Các giải pháp kỹ thuật nâng cao hiệu quả của hệ thống giếng hạ thấp mực nước ngầm khi thi công móng công trình trên nền cát chảy

 22 
CÁC GIẢI PHÁP KỸ THUẬT NÂNG CAO HIỆU QUẢ CỦA HỆ THỐNG GIẾNG HẠ THẤP 
MỰC NƯỚC NGẦM KHI THI CÔNG MÓNG CÔNG TRÌNH TRÊN NỀN CÁT CHẢY 
ThS. Trần Văn Toản 
Trường Đại học Thủy lợi 
Tóm tắt: Các công trình được xây dựng trên nền cát chảy có yêu cầu hạ thấp mực nước ngầm 
(HMNN) trong quá trình thi công móng thì việc HMNN sẽ quyết định sự thành bại trong quá trình 
xây dựng, giá thành xây dựng, chất lượng nền, chất lượng móng và chất lượng công trình. 
Hiện nay rất nhiều công trình đã thực hiện đã thành công nhưng bên cạnh đó vẫn còn nhiều 
công trình thất bại do nhiều nguyên nhân khác nhau. Thông qua việc nghiên cứu cơ sở lý thuyết và 
các tồn tại từ thực tế HMNN xây dựng móng các công trình, tác giả đưa ra các giải pháp cải tiến kỹ 
thuật phù hợp để nâng cao hiệu quả công tác HMNN. 
ĐẶT VẤN ĐỀ 
Trong thực tế vấn đề HMNN để thi công 
móng các công trình như: Âu thuyền Cầu Đất 
(Hải Dương), trạm bơm Kim Đôi (Hà Bắc), 
trạm bơm Như Trác, Hữu Bị II (Hà Nam), cống 
Liên Mạc (Hà Tây cũ), trạm bơm Tràm (Hải 
Dương), cống Vân Cốc, cống Hiệp Thuận, hệ 
thống kênh dẫn cụm công trình đầu mối Hát 
Môn - Đập Đáy (Hà Tây cũ), và nhiều công 
trình dân dụng, giao thông, công nghiệp khác 
còn tồn tại nhiều vấn đề sau: 
- Chưa hạ được MNN xuống thấp đến cao 
trình thiết kế yêu cầu. 
- Mái hố móng vẫn còn dòng thấm chảy vào 
hố móng làm sạt lở mái. 
- Thiết bị không sẵn có và phổ biến, chủ 
yếu vẫn nhập ngoại nên việc áp dụng gặp nhiều 
khó khăn và giá thành thiết bị còn cao. 
- Việc lắp đặt và vận hành thiết bị này còn 
yếu. 
- Chọn các thông số thiết kế chưa phù hợp 
với thực tế hiện trường. 
Nguyên nhân của các tồn tại này là do vấn đề 
khảo sát (địa chất nền, địa chất thuỷ văn: hệ số 
thấm, MNN, nguồn bổ sung nước,), chưa 
nghiên cứu kỹ kích thước hố móng, chọn phương 
pháp HMNN và thiết bị chưa phù hợp, tính toán 
thiết kế và thi công chưa chính xác, vận hành và 
quản lý chưa chú trọng, (Các nguyên nhân này 
tác giả đã nêu ở bài báo đã đăng trong Tạp chí Kỹ 
thuật Tài nguyên nước, số 01-2010). 
Trên cơ sở lý thuyết và bài học HMNN ở 
một số công trình không đạt hiệu quả tác giả 
giới thiệu các giải pháp kỹ thuật và thiết bị để 
nâng cao hiệu quả công tác HMNN. 
CÁC GIẢI PHÁP KỸ THUẬT NÂNG CAO HIỆU 
QUẢ CỦA HỆ THỐNG GIẾNG HMNN 
2.1. Tạo lớp lọc xung quanh giếng 
Việc tạo lớp lọc ngược xung quanh giếng để 
tăng diện tích tiếp xúc của giếng và môi trường 
đất có nước ngầm, tăng lưu lượng nước thấm 
vào giếng, tức là tăng khả năng hút nước của 
giếng. 
2.1.1. Hạ giếng bằng cách xói thủy lực 
Cần chú ý muốn tạo được lớp lọc thì khi hạ 
ống lọc bằng phương pháp thủy lực, lưu lượng 
xói tạo giếng phải đủ lớn để các hạt đất nhỏ 
xung quanh giếng được lôi theo dòng chảy lên 
phía trên và trào ra ngoài, các hạt cát sỏi tạo lớp 
lọc cũng phải đủ lớn để có thể lắng đọng xuống 
đáy giếng. Như vậy, trong môi trường dòng 
chảy xung quanh giếng sẽ xuất hiện 2 chuyển 
động ngược chiều nhau: các hạt đất nhỏ ở xung 
quanh giếng được xói lở sẽ theo dòng nước 
chuyển động từ dưới lên trên, cát sỏi tạo lớp lọc 
dưới tác dụng của trọng lượng bản thân thắng 
sức cản của dòng nước để chuyển động xuống 
đáy giếng. Muốn vậy thì sau khi hạ xong giếng 
vẫn tiếp tục bơm nước vào giếng để đảm bảo 
Vx>W và đổ cát sỏi xung quanh giếng tạo lớp 
lọc đảm bảo Vx<Wcs. Với W là vận tốc rơi đều 
 23
của một hạt rắn đơn độc trong nước tĩnh (độ thô 
thủy lực); 
+ Lưu lượng nước xói tạo giếng phải cho vận 
tốc dòng chảy trong lỗ xói thỏa mãn điều kiện: 
Vx=

Q
>W= 21
24
d

 
 (1) 
Trong đó: 
Vx – Vận tốc dòng nước trong lỗ xói tạo 
giếng (m/s). 
Q – Lưu lượng nước xói tạo lỗ (m3/s). 
 - Diện tích lỗ xói tạo giếng (m2). 
W– Độ thô thủy lực của đất nền xung quanh 
giếng đã bị xói (m/s). 
1 – Trọng lượng riêng của hạt đất nền bị xói 
(T/m3). 
 – Trọng lượng riêng của nước (T/m3). 
d – Đường kính hạt đất nền bị xói (m). 
 - Hệ số nhớt động lực của nước (T.s/m2). 
+ Đường kính hạt vật liệu (cát sỏi) tạo lớp 
lọc phải đủ lớn để đảm bảo điều kiện tự lắng 
xuống đáy giếng: 
Wcs=
2
24
cs
cs d

 
>V=

Q
 (2) 
 Trong đó: 
Wcs – Độ thô thủy lực của vật liệu (cát sỏi) 
tạo lớp lọc (m/s). 
cs – Trọng lượng riêng của vật liệu (cát sỏi) 
tạo lớp lọc (T/m3). 
dcs – Đường kính hạt vật liệu (cát sỏi) tạo lớp 
lọc (m). [4] 
2.1.2. Hạ giếng khi có dùng vách 
Việc đổ cát sỏi để hình thành lớp lọc giữa 
ống vách và thành ống lọc phải được tiến hành 
ngay sau khi hạ giếng xuống đủ chiều sâu, khi 
đổ cát sỏi vẫn phải bơm nước vào đáy lỗ khoan 
nhưng với lưu lượng phù hợp, đồng thời nâng 
dần ống vách lên. 
Trong các loại đất thấm nước mạnh, nước bị 
hút nhiều có thể gây cho thành lỗ khoan bị sụp. 
Để tránh hiện tượng này, phải bơm thêm khí nén 
cùng với nước (hạ ống bằng khí nén) vào lỗ 
khoan hoặc tăng thêm chiều dày lớp cát sỏi lọc 
ngược xung quanh giếng. 
2.2. Tạo các thu nước ngầm 
Tạo các hào cát thô dẫn nước thấm vào xung 
quanh giếng để nâng cao khả năng hút nước của 
giếng. Khi đất nền có hệ số thấm nhỏ, các hào 
dẫn nước bằng cát sỏi xung quanh hố móng nối 
liên thông các giếng để tăng diện tích thấm nước 
vào giếng cả theo phương ngang và phương 
đứng, nhất là khi đất nền có hệ số thấm không 
đồng nhất. Phương pháp này chủ yếu tạo được 
hào có chiều sâu không lớn. 
Tạo hào tiêu nước ngầm dưới sâu hoặc hệ 
thống hào tiêu nước (drainage system) xung 
quanh phạm vi cần HMNN để dẫn nước ngầm 
về hố tập trung nước hoặc giếng chủ, rồi bơm ra 
khỏi hố móng. Phương pháp này tạo được hào 
có chiều sâu lớn hơn và được ứng dụng khi gặp 
các hiện tượng nước ngầm có áp sẽ rất hiệu quả. 
2.3. Nâng cao chất lượng của công tác khảo 
sát 
Khảo sát kỹ để phát hiện những vùng có lớp 
xem kẹp làm giảm khả năng thấm đứng của 
nước trong môi trường xung quanh giếng. Ở 
vùng châu thổ các sông và nhất là ven sông do 
sự hình thành đất nền có MNN cao thường do 
quá trình bồi đắp kéo dài nhiều năm nên trong 
quá trình hình thành thường gặp các trận lũ kéo 
theo nhiều phù sa tạo thành các lớp xen kẹp 
trong tầng cát mịn của đất nền. Khi giếng kim 
hút nước thì khả năng thấm nước theo phương 
đứng giảm và tất nhiên hiệu quả HMNN không 
đạt được hiệu quả. Vì vậy, trước khi hệ thống 
giếng làm việc cần dùng vòi nước cao áp chọc 
thủng các lớp xen kẹp này hoặc có giải pháp 
phù hợp để Kđ≈Kn. 
Tại các vị trí cục bộ có thể địa chất thay đổi 
làm hệ số thấm giảm nhỏ, mà giếng kim lọc lại 
đặt đúng vị trí này sẽ bị tắc hoặc giảm hiệu quả 
tiêu nước. 
Cũng có thể có các ống dòng do xói ngầm 
tạo thành trong phạm vi hố móng, nếu chúng ta 
không có biện pháp bịt chúng trước khi HMNN 
thì hiệu quả HMNN cũng sẽ không đạt được. 
2.4. Tường ngăn nước kết hợp HMNN 
Khi đất nền có hệ số thấm lớn, để giảm lượng 
nước ngầm chảy vào hố móng và nâng cao hiệu 
quả giảm áp lực nước ngầm của hệ thống giếng 
kim ta nên bố trí các tường chống thấm nằm dọc 
theo các tuyến tiếp giáp với nguồn bổ sung nước 
như: sông, hồ, kênh, suối hoặc cả theo đường 
viền xung quanh hố móng trước khi hạ hệ thống 
 24 
giếng HMNN. Tác dụng của tường trong việc 
HMNN phụ thuộc vào chất lượng tường, chiều 
sâu cắm vào trong đất của tường chống thấm kể 
từ cao độ đáy hố móng trở xuống, độ kín nước 
của tường chống thấm, sự liên kết giữa các 
tường chống thấm và tầng không thấm nước. 
Tuỳ từng trường hợp mà ta có thể sử dụng 
các loại tường chống thấm sau đây: 
- Ván đặc biệt có tác dụng chống thấm (có 
thể là cừ thép hoặc cừ nhựa có bộ phận liên kết 
giữa các tấm cừ để ngăn không cho nước chui 
qua khe cừ). Còn các cừ thường thì không có tác 
dụng chống thấm như đã nói ở trên. 
- Khi hố móng sâu (như trong xây dựng nhà 
có nhiều tầng hầm), thường dùng hệ thống cọc 
Barrete hoặc cọc xi măng đất. 
- Tường chống thấm bằng cách phụt vữa và 
các nhũ tương vào các khe hổng hoặc các vết 
nứt nẻ của đất (phụt vữa xi măng, phụt vữa si-li-
cát, phụt bi –tum). 
- Chặn nguồn thấm mạnh vào hố móng: 
Khoanh các vùng thấm mạnh bằng dung dịch đất 
sét. Tại các vị trí cục bộ như: các hang hốc, khu 
vực có nhiều cuội sỏi, phía gần các nguồn cung 
cấp nước ngầm (sông, hồ, bể chứa nước) cần 
phải được bịt hoặc hạn chế dòng thấm trước khi 
hệ thống giếng kim lọc vận hành. 
- Làm tường chống thấm hỗn hợp. 
Các tường chống thấm không có khả năng 
chống tác động của nước ngầm ở đáy móng công 
trình. Vì vậy cũng cần bố trí thêm hệ thống tiêu 
nước hoặc HMNN để giảm áp lực đáy móng. 
2.5. Sử dụng giếng hút sâu 
Sử dụng giếng sâu để tăng chiều dài ống lọc 
trong giếng và tăng khả năng hút nước của 
giếng. Đồng thời sử dụng các bơm có ống hút 
sâu hay bơm chìm ở mỗi giếng trong hệ thống 
giếng HMNN giúp các giếng làm việc liên tục, 
giảm công tác quản lý vận hành (vì giảm khả 
năng hết nước hoặc bị hở ống hút). Đồng thời 
giảm sự cố máy móc, đường ống khi vận hành 
giếng vì kiểm tra, thay thế các thiết bị hư hỏng 
của giếng độc lập, dễ dàng và kịp thời. 
2.6.Bố trí hệ thống giếng kim hợp lý 
Với những vùng thay đổi hệ số thấm K. Tại 
các vị trí đất nền có hệ số thấm cao, vị trí gần 
các nguồn cung cấp nước ngầm như sông, hồ, 
ao, bể chứa nước ta bố trí hệ thống giếng kim 
dày hơn hoặc có khả năng thu nước lớn hơn và 
ngược lại. 
2.7. Có phương án điều chỉnh khi môi 
trường thấm quanh giếng thay đổi 
Lường trước môi trường thấm xung quanh 
giếng có thể thay đổi trong quá trình giếng làm 
việc như nước ngầm dâng cao hoặc hạ thấp theo 
mùa, thủy triều, mưa, mực nước của các nguồn 
cung cấp nước ngầm, đất bị hút nước có thể bị 
lún sụt, sạt lở, các hạt nhỏ, chất hữu cơ chuyển 
động vào xung quanh giếng làm giảm nước 
thấm vào giếng để có các tính toán chuẩn bị 
phương án đối phó kịp thời. 
2.8. Đảm bảo nguồn năng lượng cho hệ 
thống HMNN 
Bên cạnh các cải tiến trên một yếu tố rất 
quan trọng là nguồn năng lượng (chủ yếu nguồn 
điện) phải được chuẩn bị kỹ lưỡng cả về lượng 
và chất. Đồng thời phải có nguồn dự trữ để đảm 
bảo hệ thống giếng làm việc liên tục. 
2.9. Thí nghiệm hiện trường xác định các 
thông số tính toán của hệ thống HMNN 
Thí nghiệm hiện trường là việc lập các mô 
hình thí nghiệm tương tự như phương án 
HMNN mà thiết kế dự kiến hoặc lựa chọn để 
thực hiện tại hiện trường công trình mà nó sẽ 
phục vụ thi công để khẳng định lại các thông số 
dùng trong tính toán và điều chỉnh thiết kế. 
Thí nghiệm hiện trường được thực hiện trong 
giai đoạn thiết kế kỹ thuật. Qua đó cho ta có đầy 
đủ cơ sở khoa học và thực tế để điều chỉnh bổ 
sung cho phương án kỹ thuật, đảm bảo cho 
phương án HMNN chắc chắn và hiệu quả. 
Mục đích của thí nghiệm hiện trường: 
- Khả năng thực hiện của phương án, khả 
năng làm việc của thiết bị để rút kinh nghiệm tổ 
chức thi công hệ thống HMNN mà cụ thể là hạ 
giếng và tạo lớp lọc xung quanh giếng. 
- Xác định được khá chính xác lưu lượng 
nước phải hút ở hố móng (Q), bán kính ảnh 
hưởng R, khả năng hút nước của mỗi giếng để 
điều chỉnh thêm, bớt thiết bị, số lượng và chiều 
sâu hạ giếng phù hợp với thực tế. 
- Lựa chọn được phương án thi công giếng 
có hiệu quả và phù hợp. 
- Xác định được thời gian thi công thực tế để 
 25
èng PVC 
èng läc
èng PVC
èng chèng PVC 
Hình 2. Sơ đồ cấu tạo giếng 
điều chỉnh lại tiến độ thi công phù hợp. 
2.13. Cải tiến thiết bị 
Việc nhập các thiết bị giếng kim lọc còn 
nhiều khó khăn, giá thành đắt nên việc cải tiến 
và thay thế thiết bị là vấn đề cấp thiết. 
2.13.1. Thay giếng kim bằng giếng nhựa 
Hình 1. Sử dụng giếng nhựa HMNN cống 
Hiệp Thuận 
Về bản chất giếng nhựa là một loại giếng 
thường được cấu tạo tương tự như giếng khoan 
UNICEF gồm 2 phần: ống thành giếng và ống 
lọc nước, có 
máy bơm hút 
sâu ở mỗi 
giếng, ống tập 
trung nước, 
máy bơm và 
ống dẫn xả 
nước. 
Giếng này 
khác giếng 
khoan UNICEF 
loại nhỏ là thiết 
bị tự chế tạo từ 
các ống nhựa 
PVC, đường 
kính ống nhựa 
lớn hơn và thiết 
bị bơm sâu 
(giếng khoan 
UNICEF phải 
hút chân không). 
Số lượng và 
độ sâu của các 
giếng nhựa để 
HMNN cũng được quyết định bởi lưu lượng và 
độ HMNN. Riêng việc xác định lưu lượng hút 
nước của mỗi giếng phải thông qua thực nghiệm 
hiện trường. Trong thiết kế có thể tính khả năng 
hút nước giới hạn của mỗi giếng theo kinh 
nghiệm. 
Tính toán thiết kế cũng có thể áp dụng các 
công thức tính toán HMNN bằng hệ thống giếng 
kim được đề cập trong các tài liệu [1, 2, 3, 4, 5, 
6] hoặc theo phần mềm Modflow. 
Theo Công ty Cổ phần xây dựng Thủy lợi 
Hải Phòng thì giá thành các giếng này rẻ hơn rất 
nhiều các giếng kim nhập từ Trung Quốc cùng 
cỡ. Có thẻ mua ở bất kỳ một thị trấn nào, thi 
công và lắp đặt giếng dễ dàng. 
Qua các phân tích trên cho thấy các cải tiến 
thiết bị góp phần giảm giá thành HMNN là rất 
rõ. Cơ sở lý thuyết tính toán xác định các thông 
số kỹ thuật để thiết kế HMNN khi ứng dụng 
thiết bị này đảm bảo các điều kiện kỹ thuật và 
phù hợp với thực tiễn cần được xem xét kết hợp 
với thí nghiệm hiện trường. 
2.13.2. Cải tiến thiết bị khác cho giếng 
* Khi dùng giếng nhựa 
Kéo dài đoạn ống lọc từ đáy giếng cho đến 
MNN tự nhiên để tăng khả năng thu nước của 
mỗi giếng và khắc phục hiện tượng hệ số thấm 
ngang và đứng khác nhau. 
* Khi dùng giếng kim 
Thiết kế ống lọc gồm 2 ống: ống lọc ở bên 
ngoài có đục lỗ đều đặn ở thành ống như các ống 
lọc thường và ở ống bên trong không đục lỗ. Tùy 
theo thiết bị bơm sử dụng thì có thể đặt các chõ 
bơm ở cuối ống trong hoặc để hở. Nước trong 
giếng chỉ chui vào ống bên trong qua chõ bơm 
hoặc đầu hở phía dưới của nó tránh được hiện 
tượng hở ống lọc. Do đó, không khí không thể vào 
trong ống lọc cho đến khi một phần của ống lọc 
gần như bị lộ hoàn toàn lên khỏi mặt nước ngầm. 
* Tự động hóa hệ thống bơm 
Khi dùng giếng thường hoặc giếng nhựa cần 
lắp đặt thêm hệ thống tự động đóng, hệ thống 
van phao kết hợp các công tắc điện. Có thể 
đóng mở toàn bộ các máy bơm của hệ thống 
hoặc một số giếng. Thông thường mỗi nhóm 
giếng sử dụng một máy bơm hoặc máy bơm 
độc lập cho mỗi giếng. 
 26 
Kết luận 
Công tác khảo sát là công tác đặc biệt quan 
trọng để quyết định đúng giải pháp HMNN, tính 
toán thiết kế, bố trí thiết bị, . 
Cần nghiên cứu kỹ hố móng để đưa ra giải 
pháp HMNN theo từng thời kỳ thi công phù 
hợp. 
Các thiết bị HMNN truyền thống thường 
phức tạp, giá thành cao, lại thường phải nhập 
ngoại. Vì vậy, cần nghiên cứu cải tiến thiết bị 
HMNN sao cho vừa đơn giản, vừa dễ chế tạo và 
giá thành rẻ. 
 Việc tính toán thiết kế HMNN còn gặp 
nhiều khó khăn, mất nhiều thời gian. Cần vận 
dụng công nghệ tin học vào thiết kế để tăng độ 
chính xác và giảm thời gian và công sức. 
 Thi công hệ thống HMNN đòi hỏi phải tỉ 
mỉ, chính xác và phải có các giải pháp kỹ thuật 
làm tăng lưu lượng vào các giếng. Mặt khác 
cũng cần có các giải pháp ngăn dòng thấm mạnh 
phía nguồn bổ sung nước ngầm vào hố móng. 
 Nên tự động hoá được công tác này là 
tốt nhất. Để nâng cao hiệu quả vận hành và quản 
lý hệ thống thiết bị HMNN. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
1. Nguyễn Bá Kế (2002), Thiết kế và thi công hố móng sâu, NXB Xây dựng, Hà Nội. 
2. Hoàng Văn Tân, Trần Đình Ngô, Phan Xuân Trường, Phạm Xuân, Nguyễn Hải (1973), 
Những phương pháp xây dựng công trình trên nền đất yếu, NXB Khoa học và kỹ thuật. 
3. Vụ Kỹ thuật – Bộ Thủy lợi (1959), Bảo vệ các hố móng công trình thủy công chống nước 
ngầm, NXB Năng lượng Quốc gia Mạc Tư Khoa – Lê Nin Grát dịch của V.I Svây. 
4. Nguyễn Ngọc Bích, Lê Thị Thanh Bình, Vũ Đình Phụng (2001), Đất xây dựng, địa chất công 
trình và kỹ thuật cải tạo đất trong xây dựng (chương trình nâng cao). NXB Xây dựng, Hà Nội. 
5. Departments of the army, the navy, and the air force (November 1983), Dewatering and 
ground water control. 
6. U.S. Department of the interior Water and Power Resources Service (1981), Ground Water 
Manual. A water resources technical publication. United states Government printing office denver. 
Abstract: 
TECHNICAL SOLUTIONS TO IMPROVE THE EFFECTIVENESS 
OF THE SET OF WELLS FOR LOWERING THE GROUND WATER LEVEL 
ON RUNNING SAND FOUNDATION 
Tran Van Toan 
Structures that are built on running sand foundation require a lowered ground water level 
(HMNN) during the construction of foundation base, lowering ground water level is very important 
since it will affect the success of construction as well as construction cost, foundation quality and 
the whole structure quality. 
Nowaday, many constructions are successful when applying this method, but there are still many 
others fail because of some reasons. This article analyses the theory and the empirical solutions at 
worksites and then proposing the technical solution to improve the effectiveness of the works.