Trong những năm gần đây, xu hướng xây dựng đập vật liệu địa phương bằng đất đá hỗn hợp khá phổ biến. Đập đất đá hỗn hợp có ưu điểm trội hơn đập đồng chất do việc tận dụng các loại vật liệu có sẵn ở công trường, nhất là các loại đất đào hố móng và có thể sử dụng đê quây bằng đá ở hạ lưu để làm thân đập. Tham khảo bài viết Đề xuất ứng dụng một số giải pháp xây dựng đập vật liệu hỗn hợp tại tỉnh Đồng Nai để hiểu hơn về vấn đề này.
ĐỀ XUẤT ỨNG DỤNG MỘT SỐ GIẢI PHÁP XÂY DỰNG ĐẬP VẬT LIỆU HỖN HỢP TẠI TỈNH ĐỒNG NAI ThS Trần Ngọc Ánh Sở Nông nghiệp PTNT tỉnh Đồng Nai Tóm tắt: Trong năm gần đây, xu hướng xây dựng đập vật liệu địa phương đất đá hỗn hợp (hay gọi đập có vật liệu ngẫu nhiên, khơng chọn lọc, đào hố móng loại mang vào đắp đập loại đó) phổ biến Đập đất đá hỗn hợp có ưu điểm trội đập đồng chất việc tận dụng loại vật liệu có sẵn cơng trường, loại đất đào hố móng sử dụng đê quây đá hạ lưu để làm thân đập Hiện tỉnh Đồng Nai chưa có nghiên cứu ứng dụng, sử dụng vật liệu hỗn hợp chỗ để đắp đập, nguồn vật liệu bị bỏ phí Ở Đồng Nai vùng có cấu tạo địa chất khác nhau, vật liệu đất phong hóa có chứa 20% hạt to (đường kính > 2mm) phong phú, đưa vào sử dụng để đắp đập mang lại hiệu kinh tế cao Căn vào tính chất lý khu vực xây dựng cơng trình, viết giới thiệu giải pháp xây dựng đập phù hợp với loại đất, đặc biệt đất hỗn hợp có cơng trình khu vực lân cận Đặt vấn đề Đồng Nai có 60 sơng suối lớn nhỏ Nước mặt phong phú, chủ yếu nguồn nước sông Đồng Nai Các vùng xa sơng Đồng Nai phải xây dựng hồ chứa để điều tiết nước Đất Đồng Nai thường có lớp tàn tích, sườn tàn tích (bao gồm bazan) Các lớp đất thường có tính chất lý đặc biệt (trương nở, co ngót,…), cấu trúc hạt khơng đồng nên có hệ số thấm k > 10-5 cm/s không đảm bảo ổn định thấm; cho nên, sử dụng loại đất làm đất đắp đập thường gây cố cho cơng trình Để phát triển kinh tế xã hội bền vững sử dụng hợp lý nguồn tài nguyên sẵn có khu vực xây dựng cơng trình, làm giảm giá thành xây dựng mà đảm bảo ổn định cho cơng trình, bao gồm ổn định thấm … Bài viết "Đề xuất ứng dụng số giải pháp xây dựng đập vật liệu hỗn hợp tỉnh Đồng Nai” góp phần giải vấn đề thiết yếu nêu Cơ sở liệu phương pháp nghiên cứu B¶ng1 a) Cơ sở liệu Địa chất Đồng Nai phức tạp, thành phần sạn, sỏi laterit lớp đất phân bố khơng (nơi nhiều, nơi ít) Hiện trữ lượng đất đắp có hệ số thấm nhỏ dùng chống thấm cho đập khơng nhiều, cần phải có giải pháp áp dụng công nghệ để thiết kế xây dựng hồ chứa Căn vào số liệu nghiên cứu, xin minh họa cấu tạo địa tầng điển hình Đồng Nai hình 2-1 - Về địa tầng tỉnh Đồng Nai tồn hệ tầng chủ yếu: Hệ tầng Bửu Long (T2bl), hệ tầng Đăckrong (J1đk), Hệ tầng Mã Đà, Hệ tầng Trà Mỹ (J2a-bjtm), Hệ tầng Long Bình (k1lb), hệ tầng Đại Nga (β đn), Hệ tầng Bà Miêu ( bm), Hệ tầng Túc Trưng (N2-Q1), Hệ tầng Trảng Bom ( tb), Hệ tầng Xuân Lộc (Q1xl), Hệ tầng Thủ Đức ( tđ), Hệ tầng Sóc lu (Q1sl), Hệ tầng Cây Gáo (Q1cg), Hệ tầng Phước Tân (Q1pt), Hệ tầng Củ Chi ( cc), Hệ đệ tứ, Đệ tứ không phân chia - Về khả sử dụng để đắp đập: Ở Đồng Nai, chủ yếu có hai loại: Loại 1: Sét chứa dăm sạn laterit, nâu đỏ đến nâu vàng… Loại 2: Sét pha có màu xám vàng, xám xanh, xám nâu, xám đen… - Các loại đất cần phải nghiên cứu thành phần lý, thành phần dăm, sạn, 73 sỏi laterit có lớp đất để có giải pháp đắp đập hợp lý có giải pháp, công nghệ tiên tiến nhằm hạn chế tượng thấm cho đập Hình 2-1: Cấu tạo địa tầng Đồng Nai liệu chống thấm có tính khả thi thực tiễn b) Phương pháp nghiên cứu Trong thiết kế, so sánh phương án cao Việc chọn đập khối hay nhiều khối phải xuất phát từ yêu cầu kỹ thuật phải xét cần phải phân tích, so sánh sở chất đến giá thành tồn hệ thống cơng trình lượng trữ lượng vật liệu Nếu trữ lượng đất Tận dụng đất đào hố móng vật đắp có hệ số thấm nhỏ (K< a x 10-5cm/s) có liệu dễ khai thác coi yếu tố quan nhiều cần nghiên cứu đến giải pháp xây trọng chọn loại đập Việc sử dụng vật liệu dựng đập khối, vật liệu có chất quý bê tông, thép, gỗ, nhựa đường, để lượng trung bình nên chọn đập khối kết làm vật liệu chống thấm sử dụng hợp với giải pháp chống thấm trường hợp vùng xây dựng hoàn toàn không Đề xuất giải pháp chống thấm có loại vật liệu dẻo sét, sét, than bùn đất đắp đập hỗn hợp v.v Tác giả lấy số liệu cụ thể cơng trình hồ Việc xây dựng đập vật liệu địa phương theo chứa nước Phú An huyện Tân Phú tỉnh Đồng công nghệ cũ đập đất đồng chất, dẫn Nai thiết kế thực tế để làm mô đến số vấn đề cần quan tâm sau: hình tính tốn Các tài liệu thiết kế gồm mặt - Khối lượng đất chống thấm cho đập cắt, tài liệu địa hình, địa chất, thủy văn khu khơng đủ, phải khai thác nơi khác dẫn đến vực dự án Hồ Phú An thiết kế kết cấu diện tích đất nhiều tiền đền bù lớn đập đồng chất (chọn lọc), dẫn đến kinh phí xây dựng lớn Tác giả sử dụng tài liệu - Các loại đất đá đào móng tràn xả lũ, kết cấu xây dựng đập vậy; nhiên sử cống, … phải có bãi thải tập kết, dẫn đến dụng vật liệu hỗn hợp có chỗ để đắp đập, thêm diện tích kinh phí xây dựng, chi phí kết hợp giải pháp chống thấm nhân công… tăng theo Tổng hợp công nghệ chống thấm cho Có nhiều giải pháp để hạn chế mức độ ảnh đập vật liệu địa phương thấy rằng, có nhiều hưởng tính chất vật liệu đất đắp đập đến biện pháp chống thấm cho đập đất Tùy thuộc độ an toàn giá thành xây dựng Song giải vào cấu tạo địa chất, loại đất đắp…, mà có pháp mặt cắt hợp lý đập kết hợp với vật biện pháp chống thấm thích hợp 74 Sau nghiên cứu, tác giả nhận thấy kết hợp xây dựng đập vật liệu chỗ với vật liệu chống thấm (GCL) áp dụng tốt cho việc xây dựng đập vật liệu địa phương Đồng Nai Theo kết nghiên cứu Viện khoa học thủy lợi Miền Nam vải (GCL) có khả chống thấm tốt, đảm bảo ổn định cho đập đất trường hợp vật liệu đất đắp đập địa phương không đủ có hệ số thấm lớn Tiêu chuẩn kỹ thuật vải địa GCL: [19] Bảng 3-1: Chỉ tiêu kỹ thuật vải địa GCL TÍNH NĂNG KỸ THUẬT MATERIAL PROPERTY Hệ số trương nở Bentonite Swell Index Lượng nước Bentonite Fluid Loss Trong lượng/ĐV diện tích Bentonite Mass/Area Lực kéo giật GCL Grab Strength Lực liên kết GCL Peel Strength Chỉ số chảy GCL Index Flux Hệ số thấm GCL Hydraulic Conductivity Sức chống cắt GCL Hydrated Internal Shear Strength PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHỆM TEST FREQUENCY ft2(m2) CHỈ TIÊU K.T REQUIRED VALUES ASTM D 5890 per 50 tonnes 24 mL/2g ASTM D 5891 per 50 tonnes 18 mL max ASTM D 5993 0.75lb/ft2(3.6 kg/m2) ASTM D 4632 ASTM D 6768 ASTM D 4632 ASTM D 6496 120lbs (530 N) MARV 30lbs/in(53n/cm)MARV 15 lbs (65 N) 2.5lbs/in(4.4N/cm) ASTM D 5887 Periodic x 10-9 m3/m2/sec max ASTM D 5887 Periodic x 10-10 cm/sec max ASTM D 5321 ASTM D 6243 Periodic 500 psf (24 kPa) typical Bentomat CL màng sét địa kỹ thuật gia cường gồm 01 lớp sodium bentonite nằm 02 lớp vải địa kỹ thuật liên kết dệt kim với 01 lớp màng chống thấm mỏng dễ uốn Bentomat CLT màng sét địa kỹ thuật gia cường gồm 01 lớp sodium bentonite nằm 02 lớp vải địa kỹ thuật liên kết dệt kim với 01 lớp màng chống thấm HDPE dày đến 20-mil (0.5 mm) CLAYMAX: Là loại vật liệu chống thấm GCL không gia cường, bao gồm hai lớp Bentomate vải địa kỹ thuật trọng lượng thấp kẹp lớp Bentonite Clay Liner BENTOMAT: Là loại vật liệu chống thấm GCL gia cường cấu tạo lớp Bentonite Clay Sodium nguyên chất kẹp hai lớp vải địa kỹ thuật xuyên kim liên tục với BENTONITE COMPOSITE: Vật liệu Bentonite Clay Sodium gắn trực tiếp địa kỹ thuật (Poylyethylene Geomembrane Composite) Claymat 75 Bê tông Volclay tạo nên khả bám dính học bền vững vào bê tông Chùm đầu sợi đòa kỹ kỷ thuật thuật địa Lớp vải đòa kỹ thuật đan kết Cá thể bám dính tạo nên đầu chùm sợi đòa kỹ thuật phát triển sâu vào bên lớp vỏ bê tông (từ 5mm - 15mm) bê tông tươi,tới mật độ 10.000 sợi thâm nhập 1m2 bê tông (xem hình thuyết minh bên cạnh) Các hạt Volclay có gốc Sodium Bentonite Lớp vải đòa kỹ thuật không đan kết Hình 3-1: Kết cấu Bentomat CL Bentomat CLT Ngoài ra, vật liệu chống thấm GCL có ưu điểm sau: - GCL sản xuất theo dây chuyền công nghiệp theo tiêu chuẩn thống nên thuận tiện thiết kế, thi cơng, vận chuyển kiểm sốt chất lượng - Thi công đơn giản nhanh, đội thi công (7 ÷ 10) người thi cơng 2.500 ÷ 3.000 m2/ngày, nhanh nhiều so với thi công thủ công - Ứng dụng vật liệu chống thấm GCL làm giảm lưu lượng thấm qua cơng trình, cho phép làm giảm khối lượng đất đắp từ (12 ÷ 15)% so với trường hợp khác - Giảm công vận chuyển (1 xe vận chuyển GCL thay cho khoảng 100 đến 150 xe vận chuyển đất), giảm chi phí đền bù, di chuyển giải phóng mặt Qua phân tích, nghiên cứu, tác giả chọn giải pháp chống thấm kết cấu vải địa kỹ thuật GCL để tập trung sâu vào nghiên cứu * Phương pháp tính tốn: Sử dụng phần mềm tính toán theo phương pháp phần tử hữu hạn GeoSlope – Canada để tính thấm; tính ổn định Bảng 3.2 Tính chất lý lớp đất vị trí đập TT 76 Các tiêu Thành phần hạt: - Sét - Bụi - Cát - Dăm, sạn Dung trọng khơ chế bị Góc ma sát Lực dính kết C Hệ số rỗng n Hệ số thấm K Đ.Vị % T/m3 độ Kg/cm2 % cm/s Lớp Lớp Lớp Lớp 4a Lớp 49.30 30.10 20.69 0.00 1.40 11o05’ 0.28 49.00 2x10-4 29.40 40.90 26.60 3.10 1.34 10o12’ 0.29 50.00 3x10-4 39.30 16.20 23.10 21.40 1.63 9o49’ 0.22 40.00 4x10-4 1.00 6.90 85.50 6.60 1.62 27o15’ 0.03 39.00 5x10-4 12.40 25.60 46.60 15.40 1.65 14o28’ 0.29 39.00 5.8x10-4 Bảng 3.3 Tính chất lý lớp đất bãi vật liệu TT Các tiêu Thành phần hạt: - Sét - Bụi - Cát - Dăm, sạn Dung trọng khơ chế bị Góc ma sát Lực dính kết C Hệ số rỗng n Hệ số thấm K Đơn vị % T/m3 độ Kg/cm2 % cm/s Lớp Lớp Ghi 41.10 17.70 41.20 0.00 1.51 14o05’ 0.339 44.00 x 10-4 39.80 20.30 26.60 0.00 1.50 13o59’ 0.339 45.00 2,33 x 10-4 Mô tả mẫu đất: Sét màu nâu đỏ, đáy lớp lẫn dăm sạn đá phong hóa, trạng thái dẻo cứng Hình 3.2: Cắt ngang đập bố trí vải địa kỹ thuật GCL a) Kết tính tốn thấm, ổn định cho trường hợp đập khối, kết hợp GCL Đất đắp đập khai thác khu vực hồ chứa kết hợp giải pháp chống thấm Hình 3-3: Mặt cắt ngang đập khối Các thông số đập đất (Cao trình đỉnh đập: 158.8; chiều dài đập: 425m; chiều cao đập: 15.270m; bề rộng mặt đập: 5m; mái đập: 2.5 3.0) Bảng 3-4: Tổng hợp kết tính tốn TT Trường hợp tính tốn Q (m3) Jmax Kminmin Đập hỗn hợp khối 26.881 0.550 1.542 Xử lý chống thấm vải địa kỹ thuật GCL 7.023 0.303 2.434 77 Bảng 3-5: So sánh kết tính tốn với tiêu kỹ thuật Trị số TT Kết tính tốn 7.023 Các tiêu cho phép (Q, J, K) 80.000 Qtt< Qcp So sánh Q (m3) Jmax 0.303 0.60 Jmax < [J]cp Kminmin 2.435 1.3 K tính tốn > [K]cp Kết tính tốn cho thấy trị số đảm bảo giới hạn cho phép Lưu lượng thấm giảm hệ số ổn địng tăng so với đập khối chưa chống thấm b) Tính tốn cho trường hợp đập vật liệu khối Khối chống thấm sử dụng vật liệu đất đắp từ nơi khác có hệ số thấm nhỏ (K [K]cp Kết tính tốn cho thấy trị số giới hạn cho phép Lưu lượng thấm giảm, hệ số ổn địng tăng so với đập khối chưa có vải địa kỹ thuật chống thấm c) Tính tốn cho trường hợp đập vật liệu khối Khối chống thấm lấy đất đắp từ nơi khác có hệ số thấm nhỏ (10-5cm/s), khối gia tải sử dụng tất loại vật liệu đào lên thi cơng tràn, cống… Hình 3-5: Mặt cắt ngang đập khối Bảng 3-9: Số liệu tính tốn cho đập ba khối TT Các tiêu Thành phần hạt: - Sét - Bụi - Cát - Dăm, sạn Dung trọng khơ chế bị Góc ma sát Lực dính kết C Hệ số rỗng n Hệ số thấm K Đơn vị % T/m3 độ Kg/cm2 % cm/s Lớp Khối II III Khối I 41.10 17.70 41.20 0.00 1.51 14o05’ 0.339 44.00 x 10-4 39.80 20.30 26.60 0.00 1.50 13o59’ 0.339 45.00 2,3 x 10-4 57.00 27.00 14.80 1.20 1.30 16.00 0.29 52.40 x 10-5 Bảng 3-10: Tổng hợp kết tính tốn TT Trường hợp tính tốn Q (m3) Đập hỗn hợp khối 26.881 Đập khối 11.715 [J]tbth 3.0 Jmax Kminmin 0.550 1.542 0.01 2.118 79 Bảng 3-11: So sánh kết tính tốn với tiêu kỹ thuật Trị số TT Kết tính tốn 11.715 Các tiêu cho phép (Q, J, K) 80.000 Qtt< Qcp Q (m3) Jmax 0.01 0.60 Jmax < [J]cp Jtbth 3.0 -:- 15 Jtbth < [J]tbth Kminmin 2.118 1.3 K tính tốn > [K]cp Kết tính tốn cho thấy trị số tính tốn đảm bảo giới hạn cho phép Lưu lượng thấm giảm, hệ số ổn định tăng so với đập khối chưa có vải chống thấm Nhận xét: Sau đưa vải địa kỹ thuật chống thấm bố trí đập 2, khối có khối chống thấm nhận thấy: - Hệ số an toàn ổn định (Kminmin) tăng so với đập hỗn hợp - Lưu lượng thấm Q (m3) giảm so với đập hỗn hợp - Trị số Gradient thấm nhỏ Gradient thấm cho phép - Trị số Gradient trung bình tới hạn nhỏ Gradient tới hạn cho phép So sánh lựa chọn giải pháp Như tính tốn trên, sau kết hợp sử dụng vải chống thấm đắp đập 2, khối nhận thấy hệ số thấm lưu lượng thấm đảm bảo cho trường hợp Kết luận Đến đập Đồng Nai chủ yếu đập đất đồng chất có chọn lọc chưa có ứng dụng cơng nghệ vào thiết kế thi cơng xử lý chống thấm, có số đập đất, sau thời gian khai thác xuất số cố thấm, rò rỉ Qua tính tốn cho thấy việc xây dựng đập vật liệu hỗn hợp kết hợp với giải pháp chống thấm giảm đáng kể thấm, đồng thời tăng độ ổn định cho đập Nếu xây dựng đập kết cấu hỗn hợp độ thấm ổn định chưa đảm bảo Tuy nhiên kết hợp với giải pháp chống thấm, lưu lượng thấm giảm hệ số ổn định tăng lên Như tầm quan trọng vật liệu chống thấm có ảnh hưởng lớn đến 80 So sánh thấm ổn định đập đất Việc tính tốn ổn định thấm an toàn cho đập cho ta thấy kết cấu đập vật liệu hỗn hợp có điểm lưu ý sau: - Đất đắp đập Đồng Nai có chứa thành phần sạn, sỏi laterit, xây dựng hồ chứa cần đánh giá hàm lượng hạt thô (N,%) khối đất đắp để có biện pháp xử lý cho phù hợp - Đất có hai loại cần lưu ý: Nền đất thấm nước đá bazan phong hóa mãnh liệt, lớp thấm nước mạnh Khi xây dựng cơng trình phải xử lý triệt để, nhằm tránh tượng thấm nước qua Có thể ứng dụng thảm sét địa kỹ thuật GCL làm biện pháp chống thấm trường hợp đập đồng chất đập nhiều khối vật liệu đắp đập có lẫn nhiều dăm sạn, sỏi laterit nhằm tăng khả chống thấm cho đập Tuy nhiên tùy theo điều kiện thực tế khu vực, đập bị thấm mà sử dụng biện pháp khác như: Làm tường chống thấm xi măng – sét; khoan vữa xi măng; tường hào xi măng – bentonite;… Kết tính tốn giải vấn đề nguồn vật liệu chọn lọc để đắp đập dần khan Đây nguyên nhân mà đến nhiều dự án hồ chứa nước tỉnh Đồng Nai phải xem xét Việc xây dựng đập vật liệu hỗn hợp hợp lý kỹ thuật lẫn kinh tế, nhiên để đạt độ ổn định đòi hỏi phải kết hợp thêm số giải pháp chống thấm Tác giả khẳng định rằng: Bất kỳ loại đất Đồng Nai làm vật liệu đắp đập với điều kiện phải đặt vị trí kết cấu đập TÀI LIỆU THAM KHẢO Công ty Tư vấn xây dựng Điện (2003), Tập giảng hướng dẫn sử dụng phần mềm Geo-Slope, Tp.Hồ Chí Minh Cao Văn Chí, Trịnh Văn Cương (2003), Cơ học đất, Nxb Xây dựng, Hà Nội Trịnh Trọng Hàn, Sổ tay kỹ thuật thủy lợi phần Nguyễn Văn Hạnh (1998), Tính ứng suất đập vật liệu địa phương, Trường Đại học Thủy lợi, Hà Nội Nguyễn Văn Thơ, Trần Thị Thanh (2001), Sử dụng đất chỗ để đắp đập Tây Nguyên, Nam Trung Bộ Đông Nam Bộ, Nxb Nông nghiệp, Hà Nội Nguyễn Xuân Trường (1975), Thiết kế đập đất, Nxb Khoa học kỹ thuật Summary SOME PROPOSED SOLUTIONS FOR BUILDING MIXED MATERIAL DAMS IN DONG NAI PROVINCE In recent years, construction of dam by using local materials for fill dams is common as well as cofferdams Rock–earth fill dam has the more advantages compared with earth fill dam because they can be made of material from excavation of foundation and others in the body of dam Up to now there is not research in Dong Nai to use this material for construction, so this material is still wasted In Dong Nai each region has different geological structure, the natural soil with more than 20% of seeds (diameter> mm) is available in the province area, if this is used in body of dam that leading to very economy Based on requirement of physicalmechanical properties of material for dam construction this article will introduce solution for making dam with suitable soils, especially mixed soil at site and surrounding area at all 81 ... trung bình nên chọn đập khối kết làm vật liệu chống thấm sử dụng hợp với giải pháp chống thấm trường hợp vùng xây dựng hoàn tồn khơng Đề xuất giải pháp chống thấm có loại vật liệu dẻo sét, sét,... đắp…, mà có pháp mặt cắt hợp lý đập kết hợp với vật biện pháp chống thấm thích hợp 74 Sau nghiên cứu, tác giả nhận thấy kết hợp xây dựng đập vật liệu chỗ với vật liệu chống thấm (GCL) áp dụng tốt... Kết tính tốn giải vấn đề nguồn vật liệu chọn lọc để đắp đập dần khan Đây nguyên nhân mà đến nhiều dự án hồ chứa nước tỉnh Đồng Nai phải xem xét Việc xây dựng đập vật liệu hỗn hợp hợp lý kỹ thuật