Nghiên cứu giải pháp hạ mực nước ngầm hố móng áp dụng cho các trạm bơm ven sông đáy hà nội

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI

DƯƠNG BÁ HÙNG

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP HẠ MỰC NƯỚC NGẦM HỐ MÓNG
ÁP DỤNG CHO CÁC TRẠM BƠM VEN SÔNG ĐÁY – HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Hà Nội – 2014


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI

DƯƠNG BÁ HÙNG

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP HẠ MỰC NƯỚC NGẦM HỐ MÓNG
ÁP DỤNG CHO CÁC TRẠM BƠM VEN SƠNG ĐÁY – HÀ NỘI
Chun ngành: Xây dựng cơng trình thủy
Mã số: 60.58.40

LUẬN VĂN THẠC SĨ
Người hướng dẫn khoa học:

1. GS.TS. DƯƠNG THANH LƯỢNG
2. PGS.TS. LÊ VĂN HÙNG

Hà Nội – 2014


Mẫu gáy bìa luận văn:

DƯƠNG BÁ HÙNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ

HÀ NỘI – 2014


LỜI CẢM ƠN
Luận văn thạc sĩ chuyên ngành xây dựng cơng trình thủy với Đề tài “Nghiên
cứu giải pháp hạ mực nước ngầm hố móng. Áp dụng cho các trạm bơm ven sơng
Đáy – Hà Nội” được hồn thành với sự cố gắng nỗ lực của bản thân tác giả và sự
giúp đỡ nhiệt tình của các thầy, cơ giáo, gia đình, cơ quan, bạn bè và đồng nghiệp.
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Thầy giáo hướng dẫn: GS.TS.
Dương Thanh Lượng và PGS.TS. Lê Văn Hùng đã tận tình hướng dẫn cũng như
cung cấp tài liệu, thông tin khoa học cần thiết cho luận văn.
Tác giả xin trân trọng cảm ơn các thầy, cô giáo Phịng đào tạo đại học và Sau
đại học, khoa Cơng trình - Trường Đại học Thuỷ Lợi đã tận tình giảng dạy và giúp
đỡ tác giả trong suốt q trình học tập, cũng như quá trình thực hiện luận văn này.
Để hồn thành luận văn, tác giả cịn nhận được sự cổ vũ, động viên khích lệ
thường xun và giúp ñỡ về nhiều mặt của gia ñình, cơ quan, bạn bè và ñồng
nghiệp.

BẢN CAM KẾT VỀ ĐỀ TÀI LUẬN VĂN
Kính gửi : - Ban giám hiệu trường ñại học Thủy lợi
- Khoa Cơng trình trường đại học Thủy lợi
- Phịng Đào tạo ñại học và sau ñại học trường ñại học Thủy lợi
- Bộ môn công nghệ và quản lý xây dựng trường đại học Thủy lợi
Tên tơi là : Dương Bá Hùng
Ngày, tháng, năm sinh :

19/12/1989

Học viên cao học lớp :

CH20C11

Niên khóa :

2012 – 2014

Chun ngành :

Xây dựng cơng trình thủy

Tơi viết bản cam kết này xin cam kết rằng ñề tài luận văn “Nghiên cứu giải
pháp hạ thấp mực nước ngầm hố móng. Áp dụng cho các trạm bơm ven sơng Đáy –
Hà Nội” là cơng trình nghiên cứu của cá nhân tơi. Tơi đã nghiêm túc đầu tư thời
gian và công sức của bản thân, cùng với sự hướng dẫn tận tình của GS.TS. Dương
Thanh Lượng và PGS.TS. Lê Văn Hùng để tơi có thể hồn thành đề tài theo ñúng
quy ñịnh của nhà trường. Nếu những ñiều cam kết của tơi có bất kỳ điểm nào khơng

đúng, tơi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm.

Hà nội, ngày 10 tháng 05 năm 2014
Cá nhân cam kết

Dương Bá Hùng


MỤC LỤC


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Phân biệt cát chảy……………………………………………………….14
Hình 1.2. Mặt cắt ngang hố móng trạm bơm Như Trác……………………………18
Hình 1.3. Mặt cắt ngang hố móng trạm bơm Quế………………………………....19
Hình 1.4. Mặt cắt ngang hố móng cống Vân Cốc………………………………….20
Hình 2.1. Hệ thống tiêu nước xung quanh hố móng……………………………….25
Hình 2.2. Hệ thống tiêu nước nằm ngang………………………………………….26
Hình 2.3. Hệ thống tiêu nước thẳng ñứng………………………………………….26
Hình 2.4. Thiết bị tiêu nước chặn trên……………………………………………..27
Hình 2.5. Hệ thống tiêu nước ven bờ………………………………………………27
Hình 2.6. Giếng thường cỡ lớn…………………………………………………….29
Hình 2.7. Ống lọc nước bằng gang đúc……………………………………………29
Hình 2.8. Cấu tạo chi tiết A………………………………………………………..29
Hình 2.9. Sơ đồ bố trí hệ thống giếng kim xung quanh hố móng…………………30
Hình 2.10. Sơ họa ống lọc của giếng kim khi làm việc……………………………32
Hình 2.11. Cấu tạo giếng kim với khớp nối………………………………………..33
Hình 2.12. Cấu tạo ống lọc giếng…………………………………………………..33
Hình 2.13. Sơ đồ bố trí cấp làm việc của giếng kim khi hố móng sâu…………….33
Hình 2.14. Sơ đồ cấu tạo giếng khoan……………………………………………..34

Hình 2.15. Sơ đồ các dạng giếng khoan khơng hồn chỉnh………………………..35
Hình 2.16. Dịng chảy khơng giới hạn vào giếng khoan nước ngầm hồn chỉnh….35
Hình 2.17. Mặt cắt ngang giếng hồn chỉnh……………………………………….38
Hình 2.18. Mực nước ngầm được hạ xuống thấp hơn đáy móng ổn định…………39
Hình 2.19. Sơ đồ tính tốn giếng khơng hồn chỉnh………………………………41
Hình 2.20. Sơ đồ tính tốn hệ thống giếng khơng hồn chỉnh…………………….42
Hình 2.21. Sơ đồ khối chạy phần mềm Modflow…………………………………44
Hình 3.1. Bản đồ hệ thống lưu vực sơng Đáy - Nhuệ……………………………..47
Hình 3.2. Mặt cắt địa chất ñặc trưng của một ñoạn sông thuộc lưu vực sông Đáy -


Nhuệ……………………………………………………………………………….50
Hình 3.3. Hệ thống tiêu nước khu vực phía tây nội đơ mới của Hà Nội…………..51
Hình 3.4. Sơ đồ cấu tạo hố móng trạm bơm n Nghĩa để tính tốn hạ thấp mực
nước ngầm tiêu nước hố móng (mặt cắt ngang hố móng)…………………………67
Hình 3.5. Đường đẳng áp tại mặt cắt ngang qua tâm hố móng sau 3 ngày hút
nước………………………………………………………………………………..71
Hình 3.6. Đường ñẳng áp tại mặt cắt dọc qua tâm hố móng sau 3 ngày hút nước...72
Hình 3.7. Bình đồ đường ñẳng mực nước ngầm dưới ñáy móng sau 3 ngày hút
nước………………………………………………………………………………...72
Hình 3.8. Diễn biến cao độ mực nước ngầm tại tâm hố móng theo thời gian hút
nước………………………………………………………………………………...72


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Độ rỗng của các loại ñất ñá khác nhau (Todd và Mays, 2005)…………..9
Bảng 1.2. Bảng so sánh thông số thiết kế giếng kim………………………………21
Bảng 2.1. Trị số Ta phụ thuộc vào So và H………………………………………...42
Bảng 3.1. Tổng hợp các phương án tính tốn……………………………………...54
Bảng 3.2. Số liệu ñịa chất thủy văn khu vực trạm bơm phục vụ tính tốn tiêu nước

hố
móng……………………………………………………………………………….59
Bảng 3.3. Số liệu địa chất thủy văn điển hình của nước dưới đất theo TCVN 9903 2013 (Cơng trình thủy lợi - u cầu kỹ thuật thiết kế, thi công và nghiệm thu hạ
mực nước ngầm)…………………………………………………………………...60
Bảng 3.4. Khối lượng và thông số các giếng ở các phương án tính tốn khác
nhau………………………………………………………………………………...61
Bảng 3.5. Kết quả phân tích các phương án khác nhau……………………………68
Bảng 3.6. Kết quả của các phương án ñược lựa chọn……………………………...70
Bảng 3.7. Kết quả tổng hợp tính tốn kinh tế các phương án lựa chọn……………70
Bảng 3.8. Khối lượng và thông số giếng của phương án hiệu quả nhất…………...71


DANH MỤC VIẾT TẮT
MNN

:

Mực nước ngầm

ĐCTV

:

Địa chất thủy văn

GKQS

:

Giếng khoan quan sát

Bộ NN&PTNT

:

Bộ Nông nghiệp và phát triển nông thôn

TCVN

:

Tiêu chuẩn Việt Nam

VNĐ

:

Việt Nam ñồng


1

PHẦN MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Hiện nay các cơng trình khi xây dựng trên nền đất mà ñáy hố móng ở dưới
mực nước ngầm (MNN) là rất nhiều. Vì vậy việc tiêu nước để thi cơng móng ñảm
bảo yêu cầu kỹ thuật là công tác không thể thiếu được trong q trình xây dựng
cơng trình.
Các cơng trình thuỷ lợi, thuỷ điện, giao thơng,... hầu hết đáy móng của chúng
được đặt sâu dưới lịng đất, có cơng trình sâu tới vài trăm mét, do đó cần phải tiêu

nước hố móng để khi xây dựng cơng trình, trừ khi sử dụng các phương pháp thi
cơng đặc biệt như: dọn nền dưới nước bằng tàu cuốc, tàu hút bùn, ñổ bê tơng trong
nước, đắp đất đá đổ trong nước, nổ mìn định hướng đắp đập v.v... thì khơng cần
cơng tác tiêu nước hố móng. Nhưng những phương pháp này thi cơng rất phức tạp
và chi phí cao, vì thế cơng tác tiêu nước hố móng vẫn được ưu tiên lựa chọn trước.
Việc lựa chọn phương pháp tiêu nước hố móng và thiết kế tiêu nước chịu ảnh
hưởng của nhiều nhân tố như trạng thái nước ngầm, tính chất cơ lý của tầng thấm,
phương pháp thi công, yêu cầu xử lý nền v.v…, ảnh hưởng đến chất lượng xây
dựng cơng trình, tiến độ thi cơng và giá thành xây dựng.
Hàng loạt kiểu hố móng nơng, sâu khác nhau chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố
khác nhau cho nên địi hỏi các nhà thiết kế, thi cơng cần có giải pháp, cơng nghệ
tiêu nước hố móng thích hợp về mặt kỹ thuật - kinh tế cũng như an tồn về mơi
trường và khơng gây ảnh hưởng đến sự an tồn của các hạng mục hoặc cơng trình
lân cận đã xây dựng trước đó.
Khi thi cơng hố móng trong điều kiện địa chất yếu, vị trí MNN và các điều
kiện hiện trường phức tạp rất dễ sinh ra trượt lở khối ñất, mất ổn định hố móng, kết
cấu chắn giữ bị rị nước, dịch chuyển làm hư hại hố móng, uy hiếp nghiêm trọng các
cơng trình lân cận.
Phụ thuộc vào nhiều khâu liên quan mật thiết với nhau và ảnh hưởng, khống
chế lẫn nhau, việc bơm nước hố móng có thể phát sinh ra các sự cố cho cơng trình.
Qua tài liệu điều tra, ở Trung Quốc có trên 130 sự cố cơng trình hố móng trong


2

những năm gần đây phần lớn có liên quan tới vấn đề hạ thấp MNN.
Để đơn giản trong tính tốn thiết kế tiêu nước hố móng, hầu hết đều giả thiết
rằng ñất nền ñồng nhất và ñẳng hướng. Tuy nhiên trong rất nhiều trường hợp, điều
kiện thực tế khơng đúng như vậy. Điều đó dẫn đến việc tính tốn rất thiếu chính xác
và hậu quả là lựa chọn biện pháp và bố trí hệ thống tiêu thốt nước hố móng không

hợp lý, làm cho việc xây dựng hoặc là lãng phí hoặc là nảy sinh sự cố hố móng. Ví
dụ do tính tốn sai mà dẫn đến thất bại trong cơng tác tiêu nước hố móng cho hàng
loạt cơng trình: trạm bơm Như Trác, trạm bơm Quế, Cống Hiệp Thuận, Cống Liên
Mạc,... cơng trình Cống Vân Cốc - Đập Đáy (Hà Tây cũ), đơn vị xây dựng đã khơng
thể thành cơng trong việc tiêu nước hố móng, sau đó phải ñổi sang ñơn vị khác
nhưng vẫn chưa thể hạ thấp MNN một cách triệt để.
Vì vậy, nhận biết chính xác quy luật vận ñộng của nước dưới ñất, thiết kế kết
cấu hạ thấp MNN thật khoa học, đảm bảo có hiệu quả, là những thách thức chủ yếu
trong việc xử lý nước ngầm khi thi cơng hố móng. Việc xác định hợp lý các thơng
số khi tính tốn thiết kế hạ thấp MNN và phương án bố trí hệ thống dẫn nước ảnh
hưởng lớn ñến giá thành và tiến ñộ xây dựng cơng trình.
Q trình thi cơng từ khi đào đất đến khi hồn thành tồn bộ các cơng trình
kín, khuất ngầm dưới mặt ñất phải trải qua nhiều trận mưa, nhiều lần chất tải, chấn
động, thi cơng có sai phạm và ñặc biệt chịu sự tác ñộng của MNN v.v... do đó tính
ngẫu nhiên của mức độ an tồn tương đối lớn. Cơng trình hạ thấp MNN là một cơng
trình tạm thời, liên quan đến điều kiện địa chất mỗi vùng, giải pháp thi cơng cơng
trình chính và nhiều yếu tố khác nhau.
Sắp tới, việc xây dựng các công trình thuỷ lợi ở các vùng đồng bằng ven biển
ngày một nhiều, thì u cầu nghiên cứu giải pháp tính tốn thiết kế hạ thấp MNN để
thi cơng đạt hiệu quả cao phải được đặt ra. Vì vậy, đề tài “Nghiên cứu giải pháp
hạ mực nước ngầm hố móng. Áp dụng cho các trạm bơm ven sông Đáy – Hà
Nội” ñược ñề xuất trong luận văn này là một trong những nghiên cứu góp phần vào
việc giải quyết yêu cầu cấp thiết kể trên trong việc hạ thấp MNN hố móng.
2. Mục đích của luận văn


3

Mục đích của luận văn là:
- Nghiên cứu các giải pháp ñể hạ thấp mực nước ngầm.

- Nghiên cứu lựa chọn các thông số của giếng khi hạ thấp MNN trong q
trình thi cơng hố móng sâu.
- Tìm cách giải bài tốn xác định các thơng số của giếng, gồm: khoảng cách,
độ sâu, cách bố trí trong hệ thống giếng ñể hạ thấp MNN, nhằm ngăn chặn hiện
tượng cát ñùn, cát chảy trong điều kiện có cừ với các loại nền có điều kiện địa chất,
địa chất thủy văn phức tạp.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài là:
- Phân tích, lựa chọn phương pháp giải bài toán tiêu nước hố móng bằng hệ
thống giếng.
- Hố móng cơng trình trong những ñiều kiện ñịa chất thủy văn nhất ñịnh: vùng
có hệ số thấm lớn, ở vùng đồng bằng, dưới lịng sơng và vùng ven biển chịu sự tác
ñộng mạnh của nước ngầm.
- Về khơng gian: Xem xét hố móng cho các cơng trình trạm bơm vùng ven
sơng Đáy thuộc địa phận Hà Nội.
4. Phương pháp nghiên cứu
Các phương pháp nghiên cứu ñược ñề xuất ñể thực hiện ñề tài là:
- Phương pháp phân tích, tổng hợp: Tiến hành quan sát, tổng kết, phân tích
những ưu nhược điểm, những thành cơng và ngun nhân thất bại của một số cơng
trình đã thiết kế thi cơng trước đây để rút ra các vấn đề liên quan đến cơng tác tiêu
nước hố móng.
- Phương pháp kế thừa: Thu thập tài liệu thực tế và các kết quả nghiên cứu của
các tác giả đã cơng bố có liên quan đến nội dung nghiên cứu của luận văn.
- Phương pháp mơ hình tốn: Nghiên cứu các vấn đề liên quan đến xây dựng
mơ hình tính tốn; mô phỏng sự làm việc của hệ thống tiêu nước hố móng. Từ đó
tiến hành phân tích để lựa chọn mơ hình phù hợp, tìm các thơng số hợp lý của hệ
thống tiêu nước hố móng bằng giếng.


4

5. Kết quả nghiên cứu và áp dụng thực tiễn của luận văn
Kết quả nghiên cứu của luận văn là những đóng góp vào việc lựa chọn mơ hình
phù hợp và tìm các thơng số hợp lý tính tốn hệ thống tiêu nước hố móng bằng giếng
hạ thấp MNN theo yêu cầu, bao gồm:
- Đánh giá một số phương pháp hạ thấp MNN trong hố móng, phân tích, ưu
nhược điểm và ñiều kiện áp dụng của từng phương pháp hạ thấp MNN khi thi cơng
hố móng.
- Xây dựng mơ hình tốn nước ngầm 3 chiều của hố móng sâu ứng với các
ñiều kiện biên khác nhau và sử dụng các phần mềm hiện đại như Modflow,
Prowin…để tính tốn cho bài tốn hạ thấp MNN, áp dụng để thiết kế và xác định
các thơng số giếng để hạ thấp MNN trong hố móng cho 1 trạm bơm (dự kiến là trạm
bơm n Nghĩa).
- Hố móng sâu, hệ số thấm lớn đưa ra cách tính tốn khi bố trí 2, 3 hoặc nhiều
hàng giếng; xác ñịnh số hàng, ñộ sâu ñặt giếng, khoảng cách các giếng trong một
hàng, khoảng cách giữa các hàng và ñộ hạ thấp mực nước của từng hàng giếng.
- Phương pháp tính tốn và kết quả thu được của đề tài có thể là cơ sở để xây
dựng các tiêu chuẩn, quy chuẩn hoặc hướng dẫn kỹ thuật giúp cho cơng tác thiết kế
các cơng trình cần phải hạ thấp MNN.
6. Cấu trúc của luận văn
Luận văn ñược cấu trúc như sau :
Phần mở đầu
Giới thiệu tính cấp thiết, ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài.
Trình bày mục đích, nội dung, phương pháp và phạm vi nghiên cứu của đề tài. Tóm
tắt những kết quả nghiên cứu và ứng dụng kết quả nghiên cứu của luận văn vào 1
cơng trình cụ thể.
Chương 1: Tổng quan về hố móng sâu dưới mực nước ngầm của cơng trình ở
vùng địa chất có tính thấm lớn
Nội dung ñược nêu trong chương này gồm ñặc ñiểm về ñịa chất; ñặc ñiểm về
nước ngầm; các sự cố thường gặp và cơng tác bảo vệ mái hố móng ở Việt Nam và

5

trên thế giới.
Chương 2: Phương pháp tiêu nước hố móng cơng trình ở vùng địa chất có hệ
số thấm lớn
Chương này ñề cập ñến các phương pháp tiêu nước hố móng cơng trình thủy
lợi. Từ đó nghiên cứu sâu hơn về phương pháp hạ thấp MNN bằng giếng thường.
Trong đó có việc thiết kế hệ thống tiêu nước hố móng, tính tốn bằng phương pháp
kinh điển và tính tốn bằng phương pháp mơ hình tốn.
Chương 3: Áp dụng mơ hình tốn để thiết kế cơng trình tiêu nước hố móng các
cơng trình vùng bãi bồi ven sơng Đáy
Chương này đề cập đến các đặc điểm chung địa chất hố móng của các trạm
bơm ven sơng Đáy. Sau đó, tiến hành nghiên cứu và ứng dụng tính tốn cho 1 cơng
trình cụ thể, đó là trạm bơm n Nghĩa – Hà Nội. Trong đó, tác giả đi xây dựng mơ
hình, phân tích các phương án thiết kế, so sánh lựa chọn giữa các phương án và
nhận xét
Kết luận và kiến nghị
Tài liệu tham khảo
Phụ lục


6

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN HỐ MÓNG SÂU DƯỚI MỰC NƯỚC NGẦM CỦA CƠNG
TRÌNH Ở VÙNG ĐỊA CHẤT CĨ TÍNH THẤM LỚN
1.1. Đặc ñiểm về ñịa chất
1.1.1. Đặc ñiểm của ñịa chất với việc xây dựng các cơng trình thủy lợi

Các điều kiện địa chất cơng trình của một vùng lãnh thổ ñược hiểu là
những vấn ñề ñịa chất của lãnh thổ có ảnh hưởng quyết định đến khả năng
an tồn về lún, ổn ñịnh, thấm mất nước và kinh tế của cơng trình.
Thực tế xây dựng cho thấy các điều kiện địa chất cơng trình ở mỗi
vùng, mỗi khu vực rất đa dạng, phức tạp khơng chỉ do có mối liên hệ khăng
khít với nhau mà cịn biến động theo thời gian và tác động khơng giống
nhau tới những cơng trình khác nhau, tới giải pháp thi cơng, chế độ quản lý
và vận hành cơng trình.
Các điều kiện địa chất cơng trình bao gồm:
- Điều kiện địa hình – địa mạo
- Điều kiện cấu trúc ñịa chất
- Điều kiện ñịa chất thủy văn
- Điều kiện các hiện tượng ñịa chất ñộng lực cơng trình
- Điều kiện vật liệu xây dựng tự nhiên
Điều kiện địa chất cơng trình của lãnh thổ có thể khơng đồng nhất và hay biến
đổi là do:
- Tính đa dạng địa hình.
- Tính phức tạp của mặt cắt ñịa chất: do sự phân bố các kiểu ñất ñá khác nhau
về ñịa tầng, nguồn gốc và thanh học, do loại hình và điều kiện thế nằm của đất đá,
do tính biến đổi chiều dày, do mức độ phá hủy kiến tạo gây nên.
- Tính khơng đồng nhất về trạng thái vật lý đất đá: Tính khơng đồng nhất có thể
cịn tăng thêm do sự phát triển các q trình và hiện tượng ñịa chất ở lãnh thổ ñang
xét.
- Mức ñộ phân bố và ñiều kiện thế nằm khác nhau của nước dưới ñất.


7

1.1.2. Đặc ñiểm về nước ngầm (nước dưới ñất)
1.1.2.1. Đ c ñi m c a n
c d
i ñ t

Nước dưới đất (nước ngầm) khơng ngừng được bổ sung hoặc tiêu
hao dưới tác dụng của nhiều nhân tố. Điều đó làm cho nước dưới đất ln
bị biến đổi theo thời gian, về các đặc tính như mực nước, lượng nước, tính
chất vật lý, thành phần hóa học... theo một quy luật nhất ñịnh và gọi là ñộng
thái nước dưới ñất.
Các nhân tố ảnh hưởng ñến ñộng thái của nước dưới ñất bao gồm các nhân tố
thiên nhiên (nhân tố khí tượng, thủy văn, thổ nhưỡng...) và các nhân tố nhân tạo
(khai thác sử dụng nước dưới ñất, xây dựng hồ chứa...). Dựa vào nhân tố chủ yếu
tác ñộng ñến ñộng thái của nước dưới ñất ở một vùng, chia ra các dạng ñộng thái
sau:
- Động thái vùng phân hủy: ñặc trưng cho vùng xa sông và các vũng nước trên
mặt khác. Nước dưới đất được coi như khơng có liên quan thủy lực với nước trên
mặt. Động thái của nó hình thành do mưa, bốc hơi và dịng thấm dưới ñất.
- Động thái vùng ven bờ: ñặc trưng vùng ven sông và các vũng nước trên mặt,
giữa nước trên mặt và nước dưới đất có quan hệ thủy lực với nhau. Động thái của
nó tn theo sự biến đổi của nước trên mặt càng xa sơng thì ảnh hưởng ñó càng
giảm dần.
- Động thái vùng trước núi hay vùng Karst: ñặc trưng cho vùng núi
phong vật trước núi, thềm sơng hay vùng Karst. Động thái hình thành do
mưa, do tiếp thu nước trên mặt. Sự tiếp thu này thường khơng đều dẫn đến
mực nước dưới đất có biên độ dao ñộng rất lớn.
1.1.2.2. Đ c ñi m c a n
c d
i đ t h móng cơng trình
Các ñặc trưng của nước dưới ñất (tức nước tồn tại trong các lỗ rỗng, khe nứt
của ñất ñá nằm ở dưới mặt ñất) như loại nước, ñộ sâu, phạm vi phân bố, chất lượng
và trữ lượng, quy luật vận ñộng, động thái... có khả năng biến đổi theo khơng gian
và thời gian trong khu vực xây dựng cơng trình.
Quy luật vận ñộng của nước dưới ñất thường là nguyên nhân làm phát sinh


8

trượt đất, xói ngầm, sụt lún mặt đất, phát triển Karst, cát chảy,... và là con ñường
duy nhất làm thấm mất nước ở các hồ chứa, kênh dẫn và gây ngập lún hố móng
trong thi cơng. Việc nghiên cứu các quy luật vận ñộng của nước dưới ñất ñể ñánh
giá hiện tượng thấm lậu, thiết kế màn chống thấm, thiết kế tháo khơ hố móng, tính
tốn ổn định mái dốc, ñập ñất,... là những nội dung cơ bản của nghiên cứu địa chất
thủy văn cho xây dựng các cơng trình. Yếu tố cấu trúc ñịa chất, ñịa mạo là những
yếu tố có ảnh hưởng nhiều nhất tới địa chất thủy văn trong vùng.
Khi thi cơng hố móng cơng trình, đặc biệt là các cơng trình thủy lợi, thường
phải đào đất ở phía dưới mực nước ngầm như: Trạm bơm, móng nhà máy thủy điện,
cống tiêu thốt…. việc tiêu nước hố móng khơng tốt làm cho hố móng bị ngập nước
sẽ ảnh hưởng đến chất lượng cơng trình, dẫn đến sự an tồn của bản thân cơng trình
xây dựng và các hạng mục, cơng trình lân cận đồng thời ảnh hưởng đến giá thành,
tiến độ cơng trình. Khi thi cơng nếu nước ngầm vào trong hố móng làm cho móng
bị ngập nước nên sẽ hạ thấp cường ñộ của ñất nền, tính nén co tăng lên, cơng trình
bị lún q lớn hoặc tăng thêm ứng suất trọng lượng bản thân của ñất, tạo ra lún phụ
thêm của móng, những ñiều ñó sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến an tồn cơng trình. Do đó
khi thi cơng hố móng cần thiết phải có biện pháp hạ thấp mực nước ngầm và thốt
nước tích cực để hố móng được thi cơng trong điều kiện khơ ráo.
Khi tiêu nước hố móng cần phải đảm bảo hố móng ln khơ ráo và đảm bảo
ổn định cho thành vách hố móng. Chọn phương pháp tiêu nước thích hợp với từng
thời kỳ thì liên quan đến nhiều nhân tố như ñiều kiện ñịa chất ñặc biệt là hệ số thấm
của nền, chiều sâu hố móng, MNN cần hạ thấp và biện pháp thi cơng.
Xác định lưu lượng, cột nước cần tiêu từ đó chọn các cấu tạo và bố trí
giếng hợp lý để tiêu nước. Bố trí hệ thống tiêu nước thích hợp với từng thời
kỳ thi cơng.
Thành phần và tính chất vật lý, hóa học của nước dưới đất khơng chỉ
ảnh hưởng tới tính chất đất đá dùng làm nền, làm mơi trường xây dựng mà
cịn ảnh hưởng đến việc chọn vật liệu xây dựng các cơng trình nhất là phần
cơng trình chìm trong nước dưới đất như các kết cấu móng, các thân

9

đường sá và đê đập.
Việc xây dựng các cơng trình có hố móng sâu dưới MNN như cơng
trình thuỷ lợi, thuỷ điện, cấp thốt nước, trạm bơm, bể chứa, trạm xử lý
nước ngầm, cơng trình giao thơng ngầm như gara ngầm, bãi đỗ xe loại nhẹ,
các hầm giao thơng, hầm ñi bộ rất phổ biến ở các nước trên thế giới.
Phạm vi xây dựng các cơng trình có hố móng sâu đặt dưới MNN được
mở rộng khơng ngừng mặc dù xây dựng các cơng trình này như là một mơn
khoa học ra đời chưa lâu nhưng đã tích luỹ được kinh nghiệm thực tế và lý
thuyết, nó đã tạo điều kiện cho việc phát triển sự nghiệp xây dựng các cơng
trình tiêu thốt nước hố móng.
1.2. Cơ sở vận động của nước dưới ñất
* Độ rỗng
Độ rỗng ñất là phần thể tích tạo bởi các khe hở và lỗ rỗng. Độ rỗng thường
ñược biểu thị theo phần trăm như sau:

n=

Ww
100%
W

(1.1)

Trong đó:
n - Độ rỗng
WW - Thể tích các lỗ rỗng

W - Tổng thể tích của mẫu đất đá.
Trong các vật liệu rời, độ rỗng phụ thuộc vào ba tính chất của đất đá: độ nén
chặt, hình dạng hạt và sự phân bố kích thước hạt. Độ rỗng của các loại ñất ñá khác
nhau ñược trình bày trong bảng 1.1.
Bảng 1.1. Độ rỗng của các loại ñất ñá khác nhau (Todd và Mays, 2005)

Vật liệu

Độ rỗng (%)

Vật liệu

Độ rỗng (%)

Sỏi thơ

28

Hồng thổ

49

Sỏi trung bình

32

Than bùn

92

Sỏi mịn

34

Đá phiến (schist)

38

Cát thơ

39

Bột kết

35


10

Vật liệu

Độ rỗng (%)

Vật liệu

Độ rỗng (%)

Cát trung bình

39

Sét kết

43

Cát mịn

43

Đá phiến sét (shale)

6

Đất phù sa

46

Tảng lăn lẫn sét, bột

34

Sét

42

Tảng lăn lẫn cát

31

Cát kết hạt mịn

33

Tro núi lửa (tuff)

41

Cát kết hạt trung bình

37

Đá bazan

17

Đá vơi

30

Gaboroo bị phong hố

43

Dolomit

26

Granit bị phong hoá

45

Cát ở cồn cát ven biển

45

* Hệ số nhả nước trọng lực
Hệ số nhả nước trọng lực (Sy) của ñất ñá là tỷ số giữa lượng nước (trong ñới
bão hoà) có thể được thốt ra do trọng lực và thể tích của nó.

Sy =

Wy
W

(1.2)

Trong đó: Wy là thể tích nước thoát ra.
* Hệ số giữ nước
Hệ số giữ nước (Sr) của đất đá là tỷ số giữa lượng nước cịn lại sau khi thốt
nước do trọng lực và thể tích của nó.

Sr =

Wr
W

(1.3)

Trong đó: Wr là thể tích nước cịn giữ lại.
Giá trị của Sy và Sr có thể biểu thị dưới dạng phần trăm (%). Quan hệ giữa ñộ

rỗng của ñất ñá với hệ số giữ nước và nhả nước trọng lực như sau:
n = Sy + Sr

(1.4)

* Hệ số nhả nước ñàn hồi (Ss)
Nước chảy hay thấm vào một tầng chứa nước ñược biểu thị bởi sự thay ñổi
tổng lượng nước chứa trong tầng chứa nước ñó. Đối với tầng chứa nước không áp


11

nó đơn giản được biểu thị bởi sự thay đổi lượng nước ngầm trong một thời ñoạn.
Trong tầng chứa nước có áp, sự thay đổi cột nước áp suất chỉ gây ra một sự thay ñổi
nhỏ về trữ lượng. Khi áp suất thuỷ tĩnh giảm, chẳng hạn do bơm hút thí nghiệm, lực
nén của tầng chứa nước tăng. Sự nén của tầng chứa nước gây ra những lực tác ñộng
lên các phân tử nước. Hệ số nhả nước Ss thường ñược xác ñịnh bằng thí nghiệm hút
nước từ giếng.
* Hệ số thấm:
Hệ số thấm K ñặc trưng cho khả năng truyền ẩm của đất. Nó phụ thuộc vào
tính chất của ñất và chất lỏng.
Hệ số thấm có thứ nguyên là vận tộc (LT-1). Hệ số thấm biểu thị vận tốc chảy
của dịng ngầm trong một đơn vị thời gian qua một đơn vị diện tích mặt cắt ngang
vng góc với phương chảy khi ñộ dốc (gradient) thuỷ lực bằng một đơn vị.
1.3. Đặc điểm của hố móng cơng trình trên nền đất
Trong q trình thiết kế, thi cơng, giám sát thi cơng hố móng, ta thấy
cơng trình có sáu đặc điểm chính như sau:
- Cơng trình hố móng là loại cơng trình tạm thời, sự dự trữ về an tồn
có thể là tương ñối nhỏ nhưng lại chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố như:
Điều kiện thi cơng, địa hình thi cơng, địa chất cơng trình, nước ngầm….

- Cơng trình hố móng là một khoa học đan xem giữa các khoa học về
ñất ñá, về kết cấu và kỹ thuật thi cơng; là một loại cơng trình mà hệ thống
chịu ảnh hưởng ñan xen của nhiều nhân tố phức tạp và là ngành khoa học
kỹ thuật tổng hợp đang cịn phát triển về mặt lý luận, thực nghiệm và thực
tế thi cơng.
- Hố móng là loại cơng trình giá cao, khối lượng công việc lớn, kỹ thuật
thi công phức tạp, phạm vi ảnh hưởng rộng, nhiều nhân tố biến ñổi, sự cố
hay xảy ra. Đồng thời cũng là trọng ñiểm ñể hạ thấp giá thành và bảo ñảm
chất lượng công trình. Theo đà phát triển của xã hội, các cơng trình nhà cao
tầng, siêu cao tầng được xây dựng ngày càng nhiều. Đặc ñiểm lại thường
ñược xây dựng tại những khu đất hẹp , đơng đúc dân cư, giao thơng dầy


12

đặc, điều kiện thi cơng cơng trình hố móng khó khăn. Lân cận cơng trình
thường có các cơng trình vĩnh cửu, các cơng trình văn hóa di tích lịch sử,
nghệ thuật bắt buộc phải an tồn, khơng thể đào có mái dốc. Yêu cầu về ổn
ñịnh và chuyển dịch là rất nghiêm ngặt. Đào hố móng trong điều kiện địa
chất yếu, mực nước ngầm cao và các ñiều kiện hiện trường phức tạp khác
rất dễ sinh ra trượt lở khối ñất, mất ổn ñịnh hố móng, thân cọc bị chuyển
dịch vị trí, đáy hố móng trồi lên, kết cấu chắn giữ bị dị nước nghiêm trọng
hoặc bị chảy đất… làm hư hại hố móng, nguy hiểm đến các cơng trình xây
dựng, các cơng trình ngầm và đường ống ở xung quanh khu vực thi cơng
hố móng.
- Cơng trình hố móng gồm nhiều khâu có quan hệ chặt chẽ với nhau
như chắn ñất, chống giữ, ngăn nước, hạ mực nước, ñào ñất… trong ñó,
một khâu nào ñó thất bại sẽ dẫn đến cả cơng trình sẽ đổ vỡ. Việc thi cơng
hố móng ở các hiện trường lân cận như đóng cọc, hạ MNN, đào đất… đều
có thể gây ra những ảnh hưởng hoặc có tương quan chặt chẽ với nhau,

tăng thêm các nhân tố bất lợi để có thể gây ra sự cố.
- Cơng trình hố móng có thời gian thi cơng dài, từ khi đào móng đến
khi hồn thành tồn bộ các cơng trình kín khuất ngầm dưới mặt đất phải trải
qua nhiều lần mưa to, nhiều lần chất tải, chấn động thi cơng có sai phạm…
tính ngẫu nhiên và mực độ an tồn tương đối lớn, sự cố xảy ra thường là
ñột biến.
1.4. Ảnh hưởng của nước ngầm ñến cơng tác thi cơng hố móng
Khi thi cơng hố móng và móng cơng trình, thường phải đào đất ở phía
dưới mực nước ngầm, nhất là ñối với nhà cao tầng, móng đặt rất sâu, số
tầng nhà ngầm dưới đất khá nhiều. Khi thi công, nếu nước ngầm ngấm vào
trong hố móng làm cho hố móng bị ngập nước sẽ hạ thấp cường độ của đất
nền, tính nén co tăng lên, cơng trình sẽ bị lún q lớn, hoặc tăng thêm ứng
suất trọng lượng bản thân của ñất, tạo ra lún phụ thêm của móng, những
điều đó sẽ trực tiếp ảnh hưởng đến an tồn của cơng trình xây dựng. Nước


13

ngầm là một trong những nguyên nhân chính gây nên các sự cố như: bục
nền, sạt lở mái hố móng. Do đó, khi thi cơng hố móng cần thiết phải có các
biện pháp hạ mực nước và thốt nước tích cực để cho móng được thi cơng
trong trạng thái khơ ráo, bảo đảm chất lượng cơng trình và tiến độ xây
dựng, tránh sự cố có thể xảy ra.
Khi hố móng sâu hơn mặt nước tự do trong đất có hệ số thấm lớn hơn
10-3 cm/s, thì cần có biện pháp thốt nước để cho phép xây dựng móng
trong trạng thái khơ. Nếu hệ số thấm của đất trong phạm vi từ 10-3 đến 10-5
cm/s thì lượng nước thấm vào hố móng khơng đáng kể nhưng vẫn phải u
cầu thốt nước để duy trì ổn định thành và đáy móng hố móng. Nếu hệ số
thấm của đất nhỏ hơn 10-7 cm/s, đất có lực dính đủ khắc phục ảnh hưởng
của lực thấm nên khơng cần u cầu thốt nước, ngay cả khi hố móng nằm

khá sâu dưới mực nước ngầm.
Để tháo khơ hố móng có thể dùng phương pháp thốt nước trên mặt
hoặc hạ thấp MNN. Việc hạ thấp MNN ñược áp dụng rộng rãi ở nhiều nước
trên thế giới cho các cơng trình thủy lợi, thủy điện, giao thơng ngầm… bằng
các phương pháp từ ñơn giản ñến phức tạp.
1.5. Các sự cố thường gặp và công tác bảo vệ mái hố móng ở Việt
Nam và trên thế giới
1.5.1. Các sự cố thường gặp trong q trình thi cơng hố móng
Móng cơng trình nằm sâu dưới mặt đất tự nhiên, q trình thi cơng
thường diễn ra phức tạp, độ phức tạp khó khăn của nó phụ thuộc vào độ
sâu chơn móng, tính chất cơ lý của đất nền và phạm vi móng. Nếu trong
q trình thi cơng chúng ta khơng lường trước được khả năng sự cố có thể
xảy ra để chủ động có giải pháp phịng ngừa sẽ mang lại nhiều hậu quả
nguy hiểm đến các cơng trình xung quanh và người lao động cũng như thiết
bị thi cơng….
Các sự cố nền thường gặp là cát ñùn, cát chảy, bục nền, gây lún nứt
cơng trình bên cạnh, sạt lở mái hố đào… phân tích ngun nhân sự cố, sai


14

sót kỹ thuật trong q trình thi cơng là một cơng việc cực kỳ cần thiết để từ
đó có những ñúc rút kinh nghiệm tránh khỏi các rủi ro do sự cố gây ra.
1.5.1.1. S c cát ñùn, cát ch y
Khi hố móng nằm trên tầng đất có chứa nước, cát hạt mịn, hạt nhỏ, cát
chứa bụi và nhiều bụi, ñào ñến một ñộ sâu nào ñó có tầng chứa nước, mái
hố móng khơng được giữ ngun mà tự sụt, tự chảy ra và ñược gọi là cát
chảy. Hiện tượng này có thể diễn ra một cách chậm chạp thành lớp dày,
hoặc nhanh, rất nhanh mang tính chất tai biến dưới hình thức đùn lên ngay
khi đào hoặc khi thi cơng móng dẫn đến khối đất cịn lại khơng kìm giữ nổi

áp lực của cát lỏng nữa. Đất ñá chứa cát chảy di động thì các sườn dốc,
mái dốc, cơng trình khai đào ngầm, cơng trình có sẵn hoặc đang xây dựng
trên đó đều mất ổn định. Cát chảy khi di chuyển vào hố móng có thể làm
biến dạng, nứt nẻ các cơng trình đã có ở lân cận.
Ở trạng thái tự nhiên, cát chảy thực có màu xám sáng, xám lục, xám
xanh với sắc thái ñậm hoặc nhạt, tùy thuộc lượng chứa tạp chất hữu cơ và
các thành không khí, màu thay đổi nhanh và khơng đồng đều, trở nên sáng
hơn, phớt vàng đơi chỗ phớt hồng do các oxit sắt hóa trị thấp và các hợp
chất khống khác bị oxi hóa.
Cát chảy là loại đất có thành phần hạt đặc trưng. Nhóm hạt mịn (0,10,05 mm) hoặc hạt nhỏ (0,25-0,1 mm) chiếm phần lớn, hoặc cả hai nhóm
tạo nên khối chủ yếu của đất. Ngồi ra cịn chứa khá nhiều hoặc nhiều hạt
bụi (0,05-0,002 mm) và nhất thiết phải có một lượng nhất định hạt sét
(<0,002 mm). Lượng chứa cỡ hạt sét từ mấy phần nghìn đến 1%, đơi khi
đạt đến 10% hoặc nhiều hơn.

Hình 1.1. Phân biệt cát chảy a) Giả; b) Thật

Hiện tượng cát chảy là do sức ép của nước ngầm, sức ép mạnh thì
ngay cả những hạt cát lớn cũng chảy chứ không phải chỉ cát nhỏ hạt mịn


15

mới chảy. Vậy chỉ cần tháo gỡ ñược sức ép này thì cát sẽ ngừng chảy.
1.5.1.2. S c b c n n đáy h móng
Khi thi cơng hố móng đến cao trình thiết kế, nếu khơng kịp thời xây
dựng cơng trình lâu dài (thường cơng trình bê tơng) do áp lực nước ngầm
(thường là nước ngầm có áp) có thể làm cho nền bị bục, nước ngầm chảy
tràn vào hố móng gây khó khăn cho thi cơng, làm gián đoạn thời gian xây
dựng cơng trình.

Khi móng chơn sâu dưới mực nước có áp của nước ngầm, có thể có 2
trường hợp:
- Móng chơn sâu trong đất, mà dưới đó là lớp chứa nước có áp có thể
bị bục đất nền, vồng nền nhà…. Trong trường hợp này, cần có biện pháp
giảm áp lực hoặc là tăng lượng chất tải trên đất nền.
- Móng chơn sâu trong lớp đất chứa nước, có thể xói lở, làm tơi, xâm
thực và những hiện tượng làm hư hại khác đối với móng, trong trường hợp
này, ngồi việc hạ áp lực nước có thể cịn phải xét ñến việc gia cố ñất.
1.5.1.3. S chuy n v c a đ t

xung quanh h móng

Đất và cơng trình ở gần hố móng, nhất là các hố móng sâu thường bị
chuyển vị với độ lớn nào đó, khiến cho các cơng trình có thể bị phá hoại do
lún thêm. Do vậy cần xác ñịnh vùng chuyển vị của ñất ở quanh hố móng và
giá trị chuyển vị tại các khoảng cách đến hố móng khác nhau, để từ ñó ñề
ra các biện pháp ngăn chặn hiện tượng chuyển vị này.
Trong điều kiện đơ thị khi xây dựng việc ñào hố móng thường gây ra
nhiều hệ lụy xấu chẳng những đối với cơng trình ở gần hoặc ở trên cơng
trình ngầm như lún nứt, thậm chí sụp đổ mà cịn làm thay đổi chế độ thủy
động của nước dưới ñất.
1.5.1.4. S t l h móng
Mái ñất là một khối ñất có mặt giới hạn là mặt dốc, nếu mái ñất mất ổn
ñịnh tức là nó bị phá hoại do trượt, sự cân bằng lực khơng cịn được giữ
ngun. Sự cố thi cơng hố móng cơng trình ln song hành với ñiều kiện