Công tác nghiên cứu xác định nguyên nhân lún và lún không đều của đập tràn bao gồm Khảo sát thực nghiệm hiện trường đánh giá lại điều kiện địa chất công trình, đặc biệt các chỉ tiêu cơ lý của đất nền và mô phỏng bằng mô hình số theo phương pháp phần tử hữu hạn.
NGHIÊN CỨU NGUYÊN NHÂN GÂY LÚN VÀ CHÊNH LỆCH LÚN ĐẬP TRÀN DƯƠNG THIỆN QUY NHƠN VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP XỬ LÝ HOÀNG VIỆT HÙNG* Settlement and diferent settlement of Duong Thien-Quy Nhon spillway and treatment solution Abstract: Duong Thien-Quy Nhon structure is a local spillway belonging to Dong dike in Binh Dinh province Duong Thien spillway was built in 1978 In 2009, the settlement of this structure is about 83 cm at northern and 28 cm at southern In order to find the settlement cause and propose suitable treatment methods, this paper shows the content of research including investigation of geology engineering, modeling of the structure to find the settlement values with many loading levels so that these settlement values coincide monitoring values at the field Based on modeling analyses, the treatment of structure foundation will be proposed Keywords: Duong Thien-Quy Nhon, spillway, settlement, treatment, modeling I MỞ ĐẦU * Đập tràn Dƣơng Thiện-Quy Nhơn đập tràn lớn với chiều dài 326 m, cao trình đỉnh tràn + 0,5m, chiều dài ngƣỡng tràn 6.0 m, kết hợp làm đƣờng giao thông thuộc tuyến đê Đông tỉnh Bình Định, đƣợc xây dựng năm 1978 Sau 22 năm xây dựng, vào năm 2000, đầu phía Bắc tràn bị lún 43 cm, đầu phía Nam lún 15cm, phải tiến hành đổ bù đến cao trình thiết kế Sau năm xử lý đổ bù lún, quan trắc lại, cho thấy, đầu Bắc tiếp tục lún 40cm đầu Nam lún 13cm Tổng cộng hai lần quan trắc độ lún tràn Dƣơng Thiện 83 cm đầu Bắc 28 cm đầu Nam Nếu không đánh giá đƣợc nguyên nhân gây lún tràn có giải pháp xử lý chống lún hiệu quả, cơng trình có nguy ngày chìm sâu xuống Tràn hoạt động không hiệu * Trường Đại học Thủy lợi DĐ: 0912723376 Email:hoangviethung@tlu.edu.vn ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2-2015 việc ngăn mặn giữ ngọt, gây nguy hại cho 3000 đất canh tác phía đê, đồng thời cắt đứt tuyến giao thông chiến lƣợc ven biển Để có phƣơng án thiết kế sửa chữa thỏa đáng, đảm bảo ổn định lâu dài cơng trình, việc đánh giá nguyên nhân gây lún dự báo đƣợc độ lún cơng trình để có giải pháp xử lý phòng lún lâu dài cho đập tràn Dƣơng Thiện cấp thiết có ý nghĩa khoa học thực tiến Công tác nghiên cứu xác định nguyên nhân lún lún không đập tràn bao gồm Khảo sát thực nghiệm trƣờng đánh giá lại điều kiện địa chất cơng trình, đặc biệt tiêu lý đất mô mơ hình số theo phƣơng pháp phần tử hữu hạn Trên sở số liệu khảo sát bổ xung, phân tích đánh giá sơ nguyên nhân gây lún Mơ tốn tính lún đập tràn Dƣơng Thiện phần mềm PLAXIS đối chiếu so sánh kết tính tốn, dự báo thời gian lún lại đề xuất biện pháp xử lý 65 II KHẢO SÁT ĐÁNH GIÁ LẠI CHỈ TIÊU CƠ LÝ CỦA ĐẤT NỀN Theo kết khảo sát bổ sung, đất gồm lớp: lớp đất đắp, bên dƣới lớp đất bùn sét trạng thái dẻo chảy phân bố không hai đầu đập Các tiêu lý đất đƣợc trình bày bảng Ở đầu Bắc, đất có lớp (lớp lớp 3), đầu Nam tràn có lớp (lớp 1, lớp lớp 3) Sự phân bố địa tầng không hai đầu đập tràn nguyên nhân gây lún lệch cơng trình Theo phân tích sơ bộ, lún đập tràn Dƣơng Thiện nguyên nhân: (1) Đất bị ép trồi đất hai bên tràn, (2) có dịch chuyển ngang tràn từ thƣợng lƣu hạ lƣu (3) đất có độ rỗng lớn cộng với tải trọng gia tăng bù lún tải trọng giao thông Các kết quan trắc trƣờng quan sát phía sân bể tiêu khơng thấy có tƣợng ép trồi cho phép loại bỏ nguyên nhân (1) (2) nguyên nhân thứ (3) Để khẳng định đƣợc nguyên nhân lún đất gia tăng tải trọng giao thơng việc thiết lập thời đoạn mơ tốn tính lún dò tìm tải trọng gây lún để độ lún tính đƣợc độ lún quan trắc thời điểm thực tế nhiệm vụ trọng tâm nghiên cứu III MƠ PHỎNG BÀI TỐN TÍNH LÚN ĐẬP TRÀN DƢƠNG THIỆN 3.1 Tính tốn kiểm tra mặt cắt tràn đầu Bắc a) Sơ đồ tính tốn Sơ đồ hình học mặt cắt tràn đầu Bắc đƣợc mô tính tốn theo phƣơng pháp phần tử hữu hạn phần mềm Plaxis nhƣ hình 1, sơ đồ lƣới phần tử hình Điểm quan trắc lún Hình Mơ mặt cắt tràn đầu Bắc Hình mơ mặt cắt tràn Dƣơng Thiệnđầu Bắc cơng trình, chiều cao tổng cộng cơng trình 2,7 m, nhƣng trình lún tràn sau hai lần quan trắc 83 cm Tức trình lún xảy tới 30% chiều cao cơng trình, khơng xử lý kịp thời có khả dẫn đến cơng trình chìm hẳn xuống Sơ đồ lƣới phần tử hình với điểm quan trắc lún điểm đỉnh tràn Q trình tính đƣợc tách làm thời đoạn, 66 Hình 2: Lưới PTHH mặt cắt tràn đầu Bắc có thời đoạn thời đoạn tƣơng ứng với hai thời điểm quan trắc năm 2000 năm 2009 Quá trình gia tải đƣợc thay đổi thời đoạn b) Các thông số vật liệu sử dụng mơ hình tính tốn: Các lớp đất đƣợc mơ mơ hình Mohr-Coulomb sử dụng kiểu phân tích khơng nƣớc Các đặc trƣng tính tốn bê tơng đƣợc lấy theo TCVN ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2-2015 Bảng 1: Các thông số vật liệu sử dụng mơ hình tính tốn Thơng số Chiều dày T.lƣợng riêng Mô đun biến dạng Hệ số nở hơng Lực dính Góc ma sát Kiểu p tích Mơ hình PT Hệ số thấm Đơn vị m kN/m3 kN/m2 kN/m2 Độ m/s Lớp D 0.6 15.6 1600 0.25 13.7 10.5 Undrained M-C 3.5e-6 Lớp 17.5 780 0.25 3.9 7.5 Und M-C 2.4e-7 Lớp 3.5 16.6 1650 2.0 12.4 Und M-C 8.6e-7 Lớp 8.0 17.0 1580 0.25 7.5 5.6 Und M-C 6.5e-8 Bê tông 25.0 2e6 0.15 Non-Pr LE - Đá xây 24.0 2e5 0.15 Non-Pr LE - c) Kết tính tốn phân tích Kết tính tốn đƣợc trình bày hình 3, 4, Hình 3: Chuyển vị đứng (lún) tràn Hình thể chuyển vị đứng tràn thời điểm năm 2000 (tƣơng ứng với giai đoạn trình thiết lập mơ tốn) Chuyển vị đứng lớn điểm quan trắc lún (điểm A) 0.443 m Kết sát với kết quan trắc trƣờng 0.43 m Hình thể lƣới biến dạng sau giai đoạn 7, tức giai đoạn phân tích cố kết đất năm 2009 Nhƣ sau bù lún cho cơng trình vào năm 2000 cơng trình tiếp tục lún năm 2009 lún thêm 40 cm Thực tế tiếp tục bù lún bê tơng cao trình thiết kế coi gia tải thêm cơng trình thƣờng xun có tải ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2-2015 Hình 4: Lưới biến dạng trọng giao thông mặt tràn Dẫn đến tràn lại tiếp tục lún, nguy chìm hẳn đập tràn cao có 2,7 m Hình thể chuyển vị đứng (lún) tràn sau giai đoạn 7, tức thời điểm năm 2009, sau năm bù lún Trị số chuyển vị lớn điểm quan trắc 0.4 m, kết phù hợp với kết quan trắc ngồi thực tế Tràn tiếp tục lún sau trị số lún lớn Tuy nhiên cao độ ngƣỡng tràn không đạt thiết kế nên lại phải đỏ bù, đổ bù lại tiếp tục lún Quá trình đƣợc mơ thêm q trình q trình 67 Time (year) 1975 1985 1995 2005 2015 2025 2035 -5 Displacement (cm) -10 -15 -20 -25 -30 -35 -40 -45 -50 Hình 5: Chuyển vị đứng (lún) tràn Hình biểu diễn trình lún theo thời gian điểm quan trắc A mặt tràn Kết tính tốn cho thấy diễn tiến lún tràn chƣa dừng lại, nhƣ cần thiết phải có xử lý sau đắp bù cao độ ngƣỡng tràn 3.2 Tính tốn kiểm tra mặt cắt tràn đầu Nam a) Sơ đồ tính tốn Tƣơng tự nhƣ trên, sơ đồ hình học mặt cắt tràn đầu Nam đƣợc mơ tính tốn theo phƣơng pháp phần tử hữu hạn Hình 6: Lún theo thời gian điểm A phần mềm Plaxis nhƣ hình 7, sơ đồ lƣới phần tử đƣợc thể hình Hình mơ mặt cắt tràn Dƣơng Thiệnđầu Nam cơng trình, chiều cao tổng cộng cơng trình 2,7 m, nhƣng trình lún tràn sau hai lần quan trắc 28 cm So với độ lún đầu Bắc mức độ chênh lệch lún hai đầu tràn 55 cm b) Kết tính tốn Kết tính tốn đƣợc trình bày hình 9, 10, 11 12 Điểm quan trắc lún Hình 7: Mơ MC tràn đầu Nam Hình thể chuyển vị đứng tràn thời điểm năm 2000 (tƣơng ứng với giai đoạn q trình thiết lập mơ tốn) Chuyển vị đứng lớn điểm quan trắc lún (điểm A) 0.153 m Kết sát với kết quan trắc trƣờng 0.15 m Hình 10 thể lƣới biến dạng sau 68 Hình 8: Lưới PTHH mặt cắt tràn đầu Nam giai đoạn 7, tức giai đoạn phân tích cố kết đất năm 2009 Nhƣ sau bù lún cho cơng trình vào năm 2000 cơng trình tiếp tục lún năm 2009 lún thêm 13 cm Nếu tiếp tục bù lún bê tơng cao trình thiết kế coi gia tải thêm thƣờng xun có tải trọng giao thơng mặt tràn ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2-2015 Hình 9: Chuyển vị đứng (lún) tràn Hình 12 biểu diễn trình lún theo thời gian điểm quan trắc A mặt tràn Kết tính tốn cho thấy diễn tiến lún tràn chƣa dừng lại, nhƣ cần thiết phải có xử lý để phòng lún sau đắp bù cao độ ngƣỡng tràn Hình 10: Lưới biến dạng Hình 11 thể chuyển vị đứng (lún) tràn sau giai đoạn 7, tức thời điểm năm 2009, sau năm bù lún Trị số chuyển vị lớn điểm quan trắc 0.13 m, kết phù hợp với kết quan trắc thực tế Time (year) 1975 1985 1995 2005 2015 2025 2035 -2 Displacement (cm) -4 -6 -8 -10 -12 -14 -16 -18 -20 Hình 11: Chuyển vị đứng (lún) IV GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN CHỐNG LÚN Giải pháp khoan vữa xi măng áp lực cao đƣợc đề xuất Sau áp dụng giải pháp khoan vữa xi Hình 12: Lún theo thời gian điểm A măng áp lực cao, thông số đất biến đổi tiêu tƣơng đƣơng dùng tính tốn đƣợc trình bày bảng Bảng 2: Các thông số vật liệu sử dụng tính xử lý cọc xi măng đất Thông số Chiều dày Trọng lƣợng riêng Mô đun biến dạng Hệ số nở hơng Lực dính Đơn vị m kN/m3 kN/m2 kN/m2 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2-2015 Lớp D 0.6 15.6 1600 0.25 13.7 Lớp 17.5 780 0.25 3.9 Lớp 3.5 16.6 1650 2.0 Lớp 8.0 17.0 1580 0.25 7.5 Bê tông 25.0 2e6 0.15 - Đá xây 24.0 2e5 0.15 69 Thông số Góc ma sát Kiểu phân tích Mơ hình Ph tích Hệ số thấm Mơ đun Etd Lực dính Ctd Đơn vị Độ m/s kN/m2 kN/m2 Lớp D 10.5 Undrained M-C 3.5e-6 2628 29.62 4.1 Tính tốn kiểm tra mặt cắt tràn đầu Bắc sau xử lý Sơ đồ hình học mặt cắt tràn đầu Bắc Hình 13: Mơ tràn đầu Bắc Hình 13 mơ mặt cắt tràn Dƣơng Thiện-đầu Bắc sau xử lý nền, vùng vật liệu màu nâu vùng xử lý cọc vữa xi măng áp lực cao đƣợc tính với cƣờng độ tƣơng đƣơng Hình 14 sơ đồ lƣới phần tử hữu hạn mặt cắt tràn đầu phia Bắc với điểm quan trắc Hình 15: Kết tính lún tràn đầu Bắc sau xử lý 70 Lớp 7.5 Und M-C 2.4e-7 2698 4.76 Lớp 12.4 Und M-C 8.6e-7 2704 2.48 Lớp 5.6 Und M-C 6.5e-8 2599 9.14 Bê tông Non-Pr LE - Đá xây Non-Pr LE - đƣợc mơ tính tốn theo phƣơng pháp phần tử hữu hạn phần mềm Plaxis, sơ đồ lƣới phần tử đƣợc minh hoạ hình 13 Hình 14: Lưới phần tử hữu hạn đỉnh tràn Điểm điểm biểu diễn kết tính tốn mơ Hình 15 kết tính lún tràn đầu Bắc sau xử lý Nhƣ với đƣợc xử lý sau khoan độ lún tràn giảm nhiều, độ lún tổng cộng 3,2 cm Hình 16: Chuyển vị tổng mặt cắt tràn đầu Nam, độ lún tổng cộng tràn 2.7 cm ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2-2015 4.2 Tính tốn kiểm tra mặt cắt tràn đầu Nam Hình 16 thể chuyển vị tổng mặt cắt tràn đầu Nam sau xử lý khoan tren diện tích thiết kế, độ lún tổng cộng tràn 2.7 cm Nhƣ sau xử lý tràn Dƣơng Thiện đạt đƣợc mức độ đồng hai đầu tràn phía Bắc phía Nam Chênh lệch lún đầu tràn Bắc –Nam mm V KẾT LUẬN -Lún lún không hai đầu đập tràn Dƣơng Thiện bất đồng địa tầng chúng -Mơ tốn dự báo lún sở tách giai đoạn dò tìm tải trọng giai đoạn, kết tính tốn cho thấy mức độ lún giai đoạn sát với thực tế quan trắcvà tràn Dƣơng Thiện tiếp tục lún - Giải pháp khoan vữa áp lực cao để xử lý hợp lý Kết tính lún cho mặt cắt đập tràn đầu phía Bắc có độ lún 3,2 cm, mặt cắt tràn phía Nam 2,7 cm đảm bảo đƣợc ổn định lún lâu dài cho cơng trình TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Quốc Dũng (2012)-Gia cố xử lý móng-Bài giảng Cao học Địa kỹ thuật Xây dựng-Đại học Thủy lợi 2012 Phan Trƣờng Phiệt (1976) –Tính tốn loại cơng trình thủy lợi theo trạng thái giới hạn-Nhà xuất Nông thôn-1976 TCVN-4253-2012- Tiêu chuẩn thiết kế Cơng trình Thủy cơng-Nhà xuất xây dựng 2012 Viện thiết kế cơng trình ngầmViện thiết kế móng (Liên Xơ) -Sổ tay thiết kế Nền móng-Bản dịch-Nhà xuất khoa học kỹ thuật-1975 Hsai-Yang Fang (1998)– Foundation Engineering Handbook- Second Edition – Van Nostrand Reinhold-New York-1998 Donald P Coduto (1999) Geotechnical Engineering Principle and Practices-Prentice Hall, Upper Saddle River, NJ 07458 John-Krahn (2004)-Stress and Deformation Modeling with SIGMA/W-An Engineering Methodology Người phản biện: PGS.TS ĐOÀN THẾ TƢỜNG ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2-2015 71 ... 2035 -2 Displacement (cm) -4 -6 -8 -1 0 -1 2 -1 4 -1 6 -1 8 -2 0 Hình 11: Chuyển vị đứng (lún) IV GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN CHỐNG LÚN Giải pháp khoan vữa xi măng áp lực cao đƣợc đề xuất Sau áp dụng giải pháp. .. kế, độ lún tổng cộng tràn 2.7 cm Nhƣ sau xử lý tràn Dƣơng Thiện đạt đƣợc mức độ đồng hai đầu tràn phía Bắc phía Nam Chênh lệch lún đầu tràn Bắc –Nam mm V KẾT LUẬN -Lún lún không hai đầu đập tràn. .. 2035 -5 Displacement (cm) -1 0 -1 5 -2 0 -2 5 -3 0 -3 5 -4 0 -4 5 -5 0 Hình 5: Chuyển vị đứng (lún) tràn Hình biểu diễn trình lún theo thời gian điểm quan trắc A mặt tràn Kết tính tốn cho thấy diễn tiến lún