Các loại khảo sát địa chất công trình xây dựng? Tiêu chuẩn và phương pháp khảo sát địa chất

Khảo sát địa chất công trình xây dựng là quá trình đánh giá điều kiện địa chất tại khu vực thi công nhằm xác định đặc điểm nền đất, nước ngầm và các yếu tố rủi ro. Công tác này giúp thiết kế nền móng an toàn, lựa chọn phương án thi công hợp lý, kiểm soát lún và biến dạng công trình. Thực hiện trước giai đoạn thiết kế, khảo sát tập trung tại vị trí móng, cột và các hạng mục chịu lực chính. Phương pháp áp dụng gồm khoan, xuyên, nén tĩnh, đo địa vật lý và thí nghiệm cơ lý đất.

Tiêu chuẩn kỹ thuật khảo sát địa chất công trình

Các tiêu chuẩn bắt buộc:

• TCVN 9437:2012 – Công tác khảo sát, khoan, lấy mẫu, thí nghiệm hiện trường

• TCVN 9362:2012 – Thiết kế nền cho nhà và công trình

• TCVN 2683:2012 – Phân loại đất theo cơ lý

• ASTM D1586 – Tiêu chuẩn quốc tế cho SPT

Tất cả dữ liệu khảo sát đều phải lập thành hồ sơ đầy đủ: bản vẽ, mặt cắt địa tầng, bảng thống kê mẫu, kết quả thí nghiệm, bản đồ phân bố lớp đất…

Xem thêm: Yêu cầu kỹ thuật và biện pháp thi công ván khuôn cột cho nhà ở

Khảo sát địa chất công trình xây dựng là gì?

Khảo sát địa chất xây dựng là quá trình thu thập, xử lý và phân tích thông tin địa chất tại khu vực xây dựng, bao gồm:

• Cấu trúc nền đất (phân lớp, độ dày, thành phần vật liệu).

• Tính chất cơ lý (độ chặt, độ ẩm, sức chịu tải, khả năng lún, modun đàn hồi).

• Điều kiện thủy địa chất (mực nước ngầm, áp lực nước lỗ rỗng).

• Các tai biến địa chất (sụt lún, trượt đất, karst).

Mục tiêu nhằm đánh giá toàn diện đặc điểm cơ lý của đất nền và điều kiện địa chất thủy văn, từ đó làm cơ sở để:

• Thiết kế nền móng và kết cấu công trình phù hợp

• Tính toán tải trọng truyền xuống đất nền một cách an toàn

• Dự báo biến dạng nền đất (độ lún, trượt, nứt, sụt)

• Phòng ngừa rủi ro do tai biến địa chất như sụt lún, thấm nước, trượt đất

Trong thi công, thiếu dữ liệu khảo sát hoặc khảo sát sai có thể dẫn đến thiết kế sai móng, chọn sai giải pháp thi công hoặc xử lý nền không đúng kỹ thuật, gây sự cố công trình (lún lệch, nứt móng, sụp nền, phá hủy kết cấu…).

Thời điểm và địa điểm thực hiện khảo sát địa chất

Thời điểm khảo sát xây dựng

Thời điểm khảo sát địa chất công trình thường diễn ra trong giai đoạn chuẩn bị thiết kế, trước khi lập bản vẽ thi công nền móng. Đây là bước cần thiết để thu thập dữ liệu kỹ thuật phục vụ cho việc phân tích và lập kế hoạch xây dựng. Đặc biệt, với các công trình xây dựng ở khu vực có điều kiện địa chất phức tạp, chẳng hạn như vùng đất yếu, khu vực ngập nước, hoặc gần các đứt gãy địa chất, công tác khảo sát cần được thực hiện với độ chi tiết cao.

Địa điểm khảo sát công trình

Về địa điểm, khảo sát địa chất xây dựng được tiến hành tại khu đất dự kiến thi công, tập trung vào các vị trí chịu tải trọng lớn như móng nhà, đài nước, hoặc trụ cầu. Để đảm bảo độ chính xác, các kỹ sư thường sử dụng bản đồ địa hình tỷ lệ 1:2000 hoặc 1:25000 để xác định phạm vi khảo sát. Khu vực khảo sát cần bao gồm toàn bộ diện tích công trình và một phần vùng lân cận để đánh giá tác động địa chất tổng thể.

Các giai đoạn khảo sát địa chất trong quy trình thi công xây dựng

Khảo sát lựa chọn địa điểm xây dựng

Mục đích:

• Đánh giá tính khả thi địa điểm xây dựng

• Phân tích tác động của điều kiện địa chất đến chi phí và giải pháp móng

Các bước kỹ thuật:

• Sử dụng bản đồ địa hình tỷ lệ 1:5.000 – 1:25.000

• Thăm dò sơ bộ cấu trúc địa tầng bằng xuyên động hoặc giếng đào

• Phân tích tài liệu địa chất – thủy văn khu vực

• Đo đạc cao độ, xác định vị trí có nguy cơ tai biến (sạt lở, ngập lụt…)

Khảo sát phục vụ thiết kế nền móng công trình

Mục tiêu:

• Xác định chiều sâu móng phù hợp

• Lựa chọn dạng móng (móng nông, móng cọc, móng bè…)

• Kiểm tra mức độ đồng đều và sức chịu tải của các lớp đất

Nội dung kỹ thuật:

• Khoan lấy mẫu đất đến độ sâu ≥ 1,5 lần chiều sâu móng dự kiến hoặc đến lớp đất có chỉ số SPT > 100 kéo dài ≥ 6m

• Thí nghiệm hiện trường: xuyên tiêu chuẩn (SPT), xuyên tĩnh (CPT), nén ngang (PLT), cắt cánh (VST), đo mực nước ngầm

• Thí nghiệm trong phòng: xác định chỉ tiêu cơ lý (γ, e, c, φ, IL, Ip, w, Gs…), tính hệ số nén lún (mv), hệ số thấm (k)

• Lập bản đồ mặt cắt địa chất, phân chia các lớp địa chất có tính chất khác nhau

Quy trình khảo sát địa chất công trình xây dựng

Khảo sát địa chất là bước khởi đầu quan trọng trong mọi dự án xây dựng. Quy trình khảo sát phải tuân thủ chặt chẽ các bước kỹ thuật nhằm đảm bảo thu thập đầy đủ dữ liệu địa tầng, từ đó đưa ra giải pháp thiết kế móng và thi công hợp lý. Dưới đây là các bước chính của quy trình khảo sát, được thực hiện theo tiêu chuẩn TCVN 9437:2012, TCVN 9362:2012, kết hợp tiêu chuẩn ASTM quốc tế.

Giai đoạn chuẩn bị khảo sát

Khảo sát sơ bộ và thu thập dữ liệu nền

• Đánh giá địa hình, xác định cao độ và hiện trạng khu đất
• Kiểm tra các công trình lân cận, hệ thống hạ tầng kỹ thuật hiện hữu
• Sử dụng thiết bị đo như GPS, máy toàn đạc, thủy bình để định vị và đo cao độ chính xác

Lập phương án kỹ thuật

• Xác định số lượng và vị trí lỗ khoan dựa trên diện tích và quy mô công trình
• Độ sâu khoan phải đạt tối thiểu 1,5 lần chiều sâu móng dự kiến, hoặc cho đến khi gặp tầng chịu lực có SPT > 100 liên tục trong 6m
• Bố trí lưới khoan theo quy định (thường từ 10–30m/lỗ khoan tùy công trình)

Thi công khoan và lấy mẫu hiện trường

Phương pháp khoan

• Khoan xoay bơm rửa dùng dung dịch Bentonite phù hợp với nền đất yếu, ngập nước
• Khoan xoay lấy lõi dùng cho nền đá hoặc tầng cuội sỏi sâu
• Khoan từng hiệp, mỗi hiệp ≤ 0.5m để hạn chế phá vỡ kết cấu đất

Lấy mẫu đất

• Mẫu nguyên dạng: Lấy bằng ống f91mm, 3m/lần, bảo quản trong hộp nhựa hoặc ống PVC
• Mẫu xáo động: Lấy trong ống SPT, dùng để thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý thông thường

Lấy mẫu nước ngầm

• Thu mẫu tại vị trí có nước để phân tích độ pH, hàm lượng ion sunfat, clorua – các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền bê tông móng

Thí nghiệm hiện trường

Các thí nghiệm tiêu chuẩn áp dụng trực tiếp tại hố khoan nhằm đánh giá sơ bộ khả năng chịu tải và biến dạng của nền đất:

Các mẫu đất và nước sau khi thu thập được bảo quản đúng kỹ thuật và chuyển đến phòng thí nghiệm để phân tích:

Thí nghiệm cơ lý đất:

• Độ ẩm (w), dung trọng (γ), tỷ trọng hạt (Gs)
• Giới hạn Atterberg (LL, PL, IP), chỉ số sệt IL
• Góc ma sát trong (φ), lực dính kết (c), hệ số nén lún mv

Thí nghiệm nước ngầm:

• pH, hàm lượng sunfat, clorua nhằm đánh giá nguy cơ ăn mòn cốt thép, ảnh hưởng đến vật liệu bê tông

Tất cả kết quả thí nghiệm là cơ sở để xác định sức chịu tải tiêu chuẩn và độ lún cho phép của nền đất theo tiêu chuẩn TCVN 9362:2012.

Phân tích, tính toán và lập báo cáo khảo sát địa chất

Mô hình hóa địa tầng: Lập mặt cắt địa chất công trình, thể hiện sự phân bố và đặc trưng từng lớp đất

Tính toán móng:

• Dựa vào sức kháng nền, góc ma sát, hệ số nén, hệ số thấm
• Chọn giải pháp móng: móng đơn, móng băng, móng bè, móng cọc ép, cọc khoan nhồi…

Đề xuất xử lý nền đất yếu nếu cần:

• Các biện pháp: thay đất, đầm chặt, bấc thấm, hút chân không, cọc cát, trụ đất vôi-xi măng, cọc tre gia cố…

Dự báo tai biến địa chất:

• Bao gồm lún lệch, thấm nước, xói ngầm, sạt lở
• Đưa ra khuyến nghị phòng ngừa và hướng dẫn kỹ thuật xử lý

Báo cáo khảo sát cần được kiểm tra nội bộ, có hồ sơ kèm theo gồm: bản vẽ mặt bằng, lưới khoan, mặt cắt địa tầng, bảng thống kê chỉ tiêu cơ lý, hình ảnh hiện trường, kết quả thí nghiệm.

Các phương pháp khảo sát địa chất công trình phổ biến

Khoan khảo sát địa chất công trình

Là phương pháp phổ biến nhất, sử dụng máy khoan xoay hoặc khoan rửa bằng dung dịch bentonite.

Thông số kỹ thuật:

• Đường kính lỗ khoan: 76 – 114 mm

• Khoảng cách giữa các hố khoan: 10–30m tùy diện tích khu đất

• Chiều sâu: xác định theo tải trọng công trình và điều kiện địa chất

Lấy mẫu:

• Mẫu nguyên dạng: lấy bằng ống Shelby, ống PVC ống inox, dài 20cm, bảo quản kín để xác định chỉ tiêu biến dạng

• Mẫu xáo động: phục vụ thí nghiệm thành phần hạt, giới hạn Atterberg, độ ẩm…

Thí nghiệm xuyên tiêu chuẩn (SPT)

Được thực hiện ngay trong hố khoan để xác định độ chặt, sức kháng xuyên của đất, từ đó tính được sức chịu tải.

• Đầu xuyên hình nón được đóng bằng búa 63,5kg rơi từ độ cao 76cm

• Ghi lại số búa cần để xuyên 3 đoạn 15cm – tổng số búa 2 đoạn cuối gọi là chỉ số N (SPT)

• N < 4: đất rất rời, N > 50: đất rất chặt

Phương pháp xuyên tĩnh (CPT)

• Dùng thiết bị nén ép đầu côn vào đất và đo lực cản ma sát – sức kháng xuyên

• Không gây phá hoại mẫu đất, cho kết quả liên tục theo chiều sâu

• Phù hợp với đất mềm, đất yếu, tầng bùn sét ven biển

Giếng thăm dò

Đào giếng thủ công hoặc bằng máy, đường kính 0.65 – 1.2m. Cho phép quan sát trực tiếp tầng đất và lấy mẫu nguyên trạng, nhưng không phù hợp với nền đất yếu hoặc trời mưa.

Chi phí khảo sát công trình xây dựng

Chi phí khảo sát địa chất xây dựng được tính theo Thông tư 09/2019/TT-BXD, với công thức:

Gks = [(T + GT + TL) + Cpvks] x (1 + TGTGT) + Cdp

Trong đó:

• Gks: Tổng chi phí khảo sát.
• T: Chi phí trực tiếp (nhân công, thiết bị, vật liệu).
• GT: Chi phí gián tiếp (quản lý, vận hành).
• TL: Thu nhập chịu thuế tính trước.
• Cpvks: Chi phí khác như vận chuyển mẫu, phân tích phòng thí nghiệm.
• TGTGT: Thuế giá trị gia tăng.
• Cdp: Chi phí dự phòng cho các yếu tố bất ngờ.

Chủ đầu tư nên tham khảo báo giá từ các đơn vị khảo sát uy tín để đảm bảo chi phí phù hợp với quy mô và yêu cầu kỹ thuật của công trình.

Khảo sát địa chất công trình xây dựng là bước thiết yếu và tiên quyết để đảm bảo an toàn cho mọi công trình dân dụng và công nghiệp. Thực hiện đầy đủ, đúng quy trình kỹ thuật không chỉ giúp thiết kế nền móng hiệu quả, tiết kiệm chi phí mà còn giảm thiểu tối đa rủi ro về sau.

Nhà thầu và kỹ sư cần hiểu rõ đặc điểm đất nền, sử dụng đúng tiêu chuẩn TCVN, kết hợp nhiều phương pháp khảo sát để đưa ra quyết định chính xác nhất. Đầu tư đúng mức vào khảo sát là cách bảo vệ công trình từ gốc.

Xem thêm: Cách tính định mức hao hụt bê tông tươi​ và tối ưu chi phí thi công