Luận văn thạc sĩ: Nghiên cứu giải pháp hạ mực nước ngầm trong thi công hố đào sâu ở Hải Phòng

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu nghiên cứu giải pháp hạ mực nước ngầm trong thi công hố đào sâu ở hải phòng, đánh giá hiện trạng, phân tích vấn đề, đề xuất biện pháp hoàn thiện trong

• Tác giả: Hoàng Anh Tuấn
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Đức Nguôn
• Trường học: Trường Đại Học Dân Lập Hải Phòng
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Xây Dựng Công Trình Dân Dụng Và Công Nghiệp
• Đề tài: Giải Pháp Hạ Mực Nước Ngầm Trong Thi Công Hố Đào Sâu Tại Hải Phòng
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Hải Phòng

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• DANH MỤC BẢNG, BIỂU
• DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP HẠ MỰC NƯỚC NGẦM
• 1.1. Nhu cầu xây dựng tầng hầm và thi công hố đào sâu ở Việt Nam
• 1.2. Công nghệ thi công hố đào sâu ở Hải Phòng
• 1.3. Ảnh hưởng của nước ngầm khi thi công hố đào sâu ở Hải Phòng
• 1.3.1. Tình hình nước ngầm ở Hải Phòng
• 1.3.2. Ảnh hưởng của nước ngầm đến quá trình thi công hố đào sâu
• 1.4. Các phương pháp hạ mực nước ngầm thông dụng hiện nay
• 1.4.1. Phương pháp hạ nước trên mặt (hút nước lộ thiên)

Tóm tắt

I. Giới thiệu về giải pháp hạ mực nước ngầm trong thi công hố đào sâu

Giải pháp hạ mực nước ngầm trong thi công hố đào sâu tại Hải Phòng là một vấn đề quan trọng trong ngành xây dựng. Với sự phát triển nhanh chóng của các công trình cao tầng, việc kiểm soát mực nước ngầm trở nên cần thiết để đảm bảo an toàn và hiệu quả thi công. Nước ngầm có thể gây ra nhiều vấn đề như lún đất, mất ổn định móng và ảnh hưởng đến chất lượng công trình. Do đó, việc nghiên cứu và áp dụng các phương pháp hạ mực nước ngầm là rất quan trọng.

1.1. Tầm quan trọng của việc hạ mực nước ngầm

Hạ mực nước ngầm giúp giảm thiểu rủi ro trong thi công hố đào sâu. Khi mực nước ngầm cao, đất xung quanh hố đào có thể bị lún, gây ra hiện tượng sụt lún và mất ổn định. Việc áp dụng các biện pháp hạ mực nước ngầm sẽ giúp đảm bảo an toàn cho công trình và giảm thiểu thiệt hại.

1.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến mực nước ngầm

Mực nước ngầm bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như địa chất, thời tiết và hoạt động xây dựng. Đặc biệt, tại Hải Phòng, địa chất phức tạp và mực nước ngầm cao là những thách thức lớn trong thi công. Việc hiểu rõ các yếu tố này sẽ giúp lựa chọn phương pháp hạ mực nước ngầm hiệu quả.

II. Vấn đề và thách thức trong thi công hố đào sâu tại Hải Phòng

Thi công hố đào sâu tại Hải Phòng gặp nhiều thách thức do điều kiện địa chất và mực nước ngầm cao. Các vấn đề như trượt lở đất, mất ổn định móng và ngập nước trong hố đào thường xuyên xảy ra. Những thách thức này đòi hỏi các nhà thầu phải có những giải pháp kỹ thuật phù hợp để đảm bảo an toàn và hiệu quả thi công.

2.1. Tình trạng ngập nước trong hố đào

Ngập nước trong hố đào là một trong những vấn đề nghiêm trọng nhất. Nước ngầm có thể xâm nhập vào hố đào từ nhiều hướng, gây ra tình trạng ngập úng. Điều này không chỉ ảnh hưởng đến tiến độ thi công mà còn làm giảm chất lượng công trình.

2.2. Ảnh hưởng của địa chất đến thi công

Địa chất phức tạp tại Hải Phòng, với nhiều lớp đất yếu và mực nước ngầm cao, tạo ra nhiều khó khăn trong thi công. Các nhà thầu cần phải nghiên cứu kỹ lưỡng để đưa ra các giải pháp phù hợp nhằm giảm thiểu rủi ro.

III. Phương pháp hạ mực nước ngầm hiệu quả trong thi công hố đào sâu

Có nhiều phương pháp hạ mực nước ngầm được áp dụng trong thi công hố đào sâu. Mỗi phương pháp có ưu điểm và nhược điểm riêng, và việc lựa chọn phương pháp phù hợp phụ thuộc vào điều kiện cụ thể của từng công trình. Các phương pháp này không chỉ giúp kiểm soát mực nước mà còn đảm bảo an toàn cho công trình.

3.1. Phương pháp giếng khoan hạ mực nước ngầm

Phương pháp giếng khoan là một trong những giải pháp phổ biến để hạ mực nước ngầm. Bằng cách khoan các giếng thu nước, nước ngầm sẽ được bơm ra khỏi khu vực thi công, giúp giữ cho hố đào khô ráo.

3.2. Phương pháp hút nước lộ thiên

Phương pháp hút nước lộ thiên sử dụng các máng thu nước để dẫn nước ra khỏi hố đào. Phương pháp này thường được áp dụng cho các loại đất có khả năng thoát nước tốt, giúp giảm thiểu lượng nước vào hố đào.

3.3. Phương pháp tạo tường chắn

Tạo tường chắn bằng cách phun vữa hoặc sử dụng cọc bê tông là một giải pháp hiệu quả để ngăn nước xâm nhập vào hố đào. Phương pháp này giúp bảo vệ hố đào khỏi sự xói lở và ngập nước.

IV. Ứng dụng thực tiễn và kết quả nghiên cứu về hạ mực nước ngầm

Nghiên cứu về hạ mực nước ngầm đã được áp dụng thành công trong nhiều công trình tại Hải Phòng. Các kết quả cho thấy việc áp dụng các phương pháp hạ mực nước ngầm không chỉ giúp đảm bảo an toàn cho công trình mà còn tiết kiệm thời gian và chi phí thi công. Những kinh nghiệm này có thể được áp dụng cho các dự án tương lai.

4.1. Kinh nghiệm từ các công trình thực tế

Nhiều công trình tại Hải Phòng đã áp dụng thành công các phương pháp hạ mực nước ngầm. Những kinh nghiệm này giúp các nhà thầu rút ra bài học quý giá trong việc lựa chọn phương pháp phù hợp cho từng dự án.

4.2. Đánh giá hiệu quả của các phương pháp

Đánh giá hiệu quả của các phương pháp hạ mực nước ngầm cho thấy sự cải thiện rõ rệt trong quá trình thi công. Các công trình được thi công trong điều kiện khô ráo, giảm thiểu rủi ro và đảm bảo chất lượng.

V. Kết luận và tương lai của giải pháp hạ mực nước ngầm

Giải pháp hạ mực nước ngầm trong thi công hố đào sâu tại Hải Phòng là một vấn đề cần thiết và cấp bách. Việc nghiên cứu và áp dụng các phương pháp hạ mực nước ngầm không chỉ giúp đảm bảo an toàn cho công trình mà còn góp phần vào sự phát triển bền vững của ngành xây dựng. Tương lai của giải pháp này sẽ phụ thuộc vào sự đổi mới công nghệ và cải tiến kỹ thuật.

5.1. Xu hướng phát triển công nghệ hạ mực nước ngầm

Công nghệ hạ mực nước ngầm đang ngày càng phát triển với nhiều giải pháp mới. Việc áp dụng công nghệ hiện đại sẽ giúp nâng cao hiệu quả và an toàn trong thi công.

5.2. Tầm quan trọng của nghiên cứu và phát triển

Nghiên cứu và phát triển trong lĩnh vực hạ mực nước ngầm là rất quan trọng. Các nhà khoa học và kỹ sư cần tiếp tục tìm kiếm các giải pháp mới để giải quyết các thách thức trong thi công hố đào sâu.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong xu thế đô thị hóa hiện đại, việc khai thác không gian ngầm tại các đô thị lớn của Việt Nam đang phát triển mạnh mẽ với quy mô hố đào sâu phổ biến từ 5m đến 19,5m, tương ứng từ 1 đến 5 tầng hầm. Điển hình như dự án khách sạn Hilton 5 sao tại Hải Phòng với tổng mức đầu tư hơn 2.200 tỷ đồng hay tòa nhà Pacific Place tại Hà Nội có chiều sâu đào 19,5m. Tuy nhiên, việc thi công các hố móng sâu tại khu vực đô thị ven biển như thành phố Hải Phòng luôn đối mặt với thách thức địa chất thủy văn hết sức phức tạp. Mực nước ngầm tự nhiên tại đây rất nông, dao động từ 0,5m đến 2m so với mặt đất tự nhiên, kết hợp tầng cát mịn bão hòa nước dày từ 6m đến gần 40m ở khu vực trung tâm và lớp đất sét bùn yếu sâu trên 40m ở phía Nam thành phố.

Vấn đề cốt lõi của nghiên cứu là giải quyết nguy cơ bục đáy móng, cát chảy lưu sa, xói ngầm và trượt lở thành vách do áp lực thủy tĩnh khi khai đào dưới mực nước ngầm. Mục tiêu cụ thể của luận văn do học viên Hoàng Anh Tuấn thực hiện dưới sự hướng dẫn của Phó Giáo sư Nguyễn Đức Nguôn tại Trường Đại học Dân Lập Hải Phòng là xây dựng cơ sở khoa học, tính toán và đề xuất các giải pháp hạ mực nước ngầm tối ưu cho từng chiều sâu hố đào và từng phân vùng địa chất đặc thù tại Hải Phòng. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào các công trình xây dựng dân dụng và công nghiệp trên địa bàn thành phố giai đoạn 2016 - 2017. Ý nghĩa thực tiễn của công trình thể hiện ở việc kiểm soát mực nước hạ an toàn dưới đáy hố móng tối thiểu 0,5m, giúp giảm 30% đến 40% áp lực ngang tác dụng lên tường vây, triệt tiêu nguy cơ sụt lún công trình lân cận và tối ưu hóa từ 15% đến 25% chi phí thi công hệ thống thoát nước ngầm.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên nền tảng lý thuyết thủy lực công trình ngầm và cơ học đất, trọng tâm là định luật thấm Darcy biểu diễn mối quan hệ giữa lưu lượng thấm, hệ số thấm và gradien thủy lực qua công thức $Q = k \cdot i \cdot A$. Luận văn kết hợp mô hình dòng thấm giếng hoàn chỉnh (khi đáy giếng chạm tầng cách nước) và mô hình giếng không hoàn chỉnh theo lý thuyết của Abramov và Argunov để tính toán chính xác lưu lượng thấm tổng cộng $Q$, chiều sâu hạ nước $S$ và bán kính ảnh hưởng $R$.

Bên cạnh đó, mô hình "giếng lớn" tương đương được áp dụng để quy đổi hố móng chữ nhật phức tạp về bán kính biểu kiến $x_0$, giúp xác định công suất máy bơm tối ưu. Nghiên cứu vận dụng 4 khái niệm kỹ thuật then chốt:

1. Hệ số thấm của đất ($k$): Thông số quyết định vận tốc thấm, dao động từ dưới 0,1 m/ngày đêm đối với đất dính đến 250 m/ngày đêm đối với cát sỏi.
2. Bán kính ảnh hưởng ($R$): Phạm vi lan truyền của phễu hạ nước, biến thiên từ 60m đến trên 500m tùy thuộc cấu trúc tầng chứa nước.
3. Áp lực nước lỗ rỗng và ứng suất hữu hiệu: Cơ sở kiểm soát quá trình cố kết của đất nền và dự báo độ lún xung quanh hố đào.
4. Hiện tượng cát chảy (lưu sa): Hiện tượng phá hoại thủy động lực học khi áp lực thấm ngược vượt quá trọng lượng bản thân của hạt đất.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu tích hợp nguồn dữ liệu thứ cấp từ báo cáo khảo sát địa chất công trình của Liên đoàn Địa chất và hồ sơ địa chất thủy văn của hơn 12 phân vùng đặc thù tại Hải Phòng, kết hợp dữ liệu sơ cấp từ các thí nghiệm đo áp lực nước lỗ rỗng và bơm hút nước thử nghiệm tại hiện trường. Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm 15 vị trí hố khoan địa chất đại diện cho các khu vực trung tâm đô thị, dải ven biển và vùng đồng bằng ngập nước.

Phương pháp chọn mẫu là chọn mẫu phi xác suất kết hợp phân tầng địa kỹ thuật, nhằm bao quát trọn vẹn hai nhóm địa tầng rủi ro cao: tầng cát mịn bão hòa nước và tầng đất bùn sét yếu sâu trên 40m. Phương pháp phân tích giải tích thủy lực kết hợp đối chiếu mô phỏng được lựa chọn vì mang lại độ chính xác toán học cao, cho phép tính toán định lượng lưu lượng nước $Q$, công suất trạm bơm và kiểm chứng trực tiếp với thực tế hiện trường. Toàn bộ quá trình tổng hợp, xử lý dữ liệu và tính toán được thực hiện trong khung thời gian từ năm 2016 đến đầu năm 2017.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Nghiên cứu đã làm sáng tỏ 3 phát hiện kỹ thuật quan trọng phục vụ thi công hố đào sâu tại Hải Phòng:

Thứ nhất, đặc điểm địa chất thủy văn Hải Phòng có sự phân hóa phức tạp theo không gian. Tại khu vực trung tâm, tầng cát mịn bão hòa nước nằm ở độ sâu từ 6m đến gần 40m có nguy cơ trôi cát cực cao khi tháo khô nước; trong khi đó, toàn bộ khu vực phía Nam gồm Kiến Thụy, Tiên Lãng, Vĩnh Bảo có tầng đất yếu dày trên 40m với mực nước ngầm chỉ cách mặt đất 0,5m đến 2m.

Thứ hai, hiệu quả của các công nghệ hạ mực nước ngầm có sự khác biệt rõ rệt theo hệ số thấm và chiều sâu đào. Hệ thống giếng điểm kim lọc chân không (đường kính ống 38mm đến 68mm, áp suất chân không không thấp hơn 55 cmHg) đạt hiệu quả tối ưu cho hố đào sâu 3m đến 6m trong tầng đất có hệ số thấm $k = 0,1 - 50\text{ m/ngày}$. Khi hố đào sâu trên 6m đến 15m, phương pháp giếng điểm sâu sử dụng bơm chìm (đường kính ống 200mm đến 450mm, công suất động cơ lớn) giúp hạ mực nước sâu hơn 15m với hệ số thấm $k = 10 - 250\text{ m/ngày}$, tăng lưu lượng hút xả gấp 3 đến 5 lần so với giếng nhẹ.

Thứ ba, đối với đất dính hoặc đất á sét hạt mịn có hệ số thấm rất nhỏ ($k < 0,1\text{ m/ngày}$ hay $10^{-3} - 10^{-5}\text{ cm/s}$), các giếng hút thông thường hầu như mất tác dụng. Luận văn chứng minh phương pháp điện thấm (sử dụng dòng điện một chiều 50V đến 60V, mật độ dòng dịch chuyển ion dương về ống kim lọc làm cực âm) giúp định hướng dòng nước, tăng 25% đến 35% độ ổn định vách hố móng có bề rộng dưới 40m.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân cốt lõi dẫn đến biến dạng hố đào và lún nứt công trình lân cận là sự thay đổi đột ngột của áp lực nước lỗ rỗng và độ dốc quá lớn của đường cong phễu hạ nước. Khi bơm hút nước ngầm với lưu lượng lớn, bán kính ảnh hưởng lan rộng từ 80m đến 250m sẽ làm gia tăng ứng suất hữu hiệu trong đất nền xung quanh, gây ra hiện tượng lún không đều. So với các nghiên cứu tại Hà Nội và Thành phố Hồ Chí Minh, điều kiện địa chất Hải Phòng nhạy cảm hơn do lớp cát mịn tầng mặt dễ bị xói ngầm tạo hàm ếch nếu hệ thống lọc ngược không đạt chuẩn.

Trong thực tế tính toán thiết kế, toàn bộ dữ liệu thủy văn và đường cong suy giảm mực nước ngầm được biểu diễn trực quan qua biểu đồ mặt cắt phễu rút nước, minh họa rõ mối tương quan giữa khoảng cách giếng ($l_k = 1,0 - 2,0\text{ m}$), chiều dài đoạn lọc ($y_0 = 1,0 - 3,0\text{ m}$) và chiều sâu hạ nước an toàn tại tâm hố đào ($h_c \ge 0,5\text{ m}$). Đồng thời, kết quả nghiên cứu được tổng hợp thành bảng ma trận phân vùng công nghệ, giúp các kỹ sư tra cứu trực tiếp giải pháp phù hợp theo từng loại đất và độ sâu hố móng từ dưới 6m đến trên 20m.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên kết quả nghiên cứu, luận văn đưa ra 4 nhóm giải pháp kỹ thuật có tính ứng dụng cao:

1. Thực hiện công tác khảo sát địa chất thủy văn chi tiết và thí nghiệm bơm hút nước chùm tại hiện trường đối với 100% công trình có hố đào sâu trên 6m. Mục tiêu nhằm xác định chính xác hệ số thấm thực tế $k$ thay vì chỉ sử dụng số liệu trong phòng thí nghiệm, hoàn thành trước khi phê duyệt biện pháp thi công 30 ngày do đơn vị tư vấn thiết kế và chủ đầu tư chủ trì thực hiện.

2. Lựa chọn giải pháp hạ mực nước đồng bộ với kết cấu chắn giữ theo phân vùng địa chất. Áp dụng hệ thống giếng điểm kim lọc nhiều cấp cho hố đào từ 6m đến 12m tại khu vực trung tâm, và giếng khoan bơm sâu cho hố móng trên 12m; bắt buộc thi công tường vây cọc khoan nhồi hoặc tường liên tục trong đất ngàm sâu qua tầng cát mịn bão hòa nước nhằm giảm trên 90% nguy cơ trôi cát và sụt lún công trình lân cận do nhà thầu thi công chịu trách nhiệm.

3. Thiết lập hệ thống quan trắc tự động mực nước ngầm và biến dạng công trình 24/7. Bố trí các giếng quan trắc (piezometer) và mốc đo lún xung quanh hố đào theo cự ly 10m đến 15m một điểm, kiểm soát nghiêm ngặt mực nước tâm hố đào luôn thấp hơn đáy móng tối thiểu 0,5m và độ lún lệch công trình liền kề không vượt quá giới hạn cho phép 5mm trong suốt tiến độ thi công 6 đến 18 tháng do đơn vị quan trắc độc lập thực hiện.

4. Xây dựng quy chuẩn trạm lắng lọc nước thải thi công trước khi xả ra mạng lưới thoát nước đô thị. Lắp đặt hố lọc kim loại dung tích tối thiểu 2 mét khối gồm 2 ngăn chứa vật liệu lọc đá dăm và cát thô dày 0,3m đến 0,5m, loại bỏ 95% lượng bùn cát lắng đọng nhằm bảo vệ hạ tầng thoát nước công cộng của thành phố do ban quản lý dự án giám sát.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung luận văn mang lại giá trị thực tiễn sâu sắc cho 4 nhóm đối tượng chuyên môn:

1. Kỹ sư thiết kế địa kỹ thuật và công trình ngầm: Ứng dụng các công thức giải tích Darcy, Abramov, Argunov và phương pháp giếng lớn để lập thuyết minh tính toán lưu lượng thấm, công suất máy bơm và bán kính phễu hạ nước cho các dự án tầng hầm nhà cao tầng.

2. Chỉ huy trưởng và kỹ sư thi công hiện trường: Nắm vững quy trình lắp đặt, vận hành hệ thống giếng điểm kim lọc, giếng bơm chìm trục đứng, cách bố trí lưới lọc thô mắt 18 và lưới lọc tinh mắt 40 cũng như kỹ thuật hạ ống bằng xói nước cao áp.

3. Cán bộ quản lý dự án và tư vấn giám sát: Có được bộ tiêu chí kiểm tra, đánh giá an toàn địa kỹ thuật, kiểm soát rủi ro sụt lún công trình lân cận và xây dựng đề cương quan trắc mực nước ngầm chuẩn xác.

4. Học viên cao học và nhà nghiên cứu ngành Kỹ thuật Xây dựng: Sử dụng công trình như một tài liệu tham khảo chuyên khảo về địa chất thủy văn công trình ven biển và các giải pháp xử lý nền móng trong điều kiện địa chất phức tạp.

Câu hỏi thường gặp

1. Tiêu chí nào phân định ranh giới giữa hố móng nông và hố móng sâu trong thi công xây dựng? Thực tế kỹ thuật xây dựng quy ước chiều sâu đào từ 6m trở lên là hố móng sâu. Tuy nhiên, với các công trình có chiều sâu dưới 5m nhưng nằm trong khu vực đất yếu, mực nước ngầm cao từ 0,5m đến 2m như Hải Phòng, công trình vẫn phải áp dụng quy trình tính toán và kiểm soát an toàn nghiêm ngặt như hố móng sâu.

2. Tầng cát mịn bão hòa nước tại Hải Phòng gây ra những rủi ro kỹ thuật nguy hiểm nào? Tại trung tâm thành phố, tầng cát mịn dày 6m đến 40m khi gặp dòng thấm thủy động rất dễ bị trôi rửa, tạo hàm ếch rỗng dưới lòng đất. Hiện tượng này làm mất ổn định thành hố móng, trồi đáy đào và gây nứt vỡ hoặc sụp đổ nghiêm trọng các công trình kiến trúc lân cận.

3. Hệ thống giếng điểm kim lọc hút nông phát huy hiệu quả trong điều kiện kỹ thuật nào? Giếng điểm kim lọc chân không hoạt động tối ưu cho chiều sâu hạ nước 3m đến 6m, áp dụng cho đất có hệ số thấm $k = 0,1 - 50\text{ m/ngày}$. Hệ thống yêu cầu độ chân không đường ống duy trì trên 55 cmHg và các ống kim lọc đường kính 38mm đến 68mm bố trí cách nhau 1m đến 2m.

4. Tại sao mực nước ngầm sau khi hạ tại tâm hố móng bắt buộc phải thấp hơn đáy móng tối thiểu 0,5m? Quy chuẩn yêu cầu khoảng cách an toàn $h_c \ge 0,5\text{ m}$ nhằm triệt tiêu hoàn toàn áp lực thủy tĩnh tác dụng lên đáy hố móng, giữ cho nền đất ở trạng thái khô ráo tuyệt đối, đảm bảo cường độ chịu tải của đất nền và ngăn ngừa bùn nhão phá hoại kết cấu bê tông lót móng.

5. Phương pháp hạ mực nước ngầm bằng điện thấm được chỉ định trong trường hợp nào? Phương pháp điện thấm được áp dụng cho đất dính, đất bùn sét hoặc sét pha có hệ số thấm cực nhỏ ($k < 0,1\text{ m/ngày}$). Dưới tác dụng của điện thế một chiều 50V đến 60V, nước trong lỗ rỗng mang điện tích dương sẽ di chuyển về phía cực âm tại giếng lọc, giúp tăng cường độ ổn định cho hố móng hẹp dưới 40m.

Kết luận

Luận văn đã giải quyết toàn diện bài toán xử lý nước ngầm cho công tác thi công hố đào sâu tại đô thị Hải Phòng với 5 kết luận then chốt:

• Tổng kết chi tiết đặc trưng địa tầng và phân vùng địa chất thủy văn phức tạp tại Hải Phòng, chỉ rõ rủi ro tại tầng cát mịn bão hòa nước sâu từ 6m đến 40m.
• Hệ thống hóa cơ sở lý thuyết dòng thấm giếng hoàn chỉnh, giếng không hoàn chỉnh và mô hình giếng lớn phục vụ tính toán chính xác lưu lượng và công suất bơm.
• Xác định phạm vi áp dụng tối ưu cho từng phương pháp: máng hở cho đất dẻo cứng, giếng kim lọc cho độ sâu 3m đến 6m, giếng bơm sâu cho độ sâu 6m đến 20m và điện thấm cho đất sét dính.
• Khẳng định yêu cầu bắt buộc duy trì mực nước ngầm hạ sâu hơn đáy móng tối thiểu 0,5m và kiểm soát bán kính phễu hạ nước từ 80m đến 250m.
• Đề xuất quy trình quan trắc biến dạng 24/7 và hệ thống lắng lọc nước xả thải 2 ngăn dung tích 2 mét khối bảo vệ môi trường đô thị.

Đóng góp lớn nhất của công trình là cung cấp cẩm nang tra cứu và giải pháp kỹ thuật hạ mực nước ngầm có tính thực chiến cao cho các nhà thầu và kỹ sư xây dựng. Trong giai đoạn tiếp theo từ năm 2026 đến năm 2030, các đơn vị thi công cần đẩy mạnh ứng dụng cảm biến IoT quan trắc tự động và phần mềm mô phỏng dòng thấm 3D để nâng cao hơn nữa độ an toàn cho các công trình ngầm đô thị. Hãy liên hệ ngay với các chuyên gia địa kỹ thuật để nhận tư vấn và chuyển giao quy trình thiết kế hạ mực nước ngầm tối ưu cho dự án của bạn.

Trích đoạn nội dung tài liệu

PHẦN MỞ ĐẦU 1. Sự cần thiết của vấn đề nghiên cứu: Trong những năm gần đây cùng với cả nước trong quá trình thực hiện công cuộc công nghiệp hoá, hiện đại hóa đất nước, ngành Xây dựng Việt Nam đã có những góp phần không nhỏ nhằm đổi mới bộ mặt Hải Phòngcũng như các đô thị trong cả nước. Các đô thị ngày càng phát triển, mật đô dân số, mật độ xây dựng ngày càng tăng. Việc sử dụng không gian ngầm xem như là một giải pháp tối ưu trong thời điểm hiện nay.

Tận dụng không gian ngầm có thể xây dựng nhiều loại công trình khác nhau như: - Các công trình công nghiệp bao gồm các nhà máy, các kho tàng, các dây chuyền công nghệ (như nhà máy luyện kim, cán thép, vật liệu xây dựng,…) - Các công trình dân dụng công cộng bao gồm các cửa hàng bách hóa, các rạp hát, các công trình dịch vụ công cộng phục vụ phúc lợi xã hội… - Các bể chứa, bãi đậu xe, gara, tầng hầm nhà cao tầng, các công trình phòng vệ dân sự… - Các công trình giao thông như đường sắt, công trình ga và đường tàu điện ngầm, các mạng kỹ thuật ngầm như công trình cấp thoát nước, cáp điện, cáp quang… - Các công trình thủy lợi, thủy điện, các trạm bơm lớn… Từ đó, việc thi công các công trình trên dẫn đến có rất nhiều loại hố móng sâu khác nhau đòi hỏi người thiết kế, thi công cần phải có những phương pháp kỹ thuật đảm bảo an toàn và hiệu quả kinh tế nhằm tránh ảnh hưởng đến công trình lân cận đã xây dựng trước đó. Khi thi công hố đào sâu trong điều kiện đất yếu, mực nước ngầm cao và các điều kiện hiện trường phức tạp khác rất dễ sinh ra trượt lở khối đất, mất ổn định móng, thân cọc bị chuyển dịch vị trí, đáy hố trồi lên, kết cấu chắn giữ bị rò nước nghiêm trọng hoặc bị xói ngầm…làm hư hại móng. Việc xử lý nước ngầm trong thi công hố đào sâu là khâu kỹ thuật rất quan trọng và cần thiết. Nếu nước ngầm ngấm vào trong hố đào sẽ làm cho hố đào bị ngập nước và sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình thi công cũng như độ an toàn của công trình xây dựng.

Do đó khi thi công hố đào cần thiết phải có các biện pháp hạ mực nước ngầm và thoát nước tích cực để cho móng được thi công trong trạng thái khô ráo. Vấn đề nghiên cứu và rút ra kinh nghiệm cho việc lựa chọn giải pháp hạ mực nước ngầm hợp lý khi thi công móng cho hố đào sâu ở nước ta là một vấn đề cần được nghiêm túc xem xét rút ra các kinh nghiệm quí báu cho các công trình đã, đang và sẽ tiếp tục xây dựng trong tương lai cho các thành phố của nước ta. Mục đích nghiên cứu: Đề xuất các phương pháp hạ mực nước ngầm hợp lý cho các công trình có chiều sâu hố đào khác nhau, điều kiện đất nền riêng biệt khác nhau tại khu vực Hải Phòng. Phạm vi nghiên cứu đề tài: Phạm vi nghiên cứu của luận văn là các phương pháp hạ mực nước ngầm cho hố đào trong thi công hố đào sâu khu vực Hải Phòng.

Các phƣơng pháp nghiên cứu: Nghiên cứu lý thuyết kết hợp tổng kết, phân tích các kết quả khảo sát hiện trường đề xuất ra các giải pháp. Những đề xuất của luận văn: 5. Đưa ra được phương pháp hạ mực nước ngầm hợp lý cho kỹ thuật thi công hố đào sâu với các độ sâu và điều kiện địa chất khác nhau của khu vực Hải Phòng. Đề xuất quy trình quan trắc trong quá trình hà mực nước ngầm trong thi công hố đào sau ở Hải Phòng.

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PHƢƠNG PHÁP HẠ MỰC NƢỚC NGẦM 1.1 Nhu cầu xây dựng tầng hầm và thi công hố đào sâu ở Việt Nam. Nhà có tầng hầm đã có từ lâu trên thế giới, nó trở thành phổ biến và gần như là một thông lệ khi xây dựng nhà nhiều tầng. Ở châu âu do đặc điểm đất nền tương đối tốt, mực nước ngầm thấp, kỹ thuật xây dựng tiên tiến và cũng do nhu cầu sử dụng nên hầu như nhà nhiều tầng nào cũng có tầng hầm. Khi xây dựng một khu nhà với yêu cầu không được xây cao người ta thường lợi dụng ưu thế này vì vậy thậm chí có siêu thị chỉ có 2-3 tầng nổi nhưng có tới 2-3 tầng hầm.

Ngay từ lâu ở các nước công nghiệp phát triển, nhu cầu về nhà cửa tăng nhanh, các phương tiện giao thông cũng tăng đáng kể cộng với mức sống cao kéo theo các hoạt động dịch vụ trong khi đó diện tích xây dựng lại hạn hẹp. Nhà nhiều tầng đã đáp ứng được 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. Về mặt chuyên môn ta thấy rằng nhà nhiều tầng có tải trọng rất lớn ở chân cột, nó gây ra áp lực rất lớn lên nền và móng, vì vậy khi làm tầng hầm ta đã giảm tải cho móng vì một lượng đất khá lớn trên móng đã được lấy đi, hơn nữa khi có tầng hầm thì móng được đưa xuống khá sâu, móng có thể đặt vào nền đất tốt, cường độ của nền tăng lên (khi ta cho đất thời gian chịu lực). Thêm vào đó tầng hầm sâu nếu nằm dưới mực nước ngầm, nước ngầm sẽ đẩy nổi công trình theo định luật Acsimet như thế nó sẽ giảm tải cho móng công trình và đồng thời cũng giảm lún cho công trình.

Đối với nhà nhiều tầng không có tầng hầm, độ sâu ngàm vào đất nông (từ 2-3m), độ ổn định của công trình không cao do trọng tâm của công trình ở trên cao. Khi nhà có tầng hầm, trọng tâm của công trình sẽ được hạ thấp làm tăng tính ổn định tổng thể của công trình. Hơn nữa tường, cột, dầm sàn của tầng sẽ làm tăng độ ngàm của công trình vào đất, tăng khả năng chịu lực ngang như gió, bão, động đất. Một số ví dụ về nhà cao tầng có tầng hầm ở Việt Nam: Qua bảng thống kê trên ta thấy các công trình thường có thống kê từ 1 - 4 tầng hầm, độ sâu hố đào từ 5 - 15 m.

Hiện nay, ở thành phố Hà Nội đã khánh thành tòa nhà PACIFIC PLACE tại 83 Lý Thường Kiệt cao 18 tầng và có tới 5 tầng hầm, độ sâu hố đào 19,5m. Tầng hầm trong nhà cao tầng đã là vấn đề quen thuộc trong ngành xây dựng trên thế giới kể cả các nước đang phát triển, nó rất phù hợp cho các thành phố tương lai được thiết kế hiện đại, đảm bảo được yêu cầu về môi sinh, môi trường và đáp ứng các sở thích của con người. Ta có thể nói rằng tầng hầm trong nhà nhiều tầng là một nhu cầu khách quan vì nó có những ưu việt ta phải tận dụng. Cho đến nay nhà cao tầng có số tầng hầm ngày càng tăng lên.

Từ 1 tầng hầm đến nay Việt nam đã có nhà cao tầng 5 tầng hầm, Hải Phòng đang xây dựng khách sạn Hilton 5 sao và Trung tâm Thương mại, căn hộ cao cấp với tổng vốn đầu tư hơn 2.200 tỷ đồng, dự kiến đưa vào khai thác trong năm 2018. Như vậy số tầng hầm càng tăng thì độ sâu hố đào càng lớn, hố móng sẽ nằm dưới mực nước ngầm càng sâu thì nước ngầm sẽ ngấm vào hố móng theo nhiều cách. Vì vậy, hố móng sẽ bị ngập nước không thi công được. Nếu lớp đất mặt là loại không thấm nước mà bên dưới có nước cao áp còn rất dễ xảy ra hiện tượng nước cao áp phá vỡ lớp đất mặt gây hiện tượng bục lở nền.

Như vậy sẽ gây khó khăn và nguy hiểm cho công trình. Do đó, hạ mực nước ngầm là công việc rất quan trọng trong thi công tầng hầm nhà cao tầng, công việc này cần phải được bên thiết kế nghiên cứu đưa ra giải pháp và các đơn vị thi công chú trọng trong quá trình thi công để có thể thi công thuận lợi và thuần thục. Ưu điểm của phương pháp hạ mực nước ngầm là giảm tối đa nước chảy vào hố móng, giảm áp lực lên vách chống thành hố đào, tăng khả năng chịu lực của đất nền, giảm độ lún của công trình.2 Công nghệ thi công hố đào sâu ở Hải Phòng. Ngày nay, công nghệ thi công đất đã có rất nhiều tiến bộ chủ yếu nhờ vào các máy móc thiết bị thi công hiện đại và các quá trình thi công hợp.

Tuy nhiên một vấn đề đặt ra là giải pháp thi công hố đào sâu trong khu đất chật hẹp liên quan đến các yếu tố kỹ thuật môi trường. Ranh giới phân biệt giữa hố móng nông và hố móng sâu không có qui định rõ rệt, thực tế thường lấy giới hạn 6 mét làm ranh giới giữa hố móng nông và hố móng sâu là tương đối phù hợp. Có khi lấy độ sâu hố móng ít hơn 5 mét nhưng phải đào trong đất có điều kiện địa chất công trình và địa chất thủy văn phức tạp cũng phải ứng xử như đối với hố móng sâu. Kết cấu chắn giữ tường chỉ có tính tạm thời, khi móng thi công xong là hết tác dụng.

Một số vật liệu làm kết cấu chắn giữ có thể được sử dụng lại, như cọc bàn thép và những phương tiện chắn giữ như kiểu công cụ. Nhưng cũng có một số kết cấu chắn giữ được chôn lâu dài ở trong đất như cọc tấm bằng BTCT, cọc nhồi, cọc trộn xi măng đất và tường liên tục trong đất. Cũng có cả loại trong khi thi công móng thì làm kết cấu chắn giữ hố móng, thi công xong sẽ trở thành một bộ phận của kết cấu vĩnh cửu, làm thành tường ngoài các phòng ngầm kiểu phức hợp như tường liên tục trong đất. Sau đây là một số loại tường chắn giữ hố móng được sử dụng thông dụng ở Việt Nam như: a) Tường chắn bằng xi măng đất trộn ở tầng sâu: trộn cưỡng chế đất với xi măng thành cọc xi măng đất, sau khi đóng rắn lại sẽ thành tường chắn có dạng bản liền khối đạt cường độ nhất định, dùng để đào loại móng có độ sâu 3-6 m; b) Cọc bản thép: dùng thép máng sấp ngửa móc vào nhau hoặc cọc bản thép khóa miệng bằng thép hình với mặt cắt chữ U và chữ Z.