các giải pháp công nghệ chống thấm cho nền cát cuội sỏi. ứng dụng công nghệ hợp lý cho hồ chứa nước mỹ lâm - phú yên

Để xử lý chống thấm cho nền đập, chúng ta thường áp dụng các giải pháp như: Giải pháp thay đất nền đào chân khay kết hợp với tường nghiên sân phủ hoặctường tâm, tạo màng chống thấm hào b

LỜI CẢM ƠN

Luận văn "Các giải pháp công nghệ chống thấm cho nền cát cuội sỏi Ứngdụng công nghệ hợp lý cho hồ chứa nước Mỹ Lâm - Phú Yên” được hoàn thành nhờ

sự giúp đỡ nhiệt tình của các thầy giáo, bạn bè đồng nghiệp, cơ quan và gia đình

Có được thành quả này là nhờ sự truyền đạt kiến thức của các thầy, cô giáotrực tiếp giảng dạy và công tác tại Trường Đại học Thủy lợi trong suốt thời giantác giả học tập tại trường

Tác giả xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của các thầy, cô giáo Trường Đại họcThủy lợi trong thời gian học tập tại đây, sự quan tâm giúp đỡ của Ban Lãnh đạo Công

ty Tư vấn và Chuyển giao công nghệ - Trường Đại học Thủy lợi, gia đình, bạn bèđồng nghiệp trong công tác và học tập để tác giả hoàn thành luận văn này

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy - PGS.TS Lê Văn Hùng đã tậntình hướng dẫn và cung cấp các tài liệu cần thiết cho luận văn này

Hà nội, ngày 05 tháng 3 năm 2010

Phạm Ngọc Văn

MỞ ĐẦU

I TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI:

Việt Nam có hệ thống công trình thủy lợi rất phong phú và đa dạng, trong

đó các công trình đê, đập chiếm tỷ lệ lớn và phân bố không đồng đều theo vùnglãnh thổ Theo thống kê của Bộ NN&PTNT năm 2002 thì nước ta có khoảng 2360con Sông có chiều dài trên 10km, trong đó có 9 hệ thống sông chính và có khoảng

1967 hồ (dung tích mỗi hồ trên 2.105m3), trong đó có 10 hồ thủy điện có tổng dungtích 19 tỷ m3

Khi xây dựng đập, đặc biệt là ở vùng trung du và miềm núi thường gặp nềncát cuội sỏi (nền bồi tích) có hệ số thấm K=10-1 - 10-2 cm/s và có chiều dày tầng cátcuội sỏi thay đổi trong phạm vi rất lớn.Vì vậy việc lựa chọn giải pháp xử lý chốngthấm cho nền cát cuội sỏi khi xây dựng đập nhằm đáp ứng mục tiêu về kỹ thuật,kinh tế và điều kiện thiết bị thi công ở Việt Nam là một tiêu chí rất quan trọng vàcần thiết

Để xử lý chống thấm cho nền đập, chúng ta thường áp dụng các giải pháp như: Giải pháp thay đất nền (đào chân khay kết hợp với tường nghiên sân phủ hoặctường tâm), tạo màng chống thấm (hào bentonite, tạo hàng cọc xi măng đất, cọc cừkết hợp với các biện pháp chống thấm khác, khoan phụt xi măng đất sét,các giải pháp hóa lý, ) Xử lý nền bằng cọc xi măng đất là một trong số những giải pháp đã và đang được nghiên cứu ứng dụng rộng rãi ở Việt Nam

Giải pháp xử lý nền bằng cọc xi măng đất không chỉ ứng dụng cho xử lý nền đập

mà còn ứng dụng cho các mục đích khác như: Gia cố nến sân bãi, bến cảng, chống thấm mang cống, làm tường chắn cho hố móng công trình…

Đề tài tập trung nghiên cứu các giải pháp công nghệ xử lý chống thấm chonền về nguyên lý công nghệ, biện pháp thi công, ưu nhược điểm của các giải pháp,điều kiện ứng dụng Từ đó có những kiến nghị cần thiết khi ứng dụng các giải phápnày trong thực tế xây dựng công trình

II MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI:

+ Tổng quan về các giải pháp xử lý chống thấm cho nền đập.

+ Cơ sở khoa học và thực tiễn của các giải pháp xử lý chống thấm cho nền cát cuội sỏi,

từ đó nêu ra ưu nhược điểm và phạm vi ứng dụng cho từng giải pháp

+ Áp dụng tính toán, lựa chọn biện pháp xử lý chống thấm cho nền đập của Hồchứa nước Mỹ Lâm - Phú Yên bằng cọc xi măng đất

III CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU:

+ Cách tiếp cận:

- Tìm hiểu thông tin và các tài liệu đã được nghiên cứu và ứng dụng

- Khảo sát thực tế những công trình đã ứng dụng các công nghệ xử lý chống thấmcho nền cát cuội sỏi ở các công trình của Việt Nam

- Các đánh giá của các chuyên gia

+ Phương pháp nghiên cứu:

- Nghiên cứu tổng quan về lý thuyết và thực tiển của các giải pháp xử lý chốngthấm cho nền đập với loại đất nền là cát cuội sỏi có

- Nghiên cứu ứng dụng cụ thể cho một công trình phục vụ sản xuất

IV KẾT QUẢ DỰ KIẾN ĐẠT ĐƯỢC:

+ Tổng quan được các giải pháp xử lý chống thấm cho nền cát cuội sỏi

+ Ứng dụng kết quả nghiên cứu để tính toán, lựa chọn giải pháp xử lý chống thấm

nền đập cho một công trình cụ thể phục vụ sản xuất

IV NỘI DUNG CỦA LUẬN VĂN:

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ NỀN THẤM NƯỚC KHI XÂY DỰNG HỒ CHỨA NƯỚC

Ở VIỆT NAM 1.1 TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH XÂY DỰNG ĐẬP Ở VIỆT NAM

Theo thống kê của Bộ NN&PTNT năm 2002 cả nước ta đã có 1.967 hồ (dungtích mỗi hồ trên 2.105 m3) Trong đó có 10 hồ thủy điện có tổng dung tích 19 tỷ m3còn lại là 1957 hồ thủy nông với dung tích 5,842 tỷ m3 Nếu chỉ tính các hồ có dungtích từ 1 triệu m3 nước trở lên thì hiện nay có 587 hồ có nhiệm vụ tưới là chính

Các hồ chứa phân bố không đều trên phạm vi toàn quốc Trong số 63 tỉnhthành nước ta có 41 tỉnh thành có hồ chứa nước (xem hình 1-1) Các hồ này đượcđầu tư xây dựng không đều trong từng thời kỳ phát triển của đất nước

Tính từ năm 1960 trở về trước khu vực miền Bắc và miền Trung xây dựngkhoảng 6% Từ năm 1960 đến năm 1975 xây dựng được khoảng 44% Từ năm 1975đến nay xây dựng khoảng 50%

13

25

44

22 17

49 5249

16 1

96 118

51 88

12 5

25 11 123

59 53 108

23 11

Ở nước ta đập vật liệu địa phương đóng vai trò chủ yếu, đập vật liệu địaphương tương đối đa dạng, đập đất được đắp bằng các loại đất khác nhau: Đất phatàn tích sườn đồi, đất Bazan, đất ven biển miền Trung Phần lớn các đập ở miền Bắc

và miền Trung được xây dựng theo hình thức đập đất đồng chất hoặc nhiều khối.Một số năm gần đây, công tác thiết kế, xây dựng đập đất đã sử dụng một số côngnghệ mới như tường lõi chống thấm bằng các tấm bê tông cốt thép liên kết khớp ởđập Tràng Vinh, thảm sét bentonite cho đập Núi Một, hào bentonite cho đập Eaksup

- Đăk Lắc, cọc xi măng đất ở đập Đá Bạc - Hà Tĩnh…Vùng Tây Nguyên và NamTrung Bộ phải sử dụng đất có hàm lượng sét cao, sử dụng nhiều loại đất khôngđồng chất, sử dụng các hình thức đập nhiều khối có bố trí thiết bị thoát nước kiểuống khói đã cải thiện được tình hình dòng thấm qua đập ( xem thống kê ở bảng 1-1)

TT Tên hồ Tỉnh Loại Đập Hmax (m) Năm hoàn thành

TT Tên hồ Tỉnh Loại Đập Hmax (m) Năm hoàn thành

54 Nước Trong Quảng Ngãi đầm lănBê tông 72,00 Đang xâydựng

56 Định Bình Bình Định đầm lănBê tông 50,00 Đang xâydựng

1.2 ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT CHUNG CỦA NỀN ĐẬP Ở VIỆT NAM

Theo đặc điểm địa tầng, có thể chia toàn bộ đất phân bố trên lãnh thổ theo cácnguồn gốc khác nhau như sau:

1.2.1 Đất Aluvi

Đất Aluvi còn có tên gọi là đất trầm tích Đất trầm tích có 2 loại là trầm tíchsông và trầm tích biển Đất có nguồn gốc từ trầm tích sông được sử dụng khá phổbiến để đắp đập

Đất Aluvi cổ phân bố chủ yếu ở các thung lũng sông lớn, và Aluvi hiện đạibao gồm trầm tích lòng sông, bãi bồi và các bậc thềm Thường gặp là các đất sét, ásét phân bố trên các bậc thềm sông với chiều dầy ít khi vượt quá 5m Ở điều kiện tựnhiên đất có dung trọng khô γc = 1,4 ÷ 1,6 T/m3, độ ẩm W= 20÷25%, trạng thái dẻođến cứng Khi bão hòa nước, đất có các thông số chống cắt  = 160 ÷ 200, C = 0,1÷0,4 kg/cm2, hệ số thấm K = 10-1÷ 10-5 cm/s Loại đất này có hàm lượng sét 15÷35%,

có thể sử dụng đắp đập đồng chất hoặc lõi đập

Trong thực tế, đất Aluvi phát triển ở các bậc thềm sông suối miền núi rất hẹp,trữ lượng ít Phần lớn diện tích được canh tác, nên chỉ khai thác được một ít tronglòng hồ trước khi ngập nước

1.2.2 Đất sườn tàn tích và tàn tích trên nền đá Bazan

Phụ thuộc độ tuổi hình thành và nguồn gốc thành tạo mà tính chất cơ lý của nókhác nhau Đất sườn tàn tích có hàm lượng laterit nhỏ, hàm lượng hạt sét nhiều thìkhả năng chống thấm tốt, ngược lại hàm lượng dăm sạn nhiều thì dung trọng cao

1.2.2.1 Đất sườn tàn tích và tàn tích trên nền đá Bazan trẻ (QII-IV)

Do đá được hình thành muộn, thời gian chưa đủ để phong hóa triệt để thànhđất Chiều dầy lớp phong hóa thường nhỏ hơn 5m, gồm đất á sét, á sét màu nâu đỏ,

có chứa nhiều đá tảng đủ các loại kích thước và dăm sạn Tính theo trọng lượng đấtchiếm tỷ lệ rất ít so với đá, do đó rất khó khai thác chúng để đắp đập

1.2.2.2 Đất sườn tàn tích và tàn tích trên nền đá Bazan cổ (N2-Q1)

Loại đất này phân bố rộng rãi ở Tây Nguyên và vùng Đông Nam Bộ, ở điềukiện tự nhiên đất có khối lượng riêng hạt rắn lớn, dung trọng khô thấp, hệ số rỗnglớn, các chỉ tiêu cơ học (, C, E) thuộc loại trung bình Tính chất cơ lý của chúngthay đổi theo vị trí địa lý và địa hình Chiều dầy tầng phong hóa 20 ÷ 30m, chiathành 3 lớp kể từ trên mặt xuống như sau:

* Lớp 1 (edQ): Đất sét - á sét màu nâu đỏ, hàm lượng kết vón laterit khôngđáng kể (khoảng 5%) Độ ẩm thay đổi nhiều theo mùa mưa và mùa khô Ở đáy lớp

1 thông thường trên mặt cắt địa chất đều có lớp vón kết mảng (dạng đá ong) dày 1÷3m, rất cứng chắc Nhiều công trình thực tế đã sử dụng loại đất này để đắp đập rấttốt

* Lớp 2 (eQ): Đất sét - á sét màu loang lổ Hàm lượng kết vón laterit và dămBazan thay đổi trong phạm vị rộng, có chỗ đạt đến 60 ÷ 70% loại hạt có d >2mm(tính theo trọng lượng) Tùy từng nơi, các vón kết laterit có dạng tròn đặc sít hoặcméo mó sắc cạnh

* Lớp 3 (eQ): Đất sét và á sét màu tím gan gà, đốm trắng phớt các màu khác.Lớp đất này có dung trọng khô thấp so với 2 lớp trên, vì vậy ít sử dụng nó để đắpvào những vị trí xung yếu của đập

1.2.3 Đất trên nền đá trầm tích lục nguyên (bột kết, cát kết )

Đặc điểm của loại đất này là nếu được phân bố trên những vùng đồi thoải thìlớp trên mặt (lớp 1- edQ) có nhiều hàm lượng vón kết laterit, thuộc loại đất vụnkhô, tính thấm nước lớn Nếu chúng được phân bố ở các sườn dốc thì hàm lượngvón kết không đáng kể Ở đáy lớp 1 thường có lớp mỏng hoặc thấu kính vón kếtdạng mảng (dạng đá ong) với tính thấm lớn Các chỉ tiêu tính chất cơ lý của loại đấttrên nền đá trầm tích lục nguyên tương đối tốt, nhưng đất có tính trương nở thuộcloại trung bình đến mạnh

1.2.4 Đất trên nền đá phun trào (đaxit, biolit, andnezit )

Chỉ tiêu cơ lý của loại đất này thuộc loại trung bình Do bề dày bé, nên thực tếchưa được sử dụng nhiều

1.2.5 Đất trên nền đá biến chất (Gơnai)

Tính chất cơ lý của loại đất này thay đổi trong phạm vi rộng Khi sử dụngchúng để đắp đập cần phân chia bãi vật liệu thành nhiều lớp để chọn lựa chỉ tiêu cơ

lý tương đối đồng nhất

1.2.6 Đất trên nền đá xâm nhập sâu (Granit, Granodiorit)

Trong lớp (edQ) của đất này thường có đá tảng lăn, thậm chí có cả tảng lăn cỡlớn Dung trọng khô thiên nhiên của đất thấp, tuy có cao hơn với đất Bazan Nhiềucông trình đã sử dụng đất này để đắp đập Riêng lớp 3 của loại đất này thường là ácát có chứa nhiều mica nên không thuận lợi cho việc đắp đập

1.2.7 Đất bồi tích lòng suối (cuội, sỏi, lẫn đất sét )

Cấu trúc đất này thường gặp tại nơi có địa hình tích tụ (nơi các bãi bồi cát sỏinhỏ, các bãi đá tảng lăn có bề dày và kích thước thay đổi theo mùa) Đặc trưng củađịa tầng này từ trên xuống dưới như sau:

Bên trên là lớp phủ có nguồn gốc bồi tích (aQ) gồm: Cát hạt thô chứa nhiềucuội sỏi, bão hòa nước, kết cấu chặt Chiều dày của tầng phủ này từ 3÷4m Đây làlớp thấm rất mạnh Tiếp theo là các lớp á cát, á sét chứa dăm sạn đến hỗn hợp dămsạn và các tảng lăn có kích thước tương đối lớn, nguồn gốc pha tàn tích (deQ), kếtcấu chặt - đây là lớp thấm vừa, mạnh Tiếp đến là tảng lăn, tảng lăn á sét lẫn sạn sỏi,sỏi cát lẫn bụi sét

1.3 KHÁI QUÁT CÁC VẤN ĐỀ VỀ SỰ CỐ GÂY HƯ HỎNG ĐẬP

1.3.1 Các tài liệu quan trọng cần xem xét khi đánh giá an toàn đập

Khi đánh giá mức độ an toàn của một đập, cần xem xét các tài liệu quantrọng sau:

- Tài liệu về thủy văn công trình: Lưu lượng lũ, tổng lượng lũ, các dạng lũbất lợi, gió bão

- Địa chất nền đập

- Biện pháp xử lý nền

- Đất đắp đập

- Tiếp giáp đập với nền và các vai đập

- Tiếp giáp thân đập và các công trình xây đúc

- Các khớp nối thi công

1.3.2 Đặc điểm làm việc của đập

Đập là công trình dâng nước, xây dựng chủ yếu bằng các vật liệu địa phương(đất, đá) nên trong quá trình khai thác đập mang những đặc tính sau:

- Đập đất là loại đập không tràn có nhiệm vụ dâng nước và giữ nước trong các

hồ chứa hoặc cùng với các loại đập khác tham gia nhiệm vụ dâng nước trong hệthống thủy lợi

- Có khối lượng lớn và chịu tác dụng của ngoại lực khá phức tạp, nên thân đậpcần đảm bảo điều kiện chịu lực Đặc biệt phải đảm bảo điều kiện ổn định chốngtrượt của hai mái dốc và nền

- Mái đập thường xuyên chịu tác động của gió, sóng trong hồ, mưa gây sạt lởlàm giảm khả năng ổn định của công trình Vì vậy đối với đập đất mái đập thường

có các biện pháp gia cố để bảo vệ mái

- Dòng thấm trong thân đập không chỉ làm giảm khả năng ổn định chống trượtcủa mái mà nó còn có thể gây ra xói ngầm làm hư hỏng công trình Dòng thấm xuấthiện ở cả trong thân đập, nền đập và vai đập, tại các vị trí tiếp giáp cửa ra dogradient của dòng thấm lớn thường gây ra hiện tượng trôi đất, vì vậy kết cấu đậpphải bố trí các thiết bị lọc ngược trong thân đập hoặc mái hạ lưu đập

- Theo thời gian đập còn bị lún xuống do tác dụng của tải trọng bản thân đập

và do quá trình cố kết thấm

1.3.3 Đặc điểm về sự cố của đập đất

Những đặc điểm làm việc của đập đất như đã nêu trên có ảnh hưởng trực tiếpđến chất lượng của đập đất, vì thế nếu để xảy ra kém chất lượng ở bất kỳ khâu nào,trong thời gian nào cũng có thể dẫn tới sự cố lớn hoặc nhỏ Vì vậy sự cố của đập đất

có quan hệ mật thiết với những đặc điểm đã nêu trên

Sự cố của đập đất có những đặc điểm:

- Do một hoặc nhiều nguyên nhân gây ra, trong đó có khảo sát (địa hình, địachất công trình, địa chất thủy văn, thủy văn công trình), thiết kế (thủy công, cơ khí,điện), thi công và quản lý khai thác Tuy nhiên thực tế nguyên nhân phổ biến là:Khảo sát, thiết kế, thi công

- Sự cố lớn thường xảy ra đối với các công trình đầu mối trong đó có đập đất

- Sự cố xảy ra không chỉ ngay sau khi hoàn thành công trình mà thường là saunhiều năm Tuy nhiên sự cố lớn và nghiêm trọng thường xảy ra khi gặp lũ cực lớn

và trong quá trình thi công (vỡ đập Sông Mực - Thanh Hóa, sự cố 3 lần vỡ đập SuốiTrầu - Khánh Hòa, đập Cà Giây - Bình Thuận)

- Những sự cố lớn và nghiêm trọng thường xảy ra rất đột ngột, trong một thờigian rất ngắn, không kịp ứng phó.

- Hậu quả do sự cố gây ra thường là nghiêm trọng, việc xử lý rất tốn kém gây

ra tổn thất lớn về tính mạng, tài sản của nhân dân và tài sản quốc gia, gây ảnhhưởng xấu về kinh tế và tình hình xã hội

1.3.4 Các dạng sự cố về đập đất

Đập đất là hạng mục quan trọng nhất đối với đầu mối công trình thủy lợi Sự

cố về đập đất rất nghiêm trọng và không lường hết được hậu quả Những sự cố củađập đất thường do nhiều nguyên nhân Trong khuôn khổ luận văn này, tác giả đềcập đến các nguyên nhân do mất ổn định nền và thấm như sau:

Do nền đập bị lún trên chiều dài dọc tim đập

3 Trượt sâu mái thượng lưu

Do đặc điểm địa chất nền đập xấu không được xử lý hoặc xử lý không đảmbảo yêu cầu

4 Trượt sâu mái thượng, hạ lưu

Do địa chất nền xấu hơn dự kiến của thiết kế do khảo sát đánh giá không đúngvới thực tế hoặc do nền đập bị thoái hóa sau khi xây dựng đập nhưng khi khảo sát

và thiết kế đã không dự kiến được

1.3.4.2 Sự cố do mất ổn định thấm

Mất ổn định thấm thường gây ra các sự cố sau cho đập đất:

1 Thấm mạnh hoặc sủi nước ở nền đập

- Do đánh giá sai tình hình địa chất nền, để sót lớp thấm nước mạnh khôngđược xử lý hoặc biện pháp chống thấm cho nền không đảm bảo chất lượng

- Xử lý tiếp giáp nền và thân đập không tốt do thiết kế không đề ra biện pháp

xử lý, hoặc do khi thi công không thực hiện tốt biện pháp xử lý

2 Thấm mạnh hoặc sủi nước ở vai đập

Do các nguyên nhân sau đây gây ra:

- Thiết kế không đề ra các biện pháp xử lý hoặc biện pháp xử lý đề ra không tốt

- Không bóc hết lớp phong hóa ở vai đập

- Đầm nện đất trên đoạn tiếp giáp ở vai đập không tốt

- Thi công biện pháp xử lý tiếp giáp không tốt

3 Thấm mạnh hoặc sủi nước mang công trình

Do các nguyên nhân sau đây gây ra:

- Thiết kế không đề ra biện pháp xử lý hoặc biện pháp không tốt

- Đất đắp ở mang công trình không đảm bảo chất lượng: Chất lượng đất đắpkhông được lựa chọn kỹ, không dọn dẹp vệ sinh sạch sẽ để vứt bỏ các tạp chất trướckhi đắp, đầm nện không kỹ

- Thực hiện biện pháp xử lý không đảm bảo chất lượng

- Hỏng khớp nối công trình

- Cống bị thủng

4 Thấm mạnh hoặc sủi nước trong phạm vi thân đập

Do các nguyên nhân sau đây gây ra:

- Bản thân đất đắp đập có chất lượng không tốt: hàm lượng cát, bụi dăm sạnnhiều, hàm lượng sét ít, đất bị tan rã mạnh

- Kết quả khảo sát sai với thực tế, cung cấp sai các chỉ tiêu cơ lý, lực học dokhảo sát sơ sài, khối lượng khảo sát thực hiện ít, không thí nghiệm đầy đủ các chỉtiêu cơ lý lực học cần thiết, từ đó đánh giá sai chất lượng đất đắp

- Chọn dung trọng khô thiết kế quá thấp nên đất sau khi đầm vẫn tơi xốp, bở rời

- Không có biện pháp thích hợp để xử lý độ ẩm, do đó độ ẩm đất đắp khôngđều, chỗ khô chỗ ẩm, làm cho đất sau khi đắp có chỗ chặt có chỗ vẫn rời rạc tơi xốp

- Đầm nện không đủ độ chặt yêu cầu do: Lớp rải dày quá quy định, số lần đầm

ít, nên đất sau khi đắp có độ chặt không đồng đều, phân lớp, trên mặt thì chặt phíadưới vẫn còn tơi xốp không đạt độ chặt quy định, hình thành từng lớp đất yếu nằmngang trong suốt cả bề mặt lớp đầm

- Thiết kế và thi công không có biện pháp xử lý khớp nối thi công do phânđoạn đập để đắp trong quá trình thi công.

- Thiết bị tiêu nước bị tắc

1.3.5 Một số sự cố đập đã xảy ra ở Việt nam

Bảng 1 - 2: Bảng thống kê một số sự cố đập ở Việt Nam

Công trình Địa điểm Sự cố (năm) Nguyên nhân Biện pháp khắc phục

Hồ

Suối Hành

(Đập đất)

Huyện CamRanh Tỉnh Khánh Hòa

-Vỡ 180m đậpđất phía cốnglấy nước bờ tả

- Năm 1986

Chủ yếu do khảo sátthiết kế không hợp

lý, thiếu kinhnghiệm

- Khoan phụt xử

lý thấm nền đập

- Lựa chọn lạikết cấu đập

- Chọn lại chỉtiêu cơ lý đấtđắp đập

Hồ

Suối Trầu

(Đập đất)

Huyện NinhHòa Tỉnh Khánh Hòa

- 3 lần sự cố vỡđập chính, 1 lần

vỡ đập phụ

- Năm 1977,

1978, 1980 vànăm 1983

Do thiết kế và thicông

- Thiết kế chưa đạtyêu cầu chỉ tiêu đấtđắp, biện pháp xử lýtiếp giáp mang cống

và đập

- Thi công chưa đảmbảo chất lượng

- Chọn lại đấtđắp đập, kết cấuđập

- Sủi nướcmạnh ở đậpchính

- Năm 1979

- Thiết kế: Khảo sátchưa đánh giá hếtkhả năng thấm nướcnền đập

- Thi công: Chânkhay chống thấm cómột số đoạn thicông không đảm bảochất lượng

Lần1: Thiết kế

bổ sung tầng lọcngược tốt phíangoài phạm vichân đập hạ lưu,chạy suốt chânđập

Lần 2: Làm 2dải lọc xuyênqua lớp bồi tích

ở nền đập dọc 2bên bờ để dẫnnước ngầm từtrong lớp bồitích ở nền đậpchảy vào lăngtrụ tiêu nước

Hồ

sông Mực

(Đập đất)

Huyện NhưXuân tỉnhThanh Hóa

- Vỡ đập đấttrong quá trìnhthi công

- Năm 1978

Do đơn vị thi côngthay đổi phương ándẫn dòng, để nướctràn qua đập đất gây

vỡ đập

Xử lý lại móngđập và đắp lạiđập

Hồ

Vực Tròn

(Đập đất)

HuyệnQuảngTrạch tỉnhQuảng Bình

- Thấm đậpchính (1984)

- Sạt lớp gia cốmái thượng lưu(1984)

- Đơn vị thi công sửdụng đất đắp đậpkhông đúng quyhoạch vật liệu

- Thi công lớp gia cốmái không đúng theothiết kế: đường kínhlớp đá, cường độ đá

- Khoan phụtvữa xi măng sétvào thân đập

- Gia cố lại máithượng lưu

Hồ

Cà Giây

(Đập đất)

Huyện BắcBình tỉnh BìnhThuận

- Thấm qua đậpchính

- Năm 1998

- Lũ thiết kế tínhnhỏ

- Do lún nền và sậpnền

- Thẩm lậu qua tiếpgiáp các lớp đất quacác năm thi công

- Xây dựng 1đập tràn sự cố

- Khai quật vàđắp lại đoạn đập

bị sự cố

- Khoan phụt ximăng sét thânđập trên toàntuyến

- Vỡ đoạn đậpchính phía bờhữu

- 10/2007

Bộ NN&PTNT đangđiều tra nguyênnhân (nhận định sơ

bộ do lũ dẫn dòngthi công vượt quátần suất thiết kế)

Đang chờ ý kiếnkết luận vềnguyên nhân

1.4 K ẾT LUẬN CHƯƠNG I

Hệ thống hồ đập ở Việt Nam rất phong phú và đa dạng, phân bố không đồngđều theo vùng miền.Trong đầu tư xây dựng với mỗi thời kỳ phát triển khác nhaucủa nền kinh tế và khoa học kỹ thuật thì các hồ đập cũng được đầu tư xây dựng vớicác loại hình và kết cấu đập khác nhau

Ứng với mỗi vùng, miền khác nhau sẽ có các điều kiện về xây dựng khácnhau, nhất là yếu tố địa chất nền ở nước ta cũng rất đa dạng Đây là yếu tố quantrọng quyết định đến hình thức, kết cấu đập và đặc biệt là giải pháp xử lý chốngthấm cho nền

Các nguyên nhân về sự cố đập chủ yếu là do mất ổn định về nền và thấm nêntrong khảo sát thiết kế, thi công hay quản lý vận hành cần phải hết sức thận trọng

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ CÁC GIẢI PHÁP CHỐNG THẤM CHO NỀN CÁT CUỘI SỎI 2.1 NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN CÁC BIỆN PHÁP XỬ LÝ NỀN

2.1.1 GIỚI THIỆU CHUNG

Đối với công trình thủy lợi, sức phá hoại của tự nhiên là một yếu tố thườngxuyên tồn tại Cho đến nay, toàn bộ lý luận và kinh nghiệm mà loài người đã tích lũyđược trong thực tiễn tuy đã có thể hạn chế được khả năng phá hoại công trình trongmột phạm vi nhất định nhưng vẫn không thể xóa bỏ triệt để được khả năng này

Trong các yếu tố tự nhiên uy hiếp an toàn của công trình thủy lợi thì yếu tốchủ yếu là điều kiện thủy văn, thủy lực và địa chất Ngoài ra các yếu tố do conngười gây ra như công tác khảo sát, thiết kế, thi công, vận hành và quản lý côngtrình không hợp lý hay không đảm bảo đúng yêu cầu kỹ thuật, hay cả những tácđộng phá hoại môi trường như đốt phá rừng bừa bãi, việc đô thị hóa làm giảm diệntích lớp phủ thực vật dẫn đến thay đổi môi trường tự nhiên làm thay đổi điều kiệnkhí hậu, chế độ thủy văn, thủy lực của các lưu vực sông, v.v… cũng gây ra nhữngthảm họa, những sự cố công trình thủy lợi không chỉ thiệt hại về của cải vật chất mànhiều khi tổn thất về nhân mạng cũng rất nghiêm trọng

Các nguyên nhân gây sự cố ở các đập có thể phân theo nhóm chủ yếu:

 Nguyên nhân do yếu tố tự nhiên (địa chất, mưa bão, lũ…)

 Nguyên nhân do yếu tố khảo sát, thiết kế

 Nguyên nhân do yếu tố thi công

 Nguyên nhân do yếu tố quản lý, vận hành

Do đặc thù của đập đất có thể xây dựng trên nhiều loại nền, dễ thích ứng với

độ lún của nền, tận dụng được vật liệu địa phương, giảm giá thành, thi công đơngiản… nên ngày càng được phổ biến rộng rãi ở nước ta cũng như trên thế giới Tuynhiên cũng có không ít số lượng đập đất được xây dựng trên nền đất yếu (về cường

độ hoặc khả năng chống thấm hoặc cả hai) và trong quá trình triển khai xây dựngmột công trình đập đất nào đó từ khâu khảo sát đến thiết kế, thi công và quản lý vậnhành, do nhiều nguyên nhân khác nhau mà không đánh giá đúng thực trạng địa chấtcủa nền để xác định giải pháp kỹ thuật xử lý nền phù hợp dẫn đến các sự số đángtiếc cho công trình

2.1.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NHẰM TĂNG ỔN ĐỊNH NỀN

2.1.2.1 Nhóm làm chặt đất trên mặt bằng cơ học

Là một trong những phương pháp cổ điển nhất, đã được sử dụng từ lâu trênthế 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 chặtcủa đất gồm: độ ẩm, công đầm, thành phần hạt, thành phần khoáng hoá, nhiệt độcủa đất và phương thức tác dụng của tải trọng Để làm chặt đất cần phải xác địnhđược 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 biếndạng và tính thấm giảm đi Hiện nay phương pháp này được sử dụng rộng rãi trongxây dựng đường giao thông, sân bay, các công trình thủy lợi và trong xây dựng dândụng, 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 Vậtđầm 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 Phươngpháp 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 đầmlăn 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 vậyđối với các công trình đắp đất lớn dùng đầm mặt nhẵn không hiệu qủa Đối với cácloại đất dính dạng cục thì dùng đầm lăn chân dê mang lại hiệu qủa cao hơn, chấtlượng 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 suấtbánh 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 bốđều lên các bánh xe, không phụ thuộc vào độ gồ ghề của mặt đất và sức chịu tải củađất tại các vị trí đầm

Chiều dày lớp đất được làm chặt bằng đầm rung thường thay đổi từ 0,3 đến1,5 m, đôi khi đến 2 m

2.1.2.2 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 phápchấn động hoặc thủy chấn để nén chặt

+ Nén chặt đất bằng chấn động:

Để nén chặt đất cát ở dưới sâu người ta thường dùng các loại đầm chuỳ cótần số 2900  3000 vòng/phút Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu qủa nén chặt đất làgia tốc chấn động, độ ẩm của đất, khoảng cách giữa các vị trí đầm, tính đàn hồi củađất và bán kính máy chấn động Khi làm chặt đất cát ở độ sâu nhỏ hơn 3 m thì bánkính làm chặt có thể đạt 1,5 m Khi bán kính máy chấn động tăng thì gia tốc chấnđộng và hệ số nén chặt chấn động cũng tăng lên.

+ Nén chặt đất bằng thủy chấn:

Khi lớp cát cần nén chặt có chiều dày lớn thì người ta dùng phương phápthủy chấn Bản chất của phương pháp là vừa phun nước vừa tạo chấn động tác dụngvào đất cát Khi đó lực dính giữa các hạt giảm đi, các hạt lớn sẽ lắng xuống còn cáchạt nhỏ sẽ nổi lên, hình thành chuyển động xoắn ốc làm phát sinh cấp phối mới vànhư vậy sẽ hình thành cấp phối tốt nhất của đất ở trạng thái nén chặt

Để thi công nén chặt đất bằng phương pháp thủy chấn, người ta đóng vàotrong đất những ống thép đường kính 19  25mm và có đầu nhọn, phần ống dướidài khoảng 50  60cm, có đục lỗ xung quanh với đường kính 5  6mm Lợi dụngsức nước cao áp để đưa ống thép và máy chấn động đến độ sâu thiết kế và cho máychấn 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 nhấtthì lại nâng máy đầm lên làm chặt lớp đất thứ 2 và cứ làm như vậy làm chặt cho đếnkhi lên mặt đất.

2.1.2.3 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 hầuhết các công trình xây dựng lại đòi hỏi tốc độ thi công nhanh, đảm bảo tiến độ yêucầu Do vậy, người ta thường dùng các thiết bị tiêu nước thẳng đứng kết hợp với giatải để làm tăng nhanh tốc độ cố kết của đất nền Thiết bị tiêu nước thẳng đứng gồmnhiều loại khác nhau Nguyên lý làm việc của các loại này là, dưới tác dụng của tảitrọng ngoài, trong đất sẽ xuất hiện gradient thủy lực làm cho nước lỗ rỗng thoát ratheo phương ngang về phía các thiết bị tiêu nước, sau đó chảy tự do theo phươngdọc theo các thiết bị để thoát nước lên mặt đất Như vậy, việc đặt các thiết bị tiêunước thẳng đứng trong nền đất có tác dụng rút ngắn chiều dài đường thấm và dẫnđến giảm thời gian hoàn thành cố kết Các công nghệ gia cố bằng tiêu nước thẳngđứng 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 kếtcủa đất nền, làm cho đất nền có khả năng biến dạng đều và nhanh chóng đạt đếngiới hạn ổn định về lún Tùy thuộc vào đặc điểm công trình xây dựng và cấu trúcnền mà người ta dùng cọc cát hay giếng cát

Giếng cát đóng vai trò thoát nước là chính nên gia cố nền bằng giếng cátthường 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 tácdụng thay thế đất nền, do phần lớn độ lún của nền đất kết thúc trong qúa trình thicông, 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, chiềurộng thường 100  200mm, dày 3  5 mm Lõi của bấc thấm là một băng chất dẻođược bọc bởi lớp vải địa kỹ thuật polyeste không dệt, bằng vải địa cơ propylenehoặc giấy tổng hợp có nhiều rãnh nhỏ để đưa nước lên cao nhờ mao dẫn Để cắmbấc thấm vào đất nền đất người ta dùng một máy chuyên dụng tự hành Sau khi thicông bấc thấm, người ta cũng tiến hành gia tải nén trước giống như đối với giếngcát Để nước thoát ra dễ dàng từ đầu bấc thấm người ta thường phủ lên phía trênmặt lớp đất yếu một lớp vải địa kỹ thuật và trên lớp vải địa kỹ thuật đắp một lớp cáthạt to làm lớp thấm nước

2.1.2.4 Phương pháp gia cố nền bằng năng lượng nổ

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

2.1.2.5 Gia cố nền bằng vải địa kỹ thuật

Trong những năm gần đây, vải địa kỹ thuật đã được ứng dụng rộng rãi ởnước ta, nhất là trong gia cố nền đường giao thông Tùy theo mục đích sử dụng, vảiđịa 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 đểchống xói mòn, bảo vệ bờ vv

2.1.2.6 Nhóm gia cố nền bằng chất kết dính

Bản chất của các phương pháp này là đưa vào nền đất các vật liệu kết dínhnhư ximăng, vôi, bitum nhằm tạo ra các liên kết mới bền vững hơn nhờ các quátrình hoá lý và hoá học diễn ra trong đất, dẫn đến làm thay đổi tính chất cơ lý củađất 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 đóngvai trò là chất kết dính liên kết các hạt đất Khi tác dụng với nước, vôi chưa tôi có khảnăng ngưng kết và đông cứng nhanh trong vòng 5 đến 10 phút Qúa trình hyđrát hoávôi chưa tôi có khả năng hấp thụ một khối lượng nước lớn (32 đến 100% khối lượngban 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 độchặt của nền Ngoài ra các tác động của vật lý và hóa học sẽ làm tăng độ bền nén, lựcdính 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 thứsinh Quá trình kiềm là quá trình thủy phân và hyđrát hóa ximăng, được coi là quátrình hình thành nên độ bền của đất gia cố Qúa trình kiềm sẽ tạo ra một lượng lớnhyđroxit canxi làm tăng độ pH của nước lỗ rỗng trong đất, tạo điều kiện thúc đẩyqúa trình thứ sinh Ở điều kiện bình thường, các khoáng vật sét có thành phần hoáhọc chính là các ôxít nhôm và silíc khá bền vững, khó bị hòa tan, song trong môitrường 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 làmtăng cường độ của hỗn hợp đất ximăng Quá trình thứ sinh xảy ra chậm chạp trongmột 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 cácdẫn 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 cáchạt bụi và hạt cát nhờ có bitum mà được dính kết, tích tụ lại dưới dạng ổ hoặc thấukính với hình dạng và kích thước khác nhau Bitum tác dụng với hạt sét tạo thànhhỗn hợp hấp phụ lẫn nhau, có tính đàn hồi, có khả năng gắn chặt các hạt, kết quả lànhận được vật liệu mới đất - bitum liên kết bởi màng đàn hồi vật chất sét - bitum, ổnđịnh đối với nước Phương pháp gia cố đất bằng bitum thường được sử dụng nềnđường 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 nhaubởi liên kết hóa học, tạo nên những chuỗi xích có cấu trúc thẳng, phân nhánh vàmạng 3 chiều Keo polyme tổng hợp có tính bám dính cao, thời gian đông cứngnhanh Khi cho keo vào đất các qúa trình hoá lý, vật lý và hoá học phức tạp giữa cáchạt đất và keo, tạo thành chuỗi xích thẳng đi xuyên qua khối đất, hình thành bộkhung không gian bao bọc các hạt đất hoặc tiếp xúc các hạt đất, tạo nên cấu trúckhông gian thống nhất với polime Keo polime tổng hợp thường được sử dụng đểgia 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 vữaximăng cần thiết để sau khi đông cứng, làm giảm tính thấm và tăng sức chịu tải củanền Phương pháp này được sử dụng rộng rãi đối với các công trình thủy lợi, thíchhợp với các loại cát, đất sỏi và các loại nền đá nứt nẻ, đặc biệt hiệu qủa khi kíchthước khe nứt > 0,15 mm, tốc độ thấm > 80m/ngđ nhưng không vượt quá200m/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 phươngpháp phụt vữa ximăng thì người ta dùng phương pháp bơm hóa chất để gia cố Chấthóa 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 khinước 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 dùnghai 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 quanhững lỗ khoan hoặc ống phụt vào trong lỗ rỗng của nền hoặc khe nứt Nhược điểmcủa phương pháp này là thiết bị thi công cồng kềnh, phức tạp, nhựa bitum sau khilạnh thể tích bị giảm nên dễ gây ra biến dạng.

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

2.1.2.7 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 chodòng điện một chiều chạy qua, các hạt đất sẽ dịch chuyển về phía cực dương cònnước 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 mựcnước 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 vàođất qua cực dương các dung dịch hoá học như canxi clorua, natri silicat để khi códòng điện chạy qua, các điện cực sẽ bị phá hủy và các sản phẩm phá hủy liên kếtvới 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: Phụtqua lỗ khoan vào trong đất không khí nóng có nhiệt dộ 600  800oC hoặc đưa nhiênliệu 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 lớnnên ít được ứng dụng

2.1.3 CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ NHẰM TĂNG KHẢ NĂNG CHỐNG THẤM

2.1.3.1 Giải pháp chống thấm bằng tường nghiêng và sân phủ

Khi xây dựng đập đất trên nền thấm nước mạnh mà chiều dày tầng nền thấmnuớc mỏng và vật liệu làm thân đập có hệ số thấm lớn thì hình thức chống thấm hợp

lý nhất thường là tường nghiêng nối tiếp với sân phủ Người đầu tiên đặt cơ sở tínhthấm qua loại đập này là viện sĩ N.N Pavlôvxki và về sau giáo sư E.A.Zamarin bổsung Khi tính thấm theo phương pháp này xem tường nghiêng và sân phủ là hoàntoàn không thấm cho nên cho kết quả chỉ là gần đúng

Sơ đồ tính:

Hình 2 - 1: Sơ đồ thấm qua đập có tường nghiêng + sân phủ.

Dùng phương pháp phân đoạn, bỏ qua độ cao hút nước a0 ta có hệ phươngtrình sau để xác định q và h3:

3

3 1

.

44 , 0

).

(

h m L T

T h h k

q

s n

m L

T h h K

h m L

h h K

44 , 0

).

( ) (

2

.

3

2 3 3

2 2

2 3

h h h

. 3

2 2

2 3 2 3







Lựa chọn các thông số cơ bản của tường

* Chiều dày sân trước: Chiều dày sân trước phải đủ để loại trừ hiện tượng xóingầm do gradien thấm qua sân trước gây ra:

s  [ ] 1[ ]

J

h h J

Trong đó:

- Z: Độ chênh cột nước giữa hai mặt trên và mặt dưới sân trước

- h1: Cột nước trước đập (cột nước trên tường nghiêng)

- h: Cột nước mặt dưới của tường nghiêng (cột nước này thay đổi theo từngmặt cắt của tường nghiêng)

- [J]: Gradien thấm cho phép và lấy bằng: 8,0 đối với đất á sét

12,0 đối với đất sét

Theo điều kiện thi công, chiều dầy sân trước không bé quá 0,5m đối với đậpthấp và đối với đập cao không bé quá 1m

* Cao trình đỉnh tường nghiêng: Chọn không thấp hơn MNDGC ở thượng lưu

* Chiều dài sân phủ (Ls): Trị số hợp lý của Ls xác định theo điều kiện khốngchế lưu lượng thấm qua đập và nền và điều kiện không cho phép phát sinh biếndạng thấm nguy hiểm của đất nền Sơ bộ có thể lấy Ls = (35).H, trong đó H là cộtnước lớn nhất

* Ưu điểm:

- Vật liệu chống thấm chủ yếu bằng đất sét nên rất sẵn có, giá thành xây dựngthấp, thiết bị thi công thông dụng như máy đào, máy lu,máy ủi, vì vậy phươngpháp 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 xemtường 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

* Phạm vi ứng dụng

2.1.3.2 Giải pháp 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 thấmnước không lớn lắm thì biện pháp chống thấm cho nền thông thường là kéo dài lõigiữa xuống tận tầng không thấm

Để tính thấm qua loại đập này có thể chia đập ra làm ba phân đoạn Đoạn IIgồm lõi giữa và tường răng, còn hai đoạn I và III là phần đập và nền tương ứng nằmbên 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 vàcác độ sâu h3, h4 trước và sau tường lõi xác định theo phương trình thấm cho từngphân 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

L

h h K

44 , 0 '.

).

(

2

.

2

2 4

2 2

2 4

* Phương trình đ0ường bão hòa

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

L

h h

2 2 4

* Ưu điểm:

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

- 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

* Phạm vi ứng dụng

2.1.3.3 Giải pháp chống thấm bằng tường hào Bentonite

Tường chống thấm thi công bằng biện pháp đào hào trong dung dịchbentnite là giải pháp kết cấu tốt và giải quyếtđược cơ bảnbài toán thấm đối với nềncát, cát cuội sỏi, đất có chiều sâu tới 60m mà các giải pháp khác không thể thựchiện 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)

Hình 2 - 3 : Tường hào chống thấm bằng Bentonite.

Để có thể đào hào rất sâu và duy trì mái dốc thẳng đứng, trong quá trình thicông phải duy trì liên tục hỗn hợp nước và sét Bentonite đầy trong hào giữ cho váchhào 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 củatường K<10-6 cm/s, kết cấu mềm phù hợp với biến dạng của đập

Thành phần vật liệu làm tường chống thấm (tính cho 1m3 vữa) bao gồm:

Tính chất của phụ gia chậm đông cứng Sika:

- Thời gian kết thúc ngưng kết: 12 giờ

Công nghệ tường hào Bentonite chống thấm của Bachy Soratan (Pháp) đãgiới thiệu ở trên là công nghệ tiên tiến trên thế giới lần đầu tiên áp dụng thành công

ở công trình Dầu Tiếng (Tây Ninh) năm 1999  2000

- Chiều dài tường chống thấm: 510 m

* Ưu điểm:

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

- Dung dịch xi măng Bentonite được trộn theo dây chuyền công nghệ theo tiêuchuẩn thống nhất Nên thuận lợi trong thiết kế, thi công, vận chuyển và kiểm soátchất lượng

- 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 được công nghệ thi công này

* Nhược 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 ởcác công trình hồ Am Chúa (Khánh Hòa), hồ Dương Đông (Phú Quốc) và DầuTiếng ở Tây Ninh

Hình 2 - 4: Thi công tường chống thấm bằng biện pháp đào hào trong dung dịch bentonite hồ Dầu Tiếng

2.1.3.4 Giải pháp chống thấm bằng khoan phụt vữa xi măng

* Nguyên lý công nghệ:

Trường hợp đất nền là lớp bồi tích dày, phía dưới là đá phong hóa nứt nẻmạnh, hoặc trong lớp bồi tích có lẫn đá lăn, đá tảng lớn Để xử lý thấm qua nền đập,hiện nay thường dùng biện pháp khoan phụt vữa ximăng tạo màng chống thấm kếthợp với mạng lưới các hố khoan tiêu nước dọc thân đập

Hình 2 - 5: Kết cấu đập đất chống thấm qua nền bằng khoan phụt vữa xi măng

Một số các công trình trong những năm gần đây đã được sử dụng biện pháp xử

lý này được nêu trong bảng 2-1

Bảng 2 - 1: Một số công trình xử lý chống thấm nền bằng phương pháp khoan

phụt vữa xi măng

TT Công trình Quy mô, thông số kỹ

thuật khoan phụt

Giá trị hợp đồng (10 6 đ)

Thời gian thực hiện

Chủ đầu tư

Bắt đầu

Hoàn thành

7.706 1997 2000

Ban Quản

lý DATĐ6

2 Hồ chứa nướcCà Giây

(Bình Thuận)

Khoan phụt chốngthấm thân đập, chiềusâu khoan ≤ 25 m

660 1998 2000 Ban Quảnlý DATL

khoan tiêu nước nềnđập; Khoan qua đácấp 7-8 với chiều sâukhoan ≤ 30m

3.395 1999 2000

Ban Quản

lý DATL415

khoan qua đá; chiềusâu hố khoan ≤ 30m

586 2002 2003

Ban Quản

lý DATL415

120 2002 2002

SởNN&PT

NT tỉnhĐắk Lắk

589,7 2001 2003

Ban quản

lý DATL413

2002 2003

Ban quản

lý DATL413

khoan qua đất, đá cấp4-6; chiều sâu khoan

≤ 30m

3.005 2005 2006

Ban quản

lý DATĐ2

chiều sâu khoan

≤30m;

Khoan phụt xử lý nềnđập dâng, khoan qua

đá cấp 7-8; chiều sâukhoan ≤ 50m

11 Hồ chứa nướcĐịnh Bình

(Bình Định)

Khoan phụt xử lý vàkhoan tiêu nước nềnđập, khoan qua đá cấp7-8; chiều sâu khoan

≤ 30m

13.091 2005 2006

Ban Quản

lý DATL410

Căn cứ vào mức độ nứt nẻ của nền đập, yêu cầu về chất lượng của màngchống thấm và áp lực thấm dự kiến tác động để có thể thiết kế số lượng các hốkhoan phụt, cũng như chiều sâu của chúng và cách thức bố trí các hố khoan trênphạm vi cần xử lý

Công tác thiết kế và thi công như trình tự khoan phụt và áp lực phụt vữa vànồng độ vữa phụt hiện nay đã được tiêu chuẩn hóa theo “Tiêu chuẩn kỹ thuật khoanphụt xi măng vào nền đá ” - 14 TCN 82 - 1995 Công tác khoan phụt tại một số côngtrình lớn sau này như công trình Tân Giang (Ninh Thuận), Hàm Thuận - Đa Mi (LâmĐồng), … 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

Công nghệ xử lý nền làm tăng khả năng chịu lực, chống thấm bằng cách sửdụng xi măng đem trộn tại chỗ với đất nền - Phương pháp chống thấm bằng côngnghệ khoan phụt áp lực cao: Jet - Grouting được phát minh năm 1970 ở Nhật đếnnay nhiều nước đã sử dụng và phát triển công nghệ này trong cải tạo nền móng xâydựng công trình ngầm như: Trung Quốc, Mỹ, Đức, Nhật

* Nguyên lý của công nghệ:

- Công nghệ khoan phụt áp lực cao tạo ra cột đất gia cố từ vữa phụt và đất nền

Nhờ tia nước và vữa phun ra với áp suất cao (từ 200 đến 400 atm), vận tốc lớn

phụt, sau khi đông cứng tạo thành một khối đồng nhất gọi là cột XMĐ Cọc bê tôngđất vừa có tác dụng chịu lực vừa có tác dụng chống thấm

- Vật liệu sử dụng tạo cọc XMĐ bao gồm: Chất kết dính, nước và phụ gia đểngăn ngừa khỏi bị quá chảy hoặc làm chậm ninh kết

- Để chống thấm cho các công trình đê, đập, làm các cọc XMĐ liên tiếp thànhdạng tường như minh hoạ hình 2 - 5 Cường độ chịu nén của cọc XMĐ 50 100Kg/cm2 Hệ số thấm của tường cọc xi măng đất đạt được từ 10-5 ÷ 10-6 cm/s tuỳthuộc vào cấp phối vật liệu làm vữa phụt Thành phần chính của vữa phụt làximăng, ngoài ra còn có bentonite, tro bay, phụ gia tăng nhanh tốc độ ninh kết,

10

4 8

3 7

2 6

1

Hình 2 - 6: Sơ đồ tường cọc xi măng đất

* Các thiết bị chính bao gồm:

+ Thiết bị khoan : Máy khoan YBM-2PSII

+ Máy bơm vữa : SG-MKII.

+ Máy trộn vữa : YGM-1.

* Quy trình thi công cọc ximăng đất thể hiện trong hình 2.7 sau đây:

+ Bước 1: Máy khoan khoan tạo lỗ xuống tới cao trình thiết kế.

+ Bước 2: Tiến hành khoan phụt vữa Vữa được bơm từ máy bơm cao áp qua

hệ thống đường ống áp lực để máy khoan và phụt ra theo phương ngang tại đầu cầnkhoan Trong suốt quá trình phụt vữa, cần khoan luôn luôn xoay và rút lên Vữaphụt vừa phá vỡ kết cấu vừa trộn với đất xung quanh cần khoan tạo thành cột XMĐ

Hình 2 - 7: Mô tả quá trình thi công tạo tường chống thấm

* Ưu điểm

- Có thể chống thấm cho nền là cát sỏi rời đến đất bùn sét

- Có thể xuyên qua các lớp đất cứng, hoặc các tấm bê tông

- Khả năng xử lý sâu, thi công được trong điều kiện khó khăn chật hẹp, côngtrình bị ngập nước, xử lý được phần nền nằm dưới bản đáy

Phạm vi ứng dụng cho đất nền cát sỏi hạt rời đến đất bùn sét, kích thước hạt từ

10 mm đến 0,005 mm Không áp dụng cho nền đá, đá nứt nẻ có đá lăn, đá tảng.Phương pháp này chỉ ứng dụng cho nền đất, cát cuội sỏi có đường kínhDmax≤ 20cm

 Các công trình thực tế đã ứng dụng

Đây là công nghệ mới, các tài liệu có liên quan đến việc đánh giá chất lượngcọc XMĐ hiện nay rất phong phú, tuy nhiên việc áp dụng công nghệ vào các điềukiện cụ thể cần phải được tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện Ở nuớc ta việc sử dụngcông nghệ này để xử lý thấm cho một số công trình: Hồ Đá Bạc - Hà Tĩnh, cốngTrại - Nghệ An

Đây là một công nghệ xử lý chống thấm mới, được ứng dụng vào nước ta đầunăm 2004 Dưới đây là một số công trình đã áp dụng giải pháp xử lý chống thấmbằng cọc xi măng đất ở Việt Nam:

1.CÔNG TRÌNH: XỬ LÝ CHỐNG THẤM CỐNG CẦU BÙNG

Hình 2 - 8: Hiện trạng cống trước khi sửa chữa

Công trình: Xử lý chống thấm Cống Cầu Bùng

Địa điểm : Trại Cầu Bùng- Huyện Diễn Châu -Tỉnh Nghệ An

Chủ đầu tư: Viện Nghiên cứu nuôi trồng Thủy sản I- Bộ Thủy Sản

Vài nét về công trình:

Cống Sông Cầu Bùng thuộc trại Cầu Bùng, huyện Diễn Châu, tỉnh Nghệ

An Công trình được xây dựng để cấp nước và tiêu nước phục vụ nuôi trồng thủysản, ngăn mặn và giữ ngọt cho cánh đồng của xã ở phía đồng

Hiện trạng hư hỏng : Cống bị thẩm lậu dưới đáy cống, hai bên mang cống vàđoạn đê tiếp giáp với cống , ảnh hưởng đến khả năng làm việc của cống và tuyến đê, gây mất an toàn cho công trình

Giải pháp kỹ thuật : Thi công hàng tường cọc Xi măng - đất dưới đáy, hai bênmang cống và đoạn đê bị thẩm lậu bằng công nghệ Khoan phụt áp lực cao

Kết quả đạt được : Tạo hàng tường cọc XMĐ có hệ số thấm K <= 10-5cm/s Sau khi thi công không còn hiện tượng thẩm lậu từ thượng lưu về hạ lưunữa.Cống hoạt động bình thường

Hình 2 - 9: Thi công KPALC chống thấm nền và mang cống