Nghiên cứu tính hợp lý của các giải pháp chống thấm cho công trình cống sông rớ tỉnh quảng ngãi

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA  PHAN MINH HỒNH TÊN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU TÍNH HỢP LÝ CỦA CÁC GIẢI PHÁP CHỐNG THẤM CHO CƠNG TRÌNH CỐNG SÔNG RỚ, TỈNH QUẢNG NGÃI LUẬN VĂN THẠC SĨ CHUN NGÀNH KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH THỦY Đà Nẵng – 2019 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA  PHAN MINH HOÀNH TÊN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU TÍNH HỢP LÝ CỦA CÁC GIẢI PHÁP CHỐNG THẤM CHO CƠNG TRÌNH CỐNG SƠNG RỚ, TỈNH QUẢNG NGÃI Chun ngành : Kỹ thuật xây dựng cơng trình thủy Mã số : 60.58.02.02 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : TS Nguyễn Văn Hướng Đà Nẵng – 2019 LỜI CẢM ƠN Qua trình nỗ lực phấn đấu học tập nghiên cứu thân với giúp đỡ tận tình thầy giáo Trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng bạn bè đồng nghiệp, luận văn thạc sỹ “Nghiên cứu tính hợp lý giải pháp chống thấm cho cơng trình cống sơng Rớ - tỉnh Quảng Ngãi” tác giả hồn thành Để có thành này, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS.Nguyễn Văn Hướng tận tình hướng dẫn, bảo cung cấp thông tin khoa học cần thiết trình thực luận văn Tác giả xin chân thành cảm ơn thầy giáo, cô giáo Khoa Xây dựng Thủy lợi - Thủy điện trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng giảng dạy, tạo điều kiện giúp đỡ tác giả suốt trình thực luận văn Mặc dù cố gắng hạn chế thời gian, kiến thức khoa học kinh nghiệm thực tế thân tác giả nên luận văn tránh khỏi thiếu sót Tác giả mong nhận ý kiến đóng góp trao đổi chân thành giúp tác giả hoàn thiện đề tài luận văn Xin trân trọng cảm ơn! Quảng Ngãi, tháng năm 2019 Phan Minh Hồnh LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu kết tính tốn đưa luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tác giả luận văn Phan Minh Hồnh NGHIÊN CỨU TÍNH HỢP LÝ CỦA CÁC GIẢI PHÁP CHỐNG THẤM CHO CƠNG TRÌNH CỐNG SÔNG RỚ, TỈNH QUẢNG NGÃI Học viên: Phan Minh Hồnh Chun ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình thủy Mã số: 60.58.02.02 Khóa: K35 Trường đại học Bách Khoa – Đại học Đà Nẵng Tóm tắt – Xâm nhập mặn biểu biến đổi khí hậu tác động mạnh mẽ đến đời sống toàn thể nhân dân vùng ven biển, ảnh hưởng nghiêm trọng đến trình sản xuất, canh tác địa phương, … Với tác động ấy, cống ngăn mặn sông Rớ triển khai xây dựng địa bàn huyện Đức Phổ, tỉnh Quảng Ngãi với nhiệm vụ chống mặn đảm bảo q trình lũ cho hạ du Trong đó, nghiên cứu chống thấm cho cơng trình vấn đề cần thiết, cấp bách nhằm giảm thiểu áp lực lưu lượng thấm từ biển vào, giảm độ mặn nước, đảm bảo an toàn hiệu cho cơng trình Tuy nhiên, có nhiều phương pháp chống thấm cơng trình áp dụng tồn giới kể đến như: Cọc xi măng đất, Cừ thép, Jet grountig, … Do vậy, đề tài “nghiên cứu tính hợp lý giải pháp chống thấm cho cơng trình cống sơng Rớ tác giả hồn thành Đây sở lý luận khoa học việc đánh giá tác động xác định phương án chống thấm tối ưu cho cơng trình, đảm bảo tốt điều kiện kỹ thuật kinh tế Từ khóa – Xâm nhập mặn, thấm, cọc xi măng đất, cừ thép, Jet grounting STUDY THE RATIONALITY OF WATERPROOFING SOLUTIONS FOR RO RIVER SLUICE CONSTRUCTIONS, QUANG NGAI PROVINCE Abstract – Saline intrusion is one of the manifestations of climate change that has a strong impact on the lives of all coastal people, seriously affecting the production and cultivation processes of the locality, etc In that area, Re river saline prevention sluice gate has been deployed and built in Duc Pho district, Quang Ngai province with basic tasks of preventing salinity and ensuring flood drainage for downstream In particular, research on waterproofing for buildings is an urgent and urgent issue to minimize pressure and flow infiltration from the sea, reduce the salinity of water, ensure safety and efficiency for the project However, currently there are many methods of waterproofing the foundation applied all over the world, including: soil cement piles, Cu steel, Jet grountig, Therefore, the topic "research save the reasonableness of waterproofing solutions for the Re river sewer completed by the author This is the latest scientific rationale in assessing the impact and determining the best waterproofing plan for the project, ensuring good technical and economic conditions Key words – Saline intrusion, seepage, soil cement piles, steel piles, Jet grounting MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC .6 DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ .10 MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài .2 Cấu trúc luận văn CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU .3 1.1 Khái quát chung khu vực nghiên cứu 1.1.1 Vị trí cơng trình 1.1.2 Điều kiện tự nhiên a Điều kiện địa hình, địa mạo b Đặc điểm địa chất c Điều kiện địa chất thủy văn .6 1.1.3 Đặc điểm khí hậu, khí tượng a Điều kiện khí hậu b Các đặc trưng khí tượng .7 1.1.4 Điều kiện thủy hải văn a Đặc điểm mạng lưới sơng ngịi b Chế độ thủy triều c Chế độ nước vùng dự án 10 1.2 Điều kiện dân cư – hạ tầng 10 1.2.1 Tình hình dân cư 10 1.2.2 Tình hình phát triển kinh tế 10 a Về nông nghiệp 10 b Về lâm nghiệp 11 c Về nuôi trồng thủy sản 11 d Công nghiệp - xây dựng, Thương mại – Dịch vụ 11 e Giao thông .11 1.3 Tình hình thiên tai khu vực dự án .11 1.3.1 Ngập úng .11 1.3.2 Hạn hán 12 1.3.3 Nhiễm mặn 12 1.4 Đánh giá trạng khu vực dự án 12 1.4.1 Vị trí xây dựng 12 1.4.2 Nhiệm vụ cơng trình .13 1.4.3 Thông số kỹ thuật cống sông Rớ 13 CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT BÀI TOÁN THẤM DƯỚI NỀN CỐNG 15 2.1 Sự hình thành dịng thấm 15 2.2 Vấn đề nghiên cứu dòng thấm 15 2.3 Phương pháp nghiên cứu 16 2.3.1 Nghiên cứu lý luận 16 2.3.2 Nghiên cứu thực nghiệm .17 2.3.3 Phương pháp phần tử hữu hạn .18 2.3.4 Áp dụng phương pháp PTHH cho toán thấm 20 a Phương trình dịng chảy ổn định mơi trường đất bão hịa nước 20 b Phương trình dịng chảy khơng ổn định mơi trường đất bão hịa 22 CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP KỸ THUẬT THIẾT KẾ XỦ LÝ CHỐNG THẤM QUA NỀN CỐNG NGĂN MẶN TẠI VÙNG CỬA SÔNG 26 3.1 Sự cần thiết phải nghiên cứu 26 3.2 Một số giải pháp giải pháp kỹ thuật chống thấm qua cống 27 3.2.1 Cọc xi măng đất 27 a Lịch sử hình thành 27 b Khái niệm phân loại 28 c Phạm vi ứng dụng 29 d Ưu điểm bật cọc xi măng đất 29 3.2.2 Công nghệ Jet – Grouting 29 3.2.3 Cừ Larsen 31 3.3 Phân tích phương án xử lý đề xuất trước 33 3.4 Đề xuất giải pháp cho công trình nghiên cứu .35 CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG BÀI TOÁN THẤM - ỨNG SUẤT NỀN SỬ DỤNG MƠ HÌNH GEO STUDIO 38 4.1 Tổng quan mơ hình 38 4.1.1 SEEP/W: Phân tích dịng thấm đất 38 a Định luật Darcy 39 b Phương trình vi phân dịng nước phần 39 4.1.2 SIGMA/W: Phân tích ứng suất – biến dạng 41 4.2 Áp dụng tính tốn cho cống ngăn mặn sông Rớ 43 4.2.1 Nhiệm vụ tính tốn 43 4.2.2 Kịch tính tốn .44 4.2.3 Xây dựng mơ hình tính tốn sử dụng GeoStudio (Canada) 44 a Mô tả mặt cắt tính tốn 44 b Khai báo hàm thấm 46 c Lưới tính tốn 48 d Điều kiện biên toán 48 e Chạy mô 49 f Kết mô 49 4.2.4 Đánh giá nhận xét 56 a Bài toán thấm 56 b Bài toán biến dạng 57 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .58 I Kết luận 58 II Kiến nghị .58 TÀI LIỆU THAM KHẢO 60 PHỤ LỤC 1: XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN THÂN CỐNG PHỤ LỤC 2: SƠ BỘ BỐ TRÍ CỌC XI MĂNG ĐẤT DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Các tiêu lý đất cơng trình Bảng 1.2: Các đặc trưng nhiệt độ khơng khí Bảng 1.3: Các đặc trưng độ ẩm khơng khí Bảng 1.4: Bức xạ tổng cộng thực tế tháng năm (Kcal/cm2) .8 Bảng 1.5: Thống kê nắng năm Bảng 1.6: Tình hình dân sinh xã Phổ Minh 10 Bảng 1.7: Thông số kết cấu cống sông Rớ 13 Bảng 3.1: Thông số kết cấu cống sông Rớ 33 Bảng 4.1: Tính chất lý đất cống ngăn mặn sông Rớ 46 Bảng 4.2: Tổng hợp kết tính tốn toán thấm cho trường hợp 51 Bảng 4.3: Kết tổng hợp tính tốn chuyển vị vị trí đáy cống .56 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Vị trí khu vực nghiên cứu Hình 1.2 Vị trí khu vực nghiên cứu (Ảnh chụp ngày 22/04/2019) 12 Hình 1.3: Cống sơng Rớ nhìn từ sơng Trường 13 Hình 1.4: Thi công phần cửa cống 14 Hình 1.5: Thi cơng phần trụ 14 Hình 1.6: Bề rộng cống 14 Hình 1.7: Vị trí tiếp giáp với sơng Trường 14 Hình 2.1: Dịng thấm mơi trường lỗ rỗng khe nứt .15 Hình 2.2: Mơ hình thí nghiệm thấm máng kính 17 Hình 2.3: Thí nghiệm thấm khe hẹp 17 Hình 2.4: Sơ đồ phần tử chiều 19 Hình 2.5: Sơ đồ phần tử chiều 19 Hình 2.6: Sơ đồ phần tử chiều 19 Hình 3.1: Cơng trình cống ngăn mặn tỉnh Bến Tre 26 Hình 3.2: PP trộn khô cọc xi măng đất 28 Hình 3.3: PP trộn ướt cọc xi măng đất 28 Hình 3.4 Quy trình xử lý phương pháp Jet Grouting 30 Hình 3.7 Sơ đồ thiết bị dùng cơng nghệ Jet Grouting .31 Hình 3.9: Mặt cắt dọc cống sông Rớ .34 Hình 3.10: Phương án chống thấm chân khay 35 Hình 3.11: Mặt cắt thiết kế chống thấm cừ Larsen 36 Hình 3.12: Mặt cắt thiết kế chống thấm Cọc xi măng đất – PP Jet Grounting 37 Hình 4.1: Bộ Module GeoStudio 38 Hình 4.2: Mơ mặt cắt trạng chân khay .44 Hình 4.3: Mơ mặt cắt cống chống thấm cừ Larsen 45 Hình 4.4: Mơ mặt cắt cống chống thấm Cọc xi măng đất 45 Hình 4.5: Ước tính giá trị hàm lượng nước 46 Hình 4.6: Ước tính giá trị hàm dẫn thủy lực .46 Hình 4.7: Khai báo giá trị hàm lượng nước lớp thứ (đất cát) 47 Hình 4.8: Khai báo hàm dẫn thủy lực cho lớp thứ (đất cát) .47 Hình 4.9: Khai báo lưới phần tử 48 Hình 4.10: Mơ tả áp lực thân cống tác dụng lên cống .48 Hình 4.11: Biểu đồ Gradient thấm - Phương án 49 58 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ I Kết luận Căn vào kết đánh giá trạng cống ngăn mặn sơng Rớ mơ hình dịng thấm sử dụng mơ hình chiều Geostudio, tác giả nhận định số kết luận sau: - Cơng trình cống ngăn mặn sông Rớ hoạt động vùng triều thay đổi mạnh, nơi tiếp giáp với sông Trường cách cửa Mỹ Á khoảng 500m phía Đơng Bắc Biên độ triều lớn có giá trị +0.89m cửa cống có cao trình lớn mực nước nhỏ đồng -0.17m, chênh lệch tạo dịng thấm từ sơng Trường vào hướng đồng, gây nhiễm mặn cho vùng sản xuất nông nghiệp; - 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 dòng 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, vào điều kiện kỹ thuật chống thấm cho cống ngăn mặn sông Rớ, 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,…) II Kiến nghị - Nghiên cứu chống thấm cho cơng trình vùng triều đề tài cần xem xét phát triển điều kiện trước vấn đề xâm nhập mặn biến đổi khí hậu Nhiệm vụ quan trọng phải tìm phương án chống thấm cần thiết phù hợp, vật liệu đủ bền điều kiện ăn mòn nước biển, đảm bảo yêu cầu thiết kế chống thấm an tồn cho cơng trình; phát huy vai trị, nâng cao hiệu sản xuất nông nghiệp bảo vệ môi trường; - Cần vào điều kiện địa chất cơng trình, chế độ thủy văn nhiệm vụ cụ thể vùng dự án để lựa chọn giải pháp chống thấm kết cấu phù hợp cho cơng trình ngăn mặn; 59 - Giải pháp chống thấm vừa phải đảm bảo yêu cầu kỹ thuật, vừa phải đảm bảo điều kiện kinh tế, đảm bảo hài hòa, nâng cao hiệu hoạt động sử dụng cơng trình; - 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 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu nước [1] QCVN 04-05:2012/BNNPTNT – Các quy đinh chủ yếu thiết kế cơng trình Thủy lợi Năm 2012 [2] Tiêu chuẩn TCVN 8216: 2019 – Về thiết kế đập đất đầm nén Năm 2009 [3] Tiêu chuẩn TCVN 9403: 2012 – Gia cố đất yếu – Phương pháp trụ đất xi măng Hà Nội Năm 2012 [4] Tiêu chuẩn TCVN 9116: 2012 – Cống hộp bê tông cốt thép Năm 2012 [5] Lý thuyết tính tốn thấm biến dạng phần mềm Geostudio Năm 2012 [6] Module đàn hồi loại đất http://wasabi-kobold.blogspot.com/2015/01/mo-un-hoi-cua-cac-loai-at.html [7] Công nghệ Jet Grounting chống thấm cho cơng trình thủy lợi http://wasabikobold.blogspot.com/2015/01/mo-un-hoi-cua-cac-loai-at.html [8] Ứng dụng Jet Grounting đề chống thấm cho cống đê http://vict.com.vn/vi/ung-dung-jet-grouting-de-chong-tham-cho-cong-duoi-de Tài liệu nước [1] Deep soil mixing (DSM) Improvement of weak soils by the DSM method [2] Design of a soil mixed composite gravity wall P.J Nicholson, J.K Mitchell, E.W Bahner, and Y Moriwaki American Society of Civil Engineers Rutgers, New Jersey June 1998 [3] International Conference on Deep Mixing Best Practice and Recent Advance Stockholm, Sweden May 23-25, 2005 PHỤ LỤC XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN THÂN CỐNG Để xác định tải trọng tác dụng lên đơn vị tính tốn, vào Báo cáo kỹ thuật Công ty tư vấn & CGCN trường Đại học Thủy lợi cung cấp, thống kê khối lượng phần thân công sông Rớ thể Bảng PL1-1 Bảng PL1-1: Thống kê khối lượng phần thân cống sông Rớ Nội dung TT BTCT M300 Thép Khối lượng Trọng lượng (kg) 523 m3 1,307,500 26788 kg 26,788 3 Bê tông M100 33 m 82,500 Bê tông M300 m3 12,500 Thép dàn van + cửa van 4867 kg 4,867 Tổng cộng trọng lượng toàn thân cống 1,434,155 Để đơn giản q trình tính tốn, tác giả kiến nghị đưa số giả thiết: Tải trọng tác dụng lên thân cống (tại trọng bên & tải trọng thân) phân bố tồn thân cống Hình PL1-1: Mặt cắt ngang thân cống Căn vào mặt cắt ngang hình PL1-1, sơ tính tốn bề rộng thân cống là: B  605   2420  cm   24.2  m  Khi đó, tải trọng phân bố tính tốn cho 1m2 tính là: P  1,434.155   24.2 13  4.56 (Tấn) ~ 45.6 kPa PHỤ LỤC 2: SƠ BỘ BỐ TRÍ CỌC XI MĂNG ĐẤT Mục đích phương pháp cải thiện đặc trưng đất, tăng cường độ kháng cắt, giảm tính nén lún, cách trộng đất với xi măng (vữa xi măng) để chúng tương tác với đất Sự đổi tốt nhờ trao đổi ion bề mặt hạt sét, gắn kết hạt đất, lấp lỗ rỗng sản phầm phản ứng hóa học Hình PL2-1: Sơ đồ phương pháp ứng dụng trộn ướt 2.1 Mơ hình bố trí trụ Mơ hình bố trí trụ cho cọc xi măng đất sử dụng phương pháp trộn ướt có loại phân bố Hình PL2-2 Hình PL2-2: Sơ đồ bố trí trụ trộn ướt mặt đất Căn vào nhiệm vụ yêu cầu thiết kế cơng trình cống ngăn mặn sơng Rớ, đảm bảo giảm độ lún khả chống thấm tốt cho cơng trình, tác giả kiến nghị lựa chọn kiểu bố trí kiểu tường với hình thức trụ trùng trộn ướt (Hình PL2-3) Hình PL2-3: Sơ đồ bố trí trụ trùng trộn ướt, thứ tự thi cơng Mặt đứng Mặt Hình PL2-4: Bố trí cọc xi măng đất 2.2 Phương pháp thi cơng Có công nghệ thi công cọc xi măng đất phổ biến giới Công nghệ Bắc Âu Công nghệ Nhật Bản Lựa chọn phương pháp thi công cọc theo Công nghệ Nhật Bản sơ xác định số kích thước sau: + Số lượng trục trộn: trục; + Đường kính: 1.2m; + Chiều sâu cọc: 20m; + Vị trí lỗ phun: Cần cánh; + Áp lực phun: 500 kPa; + Vị trí phun: Ngay chân khay phía Sơng cống ... trình làm sở cho việc thiết kế cống sông Rớ, tỉnh Quảng Ngãi Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Cống sông Rớ - Phạm vi nghiên cứu: Chống thấm qua Phương pháp nghiên cứu - Điều...  PHAN MINH HỒNH TÊN ĐỀ TÀI 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 Mã số : 60.58.02.02... Phan Minh Hồnh NGHIÊN CỨU TÍNH HỢP LÝ CỦA CÁC GIẢI PHÁP CHỐNG THẤM CHO CƠNG TRÌNH CỐNG SƠNG RỚ, TỈNH QUẢNG NGÃI Học viên: Phan Minh Hoành Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình thủy Mã số: