Luận văn thạc sĩ Xây dựng công trình thủy: Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng bentonite đến tính thấm của tường hào xi măng - bentonite

Tính cấp thiết của đề tài Đập vật liệu địa phương là loại hình ngăn sông được sử dụng phổ biến ở nước ta cũngnhư trên toàn thể giới Tận dụng được nguồn vật lệu sin có phổ biển tai khu vự

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan, đây là công trình nghiên cứu độc lập của bản thân với sự giúp đỡ của

giáo viên hướng dẫn Những thông tin, dit liệu, số liệu đưa ra trong luận văn được trích dẫn rõ ràng, đầy đủ về nguồn gốc Những số liệu thu thập và tong hợp của cá nhân dam

bảo tính khách quan và trung thực.

Hà Nội, ngày 24 tháng 5 năm 2017

Tác giả

Nguyễn Bá Cương

LỜI CẢM ƠN

Tác giả luận văn xin bay tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất đến PGS.TS, Nguyễn Cảnh Thái

là người hướng din trực tip tác giả thực hi luận văn Xin cảm ơn thầy đã dành nhiều

công sức, tí tuệ và thời gian dé tác giả hoàn thành luận văn nghiên cứu đúng thời hạn.

Tác giả xin chân thành cảm ơn các thay cô giáo đã giảng dạy trong thời gian học caohọc tại Trường Dai học Thuỷ lợi, các thiy cô giáo trong Khoa Công trinh và các thầy

cô giáo trong phòng thí nghiệm địa kỳ thuật của Trường Đại học Thuỷ lợi Hà Nội,phòng Đảo tạo đại học và sau đại học đã tận tinh giúp đỡ và truyền đạt kiến thức để tôi

có thể hoàn thành được luận văn này.

Cuối cũng tc gi xn chân thành cảm ơn bạn bẻ, đồng nghiệp và gia đình đã động viễn,

khuyến khích dé tác giả hoàn thiện luận văn nghiên cứu.

Hà Nội, ngày 24 thắng 5 năm 2017

Tác giả

Nguyễn Bá Cương

MỤC Lye

1-Tính cắp thiết của để ti 47s 2.Mye dich của để 2

.4 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu - 2

S.K& quả dự kiến 2CHƯƠNG 1: TONG QUAN VE DAP VAT LIEU DIA PHƯƠNG,THÁM VA XỬ

LÝ CHONG THÁM QUA DAP VA NEN TƯỜNG HAO XI MĂNG BENTONITE

-3.Pham vi nghiên cứu của đề tài e«seseeeseeseeserrsrre

1.4.4.Kich thước lhào bentohife «eereeeeeseetiretiiiiirdrritrsrietriiie

tường chống thắm bằng xi măng bentonitecủa tường chỗng thẩm xi măng ~ bentonite

1.4.5.Quy trình thi công hào xi măng ~ bentonite.

1.48.1.BỖ tí mặt bằng công trường 151.4.5.2 Lựa chọn bổ trí thiết bị, dung cụ kiểm tra, thi nghiệm 161.4.5.3.B6 tí mồng din 71.4.5.4.B6 trí sơ đồ đào 18CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYET THÍ NGHIỆM VA TÍNH TOÁN TƯỜNG

2.1.Phwong pháp thí nghiệm ảnh hướng của hàm lượng bentonite 20

2.1.1 Lựu chon vật liệu «e2

2.1.2, Lựn chọn cắp phối th nghĩ

2.1.3 Phương pháp thi nghiệm - << sesseeeeeerserreeeeserreeree28

2.2 Lựa chọn các phương pháp tinh toán thắm phù hợp

2.2.1 Phương pháp cơ học chất lỏm;

2.2.2 Phương pháp thity lực:

2.2.3.Phicong pháp thực nghiệm:

2.24, Phương phiip Số: ««eeeeeeeteeterretirrtrrirtirerrrirrrerreeuZT

ca Phương pháp sai phân 27

b Phương pháp phan tứ hữu hạn

2.3 Các phương pháp giải bài toán bn định

2.11, Tiêu chuẩn phá hoại Mohr ~ Coulomb.

23.2 Các phương pháp tính bn định trượt

3.4 Lựa chọn phần mềm tinh toán,

CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM CÁC YEU TO ANH HƯỚNG

DEN TÍNH THÁM TƯỜNG HAO XI MĂNG - BENTONITE

341 Đặc điểm tính chất và thành phần của xi ming bentonite và ứng dụng trong

4.1 Giới thiệu về công trình -.-cs-sseeeeererrerrretrrrrsrrrrsrrrroO.

4.2 Các chỉ tiêu cơ lý được lựa chọn, 62

4.3 Đề xuất các biện pháp an toàn «eo

43.1 Hao

4.3.1 Điều khiển biên hạ lew 65

4.3.3 Gia tat lew 66

44 Tính toán thắm và dn định, so sánh chọn kích thước bộ phận chống thắm 66KẾT LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ -sc55cssseeseerreererrrrrrrrrroolKẾT LUẬN

TÀI LIỆU THAM KHẢO,

PHY LUC

e điểm áp lực trên đường do áp: 65

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1: Thắm ngang thân dap đồng chất 4

Hình 1.2: Thắm bùng nhùng ngang thân đập

Hình 1.3: Đập có tường lõi mm 6Hình 1.4: Đập có tưởng nghiêng mềm 8Hình 1.5: Đập dit ding chất có tường răng 9

Hình 1.6: Đập có tường lõi chân răng va tường nghiêng chân ring 9

Hình 1.7: Chống thim cho nền bằng bản cọc 10Hình 1.8: Chống thắm bằng tường nghiêng, sin phủ 10inh 1.9: Tường chống thắm bằng xi ming ~ bentonite "

Hình 1.10: Thi công hào Bentonite 2 inh 1.11: Hệ thống a vật liệu l6

Hình 1.12: Máy đào gầu nặng 7,5 tan của công ty Bachy Soletanche 17Hình 1.13: Mô hình tường dẫn 0

inh 1.14: Thi công theo thứ tự từ panel có số thi tự bề đến panel có thứ tự lớn 19 Hình 2.1 So sảnh mau sắc của 3 loại Bentonite Trugeo, Trường Thịnh và Hing Ngọc

21

Hình 2.2 Xi măng Vicem của công ty Hoàng Thạch 2Hinh 2.3 : Sơ đồ tính thấm theo phương pháp cơ học chất lỏng 24inh 2.4: Sơ đỗ tỉnh thắm theo phương php thủy lực 26inh 2.5: Sơ đồ tinh thắm theo sai phân 2Hình 2.6: Sơ đồ phần tửtam giác 29

Hình 3.1: Bột Bentonite Truel 35

Hinh 3.2 : Hỗn hợp ximăng - bentonite dang tách nước và co ngói 37

Hình 3.3 : Công ty dang sin xuất xi ming 38 Hình 3.4 : Tro bay Phả Lai đùng cho thi nghiệm 40

Hình 3.5 : Dung địch bentonite trương nở sau 24 tiếng 41 Hình 3.6: Sang mắt nhỏ ding để rộn vậtliệu 41

Hình 3.7 : Trộn xi măng va tro bay với dung dịch bentonite trương nở 42

inh 3.8: Đỗ hẳn hợp vật liệu vào khuôn, 4 Hinh 3.9: Chế độ bảo dưỡng mẫu “4

Hình 3.10 Sơ đồ và thiết bị đo thắm dùng trong thí nghiệm 45

Hinh 3.11 ; Vật liệu đã được cắt bằng đao vòng chuẩn bị làm thí nghiệm 46

Hinh 3.12 : Tién hành thí nghiệm thắm AT

Hình 3.13 : Ba mẫu thi nghiệm được bảo đường ở 3 điều kiện khô, âm và bão ha 49 Hình 3,14: Biểu đồ tổng hợp kết quả thí nghiệm thắm của mẫu được bảo dưỡng ở điều

kiện khô 50

Hình 3.15 : Biểu dé tổng hợp kết quả thi nghiệm thắm của mẫu được bảo dưỡng ở điều.

kiện ẩm 51Hin 3.16: Biểu đổ tổng hợp kế qu thi nghiệm thắm của mẫu được bảo dưỡng ở điều

Kiện bão hòa 52

inh 3.17: Biểu đồ kết qui thi nghiệm thắm của tồng tif theo tồi gan 37

Hình 3.18: Hệ số thắm của mẫu thí nghiệm có tổng khối lượng hạt min bằng nhau 59

Hình 3.19: Hệ số thắm của mẫu thi nghiệm có khối lượng bentonite bằng nhau và có sự

thay đội về cấp phối xi măng và phụ gia 59

Hình 3.20: Hệ số thắm của mẫu thí nghiệm o6 tinh phần cát 60inh 4.1: Sơ đồ mặt cắt sinh toán thấm trường hợp Ì 6?

Hình 4.2 : Sơ đồ mặt cắt tinh toán thắm trường hợp 2 và 3 or

Hình 4.3 : Các đường đẳng gradien J,y 68 Hinh 4.4 : Các đường dang gradien J,y 68

inh 4.5: Các đường đẳng gradien Jy 69

DANH MỤC BANG BIÊU

Bảng 2.1 Thông số kỹ thuật của Bentonite Trugeo

Bảng 2.2 Thông số kỹ thuật của Bentonite Trường Thịnh

Bảng 2.3 Thông số kỹ thị t của Bentonite Hing Ngọc

Bảng 3.0 Tiến thành thí nghiệm với các cắp phối khác nhau

Bảng 3.1 Đặc trưng cơ ý của trọ bay Phá Lại

Bảng 4.1.Thông số kỹ thuật của hỗ chứa.

Bang 4.2 Hệ số thắm của vật liệu dùng cho tinh toán

Bảng 4.3 Kế quả tinh thắm

đ 66 68

MO DAU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Đập vật liệu địa phương là loại hình ngăn sông được sử dụng phổ biến ở nước ta cũngnhư trên toàn thể giới Tận dụng được nguồn vật lệu sin có phổ biển tai khu vực xâydựng công trình, giá thành xây dựng rẻ hơn rất nhiều so với loại hình ngăn sôngkhác Trong quá trình khai thác sử dụng một số đập đã xuất hiện một số những sự cổ, hưhỏng, mắt én định công trình Có rất nhiều nguyên nhân dẫn đến sự cổ, hư hỏng củađập đất như đầm nền không tt, sử lý tiếp giáp kém, thiết bị thoát nước bj hỏng, ảnhhưởng của dòng thắm Theo các báo cáo tổng kết trên thé giới, công trình thuỷ lợi làmbằng vật liệu địa phương bị hư hỏng do dòng thấm gây ra là nguyên nhân lớn nhất

chiếm khoảng 35 + 40% tổng số các nguyên nhân gây ra hư hỏng Vì vậy việc sử lý

thắm cho đập, nên lúc thiết kế mới và lúc sửa chữa đóng vai trỏ rt quan trọng đảm bio

cho sự hoạt động hiệu quả và an toàn của đập [1]

Trong nhưng năm gần đây công nghệ thi công chống thắm cho các ng trình xây dụng

nói chung và công tình thủy lợi nói riêng đang phát triển rt mạnh và rit đa dạng Bên

cạnh những biện pháp truyền thống như :đấp sin phủ, dip chân khay dường lõi stcử

vấn chống thắm nhiễu công nghệ mới đã được nghiên cứu và ứng dụng như: Tườnghào chống thắm Bentonite, công nghệ khoan phụt vữa áp lực cao màng chống thắmbằng vải địa kỹ thuật

Bentonite là vật liệu mới ứng dụng làm tường chống thắm lin đầu tiên vio năm 1999

tại công trình thủy lợi Dau Tiếng tiếp đó là công trình Am Chúa, laKao, Easoup

Thượng ~ Dik Lắc, Dương Đông -Kién Giang đều cho hiệu quả chẳng thắm tốt vớigiá thành hợp lý Tuy nhi, các công trình tường chống thắm th công bằng biện pháp

«dao hào trong dung địch Bentonite đều được thiết kể, kiểm tra chất lượng đựa theo kinhnghiệm hay số liệu của các công nh đã có ở nước ngoài và một số t các công tìnhtrong nước, Điều đó đã gây ra rất nhiều khó khăn trong công tác thiết kế, thi công vàcông tic đánh giá kiểm định chất lượng tường chống thắm Hiện nay công tác thết kể,nâng cắp, sửa chữa nhằm mục tiêu an toàn hồ đập trong phạm vi cả nước đang đượcchủ rong, Việc ứng dụng công nghệ xây dựng tường hào chẳng thắm Bentonite tính

khả thi và h qua cao Do đó đặt ra vẫn đề cần có sự nghiên cứu

xuất biện pháp tiêu chuẩn t thi công thích hợp đơn giản là yêu c

3 Phạm vi nghiên cứu của đề tài

~ Các loại tường hảo xi ming dé chống thắm cho đập và nẻn

~ Ứng dụng cho đập chính hồ chứa nước Tân Dân.

4 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

- Điều tra qhống kế vẻ tổng hợp ôi liệu nghiên cứu đã cổ & trong và ngoài nước có lênquan đến đ tài

= Nghiên cứu cở sở lý thuyết

- Tiến hành thí nghiệm trong phỏng thí nghiệm.

- Lựa chọn các phương pháp tính toán,mô hình tinh toán và phần mém hợp lý để tínhtoán phân tích khả năng chống thắm,

5 Kết qua dự kiến đạt được

~ Quan hệ giữa hàm lượng Bentonite với tính thắm của tường hào xi ming ~ bentonite

với các thông số của hảo

- Kết quá ứng đụng cho đập chính hỗ chứa nước Tân Da „ xã Thiện Kế, huyện Sơn Duong, tinh Tuyên Quang.

CHƯƠNG 1: TONG QUAN VE DAP VAT LIEU BIA PHUONG,THAM

vA XỬ LY CHONG THÁM QUA DAP VÀ NEN.TUONG HAO XI MĂNG

~BENTONITE.

1.1 Tổng quan về hồ đập của Việt Nam

Việt Nam, với nén nông nghiệp chủ yếu là lúa nước, điều kiện thiên nhiên vô cũng khắc

nghiệt, hạn han, lũ lụt xảy ra thường xuyên Vì vậy, công tác thủy lợi có vị tí vô cùng,quan trọng, là một trong những ngành có trayén thông được xây dựng và phát iển lu

đời, có nhiều thành tựu quan trọng gắn liền với lich sử phát triển đất nước, Nhiễu công

trình thủy lợi đã để lại những dấu ấn về ý chí kiên cưởng của dân tộc Việt Nam trong quá trình chỉnh phục th 'n nhiên, khoa học kỹ thuật Thủy lợi, góp phần ch thắng mọi thiên tái

Hầu hết các đập tạo hỗ chứa được xây đựng ở nước ta là đập đất, trong đó phần lớn các

đập nhỏ được xây theo hình thức đập đồng chat ,mái thương lưu được bảo vệ bằng tim

bê tông hoặc đá xếp, mii hạ lưu bảo vệ bằng tring cổ trong các 6 có đổ sỏi đá đ thoát

nước thân đập.

Đập vật liệu địa phương là loại đập được xây dựng bing các loại đắt hiện có rong khuvực xây dựng công trinh như : ớt, sé, & các, sbi cuội Đập đất có cấu tạo đơn giản,vững chắc, có yêu cầu chất lượng của nén đối với đập không cao lắm, có khả năng cơgiới hóa cao khi thi công và trong da số trường hợp có giá thành thấp nên là loại đậpđược ứng dụng rộng rãi nhất trên thé giới Hiện nay thể giới có khoảng bốn trăm ngân

đập được xây dựng trong đó đập dit chiếm trên 70% côn li là các loi đập khác như đập đã dé, đập bê tông trọng lực,

1.2 Các vin đề mắt an toàn do thắm qua đập và nén, nguyên nhân và các biệnpháp xử lý

12.1, Thắm qua đập đắt

Sự chuyên động của chất lòng ( nước, dầu, ho nước ) ong dit, trong đã nứt n hoặc

tong môi trường xốp nói chung gọi là thắm Thắm có ý nghĩa ri lớn trong việc xây

dạmg và khai thie những công trình thy lợi nói chung và iêng đối với đập đt thì thắm

Tại cảng có ý nghĩa đặc biệt,

Đập đất la một loại công tinh dâng nước được làm bằng vật liu xốp, nó được đánh giá

là bền và chịu chắn động tốt so với các loại đập khác, tuy nhiên trong quá trình làm việc

do tác động của các yếu tổ tự nhiên và yêu tổ sử đụng của con người đã xây ra tỉnh

trang hư hong tại nhiều đập đắt với nhiều mức độ khác nhau Nguyên nhân chính có the

là do hiện tượng thẩm qua ip, vai dip, và thân đập gây ra ác hại của dòng

thắm thật là khó lường, nó không chỉ lầm mắt nước đối với các công trình trừ nước màcòn làm giám ổn định của các công trình và nền như : đẩy nỗi, day trượt, trôi đất, xóingầm, trượt nén, Theo kết quả thống kê trên thé giới nguyên nhân lớn nhất gây nên sự

cổ 6 các đập vật liệu địa phương là do dòng thắm gây ra, nó chiếm khoảng 35% - 40%tổng số các nguyên nhãn gây hư hồng công trình Thắm la tinh trang xây ra phổ biển ở

các đập dit, nhiễu hd chứa bị thắm rất nghiêm wong mà việc xử lý lai khó khăn, tổn

kém, gây tổn thất lớn về kinh tế như đập Di Tiếng ~ Tây Ninh, Ea Soup Thượng ~Đắk Lắt Hiện tượng thắm qua dip đất có thể xảy ra ngay sau khỉ công trinh mới.được hoàn thành đưa vào sử dụng hoặc sau một vai năm làm việc.|2]

|

1.1: Thắm ngang thân đập đồng chất

— 28

Hình 1.2: Thắm bing những ngang thn đập1.32 Nguyên nhân thắm qua than và nền đập đất

+ Nguyên nhân khách quan

Đất là môi trường xếp, có lỗ rỗng cho nên nước cổ thé le lỏi theo các lỗ rỗng mà thắm,qua, Khả năng thắm nước của đắt được đặc trưng bởi hệ số thắm k, đối với những loiđất khác nhau có bg số thấm khác nhau

Khí dip đập thường sinh ra mặt tiếp giáp giữa thân và nền đập do đặc trưng cầu tạo của

6 tính cơ lý kháđập có thể la đã cứng Vi vậy sẽ xuất hiện dòng thắm chảy theo mặt tgp giáp giữa thânhai môi trường nhau như về hệ số thẳm, cấp phối hạt độ chặt nên

và nền đập,Ngoài ra, dòng thắm còn xuất hiện dưới nén đập nếu nén là đắt, cuội sỏi hay

đã nứt nề.

= Nguyên nhân chủ quan

Trong hồ sơ thiết kẻ, người thiết kế chưa đưa ra được biện pháp xử lý tối ưu về hiệntượng thắm qua thân và nén dip; còn trong quá trình thi công, nhà thầu th công khôngtuân thủ nghiêm ngặt kỳ thuật cũng như quy trình thi công và các yêu cầu trong hỗ sothiết kế đã được phê duyệt dẫn đến là trong thân dập tồn tai những khu vực thắm mạnh

như mặt tiếp giáp giữa các lớp không được xử lý tốt, các khu vực dim sót, đầm dối.

1.2.3 Các biện pháp ching thắm cho đập đất

1.2.3.1 Chống thim cho những công trình mới xây ưng

Khi thiết kế xây dựng những đập đất mới, nếu mức độ thấm của vật liệu đất dip đập

hoặc địa chất nên đập không đảm bảo về lưu lượng thắm qua thân đập và qua nền trongphạm vi cho phép thì người thiết kế sẽ áp dụng một sổ biện pháp chống thắm phổ biến

sau đây nhằm khắc phục các yêu tổ này.

ø) Chẳng thắm cho thân đập

"Vật chống thắm cho thân đập thường có dang lõi giữa hoặc tường nghiêng có thé dùng

vật liệu đẻo hoặc vật liệu cứng.Đối với các đập đắt khi thiết kế xây dựng mới, khi cầnthiết phái đăng vật chống thắm thi hin như nhà thiết kế đều ding vật liệu chống thắmcho thân đập là vật liệu déo vi 16 có nhưng ưu điểm nỗi trội và phủ hợp với đập hơn vậtliệu cứng như: có khả năng biến dang, khả năng liên kết với phần thin đập tốt hơn,

không yêu cầu cao vé địa chất nền.

— Đập đất có tưởng lỗi mém

Lãi giữa bằng đất sét cỏ hệ số thắm nhỏ có dang thẳng đứng nằm chính giữa hoặc ginnhư chính giữa thân đập.Theo cấu tạo bé dày đỉnh tường lõi không nhỏ hơn 0,&em, độ

dày chân tường không nhỏ hơn 1/10 cột nước nhưng phải đảm bio > 2m Đỉnh tường

li phải đảm bảo không cho nước phía thượng lưu vượt quá đồng thời phải cao hơn

mực nước mao din trong đất với độ vượt cao ö = (0.3 ~ 0,6)m tủy theo cắp công trình,

Việc liên kết giữa tường lõi mém và nền edn phải đặc biệt lưu y.Néu nén là đất không

thấm hoặc thấm ít thì lõi tròn sâu xuống ting đất nền phải lon hơn từ 0,5 = 1,25m Bộphận nối tường lõi và nền đá phải làm rất cần thận với các hình thức như để răng, hoặctường răng bét6ng cắm sâu vào khối đá tốt 0,6 + 1

a? oe amHình L3: Đập có trồng lõi mềm

= Kỹ thuật thi công phức tạp.

~_ Có thể bị nứt đập tại mặt tiếp xúc giữa hai loại vật liệu do đặc tính trương nở và co

ngói của dit sét khác với đất đắp đập.

= Khi bị hư hỏng khó sửa chữa.

thuộc vào cột thắm, BE diy đình tường không nên nhỏ hơn 0,ãm Chân tường không

nhỏ hơn H/10 ( H — cột nước tác dụng ), và không nên nhỏ hơn 2 + 3m Độ vượt cao của dính tường nghiêng trên mục nước dâng bình thường ở thượng lưu được dựa theo

cấp công trình ö =0,5 + 0,8m.Dinh tường không được thấp hơn mực nước tỉnh gia

Để tránh hiện tượng nứt nẻ do thay đổi thời tiết ( nhiệt độ ) cằn phải có lớp bảo vệ ở

mặt ngoài (thượng lưu ) với độ day khoảng Im Vật liệu lâm lớp bao vệ phải biển dang

và thắm nước tt như đắt cát, đt cội sồi Mái đốc của tường nghiêng c thé song song

với mái thân đập hoặc lớn hơn nhưng phải đảm bảo én định.Mặt tiếp xúc giữatường nghiêng và phần đất thân đập cũng như lớp bảo vệ phải bé trí ting lọc ngược để

48 phòng hiện tượng xói ngằm cho vật chống thắm do dòng thắm có độ chênh lệch cột

nước lớn.

Nếu nên đập là nền đá thì liên kết tường nghiêng với nền bằng các răng chống thắm

bị mit nẻ và thắm nước nhiều sẽ xử lý bằng phụt vữa chống thắm

Do đập đắt được xây dựng trên nền thắm nước và khi mục nước thượng lưu dng cao

trong thân đập sẽ hình thảnh dòng tbắm từ thượng lưu về hạ lưu Vì vậy, cẳn phải cónhưng biện pháp xử lý chống thắm cho nén đập nhằm hạn chế sự mắt nước đồng thời

448 phòng biển dạng thắm trong nền đạp Hình thức chống thắm trong nền đập phụ thuộc

vào loại đập, chiều sâu ting nén thắm nước và địa chất của nền

+ Đập đồng chất váy eng trên nà thắm muốc th hình thức chẳng thẳm cho nén thông

thường là tường rang, bản mọc hoặc màng xinãng

Tường răng thích hợp đối với nén có ting thắm nước không sâu lắm (thường T< 5m) và

làm bằng chính vật liệu thân đập hoặc bằng vật liệu chống thẩm tốt như sét, á sét Nếutng nén thắm nước tương đối lớn không thể xây dựng được tường răng thi cần phảidùng bản cọc hoặc phun mangehéng thắm xuống tận ting không thắm nước Trongtrường hợp ting thắm nước quá sâu hoặc vô hạn thi bản cọc hoặc ming xi mang chicắm xuống một đoạn trong ting nén, độ sâu của đoạn này cần xác định đối với từngtrường hợp cụ thể rên cơ sở yêu cầu về chẳng thắm và ôn định thắm,

Hình 1.5: Đập dit đồng chất có tưởng răng

+ Déi với đập không đông chất (có lồi giữa hoặc tường nghiêng) thì vật chong thẩm

trong nén thường nối tiép với vật chống thắm của thân đập |3]

Cö nhiều hình thức chống thắm cho nền: tường răng, bản cọc, tường bê tông hoặc sintrước Việc áp dụng các hình thức chống thắm cho nền phụ thuộc vio chiều sâu tingnên, tinh chất của đắt nền và kỹ thuật thí công

+ Ting thắm nhỏ T < 5m thi có thể đăng tường răng làm vật liệu chống thắm cho nền

và nỗi tip với li giữa hoặc tường nghiêng của dip Tường răng cần cắm sâu xuống

tổng không thắm một độ sâu >0Sm,

+

_—

Hình 1.6: Đập có tường lõi chân răng và tường nghiêng chân rang

+ Tầng thắm nước tương đối sâu thi inh thức chống thim cho nền cổ thé là bản cọc.Bản cọc cắm sâu vào lõi giữa hoặc tường nghiêng và ting không thắm một độ dai nhất

> 0.5m đối với đập hấp vi > Im đổi với đập cao

Hình 1.8: Chống thắm bằng tường nghiêng, sân phủ1.2.3.2 Chẳng thắm cho những công trình đã xây dựng trước đây

Khi công trình đã xây dựng mã có hiện tượng thắm mạnh gây nguy cơ mắt nước và mắt

có biện pháp chống thắm Tuy nhiên vin & cơ bản ở đây

ổn định cho đập thi cin phi

là dya vào biện pháp chống thắm nào, áp dụng công nghệ nào để dat hiệu quả cao trong,

{hi công, rất ngắn thời gian xây đựng và hạ giá thành công trình Mot số biện pháp điểnhình thường được sử dung dé xử lý chống thấm cho đập đã cho hiệu quả tốt như

~ Công nghệ chống thấm bing mảng địa kỹ thuật (Geomembrane)

— Công nghệ khoan phụt cao dp (Jet ~ grouting),

— Công nghệ chống thắm bằng tường hào xi mang = Bentonite.

Trong phạm vi luận văn này tác giả đi sâu vào m cứu công nghệ chống thấm chođập và nén bằng tường hào xi mang ~ Bentonite

1.3 Công nghệ chống thắm qua đập và nén bằng tường hào Bentonite [4]

Đây là công nghệ chống thắm có giá thành cao nhưng cho hiệu quả chống thắm tốt vàlâu di, quá tình thi công không mấy khó khăn, mặt bằng thi công tương đối gon Khi

jt đã làm

đập trong khoảng thời gian tương đối dai (Từ 5 năm trở lên) mà bị thắm

mạnh cần phải xử lý mang tính lâu dai và trong ving lại khan hiém hoặc không có vật

liệu làm thiết bị chống thắm nue: dts, đất thị, đắt chặt thì có thể xem xét sử dụng

công nghệ này.

+ Nguyên lý công nghệ

Tường hào xi mang — bentonite là loại tường chống thấm được thi công bằng biện pháp,

chung là đào hao trong dung dich bentonite, sau đó sử dụng hỗn hợp vật liệu xi mang ~

bentonite + phụ gia trộn vào nước au thời gian nhất định đông cứng lại tạo thành

tường chống thắm cho thân và nên đập Thành phan vật liệu của tường chống thắm baogồm : xi ming + bentonite + phụ gia và nước BỀ rộng hảo thường trong khoảng 0.5 >

1,2m và chiều sâu của hảo có thể lên tới 120m.

12V 00007770

Hình 1.9: Tường chống thắm bằng xi ming = bentonite

Để có thể dio hào rắt sâu và duy tì được mái dốc thing đứng như vậy trong quá trìnhthi công phải duy tr ign tục hỗn hợp bentonite diy trong hào giữ cho vách hảo luôn

được én định Hệ thấm của tường hào bentonite nhỏ (k= 102 10 emis) nén dng

đáng kể khi đi qua tường chống thắm này:|2]

Hình 1.10: Thi công hào Bentonite

+ Ưu điểm:

thắm nhỏ k=

~ Chống thấm đạt hiệu quả cao ( 052 10”emfs)

~ Dung dich xi mang + bentonite được trộn trên dây chuyển công nghệ theo tiêu chuẩn

thống nhất nên thuận tiện trong thiết kể, thi côn; in chuyển và kiểm soát chất lượng.

1 quả trên nền cát có hệ số thắm lớn, ting thắm nằm sâu.

~ Khi địa hình xây đụng chat hep vẫn áp dụng được công nghệ th công này

+ Nhược điểm:

—_ Máy móc thi công cổng kénh phức tạp

= Không thi công được khi nén lần đá lăn, đá táng

~ Giá thành công tinh cao,

~ Thứ bai: do cắc ming ngăn hình thành ong quả trình thi công tưởng Các màng

ngăn ở vách hào tạo bởi vật liệu xi măng đậm đặc hơn do có sự tách rồi của bontonite

vào trong nên các hạt xỉ măng lớn hơn bị giữ ại ở sắt vách hảo

~ Thứ ba: là do phụ thuộc vào độ lưu động, độ min của các hat bentonite, các hạt này

xâm nhập vào các lỗ rỗng của đất làm tăng khả năng chống thẩm của đắt

1.4.2 Các yêu cầu của tường chẳng thẩm xi măng ~ bentonite

Yeu cầu về mặt kỹ thuật

+ Đảm bảo lượng nước thấm qua đập nhỏ hơn lưu lượng thấm cho phép của công trình + Dim bảo ổn định hai bên vách hảo, không xói ngầm đối với nền của công trình + Giảm được áp lực thấm lên bản day công trình.

+ Phù hợp với điều kiện kỹ thuật và năng lực máy móc thiết bị hiện nay.

+ Cường độ vữa xi măng ~ bentonite sau 28 ngày R > 1,5kg/emˆ

— Yêu cầu về kinh tế

Phương án được đặt ra có giá thành rẻ hoặc ở mức có thể chấp nhận được Đôi khi

phương án được chọn chưa hẳn là phương án rẻ nhất mà là phương án tối ưu nhất trên

cơ sở phân tích so sinh cả về kinh tế và kỹ thuật

14.3 Cấp phối vậtiệu của xi măng ~ bentonite

Trên cơ sở yêu cầu kỹ thuật của trồng chống thắm, đặ tỉnh lý hóa và tính chit cơ học

của vữa xi mang ~ bentonite cần phải lựa chọn vật liệu va tỷ lệ pha trộn hỗn hợp vật

liệu hop lý Hn hợp vậtliệu làm tường gồm có xi măng + bentonite + phụ gia và nước,

Xi măng làm cốt liệu chính để nâng cao cường độ trờng chống thắm Bentonite là vậtliệu mang nhiều đặc tỉnh đặc biệt ữ vai trỏ quan trọng trong công nghệ này, nó vừa có tác dung tăng cường chẳng thắm cho tưởng vừa có vai trỏ lạo hiệu quả cơ học giữ cho

vách hảo không bj sat nở trong quá trình thi công Phụ gia có tác dụng làm chậm thờigian lĩnh kết của xi măng, duy tì độ nhất thấp trong thời gian dai để phục vụ cho việcvận chuyển vật liệu thi công các panel dễ dàng Hỗn hợp này phải có độ linh động cầnthiết để vữa có thể chui vào các khe phải có nông độ bentonite phủ hợp.ng trong

448 khi trương nở lip diy các lỗ rỗng nhằm đáp ứng được yêu cầu chẳng thắm và giữ ổnđịnh vách hảo trong quá trình đảo hảo, Đồng thời cấp phối vật liệu còn phụ thuộc vio

cả chiều sâu của mỗi panel Thường thi phái thêm phụ gia chậm đông kết để đảm bảo

vữa không bị đông kết trong quá trình đào hào Hàm lượng các thành phần có trong hỗnhợp không chỉ liên quan đến các yêu tổ kỹ thuật ma còn ảnh hướng đến giá thành công

inh, Thông thường quy định dung trọng, độ nhớt, độ tách nước và cường độ của vật

liệu làm tường như sau

— Độ nhớt ; 28" = 30"

Độ tách nước

— Dung trọng của hỗn hợp : 1,13 + 1,15 (Tím),

~ Cường độ vật liệu làm tường sau 28 ngày R > 1,5 (kg/em”)

“rên cơ sở thí nghiệm và kinh nghiệm đưa ra tỷ lệ pha trộn như sau:

Xi mang : 350 400 (kg)

Bentonite : 35 + 60 (kg)

Phụ gia tro bay : 100 + 200 (kg)

Nước : 910 (lit)

1.4.4, Kích thước hào bentonite

Theo kinh ngiệm hao bentonite thường có bé rộng từ 0,5 + 1,2m BE rộng của hào phụ

thuộc vào cột nước trước hào, hệ số thấm của dit đào hào va ban thân hào Có thể nói

với mỗi công trình khác nhau thì bể rộng hảo sẽ khác nhau, tuy nhiên trong thực tế các

hảo bentonite đã được xây dựng ở nước ta thường có bề rộng b = 0.6m để phủ hợp với

điều kiện của máy thi công đặc biệt là dung tinh của glu dao (thường hay sử dụng cầu

năng 60 tin có gầu dio loi cấp treo kích thước 1,#x0,6⁄6m, nặng 7.5 tin), Hảo bentonite ở Dương Đông, Dầu tiếng, Easoup thượng đều rộng 0,6m để phủ hợp với

thiết bị thi công Hào dio cảng sâu cảng dé bị mắt én định nhất là khi trong nên xuất

hiện mực nước ngim, ở Việt Nam hio bentonite được thi công sâu nhất la 39m của đập

Diu Tiếng Hệ số thắm của tường yêu cầu từ (10° + 107em/s), hệ số thắm cảng nhỏ

cảng sẽ ảnh hưởng nhiều đến chất lượng thi công và gid thành công tinh, hu hết cáctường xi măng - bentonite ở nước ta đều có K = 10'(cm/s)

143 Quy tình thi cing hào xi ming ~ bentonite.

Mot trong những khâu quan trong ảnh hưởng đến chit lượng, đến sự thành công haythất bại của công nghệ nảy là quy trình đảo hào Quy trình đảo hảo liên quan đến nhiễukhâu: lựa chọn thiết bị đào hảo, bố tí sơ đỗ dio, tưởng dẫn, mặt bằng thi công thiết bịthí nghiệm và an toàn lao động.

- Bentonite và nước được trộn với nhau nhờ mắy trộn với tốc độ cao, thời gia trộn >

10 phút

= Via Bentonite và nước được đưa lên slot vữa, thôi giant văa >6 gid, cứ | giờ quấyithe 1 Lin

~ Vita bentonite + nước được trộn với Cement và phụ gia VB40 bằng máy trộn với tốc

độ cao, thời gian trộn vũ: > 10 phút cho vữa được trộn đều.

- Vata C-B đưa vào bể chứa và bơm vào hào chống thẩm

Quy trình kiểm tra vữa X ~ B trên mỗi mè trộn và lấy mẫu kiểm tra vữa tại hảo chốngthắm được thực hiện theo đúng quy định củ thiết kế và các quy định khác của chủ đều

tứ

1.4.5.1 Bé trí mặt bằng công trường

Việc bé trí mặt bằng công trường không những chi ảnh hưởng đến tin độ, chất lượng

và an toàn thi công ma côn ảnh hưởng đến giả thành công trình

- Mặt bằng bố trí khu vực sản xuất phải đủ rộng bằng phẳng và gin vị tí tường đảmbảo thuận tiện cho việc chuyển tới vị trí tưởng tâm Nếu cự ly quá xa, công suất máybơm có hạn việc cung cấp vữa không kip thời (hào không liên tục đầy vita) sẽ ảnh

hưởng đến chit lượng hào và tốn đường ống Song cũng phải có khoảng cách đủ lớn để

không nằm trong tim hoạt động của mây dio, đảm bio an toàn lao động

- Mặt bằng của máy dio Do sử dụng may đào có tải trong lớn nên đường di chuyểncủa máy phải được tính toán gia cổ sao cho không bị lún, đảm bảo bằng phẳng, an toàn

cho máy hoạt động.

1.4.5.2 Lựa chọn bổ trí thiét bị, dụng cụ kiểm tra, thí nghiệm

- Lựa chọn mấy trộn vữa, máy bơm theo quy tình sin xuất vữa phù hop với yêu cầu

của từng công trình.

al

Hình 1.11: Hệ thd gt vật liệu

= Do tính chất của công nghệ và kích thước từng panel nên áy đảo là loại thiệt bị

năng, yêu cầu i loại piu chuyên ding Máy dio ding cin câu có sức nặng 60 tấn, gudao có kích thước 2,8mx0,6x6m , nặng 7,5 tấn

Trong điều kiện bề rộng khoang đảo hẹp (b= 0,6m), bảo lại được dio ở những độ sâu

Khác nhau, địa chất thay đổi, đối khi có thé gặp ting dit cứng, gặp đá mồ côi nên phải

dùng git đào có sức nặng lớn

= Thước thủy: để kiểm tra độ thẳng đứng của vách hảo,

~ Dụng cụ để kiểm tra dung trọng , độ nhớt và độ cách nước của dung dịch,

Hình 1.12: Máy dio ghu nặng Š tấn của công ty Bachy Soletanche

143.3 Bé mí tường din

Do thiết bị thi công là cần cấu nặng có lip gầu kích thước lớn đồng thời lại thi công đàohào có bề dày mỏng, cho nên việc thi công sẽ khó khăn, tiến độ đảo chậm, hảo dễ bịcong, bị lệch Để khác phục khó khăn này cần phải thiết kế bổ sung tường dẫn bằngBTCT có kích thước như sau: Tường dẫn hướng gồm hai tường bằng bê tông cốt thépM200, mỗi tường có tiết điện hình thang chiều rộng 25cm ở trên, 20em ở dưới, cao100em, hai tường cách nhau 63cm

| &

= Tưởng din có nhiệm vụ định vi cho gầu đặt đúng vào bảo giáp cho thao tác thi công

nhanh chính xác, hào không bị cong.

1.4.5.4 Bắ trí sơ dé đào,

Vige thi công hảo cần phải được tiền hành theo một quy trình riêng không thé tiền hành,

(đảo một cách liên tục về một hướng như đảo đất thông thường Trên cơ sở kích thước

sầu dio, tinh chất của dung dich xi măng - bentonite, bé trí kích thước panel và trình tự

đào như hình 1.14 Panel dio sâu phải cách panel dio bên cạnh một khoảng thời gian

tối thiểu là 24 giờ để vữa xi măng ~ bentonite đông cứng đến một cường độ nhất định,không bị trượt vào khoang hảo dang đảo Khi thì công hảo được dio theo từng panel,panel sơ cấp là panel được đào trước tiên ở mỗi đoạn tường, panel thứ cấp là panelđược đào ở giữa hai panel sơ cấp, chiều dày của panel thứ cấp phải chồng vào các panel

sơ cấp 40cm dé đảm bảo tính liên tue của vật liệu lâm tường Trong suốt quá trình đảo

bảo dung dich bentonite được bơm dầy vào hào, truoe khi bom vào hào dung dịch luôn

được khuấy đều đồng thời dim bảo tý trọng, độ nhớt và độ tách nước theo yêu cầu Hào

đảo đến đâu dung dich bentonite được bơm vio đến đó cho đến khi đạt tới độ sâu thiết

kế thì dừng lại Nếu yêu cầu chống thấm của tường khoảng K = 10 em/s thì để vừa

bentonite trong hào có thời gian đông cứng lại tạo thành tường chồng thắm,

Nếu tường yêu cầu hệ số nhỏ hơn nữa khoảng K = 105 + 107 (cm/s) thì tiến hành hútvữa đã dùng trong qué tỉnh đảo ra ngoài và bơm lượng vữa có chất lượng tốt hơn vào

hào tạo thành trờng chống thắm, Hầu hết các trờng bentonlte ở nước ta trong thời gian

«qua được thi công theo hình thức đầu tiên đ giảm giá thành công trinh nhưng vẫn bảo

đảm yêu cầu chống thắm

Nhu vậy dựa vào đặc tinh của bentonite và xỉ ming người ta đã nghiên cứu sẵn xuất ra

vữa xi ming ~ bentonite dùng để xây dựng tường chống thắm Trong công nghệ này vita xi ming ~ bentonite vừa có tác dụng chống giữ thành hảo vừa được giữ lại làm vật

ju chông thim lâu dài cho công trình Chit lượng, hiệu quả của tường chống thắm phụthuộc rất lớn vio chất lượng wt iệutÿ 16 pha ồn, quy tình ché tạo vữa xỉ măng ~bentonite và quy trình đào bảo Vì vậy khi thi công phải lựa chọn vật liệu dim bảo yêu

cầu kỹ thuật, tỷ lệ pha trộn chính xác, tuân thủ nghiêm ngặt quy trình sản xuất vữa và

quy tình đảo hảo.|4]

Hình 1.14: Thi công theo thứ tự tử panel có số thứ tự bé đến panel có thứ tự lớn

+ Tim lai: Qua thực tiễn xây dựng và nâng cấp đập đất thi gian qua nhận thấy rằng

Khó khăn lớn nhất là chống thắm cho nén đập có lớp cát ~ cuội ~ sỏi dày không thé bóc

vỏ được, vùng xây dựng công trình lạ khan hiểm đắt set làm vật iệu chống thắm, nêu

sử dụng khoan phut cao áp hoặc ti vải địa kỹ thuật thi hiệu quả chống thắm không cao,hơn nữa địa hình xây dựng lại chật hẹp Trong trường hợp nảy giải pháp chống thấm

thích hợp nhất là làm tường hào xi mãng ~ bentonite, đây là một trong những giải pháp

chống thắm rất hiệu quả nhưng còn khá mới mẻ ở Việt Nam

Do tưởng hào xi ming — bentonite còn khá mới mé đối với các công tinh hồ dp nước

ta nên các tài liệunghiên cứuvÈ tường hảo còn hạn chế và còn sử dụng các số liệu

tác giả muốn nghiên cứ

nghiên cứu của nước ngoài \ iu hơn về sự thay đổi của ham lượng bentonite trong tường hào xi ming ~ bentonite bằng việc thí nghiệm với các

cấp phối khác nhau để kiểm tra ảnh hưởng của him lượng bentonite tới hệ số thắm củatường hào Nhằm đưa ra các giả tị thực góp phần bổ sung thêm vào ti liệu tham khảo

về tưởng hảo bentonite và ứng dụng cho các công trình trong tương lai.

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYET THÍ NGHIỆM VÀ TÍNH TOÁNTƯỜNG HÀO BENTONITE

2.1.Phwong pháp thí nghiệm ảnh hướng của hàm lượng bentonite.

Thí nghiệm vé ảnh hưởng của him lượng bentonite đến tính thắm của tường hào xi

măng ~ bentonite được thực hiện rong phòng thí nghiệm dja kỹ thật của Viên thủy công - trường đại học Thủy Lợi.

~ Logi I: Bentonite Trugel (Úc)

— Loại 2: Bentonite Trường Thịnh (Việt Nam)

— Loại 3: Bentonite Hùng Ngọc (Việt Nam)

Bentonite dùng làm tường có dạng bội mịn với thành phần chính là khoángmonmorlonit cỏ khả năng trương nở khi gặp nước Các loại bentonite thông thưởng có

thể hắp phụ lượng nước bằng bồn đến bảy lần so với khối lượng khô, và nở thể tích

năm đến tám lin so với kích thước ban đầu của nó Vì đặc tính đó nên khi dùng dung

dich bentonite bơm vào tưởng trong quá trình đào, các hạt sét huyền phủ tong dung

dich bentonite sẽ tạo thành lớp màng bùn bảo vệ trên be mặt vách tường và do đó giữ

én định cho tường không bị sụt kh thi công hay khi trộn Bentonite với đất sự trương nở

của nỗ sẽ giúp cho việc lip diy vào các lỗ rồng trong kết edu đất, do đó làm giảm he số

thắm Thưởng dung dich Bentonite được trộn và dùng vào việc giữ én định vách hảo trước, sau đó có thé bơm hút ra để tận dụng cho việc trộn với xi mang, đất dé tạo tường

hào Các thí nghiệm được tiến hành trong luận văn này sẽ nhằm xác định hệ số thấm

của tường hảo xi mang ~ bentonite khi thay đổi hàm lượngBentonit khác nhau.

Diện mạo bé ngoài Bentonite Trugeo có miu trắng, còn Bentonite Trường Thịnh và

Hùng Ngọc có miu nâu gin giống nhau Xem hình 2.1 để thấy được sự khác nhau về

ngoại quan của 3 loại Bentonite này.

Bảng 2.1 Thông số kỹ thuật của Bentonite Trugeo

TẾ Chiêu ï Bmwi Ï Gia i

1 | Dung trong/Density [ gem | 10

2ˆ [Độ nhơuVieeosy [mỹ | 37-60

3 |HimlvợngeitSmdComem | % j

4ˆ [Chu diy vò sit [ Pm/Aiph |

5 | Tr số pllipll value 95

Bảng 22 Thông số kỹ thuật của Bentonite Trường Thịnh

TẾ Chiêu ĐơnM j Giui

T_ | Dung trong/Density wen | "T0

2ˆ [Bộ nhứtVisensiy my |

3 [HàmlượngeitSandComem | —% j T02

4 [Chiễu diy võ sét [mMAUph | l59

3 | Trisé pHipH value 82

Bảng 23 Thông số kỹ thuật cia Bentonite Hùng Ngọc

TT Chiêu Đa j Giám

1 | Dung trong/Density gem’ 1,05

3ˆ | Hàm lượng cá Sand Content % 05

4 | Chiều day vỏ sét mm/30ph: 25

3 | Trị số pH/pH value’ 9.0

dính liên kết tắt cả các thành phần cấu thành khác Sau một thời gian bảo dưỡng trong

một điều kiện nhất định vặt iệu nhân được ở dang tin cổ ác inh chất cơ họ (cường

độ chịu nền, cường độ chịu kéo,.) hay tính chất vật (inh thắm, tính khuyếch tấn

Hình 2.2.Xi ming Vicem của công ty Hoàng Thạch.

Được sự hướng din của giáo viên hướng dẫn về chọn vật iệu thí nghiệm nên trong thí

nghiệm của luận văn này tác giả sử dụng vật liệu Bentonite Trugel và Xi mãng Hoàng Thạch

2.1.2, Lựa chọn cấp phối thí nghiệm

Định hướng lựa chọn cấp phối thí nghiệm là điều hết sức quan trọng, nếu cố địnhhướng đúng din sẽ giảm được đăng kể khối lượng thí nghiệm, nhanh chồng đạt được

lia

kết quả như mong muốn Thông qua việc tham khảo các ti liệu, những công trình đã

“được công giới và trong nước, cùng với sự hướng dẫn của giáo viên hướng

dẫn thì tắc giả đã tiến hành phân tích, lựa chọn và xây dựng được một phổ thí nghiệmvới 9 cấp phối khác nhau

= Tile 1: 910 lít nước + 53kg Bentonite + 321 kg ximang

- Tí lệ 2: 910 lít nước + S3kự Bentonite 321 kg xi ming + 100kg Tro bay

= Ti lệ 3: 910 ít nước + 53kg Bentonite + 221 kg xi ming + 100kg Tro bay

~ Ti lệ 4:910 lit nước + 53kg Bentonite +271 kg xi măng + 150kg Tro bay

= Tỉ lệ 5: 910 lit nước + 53kg Bentonite + 221 kg xi măng + 200kg Tro bay

~ Tỉ lệ 6: 910 ít nước + 60kg Bentonite + 314 ky xi măng + 100kg Tro bay

= Tí lệ 7: 910 lit nước + 60kg Bentonite + 314 kg xi măng + 100kg Tro bay + 20% Cát

= Tilệ 8: 910 lí nước + 60kg Bentonite + 314 kg xi măng + 100kg Tro bay + 30% Cát

~ Ti lệ 9; 910 lít nước + 60kg Bentonite + 314 kg xi ming + 100kg Tro bay + 40% Cát

“Trong quá trình làm thí nghiệm nếu xuất hiện nhũng điều bắt hợp lý so với định hướngbạn đầu tác giả sẽ cn thận làm lại thí nghiệm 2 — 3 lần dé kiểm chứng, nếu kết quảvin không đổi thi mới tiền hành điều chính lại cắp phối thi nghiệm Việ điều chỉnh cấp

phối thí nghiệm phải được nghiên cứu kỹ lưỡng và có ýkiến của người hướng dẫn khoa

học

2.1.3 Phương pháp thí nghiệm

Tat cả các bước thí nghiệm phải được nghiên cứu can thận, thông qua việc nghiên cứu.các tiêu chun trong nước và nước ngoài Trong luận văn này để xác định hệ số thấmcủa các mẫu trong phòng thí nghiệm tác gid áp dụng tiêu chuẩn TCVN 8723 : 2012 (

Bat xây dựng công trình thủy lợi ~ Phương pháp xác định hệ số thắm của đất trong phòng thí nghigm)[4}, từ đó xây dựng một bản quy trình thí nghiệm cho các chỉ tiêu định thí nghiệm và luôn tuân thủ quy trình đó,

Có hai phương pháp thí nghiệm: phương pháp cột nước thay đổi và phương pháp cột nước không đổi

~ Phương pháp cột nước thay đỗi (phương pháp chuẩn, áp dụng cho dắt dink): Phương

pháp này xác định hệ số thắm của đt dính bằng cách cho nước thắm qua tết điện

ngang của mẫu đất theo phương thẳng đứng, thường là từ dướ lên, dưới tác dụng của cột nước thay đổi; quan trắc sự thay đổi của cột nước áp lực trong khoảng đủ dùng cho

áp dụng định luật chảy ing của Darcy để

nh toán và thời gian tương ứng, rỉ toin

hệ số thấm của đất

~ Phương pháp cột nước không déi(phuong pháp chuẩn áp dụng cho đất rời) : Phương

pháp này xúc định hệ số thắm của đất bằng cách đong lượng nước thắm qua tết điện

thắm của mẫu dit theo chiều từ trên xuống, trong một thời gian nhất định, đưới tácdụng của cột nước có chiều cao không đổi; áp dụng định luật chảy tang của Darey đểtính hệ số thắm của đất

Trong luận văn này tác giá sử dụng phương pháp cột nước thay đổi để xá định hệ số

thắm của các tý lệ.[5]

Song song với quy trình thí nghiệm tá giả đã xây dựng một quy tình bảo dưỡng mẫu ở

3 trạng thái khô, âm và bão hòa dé nghiên cứu thêm tự ảnh hưởng của quá trình bảo.dưỡng tới hệ số thấm nhằm đưa ra các biện phấp bảo dưỡng tối ưu đảm bảo chi tiêu về

thắm của tường hảo trong áp dụng trong quá trình thi công và bảo dưỡng sau này.

Tiền hành thí nghiệm các mẫu cắp phối khác nhau, sau mỗi kết quả thí nghiệm đạt đượccin tiến hành phân ích, so sinh với các kết quả đã đạt được trước đó, Nếu phát hiệnthấy điều bất hợp lý đối với kết qua thí nghiệmtác giả sẽ cho tiến hành làm lại thí

nghiệm ngay dé tìm được quy luật đúng din, các kết qua thí nghiệm được tác giả ghỉ

chếp một cách cin thận và được th hiện rõ hơn trong chương 3 của luận văn

2.2 Lựa chọn các phương pháp tính toán thắm phù hợp 6]

2.2.1, Phương pháp cơ học chit lòng:

Phương pháp này dùng toán học làm công cụ để xúc định những đặc trưng của dòng

thắm như lưu lượng, lư tố, gradient, áp lực, đường bão hôn qi bất kỹ một vị tí nàotrong môi trường thắm

`

t 3 = No

Hình 23 : Sơ đỗ tính thắm theo phương pháp cơ học chit lng

Trong trường hop bai toán thắm én định tuân theo định luật Darcy, các thành phần của

vận tốc được xúc định

Qa)

Trong đó

kg ky HG số thim theo phương x,y

-h (xy) Cột nước ti điễm ết

6 môi trường đồng nhất đẳng hướng , hệ số thẳm k, = k, = k = const

Khí trong miễn thắm không có điểm cấp nước, cũng không có điểm thoát nước, dòng

chảy thỏa man phương trình liên tục

+=0(3)

Ký hiệu ọ : Ham thé cột nước (g == kh)

wy: Ham dong

Đây là phương trình điều hòa thỏa man điều kiện biên có

2ø _ ô \

ex oy

A G3

2ø ae |

Các điều kiện giải bai toán

- Trên biên thắm nước : ham

+ Trên mái thượng lưu : 9

+ Trên mái hạ lưu : đoạn rỉ nước ọcp = 0

- Trên các đường dòng : ham dòng y là những hing số

đạc ky

Phuong pháp giải : Công cụ thường ding để giải là các bảm giải tích một bién phức Z =

+ Trên đường bão hòa AC , nếu không ké mao dẫn vc

xtiy Yêu cầu của bảo toán là xác định được miễn thắm h = hạ„„ hoặc thé vị phức w =otty

Phuong pháp cơ học chất long chú yếu có tầm quan trọng về mặt lý thuyết, trên cơ sở

đồ người ta có thể đưa ra các giải quyết gin đúng Ứng dụng những ôi gi của cơ họcchit lòng ta có thé lập được những biểu đồ tinh toán để ding trong thực t8 Song

phương pháp này chỉ sử dụng được trong trường hợp bai toán có sơ đồ đơn giản , khi

gấp những sơ đồ phúc tạp ( điều kiện ban đầu và điễu kiện biên phúc tạp) thì cách giảinay gặp nhiều khó khăn về mặt toán học và trong nhiều trường hợp gần như bế tắc Dovây trong thực tế thiết kế tính toán thắm, phương pháp này ứng dung rất hạn chế

2.2.2, Phương pháp thủy lực:

Phương pháp thủy lực đã được sử dụng sém nhất để nghiên cứu đồng chảy của nướcngầm Năm 1856 dựa vào thực nghiệm Darcy da thết lập mỗi quan hệ giữa vận tốcthấm V và gradient thắm J bằng định luật V = k.J

Đến năm 1857 Duy Puy đã lập công thức với dng biến đổi châm cóh lưu lượng.

mmặt thoảng trên ting không thắm nằm ngang_ =

Hình 2.4: Sơ đồ tính thắm theo phương pháp thủy lực

Phuong pháp thủy lực có thể giải được những trường hợp phức tạp trong thực tế Mặt

khác, độ chính xác của nó dip ứng được yêu ciw kỹ thuật, nên được áp dụng rộn ri

Do phải dựa vào một số tiên 48, giả thiết nhất định nên phương pháp này kém chính

2.2.3.Phurong pháp thực nghig

Nghiên cứu thực nghiệm là dùng mô hình để xác định những đặc trưng của dong thắm.Phương pháp này bao gồm những loại chỉnh sau

= Thí nghiệm bằng máng kính :Vige thí nghiệm được tiến hành trên mô hình trong

mắng kính để xác định lưu lượng, áp lực, đường bão hòa.

- Thí nghiệm khe hẹp : dua vào sự tương tự giữa chuyỂn động của chất lỏng có độ nhớtlớn (các loại dẫu nhờn) tong khe hẹp với sự chuyển động của nước trong mỗi trườngrng ( chây ting) ma xác định những đặc trưng đồng thim trên cơ sở do đạc những đặctrưng của dòng chảy của dầu trong khe hẹp

- Phương pháp tương tự điện ~ thủy động : Dùng tinh tương tự giữa ding điện và dong thắm để giải quyết những bài toán thắm trên mô hình dòng điện.

= Phương pháp thực nghiệm được ứng dụng rộng rãi vì khả tiện lợi có thể giải quyết.được những sơ đồ thắm phúc tap song giá than thí nghiệm cao, kết quảthí nghiệm phụthuộc vào điều kiện thí nghiệm cũng như chủ quan của người thí nghiệm

2.2.4 Phương pháp số:

Khi nghiên cứu thắm thường dẫn đến các phương trình vi tích phân phi tuyển Phương

pháp số giúp ta giải gần đúng các phương trình này, phương pháp số thường ding để

ii là phương pháp sai phân hữu hạn và phương pháp phần tử hữu hạn.

Phuong pháp sai phân.

Xiễn thắm được chia thinh những ô hình chữ nhật c6 ich thước đều bằng axb

Hình 25: Sơ đồ tinh thắm theo sai phân

Các đại lượng vi phân dh, dx, du được chuyển thành những đại lượng sai phân tương

ứng Ah, Ax, Ay, những đạo hàm riêngcắp một và cấp bai

chuyển sang ác t sai phân dựa vào công thức sau đầy

Trong đô x, y là tọa độ của điểm nút edn xét thuộc lưới

Việc tìm nghiệm của phương trình Ah chuyển thành việc giải một hệ phương trình

đại số tuyển tính để tìm các giá trị h (x,y) tại những điềm nút

Phương pháp sai phân tuy đơn giản nhưng Ít được dùng để giải các bài toán thắm cóđiều kiện phúc tạp do những nhược điểm về kỹ thuật chia lưới

b Phương pháp phần tử hữu hạn

Theo phương pháp này, miễn thắm được chia thành những hinh tam giác có kích thước

và hình dang khác nhau phủ hợp với các biên và tính chất của dòng thắm ở các khu vực

khác nhau ( khu vực có cường độ thắm mạnh thi cia thành các phần từ có kích thước

nhỏ và ngược lại).

“Trong bài toán thắm phẳng, én định, cột nước híx,y) tại một điểm bắt kỳ được xác định

khi biết giá trị cột nước h tại 3 định im của phần tử ( hình 2.4)

Hình 2.6: Sơ đồ phần tử tam giác

ls

H= ENN) No |,

h,

Trong đó : Ny (k= i, j, m) là các him phụ thuộc vio toa độ điểm xét (x.y)

Hy là giá tr cột nước thắm ti i hi Kea phẫn từ & = ij.)

Theo nguyên lý biển phân việc tim nghiệm của bài toin thắm đã cho hoàn toàn tong

đương với việc tim cực ti

Ee

T1, (em B= fhe)

o~ Diện tích của từng phan tir

Eihi

Cuối cùng cn giải hệ phương tình đại số

Với sự hỗ trợ của máy tính điện tử, phương pháp phần tử hữu hạn đã trở thành thông

dụng vi là một công cụ mạnh để giái các loại bài toán thắm khác nhau :có áp và không

áp, 6n định và không ổn định, phẳng và không gian.

3.3 Các phương pháp giải bài toán ôn định.[7]

3.3.1 Tiêu chuẩn phá hoại Mohr ~ Coulomb

- Độ bin chống cit ( sức kháng cit) của đắt theo tiêu chun phá hoại Mohr ~ Coulomb,

viết cho trường hợp ứng suất ting như sau =ơ tang + C

Trong đó : ơ - Ứng suất pháp ( ứng suất toàn phần theo phương thing góc với mặt

tượ)

9, C: Gốc ma sát trong và lực dính tương ứng với ứng suất tổng

- Trong trường hợp ứng suất hữu hiệu, th tiêu chun pha hoại Mohr ~ Coulomb cho đắt bão hòa nước được viết như sau (ø=u) tang’ + C'

Trong đó :u~ Ap lực kể rồng tong dit

©, ©’ : Góc ma sắt trong và lục dính hữu hiệu của đất

2.3.2 Các phương pháp tính én định trượt

Có hai phương pháp để kiểm tr ên định trượt mái dốc đề : Phương pháp cân bing giới

hạn và phương pháp phân tích giới han

a, Phương pháp cân bằng giới hạn : Dựa trên cơ sở giả định trước mặt trượt (coi khốitrượt như một cổ thể) và phân ích trạng thải cân bằng tối hạn cia các phân tổ đắt trên

rat trượt đã giá định trước Sự dn định được đánh giá bằng ý số giữa thành phần lực

Kháng trượt (lục ma sét, lực dính) huy động trên toàn mặt trượt vớ thành phần lực gây trượt (trọng lượng, áp lực nước, áp lực thắm, động đắt.)

Hiện nay đã có kết quả nghiên cứu cho bài toàn 3 chiều ( Phương pháp Wike ,Lone )tuy nhiên do đặc điểm làm việc của để là chiều đi theo tim rt lớn so với mặt cắt ngang

nên trong luận văn này chỉ giới hạn nghiên cứu cho bài toán phẳng ( Bài oán cân bằng lát trợ,

b Phương pháp phân tich giới hạn Dựa trên cơ sở phân tích ứng suất trong toàn miễn

của công trình ( cả dé và nền dé) Dùng các thuyết bền như :Mohr ~ coulomb, Hill —

Tresca, kiém tra dn định cục bộ tai mỗi điểm trong toàn miễn công trình sẽ mắt én

định tổng thé khi tổng hợp các điểm cục bộ bị mắt ồn định làm thành một mặt liên tục

Các phương pháp đã nghiên cứu gồm : Phương pháp súc bền vật liệu, phương pháp lý

thuyết đàn hồi, phương pháp sai phân hữu hạn, phương pháp phan tử hữu hạn, phương

pháp thi nghiệm mô bình Hiện nay với sự giúp đỡ của công cụ máy tinh phương pháp

bishop, janbu Và được sử dụng trong nhiều chương trình tính toán máy tính như Geoslope, PC — stabl6, Stabr.

~ Phương pháp cân bằng giới hạn đơn giản : Hệ số an toàn được tính trợ tếp từ điềnkiện can bằng moment cho toàn khối trượt ma không phải chi nhỏ khối trượt ra từng lat

* Tôm tắt phương pháp tỉnh én định theo Bishop

- Gia thiết của phương pháp

+ Mặt trượt có dạng mặt trượt trụ tròn.

+ Hướng lực tác dụng giữa các dai theo phương ngang ( nghĩa là không có lực cắt giữa các di).

- Phương trình tính hệ số én định

+ Xác định hệ số dn định từ các điều kiện cân bằng theo mô men ( lấy với tâm O) theo

phương đứng và ngang Các công thức tinh hệ số én định như sau

sa, + uh

sing,

Ling,

W, : trọng lượng bản thân dai thứ ï

2.4 Lựa chọn phần mềm tinh toán

‘Qué trình thắm được mô hình hóa bằng cách giải phương trình vi phân cơ bản của dòng

thắm theo phương pháp phần tử hữu hạn Để tinh tin kiểm tr hệ số thắm cho dip và

nền Trong phạm vi luận văn này tác giả sử dụng phần mém tính thắm SEEP/Wcủa công

ty Goo ~ Slop ~ International Ltd, Canada.

* Các bước phân tích bài toán - DEFINE

~ Xác định vùng làm việc, tỷ lệ, khoảng lưới, lưu bài toán.

~ Phác họa bai toán, xác định loại phân tích, xác định kiểm tra phân tích.

~ Xác định him mật độ nước, hàm thắm.

~ Xác định tính chất vật liệu

inh lưới phần từ.

= Chọn thông số cần xem.

- Xác định các điều kiện biên nút

~ Xác định mặt cắt tinh lưu lượng

- Xác định hệ tọa độ Kiểm tra số liệu.

* Giải bài toán ~ SOLVE