Nghiên cứu giải pháp đắp đê bằng vật liệu địa phương và đắp đê trên nền đất yếu từ quảng ninh đến quảng nam quan trắc đê biển trong thời gian thi công và sau khi thi công xong

VIỆN KHOA HỌC THUỶ LỢI VIỆT NAM BÁO CÁO TỔNG KẾT CHUYÊN ĐỀ NGHIÊN CỨU QUAN TRẮC ĐÊ BIỂN TRONG THỜI GIAN THI CÔNG VÀ SAU KHI THI CÔNG XONG THUỘC ĐỀ TÀI: “NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP ĐỂ ĐẮP

VIỆN KHOA HỌC THUỶ LỢI VIỆT NAM

BÁO CÁO TỔNG KẾT CHUYÊN ĐỀ NGHIÊN CỨU

QUAN TRẮC ĐÊ BIỂN TRONG THỜI GIAN

THI CÔNG VÀ SAU KHI THI CÔNG XONG

THUỘC ĐỀ TÀI:

“NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP ĐỂ ĐẮP ĐÊ BẰNG VẬT LIỆU ĐỊA PHƯƠNG VÀ ĐẮP TRÊN

NỀN ĐẤT YẾU TỪ QUẢNG NINH ĐẾN QUẢNG NAM”

DỰNG ĐÊ BIỂN VÀ CÔNG TRÌNH THUỶ LỢI VÙNG CỬA SÔNG VEN BIỂN

Cơ quan chủ trì đề tài: Viện Khoa học Thuỷ lợi Việt Nam

7579-24

22/12/2009

Hà Nội 2009

Chuyên đề 32: Quan trắc thi công đê biển trong thời gian thi công và sau thi công

Đề tài: Nghiên cứu giải pháp để đắp đê bằng vật liệu đại phương và đắp trên nền đất yếu từ QN-QN 9-1

MỤC LỤC CHƯƠNG 9 QUAN TRắC TRONG QUÁ TRÌNH THI CÔNG VÀ SAU KHI HOÀN THÀNH 9-3

9.1 Mở đầu 9-3 9.2 Các nội dung quan trắc đê biển 9-3

9.4 Các quy định chủ yếu về bố trí thiết bị quan trắc 9-18

9.5 Bố trí thiết bị quan trắc trong khi xây dựng 9-21

9.6 Bố trí thiết bị quan trắc công trình sau khi xây dựng xong 9-28

Danh mục hình vẽ

Hình 9-1: Nguyên lý đo sử dụng ống đo lún nằm ngang 9-11Hình 9-2: Nguyên lý đo sử dụng neo xoắn 9-11Hình 9-3: Nguyên lý đo sử dụng côn cố định 9-12Hình 9-4: Nguyên lý đo sử dụng giếng đo lún bằng khí 9-13Hình 9-5: Nguyên lý đo sử dụng ống đo độ nghiêng 9-15Hình 9-6: Ống đo độ nghiêng điện tử 9-16Hình 9-7: Sơ đồ công nghệ quan trắc 9-23Hình 9-8: Sơ đồ kiểm tra 9-25Hình 9-9: Các sơ đồ bố trí thiết bị đo cho các nền đắp trên đường thấm thẳng đứng 9-25Hình 9-10: Các đường cong theo dõi độ lún và áp lực nước lỗ rỗng dưới nền đắp trên đất yếu 9-27

Danh mục bảng biểu

Bảng 9-1: Danh mục các thiết bị sử dụng trong quan trắc đê biển 9-5Bảng 9-2: Thiết bị đo chuyển vị ngang 9-5Bảng 9-3: Các thiết bị đo áp lực nước lỗ rỗng 9-6Bảng 9-4: Danh mục các nội dung quan trắc thông dụng 9-7

Chuyên đề 32: Quan trắc thi công đê biển trong thời gian thi công và sau thi công

Đề tài: Nghiên cứu giải pháp để đắp đê bằng vật liệu đại phương và đắp trên nền đất yếu từ QN-QN 9-3

Chương 9 Quan trắc trong quá trình thi công và sau khi hoàn thành 9.1 Mở đầu

Quan trắc thực tế công trình thủy lợi nói chung và đối với đê biển nói riêng có

ý nghĩa khoa học và thực tiễn rất quan trọng Nhờ có quan trắc mà trong thời gian xây dựng và trong thời gian khai thác có thể kiểm tra được các trạng thái làm việc của công trình, làm sáng tỏ thêm những vấn đề chưa rõ hoặc những thiếu sót khi chưa lựa chọn phương pháp tính toán trong thiết kế, thi công và đồng thời kiểm tra

độ chính xác những phương pháp thí nghiệm mô hình và hoàn chỉnh phương pháp thi công Như vậy, nhiệm vụ của quan trắc, đặc biệt đối với đất yếu không chỉ biết được tình hình làm việc thực tế của công trình trong quá trình xây dựng, khi kết thúc xây dựng để giúp cho việc xử lý được kịp thời và cho công việc quản lý khai thác được tốt, mà còn trên cơ sở những tài liệu quan trắc thực tế có thể rút ra những kết luận khoa học chính xác về phương pháp tính toán, thí nghiệm, thi công nhằm hoàn thiện những vấn đề chung về thiết kế và xây dựng công trình nói chung và đê biển nói riêng

Việc theo dõi các công trình xây dựng đê, đường đắp trên nền đất yếu được tiến hành theo hai cấp: (i) Theo dõi việc xây dựng nền đắp đơn thuần, gần giống với việc kiểm tra công tác làm đất ngoài khu vực đất yếu và theo dõi tình hình về ổn định và lún của đất nền thiên nhiên và của nền đắp; (ii) Khi kết thúc việc xây dựng thì các vấn đề về ổn định và lún lèn cũng hết tồn tại, nhưng lún và chuyển vị ngang của đất yếu thì vẫn còn tiếp tục trong nhiều tuần, nhiều năm, thậm chí hàng chục năm và việc đo đạc các chuyển vị có thể còn phải làm trong một thời gian tương đối dài

Việc kiểm tra công tác làm đất đã quy định trong tiêu chuẩn ngành kỹ thuật có liên quan, nên không được nêu trong chuyên đề này

Về những kiểm tra tiến hành trên nền đất yếu trong và sau khi thi công xong, chuyên đề này sẽ cho các chỉ dẫn về các mục phải theo dõi, các thiết bị đo, lắp đặt các thiết bị, phân tích các kết quả từ kết quả đo,…

9.2 Các nội dung quan trắc đê biển

Chất lượng đo phụ thuộc nhiều vào chất lượng của các thiết bị đo và chất lượng của việc lắp đặt các thiết bị đó Việc lắp đặt các thiết bị đo yêu cầu phải có kinh nghiệm và phải thực hiện phù hợp quy trình

9.2.1 Đo độ lún

Các độ lún được đánh giá so với một điểm cố định nằm ngoài khu vực đất yếu, hoặc trên một mốc cố định hiện hữu (ví dụ công trình trên cọc) hoặc cọc mốc

để đo lún (cọc nhỏ neo trong đá gốc) - Có thể sử dụng các kỹ thuật đo khác nhau:

- Đo đạc các chuyển vị của các thước đo đặt ở bề mặt nền đắp hoặc trên mặt đất thiên nhiên hoặc các chần đo cố định với các bàn đo lún đặt ở dưới nền đắp

- Các thiết bị đo lún thủy lực, hơi ép hoặc điện đặt trên mặt đất thiên nhiên, trong nền đắp hoặc trong đất yếu

- Thiết bị đo lún nhiều điểm đo bằng từ hoặc điện, đo độ lún của các mốc bố trí trên trục thẳng đứng

- Thiết bị đo lún liên tục cho phép theo dõi độ lún của mặt đất thiên nhiên Các ưu điểm và tồn tại của các thiết bị đo khác nhau được tóm tắt trong Bảng 9-1

Loại thiết bị đo lún Ưu điểm Nhược điểm

Phải đặt cẩn thận, có thể rò rỉ, độ chính xác kém khi sử dụng lâu dài

Thiết bị đo lún điện

tử ở bề mặt

Đọc nhanh, dễ tự động hóa

Đo gián tiếp, nhạy cảm với nhiệt

độ, độ tin cậy thấp

Các mốc cao đạc

Có khả năng theo dõi X,Y,Z Thiết bị rất bền

Không thể theo dõi các giai đoạn đắp đất

Chuyên đề 32: Quan trắc thi công đê biển trong thời gian thi công và sau thi công

Đề tài: Nghiên cứu giải pháp để đắp đê bằng vật liệu đại phương và đắp trên nền đất yếu từ QN-QN 9-5

Thước đo (các mốc

Phải kết hợp với đo cao - Bố trí phức tạp (phải neo vào đất) khó bảo vệ khi thi công

Thiết bị đo lún sử

dụng một lần chôn

trong đất

Như thiết bị đo lún

Thiết bị đo lún nhiều

Bảng 9-1: Danh mục các thiết bị sử dụng trong quan trắc đê biển

9.2.2 Đo chuyển vị ngang

Các chuyển vị ngang của đất có thể đo bằng thiết bị đo độ giãn (extensometre) hoặc các cọc mốc địa hình và bằng thiết bị đo độ nghiêng (Bảng 9-2) Thường đo bằng thiết bị đo độ nghiêng trong các ống cắm vào trong đất yếu

và ăn sâu vào lớp đất cứng nhiều mét Việc chọn loại vữa chèn là rất quan trọng và phải cẩn thận khi bố trí Nếu bảo đảm tất cả các điều kiện trên thì sai số của việc đo chuyển vị ngang không quá 1cm/10m

Chuyển vị ở bề mặt

thiết bị đo độ giãn

Chính xác Bố trí đơn giản

Phải đặt cẩn thận, việc chèn vữa rất quan trọng

Bảng 9-2: Thiết bị đo chuyển vị ngang

9.2.3 Đo áp lực nước lỗ rỗng

Đặt các áp kế kín trong đất yếu (ngược với các ống áp kế hở), trong các ống này có thể đánh dấu mực nước từ đỉnh ống, nhưng như vậy thì thời gian cho kết quả rất lâu Các áp kế kín là các đầu đo thể tích nhỏ được đặt trong các lỗ khoan, phải tránh tất cả các dòng chảy dọc theo lỗ khoan Các đầu đo này với những công nghệ khác nhau có độ chính xác khoảng 1kPa Bảng 9-3 nêu ưu điểm và tồn tại của các loại đầu đo chính hiện hữu

Bảng 9-3: Các thiết bị đo áp lực nước lỗ rỗng

Để phân tích sự tiến triển của độ cố kết của đất, ta nghiên cứu hiệu số giữa áp lực đo được và áp lực cân bằng khi chưa đắp nền đường Để theo dõi sự tiến triển của áp lực tự nhiên của nước trong đất, cần đặt một áp kế ở ngoài khu vực ảnh hưởng của nền đắp, ngoài các áp kế đã đặt ở dưới nền đắp

Ngoài ra còn một số nội dung đo thông dụng được dùng trong quan trắc như sau:

Chuyên đề 32: Quan trắc thi công đê biển trong thời gian thi công và sau thi công Trung tâm Thủy công – Viện KHTL

Đề tài: Nghiên cứu giải pháp để đắp đê bằng vật liệu đại phương và đắp trên nền đất yếu từ QN-QN

9.3 Giới thiệu các thiết bị quan trắc

9.3.1 Thiết bị đo độ lún

a Ý nghĩa

Từ những kết quả đô độ lún mà có thể đánh giá phương pháp tính toán trong thiết kế, chất lượng thi công, đồng thời qua đó có thể đề ra biện pháp tu bổ, sửa chữa một cách đúng đắn

b Nhiệm vụ

Quan trắc độ lún là dùng các dụng cụ đo đã đặt sẵn trong công trình mà xác định độ lún của công trình theo thời gian Tùy theo yêu cầu cụ thể mà cần đo độ lún toàn bộ, từng lớp hay cục bộ của một vùng nào đó

- Mốc phụ

Chuyên đề 32: Quan trắc thi công đê biển trong thời gian thi công và sau thi công

Đề tài: Nghiên cứu giải pháp để đắp đê bằng vật liệu đại phương và đắp trên nền đất yếu từ QN-QN 9-9

Vì mốc cơ bản không thể để trực tiếp ở gần công trình, nên phải có mốc phụ ở

vị trí trung gian giữa các mốc cơ bản với các mốc đo đạc Cao độ của mốc phụ xác định bằng cách đo thăng bằng hai lần với độ chính xác cấp II từ các mốc cơ bản Mốc phụ thường đặt gần công trình và trong một số trường hợp đặt ngay trên một

bộ phận của công trình, cho nên cao trình của nó sẽ thay đổi theo thời gian Vì vậy, cao trình của mốc phụ cần phải xác định thường xuyên theo chu kỳ (2÷3lần/năm) Không nên đặt các mốc phụ ở vùng có khả năng biến dạng mặt đất, ở gần vùng đang nổ mìn, nơi bị ngập lụt và có nước mạch thấm ra trên mặt đất

c.2 Các mốc gắn với công trình bao gồm mốc mặt và mốc sâu

- Mốc mặt

Thường đặt trên đỉnh đê hoặc trên mái dốc để đo độ lún toàn cục Mốc mặt nằm lộ thiên trên mặt ngoài công trình và thường khi công trình xây dựng đến cao trình thiết kế thì đồng thời đặt mốc ngay trên mặt công trình ở vào nơi qui định Mốc mặt gồm một ống thép mà mút dưới được gắn vào một trụ bê tông đặt trong

hố Đoạn gần giữa ống gắn với một tấm bê tông nhằm tăng độ ổn định của ống khi đặt trong hố Phần trên cần xây dựng một tháp bảo vệ Đỉnh của ống được gắn cơ cấu đo và đỉnh ổng đặt thấp hơn mặt đất công trình khoảng 20cm

- Mốc sâu

Dùng để đo độ lún của những lớp đất trong thân đê cho nên phải chôn sâu trong thân đê Mốc sâu gồm một tấm đáy bằng bê tông cốt thép hình vuông dày 0,15÷0,20m và kích thước các cạnh 1,5÷3,0m Trên tấm đáy để tựa (tự do) một ống thép với những kết cấu giữ thăng bằng Đầu trên ống thép giữ cơ cấu đo Ống thép đặt trong một ống bảo vệ có tầng cách ly nhằm loại trừ mọi tác dụng của ngoại lực lên ống Phần trên mốc được bảo vệ bằng một ống trụ có tấm đáy và nắp đậy Cao trình nắp đậy ngang với cao trình mặt công trình Như vậy ta có thể biết được cao trình của tấm đáy bở vì ống tựa trên tấm đáy mà chiều dài ống đã biết

Mốc mặt và mốc sâu thường bố trí trên những mặt cắt thẳng đứng ngang với thân đê và gọi là tuyến đo Các tuyến đo ngày thường nằm cách nhau 50÷100m Trên một tuyến đo bố trí cả mốc mặt và mốc sâu

Mốc mặt thường đặt 1÷2 cái ở đỉnh (phụ thuộc chiều rộng đỉnh đê) và ngoài mặt đường giao thông Ở mái dốc hạ lưu, nếu có cơ thì mốc mặt đặt trên cơ đê Trên mái dốc thượng lưu chỉ đặt mốc mặt trong những trường hợp đặc biệt như mực nước thượng lưu thay đổi nhiều hoặc vật liệu đắp không đồng chất theo chiều dài

đê Trong trường hợp này cần đặt một mốc nằm trên mực nước triều thiết kế và một mốc nằm cao hơn mực nước triều min 1÷2m

Mốc sâu trong thân đê đặt trên những đường thẳng nằm ngang chừng 2÷7mốc

và phụ thuộc chiều cao đê Các đường nằm ngang này cách nhau 20÷30m

c.3 Đo bằng các thiết bị Settlement

Các thiết bị này đặt trong thân đê, tại các vị trí cần đo mà mỗi sự biến dạng nhỏ sẽ được biết thông qua các thiết bị đọc với độ chính xác cao

- Ống đo độ lún nằm ngang

Trong một số trường hợp đặc biệt, ống đo độ lún nằm ngang được lắp vào mặt cắt ngang của đê (Xem Hình 9-1) Một bộ cảm biến áp suất chất lỏng được kéo vào trong ống đã được đổ đầy nước theo những thời đoạn xác định Sai khác về áp lực nước đo được sẽ dùng để tính toán độ lún tại bất cứ điểm nào dọc theo ống Thiết bị này có ưu điểm là đo được độ lún tại tất cả các điểm trên một mặt cắt ngang xác định trong một khoảng thời gian dài

Chuyên đề 32: Quan trắc thi công đê biển trong thời gian thi công và sau thi công

Đề tài: Nghiên cứu giải pháp để đắp đê bằng vật liệu đại phương và đắp trên nền đất yếu từ QN-QN 9-11

Hình 9-1: Nguyên lý đo sử dụng ống đo lún nằm ngang

- Đo bằng neo xoắn

Neo xoắn (xem Hình 9-2) có cấu tạo gồm một lưỡi xoắn có một đầu kéo dài lên mặt đất Độ lún của lớp đất chứa neo xoắn chính là độ lún phần đỉnh trên cùng trên mặt đất của neo, kể cả khi độ lún của đất nền lớn hơn Đỉnh trên được kiểm tra định kỳ bằng ống bọt khí Độ lún ghi nhận của neo xoắn sẽ cho biết lực kéo xuống tác dụng lên phần kéo dài nhỏ hơn sức chịu tải của phần lưỡi xoắn trong đất Do đó đường kính của phần nằm trong đất nên lớn hơn phần kéo dài khỏi mặt đất

Hình 9-2: Nguyên lý đo sử dụng neo xoắn

- Côn cố định

Côn cố định (xem Hình 9-3) là một thiết bị cơ khí với một đầu côn có thể di chuyển Độ dài di chuyển ít nhất phải bằng độ lún ước tính của lớp đất Đầu côn được nối với một thanh nằm cố định được kéo dài lên mặt đất và được đặt trong một ống Ma sát âm do đó không ảnh hưởng đến đầu côn Ma sát giữa thanh cố định và ống được hạn chế bằng các lớp dầu

Thiết bị này vận hành tốt và cho độ chính xác cao trừ trường hợp chiều sâu lớp đất nhỏ hoặc khi đất nền có sức chịu tải tốt (ví dụ khi côn được đặt ngay trong nền cát)

Hình 9-3: Nguyên lý đo sử dụng côn cố định

- Giếng đo lún bằng khí

Chuyên đề 32: Quan trắc thi công đê biển trong thời gian thi công và sau thi công

Đề tài: Nghiên cứu giải pháp để đắp đê bằng vật liệu đại phương và đắp trên nền đất yếu từ QN-QN 9-13

Giếng đo lún bằng khí (xem Hình 9-4) về cơ bản là một áp kế điện tử đặt ở một độ sâu nhất định Thiết bị này đo áp lực thủy tĩnh trong các ống mềm Áp lực thủy tĩnh được tính từ độ chênh cao giữa cảm ứng và đáy ống làm chuẩn Có 2 ống mềm được sử dụng: ống cấp và ống xả Khi áp suất không khí trong ống cấp cao hơn áp suất thủy tĩnh trong ống xả, màng ngăn được nâng lên và không khí được tháo ra qua ống xả Áp suất không khí trong ống cấp bằng chính áp suất thủy tĩnh trong ống làm chuẩn Giá trị được đo lại trên mặt đất bằng một áp kế

Hình 9-4: Nguyên lý đo sử dụng giếng đo lún bằng khí

9.3.2 Thiết bị đo chuyển vị ngang

a Ý nghĩa

Đê có thể chuyển vị ngang do tác dụng của áp lực nước phía mái dốc thượng lưu trong thời gian khai thác Từ những kết quả đo chuyển vị ngang mà có thể đánh giá phương pháp tính toán trong thiết kế, chất lượng thi công, đồng thời qua đó có thể đề ra biện pháp tu bổ, sửa chữa một cách đúng đắn

b Nhiệm vụ

Chuyển vị ngang thường xuất hiện đối với các đê cao bởi vì trường hợp này

áp lực nước có trị số rất lớn Nên cần đo chuyển vị ngang của toàn bộ hoặc một phần đê theo thời gian

c Các phương pháp đo

c.1 Phương pháp đo tuyến bằng ống ngắm

Bằng phương pháp đo tuyến ống ngắm là trên mặt đê hoặc mái dốc, nơi có thể

dễ dàng xảy ra chuyển vị ngang, người ta đặt những mốc ngầm Những mốc này được đặt trên những tuyến thẳng cùng với những mốc cố định ở hai bên bờ Độ chuyển vị ngang chính là độ sai lệch giữa các mốc ngắm với các mốc cố định trên tuyến ngắm Phương pháp này đơn giản và cho phép xác định độ chuyển vị ngang một cách nhanh chóng mà không cần phải qua những phép tính phụ Để xác định chính xác độ chuyển vị ngang cần phải có những loại ống ngắm chuyên môn

c.2 Phương pháp tam giác đạc

Trong trường hợp địa hình không cho phép dùng phương pháp đo tuyến bằng ống ngắm thì dùng phương pháp tam giác đạc Trên công trình đặt sẵn những mốc tạo thành hệ thống tam giác có liên quan đến nhau Một hoặc hai đoạn giữa các mốc được chọn làm đường cơ bản của tam giác đạc Nơi nào địa hình cho phép thì dùng phương pháp bắn tia Những mốc trên mạng lưới tam giác nói trên đã được xác định tọa độ bằng phương pháp trắc đạc Về sau khi các mốc bị chuyển vị thì có thể đánh giá sự chuyển vị đó bằng cách so sánh tọa độ của chúng với tọa độ ban đầu

c.3 Phương pháp đo bằng thiết bị Horizontal Beams và EL In-Place Inclinometer

Các thiết bị này đặt ngay trong thân đê, tại các vị trí cần đo và mỗi sự biến dạng nhỏ sẽ được biết thông qua các thiết bị đọc với độ chính xác cao

- Ống đo độ nghiêng (inclinometer tube)