Luận văn Thạc sỹ NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG THẢM SÉT ĐỊA KỸ THUẬT (Geosynthetic clay liner) ĐỂ CHỐNG THẤM TRONG ĐẬP ĐẤT Ở CÁC TỈNH NAM TRUNG BỘ ĐÔNG NAM BỘ

Nghiên cứu điều kiện tự nhiên, đánh giá tình hình khai thác sử dụng các đập trong khu vực, phân tích ưu nhược điểm các phương pháp xử lí chống thấm các công trình hiện nay, qua đó đề xuất ứng dụng tiến bộ kỹ thuật công nghệ và vật liệu thảm sét địa kỹ thuật GCLs (Geosynthetic clay liner) làm tường nghiêng và sân phủ chống thấm cho các đập đất trong điều kiện địa chất, khí hậu và môi trường khu vực Nam Trung Bộ và Đông Nam Bộ.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LI PHAN THANH HÙNG NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG THẢM SÉT ĐỊA KỸ THUẬT (Geosynthetic clay liner) ĐỂ CHỐNG THẤM TRONG ĐẬP ĐẤT Ở CÁC TỈNH NAM TRUNG BỘ & ĐÔNG NAM BỘ LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : GS.TSKH. NGUYỄN VĂN THƠ PGS.TS. NGUYỄN VĂN HẠNH HÀ NỘI 1 MUÏC LUÏC 2 Trang MỞ ĐẦU 4- 6 CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN CÁC ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN VÀ TÌNH HÌNH XÂY DỰNG ĐẬP BẰNG VẬT LIỆU ĐỊA PHƯƠNG Ở KHU VỰC NAM TRUNG BỘ VÀ ĐÔNG NAM BỘ 1.1 Đặc điểm tự nhiên khu vực Nam Trung Bộ & Đông Nam Bộ 7 1.1.1 Đặc điểm đòa hình 7 1.1.2 Đặc điểm thủy văn sông ngòi 7 1.1.3 Đặc điểm đòa tầng và tính chất cơ lý các loại đất 8 - Đất Aluvi - Đất sườn tích, tàn tích trên các loại đá khác nhau 1.1.4 Một số đặc trưng khí hậu trong khu vực 13 2.2 Tình hình xây dựng đập bằng vật liệu đòa phương và nguyên nhân hư hỏng công trình trong khu vực 14 1.2.1 Hiện trạng chung 14 1.2.2 Nguyên nhân gây ra sự cố đập 15 CHƯƠNG 2 : NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP CHỐNG THẤM QUA ĐẬP ĐẤT 2.1 Các loại đập đã xây dựng trong khu vực và các giải pháp chống thấm truyền thống 18 2.1.1 Kết cấu đập đồng chất 18 2.1.2 Kết cấu đập không đồng chất 19 3 2.1.3 Kết cấu đập có tường lõi mềm 21 2.1.4 Kết cấu đập có tường nghiêng mềm 23 2.1.5 Kết cấu đập có tường nghiêng và sân phủ phía trước mềm 24 2.1.6 Kết cấu đập có tường nghiêng và chân khay mềm 26 2.1.7 Kết cấu đập có màng chống thấm bằng khoan phụt vữa ximăng -Bentonite. 26 2.1.8 Kết cấu đập có tường chống thấm cứng 27 2.2 Giới thiệu một số tiến bộ kỹ thuật về công nghệ và vật liệu mới chống thấm cho các đập hồ chứa 31 2.2.1 Kết cấu chống thấm đập đất bằng màng đòa kỹ thuật (Geomembrane) 32 2.2.2 Kết cấu chống thấm ®Ëp bằng thảm bêtông (Concret matt) 36 2.2.3 Tường chống thấm bằng cừ bêtông cốt thép ứng suất trước (Prestressed concrete sheet piles) 38 2.2.4 Tường chống thấm bằng cừ bản nhựa (Vinyl sheet piling) 40 2.2.5 Tường hào chống thấm bằng hỗn hợp dung dòch Bentonite – ximăng 41 2.2.6 Tường hào chống thấm bằng màng đòa kỹ thuật (Geolock) 43 2.2.7 Thảm sét chống thấm đòa kỹ thuật (Geosynthetic clay liner) 45 CHƯƠNG 3 : NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG THẢM SÉT ĐỊA KỸ THUẬT ĐỂ CHỐNG THẤM TRONG ĐẬP ĐẤT 3.1 Câú tạo và đặc tính kỹ thuật của vật liệu thảm sét đòa kỹ thuật 3.1.1 Cấu tạo của vật liệu 50 3.1.2 C¸c lo¹i th¶m sÐt ®Þa kü tht chđ yếu 51 3.1.3 Tiêu chuẩn kỹ thuật của vật liệu chống thấm GCLs 52 3.1.4 Khả năng chống thấm của thảm sét đòa kỹ thuật GCLs so víi ®Êt sÐt ®Çm nÐn CCLs 53 3.2 Tính toán lùa chän h×nh thøc kÕt cÊu chèng thÊm trong ®Ëp ®Êt 4 3.2.1 Tổng quan các phương pháp tính thấm, ổn đinh và tính lún trong đập đất 56 3.2.2 Các trường hợp tính toán 59 3.2.3 Các phương pháp tính toán 61 3.2.4 Kết quả tính toán 62 3.2.5 Ph©n tÝch kÕt qu¶ tÝnh to¸n 64 3.2 Tính toán lùa chän lo¹i vËt liƯu chèng thÊm th¶m sÐt ®Þa kü tht GCLs 67 3.3.1 X¸c ®Þnh bỊ dµy líp phđ b¶o vƯ vËt liƯu GCLs 68 3.3.2 X¸c ®Þnh ®é ỉn ®Þnh bªn trong cđa vËt liƯu GCLs 69 3.3.3 TÝnh to¸n lùa chon v¶i läc ®Þa kü tht (Geotextile) 71 3.3 Quy trình công nghệ thi công lắp đặt thảm sét đòa kỹ thuật GCLs chống thấm trong đập đất 73 3.4.1 Chuẩn bò mặt bằng thi công 73 3.4.2 Trải cuộn vật liệu chống thấm GCLs 74 3.4.3 Neo giữ vật liệu chống thấm trong đập đất 75 3.4.4 Khâu nối vật liệu chống thấm GCLs tại hiện trường 76 3.4.5 Xử lý hư hỏng vật liệu chống thấm 77 3.4.6 Xử lý tiếp giáp các bộ phận công trình qua vật liệu chống thấm 78 3.4.7 Thi c«ng líp phđ b¶o vƯ 78 CHƯƠNG 4 : KÕt ln vµ kiÕn nghÞ 4.1 Kết luận 80 4.2 Kiến nghò 81 5 Phơ lơc TµI liƯu tham kh¶o MỞ ĐẦU Từ sau ngày đất nước được giải phóng nhiều công trình hồ chứa nước thủy lợi, thủy điện lớn và vừa được xây dựng ở khu vực Nam Trung Bộ và Đông Nam Bộ như : Dầu Tiếng, Trò An, Thác Mơ, Vónh Sơn, Hàm Thuận – Đa Mi, Đá đen, Sông Quao, Cà giây… và hàng trăm hồ chứa nước nhỏ rải rác đều khắp trong khu vực này. Một trong những kết cấu quan trọng của công trình là đập đất, có độ cao hàng chục mét. Đất đắp đập chủ yếu là đất tại chỗ, phần lớn là đất Bazan, sườn tích, tàn tích lẫn sạn và vón kết hoặc lẫn sét với đặc tính tan rã co ngót và trương nở phức tạp tạo thành vết nứt gây sụt lún, thấm lớn làm mất ổn đònh công trình. Sau một số sự cố với đập đất ở một số các công trình hồ chưá như Suối Hành. Suối Trầu, Am Chúa, Cà giây…vấn đề kỹ thuật về “an toàn hồ chứa” ở khu vực Nam Trung Bộ & Đông Nam Bộ được đặt ra một cách cấp thiết. Do đồng bằng hẹp, núi gần biển, các sông suối ngắn và dốc nên các mỏ vật liệu đất thường không đồng nhất và trữ lượng ít. Trong điều 6 kiện đó nên dùng dạng đập không đồng chất để sử dụng mọi nguồn vật liệu đất, đá, cát sỏi hiện có tại đòa phương. Khi dùng kết cấu đập hỗn hợp nhiều khối phải có biện pháp chống thấm. Nếu chống thấm bằng các lõi tường tâm hoặc tường nghiêng bằng vật liệu đất sét truyền thống thì yêu cầu lõi và tường có chiều dày lớn, và nhiều trường hợp vẫn không đạt yêu cầu chống thấm do tường bò nứt nẻ trong quá trình thi công và khai thác. Mặt khác, hiện có nhiều đập thực tế đang sử dụng bò thấm nước lớn cần phải sửa chữa nhanh. Trong trường hợp này cần tìm loại vật liệu chống thấm tốt thi công tiện lợi và kinh tế. Tóm lại : Thực tế xây dựng đập đất trong điều kiện đòa chất, khí hậu môi trường khu vực Nam Trung Bộ và Đông Nam Bộ đòi hỏi tìm loại vật liệu phù hợp có khả năng chống thấm cao, chi phí đầu tư thấp, công nghệ thi công đơn giản để chống thấm cho đập. Qua tiếp cận các tiến bộ kỹ thuật ở các nước phát triển trên thế giới như Mỹ, Nhật, Hà Lan, Đức, Ý, Pháp…được biết khoảng 20 năm gần đây có nhiều công nghệ và vật liệu mới hiệu quả chống thấm rất cao như công nghệ của BachySoletanche (Pháp) làm tường tâm ngăn nước bằng dung dòch hỗn hợp Bentonite – ximăng (công nghệ này đã ứng dụng ở các công trình đập Dầu Tiếng (Tây Ninh), đập Dương Đông, đập Am Chúa (Phú Khánh), công nghệ tường tâm bằng cừ bản bêtông cốt thép ứng suất trước (Prestressed concrete sheet piles) của Nhật Bản, công nghệ tường ngăn bằng màng chống thấm đòa kỹ thuật (Geolock), công nghệ và vật liệu thảm sét đòa kỹ thuật chống thấm (Geosynthetic clay liner)… 7 + Trong luận văn này tác giả chỉ tập trung nghiên cứu ứng dụng công nghệ và vật liệu thảm sét đòa kỹ thuật GCLs chống thấm cho đập hồ chứa thay thế các vật liệu truyền thống, bởi đặc tính ưu việt của vật liệu GCLs : - Khả năng chống thấm cao K S = 5 x 10 -9 (cm/s) - Công nghệ thi công đơn giản và nhanh chóng - Chi phí đầu tư thấp Phù hợp áp dụng để chống thấm cho các hồ chứa vừa và nhỏ rất phổ biến ở khu vực Nam Trung Bộ và Đông Nam Bộ. + Mục tiêu nghiên cứu của đề tài : Nghiên cứu điều kiện tự nhiên, đánh giá tình hình khai thác sử dụng các đập trong khu vực, phân tích ưu nhược điểm các phương pháp xử lí chống thấm các công trình hiện nay, qua đó đề xuất ứng dụng tiến bộ kỹ thuật công nghệ và vật liệu thảm sét đòa kỹ thuật GCLs (Geosynthetic clay liner) làm tường nghiêng và sân phủ chống thấm cho các đập đất trong điều kiện đòa chất, khí hậu và môi trường khu vực Nam Trung Bộ và Đông Nam Bộ. Ln v¨n nµy ®ỵc hoµn thµnh t¹i Khoa sau §ai häc Trêng §¹i häc Thủ lỵi Hµ Néi n¨m 2002. T¸c gi¶ xin bµy tá lßng biÕt ¬n s©u s¾c ®Õn các ThÇy: GS.TSKH Ngun V¨n Th¬ vµ PGS.TS Ngun V¨n H¹nh ®· tËn t×nh híng dÉn, chØ b¶o trong qu¸ tr×nh thùc hiƯn ln v¨n. Xin ch©n thµnh c¸m ¬n Ban gi¸m hiƯu Trêng §¹i häc Thủ lỵi , c¸c ThÇy C« gi¸o Khoa sau §¹i häc, L·nh ®¹o ViƯn khoa häc Thủ lỵi MiỊn Nam, c¸c ®ång nghiƯp vµ b¹n bÌ ®· nhiƯt t×nh gióp ®ì vµ t¹o mäi ®iỊu kiƯn ®Ĩ t¸c gi¶ hoµn thµnh ln v¨n nµy. 8 CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN CÁC ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN VÀ TÌNH HÌNH XÂY DỰNG ĐẬP BẰNG VẬT LIỆU ĐỊA PHƯƠNG Ở KHU VỰC NAM TRUNG BỘ VÀ ĐÔNG NAM BỘ 1.1 Đặc điểm tự nhiên khu vực Nam Trung Bộ & Đông Nam Bộ 1.1.1 Đặc điểm đòa hình : Dãy Trường Sơn chạy suốt dọc miền Trung, từ thượng nguồn sông Cả đến tận miền Đông Nam Bộ. Xét về mặt đòa hình, lòch sử hình thành, cấu trúc đòa chất, Trường Sơn không phải là một dãy núi mà là một hệ thống núi, cao nguyên với những thung lũng và đồng bằng xen kẹp giữa các núi. Nhìn chung, Trường Sơn có vách dốc về phía Đông thoải dần về phía Tây. Có thể lấy sông Ba làm ranh giới chia Trường Sơn Nam làm 2 thành phần : phía Bắc cao hơn gọi là khối núi Gia Lai – KonTum, phía Nam thấp hơn gọi là khối núi Cực Nam Trung Bộ. Nét nổi bật của đòa hình khu vực nghiên cứu là tính phân bậc rõ ràng, các bậc cao nằm về phía Đông, các bậc thấp về phía Tây.Đòa hình các lũng sông để tìm vò trí xây dựng hồ chứa cũng rất phức tạp do vùng núi và trung du rất dốc, ít có những thung lũng lớn có thể tạo thành các hồ 9 chứa có dung tích lớn, đồng thời cũng ít gặp các đòa hình hẹp, cân đối để có thể ngăn sông với đập ngắn và có các eo yên ngựa để bố trí tràn xả lũ một cách thuận lợi. 1.1.2 Đặc điểm thủy văn sông ngòi : Mạng lưới sông suối vùng Nam Trung Bộ & Đông Nam Bộ tương đối phát triển, quá trình xâm thực sâu đang diễn ra mạnh mẽ. Chính dãy núi Trường Sơn Nam là phân thủy giữa lưu vực sông Mêkông và các sông đổ ra biển Đông. Con sông chính đổ về phía Tây để nhập với sông Mêkông là Srepok Pôcô (Sesan).Hệ thống sông đổ ra biển Đông là sông Ba, sông Đà R»üng, sông Vu Gia, sông Cái…Nhìn chung, sông ven biển miền Trung ngắn, chiều dài L=10-100km, độ dốc lưu vực lớn từ 24-41%, bề ngang hẹp, dung tích chứa nhỏ : 93% sông có lưu vực < 500 km 2 . Đặc điểm cơ bản các sông suối có trắc diện dọc chưa đạt trạng thái cân bằng lòng sông có dạng phân bậc rõ ràng và có nhiều ghềnh thác. Sông thường chia 3 đoạn có đặc tính khác nhau : đoạn miền núi, đoạn qua miền cao nguyên và đoạn qua vùng đồng bằng. 1.1.3 Đặc điểm đòa tầng và tính chất cơ lý các loại đất : Theo đặc điểm đòa tầng, có thể chia toàn bộ đất phân bổ trên lãnh thổ nghiên cứu làm 2 loại theo nguồn gốc khác nhau [9]: 1.1.3.1 Đất Aluvi : Gồm có Aluvi cổ phân bổ ở các thung lũng sông lớn, và Aluvi hiện đại bao gồm trầm tích lòng sông, bãi bồi và các bậc thềm. Thường gặp các đất sét, á sét phân bổ trên các bậc thềm sông với chiều dày ít khi vượt quá 5m. Ở điều kiện tự nhiên đất có dung trọng khô γ C =1,4-1,6T/m 3 , độ ẩm 10 [...]... cừ bản nhựa - Công nghệ chống thấm bằng thảm sét đòa kỹ thuật (Geosynthetic Clay Liner), … Nghiên cứu ứng dụng các tiến bộ kỹ thuật về công nghệ và vật liệu mới nêu trên sẽ làm phong phú thêm các giải pháp công nghệ xử lý chống thấm nâng cao “an toàn hồ chứa” phòng chống và giảm nhẹ thiên tai ở khu vực miền Trung và Đông Nam Bộ 2.2.1 Kết cấu chống thấm đập đất bằng màng đòa kỹ thuật Geomembrane) 34 Geomembrane... lưu lượng thấm đo được thường lớn hơn nhiều lần so với lượng thấm tính toán thiết kế, vò trí đường bão hòa cao hơn dự kiến và không đổ vào đống đá tiêu nước gây nên xói ngầm ở nền và thân đập CHƯƠNG 2 : NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP CHỐNG THẤM QUA ĐẬP ĐẤT 2.1 Các loại đập đất đã xây dựng trong khu vực và các biện pháp chống thấm truyền thống Các loại đập đất đã xây dựng ở Nam Trung Bộ và Đông Nam Bộ rất phong... đập tường lõi mềm không được xây dựng phổ biến ở khu vực Nam Trung Bộ và Đông Nam Bộ do khan hiếm nguồn vật liệu và kỹ thuật thi công phức tạp + Ưu điểm : - Khả năng chống thấm tốt - Lún dễ đều + Nhược điểm : - Khan hiếm nguồn vật liệu đất sét chống thấm tại chỗ - Kỹ thuật thi công phức tạp 2.1.4 Kết cấu đập tường nghiêng mềm : Trong trường hợp khối lăng trụ thượng lưu (vùng A) bằng đất sét chống thấm, ... công nghệ này đã được ứng dụng để xử lý chống thấm cho nhiều công trình trong khu vực như : Đập Sông Quao, Đập Cà Giây (Bình Thuận), Đập Vạn Hội (Bình Đònh), Đập Dầøu Tiếng (Tây Ninh)… 2.1.8 Kết cấu đập có tường chống thấm cứng : Ở những vò trí đắp đập không có vật liệu chống thấm bằng đất sét, phải chuyên chở xa quá đắt, cần thiết phải xem xét giải pháp tường chống 30 thấm cứng như : gỗ, đá xây, bêtông... đã được nghiên cứu ứng dụng rộng rãi vào sản xuất mang lại hiệu quả kinh tế – kỹ thuật rõ rệt, trong đó có các công nghệ và vật liệu chống thấm tiêu biểu như : - Công nghệ chống thấm bằng màng đòa kỹ thuật (Geomembrane) - Công nghệ tường hào chống thấm bằng hỗn hợp vật liệu Bentonite + xi măng - Công nghệ thảm bêtông chống thấm (Concret mats) - Công nghệ chống thấm tường cừ bản bêtông cốt thép ứng suất... Độ nở tương đối (ε εch)/(1 + εch) ∆ RN % 14 6.5 -0.11 ÷ -0.19 ÷ -0.18 ÷ -0.28 -0.25 -0.13 -0.22 -0.24 Khả năng trương nở theo RN yếu ÷ t.bình mạnh yếu yếu yếu Khả năng trương nở theo Wn Trung bình Trung bình yếu yếu Trung bình Kết quả nghiên cứu tính chất đặc biệt của đất đắp khu vực Nam Trung Bộ và Đông Nam Bộ cho thấy đặc trưng trương nở đất đắp đập diễn biến trong phạm vi sau : + Độ trương nở tương... được sử dụng làm tường nghiêng và sân phủ chống thấm cho đập đất thay vật liệu đất sét truyền thống Hình 2.11 : Hồ chứa nước chống thấm bằng màng đòa kỹ thuật (Geomembrane – HDPE) 2.2.1.1 Tính toán thiết kế màng đòa kỹ thuật chống thấm : 35 Theo tài liệu hướng dẫn tính toán thiết kế – thi công Geomembrane [19] a) Xác đònh độ dày của màng chống thấm : S¬ ®å tÝnh to¸n Chiều dày của màng chống thấm được... chất : Trong thực tế đất đắp đập không đồng chất một loại, có nhiều bãi vật liệu có tính chất cơ lý khác nhau Trong trường hợp đó phải nghiên cứu kết cấu đập để sử dụng hợp lý các loại đất nhằm khắc phục các mặt bất lợi và phát huy được các mặt lợi của chúng để phòng tránh sự cố đập do 21 đất gây ra Mặt kh¸c cũng để tận dụng tối đa các vật liệu sẵn có tại chỗ giảm chi phí đầu tư Đập không đồng chất... trình đất do thấm gây ra và khoảng 10% sự cố công trình có tác nhân kích thích từ thấm, 30% sự cố công trình do tràn nước mặt đập, trượt mái và các nguyên nhân khác 19 Hiện tượng thấm khá phổ biến trong sự cố đập ở khu vực Nam Trung Bộ và Đông Nam Bộ Hiện tượng thấm xảy ra sau một thời gian khai thác, có nơi vài ba năm, mười năm, có nơi mới chỉ 1-2 năm đã phát sinh thấm, thậm chí có những đập bò thấm. .. sống và xã hội ở các Tỉnh Nam Trung Bộ và Đông Nam Bộ Tuy nhiên tình trạng chung hiện nay nhiều đập đã xuống cấp nghiêm trọng, hiên tượng thấm khá phổ biến Mái thượng lưu các đập đa số đều hư hỏng, đá lát long rời, xói lở; mái hạ lưu các đập có hệ thống tiêu thoát nươc mặt xây dựng chưa tốt, thêng bò xói trong mùa mưa bão, một số đập đã xảy ra sự cố gây thiệt hại đáng kể về kinh tế xã hội ở vùng hạ lưu . BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LI PHAN THANH HÙNG NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG THẢM SÉT ĐỊA KỸ THUẬT (Geosynthetic clay liner) ĐỂ CHỐNG THẤM TRONG ĐẬP ĐẤT Ở CÁC TỈNH NAM. (Geosynthetic clay liner) 45 CHƯƠNG 3 : NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG THẢM SÉT ĐỊA KỸ THUẬT ĐỂ CHỐNG THẤM TRONG ĐẬP ĐẤT 3.1 Câú tạo và đặc tính kỹ thuật của vật liệu thảm sét đòa kỹ thuật 3.1.1 Cấu tạo của vật. màng chống thấm đòa kỹ thuật (Geolock), công nghệ và vật liệu thảm sét đòa kỹ thuật chống thấm (Geosynthetic clay liner) 7 + Trong luận văn này tác giả chỉ tập trung nghiên cứu ứng dụng công