Chuong 5 nuoc duoi dat

CHƯƠNG 5.
NƯỚC DƯỚI ĐẤT
Khi chuyển động trong các lỗ rỗng, nước dưới đất gây
trở ngại cho việc thi công và điều kiện làm việc công
trình: gây ngập hố móng, đẩy trồi và gây mất ổn định
hố đào, cáy chảy,...
Các chất hóa học trong nước dưới đất có thể gây ăn
mòn và phá hoại các cấu kiện bê tông.


Chỉ tiêu đặc trưng cho khả năng thoát nước của đất
đá là độ thoát nước µ:
µ = Vwr / V
Vwr Thể tích nước thoát ra tự dưới tác dụng trọng lực.
V Thể tích đất đá bão hòa nước.
Đối với đất sét thì µ ≈ 0; đối với đất cát, cuội sỏi thì µ ≈ n
(độ rỗng).
 Hệ tầng đất đá bở rời hoặc nứt nẻ chứa đầy nước
trọng lực được gọi là tầng chứa nước hoặc lớp
chứa nước.
 Hệ tầng đất đá thấm nước yếu hoặc không thấm
được gọi là tầng cách nước. Ngoài các lớp đá cứng,
các lớp sét cứng, nửa cứng được xem là tầng
không thấm nước.


5.1. CÁC TÍNH CHẤT CHỨA NƯỚC CỦA ĐẤT ĐÁ









Thực tế việc chia tầng chứa – cách nước tương đối,
quy ước theo độ dẫn:
Km x mm ≥ 20 Ky x my
Km, mm hệ số thấm và bề dày tầng thấm mạnh (chứa
nước)
Ky, my hệ số thấm và bề dày tầng thấm yếu (cách
nước)
Đất đá cứng chắc thì độ ẩm nhỏ và độ ẩm (độ chứa
nước) không ảnh hưởng đến tính chất xây dựng.
Đất đá mềm rời (sét), độ ẩm là một chỉ tiêu trạng
thái: WL, WP, WS

5.1. CÁC TÍNH CHẤT CHỨA NƯỚC CỦA ĐẤT ĐÁ












Tính chất vật lý:
Tỷ trọng: phụ thuộc muối hòa tan.
Nhiệt độ: càng xuống sâu nhiệt độ tăng ổn định
Độ trong suốt: phụ thuộc lượng khoáng hòa tan,
hợp chất hóa học, hữu cơ, keo nước…
Màu của nước: phụ thuộc thành phần hóa học, tạp
chất. Nước cứng màu nhạt, Fe và H2S lục…
Mùi: vi khuẩn, khí nguồn gốc hóa học vd H2S
Vị: Ca(HCO3)2 ngọt, NaCl mặn, MgSO4 đắng…
Tính dẫn điện
Tính phóng xạ

5.2.1. Chất lượng nước dưới đất


Tính chất hóa học thể hiện thông qua các ion có
trong nước.
Các nguyên tố và ion đóng vai trò chủ yếu: Cl-, HCO3-,
SO42-, CO32-, Ca2+, Mg2+, Na+, K+,…
Vi nguyên tố (Zn, Br, Mn, Cu, Pb…), siêu nguyên tố
(Hg,Au, Rb…)
 Ion Cl-: NaCl, nước vị mặn, ion này trội hơn các ion
khác trong tầng nước sâu.
 Ion HCO3-: gặp trong nước nhạt, do hòa tan đá
carbonat. Liên quan ăn mòn bê tông
 Ion SO42-: trong nước tiếp xúc thạch cao, có chứa H2S,
có vị chát.
 Ion Ca2+:trội hơn trong ước nông độ khoáng ít.
 Ion Mg2+


5.2.1. Chất lượng nước dưới đất









Ion Na+: thường có nồng độ cao. (10-100g/l). Vùng
nước gần mặt đất hàm lượng tăng cao: nhiễm bẩn.
Ion sắt…: có vị kim loại, dễ vẩn đục nước.
Khí trong nước dưới đất: CO2, O2, H2S, CH4…CO2 và
H2S có độ hòa tan lớn nhất.
Khí CO2: có nhiều trong nước axit, CO32- có nhiều trong
nước pH>8.5.
Khí O2: có trong nước uống, hàm lượng giảm dần theo
độ sâu.
Khí H2S: có trong nước gần đầm hồ và bùn, mùi khó
chịu, không dùng ăn uống, tăng tính ăn mòn của nước.

5.2.1. Chất lượng nước dưới đất


Độ pH:
H2O ↔H++OHHằng số phân ly:
[H + ][OH − ]

K
=

= 1,8.10−16
[H 2O]

pH = - lg[H+]
 Ở đây: [H+] – nồng độ của ion H+.
 Trung tính: pH=7
 Axit: pH<7
 Bazo: pH>7

5.2.1. Chất lượng nước dưới đất


Độ cứng là tính chất của nước có chứa những hợp chất
hòa tan của Ca2+ và Mg2+.
2 cách đánh giá độ cứng:
-Biểu diễn bằng độ Đức:
H=0.1a+0.14b
Với H: độ cứng tính theo độ Đức
a: lượng mg CaO trong 1l nước
B: lượng mg MgO trong 1l nước

5.2.1. Chất lượng nước dưới đất


-Biểu diễn bằng hàm lượng meq/l của Ca2+ và Mg2+
Số mg của một đương lượng là tỷ số nguyên tử lượng
(phân tử lượng) và hóa trị.

Vd: Ca2+=40/2=20mg
Mg2+=24/2=12mg
Hàm lượng meq/l (miligam đương lượng/lít) là tỷ số giữa
hàm lượng mg/l và số mg của đương lượng.
Lưu ý: 1meq/l=2,80 Đức
1+ Đức=0,357 meq/l
Rất mềm

<1,5 meq/l

<4,20

Mềm

1,5-3 meq/l

4,20-8,40

Hơi cứng

3-6 meq/l

8,50-16,80

Cứng

6-9 meq/l

16,80-25,20

Rất cứng

>9 meq/l

>25,20

5.2.1. Chất lượng nước dưới đất


Độ khoáng hóa: tổng số các ion, phân tử và các hợp chất
khác chứa trong nước hợp thành lượng khoáng hóa của
nước, biểu diễn bằng hàm lượng g/l.
Lưu ý thành phần cacbonic gây ăn mòn bê tông
CaCO3+H2O+CO2→Ca2++2HCO3-

5.2.1. Chất lượng nước dưới đất







Trữ lượng tĩnh: Qt = µV
µ: độ thoát nước của đất đá
V: thể tích tầng chứa nước
Trữ lượng động: Qd = K A J = K H J B.

Trong đó: K – Hệ số thấm của đất đá; A – tiết diện dòng
thấm; H – chiều cao dòng thấm; B – bề rộng dòng thấm;

J – gradient thấm tự nhiên.
- Trữ lượng khai thác Qkt:nước lấy lên mà không làm thay
đổi đáng kể trạng thái cân bằng của đất. (lấy nhiều, hạ
mực nước ngầm, lún công trình).

5.2.2. Trữ lượng nước dưới đất





Số mg của một đương lượng là tỷ số của nguyên tử
lượng (phân tử lượng) và hoá trị.
Để chuyển các kết quả phân tích dưới dạng mg/l thành
dạng đương lượng mg, người ta chia lượng mg/l cho số
mg của đương lượng của chúng.

5.3. CÁC HÌNH THỨC HỆ THỐNG HÓA KẾT
QUẢ THÍ NGHIỆM NƯỚC


Tính toán kết quả thí nghiệm thành % đương lượng.

Ion
Na+
Ca2+
Mg2+

mg/l
190,9

24,0
4,8

Cl –
SO42HCO3-

213,0
14,4
219,6

Ví dụ

meq/l

% đương lượng


Ion
Na+
Ca2+
Mg2+

mg/l
190,9
24,0
4,8

Cl –
SO42HCO3-

213,0
14,4
219,6

meq/l
8,3
1,2
0,4
9,9
6,0
0,3
3,6
9,9

% đương lượng
83,8
12,1
4,0
100
60,6
3,0
36,4
100

Công thức Courlov và tên nước
Công thức Courlov tổng quát có dạng:

A
K .M . .T . pH
C

K - ký hiệu chất khí chứa trong nước (mg/l)
M - tổng khoáng hóa của nước (g/l)
A - các anion hàm lượng >10% xếp giảm dần và hàm lượng % của chúng.
C - các cation hàm lượng >10% xếp giảm dần và hàm lượng % của chúng.
T - nhiệt độ của nước ở điểm lấy mẫu.
pH - độ pH

Ví dụ




Kết quả phân tích mẫu nước theo ví dụ được biểu diễn
như sau:

Cl − (60,6% )HCO3− (36,4% )
CO2 (87 mg / l )M (0,667 g / l )
pH (7,1)
+
2+
Na (83,8% )Ca (12,1% )

Gọi tên nước: Tên nước được gọi theo tên các
anion và cation có hàm lượng trên 25% xếp giảm
dần. Ví dụ trên là: Clorua – Bicarbonat – Natri.

Ví dụ




5.4.1. Đánh giá chất lượng nước dùng trong sinh
hoạt
5.4.2. Đánh giá chất lượng nước dùng trong xây
dựng (xem bảng trong tài liệu)

Theo ví dụ đã nêu: tổng hàm lượng Cl- và SO42trong khoảng 201-400, hàm lượng HCO3- là
3,6meq/l, theo bảng tra: a = 0,17; b = 23. Do đó:
a[Ca2+] + b = 0,17x 24 + 23 = 27<87mg/l. Vậy
mẫu nước có tính ăn mòn CO2.

5.4. ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG NƯỚC ĐỐI VỚI
XÂY DỰNG


Dấu hiệu ăn mòn của nước môi
trường

Công trình không chịu cột nước ép
Môi trường bao quanh

Số
TT

Công trình chịu
cột nước ép

Nơi chứa nước lộ thiên

hoặc đất thấm nước
trung bình và mạnh
(K≥0,1m/ngày đêm)

Đất thấm nước yếu
(K<0,1m/ngày đêm)

Nước
bao
quanh bê tông
trong điều kiện
bất kỳ

1

Độ kiềm bicacbonat (tính ăn mòn
khử kiềm) tính theo mgeq/l hoặc
theo độ nhỏ hơn

1,5 (4o)

Không qui định

2 (6o)

2

Chỉ số hydro (tính ăn mòn axit), nói
chung pH nhỏ hơn

6,5

5

6,5

3

Lượng chứa cacbonit tự do (tính ăn
mòn cacbonit) tính theo mg/l lớn
hơn

a[Ca2+] + b

a[Ca2+] + b + 40

a[Ca2+] + b

4

Lượng chứa muối Mg (tính ăn mòn
manhê) được đổi ra ion Mg2+ đo
bằng mg/l có tính cả lượng chứa ion
SO42- đo bằng mg/l lớn hơn.
Lượng chứa ion Mg2+ trong mọi
trường hợp lớn hơn

1000 – [SO42-]
1000

6000 – [SO42-]
2000

4000 – [SO42-]
1000


5

Lượng chứa sunfat (tính ăn mòn
sunfat) được tính đổi ra ion
SO42- đo bằng mg/l – khi
lượng chứa ion Cl- nhỏ hơn
1000mg/l - lớn hơn.
Lượng chứa sunfat khi lượng
chứa ion Cl- lớn hơn 1000mg/l
- lớn hơn
Lượng chứa ion SO42- trong mọi
trường hợp không lớn hơn

300
150 + 0,15[Cl-]
1000

300
150 + 0,15[Cl-]
1000

250
100 + 0,15[Cl-]

1000

6

Lượng chứa muối amoniac (tính
ăn mòn amoniac) tính theo
mg/l – lớn hơn

1000

1000

1000

7

Lượng chứa kiềm ăn da (tính ăn
mòn kiềm) tính theo mg/l lớn
hơn

50

80

30

8

Lượng chứa Clorua sunfat, nitrat
và các muối khác cũng như

điều kiện khí hậu nóng (khi có
các bề mặt bay hơi) tính theo
mg/l – lớn hơn

10

10

Theo nghiên
cứu
chuyên
môn


Tổng hàm lượng Cl- + SO42- (mg/l)

HCO3mgeq/l

1.4
1.8
2.1
2.5
2.9
3.2
3.6
4.0
4.3
4.7
5.0
5.4

độ

4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15

0 - 200

201 - 400

401 - 600

601 - 800

801 - 1000

> 1000

a

b

a

b

a

b

a

b

a

b

a

b

0.01
0.04
0.07
0.10
0.13
0.16
0.20
0.24

0.28
0.32
0.36
0.40

16
17
19
21
23
25
27
29
32
34
36
38

0.01
0.04
0.06
0.08
0.11
0.14
0.17
0.20
0.24
0.28
0.32
0.36

17
18
19
20
21
22
23
24
26
27
29
30

0.01
0.03
0.05
0.07
0.09
0.11
0.14
0.16
0.19
0.22
0.25
0.29

17
17
18

19
19
20
21
22
23
24
26
27

0.00
0.02
0.04
0.06
0.08
0.10
0.12
0.15
0.17
0.20
0.23
0.26

17
18
18
18
18
19
19

20
21
22
23
24

0.00
0.02
0.04
0.06
0.07
0.09
0.11
0.13
0.16
0.19
0.22
0.24

17
18
18
18
18
18
18
19
20
21
22

23

0.00
0.02
0.04
0.05
0.07
0.08
0.10
0.12
0.14
0.17
0.19
0.22

17
18
18
18
18
18
18
19
20
21
22
23


h

z

Maët chuaån

Sơ đồ một tầng chứa nước không áp theo mặt cắt.

5.5. CÁC LOẠI NƯỚC DƯỚI ĐẤT


a

c

b

H

z

Sơ đồ tầng áp lực và sự hình thành giếng phun (artezi)
a- miền cung cấp; b- miền tàng trữ; c-miền thoát nước.

5.5. CÁC LOẠI NƯỚC DƯỚI ĐẤT




Xác định hướng dòng ngầm theo phương pháp tam
giác.

40

B
39
38
37

A
36

36
D

35

34

C

5.5. CÁC LOẠI NƯỚC DƯỚI ĐẤT





Nước thổ nhưỡng
Nước thấu kính (tầng nước trên)

Đới thông khí

Thấu kính sét

Đới bão hòa

5.5.2. Các tầng chứa nước phân chia theo
điều kiện phân bố


Sơ đồ quan hệ giữa nước mặn và nước nhạt ở bờ biển
1. Mực nước biển; 2. Bề mặt thoáng của nước nhạt; 3. Đường cân
bằng giữa nước mặn và nước ngọt
2
h

1

bieån

H- h

H- h

H

3

5.5.2. Các tầng chứa nước phân chia theo
điều kiện phân bố




Tầng chứa nước kẹp giữa hai tầng cách nước.
điều kiện để cho đáy hố móng không bị bục là trọng
lượng của tầng cách nước phải bằng hoặc lớn hơn áp
lực đẩy ngược của nước áp lực:
γt ≥ γw (h + t)

h
t

Nước áp lực (artezi)