Khi đào hố móng hoặc thi công các công trình nằm sâu trong lòng đất mà đáy hố móng hoặc công trình nằm dưới mực nước ngầm, nước ngầm chảy vào hố móng hoặc công trình gây cản trở cho các quá trình thi công hoặc sụt lở vách đất... Cần thiết kế biện pháp hạ mực nước ngầm (hình 33). Hạ mực nước ngầm là làm cho mức nước ngầm hạ thấp cục bộ ở một vị trí nào đó, bằng các phương pháp nhân tạo, đào giếng sâu trong tầng chứa nước và hạ thấp mực nước trong đó bằng cách bơm liên tục tạo nên hình phễu trũng. Một giếng chỉ làmkhô được một phạm vi hẹp nhất định nào đấy, muốn làm khô một vùng thì xung quanh khu vực đất đó phải làm hệ thống giếng và từ các giếng nước được bơm liên tục.
Trang 1HẠ MỰC NƯỚC NGẦM Mục đích
Khi đào hố móng hoặc thi công các công trình nằm sâu trong lòng đất mà đáy hố móng hoặc công trình nằm dưới mực nước ngầm, nước ngầm chảy vào hố móng hoặc công trình gây cản trở cho các quá trình thi công hoặc sụt lở vách đất Cần thiết kế biện pháp hạ mực nước ngầm (hình 3-3)
Hạ mực nước ngầm là làm cho mức nước ngầm hạ thấp cục bộ ở một vị trí nào
đó, bằng các phương pháp nhân tạo, đào giếng sâu trong tầng chứa nước và hạ thấp mực nước trong đó bằng cách bơm liên tục tạo nên hình phễu trũng Một giếng chỉ làmkhô được một phạm vi hẹp nhất định nào đấy, muốn làm khô một vùng thì xung quanh khu vực đất đó phải làm hệ thống giếng và từ các giếng nước được bơm liên tục
Các loại thiết bị hạ mực nước ngầm
Hiện nay để hạ mực nước ngầm có ba loại thiết bị chủ yếu :
Trang 2Ống giếng lọc với bơm hút sâu
Cấu tạo
Giếng lọc với máy bơm hút sâu: là bộ thiết bị gồm các bộ phận: ống giếng lọc, tổ máy bơm đặt trong mỗi giếng, ống tập trung nước, trạm bơm và ống xả nước Máy bơm phổ biến dùng loại máy bơm trục đứng
Ống giếng lọc: là ống bằng thép có đường kính 200 ÷ 450mm, phía dưới cónhiều khe nhỏ để hút nước gọi là phần lọc Phần lọc có cấu tạo như hình vẽ Chiều dài phần lọc tuỳ theo địa chất có thể kéo dài từ 6 ÷ 15m
Máy bơm trục đứng được đặt sâu trong ống giếng, để quay máy bơm là động cơ Hiện nay phổ biến là dùng loại máy bơm trục đứng có nhóm bánh xe công tác đặt ở thân máy và bắt chặt vào trục đứng chung với ống hút có lưới ở đầu dưới
Nguyên lý
Nước ngầm sau khi theo các khe nhỏ của ống giếng lọc chảy vào trong ống sẽ được máy bơm trục đứng liên tục hút lên trên
Kỹ thuật hạ giếng:
+ Nếu đất thuộc loại cát pha sét hay cát, hay loại đất dễ bị xói lở thì áp dụng biện pháp xói bằng tia nước để hạ ống Khi đó ở đầu dưới ống lắp thêm một mũi ống để phun ra những tia nước áp lực và nôi ống đó với một ống dẫn nước cao áp (8÷16atm)
+ Nước phun ra từ mũi ống sẽ phá vỡ kết cấu đất và ống giếng tự tụt dần xuống đến độ sâu thiết kế thì vặn ống dẫn nước cao áp ra và lấy lên
+ Khi hạ ống trong đất lẫn sỏi, sau khi xói nước cát lẫn sỏi sẽ lấp khoảng trống xung quanh ống, tạo ra màng lọc tự nhiên
+ Trường hợp đất thiếu những thành phần tạo ra màng lọc tự nhiên, muốn làm tăng bề mặt hút nước, tăng khả năng làm việc của giếng, ta tự tạo ra xung quanh giếng một màng lọc cát sỏi bằng cách đổ các hạt có đường kính từ 3 ÷ 10mm xung
Trang 3quanh ống giếng theo một ống bao Ông bao này rộng hơn ống giếng từ 80 ÷ 100mm Đổ sỏi ngay sau khi hạ xong ống xuống độ sâu quy định, rồi bơm nước áp lực nhỏ để có thể dễ dàng rút ống bao lên
+ Nêu đất rắn chắc thì phải khoan lỗ để đặt ống giếng Sau khi hạ xong ống giếng thì lắp máy bơm hút sâu vào trong ống giếng
Hình 3-4 Giếng lọc máy bơm hút sâu Cấu tạo: 1 Ống giếng; 2 Máy bơm trục đứng; 3 Lớp dây thép
4 Lưới lọc; 5 Lớp cát lọc; 6 Thành giếng
Hạ giếng bằng phương pháp xói nước Ống giếng; 2 Phần lọc; 3 Ống dẫn nước cao áp
Trang 44 Mũi ống
Ưu và nhược điểm của phương pháp
* Ưu điểm
+ Hiệu suất cao, năng suất lớn
+ Có thể nâng nước lên cao (80 ÷ 100m ) nghĩa là có thể hạ mực nước ngầm xuống sâu
+ Mỗi giếng có thể hạ mực nước ngầm độc lập
* Nhược điểm
+ Công tác hạ ống phức tạp, tốn nhiều thời gian và chi phí cao
+ Máy bơm chóng hỏng nếu nước hút lên có lẫn cát
* Áp dụng
+ Khi hạ mực nước ngầm xuống sâu, mà các loại thiết bị khác không đủ khả năng
+ Khi địa chất phức tạp (đất nứt nẻ, đất bùn, đất sét, sét pha cát xen kẽ với những lớp cát) những trường hợp này phải đổ nhiều loại vật liệu thấm nước xung quanh ống lọc
+ Khi hố móng rộng, lượng nước thấm lớn
+ Khi thời gian làm viêc trong hố móng kéo dài
Thiết bị kim lọc hạ mức nước nông
Trang 5a) Cấu tạo
1 Đoạn ống hút, 2 Khớp nối, 3 Lưới lọc, 4 Lưới thép bảo vệ5 Đoạn ống ngoài (có đục lỗ), 6
Đoạn ống trong (khôngđục lỗ), 7 Van vành khuyên, 8 Van cầu, 9 Lò xo
Hệ thống kim lọc gồm ba phần: đoạn ống trên, đoạn ống lọc và đoạn cuối
+ Đoạn ống trên: là ống thép hút dẫn nước, được nối lại với nhau từ nhiều đoạn ống có đường kính 50 ÷ 68mm, số đoạn ống này tuỳ thuộc độ sâu cần đặt đoạn lọc Đoạn ống trên được nối với bơm hút hay bơm đẩy cao áp
+ Đoạn lọc: gồm hai ống thép lồng nhau
- Ống trong: không đục lỗ, được nối với ống trên
- Ống ngoài: được đục lỗ và có đường kính lớn hơn đường kính ống trong một ít
Trang 6- Bên ngoài được cuốn dây thép và được bao bởi lưới lọc.
+ Đoạn cuối: gồm có van vành khuyên, van cầu và bộ phận xói đất
Nguyên lý
Hạ ống kim lọc
+ Đặt thẳng đứng để đầu kim lọc đúng vào vị trí thiết kế
+ Dùng búa gõ nhẹ để phần đầu cắm vào trong đất
+ Cho bơm nước cao áp vào trong ống lọc Dưới áp suất lớn nước được nén vào trong kim lọc, đẩy van vành khuyên đóng lại và nén van cầu mở ra Nước phun ra ngoài theo các lỗ răng nhọn
+ Các tia nước phun ra với áp suất cao làm xói lở đất ở đầu kim lọc, và đẩy chúng lên mặt đất Dưới trọng lượng bản thân kim lọc từ từ chìm vào trong lòng đất Đến
độ sâu thiết kế thì dừng bơm nước kết thúc giai đoạn hạ kim lọc
Hoạt động hút nước ngầm của ống kim lọc
+ Chèn vào xung quanh phần lọc một lớp sỏi và cát hạt to để tạo thêm lớp lọc Chèn một lớp đất sét trên miệng lỗ để giữ không cho không khí lọt vào trong ống kim lọc
+ Cho bơm hút hoạt động, dưới tác dụng của chân không, van cầu bị hút đóng lại Nước ngầm ở ngoài thấm qua lưới lọc vào trong ống ngoài đẩy van vành khuyên mở
ra, chảy vào ống trong và được hút lên
Sơ đồ bố trí ống kim lọc
+ Sơ đồ kết hợp hai tầng hạ nông
Hệ thống ống kim lọc có thể hạ mực nước ngầm từ 4 ÷ 5 m, để hạ sâu hơn ta kết hợp nhiều tầng kim lọc xuống thấp dần
+ Sơ đồ bố trí đối với mặt bằng hẹp: Bố trí một hàng ống kim lọc chạy dọc công móng
Trang 7+ Lưu lượng nước của hệ thống nếu bố trí theo chuỗi:
+ Lưu lượng nước của hệ thống nếu bố trí theo vòng:
Hình 3-7 Sơ đồ bố trí hệ thống ống kim lọc a) Bố trí theo vòng khép kín; b) Bố trí theo chuỗi
1 Ống kim lọc; 2 Ống gom nước; 3 Máy bơm,
4 Mực nước ngầm trước khi hạ 5 Mực nước ngầm sau khi hạ
Trang 8Thiết bị kim lọc hạ mức nước sâu.
a) Cấu tạo(hình 3-8)
+ Ống kim lọc hút sâu có cấu tạo khác với kim lọc hút nông là đường kính to hơn, phần thân ống và phần lọc dài hơn, trong ống lọc có thêm một ống thứ hai mang miệng phun nhằm đưa nước lên cao Cấu tạo ống kim lọc hút sâu như hình 3-8
1: ống ngoài,
2 : ống trong,
3 : miệng phun,
4 : khớp nối,
5 : ống lọc trong,
6 : ống lọc ngoài,
7 : van bi
Hình 3-8 Ống kim lọc hút sâu
Nguyên lý
+ Đầu tiên hạ ống lọc ngoài (ống 1), có phần lọc và phần chân ống xuống đất bằng phương pháp xói nước tương tự như khi hạ ống kim lọc hút nông
+ Sau đó thả vào trong ống (1) 1 ống nhỏ hơn (ống 2) mang miệng phun (3) ở phần dưới
Trang 9+ Máy bơm đẩy nước cao ap với áp suất 7,5 ÷ 8 at vào ống kim lọc, nước chảy trong khoảng trống giữa hai ống (1) và (2) rồi đến miệng phun Tia nước chảy qua các lỗ nhỏ của miệng phun và phun lên với một lưu tốc rất lớn, làm giảm áp suất không khí trong khoảng không gian phía dưới của ống trong, hút theo nước ngầm dưới đất lên cao
+ Hỗn hợp nước ngầm và nước ban đầu được hút lên chảy vào một hệ thống ống dẫn đến bể chứa nước Máy bơm lại lấy nước trong bể này để bơm vào ống kim lọc làm nước mồi Nước
+ Đối với những nơi đất cát, đất cát lẫn sỏi thì không cần đổ màng lọc xung quanh ống kim lọc hút sâu Nhưng khi dùng ở những nơi đất sét pha cát, đất ít thấm thì phải đổ màng lọc xung quanh ống
Phạm vi áp dụng
+ Dùng để hạ mực nước ngầm xuống sâu, khi mà ống kim lọc hút nông không hạ được
Trang 10+ Dùng ống kim lọc hút sâu có thể hạ mực nước ngầm xuống đến độ sâu 18m Tuy nhiên không nên dùng thiết bị này để hạ mực nước ngầm xuống quá sâu vì phải cần một lượng nước mồi quá lớn
+ Trong trường hợp nguồn nước thấm lớn (trên 5 lít/giây cho một ống kim lọc) và thời gian hạ mực nước ngầm khá dài thì nên áp dụng phương pháp ống giếng lọc có máy bơm hút sâu, vì nó có hiệu suất cao hơn phương pháp ống kim lọc hút sâu