Bài giảng thi công công trình thuỷ lợi Tiêu nước hố móng

1
CHƯƠNG 4. TIÊU NƯỚC HỐ MÓNG
4.1. Mở đầu
Hầu hết các công trình thuỷ lợi trong quá trình XD luôn chịu tác dụng của dòng nước
mà đòi hỏi phải có hố móng khô ráo để thi công. Có một số rất ít thi công bằng đắp đất
trong nước, dọn nền bằng tàu cuốc, tàu hút bùn...;
Nhiệm vụ của thiết kế tiêu nước hố móng là:
- Chọn PA tiêu nước hố móng phù hợp với từng thời kỳ thi công;
- Xác định Q, H và chọn máy bơm phù hợp;
- Bố trí hệ thống và thiết bị tiêu nước phù hợp với PA đã chọn;
Có hai phương pháp tiêu nước hố móng cơ bản là tiêu nước trên mặt và hạ thấp mực
nước ngầm:
4.2. Phương pháp tiêu nước trên mặt
4.2.1. Nội dung
Sử dụng độ dốc bề mặt hoặc hệ thống rãnh thoát nước bề mặt để tập trung nước vào
một vị trí rồi bơm ra khỏi hố móng hoặc thoát nước tự nhiên xuống chỗ trũng hơn.
4.2.2. Điều kiện áp dụng
Phương pháp này đơn giản, rẻ tiền, thường ứng dụng cho các trường hợp sau:
- Hố móng nằm ở tầng đất hạt thô, hệ số thấm lớn;
- Dưới đáy hố móng không có tầng nước ngầm áp lực hoặc cách tầng nước ngầm áp
lực với chiều dày đủ lớn để không sinh hiện tượng nước đùn ngược;
- Thích hợp với phương án đào móng theo từng lớp.
4.2.3. Bố trí hệ thống tiêu nước trên mặt
- Bố trí hệ thống tiêu nước hố móng phải đảm bảo gây ảnh hưởng ít nhất đến quá trình
thi công;
- Hệ thống tiêu nước thường thay đổi theo từng thời kỳ thi công ở hố móng.
4.2.3.1. Bố trí tiêu nước thời kỳ đầu
Thời kỳ đầu cần tiêu cạn nước đọng trong hố móng bằng các máy bơm. Các máy bơm
có thể đặt ở các vị trí cố định hoặc thay đổi phụ thuộc vào mực nước đọng, có thể đặt trên
hệ thống phao nổi.

/storage1/vhost/convert.123doc.vn/data_temp/document/ltt1479827979-214730314798279798090/ltt1479827979.doc
Trần Văn Toản


2
4.2.3.2. B trớ h thng tiờu nc trong thi k o múng
Vic b trớ ph thuc vo
phng phỏp o múng v
ng vn chuyn b trớ h
thng mng chớnh.

2

4.2.3.3. B trớ h thng tiờu
nc thng xuyờn

4

3

5

1

Dòng sông

Sau khi ó o xong h
1
Hình 4.2. Bố trí rãnh tiêu n ớc trong quá trình đào móng
múng, cn phi duy trỡ cho

1. H ớng vận chuyển đất; 2, 3. Rãnh tập trung n ớc;
múng khụ rỏo bng h thng
4. Hố tập trung n ớc; 5. Máy bơm
mng rónh v h tp trung
3
2
nc xung quanh h múng
bm ra;
4
Mng (rónh) tiờu nc
thng cú mt ct hỡnh thang:
-

Mng
h=1ữ1,5m,
i0,002

chớnh:
Hình 4.3. Bố trí hệ thống tiêu n ớc th ờng xuyên
b0,3m,

1. Đê quai; 2. Hố tập trung n ớc;
3. M ơng dẫn n ớc; 4. Phạm vi xây dựng

-

Mng
nhỏnh:
h=0,3ữ0,5m, b=0,3m, i0,002;

-

H tp trung nc cú ỏy thp hn ỏy mng chớnh 1m, kớch thc 1,5x1,5m
hoc 2,5x2,5m;

Mộp ca mng tiờu phi cỏch chõn mỏi h múng 0,5m;
Nờu mng rónh v h tp trung nc cú mỏi thng ng thỡ cn dựng g vỏn v vng
chng gi mỏi. V trớ cỏc vng chng c xỏc nh cn c vo phõn b ỏp lc t.
4.2.3.4. Xỏc nh lng nc cn tiờu
* Thi k u:
- Lu lng cn tiờu cú xột n nh mỏi múng v ờ quai tớnh theo cụng thc:
Q=

h
+ Qt
24

(4.3)

Trong ú:

/storage1/vhost/convert.123doc.vn/data_temp/document/ltt1479827979-214730314798279798090/ltt1479827979.doc
Trn Vn Ton


3
ω- Diện tích bình quân của mặt nước trong hố móng hạ thấp trong một ngày đêm
2

(m );

∆h- Tốc độ
thấp mực nước
trong hố móng
(m/ngđ), thường
∆h=0,5÷1m/ngđ;

H

h

hạ

H×nh 4.9. S¬ ®å tÝnh l u l îng b¬m bæ sung
- Nếu định trước
được thời gian T để bơm cạn hố móng thì Q có thể tính theo công thức kinh nghiệm:
Q=

W
(2 ÷ 3)W
+ Qt ≈
T
T

(4.2)

Q- Lưu lượng cần tiêu (m3/h);

Trong đó:

W- Thể tích nước đọng trong hố móng (m3);

T- Thời gian dự định bơm cạn hố móng (h);
Qt- Lưu lượng thấm vào móng, lấy bằng (1÷2)W/T;
- Có Q và H, ta chọn được số lượng và chủng loại máy bơm. Trong quá trình bơm cần
theo dõi và điều chỉnh số máy bơm cho phù hợp với tốc độ bơm cạn ∆h để không gây sạt lở
mái hố móng.
* Thời kỳ đào móng:
Thời kỳ đào móng, lượng nước cần tiêu gồm: nước mưa Q m, nước thấm Qt và nước
thoát ra từ khối đất đào móng Qd:
Q = Qm + Qt + Qd
Qm =
Qd =

Trong đó:

F ⋅h
24

W ⋅a⋅m
720 ⋅ n

(4.4)
(4.5)

Q- Lưu lượng cần tiêu (m3/h);
Qt- Tổng lưu lượng thấm vào hố móng (m3/h);
Qm- Lưu lượng mưa đổ vào hố móng (m3/h);
Qd- Lượng nước thoát ra từ khối đất đào móng (m3/h);
F- Diện tích hứng nước mưa của hố móng (m2);
h- Lượng mưa bình quân ngày (m);
W- Thể tích khối đất đào ở dưới mực nước ngầm (m3);

/storage1/vhost/convert.123doc.vn/data_temp/document/ltt1479827979-214730314798279798090/ltt1479827979.doc
Trần Văn Toản


4
a- Hệ số róc nước, đất cát a=0,2÷0,3; đất á cát a=0,1÷0,15
n- Thời gian đào móng (tháng);
m- Hệ số bất thường m=1,3÷1,5;
* Thời kỳ thường xuyên:
Đây là thời kỳ đào xong móng và thi công công trình chính trong hố móng. Lượng
nước cần tiêu gồm: nước mưa Qm, nước thấm Qt, nước thi công Qtc:
Q = Qm + Qt + Qtc

Trong đó: Qtc- Nước thải ra hố móng trong quá trình thi công như: nước rửa vật liệu,
nước dưỡng hộ bê tông, nước rửa nền, nước làm mát...
Việc xác định lượng nước thấm vào hố móng tham khảo giáo trình thuỷ lực, thuỷ
công...
4.3. Phương pháp hạ thấp mực nước ngầm
4.3.1. Nội dung
Khi đào móng ở những vùng nền có Kthấm lớn, MNN cao ta cần hạ thấp MNN trước,
trong quá trình đào móng và khi xây dựng móng công trình để tránh sạt lở mái, bục đáy
móng và giữ cho hố móng được khô ráo;
Bố trí hệ thống giếng ở xung quanh hoặc trong hố móng (có thể là giếng thường hoặc
giếng kim) rồi tiến hành bơm hạ thấp mực nước ngầm.
4.3.2. Phạm vi ứng dụng
- Hố móng rộng, ở vào tầng đất có hạt nhỏ, hệ số thấm nhỏ như đất cát hạt nhỏ và hạt
vừa, đất phù sa, ...;
- Đáy móng trên tầng không thấm mỏng và phía dưới là nước áp lực;
- Khi thi công đòi hỏi phải hạ mực nước ngầm xuống sâu;

Phương pháp này phức tạp, đắt tiền nhưng vẫn được ứng dụng vì nó có những ưu điểm sau:
- Giữ cho hố móng khô ráo, dễ thi công;
- Khi HMNN, đất nền được nén chặt hơn, an toàn cho công trình, đồng thời giảm bớt
được khối lượng mở móng do tăng được góc dốc của mái móng;
HMNN thường dùng hệ thống giếng thường hoặc hệ thống giếng kim và bơm cao áp.
4.3.2.1. Hệ thống giếng thường
Xung quanh hố móng bố trí một hệ thống giếng để nước ngầm tập trung vào, rồi dùng
máy bơm hút liên tục làm cho MNN được hạ xuống thấp;

/storage1/vhost/convert.123doc.vn/data_temp/document/ltt1479827979-214730314798279798090/ltt1479827979.doc
Trần Văn Toản


5
Đối với giếng thường rộng lòng, đào bằng thủ công thì đào tới đâu phải hạ ống bảo vệ
thành đến đó, đáy giếng được bảo vệ bằng một lớp cuội sỏi. Loại giếng này không thể
HMNN sâu được;
Muốn HMNN xuống sâu hơn nữa ta phải tạo giếng bằng ống nhựa hoặc thép. Quá
trình tạo ống thép có thể tóm tắt như sau:
- Hạ ống ngoài: Dùng nước cao áp (20atm) xói đất, do trọng lượng của ống và chấn
động, ống sẽ từ từ cắm sâu vào trong đất;
150~250
§Êt sÐt

B¬m n íc

D1

èng hót n íc

H1

δ

D2
B

Th©n èng
A

2000~3000

L íi läc bªn
ngoµi èng läc

A

Chi tiÕt A
èng hót

èng ch×m

H2

èng ngoµi b»ng
thÐp hoÆc gang

400~500

Hình 4.10. Giếng thường cỡ lớn

Hình 4.11. Ống lọc nước bằng gang đúc

- Hạ thành giếng: Đường kính thành giếng thường từ 20÷45cm. Đưa thành giếng lên
cao rồi thả vào trong ống ngoài đã hạ. Phần dưới của thành giếng có lỗ lọc nước. Chiều dài
đoạn này tùy thuộc vào địa chất và MNN;
- Nhổ ống ngoài lên và làm thiết bị lọc ngược: Trong quá trình rút ống ngoài lên thì đổ
cát sỏi xuống để làm tầng lọc. Nếu đất có lớp cát sỏi tự chúng có thể trở thành lớp lọc quanh
giếng thì không phải làm và tầng lọc chỉ cần làm ở đoạn ống có lỗ;
- Có thể mỗi giếng bố trí một máy bơm (như loại máy bơm chuyên dùng gắn ngay trên
thành giếng) hoặc 2÷3 giếng một máy bơm, tùy hoàn cảnh thực tế.
* Giếng thường với máy bơm sâu: Giếng thường với máy bơm sâu do bơm hút sâu đặt trên
đỉnh giếng hoặc bơm đặt chìm sâu trong giếng và ống lọc tạo thành.

/storage1/vhost/convert.123doc.vn/data_temp/document/ltt1479827979-214730314798279798090/ltt1479827979.doc
Trần Văn Toản


6
Thiết bị cấu thành giếng loại này bao gồm: các ống giếng lọc, các tổ máy bơm sâu đặt
ở mỗi giếng, cũng có thể đặt các máy bơm ở trên đỉnh giếng rồi dẫn ống hút có gắn chõ bơm
xuống đáy giếng, ống tập trung nước và ống xả nước.[5]
4.3.2.2. Hệ thống giếng kim
- Trường hợp hố móng lớn, hệ số thấm của đất nhỏ (K t=4÷10cm/s) nếu dùng giếng
thường thì không kinh tế, mà phải dùng hệ thống giếng kim;
- Hệ thống giếng kim gồm những ống lọc nhỏ, cắm xung quanh hoặc trong hố móng,
các giếng kim này nối liền với nhau bằng các ống chính tập trung nước và nối với máy bơm;
- Phân loại:

+ Giếng kim chân không;

+ Giếng kim có thiết bị dòng phun;
+ Giếng kim điện thấm.

* Cấu tạo hoạt động, ưu nhược điểm và điều kiện áp dụng:
èng thu n íc

èng giÕng kim
B¬m n íc

MNN
Hè mãng
èng thu n íc
TÇng chøa n íc

Hình 4.12. Mặt bằng bố trí hệ thống giếng kim xung quanh hố móng
Hệ thống giếng kim gồm những ống lọc nhỏ, cắm xung quanh hố móng. Các giếng
kim này nối liền với nhau bằng các ống chính tập trung nước và nối với máy bơm;
+ Phương pháp này tương đối phức tạp, đắt tiền nhưng vẫn được ứng dụng vì nó có
những ưu điểm sau:
- Làm cho đất trong hố móng với độ sâu khá lớn 5÷20m (lớn hơn giếng thường) trở
lên khô ráo, dễ thi công;
- Đất nền trong phạm vi HMNN sẽ được nén chặt hơn, an toàn cho công trình, đồng
thời giảm bớt được khối lượng mở móng do tăng được góc dốc của mái móng (tốt hơn giếng
thường);
- Giếng kim lọc là kết cấu đơn giản, gọn nhẹ, tốn ít công khi hạ và lắp ráp, hoạt động
nhanh chóng khi HMNN do các kim lọc được bố trí mau (sít nhau);
/storage1/vhost/convert.123doc.vn/data_temp/document/ltt1479827979-214730314798279798090/ltt1479827979.doc
Trần Văn Toản

7
- Nhược điểm lớn nhất đối với sự làm việc bình thường của giếng kim là mất chân
không tức là hiện tượng hút không khí vào ống hút. Chỉ cần MNN hạ thấp hơn mặt trên của
đoạn lọc là ống lọc bị hở, giếng mất chân không sẽ ngừng làm việc và có thể dẫn đến hệ
thống cũng ngừng làm việc;
+ Điều kiện áp dụng:
- Hố móng rộng, ở vào tầng đất có hạt nhỏ, hệ số thấm nhỏ như đất cát hạt nhỏ và hạt
vừa, đất phù sa, ...;
- Đáy móng trên tầng không thấm mỏng và phía dưới là nước áp lực;
* Bố trí hệ thống giếng kim:
Để bố trí giếng kim phải căn cứ vào yêu cầu về độ sâu phải HMNN, độ lớn và kích
thước mặt bằng hố móng, tính năng thấm của tầng chứa nước và hướng chảy của nước
ngầm,…. Nếu chiều sâu yêu cầu HMNN ở 4÷5m thì bố trí giếng 1 tầng, nếu chiều sâu yêu
cầu HMNN lớn hơn 6m thì có thể bố trí giếng 2 tầng hoặc nhiều hơn;
Nếu bề rộng hố móng <10m thì có thể đón đầu nguồn nước ngầm để bố trí một hàng
giếng kim. Khi bề rộng hố móng lớn thì có thể bố trí giếng xung quanh khép kín hoặc không
khép kín;
Sơ đồ bố trí một cấp giếng kim khi hố móng nông như hình 4.15.
Sơ đồ bố trí 2 tầng giếng kim khi hố móng sâu như hình 4.16.

S

hc

So

MNN ban ®Çu

GiÕng hót n íc h¹ thÊp MNN

Hg

H0

R

H

o

A
MNN æn ®Þnh sau khi h¹ thÊp

TÇng kh«ng thÊm

Hình 4.15. Mực nước ngầm được hạ xuống thấp hơn đáy đáy móng ổn định

/storage1/vhost/convert.123doc.vn/data_temp/document/ltt1479827979-214730314798279798090/ltt1479827979.doc
Trần Văn Toản


8

MNN ban ®Çu

GiÕng kim cÊp 1

GiÕng kim cÊp 2
TÇng kh«ng thÊm

Hình 4.16. Sơ đồ bố trí 2 cấp giếng kim khi hố móng sâu
* Khoan lỗ tạo giếng:
Khoan lỗ thường dùng khoan xung kích, khoan xoay, xói nước cao áp (0,4÷1)N/mm 2
hoặc phương pháp ống lồng. Độ sâu khoan lỗ phải sâu hơn đáy ống lọc 0,5m để cho cát lắng
đọng. Khi hạ giếng cần kịp thời dùng cát thô sạch để lấp chặt khoảng giữa thành lỗ đến
giếng kim, sau đó rửa giếng kim (dùng nước máy hoặc máy nén không khí) cho đến khi
nước trong6;
Từ mặt đất đến độ sâu (0,5÷1)m, tất cả các ống giếng kim đều được lấp kín bằng đất
sét để đề phòng rò khí;
* Những chú ý khi vận hành:
Sau khi nối khép kín hệ thống giếng kim mới tiến hành hút thử. Nếu thấy không rò
khí, mới chính thức cho hoạt động. Luôn luôn theo dõi đồng hồ chân không lắp sẵn trên hệ
thống để kiểm tra, thường độ chân không 55,3÷66,7Kpa (1Pa=1,02.10-5 KG/cm2=1,02.105
daN/cm2). Khi đường ống giếng bị rò khí thì sẽ không bảo đảm độ chân không;
Để giếng hoạt động liên tục, luôn luôn phải có thêm nguồn điện dự phòng và các thiết
bị thay thế bổ sung kịp thời;
Hệ thống chỉ ngừng hoạt động sau khi đã thi công xong phần dưới của công trình và
hố móng đã được lấp trả.
a) Các thiết bị chính của hệ thống giếng kim chân không

/storage1/vhost/convert.123doc.vn/data_temp/document/ltt1479827979-214730314798279798090/ltt1479827979.doc
Trần Văn Toản


9

7 1
3

5

6 7

ống giếng điểm

8
9

Bảo vệ bằng dây thép thô

2
1000~1500

4

Luới lọc thô
Luới lọc tinh
ống nhụa quấn
Lỗ nuớc vào ở thành ống
ống thép
Đầu ống bằng gang

Hỡnh 4.13. Cu to ging kim vi khp ni
bn l

Hỡnh 4.14. Cu to ng lc nc

1- ng dn; 2- ng hỳt; 3- Khp ni; 4- ng
lc; 5-ấ-cu; 6- Van; 7- ng cỳt ni; 8- ng
ni cú ren; 9- ng tp trung nc

- ng ging kim: gm thõn ng v on ng lc. Thõn ng gm nhng on ng thộp
50mm di 1,5ữ2,0m ni vi nhau tu theo chiu sõu ca ging. u ng l on ng lc
di 1ữ2m, thng l ng thộp 50mm cú c cỏc l 10ữ15mm b trớ nh 2 hỡnh hoa mai,
c ly gia cỏc l 30ữ40mm;
- ng thu nc chớnh: Dựng ng thộp 102ữ127mm gm nhiu on ni vi nhau
bng ren, cỏc ng ny c cỏch 1ữ2m t mt u ni mng xụng ni vi ging kim lc
bng nhng ng mm hoc ng cng;
Nờn t ng thu nc cỏc cao trờn MNN nhng cng thp cng tt;
- ng ni: Dựng ng cao su hoc ng nha 40ữ50mm, trờn ng ni nờn cú van v
cỏc thit b o ỏp lc kim tra. Dựng ng ni ni tip gia ng ging kim vi ng
chớnh thu nc v mỏy bm, hỡnh thnh mt h thng hon chnh;
- Thit b hỳt nc: Thit b hỳt nc c to thnh bi bm hỳt nc, ng h o
lu lng, ng h o chõn khụng v kột nc tun hon.
b) Phng phỏp ging kim cú thit b dũng phun
Ging cú cu to gm 3 phn chớnh: vũi phun, bm cao ỏp v ng ng dn. Thit b
phun gm 2 loi l phun nc v phun khớ;

/storage1/vhost/convert.123doc.vn/data_temp/document/ltt1479827979-214730314798279798090/ltt1479827979.doc
Trn Vn Ton


10
3

3

1
2

2

4

1

4

5

6

6

5

7

Hình 4.17. Cấu tạo giếng kim có thiết bị
dòng phun

Hình 4.18. Cấu tạo vòi phun

1- Bơm nước; 2- Két nước; 3- Ống nước 1- Miệng phun; 2- Buồng hỗn hợp; 3công tác; 4- Ống nước lên; 5- Bộ vòi phun; Buồng khuếch tán; 4- Buồng hút
nước; 5- Ống hút nước; 6- Ống phun;
6- Ống lọc
7- Ống lọc
Đây là hệ thống giếng kim hoạt động hút và bơm nước bằng kim phun đặt ở phía đỉnh
ống lọc. Nhờ nguyên lý thuỷ khí, nước bơm qua kim phun sẽ hút kéo theo nước dưới ống
lọc lên;
Giếng kim có vòi phun khác với loại giếng kim chân không ở chỗ nó có đường kính
lớn hơn, đoạn lọc, cột ống trên đoạn lọc dài hơn và ở trong ống lọc có một cột ống thứ 2 của

bộ phận hút nước kiển vòi phun;
Các thiết bị chính (hình 4.17);
Vòi phun: gồm 7 bộ phận như hình 4.18;
Việc hạ giếng kim có thiết bị dòng phun tương tự như giếng kim lọc chân không;
Giếng kim lọc có thiết bị dòng phun sử dụng trong các loại đất cát và cát sỏi là hợp lý
nhất, có thể hạ các ống lọc vào trong các loại đất này bằng phương pháp thủy lực mà không
cần đổ thêm vật liệu lọc;
Hiện nay chiều sâu HMNN bằng giếng kim vòi phun có thể đạt tới 18m. Sử dụng
chúng để hạ MMN sâu hơn, theo nguyên tắc hoạt động của vòi phun thì không có lợi vì đòi
hỏi nước phun phải có áp lực cao hơn.
c) Giếng kim kết hợp điện thấm
/storage1/vhost/convert.123doc.vn/data_temp/document/ltt1479827979-214730314798279798090/ltt1479827979.doc
Trần Văn Toản


11
Mun lm khụ nhng loi t dớnh cú h s thm K<0,1m/ngy ờm, nh t tht
nhóo, t sột pha cỏt, t phự sa bng ging kim thụng thng khụng cú hiu qu thỡ nờn ỏp
dng kt hp vi bin phỏp in thm;

MNN ban đầu

MNN ổn định sau khi hạ thấp

Thanh thép điện có cực d ơng
ống kim lọc có điện cực âm
Tầng không thấm

Hỡnh 4.19. Bin phỏp ging kim lc kt hp in thm HMNN
Bin phỏp in thm da trờn nguyờn tc di tỏc dng ca dũng in mt chiu

chy qua mt vt m ( õy l t) thỡ nc trong l rng ca t s chuyn dch t phớa cc
dng sang phớa cc õm. Cỏc ng lc dựng lm in cc õm, cũn cc dng l nhng thanh
thộp cm sõu xung t thnh hng song song vi hng ng lc v cỏch nhng ng ny
1m (hỡnh 4.19).
Nc l rng mang in tớch (+) cho nờn di tỏc
dng ca dũng in v chõn khụng ca ging kim, nc
c chy v phớa ging v h thng ging hot ng
nh ging kim bỡnh thng.
Nh vy, nc s thm t gia h múng ra xung
quanh, ng thi nc t cỏc phớa ngoi cng b ngn li
khụng thm c v phớa h múng. Ngoi ra nhng ht
t nh b hỳt v phớa cc dng, lm cho cỏc ng kim
lc khụng b bớt t lm tc ng lc.
Ging kim mang cc () l ng thộp 50ữ75mm,
cc (+) l thộp c >25mm cm phớa h múng, in
ỏp U=45ữ65(V). in th dũng in mt chiu dựng
õy khỏ nh khụng nguy him i vi ngi.[14]

ống PVC

ống lọc

d) Phng phỏp ging khoan UNICEF loi nh
Vic nhp cỏc thit b ging kim cũn nhiu khú
khn, vn chuyn xa, giỏ thnh t nờn vic s dng cỏc
ống PVC
thit b cú sn trờn th trng Vit Nam nh ging khoan
UNICEF l vn cn thit. Mt mt, to iu kin
/storage1/vhost/convert.123doc.vn/data_temp/document/ltt1479827979-214730314798279798090/ltt1479827979.doc
Trn Vn Ton

Hỡnh 4.20. Cu to ging
khoan loi nh


12
thuận lợi cho đơn vị thi công có thể lựa chọn thiết bị cho phù hợp, nhưng mặt khác yếu tố
quan trọng hơn là làm giảm giá thành thiết bị.
Giếng khoan UNICEF là loại giếng thường dùng để khai thác nước ngầm phục vụ sinh
hoạt do tổ chức UNICEF (United Nations International Children' s Emergency Fund) sáng
chế.
Các thiết bị chính của hệ thống giếng khoan UNICEF loại nhỏ (hình 4.20) bao gồm:
Ống chống: được lắp đặt bằng ống PVC Φ42÷49mm với nhiệm vụ bảo vệ thành lỗ
khoan và là đường dẫn ống nước lên trên mặt đất. Các ống PVC có chiều dài 4m được nối
với nhau bằng keo dán. Với chiều sâu giếng tới 100m hệ thống ống chống PVC vẫn luôn
đảm bảo an toàn. Nhiều khi ống chống PVC lại có ưu điểm hơn ống mạ kẽm, nhất là ở các
vùng phía dưới đất bị nhiễm mặn;
Ống lọc: Ống lọc được nối với ống chống cũng bằng keo dán. Ống lọc gồm nhiều đoạn
dài 30÷60cm nối với nhau bằng keo dãn. Chiều dài ống lọc xác định tùy thuộc vào cấu tạo
tầng chứa nước, thường dài từ 2÷4m (có khi tới 6m);
Ống lắng: là phần chót cuối cùng của giếng khoan. Đoạn ống lắng có tác dụng tích tụ
cát của lớp chứa nước lọt qua phần lọc. Ống lắng thường dài 2÷3m, cũng được cấu tạo bằng
ống PVC có đường kính Φ42÷49mm;
Công suất: Các kết quả khảo sát và đo đạc các giếng đã hoạt động cho thấy lưu lượng
dao động từ 2÷4m3/h;
Khi dùng loại giếng này để HMNN thì việc bố trí các giếng khoan, số lượng và độ sâu
của chúng cũng tương tự như loại giếng kim. Trong thiết kế có thể tính lưu lượng hút nước
giới hạn của mỗi giếng theo công thức kinh nghiệm sau:
q≤120ЛL.r. 3 K
Trong đó:

(4.6)

L – Chiều dài phần ống lọc ngập nước (m)
r – Bán kính của ống lọc (m)

Biện pháp thi công hạ giếng khoan và tính toán thiết kế khác tương tự như khi dùng
giếng kim.
4.3.3. Thiết kế hạ thấp mực nước ngầm
4.3.3.1. Tính lượng nước thấm vào giếng
Hiện tại chúng ta vẫn sử dụng các công thức tính toán hệ thống giếng HMNN của
Đuypuy dựa trên nguyên lý chuyển động không đều thay đổi dần. Chuyển động của dòng
thấm trong tầng đất thấm nước vào giếng được coi là ổn định và phễu bão hòa là một mặt
trụ đối xứng (hình 4.21);
a) Tính toán giếng hoàn chỉnh:
/storage1/vhost/convert.123doc.vn/data_temp/document/ltt1479827979-214730314798279798090/ltt1479827979.doc
Trần Văn Toản


13
- Giếng đơn:
Z

Q

A

A

h

Z

H

S

MNN thiªn nhiªn
§ êng b·o hßa

i=0

r

o

r

R

ro

r
Hình 4.21. Mặt cắt ngang giếng hoàn chỉnh
2kπHS
Q= ln r
ro

(4.7)

- Hệ thống giếng:

Sơ đồ tính toán hệ thống giếng hoàn chỉnh như hình 4.15. x o là khoảng cách đều từ tâm
hố móng đến các giếng.
Q = πK

(2 H − S ) S
R
ln
xo

(4.8)

b) Tính toán hệ thống giếng không hoàn chỉnh
Trong thực tế, lúc tầng thấm rất dày, đáy giếng không ăn sâu vào tầng không thấm
nước (hình 4.22) thì nước cung cấp cho giếng vừa qua thành bên của giếng vừa qua đáy
giếng. Khoảng cách từ đáy giếng đến tầng không thấm nước lớn, trong tầng thấm nước có
vùng trên là tham gia vào việc cung cấp nước cho giếng. Vùng đó gọi là vùng hoạt động và
giếng tiêu nước như vậy là giếng không hoàn chỉnh;
Theo phương pháp đúng dần, ta phân lượng nước thấm vào các giếng không hoàn
chỉnh ra làm 2 phần Q’ và Q”:
πK

Q=Q’+Q”=

2Sot
(2H − S )S
+ πK
R + xo
R + xo
ln
ln

t
xo
xo −
2

(4.9)

/storage1/vhost/convert.123doc.vn/data_temp/document/ltt1479827979-214730314798279798090/ltt1479827979.doc
Trần Văn Toản


14
Z

Q

A

A

t/2

Đ ờng bão hòa
Q'

R
ro

Q"

t/2

t

(xo-t/2)

t/2

Ta

H

S

So

MNN thiên nhiên

Hỡnh 4.22. S tớnh toỏn ging khụng hon chnh

R

H

Ta

S

S

ha

So

MNN ban đầu

MNN ổn định sau khi hạ thấp
Giếng hút n ớc hạ thấp MNN

t

xo
Tầng không thấm

Hỡnh 4.23. S tớnh toỏn h thng ging khụng hon chnh
Vi: R= 2 S HK v xo=

F
; F L din tớch h múng;


(4.10)

Tr s Ta c ly theo bng 3.1 sau:
Bng 4.1. Tr s Ta ph thuc vo S v H
So
H
Ta
H

0,2

0,3

0,5

0,8

1,0

1,30

1,60

1,70

1,85

2,00

c) Tớnh toỏn bng phn mm Modflow
Khi thit k HMNN bo v mỏi v nn mt h múng khụng phi ch cú mt ging m
l nhiu ging, cú th b trớ thnh mt hng hoc nhiu hng ging lm vic ng thi thỡ s
nh hng ca chỳng vi nhau l yu t yờu cu cn c xột n. c bit khi h thng
/storage1/vhost/convert.123doc.vn/data_temp/document/ltt1479827979-214730314798279798090/ltt1479827979.doc
Trn Vn Ton


15
giếng này gồm nhiều loại giếng khác nhau, có lưu lượng bơm khác nhau, đặt ở độ sâu khác

nhau, hoặc do địa chất ở xung quanh các giếng này khác nhau và nguồn bổ sung lượng nước
ngầm khác nhau nên lưu lượng thấm vào các giếng khác nhau, …làm cho các yếu tố đầu
vào của việc tính toán phức tạp hơn thì việc tính toán theo truyền thống sẽ gặp nhiều khó
khăn, sai số sẽ lớn;
Khi thiết kế HMNN đòi hỏi phải đưa ra nhiều phương án lựa chọn thiết bị HMNN, bố
trí hệ thống giếng khác nhau, … để tính toán so sánh về kinh tế và kỹ thuật để lựa chọn
phương án tối ưu. Do đó, cán bộ thiết kế sẽ mất nhiều thời gian và công sức để tính toán;
Như vậy, việc ứng dụng công nghệ tin học bằng các phần mềm chạy trong môi trường
Windows để tính toán thiết kế HMNN là điều cần thiết để giảm công sức, thời gian và tăng
độ tin cậy;
Nổi trội trong các phần mềm hiện đại ngày nay là phần mềm Visual Modflow của
Canada sản xuất. Phiên bản mới nhất là 4.2.0.151 sản xuất năm 2006 chạy trong môi trường
Windows XP, có giao diện thân thiệt và sự hỗ trợ rất lớn về đồ họa cho phép người sử dụng
có thể mô phỏng mô hình tính toán dạng 2D hoặc 3D;
Phần mềm VisualModflow được các chuyên gia trên thế giới và ở Việt Nam đánh giá
là một chương trình hoàn chỉnh nhất, đáp ứng khả năng mô phỏng môi trường 3 chiều của
dòng chảy nước dưới đất và di chuyển của các chất ô nhiễm dựa trên cơ sở dòng thấm
không ổn định. Nó được tổng hợp của các chương trình MODFLOW, MODPATH, MT3D
và PEST. Giao diện và cấu trúc menu cho phép dễ dàng định phạm vi, đơn vị và xác định
các đặc điểm về điều kiện biên, chạy mô hình, kiểm định mô hình và thể hiện các kết quả
với các đường đẳng áp, đồ thị, miền cùng màu. Mạng lưới, thông số đưa vào và kết quả có
thể hiện trên mặt cắt hay trên bề mặt bất kỳ lúc nào trong khi xây dựng mô hình hay khi
biểu diễn các kết quả. VisualModflow là phần mềm mạnh, có đủ tính năng cần cho mô hình
dòng chảy nước ngầm 3 chiều và di chuyển của chất nhiễm bẩn;
Công ty Waterloo Hydrogeologic phát triển phần mềm Visual Modflow từ năm 1989
và đã được sử dụng ở 90 nước trên thế giới. Phiên bản VisualModflow Ver 1.0 phát hành
vào tháng 8/1994 và trở thành mô hình chuẩn về nước dưới đất và môi trường cho trên 3500
người dùng ở các hãng tư vấn, cơ sở giáo dục và các tổ chức chính phủ trên toàn thế giới;
Phần mềm VisualModflow (Ver 4.2.0.151) được tung ra thị trường đầu năm 2007 có
các tính năng cơ bản gồm các menu chính Input, Run và Output. Ngoài ra còn có hệ thống

Setup và Help.
4.3.3.2. Xác định các thông số của hệ thống giếng kim
+ Các thông số tính toán: Hệ số thấm của đất K(m/ngày đêm), đường kính ống lọc D
(mm), chiều dài ống lọc L(m), chiều sâu HMNN ở đáy hố móng So(m);
+ Xác định khả năng hút của một giếng q:
/storage1/vhost/convert.123doc.vn/data_temp/document/ltt1479827979-214730314798279798090/ltt1479827979.doc
Trần Văn Toản


16
q=Fg.v

(4.11)

Trong đó: Fg – diện tích phần lọc (hút);
V – Tốc độ nước thấm lớn nhất vào ống lọc, xác định theo Abramốp: v=60
4

K (m/ngđ)

+ Xác định độ sâu HMNN trong giếng S:
S=So+∆S
∆S=

Trong đó:
Với:

(4.12)

q

1,32 L
. ln
(m)
2πLK
r

r – Bán kính của giếng (cm);

+ Xác định chiều sâu hạ giếng H:
H=So+L+∆S+∆h+ho

(4.13)

Trong đó: ∆h – Cột nước tiêu hao khi nước chảy qua ống lọc (0,5÷1,0)m;
ho – Độ ngập nước của phần lọc (0,5÷2,0)m;
+ Xác định bán kính ảnh hưởng R của việc HMNN:
R=2S H.K =2.7,86. 11,86.8,5 =157,84(m)

(4.14)

+ Xác định bán kính biểu kiến xo:
x0 =

F
π

(4.15)

+ Xác định trị số vùng ảnh hưởng Ta theo bảng 3.1;
+ Xác định số lượng giếng n:

n=

Q
.m
q

Với m – Hệ số dự trữ, m=1,2÷1,3

(4.16)

+ Xác định khoảng cách giữa các giếng e:
e=

P
(m)
n

(4.17)

4.3.4. Những chú ý khi hạ thấp mực nước ngầm
- Ở các góc hố móng, phía gần nguồn nước như: sông, suối, hồ … (hướng thấm) nên
bố trí giếng kim dày hơn;
- Khi lắp đường ống phải đảm bảo thật kín;
- Để đề phòng tắc bộ phận lọc nên đổ sỏi quanh ống lọc 5÷7cm và cao hơn ống lọc
1m;
- Ống chính tập trung nước đặt càng thấp càng tốt;
/storage1/vhost/convert.123doc.vn/data_temp/document/ltt1479827979-214730314798279798090/ltt1479827979.doc
Trần Văn Toản

17
- Chi phí tiêu nước ngầm rất cao nên cần tự động hóa trong quá trình vận hành và kết
hợp các biện pháp công trình khác để hạn chế nguồn thấm vào móng như: cọc cừ, hào
Bentonit, tạo màng chống thấm bằng khoan phụt...
4.4. Bảo vệ hố móng không bị phá hoại khi tiêu nước
4.4.1. Bảo vệ nền công trình chống nước ngầm phái hoại
Khi làm khô hố móng thường hay xảy ra hai hiện tượng hư hỏng nền như sau:
- Hiện tượng xói rỗng là hiện tượng đất nền bị dòng nước thấm lôi cuốn đi. Hiện tượng
này chỉ xuất hiện trong những đất rời hoặc ít dính như đất cát, cát pha sét. Mức độ xói rỗng
và phá hoại cơ cấu đất nền càng tăng, khi chiều sâu hố móng càng sâu so với MNN và
cường độ bơm nước ra khỏi hố móng càng lớn;
- Hiện tượng bục nền là hiện tượng đất nền bị mất ổn định hoàn toàn. Thường xảy ra
cả trong đất rời lẫn đất dính. Do nước ngầm có áp từ dưới đẩy lên có thể làm phá vỡ lớp đất
mặt nền không thấm nước hoặc ít thấm nước (hình 4.24 và 4.25);

MNN

Hè mãng

§Êt sÐt pha c¸t
§Êt c¸t

§Êt c¸t

N íc cao ¸p

Hình 4.24. Tác dụng của nước ngầm có áp có thể gây bục đáy hố móng
MNN

H

hn
h®
C¸t

Líp ®Êt kh«ng thÊm

N íc cao ¸p

Hình 4.25. Nước ngầm có áp tác dụng lên lớp đất không thấm ở đáy móng có thể gây bục
đáy hố móng
Điều kiện nền công trình không bị nước ngầm có áp phá bục nền có thể biểu diễn
bằng bất đẳng thức :
H.γ ≤ hn. γ + hđ. γđ

(4.18)

Trong đó: H – Cột nước áp lực(m);
/storage1/vhost/convert.123doc.vn/data_temp/document/ltt1479827979-214730314798279798090/ltt1479827979.doc
Trần Văn Toản


18
hn – Chiều dày lớp nước trên đáy hố móng(m);
hđ – Chiều dày lớp đất không thấm dưới đáy hố móng(m);
γ và γđ – Dung trọng của nước và dung trọng đẩy nổi của đất(T/m3);
Muốn ngăn ngừa hiện tượng xói ngầm và bục đáy móng do nước ngầm người ta áp
dụng những biện pháp bảo vệ nền bằng cách tiêu nước (HMNN) dùng các giếng kim giảm
áp hoặc gia tải. Nhưng việc áp dụng phương pháp nào, trước hết phụ thuộc vào tính thấm
nước của đất đá chứa nước, chiều dày tầng chứa nước, đặc điểm địa chất thủy văn và độ sâu
yêu cầu HMNN.

4.4.2. Bảo vệ mái hố móng khi tiêu nước
Mái hố móng sẽ không ổn định khi nước chảy trên mặt hoặc nước ngầm thấm từ mái
ra. Do đó, biện pháp hiệu quả là hạn chế nước chảy vào hố móng:
+ Với nước mặt: đào mương, rãnh tiêu nước, đắp con trạch…;
+ Với nước ngầm: Đóng ván cừ, gia cường chân mái, cọc tre, phên nứa, rơm rạ, rọ đá,
tầng lọc ngược…

/storage1/vhost/convert.123doc.vn/data_temp/document/ltt1479827979-214730314798279798090/ltt1479827979.doc
Trần Văn Toản