Nghiên cứu ảnh hưởng của hệ cọc bê tông cốt thép đến các đăng trưng của dòng thấm trong nền cát dưới cống qua đê.Nghiên cứu ảnh hưởng của hệ cọc bê tông cốt thép đến các đăng trưng của dòng thấm trong nền cát dưới cống qua đê.Nghiên cứu ảnh hưởng của hệ cọc bê tông cốt thép đến các đăng trưng của dòng thấm trong nền cát dưới cống qua đê.Nghiên cứu ảnh hưởng của hệ cọc bê tông cốt thép đến các đăng trưng của dòng thấm trong nền cát dưới cống qua đê.Nghiên cứu ảnh hưởng của hệ cọc bê tông cốt thép đến các đăng trưng của dòng thấm trong nền cát dưới cống qua đê.Nghiên cứu ảnh hưởng của hệ cọc bê tông cốt thép đến các đăng trưng của dòng thấm trong nền cát dưới cống qua đê.Nghiên cứu ảnh hưởng của hệ cọc bê tông cốt thép đến các đăng trưng của dòng thấm trong nền cát dưới cống qua đê.Nghiên cứu ảnh hưởng của hệ cọc bê tông cốt thép đến các đăng trưng của dòng thấm trong nền cát dưới cống qua đê.Nghiên cứu ảnh hưởng của hệ cọc bê tông cốt thép đến các đăng trưng của dòng thấm trong nền cát dưới cống qua đê.Nghiên cứu ảnh hưởng của hệ cọc bê tông cốt thép đến các đăng trưng của dòng thấm trong nền cát dưới cống qua đê.Nghiên cứu ảnh hưởng của hệ cọc bê tông cốt thép đến các đăng trưng của dòng thấm trong nền cát dưới cống qua đê.Nghiên cứu ảnh hưởng của hệ cọc bê tông cốt thép đến các đăng trưng của dòng thấm trong nền cát dưới cống qua đê.Nghiên cứu ảnh hưởng của hệ cọc bê tông cốt thép đến các đăng trưng của dòng thấm trong nền cát dưới cống qua đê.Nghiên cứu ảnh hưởng của hệ cọc bê tông cốt thép đến các đăng trưng của dòng thấm trong nền cát dưới cống qua đê.Nghiên cứu ảnh hưởng của hệ cọc bê tông cốt thép đến các đăng trưng của dòng thấm trong nền cát dưới cống qua đê.
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI ĐINH XUÂN TRỌNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA HỆ CỌC BÊ TÔNG CỐT THÉP ĐẾN CÁC ĐẶC TRƯNG CỦA DÒNG THẤM TRONG NỀN CÁT DƯỚI CỐNG QUA ĐÊ Ngành: Mã số: Kỹ thuật xây dựng cơng trình thủy 58 02 02 TĨM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI, NĂM 2023 Cơng trình hồn thành Trường Đại học Thủy Lợi Người hướng dẫn khoa học 1: Người hướng dẫn khoa học 2: GS.TS Nguyễn Quốc Dũng GS.TS Phạm Ngọc Quý Phản biện 1: PGS.TS Hoàng Việt Hùng, Trường Đại học Thủy Lợi Phản biện 2: PGS.TS Nguyễn Châu Lân, Trường Đại học Giao thông Vận tải Phản biện 3: PGS.TS Đỗ Minh Đức, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Luận án bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án họp Room - K1, Trường Đại học Thủy Lợi, 175 Tây Sơn, Đống Đa, Hà Nội; vào lúc 08 30’ ngày 05 tháng năm 2023 Có thể tìm hiểu luận án thư viện: - Thư viện Quốc gia - Thư viện Trường Đại học Thủy Lợi MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Việt Nam có khoảng 13.200km đê, có gần 2.600km đê biển 10.600km đê sông Riêng khu vực đồng sông Hồng (ĐBSH) có gần 3.000km đê sơng phân cấp, 1.855 cống qua đê loại Cống qua đê hạng mục quan trọng điểm yếu hệ thống đê Phần lớn cố vỡ đê xảy vị trí cống khoảng 25% cố cống qua đê ổn định thấm Một số nhận định ban đầu từ cố cống qua đê: (i) Các cống nằm cát; (ii) Giải pháp xử lý cọc bê tông cốt thép (BTCT); (iii) Giải pháp chống thấm đóng cừ thượng lưu thượng hạ lưu; (iv) Nền cống bị rỗng, cống đứng đầu cọc Câu hỏi đặt ra: (1) Tại thực tế làm việc, cố liên quan đến thấm xảy tính tốn thiết kế đảm bảo độ bền thấm theo qui định hành? (2) Việc đóng cọc BTCT vào cát làm thay đổi trạng thái tự nhiên đất ảnh hưởng đến đặc trưng thấm nền? (3) Trong trường hợp cọc BTCT có tác động bất lợi cho cơng trình, giải pháp để phịng tránh đảm bảo an tồn cho cống suốt trình vận hành? Để trả lời vấn đề này, luận án nghiên cứu định lượng ảnh hưởng hệ cọc BTCT đến đặc trưng dịng thấm cát đáy cơng trình Kết nghiên cứu đáp ứng tính cấp thiết mặt khoa học thực tiễn nêu Mục tiêu nghiên cứu - Nghiên cứu làm rõ ảnh hưởng hệ cọc BTCT đến đặc trưng thấm (cột nước thấm, áp lực thấm gradient thấm) cát cống qua đê; - Đề xuất phương pháp tính tốn đặc trưng thấm cát cống qua đê xét đến ảnh hưởng cọc BTCT; góp phần bổ sung sở khoa học, hồn thiện quy trình thiết kế, giúp xây dựng cống qua đê an toàn Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Đặc trưng dòng thấm cát đồng cống qua đê có cọc BTCT đúc sẵn - Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu hai đặc trưng liên quan đến an tồn cơng trình cột nước thấm, gradient thấm cống lộ thiên qua đê sông khu vực ĐBSH Phương pháp nghiên cứu Các phương pháp sử dụng luận án: Phương pháp nghiên cứu lý thuyết; Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm; Phương pháp mô hình tốn; Phương pháp tổng hợp, thống kê, phân tích, xử lý; Phương pháp chuyên gia Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Ý nghĩa khoa học: Xác định qui luật biến đổi áp lực thấm, phân bố gradien thấm cống có cọc BTCT so với khơng có cọc Từ đề xuất, khuyến nghị điều chỉnh phương pháp tính tốn thiết kế truyền thống trước nhằm tăng mức độ an tồn cho cơng trình Ý nghĩa thực tiễn: Làm rõ nguyên nhân hư hỏng số cống qua đê xảy thực tế, từ đề xuất giải pháp xử lý thích hợp Cấu trúc luận án Ngoài phần mở đầu kết luận, luận án trình bày chương gồm: - Chương Tổng quan cống qua đê thấm cát cống; - Chương Cơ sở lý thuyết phương pháp nghiên cứu ảnh hưởng hệ cọc BTCT đến đặc trưng thấm; - Chương Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng hệ cọc BTCT đến đặc trưng dòng thấm cống; - Chương Tính tốn đặc trưng dịng thấm cát có cọc BTCT cống Tắc Giang – tỉnh Hà Nam CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CỐNG QUA ĐÊ VÀ THẤM TRONG NỀN CÁT DƯỚI CỐNG 1.1 Hệ thống đê sông cống qua đê vùng đồng sông Hồng Hệ thống đê sông phân cấp vùng ĐBSH có tổng chiều dài 2.976,722 km; đê từ cấp III trở lên 1.930,594 km Tồn vùng có 2.098 cống qua đê, tuyến đê từ cấp III đến cấp đặc biệt có 1.049 cống Đặc điểm cống qua đê: (1) Thời gian xây dựng lâu nhiều cống bị xuống cấp; (2) Nhiệm vụ đa dạng; (3) Chế độ làm việc phức tạp mặt dòng chảy mặt chịu lực; (4) Địa chất phức tạp, phần lớn trầm tích trẻ; (5) Cơng tác kiểm tra, giám sát chưa thực thường xuyên hiệu Hình thức cống qua đê: Cống xây dựng theo hình thức cống lộ thiên cống ngầm với kết cấu bê tông BTCT, gạch xây, đá xây; cống có hay nhiều khoang; mặt cắt ngang hình trịn, hình vịm, hình hộp – chữ nhật 1.2 Đặc điểm, phân loại cấu trúc địa chất cống đê khu vực ĐBSH 1.2.1 Đặc điểm địa chất đê cống qua đê Địa tầng đê cống qua đê biến đổi phức tạp, tồn nhiều lớp đất yếu Mơ hình làm việc đê gồm ba tầng: (1) Tầng phủ đất dính sét – sét có tính thấm nhỏ; (2) Tầng thông nước cát pha, cát bụi đến thô có tính thấm vừa đến lớn; (3) Tầng sét thấm đá gốc Khi tầng thơng nước có lớp cát bụi, cát hạt nhỏ thuộc hệ tầng Thái Bình nằm tầng phủ thấm nước yếu có chiều dầy khác nhau; mức độ nhậy cảm thấm nhiều nghiên cứu đánh giá từ mức thấp đến cao 1.2.2 Phân loại cấu trúc cống qua đê vùng ĐBSH Dựa kết điều tra, thu thập tài liệu khảo sát, thiết kế 110 cống qua đê thuộc 25 tuyến đê địa bàn tỉnh vùng ĐBSH kế thừa cách tiếp cận tác giả trước phân loại mức độ nhậy cảm thấm, luận án phân loại cấu trúc địa tầng cống qua đê vùng thành 03 kiểu với 06 phụ kiểu: - Kiểu cấu trúc số với toàn cống sét (hoặc sét pha) có tính thấm nước yếu chiều dầy lớn nên khơng có khả xảy biến hình thấm - Kiểu cấu trúc số (nền cống có lớp cát pha): Phụ kiểu 2a (lớp phủ sét sét pha lớp cát pha) nhậy cảm thấm; Phụ kiểu 2b (lớp cát pha nằm đáy cống) nhậy cảm với biến hình thấm; - Kiểu cấu trúc số (nền cống có lớp đất cát): Phụ kiểu 3a (lớp phủ sét sét pha) nhậy cảm đến nhậy cảm thấm; Phụ kiểu 3b (lớp phủ cát pha) nhậy cảm thấm; Phụ kiểu 3c (nền cống đặt lớp đất cát) nhậy cảm thấm 1.3 Thấm, biến hình thấm cống qua đê 1.3.1 Thấm môi trường đất cống qua đê Khi cơng trình làm việc, chênh lệch mực nước thượng hạ lưu làm nước di chuyển qua lỗ rỗng đất tạo thành dòng thấm Thấm đáy cống dịng thấm có áp, thấm mang cống đỉnh cống ngầm thấm không áp Các đặc trưng thấm đáy cống gồm cột nước thấm (liên quan đến áp lực thấm), vận tốc thấm, gradient thấm 1.3.2 Biến hình thấm cống qua đê: - Các loại biến hình thấm: Xói ngầm, xói tiếp xúc, đẩy trồi đất, bục đất, mạch đùn, mạch sủi - Tác hại: Có thể làm cho cơng trình bị ổn định, lún không - Giải pháp đảm bảo ổn định thấm: Sân trước, chân khay, cừ chống thấm, tường chống thấm, tầng lọc ngược Trong thực tế thường kết hợp nhiều giải pháp 1.3.3 Sự cố liên quan đến thấm xảy cống qua đê khu vực ĐBSH Theo kết điều tra năm 2006, có tới 22,73% cố hư hỏng cống qua đê liên quan đến thấm Nhiều cố ổn định thấm cống qua đê xảy khơng có quy luật chung Một vấn đề đáng ý đa số cống bị cố xây dựng cát có cọc BTCT gia cố 1.4 Giải pháp gia cố cống qua đê vùng ĐBSH Thiết kế xử lý cống qua đê cát – cát pha để đáp ứng yêu cầu đảm bảo điều kiện ổn định lún nằm giới hạn cho phép chênh lệch không vượt khả co dãn khớp nối Các giải pháp thường sử dụng gồm tăng độ mềm cơng trình, tăng chiều sâu chơn móng, thay đổi kích thước móng, thay đổi loại độ cứng móng, xử lý khoan vữa Cống qua đê vùng ĐBSH thường sử dụng cọc BTCT để gia cố với hình thức móng cọc treo – đài thấp Tiết diện cọc hình vng, phần lớn dùng kích thước cạnh ap = 30cm (93,0%), khoảng cách cọc dp dao động chủ yếu từ 4ap đến 5ap hầu hết cống lựa chọn cách bố trí cọc theo lưới chữ nhật hình vng 1.5 Tình hình nghiên cứu ngồi nước 1.5.1 Các nghiên cứu thấm cát cống qua đê - Trên giới có nhiều nghiên cứu thấm cát cho kết tương đối hồn thiện: + Tính tốn đặc trưng thấm đáy cơng trình: Bligh (1910), Pavolovsky (1922, 1931), Lane (1934), Khosla cộng (1936), Tsugaep (1956), v.v + Biến hình thấm: Nhiều nghiên cứu thực dựa quan điểm yếu tố hình học ảnh hưởng đến ổn định kết cấu đất dịng thấm Trong đó, nhiều tác giả lại tiếp cận theo tiêu chí thủy lực dựa vận tốc dòng chảy lỗ rỗng đất gradient thấm + Thiết kế đường viền thấm đáy công trình: Bligh (1910), Griffith (1913), Lane (1934), Terzaghi (1939), Sellmeijer cộng (2011), v.v - Nghiên cứu nước chủ yếu tập trung vào biến hình thấm đê, điển hình Nguyễn Trấn (1983 – 1985), Phạm Văn Quốc (2001), Tô Xuân Vu (2002), Bùi Văn Trường (2009), Nguyễn Quốc Đạt (2013), v.v 1.5.2 Các nghiên cứu thấm cát có cọc BTCT đúc sẵn Nhiều nghiên cứu xử lý cọc BTCT đúc sẵn cát thực Việt Nam giới Tuy nhiên, nghiên cứu tập trung chủ yếu vào chủ đề sức chịu tải, độ chặt, độ lún ứng suất đất mà chưa có nghiên cứu ảnh hưởng cọc đến đặc trưng dòng thấm 1.6 Những vấn đề đặt hướng nghiên cứu Vấn đề đặt ra: (1) Hệ cọc BTCT có làm thay đổi cột nước áp lực thấm gradient dịng thấm nền, từ làm gia tăng biến hình thấm dẫn đến ổn định cơng trình? (2) Làm đánh giá tác động cọc BTCT đến dòng thấm để đảm bảo cơng trình làm việc an tồn? Định hướng nghiên cứu: Nghiên cứu ảnh hưởng cọc BTCT đến đặc trưng thấm cát đồng đáy cống lộ thiên qua đê vùng ĐBSH; qua đề xuất phương pháp xác định đặc trưng thấm cát có cọc BTCT 1.7 Kết luận chương - Cống qua đê hạng mục quan trọng điểm yếu hệ thống đê Để đảm bảo điều kiện làm việc an tồn cơng trình, nhiều giải pháp chống thấm, xử lý thực chủ yếu đóng cừ, cọc BTCT - Dựa vào tài liệu thu thập, luận án phân loại cấu trúc địa tầng cống đê vùng nghiên cứu thành 03 kiểu địa tầng với 06 phụ kiểu Kiểu cấu trúc địa tầng số đánh giá có mức độ nhậy cảm thấm - Đa số cố thấm xảy cống qua đê xây dựng kiểu cấu trúc 3c có xử lý cọc BTCT Điều đặt câu hỏi ổn định thấm cọc BTCT có ảnh hưởng đến đặc trưng thấm cống qua đê xây dựng cát - Các nghiên cứu trước chủ yếu tập trung theo hai hướng: khơng đóng cọc có nghiên cứu hồn chỉnh thấm, biến hình thấm; xử lý cọc nghiên cứu dừng lại việc đánh giá sức chịu tải, độ chặt, độ lún ứng suất đất Sự ảnh hưởng hệ thống cọc BTCT đến đặc trưng thấm đất chưa đề cập đến Vì đặt vấn đề cần nghiên cứu sở khoa học lựa chọn phương pháp nghiên cứu để có nhận định định lượng thay đổi đại lượng cống xử lý phương pháp đóng cọc BTCT CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA HỆ CỌC BTCT ĐẾN CÁC ĐẶC TRƯNG THẤM 2.1 Cơ chế hình thành ảnh hưởng dòng thấm đến làm việc ổn định cống qua đê 2.1.1 Lý thuyết thấm - Phương trình Bernoulli: Dòng thấm tiêu hao lượng chuyển động từ vị trí có lượng cao đến vị trí có lượng thấp Năng lượng tiêu hao dịng thấm truyền cho cốt đất chênh lệch cột nước tổng hai vị trí: ZA + uA u = Z B + B + ∆h ⇔ H A= H B + ∆h ⇔ ∆h= H A − H B γn γn - Định luật dòng thấm (định luật Darcy): vt = kth J (2-3) (2-4) - Phương trình dịng thấm: + Đất đồng nhất, đẳng hướng: ∂2 h ∂2 h + = ∂x ∂y + Đất đồng dị hướng: kthx ∂2 h ∂2 h + kthy = ∂x ∂y (2-8) (2-9) 2.1.2 Ảnh hưởng dịng thấm đến ứng suất mơi trường đất Dòng thấm đất làm tăng áp lực nước lỗ rỗng làm giảm ứng suất hiệu quả; qua giảm tính kháng nén, kháng cắt đất 2.1.3 Ảnh hưởng dòng thấm đến làm việc cống qua đê Áp lực thấm tác động lên công trình làm giảm lực ma sát đáy cơng trình nền, giảm hệ số an toàn ổn định làm phát sinh tăng ứng suất kéo Gradient thấm thông số quan trọng làm việc an tồn cơng trình Khi gradient vượt giá trị cho phép, xảy biến hình thấm γ ' γ J gh = J gh = k + (nđ − 1) (2-22, 2-23) γn γn Lực thấm làm dịch chuyển hạt đất theo phương dòng thấm Khi lực thấm đủ lớn, khối đất bị cân dẫn đến ổn định 2.2 Ảnh hưởng cọc BTCT đến tính thấm cát cống qua đê Tính thấm tương ứng với khả cho phép nước qua lỗ rỗng đất, hệ số rỗng tăng hệ số thấm tăng ngược lại Khi đóng cọc vào đất, hệ số rỗng giảm, đất chặt lên khu vực có bán kính (3 ÷ 5,5)ap đến độ sâu (3 ÷ 5)ap mũi cọc Mức độ giảm hệ số rỗng đất vùng ảnh hưởng (∆e): np ∆e = e0 − ∑ ∆e1 (2-25) e0 hệ số rỗng ban đầu, np số cọc, ∆e1 mức độ giảm hệ số rỗng 01 cọc: 1+ e ∆e1 = 72 (2-26) Như vậy, việc hạ cọc vào đất làm giảm độ rỗng giảm hệ số thấm đất 2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến đặc trưng dòng thấm cát cống qua đê có gia cố cọc BTCT đúc sẵn - Nhóm yếu tố thủy lực: tính chất nước, chênh lệch cột nước thượng hạ lưu - Nhóm yếu tố đất nền: kích thước cấp phối hạt, hình dạng hạt, hàm lượng hạt mịn, hệ số rỗng (e), độ bão hòa (G), hệ số thấm (kth), khối lượng đơn vị (ρđ), cấu trúc địa tầng chiều dày tầng thấm đáy cống (Tc) - Nhóm yếu tố cơng trình: hình dạng chiều dài đường viền thấm (Lth); số lượng, vị trí chiều sâu cừ chống thấm, tải trọng cơng trình, hình dạng kích thước cọc, mật độ cọc, biện pháp hạ cọc 2.4 Cơ sở lý thuyết nghiên cứu thực nghiệm mơ hình vật lý 2.4.1 Lý thuyết tương tự tỷ lệ mơ hình Mơ hình thí nghiệm thấm có áp xây dựng sở điều kiện tương tự để đảm bảo tính đồng phương trình chuyển động tính liên tục dòng chảy Nghĩa thỏa mãn tiêu chuẩn sau: λQ = λk λl2 (2-36) với λQ tỷ lệ lưu lượng, λl tỷ lệ hình học λk tỷ lệ hệ số thấm Để thỏa mãn điều kiện này, cần xác định kích thước vật liệu cho dịng thấm mơ hình tn theo định luật Darcy Vật liệu thấm phải lấy trường chế bị tương đương với trạng thái tự nhiên, λk = Phạm vi nghiên cứu xác định dựa kích thước trung bình cống CHƯƠNG NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ẢNH HƯỞNG CỦA HỆ CỌC BTCT ĐẾN CÁC ĐẶC TRƯNG DÒNG THẤM TRONG NỀN CỐNG 3.1 Đặt vấn đề Nền cống có cọc BTCT mang lại ảnh hưởng tích cực tiêu cực đến đặc trưng dòng thấm Điều cần đánh giá định lượng thơng qua nghiên cứu thực nghiệm để có ứng xử phù hợp, kịp thời Kịch nghiên cứu Bảng 3.1 Kịch nghiên cứu 0,00 0,06 0,12 0,24 0,00 0,06 0,00 0,50 1,00 2,00 0,00 0,50 MNS dp ap TT MNS Lp Lp dp hct hch ap 4,50 4,50 16,15 16,15 16,15 16,15 0,12 0,24 0,00 0,06 0,12 0,24 1,00 2,00 0,00 0,50 1,00 2,00 1,666 3,332 0,000 0,833 1,666 3,332 4,5 4,5 4,5 4,5 4,5 4,5 II MNS H H I Lp Lth Cu MN§ III I II MN§ III I II MN§ III Lp III hct II Mẫu đất M2 M2 M2 M3 M3 M3 MNS MN§ hch H hct I Kịch 0,000 4,5 KB2.2 0,833 4,5 KB2.3 1,666 4,5 KB3.0 3,332 4,5 10 KB3.1 0,000 4,5 11 KB3.2 0,833 4,5 12 KB3.3 Lp hch hch Lp hct H 2,54 2,54 2,54 2,54 4,50 4,50 Lp Lth hct Cu hct Mẫu đất M1 M1 M1 M1 M2 M2 hch Lp Kịch KB1.0 KB1.1 KB1.2 KB1.3 KB2.0 KB2.1 TT Lp hch 3.2 Lp Lp Lp = 0,0; = 0,0 = 0,0; hch hct Lth Lp Lp Lp = 0,5; = 0,833; = 0,06 hct hch Lth Lp Lp Lp = 1,0; = 1,666; = 0,12 hct hch Lth Lp Lp Lp = 2,0; = 3,332; = 0,24 hct hch Lth Hình 3.1 Minh họa kịch nghiên cứu 3.3 Quy trình thí nghiệm (1) Chế bị mẫu đất thí nghiệm; (2) Lắp đặt thiết bị mơ cơng trình thiết bị đo đạc; (3) Bão hòa mẫu đất cát; (4) Tiến hành thí nghiệm 3.4 Kết tính tốn, thí nghiệm phân tích Để xem xét ảnh hưởng hệ cọc BTCT đến ht, J đáy cống, giả thiết dòng thấm theo sơ đồ Hình 3.2 phân chia cống thành 03 vùng (Hình 3.1) gồm: Vùng I – Vùng cửa vào (ống đo 9); Vùng II – Vùng đáy cống (ống đo 11 13 đến 32); Vùng III – Vùng cửa (ống đo 35) 10x50=500 TL 01 TL 03 02 05 04 18 23 26 29 32 35 38 41 43 45 19 20 24 25 27 28 30 31 33 36 34 37 39 40 42 44 46 10 07 11 16 21 08 12 17 22 HL ống đo áp 30 Đường dòng giả thiết 13 14 15 06 Bề mặt mẫu ®Êt HL 09 560 30 BỊ mỈt mÉu ®Êt 48x50 = 2400 Hình 3.2 Sơ đồ bố trí ống đo áp Mức độ thay đổi cột nước thấm (ht), gradient thấm (J), tổng áp lực thấm (Wth) thể qua số rht (%), rJ (%), rW (%) Khi số lớn 0; ht, J, Wth kịch có cọc tăng so với khơng cọc giảm (rht, rJ, rW) < 3.4.1 Cột nước thấm a) Vùng cửa vào (vùng I - ống đo áp số 9) Các kịch Lp = 250mm có mức độ tăng cột nước thấm lớn nhất; trường hợp Lp = 62,5mm Lp = 125mm, cột nước thấm tăng không nhiều (dưới 0,5%) 2,4 2,4 Cu = 2,54 Cu = 4,50 Cu = 16,15 1,6 1,6 1,2 1,2 0,8 0,8 0,4 0,4 0,0 0,00 0,0 0,05 0,10 0,15 0,20 0,0 0,25 a) Ảnh hưởng tỷ lệ (Lp/Lth) 2,8 Cu = 2,54 Cu = 4,50 Cu = 16,15 1,5 2,0 Lp/hct=0,5; Lp/hch=0,833; Lp/Lth=0,06 Lp/hct=1,0; Lp/hch=1,666; Lp/Lth=0,12 Lp/hct=2,0; Lp/hch=3,332; Lp/Lth=0,24 2,4 2,0 rht (%) 1,6 1,0 b) Ảnh hưởng tỷ lệ (Lp/hct) 2,4 2,0 0,5 Lp/hct Lp/Lth rht (%) Cu = 2,54 Cu = 4,50 Cu = 16,15 2,0 rht (%) rht (%) 2,0 1,2 0,8 1,6 1,2 0,8 0,4 0,4 0,0 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 0,0 3,5 Lp/hch Cu 12 16 c) Ảnh hưởng tỷ lệ (Lp/hch) d) Ảnh hưởng hệ số Cu Hình 3.11 Ảnh hưởng (Lp, hct, hch, Lth, Cu) đến rht vùng I 12 20 Như vậy, hệ cọc BTCT làm tăng cột nước thấm khu vực cửa vào so với trường hợp không cọc; mức độ gia tăng phụ thuộc vào tỷ lệ (Lp/hct, Lp/hch, Lp/Lth) hệ số không hạt Cu đất Trong loại đất, (Lth, hct, hch) không đổi, rht tăng Lp tăng b) Vùng II - Vùng đáy cống: - Ở đầu đáy (ống đo 13), cột nước thấm có cọc tăng so với trường hợp khơng cọc Mức độ tăng lớn 12,05% (KB3.3); nhỏ 4,4% (KB1.1) 15,0 5,0 0,0 0,00 5,0 0,0 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,0 Lp/Lth a) Ảnh hưởng tỷ lệ (Lp/Lth) 14 12 10 0,0 1,0 1,5 1,5 2,0 rht (%) rht (%) 5,0 0,5 1,0 b) Ảnh hưởng tỷ lệ (Lp/hct) Cu = 2,54 Cu = 4,50 Cu = 16,15 10,0 0,5 Lp/hct 15,0 0,0 Cu = 2,54 Cu = 4,50 Cu = 16,15 10,0 rht (%) 10,0 rht (%) 15,0 Cu = 2,54 Cu = 4,50 Cu = 16,15 2,0 2,5 3,0 3,5 Lp/hct=0,5; Lp/hch=0,833; Lp/Lth=0,06 Lp/hct=1,0; Lp/hch=1,666; Lp/Lth=0,12 Lp/hct=2,0; Lp/hch=3,332; Lp/Lth=0,24 Lp/hch Cu 12 16 20 c) Ảnh hưởng tỷ lệ (Lp/hch) d) Ảnh hưởng hệ số Cu Hình 3.12 Ảnh hưởng (Lp, hct, hch, Lth, Cu) đến rht vùng II – đầu đáy - Ở cuối đáy (ống đo 32), cột nước thấm trường hợp có cọc BTCT tăng, giảm rõ rệt so với trường hợp không cọc Các kịch Lp = 250mm, cột nước thấm giảm so với trường hợp không cọc; mức độ giảm lớn 15,02% (Cu = 16,15) nhỏ 5,56% (Cu = 2,54); kịch Lp = (62,5 125) mm, cột nước thấm lại có xu hướng gia tăng Ranh giới tăng - giảm rht giá trị giới hạn [Lp/Lth]gh, [Lp/hct]gh, [Lp/hch]gh Trong loại đất, tỷ số (Lp/Lth), (Lp/hct), (Lp/hch) nhỏ giá trị giới hạn, rht > 0, cột nước thấm trường hợp có cọc tăng so với trường hợp không cọc; tỷ số lớn giá trị giới hạn, rht < 0, cột nước thấm giảm so với khơng có cọc BTCT Mức độ tăng cột nước thấm lớn (Lp/Lth = 0,076; Lp/hct = 0,63; Lp/hch = 1,05) 13 30 30 Cu = 2,54 Cu = 4,50 Cu = 16,15 0,05 0,10 0,15 -20 0,0 0,25 a) Ảnh hưởng tỷ lệ (Lp/Lth) 2,70 2,80 1,05 2,54 rht (%) rht (%) Cu = 2,54 Cu = 4,50 Cu = 16,15 -10 1,0 1,5 2,0 b) Ảnh hưởng tỷ lệ (Lp/hct) 25 20 15 10 -5 -10 -15 -20 30 10 0,5 Lp/hct Lp/Lth 20 0,63 -10 1,69 rht (%) 0,20 1,52 -20 0,00 10 0,203 -10 0,183 0,076 rht (%) 10 Cu = 2,54 Cu = 4,50 Cu = 16,15 20 1,62 0,194 20 -20 0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 Lp/hct=0,5; Lp/hch=0,833; Lp/Lth=0,06 Lp/hct=1,0; Lp/hch=1,666; Lp/Lth=0,12 Lp/hct=2,0; Lp/hch=3,332; Lp/Lth=0,24 Lp/hch C u 12 16 20 c) Ảnh hưởng tỷ lệ (Lp/hch) d) Ảnh hưởng hệ số Cu Hình 3.13 Ảnh hưởng (Lp, hct, hch, Lth, Cu) đến rht vùng II –cuối đáy c) Vùng III – Vùng cửa (ống đo số 35) 0,05 0,10 0,15 0,20 -10 -20 -30 0,25 0,0 Lp/Lth 10 30 20 10 Lp/hct=0,5; Lp/hch=0,833; Lp/Lth=0,06 Lp/hct=1,0; Lp/hch=1,666; Lp/Lth=0,12 Lp/hct=2,0; Lp/hch=3,332; Lp/Lth=0,24 -10 -10 2,70 2,51 -20 1,05 -20 2,0 b) Ảnh hưởng tỷ lệ (Lp/hct) rht (%) 2,62 rht (%) 20 1,5 40 Cu = 2,54 Cu = 4,50 Cu = 16,15 30 1,0 Lp/hct a) Ảnh hưởng tỷ lệ (Lp/Lth) 40 0,5 1,63 0,194 -30 0,00 0,180 0,076 -20 1,57 10 -10 20 1,51 10 Cu = 2,54 Cu = 4,50 Cu = 16,15 30 rht (%) 0,188 20 rht (%) 40 Cu = 2,54 Cu = 4,50 Cu = 16,15 30 0,63 40 -30 -30 0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 -40 Lp/hch Cu 12 16 20 c) Ảnh hưởng tỷ lệ (Lp/hch) d) Ảnh hưởng hệ số Cu Hình 3.15 Ảnh hưởng (Lp, hct, hch, Lth, Cu) đến rht vùng III – Vùng cửa 14 Mức độ tăng, giảm cột nước thấm lớn mẫu M3 (tăng 31,06% - KB3.1; giảm 27,66% - KB3.3); mẫu M1 có mức độ tăng, giảm nhỏ (tăng 25,7% Lp = 62,5mm giảm 11,98% Lp = 250mm) Khi Cu không đổi, (Lp/Lth) > [Lp/Lth]gh, (Lp/hct) < [Lp/hct]gh, < (Lp/hch) < [Lp/hch]gh, rht > 0; trường hợp ngược lại rht < Chỉ số rht tăng lớn (Lp/Lth = 0,076; Lp/hct = 0,63; Lp/hch = 1,05) 3.4.2 Gradient thấm Gradient thấm cửa (ống đo 35 – HL) có thay đổi lớn ảnh hưởng cọc BTCT Kịch (KB1.3, KB2.3, KB3.3), J giảm so với kịch không cọc ngược lại kịch lại Mẫu M3 (Cu = 16,15) có biến đổi gradient lớn nhất; tăng 31,06% (KB3.1) giảm 27,66% (KB3.3); mẫu M1 có biên độ biến thiên gradient nhỏ nhất; tăng 25,67% (KB1.1) giảm 11,98% (KB1.3) 0,05 0,10 0,15 0,20 -10 -20 -30 0,25 0,0 Lp/Lth 30 20 rJ (%) 10 -10 Lp/hct=0,5; Lp/hch=0,833; Lp/Lth=0,06 10 Lp/hct=1,0; Lp/hch=1,666; Lp/Lth=0,12 Lp/hct=2,0; Lp/hch=3,332; Lp/Lth=0,24 2,70 2,51 1,05 -10 -20 -30 0,00 2,0 b) Ảnh hưởng tỷ lệ (Lp/hct) 2,62 rJ (%) 20 1,5 40 Cu = 2,54 Cu = 4,50 Cu = 16,15 30 1,0 Lp/hct a) Ảnh hưởng tỷ lệ (Lp/Lth) 40 0,5 1,63 0,194 -30 0,00 0,180 0,076 -20 1,57 10 -10 20 1,51 10 Cu = 2,54 Cu = 4,50 Cu = 16,15 30 rJ (%) 0,188 20 rJ (%) 40 Cu = 2,54 Cu = 4,50 Cu = 16,15 30 0,63 40 -20 -30 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 Lp/hch Cu 12 16 20 c) Ảnh hưởng tỷ lệ (Lp/hch) d) Ảnh hưởng hệ số Cu Hình 3.1 Ảnh hưởng cọc đến gradient thấm khu vực cửa (35 – HL) Trong mẫu đất (Cu không đổi), (Lp/Lth, Lp/hct, Lp/hch) nhỏ giá trị giới hạn, gradient thấm tăng so với trường hợp cọc BTCT (rJ > 0) giảm (rJ < 0) trường hợp ngược lại Mức độ tăng gradient thấm lớn (Lp/Lth = 0,076; Lp/hct = 0,63; Lp/hch = 1,05) 3.4.3 Áp lực thấm tác dụng lên đáy cống 15 Do ảnh hưởng cọc, cột nước thấm tăng, giảm so với trường hợp không cọc, từ dẫn đến giá trị, biểu đồ phân bố tổng áp lực thấm thay đổi 12 10,3 Cu = 2,54 rw (%) Cu = 4,50 8,1 Cu = 16,15 100 150 200 250 279 50 257 79 -3 234 300 Lp (mm) Hình 3.19 Ảnh hưởng cọc BTCT đến tổng áp lực thấm Khi (Lp/hct < 0,63; Lp/hch < 1,05; Lp/Lth < 0,076), rW>0 tỷ lệ thuận với Lp, đạt giá trị lớn trường hợp Lp ≈ hch; (Lp/hct > 0,63; Lp/hch > 1,05; Lp/Lth > 0,076), rW > giảm dần Lp tăng Khi (Lp/hct > 2,23; Lp/hch >3,72; Lp/Lth > 0,27) cho mẫu M1; (Lp/hct > 2,06; Lp/hch > 3,43; Lp/Lth > 0,25) với mẫu M2 (Lp/hct > 1,87; Lp/hch > 3,12; Lp/Lth > 0,23) mẫu M3; tổng áp lực thấm đáy móng có cọc BTCT giảm so với khơng có cọc 3.4.4 Giải thích tượng vật lý Giả thiết móng cọc “khối móng quy ước thấm” có bề rộng đơn vị, độ sâu hm = Lp, chiều dài Lm minh họa Hình 3.20 H t Lm Lbd MN§ Lp Tc Tc hm hct hm hct Lp hch hm Lm Lbd MN§ hch Lp H MN§ t H Tc Lm Lbd hct hch t H t hct Tc MN§ MNS MNS hch MNS MNS Lm Lbd a) Lp = c) hch < Lp < hct b) < Lp < hch d) Lp > hct Hình 3.20 Minh họa “khối móng quy ước thấm” + Khi ≤ Lp ≤ hch: Lth giảm Lp tăng đạt giá trị nhỏ Lp = hch; cột nước thấm cửa tăng dần đạt giá trị lớn Lp = hch; + Khi hch < Lp ≤ hct: Do ảnh hưởng chiều dài đường viền thấm ngang (Ltn) tăng dẫn đến Lth tăng, cột nước thấm giảm theo Lp tăng; 16 + Khi Lp > hct: Chiều dài đường viền thấm đứng (Ltđ) tăng theo hm, ảnh hưởng Ltn tăng lên Tc giảm theo Lp tăng, dẫn đến ht giảm dần theo Lp Ngoài ra, ảnh hưởng cọc BTCT, hệ số thấm đất giảm Dòng thấm “khối móng quy ước thấm” bị cản trở cọc BTCT Điều làm thay đổi cột nước thấm gradient thấm so với cọc BTCT 3.5 Đề xuất phương pháp xác định đặc trưng dòng thấm cát đáy cống qua đê có cọc bê tơng gia cố 3.5.1 Nội dung phương pháp (1) Giả thiết cống khơng có cọc BTCT; tính tốn cột nước thấm (ℎ𝑡𝑡0𝑐𝑐 ) vị trí đáy cống, gradient thấm lớn vùng dịng thấm (Jrmax) hạ lưu theo phương pháp thông thường (2) Tính tốn cột nước thấm (ℎ𝑡𝑡𝑐𝑐 ) vị trí đáy cống gradient thấm 𝑐𝑐 ) cửa có xét đến ảnh hưởng cọc BTCT theo công thức: lớn (𝐽𝐽𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟 - Đối với cột nước thấm: Tại cửa vào: htc = kh ht0c c tv 0c tv h = khv h c tđ 0c tđ (3-8) (3-9) Tại đầu đáy: h = khđ h (3-10) Tại cuối đáy: htcc = khc htc0c (3-11) Tại cửa ra: - Đối với gradient thấm cửa ra: c tr 0c tr (3-12) = k J J r max (3-13) h = khr h J c r max kh, kJ hệ số điều chỉnh cột nước gradient thấm (3) Tính tốn áp lực thấm kiểm tra khả xảy biến hình thấm theo qui định hành 3.5.2 Thiết lập công thức thực nghiệm xác định hệ số điều chỉnh kh, kJ Hệ số điều chỉnh cột nước thấm (kh) gradient thấm (kJ) phản ánh mức độ thay đổi cột nước thấm (rht), gradient thấm (rJ) trường hợp xét không xét đến ảnh hưởng hệ cọc BTCT Sử dụng phương pháp tổng bình phương nhỏ với mơ hình tuyến tính dựa kết nghiên cứu thực nghiệm để thiết lập công 17 thức thực nghiệm xác định hệ số điều chỉnh Kết sau: Tại cửa vào: 3 L Lp Lp −8 p khv = 1, 00 − 0, 61 − 3,89.10 Cu + L h h th ct ch 2 L Lp Lp −5 p ; R2 = 0,9987 +0,12 + 1, 20.10 Cu Lth hch hct Tại đầu đáy: k hđ 3 L Lp Lp −8 p 1, 04 − 9, 29.10 = − 8,59.10 Cu + L h h th ct ch −3 Lp Lp Lp +0, 04 + 1,90.10−3 Cu ; R = 0,9966 Lth hch hct Tại cuối đáy: (3-54) (3-55) L Lp Lp −6 p khc = 1, 20 + 0, 06 + 2,97.10 Cu − Lth hct hch Lp Lp Lp Lp −0, 03 Cu − 0,11 ; R = 0,9988 (3-56) Lth hct hch hch Cu Tại cửa ra: 3 L Lp Lp −6 p khr = 1,37 − 1, 03 + 3, 27.10 Cu − Lth hct hch Lp Lp Lp −0, 04 Lth hct hch 0,5 0,5 Lp ; R2 = 0,9995 (3-57) Cu − 0, 20 hch Cu 3 L Lp Lp −5 p kJ = 1,37 − 0, 22 + 1,51.10 Cu − L h h th ch ct 0,5 0,5 Lp Lp Lp Lp −0, 04 Cu − 0, 20 ; R = 0,9995 (3-58) Lth hct hch hch Cu Điều kiện áp dụng công thức: (1) Dịng thấm có áp cát đồng nhất; (2) Cống có cừ chống thấm phía sơng phía đồng; (3) Cọc BTCT đúc sẵn; ap = 30 cm; bố trí theo lưới vng với dp = 4,5ap; Lp = (0 ÷ 2)hct 3.6 Kết luận chương (1) Cọc BTCT làm thay đổi cột nước thấm, áp lực thấm, gradient thấm cống qua đê Mức độ thay đổi phụ thuộc vào Lp, hct, hch, Lth, Cu (2) Để đảm bảo an toàn thấm, luận án đề xuất phương pháp tính tốn cột nước thấm, gradient thấm sở điều chỉnh kết tính tốn trường hợp bỏ qua ảnh hưởng cọc hệ số điều chỉnh kh kJ (xác định theo công thức thực nghiệm thiết lập dựa số liệu thí nghiệm) 18 CHƯƠNG TÍNH TỐN CÁC ĐẶC TRƯNG DỊNG THẤM TRONG NỀN CÁT CÓ CỌC BTCT Ở CỐNG TẮC GIANG – TỈNH HÀ NAM 4.1 Đặt vấn đề Kết nghiên cứu thực nghiệm khẳng định đánh giá định lượng ảnh hưởng hệ cọc BTCT đến đặc trưng thấm cát đồng cống qua đê vùng ĐBSH Vấn đề đặt kết nghiên cứu mơ hình vật lý có tỷ lệ thu nhỏ liệu chúng có đảm bảo độ tin cậy áp dụng vào thực tế Luận án lựa chọn cơng trình thực tế cống Tắc Giang để áp dụng đánh giá phù hợp, độ tin cậy kết nghiên cứu thực nghiệm 4.2 Giới thiệu cơng trình cống Tắc Giang – tỉnh Hà Nam Cống Tắc Giang xây dựng đê hữu Hồng, tỉnh Hà Nam Nền cống nằm lớp cát hạt nhỏ, mịn Giải pháp chống thấm đóng cừ thép sâu thượng hạ lưu Giải pháp xử lý đóng cọc BTCT 30x30cm, dài 5m theo lưới ô vuông với khoảng cách cọc 1,3m Chi tiết xem Hình 4.2 22,3 PhÝa sông Phía ĐồNG +9.40 Giếng quan trắc thấm +5.30 +3.20 -1.50 -2.00 T12 B G I N P Cõ thỵng lu -2.00 -2.50 T6 T11 T5 S Cõ h¹ lu -6.70 Cäc BTCT -13.70 15,5 24,3 10 -3 C¸t líp - k th= 7.10 cm/s Hình 4.2 Cắt dọc cống Tắc Giang sơ đồ tính toán thấm 4.3 Sự cố cống Tắc Giang năm 2012 giải pháp xử lý - Diễn biến cố: Tháng 8/2012 xảy cố thấm, hạ lưu tường ngoặt sau bể tiêu cống có tượng đùn, sủi mạnh, nước đục; gian nhà để tủ điện điều hành cống bị lún nghiêng; xuất nhiều vị trí hố sụt thân đê 19 - Nguyên nhân cố: Xói ngầm mang cống - Giải pháp xử lý: Sử dụng tường xi măng đất để xử lý xói ngầm khoan xi măng cát để bù rỗng đáy cống 4.4 Tính toán xác định đặc trưng thấm cống Tắc Giang 4.4.1 Trường hợp, kịch phương pháp tính tốn - Trường hợp nghiên cứu: (1) Khơng xét đến ảnh hưởng cọc BTCT (bài toán sử dụng thiết kế) (2) Có xét đến ảnh hưởng cọc BTCT - Kịch tính tốn: Bảng 4.4 Tổng hợp kịch nghiên cứu TT Kịch TG1 TG2 TG3 TG4 MNTL (m) 4,23 4,40 5,18 7,10 MNHL (m) 2,14 2,00 2,05 2,18 ΔH (m) 2,09 2,40 3,13 4,92 Ghi Ngày 05/8/2013 Ngày 28/8/2017 Ngày 22/7/2018 Tổ hợp mực nước thiết kế - Phương pháp tính tốn: Sử dụng phần mềm SEEP/W để tính tốn cho trường hợp (1) “phương pháp hệ số điều chỉnh” để tính tốn cho trường hợp (2) 4.4.2 Kết tính tốn Bảng 4.7 Kết tính toán cột nước thấm đáy cống Tắc Giang Kịch TG1 TG2 Vị trí B G I N P S B G I N P S ht0c (m) 1,961 1,559 0,960 0,660 0,422 0,085 2,252 1,791 1,103 0,758 0,519 0,098 kh htc 1,0000 1,0020 1,0461 1,1449 1,2258 1,2258 1,0000 1,0020 1,0461 1,1449 1,2258 1,2258 1,961 1,562 1,004 0,756 0,517 0,104 2,252 1,795 1,154 0,868 0,636 0,120 Kịch TG3 TG4 20 Vị trí B G I N P S B G I N P S ht0c (m) 2,937 2,335 1,438 0,989 0,627 0,127 4,616 3,671 2,260 1,554 1,065 0,200 kh htc 1,0000 1,0020 1,0461 1,1449 1,2258 1,2258 1,0000 1,0020 1,0461 1,1449 1,2258 1,2258 2,937 2,340 1,504 1,132 0,769 0,156 4,616 3,678 2,364 1,779 1,305 0,245 Bảng 4.8 Gradient thấm lớn cửa cống Tắc Giang Kịch TG1 TG2 TG3 TG4 ΔH (m) 2,09 2,40 3,13 4,92 Jrmax 0,106 0,122 0,159 0,250 J rcmax 0,130 0,150 0,195 0,307 kJ 1,2256 1,2256 1,2256 1,2256 4.4.3 Phân tích, đánh giá kết nghiên cứu 4.4.3.1 Phân tích, đánh giá phù hợp, mức độ tin cậy kết nghiên cứu a) Phân tích, đánh giá qua số liệu quan trắc trình vận hành Sử dụng kết tính tốn trường hợp khơng cọc, có cọc số liệu quan trắc q trình vận hành giếng T12 T11 (trước sau cừ thượng lưu), T6 T5 (trước sau cừ hạ lưu) để đánh giá phù hợp, độ tin cậy kết nghiên cứu thực nghiệm phương pháp đề xuất Chương Bảng 4.11 Kết tính tốn, quan trắc cột nước thấm T12, T11, T6, T5 Kịch TG1 TG2 TG3 TG4 Kết mơ hình số - bỏ qua ảnh hưởng cọc (m) T12 T11 T6 T5 1,569 0,960 0,647 0,419 1,801 1,102 0,742 0,516 2,349 1,438 0,968 0,622 3,693 2,260 1,522 1,058 Kết hiệu chỉnh – xét đến ảnh hưởng cọc (m) T12 T11 T6 T5 1,572 1,805 2,354 3,700 Quan trắc thực tế T12 T11 T6 T5 1,004 0,740 0,514 1,60 1,01 0,76 0,51 1,153 0,850 0,633 1,85 1,20 0,90 0,65 1,504 1,109 0,762 2,40 1,54 1,15 0,80 Khơng có số liệu 2,364 1,742 1,297 Bảng 4.12 Đánh giá thay đổi cột nước thấm ảnh hưởng cọc Kịch ΔH (m) TG1 2,09 TG2 2,40 TG3 3,13 TG4 4,92 Trung bình Mức độ thay đổi cột nước thấm (%) kết hiệu chỉnh mơ hình số T12 T11 T6 T5 0,20 4,61 14,49 22,58 0,20 4,61 14,49 22,58 0,20 4,61 14,49 22,58 0,20 4,61 14,49 22,58 0,20 4,61 14,49 22,58 Mức độ thay đổi cột nước thấm (%) số liệu quan trắc mơ hình số T12 T11 T6 T5 1,99 5,22 17,55 21,72 2,69 8,87 21,23 25,89 2,15 7,13 18,77 28,62 Khơng có số liệu so sánh 2,28 7,07 19,18 25,41 Tương quan cột nước thấm chênh lệch cột nước thượng hạ lưu cống giếng quan trắc T12, T11, T6, T5 trường hợp không xét – có xét đến ảnh hưởng cọc BTCT số liệu quan trắc thực tế thể Hình 4.9 21 3,0 Số liệu thực đo ht = 0,7521∆H - 6.10-8 R² = Số liệu tính tốn hiệu chỉnh Số liệu tính tốn từ mơ hình số 3,5 3,0 2,5 ht = 0,7436∆H - 8.10-8 R² = 2,0 1,5 1,0 ht = 0,7763∆H - 0,0323 R² = 0,9661 0,5 Cột nước thấm giếng T11, m Cột nước thấm giếng T12, m 4,0 0,0 2,0 1,8 1,6 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 Chênh lệch mực nước ΔH, m 4,0 4,5 ht = 0,2984∆H + R² = 1,5 ht = 0,5343∆H - 0,07 R² = 0,9455 1,0 4.10-8 ht = 0,4539∆H - 2.10-8 R² = 0,5 0,0 0,0 1,4 Số liệu thực đo ht = 0,3542∆H - 7.10-8 R² = Số liệu tính tốn hiệu chỉnh Số liệu tính tốn từ mơ hình số ht = 0,3237∆H + 0,0727 R² = 0,9419 2,0 5,0 Cột nước thấm giếng T5, m Cột nước thấm giếng T6, m 0,0 Số liệu thực đo ht = 0,4783∆H - 7.10-8 R² = Số liệu tính tốn hiệu chỉnh Số liệu tính tốn từ mơ hình số 2,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 Chênh lệch mực nước ΔH, m 4,0 4,5 5,0 Số liệu thực đo ht = 0,2719∆H - 0,0508 R² = 0,993 Số liệu tính tốn hiệu chỉnh Số liệu tính tốn từ mơ hình số 1,2 1,0 0,8 0,5 ht = 0,2361∆H + 0,0404 R² = 0,8615 0,6 0,4 ht = 0,2218∆H - 0,0415 R² = 0,993 0,2 0,0 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 Chênh lệch mực nước ΔH, m 4,0 4,5 0,0 5,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 Chênh lệch mực nước ΔH, m 4,0 4,5 5,0 Hình 4.9 Tương quan kết tính tốn quan trắc giếng đo Sai số trùng bình kết tính tốn cột nước thấm phương pháp hệ số điều chỉnh số liệu quan trắc giếng quan trắc T12 trung bình 2,07%, T11 2,35%, T6 4,10% T5 trung bình 2,31% Xét ý nghĩa thực tế, giá trị sai số không đáng kể b) Đánh giá kết nghiên cứu phương pháp đánh dấu muối kết hợp đo ảnh điện trường Nước muối đổ vào giếng T11; giếng T3, T6, T8 sử dụng để quan trắc; bố trí tuyến đo ảnh điện cuối bể tiêu Dựa suy giảm điện trở suất theo thời gian, phổ phân bố điện trở suất tuyến đo ảnh điện trước sau đổ nước muối để đánh giá hướng vận động dòng thấm Kết cho thấy, sáu năm sau cố xói ngầm xử lý, dịng thấm đáy cống Tắc Giang có diễn biến phức tạp Dịng thấm xiên chéo so với tim cống với vận tốc lớn mặt tiếp giáp với đáy cống Điều tập trung dòng thấm khe hở cống đất c) Kết luận độ tin cậy kết nghiên cứu Dựa kết áp dụng cho cống Tắc Giang, khẳng định rằng, cọc BTCT làm thay đổi cột nước thấm, từ dẫn đến thay đổi gradient thấm áp lực thấm 22 Điều cần lưu ý tính tốn thiết kế cơng trình để đảm bảo an tồn Các kết nghiên cứu thực nghiệm phương pháp tính tốn đặc trưng dòng thấm đề xuất luận án đáng tin cậy 4.4.3.2 Phân tích, đánh giá kết nghiên cứu kết thiết kế ban đầu - Áp lực thấm: Khi xét đến ảnh hưởng hệ cọc, giá trị cột nước thấm phạm vi đáy cống có xu hướng gia tăng qua đó, làm tăng áp lực đẩy ngược lên đáy cơng trình - Gradient thấm: Trong trường hợp thiết kế, ∆H = 4,92m, kết giai đoạn thiết kế Jrmax = 0,242; nghiên cứu bỏ qua ảnh hưởng cọc Jrmax = 0,25 xét đến ảnh hưởng cọc J rcmax = 0,307 > [J] = 0,3 – không đạt yêu cầu theo qui định 4.5 Kết luận chương Kết áp dụng cho cống Tắc Giang - Hà Nam cho thấy: - Kết tính tốn hiệu chỉnh phù hợp với số liệu thực đo; phản ánh xu gia tăng cột nước thấm ảnh hưởng hệ cọc BTCT - Mức độ gia tăng trung bình gradient thấm vị trí dịng thấm hạ lưu cống xét đến ảnh hưởng hệ cọc BTCT 22,56% Gradient thấm cửa tính theo phương pháp hiệu chỉnh 0,307 > [J] = 0,3 trường hợp thiết kế Như vậy, với nguyên nhân khác, ảnh hưởng cố năm 2012, gia tăng dẫn đến an tồn thấm cho cơng trình - Kết nghiên cứu phương pháp đánh dấu muối kết hợp ảnh điện cho thấy dòng thấm xiên so với tim cống, vận tốc thấm lớn khu vực tiếp giáp với đáy cống Nguyên nhân thấm tiếp xúc cống đất Như vậy, khẳng định rằng, kết nghiên cứu thực nghiệm phương pháp xác định đặc trưng dòng thấm cát có cọc BTCT đáy cống qua đê dựa hệ số điều chỉnh luận án hợp lý đáng tin cậy, sử dụng công tác nghiên cứu thiết kế 23 KẾT LUẬN Kết đạt luận án - Phân loại cấu trúc cống qua đê vùng ĐBSH; - Thiết lập phương trình nghiên cứu thực nghiệm để đánh giá diễn biến đặc trưng thấm Qua đó, xây dựng mơ hình vật lý để nghiên cứu định lượng ảnh hưởng cọc BTCT đến đặc trưng dịng thấm cát - Lượng hóa ảnh hưởng cọc BTCT đến đặc trưng thấm cát - Đề xuất phương pháp tính tốn đặc trưng thấm sở công thức thực nghiệm thiết lập từ kết thí nghiệm - Áp dụng cho cơng trình thực tế cống Tắc Giang – tỉnh Hà Nam để đánh giá mức độ tin cậy kết nghiên cứu Những đóng góp luận án (1) Làm rõ ảnh hưởng hệ cọc BTCT đúc sẵn đến đặc trưng thấm cát cống qua đê vùng ĐBSH (2) Thiết lập công thức từ (3-54) đến (3-58) xác định hệ số điều chỉnh cột nước thấm (kh) hệ số điều chỉnh gradient thấm (kJ) phục vụ tính tốn đặc trưng thấm xét đến ảnh hưởng hệ cọc BTCT Tồn hướng nghiên cứu - Tồn tại: Luận án chưa nghiên cứu cho không đồng nhất; xét đến trường hợp bất lợi khớp nối đáy phận nối tiếp bị hỏng; nghiên cứu cho cọc đóng, tỷ lệ dp/ap = 4,5 bố trí theo lưới vng Ngồi ra, thành bên cứng mơ hình phần ảnh hưởng đến tính chất đất - Hướng nghiên cứu tiếp theo: Nghiên cứu cho trường hợp nhiều lớp; cho sơ đồ cống có sân trước, sân sau; trường hợp có kích thước, mật độ, hình thức bố trí biện pháp hạ cọc khác Nghiên cứu thực nghiệm mơ hình khơng gian để xem xét ảnh hưởng hệ cọc, cừ đến dòng thấm đáy cống khu vực mang cống 24 DANH MỤC CƠNG TRÌNH Đà CÔNG BỐ Đinh Xuân Trọng, Nguyễn Quốc Dũng, Phạm Ngọc Quý, Phạm Thị Hương, “Phương pháp xác định đặc trưng dòng thấm cát đáy cống qua đê có cọc bê tơng cốt thép gia cố nền,” Tạp chí Khoa học Công nghệ Thủy lợi, ISSN 1859-4255, số 75, tr 58-65, 12/2022 Đinh Xuân Trọng, Nguyễn Quốc Dũng, Phạm Ngọc Quý, Phạm Thị Hương, “Nghiên cứu ảnh hưởng cọc bê tông gia cố đến đặc trưng thấm cát đáy cống qua đê mơ hình vật lý,” Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Thủy lợi Môi trường, ISSN 1859-3941, số 81, tr 114-122, 12/2022 Đinh Xuân Trọng, “Nghiên cứu ảnh hưởng hệ số khơng hạt đến độ nhạy xói ngầm cát cống qua đê vùng đồng sơng Hồng”, Tạp chí Nơng nghiệp Phát triển nơng thôn, ISSN 1859-4581, số 23, tr 101107, 12/2022 Nguyễn Như Trung, Nguyễn Quốc Dũng, Đinh Xuân Trọng, Bùi Văn Nam, Nguyễn Cảnh Thái, Nguyễn Văn Điệp, Nguyễn Thị Thu Hương, “Nghiên cứu ứng dụng phương pháp đánh dấu muối phương pháp đo điện trở để xác định hướng vận tốc dòng thấm đáy cống Tắc Giang, tỉnh Hà Nam,” Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Biển, ISSN 1859-3097, số 20, tập 4B, tr 215226, 2020 Đinh Xuân Trọng, Đỗ Thị Thùy Dung, Nguyễn Cảnh Thái, “Giải pháp xử lý loại nguy cố đê sông cống đê khu vực đồng sông Hồng miền Trung”, Tuyển tập Khoa học Công nghệ 2014 – 2019, Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam, Hà Nội: Nhà Xuất Khoa học Kỹ thuật, ISBN 978-604-67-1399-9, tr 601 – 615, 11/2019 Đinh Xn Trọng, “Thiết lập mơ hình thí nghiệm nghiên cứu tượng xói ngầm đáy cống qua đê cát có xét đến ảnh hưởng cọc bê tơng cốt thép,” Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Thủy lợi, ISSN 1859-4255, số 45, tr 80-89, 2018