Đề tài : Hoàn thiện công nghệ khoan phụt vữa áp lực cao (jet grouting) nhằm tăng khả năng chống thấm cho công trình thủy lợi

Đã chứng minh và khẳng định tường XMĐ thi công bằng công nghệ Jet-grouting hoàn toàn có thể sử dụng làm tường chống thấm trong đập đất có cột nước dưới 30m.. Mặc dù vậy nó cũng chưa thực

BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI VIỆT NAM

VIỆN THỦY CÔNG

BÁO CÁO TỔNG KẾT

DỰ ÁN SẢN XUẤT THỬ NGHIỆM ĐỘC LẬP CẤP NHÀ NƯỚC

HOÀN THIỆN CÔNG NGHỆ KHOAN PHỤT VỮA ÁP LỰC CAO (JET – GROUTING) NHẰM TĂNG KHẢ NĂNG CHỐNG THẤM

CHO CÔNG TRÌNH THỦY LỢI

8425

BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

BÁO CÁO TỔNG KẾT

DỰ ÁN SẢN XUẤT THỬ NGHIỆM ĐỘC LẬP CẤP NHÀ NƯỚC HOÀN THIỆN CÔNG NGHỆ KHOAN PHỤT VỮA ÁP LỰC CAO (JET – GROUTING) NHẰM TĂNG KHẢ NĂNG CHỐNG THẤM

CHO CÔNG TRÌNH THỦY LỢI

CƠ QUAN CHỦ TRÌ ĐỀ TÀI: VIỆN KHOA HỌC THUỶ LỢI VIỆT NAM Địa chỉ: 171 Tây sơn, Đống đa, Hà nội

Địa chỉ: số 3, Ngõ 95, Chùa bộc, Đống đa, Hà nội

Chủ nhiệm đề tài:

Họ và tên: PGS TS Nguyễn Quốc Dũng

Địa chỉ: Viện Thuỷ công - Số 3, Ngõ 95, Chùa bộc, Hà nội

Hà nội, 2011

BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

BÁO CÁO TỔNG KẾT

DỰ ÁN SẢN XUẤT THỬ NGHIỆM ĐỘC LẬP CẤP NHÀ NƯỚC HOÀN THIỆN CÔNG NGHỆ KHOAN PHỤT VỮA ÁP LỰC CAO (JET – GROUTING) NHẰM TĂNG KHẢ NĂNG CHỐNG THẤM

CHO CÔNG TRÌNH THỦY LỢI

Lê Mạnh Hùng

Những người tham gia thực hiện:

1 TS Phan Trường Giang Viện Thuỷ công

3 Th.S Nguyễn Quý Anh Viện Thuỷ công

4 Th.S Vương Xuân Huynh Viện Thuỷ công

5 Th.S Nguyễn Thị Thu Nga Viện Thuỷ công

6 KS Nguyễn Lam Giang Viện Thuỷ công

MỤC LỤC

TÓM TẮT KẾT QUẢ THỰC HIỆN 1 

1- Miêu tả công nghệ 1 

2- Xuất xứ và cơ sở pháp lý để thực hiện dự án 1 

3- Đánh giá tóm tắt những kết quả KHCN đã đạt được so với đăng ký 2 

4- Danh mục các công trình đã ứng dụng công nghệ Jet-grouting 5 

5- Các công trình đã công bố 6 

6- Giải thưởng Khoa học Công nghệ 7 

7- Lời cảm ơn 7 

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 8 

1.1 SỰ CẦN THIẾT CỦA VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 8 

1.1.1 Thấm qua công trình thủy lợi 8 

1.1.2 Các công nghệ hiện đang sử dụng để chống thấm cho công trình thuỷ lợi 10  1.1.3 Kết luận về sự cần thiết của Dự án 12 

1.2 MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CỦA DỰ ÁN 12 

1.2.1 Xuất xứ của Dự án 12 

1.2.2 Một số vấn đề đã làm được trong đề tài Cống dưới đê, trước khi thực hiện dự án 13 

1.2.3 Mục tiêu và đối tượng của dự án 13 

1.2.4 Phương pháp nghiên cứu 13 

1.2.5 Cách tiếp cận 15 

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 16 

CHƯƠNG 2: NÂNG CAO KHẢ NĂNG CHỐNG THẤM CỦA TƯỜNG XIMĂNG ĐẤT 17 

2.1 NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG 17 

2.1.1 Một số khái niệm về chống thấm cho công trình thủy lợi 17 

2.1.2 Bố trí tường chống thấm bằng ximăng-đất trong công trình thủy lợi 18 

2.1.3 Thiết kế chống thấm bằng tường XMĐ 21 

2.1.4 Phương pháp thí nghiệm xói ngầm đến giới hạn 21 

2.2 NGHIÊN CỨU NÂNG CAO KHẢ NĂNG CHỐNG THẤM CỦA XMĐ 22 

2.2.1 Các kết quả nghiên cứu ở nước ngoài 22 

2.2.2 Các kết quả nghiên cứu trong nước 23 

2.3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA DỰ ÁN 26 

2.3.1 Kịch bản thí nghiệm như sau 26 

2.3.2 Kết quả nghiên cứu thí nghiệm trên mẫu trong phòng 27 

2.3.3 Kết quả nghiên cứu thí nghiệm hiện trường 30 

2.3.4 Nhận xét kết quả nghiên cứu 30 

2.3.5 Kết quả nghiên cứu sử dụng phụ gia để tăng khả năng chống thấm cho tường xi măng - đất trong một số trường hợp đặc biệt 31 

KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 34 

CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP ĐO SÂU ĐIỆN ĐỂ KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG TƯỜNG XMĐ 35 

3.1 NỘI DUNG KIỂM TRA 35 

3.2 PHƯƠNG PHÁP ĐO SÂU ĐIỆN 35 

3.3 NGHIÊN CỨU TRÊN MÔ HÌNH TOÁN 36 

3.4 ỨNG DỤNG ĐỂ ĐO ĐẠC VÀ ĐÁNH GIÁ TRÊN CÔNG TRÌNH THỰC TẾ 38  3.4.1 Kết quả kiểm tra trên đập Khuôn cát (Lạng sơn) 38 

3.4.2 Kết quả kiểm tra trên đập Nà zanh (Cao bằng) 41 

KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 45 

CHƯƠNG 4: ĐỊNH MỨC CHI PHÍ TẠO CỌC ĐẤT XI MĂNG THEO PHƯƠNG PHÁP JET-GROUTING 46 

4.1 THUYẾT MINH VỀ CÔNG NGHỆ 46 

4.1.1 Sơ đồ công nghệ 46 

4.1.2 Mô tả chi tiết thiết bị 46 

4.1.3 Nhân công cho 1 tổ máy 47 

4.2 NHIÊN NGUYÊN VẬT LIỆU 47 

4.3 SÀN ĐẠO THI CÔNG 47 

4.4 VẬN CHUYỂN THIẾT BỊ VÀ CÔNG NHÂN 47 

4.5 ĐỊNH MỨC THI CÔNG 48 

4.5.1 Miêu tả quy trình thi công 48 

4.5.2 Định mức thi công 48 

KẾT LUẬN CHƯƠNG 4 54 

CHƯƠNG 5: ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CỦA DỰ ÁN 55 

5.1 VỀ CÁC KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC SO VỚI YÊU CẦU NÊU TRONG HỢP ĐỒNG 55 

5.2 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC VỀ KHOA HỌC 55 

5.3 KẾT QUẢ NÂNG CAO NĂNG LỰC 56 

5.4 HIỆU QUẢ KINH TẾ - XÃ HỘI 56 

5.4.1 Chống thấm cho cống đồng bằng 56 

5.4.2 Chống thấm cho đập đất 57 

5.4.3 Tồn tại và hướng phát triển 58 

PHẦN KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 60 

A- KẾT LUẬN 60 

B- KIẾN NGHỊ 60 

C- LỜI KẾT 61 

TÀI LIỆU THAM KHẢO 63 

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1: Tổ hợp các mẫu xi măng đất thí nghiệm 27 

Bảng 2.2: Kết quả thí nghiệm hệ số thấm mẫu trong phòng - không cho phụ gia 28 

Bảng 2.3: Bảng tổng hợp các giá trị Jgh(Jmax), H gh (Hmax) 29 

Bảng 2.4: Kết quả thí nghiệm thấm hiện trường công trình Khuôn Cát 30 

Bảng 2.5: Kết quả thí nghiệm thấm Công trình Nà Danh 30 

Bảng 2.6: Tổ hợp các mẫu thí nghiệm theo kịch bản gia giảm chất độn 31 

Bảng 2.7: Kết quả thí nghiệm thấm công trình Nà Danh 32 

Bảng 2.8: Tổ hợp thí nghiệm hiện trường công trình Nà Danh 33 

Bảng 2.9: Kết quả thí nghiệm thấm cọc xi măng đất Công trình Nà Danh 33 

Bảng 4.1: Năng suất thi công 48 

Bảng 4.2: Chiết tính giá ca máy 49 

Bảng 4.3: Dự toán thi công cọc XMĐ trong đất cấp I, II đường kính 60 cm, chiều sâu 30m 49 

Bảng 4.4: Dự toán thi công cọc XMĐ trong đất cấp I, II đường kính 80 cm, chiều sâu 30m 51 

Bảng 4.5: Dự toán thi công cọc XMĐ trong đất cấp I, II đường kính 100 cm, chiều sâu 30m 52 

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 2.1- Bố trí tường XMĐ chống thấm cho cống tại vị trí thượng lưu cống 18 

Hình 2.2- Bố trí tường XMĐ chống thấm cho cống tại vị trí tim cống 18 

Hình 2.3- Bố trí tường XMĐ cho nền đập đất tại vị trí chân thượng lưu đập đất 19 

Hình 2.4- Bố trí tường XMĐ cho lõi đập đất tại vị trí tim đập đất 19 

Hình 2.5- Bố trí tường XMĐ cho nền đập đất tại vị trí tim đập đất 20 

Hình 2.6- Bố trí tường XMĐ cho nền đập đất tại vị trí cơ thượng lưu đập đất 20 

Hình 2.7- Thí nghiệm xói ngầm đến giới hạn 22 

Hình 2.8- Quan hệ giữa hệ số thấm với hàm lượng ximăng cho mẫu chế bị và mẫu thực tế 22  Hình 2.9- Quan hệ giữa hệ số thấm và độ rỗng 23 

Hình 2.10- Thí nghiệm đo hệ số thấm ở 7 ngày; hàm lượng XM = 200 kg/m3; áp lực thí nghiệm thay đổi ở 4 cấp: 1m; 5m; 10m; 15m Hàm lượng Bentonite = 0; 2; 5; 10% 24 

Hình 2.11- Thí nghiệm đo hệ số thấm ở 28 ngày; hàm lượng XM = 100 kg/m3; áp lực thí nghiệm thay đổi ở 4 cấp: 1m; 5m; 10m; 15m Hàm lượng Bentonite = 0; 2; 5; 10% 24 

Hình 2.12-Thí nghiệm đo hệ số thấm ở 28 ngày; hàm lượng XM = 100; 200; 300 kg/m3; áp lực thí nghiệm thay đổi ở 4 cấp: 1m; 5m; 10m; 15m Không có Bentonite 25 

Hình 2.13- Sơ đồ tổ hợp mẫu thí nghiệm hệ số thấm ~ hàm lượng XM 27 

trên mẫu trong phòng- không cho thêm chất độn 27 

Hình 2.14- Khả năng chống thấm phụ thuộc hàm lượng ximăng trên mẫu và hiện trường 30  Hình 2.15- Biểu diễn kết quả đo hệ số thấm cho các hàm lượng XM và phụ gia 34 

Hình 3.1- Mô phỏng mô hình mặt cắt khi có tường XMĐ cho các hệ điện cực đo khác nhau 37  Hình 3.2- Mô hình mô phỏng sự thẩm thấu qua tường XMĐ làm cho giá trị điện trở suất của thân đập bị giảm 38 

Hình 3.3- Sơ đồ vị trí các tuyến đo khu vực đập Khuôn Cát 39 

Hình 3.4- Mặt cắt điện trở suất của tuyến đo dọc theo tim đập 39 

Hình 3.5- Mặt cắt điện trở suất tuyến T3 cắt ngang qua đập trước khi có tường bê tông đất 40  Hình 3.6- Mặt cắt địa điện tuyến thượng lưu của tường XMĐ 40 

Hình 3.7- Mặt cắt địa điện phía hạ lưu tường XMĐ Lớp phía dưới có điện trở suất cao, đồng nhất về giá trị cho thấy không có hiện tượng thấm qua tường XMĐ 40 

Hình 3.8- Mặt cắt điện trở suất tuyến T3 sau khi có bức tường XMĐ 41 

Hình 3.9- Sơ đồ vị trí các tuyến đo 41 

Hình 3.10- Kết quả đo điện trên tuyến chạy dọc qua tim đập, (a) mặt cắt điện trở suất biểu kiến, (b) mặt cắt điện trở suất theo kết quả phân tích 42 

Hình 3.11- Mặt cắt địa điện tuyến đo giữa đập 43 

Hình 3.12- Mặt căt địa điện tuyến phía hạ lưu tường XMĐ Khu vực đoạn tuyến từ 65 mét

ở độ sâu 15-22 mét vẫn xuất hiện khối điện trở suất thấp 43 

Hình 3.13- Mặt căt địa điện tuyến thượng lưu tường bê tông đất 44 

Hình 3.14- Mặt cắt điện trở suất tuyến T4 cắt ngang qua đập 44 

TÓM TẮT KẾT QUẢ THỰC HIỆN 1- Miêu tả công nghệ

Công nghệ Jet-grouting là công nghệ sử dụng bơm vữa ximăng với áp lực cao để cắt đất trộn với vữa ximăng tại chỗ dưới sâu

Hình 1- Dây chuyền thi công tạo cọc XMĐ Dây chuyền thi công được miêu tả như trong hình 1, bao gồm các thiết bị chính sau:

1 Máy khoan và phụ tùng kèm theo (cần khoan, dây dẫn cao áp, mũi phụt );

2 Máy bơm vữa cao áp;

3 Máy trộn vữa 2 thùng;

4 Máy phát điện tối thiểu 150 KVA;

5 Máy Toàn đạc điện tử;

6 Các phụ tùng dự phòng kèm theo để đảm bảo máy hoạt động liên tục

Quy trình thi công tiến hành như sau:

Bước 1- Khoan xuống: Đưa cần khoan đến vị trí đáy cọc dự kiến Trong quá trình đưa cần khoan xuống có thể phụt nước ra đầu mũi khoan với áp lực nhỏ (khoảng 10at) để làm mềm đất, giúp đưa cần khoan xuống nhanh hơn

Bước 2- Rút lên: Khi cần khoan đến vị trí cần thiết, thả một viên bi chặn đầu ra mũi khoan và vừa rút cần khoan vừa bơm vữa với áp lực lên đến 200 at Hỗn hợp nước + vữa phun ra đầu mũi phun (nozzel) sẽ cắt đất và trộn với dung dịch vữa để tạo thành cọc XMĐ

Để tạo thành tường chống thấm trong nền (hoặc dưới đáy công trình) các cọc XMĐ phải chồng lấn lên nhau (Overlap)

2- Xuất xứ và cơ sở pháp lý để thực hiện dự án

Công nghệ Jet-grouting xuất xứ từ Nhật bản vào đầu những năm 1970 Năm 2004, để thực hiện đề tài độc lập cấp Nhà nước, Viện Khoa học Thủy lợi (nay là Viện KHTL Việt nam) đã du nhập công nghệ này từ Nhật bản Trong khuôn khổ đề tài, nhóm đề tài đã tiến

hành những nghiên cứu và ứng dụng công nghệ Jet-grouting để sửa chữa chống thấm cho

2 cống dưới đê thành công

Để tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện công nghệ, Bộ Khoa học và Công nghệ đã cho phép nhóm đề tài tiếp tục triển khai dự án SXTN độc lập cấp Nhà nước, mã số DAĐL-

2008/01 với tên gọi: Hoàn thiện công nghệ khoan phụt áp lực cao (Jet-grouting) nhằm

tăng khả năng chống thấm cho công trình thủy lợi

Mục tiêu dự án: Hoàn thiện và làm chủ quy trình công nghệ khoan phụt áp lực cao

(Jet - Grouting) tạo tường cọc XMĐ chống thấm cho nền các công trình thuỷ lợi nhằm đem lại hiệu quả kinh tế kỹ thuật được sản xuất chấp nhận

Căn cứ Đề cương và dự toán đã được Hội đồng KHCN thông qua, Bộ KH&CN đã ký Hợp đồng nghiên cứu số 01/2008/HĐ-DAĐL ngày 04/7/2008 với Chủ nhiệm và cơ quan chủ trì với số kinh phí 2.900 triệu đồng, thời gian thực hiện 24 tháng (từ tháng 3/2008 đến 3/2010), kinh phí thực hiện 2.900 triệu đồng (trong đó kinh phí thu hồi là 1.740 triệu đồng

- tương đương 60%)

Tiếp theo, theo đề nghị của Chủ nhiệm dự án, Bộ KH&CN đã có công văn số 975/BKHCN-KHCNN ngày 04/05/2009 cho phép Điều chỉnh đề cương, dự toán dự án Nội dung điều chỉnh gồm:

- Điều chỉnh địa điểm thử nghiệm của dự án về công trình đập Khuôn cát (tỉnh Lạng sơn) và đập Nà zanh (tỉnh Cao bằng);

- Bổ sung Viện Thủy công thuộc Viện KHTL Việt nam là đơn vị thực hiện dự án Căn cứ HĐ đã ký và văn bản Điều chỉnh bổ sung là căn cứ pháp lý để thực hiện Dự

án Dưới đây trình bày tóm tắt và đánh giá những kết quả thực hiện căn cứ theo đề cương

đã được phê duyệt

3- Đánh giá tóm tắt những kết quả KHCN đã đạt được so với đăng ký

3.1.Yêu cầu kỹ thuật, chỉ tiêu chất lượng đối với sản phẩm I

- Hệ số thấm của tường XMĐ:10-4~10-6 cm/s;

- Chiều sâu tường có thể đạt: 25 ~ 40 m

- Về số lượng công trình: Ngoài 2 công trình

Khuôn cát và Nà zanh đã hoàn thành; dự án đã thực hiện thêm 15 công trình khác như: đập Hao hao (Thanh Hóa), đập Núi Một (Ninh thuận), cống Mai trang (Hà nội), chống sạt lở nhà UBND huyện Duy tiên, đê Trà linh

- Các chỉ tiêu kỹ thuật: đạt và vượt mức đăng

ký: hệ số thấm, chiều sâu xử lý

- Kết quả cụ thể xem chi tiết trong Báo cáo

3.2 Yêu cầu khoa học đối với sản phẩm dạng II, III

Biên soạn và Ban hành TCCS

05:2010/VKHTLVN theo QĐ số 671 / KHTH-VKHTLVN ngày 28/5/2010

Được Hội đồng khoa học chuyên ngành thông qua

Đã hoàn thành và nghiệm thu 15 công trình

Vượt mức yêu cầu 13 công trình

(có xác nhận kèm theo)

3.3 Kết quả tạo ra dạng IV

1 02 bài báo giới thiệu kết

quả nghiên cứu và ứng

dụng

- Tạp chí Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn;

- Tạp chí hoạt động khoa học - Bộ KHCN

- Báo cáo KH trong 3 Hội nghị;

- Đăng 3 bài báo (Cụ thể xem báo cáo chính)

2 Đăng ký TBKT áp dụng

trong ngành thuỷ lợi

Bộ NN & PTNT có văn bản cho phép

- Đã báo cáo trước HĐKH của Bộ NN&PTNT

- Được Bộ cho phép ứng dụng vào đập Hao hao, đê Trà linh, đập Khe ngang

3 Hướng dẫn 01 thạc sỹ Trường Đại học Thuỷ lợi - 01 ThS bảo vệ

- 01 NCS đang làm LA

4 Đào tạo 10 công nhân vận

hành thiết bị mới

VICT Co., Ltd - 40 công nhân

3.4 Tóm tắt kết quả đạt được về khoa học

- Trong đề tài độc lập cấp Nhà nước mới chỉ sử dụng để chống thấm cho các cống

dưới đê Giai đoạn Dự án SXTN đã mở rộng ứng dụng sang nhiều loại hình khác: đập đất

cũ bị thấm, đập đất mới đang thi công, hố móng vùng địa chất phức tạp, Trong nhiều

trường hợp giải pháp này ưu việt hơn các giải pháp hiện có, được các Chủ đầu tư đón nhận nhiệt tình

- Đã thí nghiệm trong phòng và hiện trường nhằm đánh giá khả năng chống thấm và nâng cao khả năng chống thấm của tường cọc XMĐ Đã chứng minh và khẳng định tường XMĐ thi công bằng công nghệ Jet-grouting hoàn toàn có thể sử dụng làm tường chống thấm trong đập đất có cột nước dưới 30m

- Đã soạn thảo và ban hành Tiêu chuẩn cơ sở TCCS 05:2010/VKHTLVN “Hướng

dẫn sử dụng phương pháp Jet-grouting tạo cọc đất ximăng để xử lý đất yếu, chống thấm nền và thân công trình bằng đất” Đây là tiêu chuẩn kỹ thuật đầu tiên về công nghệ này ở

Việt Nam, bao gồm cả hướng dẫn cho mục đích xử lý nền và cả cho mục đích chống thấm, đáp ứng đòi hỏi của thực tế sản xuất

- Đã xây dựng định mức đơn giá cho công tác khoan phụt Jet-grouting tạo cọc XMĐ với các điều kiện khác nhau Đã phối hợp với Viện Kinh tế (Bộ Xây dựng) ban hành đơn giá thi công cọc XMĐ đường kính 80cm theo yêu cầu của Ban QLDA Tây nam Hương Trà cho công trình đập Khe ngang và các công trình khác

3.5 Tóm tắt kết quả phục vụ sản xuất

Trong giai đoạn triển khai thực hiện dự án đã thiết kế và thi công 15 công trình trị giá khoảng 50 tỷ đồng (xem danh mục ở mục 4 ở sau); ngoài ra còn một số công trình đang tiếp tục triển khai trong thời gian tới Những thành công trên chứng tỏ công nghệ đã bắt đầu đi vào cuộc sống

3.6 Kết quả nâng cao năng lực

- Trong quá trình thực hiện dự án, nhóm đề tài đã huy động vốn đóng góp của CBNV

để mua sắm thiết bị về Viện, trực tiếp ký hợp đồng thi công Qua đó hình thành hướng đi mới trong Viện, phù hợp với mô hình tự chủ về tài chính theo tinh thần Nghị định 115/2005/NĐ-CP

- Hình thành nhóm nghiên cứu chuyên về XMĐ tại Viện Thủy công, không những trong lĩnh vực chống thấm nền công trình thủy lợi mà còn được nhiều nơi trong nước biết đến và mời hợp tác nhằm giải quyết những vấn đề thực tiễn phong phú, đa dạng trong xây dựng công trình xây dựng, giao thông và thủy lợi

3.7 Tồn tại và hướng phát triển

- Chất lượng tường chống thấm bằng cọc XMĐ thi công theo phương pháp grouting phụ thuộc nhiều vào trình độ tay nghề của công nhân và quy trình giám sát chất lượng

Jet Việc kiểm tra chất lượng, đặc biệt độ kín khít của tường, bằng phương pháp kết hợp giữa khoan đổ nước thí nghiệm (để đo hệ số thấm) và đo địa điện (để phát hiện các chỗ khuyết tật) là phương pháp kiến nghị trong dự án Mặc dù vậy nó cũng chưa thực sự đạt được độ tin cậy 100%, cần tiếp tục nghiên cứu

- Khả năng ứng dụng của tường XMĐ, đặc biệt trong các kết cấu công trình tạm phục

vụ thi công (chống thấm hố móng, hỗ trợ thi công tầng hầm, ) là rất có triển vọng, cần được phát triển

- Việc ứng dụng hóa chất để tăng chất lượng (tăng khả năng chống thấm, tăng cường

độ hoặc giảm tính giòn) của tường XMĐ chưa được nghiên cứu đầy đủ do hạn chế về thời gian, kinh phí và điều kiện hóa chất có sẵn ở thị trường trong nước Hướng nghiên cứu này cần được tiếp tục phát triển

- Do thời gian thực hiện dự án có hạn nên chưa thể nghiên cứu bao quát được hết các loại hình công trình thủy lợi và các loại đất khác nhau, cũng như chưa thể đánh giá chính xác độ bền lâu dài của vật liệu đất – xi măng trong các môi trường đặc biệt Vấn đề này cần được tiếp tục theo dõi tổng kết

4- Danh mục các công trình đã ứng dụng công nghệ Jet-grouting

nhận

Giá trị thực hiện

Quy mô CT

GIAI ĐOẠN TRƯỚC KHI THỰC HIỆN DỰ ÁN

2004 Chống thấm cho cống Trại -

thuộc trại giống Diễn Châu

của Viện NC Thuỷ sản I

Viện NC Thuỷ sản I

UBND Thị xã Phủ Lý

2005 Sửa chữa chống thấm cho

cống sông Cui (Long an)

Cty QLKT CT thuỷ lợi Tiền Giang 450 triệu

- Tổng cộng 2.000

m cọc XMĐ;

- Sâu 14 m

2005 Tường chống thấm cho đê

quây giai đoạn II- Nhà máy

thuỷ điện Sơn la bằng công

nghệ cọc xi măng đất

Ban QLDA Nhà máy Thuỷ điện Sơn La 689 triệu

- Tổng cộng 2411 m cọc XMĐ; - Sâu 15m

Năm Nội dung Cơ quan tiếp

nhận

Giá trị thực hiện

Chống sập vách khi thi công cọc Baret

2009 Tường chống thấm đập Núi Một- Ninh thuận

Ban QLDA NN – tỉnh Ninh thuận 5.400 triệu

5.400m; Chiều sâu max 18m Chống thấm nền đập làm mới

2009 Chống thấm đập Nà zanh

(Cao bằng)

Ban QLDANN tỉnh Cao bằng 2.800 triệu

3.400m; Chiều sâu max 29m Chống thấm đập cũ bị thấm

2009 Chống thấm đập Khuôn Cát (Lạng sơn) Ban QLDA tỉnh Lạng sơn 850 triệu

1.400m; Chiều sâu max 21m Chống thấm đập cũ bị thấm

2009 Chống thấm đập Hao hao

(Thanh hóa) Ban QLĐTXD 3 3.800 triệu

5.400m; Chống thấm qua lớp cát xen kẹp lòng suối; đập đang đắp dở

2009 Chống thấm cống Mai trang (Phú xuyên- Hà nội) Cty Thủy nông Sông Nhuệ 1.500 triệu 800m; chống thấm dưới nền cống

900m Ngăn chặn cát theo dòng thấm

ra bờ sông làm rỗng nền nhà

2010

Xử lý nền kết hợp chống

thấm đập Khe ngang (Huế)

(Đang thi công)

Ban QLDA NN

& PTNT TP Huế

26.000 triệu

32.500m Xử lý nền đập đất trên đất yếu (bùn sét hữu cơ)

2010 Xử lý lún sụt cho đê nối tiếp Trà linh Ban QLĐT Thủy lợi 2 3.800 triệu

5.600m Xử lý nền khối đắp đê trên đất yếu

- Nguyễn Quốc Dũng, Phùng Vĩnh An, Nguyễn Quý Anh: "Ứng dụng và phát triển

công nghệ Jet-grouting trong xây dựng công trình Xây dựng, giao thông và thủy lợi" Báo

cáo khoa học tại Hội nghị Khoa học do Viện KHTL Việt nam tổ chức Báo cáo này cũng được trình bày tại Hội nghị KH do Viện KHTL Miền nam tổ chức;

- Nguyễn Quốc Dũng, Phùng Vĩnh An: " Xử lý nền đập Khe Ngang bằng cọc XMĐ

thi công theo phương pháp Jet-grouting" Tuyển tập KHCN 1959 - 2010 của Viện KHTL

Việt nam; Đăng lại trên Tạp chí Kết cấu và Công nghệ Xây dựng, số 1, của Hội Kết cấu và Công nghệ Xây dựng

- Phan Trường Giang: "Ứng dụng kết quả nghiên cứu lý thuyết dòng tia để xác định

đường kính của cọc XMĐ" Tuyển tập KHCN 1959 - 2010 của Viện KHTL Việt nam

6- Giải thưởng Khoa học Công nghệ

Giải 3 Sáng tạo KHCN (VIFOTEC) 2008 cho giải pháp “Ứng dụng công nghệ grouting để chống thấm cho công trình thủy lợi”

Jet-7- Lời cảm ơn

Dự án hoàn thành với ủng hộ và tài trợ kinh phí từ Bộ Khoa học và Công nghệ Trong quá trình thực hiện đã nhận được sự ủng hộ và giúp đỡ của Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn, cụ thể là: Vụ KHCN&MT, Cục Thủy lợi, Cục Xây dựng công trình, Ban QLĐT dự án thủy lợi 3, Để ứng dụng vào thực tế, dự án đã được các địa phương quan tâm ủng hộ, cụ thể là: Sở Nông nghiệp & PTNT tỉnh Lạng sơn, Cao bằng, Ninh thuận, Quảng bình, Hà nam, Hà nội và các đơn vị thuộc các sở

Viện Khoa học Thủy lợi Việt nam là cơ quan chủ trì, Viện Thủy công là đơn vị thực hiện Lãnh đạo và các phòng, ban chức năng của cơ quan chủ trì, cơ quan thực hiện đã dành cho dự án điều kiện thuận lợi và sự kiểm tra đôn đốc thường xuyên giúp cho Dự án hoàn thành đúng tiến độ

Tập thể cán bộ Trung tâm công trình Ngầm thuộc Viện Thủy công là đơn vị trực tiếp triển khai đã cùng với đối tác tham gia là Cty Cổ phần Tư vấn đầu tư và CGCN Việt nam (VICTS) bằng lao động sáng tạo, nhiệt tình và quyết tâm đã giúp cho Dự án đạt kết quả tốt

Tập thể nghiên cứu đề tài chân thành cám ơn các cơ quan đơn vị, các cá nhân đã giúp

đỡ cho chúng tôi hoàn thành nhiệm vụ được giao

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1 SỰ CẦN THIẾT CỦA VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1.1 Thấm qua công trình thủy lợi

Thấm qua công trình thủy lợi là không tránh khỏi, vấn đề là thấm phải ở mức độ cho phép Dưới đây trình bày các hiện tượng thấm qua các dạng công trình thủy lợi cần phải ngăn chặn:

1.1.1.1 Đập đất

a - Đập cũ:

Với các đập vừa và nhỏ do chất lượng thi công đắp đập không đảm bảo kỹ thuật gây

ra thấm, thậm chí gây vỡ đập Điển hình như vụ vỡ đập Suối Trầu (1998), đập Suối Hành (1999), đập Zếch 20 (2009), Hiện tại còn có hàng chục đập thấm nghiêm trọng, thậm chí

đã phải cho tháo cạn hồ đề phòng vỡ đập Nguyên nhân của thấm:

- Do Thi công:

Kỹ thuật đầm: nhiều đập nhỏ do các đơn vị thi công không chuyên làm thường rất ẩu

Có nơi dùng lu bánh lốp để đầm đất, tạo thành từng lớp phân cách, khi tích nước dòng thấm phun qua các mặt phân cách này

Đầm sót: một số đập chia cho 2 đơn vị thi công, tại vị trí ranh giới giữa 2 nhà thầu thường rất dễ gây thấm do đầm sót Cũng có đập do giám sát không chặt chẽ nên đơn vị thi công lấy đất ở vùng khác không đạt tiêu chuẩn đến để đắp, đến khi tích nước dòng thấm xuất hiện tại vị trí này

Xử lý tiếp giáp: tại vị trí tiếp giáp với cống lấy nước, vùng vai đập đầm máy không

xử lý được phải dùng đầm cóc thủ công Nhiều đơn vị thi công quan tâm không đúng mức, không theo dõi chặt chẽ cũng dễ gây ra thấm tại các vị trí tiếp giáp

- Do thiết kế:

Quy định chỉ tiêu kỹ thuật trên bản vẽ không chặt chẽ: nhiều bản thiết kế chỉ quy định dung trọng khô khi đắp đập Điều đó chỉ đúng khi mỏ vật liệu đắp là đồng đều Nếu trong khi thi công gặp phải vùng mỏ vật liệu đắp có lẫn nhiều hạt thô thì dung trọng đạt nhưng độ chặt không đạt cũng gây thấm lớn

Xử lý vật liệu đắp đập: vùng vật liệu đất đắp có tính trương nở, tan rã hoặc vùng đất

có hàm lượng sét quá cao dẫn đến độ ẩm lớn nhưng thiết kế không chỉ rõ biện pháp xử lý khi đắp cũng có nguy cơ gây nứt đập, thấm lớn;

Xử lý tiếp giáp: vùng vai đập có độ dốc lớn nếu không xử lý đúng kỹ thuật cũng dễ gây trượt giữa đất đắp và nền khi đắp xong gây thấm Hoặc bản vẽ quy định mái dốc của đợt đắp trước để quá dốc, khi đắp tiếp đợt sau cũng gây trượt giữa 2 khối đắp

Đất đắp không đạt yêu cầu về thấm: Nhiều vùng do khan hiếm vật liệu có tính chống thấm, nhưng thiết kế không có giải pháp chống thấm tăng cường cũng dễ gây ra thấm

- Do nguyên nhân khác:

Mối là nguyên nhân rất phổ biến gây thấm ở các đập cũ

Hỏng khớp nối cống: khớp nối cống bị hỏng, dòng chảy có áp phun ra xung quanh gây thấm dọc theo cống

Tắc thoát nước: trong quá trình vận hành các hạt đất chui vào các kết cấu thoát nước (lăng thể đá hạ lưu, ống khói thoát nước giữa đập, ) làm tắc lọc Đường bão hòa trong thân đập dâng cao, dòng thấm xuất hiện ngay trên mái hạ lưu đập

b- Đập đang thi công:

Thấm qua nền: đây là hiện tượng gặp rất nhiều ở các đập đang xây dựng hiện nay Đập xây dựng vùng duyên hải miền Trung thường nằm trên tầng cát dày 10 đến 20m, gặp trường hợp này thường phải có biện pháp xử lý thấm qua nền trước khi đắp Vùng trung du

có những thấu kính cát nằm dưới lòng suối, trong giai đoạn khảo sát không đầy đủ nên không phát hiện ra, đến khi tích nước mới phát sinh dòng thấm quá mức phải xử lý

Thấm qua thân đập: Vùng khan hiếm vật liệu đắp, nếu chở vật liệu từ xa đến thì giá thành quá cao Giải pháp lựa chọn là vẫn đắp đập với dung trọng đảm bảo ổn định và bổ sung kết cấu chống thấm sau khi đắp xong Giải pháp bổ sung có thể là rải màng chống thấm mái thượng lưu, làm tường hào chống thấm trong thân đập

1.1.1.2 Đê sông

Đê sông thường nằm trên lớp đất thịt phủ trên mặt dày 3 đến 4m, dưới đó là tầng cát dày thông với sông Mùa lũ, dòng thấm có áp trong tầng cát gây áp lực lên tầng phủ Tại vị trí tầng phủ mỏng, vùng hồ ao, áp lực thấm có thể gây bục tầng phủ gây vỡ đê

Thấm qua cống dưới đê là hiện tượng thường gặp trong thực tế Theo thống kê trên

965 cống dưới đê hiện có trên hệ thống đê sông Hồng, sông Thái bình có 15% cống bị hư hỏng cần sửa chữa, trong đó hư hỏng do thấm chiếm 30%

chưa quan tâm đến ảnh hưởng của hiện tượng trên là nguyên nhân gây thấm ở một số công trình Trong một số trường hợp, việc đóng cọc xuyên thủng tầng phủ cũng gây nguy cơ mất ổn định thấm khi đưa vào sử dụng

Thấm qua mang cống: là hiện tượng khá phổ biến, do thi công không tốt hoặc do thiết kế quy định không chặt chẽ quy trình đắp đất mang cống Ngoài ra còn có thể do mối hoặc sinh vật đào hang trong đê

1.1.2 Các công nghệ hiện đang sử dụng để chống thấm cho công trình thuỷ lợi

1.1.2.1 Chống thấm cho đập đất

a Tường nghiêng, sân phủ bằng đất sét:

Tường nghiêng, sân phủ có tác dụng kéo dài đường viền thấm Là giải pháp lâu nay vẫn áp dụng ở nhiều công trình Ưu điểm của giải pháp này là dễ thi công, giá thành rẻ Tuy nhiên, nhiều công trình nền thấm nước có chiều dày lớn lại không có sẵn đất sét (như khu vực miền Trung, Tây Nguyên, ) thì giải pháp này không kinh tế;

Với các hồ đập đang tích nước thì giải pháp này thường không được chọn vì phải tháo cạn hồ để thi công

b Tường nghiêng bằng các loại vật liệu mới như màng HDPE, thảm sét ĐKT,

Đã được áp dụng ở một số công trình cỡ vừa và nhỏ (H<20m), tuy nhiên số lượng cũng chưa nhiều Ví dụ: khi sửa chữa đập phụ Dầu tiếng đã chọn giải pháp kéo dài sân phủ bằng màng HDPE Đập Đá Bạc, đập Nhà Đường (Hà tĩnh) sử dụng HDPE phủ lên mái thượng lưu, đập Sông Biêu (Ninh Thuận) sử dụng thảm sét địa kỹ thuật (Geo-clay) làm tường nghiêng trên mái thượng lưu, đập phụ Dầu tiếng sử dụng màng HDPE dày 1,5mm,

Về lâu dài còn cần phải tiếp tục theo dõi, đánh giá hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của giải pháp này;

Cũng như tường nghiêng sân phủ bằng đất sét, với các hồ đập đang tích nước thì giải pháp này thường không khả thi vì phải tháo cạn hồ để thi công

c Lõi giữa (bằng đất sét, pha sét hoặc vật liệu khác):

Giải pháp chống thấm qua đập đất bằng tường lõi so với tường nghiêng có khối lượng nhỏ hơn và dễ thi công hơn Đặc biệt thích hợp cho kết cấu đập nhiều khối với thiết

bị thoát nước kiểu ống khói được áp dụng nhiều ở khu vực Miền Trung và Tây Nguyên;

Hệ số thấm của tường lõi không được lớn hơn 10-5 cm/s (ít ra cũng phải nhỏ hơn 100 lần hệ số thấm của đất đắp đập) thì mới phát huy hiệu quả Do đó, những nơi không có sẵn đất sét thì giải pháp này không kinh tế Một số công trình (như Tràng Vinh, ) làm tường lõi bằng BTCT

d Tường hào Bentonite (hoặc ximăng-sét):

Công nghệ này sử dụng máy đào hào chuyên dụng để moi đất và thay thế vào đó bằng vật liệu (dung dịch ximăng + bentonite hoặc ximăng + đất sét tại chỗ nghiền mịn) có tính chống thấm cao Trong quá trình đào phải chống sập vách bằng vữa bentonite Hệ số thấm của tường hào có thể đạt từ 10-4 cm/s đến 10-7 cm/s tùy thuộc nhiều vào công nghệ vật liệu cấu thành và trình độ thi công của nhà thầu Là công nghệ mới được áp dụng trong vài năm gần đây, số lượng trên dưới 10 cái; rất thích hợp với các đập có nền thấm nước dày (trên 10m) khi mà xét thấy việc bóc bỏ để làm chân đanh bằng đất tốt là khó khăn và tốn kém;

Ưu điểm của công nghệ này là có độ tin cậy cao, chủ động kiểm soát chất lượng; Nhược điểm là thiết bị thi công cồng kềnh, phải chuyển bằng thiết bị siêu trường - siêu trọng (xe có tải trọng >40T), không thích hợp với các đập vùng sâu vùng xa Với một

số đập đất cũ (như Dầu Tiếng, Dương Đông, ) cho kết quả tốt; nhưng với đập mới đắp (như Easup Thượng, Ia Mlá ) thì có hiện tượng nứt-tách giữa tường và thân đập; vì vậy hiện nay khuyến cáo chỉ nên áp dụng để chống thấm cho các đập cũ Với các đập đắp mới, chỉ nên áp dụng cho nền đập, thân đập sử dụng giải pháp chống thấm khác

e Chống thấm bằng khoan phụt (khoan phụt truyền thống):

Khoan phụt truyền thống còn được gọi là khoan phụt có nút bịt (một nút, 2 nút); nguyên lý của nó là bơm dung dịch chất kết dính (ximăng, đất sét, hoá chất, ) vào trong đất dưới một áp lực phù hợp (thường từ vài at đến vài chục at tùy thuộc đối tượng xử lý, loại đất và thiết bị công nghệ) Nút bịt có tác dụng bịt không cho dung dịch trào lên miệng

hố khoan;

Xuất xứ của khoan phụt truyền thống là để lấp bịt các kẽ nứt trong nền đá Sau đó đã

có những cải tiến để khoan phụt cho đập đất Để khoan phụt được trong nền đất, người ta

đã có những cải tiến về nút bịt và điều chỉnh tăng áp suất: sử dụng nút bịt kép (ống sét, công nghệ tuần hoàn ngược) Với các tầng cuội sỏi cũng đã dùng bằng cách bổ sung thêm công đoạn bồi tường (như đê quây Nhà máy Thủy điện Sơn La đã làm);

măng-Qua thực tế cho thấy, nhiều đập đất cũ bị thấm đã tiến hành khoan phụt xi măng- sét, nhưng kết quả không đồng đều nhau Một số đập cho kết quả lâu dài, nhưng cũng có đập

bị thấm trở lại Nguyên nhân còn cần phải tiếp tục nghiên cứu

1.1.2.2 Chống thấm cho thân đê và nền đê sông

Chống thấm cho thân đê: Hiện nay đang sử dụng công nghệ khoan phụt XM - sét với

áp lực bơm 2 đến 3 at Do hạn chế của thiết bị, phạm vi xử lý quy định là tối đa 6m;

Chống thấm cho nền đê: Hiện nay việc chống thấm đại trà cho nền đê sông không đặt

ra Vấn đề là chống mạch đùn mạch sủi tại các vị trí tầng phủ mỏng có nguy cơ xảy ra sự

cố Giải pháp đang sử dụng là làm sân phủ phía sông, kết hợp làm giếng giảm áp phía đồng Tuy nhiên, với một số tuyến đê có tầng thấm nằm sâu (vùng Sen Chiểu - Hà Tây; vùng Thổ Tang - Vĩnh Phúc) ngoài giếng giảm áp còn cần xem xét thêm giải pháp bổ sung

để bảo đảm an toàn cao hơn Giải pháp tường hào Bentonite: đã được đề nghị làm ở Sen Chiểu (Hà Tây) nhưng chưa được phê duyệt, ngoài lý do giá thành cao, còn có một số lo ngại về ổn định của đê

1.1.2.3 Chống thấm cho công trình xây đúc (cống đồng bằng, cống qua đê, )

Kéo dài bản đáy hoặc làm sân phủ thượng lưu: Giải pháp này chỉ thích hợp cho các công trình mới, nền tương đối tốt; Trường hợp nền có hệ số thấm lớn (đất cát, cát pha, ), chiều dày tầng thấm lớn thì giải pháp này không có hiệu quả; Giải pháp này cũng ít áp dụng khi sửa chữa công trình cũ vì phải làm khô hố móng

Đóng cừ (thép, BTCT, gỗ, ): Khi tầng thấm nước dày dưới 10m Tuy nhiên, cần chú ý việc đóng cừ trong nền cát, cuội sỏi là rất khó khăn phức tạp và phải đóng bằng búa rung, việc thi công phải cẩn thận, nếu không các tấm cừ dễ bị hở, nguy hiểm về thấm

1.1.3 Kết luận về sự cần thiết của Dự án

Chống thấm cho nền công trình thủy lợi là vấn đề phải quan tâm hàng đầu khi thiết

kế và thi công, đã được nghiên cứu từ hàng trăm năm nay nhưng vẫn còn nhiều vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu

Trước nhu cầu đòi hỏi của thực tế và với những thành công trong nghiên cứu trong giai đoạn thực hiện đề tài là cơ sở để tiến hành dự án này

1.2 MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CỦA DỰ ÁN

1.2.1 Xuất xứ của Dự án

Năm 2003-2006, Viện Khoa học Thuỷ lợi chủ trì đề tài nghiên cứu khoa học độc lập cấp Nhà nước "Nghiên cứu các giải pháp khoa học công nghệ để nâng cấp, sửa chữa cống dưới đê thuộc sông Hồng và sông Thái Bình" Giải pháp khoa học công nghệ mà đề tài đã

áp dụng để chống thấm cho cống dưới đê và nền đê bằng tường cọc XMĐ, thi công theo phương pháp Jet - Grouting mang lại hiệu quả kinh tế - kỹ thuật và được đánh giá cao Hội đồng nghiệm thu cấp Nhà nước đã kiến nghị cho phép đề tài tiếp tục thực hiện

Dự án SX-TN để hoàn thiện công nghệ Ngày 07/11/2007, Bộ Khoa học Công nghệ đã có Quyết định số 2620/QĐ-BKHCN Phê duyệt danh mục đề tài, dự án SXTN độc lập cấp NN thực hiện trong kế hoạch năm 2008 trong đó có dự án này

Ngày 04/01/2008, Hội đồng KH&CN tư vấn xét chọn tổ chức cá nhân chủ trì đề tài

dự án đã xem xét và có ý kiến đóng góp để hoàn thiện đề cương nghiên cứu

1.2.2 Một số vấn đề đã làm được trong đề tài Cống dưới đê, trước khi thực hiện dự án

Về thiết bị: Trong giai đoạn thử nghiệm của đề tài đã sử dụng công nghệ 1 pha (Single Jet) với khả năng tạo cọc đường kính tối đa 60 cm và chiều sâu xử lý < 25m

Về nghiên cứu: Đã được tiến hành một số nghiên cứu ban đầu như sức chịu tải của cọc, nhóm cọc phụ thuộc như thế nào vào đường kính cọc, hàm lượng xi măng, chất phụ gia, vào tuổi của cọc, Tuy nhiên số liệu còn ít, chưa phản ánh được tính đa dạng của loại hình công trình và địa chất ở các vùng khác nhau

Công trình ứng dụng: Mới áp dụng cho 2 cống dưới đê Với đập đất mới làm cho công trình Đá Bạc, đê quai thủy điện Sơn la chưa đủ để đánh giá

1.2.3 Mục tiêu và đối tượng của dự án

Từ đòi hỏi của thực tiễn và kết quả có được từ đề tài, nhóm nghiên cứu đặt ra mục tiêu và đối tượng của Dự án SXTN như sau:

a Mục tiêu tổng quát của dự án:

Hoàn thiện và làm chủ quy trình công nghệ khoan phụt áp lực cao (Jet - Grouting) tạo tường cọc XMĐ chống thấm cho nền các công trình thuỷ lợi nhằm đem lại hiệu quả kinh

tế kỹ thuật được sản xuất chấp nhận

b Mục tiêu cụ thể:

- Nâng cao hệ số thấm đạt K < 10-5cm/s;

- Soạn thảo Quy trình (dự thảo) thiết kế, thi công, kiểm soát chất lượng;

- Đào tạo đội ngũ công nhân, cán bộ kỹ thuật chuyên nghiệp về công nghệ này;

- Thử nghiệm trên 2 công trình thực tế và chứng minh hiệu quả kinh tế kỹ thuật

c Đối tượng của dự án

- Đối tượng nghiên cứu là tường XMĐ thi công theo phương pháp Jet-grouting

- Đối tượng áp dụng là công trình thủy lợi (đập đất, đê sông, cống đồng bằng, ) làm mới hoặc sửa chữa nâng cấp

- Kiến nghị mở rộng áp dụng cho các kết cấu tương tự khác

1.2.4 Phương pháp nghiên cứu

a Nghiên cứu lý thuyết dựa trên các nguồn tài liệu sau:

Báo cáo tổng kết đề tài Độc lập cấp Nhà nước "Nghiên cứu giải pháp KHCN để nâng cấp sửa chữa cống dưới đê" Trong báo cáo này đã trình bày một số kết quả nghiên cứu bước đầu về hệ số thấm của XMĐ, kết quả chống thấm cho 2 công trình đã thử nghiệm

Báo cáo kết quả thí nghiệm cọc và vật liệu XMĐ thi công bằng PP Jet-grouting tại bãi thử cọc Đồ Sơn - Hải Phòng do Viện KHCNXD thực hiện, năm 2004 trong khuôn khổ của đề tài Cống dưới đê

Tài liệu nghiên cứu của nước ngoài đã công bố như:

- A Porbaha at all: “State of the art in deep mixing technology” part II and II:-

Ground improvement (1998) Trong tài liệu này đã công bố một số kết quả nghiên cứu khá toàn diện và đầy đủ về công nghệ vật liệu, trong đó có hệ số thấm của cọc XMĐ;

- I I Broid trình bày trong quyển "Công nghệ dòng tia trong địa kỹ thuật" (bản tiếng Nga - NXB KHKT Matxcơva, 2004) giới thiệu một cách tiếp cận bằng lý thuyết để tính đường kính cột ximăng đất được tạo ra do lực xung kích của dòng tia với vận tốc siêu cao

từ mũi phun của thiết bị Jet-grouting;

- Một số bài báo khác có liên quan, tài liệu giới của các hãng sản xuất thiết bị, các công ty xây dựng nước ngoài về Jet-grouting như: YBM, FUDO, TAISEI (Nhật), Bauer (Đức), Technik Well (Ý),

- Các Tiêu chuẩn có liên quan trong và ngoài nước:

+ “Quy phạm kỹ thuật xử lý nền móng”, Shanghai- Standard: Ground treatment

code, DBJ 08 40 94 do Trường Đại học Đồng tế biên soạn, năm 1995 Tiêu chuẩn này chủ yếu nói về công nghệ XMĐ trộn bằng cơ khí (ximăng phun khô hoặc bơm vữa ra đầu cần) và trọng tâm cho mục tiêu xử lý cải tạo nền

+ Tiêu chuẩn châu Âu EN 12716:2001 Tiêu chuẩn thực hiện các công tác địa kỹ thuật đặc biệt: Khoan phụt cao áp (Jet-grouting) Tiêu chuẩn Châu Âu này được CEN thông qua ngày 16 tháng 4 năm 2001 Các thành viên của CEN bắt buộc phải tuân thủ các quy định nội bộ của CEN/CENELEC nhằm tạo điều kiện đưa tiêu chuẩn này vào sử dụng ở mỗi nước như tiêu chuẩn quốc gia của nước đó mà không có bất cứ thay đổi nào về nội dung Các tiêu chuẩn châu Âu tồn tại dưới ba ngôn ngữ chính thức (tiếng Anh, tiếng Pháp và tiếng Đức) Các nước thành viên CEN có trách nhiệm biên dịch sang ngôn ngữ của nước đó và thông báo với Trung tâm quản lý của Uỷ ban Thành viên của CEN bao gồm các tổ chức, cơ quan biên soạn tiêu chuẩn quốc gia của các nước Áo, Bỉ, Cộng hoà Séc, Đan Mạch, Phần Lan, Pháp, Đức, Hy Lạp,

Ai xơ len, Ailen, Ý, Lucxembua, Hà Lan, Nauy, Tây Ban Nha, Bồ Đào Nha, Thuỵ Điển, Thuỵ Sỹ, Vương quốc Anh

+ TCXD VN 385-2006: Xử lý đất yếu bằng cột ximăng đất Tiêu chuẩn này do Viện KHCNXD soạn thảo Nội dung chủ yếu liên quan đến ứng dụng cột XMĐ để gia cố

nền công trình, công nghệ đề cập chủ yếu cho XMĐ trộn cơ khí (vữa phun khô hoặc ướt nhưng với áp lực thấp - 50~70at) Tiêu chuẩn này tham khảo chủ yếu từ DBJ 08

40 94 do Trường Đại học Đồng tế biên soạn, năm 1995

b Nghiên cứu thực nghiệm:

- Thí nghiệm trong phòng:

+ Thí nghiệm mẫu đúc trong phòng với đất lấy từ 2 công trình Khuôn cát và Nà zanh

về trộn với ximăng theo các tổ hợp sau:

• Hàm lượng XM 100, 150, 200, 250, 300 kg/m3;

• Thêm bớt ximăng và thay thế bằng betonite hoặc puzơlan;

• Thí nghiệm mẫu ở 28 ngày tuổi trên máy thí nghiệm thấm có thể thay đổi được cấp áp lực

+ Lấy mẫu khoan hiện trường về thí nghiệm thấm trong phòng:

• Các cọc làm tại hiện trường cũng với các hàm lượng XM hoặc XM + chất phụ gia như thí nghiệm trong phòng; Lưu ý các cọc này độc lập do dự án bỏ kinh phí làm, không nằm trong hàng cọc chống thấm công trình

• Khoan lấy mẫu 28 ngày tuổi để thí nghiệm như đối với mẫu trong phòng;

- Thí nghiệm hiện trường:

+ Các cọc hiện trường sau khi khoan lấy mẫu sẽ đổ nước và ép nước thí nghiệm xác định hệ số thấm

+ Trên 2 công trình thử nghiệm, tại vị trí tường XMĐ còn tiến hành các thí nghiệm sau:

• Thí nghiệm đánh giá cường độ theo yêu cầu của thiết kế bằng cách khoan lấy mẫu về thí nghiệm trên máy nén 3 trục xác định cường độ nén không hạn chế

nở hông qu;

• Đổ nước thí nghiệm trong các hố khoan để đánh giá hệ số thấm của tường;

• Thí nghiệm đánh giá độ kín khít của tường theo yêu cầu của thiết kế bằng thiết

bị đo điện trở suất;

+ Quan trắc hiện tượng thấm trước và sau khi thi công tường XMĐ: tiếp tục theo dõi hiện tượng thấm từ tháng 6/2009 đến nay, thử thách qua một mùa tích nước hồ

1.2.5 Cách tiếp cận

Để triển khai dự án, nhóm nghiên cứu đã sử dụng tổng hợp các cách tiếp cận sau:

- Tiếp cận có kế thừa: từ kết quả đề tài trước đây, tham khảo các tài liệu, tiêu chuẩn

trong và ngoài nước đã công bố để có hướng đi đúng đắn Ngoài ra, nhóm nghiên cứu cũng

đã có sự hợp tác với các chuyên gia Nhật bản (Cty YBM), chuyên gia đã trực tiếp đến các công trình do Dự án thực hiện ở Lạng sơn, Phú Xuyên-HN để thăm và đóng góp ý kiến Các chuyên gia đánh giá cao sáng tạo của các kỹ sư Việt nam và có những tư vấn bổ ích

- Tiếp cận bằng thực tiễn và xuất phát từ thực tiễn: Nhóm nghiên cứu đã điều tra,

thống kê, phân loại hư hỏng do thấm trong công trình thủy lợi Từ đó nắm bắt được thông tin về nhu cầu cần sửa chữa hoặc xử lý của các công trình của các địa phương trên địa bàn

cả nước để tìm cách tiếp cận Kết quả là đã nhận được rất nhiều đơn đặt hàng

- Tiếp cận trên cơ sở hiệu quả kinh tế kỹ thuật: để thuyết phục các chủ đầu tư ứng

dụng công nghệ mới là điều không đơn giản Phải xem xét tại sao các giải pháp hiện có chưa giải quyết được, nếu áp dụng Jet-grouting thì có giải quyết được không, ưu nhược điểm là gì? Vấn đề là công nghệ mới không những phải đảm bảo yêu cầu kỹ thuật, đạt được mục đích của chủ đầu tư (về tiến độ thi công, về mức đầu tư hạn chế, về giải phóng mặt bằng, ) mà còn phải không được đắt hơn các giải pháp hiện có Nhiều khi để thuyết phục, nhóm nghiên cứu phải thiết kế nhiều phương án để so chọn Nhiều công trình cũng

đã phải trả lời chủ đầu tư là không nên áp dụng Jet-grouting và khuyến cáo nên chọn giải pháp khác có hiệu quả hơn

- Tiếp cận thị trường thông qua Internet và Hội nghị, hội thảo: Nhờ công cụ Internet

mà nhiều khách hàng trong và ngoài nước đã tìm đến nhóm nghiên cứu để mời tư vấn hoặc hợp tác Các chủ đầu tư trong ngành xây dựng, giao thông cũng đã mời tham gia xử lý một

số công trình như: hầm chui nút giao thông Kim liên, hầm chui nút đường sắt Láng-Hòa lạc, cầu Văn thánh (TP HCM), cao ốc Pacific (TP HCM), cao ốc Vinafood (Ngô quyền - HN), cao ốc chợ Mơ, v.v.v

3- Công nghệ Jet-grouting tạo cọc XMĐ có khả năng khắc phục được một số hạn chế của công nghệ hiện có Các kết quả nghiên cứu trong đề tài trước đây cần phải được làm

rõ, hoàn thiện và khẳng định lại nhằm giải quyết các vấn đề sau:

- Làm thế nào để nâng cao mức độ chống thấm của tường XMĐ?

- Làm thế nào để bảo đảm độ kín khít của tường? để đánh giá chất lượng thi công?

- Làm rõ phạm vi và giới hạn áp dụng của kết cấu này;

CHƯƠNG 2: NÂNG CAO KHẢ NĂNG CHỐNG THẤM CỦA

ra của đường bão hòa phải nằm trong phạm vi kết cấu tiêu nước, không được xuất hiện trên mái hạ lưu làm mất ổn định mái

Khi thiết kế phòng thấm, muốn đảm bảo an toàn, thường lấy độ dốc giới hạn Jgh chia cho hệ số an toàn bằng 2,5 - 3,0 (Giáo trình Cơ học đất nền móng (ĐH Thủy lợi, năm

1966, trang 308) để làm độ dốc thủy lực cho phép [ J ] và yêu cầu độ dốc thủy lực thực tế tại chỗ ra dòng thấm phải nhỏ hơn độ dốc thủy lực cho phép, tức là: J ≤ [ J ]

Đối với đất rời, trong trường hợp dòng thấm có hướng đi lên thì độ dốc thủy lực cho phép [ J ] có liên quan đến hệ số không đều Cu của đất

Căn cứ kết quả thí nghiệm khoảng 20 loại đất (Cu của những loại đất này biến động trong phạm vi 2,3 đến 39,3; đường kính hạt trung bình d50 biến đổi trong phạm vi 0,1 đến 8mm, d10 biến đổi trong phạm vi 0,057 đến 0,28mm) tại chỗ dòng thấm thoát ra không có tầng phủ đè lên thì có thể dùng các trị số dưới đây [theo sổ tay Thủy công Liên xô]:

1 Cu ≤ 10 thì [ J ] = 0,3 - 0,4

2 10 < Cu < 20 thì [ J ] = 0,2

3 Cu > 20 thì [ J ] = 0,1 Với đất dính có lực dính, do đó tác dụng của của dòng thấm đối với nó phải đòi hỏi

có độ dốc thủy lực lớn hơn so với đất rời Qua nhiều thí nghiệm với đất dính cho đến khi kết cấu bị phá hoại cho thấy rằng dù trong trường hợp độ dốc thủy lực lớn ( J > 7; J > 20) dòng thấm cũng không phá hoại được đất dính theo hình thức xói ngầm hay chảy đất

Có một số tài liệu đề nghị độ dốc thủy lực cho đất đắp có tính dính như sau: đất thịt pha cát [J] < 4, đất thịt [J] = 4 đến 7, đất sét [J] = 7 đến 12

Chống thấm cho đập đất bao gồm việc chống thấm qua nền công trình và qua thân đập, trong đó chống thấm qua nền đập là vấn đề khó khăn phức tạp nhất

2.1.1.2 Đối với các cống đồng bằng

Các cống đồng bằng thường xây dựng trên nền trầm tích, đặc biệt các cống vùng ven biển Theo thống kê của các địa phương, khoảng 2~3% các cống đã được xây dựng (kể cả các cống mới xây dựng gần đây) có hiện tượng thấm đáy Trong thời gian thực hiện dự án

đã nhận được yêu cầu xử lý của nhiều địa phương, ví dụ ở Hà nội có cống Mai trang, Vĩnh mộ; Thái bình có cống Nhâm lang, cống trên sông Trà lý; v.v

Việc chống thấm cho cống đồng bằng chủ yếu qua nền công trình được thực hiện bằng biện pháp kéo dài đường viền thấm Ngoài ra cũng cần quan tâm đến thấm qua mang cống

2.1.2 Bố trí tường chống thấm bằng ximăng-đất trong công trình thủy lợi

a Tường chống thấm dưới đáy cống (hình 2.1)

Tường bố trí tại thượng lưu bản đáy cống để kéo dài đường viền thấm Chiều dài tường xác định qua tính toán thấm Trường hợp cống sửa chữa, việc khoan thủng bản đáy

là khó khăn hoặc không cho phép thì có thể bố trí tại chân khay sân trước

Hình 2.1- Bố trí tường XMĐ chống thấm cho cống tại vị trí thượng lưu cống

Hình 2.2- Bố trí tường XMĐ chống thấm cho cống tại vị trí tim cống

Trường hợp cống sửa chữa, việc bơm khô tát cạn khu vực cống khó khăn thì có thể bắc đà giáo qua các trụ pin, khoan xuyên thủng bản đáy với đường kính khoảng 100mm để đưa cần khoan phụt tạo tường chống thấm (hình 2.2) Trong trường hợp này phải lưu ý bảo đảm việc giao thoa giữa 2 cọc ở 2 bên trụ pin

b Bố trí tường chống thấm chân thượng lưu đập đất (hình 2.3)

Với nền đập có hệ số thấm lớn (thường là cát, cát pha) việc bóc bỏ tầng thấm và thay vào đó bằng đất đắp chống thấm tốt là khó khăn (chiều dày bóc bỏ lớn, nước ngầm cao, ) hoặc việc bóc bỏ xét thấy không kinh tế thì thiết kế tường tại chân thượng lưu Chân tường nên cắm xuyên hết tầng thấm nước, đỉnh tường liên kết với tường nghiêng (đất sét hoặc màng chống thấm HDPE, Geo-clay mat, )

Hình 2.3- Bố trí tường XMĐ cho nền đập đất tại vị trí chân thượng lưu đập đất

c Tường chống thấm lõi đập (hình 2.4)

Kết cấu này thường dùng để tăng mức độ chống thấm cho các đập đồng chất cũ bị thấm Với chiều cao đập dưới 10m chỉ nên làm một hàng D80 Với đập cao 20 đến 30m thì nên làm hai hàng D60

Hình 2.4- Bố trí tường XMĐ cho lõi đập đất tại vị trí tim đập đất

d Tường chống thấm nền đập kết hợp lõi giữa (hình 2.5)

Nên áp dụng cho các đập đắp mới mà không nên dùng cho các đập sửa chữa; vì rằng, với các đập cũ sẽ phải khoan xuyên hết chiều cao lõi giữa làm tăng chi phí, trừ trường hợp

thấy cần phải tăng khả năng chống thấm cho cả lõi giữa Với các đập đắp mới thì trước hết đắp chân lõi giữa lên khoảng 2m rồi tiến hành khoan tạo cọc dưới nền, sau đó mới tiếp tục đắp lõi giữa

Hình 2.5- Bố trí tường XMĐ cho nền đập đất tại vị trí tim đập đất

e Tường chống thấm tại cơ thượng lưu

Trong nhiều trường hợp tường chống thấm làm theo cơ thượng lưu Ví dụ: nâng cấp đập cũ, biến đập cũ thành khối lăng thể thượng lưu và đắp mới khối hạ lưu Ưu điểm của tuyến bố trí này là giảm bớt khối lượng khoan không phụt (hình 2.6)

Hình 2.6- Bố trí tường XMĐ cho nền đập đất tại vị trí cơ thượng lưu đập đất

f Tường chống thấm dạng nút bịt

Một số trường hợp trong thực tế, tồn tại trong nền (thường là khu vực lòng suối) một lớp cát xen kẹp (dạng thấu kính) nằm dưới tầng phủ đất tốt Nếu không xử lý chống thấm cho lớp này thì có nguy cơ mất an toàn về thấm cho đập thì phải có biện pháp xử lý nút bịt cắt qua lớp này nếu xét thấy việc bóc bỏ tầng đất tốt để xử lý chống thấm tầng xen kẹp là không kinh tế hoặc phức tạp

2.1.3 Thiết kế chống thấm bằng tường XMĐ

(Trích Điều 9, TCCS 05:2010/VKHTLVN)

- Tính thấm qua đập đất (hoặc qua nền cống) theo trình tự chỉ dẫn trong quy phạm thiết kế hiện hành, bằng phương pháp giải tích hoặc bằng các phần mềm chuyên dụng để kiểm tra lưu lượng thấm và Gradient tại điểm ra

- Bố trí tường chống thấm trong thân và nền công trình và tính toán kiểm tra lại yêu cầu chống thấm sau khi có tường

- Để đảm bảo độ kín khít của tường thì tại những đoạn tường có chiều sâu < 10m chỉ cần làm một hàng cọc D80, đoạn có chiều sâu trên 10m cần bố trí 2 cọc D60

- Chiều dày tường phải thỏa mãn điều kiện:

= 50 khi hàm lượng XMĐ không nhỏ hơn 300 kg/m3 Kat là hệ số triết giảm lấy bằng 3 đến 4

• t - chiều dày tường XMĐ, lấy chẵn đến cm theo điều kiện công nghệ thi công cọc Người thiết kế có thể tính theo nguyên tắc bảo đảm giao thoa kín khít của

2 cọc không nhỏ hơn 20cm và lấy chiều dày tại chỗ mỏng nhất

- Hệ số thấm của tường ximăng đất (K) xác định bằng thí nghiệm ép nước cọc thử và

đổ nước kiểm tra Để đảm bảo hiệu quả làm việc của tường, trong mọi trường hợp không được lớn hơn 10-5 cm/s

2.1.4 Phương pháp thí nghiệm xói ngầm đến giới hạn

Thí nghiệm xói ngầm đến giới hạn nhằm xác định Jgh Trong thí nghiệm này, trước hết nâng cao dần cột nước, với mỗi cột nước phải giữ ổn định trong 30 phút, sau đó lại tăng lên, nếu thấy có hiện tượng xói ngầm thì hạ cột nước từ từ, khi hạ thấp cột nước tới mức không sinh ra xói ngầm nữa thì lại tăng cột nước lên Cứ làm như vậy cuối cùng sẽ tìm được cột nước xói ngầm thấp nhất làm cột nước giới hạn Từ Jgh tính [Jxmđ] theo công thức 2.2

Hình 2.7- Thí nghiệm xói ngầm đến giới hạn 2.2 NGHIÊN CỨU NÂNG CAO KHẢ NĂNG CHỐNG THẤM CỦA XMĐ

2.2.1 Các kết quả nghiên cứu ở nước ngoài

a Nhận xét chung

Hệ số thấm của đất-xi măng là một thông số quan trọng trong thiết kết các tường ngăn nước trong đập đất hoặc các công trình khác (như đê, ao chứa nước cho nhà máy nhiệt điện, v.v ); cũng như để thiết kế các hố chôn đất thải nhằm ngăn chặn ô nhiễm nước ngầm Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến hệ số thấm của xi măng-đất Trong một số trường hợp, bentonite được sử dụng như một chất độn nhằm thay đổi kích thước lỗ rỗng và sự phân bố của lỗ rỗng, kết quả là làm giảm tính thấm (Jefferies, 1981; Chapuis và nnk, 1983; Kilpatrick and Garner, 1992; Deschenes và nnk, 1995) Sau đây sẽ phân tích một số ảnh hưởng đó

Trên quan điểm vi cấu trúc, ximăng-đất được xem như một môi trường rỗng, trong

đó sự phân bố của lỗ rỗng trong ximăng-đất ảnh hưởng đến hệ số thấm của vật liệu Hình 2.8 (Kunio, 1988) nghiên cứu ảnh hưởng của kích thước rỗng đến hệ số thấm trên mẫu trong phòng thí nghiệm Kết quả cho thấy rằng hệ số thấm và tỉ lệ lỗ rỗng mịn trong ximăng-đất có giảm khi hàm lượng nước giảm

-8

10

10

Hình 2.9- Quan hệ giữa hệ số thấm và độ rỗng

2.2.2 Các kết quả nghiên cứu trong nước

Đề tài cấp Nhà nước "Nghiên cứu giải pháp KHCN để sửa chữa, nâng cấp cống dưới

đê thuộc sông Hồng và sông Thái bình" thực hiện trong giai đoạn 2003 - 2006 đã có những nghiên cứu về hệ số thấm của vật liệu ximăng đất thi công theo công nghệ Jet-grouting Tuy nhiên, đề tài mới chỉ nghiên cứu cho loại đất cát (hạt mịn) là loại đất của một công trình cụ thể là đập Đá bạc (Hà tĩnh)

a Mẫu thí nghiệm là đất cát mịn, có các chỉ tiêu dưới đây

- Hàm lượng các nhóm hạt:

Cỡ hạt

(mm) < 0,005 0,01 - 0,005 0,05 - 0,01 0,01 - 0,05 0,25 - 0,1 0,5 - 0,25 1,0 - 0,5 2,0 - 1,0 Hlượng

Hình 2.12-Thí nghiệm đo hệ số thấm ở 28 ngày; hàm lượng XM = 100; 200; 300 kg/m3; áp

lực thí nghiệm thay đổi ở 4 cấp: 1m; 5m; 10m; 15m Không có Bentonite

c Nhận xét:

(Trích báo cáo Tổng kết đề tài Cống dưới đê)

1 Trong mọi trường hợp thí nghiệm với hàm lượng XM thay đổi từ 100 kg/m3 đến

300 kg/m3, tuổi từ 7 ngày đến 28 ngày và hàm lượng Bentonite thay đổi từ 2 đến 10 kg/m3

thì hệ số thấm của XMĐ đều đạt trị số K < 10-4 cm/s Như vậy cột XMĐ về cơ bản sẽ đảm bảo dùng làm vật chống thấm cho đập

2 Khi cột nước áp lực thấm trên mẫu được gia tăng từ 1 m lên 5 m, rồi 10 m thì hệ số thấm cũng tăng theo Tuy nhiên tốc độ tăng của hệ số thấm K trong khoảng này tương đối chậm

3 Khi tăng cột nước áp lực thấm lên mẫu quá 10m thì trị số hệ số thấm K tăng rất nhanh Sơ bộ kết luận Gradient thấm giới hạn của XMĐ như sau:

- Cột nước phá hoại mẫu thấm: H = 1000 cm; Chiều cao mẫu (chính là chiều dài đường thấm) L = 7cm; Từ đó: Jgh = 1000/7 = 140 Nếu lấy hệ số an toàn Fs = 3 thì Gradient cho phép của XMĐ có thể tính là: [ J ] = Jgh / Fs = 45

- Với [ J ] = 45; nếu chiều dày của tường t = 40 cm; như vậy trong thực tế tường có thể chịu được cột nước chênh lệch H = 45 x 0,4 = 18 m (lưu ý H là cột nước trước và sau tường, tính từ lưới thấm chứ không phải là cột nước công trình)

4 Hệ số thấm K cho mẫu ở 7 ngày tuổi và 28 ngày tuổi thay đổi giảm không nhiều

khi hàm lượng XM tăng từ 100 kg/m3 đến 200 kg/m3 Nếu tăng hàm lượng XM từ 100 kg/m3 đến 200 kg/m3 thì hệ số thấm giảm từ 8,0x10-5cm/s đến 6,57x10-5cm/s (giảm 1,22

lần) Tuy nhiên nếu giữ hàm lượng XM 100 kg/m3 và trộn thêm 5kg Bentonite theo tỷ lệ cho 1m3 thì hệ số thấm lại giảm từ 8,0x10-5cm/s đến 6,33x10-5cm/s (giảm 1,26 lần)

5 Nếu tăng tiếp hàm lượng Bentonite từ 5 kg/m3 đến 10 kg/m3 thì thấy hệ số thấm lại giảm rất chậm Điều này chứng tỏ tác dụng chống thấm của Bentonite chỉ có tác dụng tích cực trong một khoảng nhất định Mặt khác nếu càng tăng hàm lượng Bentonite thì xu hướng giảm cường độ của cột XMĐ là rất lớn, yếu tố này ảnh hưởng đến độ ổn định của cột XMĐ Vì vậy kiến nghị sử dụng Bentonite khoảng 5%

6 So sánh hệ số thấm của nền cát và hệ số thấm của cột XMĐ sau khi xử lý thấy rằng: Hệ số thấm của nền cát: Knền = 4,5x10-2 cm/s; Hệ số thấm của cột XMĐ: Kcột = 6,5x10-5 cm/s Tỷ số Knền/Kcột = 700 Tức là hệ số thấm của nền gấp khoảng 700 lần hệ số thấm của cột Như vậy sẽ cải thiện rất đáng kể khả năng chống thấm qua nền của công trình

7 Những kết luận trên mới đúng cho trường hợp nghiên cứu Cần có những nghiên cứu tiếp tục về vấn đề này

2.3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA DỰ ÁN

Do điều kiện hạn chế về thời gian và kinh phí nên đề tài trước đây mới chỉ có số lượng thí nghiệm hạn chế, cho loại đất cát và thí nghiệm trên mẫu chế bị trong phòng Trong giai đoạn thực hiện Dự án hoàn thiện công nghệ lần này cần thiết phải tiếp tục nghiên cứu để tiếp tục khẳng định về khả năng chống thấm của vật liệu XMĐ bằng các mẫu chế bị trong phòng, đặc biệt là thí nghiệm thấm trực tiếp trên công trình thực tế Khẳng định lại khả năng bổ sung các phụ gia (trước đây mới chỉ làm cho bentonite, nay thí nghiệm thêm tro bay) với các hàm lượng khác nhau sẽ ảnh hưởng đến hệ số thấm như thế nào?

2.3.1 Kịch bản thí nghiệm như sau

1 Đất lấy về phòng thí nghiệm để trộn lấy từ 2 công trình thực tế Nà zanh (Cao bằng) và Khuôn cát (Lạng sơn) Đây là 2 công trình bị thấm, phải sửa chữa bằng phương

án bổ sung tường XMĐ Đồng thời, tại 2 công trình này cũng tiến hành chế tạo tại chỗ các cọc XMĐ với hàm lượng ximăng hoặc phụ gia tương tự như mẫu làm trong phòng Sau đó khoan và tiến hành đổ nước thí nghiệm để xác định hệ số thấm hiện trường

2 Cũng đất lấy từ 2 công trình thực tế trên về trộn với ximăng và bổ sung thêm phụ gia, nhưng không làm tiếp hàm lượng 100 và 200 kg/m3 vì các nghiên cứu trước đó đã kết luận là không đạt yêu cầu chống thấm Tuy nhiên sử dụng kết luận từ để tài trước đây

2.3.2 Kết quả nghiên cứu thí nghiệm trên mẫu trong phòng

a Tiến hành gia công mẫu cọc xi măng đất thí nghiệm trong phòng, kích thước mẫu:

h=10cm, D=10cm Ký hiệu các mẫu xi măng đất thí nghiệm xem bảng 2.1, sơ đồ tổ hợp thí

nghiệm như ở hình 2.13

Bảng 2.1: Tổ hợp các mẫu xi măng đất thí nghiệm

trên mẫu trong phòng- không cho thêm chất độn

b Kết quả thí nghiệm đo Kthấm các mẫu xi măng đất ở 28 ngày tuôit xem bảng 2.2

c Nhận xét:

- Với hàm lượng ximăng < 200 kg/m3, các mẫu tạo ra ở 28 ngày tuổi rất rời rạc,

cường độ thấp và khả năng chống thấm cũng kém Khi hàm lượng ximăng trên 200 kg/m3

thì hệ số thấm luôn đạt mức 10-5 cm/s;

- XMĐ lấy tại công trình Nà zanh có mức độ chống thấm cao hơn Lý do là do đất đắp đập Nà zanh có hàm lượng hạt cát nhiều hơn, đập Khuôn cát có hàm lượng hạt sét nhiều hơn

Bảng 2.2: Kết quả thí nghiệm hệ số thấm mẫu trong phòng - không cho phụ gia

TT Số hiệu mẫu Chiều cao mẫu

(cm)

Số ngày tuổi (ngày)

Hệ số thấm K (cm/s)

d Biểu diễn kết quả đo Jphá hoại theo cột nước tác dụng Hmax như ở bảng 2.3

Thí nghiệm được thực hiện trên máy nghiên cứu thấm có thể thay đổi được cấp áp

lực thấm nhằm xác định khả năng phá hoại của XMĐ dưới áp lực dòng thấm Cột nước

Hxói trong bảng dưới là cột nước quy đổi theo cột nước thực tế ứng với 1m chiều dài thấm

Bảng 2.3: Bảng tổng hợp các giá trị J gh (J max ), H gh (H max )

(Chiều cao mẫu L = 0,1 m)

2.3.3 Kết quả nghiên cứu thí nghiệm hiện trường

a Thí nghiệm được tiến hành tại 2 công trình: Khuôn Cát và Nà Danh với ba hàm

lượng xi măng khác nhau:

- Hàm lượng xi măng 100kg/m3 (Ký hiệu X1)

- Hàm lượng xi măng 200kg/m3 (Ký hiệu X2)

- Hàm lượng xi măng 300kg/m3 (Ký hiệu X3)

b Kết quả thí nghiệm cọc xi măng đất ở 28 ngày tuổi xem bảng 2.4 và 2.5

Bảng 2.4: Kết quả thí nghiệm thấm hiện trường công trình Khuôn Cát

STT Số hiệu cọc Chiều dài TN

(m)

Hệ số thấm K (cm/s)

Tỷ lưu lượng q [lít/(phút.m.m)]

2.3.4 Nhận xét kết quả nghiên cứu

Hình 2.14- Khả năng chống thấm phụ thuộc hàm lượng ximăng trên mẫu và hiện trường

- Với hàm lượng xi măng “200kg/m3”, “250kg/m3” và “300kg/m3” kết quả thí

nghiệm cho thấy hệ số thấm của cọc xi măng đất nhỏ (chỉ trong khoảng 10-5÷10-6) đảm

bảo được khả năng chống thấm Với hàm lượng xi măng “100kg/m3” và “150kg/m3” hệ số

thấm của cọc xi măng đất quá lớn (khoảng 10-4) nên khả năng chống thấm của cọc xi măng

đất là rất kém Do đó, trong nghiên cứu tiếp theo về tăng khả năng chống thấm cho cọc xi măng đất bằng cách pha trộn thêm các loại phụ gia khác nhau chúng tôi không tiếp tục tiến hành nghiên cứu với hàm lượng xi măng “100kg/m3” và “150kg/m3”

- Những kết luận trên phù hợp với kết quả nghiên cứu trong giai đoạn đề tài

2.3.5 Kết quả nghiên cứu sử dụng phụ gia để tăng khả năng chống thấm cho tường xi măng - đất trong một số trường hợp đặc biệt

1 Kết quả nghiên cứu thí nghiệm trong phòng

T¹o 1 mÉu TN thÊm (K ,J )thÊm maxT¹o 1 mÉu TN thÊm (K ,J )thÊm max

3

+ Puz¬lan (50kg/m )

3

+ Puz¬lan (100kg/m ) + Betonit (5kg/m ) 3

T¹o 1 mÉu TN thÊm (K ,J )thÊm maxT¹o 1 mÉu TN thÊm (K ,J )thÊm max

3

+ Puz¬lan (50kg/m )

3

+ Puz¬lan (100kg/m ) + Betonit (5kg/m )3

+ Puz¬lan (50kg/m )

3

+ Puz¬lan (100kg/m )

(Ký hiÖu ND X2P5) (Ký hiÖu ND X2P1)

T¹o 2 mÉu TN thÊm (K ,J )thÊm maxT¹o 2 mÉu TN thÊm (K ,J )thÊm max

3

+ Puz¬lan (50kg/m )

3

+ Puz¬lan (100kg/m ) + Betonit (5kg/m )3

+ Puz¬lan (50kg/m )

3

+ Puz¬lan (100kg/m )

(Ký hiÖu ND X3P5) (Ký hiÖu ND X3P1)

T¹o 2 mÉu TN thÊm (K ,J )thÊm maxT¹o 2 mÉu TN thÊm (K ,J )thÊm max

3

+ Puz¬lan (50kg/m )

3

+ Puz¬lan (100kg/m ) + Betonit (5kg/m ) 3

Bảng 2.6: Tổ hợp các mẫu thí nghiệm theo kịch bản gia giảm chất độn