Bài giảng thi công công trình thuỷ lợi Tiêu nước hố móng

Có một số rất ít thi công bằng đắp đất trong nước, dọn nền bằng tàu cuốc, tàu hút bùn...; Nhiệm vụ của thiết kế tiêu nước hố móng là: - Chọn PA tiêu nước hố móng phù hợp với từng thời kỳ

CHƯƠNG 4 TIÊU NƯỚC HỐ MÓNG 4.1 Mở đầu

Hầu hết các công trình thuỷ lợi trong quá trình XD luôn chịu tác dụng của dòng nước

mà đòi hỏi phải có hố móng khô ráo để thi công Có một số rất ít thi công bằng đắp đất trong nước, dọn nền bằng tàu cuốc, tàu hút bùn ;

Nhiệm vụ của thiết kế tiêu nước hố móng là:

- Chọn PA tiêu nước hố móng phù hợp với từng thời kỳ thi công;

- Xác định Q, H và chọn máy bơm phù hợp;

- Bố trí hệ thống và thiết bị tiêu nước phù hợp với PA đã chọn;

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

4.2 Phương pháp tiêu nước trên mặt

4.2.1 Nội dung

Sử dụng độ dốc bề mặt hoặc hệ thống rãnh thoát nước bề mặt để tập trung nước vào một vị trí rồi bơm ra khỏi hố móng hoặc thoát nước tự nhiên xuống chỗ trũng hơn

4.2.2 Điều kiện áp dụng

Phương pháp này đơn giản, rẻ tiền, thường ứng dụng cho các trường hợp sau:

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

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

- Thích hợp với phương án đào móng theo từng lớp

4.2.3 Bố trí hệ thống tiêu nước trên mặt

- Bố trí hệ thống tiêu nước hố móng phải đảm bảo 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

4.2.3.1 Bố trí tiêu nước thời kỳ đầu

Thời kỳ đầu cần tiêu cạn nước đọng trong hố móng bằng các máy bơm Các máy bơm

có thể đặt ở các vị trí cố định hoặc thay đổi phụ thuộc vào mực nước đọng, có thể đặt trên

hệ thống phao nổi

4.2.3.2 Bố trớ hệ thống tiờu nước trong thời kỳ đào múng

Việc bố trớ phụ thuộc vào

phương phỏp đào múng và

đường vận chuyển để bố trớ hệ

thống mương chớnh

4.2.3.3 Bố trớ hệ thống tiờu

nước thường xuyờn

Sau khi đó đào xong hố

múng, cần phải duy trỡ cho

múng khụ rỏo bằng hệ thống

mương rónh và hố tập trung

nước xung quanh hố múng để

bơm ra;

Mương (rónh) tiờu nước

thường cú mặt cắt hỡnh thang:

h=1ữ1,5m, b≥0,3m,

i≥0,002

h=0,3ữ0,5m, b=0,3m, i≥0,002;

- Hố tập trung nước cú đỏy thấp hơn đỏy mương chớnh 1m, kớch thước 1,5x1,5m hoặc 2,5x2,5m;

Mộp của mương tiờu phải cỏch chõn mỏi hố múng ≥0,5m;

Nờu mương rónh và hố tập trung nước cú mỏi thẳng đứng thỡ cần dựng gỗ vỏn và văng chống để giữ mỏi Vị trớ cỏc văng chống được xỏc định căn cứ vào phõn bố ỏp lực đất 4.2.3.4 Xỏc định lượng nước cần tiờu

* Thời kỳ đầu:

- Lưu lượng cần tiờu cú xột đến định mỏi múng và đờ quai tớnh theo cụng thức:

t

Q

h

Q= ⋅∆ +

24

ω

(4.3) Trong đú:

Hình 4.2 Bố trí rãnh tiêu n ớc trong quá trình đào móng

1 H ớng vận chuyển đất; 2, 3 Rãnh tập trung n ớc;

4 Hố tập trung n ớc; 5 Máy bơm

2

1

Hình 4.3 Bố trí hệ thống tiêu n ớc th ờng xuyên

1 Đê quai; 2 Hố tập trung n ớc;

3 M ơng dẫn n ớc; 4 Phạm vi xây dựng

1

4

ω- Diện tớch bỡnh quõn của mặt nước trong hố múng hạ thấp trong một ngày đờm (m2);

thấp mực nước

trong hố múng

(m/ngđ), thường

∆h=0,5ữ1m/ngđ;

- Nếu định trước

được thời gian T để bơm cạn hố múng thỡ Q cú thể tớnh theo cụng thức kinh nghiệm:

T

W Q

T

W

Q= + t ≈ (2ữ3)

(4.2) Trong đú: Q- Lưu lượng cần tiờu (m3/h);

W- Thể tớch nước đọng trong hố múng (m3);

T- Thời gian dự định bơm cạn hố múng (h);

Qt- Lưu lượng thấm vào múng, lấy bằng (1ữ2)W/T;

- Cú Q và H, ta chọn được số lượng và chủng loại mỏy bơm Trong quỏ trỡnh bơm cần theo dừi và điều chỉnh số mỏy bơm cho phự hợp với tốc độ bơm cạn ∆h để khụng gõy sạt lở mỏi hố múng

* Thời kỳ đào múng:

Thời kỳ đào múng, lượng nước cần tiờu gồm: nước mưa Qm, nước thấm Qt và nước thoỏt ra từ khối đất đào múng Qd:

d t

Q

24

h F

Q m = ⋅

(4.4)

n

m a W

Q d

⋅

⋅

⋅

=

Trong đú: Q- Lưu lượng cần tiờu (m3/h);

Qt- Tổng lưu lượng thấm vào hố múng (m3/h);

Qm- Lưu lượng mưa đổ vào hố múng (m3/h);

Qd- Lượng nước thoỏt ra từ khối đất đào múng (m3/h);

F- Diện tớch hứng nước mưa của hố múng (m2);

Hình 4.9 Sơ đồ tính l u l ợng bơm bổ sung

a- Hệ số róc nước, đất cát a=0,2÷0,3; đất á cát a=0,1÷0,15 n- Thời gian đào móng (tháng);

m- Hệ số bất thường m=1,3÷1,5;

* Thời kỳ thường xuyên:

Đây là thời kỳ đào xong móng và thi công công trình chính trong hố móng Lượng nước cần tiêu gồm: nước mưa Qm, nước thấm Qt, nước thi công Qtc:

tc t

Q

Trong đó: Qtc- Nước thải ra hố móng trong quá trình thi công như: nước rửa vật liệu, nước dưỡng hộ bê tông, nước rửa nền, nước làm mát

Việc xác định lượng nước thấm vào hố móng tham khảo giáo trình thuỷ lực, thuỷ công

4.3 Phương pháp hạ thấp mực nước ngầm

4.3.1 Nội dung

Khi đào móng ở những vùng nền có Kthấm lớn, MNN cao ta cần hạ thấp MNN trước, trong quá trình đào móng và khi xây dựng móng công trình để tránh sạt lở mái, bục đáy móng và giữ cho hố móng được khô ráo;

Bố trí hệ thống giếng ở xung quanh hoặc trong hố móng (có thể là giếng thường hoặc giếng kim) rồi tiến hành bơm hạ thấp mực nước ngầm

4.3.2 Phạm vi ứng dụng

- Hố móng rộng, ở vào tầng đất có hạt nhỏ, hệ số thấm nhỏ như đất cát hạt nhỏ và hạt vừa, đất phù sa, ;

- 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;

Phương pháp này phức tạp, đắt tiền nhưng vẫn được ứng dụng vì nó có những ưu điểm sau:

- Giữ cho hố móng khô ráo, dễ thi công;

- Khi HMNN, 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;

HMNN thường dùng hệ thống giếng thường hoặc hệ thống giếng kim và bơm cao áp 4.3.2.1 Hệ thống giếng thường

Xung quanh hố móng bố trí một hệ thống giếng để nước ngầm tập trung vào, rồi dùng máy bơm hút liên tục làm cho MNN được hạ xuống thấp;

Đối với giếng thường rộng lòng, đào bằng thủ công thì đào tới đâu phải hạ ống bảo vệ thành đến đó, đáy giếng được bảo vệ bằng một lớp cuội sỏi Loại giếng này không thể HMNN sâu được;

Muốn HMNN xuống sâu hơn nữa ta phải tạo giếng bằng ống nhựa hoặc thép Quá trình tạo ống thép có thể tóm tắt như sau:

- Hạ ống ngoài: Dùng nước cao áp (20atm) xói đất, do trọng lượng của ống và chấn động, ống sẽ từ từ cắm sâu vào trong đất;

400~500

ngoµi èng läc Chi tiÕt A

150~250

èng hót Th©n èng

èng hót èng ngoµi b»ng thÐp hoÆc gang èng ch×m

§Êt sÐt B¬m n íc

n íc

L íi läc bªn

Hình 4.10 Giếng thường cỡ lớn

δ D

D

A A

1

2

H1

H2

Hình 4.11 Ống lọc nước bằng gang đúc

- Hạ thành giếng: Đường kính thành giếng thường từ 20÷45cm Đưa thành giếng lên cao rồi thả vào trong ống ngoài đã hạ Phần dưới của thành giếng có lỗ lọc nước Chiều dài đoạn này tùy thuộc vào địa chất và MNN;

- Nhổ ống ngoài lên và làm thiết bị lọc ngược: Trong quá trình rút ống ngoài lên thì đổ cát sỏi xuống để làm tầng lọc Nếu đất có lớp cát sỏi tự chúng có thể trở thành lớp lọc quanh giếng thì không phải làm và tầng lọc chỉ cần làm ở đoạn ống có lỗ;

- Có thể mỗi giếng bố trí một máy bơm (như loại máy bơm chuyên dùng gắn ngay trên thành giếng) hoặc 2÷3 giếng một máy bơm, tùy hoàn cảnh thực tế

* Giếng thường với máy bơm sâu: Giếng thường với máy bơm sâu do bơm hút sâu đặt trên đỉnh giếng hoặc bơm đặt chìm sâu trong giếng và ống lọc tạo thành

Thiết bị cấu thành giếng loại này bao gồm: các ống giếng lọc, các tổ máy bơm sâu đặt

ở mỗi giếng, cũng có thể đặt các máy bơm ở trên đỉnh giếng rồi dẫn ống hút có gắn chõ bơm xuống đáy giếng, ống tập trung nước và ống xả nước.[5]

4.3.2.2 Hệ thống giếng kim

- Trường hợp hố móng lớn, hệ số thấm của đất nhỏ (Kt=4÷10cm/s) nếu dùng giếng thường thì không kinh tế, mà phải dùng hệ thống giếng kim;

- Hệ thống giếng kim gồm những ống lọc nhỏ, cắm xung quanh hoặc trong hố móng, các giếng kim này nối liền với nhau bằng các ống chính tập trung nước và nối với máy bơm;

- Phân loại: + Giếng kim chân không;

+ Giếng kim có thiết bị dòng phun;

+ Giếng kim điện thấm

* Cấu tạo hoạt động, ưu nhược điểm và điều kiện áp dụng:

ng giÕng kim

ng thu n íc

B¬m n íc

ng thu n íc TÇng chøa n íc

Hè mãng

MNN

è è

è

Hình 4.12 Mặt bằng bố trí hệ thống giếng kim xung quanh hố móng

Hệ thống giếng kim gồm những ống lọc nhỏ, cắm xung quanh hố móng Các giếng kim này nối liền với nhau bằng các ống chính tập trung nước và nối với máy bơm;

+ Phương pháp này tương đối phức tạp, đắt tiền nhưng vẫn được ứng dụng vì nó có những ưu điểm sau:

- Làm cho đất trong hố móng với độ sâu khá lớn 5÷20m (lớn hơn giếng thường) trở lên khô ráo, dễ thi công;

- Đất nền trong phạm vi HMNN sẽ 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 (tốt hơn giếng thường);

- Giếng kim lọc là kết cấu đơn giản, gọn nhẹ, tốn ít công khi hạ và lắp ráp, hoạt động nhanh chóng khi HMNN do các kim lọc được bố trí mau (sít nhau);

- Nhược điểm lớn nhất đối với sự làm việc bỡnh thường của giếng kim là mất chõn khụng tức là hiện tượng hỳt khụng khớ vào ống hỳt Chỉ cần MNN hạ thấp hơn mặt trờn của đoạn lọc là ống lọc bị hở, giếng mất chõn khụng sẽ ngừng làm việc và cú thể dẫn đến hệ thống cũng ngừng làm việc;

+ Điều kiện ỏp dụng:

- Hố múng rộng, ở vào tầng đất cú hạt nhỏ, hệ số thấm nhỏ như đất cỏt hạt nhỏ và hạt vừa, đất phự sa, ;

- Đỏy múng trờn tầng khụng thấm mỏng và phớa dưới là nước ỏp lực;

* Bố trớ hệ thống giếng kim:

Để bố trớ giếng kim phải căn cứ vào yờu cầu về độ sõu phải HMNN, độ lớn và kớch thước mặt bằng hố múng, tớnh năng thấm của tầng chứa nước và hướng chảy của nước ngầm,… Nếu chiều sõu yờu cầu HMNN ở 4ữ5m thỡ bố trớ giếng 1 tầng, nếu chiều sõu yờu cầu HMNN lớn hơn 6m thỡ cú thể bố trớ giếng 2 tầng hoặc nhiều hơn;

Nếu bề rộng hố múng <10m thỡ cú thể đún đầu nguồn nước ngầm để bố trớ một hàng giếng kim Khi bề rộng hố múng lớn thỡ cú thể bố trớ giếng xung quanh khộp kớn hoặc khụng khộp kớn;

Sơ đồ bố trớ một cấp giếng kim khi hố múng nụng như hỡnh 4.15

Sơ đồ bố trớ 2 tầng giếng kim khi hố múng sõu như hỡnh 4.16

MNN ổn định sau khi hạ thấp Giếng hút n ớc hạ thấp MNN

Tầng không thấm

H0

A

R

Hg

MNN ban đầu

Hỡnh 4.15 Mực nước ngầm được hạ xuống thấp hơn đỏy đỏy múng ổn định

MNN ban ®Çu

TÇng kh«ng thÊm

GiÕng kim cÊp 2 GiÕng kim cÊp 1

Hình 4.16 Sơ đồ bố trí 2 cấp giếng kim khi hố móng sâu

* Khoan lỗ tạo giếng:

Khoan lỗ thường dùng khoan xung kích, khoan xoay, xói nước cao áp (0,4÷1)N/mm2 hoặc phương pháp ống lồng Độ sâu khoan lỗ phải sâu hơn đáy ống lọc 0,5m để cho cát lắng đọng Khi hạ giếng cần kịp thời dùng cát thô sạch để lấp chặt khoảng giữa thành lỗ đến giếng kim, sau đó rửa giếng kim (dùng nước máy hoặc máy nén không khí) cho đến khi nước trong6;

Từ mặt đất đến độ sâu (0,5÷1)m, tất cả các ống giếng kim đều được lấp kín bằng đất sét để đề phòng rò khí;

* Những chú ý khi vận hành:

Sau khi nối khép kín hệ thống giếng kim mới tiến hành hút thử Nếu thấy không rò khí, mới chính thức cho hoạt động Luôn luôn theo dõi đồng hồ chân không lắp sẵn trên hệ thống để kiểm tra, thường độ chân không 55,3÷66,7Kpa (1Pa=1,02.10-5 KG/cm2=1,02.10

-5daN/cm2) Khi đường ống giếng bị rò khí thì sẽ không bảo đảm độ chân không;

Để giếng hoạt động liên tục, luôn luôn phải có thêm nguồn điện dự phòng và các thiết

bị thay thế bổ sung kịp thời;

Hệ thống chỉ ngừng hoạt động sau khi đã thi công xong phần dưới của công trình và

hố móng đã được lấp trả

a) Các thiết bị chính của hệ thống giếng kim chân không

2 3

4

8 9

Hình 4.13 Cấu tạo giếng kim với khớp nối

bản lề 1- Ống dẫn; 2- Ống hút; 3- Khớp nối; 4- Ống

lọc; 5-Ê-cu; 6- Van; 7- Ống cút nối; 8- Ống

nối có ren; 9- Ống tập trung nước

èng giÕng ®iÓm

B¶o vÖ b»ng d©y thÐp th«

Luíi läc th«

Luíi läc tinh

èng nhôa quÊn

Lç nuíc vµo ë thµnh èng èng thÐp

§Çu èng b»ng gang

Hình 4.14 Cấu tạo ống lọc nước

- Ống giếng kim: gồm thân ống và đoạn ống lọc Thân ống gồm những đoạn ống thép

Φ50mm dài 1,5÷2,0m nối với nhau tuỳ theo chiều sâu của giếng Đầu ống là đoạn ống lọc dài 1÷2m, thường là ống thép Φ50mm có đục các lỗ Φ10÷15mm bố trí như 2 hình hoa mai,

cự ly giữa các lỗ 30÷40mm;

- Ống thu nước chính: Dùng ống thép Φ102÷127mm gồm nhiều đoạn nối với nhau bằng ren, các ống này cứ cách 1÷2m đặt một đầu nối măng xông để nối với giếng kim lọc bằng những ống mềm hoặc ống cứng;

Nên đặt ống thu nước ở các cao độ trên MNN nhưng càng thấp càng tốt;

- Ống nối: Dùng ống cao su hoặc ống nhựa Φ40÷50mm, trên ống nối nên có van và các thiết bị đo áp lực để kiểm tra Dùng ống nối để nối tiếp giữa ống giếng kim với ống chính thu nước và máy bơm, hình thành một hệ thống hoàn chỉnh;

- Thiết bị hút nước: Thiết bị hút nước được tạo thành bởi bơm hút nước, đồng hồ đo lưu lượng, đồng hồ đo chân không và két nước tuần hoàn

b) Phương pháp giếng kim có thiết bị dòng phun

Giếng có cấu tạo gồm 3 phần chính: vòi phun, bơm cao áp và đường ống dẫn Thiết bị phun gồm 2 loại là phun nước và phun khí;

1 2

3

4

5

6

Hình 4.17 Cấu tạo giếng kim có thiết bị

dòng phun 1- Bơm nước; 2- Két nước; 3- Ống nước

công tác; 4- Ống nước lên; 5- Bộ vòi phun;

6- Ống lọc

1 2 3

4

7

Hình 4.18 Cấu tạo vòi phun 1- Miệng phun; 2- Buồng hỗn hợp; 3-Buồng khuếch tán; 4- 3-Buồng hút nước; 5- Ống hút nước; 6- Ống phun;

7- Ống lọc Đây là hệ thống giếng kim hoạt động hút và bơm nước bằng kim phun đặt ở phía đỉnh ống lọc Nhờ nguyên lý thuỷ khí, nước bơm qua kim phun sẽ hút kéo theo nước dưới ống lọc lên;

Giếng kim có vòi phun khác với loại giếng kim chân không ở chỗ nó có đường kính lớn hơn, đoạn lọc, cột ống trên đoạn lọc dài hơn và ở trong ống lọc có một cột ống thứ 2 của

bộ phận hút nước kiển vòi phun;

Các thiết bị chính (hình 4.17);

Vòi phun: gồm 7 bộ phận như hình 4.18;

Việc hạ giếng kim có thiết bị dòng phun tương tự như giếng kim lọc chân không; Giếng kim lọc có thiết bị dòng phun sử dụng trong các loại đất cát và cát sỏi là hợp lý nhất, có thể hạ các ống lọc vào trong các loại đất này bằng phương pháp thủy lực mà không cần đổ thêm vật liệu lọc;

Hiện nay chiều sâu HMNN bằng giếng kim vòi phun có thể đạt tới 18m Sử dụng chúng để hạ MMN sâu hơn, theo nguyên tắc hoạt động của vòi phun thì không có lợi vì đòi hỏi nước phun phải có áp lực cao hơn

c) Giếng kim kết hợp điện thấm

Muốn làm khụ những loại đất dớnh cú hệ số thấm K<0,1m/ngày đờm, như đất thịt nhóo, đất sột pha cỏt, đất phự sa bằng giếng kim thụng thường khụng cú hiệu quả thỡ nờn ỏp dụng kết hợp với biện phỏp điện thấm;

MNN ban đầu

MNN ổn định sau khi hạ thấp

ống kim lọc có điện cực âm

Tầng không thấm Thanh thép điện có cực d ơng

Hỡnh 4.19 Biện phỏp giếng kim lọc kết hợp điện thấm để HMNN Biện phỏp điện thấm dựa trờn nguyờn tắc “dưới tỏc dụng của dũng điện một chiều chạy qua một vật ẩm (ở đõy là đất) thỡ nước trong lỗ rỗng của đất sẽ chuyển dịch từ phớa cực dương sang phớa cực õm Cỏc ống lọc dựng làm điện cực õm, cũn cực dương là những thanh thộp cắm sõu xuống đất thành hàng song song với hàng ống lọc và cỏch những ống này độ 1m (hỡnh 4.19)

Nước lỗ rỗng mang điện tớch (+) cho nờn dưới tỏc

dụng của dũng điện và chõn khụng của giếng kim, nước

được chảy về phớa giếng và hệ thống giếng hoạt động

như giếng kim bỡnh thường

Như vậy, nước sẽ thấm từ giữa hố múng ra xung

quanh, đồng thời nước từ cỏc phớa ngoài cũng bị ngăn lại

khụng thấm được về phớa hố múng Ngoài ra những hạt

đất nhỏ bị hỳt về phớa cực dương, làm cho cỏc ống kim

lọc khụng bị bớt đất làm tắc ống lọc

Giếng kim mang cực (–) là ống thộp Φ50ữ75mm,

cực (+) là thộp đặc Φ>25mm cắm ở phớa hố múng, điện

ỏp U=45ữ65(V) Điện thế dũng điện một chiều dựng ở

đõy khỏ nhỏ khụng nguy hiểm đối với người.[14]

d) Phương phỏp giếng khoan UNICEF loại nhỏ

Việc nhập cỏc thiết bị giếng kim cũn nhiều khú

khăn, vận chuyển xa, giỏ thành đắt nờn việc sử dụng cỏc

thiết bị cú sẵn trờn thị trường Việt Nam như giếng khoan

ống PVC

ống lọc

ống PVC