Nghiên cứu tính hợp lý của các giải pháp chống thấm cho công trình cống sông Rớ, tỉnh Quảng Ngãi

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA  HỌ VÀ TÊN: PHAN MINH HỒNH NGHIÊN CỨU TÍNH HỢP LÝ CỦA CÁC GIẢI PHÁP CHỐNG THẤM CHO CƠNG TRÌNH CỐNG SÔNG RỚ, TỈNH QUẢNG NGÃI Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình thủy TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SỸ CHUN NGÀNH KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH THỦY Đà Nẵng – Năm 2019 Cơng trình hồn thành TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Người hướng dẫn khoa học: TS Nguyễn Văn Hướng Phản biện 1: TS Huỳnh Ngọc Hào Phản biện 2: TS Lê Văn Thảo Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Chuyên ngành Kỹ thuật xây dựng cơng trình thủy họp Trường đại học Bách khoa vào ngày … tháng … năm 2019 Có thể tìm hiểu luận văn tại:  Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng Trường Đại học Bách khoa  Thư viện Khoa Xây dựng Thủy Lợi – Thủy điện, Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Nghiên cứu chống thấm cho cơng trình ngăn mặn sông Rớ vấn đề cần thiết giai đoạn nay, đảm bảo q trình lũ cho hạ du, chống lại tượng xâm nhập mặn, đặc biệt việc giảm thiểu tượng thấm qua cống, củng cố đất yếu, đảm bảo an tồn hiệu cho cơng trình Mục tiêu nghiên cứu Việc nghiên cứu tính hợp lý giải pháp chống thấm qua đảm bảo mục tiêu ngăn mặn, giữ ngọt, ổn định cơng trình làm sở cho việc thiết kế cống sông Rớ, tỉnh Quảng Ngãi Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Cống sông Rớ - Phạm vi nghiên cứu: Chống thấm qua Phƣơng pháp nghiên cứu - Điều tra, thu thập, tổng hợp phân tích số liệu; - Kế thừa đề tài, dự án nghiên cứu sẵn có; - Nghiên cứu phương pháp kỹ thuật mới, đề xuất giải pháp kỹ thuật phù hợp; - Sử dụng lý thuyết phần tử hữu hạn tiến khoa học công nghệ mơ hình tính tốn thấm, ổn định Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài - Nghiên cứu tính hợp lý giải pháp chống thấm cho cơng trình cống sơng Rớ đảm bảo tính tối ưu mục tiêu ngăn mặn, giữ ngọt, ổn đinh cho cơng trình; có tính khoa học để đưa giải pháp thực tế vận dụng thực việc xử lý móng số cơng trình tương tự khác - Kết sở lý luận giải số vấn đề bất cập giải pháp cơng trình ngăn mặn thực tế tảng cho việc xây dựng dự án nghiên cứu tương lai Cấu trúc luận văn Mở đầu Chương 1: Tổng quan khu vực nghiên cứu Chương 2: Nghiên cứu giải pháp kỹ thuật thiết kế xử lý chống thấm qua cống ngăn mặn vùng cửa sông Chương 3: Lý thuyết toán thấm cống Chương 4: Xây dựng toán thấm - ứng suất sử dụng mơ hình Geo Studio Kết luận kiến nghị CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU 1.1 Khái quát chung khu vực nghiên cứu 1.1.1 Vị trí cơng trình Cơng trình cống ngăn mặn xây dựng cửa sông Rớ (nơi hợp lưu với sông Trường) – khu vực chịu ảnh hưởng nghiêm trọng tượng xâm nhập mặn triều cường vào từ cửa Mỹ Á (Hình 1) Hình 1: Vị trí khu vực nghiên cứu 1.1.2 Điều kiện tự nhiên a Điều kiện địa hình địa mạo Khu vực dự án đồng phía nam tỉnh Quảng Ngãi chạy dài thấp dần theo hướng Tây Bắc – Đông Nam dọc theo Sông Trường, xuống đến QL1A, thấp cịn +8,0m, vùng ven sơng thấp đến +5,0m÷ +3,0m, chủ yếu ruộng trồng lúa; ngồi cịn có số ao ni tơm, ni cá b Đặc điểm địa chất Khu vực nghiên cứu có địa chất cơng trình tương đối phức tạp Trên bề mặt lớp đất rời, tính thấm lớn, khả xảy tượng trượt xói ngầm cao Bên lớp lớp đất yếu có bề dày lớn, khơng có khả chịu tải trọng cơng trình, tính nén lún cao Tại vị trí cống này, chiều sâu khảo sát khảo sát vào lớp đất có khả chịu tải trọng cơng trình 1.3m c Điều kiện địa chất thủy văn Trong khu vực nghiên cứu chủ yếu nước mặn Vùng nghiên cứu có biên độ triều lớn Nước khu vực gồm có nước mặt nước ngầm Nước mặt có đầm, kênh cung cấp chủ yếu nước mưa Nước ngầm có tầng đất rời Khu vực khảo sát có ranh mặn thay đổi theo mùa mùa khô nước mặn tiến vào sâu đất liền Tuy nhiên, mùa mưa ranh giới bị đẩy phía biển 1.1.3 Đặc điểm khí hậu, khí tượng Vùng dự án nằm trọn vẹn vĩ độ nhiệt đới nên thừa hưởng chế độ xạ mặt trời phong phú vùng nhiệt đới, thuận lợi cho trồng phát triển Nhiệt độ trung bình 250C, cao 410C, nóng vào tháng 6,7,8, nhiệt độ trung bình đến 28 - 290C Gió thay đổi theo mùa: Gió mùa Đơng có hướng Bắc, Tây-Bắc Đơng-Bắc Gió mùa hạ có hướng Tây-Nam Đơng-Nam Bão đổ vào vùng dự án từ tháng đến tháng 11, có năm bão sớm, có năm bão muộn Bão gây gió mạnh, mưa lớn Mùa mưa từ tháng đến tháng 12 chiếm 75 – 80% lượng mưa năm, tập trung 45 – 60% vào tháng 10 Mưa tiểu mãn xảy từ tháng đến tháng Mùa khô từ tháng đến tháng 8, mưa tháng đến tháng Vùng dự án nói chung vùng mưa tỉnh Quảng Ngãi, tổng lượng mức trung bình năm 2000mm 1.1.4 Điều kiện thủy hải văn a Đặc điểm mạng lưới sơng ngịi Vị trí xây dựng cơng trình nằm hợp lưu sơng Rớ sơng Trường, vùng thường xuyên chịu ảnh hưởng chế độ thủy triều, xâm nhập mặn b Chế độ thủy triều Vùng sông Trường, sông Rớ vùng chịu ảnh hưởng thống trị thủy triều biển Đông Dạng triều bán nhật triều không Mỗi ngày lần triều lên, lần triều xuống Mỗi tháng kỳ triều kém, kỳ triều cường 1.2 Điều kiện dân cƣ – hạ tầng 1.2.1 Tình hình dân cư Dân cư vùng dự án thưa thớt, hạ tầng sở chủ yếu chịi trơng tơm, cịn lại số nhà kiên cố xây dựng đầu sơng lớn 1.2.2 Tình hình phát triển kinh tế - Trồng trọt: Tổng diện tích gieo sạ năm 715,64 - Chăn nuôi: Đàn gia súc, gia cầm địa bàn xã ổn định: đàn trâu, bị có 966 con; đàn gia cầm có 26.000 con; đàn heo có 265 - Tổng diện tích rừng 66,319 - Tổng diện tích thả ni tơm 44,6ha - Cơng nghiệp – xây dựng: Sản xuất ngành công nghệp – xây dựng gặp nhiều khó khăn chịu tác động tình trạng lạm phát kinh tế, thiếu vốn cho sản xuất, yếu tố đầu vào tăng cao - Thương mại – Dịch vụ: Hoạt động thương mại dịch vụ địa bàn trì, phát triển ổn định đạt mức tăng trưởng - Vùng dự án thiên nhiên ưu đãi cho hệ thống giao thơng thủy thuận tiện Ngồi hệ thống giao thơng đường có tuyến huyết mạch quốc lộ 1A, cách khu vực dự án khoảng 3km tương đối thuận lợi cho việc lại 1.3 Tình hình thiên tai khu vực dự án 1.3.1 Ngập úng Vùng canh tác nông nghiệp sinh sống cư dân dọc sông Trường sông Thoa vùng trũng thấp thường xuyên bị ngập úng, đặc biệt đầu vụ Đơng Xn (do lũ muộn lũ vụ), vụ Hè Thu (lũ tiểu mãn) cuối vụ mùa (do lũ sớm lũ vụ) 1.3.2 Hạn hán Vùng dự án đồng trũng giáp biển có truyền thống lâu đời trồng lúa nước chính, yêu cầu phải tưới tiêu chủ động khoa học Hiện nay, chủ yếu tưới tiêu nước hệ thống thủy lợi hồ Liệt Sơn, đầm Lâm Bình, đập Huấn Phong qua kênh Tố sơng nhánh nhỏ vùng, cịn lại dựa vào nước sinh thủy lưu vực nhỏ sông Trường để tưới chống hạn 1.3.3 Nhiễm mặn Theo điều tra, hàng năm diện tích bị nhiễm mặn 215 ha, diện bị mặn không trồng lúa 22ha, trồng suất bấp bênh gần 200ha Thiệt hại hàng năm nhiễm mặn gây cho sản xuất nông nghiệp lên đến 300 thóc nhân dân xã Phổ An, Phổ Quang, Phổ Minh phải thường xuyên đắp bờ ngăn mặn đắp đập ngăn mặn 1.4 Đánh giá trạng khu vực dự án 1.4.1 Vị trí xây dựng Cơng trình cống ngăn mặn xây dựng cửa sông Rớ (nơi hợp lưu với sông Trường) – khu vực chịu ảnh hưởng nghiêm trọng tượng xâm nhập mặn triều cường vào từ cửa Mỹ Á Sông Trường Sông Rớ Vị trí xây dựng Hình 2: Vị trí khu vực nghiên cứu (Nguồn GoogleEarth) 1.4.2 Nhiệm vụ cơng trình - Nhiệm vụ cơng trình ngăn mặn, đảm bảo ổn định cho hoạt động sản xuất nông nghiệp tình hình biến đổi khí hậu (nước biển dâng) nay; - Đảm bảo tiêu thoát lũ nội đồng từ sông Rớ sông Trường, ngăn lũ tiểu mãn sông Trường, giữ cho vùng lưu vực thượng nguồn sông Rớ 1.4.3 Thông số kỹ thuật cống sơng Rớ Hình 3: Thi cơng phần cửa cống Hình 4: Thi cơng phần trụ Bảng 1: Thông số kết cấu cống sông Rớ TT Hạng mục Hình thức cơng trình Chiều rộng cống Chiều dài thân cống Cao trình đáy cống Cao trình đỉnh cửa van Cao trình đỉnh trụ pin Chiều rộng đáy Chiều dày đáy Chiều dày trụ biên Đơn vị Quy mô m m m m m m m m 20,0 13,0 -1,50 +2,25 +2,40 24,20 0,70 0,70 Ghi Cống BTCT M300 5,0m × khoang CHƢƠNG 2: LÝ THUYẾT BÀI TỐN THẤM DƢỚI NỀN CỐNG 2.1 Sự hình thành dịng thấm Tính thấm nói chung vận động chất lỏng môi trường lỗ rỗng khe nứt (Hình 2.1) Khi cơng trình làm việc, tạo chênh lệch mực nước thượng lưu hạ lưu Nước di động qua kẽ rỗng đất hai bên vai cơng trình tạo thành dịng thấm Đối với cơng trình mơi trường xung quanh Dịng thấm mơi trường đất rỗng chia thành loại: - Dịng thấm có áp - bị giới hạn từ phía biên cứng, dịng thấm khơng có mặt thống; chuyển động dịng thấm giống nước chảy ống có áp Đây trường hợp xét dòng thấm đáy cơng trình - Dịng thấm khơng áp - khơng bị giới hạn từ phía cơng trình Đây trường hợp dịng thấm hai bên vai cơng trình, dịng thấm qua đập đất Giới hạn phía dịng thấm mặt thống hay mặt bão hồ, có áp suất áp suất khí trời 2.2 Vấn đề nghiên cứu dòng thấm Nhiệm vụ nghiên cứu dịng thấm tìm quy luật chuyển động phụ thuộc vào hình dạng, kích thước phận cơng trình biên dòng thấm; xác định đặc trưng phân bố áp lực thấm lên phận cơng trình, phân bố gradien thấm miền thấm, trị số lưu lượng thấm Trên sở tính tốn này, người thiết kế chọn hình thức, kích thước, cấu tạo hợp lý cơng trình, đảm bảo điều kiện làm việc an tồn (ổn định trượt, ngăn ngừa biến hình ) tính kinh tế phương án chọn 2.3 Phƣơng pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu thấm qua đập đất trường hợp nghiên cứu thấm nước môi trường rỗng nói chung thường hai phương pháp: lý luận thực nghiệm 2.3.1 Nghiên cứu lý luận Nghiên cứu lý luận sử dụng định luật thấm liên hệ lý thuyết để xác định đặc trưng dòng thấm Dùng lý luận để nghiên cứu thấm có hai phương pháp: học chất lỏng thủy lực học - Phương pháp học chất lỏng - Phương pháp thủy lực học 2.3.2 Nghiên cứu thực nghiệm Nghiên cứu thực nghiệm dùng mơ hình để xác định đặc trưng dòng thấm Phương pháp dùng loại mơ hình nghiên cứu sau: - Thí nghiệm màng kính - Thí nghiệm khe hẹp - Phương pháp tương tự điện – thủy động (ECDA) Ngồi để tính tốn đặc trưng dòng thấm dùng phương pháp đồ giải thực chất phương pháp xây dựng lưới thấm để sở mà xác định đặc trưng dòng thấm 2.3.3 Phương pháp phần tử hữu hạn Phương pháp phần tử hữu hạn phương pháp số đặc biệt có hiệu để giải tốn biểu diễn phương trình đạo hàm riêng; miền tính tốn rời rạc hố cách chia miền xét làm nhiều miền nhỏ đơn giản có hình dạng tuỳ ý gọi phần tử hữu hạn, phần tử gồm số điểm nút, hàm xấp xỉ tìm phần tử; phương pháp thích hợp với tốn có miền xác định phức tạp gồm nhiều vùng nhỏ có đặc trưng hình học, tính chất vật lý khác nhau, điều kiện biên khác 2.3.4 Áp dụng phương pháp PTHH cho toán thấm a Phương trình dịng chảy ổn định mơi trường đất bão hịa nước Phương trình dịng nước ngầm chảy ổn định mơi trường thấm bão hịa không gian ba chiều viết sau:   h    h    h   Kx    Ky    Kz   q  x  x  y  y  z  z  b Phương trình dịng chảy khơng ổn định mơi trường đất bão hịa Phương trình dịng nước ngầm thấm khơng ổn định mơi trường bão hịa nước khơng gian ba chiều viết sau:   h    h    h  h  K x    K y    K z   q  s0 x  x  y  y  z  z  t CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP KỸ THUẬT THIẾT KẾ XỬ LÝ CHỐNG THẤM QUA NỀN CỐNG NGĂN MẶN TẠI VÙNG CỬA SÔNG 3.1 Sự cần thiết phải nghiên cứu Hiện tượng thấm điều tránh khỏi việc thiết kế thi cơng cơng trình thủy lợi Tuy nhiên, cần phải đánh giá thấm mức độ nào, điều kiện cho phép để đảm bảo yêu cầu ổn định hiệu cho cơng trình Mục tiêu tính thấm khơng phải xác định lượng tổn thất hay giá trị lưu lượng thấm mà việc ngăn mặn, giữ – đảm bảo yêu cầu lún ổn định cơng trình đất yếu - Thấm qua cống: cống thường nằm lớp cát pha, khả chịu tải chống thấm Khi xử lý móng cống đóng cọc gây xáo trộn làm tăng nguy thấm - Thấm qua mang cống: tượng phổ biến, thi công không tốt thiết kế quy định khơng chặt chẽ quy trình đắp đất mang cống Ngồi cịn mối sinh vật đào hang đê 3.2 Một số giải pháp giải pháp kỹ thuật chống thấm qua cống 3.2.1 Cọc xi măng đất a Khái niệm phân loại Cọc xi măng đất chất hỗn hợp đất nguyên trạng nơi gia cố xi măng phun xuống đất thiết bị khoan phun Mũi khoan khoan xuống làm tơi đất đạt độ sâu lớp đất cần gia cố quay ngược lại dịch chuyển lên Trong trình dịch chuyển lên, xi măng bơm phun vào đất (bằng áp lực khí nén hỗn hợp khô bơm vữa hỗn hợp dạng vữa ướt) Phương pháp thi công cọc xi măng đất chia thành loại Phương pháp trộn khô (Dry Jet Mixing) phương pháp trộn ướt (Wet Mixing hay gọi phương pháp Jet Grounting) - Trộn khơ q trình gồm xáo tơi đất học trường trộn bột xi măng khơ với đất có khơng có phụ gia; - Trộn ướt trình áp lực cao vào môi trường hạt rời với vữa xi măng có khơng có phụ gia Hình 10: PP trộn khơ cọc xi măng đất Hình 11: PP trộn ướt cọc xi măng đất b Phạm vi ứng dụng - Khi xây dựng cơng trình có tải trọng lớn đất yếu cần phải có biện pháp xử lý đất bên móng cơng trình, khu vực có tầng đất yếu dày Một biện pháp xử lý hiệu kinh tế dùng Cọc xi măng đất - Cọc xi măng đất áp dụng rộng rãi việc xử lý móng đất yếu cho cơng trình xây dựng giao thơng, thuỷ lợi, sân bay, bến cảng…như: làm tường hào chống thấm cho đê đập, sửa chữa thấm mang cống đáy cống, sử dụng tường chắn, gia cố đất xung quanh đường hầm, chống trượt đất cho mái dốc, gia cố đường, mố cầu dẫn c Ưu điểm bật cọc xi măng đất - Tốc độ thi công cọc nhanh, kỹ thuật thi công không phức tạp Tiết kiệm thời gian thi công đến 50% chờ đúc cọc đạt đủ cường độ; - Hiệu kinh tế cao Giá thành hạ nhiều so với phương án xử lý khác; - Rất thích hợp cho cơng tác xử lý nền, xử lý móng cho cơng trình khu vực đất yếu như: bãi bồi, ven sông, ven biển; - Thi công điều kiện mặt chật hẹp, mặt ngập nước; - Khả xử lý sâu (có thể đến 50m); - Địa chất đất pha cát phù hợp với công nghệ gia cố ximăng, độ tin cậy cao 3.2.2 Công nghệ Jet – Grouting Công nghệ xử lý phương pháp trộn sâu Jet - Grouting phương pháp trộn chất kết dính (thơng thường ximăng) với đất chỗ sâu tạo vật liệu ximăng - đất 10 tác dụng tạo khung chắn nước, chắn đất làm kết cấu cơng tình làm tạm hay vĩnh cửu Ƣu điểm việc thi công cừ Larsen: - Ép cừ larsen ưu điểm chịu suất động cao; - Cừ larsen có trọng lượng nhỏ nhiên lại chịu áp lực cao; - Cừ larsen vận chuyển dễ dàng, tăng thêm chiều dài mối nối bu lông; - Cừ larsen tải sử dụng nhiều lần tích kiệm nhiều chi phí; - Ép cừ larsen sử dụng cơng nghệ đại Nhƣợc điểm việc thi công cừ Larsen: - Cừ larsen có nhược điểm dễ bị ăn mịn mơi trường thi cơng Tuy đơn vị có biện pháp khắc phục cách sơn, mạ kẽm sử dụng loại thép chống ăn mòn cao 3.3 Phân t ch phƣơng án xử đ đề xuất trƣớc Tham khảo hồ sơ thiết kế kỹ thuật cống ngăn mặn sông Rớ - tỉnh Quảng Ngãi Công ty tư vấn & CGCN trường Đại học Thủy lợi làm đơn vị tư vấn, phương án chống thấm Cừ Larsen sử dụng nhằm đảm bảo yêu cầu thấm khống chế độ lún cho cơng trình Theo hồ sơ thiết kế kỹ thuật, phía thượng lưu gia cố đá hộc lát khan, chân khay cống phía sơng, bố trí hàng Cừ cọc thép với chiều dài 4.0m, cắm xuyên qua lớp cát nhằm tăng khả chống xâm nhập mặn dòng thấm đáy cống gây Đánh giá phƣơng án chống thấm Cừ Larsen: Cừ Larsen phương án chống thấm gia cố hữu ích việc ngăn dịng, gia cố thi cơng; Phía đồng Cửa van Phía sơng Trường Cừ Larsen Hình 14: Mặt cắt dọc cống sơng Rớ 11 Tuy nhiên, môi trường ngập mặn cống sông Rớ, việc thi công cừ Larsen điều cần phải xem xét Lý do, cừ Larsen luyện từ vật liệu thép, điều ảnh hưởng tới việc dễ bị ăn mòn nước biển suốt thời gian sử dụng; 3.4 Đề xuất giải pháp cho cơng trình nghiên cứu a Phương án 1: Thiết kế chân khay đồng thời gia cố sân trước, sân sau Ƣu điểm: - Hạn chế tượng xói trước sau cống; - Đơn giản, dễ thực hiện; - Giá thành rẻ Nhƣợc điểm: - Khối lượng cơng trình lớn (chủ yếu bê tông); - Nguy xuất hiện tượng lún không đều; - Không kéo dài đường viền thấm, giá trị Gradient thấm chân khay có khả lớn, cần tính tốn đảm bảo thấm ổn định đất Hình 15: Phương án chống thấm chân khay b Phương án 2: Chống thấm cừ Larsen Hình 16: Mặt cắt thiết kế chống thấm cừ Larsen 12 Ƣu điểm: - Đây phương án phổ biến nay, đa dạng chủng loại giá thành; - Yêu cầu thiết kế thấm lún đảm bảo; - Kéo dài đường viền thấm cơng trình, giảm giá trị Gradient thấm vị trí đầu ra, gia cố đất đáy cống - Thi công dễ dàng Nhƣợc điểm: - Vật liệu Cừ Larsen toàn thép gia cường, nhiên điều kiện mơi trường nhiễm mặn, nguy ăn mịn thép cao c Phương án 3: Chống thấm CXM đất sử dụng phương pháp Jet Grounting Hình 17: Mặt cắt thiết kế chống thấm CXM đất – PP Jet Grounting Ƣu điểm: - Đảm bảo yêu cầu thấm lún cho cơng trình; - Kéo dài đường viền thấm cơng trình, giảm giá trị Gradient thấm ra, gia cố đất yếu; - Giá thành rẻ Nhƣợc điểm: - Để thi công cần đầu tư thiết bị khoan áp lực lớn; 13 CHƢƠNG 4: XÂY DỰNG BÀI TOÁN THẤM - ỨNG SUẤT NỀN SỬ DỤNG MƠ HÌNH GEO STUDIO 4.1 Tổng quan mơ hình Geostudio phần mềm địa kỹ thuật xây dựng phát triển từ 40 năm 100 quốc gia toàn giới Đây phần mềm địa kỹ thuật đánh giá mạnh với Module tính tốn bao gồm: - SLOPE/W: Phân tích ổn định mái dốc; - SEEP/W: Phân tích dịng thấm đất; - SIGMA/W: Phân tích ứng suất – biến dạng cơng trình đất; - QUAKE/W: Phân tích động đất; - CTRAN/W: Phân tích vận chuyển chất nhiễm nước ngầm; - TEMP/W: Phân tích nhiệt; - VADOSE/W: Phân tích mưa, bốc mặt đất; - AIR/W: Phân tích tương tác nước – khí Trong đó, đặc biệt Geostudio phần mềm hữu ích việc mơ tính tốn ổn định mái dốc, đập, tính thấm biến dạng lún cho cơng trình thủy cơng Điều giải nhiều vướng mắc công tác thiết kế kiểm tra mức độ an toàn cho cơng trình 4.2 Áp dụng tính tốn cho cống ngăn mặn sơng Rớ 4.2.1 Nhiệm vụ tính tốn Căn vào nhiệm vụ cơng trình, nghiên cứu này, tác giả cần làm rõ số điểm sau: - Tính tốn lựa chọn phương pháp chống thấm cho cống, đảm bảo an toàn điều kiện thấm cơng trình, đảm bảo an tồn vật liệu mơi trường nước biển dễ bị ăn mịn; - Kiểm tra, tính tốn ứng suất biến dạng thân cống điều kiện bất lợi tải trọng thân tác động lên đất, tránh tượng lún không đều, gây ổn định cho cơng trình; - Nghiên cứu tính thấm điều kiện toán chiều: Thứ tác động triều lớn; thứ hai toán thoát lũ 4.2.2 Kịch tính tốn Các trường hợp tính tốn giả định sau: - Kịch bản: Tính tốn với trường hợp bất lợi chênh lệch mực nước phía biển phía đồng lớn nhất, cửa van đóng Khi đó, biên triều lớn cửa cống Ztriều = +0.89m mực nước đồng nhỏ MNmin = -0.17m Ứng với kịch bản, tác giả tiến hành mô cho giải pháp cơng trình phân tích trước bao gồm: 14 - Giải pháp 1: Giải pháp trạng cống với thiết kế chân khay, khơng có biện pháp chống thấm nền; - Giải pháp 2: Giải pháp chống thấm phương án cọc Cừ Larsen; - Giải pháp 3: Giải pháp chống thấm phương án Cọc xi măng đất theo phương pháp trộn ướt Jet Grounting 4.2.3 Xây dựng mơ hình tính tốn sử dụng GeoStudio (Canada) a Mơ tả mặt cắt tính tốn Mặt cắt tính toán chọn mặt cắt dọc tim cống với dạng mặt cắt thiết kế theo giải pháp cơng trình chống thấm bao gồm: - Mặt cắt trạng cống có thiết kế chân khay - Mặt cắt cống chống thấm cừ Larsen; - Mặt cắt cống chống thấm Cọc xi măng đất – PP Jet Grounting Để đánh giá xác ưu nhược điểm phương án chống thấm cho công trình cống ngăn mặn sơng Rớ, ngồi việc đánh giá tính hợp lý kinh tế, kỹ thuật, cần phải mơ hình hóa tác động giải pháp Điều cần thiết phải có xây dựng toán thấm ổn định lún sử dụng mơ hình Geostudio Lớp Lớp Lớp Hình 18: Mô mặt cắt trạng chân khay 15 Lớp Cừ Larsen Lớp Lớp Hình 19: Mô mặt cắt cống chống thấm cừ Larsen Lớp Lớp Lớp Cọc xi măng đất Hình 20: Mơ mặt cắt cống chống thấm Cọc xi măng đất 16 b Khai báo hàm thấm Các tính chất lý đất cống ngăn mặn sơng Rớ Bảng 2: Tính chất lý đất cống ngăn mặn sông Rớ Lớp đất Đơn vị Chỉ tiêu KL thể tích tự nhiên g/cm3 1,92 1,65 1,95 Tỷ trọng 2,67 2,63 2,67 Độ rỗng n % 38,9 59,4 38,7 Hệ số rỗng e0 0,637 1,46 0,63 Độ bão hòa G % 74 98 78 Hàm lượng nước bão % 26 22 hịa Góc ma sát tự  32.167 3.683 28.8 nhiên Lực dính tự nhiên C kG/cm2 0.063 0.112 0.114 Hệ số thấm K m/s 2.5E-6 5.7E-8 2.5E-8 Hình 21: Khai báo giá trị hàm lượng nước Hình 22: Khai báo giá trị hàm dẫn thủy lực 17 Hình 23: Khai báo giá trị hàm lượng nước lớp thứ (đất cát) Hình 24: Khai báo hàm dẫn thủy lực cho lớp thứ (đất cát) c Lưới tính tốn - Miền lưới: đập mơ phỏng; - Kiểu lưới: Lưới tam giác kết hợp với lưới hình chữ nhật; - Kích thước lưới: 1m x 1m d Điều kiện biên tốn - Bài tồn thấm: Sau hồn tất việc mơ khai báo tính chất vật liệu, tiếp theo, phải thiết lập đặt điều kiện biên cho tốn Trường hợp tính tốn xây dựng giả định mực nước lớn sông Ztriều = +0.89m mực nước nhỏ đồng MNmin = -0.17m 18 Ngồi ra, tốn này, ta cần xây dựng thêm điều kiện biên không thấm Q = m3/s cho Cừ phần giới hạn sâu đất - Bài toán biến dạng nền: Đối với toán Sigma/W, giả định trường hợp tồn lực thân cơng trình tác dụng lên cống (Chi tiết xem Phụ lục 1) + Độ lớn: 45.6 kPa tương đương khoảng 4.56 Tấn/m2 + Chiều: Hướng xuống e Chạy mô f Kết mơ - Kết tốn thấm: Bảng 3: Tổng hợp kết tính tốn tốn thấm cho trường hợp TT Trƣờng hợp tính tốn Gradient thấm 0.18 (tại vị trí chân Chống thấm chân khay khay) 0.32 (tại đáy mũi Chống thấm Cừ Larsen cừ) 0.52 (tại vị trí cọc Chống thấm Cọc ximăng đất xi măng đất lớp 2) Lƣu ƣợng thấm q 8.6543E-07 m3/s 4.3511E-07 m3/s 1.5488E-08 m3/s Hình 25: Biểu đồ Gradient thấm - Phương án 19 Hình 26: Biểu đồ Gradient thấm - Phương án Hình 27: Biểu đồ tổng ứng suất - Phương án 20 - Bài toán biến dạng - lún Hình 28: Biểu đồ ứng suất - Phương án (kPa) Hình 29: Biểu đồ chuyển vị - Phương án (m) 21 Hình 30: Biểu đồ ứng suất - Phương án (kPa) Hình 31: Biểu đồ chuyển vị - Phương án (m) 22 Hình 32: Biểu đồ ứng suất - Phương án (kPa) Hình 33: Biểu đồ chuyển vị - Phương án (m) 23 Bảng 4: Kết tổng hợp tính tốn chuyển vị vị trí đáy cống TT Trƣờng hợp tính tốn Chống thấm chân khay Chống thấm Cừ Larsen Chống thấm Cọc ximăng đất Chuyển vị -0.035m -0.094m -0.063m Kết luận Đảm bảo Không Đảm bảo Ghi chú: Độ lún giới hạn cho phép [S] = cm = 0.08m 4.2.4 Đánh giá nhận xét a Bài toán thấm - Kết mô tương đối ổn định cho trường hợp tính tốn; - Lưu lượng dịng thấm mặt cắt cống ngăn mặn có giá trị thấp Phương án (q = 1.5488E-08 m3/s) cao Phương án (q = 8.6543E-07 m3/s) Như vậy, nói rằng, phương pháp Cọc xi măng đất cho lưu lượng thấm ổn định hơn; - Rõ ràng, dịng thấm cống có khác biệt lưu lượng hướng di chuyển Phương pháp Cọc xi măng đất kéo dài đường viền thấm tốt hai phương án lại; - Tuy nhiên, giá trị Gradient thấm phương án Cọc xi măng đất lớn nhất, phân bố từ xuống Các giá trị Gradient thấm thỏa mãn giá trị Gradient thấm tiêu chuẩn theo TCVN Như vậy, việc mơ tốn thấm, Phương pháp Cọc xi măng đất thi cơng theo phương pháp Jet Grounting có nhiều đặc điểm ưu việt lưu lượng dòng thấm, kéo dài đường viền thấm nền, … b Bài toán biến dạng - Với tải trọng thân cơng trình cống ngăn mặn tác dụng lên đất, mức độ chuyển vị trường hợp có khác biệt giá trị tương đồng phương chiều (từ xuống); - Trong trường hợp, phương án thiết kế chân khay cho ổn định lún cao với giá trị 0.035m phương án Cừ Larsen lại cho giá trị lún lớn (0.094m) 24 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Tác giả nhận định số kết luận sau: - Trong điều kiện thoát lũ cho hạ du, mực nước đồng dâng cao tràn qua thân cống, chênh lệch mực nước đồng triều xem tượng chảy tràn qua cống Như vậy, có chiều thấm từ vào (chỉ cần đảm bảo điều kiện ngăn mặn); - Trong phương án chọn, mặt ổn định thấm, phương án Cọc xi măng đất sử dụng Phương pháp trộn ướt Jet – Grounting cho hệ số thấm nhỏ đồng thời kéo dài dịng thấm đáy cơng trình tốt cả; phương án chống thấm sử dụng chân khay cho hệ số thấm lớn với đường viền thấm ngắn, hạn chế điều kiện chống thấm cho cơng trình; - Với toán ứng suất, biến dạng lún sử dụng SIGMA/W với trọng lượng thân cơng trình tác động lên cống, trường hợp chân khay cho độ lún điểm đáy cống nhỏ (0.035m), trường hợp cừ Larsen lại lớn (0.094m); Như vậy, nhận định giải pháp chống thấm theo phương án Cọc xi măng đất sử dụng phương pháp trộn ướt Jet – Grounting cho kết ổn định (về thấm, đường viền thấm, độ lún,…) Kiến nghị Trong phạm vi đề tài, vào kết đánh giá trạng so sánh phương án chống thấm cho cơng trình cống ngăn mặn, điều kiện đảm bảo yêu cầu kỹ thuật, tác giả kiến nghị lựa chọn phương án Cọc xi măng đất thi công theo phương pháp trộn ướt Jet – Grounting làm giải pháp chống thấm cho cơng trình ... cơng trình làm sở cho việc thiết kế cống sông Rớ, tỉnh Quảng Ngãi Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Cống sông Rớ - Phạm vi nghiên cứu: Chống thấm qua Phƣơng pháp nghiên cứu. .. hành mô cho giải pháp công trình phân tích trước bao gồm: 14 - Giải pháp 1: Giải pháp trạng cống với thiết kế chân khay, khơng có biện pháp chống thấm nền; - Giải pháp 2: Giải pháp chống thấm phương... hình tính tốn thấm, ổn định Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài - Nghiên cứu tính hợp lý giải pháp chống thấm cho công trình cống sơng Rớ đảm bảo tính tối ưu mục tiêu ngăn mặn, giữ ngọt, ổn đinh cho