Nghiên cứu ứng dụng giải pháp chống thấm nền đê đập công trình thủy lợi bằng cột đất xi măng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - - NGUYỄN HẢI NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG GIẢI PHÁP CHỐNG THẤM NỀN ĐÊ ĐẬP CƠNG TRÌNH THỦY LỢI BẰNG CỘT ĐẤT XI MĂNG Chuyên ngành: ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG Mã số ngành: 60.58.60 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 11 năm 2009 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học : TS VÕ PHÁN Cán chấm nhận xét : Cán chấm nhận xét : Luận văn thạc sĩ bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày tháng năm TRƯỜNG ĐH BÁCH KHOA TP.HCM PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc Tp HCM, ngày 30 tháng 11 năm 2009 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: NGUYỄN HẢI Phái : Nam Ngày, tháng, năm sinh : 02/05/1962 Nơi sinh : Ninh Thuận Chuyên ngành : Địa kỹ thuật xây dựng (Mã số: 60 58 60) MSHV: 00907540 Khoá (Năm trúng tuyển) : 2007 I- TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG GIẢI PHÁP CHỐNG THẤM NỀN ĐÊ ĐẬP CƠNG TRÌNH THỦY LỢI BẰNG CỘT ĐẤT XI MĂNG II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: “Nghiên cứu ứng dụng giải pháp chống thấm đê đập cơng trình thủy lợi cột đất xi măng” với nội dung sau: Mở đầu Chương Tổng quan biện pháp chống thấm cơng trình thủy lợi Chương Cơ sở lý thuyết xử lý thấm cột đất xi măng Chương Nghiên cứu tiêu lý cột đất xi măng phòng thí nghiệm Chương Đánh giá tác dụng chống thấm vật liệu đất trộn xi măng xử lý cơng trình hồ chứa nước ven biển tỉnh Ninh Thuận Kết luận kiến nghị III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 03/02/2009 IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 30/11/2009 V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS VÕ PHÁN Nội dung Luận văn thạc sĩ Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên chữ ký) CHỦ NHIỆM BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên chữ ký) LỜI CẢM ƠN Để có kết ngày hơm nay, em xin chân thành tỏ lịng biết ơn đến thầy mơn Địa Nền móng – Khoa Kỹ thuật Xây dựng truyền đạt kiến thức giúp đỡ em hoàn thành Luận văn thạc sĩ Đặc biệt em xin chân thành tỏ lòng biết ơn đến thầy TS Võ Phán trực tiếp hướng dẫn cho ý kiến đạo sâu sắc để em hoàn thành luận văn tốt nghiệp Trong trình thực luận văn, thầy hết lòng giúp đỡ, bảo tạo điều kiện thuận lợi để em hoàn thành luận văn thời hạn Xin bày tỏ lòng biết ơn đến lãnh đạo tập thể thầy Phịng đào tạo sau đại học giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi trình học tập Xin chân thành cảm ơn thầy cô môn Địa – Nền móng, bạn bè đồng nghiệp gia đình giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi q trình học tập hồn thành luận văn Kính chúc sức khỏe đến quí thầy TĨM TẮT Tên đề tài Nghiên cứu ứng dụng giải pháp chống thấm đê đập cơng trình thủy lợi cột đất xi măng Tóm tắt Sự đời công nghệ trộn sâu cột đất xi măng góp phần đáng kể xử lý móng cơng trình xây dựng, giao thơng, thủy lợi giới nước Với đặc điểm vượt trội cường độ, độ bền, tính chống thấm, so với đất nền, cột đất xi măng ứng dụng biện pháp làm tường chống thấm cho thiết kế, gia cố, sửa chữa cơng trình thủy lợi Tuy nhiên, công nghệ vật liệu khác, việc ứng dụng rộng rãi địi hỏi phải có kinh nghiệm, độ tin cậy, tính thuyết phục, lý thuyết thực nghiệm vững Để thực vấn đề này, luận văn này, tác giả tập trung nghiên cứu phân tích vấn đề sau: - Nghiên cứu tổng quát giải pháp chống thấm đập đất - Trình bày sở lý thuyết giải pháp xử lý cột đất xi măng - Nghiên cứu công nghệ khoan áp lực cao (jet grounting) để chống thấm đê đập cơng trình thủy lợi - Nghiên cứu thí nghiệm thấm trường mẫu thí nghiệm xi măng đất phịng - Dùng phần mềm Plaxis để tính tốn thấm, biến dạng ổn định cột đất xi măng đê đập Trên sở đó, đưa kết việc chọn hàm lượng xi măng, bentonite, vị trí chiều dày tường đập - Đưa kết luận kiến nghị MỤC LỤC MỞ ĐẦU Chương TỔNG QUAN VỀ CÁC BIỆN PHÁP CHỐNG THẤM NỀN CÁC CƠNG TRÌNH THỦY LỢI 1.1 Sự cần thiết xây dựng đập đất 1.2 Đập đất tính chất làm việc đập đất 1.2.1 Khái niệm đập đất 1.2.2 Đặc điểm tính chất làm việc đập đất 1.2.3 Phân loại đập đất I.2.3.1 Phân loại theo chiều cao cột nước lớn 1.2.3.2 Phân loại theo kết cấu mặt cắt ngang đập 1.2.3.3 Phân loại theo thiết bị chống thấm đập 1.2.4 Hư hỏng đập đất 1.2.4.1 Hư hỏng thấm 9 I.2.4.2 Hư hỏng mối 11 1.2.4.3 Các nguyên nhân khác 11 1.2.5 Giải pháp thiết kế xử lý chống thấm cho đập đất 11 1.2.5.1 Khi thiết kế 12 1.2.5.2 Khi thiết kế sửa chữa, nâng cấp 12 1.3 Tổng quan phương pháp chống thấm cho đập đất 1.3.1 Khoan vữa xi măng - sét (có nút bịt) 12 13 1.3.1.1 Nguyên lý cơng nghệ 13 1.3.1.2 Cơng trình thực tế áp dụng 14 1.3.2 Làm tường hào bentonite 14 1.3.2.1 Ngun lý cơng nghệ 14 1.3.2.2 Cơng trình thực tế áp dụng 15 1.3.3 Rải vải địa kỹ thuật 16 1.3.3.1 Ngun lý cơng nghệ 16 1.3.3.2 Cơng trình thực tế áp dụng 17 1.3.4 Tường cột đất trộn xi măng 17 1.3.4.1 Nguyên lý công nghệ 17 1.3.4.2 Cơng trình thực tế áp dụng cột đất xi măng 18 1.5 Nhận xét kết luận 21 Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ XỬ LÝ THẤM NỀN BẰNG CỘT ĐẤT 22 XI MĂNG 2.1 Tổng quát phương pháp cột đất xi măng 22 2.1.1 Tổng quát 22 2.1.2 Phản ứng đất xi măng 23 2.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến cọc xi măng đất: 25 2.1.3.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ 25 2.1.3.2 Những tiêu học khác 26 2.2 Phương pháp thi công cột đất xi măng: 27 2.2.1 Giới thiệu chung công nghệ trộn sâu cột đất xi măng 27 2.2.2 Phương pháp khô 29 2.2.3 Phương pháp ướt 30 2.2.3.1 Tóm tắt cơng nghệ trộn sâu 31 2.2.3.2 Q trình thi cơng theo phương pháp ướt 32 2.2.3.3 Các đặc tính kỹ thuật 34 2.3 Ngun lý tính tốn 37 2.4 Phương pháp tính tốn: 37 2.4.1 Khả chịu tải theo đất 37 2.4.2 Khả chịu tải theo vật liệu cột 38 2.4.3 Khả chống thấm 39 2.5 Ứng dụng cọc đất xi măng làm tường chống thấm đập đất cơng 41 trình thủy lợi: 2.5.1 Cơ sở bố trí tường xi măng đất đập đất 41 2.5.2 Các hình thức bố trí 42 2.5.3 Lựa chọn phương pháp tính tốn 43 2.5.4 Tính tốn kiểm tra cột đất xi măng đập đất 45 2.5.4.1 Kiểm tra xói ngầm thân đập 45 2.5.4.2 Kiểm tra lưu lượng đơn vị cho phép hạ lưu cơng trình 47 2.5.4.3 Kiểm tra mơmen uốn biến dạng tường 48 2.5.4.4 Kiểm tra ổn định tổng thể cơng trình 49 2.6 Nhận xét kết luận 50 Chương NGHIÊN CỨU CÁC CHỈ TIÊU CƠ LÝ CỦA CỘT ĐẤT XI 52 MĂNG TRONG PHỊNG THÍ NGHIỆM 3.1 Mục đích nghiên cứu 52 3.2 Thí nghiệm phịng 52 3.2.1 Mơ tả đất tự nhiên 52 3.2.2 Lựa chọn thí nghiệm thấm cơng trình tương tự 53 3.2.2.1 Chỉ tiêu lý đất cơng trình tương tự 54 3.2.2.2 Mẫu xi măng đất thi cơng cơng trình tương tự 54 3.2.2.3 Nội dung thí nghiệm cơng trình tương tự 55 3.2.3 Chọn lựa cấp phối mẫu thí nghiệm 61 3.2.3.1 Chọn lựa cấp phối mẫu xi măng đất không bentonite 61 3.2.3.2 Chọn lựa cấp phối mẫu xi măng đất với bentonite 62 3.2.4 Công tác thí nghiệm 62 3.2.4.1 Vật liệu gia cố 62 3.2.4.2 Trộn, đúc mẫu bảo dưỡng 62 3.2.4.3 Thí nghiệm nén trục không hạn chế nở hông mẫu đất gia 63 cố (UCT): 3.2.4.4 Thí nghiệm cắt trực tiếp mẫu đất gia cố 68 3.2.4.5 Thí nghiệm thấm cột nước thay đổi 72 3.3 Tổng hợp so sánh số liệu thí nghiệm: 3.3.1 Thí nghiệm nén nở hơng 76 76 3.3.1.1 Tổng hợp số liệu thí nghiệm qu 77 3.3.1.2 Tổng hợp số liệu thí nghiệm E50 78 3.3.2 Thí nghiệm cắt trực tiếp 80 3.3.2.1 Tổng hợp số liệu thí nghiệm c 80 3.3.2.2 Tổng hợp số liệu thí nghiệm φ 82 3.3.3 Thí nghiệm thấm 84 3.4 Nhận xét kết luận 86 Chương ĐÁNH GIÁ TÁC DỤNG CHỐNG THẤM CỦA VẬT LIỆU ĐẤT 88 TRỘN XI MĂNG TRONG XỬ LÝ NỀN CÔNG TRÌNH HỒ CHỨA NƯỚC VEN BIỂN TỈNH NINH THUẬN 4.1 Khái qt cơng trình 88 4.1.1 Đặc điểm điều kiện địa chất cơng trình 88 4.1.2 Vật liệu xây dựng 90 4.1.3 Biện pháp xử lý chống thấm đập 92 4.1.4 Lựa chọn phương án chống thấm đập 94 4.2 Phân tích tốn gia cố chống thấm cột đất xi măng với phần 96 mềm Plaxis 2D 4.2.1 Quan niệm mô tường cột đất xi măng 96 4.2.2 Tính tốn cụ thể 97 4.2.2.1 Chọn vị trí tường 4.2.2.2 Kiểm tra điều kiện cho phép 4.3 Chọn chiều dày tường theo hàm lượng xi măng bentonite 98 103 104 4.3.1 Sử dụng phương pháp sai phân hữu hạn để tính tốn mô men uốn 104 theo chuyển vị 4.3.1.1 Phương pháp sai phân hữu hạn 104 4.3.1.2 Khả chịu uốn tường 105 4.3.2 Tính tốn kiểm tra chiều dày tường 105 4.3.3 Tổng hợp kết tính tốn 108 4.4 Nhận xét kết luận 109 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 111 TÀI LIỆU THAM KHẢO 113 MỞ ĐẦU Đặt vấn đề Chống thấm cho cơng trình thủy lợi cát, cát yêu cầu quan trọng từ khâu khảo sát thiết kế ban đầu Nếu cơng trình sau thời gian sử dụng xuất thấm việc khơi phục, sửa chữa khó khăn tốn Trong trường hợp này, công việc khoan chống thấm làm tường xi măng đất sử dụng để xử lý thấm cho đê, đập Tuy nhiên, biện pháp chưa phổ biến cách rộng rãi so với chống thấm giải pháp công nghệ truyền thống chân khay đất, tường thép, bê tơng, Vì vậy, việc luận chứng cho vấn đề cần thiết Mục đích nghiên cứu đế tài Khi xây dựng hồ chứa cung cấp nước tưới tiêu, phát điện, cải tạo môi trường, việc lựa chọn giải pháp móng, chống thấm cho đập thường gặp khơng khó khăn cơng trình nằm khu vực có địa hình, địa chất, thủy văn, mơi trường khác Nếu khu vực xây dựng đá móng ổn định, chống thấm qua thường khoan màng chống thấm xi măng Nếu sét bồi tích mỏng biện pháp xử lý thấm thường đào chân khay, chân đanh qua tầng khơng thấm Cịn bồi tích cát sỏi q dày biện pháp nêu khó thực giá thành cao khó khăn thời gian biện pháp thi cơng Vì vậy, nghiên cứu giải pháp chống thấm cho đập đất có tầng thấm nước sâu nhu cầu cấp bách thiết thực Một vài năm gần đây, số địa phương mạnh dạn áp dụng phương pháp chống thấm, sửa chữa gia cố đập đất tường cột đất gia cố xi măng Đây phương pháp mới, tận dụng nguồn nguyên liệu chỗ, thiết bị thi công đơn giản, gọn nhẹ phù hợp với điều kiện Việt Nam nên làm giảm giá thành cơng trình, mang lại hiệu kinh tế cao Tuy nhiên, việc áp dụng rộng rãi phương pháp bị hạn chế, phần chưa xây dựng sở lý thuyết thực nghiệm vững Do đó, tốn đặt phải xây dựng sở lý thuyết cho ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - - LÝ LỊCH TRÍCH NGANG CỦA HỌC VIÊN * THÔNG TIN CÁ NHÂN - Họ tên học viên : NGUYỄN HẢI - Phái : Nam - Ngày, tháng, năm sinh : 02/05/1962 - Nơi sinh : Ninh Thuận - Chuyên ngành : Địa kỹ thuật xây dựng - MSHV : 00907540 - Địa liên lạc : BQL dự án ODA ngành Nông nghiệp Ninh Thuận Số 36 đường 16 tháng 4, thành phố Phan rang-Tháp chàm, tỉnh Ninh Thuận - Cơ quan công tác : BQL dự án ODA ngành Nông nghiệp Ninh Thuận - Điện thoại liên lạc : 0918772134 * QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO - Từ năm 1981-1986: Sinh viên Khoa Cơng trình thủy, ngành Thủy lợi tổng hợp trường Đại học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh Hệ đào tạo: Chính quy - Từ năm 2007 đến nay: Học viên cao học ngành Địa kỹ thuật xây dựng, khoa Kỹ thuật xây dựng, Đại học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh * Q TRÌNH CƠNG TÁC - Từ năm 1987-2005: Công tác Công ty Xây dựng thủy lợi Ninh Thuận, tỉnh Ninh Thuận Nhiệm vụ: Thi công công trình xây dựng thủy lợi - Từ năm 2005 đến nay: Công tác Ban quản lý dự án ODA ngành Nông nghiệp Ninh Thuận, tỉnh Ninh Thuận Nhiệm vụ: Quản lý dự án xây dựng sở hạ tầng thủy lợi, thủy sản nguồn vốn ODA tỉnh Ninh Thuận ... TÀI: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG GIẢI PHÁP CHỐNG THẤM NỀN ĐÊ ĐẬP CƠNG TRÌNH THỦY LỢI BẰNG CỘT ĐẤT XI MĂNG II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: ? ?Nghiên cứu ứng dụng giải pháp chống thấm đê đập cơng trình thủy lợi cột. .. xử lý chống thấm đê đập, đề tài tập trung nghiên cứu giải khía cạnh sau: - Nghiên cứu tổng quát giải pháp chống thấm đập đất - Tổng hợp kết nghiên cứu cột đất xi măng - Nghiên cứu công nghệ khoan... TẮT Tên đề tài Nghiên cứu ứng dụng giải pháp chống thấm đê đập cơng trình thủy lợi cột đất xi măng Tóm tắt Sự đời cơng nghệ trộn sâu cột đất xi măng góp phần đáng kể xử lý móng cơng trình xây dựng,