CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP HẠ MỰC NƯỚC NGẦM Đối với việc thi công tầng hầm hiện nay, tùy thuộc vào đặc điểm hình dạng công trình, điều kiện địa chất thủy văn và hiệu quả kinh tế mà Chủ đầu tư và đơn vị thi công quyết định công nghệ và biện pháp thi công phù hợp, bên cạnh đó yếu tố không thể thiếu để thi công được các cấu hiện bê tông cốt thép bên dưới hố móng là phải giữ cho hố móng luôn khô ráo sạch sẽ. Trong chương này sẽ giới thiệu tổng quan về một số biện pháp chống thành hố đào sâu ngăn nước ngầm chảy vào hố móng và chống sạt lở đất xung quanh hố, các phương pháp hạ mực nước ngầm và các loại giếng hút nước ngầm phổ biến hiện nay. Đặc biệt là các công trình tại thành phố Đà Nẵng. Khái quát tình hình thi công tầng hầm và hố đào sâu tại Việt Nam Từ những năm đầu tiên của thế kỷ 19 và 20, gắn liền với sự phát triển ở những nước công nghiêp là nhu cầu về nhà cửa và cơ sở hạ tầng tăng nhanh.
Có thể nói, Châu Âu và các nước phát triển như Mỹ, Nhật Bản là những nhà tiên phong cho việc phát triển xây dựng các công trình nhà cao tầng có kết cấu tầng hầm nhằm đáp ứng các nhu cầu như: làm kho chứa hàng hoá; làm tầng phục vụ sinh hoạt công cộng như bể bơi, cửa hàng, quán bar; làm ga ra; làm tầng kỹ thuật; làm nơi cư trú tạm thời khi xảy ra chiến tranh; là nơi chứa tiền, vàng, bạc, đá quí và tài sản quốc gia. Tại các thành phố lớn như Hà Nội, Hồ Chí Minh, Đà Nẵng,. nói riêng và Việt Nam nói chung, tốc độ đô thị hóa ngày càng gia tăng nhưng hệ thống thô thị vẫn phát triển về quy mô, chất lương và số lượng. Tuy nhiên , gắn liền với việc phát triển ấy, các vấn đề như nhà ở, văn phòng, giao thông, hạ tầng đô thị và không gian sống bị ảnh hưởng và có sức ép khá lớn.
Diện tích bề mặt đất còn trống ngày càng bị thu hẹp, người dân phải sống trong tình trạng chật hẹp và bí bách. Những điều này cộng với vấn đề thẩm mĩ, văn minh đô thị thì việc phát triển các công trình xây dựng có tầng hầm cần được chú ý nhiều hơn nữa. Tuy nhiên, khi thi công hố đào sâu không thể tránh khỏi những ảnh hưởng của nước ngầm trong quá trình thực hiện. Vì vậy, việc hạ mực nước ngầm cho hố đào sâu là vấn đề luôn được quan tâm hàng đầu hiện nay.
Ảnh hưởng của nước ngầm khi thi công hố đào sâu 1. Đặc tính của nước ngầm khi thi công hố đào sâu Chúng ta đều biết rằng khi thi công hố đào sâu hoặc hố móng công trình, thường phải đào đất ở phía dưới mực nước ngầm, nhất là đối với nhà cao tầng, móng đặt rất sâu, số tầng nhà ngầm dưới đất khá nhiều. Khi thi công, nước có thể vào hố móng theo các cách sau đây. THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.
Lưu hành nội bộ 4 Hình 1. Mô hình các cách nước ngầm vào hố móng 1) Nước mặt do mưa và ở xung quanh tràn vào hố móng 2) Nước ngầm từ dưới đáy hố móng lên. 3) Nước ngầm từ ngoài qua chân cừ vào hố 4) Nước ngầm từ ngoài qua tường cừ vào. - Nếu nước ngầm ngấm vào hố móng làm cho hố móng bị ngập nước làm bục lở hố móng nên sẽ hạ thấp cường độ của đất nền, tính nén co tăng lên, công trình sẽ bị lún quá lớn hoặc tăng thêm ứng suất trọng lượng bản thân của đất tạo ra lún phụ thêm của móng, những điều đó sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến an toàn của công trình xây dựng.
- Áp lực lỗ rỗng trong nền ở xung quanh hố móng sẽ thay đổi khi hạ mực nước ngầm. Sự thay đổi áp lực lổ rỗng có thể dẫn đến biến dạng cho công trình lân cận do quá trình cố kết. Quá trình thấm không kiểm soát được do thấm vào rãnh đào hoặc rỉ qua tường vây dễ dàng gây xói lở các lớp đất bên dưới mặt đất. Hiện tượng cát chảy cùng với phình trồi ở đáy móng cũng là nguyên nhân quá trình thấm không kiểm soát được.
Giải pháp thoát nước hố móng trong thi công hố đào sâu Khi thi công hố móng nhất thiết phải có các biện pháp hạ mực nước và thoát nước tích cực để cho móng được thi công trong trạng thái khô ráo. Để công tác thi công móng cho các tầng hầm được thuận lợi trong điều kiện mực nước ngầm cao, cần phải có biện pháp hạn chế nước thẩm thấu nước vào khu vực thi công hố đào. Tùy theo tính chất của đất nền, tốc độ thấm, diện tích và chiều sâu hố móng cũng như chiều sâu hạ mực nước ngầm cần thiết mà lựa chọn phương pháp thi công thíchhợp. Hệ thống thoát nước hố móng bao gồm: + Giếng khoan hạ mực nước ngầm.
+ Giếng thu nước ngầm. + Mạng ống nhựa cứng và mềm dẫn nước. + Hố ga thu nước. + Hố lọc nước.
+ Các máy bơm đặt tại giếng khoan hạ mực nước ngầm và giếng thu nước ngầm. THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG. Lưu hành nội bộ 5 1. Nguyên tắc hoạt động của hệ thống thoát nước ngầm của giếng điểm sâu và giếng kim lọc Khi mực nước dâng cao trong các giếng khoan hạ mực nước ngầm thì các máy bơm tự động vận hành để hạ thấp mức nước xuống, sau đó máy bơm ngừng hoạt động.
Chu kỳ này tự động tiếp diễn liên tục suốt ngày đêm. Các giếng thu nước ngầm được hạ thấp dần xuống theo các cao trình đào móng để thu nước tại đáy hố đào và được bơm dẫn về hệ thống ống chung. Nước từ các đường ống được dẫn về hố lọc nước trước khi bơm ra hệ thống thoát nước của thành phố. Hố lọc nước bằng kim loại có dung tích 2m gồm hai ngăn lọc, trong mỗi ngăn có chứa vật lọc như cát, đá.
Đây là một hệ thống thoát nước hoàn chỉnh và khoa học nên tạo rất nhiều thuận lợi cho quá trình thi công hố móng. Qua các kinh nghiệm thi công tầng hầm của các đơn vị thi công ta thấy rằng việc tính toán hạ mực nước ngầm liên quan khá nhiều đến thông số về địa chất thuỷ văn, địa hình và phải áp dụng rất nhiều công thức khác nhau. Do đó vấn đề này cần được nghiên cứu chuyên sâu trong một chuyên ngành riêng. Đây cũng là vấn đề cần thiết để thiết kế một phương án thoát nước hoàn chỉnh khi thi công các công trình ngầm nói chung cũng như tầng hầm nhà cao tầng nói riêng 1.
Ảnh hưởng của việc hạ mực nước ngầm đến các công trình lân cận 1. Gây lún các công trình xung quanh Khuyết điểm lớn nhất của giải pháp hạ mực nước ngầm khi thi công tầng hầm là sẽ dẫn đến lún không đều của các công trình xây dựng ở xung quanh. Nước ở trong mỗi giếng điểm khi bị hạ xuống có hình phễu, hạ mực nước ở xung quanh toàn hố móng tất sẽ tạo thành một mặt cong xa gần lớn nhỏ. Hạ mực nước ngầm một mặt sẽ làm giảm áp lực đẩy nổi của nước ngầm đối với các công trình xây dựng trên mặt đất, làm cho nền đất yếu phải nén co nên lún xuống.
Ngoài ra, nước lỗ rỗng từ trong đất bị rút ra, nền đất bị biến dạng cố kết, bản thân nó sẽ bị nén co lại và lún xuống. Lượng lún mặt đất sẽ tương đương với lượng hạ mực nước ngầm dưới mặt đất. Phân bổ của mặt cong của hạ mực nước ngầm khi hạ xuống sẽ dẫn đến lún không đều của các công trình xây dựng ở xung quanh. Đặc biệt các công trình xây chen do đó khả năng ảnh hưởng lún đến các công trình xung quanh rất dễ xảy ra.
Khi lún không đều đến một mức độ nhất định tất sẽ làm cho các công trình bị nứt, bị nghiêng lệch, có khi còn sụp đổ rất nguy hiểm…Khi đào hố móng ở vùng có mực nước ngầm cao không làm màng quây ngăn nước mà cứ hạ mực nước ngầm thật sâu ở bên trong hố, làm cho nền đất trong một phạm vi nhất định ở bên ngoài kết cấu chắn giữ sẽ bị lún không đều theo sự hình thành cố kết mất nước làm cho công trình xây dựng xung quanh hố móng bị nghiêng, đường đi và các loại đường ống bị nứt, thậm chí bị phá vỡ. Gây thiệt hại nghiêm trọng cho sản phẩm bên ngoài công THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG. Lưu hành nội bộ 6 trình ảnh hưởng lớn đến kinh tế do phải đền bù thiệt hại do đất nền bị sụt lún kéo theo công trình xung quanh, đường xá lún theo. Đất ở xung quanh trong hố móng bị trôi và lún không đều Do đó ngay từ khâu thiết kế cho đến lúc thi công nên kết hợp hố móng để mái dốc với hạ mực nước ngầm, phải rất chú ý ảnh hưởng đối với các công trình xây dựng ở xung quanh, hạn chế lún không đều trong một phạm vi cho phép đảm bảo an toàn cho hố móng và cho các công trình xây dựng ở gần hố móng.
Trong điều kiện này ta cần xem xét các mặt sau để tìm biện pháp giảm lún không đều: Đường cong hạ mực nước ngầm ở quanh hố móng khác nhau rất xa tùy theo sự khác nhau của yêu cầu hạ mực nước ngầm và phương pháp cũng như phương án cụ thể hạ mực nước ngầm, vì vậy không cần đề ra độ sâu hạ mực nước ngầm quá lớn, với tiền đề là trên cơ bản đáp ứng được yêu cầu hạ mực nước, phải phân tích so sánh các loại phương pháp hạ mực nước để chọn phương án tối ưu. Khi tháo nước tạm thời hoặc liên tục để xây dựng công trình mới thì biến dạng của nền công trình hiện có sẽ tăng lên do không còn áp lực đẩy nổi với tác động của ứng suất thêm có hiệu quả trong đất. Chiều dày lớp đất chịu nén lấy trị số nhỏ hơn trong 2 giá trị sau: + Bằng chiều sâu của mái lớp đất chứa nước có áp + Bằng chiều sâu, tại đó ứng suất phụ thêm có hiệu gây ra bằng 20% ứng suất bản thân của đất. Đặt các giếng hồi nước, máng hồi nước ở khoảng giữa các giếng điểm hạ mực nước với các công trình trọng yếu, đồng thời với việc hạ mực nước ngầm thì bơm nước trở về chỗ đó, làm giảm bớt ở một phía của công trình mực nước bị giảm nhiều quá, từ đó khống chế được lún mặt đất.