CHƯƠNG 5: NƯỚC DƯỚI ĐẤT
Trong địa chất công trình nghiên cứu nước dưới đất nhằm:
1. Tính toán để khi khai thác nước dưới đất nhằm phục cho các nhu
cầu sinh hoạt, phục vụ công nông nghiệp
2. Tính toán lựa chọn các biện pháp để tháo khô hố móng các công
trình đặt thấp hơn mực nước dưới đất
3. Tính lượng nước thấm mất của các công trình giữ, dẫn nước và tìm
giải pháp khắc phục
Nghiên cứu các vấn đề chung về:
Nguồn gốc nước dưới đất
Các tầng chứa nước, sự hình thành và đặc tính của nó
Chất lượng và trữ lượng của nước dưới đất
5.1. Nguồn gốc nước dưới đất
5.1.1. Khái niệm:
Nước dưới đất: nằm dưới mặt đất gồm tất cả các loại nước nằm
trong đá gốc, trong các thành tạo đất mềm rời và trong vỏ phong hóa.
1. Nguồn gốc khí quyển
2. Nguồn gốc trầm tích:
3. Nguồn gốc magma:
4. Nguồn gốc biến chất:
Thí dụ khi chuyển thạch cao thành anhydrit tạo thành nước
thứ sinh
5.2. Phân loại nước dưới đất theo điều kiện thế nằm
Nước thượng tầng
Nước thổ
nhưỡng Nước trong đới
Đới thông khí
thông khí
Đới bão hoà Nước ngầm
Tầng cách nước
Nước áp lực
Hình 5.1 : Sơ đồ các tầng nước dưới đất
Dựa theo điều kiện thế nằm, Klimentov P.P và Ovsinnhicov A.M
chia nước dưới đất ra làm 3 loại :
Nước trong đới thông khí
Nước ngầm
Nước áp lực
5.2.1. Nước trong đới thông khí:
5.2.1.1. Khái niệm đới thông khí
5.2.1.2. Nước thổ nhưỡng
a. Khái niệm
b. Đặc điểm nước thổ nhưỡng
c. Ảnh hưởng của nước thổ nhưỡng tới xây dựng
Không có giá trị sử dụng nhưng ảnh hưởng lớn đến tính chất
vật lý và cơ học đất đá
5.2.1.3. Nước thượng tầng
a. Khái niệm
Trong đới thông khí nếu tồn tại thấu kính sét, trên đó phân bố
nước gọi là nước thượng tầng.
b. Đặc điểm nước thượng tầng
c. Ảnh hưởng của nước thượng tầng tới xây dựng
- Trong xây dựng hố móng và công trình ngầm, nước gây ngập
úng hố móng, gây xói ngầm cát chảy.
Ngoài ra trong đới thông khí còn có nước mao dẫn, nước màng
mỏng, nước hấp phụ bao quanh bề mặt hạt đất đá. Chúng đều liên
quan lượng mưa và thời tiết
5.2.2. Nước ngầm
5.2.2.1. Khái niệm: là loại nước trọng lực nằm trong tầng chứa nước
thứ nhất (đới bão hòa nước), phân bố trên mặt của lớp đất đá không
thấm nước (tấng cách nước) đầu tiên kể từ trên mặt đất xuống.
5.2.2.2. Đặc điểm nước ngầm
Không áp
Miền cung cấp, phân bố, thoát trùng nhau
Trữ lượng không ổn định
Chất lượng: nhiễm bẩn cao bởi nhân tố khí hậu, khí tượng
5.2.2.3. Ảnh hưởng của tầng chứa nước ngầm đến xây dựng
Ăn mòn vật liệu xây dựng, nước chảy vào hố móng khi thi công, xảy
ra các hiện tượng cát chảy, xói ngầm dưới hố móng công trình,
5.2.3. Nước áp lực
5.2.3.1. Khái niệm
Đó là nước trọng lực nằm trong tầng chứa nước kẹp giữa 2 tầng cách
nước ổn định. , khi khoan vào tầng chứa nước này nước tự phun ra
ngoài.
5.2.3.2. Đặc điểm của nước có áp
a b c
H
z
Hình 5.2 : Sơ đồ tầng chứa nước áp lực
a. miền cung cấp, b. miền phân bố, c. miền thoát
5.2.3.3. Ảnh hưởng của tầng chứa nước áp lực đến xây dựng
Nước có áp có thể gây ra hiện tượng bục đáy hố móng khi thi công,
tạo ra áp lực nước ở đáy móng, áp lực lên vỏ áo các công trình ngầm
Khi thi công điều kiện để cho đáy hố móng không bị bục là trọng
lượng của tầng cách nước ở đáy hố móng phải bằng hoặc lớn hơn áp
lực đẩy ngược của nước áp lực, tức là :
γ đ m ≥ γ n ( h + m)
h
Lớp cách nước
t m
Tầng chứa nước
5.2.4. Phương pháp xác định hướng của dòng chảy
Hướng nước chảy thẳng góc với các đường đó theo chiều hạ thấp
mực nước (hoặc mực áp lực). Nước chảy từ nơi có áp lực cao sang
nơi có áp lực thấp hơn. B
40
A
36
C
34
Hình 5.4: Xác định hướng dòng chảy bằng 3 lỗ khoan
5.3. Một số đặc tính hoá học nước dưới đất
5.3.1. Độ pH
Nước dưới đất bị phân ly: H2O ↔ H+ + OH-
+
Trị số pH: :pH = - lg[H ]
Nước có phản ứng trung hòa:
+ - -7 -7
[H ] = [OH ] = 10 → pH = -lg10 = 7
Căn cứ vào trị số pH chia ra:
Nước có tính axit mạnh : pH < 5
Nước có tính axit : pH = (5 - 7)
Nước trung tính : pH = 7
2+ 2+
5.3.2. Độ cứng :Lượng các ion Ca và ion Mg có trong nước chính
là yếu tố tạo nên độ cứng của nước.
Độ cứng tổng cộng
Độ cứng tạm thời
Độ cứng vĩnh cửu
Theo Alenkin, theo độ cứng tổng cộng thì có thể chia nước
dưới đất thành 5 loại :
Nước rất mềm : Độ cứng tổng cộng < 1.5 mgđl/l
(meq/l)
Nước mềm : Độ cứng tổng cộng = (1.5 - 3) mgđl/l (meq/l)
Nước hơi cứng :Độ cứng tổng cộng = (3 - 6) mgđl/l
5.3.3. Độ khoáng hoá: là tổng các lượng khoáng chất tìm thấy trong
nước.
Để xác định độ tổng khoáng hóa, có thể dựa vào lượng cặn khô sau
0
khi cho nước bốc hơi ở nhiệt độ 105 C.
Tùy theo độ khoáng hóa, có thể phân nước dưới đất thành các loại sau
:
Nước siêu nhạt : Độ khoáng hóa < 0.2 g/l
Nước nhạt : Độ khoáng hóa = (0.2 - 1.0) g/l
Nước lợ : Độ khoáng hóa = (1 - 3) g/l
Nước hơi mặn : Độ khoáng hóa = (3 - 10) g/l
Nước mặn : Độ khoáng hóa = (10 - 35) g/l
5.3.4. Tính ăn mòn
5.3.4.1 Các dạng ăn mòn của nước dưới đất :
Thành phần khoáng trong xi măng portland (xi măng silicat thông
thường) gồm có:
3 2
Silicat tri canxit C S 3CaO.SiO
2 2
Silicat bicanxit C S 2CaO.SiO
3 2 3
Aluminat tri canxit C A 3CaO.Al O
4 2 3 2 3
Fero aluminat tetra canxit C Al.F 4CaO.Al O .Fe O
2 3 2 3
Thành phần phụ như : CaO, Al O , Fe O , MgO ở trạng thái tự do.
a. Ăn mòn rửa trôi
Nước hoà tan Ca(OH)2 là thành phần tự do có trong ximăng hoặc do
C3S bị thuỷ hoá sinh ra.
Sự hoà tan Ca(OH)2 trong nước phụ thuộc vào độ cứng cacbonat, tức
là hàm lượng HCO3 có mặt trong nước. Khi hàm lượng HCO3- càng ít
thì Ca(OH)2 càng bị hoà tan mạnh, quá trình hoà tan xảy ra theo phản
ứng.
Ca(OH)2+ Ca(HCO3)2= 2 CaCO3 + 2H2O
3
CaCO sinh ra sau phản ứng sẽ bao phủ lên cấu kiện bêtông và ngăn
2
cản sự hoà tan của Ca(OH)
2 2
b. Ăn mòn muối
Nước dưới đất thường có chứa các thành phần có dạng muối như
2 4 2
MgSO , CaSO , NaCl, MgCl . Các muối này sẽ phản ứng với các
thành phần khoáng do ximăng thuỷ hoá sinh ra
3CaSO4+3CaO. Al2O331H2O→3CaO. Al2O3 .3CaSO431H2O
MgSO2+ Ca(OH)2+ H2O→ CaSO4.2H2O +Mg(OH)2
MgCl2+ Ca(OH)2→ CaCl2+Mg(OH)2
c. Ăn mòn axit
Nước dưới đất có chứa một số loại axit như HCl, H2SO4…
Các axit này có phản ứng như sau:
Ca(OH)2 + H2SO4 = Ca(SO4).2H2O
Ca(OH)2+ HCl = CaCl2 + 2H2O
d. Ăn mòn CO2
Trong nước nếu có chứa nhiều CO2 hoà tan thì khi tác
dụng với ximăng sẽ có phản ứng sau:
Ca(OH)2 + CO2= CaCO3 +H2O
CaCO3 + CO2+ H2O = Ca(HCO3)2
Ca(HCO3)2 là chất dễ bị hoà tan trong nước nên sau phản
ứng thì Ca(OH)2 do ximăng thuỷ hoá sinh ra hoặc là thành phần
tự do trong ximăng đều hoà tan biến mất và do đó cấu kiện
bêtông ngày càng bị rỗng.
5.4. Các loại bản đồ địa chất thuỷ văn chuyên môn
5.4.1. Bản đồ thuỷ đẳng cao
Là một bản đồ gồm các đường đồng mực của mặt nước ngầm tức là
đường nối các điểm trên mặt nước ngầm có cùng độ cao tuyệt đối.
Ý nghĩa bản đồ thuỷ đẳng cao
Xác định hướng nước ngầm chảy,
Xác định độ dốc của nước ngầm
Nếu trên bản đồ có đường đồng mực địa hình thì ta có thể xác
định được chiều sâu mực nước ngầm.
Là một công cụ giúp ta chọn vị trí bố trí hợp lý các giếng lấy
nước hoặc thoát nước
Cho biết sự liên hệ giữa nước ngầm và nước mặt.
sông
Đường thuỷ đẳng cao
Đường đồng mức địa hình
5.4.2. Bản đồ thuỷ đẳng áp
Là một bản đồ gồm các đường đồng mực của mặt áp lực tức
là đường nối các điểm có cùng cột mực áp lực
Ý nghĩa của bản đồ thuỷ đẳng áp
Xác định được hướng nước chảy của nước có áp,
Xác định độ dốc mặt áp lực mà người ta gọi là građien áp lực,
Nếu trên bản đồ có đường đồng mực địa hình thì ta có thể xác
định được chiều sâu mực áp lực,
Là một công cụ giúp ta xác định vị trí bố trí các công trình lấy
nướcvà thoát tương tự bản đồ thuỷ đẳng cao.
5.4.2. Bản đồ thuỷ sâu
Là bản đồ thể hiện độ sâu mực nước ngầm, có ý nghĩa trong
công trình xây dựng và khai thác nước dưới đất
5.5. Biểu diễn kết quả phân tích nước dưới đất: trọng
lượng ion, đương lượng và phần trăm đương lượng
Ví dụ kết quả phân tích sau
5.5.1. Dưới dạng trọng lượng
ion
Đối với nước nhạt và nước lợ: g/ Ion (Cation) mg/l
l nước hoặc mg/l nước Na+ 46
Đối với nước biển và đại dương Ca2+ 90
cũng như các loại muối dưới Mg2+ 84
đất thường biễu diễn theo:
g/kg nước, hoặc g/100g nước.
Copyright by webtailieu.net