sử dụng ống bê tông có lỗ xung quanh khi xây dựng các công trình thuỷ công

Tuyển tập Báo cáo “Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học” lần thứ 6 Đại học Đà Nẵng - 2008

163
SỬ DỤNG ỐNG BÊ TÔNG CÓ LỖ XUNG QUANH,
NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG THU THOÁT NƯỚC THẤM
ĐỐI VỚI GIẾNG HOÀN CHỈNH, KHI XÂY DỰNG CÁC
CÔNG TRÌNH THUỶ CÔNG
APPLY CONCRETE TUBE WITH HOLES AROUND, STUDY THE ABILITY
OF COLLECTING AND ESCAPING ABSORBED WATER TO COMPLETE
WELLS, WHEN BUIDING INRRIGATION WORKS


SVTH: LÊ TẤN TRUNG
VÕ VĂN HOÁ
Sinh viên Khoa XDTLTĐ, Trường Đại học Bách khoa, ĐHĐN
HDKH: NGÔ VĂN DŨNG
Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng

TÓM TẮT
Bài báo này trình bày phương pháp tính toán hạ thấp mực nước ngầm (MNN) trong quá trình
làm khô hố móng khi thi công các công trình xây dựng chịu ảnh hưởng của nước ngầm vận
động, trình bày phương pháp chế tạo sản xuất loại ống lọc bằng bê tông và chương trình tính
toán thiết kế hệ thống giếng phục vụ cho công tác thi công.
ABSTRACT
This article explains the method of lowering the under-current level in the course of duying
foundation when executing construction works affeted by moving under-current, it also explains
the method of introducing conrecte filter tube and the program of desigring well system to dry
fourdation to serve exccuting work.

1. Đặt vấn đề
Quá trình xây dựng các công trình Thuỷ lợi trên sông, khi nền móng của công trình ở

vùng bão hoà nước là loại đất hạt nhỏ, khả năng thoát nước yếu, nền cát chảy, mặt bằng thi
công chật hẹp hoặc quá gần các công trình kế cận… Giải pháp thoát nước thấm làm khô hố
móng bằng phương pháp hạ thấp MNN với hệ thống các giếng thấm có ý nghĩa lớn về kinh tế
và kỹ thuật vì nó có những ưu điểm nổi bật sau:
+ Giữ cho bề mặt hố móng luôn luôn được khô ráo
+ Không gây cản trở các thiết bị thi công tại điều kiện mặt bằng thi công thuận lợi
+ Thích hợp khi xây dựng các công trình có nền là đất hạt nhỏ, hệ số thấm bé đặc biệt là
nền có hiện tượng cát chảy
+ Nền móng được gia cố do quá trình bơm hút sự di chuyển của dòng thấm đất nền được
nén chặt và cố kết v.v

2. Cơ sở tính toán và một số mô hình ứng dụng
2.1. Cơ sở tính toán
Xét 1 nguyên tố dòng thấm chảy vào giếng trong hệ toạ độ trụ (r, 0, z) như hình vẽ
Tuyển tập Báo cáo “Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học” lần thứ 6 Đại học Đà Nẵng - 2008


164
Ph©n tè ®ang xÐt
Qw
h
dh
dr
r
Qr
Mùc nø¬c h¹ thÊp
Lù¬ng nø¬c cÊp W
h
w
R r

Hình 1: Sơ đồ tính toán nguyên tố dòng thấm chảy vào giếng
Dựa vào Định luật Darcy và Định luật Bảo toàn khối lượng, thiết lập phương trình vi
phân chuyển động của dòng thấm không ổn định chảy vào giếng trong không gian 3 chiều mô
tả như sau:

t
h
S
z
h
k
zr
h
k
r
r
r
h
r
k
r
h
k
r
sz
r
r








































0
2
1

(1)
Phương trình (1) là phương trình vi phân phi tuyến. Hiện vẫn chưa có lời giải chính
xác do đó hiện nay người ta sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn Galerkin dạng yếu kết hợp
với các điều kiện biên và máy tính điện tử để tính toán xác định kết quả xấp xỉ gần đúng cột
nước h. Từ đó tính toán xác định các đặc trưng dòng thấm.
Tuy nhiên hiện nay để đơn giản trong tính toán, các sai số có thể chấp nhận được,
nhiều tác giả đã đưa ra nhiều mô hình tính toán thấm ổn định giếng đơn cho từng trường hợp,
nhằm xác định lưu lượng bơm làm khô hố móng, cụ thể khi môi trường thấm có áp chúng ta
sử dụng phương trình (3) hoặc môi trường không áp phương trình (4)

rlgRlg
hH
k366,1Q
2
w
2
p
t





(3)
rR
hH
kmQ
p
t
lglg
73,2
*



(4)
Trong đó: k,m - hệ số thấm trung bình của đất nền và bề dày tầng thấm
H, h
w
- cột nước tính toán gây thấm, cột nước trong giếng thu nước
R, r - bán kính ảnh hưởng, bán kính giếng thu nước
Trong thực tế hố công trình xây dựng các công trình thuỷ lợi rất rộng. Việc sử dụng
giếng đơn gây lãng phí tốn kém, người ta sử dụng nhiều giếng bố trí theo một hệ thống để thu
thoát nước khi đó lưu lượng thấm cần bơm trên hệ thống giếng mô tả bằng công thức:
Đối với nền thấm không áp:
)ln lnln(
k
1
h - H
2
2

2
1
1
1
22
n
n
n
r
R
q
r
R
q
r
R
q 


(6)
Đối với nền thấm có áp
)ln lnln(
2
1
2
2
2
1
1
1

n
n
n
r
R
q
r
R
q
r
R
q
km
hH 


(7)
Trong đó: H, h - cột nước gây thấm và cột nước trong giếng ảo
R
i
, r
i
- bán kính ảnh hưởng và bán kính giếng thu
Tuyển tập Báo cáo “Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học” lần thứ 6 Đại học Đà Nẵng - 2008

165
q
i
- lưu lượng chảy vào giếng thấm thứ i
m, k - chiều dày móng thấm có áp, hệ số thấm đất nền

Mực nước hạ thấp tại trung tâm hệ thống giếng hoặc vị trí bất kỳ đối với hố móng dạng
chữ nhật xác định bởi công thức:
Trường hợp có áp:
Tại trung tâm hố móng
w
n
n
w
c
rnR
R
R
R
nhH
Hh

ln
ln.)(
1
0
0




(8)
Tại vị trí bất kỳ trong hố móng
w
1n
0

n
n
1i
iw
bk
r.n.R
R
ln
rlnRln.n)hH(
Hh













(9)
Trường hợp không áp:
 
22
0
2
1

0
ln
ln

w
c
n
n
w
R
nH h
R
h H H
R
R n r





  
(10)
Từ cơ sở các công thức (3) đến (10) chúng tôi đề xuất giải pháp nghiên cứu ứng dụng
ống bê tông lọc có lỗ xung quanh để thu nước thấm làm khô hố móng khi xây dựng công trình
trên nền chịu ảnh hưởng của nước ngầm vận động.
2.2. Giải pháp công nghệ sản xuất ông lọc bê tông bằng công nghệ quay ly tâm
Trong quá trình hạ thấp MNN làm khô hố móng. Ống lọc đóng vai trò quan trọng trong
cấu trúc lỗ khoan (là phần thu nước của lỗ khoan). Trong bài báo này chúng tôi tập trung
nghiên cứu đối với ống lọc chế tạo bằng bê tông. Trong mọi trường hợp ống lọc phải bảo đảm
lượng nước yêu cầu chảy vào hố khoan với tốc độ nhỏ, sức cản thuỷ lực là bé nhất. Nó được

đặc trưng bằng khả năng thu nước của ống lọc được xác định bởi công thức


2
1
)(
h
h
log
dhhvNMq

(11)
Trong đó: M, N - số hàng và số lỗ trên 1 hàng (cái)

lỗ
- đường kính lỗ
v(h) - lưu tốc dòng chảy qua lỗ bằng
 
gh2

, g - hệ số lưu tốc, gia tốc trọng trường
Các dạng lỗ đục trên ống bê tông có thể mô tả bằng hình vẽ sau:
èng
Bè trÝ lç d¹ng r·nh trªn èng Bª t«ng
A
èng
Bè trÝ lç trßn trªn èng Bª t«ng
A



lr·nh
a
b
lç
a
b
a
Bè trÝ d¹ng r·nh
Bè trÝ so le
b


Hình 2: Các dạng lỗ thấm xung quanh mặt ống bê tông
Tuyển tập Báo cáo “Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học” lần thứ 6 Đại học Đà Nẵng - 2008


166

Qua quá trình nghiên cứu và thực nghiệm căn cứ vào đặc điểm vật liệu, phương pháp
chế tạo, điều kiện vận chuyển. Chúng ta tính toán chọn khoảng cách lỗ, khoảng cách hàng, số
lượng lỗ, diện tích thu nước đối với các loại ống bê tông có đường kính từ 300 - 1500 mm.
Cụ thể đối với loại ống 300/400mm tổng hợp kết quả bằng các bảng và đồ thị sau:
CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT TÍNH CHO 1 mét ống = 300/400 (mm) Bảng 1
TT


ống




tt
ống


lỗ

a- khoảng
cách hàng
b- khoảng
cách cột
Số lỗ
Tổng
diện
tích lỗ
Tổng
diện tích
bề mặt
Tỉ lệ
diện tích

(mm)
(mm)
(mm)
(mm)
(mm)
lỗ/m
( m2)
( m2)
( % )
1

300
350
0.0100
0.020
0.025
2198
0.1725
1.0990
15.700
2
300
350
0.0125
0.025
0.031
1407
0.1726
1.0990
15.703
3
300
350
0.0150
0.030
0.038
977
0.1726
1.0990
15.702
4

300
350
0.0175
0.035
0.044
718
0.1726
1.0990
15.706
5
300
350
0.0200
0.040
0.050
550
0.1727
1.0990
15.714
6
300
350
0.0225
0.045
0.056
434
0.1725
1.0990
15.694
7

300
350
0.0250
0.050
0.063
352
0.1727
1.0990
15.714
8
300
350
0.0275
0.055
0.069
291
0.1728
1.0990
15.719
Các đồ thi biểu diễn các quan hệ các thông số ống bê tông có lỗ thấm như sau:
QUAN HỆ GIỮA ĐƯỜNG KÍNH LỖ
TRÊN ỐNG VÀ SỐ LỖ TRÊN 1MÉT DÀI ỐNG : 300/400mm
2198
1407
977
718
550
434
352
291

0
400
800
1200
1600
2000
2400
0.0100 0.0150 0.0200 0.0250 0.0300
Đường kính lỗ trên ống ( mm)
Số lỗ trên ống ( lỗ )

Hình 3: Quan hệ giữa đường kính lỗ và các lỗ
trên một mét dài ống lọc
Quan hệ đường kính lỗ và tỉ lệ % diện tích thu nước và
diện tích bề mặt ống
15.70
15.70
15.70
15.71
15.71
15.69
15.71
15.72
15.690
15.695
15.700
15.705
15.710
15.715
15.720

15.725
0.0075 0.0125 0.0175 0.0225 0.0275 0.0325
Đường kính lỗ trên mặt ống
Tỉ lệ diện tích lỗ /
ống

Hình 4: Quan hệ giữa đường kính lỗ và phần
trăm diện tích lỗ thu thoát thấm

2.3. Phương pháp chế tạo ống lọc bê tông bằng phương pháp quay ly tâm
Nguyên lý công tác lèn chặt bê tông: Ống và khuôn được đặt nằm ngang trên giàn bệ
máy, khi khuôn quay tròn, nhờ lực quán tính ly tâm tạo ra sẽ ép chặt hỗn hợp bê tông vào
thành khuôn. Quá trình đúc ống được thực hiện sau một thời gian quay, lèn chặt và hoàn thiện
cho đến khi dừng hẳn
Dây chuyền sản xuất ống bao gồm các khâu chủ yếu sau:
Công tác chuẩn bị  Công tác cân đong liều lượng vật liệu  Công tác trộn vữa bê
tông  Công tác nạp vận chuyển bơm vữa bê tông vào khuôn  Công tác quay ly tâm để tạo
sản phẩm  Công tác dưỡng hộ, bảo quản và chuyển ra công trường.
Trong các dây chuyền trên công tác quay ly tâm và tạo lỗ trong quá trình đúc là quan
trọng nhất.
Về tính đặc biệt của công nghệ:
Tuyển tập Báo cáo “Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học” lần thứ 6 Đại học Đà Nẵng - 2008

167
 Hệ thống chốt tạo lỗ được lắp đặt trong giai đoạn chuẩn bị khuôn đúc
 Sau khi đúc xong sản phẩm 30 phút chúng ta bắt đầu tháo chốt xung quanh và
tiến hành tháo khuôn sau 120 phút dưỡng hộ bằng hơi nước nóng
 Sau 24 giờ, tiến hành chuyển sắp xếp ống ra kho bãi dưỡng hộ bê tông cho đến
khi đủ cường độ xuất xưởng
3. Lập chương trình ứng dụng ống lọc bê tông có lỗ để hạ thấp mực nước ngầm

- Trên cơ sở phân tích các thông số dòng thấm ở trên tiến hành thiết lập chương trình
tính cho hệ thống giếng hoàn chỉnh.
Bài toán tính thấm ổn định với hệ thống giếng hoàn chỉnh làm khô khu vực hố móng
thi công bao gồm các bước sau:
Bước 1: Lập mô hình bài toán, xác định các thông số chỉ tiêu trên cơ lý địa chất thuỷ
văn, kích thước hố móng, độ sâu cần hạ thấp so với mực nước ban đầu.
Bước 2: Xác định bán kính ảnh hưởng R của toàn hệ thống và bán kính giếng quy định
R
0
(giếng ảo)
Với: - Hệ thống giếng bố trí hình tròn: R = 2. h
k.H

(12)
- Hệ thống giếng bố trí hình chữ nhật khi tỉ số
2
2
1

b
b
;
210
bb
4
R


(13)
- Hệ thống giếng bố trí hình chữ nhật khi

2
1
b
b
 2 ;


F
R
0

(14)
Trong đó : b
1
,b
2
bằng ½ chiều dài và ½ chiều rộng hố móng
Bước 3: Xác định khả năng thu nước của 1(m) giếng khoan q
g
= 120.. r.
4
h
; (15)
Bước 4: Tính tổng lưu lượng nước bơm thoát giả thiết các giếng có cùng kích thước
0
2
lglg
.366,1
RR
hH

kQ
w
tp





(16)
Bước 5: Xác định tổng số mét ống lọc và tổng số giếng cần bố trí
g
tp
g
q
Q
m 
(m) (17)
;
w
g
g
h
m
n 
(cái) (18)
Bước 6: Xác định khoảng cách giữa các giếng
Dạng hố móng tròn:
g
n
R

c
0
2


;
(m) (19)
Và dạng chữ nhật :
g
n
bb
d
)(4
21


; (m)
(20)
Bước 7: Kiểm tra khả năng hạ thấp mực nước của giếng bơm tại điểm bất kỳ
Tuyn tp Bỏo cỏo Hi ngh Sinh viờn Nghiờn cu Khoa hc ln th 6 i hc Nng - 2008


168



H
RrnR
RRnhH
HbHH

n
n
gw
x



)1(
0
0
/ln
)ln(ln
(21)
Bc 8: ỏnh giỏ kt qu tớnh toỏn, bn lun

Mụ t ton b cỏc bc tớnh toỏn bng s khi nh sau:
Strat
Khai báo các thông số
mi , H1,H2,h,Qm,Qtc,k, r , ri
Tiếp tục >>
Xác định khả năng thu
nứơc của 1mét giếng
Kiểm tra khả
năng thu nứơc
của mỗi giếng
K.tra khả năng
hạ thấp mực nứơc
trong hố móng
Click
chuyển >> Exel

Chỉnh sửa
( Exel)
Print
Output
FALSE
FALSE
TRUE
TRUE
H< [H]
H > [H]
Qg<[ Q ]
Qg>[ Q ]
Xác định bán kính
ảnh hửơng hệ thống giếng
Xác định bán kính
giếng thu tuơng đuơng
Xác định tổng số
lựơng giếng cần thiết
Xác định khoảng
cách giữa các giếng
Xác định tổng số
mét giếng cần thiết
SƠ Đồ KHốI tính toán hệ thống giếng
ống bê tông có lỗ thu nứơc thấm -
giếng hoàn chỉnh
The End

Hỡnh: 5 S kh,i biu din cỏc bc tớnh toỏn
Chn ngụn ng lp trỡnh Visual Basic 6.0 th hin giao din cỏc thụng s tớnh toỏn v
kt qu tớnh toỏn nh hỡnh: 6

Hỡnh: 6 S iu khin qỳa trỡnh tớnh v kt qu tớnh toỏn h thng ging bm

Tuyển tập Báo cáo “Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học” lần thứ 6 Đại học Đà Nẵng - 2008

169
4. Kết luận
Từ kết quả nghiên cứu tính toán chúng ta rút ra một số kết luận sau:
1. Quá trình tiêu nước làm khô hố móng bằng phương pháp hạ thấp MN ngầm có thể
sử dụng loại ống lọc bê tông có lỗ thấm xung quanh được sản xuất trong nước bằng nguyên
vật liệu địa phương, có giá thành rẻ, đáp ứng được các bài toán thực tiễn bảo đảm điều kiện
kinh tế và kỹ thuật.
2. Bài báo đưa ra được các thông số kỹ thuật các loại ống lọc có các loại đường kính,
chiều dài, kích thước lỗ thấm bất kỳ, do khuôn khổ bài báo chúng tôi thể hiện mô tả cụ thể một
loại ống có đường kính  300/400mm có lỗ thấm xung quanh.
3. Bài báo mô tả một cách tổng quát từng bước và qui trình tính toán cho bài toán hạ
thấp MNN và sơ đồ bố trí hệ thống giếng trên mặt bằng hố móng, tạo điều kiện ứng dụng cho
việc thi công các công trình được thuận lợi.
4. Hướng nghiên cứu có thể nghiên cứu áp dụng cho rất nhiều dạng bài toán giếng không
hoàn chỉnh, ống lọc được đặt trong các điều kiện địa chất thuỷ văn phức tạp, thu nước qua
thành ống , qua toàn bộ hoặc dùng sử lý cho các sự cố rò rỉ, đùn đất….

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] GS.TS Nguyễn Thế Hùng, Phương pháp phần tử hữu hạn trong chất lỏng, NXB Xây
dựng, Hà Nội 2000.
[2] Trần Thanh Giám, Địa kỹ thuật, NXB Xây dựng, Hà Nội 1999, Tr144-145.
[3] Jonathan Istok, Groundwater Modelling by the Finete Elevent Method, American
Geophysical, 1989.
[4] Lakshmi N. Reddi, Seepage in soils Principles and Applications, Kansas State University,

1980.