Đề xuất giải pháp tiêu nước và bảo vệ mái hố móng trong điều kiện mực nước ngầm cao.

Đào hố móng hoặc làm các công việc trong hố móng ở vùng có mực nước ngầm cao cần thiết phải có giải pháp tiêu nước và bảo vệ mái hố móng để đảm bảo an toàn công trình đang thi công và cá

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Trong giai đoạn đẩy mạnh công nghiệp hoá và hiện đại hoá đất nước, công tác xây dựng cơ bản là một trong những nhiệm vụ quan trọng, nhiều công trình thủy lợi, thủy điện, giao thông, dân dụng, được xây dựng Móng các công trình này phần lớn có diện tích rộng, đặt sâu dưới mực nước ngầm (MNN) tự nhiên và nhất là nền đất yếu Khối lượng xây dựng công trình này thường lớn, thời gian thi công kéo dài, nên trong quá trình thi công không tránh khỏi những ảnh hưởng bất lợi của nước ngầm Vì vậy, trong hồ sơ thiết kế thi công cần có giải pháp tiêu nước hiệu quả để đảm bảo trong suốt quá trình thi công hố móng được khô ráo, thi công công trình bê tông có chất lượng, dễ dàng và an toàn

Đào hố móng hoặc làm các công việc trong hố móng ở vùng có mực nước ngầm cao cần thiết phải có giải pháp tiêu nước và bảo vệ mái hố móng để đảm bảo

an toàn công trình đang thi công và các công trình lân cận, đồng thời đẩy nhanh được tiến độ thi công

2 Mục đích của đề tài:

- Đề xuất giải pháp tiêu nước và bảo vệ mái hố móng trong điều kiện mực nước ngầm cao

- Áp dụng thực tế

3 Phương pháp nghiên cứu:

- Khảo sát phân tích đánh giá các công trình đã và đang xây dựng

- Tổng hợp, phân tích các tài liệu đã nghiên cứu trong và ngoài nước

- Xác định những tham số tiêu nước và bảo vệ mái hố móng

- Đề xuất giải pháp tiêu nước và bảo vệ mái hố móng trong điều kiện mực nước ngầm cao

4 Kết quả dự kiến đạt được:

- Áp dụng thực tế

- Đưa ra được giải pháp tiêu nước và bảo vệ mái hố móng trong điều kiện mực nước ngầm cao

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TIÊU NƯỚC VÀ BẢO VỆ MÁI HỐ MÓNG 1.1 Sơ lược công tác bảo vệ mái hố móng:

1.1.1 Đặc điểm của hố móng công trình :

Hố móng là loại công trình tạm thời, sự dự trữ về an toàn có thể là tương đối nhỏ nhưng lại có liên quan với tính địa phương, điều kiện địa chất của mỗi vùng Công tác hố móng đòi hỏi vận dụng tổng hợp các môn khoa học và kinh nghiệm thực tế

Hố móng là loại công trình giá thành cao, khối lượng công việc lớn, kỹ thuật thi công phức tạp, phạm vi ảnh hưởng rộng, nhiều nhân tố biến đổi, sự cố hay xảy

ra Đồng thời cũng là trọng điểm để hạ thấp giá thành và bảo đảm chất lượng công trình Theo đà phát triển của xã hội, các công trình cao tầng, siêu cao tầng được xây dựng ngày càng nhiều Đặc điểm lại thường được xây dựng tại những khu đất hẹp, đông đúc dân cư, giao thông dầy đặc, điều kiện thi công hố móng khó khăn Lân cận công trình thường có các công trình vĩnh cửu, các công trình di tích lịch sử, nghệ thuật bắt buộc phải được bảo vệ an toàn trong điều kiện chật hẹp Yêu cầu về

ổn định và chuyển dịch là rất nghiêm ngặt Tính chất của đất đá thường biến đổi trong khoảng khá rộng, điều kiện ẩn dấu địa chất và tính phức tạp, tính không đồng đều của địa chất thuỷ văn thường làm cho số liệu khảo sát có tính phân tán lớn, khó đại diện cho tình hình tổng thể của các tầng đất, hơn nữa tính chính xác cũng thấp, dẫn đến tăng thêm khó khăn cho công việc thiết kế và thi công Đào hố móng trong điều kiện địa chất yếu, mực nước ngầm cao và các điều kiện hiện trường phức tạp khác rất dễ sinh ra trượt lở khối đất, mất ổn định hố móng, thân cọc bị chuyển dịch

vị trí, đáy hố móng trồi lên, kết cấu chẵn giữ bị dò nước nghiêm trọng hoặc bị chảy đất làm hư hại hố móng, nguy hiểm đến các công trình xây dựng, công trình ngầm

và đường ống ở xung quanh khu vực thi công hố móng

Công tác hố móng gồm nhiều khâu có quan hệ chặt chẽ với nhau như chắn đất, chống giữ, ngăn nước, hạ mực nước, đào móng và xử lý nền trong đó, một khâu nào đó thất bại sẽ kéo theo hàng loạt các hệ luỵ Việc thi công hố móng ở các hiện trường lân cận như đóng cọc, hạ mực nước ngầm, đào đất đều có thể gây ra

những ảnh hưởng hoặc có tương quan chặt chẽ với nhau, tăng thêm các nhân tố bất lợi và có thể gây ra sự cố

Hố móng có thời gian thi công dài, từ khi đào đất đến khi hoàn thành toàn bộ các công trình kín khuất ngầm dưới mặt đất phải trải qua nhiều lần mưa to, nhiều lần chất tải, chấn động, thi công có sai phạm tính ngẫu nhiên của mức độ mất an toàn tương đối lớn, sự cố xảy ra thường là đột biến

1.1.2 Yêu cầu chung của công tác bảo vệ mái hố móng ở vùng mực nước ngầm cao

Thi công các công trình có hố móng ở vùng có mực nước ngầm cao cần thiết phải có giải pháp tiêu nước và bảo vệ mái hố móng đảm bảo an toàn công trình đang thi công và các công trình lân cận, đồng thời đẩy nhanh được tiến độ thi công Việc lựa chọn phương án tiêu nước và bảo vệ mái hố móng liên quan mật thiết đến đặc điểm kết cấu công trình và phụ thuộc vào điều kiện địa chất - địa chất thuỷ văn của khu vực xây dựng

Hạ MNN là làm cho mực nước ngầm hạ thấp trong một phạm vi yêu cầu, đến cao độ nhất định và giữ ổn định ở vị trí đó trong suốt thời gian thi công hố móng bằng cách hút nước liên tục từ sâu dưới đất ra khỏi khu vực cần hạ MNN

Khối đất ở trên MNN đã được hạ thấp trở nên khô ráo và có thể đào một cách dễ dàng Mái hố móng không còn dòng thấm chảy vào hố móng nên sẽ ổn định hơn, giúp ta có thể tăng độ dốc mái đào để giảm khối lượng đào móng Ngoài ra, việc hạ MNN của tầng nước ngầm có áp ở đáy móng còn có thể tránh được hiện tượng xói ngầm, bục đáy móng làm phá hủy nền của công trình

Bởi vậy, hạ MNN là một phương pháp được sử dụng phổ biến để tiêu nước cho hố móng các công trình thủy lợi, giao thông, dân dụng và công nghiệp có móng đặt sâu dưới MNN Đồng thời hạ MNN còn sử dụng để ngăn ngừa các tác động có hại của nước ngầm đối với nền và mái của hố móng hạ MNN còn dùng để thoát nước lâu dài cho các công trình dân dụng, công nghiệp đã xây dựng từ trước

Trong thực tế việc hạ MNN còn tồn tại nhiều vấn đề như:

Chưa hạ được MNN xuống thấp đến cao trình thiết kế yêu cầu Mái hố móng vẫn còn dòng thấm chảy vào hố móng làm sạt lở mái

Thiết bị đắt tiền không được sản xuất và bán rộng rãi, chủ yếu vẫn nhập ngoại nên việc áp dụng gặp nhiều khó khăn

Kinh nghiệm lắp đặt và vận hành thiết bị này còn yếu

Chọn các thông số thiết kế chưa phù hợp với thực tế hiện trường

Các phương pháp tiêu nước và bảo vệ mái hố móng trong điều kiện mực nước ngầm dâng cao có thể chia thành 4 nhóm sau:

a) Bố trí màn chống thấm theo đường viền của hố móng ( cừ, hào bentonite, các giải pháp phụt vữa tạo màn chống thấm);

b) Tiêu nước cho đất của hố móng bằng các đường hào tiêu nước xung quanh

hố móng;

c) Tiêu nước trên mặt (lộ thiên);

d) Hạ mực nước ngầm bằng hệ thống giếng thường hoặc giếng kim

1.2 Tổng quan trên thế giới về tiêu nước và bảo vệ mái hố móng trong điều kiện mực nước ngầm dâng cao

Tiêu nước cho các hố móng xây dựng và để ngăn ngừa tác động có hại của nước ngầm đối với nền và mái hố móng Ngăn lưu lượng nước ngầm chảy vào hố móng, tiêu được nước cho đất tại các tầng đào, ngăn ngừa đất mái móng bị sụt và trượt

Tại các công trường xây dựng thuỷ công của Liên – xô, phương pháp hạ nước ngầm lần đầu tiên được áp dụng với quy mô lớn khi xây dựng kênh đào Matskva ( năm 1933-1937) và chẳng bao lâu sau đó tại các công trường của các công trình đầu mối Ru-bin-ski và U-glich-ski ( năm 1936-1941) Nhưng tại các công trường đó đã sử dụng các thiết bị hãy còn chưa hiện đại: giếng không sâu lắm với các máy bơm ly tâm, máy bơm cần để hạ nước ngầm không quá 4-4,5m và chỉ

sử dụng có tính chất thí nghiệm các máy bơm sâu của nước ngoài loại hiện đại để giảm mức nước ngầm tới 11m

Tại kênh đào Von-ga Đông mang tên V.I.Lênin đã sử dụng với quy mô lớn các thiết bị hiện đại có hiệu quả do mình tự sản xuất: các máy bơm sâu để hạ mực nước ngầm tới 23m và các thiết bị kim lọc để hạ nước ngầm tới 5m Tất cả trong các hố móng của 22 công trình thuỷ công trên sông đào Vôn-ga Đông với tổng diện tích phải tiêu là 84 ha

Một số công trình thực tế tại Trung Quốc đạt hiệu quả khá tốt

Hố móng sâu phức hợp của tháp phát thanh truyền hình Thượng Hải đặt sâu 12,5m diện tích đáy móng khoảng 2700mP

Đại lầu trung tâm Quốc mậu Vũ Hán có diện tích đào 5000mP

1.3 Tổng quan ở Việt Nam về tiêu nước và bảo vệ mái hố móng trong điều kiện mực nước ngầm dâng cao

Ở Việt Nam khi thi công hố móng và móng công trình đặc biệt là các công trình thuỷ lợi, thường phải đào móng sâu hơn mực nước ngầm như trạm bơm, móng nhà máy thuỷ điện, cống tiêu thoát Khi thi công hố móng bị ngập nước sẽ hạ thấp cường độ của đất nền, tính nén lún tăng, công trình bị lún quá lớn, sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến an toàn của công trình Do đó, khi thi công hố móng cần thiết phải có biện pháp hạ mực nước và thoát nước tích cực để tránh những tác động bất lợi

Chúng ta đã áp dụng phương pháp về tiêu nước và bảo vệ mái hố móng trong điều kiện mực nước ngầm dâng cao khi xây dựng nhiều công trình như: Hố móng cống Hiệp Thuận (Đập Đáy, Hà Tây), Âu thuyền Cầu Đất (Hải Dương), trạm bơm

Kim Đôi (Hà Bắc), trạm bơm Như Trác, Hữu Bị II (Hà Nam), cống Liên Mạc (Hà Tây), trạm bơm Tràm (Hải Dương), cống Vân Cốc, hệ thống kênh dẫn cụm công trình đầu mối Hát Môn - Đập Đáy (Hà Tây), …

Hình 1.1.a H ạ thấp MNN cống Hiệp Thuận

Hình 1.1.b H ạ thấp MNN cống Hiệp Thuận

Hình 1.2.a Tiêu nước ngầm bằng giếng nhựa ở cống Đập Đáy

Hình 1.2.b L ắp ống nhựa để hạ MNN ở cống Đập Đáy

1.4 Những tham số về tiêu nước và bảo vệ mái hố móng

Để tính toán tiêu nước hố móng, cần phải tính toán một số tham số chính dưới đây:

+ Chọn phương pháp tháo nước thích hợp cho từng thời kỳ thi công

+ Xác định lưu lượng Q, cột nước H cần bơm để chọn máy bơm phù hợp

+ Bố trí hệ thống tháo nước, thiết bị bơm nước thích hợp cho từng thời kỳ thi công

1.5 Nguyên nhân dẫn đến sự cố và cách khắc phục, xử lý sự cố công trình

1.5.1 Một số tồn tại

Những năm qua, việc xây dựng các công trình thuỷ lợi đã góp phần giảm nhẹ thiên tai, xây dựng cơ sở hạ tầng tạo đà cho các ngành kinh tế phát triển, góp phần cải thiện môi trường sinh thái

Ngoài những thành tựu đã đạt được vẫn còn một số tồn tại trong quá trình thi công đặc biệt là tiêu nước hố móng trong điều kiện mực nước ngầm dâng cao:

- Chưa hạ được mực nước ngầm xuống thấp đến cao trình thiết kế yêu cầu

- Mái hố móng vẫn còn dòng thấm chảy vào hố móng làm sạt lở mái

- Thiết bị chủ yếu vẫn nhập ngoại nên việc áp dụng gặp nhiều khó khăn và giá thành thiết bị còn cao Trình độ lắp đặt và vận hành thiếu chuyên nghiệp

- Chọn các thông số thiết kế chưa phù hợp với thực tế hiện trường

Với các công trình có yêu cầu hạ MNN trong quá trình thi công móng sẽ quyết định cả sự thành bại trong xây dựng, giá thành xây dựng, chất lượng nền, chất lượng móng và chất lượng công trình

Dưới đây là một số tồn tại khi tiêu nước ngầm phục vụ thi công móng một

số công trình:

* Trạm Bơm Quế huyện Kim Bảng, tỉnh Hà Nam

Thiết kế sử dụng hệ thống giếng kim loại CK-CK kết hợp W4 của Trung Quốc và ЛUY5 của Liên Xô để hạ MNN xuống thấp hơn đáy móng ít nhất 0,5m (ở trung tâm móng) để đảm bảo đào móng trong điều kiện khô ráo, mái móng không bị

sạt lở Đỉnh giếng kim được đặt ở cao độ +1,0m sâu hơn mặt đất tự nhiên Khoảng cách giữa 2 giếng liền kề nhau là 1,3m Đáy giếng ở cao độ -7,9m, số giếng là 150 cái, lưu lượng mỗi giếng q=45,12mP

3

P

/ngđ, cột nước cần hạ H=4,4m (Hình 1.3) Toàn bộ các giếng kim được hạ bằng phương pháp xói nước

Hình 1.3 Mặt cắt ngang hố móng trạm bơm Quế

Theo thiết kế thì sau 5 ngày vận hành mực nước ngầm trong hố móng

sẽ hạ xuống tới mức -4,1m nhưng thực tế mực nước ngầm ở giữa hố móng là

-1,1m và ở cạnh hàng giếng kim là -1,2m, có nghĩa là mực nước ngầm còn rất cao so với tính toán

Trước tình hình như vậy Chủ đầu tư đã cho phép nhà thầu thi công hạ tiếp thêm 2 giếng thường tại góc trái và phải hố móng bể xả trạm bơm với kích thước có 1,6x1,6m khả năng hút q=2560mP

3

P

/ngđ, cao trình đáy giếng là -4,0m, xung quanh là

gỗ kẹp phên rơm để chắn cát chảy Khi 2 giếng bắt đầu hoạt động kết hợp với hệ thống giếng kim thì MNN mới xuống dưới cao trình đáy móng

Việc hạ mực nước ngầm của Trạm bơm Quế bị thất bại là do một số nguyên nhân sau:

- Giếng kim hoạt động không đạt được lưu lượng thiết kế

- Khi hệ thống hoạt động, kiểm tra thì có nhiều giếng không lên nước là do lắp đặt không kín để ống hút mất chân không

- Khả năng tạo chân không trong toàn hệ thống giếng không đủ theo thiết kế

* Cống Vân Cốc huyện Phúc Thọ, tỉnh Hà Tây

Thiết kế sử dụng hệ thống giếng kim của Trung Quốc chế tạo để hạ mực nước ngầm xuống thấp hơn đáy móng ít nhất 0,5m (ở trung tâm móng) kết hợp với hàng cừ vây quanh hố móng ở phía ngoài hàng giếng kim 0,5m để đảm bảo đào móng trong điều kiện khô ráo

Khi giếng kim hoạt động nhà thầu thi công bắt đầu đào móng cống nhưng nước thấm vào nhiều nên không thể tiếp tục thi công được do hạ mực nước ngầm không đạt yêu cầu, hệ thống giếng hoạt động không hiệu quả

Hình 1.4 Hố móng cống Vân cốc có hàng cừ vây xung quanh và đã sử dụng hệ thống giếng kim tiêu nước nhưng không đạt hiệu quả

1.5.2 N hững nguyên nhân dẫn đến sự cố

1.5.2.1 Vấn đề quản lý của chủ đầu tư

Chưa chọn được nhà thầu có đủ kinh nghiệm và năng lực thi công hố móng sâu Khi giao thầu thiết kế, thi công đã lựa chọn những nhà thầu có giá thấp nhất và

thời gian thi công nhanh nhất Thiết kế quá vội vàng, chưa tính toán thấu đáo, thi công quá vội vàng không đảm bảo được an toàn tiêu nước hố móng

Chủ đầu tư không sát sao để nhà thầu chọn lựa, bố trí thiết bị tiêu nước chưa hợp lý

1.5.2.2 Vấn đề khảo sát hố móng

Kết quả khảo sát tại hiện trường là cơ sở cho thiết kế tính toán hố móng công trình, những vấn đề về khảo sát công trình thể hiện ở các mặt sau:

a) Địa chất thuỷ văn

Đơn vị khảo sát coi nhẹ công việc khảo sát địa chất thuỷ văn như: thiếu việc phân biệt cụ thể các tầng đất chứa nước ngầm khác nhau, hệ số thấm của các tầng đất thường hay suy dẫn từ các số liệu kinh nghiệm ở địa phương, không làm thí nghiệm chuyên ngành cụ thể, dẫn đến sai lầm

Đặc trưng của các tầng chứa nước thì cần có những chỉ dẫn về cấu trúc nham thạch của các lớp đất ở hiện trường; điều tra độ dày của tầng chứa nước, tính thấm

và lượng nước Nghiên cứu tính chất của nước ngầm, điều kiện bổ sung và tháo nước, từ đó đề ra phương án hạ mực nước ngầm hợp lí nhất

Nước ngầm ảnh hưởng đến hố móng có thể được chia ra làm 3 loại: nước chứa ở tầng trên, nước ở tầng giữa và nước có áp dưới đáy móng

Nước ở tầng trên phần nhiều là các tầng thấm nước ít không có mực nước ổn định, mực nước thay đổi theo thời tiết, từng vị trí khác nhau từng mùa khác nhau thì mực nước cũng khác nhau Nước chứa ở tầng trên nói chung có thể xem là tầng chứa nước thứ nhất của việc hạ mực nước cho hố móng sâu, ở tầng này mực nước nằm tương đối nông chỉ cần có biện pháp tiêu nước hợp lý

Nước ở các tầng giữa phân bố trong tầng đất rời rạc, trong các khe nứt của đất đá thường là nước không áp hoặc nước có áp thấp Mực nước trong cùng một vùng thì cơ bản là bằng nhau hoặc biến đổi có quy luật trong một phạm vi nhất định, lượng nước có thể tiếp nhận nước thấm ở tầng trên và nước chảy ngang cùng tầng ở tầng này việc xử lý thấm nước không khó khăn nhưng không được coi nhẹ

Nước có áp phân bố trong các lớp đất rời, trong vùng lòng chảo, nghiêng dốc, đứt gẫy của đá gốc Cột nước biến đổi theo vị trí của vùng đất Nước có áp do

có độ sâu lớn, cột nước cao, lượng nước nhiều nên sẽ nguy hiểm đối với đáy của hố móng sâu, có thể gây ra khó khăn cho việc xử lý nước ngầm

Những trị số tin cậy của hệ số thấm được lấy từ kết quả thí nghiệm hiện trường, thí nghiệm hút nước, bơm hoặc rót nước hiện trường ở khu vực thiết kế hạ mực nước ngầm

Khi giếng làm việc, môi trường thấm xung quanh giếng thay đổi như đất hạt mịn, … chuyển động theo dòng thấm đến xung quanh giếng làm tắc ống lọc Đất xung quanh giếng dưới tác dụng của áp lực thủy động và tăng trọng lượng nén ép từ phía trên xuống do rút nước khiến đất chặt hơn, giảm hệ số thấm,…làm giảm khả năng hút nước của giếng mà thiết kế chưa lường trước được

b) Vấn đề khảo sát

Không khảo sát thực địa tại hiện trường mà lấy số liệu ở các công trình lân cận, chưa xác định chính xác hệ số thấm đứng KR đ R, và hệ số thấm ngang KR n R, các lớp sét, phù sa xen kẹp, độ thô thủy lực,… hoặc tại các vị trí cục bộ có sự thay đổi gây ra tình trạng những số liệu khảo sát chênh lệch khá xa so với thực tế

Báo cáo khảo sát bỏ qua không đánh giá về nước ở tầng trên Do đó, không làm cho người thiết kế, thi công chú ý Sau khi đào hố móng, chênh lệch cột nước giữa trong và ngoài khá lớn, tạo ra thấm nước, trào nước, cát chảy ở thành hố móng, đất bột, cát bột chảy vào hố, gây ra sụp thành hố móng

Những báo cáo khảo sát nói chung đặc trưng cho các điều kiện tự nhiên bao gồm: Những tài liệu về địa hình của khu đất; các mặt cắt địa chất gắn liền với mặt bằng khu đất xây dựng Có tách ra các lớp chứa nước và các lớp không thấm, có chỉ

rõ mực nước xuất hiện và ổn định của nước ngầm trong các lỗ khoan hoặc áp lực trong ống đo của nước ngầm Thành phần của hạt đất ở các tầng chứa nước; những chỉ dẫn về các bể chứa nước, các dòng nước lộ thiên hoặc những nguồn nước ngầm nào khác có thể có ở gần khu đất xây dựng Những chỉ dẫn về sự dao động của MNN, các hệ số thấm nước, những chỉ dẫn về thành phần hóa học của nước ngầm

và khả năng ảnh hưởng của nó đối với các thiết bị bơm và lọc

Ngoài ra mưa, bão cũng gây ra nhiều nguy hại cho hố móng

Có một số nhà tư vấn thiết kế cho rằng, chỉ cần có số liệu về mực nước ngầm

và hệ số thấm là có thể thiết kế khống chế được nước ngầm rồi còn các vấn đề khác không quan tâm như các điều kiện về mức độ nằm sâu, bổ sung, dòng đi, dòng đến của nước ngầm, biến đổi địa chất thuỷ văn trước và sau khi đào, quy luật chuyển động của nước ngầm, áp lực nước v.v

Tư vấn thiết kế lấy các thông số của thiết bị chưa phù hợp với điều kiện hiện trường, thường vượt quá khả năng làm việc của thiết bị như: lưu lượng các giếng, khoảng cách giữa 2 giếng liên tiếp, độ sâu đặt giếng, …lớn hơn khuyến cáo của nhà cung cấp thiết bị

1.5.2.4 Vấn đề thi công hố móng

Nhà thầu thi công năng lực yếu, không chuyên nghiệp, kỹ thuật thấp nên đã

để xẩy ra những tình huống nguy hiểm

Chất lượng thi công kém do việc trúng thầu với giá rất thấp, đồng thời phải qua nhiều chi phí không đáng có nên họ không tuân thủ đúng thiết kế, bớt công, nguyên vật liệu, thi công không đúng thiết kế

Nhà thầu chọn thời điểm thi công không hợp lý như đang trong mùa mưa, bão nên mực nước ở các sông sẽ rất cao và lượng nước thấm vào hố móng sẽ rất lơn

Nhà thầu không có kinh nghiệm trong lắp đặt thiết bị nên lắp chưa chính xác, làm giảm hoặc mất chân không gây ra giảm hoặc mất khả năng hút nước của các giếng kim

Khi máy bơm hoạt động một số kim lọc bị tắc, ống lọc bị tắc do thi công chưa quan tâm đúng mức đến lớp lọc xung quanh giếng và nhất là ống lọc Lớp lọc

này không có, không đủ dày hoặc thành phần hạt không đúng làm giảm lưu lượng vào giếng, hệ số thấm theo các phương KR đ R, KR n R khác nhau

Quản lý thi công rối ren trong quá trình thi công hố móng một mặt hút nước trong hố móng đi Mặt khác lại cứ xả bừa nước sinh hoạt, nước thi công trên bờ thành hố móng, làm cho áp lực đất chủ động của kết cấu chắn giữ tăng lên Trong thời gian thi công, không quản lý tốt đường ống cấp nước chôn ngầm, ống bị rò nước, đẩy đất giữa các cọc đi, hoặc nước vào xung quanh hố móng quá nhiều, tải

trọng của kết cấu chắn giữ tăng lên

Chưa có kinh nghiệm trong quản lý vận hành dẫn đến vận hành không đúng quy trình Không phát hiện các hư hỏng cục bộ và xử lý kịp thời dẫn đến hiệu quả làm việc của các giếng không đều, hiệu suất các giếng thấp làm hệ thống vận hành không đồng bộ dẫn đến hạ mực nước ngầm không đạt được mong muốn

1.5.2.5 Vấn đề giám sát hố móng

Tại một số Công ty giám sát ở Việt Nam, quá trình tuyển nhân viên không đảm bảo yêu cầu Họ không kịp thời phát hiện ra những sai sót và không kịp thời

báo cho chủ đầu tư biết để xử lý

Giám sát không kịp thời ngăn chặn những sai phạm của đơn vị thi công, để cho đơn vị thi công làm bừa, làm ẩu

1.5.2.6 Vấn đề về thiết bị

Phần lớn thiết bị hạ mực nước ngầm đều phải nhập khẩu, giá thành thiết bị còn quá cao, không đồng bộ là những khó khăn lớn hiện nay Trong quá trình sử dụng dễ bị hư hỏng và việc thay thế thiết bị hư hỏng bằng các thiết bị khác không đúng chủng loại làm giảm hiệu suất của giếng

Trong quá trình vận hành, các thiết bị hạ mực nước ngầm không được bảo dưỡng đúng quy trình nên khi hoạt động sẽ giảm hiệu suất

1.5.3 Cách khắc phục và xử lý sự cố

1.5.3.1 Xử lý sự cố trong quá trình thi công

- Do đặc thù của kỹ thuật khoan giếng trong các lớp đất rời là phải khoan liên tục để tránh hiện tượng đất trên thành giếng bị sạt lở Ngay từ lúc khoan phải thay thế dung dịch bùn đất trong lỗ khoan bằng dung dịch sét thích hợp để bảo vệ thành

lỗ khoan

- Các công việc thi công giếng cần tiến hành liên tục cho đến khi lắp đặt xong kết cấu giếng, bơm sục rửa và bơm thử đạt yêu cầu mới kết thúc

- Trong quá trình thi công cần có các thiết bị kiểm tra, sẵn sàng xử lý sự cố

và các thiết bị theo dõi cần được lắp đặt đúng trình tự theo kết cấu giếng Các thiết

bị này cũng cần được kiểm tra chặt chẽ trước khi lắp đặt và kiểm tra khả năng hoạt động sau khi lắp đặt

- Cần có đội ngũ cán bộ công nhân có kinh nghiệm thi công, lắp đặt và quản lý vận hành giếng để đảm bảo kín khít, chuẩn xác, phát hiện và xử lý kịp thời các sự cố

- Mỗi giếng cần có nhật ký theo dõi tình hình hoạt động từ khi thi công đến lúc hoàn thành công trình và tháo dỡ giếng Các thông số cần theo dõi là: diễn biến MNN trong giếng, lưu lượng, độ hạ thấp mực nước, mực nước động, mực nước tĩnh, sự dao động mực nước theo thời gian bơm, áp lực chân không trong giếng, … Các máy bơm cần được đặt cố định, chắc chắn, vận hành không gây ra nhiệt độ tăng quá cho phép, rung động, có tiến ồn, cần luôn luôn theo dõi, bảo dưỡng, sửa chữa hoặc thay thế kịp thời để giếng làm việc liên tục

1.5.3.2 Trong quá tr ình hạ mực nước

Trong quá trình bơm nước giếng bị cát tràn vào nghiêm trọng, công việc bị gián đoạn Đó là vì, tầng hút nước đúng vào tầng cát bột mịn, vật liệu lọc cho vào

xung quanh giếng kim không thoả mãn điều kiện lọc ngược Một khi xảy ra hiện tượng này, phải thay ngay vật liệu lọc và lưới lọc để tránh cát ùa vào;

- Đối với giếng kim đã làm xong, chỉ cần rửa sạch bùn và phải ngừng rửa ngay

để tránh cát ùa vào làm sụt lở xung quanh giếng thậm chí ảnh hưởng đến cả mái dốc của hố móng

- Nếu các giếng kim khác hút nước ngầm với mức độ lớn, lại tiến hành rửa lại giếng, khi đó do mực nước ngầm đã giảm thấp áp lực nước đã nhỏ đi, cát chảy vào trong giếng giảm đi mạnh Nhưng do thời gian làm việc của giếng kéo dài quá, bùn đất đọng lại trong giếng khá nhiều, không dễ gì rửa sạch được Khi đó có thể dùng bơm nước phụt nước sạch xuống đáy giếng để quấy trộn bùn đất lên, đồng thời tranh thủ ngay thời cơ bùn đất bị quấy trộn ấy để hút bỏ hết đi, rửa đến tầng tự thấm, không được để còn đọng bùn cát trong giếng làm tắc tầng ngậm nước tự thấm

- Giếng kim sau khi đã rửa xong dùng vào việc hút nước phải bảo đảm hút liên tục, không được ngừng lại, bơm lại để tránh làm xáo động tầng cát, làm cho giếng

bị ùa cát lại Khi cần phải ngừng hút nước thì nên nâng máy bơm lên để tránh bị chôn lấp máy bơm

1.5.3.3 Tạo lớp lọc xung quanh giếng

Việc tạo lớp lọc ngược xung quanh giếng để tăng diện tích tiếp xúc của giếng

và môi trường đất có nước ngầm, tăng lưu lượng nước thấm vào giếng, tức là tăng khả năng hút nước của giếng Việc tạo lớp lọc này tốt sẽ giúp giảm được sự tắc ống lọc, đồng thời có thể giảm sự phức tạp của ống lọc, cho phép chúng ta chế tạo ống lọc không cần đến các lớp lưới thép bọc phía ngoài ống lọc mà hiệu quả lại tăng lên

rõ rệt Muốn vậy thì cấp phối hạt của lớp lọc quanh giếng hết sức quan trọng, nó không những phụ thuộc vào thành phần hạt của đất nền mà còn phụ thuộc vào đường kính các lỗ hút nước trên thân ống lọc

1.5.3.4 Tạo các hào cát xung quanh giếng

Tạo các hào cát dẫn nước thấm vào xung quanh giếng để nâng cao khả năng hút nước của giếng Khi đất chứa nước ngầm có hệ số thấm nhỏ, cần tạo các hào dẫn nước bằng cát sỏi xung quanh hố móng nối liên thông các giếng để tăng diện tích thấm nước vào giếng cả theo phương ngang và phương đứng, nhất là khi đất có

hệ số thấm hay địa chất không đều

Mặt khác, khi muốn thiết kế các giếng thường để hạ MNN thì việc tạo các hào dẫn nước là rất hiệu quả do tăng diện thoát nước của đất, tăng lưu lượng dẫn nước vào các giếng và lưu lượng hút của mỗi giếng Đồng thời độ cong đường bão hòa cũng giảm, đỉnh cao nhất của đường bão hòa được hạ thấp hơn, tránh được hiện

tượng sạt lở, sụt lỳn và giảm được ỏp lực nước ngầm xung quanh giếng cũng như hố múng do ngăn chặn (cắt) dũng thấm đi vào khoảng giữa 2 giếng liền nhau

Hào cát dẫn nước vào giếng

Giếng hút nước ngầm

(Cát hạt thô)

Hào cát dẫn nước vào giếng

Giếng hút nước ngầm (Cát hạt thô)

a) Sơ đồ HMNN bằng một hàng giếng b) Sơ đồ HMNN bằng hai hàng giếng

Hỡnh 1.5 Sơ đồ bố trớ hào cỏt dẫn nước vào giếng

1.5.3.5 Nõng cao chất lượng của cụng tỏc khảo sỏt

Khảo sỏt kỹ để phỏt hiện những vựng cú lớp xem kẹp làm giảm khả năng thấm đứng của nước trong mụi trường xung quanh giếng Ở vựng chõu thổ cỏc sụng

và nhất là ven sụng do sự hỡnh thành đất nền cú MNN cao thường do quỏ trỡnh bồi đắp kộo dài nhiều năm nờn trong quỏ trỡnh hỡnh thành thường gặp cỏc trận lũ kộo theo nhiều phự sa tạo thành cỏc lớp xen kẹp trong tầng cỏt mịn của đất nền Khi giếng kim hỳt nước thỡ khả năng thấm nước theo phương đứng giảm và tất nhiờn hiệu quả hạ MNN kộm Vỡ vậy, trước khi hệ thống giếng làm việc cần dựng vũi nước cao ỏp chọc thủng cỏc lớp xen kẹp này hoặc cú giải phỏp phự hợp để KR đ R≈KR n R

Tại cỏc vị trớ cục bộ cú thể địa chất thay đổi làm hệ số thấm giảm nhỏ, mà giếng kim lọc lại đặt đỳng vị trớ này sẽ bị tắc hoặc giảm hiệu quả tiờu nước

Cũng cú thể cú cỏc ống dũng do xúi ngầm tạo thành trong phạm vi hố múng, nếu chỳng ta khụng cú biện phỏp bịt chỳng trước khi hạ MNN thỡ hiệu quả cũng sẽ khụng đạt được

1.5.3.6 Khoanh vùng thấm mạnh

Khoanh các vùng thấm mạnh bằng dung dịch đất sét Tại các vị trí cục

bộ như: karst, khu vực có nhiều cuội sỏi, phía gần các nguồn cung cấp nước ngầm (sông, hồ, bể chứa nước,…) cần phải được bịt trước khi hệ thống giếng kim lọc vận hành

1.5.3.7 Tường ngăn nước kết hợp hạ MNN

Giải pháp kết hợp tường chắn nước xung quanh phạm vi cần hạ MNN và tiêu nước ngầm Để giảm lượng nước ngầm xung quanh thấm ngang vào khu vực

hố móng và nâng cao hiệu quả giảm áp lực nước ngầm của hệ thống giếng kim, người ta đóng hàng cừ chống thấm, khoan phun dung dịch đất sét, xi măng đất,…

để tạo thành tường chống thấm xung quanh hố móng trước khi hạ hệ thống giếng

Tất cả các loại tường ngăn nước đó đều có một công dụng chung là không tiêu nước trong hố móng đã được vây quanh mà chỉ giảm gra-đi-en và giảm nhiều lưu lượng nước chảy vào hố móng Mức độ này phụ thuộc vào chất lượng thi công bản thân tường chống thấm (đặc biệt trong trường hợp gây băng giá, phụt vữa xi măng, phụt vữa xi-li-cát vào đất), chiều sâu cắm vào trong đất của tường chống thấm kể từ cao độ đáy hố móng trở xuống, độ kín nước của tường chống thấm, sự liên kết giữa các tường chống thấm và tầng không thấm nước

Tường chống thấm làm giảm lưu lượng nước vào hố móng nên việc đào đất được tiến hành một cách dễ dàng, làm giảm đầu nước của nước ngầm trong đất nền, giảm sự đe doạ phá huỷ đất mái đào Ngoài ra, chúng còn làm tăng độ ổn định của các mái đê quai và hố móng, do đó có thể đào các mái này dốc hơn

Các tường chống thấm không có khả năng chống tác động của nước ngầm ở đáy móng công trình Vì vậy cũng cần bố trí thêm hệ thống tiêu nước hoặc hạ MNN Ngoài ra, khi các ván cừ hoặc các lỗ khoan để thi công tường chống thấm cắm vào tầng chống thấm, sự nguy hiểm phá huỷ nền công trình lại tăng lên

a) Tường ngăn bằng cừ chống thấm:

Việc sử dụng các hàng cừ chống thấm vây xung quanh hố móng không những để ngăn hố móng với các sông hồ (đóng vai trò đê quai) mà còn giảm nước ngầm thấm vào hố móng Phương pháp này được áp dụng rất rộng rãi vì:

+ Cừ chống thấm có thể sử dụng để bịt kín bất kỳ lớp kẹp nào kể cả những lớp mỏng nhất mà phương pháp lọc nước ngầm chưa chắc đã giải quyết được

+ Tường ngăn nước bằng cừ chống thấm cho phép thực hiện sự nối tiếp chắc chắn với tầng không thấm nước, có thể hạ cừ xuống tới tầng không thấm nước và cắm ngập một phần vào tầng đó

+ Khi vận hành các tường bằng cừ chống thấm không đòi hỏi phải có đường ống hoặc thiết bị gây khó khăn hoặc gây chật chội cho quá trình thi công trong hố móng và cũng không đòi hỏi phải phục vụ năng lượng hoặc cung cấp bổ sung

+ Các tường ngăn này có thể thi công một cách rất nhanh chóng Ngoài ra khi thi công không đòi hỏi phải có các thiết bị chuyên môn gì ngoài búa máy hoặc búa rung, chúng có thể thi công được bằng các cần trục dùng tại công trường để đổ

bê tông, đặt cốt thép, ván khuôn,

+ Việc tháo dỡ các tường ngăn loại này rất đơn giản và có thể thực hiện được bằng cùng một loại thiết bị đã sử dụng để hạ cừ như cần trục và búa rung Ngoài ra,

có thể sử dụng lại các ván cừ này vào việc tiếp theo (thông thường khoảng 70÷75% tổng số ván cừ)

Các tường ngăn bằng cừ có thể sử dụng đồng thời làm tường chắn đất nên sử dụng tại các hố móng có diện tích nhỏ hoặc chiều rộng không lớn lắm hoặc tại các

khu vực riêng biệt, sâu nhất của hố móng Khi toàn bộ diện tích khu vực bị quây có thể khống chế được bởi các cần trục đặt trên mép hố móng và khi có thể giảm được một cách cơ bản khối lượng đào và đắp đất hoàn thổ

b) Tường ngăn bằng cách phụt các loại hồ vào các kẽ hổng hoặc các vết nứt của nham thạch

Tường ngăn được tạo nên tường ngăn bằng cách phụt các loại vữa xi măng, đất sét, bi-tum, vữa chống thấm sika và vữa si-li-cát vào các kẽ hổng, các vết nứt của nham thạch hoặc các kẽ hổng của đất

Phương pháp phụt hồ xi măng được sử dụng để bịt kín các vết nứt nẻ rộng từ 0,15m m trở lên trong các nham thạch cứng và các kẽ hổng trong đất sỏi Điều kiện bắt buộc để phụt hồ xi măng có hiệu quả là tôc độ thấm không được quá lớn, vì nếu tốc độ lớn thì hồ xi măng bị nước cuốn lôi đi ra khỏi phạm vi cần bịt kín trước khi

Phương pháp phụt hồ si-li-cat trong đất cát với hệ số thấm không quá 80m/ngày đêm trong những trường hợp cá biệt khối lượng không lớn

1.6 Biện pháp thi công giếng kim

Có rất nhiều biện pháp thi công giếng kim đã được sử dụng nhưng thông dụng nhất là 2 biện pháp là khoan tạo lỗ và xói nước Dưới đây là nguyên lý và các chú ý khi thi công hạ giếng

1.6.1 Biện pháp xói nước

Đây là biện pháp chủ yếu để hạ giếng kim Máy bơm đẩy nước cao áp vào trong thân ống, van bi bị nước đẩy xuống và nước sẽ chui vào qua đáy ống ra ngoài, rồi theo mặt ống ra ngoài mà đi ngược lên trên làm cho đất ở đáy và xung quanh ống lọc bị xói, tan rã và đi theo nước lên phía trên Dưới tác dụng của trọng lượng bản thân, ống kim lọc tụt dần xuống tới độ sâu thiết kế Sau đó đổ xung quanh ống kim lọc cát to hạt và sỏi đến vị trí cao hơn MNN, làm thành lớp lọc ngược Khi đổ cát vẫn phải bơm nước để duy trì thành lỗ khoan, sao cho các hạt cát vẫn có thể lắng xuống được mà vách đất vẫn không bị sụt Trên miệng lỗ người ta phải lèn đất sét

để giữ không cho không khí lọt qua lớp cát to hạt vào ống lọc

1.6.2 Biện pháp khoan tạo lỗ

Phương pháp này tương đối phức tạp, đòi hỏi trình độ kỹ thuật thi công cao, lành nghề, có dây chuyền công nghệ thi công chặt chẽ Hạ giếng bằng phương pháp này thì hiệu quả làm việc của giếng rất tốt, tuy nhiên giá thành để hạ giếng đắt hơn

so với phương pháp xói nước nên chỉ dùng khi thi công các giếng sâu và quan trọng

để hạ MNN lâu dài cho công trình hoặc để khai thác nước ngầm phục vụ dân sinh

Nội dung dây chuyền thi công gồm:

- Tạo lớp lọc xung quanh giếng

- Bơm thổi rửa giếng

- Bơm kiểm tra

- Lắp đặt hệ thống máy bơm

- Bơm hút thử kiểm tra lưu lượng đơn vị mỗi giếng

Quá trình xây dựng các công trình thuỷ lợi, thuỷ điện thường gặp rất nhiều

khó khăn bởi điều kiện tự nhiên Một trong các khó khăn đó là việc xử lý hố móng công trình trong điều kiện mực nước ngầm dâng cao Tuy nhiên, nhờ có khoa học

kỹ thuật và công nghệ phát triển , nên công tác tiêu nước và bảo vệ mái hố móng cũng có nhiều thành tựu đáng kể Nhiều loại máy móc thiết bị và công nghệ tiên

tiến đã được áp dụng vào thi công, nhiều công trình quan trọng , quy mô lớn đã được thi công an toàn

Tiêu nước và bảo vệ mái hố móng trong điều kiện mực nước ngầm dâng cao tại Việt Nam đã được áp dụng từ lâu nhưng cho đến nay nhiều công trình khi thi công vẫn chưa đạt được hiệu quả mong muốn

Vì vậy, việc tiếp tục và thường xuyên nghiên cứu các phương pháp tiêu nước, áp dụng các giải pháp công nghệ phù hợp trong xây dựng luôn luôn cần thiết

CHƯƠNG 2: NHỮNG GIẢI PHÁP TIÊU NƯỚC VÀ BẢO VỆ MÁI HỐ MÓNG TRONG ĐIỀU KIỆN MỰC NƯỚC NGẦM DÂNG CAO:

2.1 Ảnh hưởng của mực nước ngầm đối với hố móng công trình

2.1.1 Ảnh hưởng của nước ngầm tới mái hố móng:

Nguyên nhân chính làm sụt lở mái đào thường là do nước ngầm và nước mặt, nước làm cho mái bị biến dạng: nước làm cho khối đất ở mái trở nên nặng hơn Do

đó làm tăng nguy cơ trượt mái, nước làm giảm lực ma sát và lực dính của đất, nước làm cho đất bị mềm ra và tác động như chất bôi trơn ở các bề mặt tiếp giáp giữa từng lớp đất (đá mác – nơ, đá phấn, đất sét, á – sét) Nước gây áp lực thuỷ động vào đất, làm giảm độ ổn định của mái ( khi có dòng thấm từ trong mái ra) và của nền mái ( khi tiêu nước hố móng và khi có nước áp lực), nước phá hoại các mái khi có dòng chảy mặt và khi có dòng thấm nước ngầm từ trong mái ra ( xói ngầm )

Có trường hợp, mái sụt lở thường xảy ra do lớp đất này kẹp với lớp đất khác, khi chúng có độ sệt khác nhau Hiện tượng kẹp đó xảy ra theo các lớp kẹp rất mỏng, không thể nhìn thấy trong quá trình khảo sát địa chất thông thường Đôi khi các lớp kẹp thấm nước đó lại nguy hiểm hơn cả các lớp dầy hơn, các lớp này thường lại có tác dụng tiêu nước và làm cho khối đất ở phía trên chúng được khô ráo Các lớp kẹp mỏng làm cho vùng tiếp giáp giữa các lớp đất bị ướt và làm giảm lực ma sát và lực dính tại nơi đó

Khi thi công, nếu hố móng bị ngập nước sẽ hạ thấp cường độ của đất nền, tính nén lún tăng lên, công trình sẽ bị lún quá lớn, tạo ra lún phụ thêm của móng Điều đó sẽ trực tiếp ảnh hưởng đến chất lượng và an toàn của công trình xây dựng

2.1.2 Ảnh hưởng của MNN tới lớp đất nền của đáy móng

Khi tiêu nước hố móng thường hay xảy ra hai trường hợp hư hỏng nền như sau:

- Trường hợp 1: độ dốc thuỷ lực ( gradien thuỷ lực) của dòng thấm dưới nền vượt

quá cho phép của đất nền dẫn đến xói ngầm

Hiện tượng xói ngầm là hiện tượng đất nền bị dòng nước thấm lôi cuốn đi Hiện tượng này chỉ xuất hiện trong những đất rời hoặc ít dính như đất cát, cát pha sét Lúc đầu những hạt đất nhỏ bị cuốn đi và khi lưu tốc tăng thì những hạt đất lớn

hơn cũng bị lôi cuốn đi, còn lại một cơ cấu đất tơi xốp Nền đất này rất dễ lún, hoặc

có những đường nước thấm tập trung, làm suy yếu từng vùng đất,… Mức độ xói rỗng và phá hoại cơ cấu đất nền càng tăng, khi chiều sâu hố móng càng sâu so với MNN và cường độ bơm nước ra khỏi hố móng càng lớn

* Hiệu quả của các giải pháp ngăn ngứa xói ngầm được đánh giá bởi gradien thuỷ lực của dòng thấm tại phần nước thấm vào hố móng:

hR n R – Chiều dày lớp nước trên đáy hố móng(m)

hR đ R – Chiều dày lớp đất không thấm dưới đáy hố móng(m)

γ và γR đ R– Dung trọng của nước và dung trọng đẩy nổi của đ ất (T/mP

h h H

Nước có áp Hình 2.1 Nước ngầm có áp tác dụng lên lớp đất không thấm ở đáy móng có thể gây bục đáy hố móng

Muốn ngăn ngừa hiện tượng xói ngầm và bục đáy móng do nước ngầm người ta áp dụng những biện pháp bảo vệ nền bằng cách dùng các giếng kim giảm

áp Biện pháp kéo dài đường nước thấm thông thường bằng cách quây toàn bộ hố móng hoặc phần sâu nhất của móng bằng cừ thép, biện pháp bố trí màn chống thấm xung quanh hố móng bằng các giải pháp khác nhau như hào bentonite, khoan phụt tạo màng chống thấm

Khi đào móng phát hiện thấy hiện tượng có dòng xói mạnh từ đáy móng phải

xử lý ngay bằng cách đổ cuội sỏi vào Khối sỏi đổ lên trên mạch nước có nhiệm vụ thoát nước và giảm áp Trong trường hợp cát hoặc á – cát ở nền công trình bị các mạch nước phá huỷ, có thể sử dụng các thiết bị kim lọc để thoát nước và giảm áp

Trong những trường hợp đất bùn, đất dính có thể thay thế đất đã bị các mạch nước làm xốp ra hoặc đất không thể sử dụng làm nền công trình bằng cách đổ cát thay thế rồi nén chặt bằng phương pháp thông thường hoặc bằng kim lọc

2.2 Các phương pháp cơ bản tiêu nước và bảo vệ mái hố móng

Có hai phương pháp tiêu nước hố móng cơ bản là tiêu nước trên mặt và hạ thấp mực nước ngầm

2.2.1 Phương pháp tiêu nước mặt

2.2.1.1 Điều kiện áp dụng:

- Hố móng nằm ở tầng đất hạt thô, hệ số thấm lớn

- Dưới đáy hố móng không có tầng nước ngầm áp lực hoặc đáy hố móng cách tầng nước ngầm áp lực với chiều dày đủ lớn để không sinh hiện tượng nước đẩy ngược

- Thích hợp với phương án đào móng theo từng lớp

2.2 1.2 Ưu nhược điểm:

Ưu điểm: phương pháp này đơn giản, rẻ tiền

Nhược điểm: Thoát nước bằng phương pháp này không thể hoàn toàn ngăn

được hiện tượng cát chảy, đồng thời với việc nước ngầm ào ào vào trong hố móng,

đất ở bốn xung quanh hố móng cũng ào vào theo, có thể dẫn tới sụt lở thành hố móng, hạ thấp cường độ của đất đáy hố móng

2.2.1.3 Bố trí hệ thống tiêu nước mặt

Nguyên tắc chung: bố trí hệ thống tiêu nước hố móng gây ảnh hưởng ít nhất đến quá trình thi công

Hệ thống tiêu nước thường thay đổi theo từng thời kỳ thi công ở hố móng

1) Bố trí tiêu nước thời kỳ đầu:

Tổng lượng nước bơm từ hố móng bao gồm:

a) Lượng nước ban đầu đọng trong hố móng;

b) Lượng nước thấm qua đê quai hoặc nền đê quai, qua đáy và mái hố móng và

cả do nước mưa

c) Ngoài ra còn thêm những thể tích nước đáng kể thấm qua các đoạn đê quai

thi công không đảm bảo chất lượng Một khối lượng nước đáng kể nằm trong các kẻ hổng của đất đào trong hố móng một phần khối lượng nước đó được chuyển ra khỏi hố móng cùng với đất Phần còn lại phải bơm đi bằng các phương tiện tiêu nước

Thời kỳ đầu cần tháo cạn nước đọng trong hố móng bằng bơm Các máy bơm có thể đặt ở các vị trí thay đổi phụ thuộc vào mực nước đọng, có thể đặt trên hệ thống phao nổi

2) Bố trí hệ thống tiêu nước trong thời kỳ đào móng

Việc bố trí phụ thuộc vào phương pháp đào móng và đường vận chuyển để

bố trí hệ thống mương chính

Hình 2.2 Một kiểu bố trí rãnh tiêu trong quá trình đào móng

3) Bố trí hệ thống tiêu nước thường xuyên

Sau khi đào xong hố móng, cần phải duy trì cho móng khô ráo bằng hệ thống mương rãnh và hố tập trung nước xung quanh hố móng để bơm ra các rãnh tiêu nước và dẫn chúng đến các máy bơm Các rãnh này thường bố trí theo đường chu vi

hố móng và ở các cơ bên ngoài đường viền nền công trình, ở ngay giáp các chân mái

Ðê quai

Hình 2.3 Bố trí hệ thống tiêu nước thường xuyên

Thông thường mương rãnh có mặt cắt hình thang Mương chính có độ sâu h=1÷1,5m, đáy b≥0,3m, độ dốc i≥0,002 Mương nhánh h=0,3÷0,5m, b=0,3m, i≥0,002

Giếng tập trung nước có đáy thấp hơn đáy mương chính 1m, diện tích 1,5x1,5m hoặc 2,5x2,5m

Mép của mương tiêu phải cách chân mái hố móng ≥ 0.5m

Trường hợp mương rãnh và hố tập trung nước có mái thẳng đứng thì cần dùng gỗ ván và văng chống để giữ mái Vị trí các văng chống căn cứ vào phân bố áp lực đất:

E1

E2E3E4

67,2

ϕγ

c

h2=0,62hR1R; hR3R=0,52hR1R; hR4R=0,46hR1R; hR5R=0,42hR1

Trong đó: hR 1 R,hR 2 R là cự ly các thanh chống (m) ( xem Hình 2.4)

σ- ứng suất cho phép của gỗ (daN/cmP

2.2.1.4 Xác định lượng nước cần tiêu

Hình 2.5 Sơ đồ xác định lượng nước cần tiêu thời kỳ đầu

t Q

T W

QR t R -lưu lượng thấm vào móng (đối với hố móng vùng đồng bằng có thể gần

đúng lấy QR t R=(1-:-2)W/T, khi đó ta có

T

Q= (2÷3)W

nhưng nói chung khi tính QR t R

ta nên căn cứ vào sơ đồ thấm để tính cho chính xác)

Nếu chưa định trước được thời gian bơm cạn hố móng T và có xét đến

ổn định mái móng thì có thể tính như sau:

t Q

Q= ×∆ + 24 hω

ω - diện tích bình quân của mặt nước trong hố móng hạ thấp trong một ngày đêm (mP

2

P

) Δh- tốc độ hạ thấp mực nước trong hố móng (m/ngđ), thông thường Δh = 0,5-:-

1m/ng đ

Có lưu lượng Q và cột nước cần bơm H, ta chọn được số lượng và chủng loại máy bơm Trong quá trình bơm cần theo dõi và điều chỉnh số máy bơm cho phù hợp với tốc độ bơm cạn Δh để không gây sạt lở mái hố móng

3

h m h F

m a W

QR m R- Lưu lượng mưa đổ vào hố móng(m3/h)

QR d R - Lượng nước thoát ra từ khối đất đào móng, trường hợp đào đổ lên ô tô chở ngay ra khỏi phạm vi hố móng thì QR d R =0 (m3/h)

F- Diện tích hứng nước mưa của hố móng(m2)

h - Lượng mưa bình quân ngày(m)

W- Thể tích khối đất đào ở dưới mực nước ngầm(m3)

Q=QR m R+QR 1 R+QR tcTrong đó :

QR tc R- nước thải ra hố móng trong qua trình thi công, như nước rửa vật liệu, nước bảo dưỡng bê tông…

Sau đây là một số sơ đồ tính thường gặp:

a) Lưu lượng thấm qua đê quai

Có thể tham khảo sơ đồ tính đơn giản sau đây, trường hợp cụ thể có thể vận dụng các bài toán qua đập của các công trình thuỷ công

Lưu lượng đơn vị thấm qua đê quai có thể xác định theo công thức sau

L

Y T T H K Q

2

)()

H

T

l1 l

Hình 2.6 S ơ đồ tính toán thấm qua đê quai ở trên nền đất thấm

b, Lượng nước thấm từ mái hố móng hoàn chỉnh

R h

R2 R1

b

2

h H2

h H k R

h H Q Q

=

2

2 2 2

1

2 2 1

h H K

Q t

+

−

= lg

) (

36 ,

(2.11)

Nếu hố móng ở gần sông

Q=QR ts R+QR td R

A

R A

H K A

R A

H

2

2 2

1

2 1

lg

36 , 1 lg

) 1 ( 36

, 1

+

Ω +

+

Ω

−

Ω - tỷ số giữa phần chu vi móng có nước thấm từ sông vào với tổng chu vi móng (m)

c) Lượng nước thấm vào hố móng không hoàn chỉnh

Việc xác định lượng nước ngầm chẩy vào các đường hào và hố móng không hoàn chỉnh gặp nhiều khó khăn đáng kể Trong nhiều trường hợp, để tiêu nước cho các hố móng không hoàn chỉnh phải sử dụng phương pháp hạ nước ngầm để bảo đảm giữ nguyên vẹn cho nền, không cho cấu tạo của đất bị phá huỷ

Có thể gần đúng tính riêng như thấm từ mái hố móng hoàn chỉnh và cộng thêm lượng nước thấm từ đáy lên

Lượng nước thấm từ đáy móng lên QR t3 R khi tính toán sơ bộ có thể tham khảo trị số trong Bảng 2.1

Bảng 2.1 Lượng thấm từ đáy móng lên (QR t3 R)

S So

∆S

H

R ro

3

Q' Q''

t

Hình 2.8 Sơ đồ tính toán giếng không hoàn chỉnh

Công thức tổng quát để tính lưu lượng thu nước của hệ thống giếng kim vây xung quanh hố móng được tính như một giếng lớn bán kính rR 0 R, bán kính ảnh hưởng

++

−

=+

=

t r

r R t r

r R S

S S H KS Q

Q Q

5,0lglg

)5,0(73.2'''

0 0

0

0 0

U

Chú ý:UKhi nước thấm từ phía sông và phía đồng khác nhau thì ta tính theo nguyên

lý cộng tác dụng trên cở sở công thức trên

2.2.1.5 Một số vấn đề cần xử lý khi tiêu nước mặt

Quá trình bơm cần phải theo dõi điều chỉnh lưu lượng bơm ( thay đổi số máy bơm) cho phù hợp Có thể xảy ra 3 trường hợp sau:

1 Mực nước rút quá nhanh Δh>0,5÷1m/ngđ, cần phải giảm số máy bơm cho phù hợp, tránh sạt lở mái hố móng

2 Mực nước rút quá chậm, cần xử lý chống rò qua hang hốc xung quanh hố móng

3 Mực nước rút đến mức nào đó rồi không rút nữa thì cần tăng số máy bơm

Đế xác định lưu lượng cần bơm tăng thêm ta làm như sau:

H h

Hình 2.9 S ơ đồ tính toán lưu lượng bơm bổ sung

Lưu lượng đang bơm ra QR 1 Rđã biết ( căn cứ vào số máy đang bơm), ta có

gh

Q1 =µω 2 (2.14a)

H - là chênh lệch mực nước giữa phía ngoài và trong hố móng

Để bơm cạn hố móng ta phải bơm với lưu lượng là Q:

gH

Q =µω 2 (2.14 b)

Từ 2.14a, 2.14b với µω 2g coi là như nhau ở 2 công thức đó ta có:

gH Q

Q (2.15)

Với trị số ΔQ và H đã có ta chọn thêm số máy bơm cần thiết

2.2.1.6 Những lưu ý khi tiêu nước mặt

Trường hợp hố móng lớn và trong mùa mưa phải bố trí thêm các rãnh phụ nhỏ hơn việc bố trí các rãnh đó phải phù hợp với cao độ đặt và các kết cấu của công trình, và cũng phải phù hợp với cách thức tổ chức thi công nói chung

Tuỳ từng loại đất mà ta có biện pháp chắn giữ mái rãnh tiêu nước cho phù hợp Đối với loại đất tương đối ổn định có thể đào rãnh tiết diện hình thang, không

có gia cố Đối với đất không ổn định phải đào rãnh và gia cố mái bởi các tấm ván phẳng đứng hoặc với các thành đứng bằng các cây gỗ bổ đôi, đằng sau các thành đó

và ở dưới đáy rãnh đổ sỏi

Để tránh cho các rãnh tập trung nước khỏi bị hư hỏng hoặc bị tắc vì rác rưởi tại các chỗ chúng cắt qua đường phải đặt các ống hoặc lát gỗ lên trên rãnh

Tính toán kích thước các giếng tập trung nước từ hố móng chảy qua các rãnh vào giếng sao cho các máy bơm có thể hoạt động liên tục từ 5÷10 phút Các kích thước tối thiểu của giếng trong bình diện phải được xác định căn cứ vào yêu cầu làm vệ sinh giếng được thuận tiện, trong thực tế kinh nghiệm nên lấy bằng 1,5x1,5 Chiều sâu của giếng được xác định từ điều kiện lưới của ống hút phải ngập hoàn toàn khi nước ngầm trong hố móng bị hạ tới mực thấp nhất Đối với các máy bơm không lớn, chiều sâu đó có thể lấy bằng 1~2m và đối với các máy bơm lớn hơn tới 5m Trong các trường hợp khi các giếng tập trung nước đồng thời còn được sử dụng

để hạ mức nước ngầm trong hố móng, chiều sâu của chúng phải được xác định qua tính toán

- Đáy móng trên tầng không thấm mỏng và phía dưới là nước áp lực

- Khi thi công đòi hỏi phải hạ mực nước ngầm xuống sâu

2.2.2.2 Ưu nhược điểm

1) Ưu điểm

- Làm cho đất trong hố móng khô ráo, dễ thi công

- Khi hạ nước ngầm, đất nền được nén chặt hơn, an toàn cho công trình, đồng thời giảm bớt được khối lượng mở móng do tăng được góc dốc của mái móng

2) Nhược điểm

- Phương pháp này phức tạp, đắt tiền

- Nhược điểm lớn nhất đối với sự làm việc bình thường của giếng kim là mất chân không tức là hiện tượng hút không khí vào ống hút Chỉ cần MNN hạ thấp hơn mặt trên của đoạn lọc là ống lọc bị hở, giếng mất chân không sẽ ngừng làm việc và

có thể dẫn đến hệ thống cũng ngừng làm việc

Hạ thấp mực nước ngầm được thực hiện chủ yếu nhờ thiết bị kim lọc kiểu chân không, kim lọc kiểu dòng phun và các giềng tập trung nước (giến ống) có máy bơm sâu

2.2.2.3 Phương pháp hạ MNN bằng giếng thường

- Cấu tạo: Gồm ống thành giếng và ống lọc nước, máy bơm hút nước ở mỗi giếng, ống tập trung nước, trạm bơm và ống dẫn xả nước Ống thành giếng có thể dùng loại ống gang đúc, ống bê tông cốt thép, ống nhựa có đường kính từ 200÷350mm Ống lọc có thể dùng cốt thép hàn thành khung, bên ngoài bọc lưới lọc

(mắt lưới 1ữ2mm), dài 2ữ3m (Hỡnh 2.10), cũng cú thể dựng ống liền đục lỗ, bờn ngoài bọc lưới thộp mạ kẽm (Hỡnh 2.11) hoặc dựng ống bờ tụng cốt thộp

400~500

ngoài ống lọcChi tiết A

150~250

ống hút Thân ống

ống hút

ống ngoài bằngthép hoặc gang

D

A A

- Bố trớ giếng: Trước tiờn phải xỏc định tổng

lượng nước chảy vào hố múng, kiểm tra khả

năng hỳt nước giới hạn của một giếng, từ đú

xỏc định được số lượng giếng Thường bố trớ

giếng phõn bố đều ở mộp ngoài hố múng theo

số lượng đó xỏc định Đối với hố múng rộng và

sõu thỡ cú thể bố trớ trờn cỏc cơ của mỏi hố

nước

Khoan lỗ có thể bằng phương pháp ống lồng, giữ thành bằng dung dịch sét, cũng có thể dùng khoan xoắn ốc, nhưng đường kính lỗ phải lớn hơn đường kính ngoài của ống giếng 15÷250mm, rút hết bùn ở đáy ống ra, hạ giếng ống xuống, dùng ống chính để nối các ống giếng lại Giữa thành lỗ và giếng ống thép lấp kín bằng sỏi đường kính 3÷15mm để làm tầng lọc nước Ống hút nước dùng loại ống cao su, ống nhựa PVC hoặc ống thép đường kính 50÷100mm Đáy ống phải ở bên dưới MNN thấp nhất khi rút nước

- Rửa giếng: Ống gang đúc có thể rửa bằng pittông và máy nén khí Ống bằng các loại vật liệu khác rửa bằng máy nén khí, rửa đến khi nước trong mới thôi Trong khi hút nước phải thường xuyên kiểm tra, quan sát động cơ điện và các thiết

bị khác, đo MNN, ghi lại lưu lượng của nước bơm ra

Giếng thường thích hợp với tầng cuội sỏi có hệ số thấm lớn, lớp đất có lượng nước ngầm phong phú (lượng nước xả của mỗi giếng ống có thể đến 50÷100mP

2.2.2.4 Phương pháp hạ MNN bằng giếng kim dạng chân không

Trường hợp hố móng lớn, hệ số thấm của đất nhỏ (KR t R=4÷10cm/s) nếu dùng giếng thường thì không kinh tế và không hiệu quả, mà phải dùng hệ thống giếng kim để hạ MNN

Hệ thống giếng kim ( kim lọc) gồm những ống lọc nhỏ cắm xung quanh hố móng Các giếng kim nối liền với nhau bằng ống chính tập trung nước Đường ống chính nối với các thiết bị bơm gồm bơm chân không và bơm ly tâm…

Khi xây dựng công trình Thuỷ lợi trên nền đất cát sỏi và á sét có hệ số thấm K=(1÷100)m/ngđ thường dùng thiết bị kim lọc vì lắp ráp và sử dụng đơn giản thiết

bị kim lọc có hiệu quả cao khi K= (4÷40)m/ngđ

ng giếng kim

ng thu nước

Bơm nước

ng thu nước Tầng chứa nước

Hố móng

MNN

ố ố

ố

Hỡnh 2.13 B ố trớ hệ thống giếng kim xung quanh hố múng

1

2 3

4

8 9