- Xột phương trỡnh lưu lượng:
Một số phơng pháp thoát nớc trong thi công hố móng sâu:
móng sâu:
Trong quá trình thi công các công trình, với những hố móng sâu nằm dới mực nớc ngầm, khi đào móng gặp rất nhiều khó khăn, nhiều khi không thực hiện đợc hoặc kéo dài thời gian thi công gây tốn kém. Để đảm bảo hố móng luôn khô ráo tạo thuận lợi cho thi công và đảm bảo chất lợng công trình ngời ta phải hạ thấp mực nớc ngầm.
ở Việt Nam, đặc biệt là khu vực đồng bằng khi thi công các công trình ta thờng gặp nớc ngầm. Nớc ngầm chảy vào hố gây lở, sụt vách hố đào, đồng thời cũng đẩy nổi đáy hố đào do đó việc thi công đáy hố đào bằng bê tông rất khó thực hiện. Tuỳ thuộc vào lu lợng nớc, độ cao lớp nớc, vào thành phần hạt và tính chống thấm của đất nền mà định ra biện pháp chống thấm ( hạ mực nớc ngầm) cho phù hợp. Các biện pháp thờng đợc sử dụng là bơm hút, đóng băng, bơm phun dung dịch chống thấm vào đất và phơng pháp điện hoá.
• Sử dụng rãnh và hố thu nớc:
Giải pháp này đợc dựa trên cơ sở các rãnh thu nớc ở đáy hố đào tập trung nớc về hố thu để bơm ra khỏi hố móng, nó th- ờng đợc áp dụng cho đất cuội sỏi hoặc đá, lu lợng nớc ít, dòng chảy không mạnh, không cuốn trôi đất vào hố đào. Đôi khi ngời ta còn tạo lớp lọc nớc ở sau vách chống đất để giữ cát không chảy gây sụt lở hố. Đây là phơng pháp rẻ tiền.
Chiều sâu hố thu nớc thờng lấy bằng 1,01,5m và cần phải chuẩn bị nhiều hố thu khi kích thớc hố đào lớn.
Lu lợng nớc phải bơm khỏi hố đào đợc tính theo công thức của Đarcy : Q=k.i.A Trong đó : Q : Lu lợng nớc (m3/phút) k : Hệ số thấm của đất (m/s) i =h/l : Gradien thuỷ lực
A : Tiết diện ngang của dòng thấm
Lu lợng Q cần đợc dự tính trớc khi thi công để chuẩn bị thiết bị và các thiết bị và phơng pháp bơm nớc.
Bơm
N ớ c ngầm
Hình 20
• Hạ mực nớc ngầm bằng giếng lọc :
Xung quanh hố đào ta khoan một loạt các giếng lọc và đặt máy bơm hút nớc liên tục, mực nớc ngầm ở dới đáy hố đào đ- ợc hạ thấp cục bộ, nằm ở cao độ thấp hơn đáy móng khoảng 0,51,0m, cho phép thi công hố móng hoặc tầng hầm trên mặt bằng khô ráo. Phơng pháp này có hiệu quả tốt khi đất nền là đất cát hạt nhỏ đến hạt thô, với vận tốc dòng chảy 1 100m3/ngày. Khi vận tốc dòng chảy < 1 m3/ngày, khối lợng nớc quá nhỏ nên phơng pháp này trở nên không kinh tế. Nhợc điểm của phơng pháp này sẽ có khả năng gây cho vùng xung quanh lún theo, do đó phải tính toán chính xác số lợng giếng và lu l- ợng bơm, thời gian bơm để sao cho ảnh hởng đến khu vực xung quanh là ít nhất, Giếng lọc không thu hồi đợc nên chỉ áp dụng tại những nơi mặt bằng thi công rộng, lu lợng lớn, điều kiện triển khai các giếng rời rạc, thời gian sử dụng lâu nhng không liên tục. Mỗi đợt bơm nên ngắn để đất không kịp lún.
Lu lợng nớc chảy vào hố đào đợc tính gần đúng theo công thức :
(1)
Trong đó : q – lu lợng lọc của 1 m2 hố đào.(m3/m) phụ thuộc vào đất đá (cát hạt nhỏ lấy q=0,16; hạt trung q=0,24; hạt thô q=0,35)
F - Diện tích hố đào (m2) hm – Lợng nớc ma trong ngày; K1 - Hệ số dự phòng = 1,11,3
Khi hố đào có tờng cừ vây xung quanh, lu lợng nớc chảy vào hố xác định theo công thức : .
Trong đó q0 = 0,21,3 : phụ thuộc vào độ dày lớp nớc ngầm (độ cao cột nớc áp lực H).
h - độ sâu chôn cừ. U : Chu vi hố đào.
tr ớ c khi bơm hút GWT : Mực n ớc ngầm a. Hệ thống giếng 1 cấp b. Hệ thống giếng nhiều cấp Bơm Bơm Bơm GWT 0,5m Bơm Bơm 0,5 - 1,0m Giếng lọc Hình 21. Hạ mực n ớ c ngầm bằng giếng sâu Vù ng hạ mực n ớc ngầm Bơm Bơm • Hạ mực nớc ngầm bằng ống kim lọc :
Nguyên lý hoạt động của ống kim lọc giống nh giếng lọc song việc triển khai và thu hồi nhanh do kim lọc tự hạ, không cần khoan. Các kim lọc hoạt động theo 1 hệ thống nhất nên hiệu quả cao, kim có thể đặt dầy nên có thể tạo thành vành đai
chặn nớc ngầm chảy vào hố móng. Kim lọc áp dụng khi hố đào cần ngăn nớc liên tục nhng lu lợng nhỏ.
Hạ mực nớc ngầm bằng kim lọc khi mực nớc ngầm lớn thì phải chia làm nhiều cấp. Mỗi cấp bố trí một hệ thống kim.
Khi hạ mực nớc ngầm bằng giếng lọc hay kim lọc cần phải xác định đợc các thông số : Hệ số lọc k, bán kính hoạt động của giếng R, chiều sâu H, chiều dầy của tầng nớc ngầm S để tính toán chính xác hiệu quả hạ nớc ngầm của giếng. Thông thờng ngời ta khảo sát thí nghiệm trớc khi bố trí giếng chính thức.
Đôi khi để giảm lún cho công trình bên cạnh, ngời ta kết hợp hạ mực nớc ngầm với bơm nớc lộ thiên sẽ đạt hiệu quả cao hơn, lúc đó mực nớc ngầm ở ngoài vùng kim lọc không cần hạ nhiều.
Ưu điểm của phơng pháp hạ mực nớc ngầm là làm giảm tối đa nớc chảy vào hố đào; giảm áp lực lên vách chống thành hố đào, thi công thuận lợi hơn.
Một trong những vấn đề rất quan trọng ở đây là làm sao chống lún cho công trình bên cạnh do ảnh hởng của việc hạ mực nớc ngầm. Ngời ta đa ra lời khuyên là thời gian hút nớc phải là tối thiểu. Việc hoạt động của giếng lọc chỉ chấm dứt hoạt động khi đã hàn đáy tầng hầm chống thấm tờng. Cần thu hồi lại toàn bộ hệ thống ống kim lọc để sử dụng cho công trình khác.
Lu lợng nớc trong hệ thống kim lọc xác định theo công thức :
(3)
Công thức này áp dụng cho sơ đồ ống hình vòng khép kín. Đối với sơ đồ bố trí theo đờng dùng công thức :
(4)
Trong đó : H - Độ dày của lớp nớc ngầm (m). S - Mực nớc cần hạ (m)
h - Độ dày lớp nớc còn lại (m) k - Hệ số lọc (m/ngày)
R - Bán kính hoạt động của kim lọc (m) F - Diện tích xung quanh vùng kim lọc (m2) l - Chiều dài chuỗi kim lọc (m)
Bán kính hoạt động của kim xác định theo công thức của Cusakin : R = 575S.H.k (5) NN S H h R Hình 22. Bố trí ống kim lọc • Hạ mực nớc ngầm bằng phơng pháp điện thấm :
Khi đất nền là loại đất hạt bụi hoặc á sét (C=10-3 10-5 cm/s) việc sử dụng phơng pháp giếng thu nớc thông thờng ít có hiệu quả do lu lợng nớc tập trung về giếng không lớn trong khi nớc vẫn thấm vào đáy hố đào. Bằng cách sử dụng dòng điện một chiều có thể định hớng và làm tăng lu lợng nớc tập trung về các giếng. Nguyên lý của phơng pháp này đợc minh hoạ trên hình 23. Trong điện trờng giữa các điện cực nớc tự do trong đất di chuyển qua các lỗ rỗng từ dơng cực sang âm cực. Biện pháp này làm thoát nớc trong lỗ rỗng của đất, tăng cờng độ của đất do đó làm tăng khả năng ổn định của thành hố đào.
Theo Casagrande, hệ số điện thấm của cát, cát bụi và sét đ- ợc lấy bằng KC=0,5.10cm/s khi chênh lệch điện thế bằng 1 volt/cm, nghĩa là KC = 0,5x10(cm/s)/(volt/cm).
Bơm Giếng Cathode Anode Bơm GS GWT Cathode Giếng Anode Hình 23. Nguyên tắc điện thấm để hạ mực n ớ c ngầm
• Giải pháp đóng băng nhân tạo :
Phơng pháp đóng băng nhân tạo là phơng pháp tiên tiến có thể áp dụng đợc trong một số trờng hợp đặc biệt khó khăn. Bằng cách làm lạnh đất nền xuống nhiệt độ dới 00C, ngời ta có thể tạo ra tờng chắn có cờng độ cao trong phần lớn đất bão hoà nớc, chiều dầy của tờng dễ dàng thay đổi tuỳ theo yêu cầu bằng cách tăng số trụ làm lạnh.
Phạm vi ứng dụng có hiệu quả của phơng pháp này :
• Khi độ sâu hố đào lớn, vựơt quá giới hạn cho cọc cừ (khoảng 20m)
• Khi khó thi công cọc cừ xuyên qua những lớp đất bão hoà lớn.
• Khi việc hạ mực nớc ngầm bằng các giải pháp thông thờng quá đắt hoặc khi tốc độ dòng chảy của nớc ngầm quá lớn (Vợt quá 2m/ngày)
A GS GS GWT ống làm lạnh Đ á Cát thô T=-19oC ống làm lạnh A Các điểm lạnh
Vách bê tông dày 1m Đ ất đóng băng Mực n ớ c ngầm
Hố đào
Hình 24
Đóng băng nhân tạo đợc thi công bằng cách đa các ống thu nhiệt có đờng kính 100200mm theo chiều thẳng đứng xuyên xuống độ sâu thiết kế. Khoảng cách giữa các ống thờng đợc lấy bằng 12,5m, tuỳ theo loại đất, nhiệt độ của đất, không khí và tốc độ làm lạnh yêu cầu. Quá trình làm lạnh tạo ra bức tờng băng dày 2,53m.
Chiều dầy của tờng băng đợc xác định theo công thức : (6)
Trong đó : m - Hệ số xác định theo lý thuyết truyền nhiệt T - Thời gian thu nhiệt