Nghiên cứu tính hợp lý của các giải pháp chống thấm cho công trình cống sông rớ, tỉnh quảng ngãi

LỜI CẢM ƠN Qua quá trình nỗ lực phấn đấu học tập và nghiên cứu của bản thân cùng với sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô giáo Trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng và các bạn bè đồng nghiệp,

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

LỜI CẢM ƠN

Qua quá trình nỗ lực phấn đấu học tập và nghiên cứu của bản thân cùng với sự

giúp đỡ tận tình của các thầy cô giáo Trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng và các bạn

bè đồng nghiệp, luận văn thạc sỹ “Nghiên cứu tính hợp lý của các giải pháp chống

thấm cho công trình cống sông Rớ - tỉnh Quảng Ngãi” đã được tác giả hoàn thành

Để có được thành quả này, tác giả xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới

TS.Nguyễn Văn Hướng đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo và cung cấp các thông tin khoa

học cần thiết trong quá trình thực hiện luận văn Tác giả xin chân thành cảm ơn các

thầy giáo, cô giáo Khoa Xây dựng Thủy lợi - Thủy điện của trường Đại học Bách

Khoa Đà Nẵng đã giảng dạy, tạo điều kiện giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình thực

hiện luận văn

Mặc dù đã hết sức cố gắng nhưng do hạn chế về thời gian, kiến thức khoa học và

kinh nghiệm thực tế của bản thân tác giả nên luận văn không thể tránh khỏi những

thiếu sót Tác giả rất mong nhận được ý kiến đóng góp và trao đổi chân thành giúp tác

giả hoàn thiện hơn đề tài của luận văn

Xin trân trọng cảm ơn!

Quảng Ngãi, tháng năm 2019

Phan Minh Hoành

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi

Các số liệu và kết quả tính toán đưa ra trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả luận văn

Phan Minh Hoành

NGHIÊN CỨU TÍNH HỢP LÝ CỦA CÁC GIẢI PHÁP CHỐNG THẤM CHO CÔNG TRÌNH CỐNG SÔNG RỚ, TỈNH QUẢNG NGÃI

Mã số: 60.58.02.02 Khóa: K35 Trường đại học Bách Khoa – Đại học Đà Nẵng

Tóm tắt – Xâm nhập mặn là một trong những biểu hiện của biến đổi khí hậu tác

động mạnh mẽ đến đời sống của toàn thể nhân dân vùng ven biển, ảnh hưởng nghiêm trọng đến quá trình sản xuất, canh tác của địa phương, … Với những tác động ấy, cống ngăn mặn sông Rớ đã được triển khai và xây dựng trên địa bàn huyện Đức Phổ, tỉnh Quảng Ngãi với 2 nhiệm vụ cơ bản là chống mặn và đảm bảo quá trình thoát lũ cho hạ

du Trong đó, nghiên cứu về chống thấm cho nền công trình là một vấn đề cần thiết, cấp bách nhằm giảm thiểu áp lực và lưu lượng thấm từ biển vào, giảm độ mặn của nước, đảm bảo an toàn và hiệu quả cho công trình Tuy nhiên, hiện nay có khá nhiều các phương pháp chống thấm nền công trình được áp dụng trên toàn thế giới trong đó

có thể kể đến như: Cọc xi măng đất, Cừ thép, Jet grountig, … Do vậy, đề tài “nghiên cứu tính hợp lý của các giải pháp chống thấm cho công trình cống sông Rớ đã được tác giả hoàn thành Đây là cơ sở lý luận khoa học mới nhất trong việc đánh giá tác động

và xác định phương án chống thấm tối ưu nhất cho công trình, đảm bảo tốt về điều kiện kỹ thuật và kinh tế

Từ khóa – Xâm nhập mặn, thấm, cọc xi măng đất, cừ thép, Jet grounting

STUDY THE RATIONALITY OF WATERPROOFING SOLUTIONS FOR RO

RIVER SLUICE CONSTRUCTIONS, QUANG NGAI PROVINCE

Abstract – Saline intrusion is one of the manifestations of climate change that has

a strong impact on the lives of all coastal people, seriously affecting the production and cultivation processes of the locality, etc In that area, Re river saline prevention sluice gate has been deployed and built in Duc Pho district, Quang Ngai province with

2 basic tasks of preventing salinity and ensuring flood drainage for downstream In particular, research on waterproofing for buildings is an urgent and urgent issue to minimize pressure and flow infiltration from the sea, reduce the salinity of water, ensure safety and efficiency for the project However, currently there are many methods of waterproofing the foundation applied all over the world, including: soil cement piles, Cu steel, Jet grountig, Therefore, the topic "research save the reasonableness of waterproofing solutions for the Re river sewer completed by the author This is the latest scientific rationale in assessing the impact and determining the best waterproofing plan for the project, ensuring good technical and economic conditions

Key words – Saline intrusion, seepage, soil cement piles, steel piles, Jet grounting

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN 3

LỜI CAM ĐOAN 4

MỤC LỤC 6

DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU 9

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 10

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Mục tiêu nghiên cứu 1

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 1

4 Phương pháp nghiên cứu 2

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 2

6 Cấu trúc của luận văn 2

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU 3

1.1 Khái quát chung về khu vực nghiên cứu 3

1.1.1 Vị trí công trình 3

1.1.2 Điều kiện tự nhiên 4

a Điều kiện về địa hình, địa mạo 4

b Đặc điểm địa chất 4

c Điều kiện địa chất thủy văn 6

1.1.3 Đặc điểm khí hậu, khí tượng 6

a Điều kiện về khí hậu 6

b Các đặc trưng về khí tượng 7

1.1.4 Điều kiện thủy hải văn 9

a Đặc điểm mạng lưới sông ngòi 9

b Chế độ thủy triều 9

c Chế độ nước vùng dự án 10

1.2 Điều kiện dân cư – hạ tầng 10

1.2.1 Tình hình dân cư 10

1.2.2 Tình hình phát triển kinh tế 10

a Về nông nghiệp 10

b Về lâm nghiệp 11

c Về nuôi trồng thủy sản 11

d Công nghiệp - xây dựng, Thương mại – Dịch vụ 11

e Giao thông 11

1.3 Tình hình thiên tai khu vực dự án 11

1.3.1 Ngập úng 11

1.3.2 Hạn hán 12

1.3.3 Nhiễm mặn 12

1.4 Đánh giá hiện trạng khu vực dự án 12

1.4.1 Vị trí xây dựng 12

1.4.2 Nhiệm vụ của công trình 13

1.4.3 Thông số kỹ thuật cống sông Rớ 13

CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT BÀI TOÁN THẤM DƯỚI NỀN CỐNG 15

2.1 Sự hình thành dòng thấm 15

2.2 Vấn đề nghiên cứu dòng thấm 15

2.3 Phương pháp nghiên cứu 16

2.3.1 Nghiên cứu lý luận 16

2.3.2 Nghiên cứu thực nghiệm 17

2.3.3 Phương pháp phần tử hữu hạn 18

2.3.4 Áp dụng phương pháp PTHH cho bài toán thấm 20

a Phương trình dòng chảy ổn định trong môi trường đất bão hòa nước 20

b Phương trình dòng chảy không ổn định trong môi trường đất bão hòa 22

CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP KỸ THUẬT THIẾT KẾ XỦ LÝ CHỐNG THẤM QUA NỀN CỐNG NGĂN MẶN TẠI VÙNG CỬA SÔNG 26

3.1 Sự cần thiết phải nghiên cứu 26

3.2 Một số giải pháp giải pháp kỹ thuật chống thấm qua nền cống 27

3.2.1 Cọc xi măng đất 27

a Lịch sử hình thành 27

b Khái niệm và phân loại 28

c Phạm vi ứng dụng 29

d Ưu điểm nổi bật của cọc xi măng đất 29

3.2.2 Công nghệ Jet – Grouting 29

3.2.3 Cừ Larsen 31

3.3 Phân tích các phương án xử lý đã đề xuất trước đây 33

3.4 Đề xuất giải pháp cho công trình nghiên cứu 35

CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG BÀI TOÁN THẤM - ỨNG SUẤT NỀN SỬ DỤNG MÔ HÌNH GEO STUDIO 38

4.1 Tổng quan về mô hình 38

4.1.1 SEEP/W: Phân tích dòng thấm trong đất 38

a Định luật Darcy 39

b Phương trình vi phân dòng nước từng phần 39

4.1.2 SIGMA/W: Phân tích ứng suất – biến dạng 41

4.2 Áp dụng tính toán cho cống ngăn mặn sông Rớ 43

4.2.1 Nhiệm vụ tính toán 43

4.2.2 Kịch bản tính toán 44

4.2.3 Xây dựng mô hình tính toán sử dụng GeoStudio (Canada) 44

a Mô tả mặt cắt tính toán 44

b Khai báo hàm thấm 46

c Lưới tính toán 48

d Điều kiện biên bài toán 48

e Chạy mô phỏng 49

f Kết quả mô phỏng 49

4.2.4 Đánh giá và nhận xét 56

a Bài toán thấm 56

b Bài toán biến dạng nền 57

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 58

I Kết luận 58

II Kiến nghị 58

TÀI LIỆU THAM KHẢO 60 PHỤ LỤC 1: XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN THÂN CỐNG

PHỤ LỤC 2: SƠ BỘ BỐ TRÍ CỌC XI MĂNG ĐẤT

DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1: Các chỉ tiêu cơ lý của đất công trình 5

Bảng 1.2: Các đặc trưng nhiệt độ không khí 7

Bảng 1.3: Các đặc trưng về độ ẩm không khí 7

Bảng 1.4: Bức xạ tổng cộng thực tế tháng và năm (Kcal/cm2) 8

Bảng 1.5: Thống kê giờ nắng trong năm 8

Bảng 1.6: Tình hình dân sinh xã Phổ Minh 10

Bảng 1.7: Thông số kết cấu cống sông Rớ 13

Bảng 3.1: Thông số kết cấu cống sông Rớ 33

Bảng 4.1: Tính chất cơ lý của đất nền cống ngăn mặn sông Rớ 46

Bảng 4.2: Tổng hợp kết quả tính toán bài toán thấm cho 3 trường hợp 51

Bảng 4.3: Kết quả tổng hợp tính toán chuyển vị nền tại vị trí đáy cống 56

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Vị trí khu vực nghiên cứu 3

Hình 1.2 Vị trí khu vực nghiên cứu (Ảnh chụp ngày 22/04/2019) 12

Hình 1.3: Cống sông Rớ nhìn từ sông Trường 13

Hình 1.4: Thi công phần cửa cống 14

Hình 1.5: Thi công phần trụ 14

Hình 1.6: Bề rộng cống 14

Hình 1.7: Vị trí tiếp giáp với sông Trường 14

Hình 2.1: Dòng thấm trong môi trường lỗ rỗng hoặc khe nứt 15

Hình 2.2: Mô hình thí nghiệm thấm bằng máng kính 17

Hình 2.3: Thí nghiệm thấm khe hẹp 17

Hình 2.4: Sơ đồ phần tử 1 chiều 19

Hình 2.5: Sơ đồ phần tử 2 chiều 19

Hình 2.6: Sơ đồ phần tử 3 chiều 19

Hình 3.1: Công trình cống ngăn mặn ở tỉnh Bến Tre 26

Hình 3.2: PP trộn khô cọc xi măng đất 28

Hình 3.3: PP trộn ướt cọc xi măng đất 28

Hình 3.4 Quy trình xử lý nền bằng phương pháp Jet Grouting 30

Hình 3.7 Sơ đồ thiết bị dùng trong công nghệ Jet Grouting 31

Hình 3.9: Mặt cắt dọc cống sông Rớ 34

Hình 3.10: Phương án chống thấm bằng chân khay 35

Hình 3.11: Mặt cắt thiết kế chống thấm bằng cừ Larsen 36

Hình 3.12: Mặt cắt thiết kế chống thấm bằng Cọc xi măng đất – PP Jet Grounting 37

Hình 4.1: Bộ Module GeoStudio 38

Hình 4.2: Mô phỏng mặt cắt hiện trạng chân khay 44

Hình 4.3: Mô phỏng mặt cắt cống chống thấm bằng cừ Larsen 45

Hình 4.4: Mô phỏng mặt cắt cống chống thấm bằng Cọc xi măng đất 45

Hình 4.5: Ước tính giá trị hàm lượng nước 46

Hình 4.6: Ước tính giá trị hàm dẫn thủy lực 46

Hình 4.7: Khai báo giá trị hàm lượng nước tại lớp thứ 2 (đất cát) 47

Hình 4.8: Khai báo hàm dẫn thủy lực cho lớp thứ 2 (đất cát) 47

Hình 4.9: Khai báo lưới phần tử 48

Hình 4.10: Mô tả áp lực bản thân cống tác dụng lên nền cống 48

Hình 4.11: Biểu đồ Gradient thấm - Phương án 1 49

Hình 4.12: Biểu đồ tổng ứng suất - Phương án 1 49

Hình 4.13: Biểu đồ Gradient thấm - Phương án 2 50

Hình 4.14: Biểu đồ tổng ứng suất - Phương án 2 50

Hình 4.15: Biểu đồ Gradient thấm - Phương án 3 51

Hình 4.16: Biểu đồ tổng ứng suất - Phương án 3 51

Hình 4.17: Biểu đồ ứng suất nền - Phương án 1 (kPa) 52

Hình 4.18: Biểu đồ chuyển vị nền - Phương án 1 (m) 52

Hình 4.19: Chuyển vị theo phương Y tại vị trí đáy cống (Phương án 1) 53

Hình 4.20: Biểu đồ ứng suất nền - Phương án 2 (kPa) 53

Hình 4.21: Biểu đồ chuyển vị nền - Phương án 2 (m) 54

Hình 4.22: Chuyển vị theo phương Y tại vị trí đáy cống (Phương án 2) 54

Hình 4.23: Biểu đồ ứng suất nền - Phương án 3 (kPa) 55

Hình 4.24: Biểu đồ chuyển vị nền - Phương án 3 (m) 55

Hình 4.25: Chuyển vị theo phương Y tại vị trí đáy cống (Phương án 3) 56

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Quảng Ngãi là một tỉnh thuộc vùng duyên hải Nam Trung Bộ có địa hình tương đối phức tạp, xu hướng thấp dần từ tây sang đông với các dạng địa hình đồi núi, đồng bằng ven biển, phía tây của tỉnh là sườn Đông của dãy Trường Sơn, tiếp đến là địa hình núi thấp và đồi xen kẽ đồng bằng, có nơi núi chạy sát biển Đồng bằng ven biển hẹp và thấp, bị chia cắt nhiều bởi các sông, suối, kênh rạch; vào mùa mưa, khả năng tiêu thoát chưa đảm bảo do sự cản trở của các dải cồn cát ven biển, ven sông, các cửa sông hẹp và thường bị bồi lắng nhiều trong mùa cạn, kết hợp với lượng mưa lớn, kéo dài và nước triều dâng gây ngập lụt nghiêm trọng trong vùng đồng bằng

Biến đổi khí hậu và các hoạt động gần đây của con người là những lý do chính gây ra cho vùng ven biển – nơi chịu nhiều tác động bất lợi hơn từ biển, gây sạt lở bờ, xâm nhập mặn, làm mất đất sản xuất, ảnh hưởng lớn đến sinh kế, quốc phòng, an ninh

Sự cần thiết trong việc xây dựng mới, củng cố, nâng cấp, hoàn thiện hệ thống kê biển, cống ngăn mặn trên địa bàn huyện Đức Phổ nhằm phòng tránh các tác động bất lợi ấy, bảo vệ và phát triển bền vững dân sinh kinh tế; góp phần tạo cơ sở hạ tầng phù hợp với quy hoạch phát triển kinh tế xã hội, đảm bảo an ninh quốc phòng và cải tạo môi trường trước nguy cơ nước biển dâng

Các công trình này đòi hỏi yêu cầu về kỹ thuật trong việc bảo vệ và phát triển đường bờ, hài hòa các tác động bất lợi từ thiên tai, đảm bảo quá trình thoát lũ hạ du và chống xâm ngập mặn Nghiên cứu chống thấm cho nền công trình ngăn mặn sông Rớ

là một vấn đề cần thiết trong giai đoạn hiện nay, đảm bảo quá trình thoát lũ cho hạ du, chống lại hiện tượng xâm nhập mặn, đặc biệt là việc giảm thiểu hiện tượng thấm qua nền cống, củng cố nền đất yếu, đảm bảo an toàn và hiệu quả cho công trình

Do đó, việc nghiên cứu, đề xuất giải pháp chống thấm qua nền đảm bảo mục tiêu ngăn mặn, giữ ngọt, ổn định công trình là hết sức cần thiết, làm cơ sở cho việc thiết kế cống sông Rớ và làm luận chứng so sánh kinh tế - kỹ thuật khi thiết kế chống thấm các công trình khác trong hệ thống đê biển tỉnh Quảng Ngãi

2 Mục tiêu nghiên cứu

Việc nghiên cứu tính hợp lý các giải pháp chống thấm qua nền đảm bảo mục tiêu ngăn mặn, giữ ngọt, ổn định công trình và làm cơ sở cho việc thiết kế cống sông Rớ, tỉnh Quảng Ngãi

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu: Cống sông Rớ

- Phạm vi nghiên cứu: Chống thấm qua nền

4 Phương pháp nghiên cứu

- Điều tra, thu thập, tổng hợp và phân tích các số liệu;

- Kế thừa các đề tài, dự án nghiên cứu sẵn có;

- Nghiên cứu các phương pháp kỹ thuật mới, đề xuất giải pháp kỹ thuật phù hợp;

- Sử dụng lý thuyết phần tử hữu hạn và sự tiến bộ của khoa học công nghệ bằng các mô hình tính toán thấm, ổn định

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

- Nghiên cứu tính hợp lý của các giải pháp chống thấm cho công trình cống sông

Rớ đảm bảo tính tối ưu mục tiêu ngăn mặn, giữ ngọt, ổn đinh cho công trình; là căn cứ

có tính khoa học để đưa ra các giải pháp thực tế cũng như vận dụng thực hiện việc xử

lý nền móng một số công trình tương tự khác

- Kết quả là cơ sở lý luận giải quyết một số vấn đề bất cập về giải pháp công trình ngăn mặn trong thực tế và là nền tảng cho việc xây dựng các dự án nghiên cứu trong tương lai

6 Cấu trúc của luận văn

Mở đầu

Chương 1: Tổng quan về khu vực nghiên cứu

Chương 2: Nghiên cứu giải pháp kỹ thuật thiết kế xử lý chống thấm qua nền cống ngăn mặn tại vùng cửa sông

Chương 3: Lý thuyết bài toán thấm dưới nền cống

Chương 4: Xây dựng bài toán thấm - ứng suất nền sử dụng mô hình Geo Studio Kết luận và kiến nghị

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU

1.1 Khái quát chung về khu vực nghiên cứu

1.1.1 Vị trí công trình

Quảng Ngãi là một tỉnh ven biển nằm ở vùng Duyên hải Nam Trung Bộ có diện

từ tây sang đông với các dạng địa hình đồi núi, đồng bằng ven biển Phía tây của tỉnh

là sườn Đông của dãy Trường Sơn, tiếp đến là địa hình núi thấp và đồi xen kẽ đồng bằng, có nơi núi chạy sát biển Đồng bằng ven biển hẹp và thấp, bị chia cắt nhiều bởi các sông, suối, kênh rạch; vào mùa mưa, khả năng tiêu thoát chưa đảm bảo do sự cản trở của các dải cồn cát ven biển, ven sông, các cửa sông hẹp và thường bị bồi lắng nhiều trong mùa cạn, kết hợp với lượng mưa lớn, kéo dài và nước triều dâng gây ngập lụt nghiêm trọng

Công trình cống ngăn mặn được xây dựng tại cửa ra sông Rớ (nơi hợp lưu với sông Trường) – đây là khu vực chịu ảnh hưởng nghiêm trọng của hiện tượng xâm nhập mặn bởi triều cường vào từ cửa Mỹ Á (Hình 1.1)

Hình 1.1 Vị trí khu vực nghiên cứu

Cửa Mỹ Á

1.1.2 Điều kiện tự nhiên

a Điều kiện về địa hình, địa mạo

Khu vực dự án là đồng bằng phía nam tỉnh Quảng Ngãi chạy dài và thấp dần theo hướng Tây Bắc – Đông Nam dọc theo Sông Trường, xuống đến QL1A, thấp còn +8,0m, vùng ven sông thấp đến +5,0m÷ +3,0m Thậm chí một số vùng trũng ven sông đất đai thấp đến +1,0m, đến +0,8m, cho đến cửa ra cửa Mỹ Á Độ dốc ngang Tây – Đông thì thấp dần từ Tây sang Đông và từ Đông sang Tây hướng vào lòng Sông Trường do phía Đông giáp biển có các dãy cồn cát cao Phía Bắc sông Trường cao dần giáp lưu vực sông Trà Câu Phía Tây có dãi núi cao là vùng đồi núi bán sơn ở cao độ +20,0m, +18,0m, thấp dần xuống đến QL1A

Khu vực dự án trên bờ tương đối bằng phẳng cao độ biến đổi từ +(0,5 ÷ 1,8)m, chủ yếu là ruộng trồng lúa, ngoài ra có một số ao nuôi tôm, nuôi cá

b Đặc điểm địa chất

Sơ lược đặc điểm địa chất khu vực

Khu vực dự án được hình thành do quá trình trầm tích biển và bồi tích sông có tuổi Holocen nên địa tầng chủ yếu là các lớp đất mới được thành tạo

Vùng dự án thuộc vùng đồng bằng châu thổ nằm giữa sông Vệ và sông Trà Câu, lưu vực sông Thoa được cấu tạo chủ yếu từ các thành phần trầm tích Đệ tứ có tuổi từ Holocen thượng đến Pleistocen trung bao gồm các phân vị địa tầng như sau:

- Trầm tích Holocen thượng nguồn gốc sông aQIV3: Phân bố dọc theo lòng dẫn sông Thoa và các nhánh sông suối nhỏ trong khu vực đề tài Chúng bao gồm các lớp cát, sét, cát pha, sét pha, bùn á sét … lẫn mùn thực vật màu xám nâu, xám xanh đen,

bề dày 5 – 10m

- Trầm tích Holocen trung nguồn gốc sông biển amQIV2: Bao gồm các lớp cát màu xám trắng, xám nhạt, sét, sét pha lẫn mùn thực vật dày 2 – 12m Chúng cấu tạo nên thung lũng sông Thoa kéo dài từ sông Vệ đến cửa Mỹ Á;

- Kiến tạo, động đất: Trong vùng nghiên cứu hầu như không có các hoạt động kiến tạo động đất

Các quá trình địa chất động lực công trình: Địa hình là bờ biển kết hợp với bãi bồi sông và thường xuyên chịu tác động trực tiếp của các hoạt động sóng, gió, thủy triều, hai quá trình bồi lắng, bào mòn sạt lở là hai quá trình địa chất động lực công trình chính Bên cạnh đó, vẫn xuất hiện các quá trình xâm thực vào đất liền, đẩy ranh giới mặn nhạt tiến sâu vào đất liền

Điều kiện địa chất công trình tuyến cống sông Rớ

Khu vực nghiên cứu có địa chất công trình tương đối phức tạp Trên bề mặt là lớp đất rời, tính thấm lớn, khả năng xảy ra hiện tượng trượt và xói ngầm cao Bên dưới

lớp này là lớp đất yếu có bề dày lớn, không có khả năng chịu tải trọng công trình, tính nén lún cao Tại vị trí cống này, chiều sâu khảo sát chỉ khảo sát vào lớp đất có khả năng chịu tải trọng công trình được 1.3m

Đội khảo sát đã tiến hành khoan 03 hố khoan máy, sâu 10m, để khảo sát địa chất công trình tại vị trí dự kiến xây dựng cống Địa tầng và tính chất cơ lý các lớp đất như sau:

- Lớp 1: Đây là lớp đất san lấp, kết quả thí nghiệm góc nghỉ tự nhiên của đất ở hai

trạng thái: trạng thái khô kho0 24 540 ' ; trạng thái ướt uot0 20 160 ' Lớp này không ảnh hưởng đến tải trọng công trình;

- Lớp 2: Cát trung đến thô, kết cấu kém chặt Lớp này xuất hiện tại các hố khoan

khảo sát, bề dày lớp thay đổi lớn, từ 4.6m đến 7.9m Đây là lớp đất rời bão hòa nước,

- Lớp 3: Bùn sét lẫn cát, trạng thái chảy Đây là lớp đất mềm yếu, tính nén lún lớn,

không có khả năng chịu được tải trọng công trình Lớp này xuất hiện bên dưới lớp 2

Bề dày lớp thay đổi lớn, tại hố khoan BS1 bề dày lớp 3.1m, tại hố khoan BS2 bề dày

- Lớp 5: Đá granit phong hóa hoàn toàn thành cát pha lẫn dăm sạn, trạng thái dẻo,

kết cấu chặt Đây là lớp đất tốt, chỉ tiêu cơ học lớn (C=0.106kG/ cm2; 0 28 340 '; Nspt

>50), tính nén lún bé, có khả năng chịu được tải trọng công trình Lớp này xuất hiện tại vị trí hố khoan BS1 ở độ sâu 14.5m, chưa khảo sát hết bề dày lớp;

Địa tầng và tính chất cơ lý của các lớp đất tuyến cống sông Rớ được thể hiện như

c Điều kiện địa chất thủy văn

Trong khu vực nghiên cứu chủ yếu là nước mặn Vùng nghiên cứu có biên độ triều lớn Nước trong khu vực gồm có nước mặt và nước ngầm Nước mặt có trong các đầm, kênh được cung cấp chủ yếu bởi nước mưa Nước ngầm có trong các tầng đất rời Khu vực khảo sát có ranh mặn ngọn thay đổi theo mùa về mùa khô nước mặn tiến vào sâu trong đất liền Tuy nhiên, về mùa mưa ranh giới này bị đẩy về phía biển

1.1.3 Đặc điểm khí hậu, khí tượng

a Điều kiện về khí hậu

Vùng dự án nằm trọn vẹn trong vĩ độ nhiệt đới nên thừa hưởng chế độ bức xạ mặt trời phong phú của vùng nhiệt đới, rất thuận lợi cho cây trồng phát triển Nhiệt độ

Xuân thường bị mất mùa do rét ở các tháng này Nắng rất phong phú Số giờ nắng

trong ngày trung bình trên 6,4 giờ, tháng cao nhất (tháng 5 đến tháng 9) trung bình trên

Mùa mưa từ tháng 9 đến tháng 12 chiếm 75 – 80% lượng mưa cả năm, tập trung

45 – 60% vào 2 tháng 9 và 10 Mưa tiểu mãn xảy ra từ tháng 5 đến tháng 6 Mùa khô

từ tháng 1 đến tháng 8, ít mưa nhất là tháng 2 đến tháng 4 Vùng dự án nói chung là vùng ít mưa ở tỉnh Quảng Ngãi, tổng lượng mức trung bình năm dưới 2000mm

Lượng mưa ngày lớn nhất đã xảy ra ở Quảng Ngãi 525mm, Mộ Đức 373mm, Đức Phổ 299mm Số ngày mưa trong năm khoảng 130 – 160 ngày, riêng vùng ven biển 2 huyện Mộ Đức, Đức Phổ lại ít nhất chỉ có 60 – 90 ngày Ngày có mưa liên tục dưới 4 ngày, trung bình dưới 2 ngày Số ngày không mưa liên tục trên 10 ngày, dài nhất đến 41 ngày ở Mộ Đức, và 37 ngày ở Đức Phổ

b Các đặc trưng về khí tượng

- Nhiệt độ

Nhiệt độ trung bình nhiều năm khu vực nghiên cứu được xác định như Bảng 1.2:

Bảng 1.2: Các đặc trưng nhiệt độ không khí

Tháng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Năm

- Nắng

Hàng năm khu vực có hai lần mặt trời đi qua thiên đỉnh, lần thứ nhất vào khoảng cuối tháng 4 đầu tháng 5, lần thứ hai vào trung tuần tháng 8 Lượng bức xạ tổng cộng

đồng đều theo các tháng và tất yếu dẫn đến phân bố không đều trong các mùa Lượng bức xạ tổng cộng mùa khô (từ tháng 1 đến tháng 7) chiếm đến 70 - 75%, mùa mưa (từ tháng 9 đến tháng 12) chỉ chiếm từ 25 - 30% Lượng bức xạ tổng cộng vụ Đông Xuân chiếm 41%, còn vụ Hè Thu chiếm 59% Thống kê lượng bức xạ tổng cộng thực tế tháng

Bảng 1.5: Thống kê giờ nắng trong năm

Tháng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Năm Giờ nắng 125 155 217 238 274 245 260 234 200 162 110 101 2321

- Gió

Khu vực Trung Trung Bộ nói chung và Quảng Ngãi nói riêng, có hai mùa gió chính là gió mùa Đông và gió mùa Hè Mùa đông hướng gió thịnh hành ở vùng đồng bằng ven biển là hướng Đông Bắc đến hướng Bắc Mỗi lần có đợt gió mùa Đông Bắc tràn qua thường có gió mạnh Tốc độ gió mạnh nhất trong gió mùa Đông Bắc có thể lên tới (17-18) m/s đặc biệt là các đợt gió mùa kết hợp với cơn giông Gió mùa hè có hướng thịnh hành là hướng Đông Nam)

+ Gió Đông Bắc thường xuất hiện từ tháng 10 đến tháng 3 năm sau và mang theo không khí lạnh Tốc độ gió lớn nhất 24m/s;

+ Gió Đông Nam thường xuất hiện vào tháng 4 đến tháng 9 và mang theo nhiều hơi nước;

+ Tốc độ gió trung bình lớn nhất: 19 m/s;

+ Tốc độ gió lớn nhất: 44 m/s

- Bão và áp thấp nhiệt đới

Bão và áp thấp nhiệt đới thường xuất hiện từ tháng 9 đến tháng 11 hàng năm, khi

áp thấp mạnh lên thành bão thì cấp bão lớn nhất lên đến cấp 10, 11 Mỗi năm có ít nhất

là 5 cơn bão gây ảnh hưởng hoặc trực tiếp đổ bộ vào đất liền Mưa lớn thường xảy ra cùng thời kỳ có áp thấp nhiệt đới và bão kèm theo gió xoáy và giật vô hướng, tốc độ gió khi có bão có lúc lên đến 36 m/s

Theo số liệu quan trắc về bão từ 1956 đến năm 2000 có 45 cơn bão đổ bộ vào khu vực bờ biển Quảng Nam - Đà Nẵng đến Bình Định, chiếm 14,5% so với toàn dải

bờ biển Việt Nam Mùa bão tại khu vực ven bờ này từ tháng VII kết thúc vài tháng XI

và xảy ra tập trung nhất vào tháng IX và X Bão đổ bộ vào khu vực thường gây ra lũ lớn và nước dâng phá huỷ các dải đê bảo vệ ven biển Bão thường gây ra mưa lớn gây

lũ lụt, đặc biệt là các vùng có địa hình khá dốc như vùng ven bờ miền Trung

1.1.4 Điều kiện thủy hải văn

a Đặc điểm mạng lưới sông ngòi

Vị trí xây dựng công trình nằm ở hợp lưu sông Rớ và sông Trường, vùng thường xuyên chịu ảnh hưởng của chế độ thủy triều, xâm nhập mặn

Sông Rớ bắt nguồn từ vùng núi huyện Ba Tơ có tên là sông Quán chảy theo hướng Đông Nam xuống đồng bằng huyện Đức Phổ có tên là sông Rớ khi thuộc xã

Sông còn hứng nước của suối Cầu Bầu

Sông Trường bắt nguồn từ vùng núi huyện Đức Phổ chảy theo hướng Tây – Đông xuống đồng bằng huyện Đức Phổ và chảy ra biển Đông qua cửa Mỹ Á Sông dài

từ đầm Lâm Bình đổ vào, trên dọc đường về phía bờ tả, sông Trường còn hứng nước của các con sông: sông Quán, Suối Cầu Bầu, Suối Re, Suối Cầu Mơng (tên hạ lưu của sông Lò Bò - tên trên bản đồ 1/50.000), Sông Kim, và Sông Rớ, tại cửa ra sông bị xâm nhập mặn bởi triều cường vào từ cửa Mỹ Á

b Chế độ thủy triều

Vùng sông Trường, sông Rớ là vùng chịu ảnh hưởng thống trị của thủy triều biển Đông Dạng triều ở đây là bán nhật triều không đều Mỗi ngày 2 lần triều lên, 2 lần triều xuống Mỗi tháng 2 kỳ triều kém, 2 kỳ triều cường Trong kỳ triều cường biên độ triều lớn, hình chữ M, cường suất mức nước lớn Trong thời kỳ triều kém biên độ triều, cường suất mức nước đều kém, chênh lệch giữa 2 chân triều đáng kể

- Mức nước đỉnh triều trong năm cao nhất vào tháng X, XI, thấp nhất vào tháng

VI, chênh lệch nhau khoảng 50 cm tại Mỹ Á;

- Mức nước chân triều trong năm thấp nhất xuất hiện đồng bộ với mức nước đỉnh, thấp nhất vào tháng VI, VII, cao nhất vào tháng X, XI;

- Biên độ triều dọc tại cửa Mỹ Á Biên độ triều lớn nhất vào tháng VII tại Trạm

Mỹ Á là 1,5 m trong mùa lũ chân triều cao lên, biên độ giảm nhỏ song giá trị trung bình cũng còn giữ được 1,0 m;

- Trong nhiều năm mức nước ít biến động Tại Mỹ Á mức nước đỉnh triều cao nhất chỉ dao động khoảng 22cm Mức nước chân triều dao động lớn hơn, chủ yếu là vào thời kỳ lũ (nước lũ nâng cao chân triều)

c Chế độ nước vùng dự án

- Trong vùng quanh năm nước chảy 2 chiều, chảy lên vào nội đồng khi triều lên, chảy xuống từ nội đồng rút ra khi triều xuống

- Thủy triều biển Đông theo nhánh sông Thoa đổ vào nội đồng từ phía Đông Bắc

và Tây Bắc và theo sông Trường, sông Trà Câu từ phía Đông Nam và Tây Bắc tạo nên vùng giao hội nước trong nội đồng Nơi triều đến muộn nhất từ các phía là cầu Chùa sông Trường và tới cầu An Hội trên sông Thoa

- Ở vùng giao hội nước, tốc độ nước bé, thời kỳ truyền triều kéo dài Khó tiêu thoát, bồi lắng mạnh Đó là vùng nhiễm mặn và ô nhiễm nhất của vùng

- Để phân tích chế độ chảy trong vùng, sử dụng tài liệu đo mực nước và lưu lượng trong tháng X/2008(vào 2 thời kỳ triều cường, triều kém)

1.2 Điều kiện dân cư – hạ tầng

1.2.1 Tình hình dân cư

Dân cư vùng dự án khá thưa thớt, hạ tầng cơ sở chủ yếu là chòi trông tôm, còn lại một số nhà kiên cố được xây dựng ở các đầu sông lớn (Bảng 1.6)

Bảng 1.6: Tình hình dân sinh xã Phổ Minh

Hạng mục Tổng Kinh Nông nghiệp Khác

- Trồng trọt: Tổng diện tích gieo sạ cả năm 715,64 ha; diện tích ngô 10 ha; lạc,

đậu các loại 11 ha; rau các loại 19 ha Năng suất lúa bình quân đạt 60,1 tạ/ ha; ngô đạt

53 tạ/ ha; đậu các loại đạt 15,4 tạ/ ha; rau các loại đạt 192 tạ/ ha Sản lượng lương thực cây có hạt thu hoạch 4354 tấn Trong đó: Sản lượng thóc 4301 tấn; sản lượng ngô 53 tấn; hoa màu khác: lạc, đậu các loại 17 tấn; rau các loại 364,8 tấn

- Chăn nuôi: Đàn gia súc, gia cầm trên địa bàn xã vẫn ổn định: đàn trâu, bò có 966

con; đàn gia cầm có 26.000 con; đàn heo có 265 con

b Về lâm nghiệp

- Tổng diện tích rừng 66,319 ha (trong đó rừng tự nhiên 7,049ha, rừng trồng 59,27

ha, đất trồng không có rừng quy hoạch 2,51 ha, Đất khác ngoài lâm nghiệp có rừng

“diện tích đất nông nghiệp có trồng cây lâm nghiệp” là 23,35 ha

c Về nuôi trồng thủy sản

- Tổng diện tích thả nuôi tôm 44,6ha, dịch bệnh xảy ra khoảng 4,3ha Sản lượng thu hoạch 321,12 tấn

d Công nghiệp - xây dựng, Thương mại – Dịch vụ

- Công nghiệp – xây dựng: Sản xuất ngành công nghệp – xây dựng gặp nhiều khó

khăn do chịu tác động của tình trạng lạm phát của nền kinh tế, thiếu vốn cho sản xuất, yếu tố đầu vào tăng cao Nhưng nhờ sự chủ động khắc phục những khó khăn, tạo mọi điều kiện thuận lợi cho các doanh nghiệp, cơ sở sản xuất kinh doanh hoạt động Giá trị sản xuất công nghiệp, tiểu thủ công nghiệp năm 2014 ước đạt giá trị 9,435 tỷ đồng;

- Thương mại – Dịch vụ: Hoạt động thương mại dịch vụ trên địa bàn được duy trì,

phát triển ổn định và đạt mức tăng trưởng khá Tổng mức lưu chuyển hàng hoá bán lẻ trên địa bàn ước đạt 22,5 tỷ đồng

e Giao thông

- Vùng dự án được thiên nhiên ưu đãi cho hệ thống giao thông thủy rất thuận tiện,

sự kết nối sông Rớ với sông Thoa, sông Trường, cửa biển Mỹ Á tạo điều kiện thuận lợi giao thương với các tỉnh lân cận;

- Ngoài ra hệ thống giao thông đường bộ có tuyến huyết mạch như quốc lộ 1A, cách khu vực dự án khoảng 3km tương đối thuận lợi cho việc đi lại

1.3 Tình hình thiên tai khu vực dự án

1.3.2 Hạn hán

Vùng dự án là đồng bằng trũng giáp biển có truyền thống lâu đời trồng lúa nước

là chính, yêu cầu phải được tưới tiêu chủ động và khoa học Hiện nay, chủ yếu tưới tiêu bằng nước của hệ thống thủy lợi của các hồ như Liệt Sơn, đầm Lâm Bình, đập Huấn Phong qua kênh Tố và các sông nhánh nhỏ trong vùng, còn lại là dựa vào nước sinh thủy các lưu vực nhỏ và sông Trường để tưới chống hạn Do nằm ở vùng cuối khu tưới, cách đầu mối trên 30 km, công tác quản lý gặp nhiều khó khăn, công trình ngày càng hư hỏng xuống cấp, việc trùng tu sửa chữa không theo kịp, không tưới đến được các xã phía nam huyện Đức Phổ, nên thường bị hạn vào cuối vụ Đông Xuân, vụ hè thu

và đầu vụ Mùa Thời gian hạn thường vào tháng 3 - 4 và tháng 7 - 8

1.3.3 Nhiễm mặn

Hàng năm, vào trung tuần tháng 3 đến tháng 9 khi triều cường mặn thường xâm nhập sâu, có năm lên đến cầu An Hội, Đức Phong, đến cầu Chùa, sông Trường, Phổ Vinh Theo điều tra, hàng năm diện tích bị nhiễm mặn là 215 ha, diện bị mặn không trồng lúa được 22ha, trồng được nhưng năng suất bấp bênh gần 200ha Thiệt hại hàng năm do nhiễm mặn gây cho sản xuất nông nghiệp lên đến 300 tấn thóc nhân dân các xã Phổ An, Phổ Quang, Phổ Minh đã phải thường xuyên đắp bờ ngăn mặn và đắp các đập ngăn mặn

1.4 Đánh giá hiện trạng khu vực dự án

1.4.1 Vị trí xây dựng

Công trình cống ngăn mặn được xây dựng tại cửa ra sông Rớ (nơi hợp lưu với sông Trường) – đây là khu vực chịu ảnh hưởng nghiêm trọng của hiện tượng xâm nhập mặn bởi triều cường vào từ cửa Mỹ Á (Hình 1.2)

Hình 1.2 Vị trí khu vực nghiên cứu (Ảnh chụp ngày 22/04/2019)

Vị trí xây dựng

Sông

Rớ

Sông Trường

1.4.2 Nhiệm vụ của công trình

Căn cứ vào hiện trạng khu vực nghiên cứu và nhu cầu dùng nước cho các hoạt động sản xuất nông nghiệp, sinh hoạt vùng dự án Công trình cống ngăn mặn sông Rớ

có một số nhiệm vụ chính sau đây:

- Nhiệm vụ chính của công trình là ngăn mặn, đảm bảo ổn định cho hoạt động sản xuất nông nghiệp và tình hình biến đổi khí hậu (nước biển dâng) như hiện nay;

- Đảm bảo tiêu thoát lũ nội đồng từ sông Rớ ra sông Trường, ngăn lũ tiểu mãn trên sông Trường, giữ ngọt cho vùng lưu vực thượng nguồn sông Rớ

1.4.3 Thông số kỹ thuật cống sông Rớ

Bảng 1.7: Thông số kết cấu cống sông Rớ

TT Hạng mục Đơn vị Quy mô Ghi chú

Một số hình ảnh về cống sông Rớ:

Hình 1.3: Cống sông Rớ nhìn từ sông Trường

Hình 1.4: Thi công phần cửa cống Hình 1.5: Thi công phần trụ

CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT BÀI TOÁN THẤM DƯỚI NỀN CỐNG 2.1 Sự hình thành dòng thấm

Tính thấm nói chung là sự vận động của chất lỏng trong môi trường lỗ rỗng hoặc khe nứt (Hình 2.1) Khi công trình làm việc, sẽ tạo ra sự chênh lệch mực nước giữa thượng lưu và hạ lưu Nước sẽ di động qua các kẽ rỗng trong đất nền và hai bên vai công trình tạo thành dòng thấm Đối với công trình và môi trường xung quanh, dòng thấm có thể gây ra những ảnh hưởng bất lợi như sau:

Dòng thấm trong môi trường đất

rỗng được chia thành 2 loại:

- Dòng thấm có áp - khi nó bị giới

hạn từ phía trên bởi biên cứng, dòng

thấm không có mặt thoáng; chuyển động

của dòng thấm giống như nước chảy

trong ống có áp Đây là trường hợp khi

xét dòng thấm dưới đáy các công trình

- Dòng thấm không áp - khi nó

không bị giới hạn từ phía trên bởi công

trình Đây là trường hợp dòng thấm hai

bên vai công trình, dòng thấm qua đập

đất Giới hạn phía trên của dòng thấm là

mặt thoáng hay mặt bão hoà, tại đây có

áp suất bằng áp suất khí trời

2.2 Vấn đề nghiên cứu dòng thấm

Nhiệm vụ của nghiên cứu dòng thấm là tìm ra các quy luật chuyển động của nó phụ thuộc vào hình dạng, kích thước các bộ phận công trình là biên của dòng thấm; xác định các đặc trưng phân bố áp lực thấm lên các bộ phận công trình, phân bố gradien thấm trong miền thấm, và trị số lưu lượng thấm Trên cơ sở các tính toán này, người thiết kế sẽ chọn được hình thức, kích thước, cấu tạo hợp lý của công trình, đảm

Hình 2.1: Dòng thấm trong môi trường lỗ

rỗng hoặc khe nứt

bảo điều kiện làm việc an toàn của nó (ổn định về trượt, ngăn ngừa biến hình nền ) và tính kinh tế của phương án được chọn

Vấn đề nghiên cứu dòng thấm từ lâu đã thu hút sự quan tâm của các nhà khoa học thế giới Vào thế kỷ 18 đã có các công trình nghiên cứu của Lômônôxôv, Becnoulli, Euler Từ năm 1856, Darcy đã tiến hành nghiên cứu thực nghiệm và tìm ra định luật thấm tuyến tính mà ngày nay được gọi là định luật thấm Darcy Những thành tựu nổi bật về lý thuyết thấm đã được công bố trong các tác phẩm của Jucovxki (1898), Pavlovxki (1922) Đóng góp vào sự phát triển phương pháp thuỷ lực trong lý thuyết thấm có công của Duypuy, Côzeny, Aravin, Numerov, Ughintrux, Trugaev và nhiều nhà khoa học khác Việc giải bài toán thấm bằng phương pháp thuỷ lực đã đạt được kết quả phong phú cho các sơ đồ bài toán phẳng của thấm có áp Với bài toán thấm không có áp mới chỉ giải quyết được cho một số sơ đồ đơn giản

Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ của các phương pháp số và công cụ máy tính, nói chung có thể giải được bài toán thấm với biên bất kỳ cho bài toán phẳng và bài toán không gian, thấm ổn định và không ổn định

2.3 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu thấm qua đập đất cũng như trường hợp nghiên cứu thấm nước trong môi trường rỗng nói chung thường bằng hai phương pháp: lý luận và thực nghiệm

2.3.1 Nghiên cứu lý luận

Nghiên cứu lý luận là sử dụng định luật cơ bản về thấm cùng những liên hệ lý thuyết để xác định những đặc trưng của dòng thấm Dùng lý luận để nghiên cứu thấm

có hai phương pháp: cơ học chất lỏng và thủy lực học

- Phương pháp cơ học chất lỏng: Phương pháp này dùng toán học làm công cụ để

xác định đặc trưng của dòng thấm như lưu lượng, lưu tốc, gradien, áp lực, đường bão hòa… tại bất kỳ một vị trí nào trong môi trường thấm Do khi tính toán không đưa vào nhiều những giả thiết cho nên phương pháp cơ học chất lỏng cho kết quả chính xác Tuy vậy phương pháp này chỉ sử dụng được trong trường hợp bài toán có sơ đồ đơn giản Khi gặp những sơ đồ phức tạp nghĩa là những điều kiện ban đầu và điều kiện biên phức tạp thì cách giải này gặp nhiều khó khăn về mặt toán học Do vậy trong thực

tế những thành tựu tính thấm theo phương pháp này ứng dụng rất hạn chế

- Phương pháp thủy lực học: Kết quả tính toán theo phương pháp thủy lực học là

cho những đặc trưng trung bình của dòng thấm cho nên độ chính xác của phương pháp thủy lực học có kém chính xác hơn vì phải dựa vào một số tiền đề, một số giả thiết nhất định Tuy nhiên cách giải này có thể giải được những trường hợp phức tạp trong thực tế Hơn nữa độ chính xác cũng nó cũng đủ cho yêu cầu kỹ thuật cho nên phương pháp này được ứng dụng rỗng rãi trong thực tế

2.3.2 Nghiên cứu thực nghiệm

Nghiên cứu thực nghiệm là dùng mô hình để xác định những đặc trưng của dòng thấm Phương pháp này là dùng những loại mô hình nghiên cứu sau:

- Thí nghiệm bằng máng kính: Việc thí nghiệm được tiến hành trên mô hình máng

kính để xác định lưu lượng, áp lực, đường bão hòa v.v Phương pháp này khá đơn giản nhưng độ chính xác rất hạn chế

Hình 2.2: Mô hình thí nghiệm thấm bằng

máng kính

Hình 2.3: Thí nghiệm thấm khe hẹp

- Thí nghiệm bằng khe hẹp: Dựa vào sự tương tự giữa sự chuyển động của chất

lỏng có độ nhớt lớn (các loại dầu nhờn) trong khe hẹp với sự chuyển động của nước trong môi trường rỗng ( chảy tầng) mà xác định đặc trưng của dòng thấm trên cơ sở đo đạc những đặc trưng của dòng chảy của dầu trong khe hẹp Phưong pháp này ứng dụng tốt trong trường hợp thấm ổn định và cả không ổn định như trường hợp thấm qua đập đất như mực nước thượng lưu hạ xuống đột ngột

- Phương pháp tương tự điện – thủy động (ECDA): Dùng tính tương tự giữa dòng

điện và dòng thấm để giải quyết những bài toán thấm trên mô hình dòng điện Phương pháp này khá tiện lợi và chính xác, đồng thời có thể giải quyết được những sơ đồ thấm phức tạp, thấm bình diện, thấm không gian…v v, cho nên ngày nay phương pháp này được ứng dụng rộng rãi nhất

Ngoài ra để tính toán những đặc trưng của dòng thấm còn dùng phương pháp đồ giải thực chất của phương pháp này là xây dựng lưới thấm để trên cơ sở đó mà xác định những đặc trưng của dòng thấm

Trong thực tế khi lựa chọn phương pháp nghiên cứu thấm phải dựa vào từng trường hợp cụ thể Trong nhiều trường hợp có thể dùng đồng thời hai hoặc nhiều phương pháp để giải quyết một sơ đồ thấm Phương pháp lý luận thường dùng phổ biến trong trường hợp bài toán phẳng và môi trường đồng chất Đối với những đập đất không đồng chất cũng có thể dùng phương pháp lý luận để nghiên cứu nhưng cần phải dựa vào những phương pháp gần đúng khác như phương pháp phân đoạn để tính toán Trong trường hợp gặp những sơ đồ phức tạp vì điều kiện biên, đất không đồng chất,

thấm phẳng và thấm không gian v.v… thì cần thiết tiến hành thí nghiệm trong khe hẹp hoặc bằng máy tương tự điện – thủy động Phương pháp đồ giải để vẽ lưới thấm trong một chừng mực nhất định có thể thay thế được phương pháp tương tự điện – thủy động nhưng trong điều kiện phức tạp việc vẽ lưới thấm đòi hỏi phải nhiều kinh nghiệm Trong thực tế hiện nay, người ta thường giải bài toán xác định các đặc trưng dòng thấm bằng phương pháp phần tử hữu hạn Các phần mềm thương mại hiện có xây dựng theo phương pháp này như: Seep/W, PlaxFlow

2.3.3 Phương pháp phần tử hữu hạn

Biến đổi và giải trực tiếp từ phương trình vi phân là phương pháp số, ưu điểm nổi bật của phương pháp số là có thể giải được với sơ đồ tổng quát nhất và cho lời giải tương đối chính xác với các giả thiết sát với thực tế nhất, nhưng bên cạnh đó khối lượng tính toán lớn cho nên thường chỉ phát huy có hiệu quả khi thực hiện trên máy tính điện tử

Phương pháp số được sử dụng rộng rãi hiện nay là phương pháp Phần tử hữu hạn Đối với bài toán thấm khi giải bằng phương pháp PTHH cho phép miền tính toán bao gồm các loại vật liệu khác nhau và có hình dáng kích thước bất kỳ, một điểm quan trọng nữa là biên của bài toán có thể cho được ở nhiều dạng Mặt khác, với sự tiến bộ của phương tiện tính toán là máy tính điện tử, lời giải của bài toán thu được là tương đối thuận tiện

Phương pháp phần tử hữu hạn là một phương pháp số đặc biệt có hiệu quả để giải những bài toán được biểu diễn bằng các phương trình đạo hàm riêng; miền tính toán được rời rạc hoá bằng cách chia miền xét ra làm nhiều miền nhỏ đơn giản có hình dạng tuỳ ý được gọi là các phần tử hữu hạn, mỗi phần tử gồm một số điểm nút, hàm xấp xỉ được tìm trên từng phần tử; do đó phương pháp này rất thích hợp với các bài toán có miền xác định phức tạp gồm nhiều vùng nhỏ có đặc trưng hình học, tính chất vật lý khác nhau, điều kiện biên khác nhau

Hàm xấp xỉ được biểu diễn qua các giá trị của hàm, có khi cả giá trị đạo hàm của

nó tại các điểm nút trên phần tử, các giá trị nầy được gọi là bậc tự do (freedom degree)

Với những bài toán phi tuyến, không dừng, miền tính toán lớn, dẫn đến khối lượng tính toán của bài toán rất lớn; do đó cần có sự hỗ trợ của máy tính điện tử

Các bước tính toán cơ bản và kỹ thuật lập trình cho máy tính số theo phương pháp phần tử hữu hạn Để áp dụng cách giải bài toán theo phương pháp PTHH người

ta thực hiện các bước sau:

- Bước 1: Rời rạc hóa miền khảo sát

e 0

Với cách chia miền tín toán V bằng tổng các miền con V(e), mô hình thực tế thay

và tại mỗi điểm nút tồn tại các đại lượng thể hiện sự tác động qua lại của các phần tử

kề nhau, như vậy bài toán hệ liên tục có bậc tự do vô hạn được thay bằng bài toán tính

hệ có bậc tự do đơn giản hơn nhiều

Ví dụ bài toán thấm có các dạng sơ đồ sau:

Hình 2.6: Sơ đồ phần tử 3 chiều

- Bước 2: Chọn hàm xấp xỉ thích hợp

Phương pháp phần tử hữu hạn áp dụng ở đây thường là phương pháp Galerkin – gọi tắc là phương pháp PTHH Galerkin

Để tìm được nghiệm trên các miền con điều quan trọng là phải chọn hàm tọa độ

tìm giữa các phần tử trong miền D

- Bước 3: Xây dựng phương trình phần tử

- Bước 4: Ghép nối các phần tử trong miền V

- Bước 5: Áp đặt các điều kiện biên của bài toán , thay hàm xấp xỉ đã giả thiết vào biểu thức điều kiện tiếp cận tốt nhất giữa xấp xỉ hàm thấm và hàm thấmthực sẽ được được hệ phương trình mà trong đó ẩn số là hệ số thấm tại các điểm nút

- Bước 6: Giải hệ phương trình đại số

2.3.4 Áp dụng phương pháp PTHH cho bài toán thấm

a Phương trình dòng chảy ổn định trong môi trường đất bão hòa nước

Phương trình của dòng nước ngầm chảy ổn định trong môi trường thấm bão hòa trong không gian ba chiều được viết như sau:

+ hi : giá trị chưa biết của cột áp thủy lực tại nút i của phần tử e

Điều kiện biên của bài toán thường được cho ở dạng hỗn hợp:

1

L

1 L

hVn

dụng tích phân từng phần số hạng đầu tiên của phương trình

Tính tương tự cho các số hạng thứ hai, thứ ba Đối với số hạng thứ tư ta có:

Trong đó: l,m,n chỉ phương của pháp tuyến hướng ra ngoài tại biên

Đối với toàn bộ miền tính toán, ta có hệ phương trình:  K h    F  G

b Phương trình dòng chảy không ổn định trong môi trường đất bão hòa

Phương trình dòng nước ngầm thấm không ổn định trong môi trường bão hòa nước trong không gian ba chiều được viết như sau:

Áp dụng phương pháp PTHH Galerkin và giả sử rằng tại mỗi phần tử e các giá trị

hệ số thấm theo các phương x,y,z là không thay đổi ta có:

t

ht

Phương trình (7) được viết dưới dạng ma trận như sau:

1

e 2

e

htR

hR

V e n

e k

Áp dụng công thức phần tử gộp với hàm số nội suy được định nghĩa sao cho:

Xấp xỉ đạo hàm theo thời gian bằng sai phân trọng số

Được dùng để phối hợp với phương pháp phần tử hữu hạn để giải các bài toán phụ thuộc theo thời gian

Đối với toàn bộ lưới ta có ma trận dung lượng tổng thể p nút phần tử

CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP KỸ THUẬT THIẾT KẾ XỦ LÝ CHỐNG THẤM QUA NỀN CỐNG NGĂN MẶN TẠI VÙNG CỬA SÔNG 3.1 Sự cần thiết phải nghiên cứu

Hiện tượng thấm là điều không thể tránh khỏi trong việc thiết kế và thi công các công trình thủy lợi Tuy nhiên, cần phải đánh giá thấm ở mức độ nào, trong điều kiện cho phép nào để đảm bảo yêu cầu về ổn định và hiệu quả cho công trình

Thấm trong các công trình thủy lợi được nghiên cứu tính toán khá phổ biến đối với các loại công trình đập (đập đất, đập bê tông, …) với các nhiệm vụ chính:

- Xác định lưu lượng thấm qua thân đập và qua nền Trên cơ sở đó tìm lượng nước tổn thất của hồ do thấm gây ra và có biện pháp phòng chống thấm thích hợp;

- Xác định vị trí đường bão hoà, từ đó sẽ tìm được áp lực thấm dùng trong tính toán ổn định của mái đập;

- Xác định građien thấm ( hoặc lưu tốc thấm ) của dòng chảy trong thân, nền đập, nhất là ở chỗ dòng thấm thoát ra ở hạ lưu để kiểm tra hiện tượng xói ngầm, chảy đất và xác định kích thước cấu tạo của tầng lọc ngược

Hình 3.1: Công trình cống ngăn mặn ở tỉnh Bến Tre Tính toán ổn định thấm có nhiệm vụ làm rõ độ bền thấm của đất trong thân đập, đất nền và bờ vai đập ở vị trí tiếp xúc giữa các lớp hoặc giữa thân đập và nền, ổn định

dưới tác dụng của građient thấm vào công trình có xét đến ảnh hưởng của trạng thái ứng suất và biến dạng của thân đập và nền, đặc điểm kết cấu đập, phương pháp thi công và điều kiện khai thác

Tuy nhiên, vấn đề tính toán thấm còn khá hạn chế đối với các dạng công trình biển, vùng triều Mục tiêu tính thấm ở đây không phải xác định lượng tổn thất hay giá trị lưu lượng thấm mà là việc ngăn mặn, giữ ngọt – đảm bảo yêu cầu về lún và ổn định dưới nền công trình đất yếu Có 2 dạng bài toán nghiên cứu thấm cho công trình cống ngăn mặn:

- Thấm qua nền cống: nền cống thường nằm trên lớp cát pha, khả năng chịu tải và

chống thấm kém Khi xử lý nền móng cống bằng đóng cọc gây xáo trộn nền làm tăng nguy cơ thấm Việc thiết kế đường viền thấm chỉ dựa trên các chỉ tiêu thí nghiệm ban đầu mà chưa quan tâm đến ảnh hưởng của hiện tượng trên là nguyên nhân gây thấm ở một số công trình Trong một số trường hợp, việc đóng cọc xuyên thủng tầng phủ cũng gây nguy cơ mất ổn định thấm khi đưa vào sử dụng

- Thấm qua mang cống: là hiện tượng khá phổ biến, do thi công không tốt hoặc

do thiết kế quy định không chặt chẽ quy trình đắp đất mang cống Ngoài ra còn có thể

do mối hoặc sinh vật đào hang trong đê

Việc nghiên cứu chống thấm ở vùng triều có tính đặc thù và phức tạp hơn các bài toán chống thấm thông thường Nguyên nhân chủ yếu là do các công trình này thường được xây dựng trên nền đất yếu, vùng giáp ranh giữa đồng bằng và ven biển, ảnh hưởng lớn của môi trường nước mặn Do đó, các tính chất ăn mòn vật liệu cũng như đảm bảo độ lún đồng đều cho công trình là hết sức cần thiết

Chống thấm cho nền công trình thủy lợi là vấn đề phải quan tâm hàng đầu khi thiết kế và thi công, đã được nghiên cứu từ hàng trăm năm nay nhưng vẫn còn nhiều vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu Trước nhu cầu đòi hỏi của thực tế và với những thành công trong nghiên cứu trong giai đoạn thực hiện đề tài là cơ sở để tiến hành dự án này

3.2 Một số giải pháp giải pháp kỹ thuật chống thấm qua nền cống

3.2.1 Cọc xi măng đất

a Lịch sử hình thành

Cọc xi măng - đất được nghiên cứu và phát triển đầu tiên tại Thụy Điển và Nhật Bản từ những năm 1960 Hiện nay công nghệ cọc xi măng - đất được phổ biến trên toàn thế giới và ứng dụng nhiều nhất ở Nhật Bản và các nước vùng Scandinaver Công nghệ thi công cũng đã phát triển hoàn thiện trộn sâu, trộn tổ hợp có phun tia và trộn bề mặt

Ở Việt Nam, những nghiên cứu về cọc xi măng đất được manh nha từ những năm

1980, nhưng số lượng công trình áp dụng công nghệ cọc xi măng - đất đến nay là rất khiêm tốn Trong giai đoạn hiện nay, việc hoàn thiện lý thuyết tính toán và thực

nghiệm để áp dụng rộng rãi sẽ đem lại hiệu quả rất lớn trong công nghệ xử lý nền móng nói riêng và sự phát triển ngành xây dựng nói chung ở nước ta

b Khái niệm và phân loại

Cọc xi măng đất bản chất là hỗn hợp giữa đất nguyên trạng nơi gia cố và xi măng được phun xuống nền đất bởi thiết bị khoan phun Mũi khoan được khoan xuống làm tơi đất cho đến khi đạt độ sâu lớp đất cần gia cố thì quay ngược lại và dịch chuyển lên Trong quá trình dịch chuyển lên, xi măng được bơm phun vào nền đất (bằng áp lực khí nén đối với hỗn hợp khô hoặc bằng bơm vữa đối với hỗn hợp dạng vữa ướt)

Công nghệ thi công cọc xi măng - đất với kết quả là tạo ra cột đất gia cố từ vữa xi măng phụt ra hòa trộn với bản thân đất nền Nhờ có xi măng bơm phun ra với áp suất cao, các phần tử đất xung quanh lỗ khoan bị xới tơi ra và hòa trộn với xi măng, sau khi đông cứng tạo thành một khối đồng nhất gọi là Cọc xi măng đất (soilcrete) Cọc xi măng - đất hình thành sẽ đóng vai trò ổn định nền và gia cường độ cho nền Cường độ chịu nén của xi măng đất từ dao động khoảng 20 ÷ 250 kg/cm2, tuỳ thuộc vào loại, hàm lượng xi măng và tỷ lệ đất còn lại trong khối xi măng đất và loại đất nền

Thiết bị máy phương pháp xử lý bằng cọc xi măng đất khá đơn giản bao gồm một máy khoan với hệ thống lưỡi có đường kính thay đổi (tùy theo đường kính cọc được thiết kế ) và hệ thống silô chứa xi măng có gắn máy bơm nén với áp lực lên tới 12kg/cm2

Phương pháp thi công cọc xi măng đất được chia thành 2 loại chính là Phương pháp trộn khô (Dry Jet Mixing) và phương pháp trộn ướt (Wet Mixing hay còn gọi là phương pháp Jet Grounting)

- Trộn khô là quá trình gồm xáo tơi đất bằng cơ học tại hiện trường và trộn bột xi măng khô với đất có hoặc không có phụ gia;

- Trộn ướt là quá trình phụt áp lực cao vào môi trường hạt rời với vữa xi măng có hoặc không có phụ gia

c Phạm vi ứng dụng

- Khi xây dựng các công trình có tải trọng lớn trên nền đất yếu cần phải có các biện pháp xử lý đất nền bên dưới móng công trình, nhất là những khu vực có tầng đất yếu khá dày Một trong những biện pháp xử lý hiệu quả và kinh tế là dùng Cọc xi măng đất

- Cọc xi măng đất được áp dụng rộng rãi trong việc xử lý móng và nền đất yếu cho các công trình xây dựng giao thông, thuỷ lợi, sân bay, bến cảng…như: làm tường hào chống thấm cho đê đập, sửa chữa thấm mang cống và đáy cống, sử dụng tường chắn, gia cố đất xung quanh đường hầm, chống trượt đất cho mái dốc, gia cố nền đường, mố cầu dẫn

d Ưu điểm nổi bật của cọc xi măng đất

- Tốc độ thi công cọc rất nhanh, kỹ thuật thi công không phức tạp Tiết kiệm thời gian thi công đến hơn 50% do không phải chờ đúc cọc và đạt đủ cường độ;

- Hiệu quả kinh tế cao Giá thành hạ hơn nhiều so với phương án xử lý khác;

- Rất thích hợp cho công tác xử lý nền, xử lý móng cho các công trình ở các khu vực đất yếu như: bãi bồi, ven sông, ven biển;

- Thi công được trong điều kiện mặt bằng chật hẹp, mặt bằng ngập nước;

- Khả năng xử lý sâu (có thể đến 50m);

- Địa chất nền đất pha cát càng phù hợp với công nghệ gia cố ximăng, độ tin cậy cao

3.2.2 Công nghệ Jet – Grouting

Công nghệ xử lý nền bằng phương pháp trộn sâu Jet - Grouting cũng là một phương pháp của cọc Xi măng đất - được phát minh ở Nhật vào đầu những năm 1980,

là phương pháp trộn chất kết dính (thông thường là ximăng) với đất tại chỗ dưới sâu tạo ra vật liệu ximăng - đất Trước hết đưa cần khoan đến độ sâu thiết kế, sau đó bơm vữa xi măng qua cần khoan với áp lực cao (>200atm) phun qua lỗ phun gắn ở đầu mũi khoan, áp lực cao của tia vữa sẽ bắn phá đất và trộn vữa xi măng với đất tại chỗ, đồng thời vừa rút cần khoan lên, vừa xoay cần khoan để tia vữa quét vòng quanh vị trí cần khoan Khi lên đến cao trình cần thiết thì dừng lại, ngừng bơm vữa và rút cần khoan lên Tiếp tục thi công các cọc tiếp theo

Xi măng sau khi trộn với đất nền dưới sâu sẽ thủy hóa làm cho cường độ khối đất gia cố tăng lên nhiều lần so với đất nền yếu xung quanh tạo thành cột xi măng trộn đất

có cường độ cao gọi là cọc xi măng - đất