Một số vấn đề về khảo sát địa chất công trình
khi xây dựng đập lớn
PGS.TS. Phạm Hữu Sy
Đại học Thuỷ lợi
Tóm tắt: Nói chung đập lớn là đập mà khi xảy ra sự cố sẽ gây thiệt hại lớn, vì vậy
việc khảo sát, thiết kế, thi công cần phải hết sức cẩn thận để hạn chế khả năng xảy
ra sự cố. Cho đến nay ở Việt Nam chưa có quy phạm khảo sát địa chất dành riêng
cho đập lớn. Tác giả khuyến cáo, ngoài việc tuân thủ quy phạm hiện hành về khảo
sát địa chất công trình cho xây dựng công trình thuỷ lợi, để tăng mức độ an toàn
cho công trình cần lưu ý đến 7 vấn đề mà trong bài báo đã trình bày tương đối chi
tiết, đó là các vấn đề: áp dụng kết hợp nhiều phương pháp khảo sát; độ sâu khảo
sát nên đạt đến giá trị lượng mất nước đơn vị nhỏ hơn 0,01 l/ph.m khi thí nghiệm
ép nước trong khi khoan; phạm vi đo vẽ địa chất công trình nên mở rộng hơn quy
định; chú ý đến động đất kích thích do xây dựng hồ chứa; ổn định mái hố móng do
giản ứng suất; ổn định thấm do cột nước cao và vấn đề từ biến của đá, đặc biệt là
của vật chất gắn kết trong kẽ nứt của đá.
Abstract: Generally, high dam is that when happen a catastrophe with it will
cause serious damage, so, it must be very carefully while conducting geotechnical
investigation, design and construction in order minimize risk. Up to now in
Vietnam there is not state standard for geotechnical investigation for high dam.
The author of the paper advised that, beside of following present investigation
standard for irrigation construction it must be pay attention on 7 problems. They
are: using many different methods for investigation works; investigation depth
deeper than the depth where discharge of water in water compress test in bore
hole less than 0,01 l/min.m; geotechnical surveying larger then usual; paying
attention on reservoir-induced earthquakes; instability of foundation hole's slope
causing by decreasing of stress; permeability due to high hydraulic head and
deformation of rock, especially cement in fracture due to constant load.
Vấn đề "đập lớn" ở Việt Nam mới chỉ được quan tâm gần đây. Hội đập lớn Việt
Nam mới chỉ được thành lập năm 2004. Cho đến nay, định nghĩa "đập lớn" vẫn
chưa được thống nhất. Theo cách hiểu thông thường, đập lớn phải là đập cấp I, cấp
II, tức là lớn về quy mô (chiều cao đập và thể tích trữ nước) mà khi xảy ra sự cố
gây thiệt hại lớn về kinh tế và con người. Tuy nhiên, cũng có người cho rằng có
những đập không lớn về quy mô nhưng sau đập là các công trình trọng điểm quốc
gia mà khi xảy ra sự cố đập gây thiệt hại lớn cho Nhà nước thì cũng phải được xếp
vào loại đập lớn. Như vậy, các cách hiểu có thể khác nhau về quy mô công trình
nhưng đều đồng nhất với nhau về mức độ thiệt hại do chúng gây ra. Vì vậy, vấn đề
khảo sát địa chất công trình mà bài báo này đặt ra ở đây không chỉ liên quan đến
quy mô công trình mà là các vấn đề chung cần xem xét lưu ý khi tiến hành khảo
sát để bảo đảm tăng độ an toàn cho công trình.
Trong lĩnh vực xây dựng dân dụng, công trình lớn được hiểu ngay là nhà cao tầng.
Tuy chưa có một văn bản chính thức nào định nghĩa cao bao nhiêu thì được gọi là
nhà cao tầng nhưng thông thường được hiểu phổ biến là từ 8 tầng trở lên và đã có
một tiêu chuẩn ngành về khảo sát địa chất công trình cho xây dựng nhà cao tầng,
đó là tiêu chuẩn TCXD 194:1997 Nhà cao tầng - Công tác khảo sát địa kỹ thuật.
Trong lĩnh vực thuỷ lợi - thuỷ điện, cho đến nay như đã nói, ngay cả thuật ngữ
cũng chưa thống nhất nên chưa có một tiêu chuẩn quy phạm nào quy định công tác
khảo sát địa chất công trình cho xây dựng đập lớn. Như vậy, rõ ràng, khi lập đề
cương và thực hiện công tác khảo sát địa chất công trình cho xây dựng đập lớn
chúng ta vẫn phải tuân thủ quy phạm hiện hành "Tiêu chuẩn ngành 14 TCN 115-
2000 - Thành phần, nội dung và khối lượng khảo sát địa chất trong các giai đoạn
lập dự án và thiết kế công trình thuỷ lợi", thu thập đủ số liệu để kỹ sư thiết kế tính
toán lún, ổn định trượt và ổn định thấm, tuy nhiên chúng tôi cho rằng nên lưu ý
thêm một số vấn đề sau đây:
1. Về áp dụng các phương pháp khảo sát
Các phương pháp khảo sát địa chất công trình để thu thập thông tin về các điều
kiện địa chất công trình thông thường bao gồm:
- Đo vẽ địa chất công trình
- Khoan, đào thăm dò
- Thăm dò địa vật lý
- Thí nghiệm hiện trường (CPT, SPT, xuyên động, nén hông lổ khoan, cắt, nén
trong hố đào, đổ nước, hút nước, ép nước trong hố khoan,...)
- Thí nghiệm trong phòng.
Khi khảo sát địa chất cho các công trình thông thường có thể chỉ áp dụng một hoặc
hai phương pháp khảo sát nhưng đối với các đập lớn, nên kết hợp nhiều phương
pháp để có kết quả bổ sung cho nhau, kiểm tra lẫn nhau. Nên tăng cường thí
nghiệm hiện trường và trong phương pháp này nên thực hiện kết hợp nhiều loại thí
nghiệm, ví dụ, nén tĩnh với nén hông lổ khoan; xuyên tĩnh với SPT,.... Khi các kết
quả khảo sát thu được từ các phương pháp khảo sát khác nhau mà vênh nhau
chúng ta nên phân tích kỹ lưỡng để lựa chọn kết quả hợp lý. Ví dụ, khi áp dụng
đồng thời cả khoan, xuyên tĩnh, địa vật lý điện và địa chấn để xác định địa tầng mà
kết quả không thật phù hợp, hãy phân tích lịch sử phát triển địa chất, các quy luật
địa chất để phân lớp. Khi áp dụng đồng thời cả thí nghiệm trong phòng và hiện
trường để xác định các tính chất cơ lý của đất mà không phù hợp nhau, hãy kết
hợp phân tích nguồn gốc hình thành đất để lựa chọn. Chúng tôi có trao đổi với một
số chuyên gia thiết kế, một số người thích các kỹ sư địa chất công trình đánh thấp
các chỉ tiêu xuống để thiết kế cho an toàn. Chúng tôi nói rằng không phải lúc nào
điều đó cũng đúng. ở đây chúng ta không bàn về cơ chế thẩm tra, thẩm định mà
chỉ nói thuần tuý về góc độ chuyên môn. Đối với nhiều trường hợp, sau khi có kết
quả thí nghiệm mẫu, khi cung cấp cho thiết kế thường đánh thấp xuống thì an toàn
hơn nhưng cũng có trường hợp phản tác dụng. Ví dụ, đối với thí nghiệm đất đắp
đập. Khi thiết kế với chỉ tiêu thí nghiệm thực, đất trong thân đập sẽ được đầm đủ
độ chặt tối đa, sẽ hạn chế khả năng trương nở khi hồ tích nước. Ngược lại, khi
người kỹ sư địa chất cung cấp chỉ tiêu k nhỏ hơn chỉ tiêu thí nghiệm thực để thiết
kế, thi công sẽ chóng đạt yêu cầu nhưng thực tế đất trong thân đập chưa đủ độ chặt
tối đa sẽ phát huy trương nở khi tiếp xúc với nước. Đã có công trình nghiên cứu để
chứng minh điều đó. Đối với đất nền cũng vậy, khi đào hố móng là đã bóc đi một
lượng đất nhất định, tức là đã làm giảm tải ở độ sâu đặt móng. Tải trọng công trình
thiết kế có "trách nhiệm" bù lại phần đất đã bóc đi. Nếu lấy nhỏ giá trị tn của đất
nền, trong trường hợp đất nền có tính trương nở có thể dẫn đến thiết kế sai làm nứt
công trình. 18/24 công trình trên cùng một quả đồi đất đỏ basalt ở Hướng Hoá -
Quảng Trị mà chúng tôi quan sát được đã chứng tỏ điều đó. Nhà càng nhẹ càng bị
nứt nhiều.
2. Độ sâu khảo sát
Theo tiêu chuẩn ngành 14 TCN 115-2000, độ sâu các công trình thăm dò cho công
trình đầu mối ứng với từng giai đoạn khảo sát như sau:
Giai đoạn khảo sát Độ sâu thăm dò
Tiền khả thi (2/31)H, nếu gặp đá nguyên khối thì sâu vào 2-5m
Nghiên cứu khả thi - Tới lớp có khả năng làm nền công trình mà dưới tác dụng của
công trình không làm ảnh hưởng tới sự thay đổi trạng thái của
chính lớp đất đá nền đó.
- Xác định được giới hạn trên của tầng cách nước (k 510 lần
của lớp trên nó).
-(2/31)H, trường hợp đặc biệt có thể sâu hơn.
Thiết kế kỹ thuật - Đối với đập bê tông: khoan vào đá phong hoá nhẹ và không
quá 1,5 H.
- Đối với đập không phải là đá: sâu vào phong hoá vừa 13m,
các hố tại tim tuyến sâu (2/31)H.
Bản vẽ thi công Như trong giai đoạn thiết kế kỹ thuật
Đối với giai đoạn nghiên cứu tiền khả thi, khi mà chưa biết địa tầng của khu vực
thì xác định độ sâu thăm dò theo kinh nghiệm (2/31)H là hợp lý nhưng đối với
các giai đoạn sau, khi đã biết địa tầng thì nên căn cứ vào địa tầng, lượng mất nước
đơn vị và mức độ phát triển của các kẽ nứt kiến tạo (nếu có). Thông thường khi
khoan ở vị trí dự kiến xây dựng đập bao giờ cũng đồng thời thí nghiệm ép nước