Hạ mực nước ngầm trong xây dựng tầng hầm

Qua thực tế chúng tôi nhận thấy rằng để có một sản phẩm xây dựng có chất lượng, cùng với việc thiết kế tường tầng hầm các đơn vị tư vấn và các nhà thầu thi công cần thống nhất cao với nh

HẠ MỰC NƯỚC NGẦM TRONG XÂY DỰNG TẦNG HẦM

PH.D PHẠM HỒNG LUÂN,

Trường Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc gia TP HCM

TÓM TẮT:

Bài báo giới thiệu tổng quát về các phương pháp hạ mực nước ngầm trong thi công xây dựng tầng ngầm Cần xem trọng và kiểm soát công tác này trong quá trình đào đất tầng hầm Phương pháp đóng băng đất có thể xem như là một biện pháp khả thi để xem xét khi xây dựng các tầng hầm sâu trên 3 tầng ở TP HCM trong điều kiện địa chất phức tạp và mực nước ngầm cao Cần phải có công ty chuyên nghiệp trong công tác hạ mực nước ngầm

DEWATERING AND WATER LOWERING IN MULTISTORY-BASEMENT

ABSTRACT:

The paper is concerning about the present methods of dewatering and water lowering in multistory-basement construction It’s important to consider and monitor this work during excavation Groundfreezing may be a possible variant need to examine to dewater in complicated geology condition and high water level Need to have a professional company in water lowering

Qua thực tế chúng tôi nhận thấy rằng để có một sản phẩm xây dựng có chất lượng, cùng với việc thiết kế tường tầng hầm các đơn vị tư vấn và các nhà thầu thi công cần thống nhất cao với nhau về các biện pháp thi công hệ thống giằng chống đở tầng hầm và phương án đào lấy đất hạ mực nước ngầm

Trong việc thi công các tầng hầm nhà nhiều tầng hoặc trong công tác khai thác khoáng sản ở dưới các vĩa sâu, để làm khô hố (hố móng) thực tiển đã có các giải pháp phổ biến sau (hình 1):

A - Phương pháp bơm hút nước lộ thiên

(nước mặt, hoặc nước ngầm chảy trên mặt sau khi đào đất)

B- Phương pháp hút nước ngầm

a) Hút bằng giếng lọc b) Hút bằng kim lọc

C- Phương pháp điện thấm (Electro-osmosis)

Hình 1- Các phương pháp làm khô hố móng

D- Phương pháp đóng băng (groundfreezing)

Việc chọn lựa giải pháp làm khô hố móng thông thường căn cứ vào:

1) Mục đích của công tác xây dựng: Ổn định của vách ngiêng, vách thẳng đứng hay đáy hố

2) Cao trình mực nước ngầm trước và sau khi cần hạ, độ sâu nước ngầm cần hạ 3) Kích thước thành phần hạt, hệ số thấm của đất

Hình vẽ 2 chỉ rõ phạm vi sử dụng các phương pháp làm khô hố móng theo phần trăm mịn hơn theo trọng lượng và kích thước hạt, ví dụ: Nếu trong đất có kích thước hạt < 0,02 (bụi hay sét) và 20 % mịn theo trọng lượng thì sử dụng giếng bơm chân không hoặc phương pháp điện thấm

Hết sức thận trọng trong công tác hạ mức ngầm! Cần có kế hoạch kiểm soát cao độ mực nước ngầm trong suốt quá trình hạ mực nước ngầm và đào đất Tuân thủ các qui định về an toàn, chuẩn mực về thiết kế và thi công Kinh nghiệm trong công tác này là phải có cái nhìn bao quát và toàn diện cả khu vực thi công, không chỉ tại công trường đang làm và không chỉ tại các vị trí cục bộ xung quanh giếng nước ngầm Trong một số các trường hợp phải bù nước cho các công trình chung quanh bằng phương pháp tự nhiên hoặc bơm nước trở lại nhằm ổn định mức ngầm cho các công trình ngoài phạm vi đang xây dựng (Hình 3)

Hình 2- Phạm vi sử dụng phương pháp làm khô hố móng tùy thuộc vào kích thước hạt

Nguồn: Chap 6 NAVFACP-418

Phổ biến hiện nay trong công tác làm khô hố móng ở tại TP HCM là:

A - Phương pháp bơm hút nước lộ thiên (nước mặt, hoặc nước ngầm chảy trên mặt sau khi đào đất)

B- Phương pháp hút nước ngầm (hút bằng giếng lọc, kim lọc)

Tích nước tại các hào rãnh: cao độ hố tích nước thấp hơn mực nước ngầm Hạ tạm

thời mực nước ngầm 20- 30 cm tại hố đào trong phạm vi nhỏ, chi phí thực hiện ít, kỹ thuật đơn giản

Sử dụng giếng bơm truyền thống: lắp đặt nhanh, có thể dẫn lên thành nhiều tầng hút,

các ống tích nước ra có thể lập thành vòng kín sau đó thoát ra ngoài công trình Phương pháp này hữu hiệu cho các công trình nhỏ, độ sâu nhỏ (3-6m), chi phí thực hiện không lớn kỹ thuật đơn giản

Phương pháp giếng lọc: Hay sử dụng khi hạ mực nước ngầm khi số tầng hầm từ 2

tầng trở lên: hiệu quả cao khi nền là đất cát, hệ số thấm lớn Cần tính toán và kiểm tra thực tế số lượng giếng: yêu cầu vừa đủ về khoảng cách và số lượng các giếng, công suất các máy bơm, độ sâu đặt bơm trong giếng, cao độ mực nước ổn định khi các máy bơm cùng vận hành (không quá sâu, kinh nghiệm nên thấp hơn đáy hố đào tạm thời từ 0.5m đến 1m, do vậy thường hay thay đổi chiều sâu đặt bơm hoặc công suất máy bơm), duy trì thời gian bơm đều và liên tục, tính toán dự trữ điện và thiết bị trên 30% công suất điện tiêu thụ Cần chú trọng kỹ thuật khoan, đặt bơm và theo dõi quan trắc công trình Phương pháp này thực hiện khá phức tạp, chi phí bơm và điện tiêu thụ lớn

Phương pháp ống kim lọc: Các ống kim lọc được nối liền với nhau thành hệ thống có

ống tích thủy chung và một máy bơm Có thể bố trí hệ thống này chung quanh hố để tạo thành vành đai chận nước

Trong phạm vi hố đào có thể bố trí nhiều giếng lọc và ống kim lọc ở các tầng khác nhau, đáy tầng hầm có nhiều hố pit với các độ sâu khác nhau Có thể kiểm soát và thiết kế hạ mực nước ngầm theo mô hình và thực tế Hình 4 giới thiệu về dự đoán các đường đẳng thế nước ngầm quanh các miệng hút của giếng lọc

Hình 3 : Bơm bù nước cho các công trình chung quanh

Nguồn: Chap 6/NAVFAC p-418

Dự đoán trước phương pháp hạ mực nước ngầm tạm thời là cần thiết Trong thực tế cần phải kết hợp nhiều biện pháp lẫn nhau: a) Hút nước lộ thiên và giếng lọc, b) Rãnh cắt nước sâu, màng chắn nước và giếng lọc (hình 5)

Kinh nghiệm cho thấy thời gian hạ mực nước ngầm bằng các phương pháp bơm hút nêu trên cần phải tối thiểu Thời gian thi công lại phụ thuộc rất nhiều vào biện pháp kỹ thuật và tổ chức thực hiện của các bên tham gia dự án trong đó năng lực thật sự của nhà thầu thiết kế (chuyên môn sâu) và đơn vị thi công xây dựng (tính chuyên nghiệp, tài chính, sở hữu thiết bị và vật tư kỹ thuật dồi dào) là tối cần thiết

Phương pháp đóng băng nền đất có thể kết hợp với các phương pháp đã nêu trên

hoặc thực hiện độc lập Phương pháp đóng băng ít thấy ở TP HCM Phương pháp này có nhiều lợi điểm, đặc biệt là không làm mất nước (và đất) ở các công trình lân cận, hoặc trong điều kiện đất bảo hòa nước mà các phương pháp hạ mực nước ngầm thông thường khác không thực hiện được

Để giảm thiểu các rủi ro có thể xẩy ra trong quá trình xây dựng tầng hầm và hạ mực

nước ngầm, sử dụng Phương pháp đóng băng để tạo ra tường chắn nước hữu hiệu Chiều

dầy tường đất đóng băng có thể lên đến 3 m, do vậy việc đóng băng nước và đất trong

Hình 5 : Kết hợp tường vữa ciment rãnh cắt nước và giếng lọc

Nguồn: Chap 6/NAVFAC p-418 Hình 4: Mô hình các đường thủy đẳng cao của nước ngầm khi có hệ thống giếng lọc cùng hoạt động

ở các cao trình khác nhau, mặt bằng hố móng tầng ngầm đa dạng

nước có thể làm chậm hoặc chấm dứt quá trình tích tụ nước tại hố đào Phương pháp này áp dụng cho các hố đào sâu trên 20m, đất có hệ số thấm lớn

Kỹ thuật đóng băng trong đất (đóng băng nhân tạo) có mặt cách đây trên 100 năm đã được sử dụng rộng rãi tại các công trường xây dựng tầng ngầm ở nước ngoài Quá trình thi công bao gồm đưa các trụ làm lạnh xuống dưới đất Hệ thống làm lạnh tuần hoàn bằng nitơ lỏng hoặc carbon dioxid có nhiệm vụ chuyển nước lỏng trong đất thành nước đá, từ đó hình thành một loại “vật liệu kín nước” có dạng hình trụ hoặc tấm (hoặc tường do nhiều trụ liên kết đông lạnh lẫn nhau) với chiều sâu lên đến 30 m - 40 m Hệ thống làm lạnh là đặc trưng quan trọng nhất của phương pháp đóng băng trong đất, nhiệt độ làm lạnh ban đầu có thể thấp đến -150oC để tạo hình các tường (đã đóng) băng Sau đó chỉ cần năng lượng vừa đủ cho hệ thống làm lạnh để duy trì các “barrier” lạnh này Có những công ty chuyên nghiệp đóng băng trong đất Thực tế trong xây dựng đã đưa các ống làm lạnh sâu trong đất từ 45m đến 125 m, sử dụng trên 1950 ống đường kính 76 mm cách nhau 1,5 m theo một chu vi 3,5 km, các ống làm lạnh được kiểm tra áp lực và nối liên tiếp với nhau, sử dụng 5000 tấn chất làm lạnh, tiêu thụ 9000 megawatts điện

Việc lựa chọn giải pháp hạ mực nước ngầm nào trong việc thi công các tầng hầm sâu và đặc biệt sâu cần phải suy xét hết sức tỉ mỉ và thận trọng Ưu tiên trước tiên là các vấn đề kỹ thuật, đãm bão an toàn tuyệt đối cho công trình, chọn các nhà thầu thiết kế và thi công thật sự đủ năng lực về chuyên môn, kỹ thuật và tài chính Trong phạm vi bài viết và trong tương lai nếu có những tầng hầm sâu xây dựng ở vùng đất phức tạp về địa chất ở

Tp HCM chúng ta thử xem xét ngoài phương pháp hạ nước ngầm đã biết thì phương pháp đóng băng nhân tạo có thể xem là một phương án đề xuất khả dĩ Tất nhiên cần có những công ty chuyên nghiệp về hạ mực nước ngầm

Hình 6a,b : Các vách tường đất sau khi đóng băng