Tính toán hạ thấp mực nước ngầm của hố móng bằng hệ thống giếng

Bài viết Tính toán hạ thấp mực nước ngầm của hố móng bằng hệ thống giếng phân tích và đưa ra những nhận định về các nguyên nhân ở trong cả ba khâu khảo sát, thiết kế, thi công có thể làm cho giải pháp tiêu nước hố móng bằng bơm hút từ hệ thống giếng không thành công.

TÍNH TỐN HẠ THẤP MỰC NƯỚC NGẦM CỦA HỐ MĨNG BNG H THNG GING ThS Lương Văn Anh Trung tâm Qc gia n­íc s¹ch & VSMTNT Tóm tắt: Cơng tác tiêu nước hố móng liên quan đến điều kiện địa chất cơng trình khu vực xây dựng, kích thước hố móng, biện pháp đào móng, khả ảnh hưởng đến cơng trình lân cận vậy, phụ thuộc vào ba khâu: khảo sát, thiết kế thi cơng Giải pháp tiêu nước hố móng cách hút nước từ hệ thống giếng bố trí xung quanh giải pháp thơng dụng, hiệu có sở lý thuyết thấm chặt chẽ thuận lợi tổ chức thi cơng Tuy nhiên, có trường hợp khơng thành cơng số ngun nhân khác Bằng trường hợp cụ thể cống Vân Cốc mà tác giả người quan sát từ khởi công, tác giả sử dụng phần mềm Modflow tính tốn lại kết phù hợp với thực tế Thông qua trường hợp tác giả phân tích đưa nhận định nguyên nhân ba khâu khảo sát, thiết kế, thi cơng làm cho giải pháp tiêu nước hố móng bơm hút từ hệ thống giếng khơng thành cơng Khi xây dựng cơng trình nói chung, cơng trình thuỷ lợi, thuỷ điện nói riêng thường gặp trường hợp đáy hố móng đào sâu xuống mực nước ngầm Trong trường hợp đó, để xây dựng cần phải hút nước tháo khô hố móng Cơng tác tiêu nước hố móng thực nhiều biện pháp khác phụ thuộc vào điều kiện địa chất cơng trình, kích thước hố móng, biện pháp đào móng, khả ảnh hưởng đến cơng trình lân cận nhiều yếu tố khác Vì cần phải tính tốn cân nhắc để bảo đảm tiến độ, hiệu công việc hạn chế tối đa ảnh hưởng đến môi trường Trong điều kiện cho phép, giải pháp thường lựa chọn hút nước từ hệ thống giếng bố trí xung quanh hố móng Giải pháp hút nước từ hệ thống giếng thường lựa chọn có ưu điểm bản: - Tạo gradient thuỷ lực ngược với hướng đổ mái hố móng, vậy, ngăn chặn tượng cát chảy, xói sụt mái hố móng, cát đùn đáy hố móng - Đáy hố móng thơng thống, khơng bị cản trở hệ thống thiết bị tiêu nước, thuận lợi cho thi công - Chủ động hạ thấp mực nước xuống đáy hố móng đến độ sâu yêu cầu, bảo đảm đáy hố móng khơ ráo, thuận lợi thi cơng Giải pháp xử lý tiêu nước hố móng cách hút nước từ hệ thống giếng thiết kế dựa toán giếng tác dụng tương hỗ Địa chất thuỷ văn Theo nguyên lý cộng tác dụng (ngun lý cộng dòng), giếng bố trí gần với khoảng cách giếng a nhỏ hai lần bán kính ảnh hưởng giếng R mực nước phạm vi giếng bị hạ thấp giá trị s định Với số liệu biết hệ số thấm đất, kích thước (bán kính chiều dài ống lọc) giếng, khoảng cách lựa chọn giếng ta chủ động hút nước để hạ thấp mực nc xung di ỏy múng (hỡnh 1) Mặt đất tự nhiên 1: 1: +5,6 (MNN trước hạ thÊp) 3 1: H s 1: MNN sau h¹ thÊp GiÕng h¹ MNN ri a R Hình Sơ đồ hạ thấp mực nước tháo khơ hố móng hệ thống giếng tác dụng tương hỗ 33 Bài tốn giải cho trường hợp dòng thấm ổn định không ổn định phụ thuộc vào thời gian thi cơng hố móng Về lý thuyết vậy, nhiên, thực tế sản xuất nhiều trường hợp nguyên nhân khác mà phân tích đây, khơng hạ thấp mực nước ngầm đến độ sâu yêu cầu Trong khuôn khổ báo chúng tơi trình bày trường hợp cống Vân Cốc mà trực dõi từ đầu Các số liệu cống Vân Cốc sau: - Kích thước hố móng gồm chiều rộng đáy móng 53,6m, chiều dài 90m, chiều sâu 10,6m Mực nước ngầm cao đáy hố móng 4,7m - Về địa tầng gồm lớp theo thứ tự từ xuống sau: Lớp sét, sét nặng pha dẻo cứng; lớp sét, sét trung pha dẻo cứng; lớp cát mịn có hệ số thấm k=5.10-4m/s Với số liệu đơn vị tư vấn thiết kế sử dụng phương pháp thủ cơng tính tốn thiết kế hệ thống giếng kim để hạ thấp mực nước Kết bố trí 105 giếng, giếng sâu 14,6m, khoảng cách giếng 2,7m Tổng lưu lượng bơm hút 3.200m3/ngđ Sau nhận đồ án thiết kế, nhà thầu thi công triển khai hút nước từ tháng 10 năm 2003 Sau thời gian dài hút nước khơng tháo khơ hố móng để thi công nhà thầu bỏ phải thay nhà thầu Để rút kinh nghiệm để 34 đạt mục đích tháo khơ hố móng chúng tơi nghiên cứu đồ án thiết kế trước nhận thấy việc không tháo khô hố móng tổng hợp số nguyên nhân: chọn độ dài ống lọc sơ đồ tính thấm khơng phù hợp, ống lọc khơng phù hợp với địa tầng gây hiệu ứng bước nhảy cao Một hạn chế lớn phương pháp tính thủ cơng khơng cho phép tính tốn với nhiều phương án để lựa chọn Từ tất vấn đề chúng tơi áp dụng phần mềm Modflow để tính toán thiết kế Modflow phần mềm chuyên dụng thiết lập sở phương pháp sai phân hữu hạn tốn thấm chiều Nó cho phép giải tốn thời gian ngắn, vậy, giải với nhiều phương án khác Như nói, với sở lý thuyết thấm chặt chẽ việc xác định độ hạ thấp mực nước bảo đảm tháo khơ hố móng khơng có khó khăn Nhiệm vụ thiết kế chỗ phải tìm phương án hút nước với chi phí thấp Để thực nhiệm vụ chúng tơi tính với phương án biến đổi chiều dài ống lọc, độ sâu hạ giếng khoảng cách giếng khác Để tính tốn chúng tơi chia lưới phần tử hình vng hình tam giác vng với cạnh hình vng 0,5 x 0,5m cạnh tam giác vng 0,5m Sơ đồ bố trí giếng xung quanh hố móng, mặt cắt qua giếng thể hình sau Hình 2: Mặt sơ đồ bố trí giếng, - Giếng, - Cao trình đáy móng, - Cao trình mặt móng Hình 3: Cắt dọc hố móng thiết kế Kết quả, với tổ hợp phương án cho biến số chiều dài ống lọc, khoảng cách giếng độ sâu hạ giếng, tổng tất tính tốn cho 24 phương án Trong số xác định phương án kinh tế hợp lý Với Hình Mực nước ngầm hạ thấp xung quanh hố móng hút liên tục 10 ngày Bằng kết tính tốn nhà thầu thi cơng triển khai thực tháo khơ hố móng để thi cơng cơng trình Hình thể bố trí giếng phương án chọn sau thi cơng lắp đặt Hình 7: Bố trí giếng Cơng ty xây dựng cơng trình thuỷ lợi Hải Phòng cho hố móng Vân Cốc Một số nhận xét thảo luận: Trước hết phải nói tháo khơ hố móng phương án số giếng cần thi công 84 giếng Chiều dài ống lọc 2,5m, chiều sâu hạ giếng 14,5m, khoảng cách giếng 3,4m Phễu hạ thấp mực nước phương án thể hình Hình Mặt ngang qua tim hố móng bơm hút nước từ hệ thống giếng bố trí xung quanh nguyên tắc thực sở phương pháp hạ thấp mực nước ngầm tác dụng tương hỗ giếng bố trí gần nhau, sở lý thuyết thấm toán chặt chẽ Vậy ngun nhân dẫn đến khơng thành cơng số trường hợp áp dụng? Chúng nghĩ khâu khảo sát, thiết kế, thi công tổ hợp Trong khn khổ báo khơng thể trình bày kỹ, xin nêu số nhận định định tính Về khảo sát có hai thơng số liên quan đến hiệu giải pháp tháo khô hố móng, địa tầng hệ số thấm lớp đất Hệ số thấm đất thường xác định thí nghiệm phòng thí nghiệm trường Sử dụng kết thí nghiệm phòng để thiết kế thường cho kết xác 35 Đã có trường hợp phải tăng thêm đến 50% số giếng tháo khơ hố móng Địa tầng khơng xác dẫn đến lựa chọn sơ đồ tính thấm khơng mà nói đến phần thiết kế sau Về thiết kế nói, sở giải pháp lợi dụng hiệu ứng tác dụng tương hỗ giếng Khi giếng bố trí gần nhau, giếng hồn chỉnh độ hạ thấp mực nước s điểm phạm vi hố móng là: n  2.25kHt  Qi  s ln r S i  4kH  i  Nguyên tắc thiết kế bố trí giếng với khoảng cách đến điểm xét ri để có giá trị s cho mực nước ngầm thấp đáy móng Thơng thường xử lý tháo khơ hố móng người ta dùng hệ thống giếng khơng hồn chỉnh để tiết kiệm kinh phí Khi đó, skhc  s  s , s độ hạ thấp mực nước phụ thêm hiệu ứng khơng hồn chỉnh giếng Lúc tốn phức tạp nhiều việc xác định s Để tính giá trị s cần phải chọn xác sơ đồ tính tuỳ theo mức độ khơng hồn chỉnh giếng Hình Sơ đồ bố trí ống lọc tầng chứa nước Khi ống lọc bố trí sát mái, giữa, sát đáy tầng chứa nước phân thành nhiều đoạn trường hợp d hình giá trị s khác Chính sai lệch địa tầng dẫn đến việc chọn sai sơ đồ tính mà nói đến phần liên quan đến khảo sát Nói chung tốn dòng thấm đến giếng khơng hồn chỉnh toán phức tạp Các trường hợp nêu số trường hợp nêu để làm ví dụ Một vấn đề liên quan đến thiết kế ảnh hưởng đến tính hiệu giải pháp tiêu nước hố móng lựa chọn ống lọc Nguyên tắc chung ống lọc giếng phải có độ thấm qua lớn hệ số thấm mơi trường xung quanh giếng Nói cách khác, ống lọc không gây tổn thất thuỷ lực dòng thấm mà tổn thất thuỷ lực mơi trường thấm gây Nếu chọn sai loại ống lọc làm tổn thất thuỷ lực dòng thấm bước nhảy giếng tăng lên đáng kể làm sai lệch kết tính độ hạ thấp mực nước Trường hợp giếng kim nên dùng cho môi trường cát mịn Đối với cát trung, cát 36 thô giếng kim gây tổn thất thuỷ lực làm sai lệch kết tính Về thi cơng, thực không đồ án thiết kế đồ án thiết kế khơng quy trình dẫn đến giảm hiệu hạ thấp mực nước ngầm, tức giảm hiệu xử lý nước hố móng Việc thi cơng khơng quy trình làm chặt đất xung quanh giếng, giảm hệ số thấm dẫn đến giảm hệ số dẫn nước T, tức giảm độ hạ thấp mực nước phạm vi giếng Kết luận - Giải pháp tháo khơ hố móng cách hút nước từ hệ thống giếng bố trí xung quanh hố móng giải pháp ưu việt có sở lý thuyết thấm chắn, bảo đảm chủ động hạ thấp mực nước ngầm đến độ sâu yêu cầu, tạo gradient thấm ngược khắc phục tượng xói ngầm, cát chảy làm ổn định mái hố móng, khắc phục tượng bùng nền, khơng gây cản trở việc thi cơng hố móng - Để bảo đảm chắn thành công áp dụng cần phải thực nghiêm chỉnh công việc khâu khảo sát, thiết kế, thi công Nhà thầu thi công đơn vị trực tiếp chịu hậu khảo sát thiết kế khơng Vì vậy, nhà thầu nên kiểm tra lại hồ sơ thiết kế trước thi công - Modflow phần mềm đại, máy tính cơng cụ, để bảo đảm thành cơng người thiết kế cần có hiểu biết tốt lý thuyết thấm để lựa chọn sơ đồ tính hợp lý Nên sử dụng số liệu thí nghiệm thấm trường để thiết kế Trong trường hợp phải sử dụng kết thí nghiệm phòng cần có hệ số an tồn thích hợp Tài liệu tham khảo [1] Nguyễn Ngọc Bích, Nguyễn Hồng Đức, Trần Thanh Giám (1977) - Địa kỹ thuật thực hành – NXB Xây dựng, Hà Nội [2] Vũ Minh Cát, Bùi Công Quang (2002) - Thuỷ văn nước đất – NXB Xây dựng, Hà Nội [3] Nguyễn Hồng Đức (2000) - Cơ sở địa chất cơng trình địa chất thuỷ văn cơng trình – NXB Xây dựng Hà Nội [4] Nguyễn Bá Kế (2002)– Thiết kế thi cơng móng sâu – NXB Xây dựng, Hà Nội [5] Nguyễn Uyên (2003)- Địa chất thuỷ văn cơng trình – NXB Xây dựng, Hà Nội [6] C W Fetter (2000) Địa chất thuỷ văn ứng dụng tập người dịch Phạm Thanh Hiền, Nguyễn Uyên Nhà xuất giáo dục [6] C W Fetter (2000) Địa chất thuỷ văn ứng dụng tập người dịch Nguyễn Uyên, Phạm Hữu Sy Nhà xuất giáo dục [7] Đồn Văn Cánh Phạm Q Nhân, 2005 Tin học Địa chất thuỷ văn ứng dụng NXB khoa học kỹ thuật 220 trang Abstract: METHOD OF CALCULATION FOR THE GROUND WATER FALLING BY WELL SYSTEM Water treatment for foundation pit relates to geo-engineering conditions of the construction site, size of the foundation pit, excavation method, its possibility af influence on adjacent construction so, it depends on all geo-engineering investigation, design and construction Water treatment solution for foundation pit by pumping from well system around the pit is common and effective because it based on close hydo-dynamic theory and conveniently in performance However, sometime there was unsuccessful case due to different reasons On the observation in the construction of Van Coc culvert in detail from the begining, the author has used the Modflow software for the recalculation and obtained the results that in accordance with the actual state By this situation the author analyzed and brought out the judgment on causes relating to all investigation, design and construction which lead to unsuccesfulness of the water treatment solution for foundation pit in general 37 ... quanh giếng, giảm hệ số thấm dẫn đến giảm hệ số dẫn nước T, tức giảm độ hạ thấp mực nước phạm vi giếng Kết luận - Giải pháp tháo khơ hố móng cách hút nước từ hệ thống giếng bố trí xung quanh hố móng. .. trị s cho mực nước ngầm thấp đáy móng Thơng thường xử lý tháo khơ hố móng người ta dùng hệ thống giếng khơng hồn chỉnh để tiết kiệm kinh phí Khi đó, skhc  s  s , s độ hạ thấp mực nước phụ... cách giếng độ sâu hạ giếng, tổng tất tính tốn cho 24 phương án Trong số xác định phương án kinh tế hợp lý Với Hình Mực nước ngầm hạ thấp xung quanh hố móng hút liên tục 10 ngày Bằng kết tính