Vai trò của công tác khảo sát địa chất trong gia cố ổn định mái dốc

1. Mở đầu

Trong cơ cấu chi phí của dự án, chi phí khảo sát địa chất thường thấp hơn đáng kể so với chi phí gia cố; tuy nhiên, chất lượng và mức độ đầy đủ của công tác khảo sát lại giữ vai trò quyết định trong việc đảm bảo tính đúng đắn về kỹ thuật và tối ưu về kinh tế. Trong rất nhiều dự án gia cố mái dốc, việc khảo sát địa chất ít được quan tâm hoặc “tiết kiệm” hố khoan, “tiết kiệm” chỉ tiêu thí nghiệm.

Nhiều trường hợp trượt lở mái dốc đường giao thông ở khu vực miền núi cho thấy, khảo sát ban đầu thường chỉ tập trung vào lớp đất nông, trong khi mặt trượt thực tế phát triển sâu hơn, cắt qua lớp đất yếu hoặc đá phong hóa mạnh. Khi mưa lớn kéo dài, mực nước ngầm dâng cao làm giảm đáng kể cường độ chống cắt, dẫn đến trượt tổng thể mái dốc. Ngược lại, các dự án có khảo sát chi tiết, xác định rõ mặt trượt tiềm năng và điều kiện thấm thường lựa chọn được giải pháp tổng hợp giúp mái dốc làm việc ổn định lâu dài và giảm chi phí bảo trì.

Ổn định mái dốc là một trong những vấn đề phức tạp và rủi ro cao, đặc biệt đối với các công trình giao thông, thủy lợi, khai thác mỏ và xây dựng ở khu vực đồi núi. Thực tế cho thấy, nhiều sự cố trượt lở nghiêm trọng không bắt nguồn từ việc thiếu giải pháp kỹ thuật, mà do thiếu hiểu biết đầy đủ về điều kiện địa chất của mái dốc. Trong bối cảnh đó, công tác khảo sát địa chất vai trò nền tảng, quyết định độ tin cậy của phân tích ổn định và hiệu quả của các giải pháp gia cố mái dốc.

2. Vai trò của khảo sát địa chất trong phân tích ổn định mái dốc

Khảo sát địa chất cung cấp cơ sở dữ liệu đầu vào cho toàn bộ quá trình phân tích và thiết kế ổn định mái dốc, bao gồm việc xác định điều kiện địa chất, điều kiện nước ngầm và các thông số cơ học của đất đá. Thông qua khảo sát, các dạng mất ổn định như trượt phẳng, trượt tròn, trượt hỗn hợp, trượt theo mặt phân lớp hay trượt sâu trong nền yếu có thể được nhận diện một cách hợp lý.

Các tham số như lực dính c, góc ma sát trong φ, mô đun biến dạng, hệ số thấm và trọng lượng thể tích là những yếu tố chi phối trực tiếp đến hệ số ổn định mái dốc trong các phương pháp tính toán ổn định. Đối với các bài toán dài hạn, khảo sát còn phải làm rõ sự thay đổi các tham số theo thời gian, đặc biệt dưới tác động của thấm nước và phong hóa.

3. Tiêu chí và nội dung chính của khảo sát địa chất phục vụ ổn định mái dốc

3.1. Xác lập điều kiện địa chất

Một trong những nhiệm vụ quan trọng nhất cho khảo sát là:

• Sự phân bố và chiều dày các lớp đất đá
• Mặt phân cách yếu, mặt trượt tiềm năng
• Đặc điểm nứt nẻ, phong hóa của đá
• Tính không đồng nhất và bất đẳng hướng của vật liệu đất đá

Việc xác lập mô hình này có ý nghĩa quyết định trong lựa chọn sơ đồ tính toán và cơ chế phá hoại chủ đạo của mái dốc.

3.2. Xác định điều kiện nước mặt, nước ngầm và thấm

Nước ngầm là một trong những yếu tố kích hoạt trượt lở phổ biến nhất. Do đó, khảo sát cần xác định:

• Mực nước ngầm hiện tại và biến động theo mùa
• Hướng dòng thấm và áp lực nước lỗ rỗng
• Khả năng tích nước trong các lớp đất yếu hoặc khe nứt đá

Nước mặt và tính thấm của đất đá cũng cần được đưa vào trong nội dung khảo sát.

Các thông tin này là cơ sở để đánh giá ổn định trong điều kiện mưa lớn, cũng như thiết kế các biện pháp thoát nước mái dốc.

3.3. Xác định thông số cơ học phục vụ tính toán

Khảo sát địa kỹ thuật phải được thiết kế phù hợp với điều kiện làm việc của mái dốc, bao gồm:

• Tham số ngắn hạn (undrained) cho đất sét bão hòa
• Tham số dài hạn (drained) cho phân tích ổn định lâu dài
• Tham số đặc trưng và giá trị tính toán theo các phương pháp thiết kế hiện hành

Việc lựa chọn loại thí nghiệm (UU, CU, CD, thí nghiệm hiện trường) cần gắn liền với mục tiêu phân tích ổn định.

4. Yêu cầu và quy định trong các tiêu chuẩn thiết kế

Các tiêu chuẩn như TCVN 9362, TCVN 10304, TCVN 9437 đều nhấn mạnh yêu cầu khảo sát phải:

• Phù hợp với cấp công trình và mức độ rủi ro
• Đảm bảo đủ số lượng và chất lượng mẫu thí nghiệm
• Xác định tham số đất theo điều kiện làm việc thực tế

Eurocode 7 và AASHTO LRFD đều coi khảo sát địa chất là một phần của quá trình quản lý rủi ro. Các tiêu chuẩn này yêu cầu:

• Phân cấp mức độ khảo sát theo độ phức tạp của công trình
• Sử dụng giá trị đặc trưng của tham số đất
• Hiệu chỉnh hệ số an toàn hoặc hệ số riêng phần dựa trên mức độ tin cậy của khảo sát

Điều này cho thấy, khảo sát địa kỹ thuật không chỉ phục vụ tính toán, mà còn ảnh hưởng trực tiếp đến các hệ số thiết kế, chất lượng khảo sát quyết định trực tiếp đến độ tin cậy của kết quả tính toán.

5. Vai trò của khảo sát trong lựa chọn giải pháp ổn định mái dốc

Tùy thuộc vào kết quả khảo sát, các giải pháp ổn định có thể bao gồm:

• Giải pháp hình học (giảm dốc, tạo bậc)
• Giải pháp thoát nước (rãnh, giếng đứng, ống thoát nước ngang)
• Giải pháp kết cấu (tường chắn, neo đất, cọc chống trượt)
• Giải pháp khác như gia cố bằng lưới địa kỹ thuật

Việc lựa chọn sai giải pháp thường bắt nguồn từ đánh giá không đầy đủ điều kiện địa chất, dẫn đến hiệu quả thấp hoặc mất an toàn trong quá trình khai thác.

6. Kết luận

Khảo sát địa chất là yếu tố cốt lõi quyết định sự thành công của các dự án gia cố ổn định mái dốc. Một chương trình khảo sát được thiết kế hợp lý không chỉ giúp hiểu đúng cơ chế mất ổn định, mà còn là cơ sở để lựa chọn tham số tính toán, giải pháp gia cố và mức độ an toàn phù hợp. Trong bối cảnh yêu cầu về độ tin cậy và tính bền vững ngày càng cao, vai trò của khảo sát địa kỹ thuật cần được nhìn nhận như một thành phần trung tâm, chứ không chỉ là bước chuẩn bị mang tính hình thức.