Nghiên cứu biên pháp hạ thấp mực nước ngầm, chống thấm trong đào móng với nền cát có hệ số thấm cao, hố móng rộng

B GIÁO D C VÀ ÀO T O

TR

B NÔNG NGHI P VÀ PHÁT TRI N NÔNG THÔN

NG

I H C TH Y L I

------------------

PHAN TRUNG CHÍNH

NGHIÊN C U BI N PHÁP H TH P M C N

C NG M,

CH NG TH M TRONG ÀO MÓNG V I N N CÁT CÓ
H S

TH M CAO, H

MÓNG R NG

LU N V N TH C S

HÀ N I, 2014


B GIÁO D C VÀ ÀO T O

B NÔNG NGHI P VÀ PHÁT TRI N NÔNG THÔN

NG

TR

I H C THU L I

-------------------------

PHAN TRUNG CHÍNH

NGHIÊN C U BI N PHÁP H TH P M C N

C

NG M, CH NG TH M TRONG ÀO MÓNG V I N N
CÁT CÓ H S

TH M CAO, H

MÓNG R NG

Chuyên ngành: Xây d ng công trình th y
Mã s :

60 – 58 – 40

LU N V N TH C S

Ng

ih

ng d n khoa h c:

PGS. TS LÊ XUÂN ROANH

HÀ N I, 2014


L IC M

N

Trong su t th i gian t khi b t đ u h c t p t i gi ng đ
tác gi đã nh n đ

ng đ i h c đ n nay,

c r t nhi u s quan tâm, giúp đ c a các th y, cô giáo, gia đình

và b n bè.
hoàn thành lu n v n này đ m b o đ y đ các yêu c u đ t ra trong b n đ
c

ng đã phê duy t, tr

Xuân Roanh, ng

c h t tôi xin b y t lòng bi t n sâu s c t i PGS.TS Lê

i th y đã t n tình giúp đ , h

ng d n tôi trong su t quá trình h c

t p, nghiên c u hoàn thành lu n v n này.
Tôi xin chân thành c m n các th y, cô giáo Tr

ng

i h c Th y l i đã t o

đi u ki n cho tôi ti p c n m t s tài li u tham kh o có giá tr .
C m n các b n đ ng nghi p, b n bè, ng

i thân và gia đình đã đ ng viên

giúp đ tôi r t nhi u trong su t quá trình h c t p và nghiên c u.
Trong quá trình nghiên c u, ch c ch n không tránh kh i nh ng thi u sót, tôi
r t mong nh n đ

c nh ng ý ki n đóng góp quý báu c a các th y, cô giáo và các

b n đ ng nghi p đ i v i b n lu n v n. Xin trân tr ng c m n!
Hà n i, ngày

tháng

n m 2014

H c viên cao h c

Phan Trung Chính


B N CAM OAN
Tôi là Phan Trung Chính, tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên c u c a
riêng tôi. Nh ng n i dung và k t qu trình bày trong lu n v n là trung th c và ch a
đ

c ai công b trong b t k công trình khoa h c nào.
Tác gi

Phan Trung Chính


CÁC CH

VI T T T VÀ CH D N KÝ HI U

HTMNN:

H th p m c n

c ng m

MNN:

M cn

Q:

L ul

ng n

Q:

L ul

ng c a m t gi ng

Fg:

Di n tích thu n

Z:

Cao đ m c n

R:

c ng m

L:

c

c c a gi ng

ng kính ng l c

D:

Chi u dài ng l c

S:

sâu h m c n

So:

sâu HTMNN

c ng m
tâm h móng

V:

T cđ n

xo:

Bán kính bi u ki n

Bán kính

n:

S l

ro:

Bán kính gi ng

e:

Kho ng cách gi a các gi ng li n nhau

R:

Bán kính nh h

Ta:

C tn

H:

C tn

c ng m

ng

c trong gi ng

sâu h gi ng

H:
Ho:

C tn

K:

c ng m t i A

c th m l n nh t vào ng l c

ng gi ng

c vùng nh h

ng

W:

thô th y l c c a đ t n n

W cs :

thô th y l c c a cát s i

ω:

Di n tích l xói t o gi ng

H s th m c a đ t n n

d:

ng kính h t đ t

F:

Di n tích h móng

µ:

J:

d c th y l c

γ1:

sâu ph i h

∆S:
n

c trong gi ng
ng p ng l c

ho:
Vx:

thêm m c ∆h:

V n t c dòng ch y trong l

H s th m c a đ t n n theo
ph

ng th ng đ ng

Tr ng l
C tn

c

ng riêng đ t n n
c tiêu hao khi n

c ch y qua ng

l c
t:

γ cs :

dày t ng n
Tr ng l

c có áp

ng riêng v t li u cát s i làm

l p l c quanh gi ng

khoan trào ra ngoài
Kđ

nh t đ ng l c c a n

Kn

H s th m c a đ t n n theo ph
ngang

ng


M CL C

M
U .................................................................................................. 1
CH
NG 1: T NG QUAN V CÁC S C KHI ÀO MÓNG
CÔNG TRÌNH VÀ GI I PHÁP H TH P M C N
C NG M,
CH NG TH M CHO H MÓNG ............................................................... 3
1.1. Các s c công trình trong đào móng do dòng th m gây ra 3
1.1.1. M t s công trình x y ra s c trong khi đào móng .......... 4
1.1.2. Lý thuy t v s c khi đào móng công trình đ i v i mái h
móng ......................................................................................................... 5
1.1.3. S c khi đào móng công trình đ i v i l p đ t n n c a
đáy móng .................................................................................................. 8

1.2. Các gi i pháp HTMNN trong đào móng ............................. 10
1.2.1. Ph ng pháp HTMNN b ng gi ng th ng ...................... 10
1.2.2. Gi ng th ng v i máy b m sâu......................................... 11
1.2.3. Ph ng pháp HTMNN b ng gi ng kim............................ 11
1.2.4. Ph ng pháp đóng b ng nhân t o .................................... 16
1.2.5. Ph ng pháp gi ng kim có thi t b dòng phun ................ 16
1.2.6. Gi ng kim k t h p đi n th m ............................................ 18
1.2.7. Ph ng pháp gi ng khoan UNICEF lo i nh .................. 19
1.2.8. Ph ng pháp gi ng k t h p t ng ng n n c ................. 21
1.3. Các ph ng pháp tính toán th m ........................................ 22
1.3.1. Ph ng pháp nghiên c u lý lu n....................................... 22
1.3.2. Ph ng pháp nghiên c u th c nghi m ............................. 23
1.3.3. Ph ng pháp đ gi i ........................................................... 23
1.3.4. Ph ng pháp s ................................................................... 23
1.4. Gi i thi u t ng xi m ng - bentonite ................................... 23
1.4.1. Ch c n ng c a t ng xi m ng - bentonite ....................... 23
1.4.2. Các yêu c u c a t ng xim ng - bentonite ...................... 24
1.4.3. C p ph i v t li u c a xim ng – bentonite [12] ................. 24
1.4.4. Kích th c hào bentonite .................................................. 25
1.4.5. Quy trình thi công hào xim ng – bentonite [12] .............. 25


1.5. T ng gia t ng s c ch u t i cho công trình và ch ng th m
cho h móng ........................................................................................... 30
1.5.1. Công ngh khoan ph t cao áp Jet – grouting t o màn
ch ng th m ............................................................................................. 30
1.5.2. Các hình th c b trí c t xi m ng – đ t ch ng th m cho h
móng ....................................................................................................... 32
1.6. K t lu n ch ng 1 .................................................................. 32
CH

NG 2: NGHIÊN C U CÁC Y U T
NH H
NG
N
TR NG THÁI TH M VÀ N
NH T
NG HÀO XI M NG –
BENTONITE ................................................................................................. 34
2.1. t v n đ ............................................................................... 34
2.2. Các y u t nh h ng t i tr ng thái th m .......................... 34
2.2.1. Các đ c đi m quan tr ng c a Bentonite ........................... 34
2.2.2. C ng đ ch ng c t c a Bentonite .................................... 39
2.2.3. Tính đ m ch t c a Bentonite ............................................. 39
2.3. Các tr ng h p nghiên c u n đ nh vách hào .................... 39
2.4. K t lu n ch ng 2 .................................................................. 45
CH
NG 3: ÁP D NG K T QU NGHIÊN C U L A CH N
GI I PHÁP K THU T
X LÝ CH NG TH M CHO H MÓNG
CÔNG TRÌNH C NG VÂN C C A .......................................................... 46
3.1. Gi i thi u công trình c ng Vân C c A ................................. 46
3.1.1. V trí và nhi m v công trình............................................. 46
3.1.2. c đi m đ a hình, đ a ch t và khí t ng th y v n......... 48
3.2. Tính toán l a ch n gi i pháp h th p m c n c ng m cho
h móng .................................................................................................. 54
3.2.1. Thi t k c u t o h móng .................................................. 54
3.2.2. Tính toán và xác đ nh l u l ng cho h th ng ................ 64
3.3. K t lu n ........................................................................................ 96
K T LU N VÀ KI N NGH .............................................................. 97
K t lu n:............................................................................................. 97

Ki n ngh ............................................................................................ 98
Các v n đ còn t n t i c n nghiên c u ti p: ................................... 99
TÀI LI U THAM KH O .................................................................. 100


DANH M C HÌNH V
Hình 1.1. M t c t ngang h móng tr m b m Nh Trác……………………………..4
Hình 1.2. M t c t ngang h móng tr m b m Qu …………………………………...5
Hình 1.3. S đ l c tác d ng lên mái d c khi có áp l c th y đ ng…………………7
Hình 1.4. Tác d ng c a n c ng m có áp có th gây b c đáy h móng………….…9
Hình 1.5. N c ng m có áp tác d ng lên l p đ t không th m đáy móng có th gây
b c đáy h móng…………………………………………………………………….9
Hình 1.6. M t b ng b trí h th ng gi ng kim xung quanh h móng……………...11
Hình 1.7. S h a v cách làm vi c c a ng l c……………………………………13
Hình 1.8. S đ b trí 2 c p gi ng kim khi h móng sâu…………………………..15
Hình 1.9. C u t o gi ng kim có thi t b dòng phun…………………………......…17
Hình 1.10. C u t o vòi phun…………………………………………………….…17
Hình 1.11. Bi n pháp gi ng kim l c k t h p đi n th m đ HTMNN…………...…19
Hình 1.12. C u t o gi ng khoan lo i nh …………………………………….….…19
Hình 1.13. S đ công ngh tr n v a Xim ng-Bentonite……………..…….…….27
Hình 1.14. H th ng v t li u……….………….………………...…………….…28
Hình 1.15. G u đào n ng 7.5 t n c a công ty Bachy Soletanche……………....….28
Hình 1.16. Mô hình t ng d n. ………………………………………….………...29
Hình 1.17. S đ l c tác d ng lên t ng………………….…………………….....40
Hình 1.18. S đ tính toán đ t dính………………….………………………...…..41
Hình 1.19. S đ l c tác d ng lên t ng màng đ i v i đ t r i có n c ng m….....42
Hình 1.20. S đ l c tác d ng lên nêm tr t…………………………………....…42
Hình 1.21. S đ tính toán F t ng quát………………….……………………..…..44
Hình 3.1. M t c t đ a ch t công trình….........................................…………...……51
Hình 3.2. M t b ng b n đáy sân tr c và t ng cánh th ng l u…………………54

Hình 3.3. M t b ng tr pin…………………….……………………….…………..55
Hình 3.4.
ng vi n h móng…………………….……………………….……...56
Hình 3.5. Ph m vi h móng…………………….……………………….…………56
Hình 3.6. M t c t ngang đ ng…………………….……………………….……...57
Hình 3.7. S đ h móng v i 2 hàng c và 1 h th ng gi ng kim…………………59
Hình 3.8. S đ h móng v i 2 hàng c và 2 h th ng gi ng kim…………………60
Hình 3.9. S đ h móng v i 2 h th ng gi ng kim……………………………….61
Hình 3.10. S đ móng v i t ng vây và h th ng gi ng l n…………………..…62
Hình 3.11. S đ tính toán…………………………………………………………63


Hình 3.12. S đ b trí h th ng HTMNN c ng Vân C c………………………...64
Hình 3.13. S đ hoá h th ng đ a ch t thu v n khu v c nghiên c u……………69
Hình 3.14. S đ gi i h ph ng trình vi phân…………………………………….70
Hình 3.15.
HTMNN trong h móng: 0m………………………………………72
Hình 3.16.
Hình 3.17.

h th p m c n c trong gi ng: 5m…………………………………73
ng quan h MNN gi a h móng theo th i gian (l ng n c ch y

vào h móng 3795 m3/ngd) ……………………………………………………….73
Hình 3.18. S đ b trí h th ng gi ng……………………………….……………74
Hình 3.19.
HTMNN trong h móng: 0.m……………………………………...75
Hình 3.20.
h th p m c n c trong gi ng: 2.5m………………………….……76
Hình 3.21.

ng quan h MNN gi a h móng theo th i gian
(l ng n c ch y vào h móng 4785 m3/ngd) ……………………………………76
Hình 3.22. S đ b trí h th ng gi ng (t ng s 87 gi ng, kho ng cách các gi ng 812m) ……………………………………………………………………………….77
Hình 3.23.
HTMNN trong h móng: -0.2m -2.5m……………………………..78
Hình 3.24.
h th p m c n c trong gi ng: 4m…………………………………78
Hình 3.25.
ng quan h MNN gi a h móng theo th i gian (l ng n c ch y
vào h móng 3795 m3/ngd) …………………………………………………….…79
Hình 3.26. S đ b trí h th ng gi ng (t ng s 66 gi ng, kho ng cách các gi ng
6m) ……………………………………………………………………………...…79
Hình 3.27.
Hình 3.28.

HTMNN trong h móng: 0.8m - 2.5m……………………………..80
h th p m c n c trong gi ng: 4.5m……………………………….80

Hình 3.29.
ng quan h MNN gi a h móng theo th i gian (l ng n c ch y
vào h móng 1980 m3/ngd) ……………………………………………………….81
Hình 3.30. S đ b trí h th ng gi ng (t ng s 37 gi ng, kho ng cách các gi ng
13m) ……………………………………………………………………………….81
Hình 3.31.
HTMNN trong h móng: 0.5-2.5m………………………………...82
Hình 3.32.
h th p m c n c trong gi ng: 3.5m………………………………83
Hình 3.33.
ng quan h MNN gi a h móng theo th i gian (l ng n c ch y
vào h móng 660 m3/ngd) ………………………………………………………...84

Hình 3.34. S đ b trí h th ng gi ng (t ng s 12 gi ng, kho ng cách các gi ng
30m) ……………………………………………………………………………….84
Hình 3.35.
HTMNN trong h móng: 0 m……………………………………...85
Hình 3.36.
HTMNN trong h móng: 0.5 m……………………………………86


Hình 3.37.

ng quan h MNN

gi a h móng theo th i gian (l

ng n

c ch y

vào h móng 660 m3/ngd) ………………………………………………………...86
Hình 3.38. S đ b trí h th ng gi ng (t ng s 12 gi ng, kho ng cách các gi ng
30m) ……………………………………………………………………………….87
Hình 3.39.
Hình 3.40.

HTMNN trong h móng: 0 m……………………………………...88
HTMNN trong h móng: -0.8 m…………………………………...89

Hình 3.41.
ng quan h MNN gi a h móng theo th i gian………………....89
Hình 3.42. S đ b trí h th ng gi ng (t ng s 16 gi ng, kho ng cách các gi ng

22,5m) ……………………………………………………………………………..90
Hình 3.43.
Hình 3.44.
Hình 3.45.
Hình 3.46. S

HTMNN trong h móng: 0 m……………………………………...91
HTMNN trong h móng: -0.5 m………………………………...…92
ng quan h MNN gi a h móng theo th i gian…………………92
đ b trí h th ng gi ng (t ng s 8 gi ng, kho ng cách các gi ng

45m)………………………………………………………………………………..93


B ng 2.1.

DANH M C B NG BI U
c tính c a m t s dung d ch Bentonite…………………………….…37

B ng 3.2. Các ch tiêu c lý đ t n n t l p 1 đ n l p 3……………………………52
B ng 3.3. Các ch tiêu c lý đ t n n t l p 4a đ n l p 6…………………………..53
B ng 3.4. Tr s Ta ph thu c vào S và H…………………………………………65
B ng 3.5. T ng h p thông s k thu t c a các tr

ng h p tính toán……………...93


1

M

U

Trong quá trình xây d ng các công trình có h móng đ t sâu d

im cn

c

ng m (MNN) nh công trình th y l i, giao thông, công trình ng m… h u h t có
kh i l

ng công vi c l n, th i gian kéo dài, ph m vi r ng nên khó tránh kh i MNN

ng m vào mái, đáy h móng d n t i công trình d b s t lún nh h
ti n đ , ch t l

ng tr c ti p đ n

ng, đ an toàn và giá thành công trình. M t khác v i các công trình

h móng ph i th c hi n các công tác xây đúc, đ bê tông thì c n ph i thi công trong
đi u ki n khô ráo. Vì v y c n ph i có bi n pháp tiêu thoát n
n

c và h th p m c

c ng m thích h p
H th p m c n

c ng m (HTMNN) là làm cho m c n

b trong m t ph m vi, gi m đ n cao đ nh t đ nh và gi
su t th i gian yêu c u b ng cách hút n

c ng m h th p c c

n đ nh

c liên t c t sâu d

v trí đó trong

i đ t ra kh i khu v c

c n HTMNN [5].
Khi h th p m c n

c ng m làm cho kh i đ t

trên MNN đã đ

c h th p tr

nên khô ráo và có th đào m t cách d dàng, thu n l i và góp ph n gi m giá thành
xây d ng. Mái h móng không còn dòng th m ch y vào h móng nên s
h n, giúp ta có th t ng đ d c mái đào đ gi m kh i l
vi c HTMNN c a t ng n
t

c ng m có áp

n đ nh

ng đào móng. Ngoài ra,

đáy móng còn có th tránh đ

c hi n

ng xói ng m, b c đáy móng làm phá h y n n c a công trình [5].
B i v y, HTMNN là m t ph

ng pháp s d ng ph bi n đ tiêu n

c cho h

móng các công trình th y l i, dân d ng và công nghi p có móng đ t sâu d

i

MNN.

c

ng th i HTMNN còn s d ng đ ng n ng a các tác đ ng có h i c a n

ng m đ i v i n n và mái c a h móng. HTMNN còn dùng đ thoát n
cho các công trình dân d ng, công nghi p đã xây d ng t tr

c lâu dài

c [5].

Tuy nhiên trong th c t vi c HTMNN v n còn t n t i m t s v n đ nh mái
h móng v n còn dòng th m ch y vào h móng làm s t l mái ho c hi n t
đáy h móng… khi gi i pháp ch a tri t đ .

ng b c


2

gi i quy t các v n đ trên song song v i vi c HTMNN v i thi t b là gi ng
hút ch n không ng
t

i ta có th k t h p thêm m t s bi n pháp ch ng th m nh làm

ng c ch ng th m b ng thép ho c t

ng ch ng th m b ng xi m ng – bentonite

(X-B). Gi i pháp này s h n ch ho c có th kh ng ch toàn b dòng th m vào khu
v c h móng.
Vi t Nam lo i t

ng hào X-B ch ng th m đ

c s d ng đ ch ng th m

thân đ p đ t, thân đê, ch ng th m cho n n đê, đ p...V i công trình h ch a n
th k tên nh : công trình D u ti ng, Easoup Th
D u ti ng, đ p Am chúa, đ p D

ng

c có

ng, IAKAO, đ p ph su i á h

ông. Các hào ch ng th m X-B nhìn chung

đ u s d ng c p ph i g m 35-45kg bentonite nh p ngo i, 200-300kg xi m ng PC30
s n xu t trong n

c, 900 lít n

c, ph gia làm t ng tính l u đ ng và ch m đông

c ng. V i các c p ph i và thành ph n v t li u nh trên các hào X-B đã đ
công

n

c thi

c ta h u h t ch đ t t 1x10-5 đ n 5x10-6 cm/s (ch a có công trình nào

đ t h s th m nh h n 10-6 cm/s). M t khác do s chênh l ch v modul đàn h i

gi a v t li u làm t
ra hi n t

ng hào và v t li u xung quanh hào có th là nguyên nhân gây

ng n t n khi áp d ng hình th c này đ ch ng th m cho đ p m i thi công

[14].
Vi c nghiên c u công ngh thi t k t

ng ch ng th m b ng bi n pháp đào hào

trong dung d ch bentonite nh m th a mãn các đi u ki n v kinh t và k thu t là r t
c n thi t.


3

CH

NG 1: T NG QUAN V CÁC S

C

KHI ÀO MÓNG CÔNG

TRÌNH VÀ GI I PHÁP H TH P M C N
CHO H

C NG M, CH NG TH M

MÓNG

1.1. Các s c công trình trong đào móng do dòng th m gây ra
Hi n nay r t nhi u các công trình th y l i (các tr m b m l n, h th ng tiêu,
thoát, c p n

c…), công trình giao thông (đ

ng h m b hành, đ

ng tàu đi n

ng m,…), các công trình dân d ng và công nghi p có móng đ t sâu trong lòng đ t.
Khi thi công, n

c ng m th m vào trong h móng làm cho mái h móng m t n

đ nh, h móng b ng p n

c s d n t i đ t n n gi m c

ng đ , tính nén lún t ng

lên, công trình s b lún quá l n, t o ra lún ph thêm c a móng, t ng thêm k t c u
ch ng đ b o v mái và n n h móng. Nh ng đi u đó s tr c ti p nh h
ch t l

ng, ti n đ và an toàn c a công trình xây d ng [1].

Khi đào móng các công trình này, m c n
nh , cát ch a b i s b lôi cu n theo n
và theo ph
t

ng đ n

c ng m l ra, các h t cát m n, h t

c ng m t xung quanh h móng (cát ch y)

ng đ ng t đáy h móng vào h móng công trình (xói ng m). Hi n

ng ch y c a cát có th di n ra m t cách ch m ch p thành l p dày, ho c nhanh,

r t nhanh mang tính ch t tai bi n d

i hình th c đùn ra ngay khi đào đ n chúng, t i

m c kh i đ t còn l i không n đ nh sinh ra s t mái ho c không kìm gi n i áp l c
đ y ng

c sinh ra b c đáy móng.

t ch a cát ch y di đ ng thì các mái d c, s

n

d c, công trình đào ng m, công trình có s n ho c đang xây d ng trên đó đ u m t n
đ nh [10].

S chuy n đ ng nhanh chóng c a cát ch y
ho c kh i tr

ic as

n d c, mái d c

t thì các kh i bên trên m t đi m t a. Do đó, d c theo s

d c các v t n t xu t hi n d n t i các kh i tr
kh i tr

ph n d

t đã có. S

n đ nh c a s

n d c, mái

t m i ho c thúc đ y, phát tri n thêm

n d c, mái d c b phá v toàn b . N u xây

d ng công trình đ cát ch y nhi u vào h móng thì có th gây ra s t lún, bi n d ng
b m t đ t xung quanh, n t n và đ v các công trình đã có
MNN n u h th p đ

lân c n [10]. Vì v y

c h n cao trình đáy móng thì s gi m đ

c di n tích đào


4

móng, k t c u b o v n n và mái, h th ng tiêu n

c m t… và đ c bi t v n đ

n

đ nh mái h móng là hoàn toàn đ m b o.
1.1.1. M t s công trình x y ra s c trong khi đào móng
1.1.1.1. Tr m b m Nh Trác huy n Lý Nhân, t nh Hà Nam [8]
Thi t k s d ng h th ng gi ng kim c a Liên Xô (c ) ch t o đ HMNN
xu ng th p h n đáy móng ít nh t 0,5m ( trung tâm móng) đ đ m b o đào móng
trong đi u ki n khô ráo, mái móng không b s t l .

nh gi ng kim đ

cđ t

cao

đ +7,0m sâu h n m t đ t t nhiên. Kho ng cách gi a 2 gi ng li n k nhau là 1,3m.
áy gi ng

cao đ +2,6m (Hình 1.1).

Toàn b các gi ng kim đ
d n xu ng th p nh tr ng l

c h b ng ph

ng pháp xói n

c và gi ng đ

ch

ng b n thân c a gi ng.

+14,3
200

200

+6,2 (MNN tr­íc khi h¹ thÊp)
1:2

+1,2

2
1:

+7,0

1:2

1:
2

+0,7

MNN æn ®Þnh sau khi h¹ thÊp
-2,6

GiÕng hót n­íc h¹ thÊp MNN

Hình 1.1. M t c t ngang h móng tr m b m Nh Trác
HMNN đ đào móng đ

c th c hi n vào mùa khô, gi a tháng 12 hoàn toàn

không có m a. H th ng gi ng kim ho t đ ng bình th

ng đ n khi đào móng đ n

cao trình +4,3m thì trên mái h móng xu t hi n cát ch y gây s t l t ng đo n. H
móng b ng p n

c, vi c đào h móng g p r t nhi u khó kh n.

n v thi công đã

s a mái h móng t m=2 tr thành m=3, phía sông m=3,5; dùng phên r m, c c tre
đóng trên mái đ h n ch cát ch y vào h móng; k t h p đào rãnh đ b m tiêu n

c

m t và gi ng khoan đ h tr .h các bi n pháp trên và thêm m t s y u t khách
quan là MNN th c t đã xu ng th p +5,1m do m c n

c sông h th p (nh h n

MNN thi t k 1,1m) nên đã cho phép đào móng đ n cao đ thi t k trong đi u ki n
khô ráo.


5

1.1.1.2. Tr m B m Qu huy n Kim B ng, t nh Hà Nam [8]
Thi t k s d ng h th ng gi ng kim lo i CK-CK k t h p W4 c a Trung Qu c
và UY5 c a Liên Xô đ HMNN xu ng th p h n đáy móng ít nh t 0,5m ( trung
tâm móng) đ đ m b o đào móng trong đi u ki n khô ráo, mái móng m=2 không b
nh gi ng kim đ

cđ t

cao đ +1,0m sâu h n m t đ t t nhiên. Kho ng

cách gi a 2 gi ng li n k nhau là 1,3m.
cái, l u l

áy gi ng

ng m i gi ng q=45,12m3/ngđ, c t n

cao đ -7,9m, s gi ng là 150

c c n h H=4,4m (Hình 1.2).
MÆt ®Êt tù nhiªn

+1,0

+0,6 (MNN tr­íc khi h¹ thÊp)

1:2

1:2

s tl .

-3,3

-3,8

MNN æn ®Þnh sau khi h¹ thÊp
-7,9

GiÕng hót n­íc h¹ thÊp MNN

Hình 1.2. M t c t ngang h móng tr m b m Qu
Theo tính toán thì sau 5 ngày v n hành MNN trong h móng s h xu ng t i
m c -3,8m nh ng th c t MNN

gi a h móng là -1,1m và

c nh hàng gi ng kim

là -1,2m, có ngh a là MNN còn r t cao so v i con s tính toán.
Vi c HMNN

hai công trình trên th t b i là do m t s nguyên nhân sau:

- Tài li u kh o sát có h s th m sai s l n so v i th c t
- H th ng quy trình, quy ph m, s tay thi t k đ tính toán các thông s
HTMNN không có
- Gi ng kim ho t đ ng không đ t đ

c công su t thi t k do thi công gi ng

không đúng quy trình k thu t, kh n ng t o chân không đ theo thi t k , kh n ng
thu n

c các gi ng nh h n nhi u so v i thi t k

Hi n nay, vi c xây d ng các công trình đang phát tri n m nh nh t là các
công trình th y l i, th y đi n, c ng đ p mà h u h t ch u nh h

ng tr c ti p

c a MNN nên đòi h i c n ph i có gi i pháp, công ngh thi công HTMNN
đ m b o v k thu t và kinh t .
1.1.2. Lý thuy t v s c khi đào móng công trình đ i v i mái h móng


6

i v i các công trình xây d ng

nh ng khu v c có MNN cao, h móng

công trình ph i t n t i trong đi u ki n ph c t p. T i đáy h móng ng su t gi m, áp
l c l r ng gi m theo, mái h móng có s chênh l ch áp l c theo ph
khi n n

ng ngang

c trên mái ch y vào h móng.

Khi chênh l ch m c n
dòng n

c càng l n và h s th m c a đ t n n càng l n thì

c ng m t mái h móng s ch y vào h móng có t c đ càng l n, kéo theo

các h t cát trôi vào h móng, mái h s b r ng chân nên kh n ng ch u l c theo
ph

ng đ ng gi m khi n đ t phía trên t t xu ng làm s t mái h móng và t t nhiên

là mái h móng s m t n đ nh. Trong tr

ng h p cát m n, có h s th m K t bé thì

MNN đi ra trên cao c a mái móng s sinh ra cát đùn ch y và c ng gây s t l [9].

Nguyên nhân chính làm s t l mái đào th
kh i đ t mái d c n ng thêm và d s t, n
đ t, n

ng là n

c th m. N

c làm cho

c làm gi m l c ma sát và l c dính c a

c làm m m đ t, làm t ng đ tr n gi a các m t ti p xúc các l p đ t (đ t sét,

đ t th t, đá m t,…); n

c ng m làm t ng áp l c th y đ ng lên đ t và làm gi m đ

n đ nh mái đ t khi hút khô n

c trong h móng và bào mòn mái đ t khi có n

c

ch y trên m t [9].
Tác đ ng tr ng l c lên đ t t ng khi đ
b n (l c ma sát trong
t ng đ

m

t t ng s kèm theo s gi m đ

và l c dính C c a đ t gi m). S c ch ng c t c a đ t gi m khi

m. Do v y, tr

t phát sinh r ng và m nh m trong th i gian MNN dâng

cao trong h móng và nhi u d ng xu t hi n n

c ng m. S t o thành tr

quan không ph i v i m c đ

m

ng n

không ph i v i m c đ ch a n

c c a chúng mà liên quan v i chính y u t

Nhi u tr

ng h p s t m

t, v i l

t có liên

c thâm nh p vào đ t, c ng
m

t không đáng k ch là trên b m t ho c bôi tr n

t.
đ i

y u trong đ t đã làm s c ch ng c t c a chúng gi m đ t ng t và là nguyên nhân làm
mái m t n đ nh [9].
Chính b n thân các l c th y t nh và th y đ ng tác d ng lên đ t gây nên bi n
d ng th m trong đ t. L c th y t nh và th y đ ng làm bi n đ i tr ng thái ng su t
c a đ t trên mái d c. Khi đ t n m d
n ic an

i MNN, các h t đ t s ch u tác đ ng l c đ y

c làm cho dung tr ng c a nó gi m đi. Ch ng h n, n u dung tr ng c a


7

h t đ t γ k =1,7T/m3, dung tr ng c a n
c ađ t

d

c γ n =1, đ r ng đ t n=40%, thì dung tr ng

c là γ=(γ k -γ n ).(1-n)=0,7.0,6=0,42T/m3. Do đó, các mái h móng

in

có MNN cao, có m t ph n mái s ng p trong n

c thì ph n đ t này

tr ng thái đ y

n i và dung tr ng không đ l n đ gi yên các kh i đ t đá n m trên.
g n nh m t đi m t a, b t đ u d ch chuy n và làm cho ph n đ t đá
n i bên d
m t tr

i b tr

t.

t

t n m trên
tr ng thái đ y

tr ng thái đ y n i còn làm gi m ng su t hi u qu t i

t đã xác đ nh hay d đoán, do đó gi m s c ch ng c t làm m t n đ nh mái

d c [9].
Áp l c th y đ ng đóng vai trò l n trong m t s tr

Áp l c th y đ ng D tđ h

ng theo ph

ng h p tr

t c a mái d c.

ng dòng th m và xác đ nh b ng công th c:

D tđ =J.γ n (V i J- Gradien th m;
γ n - Kh i l

ng riêng c a n

MNN

c).

Trong th i gian đào móng, MNN
t i mái h móng s gi m xu ng
đ t ng t làm n

c t xung quanh

th m vào h móng sinh ra áp l c

Dtd

T

α

N
P

th y đ ng. T ng thành ph n tr ng
l c T đ

Hình 1.3. S đ l c tác d ng lên mái d c
khi có áp l c th y đ ng
n

c b sung thêm áp l c

th y đ ng D tđ làm gi m h s
đ nh F c a s

n d c:
F=

H s
hình t

n đ nh trong m t s tr

fN + CL
T + Dtđ

(1-1)

ng h p có th gi m hàng ch c ph n tr m, tình

ng t x y ra khi h th p nhanh m c n

c trong h móng. Khi MNN xu t l

trên mái d c, áp l c th y đ ng có th gây ra hi n t

ng cát ch y và xói ng m làm

trôi đ t ho c làm x p r i đ t, m t n đ nh mái d c và có th b c n n [9].
S t ng t i trên mái d c và các khu v c k c n v i mép mái d c, các dao đ ng
đ a ch n, các l c tác đ ng t nh và đ ng, lâu dài và t m th i bên ngoài khác, máy


8

móc, thi t b , v t li u, ng

i,… th

ng làm gi m đ

n đ nh và làm đ t d ch

chuy n.
Phân tích nguyên nhân trên cho phép k t lu n là s thành t o tr
c t. Quá trình làm gi m đ b n đ t khi m

t do t ng l c

t, gi m đ ch t, phong hóa, phá ho i

k t c u t nhiên, tác đ ng c a th y t nh và m t ph n l c th y đ ng, s bi n đ i
tr ng thái ng su t và nhi u nguyên nhân khác, ch y u gây ra s gi m đ b n ch u
c t c a đ t.

ng su t c t l n h n đ b n c a đ t mái đ c s phá h y đ

mái d c và t o thành tr
L

ng n

n đ nh c a

t [6].

c trong đ t gi m s làm đ t tr lên khô ráo và ma sát gi a các h t

đ t t ng lên (C, , dung tr ng c a đ t t ng) khi n mái đào lo i đ t này n đ nh h n.
1.1.3. S c khi đào móng công trình đ i v i l p đ t n n c a đáy móng
Trong tr

ng h p n n công trình là lo i đ t d l u đ ng (nh đ t cát pha sét,

cát nh h t) thì khi hút n
móng. Tr

ng h p n

c l thiên n n đó b h h ng do n

c ng m có áp thì c n n đ t t

c ng m th m vào h

ng đ i n đ nh c ng có th b

h h i.
Khi làm khô h móng th
- Hi n t
Hi n t

ng hay x y ra hai hi n t

ng xói r ng là hi n t

ng h h ng n n nh sau:

ng đ t n n b dòng n

c th m lôi cu n đi.

ng này ch xu t hi n trong nh ng đ t r i ho c ít dính nh đ t cát, cát pha

sét. Lúc đ u nh ng h t đ t nh b cu n đi và khi l u t c t ng thì nh ng h t đ t l n
h n c ng b lôi cu n đi, còn l i m t c c u đ t t i x p. N n đ t này r t d lún, ho c
có nh ng đ

ng n

c th m t p trung, làm suy y u t ng vùng đ t,… M c đ xói

r ng và phá ho i c c u đ t n n càng t ng, khi chi u sâu h móng càng sâu so v i
MNN và c

ng đ b m n

- Hi n t

c ra kh i h móng càng l n [10].

ng b c n n là hi n t

ng đ t n n b m t n đ nh hoàn toàn. Th

x y ra c trong đ t r i l n đ t dính. Do n
phá v l p đ t m t n n không th m n
N

c ng m có áp c ng th

c ng m có áp t d

c ho c ít th m n

i đ y lên có th làm

c [5].

ng hay g p khi xây d ng các công trình th y l i

mi n ven sông, ven bi n, ven các ngu n ch a n
n

ng

c ng m cho đ t (hình 1.4 và 1.5) [5].

c, n i mà ngu n n

c cung c p


9

i u ki n n n công trình không b n

c ng m có áp phá b c n n (hình 1.4 và

1.5) có th bi u di n b ng b t đ ng th c :
H.γ ≤ h n . γ + h đ . γ đ
Trong đó: H – C t n

c áp l c(m).

h n – Chi u dày l p n

c trên đáy h móng(m).

h đ – Chi u dày l p đ t không th m d
γ và γ đ – Dung tr ng c a n
V trái b t đ ng th c ch áp l c n
ch tr ng l

ng n

Trong tr

ng ng

i đáy h móng(m).

c và dung tr ng đ y n i c a đ t(T/m3).

c

m td

c và đ t tính t i m t d

ng h p h móng đ

b ng không. Th

(1-2)

i l p đ t không th m. V ph i

i l p đ t không th m.

c hút khô h n thì s h ng đ u c a v ph i s

i ta ch h m c n

c có áp đ n m t tr s an toàn nào

thôi.

MNN

Hè mãng

§Êt sÐt pha c¸t
§Êt c¸t

§Êt c¸t

N­íc cao ¸p

Hình 1.4. Tác d ng c a n

c ng m có áp có th gây b c đáy h móng
MNN

H
hn
h®

C¸t

Hình 1.5. N

Líp ®Êt kh«ng thÊm

N­íc cao ¸p

c ng m có áp tác d ng lên l p đ t không th m
th gây b c đáy h móng

đáy móng có


10

Mu n ng n ng a hi n t

ng xói ng m và b c đáy móng do n

c ng m ng

i

ta áp d ng nh ng bi n pháp b o v n n b ng cách tiêu n

c (HTMNN) dùng các

gi ng kim gi m áp ho c gia t i. Nh ng vi c áp d ng ph

ng pháp nào, tr

ph thu c vào tính th m n

c c a đ t đá ch a n

c, chi u dày t ng ch a n

ch t
c, đ c

đi m đ a ch t th y v n và đ sâu yêu c u HTMNN [5].
1.2. Các gi i pháp HTMNN trong đào móng
1.2.1. Ph
Ph

ng pháp HTMNN b ng gi ng th

ng

ng pháp này ch y u l i d ng hình ph u rút n

rút xu ng do b m hút thì n

c ng m trong t ng ch a n

trong gi ng, sau m t th i gian m c n

cs

c. Khi n

c trong gi ng

c xung quanh ch y vào

n đ nh và hình thành m t đ

ng cong

u n v phía gi ng. MNN h xu ng d n d n t i cao trình thi t k c a đáy h móng
lúc đó ta có th ti n hành thi công h móng trong đi u ki n khô ráo [5].
C u t o g m:
Gi ng th

ng: bao g m ng ch ng, ng l c và ng l ng, có th làm b ng thép

ho c nh a tùy theo đ a t ng, đ a ch t h móng, đ sâu và đ
ng l c b ng nh a hi n nay có r t nhi u lo i đ

ng kính c a gi ng.

c bán trên th tr

thì gia công th công b ng cách đ c l hình hoa mai, đ

ng, ng l c thép

ng kính l 8-10mm,

kho ng cách các l 30-40mm. Sau khi đ c l xong, dùng dây thép không g qu n
theo hình xo n c bên ngoài ho c dùng l

i đ ng, inox ho c l

i nh a qu n xung

quanh ph n đ c l , qu n bên ngoài m t l p dây thép thô đ b o v l
thu n ti n h
đ ud

ng gi ng và l ng cát, c n bùn đ t chui vào ng dùng m t đo n ng có

i nh n kín bên d
ng thu n

thu n

c có đ

gi ng th

ng.

i l c.

i ng l c.

c chính và ng n i:

ng b ng thép. Tùy vào l u l

ng b m ng

ng kính khác nhau. C m i đo n có m t đ u ch đ g n n i v i
ng n i dùng ng nh a có đ

ng kính t 40-5-mm, trên ng có n i

van và vòi nh đ thu n ti n cho vi c ki m tra.
Thi t b hút n

c: dùng máy b m đ hút n

c

V i công trình có h s l n, h móng r ng, sâu thì áp d ng ph
MNN b ng gi ng th

ng ng n ng a đ

c hi n t

ng cát ch y.

ng án h th p


11

1.2.2. Gi ng th
Ph

ng v i máy b m sâu

ng pháp này s d ng gi ng t p trung và b m hút.

Thi t b c u thành gi ng lo i này bao g m: các ng gi ng l c, các t máy b m
sâu đ t

m i gi ng, ng t p trung n

c và ng x n

- Thi t b hút: B m đ t chìm trong n

c [4].

c, dây d n c a b m chìm ph i th t b o

đ m, đ ng c đi n c a b m ph i có b ph n cách đi n t t, ch ng th m n
đ i b m ph i r a s ch gi ng l c. C ng có th đ t các máy b m

c t t, khi

trên đ nh gi ng r i

d n ng hút có g n chõ b m xu ng đáy gi ng [4].
N

c b m t các ng gi ng ch y vào ng t p trung n

c, r i đ

c x tr c ti p

qua đê quai ho c dùng máy b m trung gian và ng d n riêng.
- B trí gi ng:

ng gi ng ph i đ t th ng đ ng, ng l c ph i đ

ph m vi thích h p c a t ng ch a n
h nđ

ng kính ngoài c a b m n

b ng các v t li u l n h n đ

c, đ

c đ t trong

ng kính trong c a ng gi ng ph i l n

c 50mm, gi a thành l khoan và ng gi ng l p

ng kính l l

i l c [4].

- Khoan l : Khoan l gi ng có th dùng máy khoan l ho c xói b ng n
l c, đ

ng kính l ph i l n h n đ

ng kính ng gi ng 200mm, đ sâu c a l ph i

tính đ n đ sâu t ng thêm do khi hút n
đ nh [9].
1.2.3. Ph

c áp

c c n l ng s có m t đ dày l ng đ ng nh t

ng pháp HTMNN b ng gi ng kim

1.2.3.1. C u t o ho t đ ng, u nh
èng thu n­íc

c đi m và đi u ki n áp d ng

èng giÕng kim

B¬m n­íc

MNN
Hè mãng
èng thu n­íc

TÇng chøa n­íc

Hình 1.6. M t b ng b trí h th ng gi ng kim xung quanh h móng


12

Vào nh ng n m 60-70 c a th k tr

c, khi h th p MNN cho đào móng

c ng, tr m b m… trong n n cát pha, sét pha ng

i ta ngh ngay đ n ph

ng pháp

dùng gi ng kim đ h th p MNN.
H th ng gi ng kim g m nh ng ng l c nh , c m xung quanh h móng. Các
gi ng kim này n i li n v i nhau b ng các ng chính t p trung n

c và n i v i máy

b m.
Ph

ng pháp này t

ng đ i ph c t p, đ t ti n nh ng v n đ

c ng d ng vì nó

có nh ng u đi m sau [1]:
- Làm cho đ t trong h móng v i đ sâu khá l n 5÷20m (l n h n gi ng
th

ng) tr lên khô ráo, d thi công.
t n n trong ph m vi HTMNN s đ

-

trình, đ ng th i gi m b t đ
móng (t t h n gi ng th

c kh i l

c nén ch t h n, an toàn cho công

ng m móng do t ng đ

c góc d c c a mái

ng).

- Gi ng kim l c là k t c u đ n gi n, g n nh , t n ít công khi h và l p ráp,
ho t đ ng nhanh chóng khi HTMNN do các kim l c đ
- Nh

c b trí mau (sít nhau).

c đi m l n nh t đ i v i s làm vi c bình th

chân không t c là hi n t

ng c a gi ng kim là m t

ng hút không khí vào ng hút. Ch c n MNN h th p h n

m t trên c a đo n l c là ng l c b h , gi ng m t chân không s ng ng làm vi c và
có th d n đ n h th ng c ng ng ng làm vi c.
i u ki n áp d ng:[2]
- H móng r ng,

vào t ng đ t có h t nh , h s th m nh nh đ t cát h t nh

và h t v a, đ t phù sa, ...
- áy móng trên t ng không th m m ng và phía d

i là n

c áp l c.

1.2.3.2. Các thi t b chính c a h th ng gi ng kim
ng gi ng kim: g m thân ng và đo n ng l c. Thân ng g m nh ng đo n
ng thép Φ50mm dài 1,5÷2,0m n i v i nhau tu theo chi u sâu c a gi ng.
là đo n ng l c dài 1÷2m, th

u ng

ng là ng thép Φ50mm có đ c các l Φ10÷15mm b

trí nh 2 hình hoa mai, c ly gi a các l 30÷40mm. Bên ngoài l qu n dây thép
d ng lò xo. Tr

c tiên b c m t l p l

i l c tinh m t φ40, r i b c l p l

i l c thô


13

(b ng đ ng ho c nilon). Bên ngoài l
đ b ov l

i l c l i qu n m t l p dây thép thô ki u lò xo

i l c không b h h ng khi h kim l c xu ng đ t ho c khi rút nó lên

sau khi đã k t thúc công vi c HTMNN [11].
Cu i đo n l c là ng hình côn v i các van bi (hình 1.7) và cu i cùng là m t
đo n m i b t b ng gang hình nón, m i khoan xo n c ho c r ng c a giúp vi c h
kim l c xu ng đ t đ

c d dàng h n.

ph n trên c a đo n đ u ng l c có hàn m t

cái võng lõm hình yên ng a dùng cho van bi. Khi kim l c làm vi c, van bi n i lên

và bít l

phía d

i c a ng kim l c (hình 1.7b), còn khi h

đ t, van bi b đ y xu ng b i n

c b m vào kim l c đ xói đ t (hình 1.7a) [11].

H gi ng b ng cách khoan l
ph

ng kim l c vào trong

(khoan xung kích, khoan xoay) ho c b ng

ng pháp xói thu l c (xói l tr c

ti p h gi ng ho c ng l ng). Khoan sâu
h n chi u sâu h

ng l c c a gi ng 0,5m

đ thu n l i cho cát l ng. H

ng l c và

rút ng l ng đ n đâu đ cát thô đ n đó.
Ph n cách m t đ t 0,5÷1m l p k b ng

đ t sét đ ch ng rò khí vào ng l c. Sau
khi h xong ph i b m n

c xói r a ng

gi ng cho đ n khi không còn n

cđ c

[11].

a)

ng thu n

c chính: Dùng

b)

ng

Hình 1.7. S h a v cách làm vi c c a
thép Φ102÷127mm g m nhi u đo n n i
ng l c
v i nhau b ng ren, các ng này c cách a- Khi h gi ng vào đ t; b- khi b m
n c ng m ra
1÷2m đ t m t đ u n i m ng xông đ n i

v i gi ng kim l c b ng nh ng ng m m ho c ng c ng [4].
Nên đ t ng thu n

c

các cao đ trên MNN nh ng càng th p càng t t.

ng n i: Dùng ng cao su ho c ng nh a Φ40÷50mm, trên ng n i nên có
van và các thi t b đo áp l c đ ki m tra.


14

Dùng ng n i đ n i ti p gi a ng gi ng kim v i ng chính thu n
b m, hình thành m t h th ng hoàn ch nh. Khi hút n
b m chân không, hút không khí trong đ
n

c và máy

c đ u tiên ph i cho ch y

ng ng ra t o thành chân không. Khi đó,

c ng m và không khí trong đ t ch u tác đ ng c a chân không b hút vào gi ng,

không khí và n
ng thu n

c b hút qua b m chân không và đ y vào ng thu n

c đã có khá nhi u n

Thi t b hút n
h đo l u l

c. Khi trong

c m i m máy b m ly t m đ hút n

c: Thi t b hút n

cđ

c [4].

c t o thành b i b m hút n

ng, đ ng h đo chân không và két n

c tu n hoàn. Ng

c, đ ng

i ta đ t m t

ho c 2 tr m máy b m cho m t h th ng gi ng kim, đôi khi cho 2 h th ng n u
chi u dài các ng thu n

c không l n l m. T i m i tr m b m kèm theo các máy

b m làm vi c và ph i đ t thêm m t máy b m d phòng, máy b m này c ng n m

trong cùng các thi t b c a gi ng [4].
Trong các tr

ng h p đ c bi t khi MNN dâng cao nh : đ t ng c

ng m c đ

HTMNN lúc ban đ u ho c trong mùa m a l , … trong m t th i gian ng n có th
cho v n hành c các máy b m công tác l n máy b m d phòng [6].
1.2.3.3. B trí h th ng gi ng kim
C n c vào yêu c u v đ sâu ph i HTMNN, đ l n và kích th
h móng, tính n ng th m c a t ng ch a n

c và h

b trí gi ng kim. N u chi u sâu yêu c u HTMNN

ng ch y c a n

c m t b ng
c ng m,….đ

4÷5m thì b trí gi ng 1 t ng,

n u chi u sâu yêu c u HTMNN l n h n 6m thì có th b trí gi ng 2 t ng ho c nhi u
h n. N u b r ng h móng <10m thì có th đón đ u ngu n n

c ng m đ b trí m t

hàng gi ng kim. Khi b r ng h móng l n thì có th b trí gi ng xung quanh khép

kín ho c không khép kín, ng gi ng kim cách xa thành h móng không nh h n
1÷2m [11].
S đ b trí 2 t ng gi ng kim khi h móng sâu nh hình 1.8.