Chương 1 — Khảo sát khu đất

Chương mở đầu đặt nền cho toàn bộ cuốn cẩm nang: khảo sát địa kỹ thuật không phải một thủ tục hành chính mà là quyết định thiết kế đầu tiên. Chương này bàn về việc lập kế hoạch khảo sát, phạm vi và mức độ khảo sát, chất lượng và xáo trộn mẫu, và cả khía cạnh thương mại của công tác khảo sát.

Hình. Nỗ lực khảo sát theo từng giai đoạn dự án: chi phí tập trung ở giai đoạn đầu nhưng lại quyết định phần lớn rủi ro thiết kế. Khoan để kiểm chứng giả thuyết, không phải để xem có gì.

1.1 Sự tham gia của địa kỹ thuật

Có hai cách tiếp cận để thu thập dữ liệu địa kỹ thuật:

• Coi điều kiện nền là một yếu tố thiết kế — dựa trên vị trí và cấu hình công trình đã định, rồi thu thập điều kiện nền liên quan để thiết kế theo/đối phó. Đây là cách tiếp cận truyền thống.
• Đưa đầu vào địa kỹ thuật xuyên suốt dự án — lập kế hoạch khảo sát ngay từ giai đoạn ý tưởng, để địa kỹ thuật định hình vị trí, cấu hình và phương án công trình, chứ không chỉ phản ứng lại một thiết kế đã chốt.

1.2 Yêu cầu địa kỹ thuật theo từng giai đoạn dự án

Mức độ khảo sát phải khớp với giai đoạn dự án (nghiên cứu tiền khả thi → khả thi → thiết kế kỹ thuật → thi công). Bảng của mục này đối chiếu từng giai đoạn với sản phẩm địa kỹ thuật cần có, để tránh khảo sát quá ít ở giai đoạn sớm hoặc quá nhiều ở giai đoạn đã đủ dữ liệu.

Bảng 1.2 — Yêu cầu địa kỹ thuật theo giai đoạn dự án.

Giai đoạn dự án	Câu hỏi địa kỹ thuật chính	Sản phẩm cần có
Nghiên cứu tiền khả thi	Khu đất có khả thi? Rủi ro địa kỹ thuật nằm ở đâu?	Bản đồ địa chất, ảnh hàng không, khảo sát thị sát, mặt cắt dự kiến
Nghiên cứu khả thi	Phương án nào kinh tế nhất? Chi phí nền dự kiến?	Vài hố khoan thăm dò, thí nghiệm chỉ số, thông số sơ bộ
Thiết kế kỹ thuật	Thông số thiết kế là gì?	Mạng khảo sát chi tiết, thí nghiệm cường độ và nén cố kết, thông số thiết kế
Thi công	Giả thuyết thiết kế có đúng không?	Kiểm tra nền móng, quan trắc, xử lý phát sinh

1.3 Tầm quan trọng của tỷ lệ

Mức độ chi tiết cần thiết phụ thuộc tỷ lệ của công trình so với đặc trưng địa chất: một dị thường đất đá nhỏ có thể vô hại với một nền đắp lớn nhưng lại quyết định với một móng băng hẹp. Mục này nhắc rằng cùng một mặt cắt địa chất có thể "đủ tốt" cho công trình này và "chưa đủ" cho công trình khác.

1.4 Lập kế hoạch khảo sát khu đất

Nguyên tắc: khảo sát phải hướng tới câu hỏi thiết kế, không phải chạy theo số lượng hố khoan. Bảng của mục này đưa các bước lập kế hoạch — xác định câu hỏi, chọn phương pháp, bố trí mạng khảo sát, và trình tự thực hiện.

Bảng 1.4 — Các bước lập kế hoạch khảo sát.

Bước	Nội dung
1. Xác định câu hỏi thiết kế	Công trình cần thông số gì và sai số cho phép bao nhiêu
2. Hình dung mặt cắt dự kiến	Từ bản đồ địa chất, ảnh hàng không, địa hình và kinh nghiệm địa phương
3. Chọn phương pháp	Khoan, đào hố, xuyên, địa vật lý — theo loại đất và thông số cần đo
4. Bố trí mạng khảo sát	Vị trí, khoảng cách, độ sâu và số điểm khảo sát
5. Trình tự thực hiện	Khoan trước hay xuyên trước; xen kẽ thí nghiệm hiện trường và lấy mẫu
6. Kiểm chứng và điều chỉnh	Cập nhật kế hoạch khi dữ liệu đầu tiên khác giả thuyết ban đầu

1.5 Lập kế hoạch khảo sát nước ngầm

Nước ngầm thường là yếu tố bị đánh giá thấp nhất. Mục này hướng dẫn xác định mực nước ngầm, chế độ dao động theo mùa, các tầng ngậm nước có áp và hướng dòng chảy — tất cả đều cần cho phân tích ổn định, đào đất và lún.

1.6 Mức độ khảo sát

Mức độ khảo sát phải tương xứng với rủi ro và tính bất định của khu đất: nền đã biết rõ cần ít, nền phức tạp hoặc công trình nhạy cảm cần nhiều.

1.7 Lập kế hoạch trước khi kiểm chứng thực địa

Trước khi khoan (kiểm chứng thực địa / ground truthing), cần hình dung trước mặt cắt địa chất dự kiến từ bản đồ địa chất, ảnh hàng không, địa hình và kinh nghiệm địa phương. Khoan là để xác nhận hoặc bác bỏ giả thuyết đó, không phải để "xem có gì".

1.8 Phạm vi khảo sát

Bảng của mục này liên hệ loại công trình với phạm vi khảo sát cần thiết (số hố khoan, độ sâu, khoảng cách). Độ sâu khảo sát phải vượt quá vùng chịu ảnh hưởng của tải trọng, chứ không dừng ở "đủ để mô tả lớp trên cùng".

Bảng 1.8 — Phạm vi khảo sát điển hình theo loại công trình.

Loại công trình	Số hố khoan	Độ sâu khảo sát	Khoảng cách
Nhà thấp tầng, tải nhẹ	2–3	1,5–2 × bề rộng móng	15–30 m
Nhà cao tầng	≥ 3–5	Vượt vùng ảnh hưởng (≥ 1,5 × bề rộng móng)	15–25 m
Cầu, cống	1 hố / trụ	≥ 3 đường kính cọc dưới mũi cọc	20–50 m
Đập, hồ chứa	Theo tuyến đập	Tới tầng không thấm	20–50 m
Đường hầm	Dọc tim tuyến	≥ 1–2 đường kính hầm dưới đáy hầm	25–100 m

Độ sâu khảo sát phải vượt quá vùng chịu ảnh hưởng của tải trọng, chứ không dừng ở lớp trên cùng.

1.9 Thể tích mẫu

Thể tích mẫu cần thiết phụ thuộc loại đất và mục đích thí nghiệm — hạt thô cần mẫu lớn hơn hạt mịn để đại diện cho cấp phối thực tế.

1.10 Xếp hạng rủi ro tương đối của công trình

Bảng của mục này xếp hạng các loại công trình theo rủi ro tương đối (hậu quả khi hư hỏng và độ bất định của nền), từ đó quyết định mức đầu tư khảo sát.

Bảng 1.10 — Xếp hạng rủi ro tương đối của công trình.

Hạng	Loại công trình	Hậu quả khi hư hỏng	Mức khảo sát
Cao	Đập, nhà máy điện, cầu lớn	Thảm khốc, ảnh hưởng sinh mạng	Tối đa: khảo sát dày, thí nghiệm đầy đủ, quan trắc
Trung bình–cao	Nhà cao tầng, hầm, cảng	Nghiêm trọng về kinh tế	Khảo sát kỹ, thí nghiệm cường độ và nén
Trung bình	Nhà công nghiệp, đường cao tốc	Đáng kể, có thể sửa chữa	Khảo sát tiêu chuẩn, thí nghiệm chỉ số
Thấp	Nhà ở nhỏ, đường nông thôn	Nhẹ, dễ sửa chữa	Khảo sát tối thiểu, thí nghiệm hiện trường

1.11 Lượng mẫu

Lượng mẫu (số lượng và khối lượng) phải đủ để chạy được tất cả các thí nghiệm cần thiết, kể cả thí nghiệm lặp để phát hiện sai số và giá trị dị biệt.

1.12 Xáo trộn mẫu

Xáo trộn mẫu làm tăng cường độ biểu kiến của sét mềm và giảm cường độ của cát chặt, đồng thời phá hủy cấu trúc đất. Bảng của mục này mô tả mức độ xáo trộn theo từng phương pháp lấy mẫu.

Bảng 1.12 — Xáo trộn mẫu theo phương pháp lấy mẫu.

Phương pháp lấy mẫu	Mức xáo trộn	Ảnh hưởng chính
Mẫu khối (block sample)	Không đáng kể	Giữ nguyên cấu trúc; dùng làm chuẩn đối chiếu
Ống mẫu thành mỏng (Shelby)	Ít	Dùng được cho thí nghiệm cường độ và nén cố kết
Ống mẫu piston	Ít–vừa	Tốt cho sét mềm đến dẻo cứng
Ống phẩy tiêu chuẩn (SPT)	Nhiều	Chỉ dùng cho thí nghiệm chỉ số và phân loại
Khoan rửa / guồng xoắn	Rất nhiều	Chỉ để nhận dạng lớp, không dùng cho cường độ

Xáo trộn làm tăng cường độ biểu kiến của sét mềm và giảm cường độ của cát chặt.

1.13 Kích thước mẫu

Kích thước mẫu ảnh hưởng trực tiếp đến cường độ đo được: cường độ sét thường chỉ bằng 50%–100% giá trị thu được từ mẫu 38 mm — mẫu lớn hơn nắm bắt được ảnh hưởng của cấu trúc đất.

1.14 Chất lượng khảo sát khu đất

Chất lượng khảo sát được đánh giá bằng mức độ phù hợp của kết quả với câu hỏi thiết kế, không bằng số mét khoan. Mục này đưa các chỉ tiêu đánh giá chất lượng.

1.15 Chi phí khảo sát

Bảng của mục này phân tích cấu trúc chi phí khảo sát (khoan, thí nghiệm hiện trường, thí nghiệm phòng, nhân công, báo cáo) theo loại công trình.

Bảng 1.15 — Cấu trúc chi phí khảo sát.

Hạng mục	Tỷ lệ điển hình
Khoan, đào và lấy mẫu hiện trường	40–60%
Thí nghiệm hiện trường (SPT, CPT, …)	15–30%
Thí nghiệm phòng	10–20%
Nhân công, quản lý và báo cáo	15–25%

1.16 Chi phí khảo sát khu đất

Chi phí khảo sát thường chỉ chiếm một phần nhỏ giá trị công trình, nhưng quyết định phần lớn rủi ro thiết kế. Mục này đưa tỷ lệ chi phí khảo sát điển hình.

Bảng 1.16 — Chi phí khảo sát so với giá trị công trình.

Loại công trình	Chi phí khảo sát điển hình (% giá trị công trình)
Nhà ở nhỏ	0,1–0,5%
Nhà cao tầng	0,1–0,3%
Cầu, hầm	0,3–1,0%
Đập, công trình đặc biệt	0,5–2,0%

Chi phí khảo sát chỉ chiếm một phần nhỏ giá trị công trình nhưng quyết định phần lớn rủi ro thiết kế.

1.17 "Kinh doanh" khảo sát khu đất

Mục kết chương bàn về khía cạnh thương mại: xu hướng giảm khảo sát để hạ giá thầu tạo ra rủi ro thiết kế, và cách một kỹ sư địa kỹ thuật cần bảo vệ tính đầy đủ của dữ liệu khảo sát.

Ghi nhớ của chương

• Khảo sát phải hướng tới câu hỏi thiết kế, và mức độ phải khớp rủi ro và giai đoạn dự án.
• Khoan để kiểm chứng giả thuyết, không phải để "xem có gì".
• Xáo trộn và kích thước mẫu thay đổi cường độ đo được — phải ghi rõ trong biên bản hố khoan.
• Nước ngầm là yếu tố bị bỏ sót nhiều nhất, và gây hư hỏng nhiều nhất.