Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng bentonite đến tính thấm của tường hào xi măng bentonite

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan, công trình nghiên cứu độc lập thân với giúp đỡ giáo viên hướng dẫn Những thông tin, liệu, số liệu đưa luận văn trích dẫn rõ ràng, đầy đủ nguồn gốc Những số liệu thu thập tổng hợp cá nhân đảm bảo tính khách quan trung thực Hà Nội, ngày 24 tháng năm 2017 Tác giả Nguyễn Bá Cương i LỜI CẢM ƠN Tác giả luận văn xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Nguyễn Cảnh Thái người hướng dẫn trực tiếp tác giả thực luận văn Xin cảm ơn thầy dành nhiều cơng sức, trí tuệ thời gian để tác giả hoàn thành luận văn nghiên cứu thời hạn Tác giả xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo giảng dạy thời gian học cao học Trường Đại học Thuỷ lợi, thầy cô giáo Khoa Cơng trình thầy giáo phịng thí nghiệm địa kỹ thuật Trường Đại học Thuỷ lợi Hà Nội, phòng Đào tạo đại học sau đại học tận tình giúp đỡ truyền đạt kiến thức để tơi hồn thành luận văn Cuối tác giả xin chân thành cảm ơn bạn bè, đồng nghiệp gia đình động viên, khuyến khích để tác giả hồn thiện luận văn nghiên cứu Hà Nội, ngày 24 tháng năm 2017 Tác giả Nguyễn Bá Cương ii MỤC LỤC 1.Tính cấp thiết đề tài 2.Mục đích đề tài 3.Phạm vi nghiên cứu đề tài 4.Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu .2 5.Kết dự kiến đạt CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐẬP VẬT LIỆU ĐỊA PHƯƠNG,THẤM VÀ XỬ LÝ CHỐNG THẤM QUA ĐẬP VÀ NỀN TƯỜNG HÀO XI MĂNG – BENTONITE 1.1.Tổng quan hồ đập Việt Nam 1.2.Các vấn đề an toàn thấm qua đập nền, nguyên nhân biện pháp xử lý 1.2.1.Thấm qua đập đất 1.2.2.Nguyên nhân thấm qua thân đập đất 1.2.3.Các biện pháp chống thấm cho đập đất 1.2.3.1.Chống thấm cho cơng trình xây dựng .6 1.2.3.2.Chống thấm cho cơng trình xây dựng trước 10 1.3.Công nghệ chống thấm qua đập tường hào Bentonite 11 1.4.Giới thiệu chi tiết tường chống thấm xi măng bentonite 13 1.4.1.Chức tường hào chống thấm bentonite .13 1.4.2.Các yêu cầu tường chống thấm xi măng – bentonite 13 1.4.3.Cấp phối vật liệu xi măng – bentonite 14 1.4.4.Kích thước hào bentonite 15 1.4.5.Quy trình thi cơng hào xi măng – bentonite 15 1.4.5.1.Bố trí mặt cơng trường .15 1.4.5.2.Lựa chọn bố trí thiết bị, dụng cụ kiểm tra, thí nghiệm 16 1.4.5.3.Bố trí tường dẫn .17 1.4.5.4.Bố trí sơ đồ đào 18 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT THÍ NGHIỆM VÀ TÍNH TỐN TƯỜNG HÀO BENTONITE .20 2.1.Phương pháp thí nghiệm ảnh hưởng hàm lượng bentonite 20 iii 2.1.1 Lựa chọn vật liệu 20 2.1.2 Lựa chọn cấp phối thí nghiệm 22 2.1.3 Phương pháp thí nghiệm .23 2.2 Lựa chọn phương pháp tính tốn thấm phù hợp 24 2.2.1 Phương pháp học chất lỏng: 24 2.2.2 Phương pháp thủy lực: 26 2.2.3.Phương pháp thực nghiệm: 27 2.2.4 Phương pháp số: 27 a Phương pháp sai phân 27 b Phương pháp phần tử hữu hạn 28 2.3 Các phương pháp giải toán ổn định 30 2.3.1 Tiêu chuẩn phá hoại Mohr – Coulomb .30 2.3.2 Các phương pháp tính ổn định trượt 30 2.4 Lựa chọn phần mềm tính tốn 32 CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN TÍNH THẤM TƯỜNG HÀO XI MĂNG – BENTONITE 34 3.0 Đặt vấn đề .34 3.1 Đặc điểm,tính chất thành phần xi măng bentonite ứng dụng xây dựng 35 3.1.1.Đặc điểm ,tính chất thành phần bentonite .35 3.1.2.Đặc điểm ,tính chất thành phần xi măng .37 3.1.3.Tro bay 39 3.2 Thí nghiệm xác định tiêu lý tường hào ứng với hàm lượng khác 40 3.2.1 Trộn hỗn hợp vật liệu 40 a Chuẩn bị vật liệu chế tạo mẫu 40 b Đúc mẫu 42 c Bảo dưỡng mẫu 43 3.2.2 Thí nghiệm xác định hệ số thấm 44 3.2.3 Kết thí nghiệm 48 CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG TÍNH TỐN CHO ĐẬP CHÍNH HỒ CHỨA NƯỚC TÂN DÂN, XÃ THIỆN KẾ, HUYỆN SƠN DƯƠNG, TỈNH TUN QUANG .62 iv 4.1 Giới thiệu cơng trình 62 4.2 Các tiêu lý lựa chọn 62 4.3 Đề xuất biện pháp an toàn 65 4.3.1 Hạ điểm áp lực đường đo áp: 65 4.3.1 Điều khiển biên hạ lưu 65 4.3.3 Gia tải hạ lưu 66 4.4 Tính tốn thấm ổn định, so sánh chọn kích thước phận chống thấm .66 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 71 KẾT LUẬN 71 NHỮNG HẠN CHẾ 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO 73 PHỤ LỤC 74 v DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Thấm ngang thân đập đồng chất .4 Hình 1.2: Thấm bùng nhùng ngang thân đập Hình 1.3: Đập có tường lõi mềm Hình 1.4: Đập có tường nghiêng mềm Hình 1.5: Đập đất đồng chất có tường Hình 1.6: Đập có tường lõi chân tường nghiêng chân Hình 1.7: Chống thấm cho cọc 10 Hình 1.8: Chống thấm tường nghiêng, sân phủ .10 Hình 1.9: Tường chống thấm xi măng – bentonite 11 Hình 1.10: Thi cơng hào Bentonite 12 Hình 1.11: Hệ thống ủ vật liệu 16 Hình 1.12: Máy đào gầu nặng 7,5 cơng ty Bachy Soletanche 17 Hình 1.13: Mơ hình tường dẫn 17 Hình 1.14: Thi cơng theo thứ tự từ panel có số thứ tự bé đến panel có thứ tự lớn 19 Hình 2.1 So sánh màu sắc loại Bentonite Trugeo, Trường Thịnh Hùng Ngọc 21 Hình 2.2 Xi măng Vicem cơng ty Hồng Thạch .22 Hình 2.3 : Sơ đồ tính thấm theo phương pháp học chất lỏng 24 Hình 2.4: Sơ đồ tính thấm theo phương pháp thủy lực 26 Hình 2.5: Sơ đồ tính thấm theo sai phân 28 Hình 2.6: Sơ đồ phần tử tam giác 29 Hình 3.1 : Bột Bentonite Trugel 35 Hình 3.2 : Hỗn hợp ximăng – bentonite tách nước co ngót 37 Hình 3.3 : Công ty sản xuất xi măng 38 Hình 3.4 : Tro bay Phả Lại dùng cho thí nghiệm 40 vi Hình 3.5 : Dung dịch bentonite trương nở sau 24 tiếng 41 Hình 3.6 : Sàng mắt nhỏ dùng để trộn vật liệu .41 Hình 3.7 : Trộn xi măng tro bay với dung dịch bentonite trương nở 42 Hình 3.8 : Đổ hỗn hợp vật liệu vào khuôn 43 Hình 3.9 : Chế độ bảo dưỡng mẫu 44 Hình 3.10 : Sơ đồ thiết bị đo thấm dùng thí nghiệm 45 Hình 3.11 : Vật liệu cắt dao vịng chuẩn bị làm thí nghiệm .46 Hình 3.12 : Tiến hành thí nghiệm thấm 47 Hình 3.13 : Ba mẫu thí nghiệm bảo đưỡng điều kiện khơ, ẩm bão hịa 49 Hình 3.14 : Biểu đồ tổng hợp kết thí nghiệm thấm mẫu bảo dưỡng điều kiện khô 50 Hình 3.15 : Biểu đồ tổng hợp kết thí nghiệm thấm mẫu bảo dưỡng điều kiện ẩm 51 Hình 3.16 : Biểu đồ tổng hợp kết thí nghiệm thấm mẫu bảo dưỡng điều kiện bão hòa 52 Hình 3.17 : Biểu đồ kết thí nghiệm thấm tỉ lệ theo thời gian 57 Hình 3.18: Hệ số thấm mẫu thí nghiệm có tổng khối lượng hạt mịn .59 Hình 3.19: Hệ số thấm mẫu thí nghiệm có khối lượng bentonite có thay đổi cấp phối xi măng phụ gia .59 Hình 3.20: Hệ số thấm mẫu thí nghiệm có thành phần cát 60 Hình 4.1 : Sơ đồ mặt cắt tính tốn thấm trường hợp 67 Hình 4.2 : Sơ đồ mặt cắt tính tốn thấm trường hợp 67 Hình 4.3 : Các đường đẳng gradien J xy 68 Hình 4.4 : Các đường đẳng gradien J xy 68 Hình 4.5 : Các đường đẳng gradien J xy 69 vii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Thông số kỹ thuật Bentonite Trugeo 21 Bảng 2.2 Thông số kỹ thuật Bentonite Trường Thịnh 21 Bảng 2.3 Thông số kỹ thuật Bentonite Hùng Ngọc .21 Bảng 3.0 Tiến thành thí nghiệm với cấp phối khác .34 Bảng 3.1 Đặc trưng lý tro bay Phả Lại 40 Bảng 4.1.Thông số kỹ thuật hồ chứa 63 Bảng 4.2 Hệ số thấm vật liệu dùng cho tính toán 66 Bảng 4.3 Kết tính thấm 68 viii MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Đập vật liệu địa phương loại hình ngăn sơng sử dụng phổ biến nước ta toàn giới.Tận dụng nguồn vật liệu sẵn có phổ biến khu vực xây dựng cơng trình, giá thành xây dựng rẻ nhiều so với loại hình ngăn sơng khác.Trong trình khai thác sử dụng số đập xuất số cố, hư hỏng, ổn định cơng trình Có nhiều ngun nhân dẫn đến cố, hư hỏng đập đất đầm nén không tốt, sử lý tiếp giáp kém, thiết bị nước bị hỏng, ảnh hưởng dịng thấm… Theo báo cáo tổng kết giới, công trình thuỷ lợi làm vật liệu địa phương bị hư hỏng dòng thấm gây nguyên nhân lớn chiếm khoảng 35 ÷ 40% tổng số nguyên nhân gây hư hỏng Vì việc sử lý thấm cho đập, lúc thiết kế lúc sửa chữa đóng vai trị quan trọng đảm bảo cho hoạt động hiệu an toàn đập [1] Trong năm gần công nghệ thi cơng chống thấm cho cơng trình xây dựng nói chung cơng trình thủy lợi nói riêng phát triển mạnh đa dạng Bên cạnh biện pháp truyền thống :đắp sân phủ, đắp chân khay,tường lõi sét,cừ ván chống thấm… nhiều công nghệ nghiên cứu ứng dụng như: Tường hào chống thấm Bentonite, công nghệ khoan vữa áp lực cao, màng chống thấm vải địa kỹ thuật… Bentonite vật liệu ứng dụng làm tường chống thấm lần vào năm 1999 cơng trình thủy lợi Dầu Tiếng tiếp cơng trình Am Chúa, IaKao, Easoup Thượng – Đắk Lắc, Dương Đông –Kiên Giang… cho hiệu chống thấm tốt với giá thành hợp lý Tuy nhiên, cơng trình tường chống thấm thi công biện pháp đào hào dung dịch Bentonite thiết kế, kiểm tra chất lượng dựa theo kinh nghiệm hay số liệu công trình có nước ngồi số cơng trình nước Điều gây nhiều khó khăn cơng tác thiết kế, thi công công tác đánh giá kiểm định chất lượng tường chống thấm Hiện công tác thiết kế, nâng cấp, sửa chữa nhằm mục tiêu an toàn hồ đập phạm vi nước trọng Việc ứng dụng công nghệ xây dựng tường hào chống thấm Bentonite có tính khả thi hiệu cao Do đặt vấn đề cần có nghiên cứu đầu tư kĩ lưỡng, đề xuất biện pháp tiêu chuẩn thiết kế, thi cơng thích hợp đơn giản yêu cầu thiết Mục đích đề tài Nghiên cứu ảnh hưởng hàm lượng Bentonite đến tính thấm tường hào Xi măng – Bentonite.Qua đề xuất giải pháp chống thấm hợp lý cho đập hồ chứa nước Tân Dân, xã Thiện Kế,huyện Sơn Dương, tỉnh Tun Quang đảm bảo cơng trình ổn định kinh tế Phạm vi nghiên cứu đề tài - Các loại tường hào xi măng để chống thấm cho đập - Ứng dụng cho đập hồ chứa nước Tân Dân Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu - Điều tra ,thống kê tổng hợp tài liệu nghiên cứu có ngồi nước có liên quan đến đề tài - Nghiên cứu cở sở lý thuyết - Tiến hành thí nghiệm phịng thí nghiệm - Lựa chọn phương pháp tính tốn,mơ hình tính tốn phần mềm hợp lý để tính tốn phân tích khả chống thấm Kết dự kiến đạt - Quan hệ hàm lượng Bentonite với tính thấm tường hào xi măng – bentonite với thông số hào - Kết ứng dụng cho đập hồ chứa nước Tân Dân, xã Thiện Kế, huyện Sơn Dương, tỉnh Tuyên Quang ... chống thấm qua đập tường hào Bentonite 11 1.4.Giới thiệu chi tiết tường chống thấm xi măng bentonite 13 1.4.1.Chức tường hào chống thấm bentonite .13 1.4.2.Các yêu cầu tường chống thấm xi. .. nghiên cứu sâu thay đổi hàm lượng bentonite tường hào xi măng – bentonite việc thí nghiệm với cấp phối khác để kiểm tra ảnh hưởng hàm lượng bentonite tới hệ số thấm tường hào Nhằm đưa giá trị thực... đảm yêu cầu chống thấm Như dựa vào đặc tính bentonite xi măng người ta nghiên cứu sản xuất vữa xi măng – bentonite dùng để xây dựng tường chống thấm Trong công nghệ vữa xi măng – bentonite vừa có