Các công trình được xây dựng trên nền cát chảy có yêu cầu hạ thấp mực nước ngầm trong quá trình thi công móng thì việc hạ mực nước ngầm sẽ quyết định sự thành bại trong quá trình xây dựng, giá thành xây dựng, chất lượng nền, chất lượng móng và chất lượng công trình. Tham khảo nội dung bài viết Các giải pháp kỹ thuật nâng cao hiệu quả của hệ thống giếng, hạ thấp mực nước ngầm khi thi công móng công trình trên nền cát chảy để hiểu hơn về vấn đề này. Với các bạn chuyên ngành Kiến trúc - Xây dựng thì đây là tài liệu tham khảo hữu ích.
CÁC GIẢI PHÁP KỸ THUẬT NÂNG CAO HIỆU QUẢ CỦA HỆ THỐNG GIẾNG HẠ THẤP MỰC NƯỚC NGẦM KHI THI CƠNG MĨNG CƠNG TRÌNH TRÊN NỀN CÁT CHẢY ThS Trần Văn Toản Trường Đại học Thủy lợi Tóm tắt: Các cơng trình xây dựng cát chảy có yêu cầu hạ thấp mực nước ngầm (HMNN) trình thi cơng móng việc HMNN định thành bại trình xây dựng, giá thành xây dựng, chất lượng nền, chất lượng móng chất lượng cơng trình Hiện nhiều cơng trình thực thành cơng bên cạnh nhiều cơng trình thất bại nhiều ngun nhân khác Thông qua việc nghiên cứu sở lý thuyết tồn từ thực tế HMNN xây dựng móng cơng trình, tác giả đưa giải pháp cải tiến kỹ thuật phù hợp để nâng cao hiệu công tác HMNN ĐẶT VẤN ĐỀ Trong thực tế vấn đề HMNN để thi cơng móng cơng trình như: Âu thuyền Cầu Đất (Hải Dương), trạm bơm Kim Đôi (Hà Bắc), trạm bơm Như Trác, Hữu Bị II (Hà Nam), cống Liên Mạc (Hà Tây cũ), trạm bơm Tràm (Hải Dương), cống Vân Cốc, cống Hiệp Thuận, hệ thống kênh dẫn cụm cơng trình đầu mối Hát Môn - Đập Đáy (Hà Tây cũ),… nhiều cơng trình dân dụng, giao thơng, cơng nghiệp khác tồn nhiều vấn đề sau: - Chưa hạ MNN xuống thấp đến cao trình thiết kế yêu cầu - Mái hố móng dòng thấm chảy vào hố móng làm sạt lở mái - Thiết bị khơng sẵn có phổ biến, chủ yếu nhập ngoại nên việc áp dụng gặp nhiều khó khăn giá thành thiết bị cao - Việc lắp đặt vận hành thiết bị yếu - Chọn thông số thiết kế chưa phù hợp với thực tế trường Nguyên nhân tồn vấn đề khảo sát (địa chất nền, địa chất thuỷ văn: hệ số thấm, MNN, nguồn bổ sung nước,…), chưa nghiên cứu kỹ kích thước hố móng, chọn phương pháp HMNN thiết bị chưa phù hợp, tính tốn thiết kế thi cơng chưa xác, vận hành quản lý chưa trọng,… (Các nguyên nhân tác giả nêu báo đăng Tạp chí Kỹ thuật Tài nguyên nước, số 01-2010) 22 Trên sở lý thuyết học HMNN số cơng trình khơng đạt hiệu tác giả giới thiệu giải pháp kỹ thuật thiết bị để nâng cao hiệu công tác HMNN CÁC GIẢI PHÁP KỸ THUẬT NÂNG CAO HIỆU QUẢ CỦA HỆ THỐNG GIẾNG HMNN 2.1 Tạo lớp lọc xung quanh giếng Việc tạo lớp lọc ngược xung quanh giếng để tăng diện tích tiếp xúc giếng mơi trường đất có nước ngầm, tăng lưu lượng nước thấm vào giếng, tức tăng khả hút nước giếng 2.1.1 Hạ giếng cách xói thủy lực Cần ý muốn tạo lớp lọc hạ ống lọc phương pháp thủy lực, lưu lượng xói tạo giếng phải đủ lớn để hạt đất nhỏ xung quanh giếng lơi theo dòng chảy lên phía trào ngoài, hạt cát sỏi tạo lớp lọc phải đủ lớn để lắng đọng xuống đáy giếng Như vậy, mơi trường dòng chảy xung quanh giếng xuất chuyển động ngược chiều nhau: hạt đất nhỏ xung quanh giếng xói lở theo dòng nước chuyển động từ lên trên, cát sỏi tạo lớp lọc tác dụng trọng lượng thân thắng sức cản dòng nước để chuyển động xuống đáy giếng Muốn sau hạ xong giếng tiếp tục bơm nước vào giếng để đảm bảo Vx>W đổ cát sỏi xung quanh giếng tạo lớp lọc đảm bảo VxW= (1) d 24 Trong đó: Vx – Vận tốc dòng nước lỗ xói tạo giếng (m/s) Q – Lưu lượng nước xói tạo lỗ (m3/s) - Diện tích lỗ xói tạo giếng (m2) W– Độ thô thủy lực đất xung quanh giếng bị xói (m/s) 1 – Trọng lượng riêng hạt đất bị xói (T/m3) – Trọng lượng riêng nước (T/m3) d – Đường kính hạt đất bị xói (m) - Hệ số nhớt động lực nước (T.s/m2) + Đường kính hạt vật liệu (cát sỏi) tạo lớp lọc phải đủ lớn để đảm bảo điều kiện tự lắng xuống đáy giếng: Q d cs >V= Wcs= cs (2) 24 Trong đó: Wcs – Độ thơ thủy lực vật liệu (cát sỏi) tạo lớp lọc (m/s) cs – Trọng lượng riêng vật liệu (cát sỏi) tạo lớp lọc (T/m3) dcs – Đường kính hạt vật liệu (cát sỏi) tạo lớp lọc (m) [4] 2.1.2 Hạ giếng có dùng vách Việc đổ cát sỏi để hình thành lớp lọc ống vách thành ống lọc phải tiến hành sau hạ giếng xuống đủ chiều sâu, đổ cát sỏi phải bơm nước vào đáy lỗ khoan với lưu lượng phù hợp, đồng thời nâng dần ống vách lên Trong loại đất thấm nước mạnh, nước bị hút nhiều gây cho thành lỗ khoan bị sụp Để tránh tượng này, phải bơm thêm khí nén với nước (hạ ống khí nén) vào lỗ khoan tăng thêm chiều dày lớp cát sỏi lọc ngược xung quanh giếng 2.2 Tạo thu nước ngầm Tạo hào cát thô dẫn nước thấm vào xung quanh giếng để nâng cao khả hút nước giếng Khi đất có hệ số thấm nhỏ, hào dẫn nước cát sỏi xung quanh hố móng nối liên thơng giếng để tăng diện tích thấm nước vào giếng theo phương ngang phương đứng, đất có hệ số thấm khơng đồng Phương pháp chủ yếu tạo hào có chiều sâu không lớn Tạo hào tiêu nước ngầm sâu hệ thống hào tiêu nước (drainage system) xung quanh phạm vi cần HMNN để dẫn nước ngầm hố tập trung nước giếng chủ, bơm khỏi hố móng Phương pháp tạo hào có chiều sâu lớn ứng dụng gặp tượng nước ngầm có áp hiệu 2.3 Nâng cao chất lượng công tác khảo sát Khảo sát kỹ để phát vùng có lớp xem kẹp làm giảm khả thấm đứng nước môi trường xung quanh giếng Ở vùng châu thổ sông ven sông hình thành đất có MNN cao thường q trình bồi đắp kéo dài nhiều năm nên trình hình thành thường gặp trận lũ kéo theo nhiều phù sa tạo thành lớp xen kẹp tầng cát mịn đất Khi giếng kim hút nước khả thấm nước theo phương đứng giảm tất nhiên hiệu HMNN không đạt hiệu Vì vậy, trước hệ thống giếng làm việc cần dùng vòi nước cao áp chọc thủng lớp xen kẹp có giải pháp phù hợp để Kđ≈Kn Tại vị trí cục địa chất thay đổi làm hệ số thấm giảm nhỏ, mà giếng kim lọc lại đặt vị trí bị tắc giảm hiệu tiêu nước Cũng có ống dòng xói ngầm tạo thành phạm vi hố móng, khơng có biện pháp bịt chúng trước HMNN hiệu HMNN không đạt 2.4 Tường ngăn nước kết hợp HMNN Khi đất có hệ số thấm lớn, để giảm lượng nước ngầm chảy vào hố móng nâng cao hiệu giảm áp lực nước ngầm hệ thống giếng kim ta nên bố trí tường chống thấm nằm dọc theo tuyến tiếp giáp với nguồn bổ sung nước như: sông, hồ, kênh, suối… theo đường viền xung quanh hố móng trước hạ hệ thống 23 giếng HMNN Tác dụng tường việc HMNN phụ thuộc vào chất lượng tường, chiều sâu cắm vào đất tường chống thấm kể từ cao độ đáy hố móng trở xuống, độ kín nước tường chống thấm, liên kết tường chống thấm tầng không thấm nước Tuỳ trường hợp mà ta sử dụng loại tường chống thấm sau đây: - Ván đặc biệt có tác dụng chống thấm (có thể cừ thép cừ nhựa có phận liên kết cừ để ngăn không cho nước chui qua khe cừ) Còn cừ thường khơng có tác dụng chống thấm nói - Khi hố móng sâu (như xây dựng nhà có nhiều tầng hầm), thường dùng hệ thống cọc Barrete cọc xi măng đất - Tường chống thấm cách vữa nhũ tương vào khe hổng vết nứt nẻ đất (phụt vữa xi măng, vữa si-licát, bi –tum) - Chặn nguồn thấm mạnh vào hố móng: Khoanh vùng thấm mạnh dung dịch đất sét Tại vị trí cục như: hang hốc, khu vực có nhiều cuội sỏi, phía gần nguồn cung cấp nước ngầm (sông, hồ, bể chứa nước…) cần phải bịt hạn chế dòng thấm trước hệ thống giếng kim lọc vận hành - Làm tường chống thấm hỗn hợp Các tường chống thấm khơng có khả chống tác động nước ngầm đáy móng cơng trình Vì cần bố trí thêm hệ thống tiêu nước HMNN để giảm áp lực đáy móng 2.5 Sử dụng giếng hút sâu Sử dụng giếng sâu để tăng chiều dài ống lọc giếng tăng khả hút nước giếng Đồng thời sử dụng bơm có ống hút sâu hay bơm chìm giếng hệ thống giếng HMNN giúp giếng làm việc liên tục, giảm cơng tác quản lý vận hành (vì giảm khả bị hở ống hút) Đồng thời giảm cố máy móc, đường ống vận hành giếng kiểm tra, thay thiết bị hư hỏng giếng độc lập, dễ dàng kịp thời 2.6.Bố trí hệ thống giếng kim hợp lý Với vùng thay đổi hệ số thấm K Tại vị trí đất có hệ số thấm cao, vị trí gần nguồn cung cấp nước ngầm sông, hồ, 24 ao, bể chứa nước… ta bố trí hệ thống giếng kim dày có khả thu nước lớn ngược lại 2.7 Có phương án điều chỉnh môi trường thấm quanh giếng thay đổi Lường trước mơi trường thấm xung quanh giếng thay đổi trình giếng làm việc nước ngầm dâng cao hạ thấp theo mùa, thủy triều, mưa, mực nước nguồn cung cấp nước ngầm, đất bị hút nước bị lún sụt, sạt lở, hạt nhỏ, chất hữu chuyển động vào xung quanh giếng làm giảm nước thấm vào giếng… để có tính tốn chuẩn bị phương án đối phó kịp thời 2.8 Đảm bảo nguồn lượng cho hệ thống HMNN Bên cạnh cải tiến yếu tố quan trọng nguồn lượng (chủ yếu nguồn điện) phải chuẩn bị kỹ lưỡng lượng chất Đồng thời phải có nguồn dự trữ để đảm bảo hệ thống giếng làm việc liên tục 2.9 Thí nghiệm trường xác định thơng số tính tốn hệ thống HMNN Thí nghiệm trường việc lập mơ hình thí nghiệm tương tự phương án HMNN mà thiết kế dự kiến lựa chọn để thực trường cơng trình mà phục vụ thi công để khẳng định lại thơng số dùng tính tốn điều chỉnh thiết kế Thí nghiệm trường thực giai đoạn thiết kế kỹ thuật Qua cho ta có đầy đủ sở khoa học thực tế để điều chỉnh bổ sung cho phương án kỹ thuật, đảm bảo cho phương án HMNN chắn hiệu Mục đích thí nghiệm trường: - Khả thực phương án, khả làm việc thiết bị để rút kinh nghiệm tổ chức thi công hệ thống HMNN mà cụ thể hạ giếng tạo lớp lọc xung quanh giếng - Xác định xác lưu lượng nước phải hút hố móng (Q), bán kính ảnh hưởng R, khả hút nước giếng để điều chỉnh thêm, bớt thiết bị, số lượng chiều sâu hạ giếng phù hợp với thực tế - Lựa chọn phương án thi cơng giếng có hiệu phù hợp - Xác định thời gian thi công thực tế để điều chỉnh lại tiến độ thi công phù hợp 2.13 Cải tiến thiết bị Việc nhập thiết bị giếng kim lọc nhiều khó khăn, giá thành đắt nên việc cải tiến thay thiết bị vấn đề cấp thiết 2.13.1 Thay giếng kim giếng nhựa Hình Sử dụng giếng nhựa HMNN cống Hiệp Thuận Về chất giếng nhựa loại giếng thường cấu tạo tương tự giếng khoan UNICEF gồm phần: ống thành giếng ống lọc nước, có máy bơm hút sâu giếng, ống tập èng chèng PVC trung nước, èng PVC máy bơm ống dẫn xả nước Giếng khác giếng khoan UNICEF loại nhỏ thiết bị tự chế tạo từ èng läc ống nhựa PVC, đường kính ống nhựa lớn thiết bị bơm sâu (giếng khoan èng PVC UNICEF phải hút chân không) Số lượng độ sâu giếng nhựa để Hình Sơ đồ cấu tạo giếng HMNN định lưu lượng độ HMNN Riêng việc xác định lưu lượng hút nước giếng phải thông qua thực nghiệm trường Trong thiết kế tính khả hút nước giới hạn giếng theo kinh nghiệm Tính tốn thiết kế áp dụng cơng thức tính toán HMNN hệ thống giếng kim đề cập tài liệu [1, 2, 3, 4, 5, 6] theo phần mềm Modflow Theo Công ty Cổ phần xây dựng Thủy lợi Hải Phòng giá thành giếng rẻ nhiều giếng kim nhập từ Trung Quốc cỡ Có thẻ mua thị trấn nào, thi công lắp đặt giếng dễ dàng Qua phân tích cho thấy cải tiến thiết bị góp phần giảm giá thành HMNN rõ Cơ sở lý thuyết tính tốn xác định thông số kỹ thuật để thiết kế HMNN ứng dụng thiết bị đảm bảo điều kiện kỹ thuật phù hợp với thực tiễn cần xem xét kết hợp với thí nghiệm trường 2.13.2 Cải tiến thiết bị khác cho giếng * Khi dùng giếng nhựa Kéo dài đoạn ống lọc từ đáy giếng MNN tự nhiên để tăng khả thu nước giếng khắc phục tượng hệ số thấm ngang đứng khác * Khi dùng giếng kim Thiết kế ống lọc gồm ống: ống lọc bên ngồi có đục lỗ đặn thành ống ống lọc thường ống bên không đục lỗ Tùy theo thiết bị bơm sử dụng đặt chõ bơm cuối ống để hở Nước giếng chui vào ống bên qua chõ bơm đầu hở phía tránh tượng hở ống lọc Do đó, khơng khí khơng thể vào ống lọc phần ống lọc gần bị lộ hoàn toàn lên khỏi mặt nước ngầm * Tự động hóa hệ thống bơm Khi dùng giếng thường giếng nhựa cần lắp đặt thêm hệ thống tự động đóng, hệ thống van phao kết hợp cơng tắc điện Có thể đóng mở toàn máy bơm hệ thống số giếng Thơng thường nhóm giếng sử dụng máy bơm máy bơm độc lập cho giếng 25 Kết luận Công tác khảo sát công tác đặc biệt quan trọng để định giải pháp HMNN, tính tốn thiết kế, bố trí thiết bị, … Cần nghiên cứu kỹ hố móng để đưa giải pháp HMNN theo thời kỳ thi công phù hợp Các thiết bị HMNN truyền thống thường phức tạp, giá thành cao, lại thường phải nhập ngoại Vì vậy, cần nghiên cứu cải tiến thiết bị HMNN cho vừa đơn giản, vừa dễ chế tạo giá thành rẻ Việc tính tốn thiết kế HMNN gặp nhiều khó khăn, nhiều thời gian Cần vận dụng công nghệ tin học vào thiết kế để tăng độ xác giảm thời gian công sức Thi công hệ thống HMNN đòi hỏi phải tỉ mỉ, xác phải có giải pháp kỹ thuật làm tăng lưu lượng vào giếng Mặt khác cần có giải pháp ngăn dòng thấm mạnh phía nguồn bổ sung nước ngầm vào hố móng Nên tự động hố công tác tốt Để nâng cao hiệu vận hành quản lý hệ thống thiết bị HMNN TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Bá Kế (2002), Thiết kế thi cơng hố móng sâu, NXB Xây dựng, Hà Nội Hồng Văn Tân, Trần Đình Ngơ, Phan Xuân Trường, Phạm Xuân, Nguyễn Hải (1973), Những phương pháp xây dựng cơng trình đất yếu, NXB Khoa học kỹ thuật Vụ Kỹ thuật – Bộ Thủy lợi (1959), Bảo vệ hố móng cơng trình thủy cơng chống nước ngầm, NXB Năng lượng Quốc gia Mạc Tư Khoa – Lê Nin Grát dịch V.I Svây Nguyễn Ngọc Bích, Lê Thị Thanh Bình, Vũ Đình Phụng (2001), Đất xây dựng, địa chất cơng trình kỹ thuật cải tạo đất xây dựng (chương trình nâng cao) NXB Xây dựng, Hà Nội Departments of the army, the navy, and the air force (November 1983), Dewatering and ground water control U.S Department of the interior Water and Power Resources Service (1981), Ground Water Manual A water resources technical publication United states Government printing office denver Abstract: TECHNICAL SOLUTIONS TO IMPROVE THE EFFECTIVENESS OF THE SET OF WELLS FOR LOWERING THE GROUND WATER LEVEL ON RUNNING SAND FOUNDATION Tran Van Toan Structures that are built on running sand foundation require a lowered ground water level (HMNN) during the construction of foundation base, lowering ground water level is very important since it will affect the success of construction as well as construction cost, foundation quality and the whole structure quality Nowaday, many constructions are successful when applying this method, but there are still many others fail because of some reasons This article analyses the theory and the empirical solutions at worksites and then proposing the technical solution to improve the effectiveness of the works 26 ... luận Công tác khảo sát công tác đặc biệt quan trọng để định giải pháp HMNN, tính tốn thi t kế, bố trí thi t bị, … Cần nghiên cứu kỹ hố móng để đưa giải pháp HMNN theo thời kỳ thi công phù hợp Các. .. lớn, để giảm lượng nước ngầm chảy vào hố móng nâng cao hiệu giảm áp lực nước ngầm hệ thống giếng kim ta nên bố trí tường chống thấm nằm dọc theo tuyến tiếp giáp với nguồn bổ sung nước như: sông,... giải pháp kỹ thuật làm tăng lưu lượng vào giếng Mặt khác cần có giải pháp ngăn dòng thấm mạnh phía nguồn bổ sung nước ngầm vào hố móng Nên tự động hố cơng tác tốt Để nâng cao hiệu vận hành quản