Chuon5 a ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH

CHƯƠNG 5: NƯỚC DƯỚI ĐẤT
Nước dưới đất là nước tự do chứa trong lỗ rỗng và khe nứt của
đất đá. Khi chuyển động trong các lỗ rỗng, nước dưới đất sẽ
gây trở ngại cho việc thi công và điều kiện làm việc cơng trình:
gây ngập hố móng, xói ngầm, cáy chảy,...
5.1. CÁC TÍNH CHẤT CHỨA NƯỚC CỦA ĐẤT ĐÁ
Độ chứa nước của đất đá là độ ẩm (W).
Hệ tầng đất đá bở rời hoặc nứt nẻ chứa đầy nước trọng lực
được gọi là tầng chứa nước hoặc lớp chứa nước.
Hệ tầng đất đá thấm nước yếu hoặc không thấm được gọi là
tầng cách nước. Ngoài các lớp đá cứng, các lớp sét cứng, nửa
cứng được xem là tầng không thấm nước.
Chỉ tiêu đặc trưng cho khả năng thoát nước của đất đá là độ
thoát nước :
 = Vwr / V


Đối với đất sét thì   0; đối với đất cát, cuội sỏi thì 
 n (độ rỗng).
5.2. CHẤT LƯỢNG VÀ TRỮ LƯỢNG CỦA NƯỚC
DƯỚI ĐẤT
5.2.1.Chất lượng nước dưới đất
5.2.1.1.Tính chất vật lý
5.2.1.2.Tính chất hóa học
Các ngun tố và ion đóng vai trị chủ yếu: Cl-, HCO3-,
SO42-, CO32-, Ca2+, Mg2+, Na+, K+,…
*Khí trong nước dưới đất


* Phản ứng hoạt tính của nước (pH)
Nước dưới đất bị phân ly:

H2O  H+ + OHTrị số pH:
pH = - lg[H+]
Nước có phản ứng trung hịa:
[H+] = [OH-] = 10-7 pH = -lg10-7 = 7
pH < 7 : tính axit
pH > 7 : tính kiềm
* Độ cứng: là tính chất của nước có chứa những hợp chất hịa
tan của Ca2+ và Mg2+.
- Độ cứng cacbonat chỉ tính cho HCO3Độ cứng được biểu diễn bằng meq hoặc độ Đức (1meq=2,8 độ
Đức)
Độ khống hóa: Tổng số các ion, các phân tử và các hợp chất
khác chứa trong nước hợp thành lượng khoáng hoá của nước.


Nước dưới đất có thể có tính chất ăn mịn bê tơng.
Khả năng hịa tan của nước đối với CaCO3 được xác định trước
hết bởi cacbonic ăn mịn có trong nước. Khi có cacbonic tự do,
ion CO32- khơng thể có với lượng đáng kể vì nó sẽ phản ứng với
cacbonic tạo thành HCO3CaCO3 + H2O + CO2  Ca2+ + 2HCO3Cacbonic ở dạng ion CO32- gọi là cacbonic liên kết, còn ở dạng
HCO3- - cacbonic bán liên kết. Một phần CO2 tự do chứa trong
nước tham gia hòa tan CaCO3; cịn phần kia gọi là CO2 cân
bằng thì ở lại trong dung dịch và duy trì bicacbonat canxi trong
dung dịch. Lượng cacbonic cân bằng xác
định theo phương
2

CO2 lien ket 
trình:
CO


2 cân bang

5.2.2.Trữ lượng nước dưới đất

34


5.3. CÁC HÌNH THỨC HỆ THỐNG HĨA KẾT QUẢ THÍ
NGHIỆM NƯỚC
- Ion là dạng cơ bản biểu diễn kết quả phân tích nước.
Các ion này tác dụng tương hỗ với nhau theo các tỷ số đương
lượng nhất định vì vậy các kết quả phân tích có thể biểu diễn
dưới dạng đương lượng.
Xác định số mg của một đương lượng bằng cách lấy nguyên tử
lượng chia cho hoá trị.
Hàm lượng các ion trong nước thường được biểu diễn dưới
dạng mg/l.
Xác định số meq/l bằng cách lấy số mg/l chia cho số mg của một
đương lượng.
công thức Courlov:

A
K .M . .T . pH
C

Tên nước được gọi theo tên các anion và cation có hàm
lượng trên 25% xếp giảm dần.


Ion

mg/l

Cation
Na+
Ca2+
Mg2+

46
90
84

Anion
ClSO42HCO3-

70
216
427

mgeq/l

% đương
lượng


Ion

mg/l

mgeq/l

% đương
lượng

Cation
Na+
Ca2+
Mg2+

46
90
84

2
4,5
7
13,5

14,81
33,33
51,86
100

Anion
ClSO42HCO3-

70
216
427

2
4,5
7

14,81
33,33
51,86

13,5

100


HCO3 (51,9) SO42 (33,3)Cl  (14,8)
0
CO2 (0,038) M (0,933 g )
T

25
. pH (6,8)
2
2

Mg (51,9)Ca (33,3) Na (14,8)

5.4. ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG NƯỚC ĐỐI VỚI XÂY DỰNG
5.4.1. Đánh giá chất lượng nước dùng trong sinh hoạt
5.4.2. Đánh giá chất lượng nước dùng trong xây dựng

Số
TT

Dấu hiệu ăn mịn của nước mơi
trường

Cơng trình khơng chịu cột nước ép
Môi trường bao quanh

Nơi chứa nước lộ Đất thấm nước yếu
thiên hoặc đất thấm (K<0,1m/ngày đêm)
nước trung bình và
mạnh (K0,1m/ngày
đêm)

Cơng
trình
chịu cột nước
ép
Nước
bao
quanh bê tơng
trong
điều
kiện bất kỳ

1

Độ kiềm bicacbonat (tính ăn
mịn khử kiềm) tính theo mgeq/l

hoặc theo độ nhỏ hơn

1,5 (4o)

Khơng qui định

2 (6o)

2

Chỉ số hydro (tính ăn mịn axit),
nói chung pH nhỏ hơn

6,5

5

6,5

3

Lượng chứa cacbonit tự do (tính
ăn mịn cacbonit) tính theo mg/l
lớn hơn

a[Ca2+] + b

a[Ca2+] + b + 40

a[Ca2+] + b

4

Lượng chứa muối Mg (tính ăn
mịn manhê) được đổi ra ion
Mg2+ đo bằng mg/l có tính cả
lượng chứa ion SO42- đo bằng
mg/l lớn hơn.
Lượng chứa ion Mg2+ trong mọi
trường hợp lớn hơn

1000 – [SO42-]
1000

6000 – [SO42-]
2000

4000 – [SO42-]
1000


5

Lượng chứa sunfat (tính ăn
mịn sunfat) được tính đổi
ra ion SO42- đo bằng mg/l
– khi lượng chứa ion Clnhỏ hơn 1000mg/l - lớn
hơn.
Lượng chứa sunfat khi lượng
chứa ion Cl- lớn hơn

1000mg/l - lớn hơn
Lượng chứa ion SO42- trong
mọi trường hợp khơng lớn
hơn

300
150 + 0,15[Cl-]
1000

300
150 + 0,15[Cl-]
1000

250
100 +
0,15[Cl-]
1000

6

Lượng chứa muối amoniac
(tính ăn mịn amoniac)
tính theo mg/l – lớn hơn

1000

1000

1000

7

Lượng chứa kiềm ăn da (tính
ăn mịn kiềm) tính theo
mg/l lớn hơn

50

80

30

8

Lượng chứa Clorua sunfat,
nitrat và các muối khác
cũng như điều kiện khí
hậu nóng (khi có các bề
mặt bay hơi) tính theo
mg/l – lớn hơn

10

10

Theo nghiên
cứu
chuyên
môn

HCO3mgeq/l
1.4
1.8
2.1
2.5
2.9
3.2
3.6
4.0
4.3
4.7
5.0
5.4

Tổng hàm lượng Cl- + SO42- (mg/l)
độ
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15

0 - 200

201 - 400

401 - 600

601 - 800

801 - 1000

> 1000

a

b

a

b

a

b

a

b

a

b

a

b

0.01
0.04
0.07
0.10
0.13
0.16
0.20
0.24
0.28
0.32
0.36
0.40

16
17
19
21
23
25
27
29
32
34
36

38

0.01
0.04
0.06
0.08
0.11
0.14
0.17
0.20
0.24
0.28
0.32
0.36

17
18
19
20
21
22
23
24
26
27
29
30

0.01
0.03

0.05
0.07
0.09
0.11
0.14
0.16
0.19
0.22
0.25
0.29

17
17
18
19
19
20
21
22
23
24
26
27

0.00
0.02
0.04
0.06
0.08
0.10

0.12
0.15
0.17
0.20
0.23
0.26

17
18
18
18
18
19
19
20
21
22
23
24

0.00
0.02
0.04
0.06
0.07
0.09
0.11
0.13
0.16
0.19

0.22
0.24

17
18
18
18
18
18
18
19
20
21
22
23

0.00
0.02
0.04
0.05
0.07
0.08
0.10
0.12
0.14
0.17
0.19
0.22

17

18
18
18
18
18
18
19
20
21
22
23

 

 


5.5.CÁC LOẠI NƯỚC DƯỚI ĐẤT
5.5.1. Nguồn gốc sinh thành nước dưới đất, cột nước thủy lực
và hướng chảy dòng ngầm
Phổ biến và dễ thấy hơn cả là nước nguồn gốc do thấm từ nước
mặt.
Tầng chứa nước có mái và tường là hai tầng cách nước thì tồn
tại và vận động như nước trong ống áp lực, gọi là tầng nước áp
lực. Ngược lại, tầng chứa nước có mái là một mặt thống tự do
thì gọi là tầng nước khơng áp.
a

c

b

h
H

z

z

Mặ
t chuaå
n


Phương trình Bernulli thể hiện tổng năng lượng cho một đơn
vị khối lượng tại một điểm bất kỳ của dòng nước dưới đất:
v2
P
Etm   gz 
2
w
Nếu dòng được xem như khơng có ma sát và khơng chịu nén theo phương
vận động thì tổng 3 thành phần là hằng số, hay:
v2
P

gz

const
2

2
w
v
P

Hoặc:

2g

z

g w

const

Có thể bỏ qua thành phần v2/2g, tổng cột nước thủy lực h sẽ là:

P
h z 
g w
Từ đó: h = z + hp
Tổng cột nước thủy lực bằng tổng cột nước cao trình và cột nước áp suất.


Tổng cột nước h, cột nước cao trình z và cột nước áp suất hp
hp
h

z

Trong tính tốn những bài tốn thấm, để thuận tiện, người ta
hay so sánh với một mặt chuẩn thường lấy là đáy cách nước và
xem như giá trị z = 0.
Phương pháp đơn giản nhất để
định hướng dòng ngầm là
40 xác
B
phương pháp tam giác.
39

38
A
36

37
D

36
35


5.5.2. Các tầng chứa nước phân chia theo điều kiện phân bố
1.Nước thổ nhưỡng
2.Nước thấu kính (tầng nước trên)
3. Nước đụn cát
4. Nước ngầm
5. Nước áp lực (actezi)
6 . Nước nằm trong khe nứt của đá cứng: Do điều kiện khe hở
lớn mà nước khe nứt vận động nhanh, thường ở dạng chảy rối
và mang đặc tính của dịng chảy hơn là dịng thấm.

Đớ
i thô
ng khí

Đớ
i bã
o hò
a

Thấ
u kính sé
t


Lấy điểm A ở độ sâu H - h dưới mực nước biển. Áp lực thủy
tĩnh tại điểm A sẽ bằng:
PA = (H – h)mặn.g
Ở điểm B trong lục địa trên đường ranh giới giữa nước mặn và
nước nhạt cũng ở độ cao H - h. Áp lực thủy tĩnh do nước nhạt
gây ra sẽ bằng:
PB = (H – h)nhạt.g + hnhạt.g
2
h

1

bieå
n

H- h

H- h

3

 man
 man   nhat
 nhat
H  h h
 man   nhat
H h

H


ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH

CHƯƠNG 5: NƯỚC DƯỚI ĐẤT

Nước áp lực có thể gây bục đáy hố móng khi thi cơng.
Điều kiện an tồn đáy hố móng:
t   w (h + t)
h

t

Trang 17