TCVN: AN TOÀN HẠT NHÂN - CÁC VẤN ĐỀ ĐỊA KỸ THUẬT TRONG ĐÁNH GIÁ ĐỊA ĐIỂM VÀ NỀN MÓNG CỦA NHÀ MÁY ĐIỆN HẠT NHÂN

Dữ liệu cần thiết về địa chất và kỹ thuật liên quan để sử dụng trong đánh giá hoặc phân tích an toàn bao gồm các loại sau đây: - Dữ liệu địa chất cấu trúc và địa tầng; - Mô tả phân bố và

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA TCVN 9643:2013

AN TOÀN HẠT NHÂN - CÁC VẤN ĐỀ ĐỊA KỸ THUẬT TRONG ĐÁNH GIÁ ĐỊA ĐIỂM VÀ NỀN MÓNG

CỦA NHÀ MÁY ĐIỆN HẠT NHÂN

Nuclear safety - Geotechnical aspects of site evaluation and foundation for nuclear power plants

Lời nói đầu

TCVN 9643:2013 do Cục An toàn bức xạ và hạt nhân biên soạn, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất

lượng thẩm định, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố

AN TOÀN HẠT NHÂN - CÁC VẤN ĐỀ ĐỊA KỸ THUẬT TRONG ĐÁNH GIÁ ĐỊA ĐIỂM VÀ NỀN

MÓNG CỦA NHÀ MÁY ĐIỆN HẠT NHÂN

Nuclear Safety - Geotechnical aspects of site evaluation and foundation for nuclear power

plants

1 Phạm vi áp dụng

Tiêu chuẩn này áp dụng cho các cơ quan chịu trách nhiệm đối với công tác đánh giá địa kỹ thuật tại địa điểm xây dựng nhà máy điện hạt nhân (NMĐHN), đối với chủ đầu tư, tư vấn và các cơ quan, tổ chức có liên quan tới dự án NMĐHN

Tiêu chuẩn này hướng dẫn việc đánh giá địa kỹ thuật có ảnh hưởng tới an toàn của NMĐHN

2 Thuật ngữ và định nghĩa

Tiêu chuẩn này áp dụng các thuật ngữ và định nghĩa sau:

2.1

Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn SPT (Standard penetration test)

Thí nghiệm xuyên tại hiện trường nhằm đo đạc các tính chất địa kỹ thuật của đất

2.2

Thí nghiệm xuyên tĩnh CPT (cone penetration test)

Thí nghiệm đo sức kháng của đất khi ấn một mũi côn có hình dạng và kích thước quy định vào trong đất để đánh giá sức kháng xuyên của đất nền

2.3

Mức rung động nền đất (seismic level)

Mức rung động nền đất cấp 1 (SL-1) và mức rung động nền đất cấp 2 (SL-2) là những mức rung độngnền đất thể hiện khả năng ảnh hưởng của động đất và được xem xét trong thiết kế cơ sở đối với nhà máy điện hạt nhân SL-1 tương ứng động đất ít nghiêm trọng hơn, khả năng xảy ra lớn hơn SL-2 Thông thường, SL-1 tương ứng với mức rung động nền đất có xác suất 10-2/năm và SL-2 tương ứng

Tường, đê, kè chắn sóng biển (sea walls, breakwaters and revetments)

Những cấu trúc xây dựng dân dụng nhằm bảo vệ các công trình quan trọng của NMĐHN khỏi ảnh hưởng của sóng biển hay của hồ chứa nước khi xảy ra bão và sóng thần Những cấu trúc này được thiết kế nhằm ngăn ngừa khả năng xói mòn đất, ngập lụt và phá hủy, có khả năng ảnh hưởng đến an toàn của các công trình quan trọng của NMĐHN

3 Khảo sát địa điểm

3.1 Chương trình khảo sát

3.1.1.1 Các giai đoạn của quá trình đánh giá địa điểm

Chương trình khảo sát phải được thực hiện phù hợp với mục đích của mỗi giai đoạn đánh giá địa điểm Đánh giá địa điểm NMĐHN ở giai đoạn lập hồ sơ xin phê duyệt địa điểm bao gồm các giai đoạnsau đây:

- Giai đoạn lựa chọn địa điểm:

Lựa chọn một hoặc một số địa điểm trên cơ sở khảo sát một khu vực rộng lớn, loại bỏ các địa điểm không thích hợp, sàng lọc so sánh các địa điểm còn lại;

- Giai đoạn đánh giá theo tiêu chí loại trừ:

Đánh giá các địa điểm được lựa chọn ở giai đoạn lựa chọn địa điểm theo tiêu chí loại trừ;

- Giai đoạn xác định đặc điểm của địa điểm:

Xác định các đặc điểm của địa điểm không vi phạm các tiêu chí loại trừ, phục vụ cho mục đích phân tích và thiết kế chi tiết Việc đánh giá địa điểm NMĐHN còn được thực hiện ở giai đoạn xây dựng và vận hành nhà máy

3.1.12 Dữ liệu cần thiết trong đánh giá địa điểm

Xác định dữ liệu cần thiết cho mỗi giai đoạn đánh giá địa điểm, xây dựng chương trình khảo sát phù hợp Dữ liệu cần thiết về địa chất và kỹ thuật liên quan để sử dụng trong đánh giá hoặc phân tích an toàn bao gồm các loại sau đây:

- Dữ liệu địa chất (cấu trúc và địa tầng);

- Mô tả phân bố và tính chất của vật liệu lớp dưới bề mặt;

Các phương pháp khảo sát bao gồm sử dụng tài liệu hiện có, tài liệu lịch sử, thăm dò địa vật lý và địa

kỹ thuật tại hiện trường và kiểm tra trong phòng thí nghiệm được áp dụng với mức độ khác nhau trong các giai đoạn đánh giá địa điểm

3.1.2 Giai đoạn lựa chọn địa điểm

3.1.2.1 Mục đích khảo sát

Mục đích khảo sát trong giai đoạn lựa chọn địa điểm là để lựa chọn một hoặc một số địa điểm trước khi tiến hành các khảo sát chi tiết theo các tiêu chí loại trừ Trong giai đoạn này, các khía cạnh địa chất, địa mạo và địa kỹ thuật được xem xét nhằm xác định các khu vực không cần khảo sát chi tiết hơn

3.1.2.2 Dữ liệu cần thu thập

Thông tin về lớp dưới bề mặt trong giai đoạn này thường được thu thập từ các tài liệu hiện có và khảosát sơ bộ ngoài thực địa về địa chất, địa mạo và được sử dụng cho các thẩm định sau đây:

- Các điều kiện lớp dưới bề mặt không được chấp nhận: Địa điểm bị loại ở giai đoạn này khi có các

điều kiện địa chất có thể ảnh hưởng tới an toàn của NMĐHN mà không thể khắc phục được bằng cácbiện pháp địa kỹ thuật hoặc các biện pháp xây dựng Các dạng tai biến địa chất như đứt gãy bề mặt, hoạt động núi lửa, trượt lở, sụt lún, sụt sập do hang động ngầm (tự nhiên, nhân tạo) hoặc do nguyên nhân khác được xác định và đánh giá;

- Phân loại địa điểm: Điều kiện lớp dưới bề mặt ở địa điểm được xác định trên cơ sở sử dụng các tài

liệu địa chất và địa kỹ thuật hiện có Địa điểm có thể được phân loại là địa điểm đá cứng, đá mềm yếuhoặc đất cứng, đất mềm yếu hoặc kết hợp các loại trên Đất được phân loại thành đất kết dính và đất không kết dính Sự phân loại sơ bộ này có thể không áp dụng được đối với một số địa điểm, như đối với một số thành tạo Đệ Tứ có ranh giới giữa đá và đất sét phức tạp cần được khảo sát và quan trắc cẩn thận;

- Chế độ nước ngầm: Sử dụng tài liệu hiện có về địa chất thủy văn để xác định vị trí và đánh giá chế

3.1.3 Giai đoạn đánh giá theo tiêu chí loại trừ và giai đoạn xác định đặc điểm của địa điểm 3.1.3.1 Các yếu tố cần khảo sát

Trong giai đoạn đánh giá theo tiêu chí loại trừ giả thiết rằng, sơ đồ bố trí mặt bằng của NMĐHN và tải trọng xây dựng đã được thiết lập Cần đánh giá các yếu tố dưới đây trong cả hai điều kiện bình thường và điều kiện cực đoan như động đất và ngập lụt:

- Tai biến địa chất;

- Điều kiện địa chất và điều kiện lớp dưới bề mặt;

- Quá trình sử dụng địa điểm trước đây;

- Yêu cầu chuẩn bị địa điểm

Trong giai đoạn này, chương trình khảo sát phải được thực hiện cho toàn bộ địa điểm và ở phạm vi nhỏ hơn theo phương án bố trí công trình NMĐHN

3.1.3.2 Kỹ thuật khảo sát

Khảo sát địa điểm và các vấn đề có liên quan cần thực hiện các kỹ thuật được mô tả dưới đây:

- Kỹ thuật khoan xoay: Trong phương pháp khoan này, cần thu hồi toàn bộ lỗi khoan để có cái nhìn

tổng quan về điều kiện địa điểm Phương pháp này bao gồm việc định vị lỗ khoan dọc theo hai tuyến giao nhau trong đó, có một lỗ khoan chung tại vị trí giao nhau của 2 tuyến; ngoài việc lấy mẫu lõi khoan hoặc các mẫu đất, đá khác để xác định tính chất đất đá và tiến hành kiểm tra trong phòng thí nghiệm, các lỗ khoan còn được sử dụng để lắp đặt các thiết bị thí nghiệm hiện trường dài hạn, bao gồm cả thiết bị quan trắc chế độ nước ngầm Ảnh hưởng của lỗ khoan lên nguồn nước sinh hoạt phải được khảo sát, đánh giá Trong trường hợp cần thiết, phải sử dụng hố đào hoặc tuy-nel thử nghiệm

để kiểm tra trực tiếp điều kiện lớp dưới bề mặt;

- Thí nghiệm tại hiện trường: Trên cơ sở điều kiện lớp dưới bề mặt, cần tiến hành các thí nghiệm tại

hiện trường nhằm xác định tính chất cơ lý của lớp dưới bề mặt, bao gồm cả các thí nghiệm thử tải hiện trường và đo áp lực nước ngầm;

- Khảo sát địa chấn khúc xạ và phản xạ: Cần tiến hành khảo sát địa chấn khúc xạ và phản xạ nhằm

cung cấp dữ liệu liên tục theo diện và chiều sâu phục vụ cho việc đánh giá điều kiện lớp dưới bề mặt Kết quả khảo sát cung cấp thông tin về địa tầng và cấu trúc địa chất, về vị trí mực nước ngầm và tốc

độ truyền sóng địa chấn tại địa điểm Các lỗ khoan sẽ xác nhận kết quả khảo sát địa tầng theo chiều thẳng đứng:

- Kiểm tra trong phòng thí nghiệm: Cần kiểm tra chỉ số và phân loại đất, đá Nếu thu được các mẫu

đất kết dính từ quá trình khoan thì cần kiểm tra tính cố kết và kháng cắt trên các mẫu nguyên trạng nhằm đánh giá sức bền và khả năng lún của đất

Trong khảo sát thực địa, cần lưu ý xác định các đặc điểm không thuận lợi của lớp dưới bề mặt, như các đới có hang động, đá và đá phiến sét trương nở, túi khí, các đới giảm yếu hay gián đoạn trong đá kết tinh và các mặt trượt tiềm năng trong các lớp đất không ổn định

3.1.3.3 Xác định các đặc điểm không thuận lợi của nền đất

Mục đích của giai đoạn xác định đặc điểm của địa điểm là nhằm khẳng định kết quả thu được trong các giai đoạn trước, tiến hành các khảo sát chi tiết hơn phục vụ cho phân tích và thiết kế chi tiết Chương trình khảo sát lớp dưới bề mặt và kiểm tra trong phòng thí nghiệm cần được triển khai tại địa điểm, sử dụng khoan theo mạng lưới hoặc sơ đồ khoan phù hợp với địa điểm và dự kiến vị trí các công trình của NMĐHN Khoảng cách lưới có thể thay đổi tùy theo cấu tạo lớp dưới bề mặt Lưới

khoan đều thường được áp dụng cho địa điểm có đặc điểm đất tương đối đồng nhất Nếu địa điểm không đồng nhất và có các mặt giảm yếu thì cần tiến hành khoan bổ sung với khoảng cách đủ nhỏ để phát hiện và đánh giá các yếu tố đó Cần xem xét ảnh hưởng của công tác khoan đối với chế độ nướcngầm và nguồn nước sinh hoạt.

Cần khảo sát khả năng tồn tại hang động và sụt lún lớp dưới bề mặt, bao gồm:

- Các hố sụt, ao lầy, hang động;

- Các dòng chảy bị chìm vào trong lòng đất;

- Sụt lún đất trong quá khứ;

- Mỏ và hoạt động khai thác mỏ có liên quan;

- Cầu do tự nhiên tạo ra;

- Trũng bề mặt;

- Xuất lộ nước;

- Các loại đá vôi, đô-lô-mit, thạch cao, muối mỏ, đất đỏ terra rosa, dung nham, đá vụn kết yếu, than đáhoặc quặng;

- Đá có khả năng hòa tan

Trong giai đoạn này, các đặc điểm sơ bộ của NMĐHN như tải trọng, kích thước của các tòa nhà, các tiêu chí kỹ thuật sơ bộ về cấu trúc và mặt bằng dự định của nhà máy đã được xác định Xây dựng nội dung chương trình thí nghiệm tại hiện trường và kiểm tra trong phòng thí nghiệm trên cơ sở các đặc điểm sơ bộ của NMĐHN và đặc điểm địa kỹ thuật được xác định trong các giai đoạn trước

3.1.3.4 Yêu cầu đối với độ sâu khoan

Độ sâu khoan phụ thuộc vào điều kiện địa điểm, nhưng phải đủ sâu để xác định được tất cả các đặc điểm của địa điểm có khả năng ảnh hưởng đến công trình và để khẳng định các đặc điểm đất đá đã được xác định trong các giai đoạn khảo sát trước Tại địa điểm có lớp đất quá dày và để đánh giá khảnăng mất ổn định ở độ sâu lớn, độ sâu của lỗ khoan cần tối thiểu bằng giá trị nhỏ hơn trong hai giá trị sau đây:

- Độ sâu tại đó sự thay đổi ứng suất theo chiều thẳng đứng trong hoặc sau quá trình xây dựng nhỏ hơn 10 % ứng suất hiệu dụng của lớp đất phủ tại hiện trường;

- Độ sâu bằng đường kính của móng lò phản ứng

Trong trường hợp địa điểm là nền đá hoặc có đá cứng ở độ sâu nhỏ hơn độ sâu khoan tối thiểu kể trên thì cần khoan tới độ sâu lớn nhất tại đó các gián đoạn, đới giảm yếu hoặc đới biến đổi có thể ảnhhưởng tới sự ổn định của nền móng Địa điểm có đá mềm hoặc đá phiến sét bị phong hóa cần khoan sâu tương tự như địa điểm có nền đất

3.1.3.5 Thí nghiệm tại hiện trường và kiểm tra trong phòng thí nghiệm

Trong giai đoạn này, cần tiến hành các thí nghiệm tại hiện trường và kiểm tra trong phòng thí nghiệm

đủ để đánh giá khả năng chịu tải, khả năng lún của công trình, khả năng khuếch đại sóng địa chấn, xác định các thông số tương tác (động và tĩnh) nền đất - công trình, đánh giá khả năng hóa lỏng và phổ phản ứng thiết kế của địa điểm nếu cần thiết Ngoài chương trình khoan đã hướng dẫn ở trên, chương trình khảo sát có thể cần một số lỗ khoan bổ sung nhằm thiết lập mô hình nền đất phục vụ nghiên cứu tương tác động lực học giữa công trình với nền đất - đá Độ sâu khoan để nghiên cứu khảnăng khuếch đại sóng địa chấn tại địa điểm có thể cần lớn hơn độ sâu khoan để thiết kế địa kỹ thuật thông thường

Nếu cần cải thiện điều kiện lớp dưới bề mặt thì cần thực hiện trong giai đoạn này và đánh giá hiệu quả bằng các thí nghiệm tại hiện trường

Trên cơ sở kết quả khảo sát tại hiện trường và kiểm tra trong phòng thí nghiệm, cần phân tích sơ bộ trạng thái ổn định tĩnh, phản ứng đối với tải động, khả năng hóa lỏng và độ ổn định của sườn dốc, đê

và đập

Có báo cáo địa kỹ thuật chi tiết cùng với kết quả khảo sát và dữ liệu cơ bản thu được từ các giai đoạntrước về các nội dung sau đây:

- Bản đồ và mặt cắt địa chất;

- Thuyết minh đặc điểm địa chất của địa điểm;

- Chương trình thăm dò và cơ sở thực hiện;

- Sơ đồ vị trí và mặt cắt lỗ khoan;

- Thiết đồ lỗ khoan và mô tả hố đào;

- Kết quả thí nghiệm hiện trường;

- Kết quả kiểm tra trong phòng thí nghiệm;

- Kết quả khảo sát địa vật lý;

- Mô tả và kết quả phân tích;

- Mô tả chi tiết chế độ và tính chất lý hóa của nước ngầm

Ở giai đoạn đánh giá theo tiêu chí loại trừ và giai đoạn xác định đặc điểm của địa điểm cần thu thập

đủ các thông tin cần thiết, thiết lập các thông số thiết kế cơ sở, đưa ra kết luận liên quan tới các tiêu chí loại trừ, xác định các đặc điểm của địa điểm Các khảo sát chi tiết ở hai giai đoạn này phải phù hợp với sơ đồ bố trí cuối cùng của các tòa nhà tại địa điểm Thu thập đủ dữ liệu địa kỹ thuật cần thiết liên quan trực tiếp tới từng tòa nhà, từng cấu trúc và cơ sở phụ trợ

3.1.3.6 Yêu cầu khảo sát bổ sung đối với các cấu trúc

Khi đã biết sơ đồ bố trí mặt bằng của các tòa nhà, cấu trúc và cơ sở phụ trợ, cần phân biệt giữa các cấu trúc có và không liên quan tới an toàn Chương trình khảo sát lớp dưới bề mặt và các thí nghiệm đối với các cấu trúc không liên quan tới an toàn cần tuân thủ các yêu cầu chung đối với công trình xâydựng dân dụng Đối với mỗi cấu trúc liên quan tới an toàn, cần khoan ít nhất một lỗ khoan Nếu thấy lớp dưới bề mặt có tính biến đổi, thì cần có kế hoạch khoan phù hợp nhằm xác định rõ sự biến đổi tính chất của đất đá

3.2 Nguồn dữ liệu

3.2.1 Các loại nguồn dữ liệu

Có các loại nguồn dữ liệu sau đây:

- Tài liệu lịch sử và hiện tại;

- Kết quả thăm dò thực địa;

- Kết quả kiểm tra trong phòng thí nghiệm

3.2.2 Tài liệu lịch sử và hiện tại

Khảo sát thực địa, nghiên cứu tài liệu lịch sử và hiện tại nhằm hiểu chung về địa chất của khu vực, bao gồm:

- Bản đồ địa hình;

- Bản đồ địa chất và bản đồ địa chất công trình;

- Báo cáo địa chất và các văn liệu địa chất khác;

- Bản đồ địa vật lý;

- Báo cáo địa kỹ thuật và các văn liệu địa kỹ thuật khác;

- Ảnh vệ tinh, ảnh viễn thám;

- Báo cáo về giếng nước và các nguồn nước;

- Hồ sơ về các giếng dầu và mỏ khí đốt;

- Bản đồ địa chất thủy văn, dữ liệu về thủy văn và thủy triều, ghi chép về lũ lụt và ghi chép về thời tiết

và mưa;

- Lịch sử khai mỏ và ghi chép về quá trình sụt lún;

- Dữ liệu địa chấn và ghi chép về động đất trong lịch sử;

- Kết quả tính toán hiện tại và sụt lở đất, ngập lụt, động đất, sụt lún và các sự kiện địa chất khác có khả năng gây nguy hại;

- Ghi chép về hoạt động xây dựng trong vùng phụ cận

Xem xét các nguồn thông tin khác như: thông tin từ các cá nhân, các khoa địa chất công trình ở các

cơ sở đào tạo, hoạt động khảo sát địa chất công trình của các tổ chức và cá nhân tại lân cận NMĐHN

và từ quan sát trong quá trình khai thác mỏ

3.2.3 Thăm dò thực địa

3.2.3.1 Thí nghiệm trong thăm dò thực địa

Tùy thuộc vào phạm vi khảo sát mà xác định việc tiến hành thí nghiệm địa vật lý hay địa kỹ thuật hoặc

cả hai

3.2.3.2 Thí nghiệm địa vật lý

Có thể thu được thông tin và dữ liệu bằng cách phân tích ngược kết quả thí nghiệm địa vật lý Tuy nhiên, phương pháp này chỉ áp dụng được đối với biến dạng đàn hồi Thí nghiệm địa vật lý thông thường bao trùm một phạm vi rộng lớn (theo chiều sâu và diện tích bề mặt) và chỉ cung cấp các thông

số sơ bộ (về chiều dày và tính chất cơ học của các lớp đất) phục vụ cho mục đích đánh giá địa điểm.Tùy theo đặc điểm của vật liệu lớp dưới bề mặt, cần áp dụng các kỹ thuật khảo sát được hướng dẫn tại Bảng 1 dưới đây.

Bảng 1 - Khảo sát địa vật lý đối với mẫu đất và đá Loại thí nghiệm Thông số cần đo Loại vấn đề Phạm vi áp dụng

Địa chấn khúc xạ / phản

xạ Thời gian lan truyền biến dạng Phân loại địa điểm Khảo sát bề mặt

Kiểm tra địa chấn lỗ

khoan chéo Tính chất đàn hồi động lực Phân loại địa điểm, tươngtác đất - cấu trúc Khảo sát sâu: một lỗ khoan dùng để phát tín

hiệu, một lỗ khoan dùng

để thu tín hiệuKiểm tra địa chấn lỗ

khoan thuận nghịch Tính chất đàn hồi động lực Phân loại địa điểm, tươngtác đất - cấu trúc Khảo sát sâu: một lỗ khoan dùng cho cả phát

và thu tín hiệuPhương pháp Nakamura Rung chấn ở mức thấp Phân loại địa điểm và tác

động giữa các cấu trúcĐiện trở suất Mực chất lỏng Xói mòn bên trong Khảo sát bề mặt hoặc

khảo sát sâuCarota hạt nhân Hàm lượng và tỷ trọng

Vi trọng lực Gia tốc trọng trường Hố sụt lún, cấu trúc không

đồng nhất Lớp dưới bề mặt phức tạpRada địa chất Tốc độ truyền sóng Hang động Lớp dưới bề mặt phức

tạpPhương pháp từ tính Cường độ từ trường Các vùng ẩm Bảo dưỡng đê kè

3.2.3.3 Thí nghiệm địa kỹ thuật

Sử dụng phương pháp địa kỹ thuật tại khu vực gần địa điểm tới độ sâu ít nhất bằng đường kính nền móng tòa nhà lò phản ứng, bao gồm khoan và khảo sát trực tiếp từ mặt đất Tùy theo điều kiện lớp dưới bề mặt, cần tiến hành các thí nghiệm thích hợp được hướng dẫn tại Bảng 2 dưới đây

Bảng 2 - Khảo sát địa kỹ thuật đối với mẫu đất và đá

Loại thí nghiệm Loại vật liệu Thông số cần đo Loại vấn đề Ghi chú

Thí nghiệm kích đĩa

phẳng Đá Ứng suất thông thường tại hiện

trường

Khả năng biến dạng,hội tụ Kết quả có thể không chính xác đối

với loại đá có tính chất biến đổi nhiều theo thời gianThí nghiệm đứt gãy

thủy động Đá Trạng thái ứng suất tại hiện trường Khả năng biến dạng,hội tụ Bị ảnh hưởng bởi tính không đẳng

hướng của sức căngThí nghiệm xiết ép

cắt trực tiếp

lượng đủ lớn các thí nghiệm để kiểm tra thống kê

Thí nghiệm đĩa chịu

lực Đất sét, cát, sỏi, đá Mô-đun phản ứng Kiểm tra nén, sụt lún Sử dụng cho việc khai đào và đê kèThí nghiệm đo áp lựcĐất sét, cát, sỏi,

đá

Mô-đun đàn hồi và khả năng nén

Sụt lún và khả năng chịu lực

Cần tiến hành khoan

sơ bộThí nghiệm xuyên

tĩnh Đất sét, cát, sỏi Kháng xuyên, lực cốkết ướt; kháng cắt Sụt lún và khả năng chịu lực Gồm cả CPT

Thí nghiệm xuyên

động Đất sét, cát, sỏi Kháng xuyên; mật độ tương đối Hóa lỏng Bao gồm cả SPTThí nghiệm cắt cánh Đất sét mềm Kháng cắt Khả năng chịu lực,

độ ổn định của sườndốc

Không phù hợp với bùn, cát, hoặc đất cónhiều sỏi hoặc vỏ sò

Bơm kiểm tra Đất sét, cát, sỏi Khả năng thẩm thấu Khả năng thẩm thấu

của đất Cần sử dụng máy đoáp suất

3.2.4 Kiểm tra trong phòng thí nghiệm

3.2.4.1 Mục đích của việc kiểm tra

Mục đích của việc kiểm tra trong phòng thí nghiệm là bổ sung, xác thực các dữ liệu thu được tại hiện trường để xác định các đặc điểm của đất, đá một cách đầy đủ và chính xác, trong khoảng biến dạng

dự kiến Lưu ý đến các thông số như hệ số tắt dần của vật liệu trong đất, tính chất cơ học khi có biến dạng lớn là những thông số không dễ thu được bằng các thí nghiệm tại hiện trường Tất cả các giai đoạn của quá trình khảo sát địa điểm, các thí nghiệm tại hiện trường, các phép kiểm tra trong phòng thí nghiệm có liên quan phải được lập kế hoạch chi tiết và thực hiện kịp thời để có thể đánh giá chính xác tính chất của đất và đá

3.2.4.2 Các vấn đề liên quan đến việc lấy mẫu

Kiểm tra trong phòng thí nghiệm được thực hiện đối với các mẫu thu được từ phương pháp thăm dò trực tiếp Cần lấy được các mẫu tốt, không bị xáo trộn; tuân thủ quy trình thu thập mẫu, việc xử lý mẫu Lưu ý việc lưu giữ mẫu tại hiện trường và vận chuyển mẫu tới phòng thí nghiệm Lấy mẫu bằng phương pháp đào hố, đào mương rãnh hoặc qua các lỗ khoan Trường hợp cần thiết cần kết chặt cáclớp đất để thu được mẫu không bị xáo trộn

3.2.4.3 Kiểm tra trong phòng thí nghiệm

Chương trình kiểm tra cần xác định và phân loại được các mẫu đất, đá; xác định tính chất vật lý và đặc điểm kỹ thuật của chúng từ dữ liệu đã công bố hoặc đo đạc được Kiểm tra trong phòng thí nghiệm có các mục đích được hướng dẫn tại Bảng 3 dưới đây

Bảng 3 - Kiểm tra trong phòng thí nghiệm đối với các mẫu đất và đá

Đặc điểm Loại đất Thông số cần đo Mục đích kiểm tra Ghi chú

Sụt lún, hóa cứng, khả năng chịu tải

Kiểm tra đầm nén,

đo gama, tỷ trọng tương đối

Sụt lún, khả năng chịu tải Hộp kiểm tra kháng cắt, kiểm tra

nén ba chiều

Đặc điểm cơ học

của đá Đá Mô-đun Young, hệ số Poat-xông Độ ổn định, khả năng gia cố Kiểm tra kháng cắt,kiểm tra nén hai

hoặc ba chiềuĐặc điểm động học

của đất Tất cả các loại Mô-đun động lực Young, hệ số Poat-

xông, tắt dần nội tại,

áp suất lỗ chống rungnội tại

Phân loại địa điểm, tương tác cấu trúc - đất, khả năng hóa lỏng

Kiểm tra chu trình

ba chiều, cột cộng hưởng

3.2.4.4 Thống số đặc trưng của địa điểm

Thông số đặc trưng của địa điểm sử dụng trong hồ sơ thiết kế phải xuất phát từ kết quả kiểm tra tại hiện trường và trong phòng thí nghiệm Tiến hành nghiên cứu và điều chỉnh trong trường hợp có sự khác nhau giữa các kết quả

3.3 Khảo sát đối với lớp dưới bề mặt có điều kiện phức tạp

3.3.1 Yêu cầu chung

Chương trình khảo sát địa điểm NMĐHN phải xem xét các điều kiện của lớp dưới bề mặt phức tạp như khả năng có các lỗ hổng dưới mặt đất có nguồn gốc tự nhiên hoặc nhân tạo có thể gây ra sụt lở, tác động nghiêm trọng tới nền móng NMĐHN Đồng thời cần xem xét các điều kiện bề mặt như hố sụt, khe nứt có khả năng gây ảnh hưởng đến việc dẫn nước làm mát

Chương trình khảo sát đối với lớp dưới bề mặt có điều kiện phức tạp phải bao gồm hoạt động dự đoán, phát hiện, đánh giá và xử lý; có các yêu cầu khác nhau đối với thăm dò, kiểm tra và phân tích tùy thuộc vào điều kiện cụ thể tại địa điểm

3.3.2 Dự đoán điều kiện phức tạp của lớp dưới bề mặt

Dự đoán sự tồn tại các hang động và sự gián đoạn của lớp dưới bề mặt có khả năng gây ra sụt lún mặt đất và các biểu hiện không liên tục về khía cạnh địa kỹ thuật của lớp dưới bề mặt; dự đoán khả năng gây sụt lún bề mặt do quá trình hòa tan hoặc do thành tạo karst

Xác định và đánh giá đặc điểm địa chất của khu vực về khả năng sụt lún bề mặt, có hay không đá trầm tích bị hòa tan (bao gồm các dạng các-bô-nat, đá vôi và đô-lô-mit) hoặc bay hơi (bao gồm muối

mỏ, thạch cao) Làm rõ các yếu tố địa chất bao gồm khả năng tồn tại các cấu trúc ngầm, địa tầng, đặcđiểm của các loại đá, tính chất của khối đá và làm rõ các yếu tố môi trường bao gồm thủy văn nước mặt và nước ngầm, thời tiết và biến đổi khí hậu Xác định ảnh hưởng của các yếu tố này đối với kích thước của lỗ hổng, phần hòa tan hoặc phần bay hơi

3.3.3 Phát hiện hang động dưới mặt đất

3.3.3.1 Phương pháp truyền thống

Chương trình khảo sát tại địa điểm cần phát hiện và đánh giá phạm vi các hang động dưới mặt đất, phát hiện các vị trí dễ sụt lún bề mặt Có thể sử dụng các phương pháp thông thường bao gồm kiểm tra áp suất thủy động, viễn thám, khoan, lấy mẫu, khai đào, carota lỗ khoan và khảo sát địa vật lý Lưu

ý đến khả năng ảnh hưởng của các hang động đối với phương pháp, kỹ thuật được sử dụng

Có thể sử dụng phương pháp địa vật lý kết hợp với kỹ thuật khảo sát bề mặt có độ phân giải cao trong việc xác định độ sâu, kích thước và hình dạng của hang động, như phương pháp khảo sát địa chấn lỗ khoan chéo, rađa lỗ khoan chéo, khảo sát điện trở suất, cộng hưởng âm với một nguồn phát

ở lớp dưới bề mặt, đo vi trọng lực, địa chấn khúc xạ, địa chấn phản xạ phân giải cao, rađa địa chất Một số trong các phương pháp này có thể được sử dụng kết hợp với kỹ thuật chụp mặt cắt địa hình.Kết hợp sử dụng phương pháp địa vật lý với kỹ thuật khoan và lấy mẫu Thể hiện kết quả thăm dò, phát hiện, xác định hang động trên bản đồ, kèm theo mô tả mối liên hệ với cấu trúc của địa điểm.Trong thực tế có thể không phát hiện và xác định được rõ từng hang động, lỗ hổng hoặc đặc tính hòa tan của lớp dưới bề mặt tại địa điểm, khi đó có thể giả định một cách hợp lý về khả năng có nguy hại lớn nhất tại địa điểm để đánh giá tác động của nguy hại đó đối với các công trình quan trọng trước khi

có quyết định về địa điểm

3.3.4 Đánh giá và xử lý các điều kiện dưới bề mặt phức tạp

Xác định vị trí các hang động kể cả các hang động đã được lắp, đặc biệt là các hang động nằm ở vị tríkhông đủ sâu bên dưới nền móng công trình có nguy cơ lớn nhất đối với an toàn nền móng của NMĐHN Đánh giá khả năng bồi tụ hoặc xói mòn của các vật liệu ở lớp dưới nền móng của công trình, xác định khả năng chịu tải, sụt lún và xói mòn của chúng, đánh giá ảnh hưởng của chế độ dòng chảy của nước ngầm

Xem xét tính ổn định của các hang động tự nhiên sâu dưới nền móng; xác định kích thước, độ sâu của các hang, các mô hình liên kết, các điều kiện liên kết, loại đá và gốc đặt trên các hang động Xác định sự gia tăng áp suất theo phương thẳng đứng do tải trọng của các công trình có thể dẫn tới trạng thái bất ổn định của mái hang động Cần tránh một địa điểm mà bên dưới có thể tồn tại một hệ thống hang động lớn và phức tạp Sử dụng các kỹ thuật phân tích như phân tích phần tử hữu hạn để đánh giá tính ổn định tại các khu vực có hang động với kích thước và hình dạng đá xác định

Đối với các địa điểm có điều kiện dưới lớp bề mặt phức tạp tại độ sâu thấp hơn độ sâu của nền móngthì phải xác định được các biện pháp kỹ thuật xử lý bề mặt, bảo đảm an toàn công trình

4 Đánh giá địa điểm

4.1 Phân nhóm địa điểm

Phân nhóm địa điểm theo các tiêu chí sau đây để phân tích phản ứng địa chấn:

- Nhóm 1: Vs >= 1100 m/s;

- Nhóm 2: 1100 m/s > Vs >= 300 m/s;

- Nhóm 3: 300m/s > Vs;

(Vs là vận tốc sóng ngang được đánh giá tốt nhất đối với môi trường nền móng ngay dưới nền móng

của công trình trong điều kiện tự nhiên, với ứng suất rất nhỏ)

Phân nhóm địa điểm được áp dụng trên cơ sở giả thiết vận tốc sóng ngang giảm không đáng kể theo

độ sâu; trong các trường hợp khác, cần tiến hành phân tích cụ thể theo kinh nghiệm phù hợp nhấtNếu các phương pháp phân nhóm địa điểm nêu trên không áp dụng được, thì cần tiến hành khảo sát địa điểm để xác định loại đất của địa điểm hoặc để có dữ liệu đầy đủ cho việc phân tích ở các giai đoạn sau

4.2 Hồ sơ địa điểm

4.2.1 Thiết lập hồ sơ địa điểm

Thiết lập hồ sơ địa điểm phục vụ việc đánh giá địa kỹ thuật xây dựng NMĐHN, bao gồm bản mô tả hình học và cơ học của vật liệu lớp dưới bề mặt Hồ sơ cần có các đánh giá đúng nhất và có các đặc điểm của vật liệu nền móng cùng với phạm vi biến thiên của các đặc điểm đó Các thông tin trong hồ

sơ cần được xác định và mô tả một cách phù hợp để có thể áp dụng trực tiếp cho các phân tích tiếp theo Các thông tin cụ thể trong hồ sơ bao gồm:

- Mô tả hình học, như mô tả địa tầng lớp dưới bề mặt, được mở rộng ra xung quanh và theo chiều thẳng đứng, số lượng và bề dày các lớp;

- Tính chất vật lý và hóa học của đất, đá và các giá trị sử dụng cho việc phân loại;

- Vận tốc sóng S và P, hệ thức ứng suất - biến dạng, các tính chất về sức bền tĩnh và động, độ cứng, tính thẩm thấu và các tính chất cơ học khác thu được từ các thí nghiệm tại hiện trường hoặc kiểm tra trong phòng thí nghiệm

- Đặc điểm của nước ngầm, mức nước thiết kế, mức nước cao nhất do ngập lụt và các điều kiện khác

4.2.2 Thông số địa kỹ thuật

Xác định các thông số địa kỹ thuật cùng với các giá trị của chúng trên cơ sở thực hiện chương trình khảo sát tại hiện trường và kiểm tra trong phòng thi nghiệm Từ đó xác định tính chất vật liệu của lớp dưới bề mặt xác định mô hình lớp dưới bề mặt Trên cơ sở các thông tin sẵn có, lựa chọn các thông

số đại diện, phù hợp nhất để sử dụng trong mô hình phân tích địa kỹ thuật Xác định ảnh hưởng của sai số đối với kết quả phân tích

Lựa chọn các thông tin phục vụ cho việc thiết kế ở giai đoạn sau, bao gồm:

- Phổ phản ứng đặc trưng của địa điểm;

- Áp lực đất và độ biến dạng của cấu trúc ngầm

4.3 Phổ phản ứng địa chấn trường tự do và phổ phản ứng đặc trưng của địa điểm

4.3.1 Dữ liệu tính toán phản ứng của nền đất

Thực hiện tính toán phản ứng của nền đất tại địa điểm dưới điều kiện trường tự do trừ địa điểm thuộc nhóm 1 Mức địa chấn đầu vào cần được xem xét là mức SL-2 Sử dụng tính toán phản ứng của nền đất tại địa điểm cho đánh giá độ lún, mức hóa lỏng; phân tích tương tác đất - cấu trúc; xây dựng phổ phản ứng đặc trưng tổng hợp của địa điểm Để thực hiện tính toán này, cần sử dụng các dữ liệu sau đây:

- Rung động nền đất đầu vào (được lấy từ các quy trình đánh giá độ nguy hiểm động đất đối với NMĐHN);

- Mô hình phù hợp của địa điểm, dựa trên mô tả hình học của các lớp đất, vận tốc sóng S và P trong

mỗi lớp, tỉ trọng tương đối của đất trong mỗi lớp, đường cong G- và - mô tả độ giảm biểu kiến của mô-đun cắt G và tỉ lệ tắt dần nội tại  của đất theo biến dạng cắt  đối với mỗi lớp;

Sự thay đổi theo độ sâu của các thông số trên cho trường hợp lớp đất sâu có tốc độ sóng tăng dần theo độ sâu

4.3.2 Dữ liệu rung động lớp dưới bề mặt

a) Phụ thuộc vào công nghệ, có thể sử dụng rung động nền đất bề mặt đầu vào đại diện cho rung động nền đất tại địa điểm hoặc tại một diện lộ đá cứng Đối với địa điểm thuộc nhóm 3, cần cung cấp thông số rung động nền đất đầu vào tại diện lộ đá cứng cạnh đó (như quy định cho địa điểm thuộc nhóm 1) hoặc tại diện lộ đất cứng cạnh đó (địa điểm nhóm 2), hoặc tại một độ sâu thích hợp

b) Trong trường hợp có thông số rung động nền đất bề mặt đầu vào, cần tiến hành giải chập rung động đầu vào trong điều kiện trường tự do như là giai đoạn đầu của quá trình phân tích tương tác đất

- cấu trúc đối với địa điểm không thuộc nhóm 1 Độ suy giảm lớn trong rung động nền đất đầu vào phải được luận chứng bằng các nghiên cứu tham số Tại mức nền móng, có thể chấp nhận sử dụng thông số rung động nền đất bề mặt đầu vào đầu vào thay cho rung động đầu vào đã được giải chập.c) Cần xác định rung động nền đất đầu vào thích hợp trong trường hợp thông số này có dạng không phù hợp cho các nghiên cứu địa kỹ thuật Thông số rung động đầu vào này được chọn theo cường độđộng đất, độ lớn, khoảng cách chấn tâm, gia tốc cực đại, khoảng thời gian, tần số và các thông số khác

4.3.3 Mô hình áp dụng trong tính toán phản ứng của địa điểm

Để tính toán phản ứng của nền đất tại địa điểm, có thể sử dụng mô hình sau đây:

- Nền đất là hệ bán không gian đàn hồi-nhớt;

- Nền đất cấu thành từ các lớp nằm ngang;

- Nền đất cấu thành từ các loại đất đá tiêu tán năng lượng theo hình thức tắt dần nội tại;

- Các loại sóng khối (sóng nén và sóng cắt) lan truyền vuông góc;

- Hệ thống đất nhớt đàn hồi phủ lên một nửa không gian nhớt đàn hồi;

- Hệ thống cắt lớp chiều ngang;

- Vật liệu tiêu hao năng lượng do yếu tố tắt dần nội tại;

- Sóng khối truyền theo phương thẳng đứng (sóng ngang và sống nén)

Các hiệu ứng phi tuyến tính có thể được xác định gần đúng bằng các phương pháp tuyến tính tương đương Các mô hình tuyến tính tương đương dùng để mô tả các mối quan hệ cấu thành của đất đá phải phù hợp với các mức biến dạng có thể phát sinh trong mặt cắt nền đất do rung động nền đất đầuvào Việc tìm ra mô hình thích hợp do đó thường là một quá trình lặp

Trường hợp địa điểm gần với nguồn sinh chấn, mô hình phản ứng của nền đất tại địa điểm cần được xác định một cách cẩn thận, sao cho tần số rung động đầu vào do động đất gây ra có thể được tính đến một cách thích hợp

4.3.4 Phổ phản ứng đặc trưng của nền đất tại địa điểm

Đối với địa điểm thuộc nhóm 3 cần xác định phổ phản ứng riêng, ít nhất cũng đại diện cho phản ứng của các lớp đất đá trên mặt đất

4.3.5 Các yếu tố bất định trong phân tích phản ứng của nền đất tại địa điểm

Các yếu tố bất định trong tính chất cơ học của vật liệu tại địa điểm phải được tính đến thông qua nghiên cứu các tham số, ít nhất đối với giá trị môđun cắt Có thể áp dụng phương pháp thay đổi

môđun cắt trong khoảng giá trị ước tính tốt nhất x (1+ Cv) và giá trị ước tính tốt nhất /(1+ Cv) (trong đó

Cv là hệ số thay đổi) Giá trị cực tiểu của Cv là 0,5 Cần lưu ý là không thể giả thiết một mặt cắt nền

đất cụ thể nếu không đánh giá thiên về phía an toàn đối với mọi nội dung xem xét; tức là, một mặt cắt giải chập thiên về an toàn có thể không đủ an toàn đối với phân tích phản ứng của địa điểm

phân tích hóa lỏng Chế độ nước ngầm phản ánh sự biến thiên của mức nước theo mùa Khi phân tích có thể giả thiết các giá trị thiên về an toàn trên cơ sở các dữ liệu sẵn có hoặc sẽ thu thập được

Dữ liệu đo ở các giếng kiểm tra có thể được sử dụng để thiết lập các thông số thấm

4.4.1.2.2 Phân bố cấp hạt

Đối với đất không kết dính, phải xác định đường cong phân bố độ hạt bằng các thí nghiệm rây các mẫu đất lấy tại các điểm khác nhau ở các độ sâu khác nhau của địa điểm Hàm lượng hạt mịn đọc từ đường cong phân bố cấp hạt và tính dẻo liên quan là những yếu tố quan trọng cần xem xét khi đánh giá khả năng kháng hóa lỏng trên cơ sở SPT hoặc kết quả CPT

4.4.1.2.3 Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn

Số lần búa rơi trong SPT tại những vị trí thí nghiệm khác nhau cần được biểu diễn theo độ sâu, tốt nhất là trên một biểu đồ cùng tỷ lệ Từ các giá trị này, có thể đánh giá sức bền tuần hoàn không thoát nước trên cơ sở các hệ thức thực nghiệm Trong các thí nghiệm phân tích độ hạt, cần lưu ý tới tỉ lệ hạt mịn có ảnh hưởng đáng kể tới các hệ thức này (đất chứa hơn 30% hạt mịn vẫn có khả năng hóa lỏng) Khi đó cần xác định chỉ số dẻo của đất mịn để đánh giá đúng khả năng dễ hóa lỏng

4.4.1.2.4 Thí nghiệm xuyên tĩnh

CPT đánh giá khả năng kháng xuyên có ưu điểm hơn SPT ở chỗ có thể cho mặt cắt địa tầng chi tiết,

từ đó cho phép đánh giá chính xác hơn về sự phân bố của đất có khả năng hóa lỏng Kể cả trong trường hợp không thể lấy mẫu đất khi tiến hành CPT, có thể đánh giá các loại đất trên cơ sở tỷ số giữa ma sát đo được bên ngoài ống trên mũi xuyên và sức kháng mũi xuyên Trong CPT, khả năng xuyên giảm dần khi tỷ trọng của đất tăng lên, vì thế nó thường chỉ được sử dụng đối với cát rời Trongmột số trường hợp nên kết hợp cả hai loại SPT và CPT

4.4.1.2.5 Tỉ trọng tương đối

Tỉ trọng tương đối tại hiện trường của đất không kết dính có thể được đánh giá trên cơ sở số lần búa rơi trong SPT vì đó là chỉ số thuận lợi để đánh giá sơ bộ về sức bền tuần hoàn trong điều kiện không thoát nước hoặc để xác định độ không ổn định của đất khi áp suất nước lỗ rỗng đạt tới 100% Ở các kiểm tra trong phòng thí nghiệm, tỉ trọng tương đối của các mẫu đất được xác định trực tiếp trên cơ

sở tỉ trọng lớn nhất và nhỏ nhất của cát, những giá trị đã có phương pháp xác định chuẩn

4.4.1.2.6 Sức bền tuần hoàn trong điều kiện không thoát nước

Sức bền tuần hoàn trong điệu kiện không thoát nước của vật liệu dưới mặt đất có thể được đánh giá trực tiếp bằng các thí nghiệm chất tải - dỡ tải lặp trong phòng đối với các mẫu không bị xáo trộn hoặc các mẫu đúc lại Thí nghiệm chất tải - dỡ tải lặp 3 trục thường được sử dụng để đánh giá sức bền tuần hoàn trong điều kiện không thoát nước Các hệ số hiệu chỉnh thường được áp dụng đối với các giá trị của sức bền tuần hoàn được xác định từ các thí nghiệm 3 trục để tiệm cận với điều kiện thực tếhiện trường Cần đánh giá số vòng chất tải - dỡ tải cần thiết để đạt tới các điều kiện phá hủy nhất định(ví dụ hóa lỏng ban đầu hoặc phần trăm biến dạng dọc trục) dưới một biên độ ứng suất lặp nhất định Thay đổi mức ứng suất lặp để thí nghiệm các mẫu khác Trong thí nghiệm này, chất lượng của các mẫu không bị xáo trộn có thể ảnh hưởng đáng kể tới việc xác định khả năng hóa lỏng Sau đó xây dựng đường cong thực nghiệm biểu diễn hệ thức giữa ứng suất lặp và số vòng lặp đồng mức cần thiết để gây phá hủy do hóa lỏng

Một đường cong tương tự cũng có thể được xây dựng trên các mẫu đúc lại có tỷ trọng tương đối và

áp lực cố kết khác nhau đối với loại đất tương đối trẻ hơn ít chịu tác động của quá trình gắn kết hoặc biến dạng trước Giá trị của sức bền tuần hoàn trong điều kiện không thoát nước được chuẩn hóa trên ứng suất cố kết để cho tỉ lệ ứng suất Cần lựa chọn ứng suất cố kết tại hiện trường phù hợp do tỉ

lệ ứng suất có xu hướng giảm khi ứng suất bao quanh tăng đối với cát chặt vừa đến cát chặt

4.4.1.2.7 Sự phụ thuộc của mức độ biến dạng vào các tính chất đất

Cần sử dụng các đường G- và - đối với mỗi lớp đất để biểu thị độ giảm biểu kiến của mô-đun cắt

và tỷ số tắt dần của đất theo biến dạng cắt

4.4.1.2.8 Các tính chất khác của đất

Các tính chất khác của đất có thể cần được xác định tùy theo các kiểu loại phân tích phức tạp Một sốtính chất có thể được xác định bằng các thí nghiệm bổ sung trong phòng như thí nghiệm cắt bằng cách chất tải đều trong điều kiện không thoát nước và thí nghiệm cố kết

4.4.1.2.9 Lịch sử hóa lỏng

Ngoài việc xác định các thông số của mặt cắt thiết kế sử dụng trong phân tích hóa lỏng và xác định đặc trưng độ bền tuần hoàn của vật liệu dưới mặt đất bằng các kiểm tra trong phòng thí nghiệm, dữ liệu về hóa lỏng tại địa điểm hoặc vùng lân cận trong quá khứ phải được thu thập và nghiên cứu cẩn thận Chương trình khảo sát chi tiết và phân tích hóa lỏng tại những nơi này phải được thực hiện

4.4.1.3 Thông số mặt cắt thiết kế cần thiết để đánh giá khả năng hóa lỏng

Từ kết quả thu thập dữ liệu và thí nghiệm, xác định giá trị các thông số của mặt cắt thiết kế cần thiết