Bài giảng Địa chất công trình - Chương 5: Nước dưới đất

CHƯƠNG 5: NƯỚC DƯỚI ĐẤT
Nước dưới đất là nước tự do chứa trong lỗ rỗng và khe nứt của
đất đá. Khi chuyển động trong các lỗ rỗng, nước dưới đất sẽ
gây trở ngại cho việc thi công và điều kiện làm việc công trình:
gây ngập hố móng, xói ngầm, cáy chảy,...
5.1. CÁC TÍNH CHẤT CHỨA NƯỚC CỦA ĐẤT ĐÁ
Độ chứa nước của đất đá là độ ẩm (W).
Hệ tầng đất đá bở rời hoặc nứt nẻ chứa đầy nước trọng lực
được gọi là tầng chứa nước hoặc lớp chứa nước.
Hệ tầng đất đá thấm nước yếu hoặc không thấm được gọi là
tầng cách nước. Ngoài các lớp đá cứng, các lớp sét cứng, nửa
cứng được xem là tầng không thấm nước.
Chỉ tiêu đặc trưng cho khả năng thoát nước của đất đá là độ
thoát nước :
 = Vwr / V
Đối với đất sét thì  0; đối với đất cát, cuội sỏi thì 
 n (độ rỗng).
5.2. CHẤT LƯỢNG VÀ TRỮ LƯỢNG CỦA NƯỚC
DƯỚI ĐẤT
5.2.1.Chất lượng nước dưới đất
5.2.1.1.Tính chất vật lý
5.2.1.2.Tính chất hóa học
Các nguyên tố và ion đóng vai trò chủ yếu: Cl-, HCO3-
, SO42-, CO32-, Ca2+, Mg2+, Na+, K+,
*Khí trong nước dưới đất
* Phản ứng hoạt tính của nước (pH)
Nước dưới đất bị phân ly:
H2O H+ + OH-
Trị số pH:
pH = - lg[H+]
Nước có phản ứng trung hòa:
[H+] = [OH-] = 10-7 pH = -lg10-7 = 7
pH < 7 : tính axit
pH > 7 : tính kiềm
* Độ cứng: là tính chất của nước có chứa những hợp chất hòa
tan của Ca2+ và Mg2+.
- Độ cứng cacbonat chỉ tính cho HCO3-
Độ cứng được biểu diễn bằng meq hoặc độ Đức (1meq=2,8 độ
Đức)
Độ khoáng hóa: Tổng số các ion, các phân tử và các hợp chất
khác chứa trong nước hợp thành lượng khoáng hoá của nước.
Nước dưới đất có thể có tính chất ăn mòn bê tông.
Khả năng hòa tan của nước đối với CaCO3 được xác định trước
hết bởi cacbonic ăn mòn có trong nước. Khi có cacbonic tự do,
ion CO32- không thể có với lượng đáng kể vì nó sẽ phản ứng với
cacbonic tạo thành HCO3-
CaCO3 + H2O + CO2 Ca2+ + 2HCO3-
Cacbonic ở dạng ion CO32- gọi là cacbonic liên kết, còn ở dạng
HCO3- - cacbonic bán liên kết. Một phần CO2 tự do chứa trong
nước tham gia hòa tan CaCO3; còn phần kia gọi là CO2 cân
bằng thì ở lại trong dung dịch và duy trì bicacbonat canxi trong
dung dịch. Lượng cacbonic cân bằng xác định theo phương
trình:
34
2
ketlien 2
 bangcân 2
COCO 
5.2.2.Trữ lượng nước dưới đất
5.3. CÁC HÌNH THỨC HỆ THỐNG HÓA KẾT QUẢ THÍ
NGHIỆM NƯỚC
- Ion là dạng cơ bản biểu diễn kết quả phân tích nước.
Các ion này tác dụng tương hỗ với nhau theo các tỷ số đương
lượng nhất định vì vậy các kết quả phân tích có thể biểu diễn
dưới dạng đương lượng.
Xác định số mg của một đương lượng bằng cách lấy nguyên tử
lượng chia cho hoá trị.
Hàm lượng các ion trong nước thường được biểu diễn dưới
dạng mg/l.
Xác định số meq/l bằng cách lấy số mg/l chia cho số mg của một
đương lượng.
công thức Courlov: pHTC
AMK ....
Tên nước được gọi theo tên các anion và cation có hàm 
lượng trên 25% xếp giảm dần. 
Ion mg/l mgeq/l % đương 
lượng
Cation
Na+
Ca2+
Mg2+
46
90
84
Anion
Cl-
SO42-
HCO3-
70
216
427
Ion mg/l mgeq/l % đương 
lượng
Cation
Na+
Ca2+
Mg2+
46
90
84
2
4,5
7
14,81
33,33
51,86
13,5 100
Anion
Cl-
SO42-
HCO3-
70
216
427
2
4,5
7
14,81
33,33
51,86
13,5 100
5.4. ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG NƯỚC ĐỐI VỚI XÂY DỰNG
5.4.1. Đánh giá chất lượng nước dùng trong sinh hoạt
5.4.2. Đánh giá chất lượng nước dùng trong xây dựng
)8,6(.25
)8,14()3,33()9,51(
)8,14()3,33()9,51(
)933,0()038,0( 022
2
43
2 pHTNaCaMg
ClSOHCO
gMCO 
Số
TT
Dấu hiệu ăn mòn của nước môi 
trường
Công trình không chịu cột nước ép Công trình
chịu cột nước
épMôi trường bao quanh
Nơi chứa nước lộ
thiên hoặc đất thấm
nước trung bình và
mạnh (K 0,1m/ngày
đêm)
Đất thấm nước yếu
(K<0,1m/ngày đêm)
Nước bao
quanh bê tông
trong điều
kiện bất kỳ
1 Độ kiềm bicacbonat (tính ăn
mòn khử kiềm) tính theo mgeq/l
hoặc theo độ nhỏ hơn
1,5 (4o) Không qui định 2 (6o)
2 Chỉ số hydro (tính ăn mòn axit),
nói chung pH nhỏ hơn
6,5 5 6,5
3 Lượng chứa cacbonit tự do (tính
ăn mòn cacbonit) tính theo mg/l
lớn hơn
a[Ca2+] + b a[Ca2+] + b + 40 a[Ca2+] + b
4 Lượng chứa muối Mg (tính ăn
mòn manhê) được đổi ra ion
Mg2+ đo bằng mg/l có tính cả
lượng chứa ion SO42- đo bằng
mg/l lớn hơn.
Lượng chứa ion Mg2+ trong mọi
trường hợp lớn hơn
1000 – [SO42-]
1000
6000 – [SO42-]
2000
4000 – [SO42-]
1000
5 Lượng chứa sunfat (tính ăn
mòn sunfat) được tính đổi
ra ion SO42- đo bằng mg/l
– khi lượng chứa ion Cl-
nhỏ hơn 1000mg/l - lớn
hơn.
Lượng chứa sunfat khi lượng
chứa ion Cl- lớn hơn
1000mg/l - lớn hơn
Lượng chứa ion SO42- trong
mọi trường hợp không lớn
hơn
300
150 + 0,15[Cl-]
1000
300
150 + 0,15[Cl-]
1000
250
100 + 
0,15[Cl-]
1000
6 Lượng chứa muối amoniac
(tính ăn mòn amoniac)
tính theo mg/l – lớn hơn
1000 1000 1000
7 Lượng chứa kiềm ăn da (tính
ăn mòn kiềm) tính theo
mg/l lớn hơn
50 80 30
8 Lượng chứa Clorua sunfat,
nitrat và các muối khác
cũng như điều kiện khí
hậu nóng (khi có các bề
mặt bay hơi) tính theo
mg/l – lớn hơn
10 10 Theo nghiên 
cứu 
chuyên 
môn
HCO3- Tổng hàm lượng Cl- + SO42- (mg/l)
mgeq/l độ 0 - 200 201 - 400 401 - 600 601 - 800 801 - 1000 > 1000
a b a b a b a b a b a b
1.4
1.8
2.1
2.5
2.9
3.2
3.6
4.0
4.3
4.7
5.0
5.4
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
0.01
0.04
0.07
0.10
0.13
0.16
0.20
0.24
0.28
0.32
0.36
0.40
16
17
19
21
23
25
27
29
32
34
36
38
0.01
0.04
0.06
0.08
0.11
0.14
0.17
0.20
0.24
0.28
0.32
0.36
17
18
19
20
21
22
23
24
26
27
29
30
0.01
0.03
0.05
0.07
0.09
0.11
0.14
0.16
0.19
0.22
0.25
0.29
17
17
18
19
19
20
21
22
23
24
26
27
0.00
0.02
0.04
0.06
0.08
0.10
0.12
0.15
0.17
0.20
0.23
0.26
17
18
18
18
18
19
19
20
21
22
23
24
0.00
0.02
0.04
0.06
0.07
0.09
0.11
0.13
0.16
0.19
0.22
0.24
17
18
18
18
18
18
18
19
20
21
22
23
0.00
0.02
0.04
0.05
0.07
0.08
0.10
0.12
0.14
0.17
0.19
0.22
17
18
18
18
18
18
18
19
20
21
22
23
5.5.CÁC LOẠI NƯỚC DƯỚI ĐẤT
5.5.1. Nguồn gốc sinh thành nước dưới đất, cột nước thủy lực
và hướng chảy dòng ngầm
Phổ biến và dễ thấy hơn cả là nước nguồn gốc do thấm từ nước
mặt.
Tầng chứa nước có mái và tường là hai tầng cách nước thì tồn
tại và vận động như nước trong ống áp lực, gọi là tầng nước áp
lực. Ngược lại, tầng chứa nước có mái là một mặt thoáng tự do
thì gọi là tầng nước không áp.
h
z
Maët chuaån
H
z
a cb
Phương trình Bernulli thể hiện tổng năng lượng cho một đơn
vị khối lượng tại một điểm bất kỳ của dòng nước dưới đất:
w
tm
PgzvE
2
2
Nếu dòng được xem như không có ma sát và không chịu nén theo phương vận
động thì tổng 3 thành phần là hằng số, hay:
constPgzv
w
 2
2
const
g
Pz
g
v
w
 2
2
wg
Pzh
Hoặc:
Có thể bỏ qua thành phần v2/2g, tổng cột nước thủy lực h sẽ là:
Từ đó: h = z + hp
Tổng cột nước thủy lực bằng tổng cột nước cao trình và cột nước áp suất.
Tổng cột nước h, cột nước cao trình z và cột nước áp suất hp
hp
z
h
Trong tính toán những bài toán thấm, để thuận tiện, người ta
hay so sánh với một mặt chuẩn thường lấy là đáy cách nước và
xem như giá trị z = 0.
Phương pháp đơn giản nhất để xác định hướng dòng ngầm là
phương pháp tam giác.
A
D
C
B
34
36
40
38
37
36
35
39
5.5.2. Các tầng chứa nước phân chia theo điều kiện phân bố
1.Nước thổ nhưỡng
2.Nước thấu kính (tầng nước trên)
3. Nước đụn cát
4. Nước ngầm
5. Nước áp lực (actezi)
6 . Nước nằm trong khe nứt của đá cứng: Do điều kiện khe hở
lớn mà nước khe nứt vận động nhanh, thường ở dạng chảy rối
và mang đặc tính của dòng chảy hơn là dòng thấm.
Thaáu kính seùt
Ñôùi baõo hoøa
Ñôùi thoâng khí
Lấy điểm A ở độ sâu H - h dưới mực nước biển. Áp lực thủy 
tĩnh tại điểm A sẽ bằng: PA = (H – h) mặn.g
Ở điểm B trong lục địa trên đường ranh giới giữa nước mặn và 
nước nhạt cũng ở độ cao H - h. Áp lực thủy tĩnh do nước nhạt 
gây ra sẽ bằng:
PB = (H – h) nhạt.g + h nhạt.g
H - h H
h
H - h
1
2
3
bieån
nhatman
nhat
nhatman
man
hhH
hH
t  w (h + t)
ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH CHƯƠNG 5: NƯỚC DƯỚI ĐẤT
Trang 17
h
t
Nước áp lực có thể gây bục đáy hố móng khi thi công.
Điều kiện an toàn đáy hố móng: