Hạ mực nước ngầm trong xây dựng tầng hầm

HẠ MỰC NƯỚC NGẦM TRONG XÂY DỰNG TẦNG HẦM

PH.D. PHẠM HỒNG LUÂN,
Trường Đại học Bách Khoa,
Đại học Quốc gia TP. HCM

TÓM TẮT:
Bài báo giới thiệu tổng quát về các phương pháp hạ mực nước ngầm trong thi
công xây dựng tầng ngầm. Cần xem trọng và kiểm soát công tác này trong quá
trình đào đất tầng hầm. Phương pháp đóng băng đất có thể xem như là một biện
pháp khả thi để xem xét khi xây dựng các tầng hầm sâu trên 3 tầng ở TP. HCM
trong điều kiện đòa chất phức tạp và mực nước ngầm cao. Cần phải có công ty
chuyên nghiệp trong công tác hạ mực nước ngầm.

DEWATERING AND WATER LOWERING IN MULTISTORY-BASEMENT
ABSTRACT:
The paper is concerning about the present methods of dewatering and water
lowering in multistory-basement construction. It’s important to consider and
monitor this work during excavation. Groundfreezing may be a possible variant
need to examine to dewater in complicated geology condition and high water
level. Need to have a professional company in water lowering.

Qua thực tế chúng tôi nhận thấy rằng để có một sản phẩm xây dựng có chất lượng,
cùng với việc thiết kế tường tầng hầm các đơn vò tư vấn và các nhà thầu thi công cần
thống nhất cao với nhau về các biện pháp thi công hệ thống giằng chống đở tầng hầm và
phương án đào lấy đất hạ mực nước ngầm.
Trong việc thi công các tầng hầm nhà nhiều tầng hoặc trong công tác khai thác
khoáng sản ở dưới các vóa sâu, để làm khô hố (hố móng) thực tiển đã có các giải pháp
phổ biến sau (hình 1):

A - Phương pháp bơm hút nước lộ thiên
(nước mặt, hoặc nước ngầm chảy trên mặt sau khi đào đất)
B- Phương pháp hút nước ngầm
a) Hút bằng giếng lọc. b) Hút bằng kim lọc
C- Phương pháp điện thấm (Electro-osmosis)
Hình 1- Các phương pháp làm khô hố móng
D- Phương pháp đóng băng (groundfreezing)

Việc chọn lựa giải pháp làm khô hố móng thông thường căn cứ vào:
1) Mục đích của công tác xây dựng: Ổn đònh của vách ngiêng, vách thẳng đứng
hay đáy hố.
2) Cao trình mực nước ngầm trước và sau khi cần hạ, độ sâu nước ngầm cần hạ.
3) Kích thước thành phần hạt, hệ số thấm của đất.
Hình vẽ 2 chỉ rõ phạm vi sử dụng các phương pháp làm khô hố móng theo phần
trăm mòn hơn theo trọng lượng và kích thước hạt, ví dụ: Nếu trong đất có kích thước hạt <
0,02 (bụi hay sét) và 20 % mòn theo trọng lượng thì sử dụng giếng bơm chân không hoặc
phương pháp điện thấm.





Hết sức thận trọng trong công tác hạ mức ngầm! Cần có kế hoạch kiểm soát cao
độ mực nước ngầm trong suốt quá trình hạ mực nước ngầm và đào đất. Tuân thủ các qui
đònh về an toàn, chuẩn mực về thiết kế và thi công. Kinh nghiệm trong công tác này là
phải có cái nhìn bao quát và toàn diện cả khu vực thi công, không chỉ tại công trường đang
làm và không chỉ tại các vò trí cục bộ xung quanh giếng nước ngầm. Trong một số các
trường hợp phải bù nước cho các công trình chung quanh bằng phương pháp tự nhiên hoặc
bơm nước trở lại nhằm ổn đònh mức ngầm cho các công trình ngoài phạm vi đang xây

dựng (Hình 3)


Hình 2- Phạm vi sử dụng phương pháp làm khô hố móng tùy thuộc vào kích thước hạt
Nguồn: Chap 6 NAVFACP-418




Phổ biến hiện nay trong công tác làm khô hố móng ở tại TP. HCM là:
A - Phương pháp bơm hút nước lộ thiên (nước mặt, hoặc nước ngầm chảy trên mặt
sau khi đào đất)
B- Phương pháp hút nước ngầm (hút bằng giếng lọc, kim lọc)
Tích nước tại các hào rãnh: cao độ hố tích nước thấp hơn mực nước ngầm. Hạ tạm
thời mực nước ngầm 20- 30 cm tại hố đào trong phạm vi nhỏ, chi phí thực hiện ít, kỹ thuật
đơn giản.
Sử dụng giếng bơm truyền thống: lắp đặt nhanh, có thể dẫn lên thành nhiều tầng hút,
các ống tích nước ra có thể lập thành vòng kín sau đó thoát ra ngoài công trình. Phương
pháp này hữu hiệu cho các công trình nhỏ, độ sâu nhỏ (3-6m), chi phí thực hiện không lớn
kỹ thuật đơn giản.
Phương pháp giếng lọc: Hay sử dụng khi hạ mực nước ngầm khi số tầng hầm từ 2
tầng trở lên: hiệu quả cao khi nền là đất cát, hệ số thấm lớn. Cần tính toán và kiểm tra
thực tế số lượng giếng: yêu cầu vừa đủ về khoảng cách và số lượng các giếng, công suất
các máy bơm, độ sâu đặt bơm trong giếng, cao độ mực nước ổn đònh khi các máy bơm
cùng vận hành (không quá sâu, kinh nghiệm nên thấp hơn đáy hố đào tạm thời từ 0.5m
đến 1m, do vậy thường hay thay đổi chiều sâu đặt bơm hoặc công suất máy bơm), duy trì
thời gian bơm đều và liên tục, tính toán dự trữ điện và thiết bò trên 30% công suất điện
tiêu thụ. Cần chú trọng kỹ thuật khoan, đặt bơm và theo dõi quan trắc công trình. Phương
pháp này thực hiện khá phức tạp, chi phí bơm và điện tiêu thụ lớn.
Phương pháp ống kim lọc: Các ống kim lọc được nối liền với nhau thành hệ thống có

ống tích thủy chung và một máy bơm. Có thể bố trí hệ thống này chung quanh hố để tạo
thành vành đai chận nước.
Trong phạm vi hố đào có thể bố trí nhiều giếng lọc và ống kim lọc ở các tầng khác
nhau, đáy tầng hầm có nhiều hố pit với các độ sâu khác nhau. Có thể kiểm soát và thiết
kế hạ mực nước ngầm theo mô hình và thực tế . Hình 4 giới thiệu về dự đoán các đường
đẳng thế nước ngầm quanh các miệng hút của giếng lọc.


Hình 3 : Bơm bù nước cho các công trình chung quanh
Nguồn: Chap 6/NAVFAC p-418








Dự đoán trước phương pháp hạ mực nước ngầm tạm thời là cần thiết. Trong thực tế
cần phải kết hợp nhiều biện pháp lẫn nhau: a) Hút nước lộ thiên và giếng lọc, b) Rãnh cắt
nước sâu, màng chắn nước và giếng lọc (hình 5).





Kinh nghiệm cho thấy thời gian hạ mực nước ngầm bằng các phương pháp bơm hút
nêu trên cần phải tối thiểu. Thời gian thi công lại phụ thuộc rất nhiều vào biện pháp kỹ
thuật và tổ chức thực hiện của các bên tham gia dự án trong đó năng lực thật sự của nhà
thầu thiết kế (chuyên môn sâu) và đơn vò thi công xây dựng (tính chuyên nghiệp, tài

chính, sở hữu thiết bò và vật tư kỹ thuật dồi dào) là tối cần thiết.
Phương pháp đóng băng nền đất có thể kết hợp với các phương pháp đã nêu trên
hoặc thực hiện độc lập. Phương pháp đóng băng ít thấy ở TP HCM. Phương pháp này có
nhiều lợi điểm, đặc biệt là không làm mất nước (và đất) ở các công trình lân cận, hoặc
trong điều kiện đất bảo hòa nước mà các phương pháp hạ mực nước ngầm thông thường
khác không thực hiện được.
Để giảm thiểu các rủi ro có thể xẩy ra trong quá trình xây dựng tầng hầm và hạ mực
nước ngầm, sử dụng Phương pháp đóng băng để tạo ra tường chắn nước hữu hiệu. Chiều
dầy tường đất đóng băng có thể lên đến 3 m, do vậy việc đóng băng nước và đất trong
Hình 5 : Kết hợp tường vữa ciment rãnh cắt nước và giếng lọc
Nguồn: Chap 6/NAVFAC p-418

Hình 4: Mô hình các đường thủy đẳng cao của nước ngầm khi có hệ thống giếng lọc cùng hoạt động
ở các cao trình khác nhau, mặt bằng hố móng tầng ngầm đa dạng


nước có thể làm chậm hoặc chấm dứt quá trình tích tụ nước tại hố đào. Phương pháp này
áp dụng cho các hố đào sâu trên 20m, đất có hệ số thấm lớn.






Kỹ thuật đóng băng trong đất (đóng băng nhân tạo) có mặt cách đây trên 100 năm
đã được sử dụng rộng rãi tại các công trường xây dựng tầng ngầm ở nước ngoài. Quá trình
thi công bao gồm đưa các trụ làm lạnh xuống dưới đất. Hệ thống làm lạnh tuần hoàn bằng
nitơ lỏng hoặc carbon dioxid có nhiệm vụ chuyển nước lỏng trong đất thành nước đá, từ đó
hình thành một loại “vật liệu kín nước” có dạng hình trụ hoặc tấm (hoặc tường do nhiều
trụ liên kết đông lạnh lẫn nhau) với chiều sâu lên đến 30 m - 40 m. Hệ thống làm lạnh là

đặc trưng quan trọng nhất của phương pháp đóng băng trong đất, nhiệt độ làm lạnh ban
đầu có thể thấp đến -150
o
C để tạo hình các tường (đã đóng) băng. Sau đó chỉ cần năng
lượng vừa đủ cho hệ thống làm lạnh để duy trì các “barrier” lạnh này. Có những công ty
chuyên nghiệp đóng băng trong đất. Thực tế trong xây dựng đã đưa các ống làm lạnh sâu
trong đất từ 45m đến 125 m, sử dụng trên 1950 ống đường kính 76 mm cách nhau 1,5 m
theo một chu vi 3,5 km, các ống làm lạnh được kiểm tra áp lực và nối liên tiếp với nhau,
sử dụng 5000 tấn chất làm lạnh, tiêu thụ 9000 megawatts điện.

Việc lựa chọn giải pháp hạ mực nước ngầm nào trong việc thi công các tầng hầm
sâu và đặc biệt sâu cần phải suy xét hết sức tỉ mỉ và thận trọng. Ưu tiên trước tiên là các
vấn đề kỹ thuật, đãm bão an toàn tuyệt đối cho công trình, chọn các nhà thầu thiết kế và
thi công thật sự đủ năng lực về chuyên môn, kỹ thuật và tài chính. Trong phạm vi bài viết
và trong tương lai nếu có những tầng hầm sâu xây dựng ở vùng đất phức tạp về đòa chất ở
Tp HCM chúng ta thử xem xét ngoài phương pháp hạ nước ngầm đã biết thì phương pháp
đóng băng nhân tạo có thể xem là một phương án đề xuất khả dó . Tất nhiên cần có những
công ty chuyên nghiệp về hạ mực nước ngầm.








Hình 6a,b : Các vách tường đất sau khi đóng băng