Tính toán hạ thấp mực nước ngầm của hố móng bằng hệ thống giếng

33
TÍNH TOÁN HẠ THẤP MỰC NƯỚC NGẦM CỦA HỐ MÓNG BẰNG HỆ 
THỐNG GIẾNG 
 ThS. L­¬ng V¨n Anh 
Trung t©m Quèc gia n­íc s¹ch & VSMTNT 
Tóm tắt: Công tác tiêu nước hố móng liên quan đến điều kiện địa chất công trình của khu vực xây 
dựng, kích thước hố móng, biện pháp đào móng, khả năng ảnh hưởng đến các công trình lân cận vì 
vậy, nó phụ thuộc vào cả ba khâu: khảo sát, thiết kế và thi công. Giải pháp tiêu nước hố móng bằng 
cách hút nước từ hệ thống giếng bố trí xung quanh là giải pháp thông dụng, hiệu quả vì có cơ sở lý 
thuyết thấm chặt chẽ và thuận lợi trong tổ chức thi công. Tuy nhiên, cũng có trường hợp đã không 
thành công vì một số các nguyên nhân khác nhau. Bằng trường hợp cụ thể của cống Vân Cốc mà tác 
giả là người đã quan sát từ khi khởi công, tác giả đã sử dụng phần mềm Modflow tính toán lại và kết 
quả đã phù hợp với thực tế. Thông qua trường hợp này tác giả đã phân tích và đưa ra những nhận 
định về các nguyên nhân ở trong cả ba khâu khảo sát, thiết kế, thi công có thể làm cho giải pháp tiêu 
nước hố móng bằng bơm hút từ hệ thống giếng không thành công. 
Khi xây dựng các công trình nói chung, công 
trình thuỷ lợi, thuỷ điện nói riêng thường gặp 
trường hợp đáy hố móng đào sâu xuống dưới mực 
nước ngầm. Trong trường hợp đó, để có thể xây 
dựng cần phải hút nước tháo khô hố móng. Công 
tác tiêu nước hố móng có thể thực hiện bằng nhiều 
biện pháp khác nhau phụ thuộc vào điều kiện địa 
chất công trình, kích thước hố móng, biện pháp 
đào móng, khả năng ảnh hưởng đến các công trình 
lân cận và nhiều yếu tố khác. Vì vậy cần phải tính 
toán cân nhắc để bảo đảm tiến độ, hiệu quả công 
việc và hạn chế tối đa ảnh hưởng đến môi trường. 
Trong những điều kiện cho phép, giải pháp 
thường được lựa chọn là hút nước từ hệ thống 
giếng bố trí xung quanh hố móng. 
Giải pháp hút nước từ hệ thống giếng thường 
được lựa chọn vì có các ưu điểm cơ bản: 
- Tạo gradient thuỷ lực ngược với hướng đổ của 
mái hố móng, vì vậy, ngăn chặn hiện tượng cát 
chảy, xói sụt mái hố móng, cát đùn ở đáy hố móng. 
- Đáy hố móng thông thoáng, không bị cản trở 
bởi hệ thống thiết bị tiêu nước, thuận lợi cho thi 
công. 
- Chủ động hạ thấp mực nước xuống dưới đáy 
hố móng đến độ sâu yêu cầu, bảo đảm đáy hố 
móng khô ráo, thuận lợi thi công. 
Giải pháp xử lý tiêu nước hố móng bằng 
cách hút nước từ hệ thống giếng được thiết kế 
dựa trên bài toán giếng tác dụng tương hỗ trong 
Địa chất thuỷ văn. Theo nguyên lý cộng tác 
dụng (nguyên lý cộng dòng), khi các giếng bố 
trí gần nhau với khoảng cách giữa các giếng a 
nhỏ hơn hai lần bán kính ảnh hưởng của giếng 
R thì mực nước trong phạm vi giữa các giếng 
sẽ bị hạ thấp một giá trị s nhất định. Với các số 
liệu đã biết như hệ số thấm của đất, kích thước 
(bán kính và chiều dài ống lọc) của giếng, 
khoảng cách lựa chọn giữa các giếng ta có thể 
chủ động hút nước để hạ thấp mực nước xuống 
dưới đáy móng (hình 1). 
(MNN tr­íc khi h¹ thÊp)
MNN sau khi h¹ thÊp
GiÕng h¹ MNN
+5,6
1:3
MÆt ®Êt tù nhiªn
1:3
1:
3
1:
3
ri
a R
s
H
Hình 1. Sơ đồ hạ thấp mực nước tháo khô hố móng bằng hệ thống giếng tác dụng tương hỗ 
34 
Bài toán có thể giải cho trường hợp dòng 
thấm ổn định và không ổn định phụ thuộc vào 
thời gian thi công hố móng. Về lý thuyết là như 
vậy, tuy nhiên, trong thực tế sản xuất nhiều 
trường hợp do các nguyên nhân khác nhau mà 
sẽ được phân tích dưới đây, đã không hạ thấp 
được mực nước ngầm đến độ sâu yêu cầu. 
Trong khuôn khổ của bài báo này chúng tôi 
trình bày trường hợp cống Vân Cốc mà chúng 
tôi được trực tiếp theo dõi từ đầu. Các số liệu 
của cống Vân Cốc như sau: 
- Kích thước của hố móng gồm chiều rộng đáy 
móng 53,6m, chiều dài 90m, chiều sâu 10,6m. 
Mực nước ngầm cao hơn đáy hố móng 4,7m. 
- Về địa tầng gồm 5 lớp theo thứ tự từ trên 
xuống như sau: Lớp 1 và 2 là sét, á sét nặng pha 
dẻo cứng; lớp 3 và 4 cũng là sét, sét trung pha dẻo 
cứng; lớp 5 là cát mịn có hệ số thấm k=5.10-4m/s. 
Với các số liệu này đơn vị tư vấn thiết kế đã 
sử dụng phương pháp thủ công tính toán thiết kế 
hệ thống giếng kim để hạ thấp mực nước. Kết 
quả đã bố trí 105 giếng, mỗi giếng sâu 14,6m, 
khoảng cách giữa các giếng là 2,7m. Tổng lưu 
lượng bơm hút là 3.200m3/ngđ. Sau khi nhận 
được đồ án thiết kế, nhà thầu thi công đã triển 
khai hút nước từ tháng 10 năm 2003. Sau một 
thời gian dài hút nước không tháo khô được hố 
móng để thi công nhà thầu đã bỏ cuộc và phải 
thay thế nhà thầu mới. Để rút kinh nghiệm và để 
đạt được mục đích tháo khô hố móng chúng tôi 
đã nghiên cứu đồ án thiết kế trước đây và nhận 
thấy rằng việc không tháo khô được hố móng có 
thể do tổng hợp của một số nguyên nhân: chọn 
độ dài ống lọc và sơ đồ tính thấm không phù 
hợp, ống lọc không phù hợp với địa tầng gây 
hiệu ứng bước nhảy cao....Một hạn chế lớn của 
phương pháp tính thủ công là không cho phép 
tính toán với nhiều phương án để lựa chọn. Từ 
tất cả những vấn đề trên chúng tôi đã áp dụng 
phần mềm Modflow để tính toán thiết kế. 
Modflow là phần mềm chuyên dụng được thiết 
lập trên cơ sở phương pháp sai phân hữu hạn 
của bài toán thấm 3 chiều Nó cho phép giải bài 
toán trong thời gian rất ngắn, vì vậy, có thể giải 
với nhiều phương án khác nhau. 
Như trên đã nói, với cơ sở lý thuyết thấm chặt 
chẽ việc xác định độ hạ thấp mực nước bảo đảm 
tháo khô được hố móng là không có gì khó khăn. 
Nhiệm vụ thiết kế là ở chỗ phải tìm được phương 
án hút nước với chi phí thấp nhất. Để thực hiện 
nhiệm vụ đó chúng tôi tính với các phương án 
biến đổi chiều dài ống lọc, độ sâu hạ giếng và 
khoảng cách giữa các giếng khác nhau. Để tính 
toán chúng tôi chia lưới phần tử hình vuông và 
hình tam giác vuông với các cạnh hình vuông 0,5 
x 0,5m và cạnh tam giác vuông là 0,5m. Sơ đồ bố 
trí giếng xung quanh hố móng, mặt cắt đi qua các 
giếng được thể hiện trong các hình sau đây. 
1 
2 
3 
Hình 2: Mặt 
bằng sơ đồ bố 
trí giếng, 
1 - Giếng, 
2 - Cao trình 
đáy móng, 
3 - Cao trình 
mặt móng 
35
Hình 3: Cắt dọc hố móng thiết kế 
Kết quả, với tổ hợp 4 phương án cho mỗi 
biến số chiều dài ống lọc, khoảng cách giữa các 
giếng và độ sâu hạ giếng, tổng tất cả đã tính 
toán cho 24 phương án. Trong số đó đã xác định 
được một phương án kinh tế và hợp lý nhất. Với 
phương án này số giếng cần thi công là 84 
giếng. Chiều dài ống lọc 2,5m, chiều sâu hạ 
giếng 14,5m, khoảng cách giữa các giếng là 
3,4m. Phễu hạ thấp mực nước của phương án 
này được thể hiện trong hình 5 và 6. 
Hình 5. Mực nước ngầm hạ thấp xung quanh hố 
móng khi hút liên tục 10 ngày 
Hình 6. Mặt ngang qua tim hố móng 
Bằng kết quả tính toán này nhà thầu thi công 
đã triển khai thực hiện và tháo khô được hố 
móng để thi công công trình. Hình 7 dưới đây 
thể hiện sự bố trí các giếng của phương án chọn 
sau khi đã được thi công lắp đặt. 
Hình 7: Bố trí giếng của Công ty xây dựng công 
trình thuỷ lợi Hải Phòng cho hố móng Vân Cốc 
Một số nhận xét và thảo luận: 
Trước hết phải nói rằng tháo khô hố móng 
bằng bơm hút nước từ hệ thống giếng bố trí 
xung quanh về nguyên tắc bao giờ cũng thực 
hiện được vì cơ sở của phương pháp là sự hạ 
thấp của mực nước ngầm do tác dụng tương hỗ 
khi các giếng bố trí gần nhau, trong khi đó cơ sở 
lý thuyết thấm của bài toán này là chặt chẽ. Vậy 
thì nguyên nhân nào dẫn đến sự không thành 
công trong một số trường hợp khi áp dụng? 
Chúng tôi nghĩ rằng có thể do các khâu khảo 
sát, thiết kế, thi công hoặc tổ hợp của cả 3. 
Trong khuôn khổ của một bài báo không thể 
trình bày kỹ, chúng tôi chỉ xin nêu một số nhận 
định định tính. 
Về khảo sát có hai thông số liên quan đến 
hiệu quả của giải pháp tháo khô hố móng, đó là 
địa tầng và hệ số thấm của các lớp đất. Hệ số 
thấm của đất thường được xác định bằng thí 
nghiệm trong phòng hoặc thí nghiệm hiện 
trường. Sử dụng kết quả thí nghiệm trong phòng 
để thiết kế thường cho kết quả kém chính xác. 
36 
Đã có trường hợp phải tăng thêm đến 50% số 
giếng mới tháo khô được hố móng. Địa tầng 
không chính xác sẽ dẫn đến lựa chọn sơ đồ tính 
thấm không đúng mà sẽ được nói đến trong 
phần thiết kế sau đây. 
Về thiết kế như trên đã nói, cơ sở của giải pháp 
là lợi dụng hiệu ứng tác dụng tương hỗ của các 
giếng. Khi các giếng bố trí gần nhau, đối với giếng 
hoàn chỉnh độ hạ thấp mực nước s tại một điểm bất 
kỳ trong phạm vi hố móng sẽ là: 






 
 Sr
kHt
kH
Q
s
i
n
i
i
2
2
25.2
ln
4
Nguyên tắc thiết kế là bố trí các giếng với 
khoảng cách đến điểm đang xét ri như thế nào 
đó để có được giá trị s sao cho mực nước ngầm 
thấp hơn đáy móng. Thông thường khi xử lý 
tháo khô hố móng người ta dùng hệ thống giếng 
không hoàn chỉnh để tiết kiệm kinh phí. Khi đó, 
ssskhc  , trong đó s là độ hạ thấp mực 
nước phụ thêm do hiệu ứng của sự không hoàn 
chỉnh của giếng. Lúc này bài toán sẽ phức tạp 
hơn nhiều do việc xác định s. Để tính đúng giá 
trị s cần phải chọn chính xác sơ đồ tính tuỳ 
theo mức độ không hoàn chỉnh của giếng. 
Hình 8. Sơ đồ bố trí ống lọc trong tầng chứa nước 
Khi ống lọc bố trí ở sát mái, ở giữa, ở sát đáy 
của tầng chứa nước hoặc phân thành nhiều đoạn 
như trường hợp d trong hình 8 thì giá trị s sẽ 
khác nhau. Chính sự sai lệch về địa tầng sẽ dẫn 
đến việc chọn sai sơ đồ tính mà đã nói đến trong 
phần liên quan đến khảo sát ở trên. Nói chung bài 
toán dòng thấm đến giếng không hoàn chỉnh là 
một bài toán rất phức tạp. Các trường hợp nêu trên 
mới chỉ là một số trường hợp nêu để làm ví dụ. 
Một vấn đề nữa liên quan đến thiết kế có thể 
ảnh hưởng đến tính hiệu quả của giải pháp tiêu 
nước hố móng là lựa chọn ống lọc. Nguyên tắc 
chung là ống lọc của giếng phải có độ thấm qua 
lớn hơn hệ số thấm của môi trường xung quanh 
giếng. Nói cách khác, ống lọc không được gây 
tổn thất thuỷ lực của dòng thấm mà tổn thất thuỷ 
lực chỉ do môi trường thấm gây ra. Nếu chọn sai 
loại ống lọc làm tổn thất thuỷ lực của dòng thấm 
thì khi đó bước nhảy trong giếng sẽ tăng lên 
đáng kể làm sai lệch kết quả tính độ hạ thấp 
mực nước. Trường hợp giếng kim chỉ nên dùng 
cho môi trường cát mịn. Đối với cát trung, cát 
thô giếng kim sẽ gây tổn thất thuỷ lực làm sai 
lệch kết quả tính. 
Về thi công, nếu thực hiện không đúng đồ án 
thiết kế hoặc đúng đồ án thiết kế nhưng không 
đúng quy trình cũng dẫn đến giảm hiệu quả hạ 
thấp mực nước ngầm, tức là giảm hiệu quả xử lý 
nước hố móng. Việc thi công không đúng quy 
trình có thể làm chặt đất xung quanh giếng, 
giảm hệ số thấm dẫn đến giảm hệ số dẫn nước 
T, cũng tức là giảm độ hạ thấp mực nước trong 
phạm vi giữa các giếng. 
Kết luận 
- Giải pháp tháo khô hố móng bằng cách hút 
nước từ hệ thống giếng bố trí xung quanh hố 
móng là một giải pháp ưu việt vì có cơ sở lý 
thuyết thấm chắc chắn, bảo đảm chủ động hạ 
thấp mực nước ngầm đến độ sâu yêu cầu, tạo 
gradient thấm ngược khắc phục được hiện tượng 
xói ngầm, cát chảy làm mất ổn định mái hố 
móng, khắc phục được hiện tượng bùng nền, 
không gây cản trở việc thi công hố móng. 
- Để bảo đảm chắc chắn thành công khi áp 
37
dụng cần phải thực hiện nghiêm chỉnh các công 
việc trong cả 3 khâu khảo sát, thiết kế, thi công. 
Nhà thầu thi công là đơn vị trực tiếp chịu hậu 
quả nếu khảo sát và thiết kế không đúng. Vì 
vậy, nhà thầu nên kiểm tra lại hồ sơ thiết kế 
trước khi thi công. 
- Modflow là phần mềm hiện đại, nhưng máy 
tính cũng chỉ là công cụ, để bảo đảm thành công 
người thiết kế cần có hiểu biết tốt về lý thuyết 
thấm để lựa chọn sơ đồ tính hợp lý. Nên sử 
dụng số liệu thí nghiệm thấm hiện trường để 
thiết kế. Trong trường hợp phải sử dụng kết quả 
thí nghiệm trong phòng cần có hệ số an toàn 
thích hợp. 
Tài liệu tham khảo 
[1] Nguyễn Ngọc Bích, Nguyễn Hồng Đức, Trần Thanh Giám (1977) - Địa kỹ thuật thực hành – 
NXB Xây dựng, Hà Nội. 
[2] Vũ Minh Cát, Bùi Công Quang (2002) - Thuỷ văn nước dưới đất – NXB Xây dựng, Hà Nội. 
[3] Nguyễn Hồng Đức (2000) - Cơ sở địa chất công trình và địa chất thuỷ văn công trình – NXB 
Xây dựng Hà Nội. 
[4] Nguyễn Bá Kế (2002)– Thiết kế và thi công móng sâu – NXB Xây dựng, Hà Nội. 
[5] Nguyễn Uyên (2003)- Địa chất thuỷ văn công trình – NXB Xây dựng, Hà Nội. 
[6] C. W. Fetter (2000) Địa chất thuỷ văn ứng dụng tập 1 người dịch Phạm Thanh Hiền, Nguyễn 
Uyên. Nhà xuất bản giáo dục. 
[6] C. W. Fetter (2000) Địa chất thuỷ văn ứng dụng tập 2 người dịch Nguyễn Uyên, Phạm Hữu 
Sy. Nhà xuất bản giáo dục. 
[7] Đoàn Văn Cánh và Phạm Quí Nhân, 2005. Tin học Địa chất thuỷ văn ứng dụng. NXB khoa 
học và kỹ thuật. 220 trang. 
Abstract: 
METHOD OF CALCULATION FOR THE GROUND WATER FALLING 
BY WELL SYSTEM 
Water treatment for foundation pit relates to geo-engineering conditions of the construction site, 
size of the foundation pit, excavation method, its possibility af influence on adjacent construction 
so, it depends on all geo-engineering investigation, design and construction. Water treatment 
solution for foundation pit by pumping from well system around the pit is common and effective 
because it based on close hydo-dynamic theory and conveniently in performance. However, 
sometime there was unsuccessful case due to different reasons. On the observation in the 
construction of Van Coc culvert in detail from the begining, the author has used the Modflow 
software for the recalculation and obtained the results that in accordance with the actual state. By 
this situation the author analyzed and brought out the judgment on causes relating to all 
investigation, design and construction which lead to unsuccesfulness of the water treatment 
solution for foundation pit in general.