Nghiên cứu xử lý sự cố về thấm bằng cọc xi măng đất cho cống ngăn mặn, giữ ngọt ở vùng đồng bằng sông cửu long ứng dụng cho cống đá bạc tỉnh cà mau

M ục đích của Đề tài: - Nghiên cứu được giải pháp xử lý sự cố về thấm bằng cọc xi măng đất cho cống ngăn mặn, giữ ngọt ở vùng Đồng bằng sông Cửu long.. N ội dung nghiên cứu: - Tổng quan

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

MAI QUANG TRƯỜNG

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ SỰ CỐ VỀ THẤM BẰNG CỌC XI MĂNG ĐẤT CHO CỐNG NGĂN MẶN, GIỮ NGỌT Ở VÙNG ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG ỨNG DỤNG CHO CỐNG

ĐÁ BẠC – TỈNH CÀ MAU

LUẬN VĂN THẠC SĨ

SÓC TRĂNG, NĂM 2017

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

MAI QUANG TRƯỜNG

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ SỰ CỐ VỀ THẤM BẰNG CỌC XI MĂNG ĐẤT CHO CỐNG NGĂN MẶN, GIỮ NGỌT Ở VÙNG ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG ỨNG DỤNG CHO CỐNG

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan nội dung trong luận văn này là do chính tôi thực hiện, các số liệu, hình ảnh, biểu đồ trong đề tài đều là chân thực, không trùng lập với bất kỳ nghiên cứu nào trước đây Các biểu đồ, số liệu và tài liệu tham khảo đều được trích dẫn, chú thích nguồn thu thập chính xác rõ ràng

Tác giả luận văn

MAI QUANG TRƯỜNG

L ỜI CÁM ƠN

Trước hết, tôi xin chân thành cám ơn quý thầy cô của trường Đại học Thủy Lợi, đặc biệt là những thầy cô thuộc bộ môn Địa kỹ thuật và những thầy cô đã trực tiếp giảng dạy cho tôi trong thời gian theo học vừa qua

Tôi xin chân thành cảm ơn TS Phùng Vĩnh An là người hướng dẫn khoa học đã hết sức tận tâm nhiệt tình giúp tôi hoàn thành luận văn này

Tôi xin cảm ơn sự quan tâm góp ý của các Giáo sư, Phó Giáo sư, Tiến sĩ trong trường Đại học Thủy Lợi đã giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn

M ỤC LỤC

M Ở ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ SỰ CỐ THẤM BẰNG CỌC XI MĂNG ĐẤT Ở ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG 4

1.1 Đặc điểm công trình ngăn mặn, giữ ngọt khu vực Đồng bằng sông Cửu long 4

1.1.1 Các y ếu tố ảnh hưởng đến công trình ngăn mặn, giữ ngọt 4

1.1.2 H ệ thống công trình ngăn mặn, giữ ngọt 7

1.2 S ự cố thấm, xói ngầm nền và mang cống ở Đồng bằng sông Cửu Long và giải pháp x ử lý 9

1.2.1 Sân ph ủ chống thấm thượng lưu và hạ lưu 10

1.2.2 Ch ống thấm bằng cừ thép, cừ nhựa, cừ BTCT 12

1.2.3 Ch ống thấm bằng khoan phụt truyền thống 16

1.2.4 Hoành tri ệt cống cũ, làm lại cống mới 18

1.3 K ết luận Chương 1 18

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ KHOA HỌC XỬ LÝ THẤM BẰNG CỌC XI MĂNG ĐẤT K ẾT HỢP PHỤ GIA 21

2.1 M ục đích, yêu cầu và cơ sở khoa học xử lý sự cố thấm 21

2.1.1 M ục đích xử lý thấm 21

2.1.2 Yêu c ầu về điều kiện thi công xử lý thấm 22

2.1.3 Cơ sở khoa học xử lý sự cố thấm 24

2.2 Các thí nghi ệm phục vụ xử lý thấm bằng cọc XMĐ kết hợp phụ gia 31

2.2.1 Kh ảo sát địa chất 31

2.2.2 Thí nghi ệm trộn thử trong phòng 33

2.2.3 Thí nghi ệm xác định hệ số thấm 34

2.3 Phương pháp tính toán xử lý thấm 37

2.3.1 B ố trí sơ đồ hợp lý để xử lý thấm 37

2.3.2 Trình t ự phương pháp tính toán xử lý thấm 39

2.3.3 Ki ểm tra, đánh giá chất lượng và công tác nghiệm thu tường chống thấm 41

2.4 K ết luận Chương 2 43 CHƯƠNG 3: ÁP DỤNG XỬ LÝ CỐNG ĐÁ BẠC HUYỆN TRẦN VĂN THỜI TỈNH

CÀ MAU 45

3.1 Gi ới thiệu về cống Đá Bạc tỉnh Cà Mau 45

3.1.1 V ị trí công trình nghiên cứu 45

3.1.2 Đặc điểm tự nhiên khu vực nghiên cứu 46

3.1.3 Đặc điểm nước mặt, nước ngầm khu vực nghiên cứu 47

3.1.4 Điều kiện dân sinh, kinh tế xã hội 47

3.1.5 Hi ện trạng công trình và sự cần thiết phải xử lý sự cố 48

3.1.6 Gi ới thiệu giải pháp xử lý thấm bằng cọc xi măng đất kết hợp phụ gia 51

3.2 Các thí nghi ệm phục vụ tính toán, thiết kế 53

3.2.1 Thí nghi ệm trộn thử trong phòng xác định phụ gia phù hợp 53

3.2.2 Thí nghi ệm xác định hệ số thấm XMĐ 56

3.2.3 M ột số nhận xét rút ra từ thí nghiệm trong phòng 57

3.3 Thi ết kế phương án xử lý thấm bằng cọc XMĐ kết hợp phụ gia 58

3.3.1 Xác định hàm lượng, mật độ xử lý 58

3.3.2 K ết quả phân tích tính toán phương án chọn 62

3.3.3 K ết quả kiểm tra, đánh giá chất lượng chống thấm [9] 66

3.4 K ết luận Chương 3 70

K ẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 71

TÀI LI ỆU THAM KHẢO 73

DANH M ỤC BẢNG BIỂU

B ảng 3.1 Kết quả phân tích mẫu nước ngầm 54

DANH M ỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 B ản đồ vùng đồng bằng sông Cửu Long 4

Hình 1.2 B ản đồ phân vùng đất yếu ở đồng bằng Nam Bộ 6

Hình 1.3 Bơm bùn tại chỗ tạo sân phủ chống thấm thượng lưu cống Đá Bạc 10

Hình 1.4 Bơm bùn trong đồng tạo sân phủ chống thấm hạ lưu cống cái Cui 12

Hình 1.5 Liên k ết cừ thép và bản đáy cống để chống thấm 13

Hình 1.6 Ph ối cảnh phương án xử lý bằng cừ thép cống Sơn Đốc 2 14

Hình 1.7 M ặt bằng bố trí khoan phụt truyền thống để xử lý thấm, xói ngầm 16

Hình 1.8 C ắt ngang cống 17

Hình 2.1 Phương pháp xử lý sự cố thấm, xói ngầm nền và mang cống theo JG 22

Hình 2.2 Ảnh hưởng của thành phần hạt đến cường độ XMĐ 26

Hình 2.3 Ảnh hưởng của hàm lượng hữu cơ (axit humic) đến cường độ kháng cắt 28

Hình 2.4 Ảnh hưởng của pH đến cường độ kháng nén của XMĐ 28

Hình 2.5 Nguyên lý x ử lý chống thấm cho cống hiện hữu 31

Hình 2.6 Thi ết bị nén 3 trục thường được sử dụng trong các công trình sử dụng XMĐ 33

Hình 2.7 Thi ết bị nén mẫu XMĐ và hình ảnh phá hoại mẫu 34

Hình 2.8 Sơ đồ nguyên lý xác định hệ số thấm của XMĐ 35

Hình 2.9 Tường chống thấm XMĐ tạo bởi 1 hàng cọc 37

Hình 2.10 Tường chống thấm XMĐ tạo bởi 2 hàng cọc 37

Hình 2.11 Tuy ến chống thấm bố trí ở thượng lưu cống 38

Hình 2.12 Tuy ến chống thấm bố trí trong phạm vi thân cống 39

Hình 3.1 V ị trí cống Đá Bạc – Cà Mau 45

Hình 3.2 C ống Đá bạc - Cà Mau nhìn từ phía đồng 48

Hình 3.3 V ị trí xuất hiện đùn sủi phía sông, khi mực nước đồng cao 49

Hình 3.4 M ột vị trí hố sủi cuối bản đáy phía đồng, khi mực nước biển cao 50

Hình 3.5 Hư hỏng khớp nối trụ pin và lún sụt đất mố cống 50

Hình 3.6 Dây chuy ền thiết bị thi công JG 53

Hình 3.7 Ch ế bị mẫu thí nghiệm trong phòng 55

Hình 3.8 C ắt dọc cống Đá Bạc phương án xử lý 59

Hình 3.9 M ặt bằng cống Đá Bạc phương án xử lý 61

Hình 3.10 M ặt cắt dọc tính toán 63

Hình 3.11 Lưới điều kiện biên tính toán 64

Hình 3.12 Đường đẳng áp trong nền cống 64

Hình 3.13 Trường vận tốc thấm trong nền cống 65

Hình 3.14 Trường đẳng Gradient trong nền cống 65

Hình 3.15 Đo đường kính cọc XMĐ ở bên mang cống 66

Hình 3.16 M ẫu lõi khoan XMĐ 67

Hình 3.17 Sơ đồ đổ nước thí nghiệm xác định hệ số thấm 69

KÝ HI ỆU VÀ VIẾT TẮT

Qult : Sức chịu tải giới hạn của cọc xi măng đất

[M] : Moment giới hạn của cọc xi măng đất

Fs : Là hệ số an toàn

[S] : Độ lún giới hạn cho phép

∑ Si : Độ lún tổng cộng của móng cọc

as : Diện tích tương đối của cọc xi măng đất

Ecol : Mô đun đàn hồi của cọc xi măng đất

Ccol : Lực dính của cọc xi măng đất

φcol : Góc nội ma sát của cọc xi măng đất

Acol : Diện tích của cọc xi măng đất

Esoil : Mô đun đàn hồi của vùng đất yếu cần được gia cố

măng đất

Ctđ : Lực dính tương đương của nền đất yếu được gia cố

d : Đường kính cọc

B, L, H : Chiều rộng, chiều dài và chiều cao của nhóm cọc xi măng đất

hi : Bề dày lớp đất tính lún thứ i

eoi : Hệ số rỗng của lớp đất

Cri : Chỉ số nén lún hồi phục ứng với quá trình dỡ tải

Cci : Chỉ số nén lún

σ’vo : Ứng suất do trọng lượng bản thân

Δσ’v :Gia tăng ứng suất thẳng đứng

σ’p : Ứng suất tiền cố kết

Qp : khả năng chịu tải mỗi cột trong nhóm cọc

ffs : Hệ số riêng phần đối với trọng lượng đất

fq : Hệ số riêng phần đối với tải trọng ngoài

cu : Lực dính của cọc xi măng – đất và đất nền khi đã gia cố

Δl : Chiều dài cung trượt tương ứng

xi : Cánh tay đòn của mảnh thứ I so với tâm quay

wi : Trọng lượng của mảnh thứ i

φi : Góc ma sát trong của lớp đất

Ltb : Độ sâu hạ cọc trong đất kể từ đáy đài

Q : Khối lượng đất ở trạng thái tự nhiên

t : Tỉ lệ xi măng dự kiến

M Ở ĐẦU

1 Tính c ấp thiết của đề tài

- Đồng bằng sông Cửu long có vị trí quan trọng trong nền kinh tế đất nước, đây là vựa lúa và là nơi xuất khẩu thủy sản lớn nhất cả nước Chính vì vậy, Nhà nước hết sức quan tâm đầu tư các hệ thống hạ thầng, đặc biệt là công trình Thủy lợi Trong đó các công trình ngăn mặn, giữ ngọt để phục vụ cho sản xuất và nuôi trồng thủy sản như cống, kênh, đê, đập…đóng một vai trò rất quan trọng

Tuy nhiên, trong các năm vừa qua cống ngăn mặn, giữ ngọt chủ yếu chỉ được thiết

kế với tổ hợp chênh lệch hạ lưu và thượng lưu một chiều (mực nước cao trong đồng, thấp phía biển) Hơn nữa, do cống nằm trên lớp đất yếu có hệ số thấm nhỏ nên phần lớn cống không có kết cấu chống thấm, mà chỉ sử dụng bản đáy cống để chống thấm

Do đó, khi chế độ mực nước không có sự thay đổi thì các cống vẫn làm việc bình thường

Gần đây, do biến đổi khí hậu, đặc biệt là hạn hán kéo dài trong mùa khô Thêm vào

đó, việc xây dựng các công trình trên thượng nguồn sông Mê Công đã dẫn đến cạn kiệt nguồn nước hạ lưu Vì thế chế độ làm việc của hầu hết các cống đều thay đổi khác với thiết kế (mực nước biển cao, mực nước trong đồng thấp) Ngoài ra, như đã nêu trên cống không có kết cấu chống thấm Vì vậy, khi mực nước chênh cao trong thời gian dài đã dẫn đến phát sinh sự cố về thấm, xói ngầm nền và mang cống Nước biển xâm nhập qua đáy cống làm mặn toàn bộ hạ lưu ảnh hưởng đến dân sinh, kinh

tế ở khu vực hạ lưu Do đó, bài toán đặt ra làm làm thế nào giữ được cống, ngăn chặn được sự xâm nhập mặn và không để nước mặn làm ảnh hưởng đến cuộc sống của người dân ở hạ lưu

- Chính vì vậy, việc nghiên cứu ứng dụng cọc XMĐ kết hợp phụ gia để xử lý sự xâm nhập mặn cho cống ngăn mặn, giữ ngọt trong điều kiện địa chất là đất yếu, môi trường mặn và có chênh lệch mực nước cao giữa phía biển và trong đồng là hết sức cần thiết

2 M ục đích của Đề tài:

- Nghiên cứu được giải pháp xử lý sự cố về thấm bằng cọc xi măng đất cho cống ngăn mặn, giữ ngọt ở vùng Đồng bằng sông Cửu long Ứng dụng xử lý sự cố về thấm cho cống Đá Bạc – tỉnh Cà Mau;

- Làm tài liệu tham khảo việc xử lý sự cố do nguyên nhân thấm ở khu vực Đồng bằng sông Cửu Long

3 N ội dung nghiên cứu:

- Tổng quan được các giải pháp xử lý sự cố về thấm cho các cống trong điều kiện môi trường mặn, chênh lệch mực nước;

- Nghiên cứu, đề xuất được giải pháp xử lý sự cố cống ngăn mặn, giữ ngọt bằng công nghệ Jet grouting (JG) kết hợp phụ gia tạo tường XMĐ trong điều kiện đất yếu, môi trường mặn và có chênh lệch mực nước thượng và hạ lưu;

- Nghiên cứu áp dụng xử lý sự cố cống Đá bạc, huyện Trần Văn Thời, tỉnh Cà Mau

4 Cách ti ếp cận và phương pháp nghiên cứu:

- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Thu thập các tài liệu có liên quan về công nghệ

JG Tài liệu địa chất khu vực Cà Mau, tài liệu địa chất, địa chất thủy văn tại vị trí ứng dụng công nghệ Các giải pháp xử lý thấm truyền thống

- Phương pháp nghiên cứu trên thực địa: (1) Lấy mẫu nước để phân tích; (2) Lấy mẫu đất thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý để lựa chọn chủng loại xi măng phù hợp; (3) Tiến hành thí nghiệm thấm và lấy lõi và tiến hành thí nghiệm nén ở tuổi 14 và 28 ngày

- Phương pháp thí nghiệm trong phòng: Lấy đất và nước trên hiện trường, trộn mẫu XMĐ + phụ gia trong phòng thí nghiệm Tiến hành thí nghiệm xác định hệ số thấm, cường độ kháng nén qu ở tuổi ngày thiết kế

- Phương pháp mô hình toán: Mô phỏng bài toán xử lý thấm cho cống bằng phần mềm chuyên dụng, từ đó rút ra các kết luận cần thiết

5 Ph ạm vi, đối tượng nghiên cứu:

- Cọc xi măng đất thi công theo công nghệ Jet grouting (JG)

- Xử lý chống thấm cho cống ngăn mặn, giữ ngọt ở khu vực ĐB sông Cửu Long

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ SỰ CỐ THẤM CHO C ỐNG NGĂN MẶN, GIỮ NGỌT Ở ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG

1.1 Đặc điểm công trình ngăn mặn, giữ ngọt khu vực Đồng bằng sông Cửu long

1.1.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến công trình ngăn mặn, giữ ngọt

- Yếu tố địa lý: Cũng như các dạng công trình khác, công trình ngăn mặn giữ ngọt ở vùng Đồng bằng Sông Cửu Long chịu tác động lớn của yếu tố địa hình, địa chất, thủy văn-thủy lực Về mặt địa lý, công trình ngăn mặn, giữ ngọt ở khu vực ĐBS Cửu Long nằm trên địa bàn các tỉnh Long An, Tiền Giang, Bến Tre, Vĩnh Long, Trà

Vinh, Cần Thơ, Sóc Trăng, Bạc Liêu, Cà Mau, Kiên Giang, An Giang, Đồng Tháp, Hậu Giang với tổng diện tích tự nhiên 39.734 km2 chiếm 12,2 % diện tích tự nhiên của cả nước

Hình 1.1 Bản đồ vùng đồng bằng sông Cửu Long

- Đây là khu vực nằm ở phần cuối của bán đảo Đông Dương, liền kề với vùng kinh

tế trọng điểm phía Nam nên vùng có mối quan hệ hai chiều rất chặt chẽ và quan trọng Khu vực này cũng là khu vực chịu ảnh hưởng rất lớn sông Mê Công bắt nguồn từ Trung Quốc, qua các nước Đông Nam Á và về Việt Nam Đồng thời chịu tác động của thủy triều cũng như hệ thống sông ngòi, kênh rạch trong khu vực

-Yếu tố địa hình: Do vùng đồng bằng sông Cửu Long của Việt Nam được hình thành

từ những trầm tích phù sa và bồi dần qua những kỷ nguyên thay đổi mực nước biển; qua từng giai đoạn kéo theo sự hình thành những giồng cát dọc theo bờ biển Những hoạt động hỗn hợp của sông và biển đã hình thành những vạt đất phù sa phì nhiêu dọc theo đê ven sông lẫn dọc theo một số giồng cát ven biển và đất phèn trên trầm tích đầm mặn trũng thấp như vùng Đồng Tháp Mười, tứ giác Long Xuyên – Hà Tiên, tây nam sông Hậu và bán đảo Cà Mau Nên địa hình của vùng tương đối bằng phẳng, độ cao trung bình là 3÷5m, có khu vực chỉ cao 0,5÷1m so với mặt nước biển

Do ảnh hưởng của yếu tố này, nên thường cao trình đáy cống thường thấp hơn so với các khu vực khác

- Yếu tố địa chất: Vùng đồng bằng sông Cửu Long là vùng đồng bằng châu thổ của

hệ thống sông Mê Kông chảy vào nước ta Đây là vùng phân bố các trầm tích mềm yếu có bề dày lớn Theo [1], bao gồm các loại đất yếu có nguồn gốc từ: (1) Trầm tích nguồn gốc Biển; (2) Trầm tích nguồn gốc hỗn hợp sông – biển; (3) Trầm tích nguồn gốc đầm lầy ven biển; (4) Trầm tích nguồn gốc đầm lầy sông Viện Khoa học Thủy lợi Miền Nam căn cứ vào thành phần thạch học, cấu trúc địa chất chia đất yếu Đồng bằng Sông Cửu Long thành 5 khu vực (xem hình 1.2):

Về mặt công trình các loại đất yếu này đều có hệ số thấm nhỏ, khả năng chống thấm tốt, nên phần lớn cống ngăn mặn, giữ ngọt không có kết cấu chống thấm mà sử dụng luôn bản đáy, sân trước và sau làm kết cấu chống thấm Có thể nói, với chế độ làm việc như trước đây thì rất ít xảy ra các sự cố về thấm

Hình 1.2 Bản đồ phân vùng đất yếu ở đồng bằng Nam Bộ [1]

- Yếu tố thủy văn, sông ngòi: Với hệ thống hạ lưu sông Mê Công ở Việt Nam là

hai nhánh sông Tiền và sông Hậu tổng lượng nước sông Cửu Long là 500 tỷ mét khối Trong đó sông Tiền chiếm 79% và sông Hậu chiếm 21% Chế độ thuỷ văn thay đổi theo mùa Mùa mưa nước sông lớn vào tháng 9, tháng 10 làm ngập các vùng trũng Đồng Tháp Mười, Tứ giác Long Xuyên Về mùa này, nước sông mang nhiều phù sa bồi đắp cho đồng bằng Về mùa khô, lượng nước giảm nhiều, làm cho thuỷ triều lấn sâu vào đồng bằng làm vùng đất ven biển bị nhiễm mặn nghiêm trọng Đặc biệt, trong các mùa mùa khô hạn năm 2015, 2016, 2017 lượng nước ngọt trên các kênh, rạch sụt giảm nhanh chóng, xâm nhập mặn xảy

ra ở nhiều nơi Vấn đề này dễ gây hiện tượng xói ngầm nền, mang cống do cống làm việc với tổ hợp mực nước ngược chiều Dự báo, trong những năm sắp tới xu hướng này sẽ tiếp tục diễn ra với quy mô khốc liệt hơn Vì vậy, cần chuẩn bị trước các phương án để xử lý khi có sự cố xảy ra

1.1.2 Hệ thống công trình ngăn mặn, giữ ngọt

Hệ thống công trình ngăn mặn, giữ ngọt ở Đồng bằng sông Cửu Long bao gồm: (1) Hệ thống đê (bờ bao); (2) Công trình ngăn mặn, giữ ngọt Cụ thể như sau:

- H ệ thống đê (bờ bao): Cùng với các công trình thủy lợi được hình thành qua

hàng trăm năm, trong hơn 40 năm đầu tư xây dựng gần đây, ĐBSCL đã hình thành một hệ thống công trình thủy lợi khá hoàn chỉnh, từng bước đáp ứng yêu

cầu phát triển kinh tế-xã hội toàn vùng Nhiều tuyến đê đã phát huy tốt hiệu quả trong kiểm soát mặn và phòng tránh thiên tai Đặc điểm chung của các Đê bao,

bờ bao ở đồng bằng sông Cửu Long là công trình đa mục tiêu nhằm bảo vệ an toàn cho người dân, cơ sở hạ tầng, phát triển sản xuất, đồng thời biết tận dụng công trình kiểm soát lũ để lấy phù sa, thủy sản và vệ sinh đồng ruộng, cụ thể như sau:

+ H ệ thống đê biển, đê cửa sông: vùng ven biển và cửa sông ĐBSCL đã từng

bước hình thành hệ thống đê ngăn mặn, kiểm soát triều cường, sóng cao và đang nâng dần lên khả năng chống chọi với nước dâng do bão Nhiều tuyến đê đã phát huy tốt hiệu quả trong kiểm soát mặn và phòng tránh thiên tai, như các tuyến đê biển Tiền Giang, Trà Vinh, Sóc Trăng, Bạc Liêu, Kiên Giang… Các tỉnh Bến Tre, Cà Mau, tuy hệ thống đê biển chưa khép kín nhưng từng đoạn tuyến cũng

đã phát huy tác dụng tích cực trong bảo vệ sản xuất nông nghiệp;

+ H ệ thống kiểm soát lũ: Để kiểm soát lũ, hiện vùng ngập lũ ĐBSCL đã hình

thành hệ thống đê và bờ bao với tổng chiều dài khoảng 13.000 km, trong đó có 7.000 km bờ bao chống lũ tháng 8 để bảo vệ lúa Hè - Thu Ngoài ra còn có hơn

200 km đê bao giữ nước chống cháy cho các Vườn Quốc gia và rừng tràm sản xuất tập trung;

+ Kiểm soát mặn và triều cường:Vùng ven biển ĐBSCL đã xây dựng 450 km đê

biển, 1.290 km đê sông và khoảng 7.000 km bờ bao ven các kênh rạch nội đồng

để ngăn mặn, triều cường và sóng bão cho vùng ven biển

Ngoài việc ưu tiên đầu tư vào hệ thống đê biển, đê sông, vùng ĐBSCL còn đầu

tư vào các công trình phòng chống ngập úng ở các vùng trũng; đầu tư vào công tác trồng và bảo vệ rừng phòng hộ ven biển; tiếp tục đầu tư nghiên cứu, ứng

dụng các giống cây trồng, vật nuôi thích ứng với tình hình biến đổi khí hậu và nước biển dâng

Có thể đánh giá rằng, hệ thống công trình thủy lợi ở ĐBSCL được đầu tư xây dựng khá hoàn chỉnh, tuy nhiên sau một thời gian đi vào hoạt động nó cũng bộc

lộ một số hạn chế, đó là một số hệ thống công trình được xây dựng khá hoàn chỉnh nhưng việc quản lý vận hành hệ thống chưa được chú trọng, nhiều công trình chưa được đầu tư xây dựng đồng bộ, hầu hết các công trình, hệ thống công trình chưa đủ năng lực để ứng phó với biến đổi khí hậu, nước biển dâng và không có công trình, hệ thống công trình để chủ động ứng phó

- Công trình cống ngăn mặn, giữ ngọt: Hệ thống các công trình cống ngăn mặn,

giữ ngọt ở các tỉnh thuộc ĐBSCL đóng một vai trò rất quan trọng trong việc ngăn mặn, giữ ngọt, đã làm giảm đáng kể xâm nhập mặn từ biển vào nội đồng Kết hợp với các giải pháp để kiểm soát xâm nhập mặn như xây dựng hệ thống kênh rạch dẫn nước (khoảng 5000 km kênh được đào khắp các tỉnh, 45 công trình thủy lợi với mục đích giảm thiểu lũ lụt và ngăn mặn); hệ thống thủy nông Quản Lộ - Phụng Hiệp, hệ thống thủy lợi ngọt hóa và ngăn mặn ở tỉnh Bến Tre, cống đập Ba Lai và hệ thống đê biển cho toàn bộ hệ thống ven biển ĐBSCL Tuy nhiên tình hình xâm nhập mặn vẫn diễn biến phức tạp ảnh hưởng nghiêm

trọng đến lĩnh vực nông nghiệp, làm suy giảm tốc độ tăng trưởng kinh tế, đe dọa trực tiếp đến đời sống của hàng triệu người dân trong vùng; gần đây tình trạng sạt lở bờ sông, bờ biển, suy thoái rừng ngập mặn, sụt lún đất xảy ra hết sức nghiêm trọng, đe dọa trực tiếp đến an toàn của đê điều, cơ sở hạ tầng, ảnh hưởng

lớn đến đời sống của nhân dân ở nhiều địa phương, đặc biệt là tại các tỉnh An

Giang, Đồng Tháp, Bạc Liêu, Cà Mau, Sóc Trăng và thành phố Cần Thơ Tại các tỉnh ĐBSCL, dù thời gian qua đã được Trung ương đầu tư nhiều công trình

thủy lợi phục vụ sản xuất lúa, nuôi thủy sản… nhưng vẫn chưa thể đáp ứng đòi hỏi thực tế đặt ra, nhất là việc chủ động nguồn nước để phòng, chống hạn, mặn một cách hiệu quả Đặc biệt, đợt hạn hán và xâm nhập mặn lịch sử lần này cho

thấy nhu cầu hoàn thiện hệ thống thủy lợi cho vùng ĐBSCL hết sức cần thiết và

1.2 S ự cố thấm, xói ngầm nền và mang cống ở Đồng bằng sông Cửu Long

và gi ải pháp xử lý

Nhìn nhận, đánh giá một cách tổng quát đối với các sự cố công trình ngăn mặn, giữ ngọt ở Đồng bằng sông Cửu Long, thì cho đến nay tỷ lệ hư hỏng do nguyên nhân thấm gây ra chiếm một tỷ lệ không lớn so với các nguyên nhân khác như lún, trượt, vv… Nguyên nhân là do cấu trúc đất địa chất ở khu vực này có hệ số thấm nhỏ, khả năng chống thấm tốt, nên nhiều công trình không có kết cấu chống thấm riêng biệt

mà sử dụng luôn kết cấu bản đáy để chống thấm

Tuy nhiên, khi chế độ làm việc của cống thay đổi do vấn đề thủy văn, thủy lực thay đổi hoặc do nền đất yếu, khi thi công hố móng không vét hết lớp đất yếu trên bề mặt tại vị trí tiếp xúc với bản đáy cống….thì những khuyết tật này dễ gây ra sự cố thấm, xói ngầm nền và mang cống Gần đây, khi chế độ dòng chảy trên các hệ thống sông lớn ở Đồng bằng sông Cửu Long có nhiều thay đổi bất lợi, thêm vào đó do biến đổi khí hậu, nước biển dâng nên nguy cơ xảy ra sự cố đối với các công trình ngăn mặn,

giữ ngọt càng lớn Tuy nhiên, do trong một thời gian dài ít có dạng sự cố này nên việc nghiên cứu và đề xuất giải pháp mới để xử lý sự cố xói ngầm cống rất hạn chế

Do đó việc nghiên cứu, ứng dụng các công nghệ mới để xử lý sự cố rất cần thiết cho trước mắt và lâu dài

Qua tổng kết các giải pháp truyền thống đã áp dụng ở Đồng bằng Sông Cửu Long để

xử lý các sự cố về thấm cho cống ngăn mặn, giữ ngọt có thể lần lượt trình bày như sau:

Nhìn chung các cống có sự cố về thấm ở Đồng bằng sông Cửu Long đều có hiện tượng khớp nối giữa sân trước và sân sau với thân cống bị hỏng Thông thường, khe

hở này có thể đạt từ 5 ÷ 30 cm do chênh lệch lún lớn giữa sân trước và sân sau đối với thân cống Tại một số cống, thậm chí bê tông sân trước hoặc sau đã bị nứt, vỡ

Hình 1.3 Bơm bùn tại chỗ tạo sân phủ chống thấm thượng lưu cống Đá Bạc

Lý do là thông thường bản đáy cống được xử lý bằng cọc BTCT có chiều dài lớn để tận dụng ma sát bên hoặc đóng đến tận lớp sét cứng Vì vậy, thường độ lún thân cống rất nhỏ Trong khi đó, ở hầu hết các cống này sân trước và sân sau chỉ đều đóng bằng cọc tràm, nên độ lún thường là lớn Thường sau thời gian khoảng 10 năm đưa vào sử dụng thì bắt đầu có hiện tượng chênh lệch lún lớn giữa sân sau, sân trước với

thân cống Khi độ lún đạt đến mức độ nào đó thì có hiện tượng xé khớp nối nhựa đồng thời há phần tiếp giáp giữa sân trước, sân sau với thân cống

Để xử lý giải pháp thường áp dụng là sử dụng màng Geomembran mỏng hoặc vải nhựa trùm lên sân trước, sân sau và khớp nối Sau đó, bơm bùn tại chỗ vào khu vưc

đã trải nhựa Giải pháp này nhằm tăng sức cản thấm xuyên của lớp đất phủ phía thượng hoặc hạ lưu, lấp bịt khe hở khớp nối và kéo dài đường thấm do đó giảm lưu lượng và áp lực của dòng thấm ở nền công trình

Giải pháp này thích hợp khi không thể đóng được cừ do dị vật trong nền như đá hộc sót lại, cây dừa, cừ tràm,….khi thi công hố móng hoặc không phá bỏ được kết cấu trước hoặc sau cống Thông thường, kết cấu và kích thước sân chống thấm phải thỏa mãn các yêu cầu cơ bản như ít thấm nước, có tính mềm, dễ thích ứng với biến hình của nền, dùng một loại vật liệu Sân trước có thể làm bằng đất ít thấm tại chỗ, màng địa kỹ thuật chống thấm địa kỹ thuật, vvv… Chiều rộng của sân phụ thuộc vào độ chênh lệch nước thượng, hạ lưu, hệ số thấm của vật liệu làm sân, hệ số thấm của đất nền, chiều dày của sân, vvv Do dễ dàng trong thi công và tính chất cấp thiết cần ngăn chặn ngay nước mặn xâm nhập nội đồng, nên hầu hết các cống ở ĐBSCL đều

áp dụng ngay giải pháp này mỗi khi có sự cố về thấm, xói ngầm nền và mang cống Tuy nhiên, sau đó thì cần phải khắc phục bằng các giải pháp mang tính lâu dài

Ưu điểm của giải pháp là thi công dễ dàng, không đòi hỏi kỹ thuật phức tạp Nhân lực và vật lực đều có sẵn ở địa phương nên dễ dàng áp dụng

Nhược điểm của giải pháp là tạm thời để chống mặn ngay lập tức hoặc chỉ áp dụng ngay để chờ giải pháp khác có tính chất lâu dài Ngoài ra, việc thi công bơm bùn tạo màng chống thấm trong nước cũng đòi hỏi kinh nghiệm thực tế trong việc lựa chọn thời điểm bơm bùn, loại bùn thích hợp có khả năng lắng đọng để tạo màng chống thấm

Hình 1.4 Bơm bùn trong đồng tạo sân phủ chống thấm hạ lưu cống cái Cui

để cắt ngang các ống xói, hang xói do thấm Đồng thời kéo dài đường viền thấm để hạn chế dòng thấm Thông thường, để áp dụng được giải pháp này cho các cống bị

sự cố thấm, xói ngầm nền và mang cống ở ĐBSCL cần phải đắp đê quai thượng, hạ lưu Sau đó, tiến hành bơm khô, tát cạn hố móng Sau đó, tùy thuộc vào hiện trạng

hư hỏng để có giải pháp xử lý phù hợp:

- Nếu cống chống thấm bằng đáy cống, sân trước và sân sau mà bị hở khớp nối giữa

đáy cống và sân trước thì cần tiến hành phá bỏ một phần bê tông của 2 bộ phận kết cấu và làm lại khớp nối Đồng thời bổ sung chống thấm bằng cừ phía trước của sân trước hoặc phía sau sân sau, tùy thuộc chiều làm việc nào của cống là chủ yếu;

Cõ thÐp U15 nhùa ®­êng

(1) Đóng cừ chống thấm trong nước qua hệ thống định vị cố định trước trên mặt

nước Vị trí của cừ thường là khơng gian khe hở giữa bê tơng bản đáy và bê tơng sân trước hoặc sân sau;

(2) Dựng ván khuơn, đổ bê tơng vữa dâng trong nước trùm lên đoạn khơng gian khe

hở này, cũng là đồng thời trùm lên cả đầu cừ chống thấm

Nhiều trường hợp phải bắt buộc phá bỏ tồn bộ cống, làm lại cống mới Khi đĩ việc xem xét kết cấu chống thấm được xem xét cẩn thận

Bê ng vữ a dâ ng M300

Tấ m lá t má i BTCT M300 dà y 20cm Tườ ng chắ n só ng

Cừ Larssen III dà i 12m Tấ m đan là m vá n khuô n

Ố ng bơm bê tô ng vữ a dâ ng

(tậ n dụng từ tấ m đan gỡ bỏ )

Hà ng cừ Larsen III, L = 9m

(Đã thi cô ng)

Cừ vá n thé p PU 6, L= 9m

(Đã thi cô ng)

Hình 1.6 Phối cảnh phương án xử lý bằng cừ thép cống Sơn Đốc 2

Tùy vào điều kiện và giải pháp cụ thể để sử dụng cừ thép, cừ nhựa, cừ bê tơng cốt thép (thường hoặc dự ứng lực) như đã đề cập ở trên Ngồi ra, tùy thuộc vào từng kiểu hư hỏng và mức độ hư hỏng, để chọn loại ván cừ là phẳng, chữ U, chữ Z, liên kết với nhau bằng khớp nối tam giác, hình thang, vv cho phù hợp Cĩ thể nĩi rằng, mỗi một loại cừ đều cĩ phạm vi ứng dụng, ưu nhược điểm nhất định Việc lựa chọn loại cừ nào để sửa chữa sự cố đều phải căn cứ vào hiệu quả kinh tế-kỹ thuật Nhưng

cĩ thể nhận định chung rằng:

- Cừ thép đắt tiền và cơng nghệ hạ cừ phức tạp nên chỉ được dùng trong các cơng trình lớn Ưu điểm nổi bật của cừ thép là sự kín nước rất tốt, chiều sâu chơn cừ lớn

Cừ thép có thể đóng sâu 25m, khi dùng biện pháp hàn nối có thể đóng sâu đến 40m

Hình 1.7 Thi công cừ thép xử lý sự cố thấm cống Tham Lương

- Cừ bê tông cốt thép có thể kết hợp vừa chống thấm vừa chịu lực, nhưng hiệu quả chống thấm kém do độ kín khít giữa các thanh cừ Để tạo được sự kín nước tốt yêu cầu phải có thiết bị hạ cừ rất chuyên dụng và kinh nghiệm thi công thuần thục

- Cừ bản nhựa là một giải pháp thay thế cho các loại cừ thép, do sự kín nước tốt và giá thành rẻ hơn nhiều cừ thép Cừ bản nhựa được sản xuất từ PVC tuyến tính, không bị ăn mòn trong môi trường nước mặn, có gân gia cường để tăng độ bền, kết cấu thuận tiện cho thi công, độ bền kéo Ok = 42 N/mm2, độ bền nén On = 78÷85 N/mm2, độ bền uốn Ok = 68÷70 N/mm2 Hiện nay đã có nhiều sản phẩm polime địa

kỹ thuật bền vững trong môi trường ngầm dưới đất được ứng dụng rất hiệu quả Tuy nhiên, cừ nhựa không dùng được trong mọi loại đất nền, nên thường chỉ ứng dụng tại nơi đất yếu có trạng thái từ dẻo chảy đến dẻo mềm, không có các dị vật trong nền như đá, thân cây,vvv….cũng cần lưu ý rằng chiều sâu sử dụng tương đối hạn chế và thường bị cong vênh do nhiệt độ và quá trình vận vận chuyển Vì thế, đối với việc xử

lý sự cố do thấm, cừ nhựa cũng ít khi được sử dụng trừ những công trình có điều kiện phù hợp như đã nêu ở trên

1.2.3 Chống thấm bằng khoan phụt truyền thống

Khoan phụt truyền thống (Compact grouting) dạng một nút hoặc hai nút bằng vữa xi măng cát cũng được áp dụng để xử lý cho một số cống bị sự cố thấm, xói ngầm nền

và mang cống ở Đồng bằng sông Cửu Long

Giải pháp này, dựa trên nguyên lý dùng áp lực phụt để đẩy vữa xi măng cát vào những vị trí bị rỗng, để lấp nhét, biện pháp bố trí các hố khoan phụt trên mặt bằng để

xử lý sự cố (xem hình 1.8)

Hình 1.8 Mặt bằng bố trí khoan phụt truyền thống để xử lý thấm, xói ngầm Mục đích của phương pháp là lấp nhét vào những chỗ bị rỗng dưới bản đáy và mang cống Đồng thời tạo ra tường chống thấm (xem hình 1.9)

Hình 1.9 Cắt ngang cống Ghi chú:

- Kí hiệu T & H tương ứng với hàng chống thấm ngoài cùng và sau cùng ở thượng lưu và hạ lưu cống

- Kí hiệu hàng G là hàng chống thấm đoạn giữa hàng T & H

Ưu điểm của phương pháp là thiết bị đơn giản, gọn nhẹ có thể sản xuất trong nước Nguồn vật liệu phong phú, có sẵn trên địa bàn, cụ thể xi măng có rất sẵn và bentonit

có thể vận chuyển từ thành phố Hồ Chí Minh hoặc từ cơ sở sản xuất tại Đà Lạt Nhược điểm của phương pháp là việc khoan phụt trong đất có lượng hạt mịn lớn, hệ

số thấm nhỏ như các loại đất sét, đất bùn yếu là không hiệu quả Do vật liệu phụt rất khó khăn khi thâm nhập, điền đầy vữa vào các chỗ rỗng trong đất Do đó tổng kết các công trình bị khoan phụt cho thấy, thực tế hầu hết các cống bị thấm, xói ngầm xử

lý theo phương pháp này đều không triệt để Dễ làm hư hỏng các kết cấu khác như tấm lát, bê tông trên mang cống do vữa trồi lên Việc khoan phụt dưới nước ở mang cống hoặc dưới đáy cống không đạt hiệu quả như mong muốn Tóm lại, nhìn chung giải pháp này hiệu quả kém, không đáp ứng được yêu cầu đề ra Do vậy ở Đồng

bằng sông Cửu Long nó ít khi được sử dụng một cách độc lập, chủ yếu được sử dụng kết hợp với các giải pháp xử lý khác

Ở Đồng bằng sông Cửu Long đã có một số công trình không tìm được giải pháp xử

lý, nên sau đó một thời gian đã phải hoành triệt Tại một số cống khác, với giải pháp làm sân phủ tạm bằng vật liệu tại chỗ như trình bày trên, chỉ được một thời gian ngắn, lại tiếp tục làm lại sân phủ chống thấm Vì vậy, sau thời gian từ 3÷5 năm, cũng phải hoành triệt cống và xây lại cống mới Vị trí cống mới có thể cùng vị trí cống cũ, nhưng hầu hết được lùi về phía hạ lưu

Hình 1.10 Thi công cống Bảy Miến (mới) tại vị trí hoành triệt cống cũ bị hỏng

do thấm Khi được làm lại mới, giải pháp chống thấm sử dụng khá đa dạng như chống thấm bằng cách kéo dài bản đáy, sân trước và sân sau; chống thấm bằng cách đóng cừ thép, cừ nhựa, cừ bê tông cốt thép, vvv…

1.3 K ết luận Chương 1

Do ảnh hưởng của điều kiện tự nhiên như đất yếu, hệ thống kênh rạch chằng chịt, khó khăn cho công tác vận chuyển Điều kiện về chế độ thủy văn, thủy lực cũng khác với khu vực khác Chính vì vậy các giải pháp xử lý thấm, xói ngầm nền và

mang cống cũng có nhiều điểm khác biệt so với nhiều nơi khác Tuy nhiên, cả ba giải pháp truyền thống thường được sử dụng ở Đồng bằng sông Cửu Long như đã trình bày ở trên nhìn chung đều chưa đáp ứng được yêu cầu thực tế Vì vậy, cần nghiên cứu những giải pháp mới nhằm đáp ứng mục tiêu đề ra

Xử lý sự cố công trình, đặc biệt các sự cố về thấm nói chung và đối với sự cố do thấm qua nền và mang cống nói riêng chưa bao giờ là dễ dàng Có thể nói rằng, kể từ sau khi giải phóng cho đến những năm 2015, sự cố thấm, xói ngầm nền và mang cống ở khu vực này hầu như không có Kể từ năm 2015, do việc xây dựng thủy điện, thủy lợi trên dòng sông chính Mê Công của các nước như Trung Quốc, Campuchia, Lào, Thái Lan, vv… đã làm cho chế độ dòng chảy thay đổi Nước ngọt không về mà điều kiện khí hậu trong mùa khô lại cực đoan, mưa ít do đó làm thay đổi chế độ vận hành của công trình Trước đây, các cống được thiết kế với tổ hợp giữ ngọt là chính thì nay chuyển sang ngăn mặn là chính Do vậy, rất nhiều cống đã bị xói ngầm nền, mang cống làm ảnh hưởng lớn đến sinh hoạt và sản xuất của nhân dân

Việc sử dụng các giải pháp xử lý thấm, xói ngầm công trình ngăn mặn, giữ ngọt truyền thống như đã nêu trên có nhiều hạn chế, không đáp ứng được các yêu cầu đề

ra như: (1) Kinh phí tốn kém; (2) Thời gian thi công lâu; (3) Cản trở giao thông đường thủy Chính vì vậy, việc nghiên cứu ứng dụng các công nghệ mới như công nghệ JG để xử lý sự cố công trình ngăn mặn, giữ ngọt do nguyên nhân thấm, nhằm khắc phục các nhược điểm nêu trên

Ứng dụng công nghệ JG để xử lý sự cố về thấm cho đê và cống dưới đê không phải

là vấn đề mới Từ năm 2005, qua đề tài 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”, Viện Thủy Công đã thực hiện xử lý sự cố thấm và xói ngầm nền, mang cống cho khoảng 40 cống dưới đê thuộc hệ thống sông Hồng Với nguyên lý xử lý đơn giản, đó là khoan những lỗ nhỏ trên đáy cống (không làm ảnh hưởng đến kết cấu cống), rồi ứng dụng công nghệ JG tạo ra các cọc XMĐ, các cọc này giao cắt với nhau để tạo ra tường chống thấm (xem hình 2.1) Nhờ cách làm này nhiều sự cố lớn nổi tiếng trong ngành thủy lợi như: cống Tắc Giang-Hà Nam; cống Văn Trai & Đào

Xá- Hà Nội đã được xử lý một cách thuận lợi Tuy nhiên, đó là các cống ở Miền Bắc nơi điều kiện địa chất là cát và không bị ảnh hưởng mặn, việc tạo ra tường chống thấm không gặp nhiều khó khăn

Đối với Đồng bằng sông Cửu Long nói chung và Cà Mau nói riêng, việc xử lý sự cố thấm, xói ngầm nền và mang cống bằng công nghệ JG khác hẳn với ở khu vực miền Bắc, những điểm khác biệt đó là: (1) Nền đất yếu, nhiễm mặn, pH thấp dẫn đến cọc XMĐ tạo ra rất dễ có khuyết tật ảnh hưởng đến tường chống thấm; (2) Điều kiện giao thông đi lại để vận chuyển thiết bị, vật liệu gặp nhiều khó khăn Trong đó, việc nghiên cứu loại chất kết dính và phụ gia phù hợp với đất nền quyết định đến sự thành công của phương án xử lý

Chính vì vậy, việc nghiên cứu này góp phần làm sáng tỏ ưu nhược điểm của cọc XMĐ thi công theo công nghệ JG so với các phương án truyền thống, qua đó thúc đẩy việc ứng dụng công nghệ để xử lý các sự cố về thấm, xói ngầm nền và mang cống của địa phương, mà theo đánh giá là những sự cố này sẽ tiếp tục tăng lên qua các mùa khô sắp tới (khi đang viết luận văn này thì một số công trình lớn như cống Sơn Đốc 2-Tiền Giang và cống Tham Lương – Cà Mau cũng đang bị sự cố xói ngầm nền và mang cống nặng nề và cũng đang phải thiết kế phương án xử lý)

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ KHOA HỌC XỬ LÝ THẤM BẰNG CỌC XI MĂNG ĐẤT KẾT HỢP PHỤ GIA

2.1 M ục đích, yêu cầu và cơ sở khoa học xử lý sự cố thấm

Như đã nêu trên, vai trò của cống ngăn mặn, giữ ngọt là không thể thiếu trong việc phòng, chống hạn hán và xâm nhập mặn, để phục vụ sản xuất Chính vì vậy, trên hầu hết ở các cửa sông (kênh, rạch) thông với biển, đều có các cống ngăn mặn để phục

vụ sản xuất Nhìn chung các cống này khi thiết kế đều có các đặc điểm sau:

- Tổ hợp mực nước thiết kế thường có mực nước trong đồng cao, phía biển thấp Chống thấm bằng chiều dài bản đáy cống hoặc kết hợp bản đáy với sân thượng, hạ lưu

- Công trình nằm hoàn toàn trên nền đất yếu, hệ số thấm rất nhỏ Nền đất nhiễm mặn

do nước biển

- Việc xử lý hố móng khô hết sức khó khăn do đất yếu, vì thế tồn tại rất nhiều khuyết tật trong nền đất ở vị trí tiếp giáp bản đáy công trình, do không thể thi công nạo vét hết bùn lỏng

Nhìn chung với thiết kế bình thường, khi chế độ mực nước không có sự thay đổi thì hầu hết công trình vẫn làm việc bình thường (chế độ ngăn mặn, giữ ngọt nước trong đồng cao, phía biển thấp) Tuy nhiên, khi hạn hán kéo dài và việc xây dựng các công trình trên sông Mê Kông đã dẫn đến cạn kiệt nguồn nước hạ lưu Vì thế chế độ làm việc của hầu hết các cống đều thay đổi khác so với với thiết kế (mực nước biển cao, mực nước trong đồng thấp) Thêm vào đó, các khuyết tật trong nền đất ở vị trí tiếp giáp bản đáy với mực nước chênh cao trong thời gian dài đã đẫn đến sự cố về thấm Nước biển xâm nhập qua đáy cống làm mặn toàn bộ hạ lưu ảnh hưởng đến dân sinh, kinh tế ở khu vực hạ lưu

Để hạn chế các ảnh hưởng bất lợi đối với sản xuất do nước mặn xâm nhập khi cống

hưởng đến kết cấu cống, ngăn chặn được sự xâm nhập mặn ở hạ lưu cống là mục đích nghiên cứu của luận văn này

Hình 2.1 Phương pháp xử lý xói ngầm nền và mang cống theo JG

- Yêu cầu tạo màng chống thấm bằng công nghệ JG: Như đã nêu trong chương 1, bằng cách khoan những lỗ nhỏ trên đáy cống với khoảng cách thích hợp (không làm ảnh hưởng kết cấu cống và đảm bảo khoảng cách giao cắt giữa các cọc), sau đó sử dụng công nghệ JG để tạo ra các cọc XMĐ, các cọc này giao cắt với nhau để tạo ra tường chống thấm Tường chống thấm bằng vật liệu XMĐ tạo ra một màng chống thấm xuyên suốt từ mang cống qua đáy cống hoặc chỉ cần qua đáy cống tùy thuộc vào hiện trạng sự cố của cống Nhưng thông thường là yêu cầu màng chống thấm trong mang cống có chiều rộng từ 1/3 ÷2/3 bề rộng đáy cống, tính từ mép ngoài

tường bên thân cống (xem hình 2.1) Ngoài ra cần phải lựa chọn được vật liệu và phụ gia thích hợp để tạo được tường chống thấm trong điều kiện đất nhiễm mặn, hàm lượng hữu cơ cao

- Về điều kiện thi công: Có thể nói đặc trưng nhất của Đồng bằng sông Cửu Long nói chung và tỉnh Cà Mau nói riêng Đặc biệt là trong điều kiện cống Đá Bạc (Công trình yêu cầu xử lý trong luận văn này) là sự khó khăn đối với công tác vận chuyển người, thiết bị, vật liệu,vv….Như đã biết do điều kiện ở vùng kênh rạch chằng chịt, việc vận chuyển chủ yếu bằng đường sông Tuy nhiên, do quy hoạch không đồng bộ cũng như nhiều công trình cầu trên kênh rạch do người dân tự làm, bề rộng nhỏ, độ dốc lớn, nên công tác vận chuyển cả đường bộ lẫn đường thủy cũng hết sức khó khăn Do vậy, trước hết cần yêu cầu thiết bị, máy móc thi công cần gọn nhẹ để việc vận chuyển thuận lợi

- Về điều kiện vật liệu xây dựng: Điều kiện tự nhiên của khu vực này nhìn chung không thuận lợi về nguồn vật liệu Theo đánh giá, trữ lượng khoáng sản không đáng

kể Đá vôi phân bố ở Hà Tiên, Kiên Lương dạng núi vách đứng với trữ lượng 145 triệu tấn Phục vụ sản xuất xi măng, vôi Cát sỏi khai thác dọc sông Vàm Cỏ, sông

Mê Kông trữ lượng khoảng 10 triệu mét khối Than bùn ở U Minh, Cần Thơ, Sóc Trăng, tứ giác Long Xuyên Ngoài ra còn các khoáng sản khác như đá, suối khoáng

… Như vậy, có thể nói hầu như không có các mỏ vật liệu về cát, sỏi, đá vôi, vv… để làm nguồn vật liệu xây dựng Vì vậy, điều kiện thứ hai phải sử dụng được vật liệu tại chỗ hoặc loại vật liệu có sẵn tại địa phương

- Công trình sau thi công xử lý đảm bảo an toàn với tổ hợp mực nước hai chiều, bền vững lâu dài và kinh tế: Với phương án mà hiện nay hầu hết các địa phương ở Đồng bằng sông Cửu Long vẫn thường áp dụng là hoành triệt cống bằng cách đắp đê quai hai đầu, sau đó tùy thuộc vào mức độ hư hỏng để xử lý tiếp Đối với những cống hư hỏng nhẹ thì phá sân thượng hoặc hạ lưu, sau đó đóng cừ thép để ngăn chặn dòng thấm Với những loại công trình này, việc xử lý không bền vững, chỉ được vài năm thì đâu lại vào đó Đối với những cống phá hoại nặng thì phá dỡ, làm công trình mới

Cá biệt, có những công trình do không có kinh phí để xử lý, cứ đến mùa lại đắp đê

quai để ngăn mặn, hết mùa lại dỡ bỏ, hết sức tốn kém Điều kiện thứ 3 đặt ra, phải giữ được cống, nhưng vẫn đảm bảo chống thấm Việc xử lý chỉ một lần, nhưng đảm bảo khả năng bền vững lâu dài

2.1.3.1 Hình thành v ật liệu chống thấm

Theo Diamond và Kinter, 1965; Assarson và nnk, 1974, khi trộn xi măng với đất, có

3 quá trình xảy ra, đó là:

- Quá trình Hydrat hoá

- Quá trình trao đổi ion

- Phản ứng Puzơlan hoá

Trong quá trình hydrat hoá, nước trong hỗn hợp sẽ được xi măng hút và tạo ra Hidroxit Canxi Ca(OH)2 Nồng độ Hidroxit Canxi trong nước làm tăng sự tập trung điện tử và pH của nước lỗ rỗng, kết quả là các điện tích Ca++ sẽ hút vào các hạt đất mang điện tích âm (Assarson và nnk, 1974) Sự trao đổi ion như vậy làm kết bông các hạt đất Cường độ kháng cắt của xi măng - đất tăng lên từ từ theo thời gian, chủ yếu do kết quả của phản ứng puzơlan hoá Hydroxit Canxi trong đất sẽ phản ứng với puzơlan (Silicat và nhôm) tạo ra vật liệu xi măng hoá Cần chú ý rằng, nếu một hỗn hợp đất sét và chất gia cố được trộn sơ bộ, các hạt đất sét sẽ hình thành các huyền phù bao bọc bởi vữa Đây là quá trình biến đổi hoá lý phức tạp, chia làm hai thời kỳ: thời kỳ ninh kết và thời kỳ rắn chắc Trong thời kỳ ninh kết, vữa xi măng mất dần tính dẻo và đặc dần lại nhưng chưa có cường độ Trong thời kỳ rắn chắc, chủ yếu xảy

ra quá trình thuỷ hoá các thành phần khoáng vật của clinke, gồm silicattricalcit 3CaO.SiO2, silicat bicalcit 2CaO.SiO2, aluminat tricalcit 3CaO.Al2O3, fero-aluminat tetracalcit, 4CaO.Al2O3Fe2O3:

3CaO.SiO2 + nH2O => Ca(OH)2 + 2CaO.SiO2(n-1)H2O

2CaO.SiO2 + mH2O => 2CaO.SiO2mH2O

3CaO.Al2O3 + 6H2O => 3CaO.Al2O3.6H2O

4CaO.Al2O3Fe2O3 + nH2O => 3CaO.Al2O3.6H2O +CaO.Fe2O3.mH2O