Bài giảng Kỹ thuật thi công Phần 1 (Ch.3): TS. Nguyễn Duy Long

3/14/2010

CÔNG TÁC CHUẨN BỊ PHỤC VỤ THI CÔNG ĐẤT

NỘI DUNG

 Chuẩn bị mặt bằng thi công

 Kiểm soát nước ngầm (groundwater control)

 Định vị và giác móng công trình

3/14/2010

CHUẨN BỊ MẶT BẰNG THI CÔNG

CÔNG TÁC CHUẨN BỊ MẶT BẰNG

 Tiếp cận công trường (site access)

 Giải phóng và thu dọn mặt bằng (site

clearance)

 Tiêu nước mặt

 Chuẩn bị vị trí đổ đất khi đào móng  Chuẩn bị vị trí đổ đất khi đào móng

3/14/2010

TIẾP CẬN CÔNG TRƯỜNG

 Điều kiện địa chất

 Công trình hiện hữu

 Đường vào công trường

 Các hạn chế của công trường

 Vấn đề về lao động, thiết bị

 Các dịch vụ tiện ích

GIẢI PHÓNG VÀ THU DỌN MẶT BẰNG

 Di chuyển và phá vỡ công trình cũ

 Đốn hạ hay di chuyển cây cối trong mặt

bằng thi công

 Dọn chướng ngại khác (đá mồ côi, hố, v.v.)

trên mặt bằng thi công

3/14/2010

THOÁT NƯỚC BỀ MẶT

 Tạo độ dốc cho mặt bằng thi công

 Làm hệ thống mương, rãnh thoát nước

 Làm hệ thống hố ga và đường ống thu và

thoát nước

THOÁT NƯỚC BỀ MẶT

Nguồn: Cashman và Preene, 2001

3/14/2010

THOÁT NƯỚC BỀ MẶT

Nguồn: Cashman và Preene, 2001

THOÁT NƯỚC BỀ MẶT

3/14/2010

THOÁT NƯỚC BỀ MẶT

3/14/2010

KIỂM SOÁT NƯỚC NGẦM

CÁC KỸ THUẬT KIỂM SOÁT NƯỚC NGẦM

 Chia làm hai loại chính:

 Các kỹ thuật loại trừ/ngăn chận nước vào hố đào, gọi là kỹ thuật ngăn chận (exclusion techniques)

cách bơm (pump), gọi là kỹ thuật tháo nước cách bơm (pump), gọi là kỹ thuật tháo nước (dewatering techniques)

Nguồn: Phỏng theo Cashman và Preene, 2001

 Các kỹ thuật đối phó với nước ngầm bằng

3/14/2010

CÁC KỸ THUẬT NGĂN CHẬN

 Có ba nhóm chính:

 Dùng tường chắn có khả năng thấm rất nhỏ chèn hoặc xây trong đất (cừ larssen, tường chắn đất)

 Giảm khả năng thấm của đất nguyên thổ (phun vữa, đóng băng đất nhân tạo)

đường hầm để cân bằng với áp suất nước ngầm (khí nén, máy đào hầm cân bằng áp lực đất)

 Dùng áp suất lưu chất trong khoang kín như

CÁC KỸ THUẬT NGĂN CHẬN: TƯỜNG CHẮN CHUYỂN VỊ

Phương pháp

Ứng dụng tiêu biểu

Cừ larsen (steel sheet- piling)

Hố đào mở cho hầu hết các loại đất, các chướng ngại như đá cuội có thể gây khó khăn việc lắp đặt

Hố đào mở trong đất cát (sand) và đất cát bột (silt)

Tường dầm được rung (vibrated beam wall)

Nguồn: Công ty Xây Dựng Huy Thục

Nguồn: www.slurrysystems.com/images/vbeam.jpg

3/14/2010

CÁC KỸ THUẬT NGĂN CHẬN: TƯỜNG CHẮN CHUYỂN VỊ

( )(a) Tường chắn thâm nhập vào lớp đất rất ít rất ít thấm

Nguồn: Cashman và Preene, 2001, tr. 95

CÁC KỸ THUẬT NGĂN CHẬN: TƯỜNG CHẮN CHUYỂN VỊ

(b)(b) Tường chắn dùng kết hợp với các phương phương pháp tháo nước

Nguồn: Cashman và Preene, 2001, tr. 96

3/14/2010

CÁC KỸ THUẬT NGĂN CHẬN: TƯỜNG CHẮN CHUYỂN VỊ

( )(c) Tường chắn dùng với nền chắn ngang để bịt để bịt đáy hố đào

Nguồn: Cashman và Preene, 2001, tr. 96

CÁC KỸ THUẬT NGĂN CHẬN: TƯỜNG CHẮN CHUYỂN VỊ

 Nước ngầm thấm qua tường chắn vào hố đào hay khu vực thi công gây ra nhiều vấn đề:

 Ngăn cản quá trình thi công

 Làm giảm cục bộ mực nước ngầm bên ngoài công trường, gây rủi ro lún và các tác dụng phụ khác h khá

 Nếu tường chắn trở thành một phần kết cấu lâu dài, dù thấm ít về lâu dài có thể làm hỏng phần hoàn thiện cho tường.

3/14/2010

CÁC KỸ THUẬT NGĂN CHẬN: TƯỜNG CHẮN ĐƯỢC ĐÀO

Phương pháp

Ứng dụng tiêu biểu

Hố đào mở trong đất sỏi (gravel), đất cát (sand) và đất cát bột (silt) với hệ số thấm tối đa 5x10-3 m/s

Tường dâng (slurry trench cut-off wall) dùng bentonite hay đất sét

Tường biên của hố đào cho hầu hết các loại đất và đá yếu, nhưng có thể có vấn đề nếu có đá cuội

Tường vây bê tông cốt thép (structural concrete diaphragm walls)

Như tường chắn, nhưng tốn kém và khó khăn nếu xuyên đá cuội. xuyên đá cuội

Cọc khoan nhồi cát tuyến và kề nhau (secant and và kề nhau (secant and contiguous bored piles)

Như tường chắn, có thể gia cường lõi thép bên trong trụ vữa xi măng để gia cường nhưng tốn kém.

Trụ vữa xi măng (cement deep mixing) chồng lên nhau

CÁC KỸ THUẬT NGĂN CHẬN: TƯỜNG CHẮN VỮA PHUN

Phương pháp

Ứng dụng tiêu biểu

Phun xịt vữa (jet grouting) Hố đào mở trong hầu hết các loại đất và đá rất yếu

Hố đào mở trong hầu hết các loại đất và đá rất yếu

Trụ trộn tại chỗ (mix-in- place columns)

Như tường chắn, nhưng tốn kém và khó khăn nếu xuyên đá cuội.

Phun vữa với vữa có gốc xi măng (injection grouting using cementious grouts)

Tường chắn trong đất cát trung bình (vữa hóa học) và cát mịn và cát bột (vữa nhựa, resin grouts). t )

à át bột ( ữ

át

ị

Phun vữa dùng vữa dung dịch và hóa học (injection dị h à hó h grouting using chemical and solution (acrylic) grouts)

3/14/2010

CÁC KỸ THUẬT NGĂN CHẬN: CÁC LOẠI KHÁC

Phương pháp

Ứng dụng tiêu biểu

Đường hầm. Có thể không dùng được nếu vận tốc dòng chảy nước ngầm lớn (>2m/ngày cho nước muối và >20m/ngày cho nitơ lỏng)

Đóng băng đất nhân tạo (artificial ground freezing) dùng nước muối (brine) hay nitơ lỏng

Khí nén (compressed air)

Khoang kín như đường hầm, giếng chìm (caisson)

Hầm trong hầu hết các loại đất và đá yếu

Máy đào hầm cân bằng áp lực đất (earth pressure balance tunnel boring balance tunnel boring machine (TBM))

THÁO NƯỚC NGẦM

Nguồn: Cashman và Preene, 2001,tr.37

3/14/2010

THÁO NƯỚC NGẦM

Nguồn: Cashman và Preene, 2001, tr.37

THÁO NƯỚC NGẦM

 Hai nguyên tắc để đảm bảo sự ổn định của

hố đào và mái dốc bằng tháo nước ngầm:

nước lỗ rỗng mà kết quả có thể gây chuyển dịch tai hại của đất và nước ngầm.

 Không giữ nước ngầm, có thể tạo áp lực

có thể gây xói lở và mất ổn định

 Đảm bảo hạt đất không di chuyển liên tục vì  Đảm bảo hạt đất không di chuyển liên tục vì

3/14/2010

THÁO NƯỚC NGẦM

Nguồn: Cashman và Preene, 2001, tr.98

YÊU CẦU KHI THÁO NƯỚC NGẦM



Hạ mực nước ngầm cục bộ và ngăn thấm

 Tăng sự ổn định của mái dốc và ngăn đất bị sói

do thấm

 Ngăn sự bùng nền xãy ra ở đáy hố đào

 Rút nước cho đất để nâng cao công tác đào, ể

ấ

vận chuyển

 Giảm lực ngang tác động vào hệ thống chống

đỡ tạm

 Bảo đảm quá trình thi công an toàn và kinh tế:

3/14/2010

THÁO NƯỚC NGẦM

 Các yếu tố để chọn biện pháp tháo nước

ngầm thích hợp:

 Trầm tích và khả năng thấm của các lớp đất

 Qui mô của diện tích thi công cần tháo nước

mặt đất hiện hữu và mức hạ nước ngầm yêu mặt đất hiện hữu và mức hạ nước ngầm yêu cầu.

 Độ sâu của mức công trình sâu nhất dưới

 Công trình, kết cấu lân cận, bản chất của nền móng công trình này, và địa tầng dưới các công trình đó

CÁC KỸ THUẬT THÁO NƯỚC NGẦM BẰNG BƠM

Phương pháp

Ứng dụng tiêu biểu

Ống hay rãnh thoát nước (drainage pipes or ditches)

Kiểm soát nước mặt và mực nước ngầm cạn. Còn gọi là phương pháp hút nước lộ thiên

Bơm giếng thấm (sump pumping)

Hố đào cạn trong đất cuội sỏi sạch để kiểm soát nước ngầm và nước mặt

Ống kim lọc (wellpoints)

Hố đào cạn, mở trong đất sỏi cát đến cát mịn và có thể cát bột. Hố đào sâu hơn (yêu cầu hạ mực nước 5-6 m) cần nhiều giai đoạn lắp đặt giếng thấm

Hố đào sâu trong đất sỏi cát đến cát mịn và đá nứt Hố đào sâu trong đất sỏi cát đến cát mịn và đá nứt ngậm nước.

Ống giếng lọc sâu với Ống giếng lọc sâu với bơm hút sâu (deep wells with electric submersible pumps)

3/14/2010

CÁC KỸ THUẬT THÁO NƯỚC NGẦM BẰNG BƠM

Phương pháp

Ứng dụng tiêu biểu

Hố đào sâu trong đất cát bột mịn đến cát mịn khi thoát nước từ đất vào giếng có thể thấp.

Ống giếng lọc sâu với bơm hút sâu và chân không (deep wells with electric submersible pumps and vacuum)

Hố đào cạn trong đất sỏi cát đến cát bột mịn và đá nứt ngậm nước.

Giếng khoan cạn với bơm hút (shallow bored wells with suction pumps)

Hệ thống bơm phun (ejector system)

Hố đào trong cát bột mịn, cát bột, hay đất sét bị phân lớp hay bị nứt mà cần kiểm soát áp lực nước lỗ rỗng

CÁC KỸ THUẬT THÁO NƯỚC NGẦM BẰNG BƠM

Phương pháp

Ứng dụng tiêu biểu

Giếng giảm thụ động và rãnh cát (Passive relief wells and sand drains)

Giảm áp lực nước lỗ rỗng trong tầng ngậm nước kín (confined aquifer) hay thấu kính cát (sand lenses) dưới đáy hố đào để đảm bảo ổn định cơ bản

Giếng thu (collector wells) Cát có tính thấm cao và sỏi

Đất ít thấm nước như sét, cát bột, và than bùn (peats)

Thẩm thấu điện (electro- osmosis)

3/14/2010

CÁC KỸ THUẬT THOÁT NƯỚC NGẦM BẰNG BƠM: HỆ THỐNG BƠM PHUN

Nguồn: http://www.wjgl.com/images/ejector.gif

CÁC KỸ THUẬT THÁO NƯỚC NGẦM BẰNG BƠM: HÚT NƯỚC LỘ THIÊN

 Với hố móng:

ngay chân mái dốc hố móng

 Đào các mương lộ thiên quanh hố móng hay

móng (ví dụ dùng máy bơm)

 Dùng để hút nước mặt, nước mưa và hạ

mực nước ngầm ở nơi có mực nước ngầm nhỏ.

 Tạo giếng tích nước và hút nước ra ngoài hố

3/14/2010

CÁC KỸ THUẬT THÁO NƯỚC NGẦM BẰNG BƠM: HÚT NƯỚC LỘ THIÊN

 Ưu điểm:

 Đơn giản và dễ làm

 Nhược điểm:

 Chi phí thấp

ố

 Gây sự cuốn trôi của các hạt đất ấ

 Gây sập lở đất

 Kiểm soát bằng cách nào?

CÁC KỸ THUẬT THÁO NƯỚC NGẦM BẰNG BƠM: ỐNG KIM LỌC

 Theo tiêu chí về kinh tế và kỹ thuật, ống kim lọc sẽ không thích hợp trong các điều kiện sau:

 Hố đào rộng hay hố đào sâu lớn hơn 12-15

à ầ

(aquifer) bên dưới hố đào mà cần giảm để ( iả để đảm bảo sự ổn định ở đáy hố đào.

 Với các điều kiện đó, hệ thống giếng sâu

thích hợp hơn

 Có áp suất trong tầng đất ngậm nước ) bê d ới hố đà

3/14/2010

CÁC KỸ THUẬT THÁO NƯỚC NGẦM BẰNG BƠM: ỐNG KIM LỌC

Mặt ắt Mặt cắt hệ thống ống kim lọc một bên dọc rãnh đào đặt đặt đường ống

Nguồn: Cashman và Preene, 2001. tr.259

CÁC KỸ THUẬT THÁO NƯỚC NGẦM BẰNG BƠM: ỐNG KIM LỌC

Hì h ả h Hình ảnh hệ thống ống kim lọc một bên dọc rãnh đào đặt đặt đường ống

Nguồn: Cashman và Preene, 2001. tr.259

3/14/2010

CÁC KỸ THUẬT THÁO NƯỚC NGẦM BẰNG BƠM: ỐNG KIM LỌC

H ớ Hạ nước ngầm hai giai đoạn dùng hệ thống ống kim lọc lọc

Nguồn: Cashman và Preene, 2001. tr.263

CÁC KỸ THUẬT THÁO NƯỚC NGẦM BẰNG BƠM: ỐNG KIM LỌC

 Hai loại hệ thống ống kim lọc:

 Ống kim lọc tự xuyên (self-jetting wellpoint)

wellpoint)

 Ống kim lọc có thể thải loại (disposal

3/14/2010

CÁC KỸ THUẬT THÁO NƯỚC NGẦM BẰNG BƠM: ỐNG KIM LỌC

Ống kim lọc tự xuyên

Ống kim lọc có thể thải loại

Nguồn: Cashman và Preene, 2001. tr.264

CÁC KỸ THUẬT THÁO NƯỚC NGẦM BẰNG BƠM: ỐNG KIM LỌC

 Khoảng cách (spacing) và thời gian hạ tháo

nước (drawdown times) tiêu biểu:

Loại đất

Khoảng cách (m)

Hạ tháo nước (ngày)

1 – 2.0 1 2 0

ị

1 – 3 2 – 7 2 7

Sỏi mịn đến sỏi thô 0.5 – 1.0 Cát mịn sạch đến Cát h đế cát thô và sỏi cát

Cát bột

1.5 – 3.0

7 – 21

Nguồn: Cashman và Preene, 2001. tr.278

3/14/2010

ỐNG GIẾNG LỌC VỚI BƠM HÚT SÂU

Cá bộ Các bộ phận chính của ống giếng lọc với bơm hút sâu hút sâu

Nguồn: Cashman và Preene, 2001. tr.44

ỐNG GIẾNG LỌC VỚI BƠM HÚT SÂU

 Bốn giai đoạn lắp đặt chính:

 Khoan tạo lỗ

 Đặt các vật liệu (ống ngoài, lưới, sỏi, v.v.)

 Phát triển giếng

à ậ hà h á b

Lắ

 Lắp và vận hành máy bơm

3/14/2010

VÍ DỤ: ỐNG GIẾNG LỌC VỚI BƠM HÚT SÂU CHO CÔNG TRÌNH Ở VIỆT NAM

Cấ tCấu tạo của ống giếng lọc với bơm hút sâu áp dụng ở một dự ở một dự án ở VN

Mặt cắt 1-1

VÍ DỤ: ỐNG GIẾNG LỌC VỚI BƠM HÚT SÂU CHO CÔNG TRÌNH Ở VIỆT NAM

3/14/2010

VÍ DỤ: ỐNG GIẾNG LỌC VỚI BƠM HÚT SÂU CHO CÔNG TRÌNH Ở VIỆT NAM

3/14/2010

VÍ DỤ: ỐNG GIẾNG LỌC VỚI BƠM HÚT SÂU CHO CÔNG TRÌNH Ở VIỆT NAM

0 11-Jan 18-Jan 25-Jan 1-Feb 8-Feb 15-Feb -500

)

-1000

m m

(

-1500

-2000

-2500

m a g n c o u n c u M

M Mực nước ngầm tại một giếng quan sát trong trong công trình

-3000

-3500 Ngay quan sat (nam 2010)

THIẾT KẾ HỆ THỐNG THÁO NƯỚC NGẦM

3/14/2010

THIẾT KẾ HỆ THỐNG THÁO NƯỚC NGẦM

 Hai quan điểm thiết kế:

 Qui trình thiết kế thực chất là bài toán tính toán thấm, dùng lý thuyết địa chất thủy văn (hydrogeological theory)  phương pháp “lý thuyết” (“theoretical” approach)

 Qui trình thiết kế phải tập trung lựa chọn và  Qui trình thiết kế phải tập trung lựa chọn và thiết kế loại giếng, khoảng cách giếng, và công suất máy bơm cho điều kiện địa chất  phương pháp “kinh nghiệm” (“empirical” approach)