“Đất hóa lỏng” - nỗi ám ảnh kinh hoàng với những con đường sóng sánh bùn đất, nhà cửa sụp lún, ngả nghiêng, xe cộ bị “hút” vào lòng đất, nhiều chiếc chỉ còn thấy mỗi đuôi xe...
Rất ít người dân Christchuch (New Zealand) từng nghe đến hiện tượng hóa lỏng đất, nhưng chỉ sau trận động đất rung chuyển thành phố tháng 9/2010, cụm từ “đất hóa lỏng” đã trở thành nỗi ám ảnh của những con người vốn quen với cuộc sống êm đềm nơi này. Tương tự trường hợp Christchurch, sóng thần không phải là điều duy nhất gây kinh hoàng cho người dân Nhật Bản sau trận “siêu động đất” ngày 11/3/2011, mà cơn chấn động còn tạo ra quá trình hóa lỏng dữ dội trong lòng đất kéo dài hàng trăm km, nhiều công trình bị hủy hoại, cơ sở hạ tầng tê liệt.
Đó chỉ là hai trong số rất nhiều trường hợp phải đối mặt với hậu quả rộng lớn do “đất hóa lỏng” gây ra thời gian gần đây. Có thể nói, đất hóa lỏng là một trong những thảm họa thứ sinh gây thiệt hại kinh tế to lớn trong rất nhiều trận động đất trên thế giới, buộc các nhà nghiên cứu phải cẩn trọng “lật” lại hàng loạt tiêu chuẩn xây dựng nhà đang được áp dụng.
Đất hóa lỏng là gì?
Nếu bạn từng chơi trên bãi biển, chắc chắn bạn từng chứng kiến đất hóa lỏng.
Thử tìm một khoảnh cát hơi ẩm ướt gần mép nước, cát đủ rắn để có thể bước lên trên, nhưng nếu vỗ nhẹ lên đó vài lần, cát sẽ bão hòa với nước biển. Nền cát phẳng trước đây hóa thành vũng nước nhỏ. Trong động đất, điều tương tự cũng xảy ra, nhưng là với mặt đất. Đó là hiện tượng: đất hóa lỏng.
Hóa lỏng đất là hiện tượng xảy ra khi đất bão hòa với nước ngầm, do sự gia tăng áp lực nước trong các lỗ rỗng của đất. Nền đất là một tập hợp hàng tỷ các hạt đất riêng rẽ, tiếp xúc với nhau. Trọng lượng của các hạt nằm trên tạo ra lực liên kết giữa chúng, nhờ đó, nền đất có được kết cấu vững chắc. Thông thường, áp lực nước ngầm trong đất tương đối thấp. Khi động đất xảy ra, chấn động mạnh trong thời gian cực ngắn làm áp lực nước tăng vọt. Nước không đủ thời gian thoát ra, “mắc kẹt” trong lòng đất, lấp đầy khoảng không gian giữa các hạt đất, ngăn cản sự tiếp xúc của chúng với nhau. Do ma sát giữa các hạt đất giảm đột ngột nên nền đất mất đi sự liên kết và hoạt động như một chất lỏng nhớt.
Khi đó, nước trào ngược lên trên cùng với bùn và cát mịn. Cát thô và đá nặng hơn nên lún xuống, khiến bề mặt đất dịch chuyển, có thể tạo thành dòng xoáy với sức mạnh tương tự như bão lốc hoặc hình thành những đụn cát (trông như các hố thiên thạch của núi lửa).
Theo giáo sư Khoa học Trái Đất Mike Sandiford (ĐH. Melbourne), hóa lỏng đất xảy ra khi chấn động làm rung chuyển khối nước ngầm trong khoảng 10-20 mét dưới mặt đất. Ngoài động đất, các hoạt động liên quan đến xây dựng như nổ mìn cũng có thể làm tăng áp lực nước gây hóa lỏng đất.
Nhưng không phải cứ có động đất là đất hóa lỏng. Hiện tượng này còn phụ thuộc nhiều yếu tố như: niên đại đất, độ sâu mực nước ngầm, thành phần đất, đặc tính thoát nước, cường độ và thời gian động đất. Loại đất có hàm lượng nước cao như đất sét mềm, đất bùn, than bùn, đất cát, bazan được xem là loại đất yếu dễ hóa lỏng.
Vì cần chất xúc tác là nước, nên đất dễ hóa lỏng nhất ở khu vực: ven sông, hồ, vũng, vịnh, đại dương, vùng đất thấp hơn mực nước biển, hoặc có nước ngầm gần mặt đất. Do đó, cảng và các khu vực ven cảng thường chịu ảnh hưởng lớn nhất khi đất hóa lỏng. Hệ thống đập, kè, cầu bắc qua sông cũng dễ bị hư hại. Và hiện tượng này không bao giờ xảy ra trong sa mạc bởi quá trình thiếu đi thành phần chủ yếu: nước.
Thảm họa “đắt tiền”
Không cần bàn cãi, tác động của đất hóa lỏng đối với các công trình xây dựng cực kỳ nghiêm trọng. Khả năng chịu tải của nền đất giảm đột ngột khiến cấu trúc công trình thiệt hại nặng nề, hoặc nếu còn nguyên vẹn thì nền móng cũng mất đi sự vững chắc. Mặt đất dịch chuyển và bị trượt làm đê, đập, cầu, cống và các tòa nhà lớn bị nghiêng, lún, có thể lún trên 2 mét. Hệ thống tiện ích ngầm như đường dây điện, ống dẫn khí đốt… bị phá hủy do đất nứt hoặc hư hỏng do ngấm nước. Các đường ray bị bẻ cong, hố ga trôi nổi trên nền đất lỏng có thể trở thành hiểm họa cháy nổ kinh hoàng. Theo TS. Địa chất Đỗ Văn Lĩnh, khi xảy ra hóa lỏng, chỉ trong vòng 30 giây, bùn, cát, nước có thể trào lên, tràn ngập cả một khu vực rộng lớn.
Giao thông đứt gãy, cản trở hoạt động cứu hộ và quá trình khắc phục hậu quả kéo dài là nguyên nhân khiến hiện tượng này gây ra thiệt hại to lớn về mặt kinh tế. Năm 1964, quang cảnh kinh ngạc còn lại sau trận động đất 7,5 độ richter nổi tiếng, tại thành phố Niigata (Nhật Bản) là những tòa nhà còn khá nguyên vẹn nhưng chìm sâu vào lòng đất. Tuy không ai thiệt mạng do đất hóa lỏng, nhưng đây vẫn là một thảm họa cực kỳ đắt đỏ, hủy hoại hầu hết nhà cửa, cầu, đường giao thông, sân bay và đường sắt.
Thảm họa “đắt tiền” này cũng tàn phá quận Marina trong trận động đất năm 1906 ở San Francisco, và trận động đất Hanshin tại thành phố cảng Kobe (Nhật Bản) năm 1995. Các nhà khoa học ước tính, thiệt hại kinh tế do đất hóa lỏng gây ra trong trận động đất ở San Francisco năm 1906 lên đến 11 tỷ USD, có thể so sánh với ảnh hưởng của bão Katrina, thiên tai tốn kém nhất trong lịch sử nước Mỹ.
Tuy vậy, đất hóa lỏng cũng có một chút lợi ích. Vì trạng thái lỏng truyền động kém hơn trạng thái rắn, nên khi đất hóa lỏng đồng nghĩa với việc các chấn động tại nơi đó sẽ truyền sang nơi khác và lên trên mặt đất với cường độ ít hơn. Do đó, mặt tích cực của hiện tượng này là làm giảm thiệt hại do động đất gây ra đối với những tòa nhà phía trên vùng bị hóa lỏng và khu vực lân cận.
Ứng phó với đất hóa lỏng
Nghiên cứu sự hóa lỏng của nền đất khi động đất là một yếu tố quan trọng trong thiết kế nền móng xây dựng, nhưng đến nay, không chỉ riêng Việt Nam mà nhiều quốc gia trên thế giới vẫn đang loay hoay tìm cách ngăn ngừa và giảm thiểu tác hại của thảm họa thiên nhiên này.
Về cơ bản, có 3 cách giảm nguy cơ hóa lỏng đất khi thiết kế xây dựng:
• Xây dựng các kiến trúc kháng hóa lỏng: nền tảng vững chắc và đồng bộ, hệ thống đường ống mềm dẻo, có khả năng thích ứng biến dạng lớn để làm giảm thiệt hại khi xảy ra hóa lỏng đất.
• Cải thiện đất: bằng cách sử dụng một loạt kỹ thuật cải tạo mật độ, sức mạnh và đặc tính thoát nước trên vùng đất yếu.
• Xem xét “bản đồ tiềm năng hóa lỏng” khi thiết kế xây dựng. Bản đồ này được hình thành dựa trên các thông tin về lịch sử địa chất, địa chấn và thủy văn…
Tính đến nay, người ta tạm hài lòng với một số phương pháp thông dụng, đa số là của các chuyên gia xứ sở Hoa Anh Đào - thường xuyên phải đối mặt với động đất như phương pháp Tokimatsu và Yoshimi (T&Y) năm 1983, Iwasaki T. năm 1990, phương pháp của Harry Bolton Seed (Mỹ), phương pháp CBC (Trung Quốc)...
Nếu tại nhiều nước trên thế giới, ảnh hưởng của đất hóa lỏng trong thiết kế xây dựng được quan tâm để đảm bảo cấu trúc bền vững, thì ở Việt Nam, quá trình này khá sơ sài do chưa có quy định chặt chẽ nên chủ đầu tư thường vì lợi nhuận mà “lướt” qua. Mặt khác, chưa nói đến đất hóa lỏng, mà ngay cả động đất cũng có vẻ quá xa xôi trong tâm tưởng nhiều người Việt. Điều này rất nguy hiểm, vì theo ThS. Nguyễn Anh Tuấn (Đại học Kiến trúc Hà Nội), đất ở nước ta đa số là loại nền đất rời, bão hòa nước nên khả năng hóa lỏng rất cao. Chỉ riêng ở Tp.HCM, cả khi không xảy ra động đất vẫn có đến 40% khu vực có khả năng hóa lỏng. Nền đất yếu nhất thuộc các quận 2, 4, 6, 7, 8, Nhà Bè và Cần Giờ.
Thời gian gần đây, một số nghiên cứu đã bắt đầu được tiến hành nhằm xây dựng bản đồ phân vùng động đất phục vụ cho việc quy hoạch, xây dựng trên các địa bàn Hà Nội, Tp.HCM, khu công nghiệp Dung Quất, Quảng Ngãi. Nhóm nghiên cứu khoa Kỹ thuật Địa chất và Dầu khí (Đại học Bách khoa Tp.HCM) cũng thực hiện nghiên cứu, đánh giá khả năng kháng hóa lỏng đất nền tại phường Tân Thuận Đông, quận 7, Tp.HCM.
Câu hỏi cấp bách đặt ra cho các nhà khoa học Việt Nam: nếu động đất xảy ra tại nước ta và đất hóa lỏng, chúng ta sẽ làm gì để ứng phó, bởi thảm họa thiên nhiên và những hệ lụy của nó là không lường trước được.
Đăng Hưng, STINFO Số 7/2012.