Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam TCXDVN 366:2006 về chỉ dẫn kỹ thuật công tác khảo sát địa chất công trình cho xây dựng trong vùng Karst do Bộ Xây dựng ban hành

TIÊU CHUẨN XÂY DỰNG VIỆT NAM

TCXDVN 366:2006

Biên soạn lần 1

CHỈ DẪN KỸ THUẬT

CÔNG TÁC KHẢO SÁT ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH

CHO XÂY DỰNG TRONG VÙNG KARST

Technical regulation of engineering geological investigation for construction in karst areas

HÀ NỘI – 2006
1. Những vấn đề chung

1.1 Phạm vi và đối tượng áp dụng
1.1.1 Chỉ dẫn này dùng làm cơ sở để lập nhiệm vụ khảo sát địa chất công trình (ĐCCT) cho xây dựng trong vùng karst. Đối tượng áp dụng là các khu công nghiệp, các khu dân cư, đô thị (goi tắt là công trình), không áp dụng cho khảo sát xây dựng các công trình đặc biệt như: các công trình dạng tuyến, các công trình thuỷ lợi-thuỷ điện, các công trình ngầm,…

1.1.2 Khảo sát ĐCCT trong vùng karst không tách rời công tác khảo sát chung cho xây dựng và được tiến hành trong 3 giai đoạn, tương ứng với 3 giai đoạn thiết kế xây dựng đã được quy định trong các quy chế hiện hành: thiết kế cơ sở (TKCS); thiết kế kỹ thuật (TKKT); thiết kế bản vẽ thi công (TKBVTC). Trong trường hợp cần thiết phải bổ sung thêm giai đoạn khảo sát ĐCCT trước TKCS.

1.1.3 Công tác khảo sát ĐCCT phải được thực hiện trên cơ sở đề cương khảo sát ĐCCT. Nội dung của đề cương phải đảm bảo thoả mãn các yêu cầu nghiên cứu, lập hồ sơ cho các giai đoạn thiết kế tương ứng. Chỉ dẫn này có thể áp dụng để khảo sát phục vụ sửa chữa, mở rộng, nâng cấp xí nghiệp và công trình.

1.1.4 Karst trên lãnh thổ Việt Nam phát triển chủ yếu trong các đá cacbonnat, vì vậy trong phạm vi của chỉ dẫn này chỉ xét đến các vùng phát triển karst trên đá cacbonat (đá vôi, đolomid, đá macnơ). Các khu vực nếu có hang hốc loại khác (ví dụ các hang hốc trong đất sét hình thành do đất có khả năng tan rã mạnh) không phải là đối tượng được quan tâm trong chỉ dẫn này.

1.2 Thuật ngữ và định nghĩa
1.2.1 Karst là tổ hợp các quá trình và hiện tượng địa chất xuất hiện trên bề mặt hoặc trong lòng đất chủ yếu là do hoà tan hoá học đất đá, tạo nên các hang rỗng, làm phá huỷ và biến đổi cấu trúc, trạng thái đất đá, cơ chế nước ngầm, đặc thù địa hình, cơ chế mạng thuỷ văn.

1.2.2 Vùng karst là các khu vực mà trên mặt cắt địa chất của chúng có mặt đất đá hoà tan (đá vôi, dolomid, đá macnơ, đá muối, …) và có hoặc có thể xuất hiện karst trên mặt và karst ngầm.

1.2.3 Karst trần và karst phủ là hai loại karst phân biệt theo đặc điểm phân bố của đá bị karst hoá. karst trần ( đá bị karst hoá nằm ngay trên mặt) và karst phủ (đá bị karst hoá bị che phủ bởi các lớp đất đá không hoà tan, không thấm nước hoặc đất đá không hoà tan có thấm nước).

1.2.4 Sụt lở – karst là hiện tượng sập mặt đất do hang karst ở độ sâu không lớn, trần hang yếu.

Xói sụt lở – karst là hiện tượng sập mặt đất do dòng nước mang các vật liệu của tầng phủ nằm trên đưa xuống hang gây sập lớp phủ bên trên (dòng thấm đi xuống).

Sụt lở – xói sụt lở – karst là tổ hợp của cả 2 loại hình nêu trên.

1.2.5 Lỗ khoan sâu là hố khoan để nghiên cứu karst có chiều sâu vượt qua vùng bị karst hoá vào tầng đá nằm dưới nguyên khối không nhỏ hơn 5m.

1.3      Tài liệu trích dẫn
TCVN 4419 : 1987. Khảo sát cho xây dựng – Nguyên tắc cơ bản

TCVN 4253-86. Phân loại khối đá

TCXD 13: 1991. Phân cấp công trình xây dựng.

1.4 Đặc điểm hình thành, phát triển karst
1.4.1 Những yếu tố cơ bản phát triển karst bao gồm: sự vận động của n­ước ngầm và nư­ớc mặt; tồn tại đất đá hoà tan; tính thấm n­ước của đất đá hoà tan (đất đá phải có khả năng thấm n­ước); khả năng hoà tan đất đá của nước.

Chỉ cần thiếu dù chỉ 1 trong các yếu tố kể trên thì karst không phát triển, và khi hội tụ cả 4 yếu tố thì sự phát triển của karst là không tránh khỏi.

Các yếu tố ảnh hưởng đến sự phát triển karst bao gồm:thành phần thạch học của đá hoà tan; chiều dày và đặc điểm nứt nẻ của lớp đá hoà tan; thành phần và chiều dày của lớp phủ; địa hình; điều kiện khí hậu.

1.4..2 Karst có quy luật phát triển chung là : giảm dần theo chiều sâu; mạnh hơn ở thung lũng sông và yếu hơn ở khu vực phân thuỷ; phụ thuộc vào đặc điểm cấu trúc và lịch sử phát triển địa chất của khu vực.

Các loại hình karst bề mặt phổ biến có thể kể đến như: hào, rãnh karst, các bề mặt hoà tan sót với các hang nổi, hang chìm; phễu karst (rửa trôi bề mặt, lún, sập tầng mặt); cánh đồng karst (tập trung nhiều phễu karst); thung lũng karst (do hoạt động xâm thực bằng nước mặt và nước ngầm); vực karst (do sập nóc các sông ngầm hoặc hợp nhất các hố sâu karst tạo thành vực sâu khép kín có vách dựng đứng, đáy bằng phẳng); rừng đá karst (tạo ra do sự kế tiếp liên tục của các rãnh sâu với những khối đá còn lại); sông, suối, hồ cạn, hồ nổi karst; giếng karst, hố thu nước karst.

Các loại hình karst ngầm phổ biến bao gồm: khe nứt mở rộng do hoà tan; lỗ rỗng hoà tan (nhỏ hơn 2mm); lỗ hổng hoà tan (2 20mm); hang hốc các loại (lớn hơn 20mm, trong đó có cả hang động, hồ và sông ngầm); các đới phá huỷ và dỡ tải; bề mặt hoà tan các lớp đá karst hoá; các phá huỷ thế nằm của đất đá nằm trên các hang hốc và các đới phá huỷ karst; phễu và địa hình karst cổ bị che khuất.

1.5 Đặc điểm điều kiện ĐCCT trong vùng phát triển karst
1.5.1 Khảo sát ĐCCT trong vùng phát triển karst cần chú ý: khả năng phát sinh biến dạng đất nền và bề mặt đất do phát triển karst; khả năng chịu tải của đất đá bị karst hoá giảm không đều, có chỗ tồn tại các đới hoặc các thấu kính yếu trong tầng phủ; đặc điểm thuỷ văn (TV) và địa chất thuỷ văn (ĐCTV) liên quan với karst biến đổi rất mạnh và phức tạp; khả năng kích thích phát triển karst và các quá trình địa chất kéo theo khác do hoạt động kinh tế của con người.

1.5.2 Biến dạng đất nền và bề mặt đất trong vùng karst chia làm các loại: sập mặt đất, lún mặt đất cục bộ, lún mặt đất khu vực.

Các hố sập có thể xuất hiện đơn lẻ hoặc thành nhóm, có thể là mới, có thể là nhắc lại ở chỗ cũ trong đó có thể nhắc lại nhiều lần. Theo thời gian, các hố sập bị lấp dần.

Lún mặt đất cục bộ do karst phát triển chậm hơn sập, từ vài giờ, vài ngày đến vài năm và hình thành trên mặt đất chỗ uốn võng, thung lũng, phễu đường kính từ vài mét đến vài chục mét, chiều sâu từ vài cm đến 1-2m, thậm chí đôi khi vài mét.Cơ chế lún mặt đất cục bộ cũng như sập nhưng chậm hơn, thường hay xen kẽ với sập thứ sinh.

Lún mặt đất khu vực là quá trình địa chất lâu dài do dịch chuyển đất đá phía trên vùng phát triển karst, đặc biệt là đất đá ở phía trên bề mặt đá bị xâm thực (hoà tan) và do mang dần vật liệu rời từ đất đá tầng phủ theo các khe nứt và hang hốc karst. Lún mặt đất khu vực xảy ra với vận tốc quá nhỏ chỉ phải xét đến khi thiết kế các công trình đặc biệt, nhạy cảm với lún nền.

Trong vùng phát triển karst ngoài sập, lún còn tồn tại các dạng địa hình karst khác như đã kể ở phần trên: phễu, trũng, hào, rãnh…ở đó lắng đọng và tích chứa các vật liệu chịu tải kém, trong đó có cả đất san lấp, bùn.

1.5.3 Nếu trong vùng nén lún của công trình có đá gốc bị karst hoá thì phải đánh giá khả năng chịu tải của chúng, phải tính đến mức độ nứt nẻ và không đồng nhất về nứt nẻ, sự có mặt của các đới đá gốc yếu do rửa lũa và do hang hốc (được lấp nhét hoặc không lấp nhét). Cũng cần phải tính đến khả năng tồn tại các phá huỷ khác (do karst) trong đất đá không hoà tan nằm trong vùng nén lún (hang hốc bị lấp nhét hoặc không bị lấp nhét, các đới dỡ tải, các đới dịch chuyển và đứt gãy).

1.5.4 Điều kiện ĐCTV và TV trong vùng karst đặc trưng bằng những tính chất rất riêng biệt (tính thấm của đá bị karst hoá cao và rất không đồng nhất, đặc điểm phân chia dòng chảy mặt, dòng chảy ngầm, cơ chế mực nước, đặc điểm biến đổi thuỷ địa hoá rất phức tạp, tồn tại các hố thu nước mặt, các khu vực mất nước từ hồ chứa và các dòng chảy ngầm bất ngờ chảy vào hố đào ) phải rất chú ý khi khảo sát đánh giá lãnh thổ. Những đặc trưng này có ý nghĩa quan trọng khi thiết kế các hồ chứa nước, hệ thống kênh mương, tưới tiêu, thải… và giải quyết các nhiệm vụ khác, bao gồm cả các giải pháp xử lý karst.

1.5.5 Điều kiện xây dựng và khảo sát trong vùng karst phụ thuộc vào những quy luật và đặc điểm tự nhiên mang tính khu vực, địa phương và cục bộ. Những quy luật và đặc điểm này rất khác nhau đối với các loại karst khác nhau theo thành phần thạch học, thế nằm của đá karst hoá và cũng rất khác nhau cho các vùng kiến tạo, khí hậu khác nhau.

1.5.6 Vùng phát triển karst trần có những đặc điểm sau: sự xuất lộ trên bề mặt các đá bị karst hoá làm cho nước mặt thấm xuống, phát triển phong hoá, hình thành các khe nứt ngoại sinh và phát triển karst; sập và hạ thấp mặt đất là do bị vỡ và sạt thành vách các hố karst. Sập và lún mặt đất do xói ngầm – karst chỉ quan sát thấy ở các vùng địa hình hạ thấp được lấp đầy bằng đất mềm rời; khả năng chịu tải của đá nói chung là cao nhưng không đều, đôi chỗ rất yếu. Do đá lộ ngay trên mặt nên tiến hành khảo sát ĐCCT trong trường hợp này rất hiệu quả, có thể phân vùng ĐCCT karst một cách dễ dàng.

Vùng phát triển karst kín bị che phủ bởi đất đá không hoà tan và không thấm nước thì đất đá không thấm nước bên trên ngăn cản quá trình phát triển karst và các quá trình liên quan khác. Khảo sát ĐCCT trong trường hợp này cần phải xác định khả năng thấm nước và chiều dày tầng phủ, đánh giá khả năng bảo vệ bề mặt đất của tầng phủ (độ bền) khỏi các hiện tượng karst bề mặt.

Vùng phát triển karst kín bị che phủ bởi đất đá thấm nước không hoà tan thì lớp đất đá thấm nước không ngăn cản quá trình phát triển karst và các hiện tượng liên quan, nó còn gây khó khăn cho việc khảo sát và đánh giá phân loại lãnh thổ theo karst, đặc biệt nguy hiểm là các khu vực mà lớp phủ là đất loại cát, sạn, sỏi. Trong trường hợp này karst phát triển mạnh ở thung lũng sông, các dòng chảy ngầm có gradien rất lớn xuất lộ ở đáy sông và sườn thung lũng, quá trình xói ngầm-karst phát triển mạnh, có thể hình thành các phễu karst làm hư hại và phá huỷ công trình. Những tác động nhân sinh trong các khu vực này (đặc biệt là những biến đổi về chế độ động lực nước dưới đất do khai thác nước ngầm) sẽ làm phát triển mạnh các quá trình xói sụt lở – karst.

Khảo sát ĐCCT trong vùng karst kín đối với tầng phủ phải xác định được: cấu trúc địa chất, thành phần thạch học, trạng thái, tính chất của đất đá, điều kiện ĐCTV, các biểu hiện karst bề mặt, các đới phá huỷ và dỡ tải.

1.5.7 Khảo sát ĐCCT trong vùng karst cần chú ý rằng thay đổi trạng thái tự nhiên do kết quả hoạt động kinh tế của con người có thể dẫn đến việc phát triển mạnh karst cùng với các quá trình có liên quan, ví dụ : thay đổi điều kiện thuỷ động lực nước dưới đất do xây dựng thuỷ điện, khai thác mỏ, khai thác nước ngầm thường làm gia tăng đột ngột quá trình xói sụt lở– karst; thay đổi tính ăn mòn của nước ngầm do nước thải công nghiệp cũng dẫn tới phát triển mạnh karst; tải trọng động có thể gia tăng các quá trình sập mặt đất trong đá macnơ, làm giảm sức chịu tải của đá, thậm chí gây hoá lỏng đối với đá ướt…

1.5.8 Đánh giá sơ bộ mức độ phức tạp của điều kiện ĐCCT trong vùng karst phục vụ thiết kế khảo sát có thể kết hợp bảng phân cấp mức độ phức tạp của điều kiện ĐCCT trong tiêu chuẩn khảo sát TCVN 4419:1987 với đánh giá mức độ và đặc điểm phát triển karst theo bảng A1, A2 của phụ lục A. Cấp của công trình xây dựng được đề cập trong chỉ dẫn này xác định theo tiêu chuẩn xây dựng TCXD 13: 1991.

Nhiệm vụ cơ bản của khảo sát ĐCCT trong vùng karst là: xác định mức độ nguy hiểm của karst tác động đến công trình, môi trường sinh thái và kinh tế xã hội; dự báo phát triển karst trong giai đoạn xây dựng và sử dụng công trình; xác định khả năng kích hoạt karst trong quá trình sử dụng công trình do các tác động nhân sinh; soạn thảo chiến lược và các kiến nghị cụ thể cho các giải pháp xử lý karst.

Từ khi xây dựng kế hoạch, lập đề cương và tiến hành khảo sát cần chú ý những điểm sau: quá trình phát triển karst và các hiện tượng đi kèm (xói ngầm, sập, hạ thấp mặt đất…) được quyết định bởi tổ hợp nhiều yếu tố có mối liên hệ tương tác và phức tạp; karst phát triển và phân bố rất không đồng nhất theo thời gian và không gian; vùng phát triển hang hốc karst nguy hiểm cho công trình có thể nằm ở những độ sâu lớn (50  100 m, đôi khi còn hơn ) đòi hỏi phải có các lỗ khoan chuyên dụng để nghiên cứu; quy luật phân bố và phát triển karst không thể làm rõ được khi tiến hành khảo sát trên một diện tích không đủ lớn.