di chuyển bất đắc dĩ này đã làm bà con bị ảnh hưởng về thu nhập, sinh hoạt Nguyên nhân ở đây lại là do tác đông của nước ngầm qua lỗ thủng của tường vây gây ra mà đơn vị thi công đã không hề lường trước được

1.2.6 Tai biến trong thi công xây dựng tầng hầm tại công trình M&C - Tp Hồ Chí Minh

Công trình M&C tọa lạc tại số 34 đường Tôn Đức Thắng – phường Nguyễn Thái Bình - quận 1- Tp.HCM Khoảng 22h20’đêm 31/1/2009, sự cố

hàng Đông Á Dự án được thực hiện theo hình thức tổng thầu EPC (chìa khóa trao tay) do nhà thầu xây dựng lớn nhất châu Âu là Bouygues Batiment International thực hiện, với tổng mức đầu tư là 256 triệu USD Dự án này gồm 3 khối nhà: Khối trung tâm thương mại dịch vụ cao 6 tầng, có diện tích 23.000 m2; khối văn phòng đạt tiêu chuẩn quốc tế cao 34 tầng, có diện tích 49.000 m2; khối căn hộ gồm 133 căn hộ cao cấp, cùng các dịch vụ tiện nghi hiện đại khác

Thông tin từ Sở Cảnh sát phòng cháy chữa cháy, ngôi nhà 1 trệt 1 lầu,

có diện tích 48 m2, tại số 3, đường Hàm Nghi bị sụp đổ hoàn toàn, kéo sụp theo một nửa căn nhà số 5 đường Hàm Nghi, diện tích khoảng 160 m2, nằm

kề căn nhà số 3 và làm vỡ đường ống cấp nước cho khu vực dân cư Sau khi nghe tiếng sập đổ, người dân ở các ngôi nhà lân cận đã kịp thời chạy ra ngoài thoát thân nên không có thiệt hại về người

Nguyên nhân ban đầu của sự cố được xác định là do việc thi công tầng hầm công trình Cao ốc Sài Gòn M&C gây sụt lún đất làm ảnh hưởng đến kiến trúc xây dựng của các ngôi nhà lân cận Sáng 1/2/2010, UBND phường Nguyễn Thái Bình đã tiến hành lập biên bản vi phạm đối với chủ đầu tư về hành vi “tổ chức thi công xây dựng công trình vi phạm công tác quản lý chất lượng công trình gây sụt đất nền móng công trình lân cận”

Đến chiều 1/2/2010, những người dân bị ảnh hưởng do sự cố vẫn tập trung tại đường Hàm Nghi, cạnh hiện trường sụt đất, để chờ lấy vật dụng sinh hoạt vì toàn bộ dãy nhà đã bị niêm phong Ghi nhận của phóng viên tại hiện trường cho thấy, dãy nhà bị sập được xây dựng từ thời Pháp, với kiến trúc một trệt một lầu Trước đó, khi thấy tường của các ngôi nhà từ số 3 đến số 21 bị nứt, còn nền nhà có dấu hiệu lún, người dân đã thông báo cho đơn vị thi công Trong khi chủ đầu tư và các hộ dân chưa thống nhất về phương án di dời thì xảy ra sự cố

Theo Sở Xây dựng, nguyên nhân sự cố “bước đầu ghi nhận do có lỗ hổng của tường vây thi công tại các thời điểm khác nhau, độ sâu khác nhau tại

vị trí tầng hầm thứ 3 (sâu 9,7 m) giáp các nhà trên, làm cho nước ngầm cùng bùn đất chảy vào tầng hầm công trình, gây sụt lún nền móng, làm sập đổ nhà cũng như sạt lở lòng lề đường”

Sau sự cố một ngày, ba chuyên gia cao cấp từ Pháp đã sang Việt Nam

để trực tiếp xem xét và xử lý vấn đề Do khu đất xây dựng cao ốc nằm gần ngã ba sông, địa chất thủy văn phức tạp, ảnh hưởng triều cường dâng cao nên

dễ tạo hiện tượng trôi bùn đất gây sụt lún (!)

Còn theo ông Nguyễn Văn Hiệp - Phó Giám đốc Sở Xây dựng TP Hồ Chí Minh, phía Sở đã có văn bản khẩn báo cáo với Bộ Xây dựng và UBND

TP về sự cố tại khu vực công trình Tháp Sài Gòn M&C

Theo báo cáo của Sở Xây dựng, sự cố xảy ra làm sụp một phần lòng, lề đường Hàm Nghi, diện tích khoảng 6x7 m, sâu 4 m làm vỡ đường ống cấp nước khu vực, sập các nhà số 3, 5 Hàm Nghi, ảnh hưởng một số nhà khác

Nguyên nhân ban đầu sau khi kiểm tra được xác định: Một lỗ hổng phía dưới tầng hầm thứ 3 của công trình đã làm cho nước ngầm cùng bùn đất chảy vào tầng hầm công trình gây ra sụt lún nền móng dẫn đến sập đổ các công trình bên trên Hiện tại, lỗ hổng tại tường vây nước đã không còn chảy ra Các

cơ quan chức năng vẫn đang tiến hành theo dõi và điều tra nguyên nhân

1.2.7 Tai biến trong thi công xây dựng Sập nhà 4 tầng tại 792 Nguyễn Kiệm quận Gò Vấp - Tp Hồ Chí Minh

17 h chiều nay (26/7/2007), một căn nhà quy mô 1 trệt, 4 tầng lầu cách đường 10 m vừa đổ sập gây chấn động lớn cả khu vực phường 3, Q.Gò Vấp Căn nhà đồ sộ nói trên có diện tích sàn khoảng 150 m2, tại địa chỉ 792 B Nguyễn Kiệm đổ sập xuống trong sự kinh hãi tột cùng của người dân sống xung quanh

Ông Lê Hoàng Hà, Trưởng phòng quản lý đô thị quận Gò Vấp cho biết căn nhà sập này do ông Trần Xuân Bài làm chủ Ông Bài có ba thửa đất nằm liền kề nhau lần lượt mang số 792A, 792B, 792C Nguyễn Kiệm, quận gò vấp, TP.HCM

đào hố móng bên cạnh nhà 792B làm cho kết cấu của căn nhà này không còn tính ổn định nên sau khi gặp nhiều trận mưa lớn đã khiến cho căn nhà đổ sập Ông Võ Đại Thắng cho biết, ngày (27/7), các cơ quan chức năng sẽ họp để xem xét trách nhiệm của chủ đầu tư vì đã để xảy ra sập nhà trong khi chưa được cơ quan hữu quan cấp giấy phép xây dựng

1.2.8 Tai biến trong thi công xây dựng Tòa nhà Văn phòng trên đường Hà Nội – Hà Đông

Đây là ngôi nhà theo thiết kế là 15 tầng, có 2 tầng hầm Để bảo vệ thành hố đào sâu khoảng 10 m, người ta làm tường cừ bằng cọc lásen sâu khoảng 16 m với hệ thanh chống bằng thép hình để ổn định thành hố đào

Trong quá trình thi công ép cọc lá sen và bơm hút nước trong hố móng

đã làm cho nền đất dưới móng nông của một số nhà ở 4 tầng gần đó bị lún không đều và gây nứt tường nhà, phải ngừng thi công để xử lí

Nguyên nhân có thể là chân của tường cừ chưa đặt được vào tầng đất sét dẻo cứng cách nước mà đặt vào tầng cát pha chứa nước, bão hòa nước Trong khi đó, thì mực nước dưới đất ngoài hố móng chỉ cách mặt đất khoảng

1 m Như vậy khi bơm hút nước trong hố móng, đã hạ mức nước chênh lệch gần một chục mét làm cho áp lực nước lỗ rỗng trong đất thay đổi và làm cho nền đất dưới móng bị lún Ở đây cần nói thêm rằng, tường vây bằng cọc lá sen

cũ không kín nước Như vậy nước ở trong và ngoài hố đào thông với nhau qua chân tường vây và thấm qua bản thân tường vây

Như vậy, tuy chưa có sự cố lớn, nhưng cũng là bài học kinh nghiệm khi

sử dụng cọc lá sen và bơm hạ mực nước dưới đất

1.2.9 Tai biến trong thi công xây dựng Tòa Văn phòng ở quận Hai Bà Trưng – Hà Nội [9]

Công trình (Xây Chen) có diện tích mặt bằng 7,15 m x 22,90 m, cao 8 tầng, có 1 tầng hầm, mặt tiền ở mặt phố, xây ngay sát ngôi nhà cũ 4 tầng, có kết cấu khung, móng băng với cốt đáy móng khoảng -1,2 m Để làm móng

cọc ép và tầng hầm cho ngôi nhà mới, người ta đã dùng cọc ván thép U200 dài 6 m ép thành tường cừ xung quanh chu vi móng và tầng hầm

Trong khi ép cọc chỉ cách tường nhà cũ 0,5 m, đã thấy có tác động ảnh hưởng đến móng và độ ổn định của công trình cũ liền kề Sau khi thi công xong tường vây hố móng, người ta đào hố, hút nước để thi công đài cọc và tầng hầm

Theo số liệu quan trắc lún từ 22/10/2007 đến ngày 28/02/2008 thì độ lún của nhà cũ về phía hố đào (để xây tầng hầm của nhà mới) đạt tới 5 cm làm cho ngôi nhà lún nghiêng, tách hẳn khỏi nhà liền kề có sẵn ở trên mái 15

cm Do đó công trình mới chưa làm xong móng và tầng hầm, đã phải ngừng thi công cho đến nay để tìm giải pháp xử lí

Nguyên nhân của sự cố này là do thi công ép cọc ván thép làm tường

cừ đã chấn động đến nền và móng cũ, mặt khác khi bơm hút nước trong hố đào đã làm cho nền đất của móng cũ lún thêm Độ lún của nhà không đều làm cho nó nghiêng về phía hố đào của công trình đang xây dựng tầng hầm

Nhận xét và kết luận

Xây dựng công trình ngầm trong thành phố đang phát triển mạnh trong

xu thế công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước nhưng xây dựng công trình ngầm cũng là lĩnh vực phải đối mặt với những rủi ro, tai biết địa chất, tiềm ẩn trong lòng vỏ trái đất, rất khó điều tra, khảo sát chính xác, nhất là trong khu vực thành phố Một số ví dụ đã tổng hợp cho thấy các sự số hay tai biến đã xảy ra rất đa dạng từ xây dựng công trình ngầm thành phố ở nước ta, mặc dù chúng ta chưa xây dựng các công trình ngầm có quy mô lớn Vì vậy cần thiết phải nghiên cứu các vấn đề liên quan thật thận trọng, tăng cường học hỏi các kinh nghiệm, các bài học từ thực tế trên thế giới, để có thể dự báo, hạn chế các sự cố hay tai biến xảy ra do những thông tin không đầy đủ về điều kiện địa chất, cũng như do điều kiện địa chất biến động, mà con người, nếu chỉ qua công tác thăm do, điều tra ban đầu, không thể lường trước được

Bảng 1-2 Bảng tổng hợp các tại biến địa chất công công trình nghiên cứu

1

Hầm chui Văn

Thánh tại thành

phố Hồ Chí Minh 2005

Trong quá trình thi công vào ngày 05/3/2005

lỗ hổng dưới sàn giảm tải cầu Văn Thánh lại xuất hiện, đường Nguyễn Hữu Cảnh tiếp tục lún với tốc đô từ 1,2÷2 cm

Hơn 10 nhà dân quanh khu vực hầm chui cầu Văn Thánh 2 đã bị lún và nứt tường Có những trường hợp vết nứt chạy dài hơn 7 m, rộng 5 cm tại phòng ngủ, phòng khách và đe dọa làm sập nhà

Toàn bộ đường 2 đầu cầu bị lún sụt gây thiết hại lớn

Các nhà dân vùng lân cận cũng bị lún nứt rất nghiêm trọng

Do công tác khảo sát

và thiếu sót nhiều

Do các đối tượng thi công và giám sát thông đồng tham nhũng

Việt Báo, báo người lao động, Tuổi trẻ

2 Cao ốc Pacific tại

TP Hồ Chí Minh 27/7/2007

Vào ngày 27 tháng 7 năm 2007 thì phát hiện một lỗ thủng lớn ở tường tầng hầm có kích thước 0,2x0,7 m, dòng nước rất mạnh kéo theo nhiều đất cát chảy từ ngoài vào qua lỗ thủng của tường tầng hầm

Nước kéo theo đất cát chảy ào ào vào tầng hầm, công nhân phải thoát ra khỏi tầng hầm để tránh tai nạn có thể xảy ra Việc đất cát chảy này đã làm trụ sở của Viện Khoa học Xã hội vùng Nam bộ gồm 1 trệt và 2 lầu ngay bên cạnh bất ngờ đổ sập

Viện Khoa học Xã hội vùng Nam bộ gồm 1 trệt và 2 lầu ngay bên cạnh bất ngờ đổ sập

Ngoài ra Sở ngoại vụ

và tòa nhà Cao ốc Yoco ngay bên cạnh cũng bị lún sụt, ngoài ra các tuyến đường xung quanh tòa Cao

ốc Pacific cũng bị lún theo

Địa chất, giải pháp kỹ thuật chưa đủ đảm bảo ổn định

Báo Tuổi trẻ 29.8.2010, tài liệu tham khảo tại Công

ty TNHH bia Pacific

Bảng 1-2 Bảng tổng hợp các tại biến địa chất công công trình nghiên cứu

Hậu quả là ngày 31/10/2007

hè đường Nguyễn Siêu có

hố sụt rộng 4x4m và sâu khoảng 3-4m

Do nhà thầu thi công dùng cọc ván thép làm tường vây không ngăn được nước để thi công

[Báo mới 1.11.2007 và

Bài và ảnh: Kim Tùng – Xuân Cường

An ninh thế giới

hố móng và làm xê dịch tường cừ bằng cọc lásen khoảng 8 m

Đất nền bị sụt lún làm nứt đường hẻm vùng lân cận và làm nghiêng tường ngăn

Dùng tường bằng cọc ván thép không được hợp lý

KS Võ Chánh Trung

CopyRight @ Apave Viet Nam & South East Asia

Sự việc xảy ra vào khoảng 14 giờ ngày 8-5

Sau sự cố nước tràn ra do vách bức tường vây quanh công trình bị vỡ thì căn nhà 28/1 bất ngờ bị ngã, đổ sập ra sau Nhiều căn nhà lân cận và tiếp giáp với công trình cũng bị ảnh hưởng nghiêm trọng

Nhiều căn nhà lân cận và tiếp giáp với công trình cũng bị ảnh hưởng nghiêm trọng, có nhà bị nứt nghiêng

Biện pháp thi công , địa chất

KS Võ Chánh Trung

CopyRight @ Apave Viet Nam & South East Asia, Báo sài gòn giải phóng

Khoảng 22 h 20’đêm 31/1/2009, sự cố sụt đất

do thi công tầng hầm của công trình cao ốc

Làm 2 ngôi nhà sụp đổ, dư chấn của sự cố này còn làm

Biện pháp thi công , địa chất

Báo SứcKhoẻ

và Đời Sống

Bảng 1-2 Bảng tổng hợp các tại biến địa chất công công trình nghiên cứu

9 ngôi nhà lân cận bị nghiêng nứt

Căn nhà 792B Nguyễn Kiệm đổ sập xuống trong sự kinh hãi tột cùng của người dân sống xung quanh

Biện pháp thi công , địa chất

Thanh niên 26/7/2007

Việt báo Viet Nam ngày 26.7.2007

Trong quá trình thi công ép cọc lắc xen và bơm hút nước trong hố móng đã làm cho nền đất dưới móng nông của một số nhà ở 4 tầng gần đó bị lún không đều và gây nứt tường nhà

Nguyên nhân có thể

là chân của tường cừ chưa đặt được vào tầng đất sét dẻo cứng cách nước mà đặt vào tầng cát pha chứa nước, bảo hòa nước

15 cm Do đó công trình mới chưa làm xong móng và tầng hầm

động ảnh hưởng đến móng

và độ ổn định của công trình cũ liền kề

Địa chất, giải pháp kỹ thuật chưa đủ đảm bảo ổn định

CHƯƠNG 2 PHÂN TÍCH NGUYÊN NHÂN XẢY RA TAI BIẾN

Ngoại trừ những sự cố thuần túy do sai sót trong hành vi không đúng của con người gây ra, có thể coi các sự cố xảy ra có nguyên nhân tai biến địa chất Tai biến địa chất, như đã nhắc đến trong mục mở đầu, được định nghĩa

là những trạng thái địa chất có thể dẫn đến sự cố, rủi ro trong quá trình thi công, khai thác, để lại những hậu quả nghiêm trọng làm thiệt hại về tính mạng

và tài sản của chính chúng ta Đây là những sự cố không một ai mong muốn trong công tác xây dựng công trình ngầm (CTN) nói riêng và công tác xây dựng nói chung Theo cách phân loại của các nhà nghiên cứu Địa chất - Địa

kỹ thuật, các tai biến xảy ra thường do 3 nhóm nguyên nhân là:

- Các yếu tố nội sinh (như động đất, núi lửa … làm biến động trạng thái vỏ quả đất, phá hủy công trình, kể cả khi đang thi công);

- Các yếu tố ngoại sinh (như mưa, bão gây ngập úng, sói lở, bục nước);

- Các yếu tố nhân sinh (như các hoạt động khai thác khoáng sản, xây dựng nói chung và xây dựng công trình ngầm nói riêng)

Ở đây không đi phân tích kỹ tất cả các yếu tố có thể dẫn đến sự cố đối với xây dựng công trình ngầm ở các thành phố, ví dụ như động đất, biến đổi khí hậu Trên cơ sở các sự cố đã tổng hợp trong Chương 1 cùng với các phân tích, đánh giá của các chuyên gia, kết hợp với quan sát, theo dõi thực tế tác giả chỉ thống kê và phân tích các nguyên nhân gây ra các sự cố khi thi công xây dựng và khai thác công trình ngầm, nghĩa là do hoạt động của con người gây ra Tai biến địa chất tồn tại một cách khách quan, nhưng nếu chúng ta phát hiện hay dự báo được trước khi thi công, trong khi thi công thì có thể có được các giải pháp hợp lý Như vậy nguyên nhân để cho các điều kiện địa chất trở thành tai biến địa chất trong xây dựng công trình ngầm mang nhiều tính chủ quan

2.1 Phân loại các dạng tai biến

Mặc dù khối lượng các công trình ngầm được thi công đến nay ở thủ đô

Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh còn khá ít, lại chủ yếu là các công trình dạng “điểm”, chưa có các tuyến dài, song đã gây ra khá nhiều sự cố nghiêm trọng Trong tương lai gần, các công trình ngầm sẽ được xây dựng ngày càng nhiều hơn, trong đó có các tuyến tàu điện thành phố với các phần được đào ngầm khá dài ở cả hai thành phố Cho đến nay, mỗi khi sự cố xảy ra, các nhà quản lý và các chuyên gia của nhiều lĩnh vực liên quan đã được tập hợp để phân tích, xác định nguyên nhân sự cố Thực tế cho thấy rất ít khi có được các nhận định thống nhất, hoặc các nhận địch được thừa nhận rộng rãi

Hình 2-1 Nguyên nhân các sự cố trong xây dựng công trình ngầm và tấn

xuất xuất hiện [10, 12]

Về mặt kỹ thuật và công nghệ, có thể nói rằng, chúng ta còn thiếu kinh nghiệm và công tác thi công chủ yếu hình thành trong quá trình học hỏi, hợp tác với các đối tác nước ngoài Những kiến thức học tập được dưới dạng này thường là thiếu tính căn bản và tổng quát, mặc dù cũng đã góp phần nhiều vào các thành tựu thi công đã đạt được Sự thiếu kiến thức căn bản và tổng quát

Nghiên cứu ban đầu

không đầy đủ Sai lầm trong thi công

quy hoạch, thiết kế

Trao đổi thông tin

đó dễ nhận thấy qua việc lúng túng trong xử lý, khi các đơn vị thi công gặp điều kiện địa chất khác trước, biến động… Và đương nhiên khi đó nguyên nhân gây ra sự cố được quy cho đơn vị thi công là thiếu kinh nghiệm, thậm chí là năng lực yếu Còn phía chủ đầu tư và các nhà quản lý thường né tránh trách nhiệm trước các sự cố

Thực tế cho thấy, các sự cố đã xảy ra trên thế giới, có nhiều nguyên nhân khác nhau Tổng hợp và phân tích trên 200 sự cố xảy ra trong xây dựng công trình ngầm trên thế giới, Godehard [12] đã lập được biểu đồ thể hiện tỷ

lệ các nguyên nhân khác nhau có thể dẫn đến sự cố như trên hình 2-1

Cũng có trường hợp, sự cố đã xảy ra rất lâu mà đến nay vẫn không có được kết luận thống nhất, chiếm đến 21%

2.1.1 Nguyên nhân xem nhẹ điều kiện địa chất và sai lầm trong khảo sát

Công tác thi công CTN là việc thực hiện thi công xây dựng công trình trong môi trường là dưới bề mặt trái đất, việc nắm rõ và hiểu biết được các yếu tố của môi trường thi công là một trong những công tác hết sức quan trọng Tuy vậy hiện nay khi thi công xây dựng các CTN đã để xảy ra rất nhiều tai biến, một trong những nguyên nhân của các tai biến đó là xem nhẹ điều kiện địa chất, không khảo sát kỹ điều kiện địa chất thủy văn cũng như điều kiện địa chất công trình tại khu vực cần xây dựng

* Các sai sót trong hoạt động khảo sát khi xây dựng thường biểu hiện ở các khía cạnh sau:

- Công tác điều tra, thăm dò khối đất/đá không thực hiện đầy đủ;

- Việc phân tích, đánh giá các điều kiện ban đầu về khối đất/ đá mang tính phiến diện, máy móc theo những phương pháp nhất định, bảo thủ thiếu hiểu biết;

- Không phát hiện được hoặc phát hiện không đầy đủ quy luật phân

bố không gian (theo chiều rộng và chiều sâu) các phân vị địa tầng, đặc biệt

các lớp đất yếu hoặc các đới yếu trong khu vực xây dựng và các khu vực liên quan;

- Đánh giá không chính xác các đặc trưng, tính chất cơ lý đất đá địa tầng khu vực xây dựng, thiếu sự hiểu biết về nền đất hay do công tác khảo sát địa kỹ thuật sơ sài Đánh giá sai về các chỉ tiêu cơ lý của nền đất;

- Không phát hiện được sự phát sinh và chiều hướng phát triển của các quá trình địa kỹ thuật có thể dẫn tới sự mất ổn định của công trình xây dựng;

- Không điều tra, khảo sát các công trình lân cận và các tác động ăn mòn của môi trường

Những sai sót trên thường dẫn đến những tốn kém khi phải khảo sát lại (nếu phát hiện sớm trước khi thiết kế), phải thay đổi phương án thiết kế (Phát hiện khi chuẩn bị thi công xây dựng công trình) Còn nếu không phát hiện được thi sẽ phát sinh những tai biến và thiệt hại là không thể kể đến khi đã được đưa công trình vào sử dụng

* Khi khảo sát thiếu một số chỉ tiêu đất nền cần thiết:

- Hệ số thấm;

- Hế số cố kết;

- Lưu lượng nước và dòng chảy vào hố móng;

- Sức kháng cắt không thoát nước và thoát nước;

- Hệ số lún của nền theo độ sâu với các trạng thái ứng suất và biến dạng khác nhau và điều kiện thoát nước khác nhau;

- Thấu kính cát;

- Tầng chứa nước, mực nước ngầm

Tại thành phố Hồ Chí Minh, hai kiểu nền đất phổ biến gây nhiều khó khăn cho xây dựng CTN Đó là kiểu với đất bùn rất yếu phân bố ngay từ trên

bề mặt và trải xuống sâu tới 30÷40 m hoặc nền đất cấu tạo bởi các đất hạt rời bão hòa nước, xốp Sự cố cầu Văn Thánh 2 và đường Nguyễn Hữu Cảnh mà

Minh, ở các vùng duyên hải hoặc ven sông các tỉnh thuộc Nam Trung Bộ Trong trầm tích tuổi Holoxen ở những địa phương này có các loại đất nguồn gốc sông, sông biển hỗn hợp, nguồn gốc hồ đầm lầy, đất gần như chưa được nén chặt tự nhiên (chỉ số nén chặt tự nhiên thấp OCR < 1), độ rỗng lớn, trạng thái bão hòa, chứa nhiều chất hữu cơ, đất dễ tan rã Với những tính chất đặc thù như vậy, nên trong trầm tích Holoxen thường phát sinh các hiện tượng như nền công trình xây dựng bị lún nhiều, xói lở bờ sông thường xuyên và nghiêm trọng, hiện tượng xúc biến, tức đất hóa lỏng khi bị chấn động Đáng chú ý là trong trầm tích Holoxen có đất nguồn gốc đầm lầy chứa nhiều hữu cơ

và than bùn, do đó chúng chứa nhiều khí methane, là sản phẩm được tạo ra trong quá trình phân hủy carbohydrate nhờ vào các vi khuẩn kỵ khí (methanotroph) Trong môi trường ẩm bão hòa nước, chúng hút oxygen vào cho ra methane Chính loại khí metthane được tạo ra trong đất đầm lầy đã gây

ra nhiều vụ “cháy không rõ nguyên nhân” ở Duy Xuyên Quảng Nam, ở xã An Đồng huyện Quỳnh Phụ Thái Bình Khí methane có trữ lượng lớn được khai thác ở đồng bằng sông Cửu Long như Trà Vinh, Cà Mau, có thể sẽ tạo ra những khoảng rỗng lớn trong nền đất, gây hiện tượng sụt lún Một hiện tượng địa chất nổi bật xảy ra ở các khu đô thị khu công nghiệp được phát triển trên nền đất trầm tích Holoxen là hiện tượng lún mặt đất trên diện rộng do đất co ngót mà có thể đã bị nhầm tưởng là do khai thác nước dưới đất Quá trình đô thị hóa và xây dựng các khu công nghiệp đã tạo nên lớp phủ bê tông trên bề mặt địa hình, khiến cho đất bên dưới giảm độ ẩm gây co ngót, khối đất giảm thể tích theo chiều đứng, từ đó làm cho cao độ bề mặt địa hình giảm thấp

* Tác động của nước [5]

Trong những điều kiện địa chất nước là yếu tố quan trọng nhất tác động tới sự ổn định, là một trong những nguyên nhân gây nên hiện tượng lún và mất ổn định của đất quanh hố đào

Tác động của nước ngầm đối với độ lún của đất rất đa dạng và xảy ra ở các giai đoạn đào khác nhau Tại nơi tường chắn đặt vào lớp đất dính nhưng không đạt tới độ sâu của hố đào, trạng thái thấm ổn định sẽ phát triển thành dòng ở bên dưới chân tường và đẩy nổi đáy hố đào Dòng thấm này là nguyên nhân làm giảm áp lực nước ngầm, làm gia tăng ứng suất hữu hiệu và độ lún của đất quanh hố đào Cũng tại thời điển này, sức kháng bị động giảm do dòng đẩy nổi phía trong của tường chắn, sự dịch chuyển lớn hơn xảy ra khi sức kháng bị đông thay đổi đến một lượng nào đó Sự hình thành trạng thái ổn định nước ngầm như vậy là nguyên nhân dẫn đến sự dịch chuyển của đất theo

cả hai phương nằm ngang và thẳng đứng, có khi xuyên qua tường chắn nếu chúng không được thi công tốt Các dòng chảy của nước ngầm vừa nêu trên thể hiện trên Hình 2-5

Hình 2-5 Dòng chảy của nước ngầm vào hố đào [5]

Khi hạ nước ngầm, mực nước lớn nhất ở gần hố đào và giảm dần theo

sự tăng khoảng cách so với hố đào, vì vậy quá trình lún ở các điểm khác nhau trong đất sẽ có hình dáng tương tư như do dỡ tải các lớp đất ở phía trên hố đào gây ra (hình 2-7)

Nguyên nhân này hầu hết mà các công trình bị tai biến mà ta nghiên cứu ở trên đều gặp phải Đó là tai biến các công trình Cao ốc Pacific, công trình Cao ốc văn phòng Bến Thành TSC 186 Lê Thánh Tôn – Tp.HCM, công trình tòa nhà M&C tại Tp.HCM, tai biến tại nhà 792 Nguyễn Kiệm-Tp.HCM, tai biến Tòa nhà Hà Nội - Hà Đông

Hình 2-6 Mô hình sụt lún công trình khi bơm tháo khô hố móng [5]

2.1.2 Nguyên nhân do sai lầm trong thiết kế [8]

Thiết kế là công tác không thể thiếu khi ta tiến hành xây dựng Dựa trên những kết quả khảo sát được người thiết kế đưa ra được giải pháp tốt nhất để công trình đảm bảo yêu cầu về sử dụng cũng như các yêu cầu về an toàn , như công trình hầm chui Văn Thánh tại Thành phố Hồ Chí Minh là một ví dụ điển hình về tình trạng này

Các tai biến trong thi công xây dựng CTN thường xảy ra do tính toán sai các thông số như sau [8]:

- Tính lún: Vấn đề lún và tính lún lệch gây ra sự cố rất nghiêm trọng cho nền móng, gây hư hại cho công trình và các công trình lân cận;

- Tính toán sức chịu tải của đất nền không đúng;

- Tính lưu lượng nước, lưới thấm, với điều kiện biên và chỉ tiêu đất nền sai;

- Tính áp lực ngang không chính xác, không kể đến các trường hợp tải trọng và trạng thái ứng suất khác nhau trong thi công;

- Không kể đến khả năng phá hỏng hố đào do đẩy nổi hoặc cát chảy;

- Khi tính toán người thiết kế cần chú ý tới những điều kiện phù hợp với phương pháp thi công để khi thi công phải đảm bảo;

- Không có biện pháp cấu tạo để công trình có thể thay đổi được với điều kiện nhiệt độ, ăn mòn

2.1.3 Nguyên nhân do sai lầm trong thi công [8]

Hiện nay chúng ta tiến hành xây dựng đã xảy ra nhiều tai biến địa chất

mà một trong những nguyên nhân chính gây những tai biến đó là do công tác thi công Nhiều nhà thầu thi công không có hoặc ít kinh nghiệm lại cố tình được chấp thuận cho thi công nên đã gây ra những lỗi nghiêm trọng chủ yếu

là các khâu:

- Lựa chọn công nghệ thi công không đúng;

- Lựa chọn sai thiết bị thi công;

- Công tác xử lý thấm không triệt để;

- Hạ mức nước ngầm làm nghiêng, lún công trình lân cận

- Chất lượng biện pháp thi công cũng chưa được làm tốt như:

Khi tiến hành đấu thầu các đơn vị sử dụng những loại vật liệu, thiết bị tối ưu nhất để chúng thầu, nhưng khi thi công thì lại đưa những loại vật liệu

và thiết bị kém chất lượng, đội ngũ công nhân thì thiếu chuyên nghiệp nên đã xảy ra các tai biến đáng tiếc là điều khó tránh khỏi

Khi thi công bơm vữa với tốc độ lớn nhằm mau chóng hạ mực nước ngầm để thi công khi độ sâu đặt móng lớn, trong khi không quan tâm tới tầng đất xung quanh, đất có hệ số thấm lớn dễ gây lún xung quanh và sụt nhiều hoặc hệ số thấm nhỏ gây tăng lực trì trên khối tích và tăng áp lực ngang lên tường vây gây phá hoại kết cấu

Ngày nay chúng ta thi công xây dựng CTN với nhiều phương pháp như:

Hình 2-7 Ảnh hưởng của việc xây dựng công trình ngầm trong các đô thị [5]

1 Nguyên nhân gây chuyển vị 4 Chuyển vị mặt đất

2 Đất bị đào hoặc dịch chuyển 5,6 Chuyển vị kết cấu và sự hư hỏng

3 Phân bố chuyển vị thể tích 7 chuyển vị đất quanh hố đào

Nguyên nhân gây ra chuyển vị vừa nêu thường gồm có:

- Tác động của sự thay đổi ứng suất trong đất nền;

- Kích thước của hố đào;

- Các đặc tính của đất;

- Ứng suất nằm ngang ban đầu trong đất;

- Tình trạng nước ngầm và sự biến động của chúng;

- Độ cứng của hệ chống giữ (thanh chống hoặc neo);

- Tác động của việc gia tải trước trong thanh chống và neo;