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 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 công trình thủy với Đề tài “Nghiên
cứu giải pháp hạ mực nước ngầm hố móng. Áp dụng cho các trạm bơm ven sông
Đáy – Hà Nội” ñược hoàn thành với sự cố gắng nỗ lực của bản thân tác giả và sự
giúp ñỡ nhiệt tình của các thầy, cô giáo, gia ñình, cơ quan, bạn bè và ñồng nghiệp.
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Thầy giáo hướng dẫn: GS.TS.

pháp hạ thấp mực nước ngầm hố móng. Áp dụng cho các trạm bơm ven sông Đáy –
Hà Nội” là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi. Tôi ñã nghiêm túc ñầu 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 ñể tôi có thể hoàn thành ñề tài theo ñúng
quy ñịnh của nhà trường. Nếu những ñiều cam kết của tôi có bất kỳ ñiểm nào không
ñúng, tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm.

Hà nội, ngày 10 tháng 05 năm 2014

Cá nhân cam kết
Dương Bá Hùng MỤC LỤC


Hình 2.11. Cấu tạo giếng kim với khớp nối……………………………………… 33
Hình 2.12. Cấu tạo ống lọc giếng………………………………………………… 33
Hình 2.13. Sơ ñồ bố trí cấp làm việc của giếng kim khi hố móng sâu…………….33
Hình 2.14. Sơ ñồ cấu tạo giếng khoan…………………………………………… 34
Hình 2.15. Sơ ñồ các dạng giếng khoan không hoàn chỉnh……………………… 35
Hình 2.16. Dòng chảy không giới hạn vào giếng khoan nước ngầm hoàn chỉnh….35
Hình 2.17. Mặt cắt ngang giếng hoàn chỉnh……………………………………….38
Hình 2.18. Mực nước ngầm ñược hạ xuống thấp hơn ñáy móng ổn ñịnh…………39
Hình 2.19. Sơ ñồ tính toán giếng không hoàn chỉnh………………………………41
Hình 2.20. Sơ ñồ tính toán hệ thống giếng không hoàn chỉnh…………………….42
Hình 2.21. Sơ ñồ khối chạy phần mềm Modflow…………………………………44
Hình 3.1. Bản ñồ hệ thống lưu vực sông Đáy - Nhuệ…………………………… 47
Hình 3.2. Mặt cắt ñịa 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 ñô mới của Hà Nội………… 51
Hình 3.4. Sơ ñồ cấu tạo hố móng trạm bơm Yên Nghĩa ñể tính toán hạ thấp mực
nước ngầm tiêu nước hố móng (mặt cắt ngang hố móng)…………………………67
Hình 3.5. Đường ñẳng 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 ñồ ñường ñẳng mực nước ngầm dưới ñáy móng sau 3 ngày hút
nước……………………………………………………………………………… 72
Hình 3.8. Diễn biến cao ñộ mực nước ngầm tại tâm hố móng theo thời gian hút
nước……………………………………………………………………………… 72

móng……………………………………………………………………………….59
Bảng 3.3. Số liệu ñịa chất thủy văn ñiển hình của nước dưới ñất theo TCVN 9903 -
2013 (Công trình thủy lợi - Yêu 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 toán 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 toán 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

tiêu nước hố móng thích hợp về mặt kỹ thuật - kinh tế cũng như an toàn về môi
trường và không gây ảnh hưởng ñến sự an toàn của các hạng mục hoặc công trình
lân cận ñã xây dựng trước ñó.
Khi thi công hố móng trong ñiều kiện ñịa chất yếu, vị trí MNN và các ñiều
kiện hiện trường phức tạp rất dễ sinh ra trượt lở khối ñất, mất ổn ñịnh hố móng, kết
cấu chắn giữ bị rò nước, dịch chuyển làm hư hại hố móng, uy hiếp nghiêm trọng các
công 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 công trình.
Qua tài liệu ñiều tra, ở Trung Quốc có trên 130 sự cố công trình hố móng trong
2 những năm gần ñây phần lớn có liên quan tới vấn ñề hạ thấp MNN.
Để ñơn giản trong tính toán thiết kế tiêu nước hố móng, hầu hết ñều giả thiết
rằng ñất nền ñồng nhất và ñẳng hướng. Tuy nhiên trong rất nhiều trường hợp, ñiều
kiện thực tế không ñúng như vậy. Điều ñó dẫn ñến việc tính toán rất thiếu chính xác
và hậu quả là lựa chọn biện pháp và bố trí hệ thống tiêu thoát 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 toán sai mà dẫn ñến thất bại trong công tác tiêu nước hố móng cho hàng
loạt công trình: trạm bơm Như Trác, trạm bơm Quế, Cống Hiệp Thuận, Cống Liên
Mạc, công trình Cống Vân Cốc - Đập Đáy (Hà Tây cũ), ñơn vị xây dựng ñã không
thể thành công trong việc tiêu nước hố móng, sau ñó phải ñổi sang ñơn vị khác
nhưng vẫn chưa thể hạ thấp MNN một cách triệt ñể.
Vì vậy, nhận biết chính xác quy luật vận ñộng của nước dưới ñất, thiết kế kết
cấu hạ thấp MNN thật khoa học, ñảm bảo có hiệu quả, là những thách thức chủ yếu
trong việc xử lý nước ngầm khi thi công hố móng. Việc xác ñịnh hợp lý các thông
số khi tính toán 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 công trình.
Quá trình thi công từ khi ñào ñất ñến khi hoàn thành toàn bộ các công trình

- Về không gian: Xem xét hố móng cho các công trình trạm bơm vùng ven
sông Đáy thuộc ñịa 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 ñiểm, những thành công và nguyên nhân thất bại của một số công
trình ñã thiết kế thi công trước ñây ñể rút ra các vấn ñề liên quan ñến công 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 ñã công bố có liên quan ñến nội dung nghiên cứu của luận văn.
- Phương pháp mô hình toán: Nghiên cứu các vấn ñề liên quan ñến xây dựng
mô hình tính toán; mô phỏng sự làm việc của hệ thống tiêu nước hố móng. Từ ñó
tiến hành phân tích ñể lựa chọn mô hình phù hợp, tìm các thông 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 ñóng góp vào việc lựa chọn mô hình
phù hợp và tìm các thông số hợp lý tính toán 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 ñiểm và ñiều kiện áp dụng của từng phương pháp hạ thấp MNN khi thi công
hố móng.
- Xây dựng mô hình toán nước ngầm 3 chiều của hố móng sâu ứng với các
ñiều kiện biên khác nhau và sử dụng các phần mềm hiện ñại như Modflow,
Prowin…ñể tính toán cho bài toán hạ thấp MNN, áp dụng ñể thiết kế và xác ñịnh
các thông số giếng ñể hạ thấp MNN trong hố móng cho 1 trạm bơm (dự kiến là trạm
bơm Yên Nghĩa).
- Hố móng sâu, hệ số thấm lớn ñưa ra cách tính toán khi bố trí 2, 3 hoặc nhiều

trình cụ thể, ñó là trạm bơm Yên Nghĩa – Hà Nội. Trong ñó, tác giả ñi xây dựng mô
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 CÔNG
TRÌNH Ở VÙNG ĐỊA CHẤT CÓ TÍNH THẤM LỚN
1.1. Đặc ñiểm về ñịa chất
1.1.1. Đặc ñiểm của ñịa chất với việc xây dựng các công trình thủy lợi
Các ñiều kiện ñịa chất công trình của một vùng lãnh thổ ñược hiểu là

bị biến ñổi theo thời gian, về các ñặc 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 ñất ñược coi như không có liên quan thủy lực với nước trên
mặt. Động thái của nó hình thành do mưa, bốc hơi và dòng 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 ñất có quan hệ thủy lực với nhau. Động thái của
nó tuân theo sự biến ñổi của nước trên mặt càng xa sông 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 sông hay vùng Karst. Động thái hình thành do
mưa, do tiếp thu nước trên mặt. Sự tiếp thu này thường không ñều dẫn ñến
mực nước dưới ñất có biên ñộ dao ñộng rất lớn.
1.1.2.2. Đc ñim ca nc di ñt h móng công 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, ñộng thái có khả năng biến ñổi theo không gian
và thời gian trong khu vực xây dựng công trình.
Quy luật vận ñộng của nước dưới ñất thường là nguyên nhân làm phát sinh
8 trượt ñất, xói ngầm, sụt lún mặt ñất, 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

ñường sá và ñê ñập.
Việc xây dựng các công trình có hố móng sâu dưới MNN như công
trình thuỷ lợi, thuỷ ñiện, cấp thoát nước, trạm bơm, bể chứa, trạm xử lý
nước ngầm, công trình giao thông ngầm như gara ngầm, bãi ñỗ xe loại nhẹ,
các hầm giao thông, hầm ñi bộ rất phổ biến ở các nước trên thế giới.
Phạm vi xây dựng các công trình có hố móng sâu ñặt dưới MNN ñược
mở rộng không ngừng mặc dù xây dựng các công trình này như là một môn
khoa học ra ñời chưa lâu nhưng ñã tích luỹ ñược kinh nghiệm thực tế và lý
thuyết, nó ñã tạo ñiều kiện cho việc phát triển sự nghiệp xây dựng các công
trình tiêu thoát nước hố móng.
1.2. Cơ sở vận ñộng 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:

%100
W
W
n
w
=
(1.1)
Trong ñó:
n - Độ rỗng
W
W
- Thể tích các lỗ rỗng
W - Tổng thể tích của mẫu ñất ñá.
Trong các vật liệu rời, ñộ rỗng phụ thuộc vào ba tính chất của ñất ñá: ñộ nén
chặt, hình dạng hạt và sự phân bố kích thước hạt. Độ rỗng của các loại ñất ñá khác

y
y
=
(1.2)
Trong ñó: W
y
là thể tích nước thoát ra.
* Hệ số giữ nước
Hệ số giữ nước (S
r
) của ñất ñá là tỷ số giữa lượng nước còn lại sau khi thoát
nước do trọng lực và thể tích của nó.
W
W
S
r
r
=
(1.3)
Trong ñó: W
r
là thể tích nước còn giữ lại.
Giá trị của S
y
và S
r
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 = S
y

- Công trình hố móng là loại công trình tạm thời, sự dự trữ về an toàn
có thể là tương ñối nhỏ nhưng lại chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố như:
Điều kiện thi công, ñịa hình thi công, ñịa chất công trình, nước ngầm….
- Công trình hố móng là một khoa học ñan xem giữa các khoa học về
ñất ñá, về kết cấu và kỹ thuật thi công; là một loại công trình mà hệ thống
chịu ảnh hưởng ñan xen của nhiều nhân tố phức tạp và là ngành khoa học
kỹ thuật tổng hợp ñang còn phát triển về mặt lý luận, thực nghiệm và thực
tế thi công.
- Hố móng là loại công 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 ñà phát triển của xã hội, các công trình nhà cao
tầng, siêu cao tầng ñược xây dựng ngày càng nhiều. Đặc ñiểm lại thường
ñược xây dựng tại những khu ñất hẹp , ñông ñúc dân cư, giao thông dầy
12 ñặc, ñiều kiện thi công công trình hố móng khó khăn. Lân cận công trình
thường có các công trình vĩnh cửu, các công trình văn hóa di tích lịch sử,
nghệ thuật bắt buộc phải an toàn, không thể ñào có mái dốc. Yêu cầu về ổn
ñịnh và chuyển dịch là rất nghiêm ngặt. Đào hố móng trong ñiều kiện ñịa
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, ñáy hố móng trồi lên, kết cấu chắn giữ bị dò nước nghiêm trọng
hoặc bị chảy ñất… làm hư hại hố móng, nguy hiểm ñến các công trình xây
dựng, các công trình ngầm và ñường ống ở xung quanh khu vực thi công
hố móng.
- Công 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 ñến cả công trình sẽ ñổ vỡ. Việc thi công

ñến 10
-5

cm/s thì lượng nước thấm vào hố móng không ñáng kể nhưng vẫn phải yêu
cầu thoát nước ñể duy trì ổn ñịnh thành và ñáy móng hố móng. Nếu hệ số
thấm của ñất nhỏ hơn 10
-7
cm/s, ñất có lực dính ñủ khắc phục ảnh hưởng
của lực thấm nên không cần yêu cầu thoát nước, ngay cả khi hố móng nằm
khá sâu dưới mực nước ngầm.
Để tháo khô hố móng có thể dùng phương pháp thoát nước trên mặt
hoặc hạ thấp MNN. Việc hạ thấp MNN ñược áp dụng rộng rãi ở nhiều nước
trên thế giới cho các công trình thủy lợi, thủy ñiện, giao thông 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 quá trình thi công hố móng
Móng công trình nằm sâu dưới mặt ñất tự nhiên, quá trình thi công
thường diễn ra phức tạp, ñộ phức tạp khó khăn của nó phụ thuộc vào ñộ
sâu chôn móng, tính chất cơ lý của ñất nền và phạm vi móng. Nếu trong
quá trình thi công chúng ta không lường trước ñược khả năng sự cố có thể
xảy ra ñể chủ ñộng có giải pháp phòng ngừa sẽ mang lại nhiều hậu quả
nguy hiểm ñến các công trình xung quanh và người lao ñộng cũng như thiết
bị thi công….
Các sự cố nền thường gặp là cát ñùn, cát chảy, bục nền, gây lún nứt
công trình bên cạnh, sạt lở mái hố ñào… phân tích nguyên nhân sự cố, sai
14 sót kỹ thuật trong quá trình thi công là một công việc cực kỳ cần thiết ñể từ

1.5.1.2. S c bc nn ñáy h móng
Khi thi công hố móng ñến cao trình thiết kế, nếu không kịp thời xây
dựng công trình lâu dài (thường công trình bê tông) 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 công, làm gián ñoạn thời gian xây
dựng công trình.
Khi móng chôn sâu dưới mực nước có áp của nước ngầm, có thể có 2
trường hợp:
- Móng chôn sâu trong ñất, mà dưới ñó là lớp chứa nước có áp có thể
bị bục ñất nền, vồng nền nhà…. Trong trường hợp này, cần có biện pháp
giảm áp lực hoặc là tăng lượng chất tải trên ñất nền.
- Móng chôn sâu trong lớp ñất chứa nước, có thể xói lở, làm tơi, xâm
thực và những hiện tượng làm hư hại khác ñối với móng, trong trường hợp
này, ngoài việc hạ áp lực nước có thể còn phải xét ñến việc gia cố ñất.
1.5.1.3. S chuyn v ca ñt  xung quanh h móng
Đất và công trình ở gần hố móng, nhất là các hố móng sâu thường bị
chuyển vị với ñộ lớn nào ñó, khiến cho các công 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 ñến hố móng khác nhau, ñể từ ñó ñề
ra các biện pháp ngăn chặn hiện tượng chuyển vị này.
Trong ñiều kiện ñô thị khi xây dựng việc ñào hố móng thường gây ra
nhiều hệ lụy xấu chẳng những ñối với công trình ở gần hoặc ở trên công
trình ngầm như lún nứt, thậm chí sụp ñổ mà còn làm thay ñổi chế ñộ thủy
ñộng 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 không còn ñược giữ
nguyên. Sự cố thi công hố móng công trình luôn song hành với ñiều kiện