Tài liệu CHƯƠNG 5: NƯỚC DƯỚI ĐẤT pptx

Tính lượng nước thấm mất của các công trình giữ, dẫn nước và tìm giải pháp khắc phục Nghiên cứu các vấn đề chung về: Nguồn gốc nước dưới đất Các tầng chứa nước, sự hình thành và đặc tính

CHƯƠNG 5: NƯỚC DƯỚI ĐẤT

Trong địa chất công trình nghiên cứu nước dưới đất nhằm:

1 Tính toán để khi khai thác nước dưới đất nhằm phục cho các nhu cầu sinh hoạt, phục vụ công nông nghiệp

2 Tính toán lựa chọn các biện pháp để tháo khô hố móng các công

trình đặt thấp hơn mực nước dưới đất

3 Tính lượng nước thấm mất của các công trình giữ, dẫn nước và tìm giải pháp khắc phục

Nghiên cứu các vấn đề chung về:

Nguồn gốc nước dưới đất

Các tầng chứa nước, sự hình thành và đặc tính của nó

Chất lượng và trữ lượng của nước dưới đất

5.1 Nguồn gốc nước dưới đất

5.2 Phân loại nước dưới đất theo điều kiện thế nằm

Nước trong đới thông khí

Nước ngầm

Nước áp lực

Nước thổ nhưỡng

Nước thượng tầng Đới thông khí

Đới bão hoà

Tầng cách nước

Hình 5.1 : Sơ đồ các tầng nước dưới đất

Dựa theo điều kiện thế nằm, Klimentov P.P và Ovsinnhicov A.M chia

nước dưới đất ra làm 3 loại :

Nước trong đới thông khíNước ngầm

Nước áp lực5.2.1 Nước trong đới thông khí:

5.2.1.1 Khái niệm đới thông khí

5.2.1.2 Nước thổ nhưỡng

a Khái niệm

b Đặc điểm nước thổ nhưỡng

c Ảnh hưởng của nước thổ nhưỡng tới xây dựngKhông có giá trị sử dụng nhưng ảnh hưởng lớn đến tính chất

5.2.1.3 Nước thượng tầng

a Khái niệm

Trong đới thông khí nếu tồn tại thấu kính sét, trên đó phân bố nước gọi là nước thượng tầng

b Đặc điểm nước thượng tầng

c Ảnh hưởng của nước thượng tầng tới xây dựng

- Trong xây dựng hố móng và công trình ngầm, nước gây ngập úng hố móng, gây xói ngầm cát chảy

Ngoài ra trong đới thông khí còn có nước mao dẫn, nước màng mỏng, nước hấp phụ bao quanh bề mặt hạt đất đá Chúng đều liên quan lượng mưa và thời tiết

5.2.2 Nước ngầm

5.2.2.1 Khái niệm: là loại nước trọng lực nằm trong tầng chứa nước

thứ nhất (đới bão hòa nước), phân bố trên mặt của lớp đất đá không

thấm nước (tấng cách nước) đầu tiên kể từ trên mặt đất xuống

5.2.2.2 Đặc điểm nước ngầm

Không ápMiền cung cấp, phân bố, thoát trùng nhauTrữ lượng không ổn định

Chất lượng: nhiễm bẩn cao bởi nhân tố khí hậu, khí tượng

5.2.2.3 Ảnh hưởng của tầng chứa nước ngầm đến xây dựng

Ăn mòn vật liệu xây dựng, nước chảy vào hố móng khi thi công, xảy ra các hiện tượng cát chảy, xói ngầm dưới hố móng công trình,

5.2.3 Nước áp lực

5.2.3.1 Khái niệm

Đó là nước trọng lực nằm trong tầng chứa nước kẹp giữa 2 tầng cách nước ổn định , khi khoan vào tầng chứa nước này nước tự phun ra ngoài

5.2.3.2 Đặc điểm của nước có áp

H

z

Hình 5.2 : Sơ đồ tầng chứa nước áp lực

a miền cung cấp, b miền phân bố, c miền thoát

5.2.3.3 Ảnh hưởng của tầng chứa nước áp lực đến xây dựng

Nước có áp có thể gây ra hiện tượng bục đáy hố móng khi thi công, tạo

ra áp lực nước ở đáy móng, áp lực lên vỏ áo các công trình ngầm

Khi thi công điều kiện để cho đáy hố móng không bị bục là trọng lượng của tầng cách nước ở đáy hố móng phải bằng hoặc lớn hơn áp lực đẩy ngược của nước áp lực, tức là :

5.2.4 Phương pháp xác định hướng của dòng chảy

Hướng nước chảy thẳng góc với các đường đó theo chiều hạ thấp mực nước (hoặc mực áp lực) Nước chảy từ nơi có áp lực cao sang nơi có áp lực thấp hơn

A

36

B 40

C 34 Hình 5.4: Xác định hướng dòng chảy bằng 3 lỗ khoan

Nước dưới đất bị phân ly: H2O ↔ H+ + OH

Nước có tính bazơ : pH = (7 - 9)

5.3 Một số đặc tính hoá học nước dưới đất

5.3.1 Độ pH

5.3.2 Độ cứng :Lượng các ion Ca 2+ và ion Mg 2+ có trong nước chính

là yếu tố tạo nên độ cứng của nước

Độ cứng tổng cộng

Độ cứng tạm thời

Độ cứng vĩnh cửu Theo Alenkin, theo độ cứng tổng cộng thì có thể chia nước dưới đất thành 5 loại :

Nước rất mềm : Độ cứng tổng cộng < 1.5 mgđl/l (meq/l)Nước mềm : Độ cứng tổng cộng = (1.5 - 3) mgđl/l (meq/l)Nước hơi cứng :Độ cứng tổng cộng = (3 - 6) mgđl/l (meq/l)Nước cứng : Độ cứng tổng cộng = (6 - 9) mgđl/l (meq/l)Nước rất cứng :Độ cứng tổng cộng > 9 mgđl/l (meq/l)

5.3.3 Độ khoáng hoá: là tổng các lượng khoáng chất tìm thấy trong

nước

Để xác định độ tổng khoáng hóa, có thể dựa vào lượng cặn khô sau khi cho nước bốc hơi ở nhiệt độ 1050C

Tùy theo độ khoáng hóa, có thể phân nước dưới đất thành các loại sau :

Nước siêu nhạt : Độ khoáng hóa < 0.2 g/lNước nhạt : Độ khoáng hóa = (0.2 - 1.0) g/lNước lợ : Độ khoáng hóa = (1 - 3) g/l

Nước hơi mặn : Độ khoáng hóa = (3 - 10) g/lNước mặn : Độ khoáng hóa = (10 - 35) g/l

5.3.4 Tính ăn mòn

5.3.4.1 Các dạng ăn mòn của nước dưới đất :

Thành phần khoáng trong xi măng portland (xi măng silicat thông thường) gồm có:

Silicat tri canxit C3S 3CaO.SiO2Silicat bicanxit C2S 2CaO.SiO2Aluminat tri canxit C3A 3CaO.Al2O3Fero aluminat tetra canxit C4Al.F 4CaO.Al2O3.Fe2O3Thành phần phụ như : CaO, Al2O3, Fe2O3, MgO ở trạng thái tự do

Trong quá trình thủy hóa, ximăng kết hợp với nước tạo ra một số chất mới như Ca(OH)2 , 3CaO.Al 2 O 3 31H 2 O, 2CaO.SiO 2 nH 2 O theo các

a Ăn mòn rửa trôi

Nước hoà tan Ca(OH)2 là thành phần tự do có trong ximăng hoặc do

C3S bị thuỷ hoá sinh ra

Sự hoà tan Ca(OH)2 trong nước phụ thuộc vào độ cứng cacbonat, tức là hàm lượng HCO3 có mặt trong nước Khi hàm lượng HCO3- càng ít thì Ca(OH)2 càng bị hoà tan mạnh, quá trình hoà tan xảy ra theo phản ứng

Ca(OH)2+ Ca(HCO3)2= 2 CaCO3 + 2H2OCaCO3 sinh ra sau phản ứng sẽ bao phủ lên cấu kiện bêtông và ngăn cản sự hoà tan của Ca(OH)2

Mặt khác, trong quá trình thuỷ hoá ximăng, 2CaO.SiO2nH2O mới sinh

ra chỉ tồn tại ổn định trong cấu kiện bêtông khi trong nước có nồng độ Ca(OH)2 lớn hơn 1,45g/l Nếu hàm lượng Ca(OH)2 trong nước ít thì

b Ăn mòn muối

Nước dưới đất thường có chứa các thành phần có dạng muối như

MgSO2, CaSO4, NaCl, MgCl2 Các muối này sẽ phản ứng với các thành phần khoáng do ximăng thuỷ hoá sinh ra

3CaSO4+3CaO Al2O331H2O→3CaO Al2O3 3CaSO431H2OMgSO2+ Ca(OH)2+ H2O→ CaSO4.2H2O +Mg(OH)2

MgCl2+ Ca(OH)2→ CaCl2+Mg(OH)2

c Ăn mòn axit

Nước dưới đất có chứa một số loại axit như HCl, H2SO4…Các axit này có phản ứng như sau:

Ca(OH)2 + H2SO4 = Ca(SO4).2H2OCa(OH)2+ HCl = CaCl2 + 2H2O

d Ăn mòn CO 2

dụng với ximăng sẽ có phản ứng sau:

tự do trong ximăng đều hoà tan biến mất và do đó cấu kiện

bêtông ngày càng bị rỗng.

5.4 Các loại bản đồ địa chất thuỷ văn chuyên môn

5.4.1 Bản đồ thuỷ đẳng cao

Là một bản đồ gồm các đường đồng mực của mặt nước ngầm tức là đường nối các điểm trên mặt nước ngầm có cùng độ cao tuyệt đối

Ý nghĩa bản đồ thuỷ đẳng cao

Xác định hướng nước ngầm chảy, Xác định độ dốc của nước ngầmNếu trên bản đồ có đường đồng mực địa hình thì ta có thể xác định được chiều sâu mực nước ngầm

Là một công cụ giúp ta chọn vị trí bố trí hợp lý các giếng lấy nước hoặc thoát nước

Cho biết sự liên hệ giữa nước ngầm và nước mặt

Đường thuỷ đẳng cao

5.4.2 Bản đồ thuỷ đẳng áp

Là một bản đồ gồm các đường đồng mực của mặt áp lực tức là đường nối các điểm có cùng cột mực áp lực

Ý nghĩa của bản đồ thuỷ đẳng áp

Xác định được hướng nước chảy của nước có áp, Xác định độ dốc mặt áp lực mà người ta gọi là građien áp lực,Nếu trên bản đồ có đường đồng mực địa hình thì ta có thể xác định được chiều sâu mực áp lực,

Là một công cụ giúp ta xác định vị trí bố trí các công trình lấy nướcvà thoát tương tự bản đồ thuỷ đẳng cao

5.4.2 Bản đồ thuỷ sâu

Là bản đồ thể hiện độ sâu mực nước ngầm, có ý nghĩa trong công trình xây dựng và khai thác nước dưới đất

5.5 Biểu diễn kết quả phân tích nước dưới đất : trọng lượng ion, đương lượng và phần trăm đương lượng

5.5.1 Dưới dạng trọng lượng

ion

Đối với nước nhạt và nước lợ: g/l

nước hoặc mg/l nước

Đối với nước biển và đại dương

cũng như các loại muối dưới

đất thường biễu diễn theo: g/kg

nước, hoặc g/100g nước

Ví dụ kết quả phân tích sau

5.5.2 Dưới dạng đương lượng ion

Để tính chuyển từ trọng lượng ion thành đương lượng ion cần phải khối lượng phân tử cho hóa trị của nó

Ví dụ: Đượng lượng ion của Canxi = 40,08/2= 20,04

Đương lượng của ion Magie = 24,32/2= 12,16

Mgdl/l = mg/l chia cho đương lượng ion

Chú ý: Trong thành phần của nước thì tổng mgdl/l của anion và cation bằng nhau, nhưng trong thực tế phân tích thì không bao giờ chuẩn hoá được kết các ion phân ly, do đó kết quả phân tích thực tế thì tổng trên có thể không bằng nhau

5.5.3 Dưới dạng % đương lượng ion

Ion mg/l mgdl/l % mgdl Cation

Na+

Ca2+

Mg2+

46 90 84 Tổng

Tổng

Ion mg/l mgeq/l % đương lượng

2 4,5 7

14,81 33,33 51,86

2 4,5 7

14,81 33,33 51,86

25)

8,14()

3,33()

9,51(

)8,14()

3,33()

9,51

()

933,

0()038,

0

2 4

3

Na Ca

Mg

Cl SO

HCO g

M

Đọc tên : Bicacbonac clorua magiê canxi

5.5.4 Dưới dạng công thức Kurlov

Tên gọi đối với nước thì đọc đối với các thành phần có hàm lượng lớn hơn 20% đl theo thứ tự từ lớn đến bé, từ các anion dến kation

32 5 ,

6 5

, 37 5

, 62

75 , 43

3 25 ,

56 2

,

Ca Mg

Cl HCO

M