Đề xuất quy trình thiết kế hệ thống tháo khô trong khai thác đào hố móng và thi công tầng hầm

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
------------o0o-------------

ĐÀO HỒNG HẢI

ĐỀ XUẤT QUY TRÌNH THIẾT KẾ HỆ THỐNG THÁO KHƠ
TRONG KHAI ĐÀO HỐ MĨNG VÀ THI CƠNG TẦNG HẦM

CHUYÊN NGÀNH : ĐỊA KỸ THUẬT
MÃ SỐ NGÀNH

: 60 44 68

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, THÁNG 12 NĂM 2011


CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG -HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS. Nguyễn Đình Tứ
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)
Cán bộ chấm nhận xét 1 :PGS.TS.Nguyễn Việt Kỳ
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)
Cán bộ chấm nhận xét 2 :TS.Trần Văn Xuân
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM
ngày 23 tháng 12 năm 2011
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ)

1. PGS.TS.Đậu Văn Ngọ
2. PGS.TS.Nguyễn Việt Kỳ
3. TS.Trần Văn Xuân
4. TS.Phan Thị San Hà
5. TS.Võ Đại Nhật
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên
ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƢỞNG KHOA KT ĐC &DK


TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
PHÕNG ĐÀO TẠO SĐH
-----oOo-----

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
-----oOo----TP. HCM ngày 01 tháng 12 năm 2011

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên : ĐÀO HỒNG HẢI

Phái: Nam

Ngày tháng năm sinh: 04 – 04 – 1978

Nơi sinh: Bình Phƣớc

Chuyên ngành: Địa Kỹ Thuật

MSHV: 10351036

I.

II.

TÊN ĐỀ TÀI: “ĐỀ XUẤT QUY TRÌNH THIẾT KẾ HỆ THỐNG THÁO
KHƠ TRONG KHAI ĐÀO HỐ MĨNG VÀ THI CƠNG
TẦNG HẦM”
NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
- Thu thập tài liệu liên quan đến đề tài.
- Sử dụng phần mềm Aquifertest tính tốn các thơng số địa chất thủy văn bằng các
phương pháp khác nhau, nhận xét kết quả tính tốn.
- Sử dụng kết quả thí nghiệm địa chất thủy văn để tính tốn hạ thấp mực nước theo
phương pháp truyền thống (tính tốn bằng cơng thức tốn học).
- Sử dụng phần mềm GMS 7.1và MODFLOW mơ phỏng q trình hạ thấp mực
nước ngầm, nhận xét về kết quả tính tốn.
- Đề xuất quy trình thiết kế hệ thống tháo khô phục vụ cho công tác khai đào hố
móng và thi cơng tầng hầm, kết hợp hệ thống quan trắc.
- Áp dụng qui trình cho cơng trình khu cao ốc phức hợp Ngân Bình.

III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ:
V. CÁN BỘ HƢỚNG DẪN:
CÁN BỘ HƢỚNG DẪN

11/07/2011
12/12/2011
TS. NGUYỄN ĐÌNH TỨ

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN
QL CHUYÊN NGÀNH

KHOA QUẢN LÝ
CHUYÊN NGÀNH


-i-

LỜI CẢM ƠN
“Không thầy đố mày làm nên”, đúng như câu tục ngữ ấy trong suốt một năm
rưỡi vừa qua tôi đã được các thầy cô của Khoa Kỹ thuật Địa chất và Dầu khí nói
chung và các thầy cơ bộ mơn Địa kỹ thuật nói riêng, đã tận tình hướng dẫn và giúp
đỡ tôi, không chỉ trong học tập và nghiên cứu mà cịn giúp tơi rất nhiều trong định
hướng cơng tác hiện tại và tương lai của mình. Để bày tỏ lịng tri ân, tơi xin được
gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến q thầy cơ trong Khoa và Bô môn.
Tôi xin được gửi lời cảm ơn đến thầy TS. Nguyễn Đình Tứ, người đã hướng
dẫn tơi trong suốt q trình Đại học và cao học.
Tơi xin gửi lời cảm ơn đến thầy PGS.TS.Nguyễn Việt Kỳ - Trưởng khoa Kỹ
thuật Địa chất và Dầu khí; Thầy PGS.TS.Đậu Văn Ngọ, là những người thầy đã
truyền đạt cho tôi rất nhiều kiến thức trong học tập, nghiên cứu khoa học, cũng như
trong công việc.
Xin cảm ơn các anh chị em đồng nghiệp những người đã luôn giúp đỡ tôi
trong cơng việc nghiên cứu này.
Tơi cảm ơn gia đình tơi, những người thân nhất của tôi họ luôn ở bên tôi ủng
hộ, động viên, và giúp đỡ tôi trong cuộc sống này.
Mặc dù đã rất cố gắng nhưng do thời gian có hạn nên khơng tránh khỏi những
sai sót, rất mong nhận được sự cảm thơng, chỉ bảo, và đóng góp của q thầy cơ, các
anh chị đồng nghiệp cùng toàn thể bạn bè.

Xin chân thành cảm ơn !
Học viên cao học
Đào Hồng Hải


-ii-

TĨM TẮT LUẬN VĂN
Trong q trình khai đào hố móng và thi công tầng hầm, công tác tháo khô hạ
thấp mực nước dưới đất thường là nguyên nhân gây ra các hiện tượng bục đáy hố
móng, cát chảy, lún mặt đất,…làm ảnh hưởng đến cơng trình đang thi cơng và các
cơng trình lân cận, gây thiệt hại lớn về người và tài sản. Để có biện pháp kiểm sốt
nước dưới đất hợp lý và hiệu quả cần phải có tài liệu hướng dẫn chi tiết. Ở Việt
Nam hiện nay có một số tác giả đã nghiên cứu về vấn đề này nhưng chưa đưa ra
phương pháp cụ thể. Vì vậy, việc đề xuất quy trình thiết kế hệ thống tháo khơ phục
vụ trong cơng tác khai đào hố móng và thi công tầng hầm là cần thiết và cấp bách.
Quy trình này hướng dẫn các bước khảo sát, đánh giá điều kiện địa chất địa chất
cơng trình - địa chất thủy văn. Thực hiện các thí nghiệm hiện trường tính tốn các
thơng số địa chất thủy văn phục vụ cho thiết kế hệ thống tháo khô. Sử dụng các
phần mềm GMS và MODFLOW mơ phỏng lại q trình bơm hút để kiểm tra các số
liệu đã tính tốn. Kết hợp thiết kế hệ thống quan trắc để đánh giá sự thay đổi mực
nước dưới đất và sự dịch chuyển của tường chắn. Học viên áp dụng quy trình trên
phục vụ cho cơng trình khu cao ốc phức hợp Ngân Bình.


-iii-

MỤC LỤC
Nội dung

Trang

MỞ ĐẦU

................................................................................................................. 1

I.

Tính cấp thiết của đề tài...........................................................................1

II. Tình hình nghiên cứu...............................................................................1
2.1.Tình hình nghiên cứu trong nước ...................................................... 1
2.2.Tình hình nghiên cứu ngồi nước......................................................2
III. Mục tiêu của đề tài ..................................................................................3
IV. Nhiệm vụ luận văn...................................................................................3
V. Phương pháp nghiên cứu .........................................................................4
VI. Nội dung nghiên cứu ...............................................................................4
VII. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn .................................................................4
VIII. Sản phẩm của luận văn ........................................................................5
IX. Điểm mới của luận văn ............................................................................5
Chương 1 NHỮNG RỦI RO TRONG KHAI ĐÀO HỐ MĨNG VÀ THI CƠNG
TẦNG HẦM ............................................................................................ 6
1.1 Lún đất xảy ra do tháo khô ......................................................................6
1.2 Bục đáy hố móng (Upheaval) ................................................................11
1.3 Hiện tượng cát chảy (Sand boiling) .......................................................12


-iv-

Chương 2 KIỂM SOÁT NƯỚC NGẦM TRONG KHAI ĐÀO HỐ MĨNG VÀ

THI CƠNG TẦNG HẦM...................................................................... 16
2.1 Các phương pháp áp dụng để kiểm soát nước ngầm ...........................16
2.1.1 Hào hoặc rãnh thoát nước .............................................................17
2.1.2 Phương pháp giếng sâu .................................................................18
2.1.3 Phương pháp giếng điểm ..............................................................21
2.2 Tính tốn các thơng số địa chất thủy văn ..............................................22
2.2.1 Phương pháp Theis (Đối với tầng chứa nước có áp) ....................22
2.2.2 Phương pháp Cooper – Jacob .......................................................25
2.2.2.1 Hạ thấp – thời gian (1946) .....................................................25
2.2.2.2 Hạ thấp – khoảng cách (1946) ...............................................25
2.2.2.3 Hạ thấp – thời gian – khoảng cách (1946) .............................26
2.2.3 Phương pháp Hantush – Jacob (1955) ..........................................27
2.2.4 Phương pháp Neuman (1975) .......................................................29
2.2.5 Phương pháp Moench (1993) .......................................................32
2.2.6 Phương pháp Moench dòng chảy trong đá nứt nẻ (1984).............35
2.2.7 Phương pháp Theis Giật cấp (1935) .............................................39
2.2.8 Phương pháp Cooper – Jacob giật cấp (1946) ..............................41
2.2.9 Phương pháp thí nghiệm phục hồi Theis ( có áp) .........................43


-v-

2.2.10 Phương pháp Hantush – Bierchenk tổn thất giếng khoan.............44
2.2.11 Phương pháp Thí nghiệm tỷ lưu lượng .........................................46
Chương 3 QUY TRÌNH THIẾT KẾ HỆ THỐNG THÁO KHƠ ........................... 48
3.1 Giới thiệu ...............................................................................................48
3.2 Khảo sát đặc điểm địa chất cơng trình và địa chất thủy văn .................48
3.2.1 Điều kiện địa chất và đất đá ..........................................................49
3.2.2 Đặc tính của nước dưới đất ...........................................................50
3.2.3 Tính thấm của tầng chứa nước ......................................................51

3.2.4 Năng lượng....................................................................................52
3.2.5 Dịng mặt .......................................................................................53
3.2.6 Phân tích dịng ngầm .....................................................................53
3.2.7 Phân tích Tính tốn lưu lượng và độ hạ thấp mực nước cho cơng
trình ...............................................................................................54
3.2.7.1 Khái qt chung .....................................................................54
3.2.7.2 Các phương pháp tính tốn lưu lượng và độ hạ thấp mực nước
của các loại cơng trình tháo khơ .............................................54
3.2.7.3 Bán kính ảnh hưởng ..............................................................63
3.2.8 Xây dựng lưới thấm ......................................................................64
3.3 Lập phương án tháo khô ........................................................................67


-vi-

3.3.1 Lựa chọn các phương pháp bơm hút tháo khô ..............................68
3.3.2 Xác định các thông số địa chất thủy văn.......................................68
3.3.3 Xác định cơng suất của giếng bơm hút .........................................68
3.3.4 Tính tốn số lượng giếng cần thiết kế ...........................................70
3.3.5 Tính tốn mức độ ảnh hưởng của việc hạ thấp mực nước ............72
3.3.6 Lắp đặt hệ thống tháo khơ và kiểm sốt nước ngầm ....................73
3.3.6.1 Hệ thống giếng sâu .................................................................73
3.3.6.2 Hệ thống giếng điểm ..............................................................74
3.3.7 Vận hành và kiểm soát các biểu hiện của hệ thống ......................75
3.3.7.1 Đối với giếng sâu ...................................................................75
3.3.7.2 Đối với giếng điểm .................................................................76
3.4 Lưu đồ thiết kế hệ thống tháo khơ .........................................................76
Chương 4 QUY TRÌNH THIẾT KẾ HỆ THỐNG QUAN TRẮC......................... 78
4.1 Giới thiệu chung ....................................................................................78
4.2 Các sự cố thường xảy ra trong khai đào hố móng và thi công tầng hầm ..

...........................................................................................................78
4.2.1 Sự cố do mật độ khảo sát địa chất không đủ.................................79
4.2.2 Sự cố do đất bị sụt lở hoặc bị sập ở thành hố đào.........................79
4.2.3 Sự cố do chất lượng tường vây không tốt .....................................79


-vii-

4.2.4 Hiện tượng bục đáy hố đào ...........................................................80
4.2.5 Sự cố do ảnh hưởng của tai biến địa chất .....................................80
4.3 Vai trò của quan trắc địa kỹ thuật..........................................................80
4.4 Mục tiêu và đối tượng quan trắc ............................................................80
4.4.1 Mục tiêu quan trắc.........................................................................80
4.4.2 Đối tượng quan trắc ......................................................................82
4.4.2.1 Sự dịch chuyển bao gồm ........................................................82
4.4.2.2 Đo các ứng suất và biến dạng gồm ........................................82
4.4.2.3 Đo áp lực nước gồm có ..........................................................82
4.5 Quy trình thiết kế hệ thống quan trắc ....................................................83
4.5.1 Khảo sát.........................................................................................83
4.5.1.1 Khảo sát địa kỹ thuật ..............................................................84
4.5.1.2 Khảo sát các cơng trình hiện hữu lân cận khu vực thi công ..86
4.5.2 Thu thập tài liệu về cơng trình ......................................................87
4.5.3 Lập kế hoạch - Phương án quan trắc.............................................88
4.5.4 Các hạng mục của hệ thống quan trắc ..........................................90
4.5.4.1 Quan trắc ứng xử của môi trường địa chất :...........................90
4.5.4.2 Quan trắc ứng xử của hệ thống chống đỡ : ............................91


-viii-

4.5.4.3 Quan trắc ứng xử của nhà và cơng trình lân cận : ..................91
4.5.5 Xác định vị trí lắp đặt các dụng cụ hoặc thiết bị quan trắc ...........91
4.5.6 Phân tích, dự đốn các giá trị của các thơng số quan trắc ............91
4.5.7 Lựa chọn quy cách lắp đặt các dụng cụ quan trắc ........................92
4.5.8 Đặt ra giá trị mức độ báo động và mức độ nguy hiểm .................92
4.5.9 Xác định tần số đo của các dụng cụ đo .........................................94
4.5.10 Thiết kế và vận hành hệ thống quan trắc ......................................95
Chương 5 THIẾT KẾ HỆ THỐNG THÁO KHÔ CHO KHU CAO ỐC PHỨC
HỢP NGÂN BÌNH ................................................................................ 97
5.1 Mục đích và u cầu của chủ đầu tư .....................................................97
5.2 Đặc điềm ĐCTV khu vực TP.HCM ......................................................98
5.2.1 Các tầng chứa nước (TCN) ...........................................................98
5.2.2 Chất lượng NDĐ cho mục tiêu sinh hoạt ......................................98
5.2.3 Chất lượng NDĐ cho mục đích kỹ thuật ......................................99
5.3 Khối lượng các công tác và biện pháp thi công ..................................100
5.3.1 Công tác khoan thăm dị địa chất thủy văn .................................100
5.3.2 Cơng tác bơm ..............................................................................101
5.3.2.1 Cơng tác bơm rửa: ................................................................101
5.3.2.2 Bơm thí nghiệm chùm: .........................................................101


-ix-

5.3.3 Cơng tác lấy và phân tích mẫu nước ...........................................102
5.4 Đặc điểm địa chất và địa chất thủy văn ...............................................102
5.4.1 Tầng sét và sét pha chứa nước rất kém .......................................102
5.4.2 Tầng cát pha, cát chứa nước áp lực.............................................104
5.4.3 Chất lượng nước: ........................................................................105
5.5 Tính tốn các thơng số địa chất thủy văn ............................................105
5.5.1 Theo tài liệu bơm hút thí nghiệm hiện trường ............................105

5.5.1.1 Theo phương pháp Cooper&Jacob I ....................................105
5.5.1.2 Theo phương pháp Hantush .................................................108
5.5.2 Theo tài liệu đo phục hồi ............................................................109
5.5.2.1 Theo phương pháp Theis & Jacob .......................................109
5.6 Xác định lưu lượng cần bơm hút và bố trí sơ đồ hệ thống tháo khô ...112
5.7 Lắp đặt các hạng mục tháo khô ...........................................................115
5.8 Thiết kế hệ thống quan trắc cho công trình .........................................116
5.9 Vận hành hệ thống tháo khơ ................................................................118
5.10

Phân tích quá trình hạ thấp bằng phần mềm ...................................119

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ................................................................................. 122
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 124
PHỤ LỤC ................................................................................................................. a


-x-

DANH SÁCH HÌNH ẢNH
Hình

Trang

Hình1.1:

Xác định độ lún mặt đất xung quanh hố đào ........................................... 6

Hình1.2:

Quan hệ về độ lệch ngang và độ sâu hố đào giữa các loại tường trong
đất sét cứng, đất cát ................................................................................. 7

Hình1.3:

Độ lún cực đại quan trắc được lân cận các hố đào .................................. 8

Hình1.4:

Đánh giá lún mặt đất (a) cát, (b) sét cứng đến rất cứng, và (c) sét mềm

và trung bình. ........................................................................................... 8
Hình1.5:

Ảnh hưởng của tháo khô trong hố đào: (a) Tháo khô trong hố đào, trên
tầng khơng thấm; (b) tháo khơ bên ngồi hố đào, bên trên tầng không
thấm; (c) tháo khô trong tầng nước có áp bên dưới đới đào; (d) tháo khơ
trong tầng nước có áp trong đới đào; và (e) tháo khơ trong tầng nước có
áp bên dưới chân tường chắn................................................................. 10

Hình1.6:

Phân tích hiện tượng bục hố móng ........................................................ 12

Hình1.7:

Ứng suất tổng, ứng suất có hiệu, và sự thay đổi áp lực nước lỗ rỗng
trong đất cát ........................................................................................... 13

Hình1.8:

Lưới thấm dưới chân tường chắn .......................................................... 15

Hình 2.1:

Các điều kiện ứng dụng các phương pháp tháo khơ khác nhau ........... 17

Hình 2.2:

Tháo khơ bằng phương pháp đào hào, rãnh thốt nước ........................ 18

Hình 2.3:

Tháo khơ bằng phương pháp giếng sâu ................................................. 19

Hình 2.4:

Sơ đồ thiết kế một giếng bơm hút hồn chỉnh ....................................... 20

Hình 2.5:

Tháo khơ bằng phương pháp giếng điểm .............................................. 21

Hình 2.6:

Phương pháp theis ................................................................................. 24

Hình 2.7:

Phương pháp Neuman ........................................................................... 30

Hình 2.8:

Đồ thị hàm giếng theo thời gian ............................................................ 31

Hình 2.9:

Sơ đồ thí nghiệm Moench ..................................................................... 32

Hình 2.10: Hình minh họa cho sự tổn thất của giếng thí nghiệm............................ 44
Hình 3.1.

Sự khơng đồng nhất của các lớp đất đá ................................................. 49


-xi-

Hình 3.2.

Rãnh thốt nước khơng hồn chỉnh trong tầng khơng áp có 1 đường
nguồn ..................................................................................................... 55

Hình 3.3.

Rãnh thốt nước khơng hồn chỉnh trong tầng nước có áp, với 1 nguồn
cấp .......................................................................................................... 56

Hình 3.4.

Rãnh thốt nước khơng hồn chỉnh trong tầng chứa nước khơng áp, 2

nguồn cấp............................................................................................... 57

Hình 3.5.

Rãnh thốt nước khơng hồn chỉnh giữa 2 nguồn cấp trong điều kiện
nước có áp.............................................................................................. 58

Hình 3.6.

Biểu đồ quan hệ giữa tỉ số W/D và hệ số λ ........................................... 58

Hình 3.7.

Hai rãnh thốt nước song song khơng hồn chỉnh trong điều kiện nước
khơng áp ................................................................................................ 59

Hình 3.8.

Hai rãnh thốt nước song song, khơng hồn chỉnh trong điều kiện nước
có áp....................................................................................................... 60

Hình 3.9.

Giếng đơn hồn chỉnh trịng tầng: a) chứa nước khơng áp; b) trong tầng
chứa nước có áp ..................................................................................... 61

Hình 3.10. Nhóm giếng hình trịn ............................................................................ 62
Hình 3.11. Dịng chảy qua một tầng đất đồng nhất ................................................. 65
Hình 3.12. Hiệu suất của cơng tác bơm hút ............................................................ 69
Hình 3.13. Bán kính ảnh hưởng của một giếng lớn ................................................ 71

Hình 3.14. Các giếng bố trí trong một hố đào ......................................................... 72
Hình 3.15. Sơ đồ hệ thống giếng điểm đặc trưng .................................................... 74
Hình 3.16. Giếng điểm lắp đặt bằng phương pháp tự bơm phụt ............................. 75
Hình 3.17. Lưu đồ thiết kế và vận hành hệ thống tháo khơ .................................... 77
Hình 4.1

Sơ đồ bố trí các hạng mục quan trắc trong một hố đào ......................... 83

Hình 4.2

Lưu đồ kiểm sốt hệ thống quan trắc .................................................... 96

Hình 5.1.

Vị trí cơng trình ..................................................................................... 97

Hình 5.2.

Mặt bằng cơng trình và vị trí các giếng khoan ĐCTV ........................ 101

Hình 5.3.

Sơ đồ bố trí kết cấu giếng khoan thí nghiệm ĐCTV ........................... 102

Hình 5.4.

Biểu đồ bơm hút giếng trung tâm, tính theo Cooper&Jacob 1............ 106

Hình 5.5.

Tính tốn các thơng số theo Cooper&Jacob I-Giếng QS 1 ................. 107


-xii-

Hình 5.6.

Tính tốn các thơng số ĐCTV theo Cooper&Jacob I-Giếng QS2 ...... 107

Hình 5.7.

Biểu đồ bơm hút giếng trung tâm, tính theo Hantush-Giếng QS 1 ..... 108

Hình 5.8.

Tính tốn các thơng số theo Hantush-Giếng QS 2 .............................. 109

Hình 5.9.

Tính tốn các thông số ĐCTV theo phương pháp Theis&Jacob-đo phục
hồi, giếng TT ....................................................................................... 110

Hình 5.10. Tính tốn các thơng số ĐCTV theo phương pháp Theis&Jacob-đo phục
hồi, giếng QS1 ..................................................................................... 110
Hình 5.11. Tính tốn các thơng số ĐCTV theo phương pháp Theis&Jacob-đo phục
hồi, giếng QS1 ..................................................................................... 111
Hình 5.12. Sơ đồ mặt bằng và độ sâu khai đào tầng hầm cơng trình .................... 113
Hình 5.13. Kết cấu giếng bơm hút......................................................................... 114
Hình 5.14. Sơ đồ bố trí các giếng bơm hút ............................................................ 116
Hình 5.15. Mặt bằng bố trí các hạng mục quan trắc ............................................. 117

Hình 5.16. Sơ đồ phễu hạ thấp mực nước với Q = 11627.5 m3/ngày ................... 120
Hình 5.17. Mặt cắt phễu hạ thấp mực nước, Q = 11627.5 m3/ngày ...................... 120
Hình 5.18. Phễu hạ thấp mực nước tính theo phần mềm GMS 7.1 ....................... 121


-xiii-

DANH SÁCH BẢNG BIỂU
Danh sách

Trang

Bảng 3.1

Hệ số thấm của một số loại cát điển hình .............................................. 51

Bảng 4.1.

Các giá trị kiểm sốt cho hệ thống quan trắc của cơng trình nhà cao
tầng có tầng hầm .................................................................................... 92

Bảng 4.2.

Tần số quan trắc của hệ thống quan trắc trong thi công tầng hầm nhà
cao tầng .................................................................................................. 94

Bảng 5.1:

Bảng tổng hợp các thông số ĐCTV tính theo các phương pháp: ........ 112

Bảng 5.2:

Bảng so sánh kết quả chạy mơ hình và số liệu thiết kế ....................... 121


-1-

MỞ ĐẦU
I. Tính cấp thiết của đề tài
Q trình khảo sát các cơng trình đang khai đào hố móng và thi công tầng hầm
ở Việt Nam cho thấy các hiện tượng bục đáy hố móng, cát chảy, lún mặt đất thường
xuyên xảy ra, và hầu hết trực tiếp hoặc gián tiếp đều liên quan đến việc kiểm soát
nước dưới đất. Hậu quả của các sự cố này ảnh hưởng đến cơng trình đang thi cơng
và các cơng trình lân cận, gây ra các thiệt hại lớn về người và tài sản. Các hiện
tượng đó có thể phát triển mạnh khi các nhà thầu chưa hiểu hết điều kiện địa chất
công trình và điều kiện nước dưới đất trong khu vực thi công, hoặc thiếu kinh
nghiệm trong thiết kế và vận hành hệ thống tháo khơ cơng trình ngầm. Vì vậy, để
cơng tác thi cơng được thành cơng cần phải có một quy trình hướng dẫn chi tiết các
bước thiết kế, lắp đặt và vận hành hệ thống tháo khơ.

II. Tình hình nghiên cứu
2.1.Tình hình nghiên cứu trong nƣớc
Tình hình nghiên cứu trong nước có một số cơng trình tiêu biểu sau đây:
1) Những rủi ro trong xây dựng cơng trình ngầm và yêu cầu quan trắc - quản lý
của Nguyễn Bá Kế, đã nêu lên các rủi ro và sự chủ quan trong công tác quản
lý thi công, đưa ra một số hạng mục quan trắc trong quá trình thi cơng cơng
trình ngầm, đưa ra bài học kinh nghiệm.
2) Kiểm soát chặt chẽ nước dưới đất là biện pháp ngăn ngừa sự cố hố đào của
Nguyễn Bá Kế, nêu vai trị của cơng tác kiểm sốt nước dưới đất trong q
trình tháo khơ hố móng xây dựng nhà cao tầng.

3) Từ các sự cố cơng trình xây dựng có phần ngầm, những vấn đề đặt ra từ đầu
để phòng ngừa của Nguyễn Văn Hiệp, nêu lên một số vấn đề cần quan tâm
trước khi thi cơng xây dựng cơng trình ngầm.


-2-

4) Ảnh hưởng của việc đào hố móng và hạ mực nước ngầm của Trần Quang
Hộ, dừng lại ở việc nêu một số ảnh hưởng trong q trình tháo khơ hố móng.
5) Những vấn đề địa kỹ thuật khi thiết kế về thi cơng đào hố móng sâu tại khu
vực thành phố Hồ Chí Minh của Đặng Hữu Diệp, dừng lại ở việc nêu lên
các điều lưu ý về địa kỹ thuật của khu vực thành phố Hồ Chí Minh.
6) Hạ mực nước ngầm trong xây dựng tầng hầm của Phạm Hồng Luân, tổng
quát về các phương pháp hạ mực nước ngầm trong thi công xây dựng tầng
hầm, dừng lại ở việc nêu lên một số biện pháp khả thi để xem xét khi xây
dựng các tầng hầm sâu trên 3 tầng ở thành phố Hồ Chí Minh.

2.2. Tình hình nghiên cứu ngồi nƣớc
Một số cơng trình tiêu biểu sau:
1) Quy định tạm thời về quản lý cơng trình hố móng sâu của thành phố Thượng
Hải của C.Y.Ou; J.T.Liao; W.L.Cheng, quy định về trình tự trong thi cơng và
kiểm sốt khi xây dựng cơng trình có hố móng đào sâu của thành phố
Thượng Hải.
2) Bài học kinh nghiệm về sự cố sập tường vây và giải pháp khắc phục cơng
trình trạm xử lý nước thải tại Bangkok-Thái Lan.
3) Sự cố cơng trình Highland Towers tại Malaysia của Khaw Aik Heng và
Nguyễn Quốc Tuấn, nêu lên vai trị của cơng tác khảo sát tìm hiểu địa chất
khu vực xây dựng là vô cùng quan trọng.
4) Earth retention systems handbook của nhà xuất bản MC Graw Hill, nêu lên
một số nguyên tắc trong thiết kế hệ thống quan trắc trong xây dựng hố đào.

5) Deep excavation của Chang-Yu Ou đã đưa ra hệ thống qua trắc trong thi
công hố đào sâu, nhưng vẫn chưa phân tích nguyên tắc lựa chọn cách bố trí
các cơng cụ quan trắc.


-3-

6) Excavations and foundations in soft soil của Hans-Georg Kempfert, Berhane
Gebreselassie trình bày các nghiên cứu về quá trình khai đào hố móng và thi
cơng tầng hầm, cũng như các sự cố gặp phải trong thi công.
7) Deep Excavation của Malcolm Puller, trình bày khá chi tiết về quy trình khai
đào các loại hố đào, đặc biệt rất quan tâm đến cơng tác kiểm sốt q trình
tháo khơ.
8) Dewatering and Goundwater control của bộ hải quân của Mỹ, trình bày rất
chi tiết về thiết kế và kiểm soát nước ngầm cho các cơng trình ngầm.

III. Mục tiêu của đề tài
Trước tầm quan trọng của công tác xử lý nước dưới đất trong khai đào hố
móng và thi cơng tầng hầm nhà cao tầng, cùng với tình hình nghiên cứu trong và
ngoài nước học viên đặt ra mục tiêu nghiên cứu của đề tài:
Lập quy trình thiết kế hệ thống tháo khơ trong khai đào hố móng và thi
cơng tầng hầm trong các điều kiện địa chất thủy văn khác nhau

IV. Nhiệm vụ luận văn
 Thu thập tài liệu liên quan đến đề tài.
 Sử dụng phần mềm Aquifertest tính tốn các thông số địa chất thủy văn
bằng các phương pháp khác nhau, nhận xét kết quả tính tốn.
 Sử dụng kết quả thí nghiệm địa chất thủy văn để tính tốn hạ thấp mực
nước theo phương pháp truyền thống (tính tốn bằng cơng thức tốn học).
 Sử dụng phần mềm GMS 7.1và MODFLOW mơ phỏng q trình hạ thấp

mực nước ngầm, nhận xét về kết quả tính tốn.
 Lập quy trình thiết kế hệ thống tháo khơ phục vụ cho cơng tác khai đào hố
móng và thi cơng tầng hầm, kết hợp hệ thống quan trắc.
 Thiết kế hệ thống tháo khơ cho cơng trình khu cao ốc phức hợp Ngân Bình.


-4-

V. Phƣơng pháp nghiên cứu
 Thu thập tài liệu liên quan đến đề tài nghiên cứu
 Tiến hành phân tích và xử lý số liệu.
 Sử dụng một số phần mềm như: Aquifertest; GMS; MODFLOW để tính tốn
các thơng số địa chất thủy văn, và tính tốn hạ thấp mực nước trong q trình
thi cơng.
 Áp dụng quy trình thiết kế hệ thống tháo khô phù hợp cho một công trình
khu cao ốc phức hợp Ngân Bình.

VI. Nội dung nghiên cứu
 Cơ sở lý thuyết tính tốn trong q trình thiết kế hệ thống tháo khơ.
 Tính tốn các thơng số địa chất thủy văn theo phần mềm Aquifertest.
 Sử dụng kết quả thí nghiệm địa chất thủy văn để tính tốn hạ thấp mực nước
theo phương pháp truyền thống (tính tốn bằng cơng thức tốn học).
 Sử dụng phần mềm GMS 7.1 và MODFLOW 2.8 hạ thấp mực nước ngầm.
 Quy trình thiết kế hệ thống quan trắc cho cơng trình.
 Lập quy trình thiết kế hệ thống tháo khơ phục vụ cho cơng tác khai đào hố
móng và thi công tầng hầm.

VII. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
a) Ý nghĩa khoa học
 Xác định các thông số ĐCTV bằng phần mềm Aquifertest.

 Tính tốn lưu lượng cần tháo khơ bằng nhiều phương pháp để tìm ra mối
quan hệ và khả năng áp dụng phần mềm GMS và MODFLOW mô phỏng
công tác hạ thấp mực nước ngầm.
 Đề xuất quy trình thiết kế hệ thống tháo khơ kết hợp lắp hệ thống quan
trắc, phục vụ công tác khai đào hố móng và thi cơng tầng hầm.


-5-

b) Ý nghĩa thực tiễn
 Đề xuất cho các cơ quan chức năng “Quy trình thiết kế hệ thống tháo khơ
áp dụng cho các cơng trình nhà cao tầng có tầng hầm và các cơng trình
ngầm cần tháo khơ”.
 Tăng tính an tồn khi thi cơng hạng mục tháo khơ cho cơng trình ngầm.
 Sử dụng phần mềm tính tốn các thông số ĐCTV, và hạ thấp mực nước
ngầm. Rút ngắn thời gian và tăng tính khoa học.

VIII. Sản phẩm của luận văn
1. Quy trình thiết kế hệ thống tháo khơ trong khai đào hố móng và thi cơng tầng
hầm.
2. Bảng tổng hợp kết quả tính tốn các thơng số ĐCTV bằng phần mềm
Aquifertset.
3. Bảng so sánh kết quả độ hạ thấp mực nước bằng phần mềm GMS và
MODFLOW với kết quả thiết kế.

IX. Điểm mới của luận văn
 Lần đầu tiên đề xuất quy trình thiết kế hệ thống tháo khơ phục vụ q trình
khai đào hố móng và thi cơng tầng hầm.
 Tính tốn tháo khơ bằng các phương pháp tính tốn số học, mơ phỏng trước
cơng tác vận hành hệ thống bằng các phần mềm GMS và MODFLOW.

-6-

Chƣơng 1
NHỮNG RỦI RO TRONG KHAI ĐÀO HỐ MÓNG VÀ THI
CƠNG TẦNG HẦM
1.1 Lún đất xảy ra do tháo khơ
Sự góp phần của tháo khơ đến độ lún mặt đất là điều hiển nhiên. Những loại
đất sét thơng thường có thể lún nhanh và rộng trong q trình tháo khơ hơn các loại
đất sét cố kết cứng. Schweiger và Breymann, 1994, nghiên cứu cho rằng có khoảng
75% sự lún đất tại bề mặt đã xảy ra trong quá trình hạ thấp mực nước ngầm trong
các hố đào được chắn giữ bởi tường chắn trong đất trầm tích hồ mềm yếu ở
Salzburg.

Hình1.1:

Xác định độ lún mặt đất xung quanh hố đào (theo Peck, 1969)

Tuy nhiên, với sự phát triển của kỹ thuật thiết kế và xây dựng gần đây, các
đơn vị thi công thường xuyên dùng tường cứng cũng như tường trong đất và tường
cọc khoan nhồi làm hệ thống chắn giữ trong q trình thi cơng, nên phạm vi lún đất
nhìn chung đã giảm bớt. Clough và O’Rourke 1990 đã cho thấy rằng trung bình
δv,max/h khoảng 0.15% (hình 1.3) và δh,max/h khoảng 0.2% (hình 1.2). Họ tạo ra sơ đồ


-7-

đường bao lún bề mặt đất để đánh giá sự phân bố độ lún bên cạch hố đào trong đất
sét hạt mịn đến trung (hình 1.4). Theo hình này, dịch chuyển thẳng đứng có thể mở

rộng từ cạnh sâu của một hố đào đến một khoảng cách gấp hai lần độ sâu của hố
đào đối với đất sét mịn đến trung. Trong biểu đồ của Peck (hình 1.1), sự ảnh hưởng
mở rộng càng xa từ 2 đến 4 lần độ sâu của hố đào trong đất rất mịn đến mịn.
Fujita,1994, cũng trích dẫn một báo cáo từ hố đào sâu 36.6 m trong tầng đất mịn ở
Tokyo. Duncan và Bentler 1998 đã tóm tắt biểu hiện của một hố đào trong đất sét
mịn mềm đến cứng từ những năm 1960 và cho thấy rằng giá trị trung bình của
δv,max/h là 1.3% trong thời gian từ năm 1962 -1975, đến khoảng thời gian những
năm 1990-1998 δv,max/h khoảng 0.4%. Uchida và nnk, 1993, cho rằng độ lún tối đa

Độ lún đất cực đại δv,max [mm]

bằng 0.08% độ sâu của hố đào.

Độ sâu của hố đào h [m]
Hình1.2:

Quan hệ về độ lệch ngang và độ sâu hố đào giữa các loại tường trong
đất sét cứng, đất cát (Clough and O’Rourke 1990)

Tháo khô hố đào với mục đích làm khơ đáy hố đào để thuận tiện trong q
trình thi cơng. Khi chúng ta hạ thấp mực nước ngầm sẽ làm giảm áp lực nước lỗ
rỗng và làm tăng ứng suất có hiệu của đất, đây chính là nguyên nhân gây lún mặt
đất. Trong đất cát ngồi lún đàn hồi cịn có lún cố kết. Thông thường độ lún đàn hồi
nhỏ hơn rất nhiều so với lún cố kết nên có thể bỏ qua. Cho nên khi bơm hạ mực
nước nhất thiết phải quan tâm đến độ lún cố kết trong đất sét yếu.


-8-

Hình1.3: Độ lún cực đại quan trắc được lân cận các hố đào (Clough and

O´Bourke 1990)

Hình1.4: Clough và O’Rourke đánh giá lún mặt đất (a) cát, (b) sét cứng đến rất
cứng, và (c) sét mềm và trung bình.


-9-

Để xác định lún cố kết xảy ra do quá trình bơm chúng ta có thể sử dụng lý
thuyết cố kết một trục của Terzaghi như sau:
Đối với đất sét cố kết bình thường :

v 

 '  
H
Cc log v 0 '
1  e0
 v0

(1.1)

Đối với đất sét quá cố kết:

p
 v, 0  
H
H
v 
C s log , 

Cc log
1  e0
 v 0 1  e0
 ,p
,

(1.2)

Trong đó:
v : Độ lún cố kết, m.
H : Độ dày của lớp đất sét yếu, m.
e0: Hệ số rỗng ban đầu.
Cc: Chỉ số nén lún, có thể lấy được từ thí nghiệm nén cố kết.
Cs: Chỉ số trương nở, lấy từ thí nghiệm nén cố kết.
σ'vo: Ứng suất có hiệu theo phương đứng của lớp phủ bên trên đất sét, kN/m2.
σ’p : Ứng suất tiền cố kết, kN/m2.
Δσ : Gia số của ứng suất có hiệu theo phương đứng gây ra do quá trình bơm
hút, kN/m2.