Đề Xuất Quy Trình Thiết Kế Hệ Thống Tháo Khô Trong Khai Đào Hố Móng Và Thi Công Tầng Hầm

Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường đề xuất quy trình thiết kế hệ thống tháo khô hiệu quả trong khai đào hố móng và thi công tầng hầm, đảm bảo an toàn và tiến độ công trình.

• Tác giả: Đào Hồng Hải
• Người hướng dẫn: ThS. Đào Hồng Hải
• Trường học: Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc gia TP. HCM
• Chuyên ngành: Địa kỹ thuật
• Đề tài: Quy trình thiết kế hệ thống tháo khô hiệu quả cho khai đào hố móng và thi công tầng hầm
• Loại tài liệu: báo cáo tổng kết đề tài khoa học công nghệ cấp trường
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Thiết kế hệ thống tháo khô

Thiết kế hệ thống tháo khô là quá trình xác định các yếu tố kỹ thuật cần thiết để kiểm soát nước ngầm trong quá trình khai đào hố móng và thi công tầng hầm. Các phương pháp tháo khô phổ biến bao gồm sử dụng hào hoặc rãnh thoát nước, giếng sâu, và giếng điểm. Mỗi phương pháp có điều kiện ứng dụng khác nhau tùy thuộc vào đặc điểm địa chất và thủy văn của khu vực. Hệ thống tháo khô hiệu quả đòi hỏi việc tính toán chính xác lưu lượng nước cần bơm hút, độ hạ thấp mực nước, và số lượng giếng cần thiết. Quy trình này giúp đảm bảo an toàn và ổn định cho công trình trong suốt quá trình thi công.

1.1. Phương pháp hào hoặc rãnh thoát nước

Phương pháp hào hoặc rãnh thoát nước là một trong những giải pháp tháo khô đơn giản và tiết kiệm chi phí nhất. Phương pháp này sử dụng các rãnh hoặc hào được đào tại đáy hố móng để thu gom nước ngầm. Nước được thoát ra ngoài bằng trọng lực hoặc thông qua hệ thống bơm. Phương pháp này phù hợp với các tầng đất có độ thấm nước tốt như cát, sỏi và thường được áp dụng cho các hố đào nông. Tuy nhiên, đối với các hố đào sâu, phương pháp này có thể gây ra hiện tượng cát chảy, làm mất ổn định nền đất.

1.2. Phương pháp giếng sâu

Phương pháp giếng sâu là một kỹ thuật tháo khô hiệu quả cho các hố đào sâu và có yêu cầu cao về độ khô ráo của đáy hố móng. Các giếng sâu được bố trí xung quanh hoặc bên trong khu vực hố đào, với độ sâu thấp hơn đáy hố từ 2-5m. Hệ thống này sử dụng máy bơm hỏa tiễn hoặc bơm điện chìm để hút nước ngầm. Giếng sâu được thiết kế với lớp lọc và ống chống để ngăn chặn sự xâm nhập của cát và bùn vào giếng. Phương pháp này đòi hỏi tính toán chính xác lưu lượng nước và độ hạ thấp mực nước để đảm bảo hiệu quả tháo khô.

1.3. Phương pháp giếng điểm

Phương pháp giếng điểm là một giải pháp tháo khô linh hoạt, thường được sử dụng trong các khu vực có diện tích lớn và yêu cầu tháo khô cục bộ. Các giếng điểm được bố trí theo hình chữ nhật hoặc đường thẳng, với khoảng cách giữa các giếng từ 0.5-1.5m. Mỗi giếng được lắp đặt với ống lọc và lớp sạn sỏi để tăng khả năng thu gom nước. Phương pháp này phù hợp với các tầng đất có độ thấm nước trung bình và thường được sử dụng kết hợp với các phương pháp tháo khô khác để đạt hiệu quả tối ưu.

II. Quy trình thiết kế hệ thống tháo khô

Quy trình thiết kế hệ thống tháo khô bao gồm các bước từ khảo sát địa chất, phân tích dòng ngầm, đến lựa chọn phương pháp tháo khô phù hợp. Quy trình này đảm bảo rằng hệ thống tháo khô được thiết kế một cách khoa học và hiệu quả, phù hợp với điều kiện thực tế của công trình. Các bước chính bao gồm khảo sát đặc điểm địa chất, tính toán lưu lượng nước, xác định số lượng giếng, và lắp đặt hệ thống tháo khô. Quy trình này giúp giảm thiểu rủi ro và đảm bảo an toàn cho công trình trong quá trình thi công.

2.1. Khảo sát đặc điểm địa chất

Khảo sát đặc điểm địa chất là bước đầu tiên và quan trọng nhất trong quy trình thiết kế hệ thống tháo khô. Quá trình này bao gồm việc thu thập dữ liệu về đặc tính của đất đá, tầng chứa nước, và hệ số thấm của đất. Các thông số này được sử dụng để xác định phương pháp tháo khô phù hợp và tính toán lưu lượng nước cần bơm hút. Việc khảo sát kỹ lưỡng giúp tránh các sự cố như bục đáy hố móng, cát chảy, và lún mặt đất trong quá trình thi công.

2.2. Tính toán lưu lượng và độ hạ thấp mực nước

Tính toán lưu lượng và độ hạ thấp mực nước là bước quan trọng để xác định kích thước và số lượng giếng cần thiết. Các công thức tính toán được sử dụng dựa trên đặc điểm của tầng chứa nước và điều kiện địa chất. Đối với tầng chứa nước không áp, lưu lượng nước được tính dựa trên chiều cao mực nước tĩnh và hệ số thấm của đất. Đối với tầng chứa nước có áp, các thông số như bề dày tầng chứa nước và độ xuyên của giếng được sử dụng để tính toán lưu lượng. Kết quả tính toán giúp lựa chọn công suất máy bơm phù hợp và đảm bảo hiệu quả tháo khô.

2.3. Lắp đặt và vận hành hệ thống tháo khô

Lắp đặt và vận hành hệ thống tháo khô là bước cuối cùng trong quy trình thiết kế. Hệ thống giếng sâu hoặc giếng điểm được lắp đặt theo sơ đồ đã được tính toán, với khoảng cách và độ sâu phù hợp. Quá trình vận hành bao gồm kiểm soát lưu lượng nước, theo dõi độ hạ thấp mực nước, và điều chỉnh hệ thống khi cần thiết. Việc vận hành hiệu quả giúp đảm bảo rằng hố móng luôn khô ráo và ổn định trong suốt quá trình thi công.

III. Ứng dụng thực tế và giá trị của quy trình

Quy trình thiết kế hệ thống tháo khô không chỉ mang lại hiệu quả kỹ thuật mà còn có giá trị thực tiễn cao trong các dự án xây dựng. Việc áp dụng quy trình này giúp giảm thiểu rủi ro, tiết kiệm chi phí, và đảm bảo tiến độ thi công. Các dự án như khu cao ốc phức hợp Ngân Bình đã chứng minh tính hiệu quả của quy trình này trong việc kiểm soát nước ngầm và đảm bảo an toàn cho công trình. Quy trình cũng góp phần bảo vệ môi trường bằng cách giảm thiểu tác động của việc tháo khô đến các công trình lân cận và nguồn nước ngầm.

3.1. Giảm thiểu rủi ro trong thi công

Giảm thiểu rủi ro trong thi công là một trong những lợi ích chính của việc áp dụng quy trình thiết kế hệ thống tháo khô. Việc tính toán chính xác lưu lượng nước và độ hạ thấp mực nước giúp tránh các sự cố như bục đáy hố móng, cát chảy, và lún mặt đất. Điều này không chỉ đảm bảo an toàn cho công trình mà còn giảm thiểu thiệt hại về người và tài sản. Quy trình cũng giúp các nhà thầu chủ động hơn trong việc xử lý các tình huống phát sinh trong quá trình thi công.

3.2. Tiết kiệm chi phí và thời gian

Tiết kiệm chi phí và thời gian là một lợi ích quan trọng khác của quy trình thiết kế hệ thống tháo khô. Việc lựa chọn phương pháp tháo khô phù hợp và tính toán chính xác các thông số kỹ thuật giúp giảm thiểu chi phí vật liệu và nhân công. Quy trình cũng giúp rút ngắn thời gian thi công bằng cách đảm bảo rằng hệ thống tháo khô hoạt động hiệu quả ngay từ đầu. Điều này đặc biệt quan trọng trong các dự án có tiến độ gấp rút và yêu cầu cao về chất lượng.

3.3. Bảo vệ môi trường và công trình lân cận

Bảo vệ môi trường và công trình lân cận là một yếu tố không thể bỏ qua khi áp dụng quy trình thiết kế hệ thống tháo khô. Việc kiểm soát chặt chẽ lưu lượng nước và độ hạ thấp mực nước giúp giảm thiểu tác động đến nguồn nước ngầm và các công trình xung quanh. Quy trình cũng giúp ngăn chặn hiện tượng sụt lún đất và ô nhiễm nguồn nước, góp phần bảo vệ môi trường và đảm bảo sự phát triển bền vững của khu vực.

Trích đoạn nội dung tài liệu

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA O BÁO CÁO TỔNG KẾT KẾT QUẢ ĐỀ TÀI KHCN CẤP TRƢỜNG Tên đề tài: ĐỀ XUẤT QUY TRÌNH THIẾT KẾ HỆ THỐNG THÁO KHÔ TRONG KHAI ĐÀO HỐ MÓNG VÀ THI CÔNG TẦNG HẦM Mã số đề tài : T-ĐCDK-2013-25 Thời gian thực hiện : 12 Tháng Chủ nhiệm đề tài : ThS. Đào Hồng Hải Đồng chủ nhiệm đề tài: PGS. Nguyễn Việt Kỳ Thành phố Hồ Chí Minh – Tháng 05/2014 Danh sách các cán bộ tham gia thực hiện đề tài 1.

Đào Hồng Hải – Bộ môn Địa kỹ thuật – Khoa KT ĐC&DK 2. Nguyễn Việt Kỳ – Bộ môn Địa kỹ thuật – Khoa KT ĐC&DK -i- MỤC LỤC Nội dung Trang Chuyên đề 1 CÁC PHƢƠNG PHÁP HẠ THẤP MỰC NƢỚC DƢỚI ĐẤT TRONG TẦNG CHỨA NƢỚC CÓ ÁP VÀ KHÔNG ÁP .1 Các phƣơng pháp áp dụng để kiểm soát nƣớc ngầm .1 Hào hoặc rãnh thoát nƣớc .2 Phƣơng pháp giếng sâu .3 Phƣơng pháp giếng điểm .2 Tính toán tháo khô hố móng với các dạng công trình khác nhau và trong các điều kiện địa chất thủy văn khác nhau .1 Khái quát chung .2 Phân tích, tính toán lƣu lƣợng và độ hạ thấp mực nƣớc cho công trình .1 Đối với giếng không hoàn chỉnh .2 Xây dựng lƣới thấm. 17 Chuyên đề 2 QUY TRÌNH THIẾT KẾ HỆ THỐNG THÁO KHÔ .2 Khảo sát đặc điểm địa chất công trình và địa chất thủy văn .1 Điều kiện địa chất và đất đá .2 Đặc tính của nƣớc dƣới đất .3 Tính thấm của tầng chứa nƣớc .6 Phân tích dòng ngầm .3 Lập phƣơng án tháo khô.1 Lựa chọn các phƣơng pháp bơm hút tháo khô .2 Xác định các thông số địa chất thủy văn .3 Xác định công suất của giếng bơm hút .4 Tính toán số lƣợng giếng cần thiết kế .5 Tính toán mức độ ảnh hƣởng của việc hạ thấp mực nƣớc.6 Lắp đặt hệ thống tháo khô và kiểm soát nƣớc ngầm .1 Hệ thống giếng sâu.2 Hệ thống giếng điểm .7 Vận hành và kiểm soát các biểu hiện của hệ thống .1 Đối với giếng sâu .2 Đối với giếng điểm .4 Lƣu đồ thiết kế hệ thống tháo khô. 32 Chuyên đề 3 THIẾT KẾ HỆ THỐNG THÁO KHÔ CHO KHU CAO ỐC PHỨC HỢP NGÂN BÌNH.1 Mục đích và yêu cầu của chủ đầu tƣ .2 Đặc điềm ĐCTV khu vực TP.1 Các tầng chứa nƣớc (TCN) .2 Chất lƣợng NDĐ cho mục tiêu sinh hoạt .3 Chất lƣợng NDĐ cho mục đích kỹ thuật.3 Khối lƣợng các công tác và biện pháp thi công.1 Công tác khoan thăm dò địa chất thủy văn .2 Bơm thí nghiệm chùm:.3 Công tác lấy và phân tích mẫu nƣớc .4 Đặc điểm địa chất và địa chất thủy văn .1 Tầng sét và sét pha chứa nƣớc rất kém .2 Tầng cát pha, cát chứa nƣớc áp lực (qp2-3) .3 Chất lƣợng nƣớc: .5 Tính toán các thông số địa chất thủy văn .1 Theo tài liệu bơm hút thí nghiệm hiện trƣờng (xem phụ lục 1) .6 Xác định lƣu lƣợng cần bơm hút và bố trí sơ đồ hệ thống tháo khô .7 Lắp đặt các hạng mục tháo khô .8 Thiết kế hệ thống quan trắc cho công trình .9 Vận hành hệ thống tháo khô.10 Phân tích quá trình hạ thấp bằng phần mềm.

48 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ. 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 54 -iii- DANH SÁCH HÌNH ẢNH Hình Trang Hình1.1: Các điều kiện ứng dụng các phƣơng pháp tháo khô khác nhau ( từ Quinion và Quinion, 1987) .2: Tháo khô bằng phƣơng pháp đào hào, rãnh thoát nƣớc.3: Tháo khô bằng phƣơng pháp giếng sâu .4: Sơ đồ thiết kế một giếng bơm hút hoàn chỉnh .5: Tháo khô bằng phƣơng pháp giếng điểm .6: Rãnh thoát nƣớc không hoàn chỉnh trong tầng chứa nƣớc không áp có 1 biên bổ cập .7: a) sử dụng cho rãnh không hoàn chỉnh, b) sử dụng cho giếng không hoàn chỉnh .8: Rãnh thoát nƣớc không hoàn chỉnh trong tầng nƣớc có áp, với 1 nguồn cấp.9: a) Sử dụng cho rãnh không hoàn chỉnh, b) sử dụng cho giếng không hoàn chỉnh trong tầng chứa nƣớc có áp .10: Biểu đồ quan hệ giữa tỉ số W/D và hệ số λ .11: Rãnh hoàn chỉnh có nguồn cấp từ 1 phía trong tầng nƣớc không áp .12: Biểu đồ tra độ chênh lệch hs giữa mặt thoáng tự do và mực nƣớc trong tầng chứa .13: Giếng đơn có nguồn bổ cấp từ 2 phía.14: Rãnh hoàn chỉnh có nguồn cấp từ 1 phía trong tầng nƣớc có áp .15: Giếng đơn có nguồn bổ cấp từ hai phía .16: Dòng chảy qua một tầng đất đồng nhất .1: Sự không đồng nhất của các lớp đất đá .2: Hiệu suất của công tác bơm hút .3: Bán kính ảnh hƣởng của một giếng lớn.4: Các giếng bố trí trong một hố đào .5: Sơ đồ hệ thống giếng điểm đặc trƣng (theo giáo trình “kỹ thuật nền móng “, G.Leonard, và nnk, 1962, McGraw-Hill Book Company) .6: Giếng điểm lắp đặt bằng phƣơng pháp tự bơm phụt .7: Lƣu đồ thiết kế và vận hành hệ thống tháo khô. Vị trí công trình.

Mặt bằng công trình và vị trí các giếng khoan ĐCTV. Sơ đồ bố trí kết cấu giếng khoan thí nghiệm ĐCTV. Sơ đồ mặt bằng và độ sâu khai đào tầng hầm công trình. Kết cấu giếng bơm hút.

Sơ đồ bố trí các giếng bơm hút. Mặt bằng bố trí các hạng mục quan trắc. Sơ đồ phễu hạ thấp mực nƣớc với Q = 11627. Mặt cắt phễu hạ thấp mực nƣớc, Q = 11627.

Phễu hạ thấp mực nƣớc tính theo phần mềm GMS 7. 49 -v- DANH SÁCH BẢNG BIỂU Danh sách Trang Bảng 2. 1 Hệ số thấm của một số loại cát điển hình (theo các kỹ sư quân đội Mỹ)23 Bảng 3.1 Bảng tổng hợp các thông số ĐCTV tính theo các phƣơng pháp: .2 Bảng so sánh kết quả chạy mô hình và số liệu thiết kế. 50 -1- Đề tài đƣợc thực hiện theo hợp đồng với mã số để tài: T-ĐCDK-2013-25 gồm các nội dung sau: 1.

Các phƣơng pháp hạ thấp mực nƣớc dƣới đất trong tầng chứa nƣớc có áp và không áp 2. Đề xuất Quy trình thiết kế hệ thống tháo khô trong khai đào hố móng và thi công tầng hầm 3. Thiết kế hệ thống tháo khô cho công trình khu cao ốc phức hợp Ngân Bình -2- Chuyên đề 1 CÁC PHƢƠNG PHÁP HẠ THẤP MỰC NƢỚC DƢỚI ĐẤT TRONG TẦNG CHỨA NƢỚC CÓ ÁP VÀ KHÔNG ÁP 1.1 Các phƣơng pháp áp dụng để kiểm soát nƣớc ngầm Áp dụng các phƣơng pháp tháo khô nhằm mục đích: a) Ngăn chặn nƣớc mặt chảy vào hố đào thông qua các hệ thống hào rãnh, những bức tƣờng thấp, hoặc các bệ, đê chắn nƣớc bên ngoài hố đào. b) Giảm áp lực đáy hố móng trong thi công tầng hầm c) Có thể cho phép nƣớc mặt chảy vào hố đào sau đó chúng ta sử dụng các hố thoát nƣớc, mƣơng rãnh thoát nƣớc, hoặc hệ thống thấm lọc.

d) Thoát nƣớc dƣới đất bằng cách hạ thấp mực nƣớc ngầm trong hố đào. Ví dụ: dùng phƣơng pháp giếng điểm hoặc phƣơng pháp giếng sâu. e) Chặn dòng ngầm chảy vào hố đào bằng các loại tƣờng chắn trong đất. ví dụ: tƣờng vữa xi măng-bentonite… Trong khai đào hố móng và thi công tầng hầm nhìn chung các phƣơng pháp phổ biến thƣờng đƣợc sử dụng bao gồm: 1) Dùng hào hoặc rãnh thoát nƣớc để tháo khô; 2) Phƣơng pháp giếng sâu; 3) Phƣơng pháp giếng điểm.1 đã mô tả điều kiện áp dụng các phƣơng pháp trên.1 Hào hoặc rãnh thoát nƣớc Phƣơng pháp này dùng để thu gom nƣớc chảy vào hố đào bằng các rãnh đặt tại đáy các hố đào, có thể bằng trọng lực của dòng nƣớc dƣới đất hoặc các dụng cụ thiên nhiên, và cũng có thể sử dụng máy bơm để bơm nƣớc từ các rãnh này ra ngoài.

Nếu hố đào lớn ta có thể thi công các hào để thu gom nƣớc từ các cạnh của hố đào. Nói chung, sử dụng hào hay rãnh thu gom nƣớc đều là các phƣơng pháp thoát nƣớc trọng lực. Các rãnh và các hào đƣợc đào gần các tƣờng chắn của tầng hầm, ngay bên dƣới bề mặt đang đào. Một rãnh đào thông thƣờng có độ sâu từ 0.6 đến 1m, xem hình 1.

-3- Các kiểu đất Kích thƣớc hạt Hệ số thấm Độ sâu tháo khô phù hợp trung bình (mm) (m/s) 4m 8m 12m 16m 24m 28m Cuội to 60 20 >1 Cuội trung 20 6 >1 Cuội nhỏ 6 2 >10-1 Cát to 2 0.002 <10-7 các rãnh thu gom PP giếng sâu + Khe rãnh lộ thiên PP rãnh thu gom PP giếng sâu PP giếng điểm PP Điện hóa Đề xuất phƣơng pháp tháo khô Hình1.1: Các điều kiện ứng dụng các phương pháp tháo khô khác nhau ( từ Quinion và Quinion, 1987) Phƣơng pháp này ít tốn kém nhất cho nên thƣờng sử dụng trong tháo khô. Tuy nhiên, nó chỉ sử dụng có hiệu quả trong các tầng thấm nƣớc tốt nhƣ cuội sỏi, sạn cát…với độ sâu đào nông, nếu hố đào sâu sẽ dễ xảy ra hiện tƣợng cát chảy (sand boiling). -4- Tháo khô Tháo khô Giai đoạn 1 Rãnh mở Giai đoạn 2 Tƣờng chắn Giai đoạn 3 Hình1.2: Tháo khô bằng phương pháp đào hào, rãnh thoát nước 1.2 Phƣơng pháp giếng sâu Hình 1.3 sơ đồ mô tả hệ thống giếng sâu, thông thƣờng các giếng đƣợc bố trí gần trong hoặc ngoài gần phạm vi hố đào. Phƣơng pháp này còn gọi là phƣơng pháp thoát nƣớc trọng lực.

Đƣờng kính các giếng sâu khoảng từ 150 đến 200mm (6-8 in). Nếu mục đích tháo khô nhằm giữ đáy hố đào luôn khô ráo thì đáy giếng sâu phải thấp hơn từ 2 – 5m bên dƣới mặt đáy hố đào và không thấp hơn chân tƣờng chắn. Các giếng đƣợc bố trí quanh khu vực lân cận hố đào. Các loại máy bơm sử dụng có thể là bơm hỏa tiễn hoặc bơm điện chìm.

Để sử dụng các loại máy bơm một cách hợp lý chúng ta cần phải quan tâm đến thủ tục, thiết kế, và ứng dụng của các loại máy bơm khác nhau.4 trình bày sơ đồ kết cấu của một giếng sâu. Hình minh họa cho thấy độ sâu thiết kế của giếng, cách lắp đặt ống chống ( ví dụ ống nhựa PVC) và lƣới bảo vệ sự xâm nhập của cát và lớp lọc giữa thành giếng và ống chống. sau khi thi công xong phần lọc thì chúng ta phải tiến hành thổi rửa giếng để rửa sạch mùn sinh ra -5- trong quá trình khoan để tránh mùn khoan bám vào hệ thống lọc, vì mùn sẽ làm giảm khả năng thấm của giếng. Tháo khô Tháo khô Ống chống Tƣờng chắn Bơm Hình1.3: Tháo khô bằng phương pháp giếng sâu Sạn sỏi phải đƣợc làm từ các vật liệu có độ hạt thích hợp để ngăn chặn các hạt đất chảy vào giếng.

Mặc khác, Lớp lọc phải có lỗ rỗng đủ lớn để giữ cho hệ số thấm tốt.