BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG CỤC ĐỊA CHẤT VÀ KHỐNG SẢN VIỆT NAM LIÊN ĐỒN BẢN ĐỒ ĐỊA CHẤT MIỀN NAM BÁO CÁO THUYẾT MINH ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC R-RD CẤP BỘ NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐỊA CHẤN LỖ KHOAN XÁC LẬP QUY TRÌNH TÍNH CÁC THƠNG SỐ ĐÀN HỒI PHỤC VỤ KẾT CẤU NỀN MĨNG VÀ KHÁNG CHẤN TRONG XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH TẠI VÙNG TP HỒ CHÍ MINH VÀ CÁC TỈNH LÂN CẬN” 8604 TP HỒ CHÍ MINH 12/2010 BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MƠI TRƯỜNG CỤC ĐỊA CHẤT VÀ KHỐNG SẢN VIỆT NAM LIÊN ĐOÀN BẢN ĐỒ ĐỊA CHẤT MIỀN NAM BÁO CÁO THUYẾT MINH ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC R-RD CẤP BỘ NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐỊA CHẤN LỖ KHOAN XÁC LẬP QUY TRÌNH TÍNH CÁC THƠNG SỐ ĐÀN HỒI PHỤC VỤ KẾT CẤU NỀN MÓNG VÀ KHÁNG CHẤN TRONG XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH TẠI VÙNG TP HỒ CHÍ MINH VÀ CÁC TỈNH LÂN CẬN” Liên đồn trưởng Chủ nhiệm đề tài ThS Vũ Trọng Tấn TP HỒ CHÍ MINH 12/2010 MỤC LỤC KÝ HIỆU VIẾT TẮT VÀ DANH MỤC BẢN VẼ CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT TRONG ĐỀ TÀI DANH MỤC BẢN VẼ BIỂU BẢNG MỞ ĐẦU Mục tiêu nội dung nghiên cứu đề tài Đánh giá tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài CHƢƠNG I 10 ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT CƠNG TRÌNH VÙNG TP HỒ CHÍ MINH 10 I.1 Đặc điểm cấu trúc địa chất 10 I.2 Đất đá tính chất lý loại đất vùng TP.HCM 16 I.3 Đặc điểm tham số vật lý 22 I.4 Phân loại đất vùng TP.HCM 23 CHƢƠNG II 32 TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƢƠNG PHÁP ĐỊA CHẤN TRONG LỖ KHOAN 32 II.1 Khái quát sóng đàn hồi 32 II.2 Nguồn tạo sóng đàn hồi 35 II.3 Tốc độ truyền sóng đàn hồi 36 II.4 Phƣơng pháp đo sóng xuyên thành lỗ khoan (Crosshole Seismic) 37 II.4.1 Giới thiệu 37 II.4.2 Lý thuyết thiết bị 38 II.4.3 Phân tích 41 II.4.4 Những thuận lợi khó khăn thực 43 II.5 Phƣơng pháp đo sóng dọc thành giếng khoan (Downhole seismic) 44 II.5.1 Phạm vi nghiên cứu 44 II.5.2 Ý nghĩa việc sử dụng 44 II.5.3 Hệ thiết bị đo đạc 44 II.5.4 Các vấn đề lỗ khoan điều kiện lỗ khoan sử dụng 46 II.5.5 Vấn đề thu thập số liệu thực địa 47 II.5.6 Xử lý phân tích tài liệu 47 CHƢƠNG III 49 ĐO THỬ NGHIỆM CÁC PHƢƠNG PHÁP ĐỊA CHẤN LỖ KHOAN 49 VÙNG TP HỒ CHÍ MINH VÀ CÁC ĐƠ THỊ LÂN CẬN 49 III.1 Lựa chọn mơ hình thử nghiệm 49 III.2 Kết đo địa chấn lỗ khoan thử nghiệm 57 III.2.1 Thử nghiệm đo Downhol seismic 58 III.2.2 Thử nghiệm đo Crosshole seismic 58 III.2.3 Kết đo thử nghiệm Downhole mơ hình 60 CHƢƠNG IV 87 QUY TRÌNH LÝ THUYẾT CÁC PHƢƠNG PHÁP ĐỊA CHẤN LỖ KHOAN 87 IV.1 Ý nghĩa việc áp dụng phƣơng pháp địa chấn lỗ khoan 87 IV.2 Quy trình xếp phƣơng pháp đo Địa chấn lỗ khoan thực địa 88 IV.3 Quy trình thu sóng tạo thiết bị gây 88 IV.4 Quy trình khoan chống ống 92 IV.5 Quy trình thiết bị địa chấn 96 IV.6 Quy trình xử lý tài liệu 96 IV.7 Quy trình tính tham số đàn hồi 98 KẾT LUẬN 101 Tài liệu tham khảo 103 KÝ HIỆU VIẾT TẮT VÀ DANH MỤC BẢN VẼ CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT TRONG ĐỀ TÀI - TPHCM: Thành phố Hồ Chí Minh - ĐCCT: Địa chất cơng trình - Downhole seismic: Phƣơng pháp đo địa chất dọc thành lỗ khoan - Crossole seismic: Phƣơng pháp đo địa chấn xuyên thành lỗ khoan DANH MỤC BẢN VẼ BIỂU BẢNG - Bảng I.1 đến bảng I.9: Bảng chi tiêu lý kiểu thạch học theo phức hệ địa tầng vùng thành phố Hồ Chí Minh - Bảng I.10 Bảng phân chia loại đất - Bảng III.1 Các lỗ khoan đo thử nghiệm - Bảng III.2 đến Bảng III.15: Các kết đo thử nghiệm MỞ ĐẦU TP Hồ Chí Minh khu vực đô thị lân cận trƣớc quan niệm cơng trình xây dựng khu vực khơng cần phải tính tốn với tải trọng động đất Nhƣng sau ảnh hƣởng chấn động động đất khơi vùng biển Nam Trung năm 2005 làm hệ thống nhà cao tầng thành phố Hồ Chí Minh rung chuyển vấn đề thiết kế kháng chấn cho nhà cao tầng đƣợc quan tâm Một số chủ đầu tƣ cơng trình lớn u cầu thiết kế cơng trình phải chịu đƣợc động đất, đặc biệt cơng trình có tải trọng động lớn Cùng với trình phát triển hội nhập đất nƣớc, trung tâm phát triển mũi nhọn, thành phố Hồ Chí Minh thị lân cận phía Nam trình thu hút đầu tƣ đại hóa sở hạ tầng, đặc biệt xây dựng cao ốc cơng trình ngầm, vậy, việc tính đến yếu tố kháng chấn thiết kế xây dựng cần thiết Trƣớc tình hình đó, Bộ Xây dựng đạo cho Viện Khoa học Xây dựng khẩn trƣơng biên soạn Tiêu chuẩn TCXD VN 375: 2006 “Thiết kế cơng trình chịu động đất" cho ban hành năm 2006 Tiêu chuẩn văn quy phạm, tiêu chuẩn khác nhƣ: Luật Xây dựng; Quy chuẩn Xây dựng 1997; Tiêu chuẩn TCVN 2737: 1995 Tải trọng tác động; Tiêu chuẩn thiết kế nhà cao tầng TCXD 198: 1997; Thông tƣ 01 – Bộ xây dựng việc cho phép áp dụng tiêu chuẩn nƣớc Việt Nam tạo thành hệ thống văn quy phạm pháp lý phục vụ cho công tác quản lý, thiết kế kháng chấn cho cơng trình xây dựng nói chung nhà cao tầng nói riêng chặt chẽ Trong thiết kế kháng chấn, tham số vô quan trọng việc tính tốn tham số đàn hồi động là: vận tốc truyền sóng ngang (Vs) sóng dọc (Vp) mơi trƣờng địa chất vị trí xây dựng cơng trình Có nhiều phƣơng pháp đƣợc sử dụng để đo đạc tham số này, kể đến phƣơng pháp nhƣ địa chấn dọc thành lỗ khoan (Downhole seismic) địa chấn xuyên thành lỗ khoan (Crosshole seismic), phƣơng pháp đo sóng mặt đa kênh (MASW), phƣơng pháp đo sóng ngang Vs dùng nguồn vi chấn động (ReMi) phƣơng pháp tƣơng quan không gian (SPAC) Hiện Việt Nam phƣơng pháp địa chấn lỗ khoan bắt đầu áp dụng, chƣa đƣợc nhà khoa học nƣớc nghiên cứu quy trình hoàn thiện Trong đề tài „Nghiên cứu xác lập tổ hợp phƣơng pháp địa vật lý hợp lý nghiên cứu cấu trúc không gian ngầm, áp dụng thử nghiệm vài vị trí điển hình phạm vi thành phố Hồ Chí Minh‟ Liên đồn Bản đồ Địa chất miền Nam chủ trì thực năm 2007 giới thiệu hai phƣơng pháp địa chấn lỗ khoan kể đề nghị ứng dụng thành tổ hợp phƣơng pháp Địa vật lý nghiên cứu cấu trúc không gian ngầm thành phố Tuy nhiên thực tế hầu hết nhà địa kỹ thuật áp dụng quy trình đo cịn dựa kinh nghiệm, thiếu thiết bị đồng bộ, chƣa đáp ứng việc đo đạc nhận biết xác thơng số sóng dọc P, sóng ngang S Quy trình thực phƣơng pháp tham số theo khu vực chƣa đƣợc tính tốn cụ thể Do vậy, việc nghiên cứu xây dựng quy trình đo đạc tính tốn tham số đàn hồi phục vụ cho việc thiết kế kháng chấn việc làm vô cấp bách cần thiết Mục tiêu nội dung nghiên cứu đề tài Mục tiêu - Nghiên cứu lý thuyết ứng dụng thử nghiệm phƣơng pháp đo vận tốc truyền sóng ngang dọc mơi trƣờng áp dụng thử nghiệm phƣơng pháp đo Downhole seismic, Crosshole seismic - Xây dựng quy trình đo đạc tính tốn vận tốc sóng dọc P, sóng ngang S; tham số đàn hồi động; phục vụ cho việc tính tốn tiêu kháng chấn cơng trình xây dựng thành phố Hồ Chí Minh đô thị lân cận Các nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu tổng hợp đặc điểm địa chất cơng trình (ĐCCT) vùng thành phố Hồ Chí Minh, xây dựng mơ hình thử nghiệm sở phân vùng điều kiện ĐCCT - Nghiên cứu lý thuyết sóng đàn hồi, sở lý thuyết phƣơng pháp Downhole seismic Crosshole seismic, quy trình (tiêu chuẩn) đƣợc ứng dụng trình nghiên cứu nƣớc nƣớc - Ứng dụng thực nghiệm vài vị trí có khác biệt điều kiện địa chất cơng trình, đánh giá tính phù hợp phƣơng pháp điều kiện Tp Hồ Chí Minh - Xây dựng quy trình đo tính tham số đàn hồi, đề xuất khả phát triển ứng dụng tƣơng lai Đánh giá tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài Tình hình nghiên cứu nước ngồi: Vận tốc truyền sóng đàn hồi tham số quan trọng việc tính tốn tham số đàn hồi động trƣờng Tham số đƣợc nhiều Trƣờng, viện, cơng ty nƣớc ngồi nghiên cứu ứng dụng từ nhiều năm nay, đặc biệt quốc gia thƣờng xuyên đối mặt với trận động đất Trong thực tế, có nhiều phƣơng pháp đƣợc ứng dụng đƣợc tiêu chuẩn hoá Mỹ Châu Âu nhƣ phƣơng pháp Crosshole seismic gần tiêu chuẩn cho phƣơng pháp Downhole Seismic (D 7400-2008) Ngồi ra, cịn nhiều phƣơng pháp nghiên cứu ứng dụng trình hồn thiện phát triển, cụ thể phƣơng pháp Phân tích sóng mặt đa kênh (MASW), phƣơng pháp ReMi, phƣơng pháp SPAC… Các phƣơng pháp đƣợc đề cập đến nhiều cơng trình nghiên cứu, ứng dụng khác đƣợc công bố nhiều tạp chí, hội nghị chun ngành Ngồi phƣơng pháp kể trên, công ty Tƣ vấn khảo sát thiết kế công cụ đo đạc thiết bị tích hợp phƣơng pháp địa chấn phƣơng pháp khác nhƣ : phƣơng pháp Seismic cone, RCPTU (stands for "resistivity cone penetrometer testing unit") đƣợc gọi phƣơng pháp điện trở, nhƣng cịn tích hợp modun đo đạc vận tốc sóng dọc sóng ngang phục vụ cho việc khảo sát tham số vật lý trƣờng Tình hình nghiên cứu nước: Trong xu hội nhập phát triển, ngành Địa vật lý nƣớc có bƣớc tiến đáng kể, kể đến nghiên cứu ứng dụng đơn vị nhƣ: Viện Vật lý Địa cầu, Phân viện Địa lý thành phố Hồ Chí Minh, Liên đoàn Vật lý Địa chất, Trung tâm Địa vật lý thuộc Liên đoàn Bản đồ địa chất miền Nam số đơn vị khác Các đơn vị nƣớc đƣợc trang bị vài loại thiết bị bƣớc đầu nghiên cứu ứng dạng phƣơng pháp Phƣơng pháp đo sóng mặt đa kênh (MASW), Phƣơng pháp Địa vật lý lỗ khoan (karotaz, địa chấn…) Trong lĩnh vực Địa vật lý ứng dụng đo tham số phục vụ cho việc thiết kế xây dựng cơng trình, Trung tâm Địa vật lý – Liên đoàn đồ địa chất miền Nam thực nhiều cơng trình khảo sát phục vụ cho nhu cầu công ty Tƣ vấn - Thiết kế xây dựng nƣớc nƣớc nhƣ: Tập đồn Dầu khí Việt Nam, Tập đồn Điện lực Việt Nam, Marubeni corproration, Toa corproration, Technip corproration, Intel corproration Trong đó, dạng nghiên cứu nhƣ: địa chấn dọc thành lỗ khoan (downhole seismic), địa chấn xuyên thành lỗ khoan (Crosshole seismic) đƣợc áp dụng nhiều Kết khảo sát xác định vận tốc sóng dọc sóng ngang phân lớp trầm tích, tính tốn tham số đàn hồi đất phục vụ cho nhà thầu thiết kế kết cấu xây dựng cơng trình Những vấn đề cịn tồn Các phƣơng pháp đo sóng đàn hồi lỗ khoan năm gần hầu hết đƣợc áp dụng dựa hợp đồng kinh tế, phƣơng pháp đo tuân theo tiêu chuẩn quốc tế theo yêu cầu địa kỹ thuật nhà thầu Các vấn đề tồn qua thực tiễn nghiên cứu áp dụng công bố trƣớc cho thấy để ứng dụng phƣơng pháp địa chấn lỗ khoan nhiều nội dung chƣa đƣợc nghiên cứu cụ thể nhƣ điều kiện thiết kế lỗ khoan, độ sâu phƣơng án gia cố thành lỗ khoan cho điều kiện đất, ĐCCT; quy trình đo hồn tồn phụ thuộc vào tiêu chuẩn nƣớc Đối với tiêu chuẩn giới nhƣ tiêu chuẩn ASTM International (cụ thể tiêu chuẩn ASTM D7400 - 08 Standard Test Methods for Downhole Seismic Testing, ASTM D 4428/4428M-07 Standard Test Methods for Crosshole Seismic testing) nằm giới hạn nghiên cứu mở, trình bày bƣớc đầu áp dụng thiết kế Trong năm 2011, Bộ Tài nguyên Môi trƣờng ban hành Thông tƣ “Quy định kỹ thuật đo địa chấn điều tra địa chất cơng trình” có quy định phƣơng pháp địa chấn lỗ khoan bao gồm phƣơng pháp liên quan đến nội dung đề tài là: Phƣơng pháp địa chấn lỗ khoan chiếu sóng lỗ khoan, tƣơng đƣơng với tên gọi hai phƣơng pháp địa chấn dọc thành lỗ khoan (Downhole seismic) địa chấn xuyên thành lỗ khoan (Crosshole seismic) Đề tài Sau hoàn thiện báo cáo, sản phẩm nội dung đề tài tài liệu viện dẫn kỹ thuật cho hai 11 phƣơng pháp đƣợc quy định áp dụng Thông tƣ Vấn đề đặt cho nhà khoa học nƣớc nghiên cứu hồn thiện cơng nghệ đo đồng lỗ khoan phát triển thiết bị thu phát chiều sâu lớn (100 – 300m) phục vụ khảo sát móng kháng chấn cho cơng trình trọng điểm, đặc biệt cấp nhà nƣớc… Kết đề tài nội dung nghiên cứu phục vụ cho việc xây dựng tiêu chuẩn (TCVN) định hƣớng làm sở pháp lý cho việc thực nghiệm thu dạng công việc liên quan Đề tài đƣợc thực dƣới chủ trì ThS Vũ Trọng Tấn, với tham gia tập thể tác giả: Tiến sỹ Nguyễn Ngọc Thu, Thạc sỹ Võ Thị Hồng Quyên, Thạc sỹ Nguyễn Thị Nhƣ Dung, KS Nguyễn Văn Lƣu, KS Nguyễn Tiến Hoá, KS Đinh Hữu Chinh, KS Dƣơng Đức Chánh, CN Võ Mạnh Khƣơng, CN Đinh Quốc Tuấn, CN Nguyễn Hồng Linh, CN Nguyễn Quốc Huy, CN Thạch Thị Kim Cƣơng, CN Dƣơng Ngọc Thủy Tiên (Trung tâm Địa vật lý – Liên đoàn đồ địa chất miền Nam ); Thạc sỹ Nguyễn Xuân Khá (Trƣờng Đại học Bách khoa TP Hồ Chí Minh) Chúng tơi xin chân thành cám ơn Vụ Khoa học Công nghệ - Bộ Tài nguyên Môi trƣờng, Cục Địa chất khống sản Việt Nam, Liên đồn Bản đồ Địa chất Miền Nam tận tình giúp đỡ hỗ trợ cho việc thực đề tài Các kích khởi đánh dấu thời điểm đo ghi sử dụng chốt xung điện gắn đầu búa đƣợc bán kèm hệ thống máy địa chấn ngắt/hở mạch mặt vít học chuẩn 3.2 Nguồn gây sóng cho phƣơng pháp Crosshole seismic Có hai dạng nguồn phát điều kiện thiết bị Sử dụng kíp điện mìn: Sử dụng phát sóng thiết bị bắn kíp điện kết hợp thuốc nổ điều kiện đơn vị thi công có chức sử dụng vật liệu nổ cơng nghiệp Kíp điện sử dụng kíp điện số loại K8 Đây dạng kíp điện chuẩn nổ tức thời Tại vị trí khảo sát dƣới mực nƣớc thuỷ tĩnh, sóng S xuất điều kiện áp suất nổ đủ lớn nguồn áp sát thành giếng khoan đƣợc che chắn theo hƣớng áp suất nổ vào thành giếng Quy trình nguồn nổ kíp điện mìn nhƣ sau : - Nếu điều kiện lỗ khoan khơ, sử dụng kíp điện chùm kíp điện, buộc nhẹ kíp vào bên nặng thép hình trụ có đƣờng kính nhỏ lỗ khoan, chiều dài nặng từ 0,3 - 0,5 m Toàn đƣợc kẹp sát vào thành nhờ túi - Nếu điều kiện lỗ khoan ngập nƣớc điều kiện thành hệ khác (các vị trí bị sập thành, tầng hạt thơ, thấu kính bùn sét) sử dụng kíp lƣợng nhỏ thuốc nổ hộp định hƣớng Hộp định hƣớng ống PVC mỏng chứa kíp điện, thuốc nổ, nặng thép túi khí (thuốc nổ nhũ tƣơng chịu nƣớc với trọng lƣợng khoảng dƣới 20 gram) Hộp định hƣớng PVC có đƣờng kính nhỏ cấp đƣờng kính ống chống đƣợc xẻ cạnh trƣớc đƣa xuống lỗ khoan Tác dụng túi khí mở ép hộp định hƣớng vào thành trƣớc kíp nổ Túi khí loạt vec xi cao su đƣợc đƣợc chế tạo điều khiển mặt qua đƣờng ống khí, đồng hồ đo áp van Quả nặng có tác dụng trọng lực đƣa kíp tới chiều sâu lỗ khoan cần khảo sát phải đƣợc cột chặt dây dẫn chịu lực đƣợc chịu áp suất nổ dƣới lỗ khoan bị kíp điện nổ Việc kích nổ kíp vằng nguồn điện mặt thơng qua dây dẫn Đánh dấu thời điểm ghi sóng kiểu ngắt mạch thơng qua đƣờng dẫn tín hiệu song song lỗ khoan Sử dụng búa đập dƣới lỗ khoan: Hiện nguồn dao dộng lỗ khoan điều khiển thiết bị điện tử kết hợp thủy lực đƣợc bán thƣơng mại thị trƣờng Bao gồm hai loại thiết bị : - Bộ tạo dao động WD7501 SPEC Chiều dài cáp tối đa 100m, đƣờng kính vỏ hộp 87,2mm – chiều dài vỏ hộp 315mm, đƣờng kính thiết bị khí thủy lực mở kẹp tối đa 102mm, nặng 5,1kg Thiết bị WD7501 SPEC tạo dao động sóng P sóng SV (hình I.4) - Bộ tạo dao động BIS-SH Chiều dài cáp tối đa 60m, đƣờng kính vỏ hộp tối thiểu 76,2mm – chiều dài vỏ hộp 700 mm, thiết bị kẹp khí nén Thiết bị BIS-SH tạo dao động sóng P sóng SH, có tính Hình I.4 Bộ WD7501 SPEC phù hợp với điều kiện lỗ khoan khơ lỗ khoan có nƣớc (hình I.5) Các kích khởi đánh dấu thời điểm đo ghi sử dụng chốt tạo xung điện gắn đầu búa hộp hệ thống đƣợc đƣa lên mặt đất qua đƣờng dẫn dây cáp Quy trình khoan chống ống Công tác khoan ĐCCT thực theo tiêu chuẩn 20 TCN - 259-2000 Việt Nam Tuy nhiên với đặc thù phƣơng pháp địa chấn lỗ khoan, theo tiêu chuẩn ASTM D4428M/4428 tiêu chuẩn D4700 – 08 đƣợc phổ biến giới công tác khoan trám thành cần đƣợc thực nhƣ sau: Quy trình tạo hỗn hợp dung dịch trám thành 10 Hình I.5 Bộ BIS-SH Lỗ khoan đƣợc sử dụng cho thí nghiệm địa chấn lỗ khoan cần tiến hành kỹ thuật khoan xoay không tự hành với biện pháp giảm thiểu biến dạng tính chất lý đất đá trình khoan Trong trình khoan, việc kiểm tra chiều thẳng đứng lỗ khoan đƣợc thực thƣờng xuyên thƣớc thăng hiệp khoan (3 - 4m) Ống chống đƣợc sử dụng thành lỗ khoan ống chống nhựa PVC loại cứng (đƣờng kính ống chống tuỳ theo thiết bị, từ 73 đến 90 mm), phần lỗ khoan xuyên vào đá gốc (nếu khảo sát) phải đƣợc trám dung dịch xi măng portland để đƣợc làm cứng với mật độ khoảng 2,1 g/cm3 Phần lỗ khoan thành tạo trầm tích đƣợc trám lại hỗn hợp có mật độ khoảng 1,90 g/cm3 Để tạo hỗn hợp vữa trám có mật độ sau đơng kết tƣơng đƣơng 1,90 g/cm3 cần pha trộn dung dịch với tỷ lệ nhƣ sau: - Sét phụ gia khoan (bentonite): 450 kg, - Xi măng Portland: 450kg, - Nƣớc: 2,8 m3 Thời gian chờ đơng kết khoảng sau 48h Quy trình bơm trám dung dịch: Việc trám thành đƣợc thực hệ thống bơm ngƣợc máy bơp áp suất lớn trực tiếp cần khoan, ép lƣợng vữa từ đáy lỗ khoan lên mặt đất thông qua van điều tiết chiều lắp đáy ống chống Nếu việc lắp đặt van chiều gặp khó khăn bất khả kháng, áp dụng phƣơng pháp bơm dung dịch theo cạnh ống chống nhƣng bắt buộc phải bơm từ đáy lỗ khoan Có hai cách tiến hành nhƣ sau (hình I.6): Cách 1: - Dùng van đáy chiều gắn chặt vào ống PVC đáy giếng - Sau nối ống chống đến mặt đất, dùng cần khoan thả xuống đáy giếng chụp kín lên van chiều dùng máy bơm loại mạnh bơm dung dịch vào thành giếng khoan (dung dịch hỗn hợp pha trộn theo công thức) Cho đến dung dịch trào lên mặt đất bên thành, ta coi nhƣ thành giếng địa tầng đƣợc gắn kết đồng 11 - Bơm rửa lòng giếng nƣớc mùn khoan đo thử độ sâu giếng để đảm bảo độ sâu đạt yêu cầu thiết kế cộng thêm khoảng cách để bù vào thiết bị nặng dƣới lỗ khoan - Sau 24h kiểm tra đổ tiếp dung dịch phần mặt bị co rút lại cho với mặt đất (Nhất thiết phải kiểm tra để đổ thêm dung dịch) Cách 2: - Khoan phá rộng thành giếng đƣờng kính yêu cầu (nếu yêu cầu chống ống 90 mm, khoan phá rộng thành khoảng 121 mm) - Trƣớc chống ống, dùng lắp đậy bịt kín ống chống đặt dƣới đáy giếng - Ngồi thành giếng, phần không gian vỏ PVC đất đá, ta đặt ống PVC đƣờng kính nhỏ (thƣờng khoảng 27mm) xuyên tới tận đáy giếng, song song với vỏ ống - Sau chống xong toàn bộ, dùng máy bơm loại mạnh bơm ép dung dịch (dung dịch hỗn hợp nêu trên) xuống ống nhỏ Rút từ từ ống lên trình bơm - Sau dung dịch trào lên mặt đất, rút toàn ống bơm nhỏ 27mm khỏi thành giếng, đổ dung dịch vào phần thiếu hụt - Bơm rửa giếng khoan - Sau 24h kiểm tra độ sau đáy đổ tiếp dung dịch phần mặt bị rút lại Hình I.6 Sơ đồ cách bơm trám thành lỗ khoan 12 Đo độ lệch lỗ khoan Một yếu tố quan trọng đo Crosshole seismic công tác độ lệch lỗ khoan khảo sát lỗ khoan sâu Sử dụng thiết bị đo Karotaz độ nghiêng hệ thiết bị Địa vật lý giếng khoan Mục địch việc khảo sát độ lệch lỗ khoan để đƣa khoảng cách ngang xác lỗ khoan Khoảng cách thẳng hàng (Lx) từ nguồn phát máy thu theo cặp lỗ khoan tính qua cơng thức: Lx  [( Es  Ds)  ( EG  DG )]2  ( L cos   xG  xS )  ( L sin   y G  y S ) (1) Trong : ES: độ cao đỉnh lỗ khoan có đặt nguồn phát EG: độ cao đỉnh lỗ khoan có đặt geophone DS: độ sâu đạt nguồn phát DG: độ sậu đặt geophone L: khoảng cách nằm ngang đỉnh lỗ khoan có nguồn phát đỉnh lỗ khoan có geophone : góc phƣơng vị so với hƣớng bắc từ đỉnh lỗ khoan có nguồn phát đỉnh lỗ khoan có geophone XS: độ lệch hƣớng bắc lỗ khoan có nguồn phát độ sâu nguồn phát YS: độ lệch hƣớng đông lỗ khoan có nguồn phát độ sâu nguồn phát XG: độ lệch hƣớng bắc lỗ khoan có geophone độ sâu geophone YG: độ lệch hƣớng đông lỗ khoan có geophone độ sâu geophone Vận tốc sóng biểu kiến tính khoảng cách L chia cho thời gian sóng lan truyền Sử dụng phƣơng pháp tƣơng tự để tính khoảng cách thẳng hàng hai lỗ khoan có đặt geophone Quy trình đo ghi 5.1 Đo Downhole seismic: - Bắt đầu thí nghiệm, bố trí nguồn khoảng cách thích hợp, ghi tín hiệu thứ miệng lỗ khoan thu, ghi thứ hai nằm mặt đất Xoay tổ hợp ghi cho thành phần ngang tổ hợp song song với trục hƣớng tạo dịch chuyển tạo sóng ngang Giữ chặt đầu ghi vào thành lỗ khoan Kiểm tra thiết bị 13 xác định thời gian Quan trắc liệu đầu chƣa có nguồn đánh giá nhiễu mơi trƣờng xung quanh, thiết lập lọc nhiễu cần - Kích hoạt nguồn hiển thị kênh nhận tín hiệu máy ghi Điều chỉnh độ khuếch đại thời gian ghi sóng để hiển thị rõ chùm sóng P sóng S Cộng dồn tín hiệu nên lập lại từ đến lần kích nguồn (hoặc nhiều cần) để tăng tín hiệu so với phơng nhiễu Nếu dùng nguồn đe có khả tạo sóng phân cực ngƣợc, nên lập lại trình cách kích hoạt đe theo chiều ngƣợc lại để đảo pha sóng - Tốt nên đặt chế độ ghi sóng riêng: sóng P (lựa chọn tốc độ lấy mẫu nhanh nhất, “amplifier gain” cao hơn); sóng S (tốc độ ghi chậm hơn, “gain” thấp hơn) Ghi nhiều lần cộng dồn lại đạt đƣợc tín hiệu khả quan - Thực đo độ sâu cách hạ thiết bị ghi xuống, thông thƣờng vị trí khơng cách q mét không gần 0,5 mét Sự lựa chọn tùy thuộc vào mục đích đo đạc điều kiện thực tế Trong điều kiện đá cứng, từ 30 mét cách mặt đất, bƣớc đo tăng mét - Khi đo đến chiều yêu cầu, cần đo kiểm tra lên (uphole) với bƣớc đo gấp đôi Khơng giống nhƣ phƣơng pháp địa chấn thăm dị mặt, thí nghiệm địa chấn lỗ khoan địi hỏi phân tích chi tiết độ sâu 5.2 Đo Crosshole seismic: - Chuẩn bị nguồn phát, sử dụng nguồn nổ kíp cần ý cơng tác an tồn với kỹ thuật viên có nghiệp vụ sử dụng vật liệu nổ công nghiệp thao tác độc lập Q trình đƣa vật liệu nổ cơng nghiệp vào cơng trƣờng có chấp nhận quan chức địa phƣơng Khi bắt đầu tiến hành đo, đặt nguồn phát vào vị trí cuối cần khảo sát lỗ khoan Đặt máy thu vào độ sâu hai lỗ khoan lại Giữ cho nguồn phát máy thu chắn vị trí định sẵn van kẹp học Kiểm tra lại thiết bị thu thời gian đo Kích hoạt nguồn phát hiển thị đồng thời máy thu nhƣ máy đo Điều chỉnh biên độ mức độ ổn định chuỗi sóng P, sóng S - Kết tốt đƣợc hiển thị qua hai kiểm tra riêng biệt: đánh giá xuất sóng P (tốc độ thu quét nhanh - higher gain setting) hai xuất sóng S (tốc độ thu quét thấp - lower gain settings) Tiến 14 hành đo vị trí thứ hai kéo đồng thời nguồn phát thu lên lập lại thao tác Quy trình xử lý tài liệu 6.1 Xác định sóng - Việc nên vẽ tồn đƣờng ghi tín hiệu đồ thị sóng để quan sát tổng thể hình dạng sóng P, S theo toàn chiều sâu lỗ khoan (đối với phƣơng pháp Downhole seismic), vẽ theo chiều sâu cặp lỗ khoan thu (đối với phƣơng pháp Crosshole seismic), nhận biết loại nhiễu có nhƣ sóng ống, sóng khúc xạ, phản xạ… - Chọn thời gian sóng P xuất sau thời điểm t0 Nhìn chung, biên độ sóng P S phụ thuộc vào bố trí nguồn thiết bị ghi, loại nguồn sử dụng để tạo sóng nhƣ Nếu chuỗi sóng P S đƣợc thể đồng thời băng ghi, nhận diện sóng S thơng qua đặc trƣng sau:  Sự tăng đột ngột biên độ  Sự thay đổi đột ngột tần số đồng thời biên độ  Nếu sử dụng nguồn chấn động có phân cực thuận nghịch, sóng S xuất nơi có đặc trƣng Hình I.7 Sự phân cực sóng dùng nguồn phát đảo chiều 15 có phân cực 180o Những đặc trƣng đƣợc hiển thị Hình I.7 Xác định sóng tới P S trực tiếp từ băng ghi thời gian từ lúc khởi nguồn chấn động đến lúc xuất sóng tới ứng với độ sâu ghi nhận 6.2 Các bƣớc tính tốn hồn chỉnh báo cáo địa chấn  Đối với phƣơng pháp Downhole sesimic, để phân tích tài liệu đo đạc cần thực bƣớc nhƣ sau : - Nhập thông tin thành phần thạch học theo kết khoan, toạ độ, vị trí (nếu có) - Nhập tham số độ cao lỗ khoan EG, độ cao đe ES, chiều sâu geophone lỗ khoan DG, khoảng cách từ tâm đe tới tâm lỗ khoan X Tính khoảng cách nguồn đe LR công thức sau: LR = [(ES – EG + DG)2 + X2 ] 0,5 (2) - Chọn thời gian truyền sóng P sóng S băng ghi, tính tốn trực tiếp vận tốc sóng P sóng S - Thiết lập biểu bảng, Các mặt cắt chiều sâu sóng P sóng S từ cao độ miệng lỗ khoan - Tính tốn thơng số đàn hồi (tỉ số Poisson, mô đun biến dạng), lập báo cáo địa chấn Vận tốc vị trí đo đƣợc tính theo cơng thức: V = (LR2– LR1)/∆T(R2– R1) (3) Trong đó: - LR2, LR1: Khoảng cách từ nguồn đến máy thu độ sâu di+1 di - T(R2 – R1): Hiệu thời gian truyền sóng từ nguồn đến máy thu hai vị trí di+1 di - V: vận tốc truyền sóng lớp đất hai vị trí di+1 di 16  Đối với phƣơng pháp Crosshole seismic, để phân tích biểu đồ thời khoảng sóng lỗ khoan, cần thực bƣớc nhƣ sau : - Nhập thông tin thành phần thạch học theo kết khoan, tọa độ, vị trí - Nhập tham số độ lệch cho lỗ khoan - Vẽ bình đồ lỗ khoan theo thơng tin độ lệch lỗ khoan - Xác định khoảng cách L đƣợc hiệu chỉnh lỗ khoan (nguồn - lỗ khoan 1, nguồn - lỗ khoan 2, lỗ khoan - lỗ khoan 2) - Chọn thời gian truyền sóng P sóng S băng ghi, tính tốn trực tiếp vận tốc sóng P sóng S - Thiết lập biểu bảng (dữ liệu lỗ khoan đồ thị, mặt cắt chiều sâu sóng P sóng S từ cặp lỗ khoan) - Đƣa vào đặt tƣơng tác file đồ thị tập hợp liệu kết hợp - Tính tốn thơng số đàn hồi (tỉ số Poisson, mô đun biến dạng), Lập báo cáo địa chấn  Hiệu chỉnh lớp ẩn: Khi nguồn máy thu đƣợc đặt lớp có vận tốc thấp lớp dƣới (V1 > V2 < V3 – dạng lớp ẩn địa chấn khúc xạ) trƣờng hợp này, sóng khúc xạ ranh giới lớp dƣới sóng đến Do ảnh hƣởng của sóng khúc xạ có tập hợp liệu crosshole seismic, phƣơng pháp đƣợc đề xuất phải có lỗ khoan để việc hiệu chỉnh vận tốc thực đƣợc (hình vẽ dƣới đây) Khi tiến tới gần ranh giới địa chấn, sóng đến khúc xạ bắt đầu đƣợc điều chỉnh thời gian nhƣ sóng đầu bị nhầm lẫn nhƣ sóng đến trực tiếp phân tích Dựa vào hình minh họa đây, thực bƣớc sau phát đƣợc thời gian sóng đến khúc xạ thời gian sóng đến trực tiếp băng ghi Tính ic : sini c  V1 V2 (4) 17 D1 D2 Lớp V1 Tia khúc xạ lớp Lớp V2 Nguồn dao động Tia sóng truyền lớp ic Hi Yi Xi Zi ic ic Yi Xi Tia khúc xạ lớp Lỗ khoan nguồn Lớp V3 Lỗ khoan thu thứ Lỗ khoan thu thứ hai D khoảng cách lỗ khoan Z khoảng cách đến lớp khúc xạ bên bên H khoảng cách cạnh huyền dọc theo tia khúc xạ X khoảng cách trục hoành dọc theo đường truyền sóng khúc xạ i góc tới hạn V Vận tốc tương ứng với lớp Minh hoạ tia truyền hình học thí nghiệm Crosshole Tính tốn khoảng cách cạnh huyền H i , H  H  H  Tính khoảng cách ngang Yi , Y1  Y2  Y3  Z tan ic Z cos ic (5) (6) Tính tốn thời gian truyền sóng qua hai môi trƣờng tV  tV  2H1 V1 (7) 2 D1  2Y1  (8) V2 ( V1 V2 giá trị biết đƣợc từ số liệu đo đạc bên bên dƣới ranh giới) Tính tốn tổng thời gian khúc xạ: 18 Trfr  tV  tV (9) Tính toán tổng thời gian trực tiếp Tdirr  D1 , điều chỉnh lại thời gian đo : V1 Tmeas , So sánh Trfr , Tdir , Tmeas Nếu Trfr ≤ Tdir ≈ Tmea V1 Nếu Trfr ≥ Tmea< Tdir V1 vận tốc biểu kiến (Vận tốc khúc xạ) - So sánh hai tập hợp vận tốc sóng trực tiếp, nguồn - lỗ khoan (V(r1)) nguồn đến lỗ khoan (V(r2)) với khoảng vận tốc đƣợc tính nhƣ sau : Vận tốc khoảng (interval velocity) = V1  D2  D1 (10) cho phép Tmea( R )  Tmea( R1) nhận dạng cách dễ dàng ranh giới có vận tốc tƣơng phản Khi V1 lớn nhiều hai vận tốc trực tiếp tính tốn sóng đến khúc xạ đƣợc điều chỉnh thời gian lại nhƣ sóng đến lỗ khoan thu thứ hai Vì vậy, so sánh có hệ thống thời khoảng đo đƣợc, vận tốc tính tốn trực tiếp vận tốc khoảng chiều sâu ghi cho phép phân tích đƣợc vận tốc trƣờng chiều sâu đo Tính tham số đàn hồi Việc tính tốn tham số đàn hồi trƣớc tiên cần đƣợc cung cấp số liệu địa tầng lỗ khoan, tham số dung trọng tự nhiên (mật độ trạng thái chứa nƣớc) phân lớp địa chất cơng trình cột địa tầng lỗ khoan thơng qua số liệu phân tích mẫu lõi Quy trình tính tốn bao gồm: - Lập bảng giá trị vận tốc sóng P, S theo cột địa tầng lỗ khoan, - Lập bảng tham số dung trọng tự nhiên theo phân lớp địa chất cơng trình dọc cột địa tầng lỗ khoan - Áp dụng công thức (11) đến (14) tính tham số đàn hồi  Mơ đun tổng biến dạng Young E Vs (3Vs  4Vp ) 2(Vp  Vs ) (11)  Hệ số Poisson hay tỉ số Poisson  Vp  2Vs 2(Vp  Vs ) 19 (12)  Mô đun biến dạng cắt (biến dạng trƣợt - shear modulu) G = VS2 (13)  Mô đun khối (mơ đun biến dạng thể tích) Kd = (Vp2 - 4/3Vs2) Trong đó: (14) Vp sóng dọc, Vs sóng ngang ρ mật độ đất đá Các loại vật liệu đồng đẳng hƣớng (nhƣ lớp trầm tích bở rời phân lớp ngang) có đặc tính đàn hồi tuyến tính chúng đƣợc mô tả đầy đủ hai mô đun đàn hồi số nhà địa kỹ thuật chọn số cặp mơ đun Các chất lỏng khơng có độ nhớt đặc biệt chúng không hỗ trợ ứng suất kéo mô đun cắt luôn không trƣờng hợp mô đun Young luôn không Trong đá gốc cứng mơ đun đàn hồi có giá trị tƣơng tự nhau, hệ số Poisson xấp xỉ 0,25 cịn thành hệ có hệ số bão hịa nƣớc tiệm cận tới 100% hệ số Poisson tiến tới giá trị 0,5  Các yêu cầu tính tốn kháng chấn cơng trình có tải trọng lớn Theo tiêu chuẩn TCXDVN 375 – 2006 quy định việc thiết kế khảo sát cơng trình xây dựng có tải trọng lớn thiết phải xem xét điều kiện sau: - Điều kiện đất dựa mức độ phân chia bảng sau: Loại Các tham số Mô tả vs,30(m/s) NSPT (nhát/30cm) CU (Pa) A Đá kiến tạo địa chất khác tựa đá, kể đất yếu bề mặt với bề dày lớn 5m 800 - - B Đất cát, cuội sỏi chặt đất sét cứng có bề dày hàng chục mét, tính chất học tăng dần theo độ sâu 360-800 50 250 C Đất cát, cuội sỏi chặt, chặt vừa đất sét cứng có bề dày lớn từ hàng chục tới hàng trăm mét 180-360 15-50 70 250 D Đất rời trạng thái từ xốp đến chặt vừa (có khơng xen kẹp vài lớp đất dính) có đa phần đất dính trạng thái từ mềm đến cứng vừa 180 15 70 20 Các tham số Loại Mô tả E vs,30(m/s) NSPT (nhát/30cm) CU (Pa) - 10-20 Địa tầng bao gồm lớp đất trầm tích sơng mặt với bề dày khoảng 5-20m có giá trị tốc độ truyền sóng nhƣ loại C, D bên dƣới đất cứng với tốc độ truyền sóng vs  800m/s Địa tầng bao gồm chứa lớp đất S2 sét mềm/bùn (bụi) tính dẻo cao (PI 40) (tham độ ẩm cao, có chiều dày 10m S1  100 khảo) Địa tầng bao gồm đất dễ hoá lỏng, đất sét nhạy đất khác với đất loại A-E S1 - Mặt cắt vận tốc sóng ngang (sóng cắt) VS đƣợc xem thông số đáng tin cậy để dự báo đặc trƣng phụ thuộc vào địa điểm tác động động đất, thí nghiệm trƣờng để xác định mặt cắt vận tốc sóng cắt VS phƣơng pháp địa vật lý lỗ khoan thiết sử dụng cho kết cấu quan trọng nằm vùng động đất mạnh, đặc biệt dạng loại D, S1 S2 Để phân chia điều kiện đất cho vị trí xây dựng cơng trình, cần tính tốn giá trí VS trung bình 30 m đất mặt móng cơng trình thơng qua cơng thức:  s ,30  30 hi N  i 1 (15) i đó: hi, vi chiều dày (m) vận tốc sóng ngang lớp thứ i tổng số N lớp tồn 30m đất bề mặt, NSPT số nhát búa SPT 30cm, CU cƣờng độ chống cắt không dịch chuyển đất (đơn vị Passcal) Sau tổng hợp toàn yếu tố tác động ngoại vi điều kiện đất, tính tốn yếu tố kết cấu móng cơng trình chịu tác động động đất phải tính đến giá trị gia tốc thiết kế (ag) Tham số gia tốc khu vực (agR) đƣợc lấy theo phụ lục H – TCXDVN 375 - 2006, giá trị tầm quan trọng (I) lấy theo phụ lục F – TCXDVN 375 – 2006 Giá trị gia tốc thiết kế (ag) đƣợc tính theo công thức : 21 ag = I * agR (16) Bản đồ phân vùng gia tốc agR lãnh thổ Việt Nam kết đề tài độc lập cấp Nhà nƣớc « Nghiên cứu dự báo động đất dao động Việt Nam » Viện Vật lý địa cầu thiết lập công bố năm 2005 Bản đồ sử dụng tiêu chuẩn có độ tin cậy pháp lý tƣơng đƣơng phiên cụ thể đồ tên đƣợc chỉnh lý theo kiến nghị biên đánh giá Hội đồng nghiệm thu Nhà nƣớc Quá trình thi cơng khảo sát cơng trình xây dựng có tải trọng lớn cần phải phải tính tốn khả phải thiết kế kháng chấn lập báo cáo cho kỹ sƣ địa kỹ thuật cơng trình thơng qua kết tính tốn giá trị gia tốc thiết kế ag: - Nếu ag  0,08 g, vùng có khả động đất mạnh, cơng trình phải tính tốn cấu tạo kháng chấn, - Nếu 0,04g  ag < 0,08 g, vùng động đất yếu, cần áp dụng giải pháp kháng chấn đƣợc giảm nhẹ, - Nếu ag < 0,04 g, vùng động đất yếu, khơng cần thiết kế kháng chấn TP Hồ Chí Minh ngày 21 tháng 12 năm 2010 Chủ nhiệm Đề tài ThS Vũ Trọng Tấn 22 Tài liệu tham khảo Nguyễn Ngọc Thu nnk, 2007 Báo cáo đề tài KHCN cấp Bộ: “Nghiên cứu xác lập tổ hợp phương pháp địa vật lý hợp lý nghiên cứu cấu trúc không gian ngầm, áp dụng thử nghiệm vài vị trí điển hình phạm vi thành phố Hồ Chí Minh” Liên đồn đồ địa chất miền Nam TCXDVN 375 – 2006, Thiết kế cơng trình chịu tác động động đất Doug Crice (2002), Borehole Shear-Wave Surveys for Engineering Site Investigations, Geostuff, CA 95070 USA ASTM: D420, Guide to Site Characterization for Engineering, Design, and Construction Purposes ASTM: D4428/D 4428M, Standard Test Methods for Crosshole Seismic Testing ASTM: D7400 – 08, Standard Test Methods for Downhole Seismic Testing ASTM: D 5753, Guide for Planning and Conducting Borehole Geophysical Logging EM 1110-1-1802 (1995), Geophysical Exploration for Engineering and Environmental Investigations, US Army Corps of Engineers 23 ... PHÁP ĐỊA CHẤN LỖ KHOAN XÁC LẬP QUY TRÌNH TÍNH CÁC THƠNG SỐ ĐÀN HỒI PHỤC VỤ KẾT CẤU NỀN MĨNG VÀ KHÁNG CHẤN TRONG XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH TẠI VÙNG TP HỒ CHÍ MINH VÀ CÁC TỈNH LÂN CẬN” Liên đoàn trưởng... tiêu kháng chấn cơng trình xây dựng thành phố Hồ Chí Minh đô thị lân cận Các nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu tổng hợp đặc điểm địa chất cơng trình (ĐCCT) vùng thành phố Hồ Chí Minh, xây dựng. .. trầm tích, tính tốn tham số đàn hồi đất phục vụ cho nhà thầu thiết kế kết cấu xây dựng cơng trình Những vấn đề cịn tồn Các phƣơng pháp đo sóng đàn hồi lỗ khoan năm gần hầu hết đƣợc áp dụng dựa