nghiên cứu trạng thái ứng suất, biến dạng của hào bentonite chống thấm bằng phương pháp phần tử hữu hạn

Có rất nhiều nguyên nhân dẫn đến sự cố, hư hỏng của đập đất như đầm nén không tốt, sử lý tiếp giáp kém, thiết bị thoát nước bị hỏng, ảnh hưởng của dòng thấm… Theo các báo cáo tổng kết tr

Tác giả xin chân thành cảm ơn các giảng viên khoa sau Đại học, trường Đại học Thủy lợi đã tận tình giảng dạy, giúp đỡ, truyền đạt kiến thức tới tác giả trong suốt quá trình học tập ở Đại học cũng như trong quá trình học Cao học

Tác giả xin trân trọng cảm ơn tới Ban giám đốc Sở NN&PTNT Nghệ

An, Phòng QLXD công trình đã tạo điều điện thuận lợi về thời gian để tác giả

có thời gian nghiên cứu và hoàn thành luận văn này

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đến Gia đình đã nuôi dưỡng, động viên

và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tác giả học tập và nghiên cứu

Cuối cùng, tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành đến bạn bè, những người đã luôn nhiệt tình giúp đỡ tác giả để hoàn thành tốt luận văn này

Vũ Quý Phát

MỤC LỤC

PHẦN MỞ ĐẦU 1

I Tính cấp thiết của đề tài 1

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐẬP VẬT LIỆU ĐỊA PHƯƠNG 3

1.1 Vai trò của nguồn nước và đập đất 3

1.2 Các sự cố công trình do dòng thấm gây ra 4

1.3 Những biện pháp chống thấm khi xây dựng công trình mới 7

1.3.1 Chống thấm thân đập 7

1.3.2 Chống thấm cho nền đập 10

1.4 Những biện pháp chống thấm cho công trình đã xây dựng 12

1.4.1 Chống thấm cho đập đất bằng vải địa kỹ thuật 12

1.4.2 Chống thấm bằng công nghệ khoan phụt chống thấm 13

1.4.3 Chống thấm bằng công nghệ tường hào Bentonite 17

1.4.4 Công nghệ chống thấm bằng tường hào đất-bentonite……… 20

CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN ỨNG SUẤT- BIẾN DẠNG TƯỜNG HÀO ĐẤT - BENTONITE 27

2.1 Trạng thái ứng suất- biến dạng hào đất- bentonite và đất nền 27

2.1.1 Trạng thái ứng suất tại chỗ ở đất đắp từ hỗn hợp đất-bentonite 27

2.1.2 Biến dạng của Tường chống thấm đất-bentonite và phần đất xung quanh 32

2.2 Các phương pháp tính toán ứng suất- biến dạng 37

2.3 Giải bài toán ứng suất- biến dạng bằng phương pháp PTHH 38

2.3.1 Nội dung cơ bản phương pháp phần tử hữu hạn 38

2.3.2 Giải bài toán US - BD và cố kết bằng phương pháp PTHH 38

2.4 Các mô hình vật liệu trong phương pháp PTHH 48

2.4.1 Mô hình đàn hối tuyến tính 48

2.4.2 Mô hình Mohr – Coulomb (mô hình dẻo tuyệt đối) 49

2.4.3 Mô hình đất mềm (soft – soil) 49

2.4.4 Mô hình Hardening soil (Mô hình tăng bền kép) 49

2.4.5 Mô hình tương tác giữa tường hào và đất trong PP PTHH 51

2.5 Lựa chọn mô hình vật liệu trong tính toán 51

2.6 Lựa chọn phần mềm tính toán 51

CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT BIẾN DẠNG CỦA TƯỜNG HÀO ĐẤT- BENTONITE 52

3.1 Đặt vấn đề 52

3.2 Ảnh hưởng của bề rộng hào đến ứng suất- biến dạng hào đất- bentonite trong quá trình cố kết 52

3.2.1 Mặt cắt điển hình tính toán 52

3.2.2 Chỉ tiêu cơ lý trong tính toán 53

3.2.3 Mô hình hóa các bước tính toán trong tổ hợp 54

3.2.4 Kết quả tính toán 56

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 82

1 KẾT LUẬN 82

2 NHỮNG HẠN CHẾ 83

3 KIẾN NGHỊ 83

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Sự cố thấm mái hạ lưu đập Am Chúa- Khánh Hòa 5

Hình 1.2 Mạch sủi hạ lưu đập Am Chúa- Khánh Hòa 5

Hình 1.3 Sình lầy do thấm hạ lưu đập Kim Sơn- Hà Tĩnh 6

Hình 1.6 Đập đất đồng chất có tường răng 10

Hình 1.7 Đập có tường nghiêng chân răng, tường lõi chân răng 11

Hình 1.8 Chống thấm cho nền bằng bản cọc 11

Hình 1.9 Chống thấm bằng tường nghiêng sân phủ 12

Hình 1.10 Chống thấm bằng vải địa kĩ thuật 13

Hình 1.11 Nguyên lý một số công nghệ khoan phụt chống thấm 14

Hình 1.12 Phạm vi ứng dụng của các loại khoan phụt 14

Hình 1.13 Sơ đồ khoan phụt có nút bịt 15

Hình 1.14 Thi công cọc xi măng đất 16

Hình 1.16 Thi công hào chống thấm 20

Hình 1.17 Một số công trình hào đất- bentonite được xây dựng 23

Hình 2.1 Ảnh hưởng của áp lực cố kết đến hệ số thấm 27

Hình 2.2 Đồ thị ứng suất theo chiều sâu của hào 29

Hình 2.3 Biến dạng nền do thi công tường hào 32

Hình 2.4 Lún của nền lân cận do thi công tường hào (Cowland and Thorley 1985) 34

Hình 2.5 Ứng suất hiệu quả trong hào đất theo chiều rộng 37

Hình 2.6 Các điều kiện biên 41

Hình 2.7 Sơ đồ xác định lượng nước thấm qua biên 46

Hình 3.1 Mô hình sử dụng plaxis trong tính toán 53

Hình 3.2 Mô hình lưới phần tử trong tính toán 55

Hình 3.3 Phát sinh áp lực lỗ rỗng ban đầu 55

Hình 3.4 Phát sinh ứng suất hiệu quả ban đầu 56

Hình 3.5 Lưới chuyển vị hào B=,12m sau cố kết 30 ngày 57

Hình 3.6 Chuyển vị đứng hào B=1,2m sau cố kết 30 ngày 57

Hình 3.7 Ứng suất tổng σy hào B=1,2m sau cố kêt 30 ngày 58

Hình 3.8 Ứng suất tổng σy hào B=1,2m sau cố kết 30 ngày 58

Hình 3.9 Ứng suất hiệu quả thẳng đứng hào B=1,2m sau cố kết 30 ngày 59

Hình 3.10 Ứng suất hiệu quả σ'y hào B=1,2m sau cố kết 30 ngày 59

Hình 3.11 Lưới chuyển vị hào B=1,2m sau cố kết 60 ngày 60

Hình 3.12 Chuyển vị đứng hào B=1,2m sau cố kết 60 ngày 60

Hình 3.13 Ứng suất tổng σy hào B=1,2m sau cố kêt 60 ngày 61

Hình 3.14 Ứng suất tổng σy hào B=1,2m sau cố kết 60 ngày 61

Hình 3.15 Ứng suất hiệu quả thẳng đứng hào B=1,2m sau cố kết 60 ngày 62 Hình 3.16 Ứng suất hiệu quả σ'y hào B=1,2m sau cố kết 60 ngày 62

Hình 3.17 Lưới chuyển vị hào B=1,2m sau cố kết 90 ngày 63

Hình 3.18 Chuyển vị đứng hào B=1,2m sau cố kết 90 ngày 63

Hình 3.19 Ứng suất tổng σy hào B=1,2m sau cố kêt 90 ngày 64

Hình 3.20 Ứng suất tổng σy hào B=1,2m sau cố kết 90 ngày 64

Hình 3.21 Ứng suất hiệu quả thẳng đứng hào B=1,2m sau cố kết 90 ngày 65 Hình 3.22 Ứng suất hiệu quả σ'y hào B=1,2m sau cố kết 90 ngày 65

Hình 3.23 Lưới chuyển vị hào B=1,2m sau cố kết 180 ngày 66

Hình 3.24 Chuyển vị đứng hào B=1,2m sau cố kết 180 ngày 66

Hình 3.25 Ứng suất tổng σy hào B=1,2m sau cố kêt 180 ngày 67

Hình 3.26 Ứng suất tổng σy hào B=1,2m sau cố kết 180 ngày 67

Hình 3.27 Ứng suất hiệu quả thẳng đứng hào B=1,2m sau cố kết 180 ngày68 Hình 3.28 Ứng suất hiệu quả σ'y hào B=1,2m sau cố kết 180 ngày 68

Hình 3.29 Chuyển vị mặt hào B=0,9m theo thời gian……… …69

Hình 3.30 Chuyển vị mặt hào B=1,2m theo thời gian 72

Hình 3.31 Chuyển vị mặt hào B=1,5m theo thời gian 73

Hình 3.32 Chuyển vị mặt hào B=1,8m theo thời gian 75

Hình 3.33 Ứng suất, chuyển vị hào sau thời gian cố kết 30 ngày 76

Hình 3.34 Ứng suất, chuyển vị hào sau thời gian cố kết 60 ngày 77

Hình 3.35 Ứng suất, chuyển vị hào sau thời gian cố kết 90 ngày 78

Hình 3.36 Ứng suất, chuyển vị hào sau thời gian cố kết 180 ngày 79

Hình 3.37 Kết quả quan trắc lún………80 Hình 3.38 Ứng suất hiệu quả thẳng đứng tính toán theo công thức (2.2)….80

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1 Thống kê một số công trình tường hào đất - bentonite 21

Bảng 3.1 Chuyển vị hào B=0,9m cố kết theo thời gian 69

Bảng 3.2 Ứng suất hiệu quả hào B=0,9m cố kết theo thời gian 70

Bảng 3.3 Chuyển vị hào B=1,2m cố kết theo thời gian 71

Bảng 3.4 Ứng suất hiệu quả hào B=1,2m cố kết theo thời gian 71

Bảng 3.5 Chuyển vị hào B=1,5m cố kết theo thời gian 72

Bảng 3.6 Ứng suất hiệu quả hào B=1,5m cố kết theo thời gian 73

Bảng 3.7 Chuyển vị hào B=1,8m cố kết theo thời gian 74

Bảng 3.8 Ứng suất hiệu quả hào B=1,8m cố kết theo thời gian 74

PHẦN MỞ ĐẦU

I Tính cấp thiết của đề tài

Đập vật liệu địa phương là loại hình ngăn sông được sử dụng phổ biến

ở nước ta cũng như trên toàn thế giới Tận dụng được nguồn vật liệu sẵn có phổ biến tại khu vực xây dựng công trình, giá thành xây dựng rẻ hơn rất nhiều

so với loại hình ngăn sông khác Trong quá trình khai thác sử dụng một số đập đã xuất hiện một số những sự cố, hư hỏng, mất ổn định công trình Có rất nhiều nguyên nhân dẫn đến sự cố, hư hỏng của đập đất như đầm nén không tốt, sử lý tiếp giáp kém, thiết bị thoát nước bị hỏng, ảnh hưởng của dòng thấm… Theo các báo cáo tổng kết trên thế giới, công trình thuỷ lợi làm bằng vật liệu địa phương bị hư hỏng do dòng thấm gây ra là nguyên nhân lớn nhất chiếm khoảng 35 ÷ 40% tổng số các nguyên nhân gây ra hư hỏng Vì vậy việc

sử lý thấm cho đập, nền lúc thiết kế mới và lúc sửa chữa đóng vai trò rất quan trọng đảm bảo cho sự hoạt động hiệu quả và an toàn của đập

Những năm gần đây, đã có nhiều biện pháp chống thấm mới được áp dụng cho các công trình thuỷ lợi nói chung và công trình đập đất nói riêng, đã khắc phục được thấm tương đối tốt vấn đề đặt ra, đáp ứng được yêu cầu về kĩ thuật và kinh tế Trong đó cần phải kể đến công nghệ tường chống thấm thi công bằng biện pháp đào hào trong dung dịch Bentonite Công nghệ này tạo nên các hố móng hẹp dài và rất sâu, vách hố móng được giữ ổn định bằng dung dịch Bentonite Ở nước ta một số đập như đập Dầu Tiếng, Am chúa, Iakao, Easoup-Đắk Lắc, Dương Đông-Kiên Giang… đã được sử lý chống thấm bằng công nghệ này và đều cho hiệu quả chống thấm tốt và giá thành hợp lý Tuy nhiên tất cả các công trình tường chống thấm thi công bằng biện pháp đào hào trong dung dịch Bentonite được thi công ở nước ta từ năm 1999 (thời điểm công trình đầu tiên ở nước ta được áp dụng công nghệ thi công tường chống thấm bằng biện pháp đào hào trong dung dịch Bentonite) cho tới

II Mục tiêu nghiên cứu

Nghiên cứu trạng thái ứng suất biến dạng hào trong quá trình thi công tường chống thấm đất – bentonite Tính toán và phân tích kết quả, lập ra các bảng biểu đồ thị giúp cho người thiết kế có thể lựa chọn nhanh hơn các thông

số kỹ thuật hợp lý

- Ứng dụng tính toán cho một công trình cụ thể

III Phương pháp nghiên cứu

- Thu thập tài liệu: Trình tự thiết kế, thi công, cấp phối vật liệu, kích thước tường hào ở một số công trình đã xây dựng

- Ứng dụng phần mềm Plaxis V8.5 tính toán trạng thái ứng suất biến dạng cho các tổ hợp khác nhau

IV Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

- Áp dụng công nghệ mới kết hợp máy tính để giải quyết những vấn

đề ứng suất biến dạng của vách hào phục vụ công tác thiết kế, thi công

- Tiếp cận với công nghệ mới áp dụng vào thực tiễn khi xây dựng mới, nâng cấp sửa chữa công trình ở nước ta

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ ĐẬP VẬT LIỆU ĐỊA PHƯƠNG

1.1 Vai trò của nguồn nước và đập đất

Nước chiếm vai trò rất quan trọng trong cuộc sống của con người là thành phần quan trọng nhất của sự sống trên trái đất Nguồn nước được sử dụng vào công nghiệp nông nghiệp, sinh hoạt của con người chủ yếu là nước ngọt Trữ lượng nước ngọt chiếm tỷ trọng ít chỉ là một phần nhỏ trong trữ lượng toàn thế giới Do vậy việc giữ, sử dụng nước ngọt làm sao cho hợp lý đảm bảo đủ cung cấp cho các ngành, nghề, sinh hoạt rất quan trọng Hiện nay,

do hiện tượng biến đổi khí hậu toàn cầu trái đất nóng lên dẫn đến băng tan nước biển ngày càng dâng cao, ô nhiễm môi trường… dẫn đến những chu trình tuần hoàn của nguồn nước không còn như tự nhiên trước đây Nguồn nước ngọt ngày càng bị thu hẹp lại, đứng trước nguy cơ thiếu nước sinh hoạt, phục vụ nông nghiệp, công nghiệp trong giai đoạn phát triển tiếp theo Việc giữ, sử dụng hợp lý nguồn nước ngọt đang là nhu cầu cấp bách hiện nay của toàn thế giới nói chung và nước ta nói riêng

Ở nước ta, nguồn tài nguyên nước rất dồi dào phong phú trải dài trong phạm vi cả nước Nhưng phân bố không đều theo thời gian và không gian, lượng nước ngọt tập chung chủ yếu vào mùa mưa lũ dẫn đến vấn đề mùa thì thừa nước mùa thì thiếu nước Địa hình dốc mạnh từ tây sang đông do đó dòng chảy tập chung do mưa sẽ nhanh chóng chảy ra biển.Vì vậy việc xây dưng các công trình thuỷ lợi nhằm mục đích giữ lại nước ở mùa thừa nước cung cấp cho mùa thiếu nước, góp phần vào quá trình phòng chống lũ cho hạ lưu Xây đập giữ nước đang là hình thức phổ biến và hữu dụng cho việc tích trữ và phân bố nguồn nước hợp lý cho các mùa Đập vật liệu địa phương mà

cụ thể là đập đất được sử dụng rộng rãi trên toàn đất nước

Có thể nói công trình thuỷ lợi đã và đang góp phần không nhỏ vào công cuộc phát triển kinh tế Từ năm 1955 đến nay đã có hơn 5000 công trình thuỷ lợi được xây dựng đưa vào sử dụng đã và đang góp phần vào công tác phát triển kinh tế ổn định xã hội của nước ta Điều hoà không khí, phòng chống lũ cho hạ lưu, ngăn xâm nhập mặn Vấn đề đặt ra lớn nhất trong các năm gần đây đó là nâng cao sự ổn định của hồ đập, đảm bảo được nguồn nước đủ cung cấp cho các nhu cầu về nông nghiệp, công nghiệp và sinh hoạt

1.2 Các sự cố công trình do dòng thấm gây ra

Việc xây đập giữ nước đã được tiến hành từ rất sớm trên thế giới chủ yếu nhằm mục đích phục vụ tưới tiêu và sản xuất nông nghiệp Đập vật liệu địa phương được sử dụng phổ biến và thông dụng Trước đây, quá trình xây dựng hồ đập chỉ dựa chủ yếu vào kinh nghiệm nên đã có rất nhiều sự cố công trình xảy ra gây thiệt hại không nhỏ cho vùng phạm vi ảnh hưởng của hồ Ngày nay, với sự phát triển của khoa học kỹ thuật đặc biệt là sự phát triển của ngành địa kỹ thuật, thuỷ văn công trình Đã góp phần vào hoàn thiện cơ bản các lý thuyết khi tiến hành thiết kế đập đất Các sự cố công trình xảy ra do nguyên nhân sức chịu tải của nền không đủ dẫn đến trượt, lật thường lỗi sai sót trong thiết kế, thi công những trường hợp này chiếm tỷ lệ không nhiều Sự

cố công trình tập chung chủ yếu vào lý do dòng thấm gây ra, chiếm tỷ lệ cao hơn tới 3/4 các công trình bị hỏng Một số đập đất ở nước ta đã bị hỏng như: đập Am Chúa, Hồ Dầu Tiếng…

Hình 1.1 Sự cố thấm mái hạ lưu đập Am Chúa- Khánh Hòa

Hình 1.2 Mạch sủi hạ lưu đập Am Chúa- Khánh Hòa

Hình 1.3 Sình lầy do thấm hạ lưu đập Kim Sơn- Hà Tĩnh

Hiện tượng thấm xảy ra do nhiều rất nguyên nhân khác nhau, do địa chất nền công trình, do thi công phần tiếp giáp với bê tông kém, do nén lún không đều Trong quá trình khai thác sử dụng dòng thấm do những nguyên nhân này gây ra có thể gây ra hậu quả khó lường trước được

Sự cố công trình do thấm gây ra xảy ra rất khác nhau, ngay cả với công trình vừa mới thi công xong Điển hình như hồ chứa nước mưa Nam Du- Kiên Giang, khi thi công xong hồ cạn hết nước dẫn đến phải sử lý chống thấm rất tốn kém, đập Cà Giây- Bình Thuận khi chưa hoàn công (1988) đã xuất hiện dòng thấm ở chân hạ lưu với lưu lượng 5-7(l/phút), sau đó dòng thấm tăng nhanh có nguy cơ vỡ đập Hoặc sau một vài năm hoạt động dòng thấm mới xảy ra mãnh liệt gây tổn hại lớn đến công trình như sự cố: Gây vở đập hồ chứa nước Suối Hành, Suối Trầu, Am Chúa- Khánh Hoà, đập Vực Tròn – Quảng Bình… là một trong các ví dự điển hình Đó là những đập bị vỡ rồi còn những đập chưa vỡ nhưng phải sử lý thấm rất tốn kém đó là Đập Dầu Tiếng- Tây Ninh, đập Easuop Thượng- Đắc Lắc…, rồi một số đập bị sự cố thấm phải hạ MNDBT như hồ Phú Ninh, hồ Đồng Mô- Ngải Sơn để hạn chế

hiện tượng xói ngầm và dòng thấm thoát ra ở mái quá cao gây mất ổn định mái hạ lưu đập Một số công trình bị hư hỏng do dòng thấm rất mạnh gây hiện tưởng sủi đất ở nền như đập Đồng Mô- Hà Tây, Suối Gai- Sông Bé, Vân Trục- Vĩnh Phúc… Hiện tượng thấm mạch sủi ở vai đập Khe Chè –Quảng Ninh, Ba Khoang- Lai Châu, Sông Mây- Đồng Nai , thấm mạnh nơi tiếp giáp giữa tràn và cống như đập Vĩnh Trinh- Đà Nẵng

Với những sự cố công trình do dòng thấm gây ra muôn hình muôn vẻ Việc nghiên cứu giải pháp chống thấm thích hợp cho từng công trình là vô cùng quan trọng đảm bảo công trình hoạt động bình thường như thiết kế trong quá trình sử dụng Hiện nay, với mục tiêu đề ra là an toàn hồ đập trong mùa mưa lũ, ổn định công trình trong khai thác sử dụng Đã và đang được các đơn

vị trong cả nước quan tâm, nghiên cứu đề xuất rất nhiều phương pháp thích hợp đáp ứng được yêu cầu đề ra

1.3 Những biện pháp chống thấm khi xây dựng công trình mới

Cùng với sự phát triển của khoa học kĩ thuật, lý thuyết về dòng thấm đã được rất nhiều các nhà khoa học trên thể giới quan tâm Lý thuyết dòng thấm

đã được hoàn thành tương đối cơ bản Do đó các biện pháp phòng, chống thấm đã được nghiên cứu dựa trên các cơ sở lý thuyết đã công bố Đối với các công trình mới xây dựng khi vật liệu xây dựng tại địa phương không đáp ứng nhu cầu chống thấm cần phải có những biện pháp công trình phù hợp Hiện nay có các biện pháp chống thấm cơ bản như sau:

1.3.1 Chống thấm thân đập

a) Đập đất có tường lõi mềm

Lõi giữa bằng đất sét có hệ số thấm nhỏ có dạng thẳng đứng nằm chính giữa hoặc gần như chính giữa thân đập Theo cấu tạo bề dày đỉnh tường lõi không nhỏ hơn 0,8m, độ dày chân tường không nhỏ hơn 1/10 cột nước

nhưng phải đảm bảo ≥ 2m Đỉnh tường lõi phải đảm bảo không cho nước phía thượng lưu vượt quá đồng thời phải cao hơn mực nước mao dẫn trong đất với

độ vượt cao δ = (0,3÷0,6)m tuỳ theo cấp công trình

Phải đặc biệt lưu ý đến việc liên kết giữa tường lõi và nền Độ cắm sâu của tường lõi vào nền đất chặt, ít thấm nước phải lớn hơn 0,5 ÷ 1,25m Bộ phận nối tường lõi và nền đá phải làm rất cẩn thận với các hình thức như đế răng, hoặc tường răng bê tông cắm sâu vào khối đá tốt 0,6 ÷ 1,2m

- Kỹ thuật thi công phức tạp và chậm hơn tường nghiêng

- Khi bị hư hỏng khó sửa chữa

nghiêng phụ thuộc vào các yêu cầu cấu tạo và gradien thủy lực cho phép của đất đắp tường Bề dày tường tăng từ trên xuống dưới Bề dày đỉnh tường không nên nhỏ hơn 0,8m Chân tường không nhỏ hơn H/10 (H - cột nước tác dụng), và không nên nhỏ hơn 2 ÷ 3m Độ vượt cao của đỉnh tường nghiêng trên mực nước dâng bình thường ở thượng lưu được dựa theo cấp công trình δ = 0,5÷0,8m Đỉnh tường không được thấp hơn mực nước tĩnh gia cường

Trên mặt tường nghiêng có phủ một lớp bảo vệ đủ dày (khoảng 1m) để tránh mưa nắng Giữa tường nghiêng và lớp bảo vệ bố trí một tầng lọc ngược

Sự liên kết giữa tường nghiêng và nền phải tốt Nếu nền đập là đá thì liên kết tường nghiêng với nền bằng các răng chống thấm Khi nền bị nứt nẻ

và thấm nước nhiều sẽ xử lý bằng phụt vữa chống thấm

a) Đập đồng chất xây trên nền thấm nước thì hình thức chống thấm cho nền thông thường là tường răng, bản cọc hoặc màng xi măng

- Tường răng thích hợp đối với nền có tầng thấm nước không sâu lắm (thường T ≤ 5m) và làm bằng chính vật liệu làm thân đập hoặc bằng vật liệu chống thấm tốt như sét, á sét… Nếu tầng thấm nước lớn không thể xây dựng được tường răng thì cần phải dùng bản cọc hoặc phun màng chống thấm xuống tận tầng không thấm nước Trong trường hợp tầng thấm nước nằm quá sâu hoặc vô hạn thì bản cọc hoặc màng xi măng chỉ cắm xuống một đoạn trong tầng nền

Hình 1.6 Đập đất đồng chất có tường răng

b) Đối với đập không đồng chất (có lõi giữa hoặc tường nghiêng) thì vật chống thấm trong nền thường nối tiếp với vật chống thấm của thân đập

- Hình thức chống thấm có thể là: tường răng, sân trước Dùng hình thức nào phụ thuộc vào chiều sâu tầng nền, tính chất đất nền và kỹ thuật thi công

+ Tầng thấm nhỏ T ≤ 5m dùng tường răng làm vật chống thấm cho nền

và nối tiếp với lõi giữa hoặc tường nghiêng của đập Tường răng cần cắm sâu xuống tầng không thấm một đoạn ≥ 0,5m

Hình 1.7 Đập có tường nghiêng chân răng, tường lõi chân răng

+ Tầng thấm nước tương đối sâu thì hình thức chống thấm cho nền có thể là bản cọc Bản cọc cắm sâu vào lõi giữa hoặc tường nghiêng và tầng không thấm một độ dài nhất định nhằm tránh không sinh ra xói ngầm cục bộ tại hai đầu mút bản cọc

Hình 1.8 Chống thấm cho nền bằng bản cọc

+ Khi tầng thấm nước khá dày hoặc sâu vô hạn thì sân phủ chống thấm

là biện pháp hay dùng Sân trước làm bằng vật liệu có hệ số thấm nhỏ kéo dài

ra phía thượng lưu nên có hiệu ích giảm lưu lượng thấm qua nền và tăng ổn định thấm cho nền Theo điều kiện thi công chiều dày sân trước ≥ 0,5m đối với đập thấp và ≥ 1m đối với đập cao Mặt trên của sân trước phủ một lớp dày 1,5 ÷ 2,5m bằng các loại vật liệu hạt lớn như: cát, sỏi, cuội… để tránh hư hỏng do nhiệt độ thay đổi và tác dụng của sóng khi tháo cạn hồ chứa

Hình 1.9 Chống thấm bằng tường nghiêng sân phủ

1.4 Những biện pháp chống thấm cho công trình đã xây dựng

Đối với các công trình đã xây dựng, việc tiến hành xử lý các biện pháp chống thấm hoặc xử lý các vấn đề mất ổn định công trình khác đều phải đảm bảo công trình phải hoạt động theo đúng ý đồ của người thiết kế ban đầu Vấn

đề đặt ra cho quá trình xử lý thấm là công tác xử lý nhanh, tiết kiệm kinh phí, đảm bảo được yêu cầu kĩ thuật Hiện nay một số công nghệ đã được áp dụng chống thấm cho đập đất cho kết quả tốt như sau:

1.4.1 Chống thấm cho đập đất bằng vải địa kỹ thuật

Vải địa kỹ thuật là một loại vải (sản xuất từ polymer như polypropylene hoặc polyester) có tính thấm, được sử dụng để lót trong đất do có khả năng phân cách lớp đất; lọc thấm thoát nước, giữ lại các hạt đất có kích thước nhỏ; bảo vệ và gia cường các tính năng cơ lý của đất mà đặc biệt là tính chịu kéo

để phân bố lại lực gia tải, có hệ số thấm rất thấp K=10-12 ÷10-16cm/s, có khả năng chịu lực, bền trong các điều kiện bất lợi của môi trường Hiện nay công nghệ sản xuất được phát triển rộng rãi trên toàn thế giới và có khả năng cung ứng đầy đủ cho yêu cầu của xây dựng các công trình

Nguyên lý áp dụng công nghệ: Sử dụng sử dụng chống thấm kiểu tường nghiêng cho mái thượng lưu đập sử dụng rải một lớp vải địa có khả năng chống thấm tốt, hạn chế tốt đa lưu lượng thấm qua bản thân đập Để bảo

vệ cho lớp vải địa khỏi bị ô xi hóa, hư hỏng do tác động của ánh sáng, môi trường, cần phải phủ lên lớp vải này một lớp đất tương đối dày, có hệ thống

cọc neo giữ cho vải được nằm đúng vị trí khi công trình đưa vào vận hành

Hình 1.10 Chống thấm bằng vải địa kĩ thuật

Ưu điểm:

- Chống thấm tốt

- Độ bền cơ học cao, dễ vận chuyển

- Thi công sửa chữa dễ dàng

- Giá thành rẻ, thị trường cung cấp phong phú

1.4.2 Chống thấm bằng công nghệ khoan phụt chống thấm

Áp dụng cho những công trình trong quá trình thi công có những tầng địa chất yếu chưa được xử lý, gia cố thêm cho nền và đập nhằm tăng ổn định

công trình Sau nhiều năm vận hành sẽ hình thành các cấp bậc thấm khác nhau, dẫn đến nền móng của công trình bị rò rỉ và trồi đất Quá trình khoan phụt không làm ảnh hưởng đến kết cấu, hình dạng của công trình

Hình 1.11 Nguyên lý một số công nghệ khoan phụt chống thấm

Hình 1.12 Phạm vi ứng dụng của các loại khoan phụt

d) Khoan phụt cao áp (Jet – grouting)

Công nghệ trộn xi măng với đất tại chỗ- dưới sâu tạo ra cọc XMĐ được gọi là công nghệ trộn sâu (Deep Mixing-DM) Hiện nay phổ biến hai công nghệ thi công cọc XMĐ là: Công nghệ trộn khô (Dry Mixing) và Công nghệ trộn ướt (Wet Mixing)

Công nghệ jet grouting là một công nghệ trộn sâu dạng ướt (wet mixing)

Công nghệ khoan phụt cao áp (KPCA) được phát minh ở Nhật Bản năm 1970

Sau đó các công ty của Ý, Đức đã mua lại phát minh trên và đến nay nhiều công ty xử lý nền móng hàng đầu thế giới hiện nay như công ty Layne Christensen (Mỹ), Bauer (Đức), Keller (Anh), Frankipile (Úc) đều có sử dụng công nghệ này Trải qua hơn ba mươi năm hoàn thiện và phát triển, đến nay công nghệ này đã được thừa nhận rộng khắp, được kiểm nghiệm và đưa vào tiêu chuẩn ở các nước phát triển trên thế giới Khoan phụt vữa cao áp là một quá trình bê tông hoá đất Nhờ có tia nước và tia vữa phun ra với áp suất cao (200400 atm), vận tốc lớn ( 100 m/s), các phần tử đất xung quanh lỗ khoan bị xói tơi ra và hoà trộn với vữa phụt đông cứng tạo thành một khối “Xi măng-đất” đồng nhất - tạm gọi là xi măng-đất

Nguyên lý công nghệ:

Hình 1.14 Thi công cọc xi măng đất

Công nghệ Jet gruoting xử lý nền đất yếu bằng công nghệ khoan phụt cao áp Phương pháp này dựa vào nguyên lý cắt nham thạnh bằng dòng nước

áp lực Khi thi công trước hết phải đưa máy khoan để đưa ống bơm có vòi phun bằng hợp kim vào tới độ sâu phải gia cố ( nước+ xi măng) với áp lực

>20 Mpa từ vòi bơm phun xả phá vỡ tầng đá Với lực xung kích của dòng phun và lực lí tâm, trọng lực … sẽ trộn lẫn dung dịch vữa rồi xắp sếp lại theo một tỷ lệ có quy luật giữa đất và vữa theo khối lượng hạt Sau khi vữa đông

cứng lại tạo thành cọc xi măng đất

Nếu thi công chồng lẫn lên nhau sẽ tạo thành tường chống thấm bằng xi măng đất, đường kính cọc xi măng phụ thuộc vào loại đất nền, áp lực vòi phun và tốc độ xoáy và rút cần, tùy thuộc vào thiết bị với thiết bị lớn có thể tạo ra các cọc có đường kính lớn hơn 3m Vật liệu sử dụng tạo cọc xi măng đất bao gồm: chất kết dính, nước, phụ gia để ngăn ngừa vữa khỏi bị quá chảy hoặc chậm ninh kết Xi măng, vôi và hỗn hợp của chúng là những chất kết dính thường dùng nhất, Theo kinh nghiệm hàm lượng xi măng trong khoảng 50-300kg/m3 là phù hợp với tỷ lệ xi măng thay đổi theo từng lọa đất

Cường độ chịu nén của cọc xi măng đất là 50-100( kg/cm2) phụ thuộc vào loại vữa, hàm lượng xi măng, tỷ lệ nước/xi măng và loại nền Khả năng chống thấm của cọc XMĐ phụ thuộc vào các yếu tố cơ bản hàm lượng của xi măng và bentonite trộn vào trong đất (kg/m3) ngày tuổi của xi măng đất sau khi khoan phụt, cột nước tác dụng Như vậy cường độ và khả năng chống thấm của cọc XMĐ phụ thuộc vào nhiều yếu tố chủ quan và khách quan

Ưu điểm:

- Phạm vi áp dụng rộng, thích hợp mọi loại đất, từ bùn sét đền cuội sỏi

- Có thể xử lý các lớp đất yếu một cách cục bộ, không ảnh hưởng đến các lớp đất tốt

- Có thể xử lý dưới móng hoặc kết cấu hiện có mà không cần ảnh hưởng đến công trình

- Thi công được trong nước

- Mặt bằng thi công nhỏ, ít chấn động, ít ồn hạn chế tối đa ảnh hưởng đến công trình

1.4.3 Chống thấm bằng công nghệ tường hào Bentonite

Trong những năm gần đây công nghệ làm tường hào chống thấm xi măng- bentonite đã và đang được quan tâm của nhiều nhà nghiên cứu trên cả

nước Do tính năng chống thấm tốt cho công trình, tăng khả năng ổn định cho công trình, thời gian sử dụng lâu dài Tuy nhiên giá thành của thi công tường hào bentonite tương đối cao so với các vật liệu chống thấm khác Việc nghiên cứu, đưa ra các quy trình thi công, lựa chọn cấp phối… nhằm hạ giá thành là điều rất quan trọng

Nguyên lý công nghệ:

Tường hào xi măng- bentonite là loại tường chống thấm được thi công bằng biện pháp chung là đào hào trong dung dịch bentonite, sau đó sử dụng hỗn hợp vật liệu xi măng, bentonite, phụ gia sau thời gian đông cứng tạo thành tường chống thấm cho đập và nền Thành phần chính của hào chống thấm bao gồm bentonite, xi măng, phụ gia và nước

Hào bentonite có chiều rộng thông thường 0,5-1,2m , chiều sâu hào tùy thuộc vào yêu cầu chống thấm của công trình Ở nước ta hiện nay loại máy thi công đang được áp dụng tại công trường có kích thước gàu đào b=0,6m, chiều dài l=2,8m các công trình thi công cụ thể: Hồ chứa nước Dầu Tiêng- Tây Ninh, Đông Dương- Phú Quốc…Để vách hào được ổn định trong quá trình công phải luôn luôn bơm dung dịch bentonite đầy trong hào giữ cho vách hào không bị sập trong quá trình thi công cũng như ninh kết Sau khi ninh kết hệ

số thấm của hào có thể đạt đến k=10-5-:-10-7m3/s, nên dòng thấm được ngăn cản rất nhiều khi gặp tường này

Ưu điểm:

- Chống thấm đạt hiệu quả cao( hệ số thấm nhỏ k=10-5-:-10-7m3/s)

- Dung dịch xi măng- bentonite được trộn theo dây truyền công nghệ theo tiêu chuẩn thống nhất nên thuận tiện trong thiết kế thi công vận chuyển và kiểm soát chất lượng

- Thi công hiệu quả trên nền cát có hệ số thấm lớn tầng thấm nằm rất sâu

- Khi địa hình xây dựng chật hẹp vẫn áp dụng được công nghệ thi công này

Nhược điểm:

- Máy móc thi công cồng kềnh phức tạp

- Không thi công được khi nền lẫn đá mồ côi, đá tảng

- Giá thành công trình cao

Phạm vi áp dụng:

- Chủ yếu sử dụng công nghệ này để sửa chữa chống thấm cho các đập đất, xây dựng các tường panen ngăn chuyển vị khi thi công các công trình liền kề trong thành phố

- Sử dụng khi địa hình thi công chật hẹp, yêu cầu chống thấm cao tầng thấm nước sâu và hệ số thấm rất lớn

vị H18-H22 H23-H30 Suối Đá

Am Chúa

Ia- Kao

Đông Dương

Easoup thượng

Vị trí Nền cát Nền cát Nền cát Thân

đập

Thân đập

Nền cát

Thân đập

- Đối với thân đập: Ngoài chức năng chống thấm như tường lõi các vật liệu làm tường khi ở trạng thái lỏng sẽ tự động lấp nhét các khe nứt thi công, những khiếm khuyết về chất lượng do thấm không đều Đối với công trình miền trung Việt Nam nơi vật liệu đất đắp có chất lượng khó kiểm soát bởi tính trương nở cao thì hào bentonite sẽ là giải pháp hữu hiệu trong thiết kế

Hình 1.16 Thi công hào chống thấm

1.4.4 Công nghệ chống thấm bằng tường hào đất-bentonite

Đây là công nghệ được dùng khá phổ biến Mỹ và Canada, công nghệ này được sử dụng tại những nơi không yêu cầu cường độ cao Việc sử dụng công nghệ này đem lại hiệu quả rất lớn về nâng cao khả năng chống thấm và giảm giá thành công trình Trong luận văn này tác giả tập chung vào nghiên cứu về công nghệ chống thấm bằng tường hào đất - bentonite, chi tiết về tường hào bentonite sẽ được miêu tả như sau:

Ứng dụng của hào Đất - Bentonite

Theo thống kê ở Mỹ hiện nay các hào bentonie xây dựng vào khoảng

2000 công trình, lớn hơn nhiều so với các giải pháp khác vi dụ như hào ĐXB chỉ chiếm khoảng 50 – 100 công trình Cho hầu hết các trường hợp về quản lý dòng chảy ngầm tại những nơi không yêu cầu cao về cường độ như ngăn chặn

nước ngầm thoát ra từ các bãi thải, ngăn chặn hoặc giảm thiểu hiện tượng thấm qua nền và thân Đập – Đê, ngăn chặn nước mặn xâm nhập… sử dụng giả pháp hào đất- bentonite luôn đem lại hiệu quả kinh tế tốt hơn Thông qua tính toán sơ bộ cho thấy thi công một hào ĐB với kích thước dài - rộng - sâu:

20 - 0.6 - 10 (m) sẽ giảm được 20 – 30 % giá thành so với hào xi măng- bentonite tại thời điểm hiện hành Và hệ số thấm cũng giảm đáng kể 10-7 với hào đất-bentonite và 10-5 với hào xi măng - bentonite

Bảng 2.1 Tthống kê một số công trình tường hào đất - bentonite

đã xây dựng trên thế giới

Kích thước Hệ số thấm

TT Địa điểm

xây dựng Mục đích sử dụng

Năm xây dựng Dài (m) Rộng (m) Sâu (m) (m/s)

- 2600 0.9 50 1E-09

2 Newcastle

Stellwork

Ngăn chặn nhiễm độc nước ngầm cho vùng Newcastle steelworks

sông

13 Ogden Xử lý rác thải y tế 2008 36766 0.6 11 1.00E-09

Hình 1.17 Một số công trình hào đất- bentonite được xây dựng

Các yêu cầu của tường hào đất – bentonite:

Yêu cầu về mặt kỹ thuật:

- Đảm bảo lượng nước thấm qua đập nhỏ hơn lưu lượng thấm cho phép của công trình

- Đảm bảo ổn định hai bên vách hào, không xói ngầm đối với nền công trình

- Giảm được áp lực thấm lên bản đáy công trình

- Phù hợp với điều kiện kỹ thuật và năng lực máy móc thiết bị hiện nay Yêu cầu về kinh tế: Phương án được đặt ra có giá thành rẻ hoặc ở mức có thể chấp nhận được Đôi khi phương án được chọn chưa hẳn là phương án rẻ nhất

mà là phương án tối ưu nhất trên cơ sở phân tích so sánh cả về kinh tế và kỹ thuật

Cấp phối vật liệu đất – bentonite :

Việc thiết kế cấp phối cho hỗn hợp đất- bentonite phụ thuộc vào nhiều yếu tố như loại đất, điều kiện của dự án, giá của vật liệu, và bảng liệt kê về yêu cầu kỹ thuật

Qua tham khảo các tài liệu trên thế giới và kết quả thí nghiệm trong phòng và hiện trường thấy rằng hàm lượng Bentonite chiếm khoảng từ 3% - 5% so với khối lượng đất khô đối với Bentonite Úc và khoảng 4 – 7 % đối với Bentonite Việt nam tùy thuộc vào tính chất của đất cũng như yêu cầu cụ thể của công trình Ngoài ra để cải thiện một số tính chất của hỗn hợp việc cho thêm tro bay vào hỗn hợp cũng đã được xem xét Khi thay thế một phần bentonite bằng tro bay các tính chất kỹ thuật của hỗn hợp được cải thiện, lượng nước dùng sẽ giảm, khả năng chống thấm và cường độ được cải thiện

Độ sụt của hỗn hợp đất- bentonite phù hợp với điều kiện thi công nằm trong khoảng 100 – 200 mm, và tốt nhất là khoảng 130 – 160 mm Tương ứng với độ sụt nói trên thì hàm lượng nước chiếm khoảng 30% - 35% trong hỗn hợp đất- bentonite

Kích thước hào bentonite:

Theo kinh nghiệm hào bentonite thường có bề rộng từ 0.5 ÷ 1.2m, bề rộng của hào phụ thuộc vào cột nước trước hào, hệ số thấm của đất đào hào và bản thân hào Tùy theo yêu cầu kỹ thuật người thiết kế sẽ đưa ra kích thước hào hợp lý, đảm bảo điều kiện chống thấm, điều kiện ổn định của hào và điều kiện máy móc hiện có trên thị trường Thông thường khi chiều sâu hào không lớn lắm sử dụng máy xúc thủy lực cần dài để dào hào bề rộng của hào 60 - 80 cm, đối với các công trình có chiều sâu lớn để phù hợp với điều kiện của máy thi công đặc biệt là dung tích của gầu đào (thường hay sử dụng cẩu nặng 60 tấn có

gầu đào loại cáp treo kích thước 2.8m*0.6m*6m, nặng 7.5 tấn)

-Không đòi hỏi khắt khe tiến độ thi công; khi hào bị hỏng dễ dàng tiến hành sửa chữa

-Mô đun đàn hồi của hào xấp xỉ với mô đun đàn hồi của đất bên cạnh

do đó mặt tiếp giáp của hào và đất bên vách hào ổn định hơn so với công nghệ thi công hào ximăng - bentonite

khi vận dụng vật liệu xi măng- bentonite dẫn đến giá thành rất lớn, do vậy để giảm giá thành mà vẫn đảm bảo kĩ thuật, nghiên cứu áp dụng thêm loại hình tường hào đất – bentonite Tuy nhiên trong khi thiết kế một câu hỏi được đặt

ra là cần chọn kích cỡ hào, dung trọng , ảnh hưởng của quá trình cố kết như thế nào? Để trả lời câu hỏi này chúng tôi tiến hành tính toán và phân tích các số liệu thu được trong các chương tiếp theo

CHƯƠNG II

CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN ỨNG SUẤT- BIẾN DẠNG

TƯỜNG HÀO ĐẤT - BENTONITE

2.1 Trạng thái ứng suất- biến dạng hào đất- bentonite và đất nền

2.1.1 Trạng thái ứng suất tại chỗ ở đất đắp từ hỗn hợp đất-bentonite

Trạng thái ứng suất tại vị trí cuối cùng ở tường chống thấm bentonite ít được biết đến nhưng lại có vai trò quan trọng vì nhiều lý do Trạng thái ứng suất của hỗn hợp đất-bentonite có ảnh hưởng lớn hệ số thấm Đất càng được cố kết chặt hệ số thấm càng nhỏ

đất-Hình 2.1 Ảnh hưởng của áp lực cố kết đến hệ số thấm

Tương tự, ứng suất tại vị trí càng cao thì khả năng chống chịu của tường chống thẩm trước các vết nứt thủy lực và sự tác động của hóa chất lại càng cao (Filz 1995) Trạng thái ứng suất cuối cùng cũng ảnh hưởng đến những biến dạng xuất hiện trên tường và các khu vực xung quanh tường

Khi hỗn hợp đất-bentonite ban đầu được đổ xuống hào, hàm lượng nước rất cao và hàm lượng của hỗn hợp đất-bentonite còn rất thấp nên đất xung quanh trôi vào hào Khi hào được lấp đầy từ dưới lên trên với hỗn hợp đất-bentonite, hỗn hợp trên sẽ từ từ cố kết lại và chịu tác dụng từ khối đất-bentonite bên trên và các lực ở nền đất xung quanh Các kết quả nghiên cứu

Evans và các đồng nghiệp (1995) ứng dụng thuyết hiệu ứng vòm vào tường chống thấm làm từ hỗn hợp đất-bentonite Độ lún của hỗn hợp đất-bentonite chuyển tải tới các mặt đứng của hào vốn được coi là chắc và cố định Khối lượng của hỗn hợp đất-bentonite một phần được đỡ bởi lực cản do

ma sát hướng lên dọc theo các mặt của hào Evans và các đồng nghiệp (1995) đưa ra một giải pháp cho vấn đề đó Ứng suất đứng của tường đất-bentonite được coi như là một hàm số của độ rộng của hào, dung trọng của đất-bentonite, hệ số áp lực bên của đất của hỗn hợp đất-bentonite và ma sát bề mặt giữa đất-bentonite và tường hào Hình 2.2 có đưa ra ví dụ về cách dự đoán các ứng suất ở một đoạn hào rộng 90cm theo như thuyết hiệu ứng vòm Các điều kiện địa tĩnh cũng được thể hiện ở trong hình Sử dụng các đặc tính

Bên cạnh Thuyết hiệu ứng vòm, Thuyết nén ngang (Filz 1996) là một

lý thuyết khác để dự đoán các ứng suất tại chỗ trên tường đất-bentonite Theo

lý thuyết này, người ta giả thiết rằng các tường hào có thể biến dạng và độ lớn cũng như hướng của dịch chuyển sẽ ảnh hưởng đến các ứng suất trong hỗn hợp đất-bentonite Sau khi đổ hỗn hợp đất-bentonite vào hào, các khoảng

tường hẹp và dài được giả định sẽ dịch chuyển vào trong vì sự cố kết của hỗn hợp đất-bentonite Cột đất-bentonite được coi như một thí nghiệm cố kết 1-D thông thường nghiêng 90 độ Người ta giả định rằng các lực trượt dọc theo tường hào là đủ để đỡ khối lượng của lớp đất-bentonite bên trên Môđun biến dạng M được dùng để chỉ mối quan hệ giữa ứng suất ngang trong hỗn hợp đất-bentonite với biến dạng ngang Khi các tường hào dịch chuyển vào trong, ứng suất ngang tại nền đất xung quanh có thể được ước tính từ mối quan hệ của Clough và Duncan giữa hệ số áp lực ngang của đất , Kh, và chuyển động ngang Các ứng suất trong hỗn hợp đất - bentonite và ở nền đất xung quanh được lập phương trình để tìm ra ứng suất ngang như là một hàm số của chiều rộng hào và mô-đun bắt buộc Ứng suất thẳng đứng trong hỗn hợp đất-bentonite có thể được tính nhờ sử dụng các điều kiện Ko được giả định cho độ

cố kết ngang 1-D ở trong hào Theo Filz (1996), các ứng suất cố kết lớn hơn được dự đoán theo thuyết hiệu ứng vòm và thuyết nén ngang nên được giả định để kiểm soát Thông thương, hiệu ứng vòm kiểm soát phần trên của hào

và hiện tượng nén ngang kiếm soát phần dưới sâu hơn

Trong thuyết nén ngang, ứng suất hiệu quả theo phương thẳng đứng là ứng suất chính bé nhất và ứng suất ngang là ứng suất chính lớn nhất Ứng suất chính hiệu quả lớn nhất được thể hiện với trong mối quan hệ với độ sâu trong hình 2.2 như là một ví dụ cho việc áp dụng thuyết hiệu ứng vòm Thuyết nén ngang dự đoán các ứng suất thấp hơn so với các điều kiện địa tĩnh nhưng cao hơn các ứng suất mà Thuyết hiệu ứng vòm dự đoán đối với hầu hết độ sâu của hào Hình 2.2 cho thấy người ta có thể giả định các ứng suất có ích trong một khoảng rộng Khoảng này có ảnh hưởng quan trọng khi xét đến hệ số thấm của tường chống thấm và khả năng chống chịu của tường trước các vết nứt thủy lực và sự tác động của hóa chất

Dữ liệu thực địa về trạng thái ƯS tại chỗ của đất đắp từ hỗn hợp đất-bentonite

Evans và các đồng nghiệp (1995) đã thực hiện các thí nghiệm tại hiện trường và các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm trên một tường hào 4 năm tuổi, một bức tường 10 năm tuổi và một bức tường đất-bentonite vừa mới được xây Các kết quả cho thấy các ứng suất tại chỗ ở hào thấp hơn áp suất địa tĩnh:

- Thí nghiệm SPT cho thấy các vật mẫu dịch chuyển lên do tác động của

“trọng lực búa” dọc theo chiều sâu của hào

- Các ứng suất hiệu quả theo phương thẳng đứng, được ước tính từ các thí nghiệm máy đo giãn nở, tăng theo độ sâu nhưng nhỏ hơn áp suất địa tĩnh

- Các thí nghiệm cắt cánh cho thấy độ bền chịu cắt gần như không đổi theo

độ sâu và nhỏ hơn độ bền cắt do ứng suất địa tĩnh tạo ra

- Các thí nghiệm cố kết trên các mẫu nguyên dạng cho thấy nhiều phân tán nhưng các áp lực tiền gia cố nhỏ hơn áp suất địa tĩnh

Khoury và các đồng nghiệp (1992) đưa ra các dữ liệu về ứng suất tại chỗ

từ một bức tường chống thấm đất-bentonite xây dựng tại đập Manasquan Tường chống thấm có độ sâu tối đa 22.5m với một vài đoạn rộng 90cm, một

số đoạn khác rộng 1.5m Cảm biến ứng suất và các thiết bị đo được đặt vào trong tường sau khi xây dựng Các cảm biến ứng suất sẽ đo tổng ứng suất ngang theo tất cả các hướng song song, σh,par, và vuông góc, σh,per, với trục của đập Sử dụng các áp lực lỗ rỗng đo được, u, tổng các áp lực ngang đo được ở hỗn hợp đất-bentonite và các giá trị ước tính của hệ số áp lực ngang của đất, Ko, các tác giả ước tính tổng áp lực thẳng đứng, σv, 3 đơn vị độ sâu dùng phương trình 2.2

σh,par = K o (σv − u) + u (2.1) Tổng các áp lực thẳng đứng được dự đoán là 66%, 78%, và 82% thấp hơn so với các áp lực tĩnh ở độ sâu tương ứng là 8.4m, 12.9m, 15.9m

2.1.2 Biến dạng của Tường chống thấm đất-bentonite và phần đất xung quanh

Trong quá trình thiết kế tường chống thấm đất-bentonite, cần phải cân nhắc kĩ lưỡng hiện tượng biến dạng vì nhiều nguyên nhân Đối với tường chống thấm ở các đập lớn, điều quan trọng là tường chống thấm có thể chịu được các biến dạng lớn mà không bị rạn nứt Tại các công trường mà có các kết cấu xung quanh, điều quan trọng là cần hạn chế các biến dạng của nền đất

để tránh ảnh hưởng tới các kết cấu xung quanh đó (Filz 1996)

Nếu các vách hào có thế biến dạng, như giả định trong thuyết nén ngang, các biến dạng có thể xảy ra trong quá trình xây dựng (Filz 1996) Như trong Hình 2.3, các vách hào có thể dịch chuyển vào trong trong khi đào dưới lớp dung dịch vữa bentonite-nước Điều này có thể làm lún phần mặt đất và kết quả là có thể ảnh hưởng đến các kết cấu xung quanh Trong quá trình đắp, lớp dung dịch vữa bentonite-nước được thay thế với lớp đất-bentonite có trọng lượng lớn hơn Điều này có thể làm cho các vách hào dịch chuyển ra ngoài và giảm độ lún bề mặt Trong quá trình gia cố đất-bentonite, các vách tường có thể lại dịch chuyển vào trong, càng làm lún bề mặt

Hình 2.3 Biến dạng nền do thi công tường hào

Phần này trình bày các thông tin thu thập được từ các tài liệu về các biến dạng do xây dựng tường chống thấm đất-bentonite Ngoài ra còn có một