Nghiên cứu tính toán chống thấm nền đập bằng phương pháp khoan phụt áp dụng cho nền đập phụ hồ chứa nước bản mồng nghệ an

Với công trình hồ chứa nước Bản Mồng, tỉnh Nghệ An có đặc điểm địa chất khá phức tạp móng tuyến đập được đặt trên các đới đá phong hóa mạnh đến phong hóa vừa và phong hóa nhẹ yêu cầu chố

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH -

LỜI CẢM ƠN

Tác giả luận văn xin được cảm ơn sâu sắc đối với thầy giáo hướng dẫn TS.Nguyễn Anh Đức đã hướng dẫn và chỉ bảo tận tình trong suốt quá trình thực hiện luận văn tốt nghiệp

Tác giả xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cô giáo tham gia giảng dạy khóa cao học 25 trường Đại học Vinh đã tận tình hướng dẫn và truyền đạt cho tôi những tri thức khoa học quý giá

Tác giả cũng xin cảm ơn Lãnh đạo trường Đại học Vinh, khoa Sau đại học

và Bộ môn Công nghệ và quản lý xây dựng đã tạo điều kiện cho tôi hoàn thành tốt công việc nghiên cứu khoa học của mình

Cuối cùng, tác giả xin chân thành cảm ơn đến gia đình, bạn bè, đồng nghiệp đã giúp đỡ, đông viên, khích lệ để luận văn tốt nghiệp được hoàn thành tốt đẹp

TÁC GIẢ

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu trích dẫn là trung thực Các kết quả nghiên cứu trong luận văn chưa từng được người nào công bố trong bất kỳ công trình nào khác./

Thái Đình Hải

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

LỜI CAM ĐOAN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC BẢNG iv

DANH MỤC HÌNH v

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài: 1

2 Mục đích của đề tài: 1

3 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu: 1

4 Kết quả đạt được: 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP CHỐNG THẤM CHO NỀN ĐẬP 2

1.1 Mở đầu 2

1.2 Nguyên nhân phát sinh dòng thấm dưới đáy móng công trình 2

1.2.1 Dòng thấm có áp 3

1.2.2 Dòng thấm không áp 3

1.3 Những vấn đề cơ bản của dòng thấm dưới đáy móng công trình 3

1.4 Những nhân tố cơ bản ảnh hưởng đến dòng thấm dưới đáy móng công trình 4

1.5 Đặc điểm và phân loại nền đập 4

1.6 Đặc điểm và phân loại các phương pháp nhằm tăng ổn định nền 5

1.6.1 Nhóm làm chặt đất trên mặt bằng cơ học 5

1.6.2 Nhóm làm chặt đất dưới sâu bằng chấn động và thuỷ chấn 7

1.6.3 Nhóm gia cố nền bằng thiết bị tiêu nước thẳng đứng 7

1.6.4 Phương pháp gia cố nền bằng năng lượng nổ 9

1.6.5 Gia cố nền bằng vải địa kỹ thuật 9

1.6.6 Nhóm gia cố nền bằng chất kết dính 9

1.6.7 Nhóm các phương pháp vật lý gia cố nền đất yếu 12

1.7 Yêu cầu xử lý chống thấm cho nền đập 12

1.8 Các mô hình tính toán thấm dưới đáy móng công trình 13

1.8.1 Tính thấm bằng phương pháp giải tích 13

1.8.2 Tính thấm bằng phương pháp sử dụng lưới thấm 15

1.8.3 Tính thấm bằng phương pháp số 16

1.9 Xử lý chống thấm cho nền đập ở một số công trình trên thế giới và Việt Nam 18

1.10 Các phương pháp xử lý chống thấm 22

1.11 Những tiêu chí để lựa chọn phương pháp xử lý chống thấm cho nền đập 33

Kết luận chương 1 34

CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP CHỐNG THẤM NỀN ĐẬP BẰNG KHOAN PHỤT 35

2.1 Mở đầu 35

2.1.1 Phân loại các phương pháp khoan phụt 35

2.1.2.Ứng dụng của phương pháp khoan phụt xử lý nền 36

2.2 Lựa chọn vật liệu để khoan phụt vữa xi măng 36

2.2.1 Lựa chọn xi măng 36

2.2.2 Lựa chọn vật liệu pha trộn và phụ gia 37

2.2.3 Yêu cầu kỹ thuật của vữa khoan phụt 38

2.2.4 Xác định các thành phần chủ yếu của vữa khi xử lý chống thấm nền đập 39

2.3 Lựa chọn áp lực phụt vữa khi xử lý nền 41

2.4 Lựa chọn thiết bị phụt vữa 41

2.5 Tổ chức thi công phụt vữa 42

2.6 Kiểm tra và đánh giá chất lượng thi công màng chống thấm 44

Kết luận chương 2 46

CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP KHOAN PHỤT CHỐNG THẤM CHO NỀN ĐẬP PHỤ HỒ CHỨA NƯỚC BẢN MỒNG NGHỆ AN 47

3.1 Giới thiệu công trình 47

3.1.1 Tóm tắt quyết định của chủ đầu tư 47

3.1.2 Vị trí địa lý vùng công trình, khu hưởng lợi và các đối tượng hưởng lợi 48

3.1.3 Các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật chủ yếu của công trình 48

3.1.4 Cơ sở lập đồ án thiết kế 49

3.1.5 Quy định chung 50

3.1.6 Khối lượng dự kiến 51

3.2 Đề xuất các phương án xử lý chống thấm cho nền đập hồ chứa Bản Mồng 51

3.2.1 Cơ sở lựa chọn và giải pháp xử lý chống thấm cho nền đập 51

3.2.2 Lựa chọn phương án xử lý chống thấm cho nền đập 59

3.2.3 Phân tích thấm qua nền sau khi xử lý 59

3.3 Tính toán thiết kế cho phương án 62

3.3.1 Nhiệm vụ công tác xử lý chống thấm nền đập 62

3.3.2 Phạm vi công tác xử lý nền đập 62

3.3.3 Phương pháp xử lý chống thấm nền đập 66

3.3.4 Khoan phụt xử lý chống thấm nền đập 67

Kết luận chương 3 90

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 91

I KẾT LUẬN 91

II KIẾN NGHỊ 92

TÀI LIỆU THAM KHẢO 93

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1: một số công trình xử lý nền bằng khoan phụt ở việt nam 18

Bảng 1.2: một số công trình sửa chữa đập bằng khoan phụt trên thế giới 20

Bảng 3.1 quan hệ giữ tỷ lệ n/x với lượng mất nước đơn vị q 39

Bảng 3.2 hàm lượng nước và vữa ứng với các tỷ lệ n/x của vữa 40

Bảng 3.3: lượng nước cần thêm vào 1 lít vữa xi măng đặc 40

Bảng 4.1: tổng hợp các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật chủ yếu của công trình 48

Bảng 4.2: Bảng tổng hợp khối lượng công việc dự kiến 51

Bảng 4.3:các mực nước thiết kế 54

Bảng 4.5: các chỉ tiêu cơ lý của vật liệu đắp đập 54

Bảng 4.6:các chỉ tiêu cơ lý của đất nền 55

Bảng 4.7: Tính toán chiều dày của màng khoan phụt chống thấm nền đập đất 65

Bảng 4.8: Bảng tổng hợp khối lượng khoan phụt chống thấm 69

Bảng 4.9: Bảng thống kê khối lượng khoan phụt chống thấm hàng A 69

Bảng 4.10: Bảng thống kê khối lượng khoan phụt chống thấm hàng B 72

Bảng 4.11: Bảng thống kê khối lượng khoan phụt chống thấm hàng C 75

Bảng 4.12: bảng thống kê khối lượng khoan phụt thí nghiệm 78

Bảng 4.13: Bảng thống kê khối lượng khoan kiểm tra sau phụt thí nghiệm 80

Bảng 4.14: Xác định các giá trị Po và P 83

Bảng 4.15: bảng khống chế áp lực phụt 84

Bảng 4.16: bảng dự kiến khối lượng khoan kiểm tra sau phụt đại trà 88

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1: Nối tiếp đập và nền 13

Hình 1.2: sơ đồ tính thấm bằng phương pháp lưới 15

Hình 1.2: sơ đồ lưới sai phân 17

Hình 1.3: sơ đồ phần tử tam giác 18

Hình 2.2: Sơ đồ thấm qua đập có tường lõi + chân răng 23

Hình 2.3: Bố trí sân trước bằng đất sét 24

Hình 2.4: Các sơ đồ liên kết giữa cừ chính với công trình 26

Hình 2.5: Cấu tạo các loại cừ thép 26

Hình 2.6: cấu tạo và kích thước một số bản cừ bằng bêtông cốt thép 27

Hình 2.7: Kết cấu đập đất chống thấm qua nền bằng khoan phụt vữa xi măng 27

Hình 2.8: Tường hào chống thấm bằng Bentonite 29

Hình 2.9: Thi công chống thấm vai đập bằng khoan phụt vữa xi măng 32

Hình 2.10: Thi công chống thấm thân đập 32

Hình 4.2: mặt cắt lòng sông 56

Hình 4.3: đường bão hòa thấm và lưu lượng thấm chưa xử lý nền 57

Hình 4.4: đường đẳng gradient thấm chưa xử lý nền 58

Hình 4.5: đường bão hòa thấm và lưu lượng thấm 60

Hình 4.6: đường đẳng gradient thấm 61

Hình 4.9: Mặt bằng và cắt dọc khoan phụt 81

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Trong xây dựng các công trình thủy lợi, thủy điện công tác xử lý chống thấm cho nền công trình thường không thể thiếu được Việc chống thấm cho nền thường rất phức tạp phụ thuộc vào nhiều yếu tố tự nhiên và giải pháp kỹ thuật và công nghệ thi công

Trong xu hướng phát triển kỹ thuật xây dựng nói chung và xử lý nền nói riêng có rất nhiều tiến bộ, nhiều giải pháp đã được ứng dụng mang lại hiệu quả cao Việc nghiên cứu lựa chọn giải pháp thích hợp với đặc điểm địa chất của nền móng và công nghệ thi công mang lại hiệu quả kinh tế kỹ thuật cao

Với công trình hồ chứa nước Bản Mồng, tỉnh Nghệ An có đặc điểm địa chất khá phức tạp móng tuyến đập được đặt trên các đới đá phong hóa mạnh đến phong hóa vừa và phong hóa nhẹ yêu cầu chống thấm cho nền phải tạo màng chống thấm ở dưới nền đập, kéo dài đường thấm dưới nền nhằm hạn chế thấm trong các đới đá đồng thời giảm bớt áp lực thấm lên đáy móng công trình Việc lựa chọn một giải pháp cho phù hợp với đặc điểm tự nhiên, kết cấu công trình này mang lại hiệu quả kinh tế và bảo đảm điều kiện kỹ thuật cho công trình

2 Mục đích của đề tài

Nghiên cứu tổng quan các giải pháp chống thấm cho nền công trình và điều kiện ứng dụng của từng giải pháp

Nghiên cứu phương pháp chống thấm nền đập bằng phương pháp khoan phụt

Áp dụng phương pháp chống thấm khoan phụt cho nền đập phụ hồ chứa nước Bản Mồng, tỉnh Nghệ An

3 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu tài liệu liên quan đến giải pháp chống thấm cho nền công trình

Kế thừa những kết quả đã nghiên cứu về chống thấm cho nền công trình

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP CHỐNG THẤM

CHO NỀN ĐẬP

1.1 Mở đầu

Khi xây dựng các công trình trên nền đất yếu hoặc đá phong hóa thường công trình tiếp xúc với nền đất nền, hai bên vai công trình là những bộ phận thường là loại thấm nước, trừ khi công trình đặt trên nền đá tốt và được xử lý phần tiếp giáp theo đúng quy trình kỹ thuật Để bảo đảm cho công trình ổn định

và không bị mất nước chúng ta phải xử lý chống thấm tốt, trước hết phải tìm nguyên nhân phát sinh dòng thấm để có giải pháp phù hợp với diều kiện tự nhiên của nền và đạt yêu cầu kỹ thuật, giá thành hạ

1.2 Nguyên nhân phát sinh dòng thấm dưới đáy móng công trình

Khi công trình làm việc, sẽ tạo ra sự chênh lệch mực nước giữa thượng 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 gây ra những ảnh hưởng bất lợi như sau:

- Làm mất nước từ hồ chứa;

- Gây áp lực lên các bộ phận công trình giới hạn miền thấm (bản đáy, tường chắn );

- Mất ổn định công trình: xói nền, xói vai đập…;

- Có thể làm biến hình đất nền và hai vai, đặc biệt là ở khu vực dòng thấm thoát ra, có thể dẫn đến sụt lún, nghiêng, lật công trình;

- Dòng thấm hai bên vai công trình khi thoát ra hạ lưu có thể làm lầy hoá một khu vực rộng, làm ảnh hưởng đến ổn định của bờ và điều kiện đi lại, sản xuất ở hạ lưu công trình

Dòng thấm trong môi trường đất rỗng được chia thành 2 loại:

1.3 Những vấn đề cơ bản của dòng thấm dưới đáy móng công trình

Nhiệm vụ của nghiên cứu dòng thấm là tìm ra 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 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 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 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 thủy 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 thủy 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…

1.4 Những nhân tố cơ bản ảnh hưởng đến dòng thấm dưới đáy móng công trình

Một trong những vấn đề quan trọng nhất cần phải giải quyết khi thiết kế công trình thủy lợi là dự báo chế độ của hệ thống công trình – nền Sự phức tạp của bài toán này được thể hiện ở chỗ: cần phải tính đến hàng loạt các yếu tố tác động như: địa hình, các điều kiện địa chất công trình; các đặc thù kết cấu của công trình cũng như các biện pháp và kết cấu chống thấm ở thân và nền công trình; khả năng dao động mực nước ở thượng hạ lưu… Độ chính xác trong xác định các tính chất thấm của các loại đất ở thân và nền của đập đất Mặc dù, đã có nhiều thành tựu về phát triển các phương pháp và phương tiện kỹ thuật nhằm xác định các tính chất cơ lý của đất, trong nền có kết cấu địa tầng phức tạp, giá trị tính toán các thông số của dòng thấm phụ thuộc vào sự tương tác của các hệ

số thấm giữa các lớp đất nền.Việc hoàn thiện nghiên cứu thấm trong nền công trình cần gắn với việc cải thiện phương pháp khảo sát địa chất công trình nói chung và trong việc xác định các tính chất đất nền nói riêng

1.5 Đặc điểm và phân loại nền đập [1]

Nền đập đất phải bảo đảm các yêu cầu cơ bản sau đây:

Dựa vào địa chất người ta phân nền thành 4 loại:

- Nền đá hoặc nền đá có lớp phủ không dày;

- Nền sỏi, cuội rất dày thấm nước mạnh;

lý của nền để thiết kế mặt cắt đập Bất kỳ nền như thế nào đều có thể đắp đập một cách an toàn nếu biết xử lý tốt Trên nền bùn xấu, cường độ chống cắt nhỏ, khả năng thoát nước kém, có thể đắp đập cao 20 - 30m

Vấn đề thấm nước qua thân đập, biện pháp phòng chống thấm, cấu tạo thân đập, ổn định của mái và giá thành công trình đều liên quan với nền tốt hay xấu Bởi vậy phải coi trọng việc lựa chọn và xử lý nền đập đất

1.6 Đặc điểm và phân loại các phương pháp nhằm tăng ổn định nền [3]

1.6.1 Nhóm làm chặt đất trên mặt bằng cơ học

Là một trong những phương pháp cổ điển nhất, đã được sử dụng từ lâu trên thế giới Bản chất của phương pháp là dùng các thiết bị cơ giới như xe lu, máy đầm, búa rung làm chặt đất Các yếu tố chính làm ảnh hưởng đến khả năng đầm chặt của đất gồm: độ ẩm, công đầm, thành phần hạt, thành phần khoáng hoá, nhiệt độ của đất và phương thức tác dụng của tải trọng Để làm chặt đất cần phải xác định được độ ẩm tốt nhất ứng với giá trị khối lượng thể tích khô lớn nhất

Do được làm chặt, các chỉ tiêu về độ bền của đất tăng lên đáng kể, tính biến dạng và tính thấm giảm đi Hiện nay phương pháp này được sử dụng rộng rãi trong xây dựng đường giao thông, sân bay, các công trình thủy lợi và trong xây dựng dân dụng, công nghiệp Có một số phương pháp làm chặt đất bằng cơ học như sau:

+ Làm chặt đất bằng đầm rơi:

Bản chất của phương pháp là dùng đầm rơi bằng vật nặng làm chặt đất Vật đầm thường làm bằng bê tông cốt thép hoặc bằng gang, có khối lượng từ 2 đến 4

tấn, cho rơi từ độ cao 4  5m Chiều dày nén chặt của đất phụ thuộc vào đường kính, khối lượng và chiều cao rơi của vật đầm cũng như tính chất của đất Thông thường, độ chặt của đất tăng lên ở các lớp trên mặt và giảm đi ở những lớp phía dưới

+ Làm chặt đất bằng đầm lăn:

Bản chất của phương pháp là dùng đầm lăn, xe lu để làm chặt đất Phương pháp này thường được sử dụng khi làm đường giao thông Tuỳ thuộc trọng lượng xe lu và số lần đầm mà chiều sâu làm chặt có thể đạt đến 0,5  0,6 m Khi dùng đầm lăn có mặt nhẵn, do chiều dày lớp đất được đầm nhỏ nên hiệu suất đầm thường thấp, chất lượng đầm không đều, khối lượng thể tích của đất giảm theo chiều sâu Vì vậy đối với các công trình đắp đất lớn dùng đầm mặt nhẵn không hiệu qủa Đối với các loại đất dính dạng cục thì dùng đầm lăn chân dê mang lại hiệu qủa cao hơn, chất lượng đầm đều hơn và tạo ra mặt ráp liên kết tốt giữa các lớp đất đầm với nhau

Hiện nay, người ta còn sử dụng cả đầm lăn bánh hơi để đầm chặt cả đất dính và đất rời Mức độ đầm chặt phụ thuộc vào số lần đầm, chiều dày lớp đầm,

áp suất bánh xe, tải trọng xe, vận tốc di chuyển của xe cũng như độ ẩm và cấu tạo của đất Muốn đất được đầm chặt như nhau ở mọi nơi thì yêu cầu tải trọng đầm phải phân bố đều lên các bánh xe, không phụ thuộc vào độ gồ ghề của mặt đất và sức chịu tải của đất tại các vị trí đầm

+ Làm chặt đất bằng đầm rung:

Phương pháp làm chặt đất bằng đầm rung chủ yếu dùng để nén chặt đất cát Nếu hàm lượng hạt sét trong đất nhỏ hơn 6% thì hiệu qủa nén chặt thường gấp 4  5 so với các phương pháp đầm nén khác Bản chất của phương pháp là dùng các chấn động tạo ra các dao động liên tục có tần số cao và biên độ nhỏ, làm cho tính toàn khối của đất bị phá họai, các hạt cát di chuyển đến chỗ trống giữa các hạt có kích thước lớn hơn Tác dụng của đầm rung lớn nhất khi xảy ra hiện tượng cộng hưởng khi mà tần số dao động của máy trùng với tần số dao động của đất đầm

Chiều dày lớp đất được làm chặt bằng đầm rung thường thay đổi từ 0,3 đến 1,5 m, đôi khi đến 2 m

1.6.2 Nhóm làm chặt đất dưới sâu bằng chấn động và thuỷ chấn

Khi đất cát hoặc đất đắp có chiều sâu phân bố lớn thường dùng phương pháp chấn động hoặc thủy chấn để nén chặt

Để thi công nén chặt đất bằng phương pháp thủy chấn, người ta đóng vào trong đất những ống thép đường kính 19  25mm và có đầu nhọn, phần ống dưới dài khoảng 50  60cm, có đục lỗ xung quanh với đường kính 5  6mm Lợi dụng sức nước cao áp để đưa ống thép và máy chấn động đến độ sâu thiết kế và cho máy chấn động làm việc nén chặt đất từ dưới lên trên, mỗi đoạn làm chặt thường từ 30  40cm trong khoảng thời gian 40  120 giây Sau khi làm chặt được lớp đất thứ nhất thì lại nâng máy đầm lên làm chặt lớp đất thứ 2 và cứ làm như vậy làm chặt cho đến khi lên mặt đất

1.6.3 Nhóm gia cố nền bằng thiết bị tiêu nước thẳng đứng

Đối với các nền đất sét yếu, do hệ số thấm của đất sét rất nhỏ nên qúa trình cố kết của đất nền ở điều kiện bình thường cần rất nhiều thời gian Trong

khi đó hầu hết các công trình xây dựng lại đòi hỏi tốc độ thi công nhanh, đảm bảo tiến độ yêu cầu Do vậy, người ta thường dùng các thiết bị tiêu nước thẳng đứng kết hợp với gia tải để làm tăng nhanh tốc độ cố kết của đất nền Thiết bị tiêu nước thẳng đứng gồm nhiều loại khác nhau Nguyên lý làm việc của các loại này là, dưới tác dụng của tải trọng ngoài, trong đất sẽ xuất hiện gradient thủy lực làm cho nước lỗ rỗng thoát ra theo phương ngang về phía các thiết bị tiêu nước, sau đó chảy tự do theo phương dọc theo các thiết bị để thoát nước lên mặt đất Như vậy, việc đặt các thiết bị tiêu nước thẳng đứng trong nền đất có tác dụng rút ngắn chiều dài đường thấm và dẫn đến giảm thời gian hoàn thành cố kết Các công nghệ gia cố bằng tiêu nước thẳng đứng bao gồm:

+ Gia cố nền bằng cọc cát, giếng cát:

Giếng cát và cọc cát được sử dụng rộng rãi để tăng nhanh qúa trình cố kết của đất nền, làm cho đất nền có khả năng biến dạng đều và nhanh chóng đạt đến giới hạn ổn định về lún Tùy thuộc vào đặc điểm công trình xây dựng và cấu trúc nền mà người ta dùng cọc cát hay giếng cát

Giếng cát đóng vai trò thoát nước là chính nên gia cố nền bằng giếng cát thường đi kèm với biện pháp gia tải để thoát nước nhanh

Khi gia cố nền bằng cọc cát thì cọc cát vừa có tác dụng nén chặt vừa có tác dụng thay thế đất nền, do phần lớn độ lún của nền đất kết thúc trong qúa trình thi công, vì thế có thể xây dựng công trình ngay mà không phải đợi thời gian cố kết nền

+ Gia cố nền bằng bấc thấm và các thiết bị tiêu nước chế tạo sẵn (PVD):

Bấc thấm là thiết bị tiêu nước thẳng đứng chế tạo sẵn, gồm nhiều loại, chiều rộng thường 100  200mm, dày 3  5 mm Lõi của bấc thấm là một băng chất dẻo được bọc bởi lớp vải địa kỹ thuật polyeste không dệt, bằng vải địa cơ propylene hoặc giấy tổng hợp có nhiều rãnh nhỏ để đưa nước lên cao nhờ mao dẫn Để cắm bấc thấm vào đất nền đất người ta dùng một máy chuyên dụng tự hành Sau khi thi công bấc thấm, người ta cũng tiến hành gia tải nén trước giống như đối với giếng cát Để nước thoát ra dễ dàng từ đầu bấc thấm người ta

thường phủ lên phía trên mặt lớp đất yếu một lớp vải địa kỹ thuật và trên lớp vải địa kỹ thuật đắp một lớp cát hạt to làm lớp thấm nước

1.6.4 Phương pháp gia cố nền bằng năng lượng nổ

Phương pháp này cũng đã được sử dụng từ lâu trên thế giới Bản chất của phương pháp này là dùng năng lượng của sóng nổ để nén chặt đất Người ta bố trí các quả mìn dài trong các giếng, phân bố theo mạng lưới tam giác đều và sâu hết chiều dày lớp đất yếu Phía trên các qủa mìn người ta đổ cát thành đống hoặc đặt các thùng đựng cát không đáy Khi mìn nổ, năng lượng được tạo ra sẽ nén đất ra xung quanh, cát sẽ rơi xuống lấp đầy vào giếng vừa được tạo ra Sau đó, người ta tiếp tục đổ thêm cát vào giếng và đầm tới độ chặt yêu cầu

1.6.5 Gia cố nền bằng vải địa kỹ thuật

Trong những năm gần đây, vải địa kỹ thuật đã được ứng dụng rộng rãi ở nước ta, nhất là trong gia cố nền đường giao thông Tùy theo mục đích sử dụng, vải địa kỹ thuật có thể được sử dụng để: (1) Làm chức năng như mặt phân cách nước (2) Làm chức năng như vật liệu tiêu nước Ngoài ra vải địa kỹ thuật còn dùng để chống xói mòn, bảo vệ bờ vv

1.6.6 Nhóm gia cố nền bằng chất kết dính

Bản chất của các phương pháp này là đưa vào nền đất các vật liệu kết dính như ximăng, vôi, bitum nhằm tạo ra các liên kết mới bền vững hơn nhờ các quá trình hoá lý và hoá học diễn ra trong đất, dẫn đến làm thay đổi tính chất cơ

lý của đất nền Tùy vật liệu đưa vào mà có những công nghệ như sau:

+ Gia cố nền bằng phương pháp trộn vôi:

Khi trộn vôi vào đất, vôi có tác dụng hút ẩm làm giảm độ ẩm của đất và đóng vai trò là chất kết dính liên kết các hạt đất Khi tác dụng với nước, vôi chưa tôi có khả năng ngưng kết và đông cứng nhanh trong vòng 5 đến 10 phút Qúa trình hyđrát hoá vôi chưa tôi có khả năng hấp thụ một khối lượng nước lớn (32 đến 100% khối lượng ban đầu) nên nhanh chóng làm nền đất khô ráo, dẫn đến đất nền được nén chặt

Để gia cố nền đất yếu ở dưới sâu người ta sử dụng cọc vôi hoặc cọc đất - vôi Vôi tác dụng với nước sẽ tăng thể tích nên tiết diện các cọc vôi sẽ tăng lên làm

tăng độ chặt của nền Ngoài ra các tác động của vật lý và hóa học sẽ làm tăng độ bền nén, lực dính và góc ma sát trong làm cho sức chịu tải tổng hợp của khối đất gia cố tăng lên

+ Gia cố nền bằng phương pháp trộn ximăng:

Khi trộn ximăng vào đất sẽ xảy ra qúa trình kiềm và sau đó là quá trình thứ sinh Quá trình kiềm là quá trình thủy phân và hyđrát hóa ximăng, được coi

là quá trình hình thành nên độ bền của đất gia cố Qúa trình kiềm sẽ tạo ra một lượng lớn hyđroxit canxi làm tăng độ pH của nước lỗ rỗng trong đất, tạo điều kiện thúc đẩy qúa trình thứ sinh Ở điều kiện bình thường, các khoáng vật sét có thành phần hoá học chính là các ôxít nhôm và silíc khá bền vững, khó bị hòa tan, song trong môi trường kiềm có độ pH cao, chúng dễ bị hoà tan dẫn đến sự phá hủy của khoáng vật Các ô xít nhôm và silíc ở dạng hòa tan tạo nên một phần vật liệu đông cứng và làm tăng cường độ của hỗn hợp đất ximăng Quá trình thứ sinh xảy ra chậm chạp trong một thời gian dài

+ Gia cố nền bằng phương pháp trộn bi tum:

Bitum là chất kết dính hữu cơ gồm các chất cácbuahydro khác nhau và các dẫn xuất không kim loại như ô xy, lưu huỳnh và nitơ

Khi trộn bitum vào đất, bitum có tác dụng chủ yếu với các hạt sét, còn các hạt bụi và hạt cát nhờ có bitum mà được dính kết, tích tụ lại dưới dạng ổ hoặc thấu kính với hình dạng và kích thước khác nhau Bitum tác dụng với hạt sét tạo thành hỗn hợp hấp phụ lẫn nhau, có tính đàn hồi, có khả năng gắn chặt các hạt, kết quả là nhận được vật liệu mới đất - bitum liên kết bởi màng đàn hồi vật chất sét - bitum, ổn định đối với nước Phương pháp gia cố đất bằng bitum thường được sử dụng nền đường giao thông có chiều dày gia cố nhỏ

+ Gia cố nền bằng keo polime tổng hợp:

Các chất polime tổng hợp không có sẵn trong thiên nhiên mà được tổng hợp từ dầu mỏ, khí đốt, than đá Phân tử của chúng gồm rất nhiều khâu, nối với nhau bởi liên kết hóa học, tạo nên những chuỗi xích có cấu trúc thẳng, phân nhánh và mạng 3 chiều Keo polyme tổng hợp có tính bám dính cao, thời gian đông cứng nhanh Khi cho keo vào đất các qúa trình hoá lý, vật lý và hoá học

phức tạp giữa các hạt đất và keo, tạo thành chuỗi xích thẳng đi xuyên qua khối đất, hình thành bộ khung không gian bao bọc các hạt đất hoặc tiếp xúc các hạt đất, tạo nên cấu trúc không gian thống nhất với polime Keo polime tổng hợp thường được sử dụng để gia cố nền hay làm móng hay mặt đường giao thông với đất không chứa cacbonat và có độ pH nhỏ hơn 7

+ Gia cố nền bằng dung dịch vữa ximăng:

Bản chất của phương pháp là phun vào lỗ rỗng của đất đá một lượng vữa ximăng cần thiết để sau khi đông cứng, làm giảm tính thấm và tăng sức chịu tải của nền Phương pháp này được sử dụng rộng rãi đối với các công trình thủy lợi, thích hợp với các loại cát, đất sỏi và các loại nền đá nứt nẻ, đặc biệt hiệu qủa khi kích thước khe nứt > 0,15 mm, tốc độ thấm > 80m/ngđ nhưng không vượt quá 200m/ngđ

+ Gia cố nền bằng phụt dung dịch Silicát:

Nếu nền đất và nền đá có độ rỗng và khe nứt nhỏ không thể sử dụng phương pháp phụt vữa ximăng thì người ta dùng phương pháp bơm hóa chất để gia cố Chất hóa học thường dùng là natri silicat ( thủy tinh lỏng - Na2O2SiO2)

và canxi clorua (CaCl2) Phương pháp này sử dụng thích hợp nhất khi đất nền là:

- Cát khô và bão hòa nước, có hệ số thấm từ 2 đến 80 m/ngđ

- Cát nhỏ và cát bụi, có hệ số thấm từ 0,5 đến 5 m/ngđ

- Đất hoàng thổ có hệ số thấm từ 0,1 đến 2m/ngđ

Trường hợp đất có thấm ướt các loại dầu mỡ, tạp chất của dầu hỏa hoặc khi nước ngầm có độ pH > 9 thì không sử dụng được phương pháp này

+ Gia cố nền bằng phương pháp phụt nhựa bitum:

Phương pháp phụt nhựa bitum sử dụng thích hợp trên các nền đá dăm, cuội, sỏi hoặc trong nền đá có nhiều khe nứt Hiện nay, trên thế giới người ta thường dùng hai phương pháp phụt nhựa bitum: phụt nhựa bitum nóng và phụt nhựa bitum lạnh

- Phương pháp phụt nhựa bitum nóng dùng thích hợp trong đá cứng nứt

nẻ, hang hốc và trong cuội sỏi Nội dung của phương pháp là phụt nhựa bitum lỏng qua những lỗ khoan hoặc ống phụt vào trong lỗ rỗng của nền hoặc khe nứt

Nhược điểm của phương pháp này là thiết bị thi công cồng kềnh, phức tạp, nhựa bitum sau khi lạnh thể tích bị giảm nên dễ gây ra biến dạng

- Phương pháp phụt nhựa bi tum lạnh, còn gọi là phương pháp phụt nhũ tương bi tum, dùng để gia cố nền đất cát và đá gốc có khe nứt nhỏ Thường dùng nhũ tương bitum lỏng gồm 65% bitum, 35  40% nước và chất gây ra nhũ tương

1.6.7 Nhóm các phương pháp vật lý gia cố nền đất yếu

+ Gia cố nền bằng phương pháp điện thấm

Bản chất của phương pháp là cắm vào đất dính bão hòa nước hai điện cực, cực dương là thanh kim loại, cực âm là ống kim loại có nhiều lỗ nhỏ Sau khi cho dòng điện một chiều chạy qua, các hạt đất sẽ dịch chuyển về phía cực dương còn nước trong đất sẽ dịch chuyển về phía cực âm Bố trí thiết bị thoát nước về phía cực âm thì lượng nước sẽ thoát ra đáng kể, làm tăng nhanh tốc độ cố kết, hạ thấp mực nước ngầm

+ Gia cố nền bằng phương pháp điện hoá học:

Phương pháp này dựa vào nguyên lý điện thấm, chỉ khác là người ta đưa vào đất qua cực dương các dung dịch hoá học như canxi clorua, natri silicat để khi có dòng điện chạy qua, các điện cực sẽ bị phá hủy và các sản phẩm phá hủy liên kết với các hạt sét làm cho khối đất trở nên cứng lại và nước sẽ được thải ra

ở cực âm Nếu đất có hàm lượng muối lớn thì hiệu qủa của phương pháp này sẽ cao

+ Gia cố nền bằng phương pháp nhiệt:

Bản chất của phương pháp là dùng nhiệt độ cao để gia cố đất bằng cách: Phụt qua lỗ khoan vào trong đất không khí nóng có nhiệt dộ 600  800oC hoặc đưa nhiên liệu cháy vào trong đất qua lỗ khoan và đốt ở nhiệt độ 1000 1100o C Phương pháp này yêu cầu thiết bị và công nghệ thi công phức tạp, chi phí lớn nên ít được ứng dụng

1.7 Yêu cầu xử lý chống thấm cho nền đập

Trước khi đắp đập phải dọn lớp mặt tầng phong hoá, lớp thực vật và lớp đất mặt có khả năng sinh thấm tập trung và sinh trượt như: tầng cát mịn mỏng, bùn loãng có lẫn đá dăm, v.v Thông thường phải bóc một lớp dày 0,3- 1m trên mặt nền

Nếu phải đào đến tầng đá thì mặt tầng đá cần được dọn sạch, sau đó mới đắp đập Vì yêu cầu chống thấm tập trung, nên sau khi dọn nền chỉ cho phép đắp đập trực tiếp nếu đất thân đập và nền đập giống nhau (hình 2.1a) Nếu hai loại đất đó khác nhau, cần làm các chân răng (hình 2.1b) Khi đắp đập đất trên nền đá có thể xây các răng bằng bêtông hoặc bằng đá (hình 2.1c) hoặc dùng các biện pháp nối tiếp khác

Tóm lại trong mọi trường hợp phải bảo đảm liên kết thật tốt thân đập với nền

Trong môi trường thấm với các giả thiết đã nêu ở phần trên, phương trình

vi phân cơ bản của dòng thấm là:

đã tìm được thế vị phức của dòng thấm trong một số bài toán đơn giản Chuyển động của dòng thấm được mô tả bởi lưới thấm gồm 2 họ đường:

- Đường đẳng thế, gọi tắt là đường thế, là tập hợp các điểm có cùng cột nước h (h = const)

- Đường dòng là quỹ đạo chuyển động của một hạt nước trong miền thấm

1.8.1.2 Phương pháp cơ học chất lỏng gần đúng

Với các đường viền thấm phức tạp có 2, 3 hay nhiều hàng cừ, Pavlôpxki đã dùng phương pháp phân đoạn để giải gần đúng bài toán thấm Sau đó Trugaep

đã phát triển thành phương pháp hệ số sức kháng, đưa ra các công thức giải tích

để tính hệ số sức kháng cho từng đoạn Viện sĩ Lavrenchiep đề xuất phương pháp biến đổi các cừ, dẫn đến các bảng tra để xác định áp lực thấm tại các điểm đặc trưng của đường viền thấm

1.8.1.3 Phương pháp tỷ lệ đường thẳng

Vài nét lịch sử: Khi phương pháp cơ học chất lỏng chưa phát triển thì người ta đã dùng phương pháp tỷ lệ đường thẳng (TLĐT) để giải các bài toán thấm qua nền công trình Phương pháp này do Blai đề xướng dựa trên các tài liệu quan trắc từ các công trình thực tế Ông cho rằng dọc theo tia dòng đầu tiên (đường viền thấm của công trình), độ dốc thuỷ lực không thay đổi, không phụ thuộc vào hình dạng của đường viền thấm (có cừ hay không có cừ) Từ giả thiết này, có thể vẽ được biểu đồ áp lực thấm lên đáy công trình, tính được gradien và lưu tốc thấm bình quân trong toàn miền thấm

Trong quá trình giải bài toán thấm, dựa vào sự quan trắc tỷ mỉ hơn quá trình tổn thất cột nước thấm dọc theo đường dòng đầu tiên, Len đã phát hiện ra rằng trên những đoạn đường viền thẳng đứng, mức độ tiêu hao cột nước thấm lớn hơn so với đoạn đường viền nằm ngang Từ đó Len đã đề xuất việc cải tiến phương pháp của Blai để các kết quả thu được phù hợp với thực tế hơn

Ngày nay mặc dù đã có nhiều phương pháp hiện đại để tính thấm, nhưng phương pháp TLĐT vẫn còn được sử dụng trong những trường hợp sau:

- Đối với các công trình nhỏ, tầng thấm mỏng, đường viền thấm đơn giản: giải theo phương pháp TLĐT cho kết quả chính xác theo yêu cầu kỹ thuật

- Đối với các công trình lớn: thường dùng phương pháp TLĐT để sơ bộ kiểm tra chiều dài đường viền thấm trước khi đi vào tính toán theo các phương pháp chính xác hơn

- Đối với các công trình trên nền đá: thường áp dụng phương pháp này để tính toán áp lực thấm lên đáy công trình

1.8.2 Tính thấm bằng phương pháp sử dụng lưới thấm

1.8.2.1 Khái niệm lưới thấm

Trong môi trường đồng nhất, đẳng hướng, lưới thấm được hình thành bởi hai họ đường cong trực giao nhau Các đường cong này thể hiện hình ảnh chuyển động của các hạt nước trong môi trường thấm

- Đường dòng: biểu diễn quỹ đạo của các phần tử nước chuyển động trong miền thấm;

- Đường thế (gọi tắt của đường đẳng thế hay đường đẳng cột nước): tập hợp các điểm có cùng cột nước thấm

Trên hình 2-7a thể hiện một lưới thấm đã vẽ xong, trong đó đường viền thấm dưới đáy công trình là đường dòng đầu tiên (A-M); mặt tầng không thấm

là đường dòng cuối cùng (I-I) Đường đáy sông (kênh) phía thượng lưu (OA) là đường thế đầu tiên; đường đáy thoát nước ở hạ lưu (MN) là đường thế cuối cùng Phần miền thấm giữa 2 đường dòng kề nhau gọi là ống dòng; phần miền thấm giữa 2 đường thế kề nhau gọi là dải thế

Hình 1.2: sơ đồ tính thấm bằng phương pháp lưới

a) Lưới thấm; b) Biểu đồ gradien thấm Jr

Hai họ đường dòng và đường thế tạo thành một lưới có các mắt lưới hình vuông cong Tại những vị trí mà các đường dòng, đường thế gần sát vào nhau là nơi có dòng thấm mạnh (gradien thấm lớn); ngược lại, tại vị trí có các đường dòng, đường thế thưa là nơi có dòng thấm yếu

Lưới thấm chỉ phụ thuộc vào dạng hình học của miền thấm mà không phụ thuộc vào hệ số thấm, cột nước, chiều dòng thấm, và kích thước tuyệt đối của công trình

1.8.2.2 Các phương pháp xây dựng lưới thấm

Để xây dựng lưới thấm, có thể sử dụng các phương pháp khác nhau:

a) Phương pháp giải tích: Viết phương trình họ đường dòng, đường thế, như đã nêu ở mục trên Phương pháp này chỉ áp dụng được một số sơ đồ miền thấm đơn giản nhất

b) Phương pháp thí nghiệm tương tự điện (EGĐA)

Phương pháp này dựa trên cơ sở tương tự về hình thức giữa phương trình

mô tả dòng thấm và phương trình dòng điện trong môi trường dẫn điện Viện sĩ Pavlôpxki đã nghiên cứu dùng máy EGĐA để vẽ lưới thấm cho các dạng miền thấm khác nhau Phương pháp này có ưu điểm là bảo đảm mức chính xác cao, giải được các trường hợp miền thấm phức tạp, môi trường thấm không đồng nhất, không đẳng hướng, và các bài toán thấm không gian

c) Phương pháp thí nghiệm trên mô hình khe hẹp: Dựa trên sự tương tự về hình thức giữa phương trình mô tả dòng thấm trong môi trường thấm với phương trình mô tả dòng chảy tầng của chất lỏng nhớt trong một khe hẹp giữa 2 tấm kính, Aravin đã thiết lập được các biểu thức tương quan giữa 2 loại chuyển động này Trong thí nghiệm, dùng các tia màu để đánh dấu đường dòng và dùng suy diễn (theo tính chất trực giao của lưới thấm) để vẽ họ đường thế

Do những khó khăn về kỹ thuật thực hành, phương pháp mô hình khe hẹp còn chưa được ứng dụng rộng rãi

d) Phương pháp vẽ lưới bằng tay: Dựa vào các đặc điểm của lưới thấm như

đã mô tả ở mục 1, có thể vẽ được lưới thấm bằng tay cho những miền thấm phẳng, đồng nhất đẳng hướng Cách thức thực hiện là vẽ và sửa dần cho đến khi đạt được một lưới thấm trực giao có các mắt lưới hình vuông cong Mức độ chính xác của phương pháp phụ thuộc vào trình độ và kinh nghiệm của người

vẽ, nói chung có thể đạt được độ chính xác yêu cầu của bài toán kỹ thuật

1.8.3 Tính thấm bằng phương pháp số

Xuất phát từ phương trình cơ bản và các điều kiện biên, có thể sử dụng các phương pháp số để tìm các đặc trưng của dòng thấm Thường sử dụng 2 phương pháp chính là phương pháp sai phân và phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH)

1.8.3.1 Phương pháp sai phân

Miền thấm được chia thành những ô hình chữ nhật có kích thước các ô lưới bằng nhau a x b như hình 1.2

a

Hình 1.2: sơ đồ lưới sai phân

Các đại lượng vi phân dh, dx, dy được chuyển thành những đại lượng sai phân tương ứng h, x, y Những đạo hàm riêng cấp một và cấp hai

Trong đó x, y là tọa độ của điểm nút cần xét thuộc lưới

Việc tìm nghiệm của phương trình h = 0 chuyển thành việc giải một hệ phương trình đại số tuyến tính để tìm các giá trị h(x, y) tại những điểm nút Phương pháp sai phân tuy đơn giản nhưng ít được dùng để giải các bài toán thấm có điều kiện biên phức tạp do những nhược điểm về kỹ thuật chia lưới

1.8.3.2 Phương pháp phần tử hữu hạn

Theo phương pháp này, miền thấm được chia thành những hình tam giác có kích thước và hình dạng khác nhau phù hợp với các biên và tính chất của dòng

thấm ở các khu vực khác nhau (khu vực có cường độ thấm mạnh thì chia thành các phần tử có kích thước nhỏ và ngược lại)

Trong bài toán thấm phẳng, ổn định, cột nước h(x, y) tại một điểm bất kỳ được xác định khi biết giá trị cột nước h tại 3 đỉnh i, j, m của phần tử (hình 1.3):

y

j i

x m

Hình 1.3: sơ đồ phần tử tam giác

Với sự hỗ trợ của máy tính điện tử, phương pháp phần tử hữu hạn đã trở thành thông dụng và là một công cụ mạnh để giải các loại bài toán thấm khác nhau: có áp và không áp, ổn định và không ổn định, phẳng và không gian

1.9 Xử lý chống thấm cho nền đập ở một số công trình trên thế giới và Việt Nam( Sưu tầm)

Bảng 1.1: một số công trình xử lý nền bằng khoan phụt ở việt nam

TT Tên công trình

Nội dung và quy mô, thông số kỹ thuật công trình

Tổng giá trị hợp đồng (10 6 VNĐ

Thời gian thực hiện

Chủ đầu

tư Bắt

đầu

Hoàn thành

1 Công trình thủy

điện Đa Mi

( Lâm Đồng)

Khoan phụt xử lý nền, chiều sâu khoan <30m, với khối lượng 10426m

7706 1997 2000

Ban Quản lý DATĐ 6

660 1998 2000

Ban Quản lý DATL415

khoan tiêu nước nền đập;

khoan phụt đá cấp 7-8 với chiều sâu khoan <30m

3395 1999 2000

Ban Quản lý DATL415

đá, chiều sâu khoan <30m

586 2002 2003

Ban Quản lý DATL415

cấp 7-8; chiều sâu

hố khoan <20m

120 2002 2002

Sở NN&PTNT tỉnhĐắk Lắk

đá cấp 4-6; chiều sâu hố khoan <20m

2002 2003

Ban Quản lý DATL 413

8 Công trình Đăk

Lô (Đắk Lắk)

Khoan phụt xử lý chống thấm đập chính; khoan qua đất, đá cấp 4-6; chiềusâu khoan <20m

825 2003 2003

Ban Quản lý DATL 413

9 Công trình thủy

điện Quảng Trị

Khoan phụt chống thấm &

gia cố nền đập; khoan qua

đá cấp 7-8; chiều sâu khoan

<30m

3005 2005 2006 Ban Quản lý

DATĐ 2

đá cấp 7-8; chiều sâu khoan

<30m; Khoan phụ xử lý nền đập dâng, khoan qua

đá cấp 7-8; chiều sâu khoan<50m

Công ty điện lực 2

13091 2005 2006

Ban Quản lý DATL 410

Bảng 1.2: một số công trình sửa chữa đập bằng khoan phụt trên thế giới

TT Tên đập Nước

V

liệu làm lõi giữa

Chiều cao (m)

Chiề

u dài (m)

Năm xảy ra

sự cố

Hư hỏng quan trắc được

Biện pháp đã

Thấm quá mức

Phụt vữa

7 Bullileo Chile GC 70 270 1982

Xuất hiện nước đục

Thấm quá mức, xuất

hiện lỗ sụt

Lấp vết nứt, lỗ sụt

Hạ mực nước hồ

Thấm quá mức, xuất

Thấm quá mức

Đắp đê quây TL

sụt

Hạ mực nước hồ Phụt vữa

Quan trắc, khảo sát, phụt vữa

Xuất hiên nước đục,

lỗ sụt

Hạ mực nước hồ Phụt vữa

Quan rắc, khảo sát, phụt vữa

17 Lower Slade Great

sụt

Xuất hiện nước đục, lún

đập, thấm manh, nứt

Lấp hố sụt

19 Shell Oil USA SM 14 114 1954

Nứt, chuyển vị ngang,

thấm mạnh

Lấp hố sụt

sụt

Xuất hiện nước đục

Thấm quá mức, xuất

hiện lỗ sụt

Lấp hố sụt,

hạ mức nước hồ

1.10 Các phương pháp xử lý chống thấm

1.Tường chống thấm bằng tường răng kết hợp lõi giữa

Khi đập đất có lõi giữa xây dựng trên nền thấm nước và chiều dày tầng thấm nước không lớn lắm thì biện pháp chống thấm cho nền thông thường là kéo dài lõi giữa xuống tận tầng không thấm

Để tính thấm qua loại đập này có thể chia đập ra làm ba phân đoạn Đoạn II gồm lõi giữa và tường răng, còn hai đoạn I và III là phần đập và nền tương ứng nằm bên trái và bên phải nó

Sơ đồ tính:

Hình 2.2: Sơ đồ thấm qua đập có tường lõi + chân răng

* Lưu lượng thấm: Dùng phương pháp phân đoạn để tính, bỏ qua a0, lưu lượng q và các độ sâu h3, h4 trước và sau tường lõi xác định theo phương trình thấm cho từng phân đoạn như sau:

Phân đoạn 1:

T h

m L

T h h K

h h

m L

h h K

44 , 0

).

( ) 44 , 0 (

2

.

1 1

3 1

1 1

1

2 3 2 1

2 4 2 3 0

h h K

Phân đoạn III:

T h

m L

T h h K

L

h h K

44 , 0 '.

).

(

2

.

2

2 4 2

2 2 4

* Phương trình đường bão hòa

Ở đoạn sau tường lõi, với hệ trục như trên hình 2-2 phương trình đường

L

h h

2 2 4

- Thi công trên nền cát cuội sỏi có hệ số thấm nhỏ

- Chống thấm theo phương pháp này cho hiệu quả tương đối cao

* Nhược điểm:

- Chống thấm theo phương pháp này phải thi công các loại đất giữa phần lỏi và nền có tính chất tương tự tránh phân lớp giữa tường lỏi và đất nền gây thấm do phân lớp

- Chỉ thi công ở nơi có địa hình xây dựng rộng

- Không thi công được khi nền là đá lăn, đá tảng

* Ưu điểm:

- Vật liệu chống thấm chủ yếu bằng đất sét nên rất sẵn có, giá thành xây dựng thấp, thiết bị thi công thông dụng như máy đào, máy lu,máy ủi, vì vậy phương pháp này cho hiệu quả kinh tế cao

- Thi công trên nền cát cuội sỏi có hệ số thấm nhỏ

* Nhược điểm:

-Chống thấm theo phương pháp này không triệt để được do khi tính thấm xem tường nghiêng và sân phủ là hoàn toàn không thấm cho nên cho kết quả chỉ là gần đúng

- Chỉ thi công ở nơi có địa hình xây dựng rộng

- Không thi công được khi nền là đá lăn, đá tảng

Độ sâu của các hàng cừ được xác định qua tính thấm và theo điều kiện thi công Độ sâu đóng cừ tối thiểu là Smin = 2,5 ÷ 3,0m

T - chiều dày của tầng thấm;

Lo - chiều dài hình chiếu bằng của đường viền thấm

Hình 2.4 trình bày các sơ đồ cơ bản liên kết cừ chính với công trình Sơ đồ 2.4a

là kém hơn cả vì dễ tạo thành 1 khe thấm nước Sơ đồ 2.4c được sử dụng trong trường hợp đóng cừ để tăng khả năng chống trượt cho công trình và nền

28,1

16 6,1

- Cừ bêtông cốt thép: Cừ này có thể đóng trong mọi loại nền không phải đá

Có thể dùng loại có mộng hình tam giác, hình thang, (hình 2.6) hoặc dạng khớp theo kiểu cừ thép Tuỳ theo công dụng và điều kiện chịu lực của cừ mà lựa chọn kích thước của cừ cho phù hợp Thường bề dày bêtông cốt thép từ 10 ÷ 50cm; bề rộng 50 ÷ 60cm

Hình 2.7: Kết cấu đập đất chống thấm qua nền bằng khoan phụt vữa xi măng

Công tác thiết kế và thi công như: Trình tự khoan phụt và áp lực phụt vữa và nồng độ vữa phụt hiện nay đã được tiêu chuẩn hóa theo “Tiêu chuẩn kỹ thuật khoan phụt xi măng vào nền đá ” - 14 TCN 82 - 1995 Công tác khoan phụt tại một số công trình lớn sau này như công trình Tân Giang (Ninh Thuận), Hàm Thuận - Đa Mi (Lâm Đồng), … đã được sử dụng những công nghệ tiên tiến, có khả năng kiểm soát được áp lực phụt, khối lượng và nồng độ của vữa đã được phụt vào nền công trình

- Khó kiểm soát vữa có điền đầy đủ lỗ rỗng hay chưa

- Hiệu quả chưa cao đối với nền cát cuội sỏi và nền đất có mực nước ngầm

- Một số đập khoan phụt chống thấm, sau một thời gian vận hành bị thấm trở lại

- Không thi công được trong nước

- Dễ bị xô, dồn ép cốt liệu khi nền rời và có kết cấu mềm yếu

* Phạm vi ứng dụng

- Chỉ ứng dụng cho nền thấm vừa phải thường dưới 20m, môi trường xử lý không bị bảo hòa nước và dòng thấm đi qua

- Bán kính ảnh hưởng nhỏ do áp lực phụt bị hạn chế

5 Phương pháp tạo hào chống thấm bằng vật liệu – Xi măng-

Bentômite

Tường chống thấm thi công bằng biện pháp đào hào trong dung dịch

bentnite là giải pháp kết cấu tốt và giải quyết được cơ bản bài toán thấm đối với

nền cát, cát cuội sỏi, nền đất có chiều sâu tới 60m mà các giải pháp khác không thể thực hiện được Kết cấu này được áp dụng lần đầu tiên ở Việt Nam (năm 1999) - Người đề xuất: Nguyễn Văn Tăng, nhà thầu thực hiện đầu tiên: Công ty Bachysoletanche (tại đập chính Dầu Tiếng - tỉnh Tây Ninh)

* Nguyên lý công nghệ:

Tường hào chống thấm là loại tường được thi công bằng biện pháp chung

là đào hào trong dung dịch Betonite trước, sau đó sử dụng hỗn hợp các loại vật liệu: Xi măng + Bentonite + Phụ gia, sau thời gian nhất định đông cứng lại tạo thành tường chống thấm cho thân và nền đập

Hào được thi công trong dung dịch Bentonite - gọi tắt là hào Bentonite là

hố móng có mái dốc đứng, hẹp, sâu được thi công trong điều kiện luôn có dung dịch Bentonite Hào thường có chiều rộng 0,5  0,9m, có chiều sâu 5 120m

Hình 2.8: Tường hào chống thấm bằng Bentonite

Để có thể đào hào rất sâu và duy trì mái dốc thẳng đứng, trong quá trình thi công phải duy trì liên tục hỗn hợp nước và sét Bentonite đầy trong hào giữ cho vách hào luôn được ổn định Sau khi hào được thi công sẽ bơm hỗn hợp vật liệu ximăng + Bentonite + phụ gia tạo nên tường chống thấm Yêu cầu khả năng chống thấm của tường K<10-6

cm/s, kết cấu mềm phù hợp với biến dạng của đập

Tính chất của phụ gia chậm đông cứng Sika:

- Thời gian kết thúc ngƣng kết: 12 giờ

- Chống thấm đạt hiệu quả cao (hệ số thấm K= 10-5  10-7 cm/s)

- Dung dịch xi măng Bentonite đƣợc trộn theo dây chuyền công nghệ theo tiêu chuẩn thống nhất Nên thuận lợi trong thiết kế, thi công, vận chuyển và kiểm soát chất lƣợng

- Thi công trên nền cát cuội sỏi có hệ số thấm lớn, tầng thấm nằm sâu

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

* Nhƣợc điểm:

- Máy móc thi công quá cồng kềnh, phức tạp

- Không thi công được khi nền là đá lăn, đá tảng

- Giá thành công trình cao

* Phạm vi ứng dụng

- Chủ yếu sử dụng công nghệ này để sửa chữa chống thấm cho các đập đất

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

* Các công trình đã ứng dụng trong thực tế:

Công nghệ tường hào chống thấm Bentonite đã được phổ biến, ứng dụng ở các công trình hồ Am Chúa (Khánh Hòa), hồ Dương Đông (Phú Quốc) và Dầu Tiếng ở Tây Ninh

6 Các giải pháp kết hợp khác

Trong thực tế xây dựng, tùy thuộc vào điều kiện địa chất nền và chiều dày lớp đất nền cần xử lý mà ta lựa chọn giải pháp xử lý chống thấm nền khác nhau Trong thực tế khi tính toán, thiết kế biện pháp xử lý nền để đảm bảo về tính kinh

tế và kỹ thuật người ta chọn giải pháp xử lý chống thấm bằng kết hợp giữa hai hay nhiều biện pháp với nhau cho phù hợp với điều kiện địa chất nền, điều kiện

và thiết bị thi công, giá thành công trình

* Ưu điểm

- Có thể chống thấm cho nhiều loại nền khác nhau

- Xử lý được cho loại nền có chiều dày và phạm vi địa chất nền thay đổi

- Khả năng chống thấm cao

- Giá thành rẻ

* Nhược điểm

- Sử dụng nhiều loại thiết bị khác nhau cho mỗi giải pháp xử lý

- Người kỹ thuật thi công phải có kiến thức rộng