NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP HẠ MỰC NƯỚC NGẦM HỐ MÓNG ÁP DỤNG CHO CÁC TRẠM BƠM VEN SÔNG ĐÁY – HÀ NỘI

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI




DƯƠNG BÁ HÙNG


NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP HẠ MỰC NƯỚC NGẦM HỐ MÓNG
ÁP DỤNG CHO CÁC TRẠM BƠM VEN SÔNG ĐÁY – HÀ NỘI







LUẬN VĂN THẠC SĨ








Hà Nội – 2014

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI





DƯƠNG BÁ HÙNG


NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP HẠ MỰC NƯỚC NGẦM HỐ MÓNG
ÁP DỤNG CHO CÁC TRẠM BƠM VEN SÔNG ĐÁY – HÀ NỘI

Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy
Mã số: 60.58.40


LUẬN VĂN THẠC SĨ

Người hướng dẫn khoa học: 1. GS.TS. DƯƠNG THANH LƯỢNG
2. PGS.TS. LÊ VĂN HÙNG



Hà Nội – 2014

Mẫu gáy bìa luận văn:


DƯƠNG BÁ HÙNG LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI – 2014

















LỜI CẢM ƠN
Luận văn thạc sĩ chuyên ngành xây dựng công trình thủy với Đề tài “Nghiên
cứu giải pháp hạ mực nước ngầm hố móng. Áp dụng cho các trạm bơm ven sông
Đáy – Hà Nội” ñược hoàn thành với sự cố gắng nỗ lực của bản thân tác giả và sự
giúp ñỡ nhiệt tình của các thầy, cô giáo, gia ñình, cơ quan, bạn bè và ñồng nghiệp.
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Thầy giáo hướng dẫn: GS.TS.

Dương Thanh Lượng và PGS.TS. Lê Văn Hùng ñã tận tình hướng dẫn cũng như
cung cấp tài liệu, thông tin khoa học cần thiết cho luận văn.
Tác giả xin trân trọng cảm ơn các thầy, cô giáo Phòng ñào tạo ñại học và Sau
ñại học, khoa Công trình - Trường Đại học Thuỷ Lợi ñã tận tình giảng dạy và giúp
ñỡ tác giả trong suốt quá trình học tập, cũng như quá trình thực hiện luận văn này.
Để hoàn thành luận văn, tác giả còn nhận ñược sự cổ vũ, ñộng viên khích lệ
thường xuyên và giúp ñỡ về nhiều mặt của gia ñình, cơ quan, bạn bè và ñồng
nghiệp.










BẢN CAM KẾT VỀ ĐỀ TÀI LUẬN VĂN

Kính gửi : - Ban giám hiệu trường ñại học Thủy lợi
- Khoa Công trình trường ñại học Thủy lợi
- Phòng Đào tạo ñại học và sau ñại học trường ñại học Thủy lợi
- Bộ môn công nghệ và quản lý xây dựng trường ñại học Thủy lợi
Tên tôi là : Dương Bá Hùng
Ngày, tháng, năm sinh : 19/12/1989
Học viên cao học lớp : CH20C11
Niên khóa : 2012 – 2014
Chuyên ngành : Xây dựng công trình thủy
Tôi viết bản cam kết này xin cam kết rằng ñề tài luận văn “Nghiên cứu giải

pháp hạ thấp mực nước ngầm hố móng. Áp dụng cho các trạm bơm ven sông Đáy –
Hà Nội” là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi. Tôi ñã nghiêm túc ñầu tư thời
gian và công sức của bản thân, cùng với sự hướng dẫn tận tình của GS.TS. Dương
Thanh Lượng và PGS.TS. Lê Văn Hùng ñể tôi có thể hoàn thành ñề tài theo ñúng
quy ñịnh của nhà trường. Nếu những ñiều cam kết của tôi có bất kỳ ñiểm nào không
ñúng, tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm.

Hà nội, ngày 10 tháng 05 năm 2014

Cá nhân cam kết






Dương Bá Hùng





MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1. Phân biệt cát chảy……………………………………………………….14
Hình 1.2. Mặt cắt ngang hố móng trạm bơm Như Trác……………………………18
Hình 1.3. Mặt cắt ngang hố móng trạm bơm Quế……………………………… 19
Hình 1.4. Mặt cắt ngang hố móng cống Vân Cốc………………………………….20
Hình 2.1. Hệ thống tiêu nước xung quanh hố móng……………………………….25
Hình 2.2. Hệ thống tiêu nước nằm ngang………………………………………….26
Hình 2.3. Hệ thống tiêu nước thẳng ñứng………………………………………….26
Hình 2.4. Thiết bị tiêu nước chặn trên…………………………………………… 27
Hình 2.5. Hệ thống tiêu nước ven bờ………………………………………………27
Hình 2.6. Giếng thường cỡ lớn…………………………………………………….29
Hình 2.7. Ống lọc nước bằng gang ñúc……………………………………………29
Hình 2.8. Cấu tạo chi tiết A……………………………………………………… 29
Hình 2.9. Sơ ñồ bố trí hệ thống giếng kim xung quanh hố móng…………………30
Hình 2.10. Sơ họa ống lọc của giếng kim khi làm việc……………………………32

Hình 2.11. Cấu tạo giếng kim với khớp nối……………………………………… 33
Hình 2.12. Cấu tạo ống lọc giếng………………………………………………… 33
Hình 2.13. Sơ ñồ bố trí cấp làm việc của giếng kim khi hố móng sâu…………….33
Hình 2.14. Sơ ñồ cấu tạo giếng khoan…………………………………………… 34
Hình 2.15. Sơ ñồ các dạng giếng khoan không hoàn chỉnh……………………… 35
Hình 2.16. Dòng chảy không giới hạn vào giếng khoan nước ngầm hoàn chỉnh….35
Hình 2.17. Mặt cắt ngang giếng hoàn chỉnh……………………………………….38
Hình 2.18. Mực nước ngầm ñược hạ xuống thấp hơn ñáy móng ổn ñịnh…………39
Hình 2.19. Sơ ñồ tính toán giếng không hoàn chỉnh………………………………41
Hình 2.20. Sơ ñồ tính toán hệ thống giếng không hoàn chỉnh…………………….42
Hình 2.21. Sơ ñồ khối chạy phần mềm Modflow…………………………………44
Hình 3.1. Bản ñồ hệ thống lưu vực sông Đáy - Nhuệ…………………………… 47
Hình 3.2. Mặt cắt ñịa chất ñặc trưng của một ñoạn sông thuộc lưu vực sông Đáy -



Nhuệ……………………………………………………………………………….50
Hình 3.3. Hệ thống tiêu nước khu vực phía tây nội ñô mới của Hà Nội………… 51
Hình 3.4. Sơ ñồ cấu tạo hố móng trạm bơm Yên Nghĩa ñể tính toán hạ thấp mực
nước ngầm tiêu nước hố móng (mặt cắt ngang hố móng)…………………………67
Hình 3.5. Đường ñẳng áp tại mặt cắt ngang qua tâm hố móng sau 3 ngày hút
nước……………………………………………………………………………… 71
Hình 3.6. Đường ñẳng áp tại mặt cắt dọc qua tâm hố móng sau 3 ngày hút nước 72
Hình 3.7. Bình ñồ ñường ñẳng mực nước ngầm dưới ñáy móng sau 3 ngày hút
nước……………………………………………………………………………… 72
Hình 3.8. Diễn biến cao ñộ mực nước ngầm tại tâm hố móng theo thời gian hút
nước……………………………………………………………………………… 72

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1. Độ rỗng của các loại ñất ñá khác nhau (Todd và Mays, 2005)………… 9
Bảng 1.2. Bảng so sánh thông số thiết kế giếng kim………………………………21
Bảng 2.1. Trị số T
a
phụ thuộc vào S
o
và H……………………………………… 42
Bảng 3.1. Tổng hợp các phương án tính toán…………………………………… 54
Bảng 3.2. Số liệu ñịa chất thủy văn khu vực trạm bơm phục vụ tính toán tiêu nước
hố

móng……………………………………………………………………………….59
Bảng 3.3. Số liệu ñịa chất thủy văn ñiển hình của nước dưới ñất theo TCVN 9903 -
2013 (Công trình thủy lợi - Yêu cầu kỹ thuật thiết kế, thi công và nghiệm thu hạ
mực nước ngầm)………………………………………………………………… 60
Bảng 3.4. Khối lượng và thông số các giếng ở các phương án tính toán khác
nhau……………………………………………………………………………… 61
Bảng 3.5. Kết quả phân tích các phương án khác nhau……………………………68
Bảng 3.6. Kết quả của các phương án ñược lựa chọn…………………………… 70
Bảng 3.7. Kết quả tổng hợp tính toán kinh tế các phương án lựa chọn……………70
Bảng 3.8. Khối lượng và thông số giếng của phương án hiệu quả nhất………… 71















DANH MỤC VIẾT TẮT

MNN : Mực nước ngầm

ĐCTV : Địa chất thủy văn

GKQS : Giếng khoan quan sát

Bộ NN&PTNT : Bộ Nông nghiệp và phát triển nông thôn

TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam

VNĐ : Việt Nam ñồng
1


PHẦN MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của ñề tài
Hiện nay các công trình khi xây dựng trên nền ñất mà ñáy hố móng ở dưới
mực nước ngầm (MNN) là rất nhiều. Vì vậy việc tiêu nước ñể thi công móng ñảm
bảo yêu cầu kỹ thuật là công tác không thể thiếu ñược trong quá trình xây dựng
công trình.
Các công trình thuỷ lợi, thuỷ ñiện, giao thông, hầu hết ñáy móng của chúng
ñược ñặt sâu dưới lòng ñất, có công trình sâu tới vài trăm mét, do ñó cần phải tiêu
nước hố móng ñể khi xây dựng công trình, trừ khi sử dụng các phương pháp thi
công ñặc biệt như: dọn nền dưới nước bằng tàu cuốc, tàu hút bùn, ñổ bê tông trong
nước, ñắp ñất ñá ñổ trong nước, nổ mìn ñịnh hướng ñắp ñập v.v thì không cần
công tác tiêu nước hố móng. Nhưng những phương pháp này thi công rất phức tạp
và chi phí cao, vì thế công tác tiêu nước hố móng vẫn ñược ưu tiên lựa chọn trước.
Việc lựa chọn phương pháp tiêu nước hố móng và thiết kế tiêu nước chịu ảnh
hưởng của nhiều nhân tố như trạng thái nước ngầm, tính chất cơ lý của tầng thấm,
phương pháp thi công, yêu cầu xử lý nền v.v…, ảnh hưởng ñến chất lượng xây
dựng công trình, tiến ñộ thi công và giá thành xây dựng.
Hàng loạt kiểu hố móng nông, sâu khác nhau chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố
khác nhau cho nên ñòi hỏi các nhà thiết kế, thi công cần có giải pháp, công nghệ

tiêu nước hố móng thích hợp về mặt kỹ thuật - kinh tế cũng như an toàn về môi
trường và không gây ảnh hưởng ñến sự an toàn của các hạng mục hoặc công trình
lân cận ñã xây dựng trước ñó.
Khi thi công hố móng trong ñiều kiện ñịa chất yếu, vị trí MNN và các ñiều
kiện hiện trường phức tạp rất dễ sinh ra trượt lở khối ñất, mất ổn ñịnh hố móng, kết
cấu chắn giữ bị rò nước, dịch chuyển làm hư hại hố móng, uy hiếp nghiêm trọng các
công trình lân cận.
Phụ thuộc vào nhiều khâu liên quan mật thiết với nhau và ảnh hưởng, khống
chế lẫn nhau, việc bơm nước hố móng có thể phát sinh ra các sự cố cho công trình.
Qua tài liệu ñiều tra, ở Trung Quốc có trên 130 sự cố công trình hố móng trong
2


những năm gần ñây phần lớn có liên quan tới vấn ñề hạ thấp MNN.
Để ñơn giản trong tính toán thiết kế tiêu nước hố móng, hầu hết ñều giả thiết
rằng ñất nền ñồng nhất và ñẳng hướng. Tuy nhiên trong rất nhiều trường hợp, ñiều
kiện thực tế không ñúng như vậy. Điều ñó dẫn ñến việc tính toán rất thiếu chính xác
và hậu quả là lựa chọn biện pháp và bố trí hệ thống tiêu thoát nước hố móng không
hợp lý, làm cho việc xây dựng hoặc là lãng phí hoặc là nảy sinh sự cố hố móng. Ví
dụ do tính toán sai mà dẫn ñến thất bại trong công tác tiêu nước hố móng cho hàng
loạt công trình: trạm bơm Như Trác, trạm bơm Quế, Cống Hiệp Thuận, Cống Liên
Mạc, công trình Cống Vân Cốc - Đập Đáy (Hà Tây cũ), ñơn vị xây dựng ñã không
thể thành công trong việc tiêu nước hố móng, sau ñó phải ñổi sang ñơn vị khác
nhưng vẫn chưa thể hạ thấp MNN một cách triệt ñể.
Vì vậy, nhận biết chính xác quy luật vận ñộng của nước dưới ñất, thiết kế kết
cấu hạ thấp MNN thật khoa học, ñảm bảo có hiệu quả, là những thách thức chủ yếu
trong việc xử lý nước ngầm khi thi công hố móng. Việc xác ñịnh hợp lý các thông
số khi tính toán thiết kế hạ thấp MNN và phương án bố trí hệ thống dẫn nước ảnh
hưởng lớn ñến giá thành và tiến ñộ xây dựng công trình.
Quá trình thi công từ khi ñào ñất ñến khi hoàn thành toàn bộ các công trình

kín, khuất ngầm dưới mặt ñất phải trải qua nhiều trận mưa, nhiều lần chất tải, chấn
ñộng, thi công có sai phạm và ñặc biệt chịu sự tác ñộng của MNN v.v do ñó tính
ngẫu nhiên của mức ñộ an toàn tương ñối lớn. Công trình hạ thấp MNN là một công
trình tạm thời, liên quan ñến ñiều kiện ñịa chất mỗi vùng, giải pháp thi công công
trình chính và nhiều yếu tố khác nhau.
Sắp tới, việc xây dựng các công trình thuỷ lợi ở các vùng ñồng bằng ven biển
ngày một nhiều, thì yêu cầu nghiên cứu giải pháp tính toán thiết kế hạ thấp MNN ñể
thi công ñạt hiệu quả cao phải ñược ñặt ra. Vì vậy, ñề tài “Nghiên cứu giải pháp
hạ mực nước ngầm hố móng. Áp dụng cho các trạm bơm ven sông Đáy – Hà
Nội” ñược ñề xuất trong luận văn này là một trong những nghiên cứu góp phần vào
việc giải quyết yêu cầu cấp thiết kể trên trong việc hạ thấp MNN hố móng.
2. Mục ñích của luận văn
3


Mục ñích của luận văn là:
- Nghiên cứu các giải pháp ñể hạ thấp mực nước ngầm.
- Nghiên cứu lựa chọn các thông số của giếng khi hạ thấp MNN trong quá
trình thi công hố móng sâu.
- Tìm cách giải bài toán xác ñịnh các thông số của giếng, gồm: khoảng cách,
ñộ sâu, cách bố trí trong hệ thống giếng ñể hạ thấp MNN, nhằm ngăn chặn hiện
tượng cát ñùn, cát chảy trong ñiều kiện có cừ với các loại nền có ñiều kiện ñịa chất,
ñịa chất thủy văn phức tạp.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của ñề tài là:
- Phân tích, lựa chọn phương pháp giải bài toán tiêu nước hố móng bằng hệ
thống giếng.
- Hố móng công trình trong những ñiều kiện ñịa chất thủy văn nhất ñịnh: vùng
có hệ số thấm lớn, ở vùng ñồng bằng, dưới lòng sông và vùng ven biển chịu sự tác
ñộng mạnh của nước ngầm.

- Về không gian: Xem xét hố móng cho các công trình trạm bơm vùng ven
sông Đáy thuộc ñịa phận Hà Nội.
4. Phương pháp nghiên cứu
Các phương pháp nghiên cứu ñược ñề xuất ñể thực hiện ñề tài là:
- Phương pháp phân tích, tổng hợp: Tiến hành quan sát, tổng kết, phân tích
những ưu nhược ñiểm, những thành công và nguyên nhân thất bại của một số công
trình ñã thiết kế thi công trước ñây ñể rút ra các vấn ñề liên quan ñến công tác tiêu
nước hố móng.
- Phương pháp kế thừa: Thu thập tài liệu thực tế và các kết quả nghiên cứu của
các tác giả ñã công bố có liên quan ñến nội dung nghiên cứu của luận văn.
- Phương pháp mô hình toán: Nghiên cứu các vấn ñề liên quan ñến xây dựng
mô hình tính toán; mô phỏng sự làm việc của hệ thống tiêu nước hố móng. Từ ñó
tiến hành phân tích ñể lựa chọn mô hình phù hợp, tìm các thông số hợp lý của hệ
thống tiêu nước hố móng bằng giếng.
4


5. Kết quả nghiên cứu và áp dụng thực tiễn của luận văn
Kết quả nghiên cứu của luận văn là những ñóng góp vào việc lựa chọn mô hình
phù hợp và tìm các thông số hợp lý tính toán hệ thống tiêu nước hố móng bằng giếng
hạ thấp MNN theo yêu cầu, bao gồm:
- Đánh giá một số phương pháp hạ thấp MNN trong hố móng, phân tích, ưu
nhược ñiểm và ñiều kiện áp dụng của từng phương pháp hạ thấp MNN khi thi công
hố móng.
- Xây dựng mô hình toán nước ngầm 3 chiều của hố móng sâu ứng với các
ñiều kiện biên khác nhau và sử dụng các phần mềm hiện ñại như Modflow,
Prowin…ñể tính toán cho bài toán hạ thấp MNN, áp dụng ñể thiết kế và xác ñịnh
các thông số giếng ñể hạ thấp MNN trong hố móng cho 1 trạm bơm (dự kiến là trạm
bơm Yên Nghĩa).
- Hố móng sâu, hệ số thấm lớn ñưa ra cách tính toán khi bố trí 2, 3 hoặc nhiều

hàng giếng; xác ñịnh số hàng, ñộ sâu ñặt giếng, khoảng cách các giếng trong một
hàng, khoảng cách giữa các hàng và ñộ hạ thấp mực nước của từng hàng giếng.
- Phương pháp tính toán và kết quả thu ñược của ñề tài có thể là cơ sở ñể xây
dựng các tiêu chuẩn, quy chuẩn hoặc hướng dẫn kỹ thuật giúp cho công tác thiết kế
các công trình cần phải hạ thấp MNN.
6. Cấu trúc của luận văn
Luận văn ñược cấu trúc như sau :
Phần mở ñầu
Giới thiệu tính cấp thiết, ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của ñề tài.
Trình bày mục ñích, nội dung, phương pháp và phạm vi nghiên cứu của ñề tài. Tóm
tắt những kết quả nghiên cứu và ứng dụng kết quả nghiên cứu của luận văn vào 1
công trình cụ thể.
Chương 1: Tổng quan về hố móng sâu dưới mực nước ngầm của công trình ở
vùng ñịa chất có tính thấm lớn
Nội dung ñược nêu trong chương này gồm ñặc ñiểm về ñịa chất; ñặc ñiểm về
nước ngầm; các sự cố thường gặp và công tác bảo vệ mái hố móng ở Việt Nam và
5


trên thế giới.
Chương 2: Phương pháp tiêu nước hố móng công trình ở vùng ñịa chất có hệ
số thấm lớn
Chương này ñề cập ñến các phương pháp tiêu nước hố móng công trình thủy
lợi. Từ ñó nghiên cứu sâu hơn về phương pháp hạ thấp MNN bằng giếng thường.
Trong ñó có việc thiết kế hệ thống tiêu nước hố móng, tính toán bằng phương pháp
kinh ñiển và tính toán bằng phương pháp mô hình toán.
Chương 3: Áp dụng mô hình toán ñể thiết kế công trình tiêu nước hố móng các
công trình vùng bãi bồi ven sông Đáy
Chương này ñề cập ñến các ñặc ñiểm chung ñịa chất hố móng của các trạm
bơm ven sông Đáy. Sau ñó, tiến hành nghiên cứu và ứng dụng tính toán cho 1 công

trình cụ thể, ñó là trạm bơm Yên Nghĩa – Hà Nội. Trong ñó, tác giả ñi xây dựng mô
hình, phân tích các phương án thiết kế, so sánh lựa chọn giữa các phương án và
nhận xét
Kết luận và kiến nghị

Tài liệu tham khảo

Phụ lục













6


CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN HỐ MÓNG SÂU DƯỚI MỰC NƯỚC NGẦM CỦA CÔNG
TRÌNH Ở VÙNG ĐỊA CHẤT CÓ TÍNH THẤM LỚN
1.1. Đặc ñiểm về ñịa chất
1.1.1. Đặc ñiểm của ñịa chất với việc xây dựng các công trình thủy lợi
Các ñiều kiện ñịa chất công trình của một vùng lãnh thổ ñược hiểu là

những vấn ñề ñịa chất của lãnh thổ có ảnh hưởng quyết ñịnh ñến khả năng
an toàn về lún, ổn ñịnh, thấm mất nước và kinh tế của công trình.
Thực tế xây dựng cho thấy các ñiều kiện ñịa chất công trình ở mỗi
vùng, mỗi khu vực rất ña dạng, phức tạp không chỉ do có mối liên hệ khăng
khít với nhau mà còn biến ñộng theo thời gian và tác ñộng không giống
nhau tới những công trình khác nhau, tới giải pháp thi công, chế ñộ quản lý
và vận hành công trình.
Các ñiều kiện ñịa chất công trình bao gồm:
- Điều kiện ñịa hình – ñịa mạo
- Điều kiện cấu trúc ñịa chất
- Điều kiện ñịa chất thủy văn
- Điều kiện các hiện tượng ñịa chất ñộng lực công trình
- Điều kiện vật liệu xây dựng tự nhiên
Điều kiện ñịa chất công trình của lãnh thổ có thể không ñồng nhất và hay biến
ñổi là do:
- Tính ña dạng ñịa hình.
- Tính phức tạp của mặt cắt ñịa chất: do sự phân bố các kiểu ñất ñá khác nhau
về ñịa tầng, nguồn gốc và thanh học, do loại hình và ñiều kiện thế nằm của ñất ñá,
do tính biến ñổi chiều dày, do mức ñộ phá hủy kiến tạo gây nên.
- Tính không ñồng nhất về trạng thái vật lý ñất ñá: Tính không ñồng nhất có thể
còn tăng thêm do sự phát triển các quá trình và hiện tượng ñịa chất ở lãnh thổ ñang
xét.
- Mức ñộ phân bố và ñiều kiện thế nằm khác nhau của nước dưới ñất.
7


1.1.2. Đặc ñiểm về nước ngầm (nước dưới ñất)
1.1.2.1. Đc ñim ca nc di ñt
Nước dưới ñất (nước ngầm) không ngừng ñược bổ sung hoặc tiêu
hao dưới tác dụng của nhiều nhân tố. Điều ñó làm cho nước dưới ñất luôn

bị biến ñổi theo thời gian, về các ñặc tính như mực nước, lượng nước, tính
chất vật lý, thành phần hóa học theo một quy luật nhất ñịnh và gọi là ñộng
thái nước dưới ñất.
Các nhân tố ảnh hưởng ñến ñộng thái của nước dưới ñất bao gồm các nhân tố
thiên nhiên (nhân tố khí tượng, thủy văn, thổ nhưỡng ) và các nhân tố nhân tạo
(khai thác sử dụng nước dưới ñất, xây dựng hồ chứa ). Dựa vào nhân tố chủ yếu
tác ñộng ñến ñộng thái của nước dưới ñất ở một vùng, chia ra các dạng ñộng thái
sau:
- Động thái vùng phân hủy: ñặc trưng cho vùng xa sông và các vũng nước trên
mặt khác. Nước dưới ñất ñược coi như không có liên quan thủy lực với nước trên
mặt. Động thái của nó hình thành do mưa, bốc hơi và dòng thấm dưới ñất.
- Động thái vùng ven bờ: ñặc trưng vùng ven sông và các vũng nước trên mặt,
giữa nước trên mặt và nước dưới ñất có quan hệ thủy lực với nhau. Động thái của
nó tuân theo sự biến ñổi của nước trên mặt càng xa sông thì ảnh hưởng ñó càng
giảm dần.
- Động thái vùng trước núi hay vùng Karst: ñặc trưng cho vùng núi
phong vật trước núi, thềm sông hay vùng Karst. Động thái hình thành do
mưa, do tiếp thu nước trên mặt. Sự tiếp thu này thường không ñều dẫn ñến
mực nước dưới ñất có biên ñộ dao ñộng rất lớn.
1.1.2.2. Đc ñim ca nc di ñt h móng công trình
Các ñặc trưng của nước dưới ñất (tức nước tồn tại trong các lỗ rỗng, khe nứt
của ñất ñá nằm ở dưới mặt ñất) như loại nước, ñộ sâu, phạm vi phân bố, chất lượng
và trữ lượng, quy luật vận ñộng, ñộng thái có khả năng biến ñổi theo không gian
và thời gian trong khu vực xây dựng công trình.
Quy luật vận ñộng của nước dưới ñất thường là nguyên nhân làm phát sinh
8


trượt ñất, xói ngầm, sụt lún mặt ñất, phát triển Karst, cát chảy, và là con ñường
duy nhất làm thấm mất nước ở các hồ chứa, kênh dẫn và gây ngập lún hố móng

trong thi công. Việc nghiên cứu các quy luật vận ñộng của nước dưới ñất ñể ñánh
giá hiện tượng thấm lậu, thiết kế màn chống thấm, thiết kế tháo khô hố móng, tính
toán ổn ñịnh mái dốc, ñập ñất, là những nội dung cơ bản của nghiên cứu ñịa chất
thủy văn cho xây dựng các công trình. Yếu tố cấu trúc ñịa chất, ñịa mạo là những
yếu tố có ảnh hưởng nhiều nhất tới ñịa chất thủy văn trong vùng.
Khi thi công hố móng công trình, ñặc biệt là các công trình thủy lợi, thường
phải ñào ñất ở phía dưới mực nước ngầm như: Trạm bơm, móng nhà máy thủy ñiện,
cống tiêu thoát…. việc tiêu nước hố móng không tốt làm cho hố móng bị ngập nước
sẽ ảnh hưởng ñến chất lượng công trình, dẫn ñến sự an toàn của bản thân công trình
xây dựng và các hạng mục, công trình lân cận ñồng thời ảnh hưởng ñến giá thành,
tiến ñộ công trình. Khi thi công nếu nước ngầm vào trong hố móng làm cho móng
bị ngập nước nên sẽ hạ thấp cường ñộ của ñất nền, tính nén co tăng lên, công trình
bị lún quá lớn hoặc tăng thêm ứng suất trọng lượng bản thân của ñất, tạo ra lún phụ
thêm của móng, những ñiều ñó sẽ ảnh hưởng trực tiếp ñến an toàn công trình. Do ñó
khi thi công hố móng cần thiết phải có biện pháp hạ thấp mực nước ngầm và thoát
nước tích cực ñể hố móng ñược thi công trong ñiều kiện khô ráo.
Khi tiêu nước hố móng cần phải ñảm bảo hố móng luôn khô ráo và ñảm bảo
ổn ñịnh cho thành vách hố móng. Chọn phương pháp tiêu nước thích hợp với từng
thời kỳ thì liên quan ñến nhiều nhân tố như ñiều kiện ñịa chất ñặc biệt là hệ số thấm
của nền, chiều sâu hố móng, MNN cần hạ thấp và biện pháp thi công.
Xác ñịnh lưu lượng, cột nước cần tiêu từ ñó chọn các cấu tạo và bố trí
giếng hợp lý ñể tiêu nước. Bố trí hệ thống tiêu nước thích hợp với từng thời
kỳ thi công.
Thành phần và tính chất vật lý, hóa học của nước dưới ñất không chỉ
ảnh hưởng tới tính chất ñất ñá dùng làm nền, làm môi trường xây dựng mà
còn ảnh hưởng ñến việc chọn vật liệu xây dựng các công trình nhất là phần
công trình chìm trong nước dưới ñất như các kết cấu móng, các thân
9

ñường sá và ñê ñập.
Việc xây dựng các công trình có hố móng sâu dưới MNN như công
trình thuỷ lợi, thuỷ ñiện, cấp thoát nước, trạm bơm, bể chứa, trạm xử lý
nước ngầm, công trình giao thông ngầm như gara ngầm, bãi ñỗ xe loại nhẹ,
các hầm giao thông, hầm ñi bộ rất phổ biến ở các nước trên thế giới.
Phạm vi xây dựng các công trình có hố móng sâu ñặt dưới MNN ñược
mở rộng không ngừng mặc dù xây dựng các công trình này như là một môn
khoa học ra ñời chưa lâu nhưng ñã tích luỹ ñược kinh nghiệm thực tế và lý
thuyết, nó ñã tạo ñiều kiện cho việc phát triển sự nghiệp xây dựng các công
trình tiêu thoát nước hố móng.
1.2. Cơ sở vận ñộng của nước dưới ñất
* Độ rỗng
Độ rỗng ñất là phần thể tích tạo bởi các khe hở và lỗ rỗng. Độ rỗng thường
ñược biểu thị theo phần trăm như sau:

%100
W
W
n
w
=
(1.1)
Trong ñó:
n - Độ rỗng
W
W
- Thể tích các lỗ rỗng
W - Tổng thể tích của mẫu ñất ñá.
Trong các vật liệu rời, ñộ rỗng phụ thuộc vào ba tính chất của ñất ñá: ñộ nén
chặt, hình dạng hạt và sự phân bố kích thước hạt. Độ rỗng của các loại ñất ñá khác

nhau ñược trình bày trong bảng 1.1.

Bảng 1.1. Độ rỗng của các loại ñất ñá khác nhau (Todd và Mays, 2005)
Vật liệu Độ rỗng (%) Vật liệu Độ rỗng (%)
Sỏi thô 28 Hoàng thổ 49
Sỏi trung bình 32 Than bùn 92
Sỏi mịn 34 Đá phiến (schist) 38
Cát thô 39 Bột kết 35
10


Vật liệu Độ rỗng (%) Vật liệu Độ rỗng (%)
Cát trung bình 39 Sét kết 43
Cát mịn 43 Đá phiến sét (shale) 6
Đất phù sa 46 Tảng lăn lẫn sét, bột 34
Sét 42 Tảng lăn lẫn cát 31
Cát kết hạt mịn 33 Tro núi lửa (tuff) 41
Cát kết hạt trung bình 37 Đá bazan 17
Đá vôi 30 Gaboroo bị phong hoá 43
Dolomit 26 Granit bị phong hoá 45
Cát ở cồn cát ven biển 45

* Hệ số nhả nước trọng lực
Hệ số nhả nước trọng lực (S
y
) của ñất ñá là tỷ số giữa lượng nước (trong ñới
bão hoà) có thể ñược thoát ra do trọng lực và thể tích của nó.
W
W
S

y
y
=
(1.2)
Trong ñó: W
y
là thể tích nước thoát ra.
* Hệ số giữ nước
Hệ số giữ nước (S
r
) của ñất ñá là tỷ số giữa lượng nước còn lại sau khi thoát
nước do trọng lực và thể tích của nó.
W
W
S
r
r
=
(1.3)
Trong ñó: W
r
là thể tích nước còn giữ lại.
Giá trị của S
y
và S
r
có thể biểu thị dưới dạng phần trăm (%). Quan hệ giữa ñộ
rỗng của ñất ñá với hệ số giữ nước và nhả nước trọng lực như sau:
n = S
y

+ S
r
(1.4)
* Hệ số nhả nước ñàn hồi (S
s
)
Nước chảy hay thấm vào một tầng chứa nước ñược biểu thị bởi sự thay ñổi
tổng lượng nước chứa trong tầng chứa nước ñó. Đối với tầng chứa nước không áp
11


nó ñơn giản ñược biểu thị bởi sự thay ñổi lượng nước ngầm trong một thời ñoạn.
Trong tầng chứa nước có áp, sự thay ñổi cột nước áp suất chỉ gây ra một sự thay ñổi
nhỏ về trữ lượng. Khi áp suất thuỷ tĩnh giảm, chẳng hạn do bơm hút thí nghiệm, lực
nén của tầng chứa nước tăng. Sự nén của tầng chứa nước gây ra những lực tác ñộng
lên các phân tử nước. Hệ số nhả nước S
s
thường ñược xác ñịnh bằng thí nghiệm hút
nước từ giếng.
* Hệ số thấm:
Hệ số thấm K ñặc trưng cho khả năng truyền ẩm của ñất. Nó phụ thuộc vào
tính chất của ñất và chất lỏng.
Hệ số thấm có thứ nguyên là vận tộc (LT
-1
). Hệ số thấm biểu thị vận tốc chảy
của dòng ngầm trong một ñơn vị thời gian qua một ñơn vị diện tích mặt cắt ngang
vuông góc với phương chảy khi ñộ dốc (gradient) thuỷ lực bằng một ñơn vị.
1.3. Đặc ñiểm của hố móng công trình trên nền ñất
Trong quá trình thiết kế, thi công, giám sát thi công hố móng, ta thấy
công trình có sáu ñặc ñiểm chính như sau:

- Công trình hố móng là loại công trình tạm thời, sự dự trữ về an toàn
có thể là tương ñối nhỏ nhưng lại chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố như:
Điều kiện thi công, ñịa hình thi công, ñịa chất công trình, nước ngầm….
- Công trình hố móng là một khoa học ñan xem giữa các khoa học về
ñất ñá, về kết cấu và kỹ thuật thi công; là một loại công trình mà hệ thống
chịu ảnh hưởng ñan xen của nhiều nhân tố phức tạp và là ngành khoa học
kỹ thuật tổng hợp ñang còn phát triển về mặt lý luận, thực nghiệm và thực
tế thi công.
- Hố móng là loại công trình giá cao, khối lượng công việc lớn, kỹ thuật
thi công phức tạp, phạm vi ảnh hưởng rộng, nhiều nhân tố biến ñổi, sự cố
hay xảy ra. Đồng thời cũng là trọng ñiểm ñể hạ thấp giá thành và bảo ñảm
chất lượng công trình. Theo ñà phát triển của xã hội, các công trình nhà cao
tầng, siêu cao tầng ñược xây dựng ngày càng nhiều. Đặc ñiểm lại thường
ñược xây dựng tại những khu ñất hẹp , ñông ñúc dân cư, giao thông dầy
12


ñặc, ñiều kiện thi công công trình hố móng khó khăn. Lân cận công trình
thường có các công trình vĩnh cửu, các công trình văn hóa di tích lịch sử,
nghệ thuật bắt buộc phải an toàn, không thể ñào có mái dốc. Yêu cầu về ổn
ñịnh và chuyển dịch là rất nghiêm ngặt. Đào hố móng trong ñiều kiện ñịa
chất yếu, mực nước ngầm cao và các ñiều kiện hiện trường phức tạp khác
rất dễ sinh ra trượt lở khối ñất, mất ổn ñịnh hố móng, thân cọc bị chuyển
dịch vị trí, ñáy hố móng trồi lên, kết cấu chắn giữ bị dò nước nghiêm trọng
hoặc bị chảy ñất… làm hư hại hố móng, nguy hiểm ñến các công trình xây
dựng, các công trình ngầm và ñường ống ở xung quanh khu vực thi công
hố móng.
- Công trình hố móng gồm nhiều khâu có quan hệ chặt chẽ với nhau
như chắn ñất, chống giữ, ngăn nước, hạ mực nước, ñào ñất… trong ñó,
một khâu nào ñó thất bại sẽ dẫn ñến cả công trình sẽ ñổ vỡ. Việc thi công

hố móng ở các hiện trường lân cận như ñóng cọc, hạ MNN, ñào ñất… ñều
có thể gây ra những ảnh hưởng hoặc có tương quan chặt chẽ với nhau,
tăng thêm các nhân tố bất lợi ñể có thể gây ra sự cố.
- Công trình hố móng có thời gian thi công dài, từ khi ñào móng ñến
khi hoàn thành toàn bộ các công trình kín khuất ngầm dưới mặt ñất phải trải
qua nhiều lần mưa to, nhiều lần chất tải, chấn ñộng thi công có sai phạm…
tính ngẫu nhiên và mực ñộ an toàn tương ñối lớn, sự cố xảy ra thường là
ñột biến.
1.4. Ảnh hưởng của nước ngầm ñến công tác thi công hố móng
Khi thi công hố móng và móng công trình, thường phải ñào ñất ở phía
dưới mực nước ngầm, nhất là ñối với nhà cao tầng, móng ñặt rất sâu, số
tầng nhà ngầm dưới ñất khá nhiều. Khi thi công, nếu nước ngầm ngấm vào
trong hố móng làm cho hố móng bị ngập nước sẽ hạ thấp cường ñộ của ñất
nền, tính nén co tăng lên, công trình sẽ bị lún quá lớn, hoặc tăng thêm ứng
suất trọng lượng bản thân của ñất, tạo ra lún phụ thêm của móng, những
ñiều ñó sẽ trực tiếp ảnh hưởng ñến an toàn của công trình xây dựng. Nước
13


ngầm là một trong những nguyên nhân chính gây nên các sự cố như: bục
nền, sạt lở mái hố móng. Do ñó, khi thi công hố móng cần thiết phải có các
biện pháp hạ mực nước và thoát nước tích cực ñể cho móng ñược thi công
trong trạng thái khô ráo, bảo ñảm chất lượng công trình và tiến ñộ xây
dựng, tránh sự cố có thể xảy ra.
Khi hố móng sâu hơn mặt nước tự do trong ñất có hệ số thấm lớn hơn
10
-3
cm/s, thì cần có biện pháp thoát nước ñể cho phép xây dựng móng
trong trạng thái khô. Nếu hệ số thấm của ñất trong phạm vi từ 10
-3

ñến 10
-5

cm/s thì lượng nước thấm vào hố móng không ñáng kể nhưng vẫn phải yêu
cầu thoát nước ñể duy trì ổn ñịnh thành và ñáy móng hố móng. Nếu hệ số
thấm của ñất nhỏ hơn 10
-7
cm/s, ñất có lực dính ñủ khắc phục ảnh hưởng
của lực thấm nên không cần yêu cầu thoát nước, ngay cả khi hố móng nằm
khá sâu dưới mực nước ngầm.
Để tháo khô hố móng có thể dùng phương pháp thoát nước trên mặt
hoặc hạ thấp MNN. Việc hạ thấp MNN ñược áp dụng rộng rãi ở nhiều nước
trên thế giới cho các công trình thủy lợi, thủy ñiện, giao thông ngầm… bằng
các phương pháp từ ñơn giản ñến phức tạp.
1.5. Các sự cố thường gặp và công tác bảo vệ mái hố móng ở Việt
Nam và trên thế giới
1.5.1. Các sự cố thường gặp trong quá trình thi công hố móng
Móng công trình nằm sâu dưới mặt ñất tự nhiên, quá trình thi công
thường diễn ra phức tạp, ñộ phức tạp khó khăn của nó phụ thuộc vào ñộ
sâu chôn móng, tính chất cơ lý của ñất nền và phạm vi móng. Nếu trong
quá trình thi công chúng ta không lường trước ñược khả năng sự cố có thể
xảy ra ñể chủ ñộng có giải pháp phòng ngừa sẽ mang lại nhiều hậu quả
nguy hiểm ñến các công trình xung quanh và người lao ñộng cũng như thiết
bị thi công….
Các sự cố nền thường gặp là cát ñùn, cát chảy, bục nền, gây lún nứt
công trình bên cạnh, sạt lở mái hố ñào… phân tích nguyên nhân sự cố, sai
14


sót kỹ thuật trong quá trình thi công là một công việc cực kỳ cần thiết ñể từ

ñó có những ñúc rút kinh nghiệm tránh khỏi các rủi ro do sự cố gây ra.
1.5.1.1. S c cát ñùn, cát chy
Khi hố móng nằm trên tầng ñất có chứa nước, cát hạt mịn, hạt nhỏ, cát
chứa bụi và nhiều bụi, ñào ñến một ñộ sâu nào ñó có tầng chứa nước, mái
hố móng không ñược giữ nguyên mà tự sụt, tự chảy ra và ñược gọi là cát
chảy. Hiện tượng này có thể diễn ra một cách chậm chạp thành lớp dày,
hoặc nhanh, rất nhanh mang tính chất tai biến dưới hình thức ñùn lên ngay
khi ñào hoặc khi thi công móng dẫn ñến khối ñất còn lại không kìm giữ nổi
áp lực của cát lỏng nữa. Đất ñá chứa cát chảy di ñộng thì các sườn dốc,
mái dốc, công trình khai ñào ngầm, công trình có sẵn hoặc ñang xây dựng
trên ñó ñều mất ổn ñịnh. Cát chảy khi di chuyển vào hố móng có thể làm
biến dạng, nứt nẻ các công trình ñã có ở lân cận.
Ở trạng thái tự nhiên, cát chảy thực có màu xám sáng, xám lục, xám
xanh với sắc thái ñậm hoặc nhạt, tùy thuộc lượng chứa tạp chất hữu cơ và
các thành không khí, màu thay ñổi nhanh và không ñồng ñều, trở nên sáng
hơn, phớt vàng ñôi chỗ phớt hồng do các oxit sắt hóa trị thấp và các hợp
chất khoáng khác bị oxi hóa.
Cát chảy là loại ñất có thành phần hạt ñặc trưng. Nhóm hạt mịn (0,1-
0,05 mm) hoặc hạt nhỏ (0,25-0,1 mm) chiếm phần lớn, hoặc cả hai nhóm
tạo nên khối chủ yếu của ñất. Ngoài ra còn chứa khá nhiều hoặc nhiều hạt
bụi (0,05-0,002 mm) và nhất thiết phải có một lượng nhất ñịnh hạt sét
(<0,002 mm). Lượng chứa cỡ hạt sét từ mấy phần nghìn ñến 1%, ñôi khi
ñạt ñến 10% hoặc nhiều hơn.
Hình 1.1. Phân biệt cát chảy a) Giả; b) Thật
Hiện tượng cát chảy là do sức ép của nước ngầm, sức ép mạnh thì
ngay cả những hạt cát lớn cũng chảy chứ không phải chỉ cát nhỏ hạt mịn
15


mới chảy. Vậy chỉ cần tháo gỡ ñược sức ép này thì cát sẽ ngừng chảy.

1.5.1.2. S c bc nn ñáy h móng
Khi thi công hố móng ñến cao trình thiết kế, nếu không kịp thời xây
dựng công trình lâu dài (thường công trình bê tông) do áp lực nước ngầm
(thường là nước ngầm có áp) có thể làm cho nền bị bục, nước ngầm chảy
tràn vào hố móng gây khó khăn cho thi công, làm gián ñoạn thời gian xây
dựng công trình.
Khi móng chôn sâu dưới mực nước có áp của nước ngầm, có thể có 2
trường hợp:
- Móng chôn sâu trong ñất, mà dưới ñó là lớp chứa nước có áp có thể
bị bục ñất nền, vồng nền nhà…. Trong trường hợp này, cần có biện pháp
giảm áp lực hoặc là tăng lượng chất tải trên ñất nền.
- Móng chôn sâu trong lớp ñất chứa nước, có thể xói lở, làm tơi, xâm
thực và những hiện tượng làm hư hại khác ñối với móng, trong trường hợp
này, ngoài việc hạ áp lực nước có thể còn phải xét ñến việc gia cố ñất.
1.5.1.3. S chuyn v ca ñt  xung quanh h móng
Đất và công trình ở gần hố móng, nhất là các hố móng sâu thường bị
chuyển vị với ñộ lớn nào ñó, khiến cho các công trình có thể bị phá hoại do
lún thêm. Do vậy cần xác ñịnh vùng chuyển vị của ñất ở quanh hố móng và
giá trị chuyển vị tại các khoảng cách ñến hố móng khác nhau, ñể từ ñó ñề
ra các biện pháp ngăn chặn hiện tượng chuyển vị này.
Trong ñiều kiện ñô thị khi xây dựng việc ñào hố móng thường gây ra
nhiều hệ lụy xấu chẳng những ñối với công trình ở gần hoặc ở trên công
trình ngầm như lún nứt, thậm chí sụp ñổ mà còn làm thay ñổi chế ñộ thủy
ñộng của nước dưới ñất.
1.5.1.4. St l h móng
Mái ñất là một khối ñất có mặt giới hạn là mặt dốc, nếu mái ñất mất ổn
ñịnh tức là nó bị phá hoại do trượt, sự cân bằng lực không còn ñược giữ
nguyên. Sự cố thi công hố móng công trình luôn song hành với ñiều kiện