Bài giảng kỹ thuật thi công Nguyễn Duy Long (16 chương)

3/14/2010

CÔNG TÁC CHUẨN BỊ PHỤC VỤ
THI CÔNG ĐẤT
©2010 NGUYỄN DUY LONG, TIẾN SỸ

1

N ỘI

2

DUNG



Chuẩn bị mặt bằng thi công



Kiểm soát nước ngầm (groundwater control)



Định vị và giác móng công trình

©2010 NGUYỄN DUY LONG, TIẾN SỸ

1

3/14/2010

C HUẨN BỊ MẶT BẰNG THI CÔNG

©2010 NGUYỄN DUY LONG, TIẾN SỸ

3

C ÔNG TÁC CHUẨN BỊ MẶT

4

BẰNG



Tiếp cận công trường (site access)



Giải phóng và thu dọn mặt bằng (site
clearance)



Tiêu nước mặt



Chuẩn bị vị trí đổ đất khi đào móng

©2010 NGUYỄN DUY LONG, TIẾN SỸ

2


3/14/2010

T IẾP

5

CẬN CÔNG TRƯỜNG



Điều kiện địa chất



Công trình hiện hữu



Đường vào công trường



Các hạn chế của công trường



Vấn đề về lao động, thiết bị



Các dịch vụ tiện ích

©2010 NGUYỄN DUY LONG, TIẾN SỸ

G IẢI PHÓNG VÀ THU DỌN

6

MẶT BẰNG



Di chuyển và phá vỡ công trình cũ



Đốn hạ hay di chuyển cây cối trong mặt
bằng thi công



Dọn chướng ngại khác (đá mồ côi, hố, v.v.)
trên mặt bằng thi công

©2010 NGUYỄN DUY LONG, TIẾN SỸ

3


3/14/2010

T HOÁT

7

NƯỚC BỀ MẶT



Tạo độ dốc cho mặt bằng thi công



Làm hệ thống mương, rãnh thoát nước



Làm hệ thống hố ga và đường ống thu và
thoát nước

©2010 NGUYỄN DUY LONG, TIẾN SỸ

8

T HOÁT

NƯỚC BỀ MẶT

Nguồn: Cashman và Preene, 2001
©2010 NGUYỄN DUY LONG, TIẾN SỸ

4


3/14/2010

9

T HOÁT

NƯỚC BỀ MẶT

Nguồn: Cashman và Preene, 2001
©2010 NGUYỄN DUY LONG, TIẾN SỸ

10

T HOÁT

NƯỚC BỀ MẶT

©2010 NGUYỄN DUY LONG, TIẾN SỸ

5

3/14/2010

11

T HOÁT

NƯỚC BỀ MẶT

©2010 NGUYỄN DUY LONG, TIẾN SỸ

12

T HOÁT

NƯỚC BỀ MẶT

©2010 NGUYỄN DUY LONG, TIẾN SỸ

6


3/14/2010

K IỂM SOÁT NƯỚC NGẦM

©2010 NGUYỄN DUY LONG, TIẾN SỸ

13

C ÁC KỸ THUẬT KIỂM SOÁT

14

NƯỚC NGẦM



Chia làm hai loại chính:


Các kỹ thuật loại trừ/ngăn chận nước vào hố
đào, gọi là kỹ thuật ngăn chận (exclusion
techniques)



Các kỹ thuật đối phó với nước ngầm bằng
cách bơm (pump), gọi là kỹ thuật tháo nước
(dewatering techniques)

Nguồn: Phỏng theo Cashman và Preene, 2001
©2010 NGUYỄN DUY LONG, TIẾN SỸ

7


3/14/2010

C ÁC KỸ THUẬT NGĂN CHẬN

15



Có ba nhóm chính:


Dùng tường chắn có khả năng thấm rất nhỏ
chèn hoặc xây trong đất (cừ larssen, tường
chắn đất)



Giảm khả năng thấm của đất nguyên thổ
(phun vữa, đóng băng đất nhân tạo)



Dùng áp suất lưu chất trong khoang kín như
đường hầm để cân bằng với áp suất nước
ngầm (khí nén, máy đào hầm cân bằng áp
lực đất)

©2010 NGUYỄN DUY LONG, TIẾN SỸ

C ÁC KỸ THUẬT NGĂN CHẬN :

16

TƯỜNG CHẮN CHUYỂN VỊ

Phương pháp

Ứng dụng tiêu biểu

Cừ larsen (steel sheetpiling)

Hố đào mở cho hầu hết các loại đất, các chướng ngại
như đá cuội có thể gây khó khăn việc lắp đặt

Tường dầm được rung
(vibrated beam wall)

Hố đào mở trong đất cát (sand) và đất cát bột (silt)

Nguồn: Công ty Xây Dựng Huy Thục
©2010 NGUYỄN DUY LONG, TIẾN SỸ

Nguồn: www.slurrysystems.com/images/vbeam.jpg

8


3/14/2010

17

C ÁC KỸ THUẬT NGĂN CHẬN :

TƯỜNG CHẮN CHUYỂN VỊ

( )
(a)
Tường
chắn
thâm
nhập vào
lớp đất
rất ít
thấm

Nguồn: Cashman và Preene, 2001, tr. 95
©2010 NGUYỄN DUY LONG, TIẾN SỸ

18

C ÁC KỸ THUẬT NGĂN CHẬN :
TƯỜNG CHẮN CHUYỂN VỊ

(b)
Tường
chắn
dùng kết
hợp với
các
phương
pháp
tháo
nước

Nguồn: Cashman và Preene, 2001, tr. 96
©2010 NGUYỄN DUY LONG, TIẾN SỸ

9


3/14/2010

19

C ÁC KỸ THUẬT NGĂN CHẬN :
TƯỜNG CHẮN CHUYỂN VỊ

( )
(c)
Tường
chắn
dùng với
nền chắn
ngang
để bịt
đáy hố
đào

Nguồn: Cashman và Preene, 2001, tr. 96
©2010 NGUYỄN DUY LONG, TIẾN SỸ

20

C ÁC KỸ THUẬT NGĂN CHẬN :

TƯỜNG CHẮN CHUYỂN VỊ


Nước ngầm thấm qua tường chắn vào hố
đào hay khu vực thi công gây ra nhiều vấn
đề:


Ngăn cản quá trình thi công



Làm giảm cục bộ mực nước ngầm bên ngoài
công trường, gây rủi ro lún và các tác dụng
phụ
h khác
khá



Nếu tường chắn trở thành một phần kết cấu
lâu dài, dù thấm ít về lâu dài có thể làm hỏng
phần hoàn thiện cho tường.

©2010 NGUYỄN DUY LONG, TIẾN SỸ

10


3/14/2010

C ÁC KỸ THUẬT NGĂN CHẬN :

21

TƯỜNG CHẮN ĐƯỢC ĐÀO

Phương pháp

Ứng dụng tiêu biểu

Tường dâng (slurry trench
cut-off wall) dùng
bentonite hay đất sét

Hố đào mở trong đất sỏi (gravel), đất cát (sand) và đất
cát bột (silt) với hệ số thấm tối đa 5x10-3 m/s

Tường vây bê tông cốt
thép (structural concrete
diaphragm walls)

Tường biên của hố đào cho hầu hết các loại đất và đá
yếu, nhưng có thể có vấn đề nếu có đá cuội

Cọc khoan nhồi cát tuyến
và kề nhau (secant and
contiguous bored piles)

Như tường chắn, nhưng tốn kém và khó khăn nếu

xuyên đá cuội.
cuội

Trụ vữa xi măng (cement
deep mixing) chồng lên
nhau

Như tường chắn, có thể gia cường lõi thép bên trong
trụ vữa xi măng để gia cường nhưng tốn kém.

©2010 NGUYỄN DUY LONG, TIẾN SỸ

C ÁC KỸ THUẬT NGĂN CHẬN :

22

TƯỜNG CHẮN VỮA PHUN

Phương pháp

Ứng dụng tiêu biểu

Phun xịt vữa (jet grouting)

Hố đào mở trong hầu hết các loại đất và đá rất yếu

Trụ trộn tại chỗ (mix-inplace columns)

Hố đào mở trong hầu hết các loại đất và đá rất yếu

Phun vữa với vữa có gốc
xi măng (injection grouting
using cementious grouts)

Như tường chắn, nhưng tốn kém và khó khăn nếu
xuyên đá cuội.

Phun vữa dùng vữa dung
dịch
dị h và
à hóa
hó học
h (injection
(i j ti
grouting using chemical
and solution (acrylic)
grouts)

Tường chắn trong đất cát trung bình (vữa hóa học) và
cát
resin
át mịn
ị và
à cát
át bột (vữa
( ữ nhựa,
h
i grouts).
t )

©2010 NGUYỄN DUY LONG, TIẾN SỸ

11


3/14/2010

23

C ÁC KỸ THUẬT NGĂN CHẬN :
CÁC LOẠI KHÁC

Phương pháp

Ứng dụng tiêu biểu

Đóng băng đất nhân tạo
(artificial ground freezing)
dùng nước muối (brine)
hay nitơ lỏng

Đường hầm. Có thể không dùng được nếu vận tốc
dòng chảy nước ngầm lớn (>2m/ngày cho nước muối
và >20m/ngày cho nitơ lỏng)

Khí nén (compressed air)

Khoang kín như đường hầm, giếng chìm (caisson)

Máy đào hầm cân bằng áp Hầm trong hầu hết các loại đất và đá yếu

lực đất (earth pressure
balance tunnel boring
machine (TBM))

©2010 NGUYỄN DUY LONG, TIẾN SỸ

T HÁO

24

NƯỚC NGẦM

Nguồn: Cashman và Preene, 2001,tr.37
©2010 NGUYỄN DUY LONG, TIẾN SỸ

12


3/14/2010

T HÁO

25

NƯỚC NGẦM

Nguồn: Cashman và Preene, 2001, tr.37
©2010 NGUYỄN DUY LONG, TIẾN SỸ

THÁO NƯỚC NGẦM

26



Hai nguyên tắc để đảm bảo sự ổn định của
hố đào và mái dốc bằng tháo nước ngầm:


Không giữ nước ngầm, có thể tạo áp lực
nước lỗ rỗng mà kết quả có thể gây chuyển
dịch tai hại của đất và nước ngầm.



Đảm bảo hạt đất không di chuyển liên tục vì
có thể gây xói lở và mất ổn định

©2010 NGUYỄN DUY LONG, TIẾN SỸ

13


3/14/2010

THÁO NƯỚC NGẦM

27

Nguồn: Cashman và Preene, 2001, tr.98

©2010 NGUYỄN DUY LONG, TIẾN SỸ

Y ÊU CẦU KHI THÁO NƯỚC

28

NGẦM


Bảo đảm quá trình thi công an toàn và kinh tế:


Hạ mực nước ngầm cục bộ và ngăn thấm



Tăng sự ổn định của mái dốc và ngăn đất bị sói
do thấm



Ngăn sự bùng nền xãy ra ở đáy hố đào



Rút nước cho đất
ấ để
ể nâng cao công tác đào,
vận chuyển



Giảm lực ngang tác động vào hệ thống chống
đỡ tạm

©2010 NGUYỄN DUY LONG, TIẾN SỸ

14


3/14/2010

T HÁO

29

NƯỚC NGẦM

Các yếu tố để chọn biện pháp tháo nước
ngầm thích hợp:





Trầm tích và khả năng thấm của các lớp đất



Qui mô của diện tích thi công cần tháo nước



Độ sâu của mức công trình sâu nhất dưới
mặt đất hiện hữu và mức hạ nước ngầm yêu
cầu.



Công trình, kết cấu lân cận, bản chất của nền
móng công trình này, và địa tầng dưới các
công trình đó

©2010 NGUYỄN DUY LONG, TIẾN SỸ

C ÁC KỸ THUẬT THÁO NƯỚC

30

NGẦM BẰNG BƠM

Phương pháp

Ứng dụng tiêu biểu

Ống hay rãnh thoát nước Kiểm soát nước mặt và mực nước ngầm cạn. Còn gọi
(drainage pipes or ditches) là phương pháp hút nước lộ thiên
Bơm giếng thấm (sump
pumping)

Hố đào cạn trong đất cuội sỏi sạch để kiểm soát nước
ngầm và nước mặt

Ống kim lọc (wellpoints)

Hố đào cạn, mở trong đất sỏi cát đến cát mịn và có thể
cát bột. Hố đào sâu hơn (yêu cầu hạ mực nước 5-6 m)
cần nhiều giai đoạn lắp đặt giếng thấm

Ống giếng lọc sâu với
bơm hút sâu (deep wells
with electric submersible
pumps)

Hố đào sâu trong đất sỏi cát đến cát mịn và đá nứt
ngậm nước.

©2010 NGUYỄN DUY LONG, TIẾN SỸ

15


3/14/2010

C ÁC KỸ THUẬT THÁO NƯỚC

31

NGẦM BẰNG BƠM

Phương pháp

Ứng dụng tiêu biểu

Ống giếng lọc sâu với
bơm hút sâu và chân
không (deep wells with
electric submersible
pumps and vacuum)

Hố đào sâu trong đất cát bột mịn đến cát mịn khi thoát
nước từ đất vào giếng có thể thấp.

Giếng khoan cạn với bơm
hút (shallow bored wells
with suction pumps)

Hố đào cạn trong đất sỏi cát đến cát bột mịn và đá nứt
ngậm nước.

Hệ thống bơm phun
(ejector system)

Hố đào trong cát bột mịn, cát bột, hay đất sét bị phân
lớp hay bị nứt mà cần kiểm soát áp lực nước lỗ rỗng

©2010 NGUYỄN DUY LONG, TIẾN SỸ

C ÁC KỸ THUẬT THÁO NƯỚC

32

NGẦM BẰNG BƠM

Phương pháp

Ứng dụng tiêu biểu

Giếng giảm thụ động và
rãnh cát (Passive relief
wells and sand drains)

Giảm áp lực nước lỗ rỗng trong tầng ngậm nước kín
(confined aquifer) hay thấu kính cát (sand lenses) dưới
đáy hố đào để đảm bảo ổn định cơ bản

Giếng thu (collector wells)

Cát có tính thấm cao và sỏi

Thẩm thấu điện (electroosmosis)

Đất ít thấm nước như sét, cát bột, và than bùn (peats)

©2010 NGUYỄN DUY LONG, TIẾN SỸ

16


3/14/2010

33

C ÁC KỸ THUẬT THOÁT
NƯỚC NGẦM BẰNG BƠM : HỆ
THỐNG BƠM PHUN

Nguồn: />©2010 NGUYỄN DUY LONG, TIẾN SỸ

C ÁC KỸ THUẬT THÁO NƯỚC
NGẦM BẰNG BƠM : HÚT

34

NƯỚC LỘ THIÊN




Với hố móng:


Đào các mương lộ thiên quanh hố móng hay
ngay chân mái dốc hố móng



Tạo giếng tích nước và hút nước ra ngoài hố
móng (ví dụ dùng máy bơm)

Dùng để hút nước mặt, nước mưa và hạ
mực nước ngầm ở nơi có mực nước ngầm
nhỏ.

©2010 NGUYỄN DUY LONG, TIẾN SỸ

17


3/14/2010

C ÁC KỸ THUẬT THÁO NƯỚC
NGẦM BẰNG BƠM : H ÚT

35

NƯỚC LỘ THIÊN




Ưu điểm:


Đơn giản và dễ làm



Chi phí thấp

Nhược điểm:


Gây sự cuốn
ố trôi của các hạt đất
ấ



Gây sập lở đất



Kiểm soát bằng cách nào?

©2010 NGUYỄN DUY LONG, TIẾN SỸ

C ÁC KỸ THUẬT THÁO NƯỚC
NGẦM BẰNG BƠM : Ố NG KIM

36

LỌC




Theo tiêu chí về kinh tế và kỹ thuật, ống kim
lọc sẽ không thích hợp trong các điều kiện
sau:



Hố đào rộng hay hố đào sâu lớn hơn 12-15
m.



Có áp suất trong tầng đất ngậm nước
(aquifer)
(
if ) bên
bê dưới
d ới hố đào
đà mà
à cần
ầ giảm
iả để
đảm bảo sự ổn định ở đáy hố đào.

Với các điều kiện đó, hệ thống giếng sâu
thích hợp hơn

©2010 NGUYỄN DUY LONG, TIẾN SỸ

18


3/14/2010

37

C ÁC KỸ THUẬT THÁO NƯỚC
NGẦM BẰNG BƠM : Ố NG KIM
LỌC

ắt
Mặt cắt
hệ thống
ống kim
lọc một
bên dọc
rãnh đào
đặt
đường
ống
Nguồn: Cashman và Preene, 2001. tr.259
©2010 NGUYỄN DUY LONG, TIẾN SỸ

38

C ÁC KỸ THUẬT THÁO NƯỚC
NGẦM BẰNG BƠM : Ố NG KIM
LỌC

Hì h ảnh
ả h
Hình
hệ thống
ống kim
lọc một

bên dọc
rãnh đào
đặt
đường
ống
Nguồn: Cashman và Preene, 2001. tr.259
©2010 NGUYỄN DUY LONG, TIẾN SỸ

19


3/14/2010

C ÁC KỸ THUẬT THÁO NƯỚC
NGẦM BẰNG BƠM : Ố NG KIM

39

LỌC
H nước
ớ
Hạ
ngầm hai
giai đoạn
dùng hệ
thống
ống kim
lọc

Nguồn: Cashman và Preene, 2001. tr.263

©2010 NGUYỄN DUY LONG, TIẾN SỸ

C ÁC KỸ THUẬT THÁO NƯỚC
NGẦM BẰNG BƠM : Ố NG KIM

40

LỌC


Hai loại hệ thống ống kim lọc:


Ống kim lọc tự xuyên (self-jetting wellpoint)



Ống kim lọc có thể thải loại (disposal
wellpoint)

©2010 NGUYỄN DUY LONG, TIẾN SỸ

20


3/14/2010

C ÁC KỸ THUẬT THÁO NƯỚC
NGẦM BẰNG BƠM : Ố NG KIM

41

LỌC

Ống kim lọc tự xuyên

Ống kim lọc có thể thải loại
Nguồn: Cashman và Preene, 2001. tr.264

©2010 NGUYỄN DUY LONG, TIẾN SỸ

C ÁC KỸ THUẬT THÁO NƯỚC
NGẦM BẰNG BƠM : Ố NG KIM

42

LỌC


Khoảng cách (spacing) và thời gian hạ tháo
nước (drawdown times) tiêu biểu:

Loại đất

Khoảng
cách (m)
Sỏi mịn đến sỏi thô 0.5 – 1.0
Cát mịn
1 – 2.0
ị sạch

h đến
đế
20
cát thô và sỏi cát
Cát bột
1.5 – 3.0

Hạ tháo nước
(ngày)
1–3
2–7
7 – 21
Nguồn: Cashman và Preene, 2001. tr.278

©2010 NGUYỄN DUY LONG, TIẾN SỸ

21


3/14/2010

Ố NG GIẾNG LỌC VỚI BƠM

43

HÚT SÂU

Cá bộ
Các
phận

chính
của ống
giếng lọc
với bơm
hút sâu

Nguồn: Cashman và Preene, 2001. tr.44
©2010 NGUYỄN DUY LONG, TIẾN SỸ

Ố NG GIẾNG LỌC VỚI BƠM

44

HÚT SÂU



Bốn giai đoạn lắp đặt chính:


Khoan tạo lỗ



Đặt các vật liệu (ống ngoài, lưới, sỏi, v.v.)



Phát triển giếng



Lắp
Lắ và
à vận
ậ hành
hà h máy
á bơm
b

©2010 NGUYỄN DUY LONG, TIẾN SỸ

22


3/14/2010

V Í DỤ : ỐNG GIẾNG LỌC VỚI
45

BƠM HÚT SÂU CHO CÔNG
TRÌNH Ở VIỆT NAM

Cấ tạo
t
Cấu
của ống
giếng lọc
với bơm
hút sâu

áp dụng
ở một dự
án ở VN
Mặt cắt 1-1

©2010 NGUYỄN DUY LONG, TIẾN SỸ

V Í DỤ : ỐNG GIẾNG LỌC VỚI
46

BƠM HÚT SÂU CHO CÔNG
TRÌNH Ở VIỆT NAM

©2010 NGUYỄN DUY LONG, TIẾN SỸ

23


3/14/2010

V Í DỤ : ỐNG GIẾNG LỌC VỚI
47

BƠM HÚT SÂU CHO CÔNG
TRÌNH Ở VIỆT NAM

©2010 NGUYỄN DUY LONG, TIẾN SỸ

V Í DỤ : ỐNG GIẾNG LỌC VỚI
48

BƠM HÚT SÂU CHO CÔNG
TRÌNH Ở VIỆT NAM

©2010 NGUYỄN DUY LONG, TIẾN SỸ

24


3/14/2010

V Í DỤ : ỐNG GIẾNG LỌC VỚI
BƠM HÚT SÂU CHO CÔNG
TRÌNH Ở VIỆT NAM

49

0
11-Jan 18-Jan 25-Jan
-500
Muc nuoc ngam (mm)

M
Mực
nước
ngầm tại
một
giếng
quan sát
trong

công
trình

1-Feb

8-Feb

15-Feb

-1000
-1500
-2000
-2500
-3000
-3500

Ngay quan sat (nam 2010)

©2010 NGUYỄN DUY LONG, TIẾN SỸ

T HIẾT KẾ HỆ THỐNG THÁO
NƯỚC NGẦM

©2010 NGUYỄN DUY LONG, TIẾN SỸ

50

25