TAI BIẾN ĐỊA KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG ĐÔ THỊ HÀ NỘI VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC CHO CÁC GIẢI PHÁP GIẢM THIỂU TƯƠNG ỨNG

- Hệ thống kỹ thuật đô thị cùng với một phần của các quyển bao quanh (khí quyển, thuỷ quyển, sinh quyển và thạch quyển) nằm trong vùng hoạt động tương tác được xem xét như một hệ thống thống nhất Địa hệ kỹ thuật - tự nhiên (ĐHKTN) đô thị..
- Hoạt động của ĐHKTN đô thị được quyết định chủ yếu bởi các quá trình tương tác giữa các yếu tố của hệ thống kỹ thuật đô thị với các yếu tố của MTĐC đô thị.
- Trung tâm Nghiên cứu Đô thị, Đại học Quốc gia Hà Nội..
- Áp dụng lý thuyết Địa hệ kỹ thuật - tự nhiên và hệ thống Địa - Kỹ thuật đô thị [11] cho đô thị Hà Nội, bài viết giới thiệu một số kết quả đánh giá khả năng phát sinh tai biến ĐKTMT trong phạm vi đô thị Hà Nội (cũ), trong đó tập trung chủ yếu vào các tai biến do khai thác nước ngầm với công suất lớn, làm cơ sở khoa học cho các giải pháp phòng ngừa chúng..
- Các tai biến địa kỹ thuật môi trường đô thị Hà Nội.
- Trừ các nhà cao tầng của Hà Nội được thiết kế trên hệ thống móng cọc khoan nhồi, tất cả các loại nhà còn lại khác (từ 1 - 6 tầng) đều được thiết kế trên móng nông, đặt trên nền tự nhiên hoặc san lấp.
- Với đặc điểm cấu trúc địa chất phức tạp, nhiều khu vực với khả năng chịu tải của nền rất thấp như Thành Công, Giảng Võ, Quỳnh Lôi, Quỳnh Mai, v.v thì khả năng lún nền và mặt đất xung quanh công trình là không thể tránh khỏi.
- Theo các số liệu thống kê tại Hà Nội cho tới nay có khoảng 150 nhà với quy mô 2 - 6 tầng có tổng độ lún vượt quá cho phép từ 2 - 5 lần, tức là vượt quá 15 - 40cm.
- Ngoài tải trọng công trình, tại các khu vực san lấp với chiều dày san lấp lớn (5 - 10m) thì tải trọng của lớp đất san lấp xuống nền thiên nhiên là rất đáng kể, tương đương với các nhà 2 - 6 tầng..
- Lún mặt đất và công trình trong vùng chịu tác động của tải trọng động từ hệ thống giao thông, các công trình đang xây dựng.
- Ở Việt Nam, các tài liệu tương tự chưa có vì vấn đề này chưa được quan tâm, tuy nhiên có thể chỉ ra một vài ví dụ cụ thể về tác động của tải trọng động từ hệ thống giao thông đến MTĐC trong phạm vi Hà Nội..
- Như vậy, rõ ràng rằng tải trọng động từ hệ thống giao thông là thay đổi đáng kể và phát sinh các quá trình địa chất động lực trong MTĐC đô thị Hà Nội..
- Lún mặt đất, ô nhiễm nước ngầm tầng sâu và hiện tượng ma sát âm do khai thác nước công suất lớn.
- Khai thác nước ngầm với công suất lớn và những tai biến ĐKTMT tương ứng, trong đó có lún mặt đất, ô nhiễm nước ngầm tầng sâu và hiện tượng ma sát âm là những vấn đề lớn và cấp thiết của Thủ đô Hà Nội cần được đầu tư nghiên cứu.
- Ô nhiễm đất, nước mặt, nước ngầm từ hệ thống các khu chôn lấp chất thải đô thị, nước thải sinh hoạt, nước thải công nghiệp.
- Trước năm 80 và những năm đầu năm 90, thành phố Hà Nội không có bãi chôn lấp và xử lý rác thải sinh hoạt hợp vệ sinh (Sanitary Landfill) mà chủ yếu sử dụng các hố trũng và ao để chôn lấp như: bãi rác Thành Công, bãi rác Tam Hiệp, bãi rác Mễ Trì, bãi rác Tây Mỗ, bãi Lâm Du.
- Mức độ ô nhiễm ở mỗi khu vực rất khác nhau, phụ thuộc vào khả năng tự bảo vệ của MTĐC và đặc điểm nguồn gây ô nhiễm..
- Ăn mòn điện hoá kim loại các đường ống kỹ thuật đô thị và các cấu kiện công trình dưới nền đất do tác động điện trường từ hệ thống lưới điện thành phố.
- Vào những năm khi Hà Nội có mưa lớn, lượng mưa 1 ngày khoảng trên 100ml đã có 70 - 80 điểm bị úng ngập trầm trọng.
- nhưng cũng cần phải nhận định thêm rằng lún mặt đất không đều ở Hà Nội do khai thác nước ngầm, tải trọng nhà và giao thông làm thay đổi cao độ địa hình đường phố và mặt đất thành phố, làm biến dạng và thay đổi độ nghiêng thuỷ lực của hệ thống các tuyến cống thoát nước, ảnh hưởng đáng kể đến tình trạng úng ngập Hà Nội..
- Lũ lụt và ô nhiễm môi trường, sạt lở bờ sông, lún nứt đê, thấm qua nền đê - thân đê, xói ngầm, cát chảy, đùn sủi - thẩm lậu chân đê và vỡ đê khu vực đới động ven sông Hồng.
- Đới động ven sông Hồng thuộc thành phố Hà Nội là lãnh thổ bao gồm không chỉ khu vực phân bố giữa hai con đê của sông Hồng trong khu vực Hà Nội mà còn hai dải đất phân bố phía hạ lưu dọc theo hai con đê, nơi có khả năng xuất hiện các quá trình và hiện tượng địa chất động lực công trình..
- Đới ven đê hiện là địa bàn thu hút các hoạt động xây dựng, khai thác vật liệu xây dựng và các hoạt động kinh tế khác.
- lún không đều nền đê, thấm qua nền và thân đê, đùn sủi chân đê, bục đất, xói ngầm, cát chảy ở hạ lưu đê đã được các tác giả của bài báo này nghiên cứu rất kỹ trong báo cáo đề tài trọng điểm thành phố Hà Nội [7]..
- Tai biến ĐKTMT khu khai thác nước ngầm với công suất lớn đô thị Hà Nội 3.1.
- Hiện trạng khai thác nước dưới đất (NDĐ) khu vực Hà Nội cũ.
- Thành phố Hà Nội hầu như hoàn toàn sử dụng nguồn nước dưới đất, trong đó tầng nước có áp (Qp) phân bố rộng khắp từ độ sâu 15-20m ở phía bắc và 30-40m ở trung tâm và phía Nam là tầng cung cấp nước chính cho toàn thành phố.
- Với tốc độ đô thị hoá nhanh chóng, việc khai thác nước dưới đất tăng lên rất mạnh, trong đó khai thác tập trung thành các bãi giếng lớn với các nhà máy lọc và cung cấp nước là chủ yếu (lưu lượng 473780 m 3 /ngày - năm 2006).
- Ngoài ra, khai thác công nghiệp đơn lẻ (do các công ty sản xuất kinh doanh, các đơn vị hành chính sự nghiệp tự khoan) chiếm tỷ phần nhỏ hơn (lưu lượng 150.000 m 3 /ng) và khai thác nước ở vùng nông thôn ngoại thành cho các hộ gia đình với lưu lượng xấp xỉ 100.000 m 3 /ng..
- Mực nước dưới đất sâu nhất ở Hà Nội hiện nay là ở trung tâm bãi giếng Hạ Đình cách mặt đất 36,5m.
- Do hạ thấp mực nước trong phạm vi khu vực Tây Nam Hà Nội có thể xảy ra các tai biến ĐKTMT như: lún mặt đất và công trình (bao gồm cả các công trình dân dụng, công nghiệp và các công trình dạng tuyến).
- ô nhiễm nước ngầm và các tai biến thứ sinh như úng ngập cục bộ thành phố, ma sát âm tác dụng lên móng cọc,….
- Lún mặt đất (LMĐ) khu vực Tây Nam Hà Nội do khai thác NDĐ Lún mặt đất theo các số liệu quan trắc:.
- Các trạm quan trắc lún mặt đất do khai thác nước ngầm trong phạm vi Tây Nam Hà Nội được bắt đầu xây dựng từ năm 1994 (Ngọc Hà), 1996 (Pháp Vân), 1997 (Thành Công), 1998 (Hạ Đình, Mai Dịch), 2000 (Lương Yên), 2002 (Ngô Sỹ Liên), 2003 (Tương Mai).
- Các khu vực Ngọc Hà, Mai Dịch giá trị lún này không đáng kể, chỉ 1,3mm/năm, có xu hướng đi vào ổn định với công suất khai thác hiện tại.
- Khu vực Lương Yên, Hạ Đình lún nhiều hơn cỡ 11-18mm/năm, lún bề mặt không có xu hướng tăng mà sẽ giảm ít theo thời gian.
- Khu vực Pháp Vân, Thành công có độ lún rất đáng kể tới 23-38mm/năm, lún bề mặt có xu hướng tăng 1-2mm mỗi năm..
- Phân vùng định lượng đánh giá khả năng lún mặt đất khu vực Tây Nam Hà Nội do khai thác NDĐ được trình bày cụ thể trong tài liệu tham khảo của tác giả [3] là cơ sở cho việc quy hoạch xây dựng, phòng tránh lún và hư hại các loại công trình đô thị (bao gồm cả nhà, các công trình dạng tuyến, các công trình ngầm.
- Bản đồ phân vùng đánh giá mức độ lún mặt đất khu vực Tây Nam Hà Nội do khai thác NDĐ.
- Lún nứt, hư hỏng nhà và công trình.
- Theo số liệu điều tra của Sở Nhà đất Hà Nội số lượng nhà lắp ghép tấm lớn (4-5 tầng) trong phạm vi Tây Nam Hà Nội bị lún từ 10-40cm và lớn hơn lên tới xấp xỉ con số 200, trong đó bị hư hỏng do quá trình lún cần phải sửa chữa đã vượt quá con số 50.
- Hai biểu hiện của quá trình lún nhà và công trình chỉ có thể lý giải được thông qua sự hạ thấp mực thuỷ áp do bơm hút khai thác quá mức nước dưới đất.
- Khoảng thời gian xuất hiện các hư hỏng trên công trình chính là thời điểm tăng đột ngột công suất khai thác bơm hút nước dưới đất trong khu vực khi chương trình nước Phần Lan đi vào hoạt động và toàn bộ các công trình hư hỏng kể trên đều nằm trong phễu hạ thấp mực nước.
- Cũng có thể nhận xét thêm rằng lún không đều mặt đất do khai thác nước ngầm trên phạm vi lớn có thể là một trong nhiều nguyên nhân làm giảm khả năng thoát nước của hệ thống thoát - thải (công trình dạng tuyến) góp phần gây úng ngập cục bộ đô thị..
- Với các số liệu quan trắc tại 8 trạm (lún mặt đất, lún các lớp đất, áp lực nước lỗ rỗng, độ sâu hạ thấp mực nước ngầm), các số liệu thu thập về lún nứt công trình, cùng với các số liệu quan trắc mực hạ thấp nước ngầm trên toàn khu vực nghiên cứu và đặc điểm cấu trúc địa chất, tính chất cơ lý của của các lớp đất khu vực Tây Nam Hà Nội có thể khẳng định rằng lún mặt đất do khai thác NDĐ ở cường độ hiện nay trong khu vực Hà Nội là hiện hữu và rõ ràng.
- Các hư hỏng nhà và công trình phát hiện thấy tập trung trong khoảng thời gian xảy ra bước nhảy về cường độ khai thác là minh chứng cụ thể của mối quan hệ này.
- Ô nhiễm nước ngầm do khai thác NDĐ khu vực Tây Nam Hà Nội.
- Phân tích những kết quả nghiên cứu nhiễm bẩn nước dưới đất của Liên đoàn Địa chất Thuỷ văn - Địa chất Công trình Miền Bắc thực hiện từ đầu những năm 90 ở phía nam sông Hồng về nhiễm bẩn nitơ [3], nhiễm bẩn các hợp chất hữu cơ [3] cho thấy rõ ảnh hưởng của quá trình khai thác nước dưới đất đến ô nhiễm nước ngầm khu vực Tây Nam Hà Nội..
- Trên cơ sở phân tích các tài liệu về cấu trúc địa chất, đặc điểm địa chất thuỷ văn, đặc điểm khai thác NDĐ, hạ thấp mực nước và các số liệu quan trắc về ô nhiễm NDĐ khu vực Tây Nam Hà Nội có thể đưa ra một số nhận xét và đánh giá như sau:.
- Nước dưới đất, khu vực Tây Nam Hà Nội đã và đang bị ô nhiễm từ trên xuống bởi các hợp chất nitơ, các hợp chất hữu cơ, vi khuẩn, kim loại nặng ở cả hai tầng chứa nước Qh, Qp và đều có xu hướng tăng dần theo thời gian, trong đó hàm lượng các chất ô nhiễm của nước dưới đất trong tầng Qh lớn hơn tầng Qp..
- Khai thác nước dưới đất khu vực Tây Nam trong hai tầng Qh và Qp đã làm mực nước trong hai tầng này hạ thấp, tạo thành 2 phễu hạ thấp tương ứng mang tính khu vực..
- Sự tương ứng giữa các tâm hạ thấp của hai tầng chứa nước Qh và Qp tại các khu vực khai thác Hạ Đình, Tương Mai.
- Tại các khu vực cửa sổ địa chất thuỷ văn (hồ Tây, hồ Trúc Bạch, ven sông Hồng) tầng chứa nước Qh và Qp có quan hệ thuỷ lực trực tiếp.
- Trong vùng nghiên cứu nhất là khu vực nội thành bị khoan quá nhiều các lỗ khoan (lỗ khoan khai thác nước, lỗ khoan thăm dò khảo sát, thi công cọc khoan nhồi) tạo điều kiện tốt cho quá trình thấm và lan truyền ô nhiễm từ trên xuống..
- Tại các khu vực Từ Liêm, Tây Hồ, Ba Đình tầng cách nước có thành phần chủ yếu là sét - sét pha loang lổ tầng Vĩnh Phú nổi ngay trên mặt đất hoặc gần mặt đất, có chiều dày lớn và khả năng chắn nước tốt, hơn nữa các tâm phễu hạ thấp không nằm trong phạm vi này, vì vậy chất lượng nước tầng Qp tại khu vực này còn tốt, chưa bị nhiễm bẩn..
- Bản đồ phân vùng ô nhiễm nước dưới đất khu vực Tây Nam Hà Nội [3] là cơ sở thiết kế hệ thống các khu khai thác nước tập trung (bao gồm cả vị trí và công suất khai thác nước hợp lý cho từng nhà máy) tránh ô nhiễm tối đa cho NDĐ do khai thác chúng..
- Ma sát âm do khai thác nước ngầm khu vực Tây Nam Hà Nội.
- Ma sát âm được coi là nguyên nhân gây lún và hư hại hàng loạt nhà khu vực Tây Nam Hà Nội.
- Cường độ ma sát âm phụ thuộc vào các yếu tố cấu trúc nền, tính chất cơ lý của đất đá và mức độ hạ thấp mực nước ngầm..
- Trong vùng khai thác nước, để tập trung giải quyết vấn đề chống lún hiệu quả cần phải tiến hành hai nội dung cơ bản: tính toán dự báo ma sát âm tác dụng lên cọc và kiến nghị các phương pháp giảm ma sát âm, qua đó giảm thiểu ảnh hưởng của nó đối với móng cọc..
- Các phương pháp tính toán ma sát âm và xây dựng bản đồ dự báo khả năng xuất hiện ma sát âm do khai thác nước ngầm khu vực Tây Nam Hà Nội được trình bày chi tiết trong tài liệu tham khảo của tác giả [3].
- Bản đồ này là tài liệu định hướng tốt cho các tính toán thiết kế chống lún công trình do hạ thấp mực nước ngầm (hình 2)..
- Bản đồ đẳng ma sát âm khu vực Tây nam Hà Nội do khai thác nước ngầm.
- Th « n H¹ iGa ñ y .Th Th−î n g C¸ t.
- T © y T ù u IV.7 .a th « n Th−î n g S « n g H å n g.
- Lượng khai thác nước dưới đất khu vực Tây Nam Hà Nội tập trung vào tầng chứa nước Qp, do cường độ khai thác mạnh, mực nước dưới đất hạ xuống sâu hình thành một phễu hạ thấp khổng lồ, bao trùm toàn bộ các quận nội thành, hai huyện ngoại thành và một ít diện tích kề liền thuộc địa phận Hà Tây, mực nước sâu nhất hiện nay ở trung tâm bãi giếng Hạ Đình cách mặt đất xấp xỉ 36,5m..
- Lượng khai thác nước dưới đất trong tầng Qh tuy hạn chế, nhưng do có mối quan hệ thuỷ lực với tầng Qp nên trong tầng Qh cũng hình thành phễu hạ thấp với sự tương ứng giữa các tâm hạ thấp của hai tầng chứa nước Qh và Qp tại một số khu khai thác như Hạ Đình, Tương Mai.
- Các tài liệu về phễu hạ thấp mực nước tầng Qp, Qh và đánh giá dự báo ô nhiễm nước dưới đất, khả năng lún mặt đất, khả năng xuất hiện ma sát âm do khai thác nước ngầm khu vực Tây Nam Hà Nội là cơ sở cho việc tính toán thiết kế lại hệ thống khai thác nước tập trung, định hướng quy hoạch xây dựng hệ thống các công trình đô thị, cũng như các giải pháp phòng chống tai biến ĐKTMT nhằm giảm thiểu tối đa các tai biến liên quan đến khai thác nước ngầm khu vực Tây Nam Hà Nội..
- Để giảm thiểu các tai biến ĐKTMT do khai thác nước ngầm, hệ thống nhà máy khai thác nước tập trung khu vực Tây Nam Hà Nội nên thiết kế ở khu vực phía bắc (Từ Liêm, Tây Hồ) và khu vực ven sông Hồng.
- Cần phải xây dựng hệ thống quan trắc tối ưu biến đổi MTĐC và hệ thống kỹ thuật đô thị do khai thác nước ngầm khu vực Tây Nam Hà Nội..
- Về đặc điểm điều kiện ĐKTMT đô thị Hà Nội.
- Cấu trúc nền địa chất khu vực Hà Nội bất đồng nhất và phức tạp, trong đó sự tồn tại của các lớp đất lấp, cát và đất yếu là những lớp đất nhạy cảm với tải trọng tác động, là điều kiện thuận lợi cho các tai biến ĐKTMT phát sinh và phát triển..
- Tác động chủ yếu của hệ thống kỹ thuật đô thị Hà Nội bao gồm: các hệ thống công trình xây dựng dân dụng, giao thông, đường dây cáp điện, các trạm biến thế, đường ống cấp nước, thoát nước thải và nước mặt, bãi rác, nghĩa trang, các khu công nghiệp, đê ngăn lũ và hệ thống khai thác nước ngầm.
- Trên cơ sở lồng ghép các yếu tố tác động từ hệ thống kỹ thuật đô thị và các yếu tố tác động tự nhiên lên các bản đồ cấu trúc nền MTĐC, kết hợp với các tài liệu thu thập khác, những tai biến ĐKTMT đô thị quan trọng của Thủ đô Hà Nội bao gồm:.
- Lún mặt đất và công trình do tải trọng tĩnh và tải trọng động từ công trình xây dựng, vật liệu san lấp, hệ thống giao thông đến MTĐC;.
- Lún mặt đất, ô nhiễm nước ngầm tầng sâu và hiện tượng ma sát âm do khai thác nước ngầm công suất lớn;.
- Ô nhiễm đất, nước mặt, nước ngầm do tác động hoá học, sinh học từ hệ thống các khu chôn lấp chất thải đô thị, nước thải sinh hoạt và công nghiệp;.
- Ăn mòn điện hoá kim loại các đường ống kỹ thuật đô thị và các cấu kiện công trình dưới nền đất do tác động điện trường từ hệ thống lưới điện thành phố;.
- Về tai biến và những vấn đề ĐKTMT đô thị Hà Nội do khai thác nước ngầm khu vực Tây Nam Hà Nội.
- Nước dưới đất ở Tây Nam Hà Nội đã và đang bị ô nhiễm chủ yếu bởi các hợp chất nitơ, các hợp chất hữu cơ, vi khuẩn và đã bắt đầu có dấu hiệu ô nhiễm bởi kim loại nặng..
- Nguồn gây ô nhiễm cho nước dưới đất khu vực Tây Nam Hà Nội chủ yếu là: nước thải sinh hoạt và công nghiệp, các bãi rác cũ (Tam Hiệp, Mễ Trì, Tây mỗ, Lâm Du), nghĩa trang, vật chất hữu cơ trong đất đá (bùn, than bùn...)..
- Khai thác nước dưới đất khu vực Tây Nam Hà Nội là một yếu tố quan trọng thúc đẩy quá trình lan truyền ô nhiễm nước ngầm trong khu vực..
- Quy luật ô nhiễm nước dưới dất khu vực Tây Nam Hà Nội được quyết định bởi đặc điểm điều kiện ĐCTV và quy luật vận động của nước ngầm trong khu vực..
- Lún mặt đất do khai thác nước dưới đất ở cường độ hiện nay trong khu vực Hà Nội là hiện hữu và rõ ràng.
- Các hư hỏng nhà và công trình phát hiện thấy tập trung trong khoảng thời gian xảy ra bước nhảy về cường độ khai thác là minh chứng cụ thể của mối quan hệ này..
- Các khu vực Ngọc Hà, Mai Dịch có giá trị độ lún tương đối nhỏ, chỉ khoảng 1.3 mm/năm.
- Khu vực Lương Yên, Hạ Đình lún nhiều hơn cỡ 11 - 18 mm/năm và khu vực Pháp Vân, Thành Công có độ lún khá lớn, tới 23 - 38 mm/năm..
- Khu vực Tây Nam Hà Nội có thể được chia thành 4 vùng (vùng lún rất ít, vùng lún trung bình, vùng lún mạnh, vùng lún rất mạnh) theo cường độ lún mặt đất quan trắc được và giá trị chỉ tiêu tích hợp các yếu tố ĐKT gây lún do khai thác nước ngầm..
- Trong khu vực Tây Nam Hà Nội hiện tượng ma sát âm trên cọc do khai thác nước ngầm được cho là một trong những nguyên nhân chính dẫn đến sự cố của một số công trình xây dựng vì ma sát âm chưa được xét đến khi thiết kế..
- Cường độ ma sát âm do khai thác nước ngầm khu vực Tây Nam Hà Nội theo các tính toán của tác giả dao động trong khoảng từ 10 đến 100 tấn phụ thuộc vào đặc điểm cấu trúc nền..
- Những tai biến ĐKTMT đô thị Hà Nội kể trên là đủ cơ sở gây ảnh hưởng đến sự phát triển bền vững của đô thị, cần được quan tâm lựa chọn nghiên cứu..
- trong phạm vi Hà Nội đến ô nhiễm nước ngầm..
- Giá trị ma sát âm do hạ thấp mực nước ngầm cần bổ sung trong tính toán thiết kế móng cọc khu vực Tây Nam Hà Nội..
- Báo cáo tổng hợp kết quả quan trắc lún các mốc chuẩn M1, M2, M3, M4 ở các trạm đo lún Ngọc Hà, Pháp Vân, Thành Công, Lương Yên, Hạ Đình, Mai Dịch, Ngô Sỹ Liên, Tương Mai từ năm Viện KHKT Xây dựng Hà Nội..
- Nguyễn Văn Đản, Báo cáo kết quả nghiên cứu ĐCTV vùng Hà Nội .
- Báo cáo tổng kết đề tài “Đánh giá, dự báo trạng thái địa kỹ thuật môi trường đô thị và kiến nghị các giải pháp phòng ngừa tai biến, ô nhiễm môi trường địa chất một số khu đô thị Hà Nội”.
- Mã số RD 20-01, Hà Nội 2005..
- Đoàn Thế Tường, Báo cáo tổng kết đề tài “Dự báo khả năng lún bề mặt đất do hạ thấp mực nước ngầm”, RD 9505, Hà Nội, 1999..
- Trần Mạnh Liểu, Đoàn Thế Tường, Báo cáo tổng kết đề tài “Đánh giá điều kiện địa kỹ thuật môi trường và kiến nghị phương hướng quy hoạch sử dụng đất hợp lý cho khu vực đới động ven sông Hồng trong phạm vi Tp.
- Hà Nội” TC-ĐT/07-03-3, Hà Nội, 2006.