Nghiên cứu lựa chọn độ chặt đắp đập hợp lý trong điều kiện độ ẩm cao cho vùng bắc trung bộ việt nam (TT)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƢỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI TRẦN VĂN HIỂN NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN ĐỘ CHẶT ĐẮP ĐẬP HỢP LÝ TRONG ĐIỀU KIỆN ĐỘ ẨM CAO CHO VÙNG BẮC TRUNG BỘ VIỆT NAM Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy Mã số: 62 58 40 01 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI, NĂM 2016 Công trình hoàn thành Truờng Ðại học Thủy Lợi Nguời hướng dẫn khoa học 1: PGS.TS Lê Văn Hùng Nguời hướng dẫn khoa học 2: GS.TS Lê Kim Truyền Phản biện 1: PGS.TS Vũ Hữu Hải Phản biện 2: PGS.TS Nguyễn Huy Phƣơng Phản biện 3: PGS.TS Nguyễn Bỉnh Thìn Luận án bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án cấp Trường họp tại: ROOM - K.1 - Trường Ðại học Thủy lợi địa số 175 Tây Sơn - Đống Đa Hà Nội - Việt Nam Vào hồi 14h ngày 16 tháng 12 năm 2016 Có thể tìm hiểu Luận án tại: - Thư viện Quốc Gia - Thư viện Trường Ðại học Thủy lợi MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Đập đất công trình quan trọng chắn ngang sông suối để dâng nước tạo thành hồ chứa Đập đất sử dụng rộng rãi nước ta đập đất có ưu điểm tận dụng nguồn vật liệu địa phương phí xây dựng thấp, kỹ thuật thi công đơn giản, công tác xử lý móng yêu cầu không phức tạp… Quá trình xây dựng đập đất chịu tác động dòng chảy Sau ngăn sông phải xử lý hàng loạt vấn đề bơm nước hố móng, xử lý nền… phải thi công đắp đập nhanh để vượt lũ điều kiện thời gian thi công có hạn thường mùa khô Những năm gần đây, xây dựng đập đất thuộc khu vực Bắc miền Trung, gặp phải vấn đề nan giải đất dính đắp đập điều kiện mưa nhiều kéo dài khí hậu ẩm ướt Những công trình đầu mối tỉnh miền Trung từ Thanh Hóa đến Thừa Thiên Huế như: Truồi, Tả Trạch, Ngàn Trươi, Thủy YênThủy Cam, Đá Hàn, Bản Mồng… nằm khu vực độ ẩm không khí luôn cao, thời gian mưa kéo dài mùa mưa Nhiều tháng độ ẩm không khí lớn 80% Do đó, việc bảo đảm chất lượng công trình theo đồ án thiết kế, thi công đầm nén đất dính đạt độ chặt K≥0,97 tương ứng độ ẩm đất W=Wopt 3% khó khăn Điều khiến cho thời gian thi công kéo dài, không đáp ứng tiến độ mục tiêu phát triển kinh tế, xã hội; làm cho hiệu vốn đầu tư giảm, thời gian thu hồi vốn kéo dài Việt Nam có nhiều học kinh nghiệm thành tựu khoa học công nghệ xây dựng đập đất đá phải trải qua nhiều học đắt giá Hiện năm tới đây, theo qui hoạch định hướng phát triển kinh tế đến 2030 tầm nhìn 2050, khu vực Bắc miền Trung phải xây dựng nhiều đập đất đá điều kiện độ ẩm cao Để đáp ứng mục tiêu hoàn thành xây dựng công trình, đảm bảo chất lượng, thi công tiến độ, giá thành hợp lý giảm thiểu hậu quả, thiệt hại kinh tế tác động xấu đến an sinh xã hội, cần phải có giải pháp chủ động trình thiết kế, thi công đập đất phương pháp đầm nén phù hợp điều kiện độ ẩm cao Điều thúc tác giả nghiên cứu đề xuất giải pháp kịp thời nhằm đáp ứng yêu cầu lý luận thực tiễn Mục tiêu nghiên cứu Luận án nghiên cứu đất tiêu đất đắp đập khu vực Bắc Trung và đề xuất giải pháp thiết kế, thi công xây dựng đập đất đầm nén hợp lý an toàn để đáp ứng yêu cầu phát triển kinh tế, xã hội, an ninh, quốc phòng đất nước Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu Luận án nghiên cứu đất tiêu đất đắp đập, giải pháp thiết kế, thi công xây dựng đập đất đầm nén khu vực Bắc Trung (từ Thanh Hóa đến Thừa Thiên Huế) Cụ thể luận án tập trung vào nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm cho đất đắp đập Bắc Trung bộ; Sau ứng dụng kết nghiên cứu vào lựa chọn độ chặt độ ẩm hợp lý để xây dựng đập đất Nội dung nghiên cứu Để đạt mục tiêu đây, tác giả tập trung vào nghiên cứu nội dung sau: a) Nghiên cứu vật liệu đắp đập điều kiện tự nhiên khu vực Bắc Trung (từ Thanh Hóa đến Thừa Thiên Huế), đánh giá đặc trưng đất xây dựng khu vực sử dựng đắp đập; b) Đề xuất giải pháp giảm ẩm thích hợp đất đắp đập khu vực; c) Nghiên cứu thực nghiệm để lựa chọn độ chặt hợp lý đắp đập điều kiện độ ẩm cao khu vực; d) Xây dựng qui trình xác định tốc độ đắp đập phù hợp với độ chặt độ ẩm lựa chọn; e) Áp dụng kết nghiên cứu vào đánh giá an toàn thi công đập Đá Hàn đập Tả Trạch Phƣơng pháp nghiên cứu - Nghiên cứu tổng quan; - Nghiên cứu sở lý thuyết, kế thừa kết nghiên cứu liên quan đến việc xây dựng đập đất theo phương pháp đầm nén công bố nước; - Phương pháp thực nghiệm kết hợp phân tích lý thuyết có sử dụng số phần mềm hỗ trợ; - Phương pháp quan sát phân tích tổng kết kinh nghiệm thực tế; - Phương pháp chuyên gia, hội thảo Ý nghĩa khoa học thực tiễn Kết nghiên cứu luận án góp phần làm giàu thêm tư liệu cho nghiên cứu thực tiễn xây dựng đập đất đầm nén Về lý thuyết: Luận án tổng hợp nội dung đánh giá lựa chọn vật liệu phương án xây dựng đập đất đầm nén, sở tổng hợp, kế thừa phát triển nghiên cứu đập đất ứng dụng vùng miền có điều kiện khác tương tự Diễn biến theo tiêu lý gồm độ chặt độ ẩm đất đắp đập vùng Bắc Trung Về thực tiễn: Luận án xây dựng liệu bản, giải pháp ứng dụng cụ thể cho công trình thực tế phạm vi nghiên cứu từ Thanh Hóa đến Thừa Thiên Huế Đề xuất quy trình để lựa chọn độ chặt độ ẩm hợp lý đắp đập cho khu vực giải pháp giảm ẩm hiệu Những đóng góp luận án (1) Đất đắp đập khu vực tồn chủ yếu đất trầm tích đất tàn tích đá gốc trầm tích Đã đánh giá cách khoa học tính chất lý đất dính (trầm tích) Bắc Trung không trương nở trương nở yếu, không tan rã tan rã yếu; (2) Đã lựa chọn độ chặt đắp đập đối với: Khối chống thấm đất trầm tích, chọn K≥0,94 với độ ẩm W=Wopt + (4÷6)%; Khối chịu lực, thường đất tàn tích hỗn hợp đào móng hạng mục khác, chọn K≥0,97; (3) Đã đề xuất giải pháp giảm ẩm đắp đập điều kiện độ ẩm cao, sử dụng đệm cát có chiều dày 50cm cho bãi trữ đất dính phù hợp với thực tiễn khu vực Bắc Trung bộ, Việt Nam; (4) Đã xây dựng qui trình xác định tốc độ đắp đập đắp với đất có độ ẩm cao nhằm đem lại hiệu cao, đẩy nhanh tiến độ thi công đập đất vùng nghiên cứu Cấu trúc luận án Ngoài phần mở đầu kết luận, luận án gồm chương chính: Chương Tổng quan xây dựng đập đất đầm nén Chương Cơ sở khoa học thực tiễn xây dựng đập đất đầm nén Chương Nghiên cứu thực nghiệm xây dựng đập đất đầm nén điều kiện độ ẩm cao Chương Lựa chọn độ chặt đắp đập hợp lý cho vùng bắc trung điều kiện độ ẩm cao CHƢƠNG 1.1 1.1.1 TỔNG QUAN VỀ XÂY DỰNG ĐẬP ĐẤT ĐẦM NÉN Tổng quan tình hình xây dựng đất đá Sự phát triển xây dựng đập đất đá giới Đập đất có lịch sử phát triển lâu đời Ai Cập, Trung Quốc, Ấn Độ số nước khác nhờ ưu điểm vượt trội sử dụng vật liệu chỗ Đến nay, ngày ứng dụng nhiều Theo thống kê ICOLD, đập vật liêu địa phương tăng từ 75% năm 1977 lên 82,9% năm 1998 tổng loại đập xây dựng 1.1.2 Sự phát triển xây dựng đập đất đá Việt Nam Ở Việt Nam, trước năm 1964 việc xây dựng hồ chứa diễn chậm, có hồ chứa xây dựng giai đoạn Sau năm 1964, đặc biệt từ đất nước thống việc xây dựng hồ chứa phát triển mạnh Theo thống kê TCTL quản lý đến 2015: Số đập cao 30m trở lên 63 đập; Số đập cao từ 15m đến 30m 492 đập; Trong có 44 đập đất 19 đập đất đá hỗn hợp 1.2 Những nghiên cứu đập đất Việt nam Sau năm 1975, nhờ nghiên cứu nhà khoa học xử lý thành công đất có tính chất lý đặc biệt Nên xây dựng loạt hồ chứa khu vực Nam Trung Tây Nguyên Tuy nhiên, triển khai xây dựng đập đất khu vực Bắc Trung Hồ Tả Trạch, Ngàn Trươi, Truồi… gặp vấn đền nan giải độ ẩm đất đắp không khí cao Không sử dụng giải pháp thông thường để hạ độ ẩm đất đáp ứng yêu cầu đắp đập, dẫn đến chậm tiến độ thi công gây lãng phí lớn cho xã hội Vì vậy, nghiên cứu giải pháp lựa chọn độ ẩm độ chặt hợp lý cho khu vực vấn đề thời khu vực 1.3 Kết luận chƣơng Thông qua nghiên cứu tổng quan đây, tác giả thấy cần phải nghiên cứu xây dựng đập đất đầm nén điều kiện độ ẩm cao cho khu vực Bắc Trung Việc thi công đập đất điều kiện độ ẩm cao có nhiều thay đổi tốc độ đắp đập tiêu lý đất đăp đập Để lượng hóa thay đổi cần tiến hành nghiên cứu cụ thể: - Nghiên cứu vật liệu đắp đập điều kiện tự nhiên khu vực Bắc Trung bộ, từ Thanh Hóa đến Thừa Thiên Huế, đánh giá đặc trưng đất xây dựng khu vực sử dựng đắp đập; - Đề xuất giải pháp giảm ẩm thích hợp đất đắp đập khu vực; - Lựa chọn độ chặt hợp lý đắp đập điều kiện độ ẩm cao; - Xác định tốc độ đắp đập phù hợp với độ chặt độ ẩm lựa chọn; - Áp dụng kết nghiên cứu vào đánh giá an toàn thi công đập Đá Hàn đập Tả Trạch CHƢƠNG 2.1 CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN XÂY DỰNG ĐẬP ĐẤT ĐẦM NÉN Đặt vấn đề Từ kết nghiên cứu phần tổng quan, luận án thấy sở khoa học thực tiễn khu vực Bắc Trung tồn vấn đề “xây dựng đập điều kiện độ ẩm tự nhiên cao” cần nghiên cứu tiếp Trong chương này, tác giả nghiên cứu sở khoa học đất xây dựng đập điều kiện độ ẩm tự nhiên cao môi trường không khí thực tiễn khu vực Bắc Trung 2.2 2.2.1 Đất xây dựng Nguồn gốc hình thành Đất lớp vật liệu rời, hình thành đá phong hóa phân vụn ra, không cố kết phân bố từ mặt đất đến đá cứng 2.2.2 Cường độ chống cắt đất - Lý thuyết Mor-Coulomb Theo, Terzaghi, 1936 [41] cường độ chống cắt đất bão hòa xác định qua tiêu chuẩn phá hoại Mohr – Coulomb ứng suất hiệu sau: Phương trình đường bao phá hoại (thường gọi biểu thức Coulomb): (2.11) Trong đó: φ’ – góc ma sát sức kháng cắt; c’ – lực dính đơn vị Từ quan hệ vòng Mohr đường bao phá hoại ta có góc mặt phá hoại: ( ) (2.12) 2.2.3 Tính hút ẩm đất Đất có tính hút ẩm chiều cao hút ẩm (mao dẫn) phụ thuộc vào thành phần khoáng hình dạng lỗ hổng, giảm dần từ mica, thạch anh, fenspat Đối với hạt d[...]... ẩm đất khi đắp đập W=Wopt + (4÷6)% tương ứng với độ chặt K=0,95 CHƢƠNG 4 LỰA CHỌN ĐỘ CHẶT ĐẮP ĐẬP HỢP LÝ CHO VÙNG BẮC TRUNG BỘ TRONG ĐIỀU KIỆN ĐỘ ẨM CAO Kết quả nghiên cứu ở chương 3 cho thấy rằng có thể đắp đập với độ chặt K≥0,95 thì có thể đảm bảo tiêu chí chống thấm của đập và các chỉ tiêu cơ lý φ, c Khi đó, đất đắp đập sẽ có độ ẩm cao gần với độ ẩm tự nhiên hơn nhưng dễ sinh ra hiện tượng áp lực... thì chọn độ chặt tương ứng với giá trị φ, c lớn nhất, khi đó K≥0,97; Đối với khối chống thấm, thì chọn độ chặt tương ứng với giá trị hệ số thấm nhỏ nhất, khi đó K≥0,94 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 1 Kết quả đạt đƣợc của luận án 1) Trong phần nghiên cứu tổng quan: Luận án đã nghiên cứu các nội dung đặt ra cho vùng Bắc Trung bộ, từ Thanh Hóa đến Thừa Thiên Huế về lựa chọn độ chặt và độ ẩm hợp lý khi xây dựng đập. .. thích hợp 2) Kết quả nghiên cứu lý thuyết: + Khí hậu Bắc Trung bộ nóng ẩm, độ ẩm tương đối của không khí cao, độ ẩm gần bão hòa thường kéo dài nhiều tháng trong năm Việc giảm ẩm để thi công đập là rất khó khăn; + Đất dính ở khu vực này không có các tính chất đặc biệt (trương nở, tan rã, lún ướt) như đất ở Nam Trung bộ, Đông Nam bộ và Tây Nguyên 3) Kết quả nghiên cứu thực nghiệm: + Thông qua thí nghiệm trong. .. hút ẩm của đất dính và giải pháp giảm ẩm khi thi công đắp đập trong điều kiện độ ẩm cao Tạp chí khoa học kỹ thuật thủy lợi và môi trường số 54, 9/2016; 2) Trần Văn Hiển, Lê Văn Hùng, Trần Văn Toản “Tốc độ thi công hợp lý khi đắp đập đất đồng chất với độ ẩm cao ở khu vực Bắc Trung bộ - Việt Nam Tạp chí khoa học kỹ thuật thủy lợi và môi trường số 54, 9/2016; 3) Trần Văn Hiển, Lê Văn Hùng “Tương quan độ. .. tốc độ đắp đập Phương án 1 2 3 Tốc độ nâng đập Thời gian Thời gian Chiều cao đắp (ngày giãn cách nâng đập (m) đêm) (ngày đêm) 3,0 10 5 4,5 10 5 6,0 10 5 Tốc độ trung bình m/tháng 6,0 9,0 12,0 Kết quả tính toán cho đập nhiều khối cũng thấy rằng: Sử dụng đập nhiều khối tăng nhanh được tốc độ đắp đập, so với đập đồng chất thi tốc độ nâng đập tăng 2 lần; Với K=0,95, tốc độ nâng đập 9m/tháng thích hợp nhất... thuộc Bắc Trung bộ, tác giả đã xây dựng được tương quan (K, W, γ) ~ (c, φ, k) Từ đó, phân tích và tìm ra được các chỉ số tốt nhất của c, φ, k theo (K, W, γ), làm cơ sở cho việc lựa chọn độ chặt K cùng với độ ẩm W hợp lý để đắp đập 22 + Đề xuất được giải pháp làm giảm độ ẩm cho đất trầm tích hiệu quả và khả thi 4) Kết quả nghiên cứu thực tiễn, ứng dụng: + Đối với đập đồng chất có chiều cao (15÷30)m thì chọn. .. kháng cắt vào độ chặt của đất và loại đất Khi thiết kế và thi công cũng như ứng dụng công nghệ cần xem xét vận dụng vào điều kiện cụ thể khu vực và điều kiện tự nhiên, vật liệu Nội dung chương 2 cũng đã cập nhật đầy đủ thành tựu nghiên cứu cho đất Nam Trung bộ, Tây Nguyên và Đông Nam bộ của các nhà khoa học Việt Nam để vận dụng kế thừa trong nghiên cứu ứng dụng Các nghiên cứu từ trước đến nay cho thấy,... khối đắp Vì vậy, cần phải xem xét tốc độ đắp sao cho phù hợp, không gây mất ổn định Trong chương này, tác giả sẽ nghiên cứu xác định tốc độ đắp đập ứng với các độ chặt khác nhau cho 2 loại đập điển hình: đập đất đồng chất và đập đất nhiều 16 khối Đồng thời, sử dụng kết quả để kiểm chứng cho đập Đá Hàn và đập Tả Trạch có mặt cắt điển hình như Hình 4.12 và Hình 4.17 Phương pháp phân tích ổn định khối đắp. .. hợp nhất trong tổ chức thi công (mỗi ngày đắp 1 lớp), cũng như đắp đập vượt lũ Không nên chọn tốc độ nâng đập nhanh hơn; Trong tính toán đã chọn đồng nhất hệ số đầm chặt cho các khối Nhưng nếu chọn độ chặt K≥0,97 cho các khối thượng và hạ lưu, thì kết quả sẽ an toàn hơn cho đập trong suốt quá trình thi công Hình 4.17 Mặt cắt ngang đập nhiều khối Tả Trạch 1 Khối đá phản áp; 2 Khối đất đắp đập PH 5&6;... CHƢƠNG 3 3.1 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÂY DỰNG ĐẬP ĐẤT ĐẦM NÉN TRONG ĐIỀU KIỆN ĐỘ ẨM CAO Đặt vấn đề Trong chương này, tác giả sẽ tập trung nghiên cứu thực nghiệm nhằm mục đích xác định các tương quan giữa độ ẩm (W) với hệ số đầm chặt (K): W ~ K và tương quan giữa các chỉ tiêu cơ lý: góc ma sát (φ), lực dính (c ) và hệ số thấm k với hệ số đầm chặt: (φ, c, k) ~ K Từ đó, tìm ra giá trị độ chặt khả thi mà