đánh giá điều kiện địa chất thuỷ văn phục vụ công tác thiết kế hệ thống tháo khô xây dựng tầng hầm công trình trường quốc tế việt úc – một phần lô m9, khu a, phú mỹ hưng, nam tp hồ chí minh

Mục tiêu của đồ án tốt nghiệp - Đánh giá các điều kiện địa chất thủy văn ở một phạm vi nhỏ phục vụ xây dựng công trình; - Kiểm chứng lại những điều điện địa chất thủy văn tại khu vực cô

MỤC LỤC

TÓM TẮT 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 5

1.1 MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN 5

1.2 CÁC NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC 5

1.2.1 Ngoài nước 5

1.2.2 Trong nước 6

1.3 THÔNG TIN VỀ KHU VỰC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU 7

1.3.1 Khái quát quy mô, tính chất công trình 7

1.3.2 Đặc điểm vị trí địa lý 7

1.3.3 Đặc điểm địa hình địa mạo 8

1.3.4 Đặc điểm khí tượng thủy văn 8

1.3.5 Đặc điểm địa chất khu vực công trình nghiên cứu 9

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 12

2.1 PHƯƠNG PHÁP THU THẬP, TỔNG HỢP, XỬ LÝ TÀI LIỆU, SỐ LIỆU 12

2.2 PHƯƠNG PHÁP MÔ HÌNH 14

2.2.1 Phần mềm sử dụng 14

2.2.2 Lý thuyết mô hình 15

2.5.3 Sơ đồ hóa vùng lập mô hình 22

2.3 PHƯƠNG PHÁP KIỂM ĐỊNH MÔ HÌNH 24

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 25

3.1 ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT THỦY VĂN KHU VỰC NGHIÊN CỨU 25

3.1.1 Kết quả quan trắc mực nước xuất hiện 25

3.1.2 Đặc điểm địa chất thủy văn 25

3.2 MÔ HÌNH DÒNG CHẢY NƯỚC DƯỚI ĐẤT 29

3.2.1 Xây dựng mô hình 29

3.2.2 Giải bài toán ngược ổn định và kiểm định mô hình 36

3.2.3 Tính trữ lượng tĩnh từ kết quả của mô hình 42

3.2.4 Tính trữ lượng động từ kết quả mô hình 43

3.3 KIỂM ĐỊNH KẾT QUẢ TÍNH TOÁN TỪ MÔ HÌNH 44

3.4 ĐỀ XUẤT BIỆN PHÁP THÁO KHÔ 45

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 47 TÀI LIỆU THAM KHẢO 50

qp 2-3 : Tầng chưa nước lỗ hổng các trầm tích Pleistocen giữa – trên

Danh mục bảng

Bảng 2.1: Bảng TCVN liên quan đến khảo sát địa chất thủy văn 12

Bảng 2.2: Bảng thông tin lỗ khoan thu thập để làm tài liệu tham khảo 14

Bảng 2.3: Dữ liệu lượng mưa của TP.HCM tại trạm Tân Sơn Hòa (2005-2010) 20

Bảng 2.4: Bảng phân vùng của rạch Cả Cấm 21

Bảng 2.5: Bảng kết quả hệ số thấm từ thí nghiệm bơm hút 21

Bảng 2.6: Bảng hệ số nhả nước đàn hồi và trọng lực của đất đá 22

Bảng 2.7: Bảng tổng độ lỗ rỗng của đất đá các tầng chứa nước 22

Bảng 3.1: Bảng kết quả quan trắc nước dưới đất 25

Bảng 3.2: Bảng đặc điểm địa chất thủy văn các tầng chứa nước nghiên cứu 27

Bảng 3.3: Bảng các thông số địa chất thủy văn của các tầng chứa nước 31

Bảng 3.4: So sánh giữa cốt cao mực nước mô hình tính toán và mực nước quan trắc thực tế 36

Bảng 3.5: Bảng thống kê tính cốt cao mực nước áp lực H 43

Bảng 3.6: Bảng thống kê các thông số để tính trữ lượng tĩnh 43

Bảng 3.7: Bảng tính trữ lượng tĩnh của các tầng chứa nước 43

Bảng 3.8: Bảng tính gradient áp lực I của các tầng chứa nước 44

Bảng 3.9: Bảng so sánh kết quả trữ lượng động tính toán và lưu lượng bơm hút tại lỗ khoan thí nghiệm 44

Danh mục hình

Hình 1.1: Vị trí khu vực nghiên cứu lô M9, Phú Mỹ Hưng, Quận 7, TP.HCM 8

Hình 1.2: Mặt cắt địa chất công trình trường quốc tế Việt Úc tuyến HK1-HK2 11

Hình 2.1: Bản đồ địa chất thủy văn tỉ lệ 1:200.000 của TP.HCM 13

Hình 2.2: Mặt cắt địa chất thủy văn tuyến I-I’ và II-II’ của TP.HCM 14

Hình 2.3: Phần mềm Visual Modflow phiên bản 2.8 15

Hình 2.4: Sơ dồ giải hệ phương trình sai phân 17

Hình 2.5: Mô phỏng biên sông trong Visual Modflow 19

Hình 3.1: Một mảnh thuộc quận 7 trong bản đồ địa chất thủy văn TP.HCM tỉ lệ 1:200.000 28

Hình 3.2: Bản đồ địa chất thủy văn khu vực công trình nghiên cứu 29

Hình 3.3: Thiết lập lưới sai phân hữu hạn 30

Hình 3.4: Mặt cắt dọc theo hướng Bắc – Nam của mô hình 30

Hình 3.5: Nhập hệ số thấm vào mô hình 31

Hình 3.6: Nhập hệ số nhả nước vào mô hình 32

Hình 3.7: Gán biên không hoạt động và biên sông cho lớp 1 32

Hình 3.8: Gán biên không đổi H = const ở phía Đông Nam 33

Hình 3.9: Nhập mực nước quan trắc thực tế tại giếng OW1 vào mô hình 35

Hình 3.10 Nhập mực nước quan trắc được từ giếng OW2 vào mô hình 35

Hình 3.11: Nhập mực nước quan trắc được từ giếng OW3 vào mô hình 36

Hình 3.12: Thống kê kết quả sai số khi giải bài toán ngược ổn định 37

Hình 3.13: Đường đẳng mực nước của TCN Holocen (qh) 38

Hình 3.14: Đường đẳng mực nước của TCN Pleistocen trên (qp3) 39

Hình 3.15: Đường đẳng mực nước của TCN Pleistocen giữa – trên (qp2-3) 40

Hình 3.16: Hướng dịch chuyển của nước ở tầng Holocen (qh) 41

Hình 3.17: Hướng dịch chuyển của nước ở tầng Pleistocen trên (qp3) 41

Hình 3.18: Hướng dịch chuyển của nước ở tầng Pleistocen giữa – trên (qp2-3) 42

TÓM TẮT

Khu đô thị mới Phú Mỹ Hưng, thuộc quận 7 là cửa ngõ phía Nam của Thành phố Hồ Chí Minh – nơi mở cửa thông thương phát triển của thành phố với các khu vực khác trong và ngoài nước Hiện nay trên địa bàn khu đô thị Phú Mỹ Hưng đã và đang xuất hiện những chung cư, cao ốc và trường học điển hình như trường Quốc tế RMIT, trường Quốc tế Nhật Bản, trường Quốc tế Hàn Quốc,… Bên cạnh đó, quy hoạch và phát triển không gian ngầm trên địa bàn TP.HCM là một vấn đề thu hút sự quan tâm của đông đảo người dân và cơ quan chức năng trong đó cũng không ngoại lệ khu vực quận 7 Các nhà đầu tư và kỹ sư trong lĩnh vực thiết kế công trình có không gian ngầm

đã triển khai rất nhiều biện pháp để khai thác triệt để những dự án nhà cao tầng trên địa bàn thành phố cũng như khu vực khu đô thị cao cấp Phú Mỹ Hưng Bằng việc khảo sát địa chất nói chung và khảo sát địa chất thủy văn nói riêng, những đặc tính cơ lý về đất đá cùng sự vận động của các tầng chứa nước bên dưới đất nền đã được đánh giá để thuận lợi hơn trong việc khai thác không gian ngầm nhà cao tầng

Đồ án “Đánh giá điều kiện địa chất thủy văn phục vụ công tác thiết kế hệ

thống tháo khô xây dựng tầng hầm công trình trường Quốc tế Việt Úc – Một phần

lô M9, khu A, Phú Mỹ Hưng, Nam TP Hồ Chí Minh” chú trọng vào những nội dung

- Dùng phương pháp mô hình hóa để thiết lập lại khu vực thực tế bằng mô hình

số học, nhằm chính xác hóa những thông số trong thực tế và xác định được hướng vận động của nước dưới đất

- Tính được trữ lượng tĩnh tự nhiên và trữ lượng động tự nhiên của các tầng chứa nước

- Nhận định xem đất nền có cần tháo khô hay không và khả năng ứng dụng của

đồ án cho những khu vực khác

Đồ án được trình bày qua ba chương được trình bày cụ thể như sau:

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1 Một số khái niệm cơ bản

1.2 Các nghiên cứu trong và ngoài nước

1.3 Thông tin về khu vực công trình nghiên cứu

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Phương pháp thu thập, tổng hợp, xử lý tài liệu, số liệu

2.2 Phương pháp mô hình

2.3 Phương pháp kiểm định mô hình

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1 Đặc điểm địa chất thủy văn khu vực nghiên cứu

3.2 Mô hình dòng chảy nước dưới đất

3.3 Đề xuất biện pháp tháo khô

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đồ án tốt nghiệp

Nước dưới đất ảnh hưởng rất lớn đến việc xây dựng và khai thác các công trình công nghiệp và dân dụng theo hai hướng Thứ nhất, ảnh hướng đến việc thi công, xây dựng công trình như nước chảy vào hố móng, cát chảy, trượt, bục nước đột ngột, Thứ hai, ảnh hưởng đến việc sử dụng và độ ổn định của công trình như gây ẩm ướt các tầng

Trong xây dựng công trình, phần quan trọng nhất để công trình có thể tồn tại bền vững chính là nền công trình và cụ thể là hố móng của công trình đó Hố móng được đào trong điều kiện đất yếu, mực nước dưới đất cao và các điều kiện phức tạp khác có thể gây ra nhiều bất lợi Và để có thể hạn chế được những bất lợi đó thì việc đánh giá điều kiện địa chất thủy văn là vô cùng cần thiết

Xuất phát từ nhu cầu xây dựng công trình bền vững, khảo sát đánh giá điều kiện địa chất thủy văn đã trở thành một yêu cầu cấp thiết mà khi xây dựng công trình nhất định phải tiến hành khảo sát Trên cơ sở phân tích tầm quan trọng của việc đánh giá

đặc điểm ĐCTV cho việc xây dựng công trình ngầm, đề tài “Đánh giá điều kiện địa

chất thủy văn phục vụ công tác tháo khô xây dựng tầng hầm công trình trường Quốc tế Việt Úc – Một phần lô M9, khu A, Phú Mỹ Hưng, Nam TP Hồ Chí Minh”

đã được lựa chọn để làm đề tài đồ án tốt nghiệp

2 Mục tiêu của đồ án tốt nghiệp

- Đánh giá các điều kiện địa chất thủy văn ở một phạm vi nhỏ phục vụ xây dựng công trình;

- Kiểm chứng lại những điều điện địa chất thủy văn tại khu vực công trình nghiên cứu để đánh giá sức ảnh hưởng đến công tác thi công hố móng ;

- Lựa chọn phương án tháo khô hợp lý cho hố móng với những điều kiện đã xác định

3 Nội dung và phạm vi nghiên cứu

 Đối tượng nghiên cứu: Điều kiện địa chất thủy văn phục vụ cho xây dựng

tầng hầm

 Phạm vi nghiên cứu:

 Về không gian: Hố móng của công trình: Trường Quốc tế Việt Úc – Một

phần lô M9 – Khu A Phú Mỹ Hưng – Nam TP.HCM

 Về nội dung: Đánh giá điều kiện địa chất thủy văn tại khu vực xây công

trình: mực nước xuất hiện, các tầng chứa nước dưới độ sâu quan sát, đặc điểm địa chất

thủy văn của các tầng chứa nước Bên cạnh đó, sử dụng phần mềm để mô hình hóa

nước dưới đất tại khu vực công trình nghiên cứu Sau đó, từ kết quả của mô hình, tiến

hành tính trữ lượng tĩnh và trữ lượng động tự nhiên của các tầng chứa nước

4 Phương pháp nghiên cứu

Trong đồ án này, các phương pháp sử dụng để nghiên cứu được trình bày như

sơ đồ dưới đây:

Sơ đồ 1: Thống kê các phương pháp nghiên cứu được sử dụng

Phương pháp thu thập,

tổng hợp, xử lý tài

liệu, số liệu

Phương pháp mô hình

Phương pháp kiểm định mô hình

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1.1 MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN

Trong khảo sát xây dựng nói chung và khảo sát địa chất công trình nói riêng thì nghiên cứu địa chất thủy văn là một công tác nhất định phải tiến hành, để chi tiết hóa

và dự đoán khả năng biến đổi điều kiện địa chất thủy văn trong quá trình xây dựng và

sử dụng công trình

Địa chất thủy văn là một ngành khoa học nghiên cứu về nguồn gốc thành tạo, quy luật phân bố, tính chất vật lý và thành phần hóa học, động lực và động thái của nước dưới đất Các dạng công tác của khảo sát địa chất thủy văn phục vụ cho xây dựng bao gồm: khoan, lấy mẫu thí nghiệm; thực hiện các thí nghiệm trong phòng và hiện trường để xác định các thông số địa chất thủy văn; quan trắc mối quan hệ thủy lực giữa các tầng chứa nước và với nước mặt, quan trắc động thái của nước dưới đất ở khu vực công trình nghiên cứu Với những dạng công tác đó thì mục đích của nghiên cứu điều kiện địa chất thủy văn trong báo cáo này là xác định các tầng chứa nước ở khu vực công trình xây dựng, đánh giá chất lượng của nước thông qua đặc điểm thủy địa hóa của nước và sức ảnh hưởng của nước đến việc xây dựng công trình đó, đặc biệt là hố móng của công trình

Hố móng là một dạng công trình khai đào, độ sâu phụ thuộc vào yêu cầu của chủ đầu tư Hố móng được đào trong điều kiện đất yếu, mực nước dưới đất cao và các điều kiện phức tạp khác có thể gây ra nhiều bất lợi như trượt lở đất, mất ổn định hố móng, đẩy bùng hố móng, rò rỉ nước vào kết cấu,….làm hư hại hố móng, đe dọa đến sự ổn

chặt chẽ với nhau như chắn đất, chống giữ, ngăn nước, hạ thấp mực nước, lựa chọn và tăng cường khả năng chống ăn mòn của bê tông cốt thép

1.2 CÁC NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC

1.2.1 Ngoài nước

Nhật Bản có một hệ thống các Tiêu chuẩn công nghiệp đối với thí nghiệm đất trong đó có thí nghiệm thấm với đất bão hòa (JIS A1218:2009); Tiêu chuẩn công nghiệp đối với điều tra nước dưới đất như phương pháp đo mực nước dưới đất trong

hố đào (JGS 1311-2012) và trong giếng khoan (JGS 1312 – 2012), thí nghiệm xác định các thông số thủy văn (JGS 1314 – 2012), thí nghiệm bơm hút hiện trường (JGS 1315 – 2012),…

Anh đã đưa ra tài liệu BS8102 – “Quy tắc thực hiện bảo vệ các cấu trúc dưới mặt đất chống lại nước dưới đất” gồm những nội dung sau: Vật liệu chống thấm cho kết cấu, kết cấu xây dựng kín nước và xây dựng khoang thoát nước Quy tắc đó cũng bao gồm việc đánh giá điều kiện nước dưới đất, đánh giá rủi ro và lựa chọn phương án thoát nước bên ngoài cấu trúc

Ở Mỹ, một chuỗi những tài liệu kỹ thuật về nước dưới đất (GWPDs) đã được đưa ra trong Khảo sát Địa chất Hoa Kỳ, luật Tài nguyên nước Các quy trình kỹ thuật này được viết để đáp ứng nhu cầu về nhiều khía cạnh của khoa học nước dưới đất, bao gồm thiết lập điểm và điểm đo, đo mực nước và đo lượng nước thoát ra, phục vụ cho khảo sát địa chất thủy văn và cũng giúp ích cho công tác xây dựng công trình

Một số đề tài nghiên cứu tiêu biểu có thể kể tên như:

- Các điều kiện địa chất thủy văn ở Sahel Hasheesh, Đông Sa mạc, Ai Cập – Mohamed A Abdalla, Hatem M Mekhemer, Walid Abdallah Mabrou – 2016 Đề tài nghiên cứu về cách xác định sự phân bố của nước dưới đất cùng những đặc điểm thủy địa hóa của nước tại Sahel Hasheesh

- Nghiên cứu sự ảnh hưởng của các đặc tính địa động lực và địa chất thủy văn lên bề mặt đất tại In Salah, Algeria - P Newell, H Yoon, M.J Martinez, J.E Bishop, S.L Bryant – 2016

- Môi trường địa chất thủy văn trong xây dựng đường hầm của dự án thủy điện Tseng –Wen, Đài Loan - Feng-Rong Yang, Cheng-Haw Lee, Wen-Jui Kung, Hsin-Fu Yeh – 2009

- Nghiên cứu điều kiện địa chất thủy văn của hai huyện miền núi Khánh Sơn và Khánh Vĩnh Đề xuất giải pháp xây dựng các công trình giao thông, thủy lợi bền vững – Vũ Ngọc Trân – 2010

1.3 THÔNG TIN VỀ KHU VỰC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU

1.3.1 Khái quát quy mô, tính chất công trình

Tên công trình: Trường quốc tế Việt Úc

Địa điểm: Một phần khu M9, khu A, Phú Mỹ Hưng, phía Nam, TP Hồ Chí Minh

Công tác khảo sát địa chất công trình do Liên hiệp Địa chất công trình – xây dựng

và Môi trường tổ chức thực hiện như sau:

- Công tác khảo sát hiện trường do tổ thi công thực hiện;

- Công tác thí nghiệm do phòng thí nghiệm LAS-XD 290 thực hiện;

- Công tác hoàn chỉnh hồ sơ, báo cáo thuyết minh do phòng kỹ thuật thực hiện; Thành phần, khối lượng các loại công việc:

- Khoan 02 hố khoan tại vị trí dự kiến xây dựng mới;

- Lấy mẫu đất nguyên dạng để thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý với tần suất 02m/mẫu, lấy mẫu nước để thí nghiệm hóa lý mỗi hố 2 mẫu

1.3.2 Đặc điểm vị trí địa lý

Công trình trường quốc tế Việt Úc được xây dựng tại lô M9, thuộc khu A của khu đô thị Phú Mỹ Hưng, quận 7 Ngôi trường nằm bên đường Tân Phú, thuộc phường Tân Phú Phía Bắc là cầu Cả Cấm và ban quản lý khu Nam M.A.S.D, phía Nam là trường Nhật Bản, phía Tây là đại lộ Tân Phú, phía Đông là sông Cả Cấm và cũng ranh giới của khu A Phú Mỹ Hưng với vùng khác

Hình 1.1: Vị trí khu vực nghiên cứu lô M9, Phú Mỹ Hưng, Quận 7, TP.HCM 1.3.3 Đặc điểm địa hình địa mạo

Phú Mỹ Hưng trước đây vốn là một vùng đầm lầy với hệ thống kênh rạch chiếm tới 78% (1990) Tuy nhiên dần dần theo thời gian với sự tập trung khai thác khu vực đầm lầy này của tập đoàn Phú Mỹ Hưng thì địa hình khu vực đã thay đổi chóng mặt

Hệ thống kênh rạch chỉ còn 12% (2012) và địa hình bị cao lên do đất đắp tạo thành Khu vực trường Việt Úc (M9 Phú Mỹ Hưng) có độ cao địa hình khoảng 0,9m so với mực nước biển (theo bản đồ địa chất thủy văn TP.HCM tỉ lệ 1:200.000)

1.3.4 Đặc điểm khí tượng thủy văn

Với vị trí địa lý thuộc địa phận thành phố Hồ Chí Minh nên đặc điểm khí tượng của khu vực công trình xây dựng được đánh giá theo đặc điểm khí tượng của thành phố Hồ Chí Minh Khu vực có hai mùa là mùa mưa và mùa khô Nhiệt độ trung bình là

năm là 1.940,79mm, tổng lượng bốc hơi trung bình năm là 1.130mm (1997-2008)

Xung quanh công trình có sông Cả Cấm, rạch Đĩa và sông Nhà Bè Tuy nhiên chỉ có sông Nhà Bè là có khả năng quan hệ thủy lực với tầng chứa nước thứ nhất phía dưới khu vực công trình Sông Cả Cấm nông, lưu lượng nhỏ nên không có ảnh hưởng đến các tầng chứa nước bên dưới Nhánh của sông Nhà Bè có tác động nhỏ tới tầng chứa nước dưới công trình là nhánh sông Soài Rạp, tương đối nông và có lưu lượng

1.3.5 Đặc điểm địa chất khu vực công trình nghiên cứu

Dựa vào tài liệu điều tra địa chất lập bản đồ địa chất khoáng sản TP.HCM tỉ lệ 1:50.000 của Liên đoàn bản đồ địa chất miền Nam, các phân vị địa chất tại TP.HCM được tóm tắt theo thứ tự từ cố tới trẻ như sau:

Giới Mesozoi (Mz)

Hệ Jura, thống giữa – Hệ tầng La Ngà (J 2 ln)

Các trầm tích La Ngà được phát hiện trong các lỗ khoan sâu ở 250m tại Nhà Bè Thành phần thạch học gồm cát kết, bột kết, sét kết màu xám xanh, xám đen, phân lớp mỏng, có chứa vôi Bề dày của hệ tầng đạt 600 -900m

Hệ Jura, thống trên – Hệ Kreka, thống dưới – Hệ tầng Long Bình (J 3 -K 1 lb)

Hệ tầng này lộ ra ở Long Bình (Thủ Đức) và Giồng Chùa (Cần Giờ) Bề dày chung của các trầm tích hệ tầng Long Bình khoảng trên 350m

Tập giữa: cát bột kết màu xám, dày 7,6m

Tập trên: Sét bột kết màu xám, dày 9,8m

Bề dày chung của hệ tầng là 97m

Hệ Đệ Tứ, thống Pleistocene, phụ thống dưới – Hệ tầng Trảng Bom (aQ 1 1 tb):

Tập dưới: sỏi, sạn, cát thạch anh, bột sét xám càng Bề dày 10 -15m

Tập giữa: cát bột màu xám trắng chứa sạn sỏi thạch anh Bề dày 10 – 16m Tập trên: sét bột, cát màu loang lổ, vàng nâu Bề dày từ 5 – 9m

Hệ Đệ Tứ - Pleistocene, phụ thống giữa trên – Hệ tầng Thủ Đức (amQ 1 2-3 td):

Tập dưới: Cát sạn sỏi màu vàng dày 14m

Tập trên: Cát thạch anh màu đỏ, dày 13m

Bề dày chung của hệ tầng là 37m

Hệ Đệ Tứ, thống Pleistocene, phụ thống trên – Hệ tầng Củ Chi (amQ 1 3 cc):

Phần dưới: gồm cuội, sỏi, cát thạch anh dày 2 – 10m

Lớp 1: Bùn sét lẫn hữu cơ, xám xanh, xám thẫm, trạng thái chảy (OH) Nằm ở

Lớp 3a: Sét dẻo, xám, xám vàng, dẻo cứng (CL) Nằm ở độ sâu 27m

Lớp 4: Cát mịn trung lẫn sét, bụi, xám trắng, xám vàng, mật độ chặt vừa (SC – SM) Nằm ở độ sâu từ 27.5m – 29.5m

Lớp 4a: Cát mịn cấp phối kém lẫn bụi, xám, xám trắng, mật độ chặt vừa (SP – SM) Nằm ở độ sâu từ 31.5m – 37.5m

Lớp 5: Sét dẻo, nâu vàng, nửa cứng (CL) Độ sâu từ 39.5m – 41.5m

Lớp 6: Cát mịn lẫn sét, bụi, xám, xám trắng, mật độ chặt (SC – SM) Nằm ở độ sâu từ 42.6m – 65.3m

Lớp 7: Cát mịn đến trung lẫn sét, bụi, xám, xám trắng, mật độ chặt (SC – SM) Nằm ở độ sâu từ 65.3m – 68.5m

Lớp 7a: Sét dẻo lẫn cát, xám vàng, cứng (CL) Nằm ở độ sâu 68.5m – 70m

Hình 1.2: Mặt cắt địa chất công trình trường quốc tế Việt Úc tuyến HK1-HK2

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 PHƯƠNG PHÁP THU THẬP, TỔNG HỢP, XỬ LÝ TÀI LIỆU, SỐ LIỆU

Thu thập và nghiên cứu tài liệu là một công việc hết sức quan trọng Các nguồn tài liệu thu thập được hầu như đều được kiểm chứng và có tính khoa học cao

 Mục đích của việc thu thập và nghiên cứu tài liệu gồm:

hiện trước đây;

thuyết của mình

 Các tài liệu cần thu thập trong báo cáo này gồm:

xây dựng công trình;

Bảng 2.1: Bảng TCVN liên quan đến khảo sát địa chất thủy văn

vệ chống ăn mòn trong môi trường biển

13/2014/TT-BTNMT

Quy định kỹ thuật điều tra, đánh giá tài nguyên nước dưới đất

nghiệm thu hạ mực nước ngầm

7 TCXD 81 : 1981 Nước dùng trong xây dựng, các phương pháp phân

tích hóa học

bê tông cốt thép phân loại môi trường xâm thực

chất công trình, địa chất thủy văn của khu vực công trình xây dựng;

TP.HCM tuyến I-I’;

Nguồn: Liên đoàn QH và ĐT tài nguyên nước miền Nam

Hình 2.1: Bản đồ địa chất thủy văn tỉ lệ 1:200.000 của TP.HCM

Nguồn: Liên đoàn QH và ĐT tài nguyên nước miền Nam

Hình 2.2: Mặt cắt địa chất thủy văn tuyến I-I’ và II-II’ của TP.HCM

thủy văn của thành phố Hồ Chí Minh;

Bảng 2.2: Bảng thông tin lỗ khoan thu thập để làm tài liệu tham khảo

Mực nước tĩnh (m)

Lưu lượng

q (l/s)

Trị số

hạ thấp (m)

Độ tổng khoáng hoá

Việc áp dụng mô hình trong đồ án này chủ yếu chỉ đơn giản mô phỏng các tầng chứa nước nhằm đưa ra được cốt cao mực nước, hướng vận động của nước dưới đất khu vực công trình nghiên cứu nên việc sử dụng gói Modflow của bộ phần mềm là một lựa chọn hợp lý

Khu vực nghiên cứu giới hạn vị trí công trình được rời rạc hóa thành các ô lưới tính toán để tích phân hệ phương trình cơ bản áp dụng trong mô hình Modflow nhằm

mô tả quá trình động thái nước dưới đất Từ điệu kiện về địa hình và các tầng chứa nước, khu vực nghiên cứu được chia thành các ô lưới (cell) với kích thước là 1,2x1,5m

Cụ thể bao gồm 30 cột 40 hàng với 1200 ô lưới

Hệ số thấm và hệ số nhả nước được thể hiện trong bảng 2.5, mục 2.5.2.4, chương 2

Hình 2.3: Phần mềm Visual Modflow phiên bản 2.8

Trong đó: Txx, Tyy, Tzz: hệ số dẫn nước theo 3 phương x,y,z;

W=W(x,y,z,t): hàm số phụ thuộc thời gian t và (x,y,z);

h: cốt cao mực nước tại vị trí (x,y,z) tại thời điểm t;

W: giá trị bổ cập hay thoát nước tại thời điểm t ở vị trí (x,y,z);

Ss: hệ số nhả nước;

Từ phương trình (2.1), các điều kiện biên, điều kiện ban đầu của các lớp chứa nước được gán vào và tạo thành một mô hình toán học về dòng chảy nước dưới đất

Hàm số cần được giải ra là h(x,y,z,t) Có được hàm số này, đồng nghĩa với việc xác định được những biến động của dòng chảy, từ đó có thể xác định được hướng của

Trên cơ sở cân bằng ô lưới (i, j, k) và các nguồn theo bước thời gian tm-1 đến

tm, chúng ta có được hệ phương trình sai phân tổng quát sau:

Với:

CR, CC, CV - Độ dẫn nước của lớp chứa nước tại ô (i, j, k)

P - Lưu lượng trao đổi đơn vị của hệ thống

Q -Tổng lượng trao đổi của hệ thống với bên ngoài

∆rj∆ci∆vk : Khoảng sai phân theo phương x, y, z

Ss - Hệ số nhả nước và tm, tm-1 là hai bước thời gian kế cận nhau

Hệ phương trình (2.2) được giải bằng phương pháp lặp, người ta tiến hành chia nhỏ khoảng thời gian (tm-1,tm), kết quả nhận được là lời giải gần đúng của hệ phương trình

Khi t tăng lên thì h sẽ thay đổi Khi h đạt được sự ổn định (∆ht<∆hcp) thì mực nước đạt được sự cân bằng động và tại đây kết thúc quá trình tính toán

Hình 2.4: Sơ đồ giải hệ phương trình sai phân

2.5.2.3 Hệ phương trình sai phân

Hệ phương trình sai phân được thành lập dựa trên lý thuyết cân bằng của Buxines: Tổng dòng chảy đến và chảy đi từ một ô phải bằng sự thay đổi thể tích nước

có trong ô Giả thiết khối lượng riêng của nước dưới đất là không đổi thì qui tắc cân

2.5.2.4 Điều kiện biên và dữ liệu khí tượng thủy văn

Điều kiện biên

Có ba điều kiện biên chính là MNN tự nhiên (h = const), lưu lượng hút nước đơn vị của mỗi giếng q = const và lưu lượng bổ sung nước ngầm vào khu vực hố móng

Q = f(∆h) Trong tự nhiên, những biên này được mô tả là sông, biên, kênh thoát, mạch

Các ranh giới bên ngoài chủ yếu của dòng thấm là các khối nước mặt (hồ chứa nước, sông, kênh,…) và các ranh giới không thấm nước ở nóc và trụ của vỉa Có ba điều kiện biên chính là:

Biên loại một: là điều kiện biên mực nước được xác định trước Trường hợp

này các giá trị mực nước được xác định trước và không đổi

Cho F là diện tích phân bố của TCN, B là bề rộng của TCN, h là cốt cao mực nước thì:

Biên loại hai: là điều kiện biên mực nước được xác định trước Biên này được

gán ở các ô mà lưu lượng dòng chảy qua biên được xác định trước trong bước thời gian tính toán Những khu vực không có dòng chảy thì lưu lượng bằng 0

Sy - Hệ số nhả nước trọng lực;

Ss - Hệ số nhả nước đàn hồi;

m - Chiều dày trung bình của tầng chứa nước (m);

H - Chiều cao cột áp lực trên mái của tầng chứa nước áp lực (m);

Biên loại ba: là điều kiện biên lưu lượng trên biên phụ thuộc vào mực nước

Trong biên giới này biết được quan hệ đường thẳng giữa lưu lượng và độ chênh áp lực

a Biên sông (River)

Biên loại này được mô phỏng cho dòng chảy giữa lớp chứa nước và nguồn nước mặt, thường là sông hay hồ Nó cho phép dòng chảy từ lớp chứa nước vào dòng

mặt, hoặc nước cũng có thể chảy từ dòng mặt vào trong lớp chứa nước nhưng nguồn thấm này không phụ thuộc vào lưu lượng của dòng mặt

Hình 2.5: Mô phỏng biên sông trong Visual Modflow

b Biên kênh thoát (Drain)

Biên kênh thoát cũng tương tự như biên sông tuy nhiên không có dòng chảy vào Dòng thoát ra kênh Qv sẽ bằng 0 khi mực nước trong ô nhỏ hơn hoặc bằng cốt cao đáy kênh Khi mực nước nằm cao hơn đáy kênh thì lưu lượng dòng thoát ra kênh

c Biên bốc hơi (Evapotranspiration – ET)

Quá trình bốc hơi sẽ không xảy ra khi mực nước trong ô nằm dưới mực nước bốc hơi cho phép (d) Giá trị mô đun bốc hơi lớn nhất RETM đạt được khi mực nước trong ô bằng với bề mặt địa hình (hs) Lượng bốc hơi QET sẽ được nội suy tuyến tính theo công thức:

QET = QETM khi h>hs

QET = 0 khi h <(hs-d)

d Điều kiện biên tổng hợp (General Head Boundary –GHB)

Biên này cũng tương tự như biên sông và biên kênh thoát Lưu lượng dòng thấm qua biên được tính theo công thức:

Sức cản thấm Cb cũng tương tự như sức cản thấm đáy lòng biểu thị sức cản dòng chảy giữa biên và lớp chứa nước

e Lỗ khoan hút nước hoặc ép nước (Well)

Lưu lượng của các lỗ khoan trong ô lưới được đặt lỗ khoan là lưu lượng tổng cộng Lưu lượng tổng cộng (QWT) là tổng lưu lượng của các lỗ khoan đặt trong các lớp chứa nước khác nhau (∑Ti,j,k) Lưu lượng đơn lẻ của mỗi lớp chứa nước được tính theo công thức :

Trong đó:

Ti,j,k : hệ số dẫn nước của lớp chứa nước;

∑Ti,j,k: hệ số dẫn nước tổng cộng cho tất cả các lớp mà lỗ khoan khoan qua; Tính hoàn chỉnh hay không hoàn chỉnh của lỗ khoan được mô phỏng bằng việc xác định vị trí đoạn ống lọc nằm trong lớp chứa nước

Dữ liệu khí tượng thủy văn

Dữ liệu khí tượng thủy văn thu thập trong đồ án này gồm dữ liệu lượng mưa của TP.HCM, lưu lượng sông Cả Cấm thuộc khu vực quận 7 cùng các thông số địa chất thủy văn được xác định từ thí nghiệm và tính toán

Bảng 2.3: Dữ liệu lượng mưa của TP.HCM tại trạm Tân Sơn Hòa (2005-2010)

Vị trí

đo

Hệ số

Kq 2013-

2015

2016 –

2020

2021 trở đi

Kq là hệ số lưu lượng nguồn tiếp nhận nước thải

Xác định các thông số địa chất thủy văn bằng phương pháp thí nghiệm bơm hút Phương pháp bơm hút nước thí nghiệm được tiến hành dựa trên quyết định số 46/2000-QĐ-BCN : “Qui phạm hút nước thí nghiệm trong điều tra địa chất thủy văn” Dựa theo bản đồ địa chất thủy văn của TP.HCM tỉ lệ 1:50.000 để tiến hành khoan 3 lỗ khoan xuống ba tầng chứa nước dưới khu vực công trình xây dựng Thí nghiệm bơm hút nước là phương pháp lấy nước lên một cách cưỡng bức từ các lỗ khoan gây nên sự biến dạng trường thấm tự nhiên Xác định Q-S Hút thí nghiệm với một bậc lưu lượng

Đo lưu lượng bằng thùng hoặc ván đo

Kết quả hệ số thấm được xác định từ thí nghiệm bơm hút cho ra các kết quả sau:

Bảng 2.5: Bảng kết quả hệ số thấm từ thí nghiệm bơm hút

Hệ số thấm (m/ngày) 0,123552 1,50336 3,37824

Hệ số thấm dọc được tính bằng cách lấy hệ số thấm ngang chia cho 10

Trong đó:

n là độ rỗng của đất đá;

γn: dung trọng nước;

γđ: dung trong của đất đá;

Bảng 2.6: Bảng hệ số nhả nước đàn hồi và trọng lực của đất đá

Bảng 2.7: Bảng tổng độ lỗ rỗng của đất đá các tầng chứa nước

2.5.3 Sơ đồ hóa vùng lập mô hình

Dựa theo mặt cắt địa chất cũng như khảo sát địa chất thủy văn, mô hình được lập trên cơ sở 7 lớp sau:

Lớp 1: Là lớp cách nước thứ nhất, tương ứng với thành tạo rất nghèo nước

Lớp 4: là lớp cách nước, tương ứng với thành tạo rất nghèo nước Pleistocen trên

Lớp 7: Là lớp chứa nước, tương ứng với tầng chứa nước lỗ hổng các trầm tích

Theo tài liệu hố khoan chỉ mới được thực hiện tại độ sâu 70m nên chưa có nhiều cơ sở để xác định được các tầng chứa nước bên dưới sâu hơn

Lưới sai phân hữu hạn của mô hình

lớp tới chiều sâu 80m, được dùng để mô phỏng cấu trúc không gian các tầng chứa nước Lưới gồm 1200 ô, mỗi ô có kích thước 1,2 x 1,5 m

Số liệu đầu vào cho mô hình

Chiều sâu phân bố các lớp

Bề mặt địa hình lấy 0,9m theo bản đồ địa hình khu vực quận 7 Dữ liệu đáy các lớp sẽ được xác định và nội suy từ việc liên kết các hố khoan lại với nhau

Các thông số về địa chất thủy văn

Các thông số được sử dụng là: Hệ số thấm, hệ số nhả nước trọng lực, hệ số nhả nước đàn hồi, độ rỗng

Các thông số sẽ được trình bày cụ thể trong chương 3, mục 3.2.1,bảng 3.3;

Giá trị lượng bổ cập

Lượng bổ cập là lượng nước từ nhiều nguồn khác nhau như mưa, lũ, tưới,… Tuy nhiên, trong trường hợp này, do chưa có nhiều nghiên cứu cụ thể tại một khu vực

có diện tích nhỏ như công trình nên lượng mưa của thành phố được sử dụng làm giá trị

bổ cập Giá trị bổ cập được lấy là lượng mưa tháng 10 năm 2010 là 321,8 mm

Biên và điều kiện biên của mô hình

Các loại biên cụ thể trong mô hình của phần mềm Visual Modflow là:

Biên không hoạt động (Inactive cells): Đây là biên loại hai Được dùng để gán cho các lớp cách nước Tại biên này, dòng chảy tới mô hình hầu như không dịch chuyển Biên này được gán cho các lớp 1,2,4 và 6

Biên mực nước không đổi (Constant head): Đây là biên loại một Biên này dùng

để gán cho các ô mà lượng nước luôn luôn không thay đổi, có thể là nguồn cấp nước cho khu vực hoặc là nơi thoát nước Biên này được gán H = 78m ở phía Đông Nam của mô hình, hướng về phía sông Nhà Bè nhánh Soài Rạp, hướng ra biển Đông

Biên sông (River): Đây là biên loại ba Như đã nói, biên sông chủ yếu thể hiện mối quan hệ giữa nước mặt và nước dưới đất Để có thể xảy ra mối trao đổi đó phụ thuộc rất nhiều vào vật liệu đáy sông Biên sông thường chỉ gán ở lớp 1 của mô hình

sông nông nên không có nhiều quan hệ thủy lực với tầng chứa nước bên dưới

2.3 PHƯƠNG PHÁP KIỂM ĐỊNH MÔ HÌNH

Để chính xác hóa trường thấm và điều kiện biên thì trước hết phải giải bài toán ngược ổn định và không ổn định Mục đích của bài toán ngược ổn định là sơ bộ chỉnh

lý hệ số thấm và các điều kiện biên Sau đó dùng kết quả bài toán ngược không ổn định để chính xác lại điều kiện biên và hệ số nhả nước

Mức độ tin cậy của bài toán ngược được xác định qua sai số mực nước giữa mô hình và quan trắc thực tế Mục đích cuối cùng của bài toán chỉnh lý là cực tiểu hóa giá trị sai số Có ba loại sai số để đánh giá sự sai khác giữa mực nước quan trắc thực tế và

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1 ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT THỦY VĂN KHU VỰC NGHIÊN CỨU

3.1.1 Kết quả quan trắc mực nước xuất hiện

Tại hiện trường, độ sâu mực nước dưới đất được ghi lại sau khi kết thúc khoan

24 giờ và được trình bày trong bảng sau:

Bảng 3.1: Bảng kết quả quan trắc nước dưới đất

3.1.2 Đặc điểm địa chất thủy văn

Dựa vào những tài liệu thu thập được từ khảo sát hiện trường và trong phòng, có thể thấy được phía dưới công trình xây dựng tới độ sâu 70m có 6 phân vị địa tầng địa chất thủy văn theo thứ tự từ trên xuống dưới như sau:

2 Tầng chứa nước lỗ hổng các trầm tích tuổi Holocen (qh)

Từng phân vị sẽ được đánh giá chi tiết sau đây:

3.1.2.1 Các tầng chứa nước

Tầng chứa nước lỗ hổng các trầm tích Holocen (qh):

Tầng chứa nước qh bao gồm các trầm tích đa nguồn gốc, xuất hiện tại những nơi

có địa hình thấp và địa hình quận 7 tương đối thấp, trước đây cũng là vùng đầm lầy Thành phần thạch học chủ yếu là cát mịn đến trung, đôi chỗ thô, cát bột, bột cát…