Nghiên cứu xử lý sự cố về thấm bằng cọc xi măng đất cho cống ngăn mặn, giữ ngọt ở vùng đồng bằng sông cửu long ứng dụng cho cống đá bạc cà mau

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI MAI QUANG TRƯỜNG NGHIÊN CỨU XỬ LÝ SỰ CỐ VỀ THẤM BẰNG CỌC XI MĂNG ĐẤT CHO CỐNG NGĂN MẶN, GIỮ NGỌT Ở VÙNG ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG ỨNG DỤNG CHO CỐNG ĐÁ BẠC – TỈNH CÀ MAU LUẬN VĂN THẠC SĨ SÓC TRĂNG, NĂM 2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI MAI QUANG TRƯỜNG NGHIÊN CỨU XỬ LÝ SỰ CỐ VỀ THẤM BẰNG CỌC XI MĂNG ĐẤT CHO CỐNG NGĂN MẶN, GIỮ NGỌT Ở VÙNG ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG ỨNG DỤNG CHO CỐNG ĐÁ BẠC – TỈNH CÀ MAU LUẬN VĂN THẠC SĨ CHUYÊN NGÀNH: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG MÃ SỐ: 60580204 NGƯỜI HƯỚNG DẪN: TS PHÙNG VĨNH AN SÓC TRĂNG, NĂM 2017 HỌ VÀ TÊN : MAI QUANG TRƯỜNG LUẬN VĂN THẠC SĨ SÓC TTRĂNG, NĂM 2017 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan nội dung luận văn tơi thực hiện, số liệu, hình ảnh, biểu đồ đề tài chân thực, không trùng lập với nghiên cứu trước Các biểu đồ, số liệu tài liệu tham khảo trích dẫn, thích nguồn thu thập xác rõ ràng Tác giả luận văn MAI QUANG TRƯỜNG i LỜI CÁM ƠN Trước hết, xin chân thành cám ơn quý thầy cô trường Đại học Thủy Lợi, đặc biệt thầy cô thuộc môn Địa kỹ thuật thầy cô trực tiếp giảng dạy cho thời gian theo học vừa qua Tôi xin chân thành cảm ơn TS Phùng Vĩnh An người hướng dẫn khoa học tận tâm nhiệt tình giúp tơi hồn thành luận văn Tôi xin cảm ơn quan tâm góp ý Giáo sư, Phó Giáo sư, Tiến sĩ trường Đại học Thủy Lợi giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho suốt trình học tập thực luận văn ii MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ SỰ CỐ THẤM BẰNG CỌC XI MĂNG ĐẤT Ở ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG 1.1 Đặc điểm cơng trình ngăn mặn, giữ khu vực Đồng sông Cửu long 1.1.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến cơng trình ngăn mặn, giữ 1.1.2 Hệ thống cơng trình ngăn mặn, giữ 1.2 Sự cố thấm, xói ngầm mang cống Đồng sông Cửu Long giải pháp xử lý 1.2.1 Sân phủ chống thấm thượng lưu hạ lưu 10 1.2.2 Chống thấm cừ thép, cừ nhựa, cừ BTCT .12 1.2.3 Chống thấm khoan truyền thống 16 1.2.4 Hoành triệt cống cũ, làm lại cống 18 1.3 Kết luận Chương 18 CHƯƠNG CƠ SỞ KHOA HỌC XỬ LÝ THẤM BẰNG CỌC XI MĂNG ĐẤT KẾT HỢP PHỤ GIA 21 2.1 Mục đích, yêu cầu sở khoa học xử lý cố thấm .21 2.1.1 Mục đích xử lý thấm 21 2.1.2 Yêu cầu điều kiện thi công xử lý thấm 22 2.1.3 Cơ sở khoa học xử lý cố thấm 24 2.2 Các thí nghiệm phục vụ xử lý thấm cọc XMĐ kết hợp phụ gia .31 2.2.1 Khảo sát địa chất 31 2.2.2 Thí nghiệm trộn thử phòng 33 2.2.3 Thí nghiệm xác định hệ số thấm 34 2.3 Phương pháp tính tốn xử lý thấm 37 2.3.1 Bố trí sơ đồ hợp lý để xử lý thấm 37 2.3.2 Trình tự phương pháp tính tốn xử lý thấm 39 2.3.3 Kiểm tra, đánh giá chất lượng công tác nghiệm thu tường chống thấm 41 2.4 Kết luận Chương 43 CHƯƠNG 3: ÁP DỤNG XỬ LÝ CỐNG ĐÁ BẠC HUYỆN TRẦN VĂN THỜI TỈNH iii CÀ MAU 45 3.1 Giới thiệu cống Đá Bạc tỉnh Cà Mau 45 3.1.1 Vị trí cơng trình nghiên cứu 45 3.1.2 Đặc điểm tự nhiên khu vực nghiên cứu 46 3.1.3 Đặc điểm nước mặt, nước ngầm khu vực nghiên cứu 47 3.1.4 Điều kiện dân sinh, kinh tế xã hội 47 3.1.5 Hiện trạng cơng trình cần thiết phải xử lý cố 48 3.1.6 Giới thiệu giải pháp xử lý thấm cọc xi măng đất kết hợp phụ gia 51 3.2 Các thí nghiệm phục vụ tính tốn, thiết kế 53 3.2.1 Thí nghiệm trộn thử phòng xác định phụ gia phù hợp 53 3.2.2 Thí nghiệm xác định hệ số thấm XMĐ 56 3.2.3 Một số nhận xét rút từ thí nghiệm phịng 57 3.3 Thiết kế phương án xử lý thấm cọc XMĐ kết hợp phụ gia 58 3.3.1 Xác định hàm lượng, mật độ xử lý 58 3.3.2 Kết phân tích tính tốn phương án chọn 62 3.3.3 Kết kiểm tra, đánh giá chất lượng chống thấm [9] 66 3.4 Kết luận Chương 70 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO 73 iv Giải pháp ứng dụng thành công nhiều cơng trình như: Các cơng trình sơng Nhuệ gồm Cống tiêu tự chảy trạm bơm Vĩnh Mộ, Cống tiêu tự chảy trạm bơm Nhân Hiền, Cống A27, … cơng trình sơng khác như: Đập Phúc – Hà nam, Cống Tắc Giang – Hà Nam 3.3.1.2 Công tác xử lý mang cống tường XMĐ: Tính tốn sơ cho thấy với hệ số thấm XMĐ đạt k= 5.10-6 cm/s chênh lệch cột nước lớn xấp xỉ khoảng m cần có chiều dày XMĐ 90 cm chiều dài L= 10 m đủ điều kiện chống thấm Từ đề xuất 02 phương án xử lý: - Phương án 1: Sử dụng 02 hàng cọc XMĐ đường kính 60 cm, chiều dài 10 m Chiều dày quy đổi tương đương xấp xỉ 90 cm; - Phương án 2: Sử dụng 02 hàng cọc XMĐ đường kính 80 cm, chiều dài 10 m Chiều dày quy đổi tương đương xấp xỉ 103 cm Qua phân tích ưu nhược điểm để lựa chọn phương án cho thấy: Với phương án 1, từ kinh nghiệm qua cơng trình xử lý cho thấy, với trạng xói ngầm đáy cống lớn chênh lệch mực nước khoảng m sử dụng 02 hàng cọc D600 khó đạt u cầu, khả khuyết tật làm cho độ dày tường không đạt u cầu mong muốn Ngồi ra, cơng nghệ pha cọc có đường kính 80 cm có hiệu mặt kinh tế Với phương án 2, qua cơng trình xử lý tương tự cho thấy việc sử dụng 02 hàng cọc D800 đảm bảo chiều dày yêu cầu Hơn nữa, máy vận hành để tạo đường kính 80 cm chế độ vừa phải, hiệu suất cao, có lợi mặt kinh tế (công tác thi công xem hình 3.14) 60 Hình 3.13 Mặt cống Đá Bạc phương án xử lý Từ việc so sánh trên, chọn thơng số thiết kế để tính tốn chi tiết theo phương án 2, tường chống thấm XMĐ dày 103cm tạo 02 hàng cọc đường kính D = 80cm, hàng cách hàng 50cm, cọc cách cọc 60cm Hàm lượng xi măng sử dụng 350kg/m3 kết hợp phụ gia Sikapum 3,5lít/1m3 cọc XMĐ Kích thước thơng số hình học sau: - Cao trình tường xi măng đất vị trí đáy: + Cao trình đỉnh tường: - 4,30 m; + Cao trình đáy tường -14,30 m - Cao trình tường xi măng đất hai bên mang cống: + Cao trình đỉnh tường: +1,20m; + Cao trình đáy tường -14,30m Ngồi ra, theo kinh nghiệm có, để ngăn chặn tượng thấm xảy 61 đáy cống hai bên mang cống, cần kéo dài phạm vi xử lý từ thành bên mang cống bên dài 6,80 m để tránh thấm dọc mang cống, ngăn chặn dòng thấp tiếp xúc phá hoại mang cống dòng thấm luồn từ mang cống vào đáy cống làm tăng chiều dài đường viền thấm Hình 3.14 Thi cơng tạo màng chống thấm mang cống Đá Bạc 3.3.2 Kết phân tích tính tốn phương án chọn 3.3.2.1 Các số liệu sử dụng để tính tốn Chọn mặt cắt tính tốn: Chọn mặt cắt thiết kế để tính tốn thấm hình 3.13 Tài liệu hệ số thấm: Đất đất sét có hệ số thấm k=5x10-5 (cm/s) Tường chống thấm XMĐ: 62 - Hệ số thấm cọc xi măng đất: KXMD = 5.10-6 cm/s - Chiều dày tương đương tường XMĐ: t = 103 cm - Cao trình đỉnh tường: Zđỉnh = -4.30m - Cao trình đáy tường: Zđáy = -14.30m Tổ hợp mực nước tính tốn (theo tài liệu tính tốn thủy văn chủ đầu tư cấp): - Mực nước phía biền: +1.04m - Mực nước phía đồng: -0.96m Hình 3.15 Mặt cắt dọc tính tốn 3.3.2.2 Phương pháp tính tốn Sử dụng phương pháp PTHH để tính tốn thấm, sơ đồ tính tốn tốn thấm có áp qua đáy cơng trình thủy lợi Phần mềm sử dụng mô đun SEEP/W phần mềm Geostudio2007 Công ty quốc tế Canada Cần xác định hai giá trị bản: (1) Gradient thấm lớn tường XMĐ cửa ra; (2) Lưu lượng thấm qua cống q (m3/s) 63 Hình 3.16 Lưới điều kiện biên tính tốn - Điều kiện biên tính tốn: Giả thiết khớp nối sân trước sân sau bị hỏng Toàn sân trước chịu cột nước tính tốn +1,04 m; Sân sau chịu cột nước tính tốn -0,96 m Tường XMĐ mơ vật liệu có hệ số thấm KXMD = 5.10-6 cm/s Đất đáy cống mô đất sét có hệ số thấm k=5x10-5 (cm/s) - Lưới phần tử tính tốn: Sử dụng lưới hình vng kích thước 0,25x0,25 m Tại vị trí cửa chia thành lưới tam giác vị trí có nhiều khả cho giá trị Gradient lớn - Kết tính tốn: Đường đẳng áp cống Hình 3.17 Đường đẳng áp cống Trường vận tốc thấm cống 64 Hình 3.18 Trường vận tốc thấm cống Phân bố đường đẳng Gradient Hình 3.19 Trường đẳng Gradient cống Từ hình 3.16 đến 3.19 cho thấy: - Gradient thấm tường xi măng đất lớn nhất: JXMĐ=0,11