Biến dạng dư của nền đất khi động đất mạnh ở Hà Nội

BIẾN DẠNG DƯ CỦA NỀN ĐẤT<br /> KHI ĐỘNG ĐẤT MẠNH Ở HÀ NỘI<br /> <br /> NGUYỄN ĐỨC MẠNH*<br /> <br /> <br /> Residual deformation of ground during strong earthquake in Ha Noi<br /> Abstract: Maximum earthquake occurred in Ha Noi City in 1277 and<br /> 1285 with respective level of 7-8 MSK-64. During a strong earthquake,<br /> the geological phenomenon of ground subsidence, cracked soil,<br /> landslide, soil liquefaction,... can occur. From the qualitative analysis<br /> and quantitative forecast, it is allowed to evaluate and predict the danger<br /> caused by the residual deformation of the ground during strong<br /> earthquakes in Ha Noi City.<br /> <br /> 1. ĐẶT VẤN ĐỀ * Hồng và sông Chảy. Bên cạnh đó, vùng Hà Nội<br /> Khi động đất mạnh thƣờng xuất hiện biến còn chịu ảnh hƣởng của động đất từ các nguồn<br /> dạng thứ cấp trên mặt đất. Chúng đƣợc hình sinh chấn lân cận do các đứt gãy sông Lô, Vĩnh<br /> thành do kết quả của những dao động địa chấn, Ninh, Đông Triều và sông Đà gây ra.<br /> với các loại đất đá kém ổn định và không bền sẽ Trong “Danh mục động đất Việt Nam”, động<br /> hình thành biến dạng dƣ. Biểu hiện của biến đất mạnh cấp 7 – 8 đã từng xảy ở Hà Nội. Cho<br /> dạng dƣ này khi động đất là hiện tƣợng sụt lún đến nay, đã xác định đƣợc trên 152 trận động đất<br /> mặt đất, nứt đất, sụt hay trƣợt lở các bờ dốc, hóa xảy ra ở thành phố và vùng lân cận, trong đó có 2<br /> lỏng của cát,…[11]. trận cấp 7 – 8 (1277 và 1285), 4 trận cấp 7, còn<br /> Hà Nội nằm trong vùng hoạt động địa chấn lại là động đất nhỏ hơn cấp 7. Các trận động đất<br /> khá cao [1,2,6,8], nguy cơ xảy ra biến dạng dƣ mạnh xảy ra trong thời gian gần đây nhƣ động<br /> khi động đất mạnh ở thành phố là tiềm tàng, đất Lục Yên – Yên Bái năm 1953 và 1954 với M<br /> song cho tới nay số lƣợng các công trình nghiên = 5,1 và M = 5,3 (tƣơng ứng cấp 7), động đất<br /> cứu về vấn đề này chƣa nhiều nên việc thiết kế Yên Lạc – Phú Thọ ngày 20/9/1958 với M = 5,3<br /> biện pháp phòng chống khi xây dựng liên quan (tƣơng ứng cấp 6), động đất Tân Yên – Bắc<br /> đến chúng cũng chƣa xem xét đúng mức. Giang ngày 12/6/1961 với M = 5,9 (tƣơng ứng<br /> 2. ĐỘNG ĐẤT Ở HÀ NỘI cấp 7), động đất Tuần Giáo – Lai Châu ngày<br /> Theo kết quả nghiên cứu của Viện Vật lý Địa 24/6/1983 với M = 6,8 (tƣơng ứng cấp 8), và<br /> cầu và Viện địa chất thuộc Viện Hàn lâm khoa động đất Yên Thế ngày 6/1/1987 với M = 5,1.<br /> học và Công nghệ Việt Nam [1,2,6,8], thành Tình hình động đất nêu trên rõ ràng là yếu tố<br /> phố Hà Nội có thể xảy ra động đất mạnh với nguy hiểm không thể không tính đến khi xây<br /> Magnitude tới 6,1 – 6,2, tƣơng ứng cấp 8 thang dựng công trình ở Hà Nội, đặc biệt quan trọng<br /> MSK-64, ở độ sâu chấn tiêu 15 – 20 km liên khi mà qui mô các công trình cũng nhƣ chiều cao<br /> quan đến hoạt động của các đứt gãy sâu sông các tòa nhà xây dựng ngày càng lớn. Các thành<br /> tạo đất yếu bão hòa nƣớc hệ tầng Hải Hƣng hay<br /> Thái Bình có chiều dày lớn, phân bố gần mặt đất<br /> * Đại học Giao thông vận tải<br /> không chỉ làm tăng thêm cấp động đất đến 1 - 1,5<br /> Số 3 phố Cầu Giấy, Đống Đa, Hà Nội<br /> Tel: (+84) 90 4679768 cấp [11], mà còn tăng khả năng và mức độ biến<br /> Email: ndmanhgeot@gmail.com dạng dƣ nền đất khi có động đất.<br /> <br /> ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3-2016 3<br />  thác và sử dụng cho mục đích xây dựng công<br /> trình tại Thủ đô. Từ dƣới lên trên, các thành tạo<br /> Đệ Tứ khu vực Hà Nội gồm hệ tầng Lệ Chi<br /> (aQIlc), Hà Nội (a,apQII-III1hn), Vĩnh Phúc<br /> (a,lbQIII2vp), Hải Hƣng (m,lb,bQIV1-2hh) và Thái<br /> Bình (a,alb,aQIV3tb) [2,7,9].<br /> Các thành tạo trầm tích hệ tầng Lệ Chi và Hà<br /> Nội phân bố rộng khắp thƣờng nằm dƣới sâu,<br /> đƣợc lộ ra ở phần rìa đồng bằng (vùng đồi gò<br /> Sóc Sơn). Đây là tầng chịu lực quan trọng cho<br /> móng cọc đối với các công trình lớn trên địa bàn<br /> thành phố.<br /> Hệ tầng Vĩnh Phúc có nguồn gốc sông, hồ và<br /> hồ-đầm lầy đƣợc phân bố rộng rãi trong vùng<br /> Hà Nội, đƣợc lộ ra ở Đông Anh, Mê Linh, Sóc<br /> Sơn và một vài nơi trong thành phố còn lại phân<br /> bố dƣới các trầm tích trẻ hơn.<br /> Những thành tạo trầm tích cuội, sỏi và cát<br /> Hình 1. Tâm chấn và các vùng sinh chấn ở của các hệ tầng Lệ Chi, Hà Nội và Vĩnh Phúc là<br /> miền Bắc (nguồn Viện Vật lý Địa cầu, 2007) tầng chứa nƣớc Pleistocen (qp) phong phú và<br /> quan trọng của Hà Nội.<br /> 3. SƠ LƢỢC ĐỊA CHẤT VÙNG HÀ NỘI Các thành tạo Holocen dƣới – giữa hệ tầng<br /> Phần lớn diện tích Hà Nội nằm trong đới Hải Hƣng có nguồn gốc hồ-đầm lầy, biển và<br /> sụt địa hào trung tâm của trũng Hà Nội (trũng đầm lầy. Thành phần gồm sét, sét pha dẻo chảy<br /> sông Hồng) thuộc miền kiến tạo Đông Bắc – đến chảy lẫn tàn tích hữu cơ, sét xám xanh đặc<br /> Bắc Bộ, đới này nằm kẹp giữa các đứt gãy sâu trƣng và than bùn.<br /> Sông Chảy ở phía Tây Nam và Sông Lô phía Hệ tầng Thái Bình là trầm tích Đệ Tứ trẻ<br /> Đông Bắc, đồng thời cắt qua cấu trúc Trung nhất, phân bố rộng rãi. Gồm các thành tạo trầm<br /> Tâm và Đông Bắc thuộc hệ chuẩn uốn nếp tích sông, sông-hồ-đầm lầy, thành phần là cát<br /> Đông Việt Nam, còn phía Tây Nam giáp với thô, cát vừa có khi lẫn sạn, cát nhỏ và cát bụi<br /> hệ uốn nếp Tây Việt Nam. Với đặc điểm nhƣ (nằm dƣới), và cát pha, sét pha ít gặp sét, có nơi<br /> vậy, địa chất Hà Nội gắn liền với các đặc điểm lẫn tàn tích hữu cơ (nằm trên). Hay các trầm tích<br /> chung của trũng Hà Nội, với cấu trúc kiến tạo bãi bồi và lòng sông, với thành phần gồm cuội,<br /> rất phức tạp, mức độ động và dập vỡ vỏ Trái sỏi, cát lẫn cát pha hay sét pha thấu kính (nằm<br /> Đất mạnh. Nguồn gốc của mọi vận động nội dƣới) và cát pha, sét pha (nằm trên).<br /> sinh vùng Hà Nội chịu ảnh hƣởng của sự vận Các trầm tích cát hệ tầng Thái Bình thƣờng<br /> hành hai hệ đứt gãy Sông Hồng và Đông Triều có trạng thái rời rạc đến chặt vừa, bên dƣới có<br /> [2,6,8]. nơi trạng thái chặt, chiều sâu phân bố 4 – 8m, có<br /> Trên mặt cắt Kainozoi vùng Hà Nội phát nơi 12 – 18m, chiều dày thƣờng 12 – 20m, phần<br /> triển đầy đủ các thành tạo Oligocen (E3), ven sông có thể tới hơn 20m. Các thành tạo cát<br /> Neogen (N) và Đệ Tứ (Q). Với nền trầm tích Đệ hệ tầng Thái Bình là tầng chứa nƣớc Holocen<br /> Tứ khá dày, có thể đạt trên 120m, đến nay và (qh) khá phong phú trong không gian ngầm<br /> trong tƣơng lai đối tƣợng này chủ yếu đƣợc khai thành phố.<br /> <br /> <br /> 4 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3-2016<br />  Với ba tầng đất yếu Vĩnh Phúc, Hải Hƣng và mạnh đến cấp 8 (Popov E.V., 1973, 1974,<br /> Thái Bình có nguồn gốc hồ-đầm lầy hay đầm 1975, 1976, 1978, 1984, 1992). Bên cạnh đó,<br /> lầy, đan xen là các trầm tích bở rời chứa nƣớc các khu vực địa hình có chênh cao khác nhƣ bờ<br /> của các hệ tầng Thái Bình và Vĩnh Phúc, cùng các hệ thống kênh, sông, hồ, đê trong thành<br /> với cấu trúc kiến tạo phức tạp tạo nên tính đặc phố hay các khu vực sƣờn đồi, núi ở Sóc Sơn,<br /> thù của không gian ngầm vùng Hà Nội. Thạch Thất, Chƣơng Mỹ, Ba Vì đều là những<br /> 4. CÁC BIỂU HIỆN BIẾN DẠNG DƢ nơi có tính “nhạy cảm” với khả năng trƣợt lở<br /> CỦA NỀN ĐẤT CÓ THỂ PHÁT SINH KHI bờ dốc khi động đất mạnh cấp 7-8 trên địa bàn<br /> ĐỘNG ĐẤT MẠNH Ở HÀ NỘI thành phố [11].<br /> Kết quả phân vùng nhỏ động đất tại Hà Nội Theo Medvedev X.V. (1962) và Dedov E.V.<br /> cho thấy, các khu vực có mặt tầng cát Thái Bình (1967) khe nứt bắt đầu xuất hiện ở nền đất ẩm<br /> trạng thái rời rạc bão hòa nƣớc, tầng đất yếu hệ ƣớt khi động đất cấp 6 (MSK-64) nhƣng bề rộng<br /> tầng Thái Bình hay Hải Hƣng có chiều dày lớn, không vƣợt quá 1cm. Và khi động đất cấp 7,<br /> phân bố gần mặt đất và mực nƣớc ngầm cách khe nứt nhỏ bắt đầu xuất hiện trên nền đất khô,<br /> mặt đất 20m) không<br /> số động đất vùng Hà Nội sử dụng để đánh giá bị hóa lỏng khi động đất cấp 8.<br /> khả năng hóa lỏng đƣợc căn cứ theo kết quả 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ<br /> nghiên cứu của Viện Vật lý Địa cầu, với độ Đặc điểm đặc thù về địa hình, thủy văn của<br /> mạnh M = 6,2, tƣơng ứng cấp 8 thang MSK-64 sông Hồng, địa chất công trình và địa chất thủy<br /> cho nền “chuẩn” ở Hà Nội, hệ số Kh = 0,17, văn là những yếu tố cơ bản quyết định đến khả<br /> nguồn sinh chấn là các đứt gãy sông Hồng và năng xuất hiện cũng nhƣ mức độ nguy hiểm của<br /> sông Chảy ở khoảng cách tâm chấn nhỏ hơn các hiện tƣợng trƣợt lở đất, sụt lún, nứt mặt đất<br /> 60km, gia tốc nền cực đại chu kỳ 1000 năm a max hay hóa lỏng của nền đất khi động đất mạnh cấp<br /> = 170 cm/s2 [4]. 7 – 8 (MSK-64) tại Hà Nội.<br /> Ngoài những nguy hiểm về sự rung động<br /> 0 10 20 30 N KP nền đất, các biểu hiện biến dạng dƣ của đất<br /> 0<br /> nền khi động đất không thể không tính đến<br /> trong công tác khảo sát địa kỹ thuật và thiết kế<br /> 5 2 kháng chấn cho các công trình xây dựng trên<br /> địa bàn thành phố, đặc biệt các công trình giao<br /> 10 thông ngầm.<br /> <br /> 1<br /> 15 TÀI LIỆU THAM KHẢO<br /> <br /> <br /> 20 1. Nguyễn Đình Xuyên, Nghiên cứu xác<br /> H, M định các thông số địa chấn phục vụ thiết kế<br /> công trình Keangnam Landmark Tower, Viện<br /> Vật lý Địa cầu, (2007).<br /> Hình 2b. Khả năng hóa lỏng của trầm tích cát<br /> 2. Nguyễn Đức Đại và nnk, Báo cáo điều tra<br /> bão hòa hệ tầng Vĩnh Phúc<br /> địa chất đô thị thành phố Hà Nội, thuộc<br /> “Chƣơng trình địa chất đô thị Việt Nam”, Tổng<br /> Kết quả tính toán theo cả hai phƣơng pháp<br /> cục Địa chất Việt Nam, Hà Nội, (1996).<br /> định lƣợng nêu trên cho thấy, khi động đất<br /> 3. Nguyễn Đức Mạnh, “Hệ thống hóa các<br /> mạnh đạt tới cấp 8 (MSK-64) ở Hà Nội nền đất<br /> quá trình và hiện tƣợng tự nhiên và nhân sinh để<br /> có thể bị hóa lỏng. Sự hóa lỏng có thể xảy ra<br /> khai thác an toàn và hiệu quả không gian ngầm<br /> trong các tầng đất cát pha, cát bụi, cát mịn hay<br /> đô thị Hà Nội”, Tạp chí Xây dựng – BXD, (01),<br /> cát nhỏ bão hòa nƣớc hệ tầng Thái Bình, khi<br /> (2013), tr.63-66.<br /> mực nƣớc dƣới đất nhỏ hơn 3m.<br /> <br /> <br /> 8 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3-2016<br />  4. Nguyễn Đức Mạnh và nnk, “Khả năng giá bổ sung điều kiện đất nền vùng Hà Nội và<br /> hóa lỏng của nền đất khi động đất và ảnh hƣởng vùng phụ cận và giải pháp nền móng công trình,<br /> của nó đến khai thác không gian ngầm ở Hà Báo cáo khoa học tổng kết đề tài, Liên hiệp<br /> Nội”, Tuyển tập các báo cáo Hội nghị KHCN khoa học sản xuất địa chất xây dựng và cấp<br /> chào mừng kỷ niệm 55 thành lập viện KH và CN nƣớc, Hà Nội, (2007).<br /> GTVT, Hà Nội, (2012), tr.265-272. 10. Huabei Liu, Threedimensional Analysis<br /> 5. Nguyễn Đức Mạnh, Nguyễn Ngọc Lân, of Underground Tunnels in Liquefiable Soil<br /> “Địa môi trƣờng với khai thác và sử dụng hiệu subject to Earthquake Loading. Final Report.<br /> quả không gian ngầm đô thị Hà Nội”, Tạp chí New York, NY 10031, (2011).<br /> Khoa học Giao thông Vận tải – Trường ĐH 11. Медведев С. В., Инженерная<br /> GTVT, (29), (2010), tr.65-70. сейсмология, Госстройиздат, М., (1962),<br /> 6. Nguyễn Hồng Phƣơng, Trần Nhật Dũng, 284с.<br /> Nghiên cứu xác định độ rủi ro động đất cho 12. Нгуен Дык Мань, Инженерно-<br /> thành phố Hà Nội, Báo cáo tổng kết đề tài геологическое обеспечение освоения<br /> nghiên cứu KHCN, Phân viện Hải dƣơng học tại подземного пространства города Ханоя<br /> Hà Nội, (2002). (Вьетнам), Дисс. канд. геол.-минер. наук,<br /> 7. Nguyễn Huy Phƣơng và nnk, “Thu thập, Санкт-Петербург, (2010).<br /> kiểm chứng các tài liệu đã có, nghiên cứu bổ 13. Нгуен Дык Мань, Дашко Р.Э.,<br /> sung lập bản đồ phân vùng đất yếu Hà Nội phục Некоторые проблемы освоения и<br /> vụ phát triển bền vững thủ đô”, báo cáo tổng использования подземного пространства в<br /> hợp đề tài trọng điểm thành phố Hà Nội, Trƣờng сложных инженерно-геологических<br /> ĐH Mỏ-Địa chất, Hà Nội, (2004). условиях города Ханоя, Инженерная<br /> 8. Nguyễn Ngọc Thủy, Nguyễn Sinh Minh, геология. июнь, М., (2010), с.56-61.<br /> Nghiên cứu bổ sung và hoàn chỉnh bản đồ phân 14. Попов Е.В., Соколова Е.Л.,<br /> vùng nhỏ động đất thành phố Hà Nội mở rộng, Прогнозирование разжижения песчаных<br /> tỷ lệ 1:25 000, lập cơ sở dữ liệu về đặc trưng грунтов при сильных землетрясениях.<br /> dao động nền đất ở Hà Nội ứng với bản đồ trên, Эффект сильных землетрясений, Вопросы<br /> Báo cáo tổng kết đề tài KH & CN, Viện Vật lý инженерной сейсмологии. Наука, вып. 22,<br /> Địa cầu, (2004). М., (1982), с.97-110.<br /> 9. Vũ Công Ngữ và nnk, Nghiên cứu đánh<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Phản biện: PGS.TS. NGUYỄN SỸ NGỌC<br /> <br /> <br /> ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 3-2016 9<br />