Nghiên cứu giải pháp công nghệ xây dựng đập đất trong điều kiện độ ẩm cao vùng miền trung

Học viên : Trần Văn Hiển Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 113 LỜI CẢM ƠN Trong trình thực hiện, giúp đỡ Giáo sư, Tiến sĩ Trường Đại Học Thuỷ Lợi, công trường đồng nghiệp, tác giả hoàn thành luận văn Tác giả chân thành cảm ơn NGND.GS.TS Lê Kim Truyền, TS Nguyễn Hữu Huế, Trường Đại học Thuỷ Lợi Hà Nội tận tình hướng dẫn giúp đỡ để tác giả hồn thành luận văn Cảm ơn cơng trường Hồ Tả Trạch, Hồ chứa nước Khe Ngang, Hồ chứa nước Thuỷ Yên, Công ty CPTVXD Thuỷ Lợi 2, Công ty CPTVXD Thuỷ Lợi Việt Nam, Tổng công ty XD Thuỷ Lợi 4, Ban Quan lý XD Thuỷ Lợi 5, Sở NN&PTNT Tỉnh Thừa Thiên Huế giúp đỡ tác giả có đủ tài liệu phục vụ cho việc thực luận văn Tác giả xin chân thành cảm ơn thầy cô trường Đại học Thuỷ Lợi Hà Nội, thầy khoa Cơng trình tận tụy giảng dạy tác giả suốt trình học đại học cao học trường Tuy có cố gắng định xong thời gian có hạn, trình độ thân cịn hạn chế, luận văn khơng thể tránh khỏi thiếu sót Tác giả kính mong thầy bạn đồng nghiệp dẫn, góp ý xây dựng, tạo thêm thuận lợi để tác giả tiếp tục học tập hoàn thiện đề tài nghiên cứu Xin chân thành cảm ơn ! Hà Nội, ngày 25 tháng 11 năm 2010 Tác giả TRẦN VĂN HIỂN Nghiên cứu giải pháp & công nghệ xây dựng đập đất ĐK độ ẩm cao Miền Trung Học viên : Trần Văn Hiển 113 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ DANH MỤC CÁC BIỂU BẢNG MỞ ĐẦU CHƯƠNG ĐẶC ĐIỂM CÔNG TÁC & CÁC PHƯƠNG PHÁP THI CƠNG ĐẤT 1.1 Đặc điểm cơng tác đất 1.2 Thành phần kết cấu đất phân loại đất 1.3 Các phương pháp thi công đập đất 1.4 Các cố đập đất 1.5 Những học kinh nghiệm thiết kế, thi công đập đất 1.6 Kết luận chương 8 10 11 23 29 31 CHƯƠNG NHỮNG NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN THIẾT KẾ & THI CÔNG ĐẬP ĐẤT 2.1Đặc điểm tự nhiên vật liệu đắp Miền Trung 2.2 Đặc tính kỹ thuật đất Miền Trung tiếp xúc với nước 2.3 Những nhân tố tự nhiên, kỹ thuật ảnh hưởng đến thiết kế, thi công đập Miền Trung 2.4 Tiêu chuẩn, quy định thiết kế đập đất 2.5 Kết luận chương 32 43 50 52 53 CHƯƠNG LỰA CHỌN GIẢI PHÁP THIẾT KẾ, THI CÔNG ĐẬP ĐẤT TRONG Đ/K ĐỘ ẨM CAO 3.1 Ảnh hưởng độ ẩm đến kết cấu làm việc đập 55 3.2 Lựa chọn giải pháp thiết kế đập đất gặp độ ẩm cao 60 3.3 Ảnh hưởng độ ẩm đến q trình thi cơng đập đất 66 3.4 Lựa chọn độ ẩm thích hợp thiết kế đập đất thi công PP đầm 68 3.5 Những giải pháp giảm độ ẩm khống chế độ ẩm đất thi công 73 3.6 Lựa chọn công nghệ thi công đập đất 79 3.7 Kết luận chương 82 CHƯƠNG CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG ĐẬP TẢ TRẠCH TRONG Đ/K ĐỘ ẨM CAO 4.1 Giới thiệu cơng trình Hồ Tả Trạch 4.2 Giải pháp thiết kế Hồ Tả Trạch 4.3 Công nghệ thi công Hồ Tả Trạch 4.4 Lựa chọn độ ẩm giải pháp khống chế độ ẩm tkế, thi công Hồ Tả Trạch 4.5 Kiểm tra giám sát chất lượng thi công đập đất Hồ tả Trạch 4.6 Đánh giá hiệu công nghệ thi công đập đất Hồ Tả Trạch điều kiện độ ẩm cao 4.7 Những học kinh nghiệm thiết kế, tổ chức quản lý chất lượng thi công Hồ Tả Trạch 83 87 89 91 91 94 94 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 5.1 Kết luận 98 Nghiên cứu giải pháp & công nghệ xây dựng đập đất ĐK độ ẩm cao Miền Trung Học viên : Trần Văn Hiển 113 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 5.2 Khuyến nghị TÀI LIỆU THAM KHẢO Nghiên cứu giải pháp & công nghệ xây dựng đập đất ĐK độ ẩm cao Miền Trung 98 103 Học viên : Trần Văn Hiển 113 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1: Quan hệ pha Hình 1.2 ÷ Hình 1.4: Một số hình ảnh máy thi cơng Hình 1.5: Bị xói ngầm thân đập Hình 1.6: Vỡ đập xói ngầm Hình 1.7: Sạt mái hạ lưu Hình 1.8: Sạt mái thượng lưu Hình 3.1: Đường cong quan hệ độ ẩm đất độ chặt Hình 3.2: Mặt cắt đập khối Hình 3.3: Mặt cắt đập khối Hình 3.4: Mặt cắt đập khối Hình 3.5: Biểu đồ quan hệ cơng đầm độ ẩm trường Hình 3.6: Đường cong đầm nén Proctor hệ số thấm Kt Hình 3.8: Đường biến thiên độ ẩm đất tàn tích trầm tích Hình 3.7: Quan hệ dung trọng khơ độ ẩm Hình 4.1: Vị trí cụm cơng trình Hồ Tả Trạch Hình 4.2: Mặt bố trí chung Hồ Tả Trạch Hình 4.3: Bóc tầng phủ đào rãnh nước hạ thấp ẩm mỏ Hình 4.4: Cầy xới phơi đất mặt đập bóc lớp đất khơng đạt độ ẩm Hình 4.5: Xử lý mặt đập sau mưa ủ ẩm bãi trữ Hình 4.6: Tổ chức thi cơng mặt đập Hình 4.7: Thí nghiệm kiểm tra chất lượng khối đất đắp Hình 4.8: Mặt vai phải sau mùa lũ năm 2009 Hình 4.9: Mặt vai phải sau mùa lũ năm 2010 chuẩn bị chặn dịng Nghiên cứu giải pháp & cơng nghệ xây dựng đập đất ĐK độ ẩm cao Miền Trung Học viên : Trần Văn Hiển 113 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật DANH MỤC CÁC BIỂU BẢNG Bảng 1.1 & 1.2 : Phân cấp đất dùng cho đào thủ công & máy Bảng 1.3: Phân loại cố theo số lượng hồ chứa nước Bảng 1.4: Phân loại cố theo quy mô hồ chứa Bảng 2.1: Chỉ tiêu lý lớp Bùn sét, bùn sét Bảng 2.2: tiêu lý lớp cát rời Bảng 2.3: Tính chất lý đất sườn tàn tích đá bazan trẻ (k/ phân chia) Bảng 2.4: Tính chất lý đất sườn tàn tích đá bazan cổ - lớp Bảng 2.5: Tính chất lý đất sườn tàn tích đá bazan cổ - lớp Bảng 2.6: Tính chất lý đất sườn tàn tích đá bazan cổ - lớp Bảng 2.7: Tính chất lý đất sườn tàn tích đá phun trào dacite, riolit, j3-k1 (không phân chia) Bảng 2.8: Tính chất lý đất sườn tàn tích đá trầm tích lục nguyên sét bột kết, cát bột kết j1-2 – lớp Bảng 2.9: Tính chất lý đất tàn tích đá trầm tích lục nguyên sét bột kết, cát bột kết j1-2 – lớp Bảng 2-10: Tính chất lý đất tàn tích đá trầm tích lục nguyên sét bột kết, cát bột kết j1-2 – lớp Bảng 2-11: Tính chất lý đất sườn tàn tích đá xâm nhập granitoit-lớp1 Bảng 2-12: Tính chất lý đất tàn tích đá xâm nhập granitoit-lớp Bảng 2.13: Tiêu chuẩn phân loại theo tiêu chuẩn Liên Xô Bảng 2.14: Tiêu chuẩn phân loại trương nở dựa theo số EI Bảng 2.15: Hệ số trương nở tự loại đất hàm lượng hạt sét khác Bảng 2.16: Hệ số trương nở tự mẫu có hàm lượng sỏi sạn (d >2mm) khác (Mẫu đất Hồ Thuận Ninh – Bình Định) Bảng 2.17: Hệ số lún ướt đất đập sông Quao Bảng 3.1: Mức độ tan rã sau 60 phút mẫu đất chế bị dung trọng khơ γc = 1,75T/m3 có độ ẩm ban đầu khác Bảng 3.2: Sự thay đổi góc ma sát Φ lực dính C đất có hệ số đầm nén (K) khác ứng với độ ẩm tốt sau ngâm bão hoà Nghiên cứu giải pháp & công nghệ xây dựng đập đất ĐK độ ẩm cao Miền Trung Học viên : Trần Văn Hiển 113 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Bảng 3.3: Sự thay đổi góc ma sát Φ lực dính C đất có hệ số đầm nén (K) khác theo thời gian ngâm mẫu Bảng 3.4: Quan hệ độ ẩm công đầm ứng với loại đầm tĩnh 25 tấn, chiều dày lớp rải 30cm Bảng 3.5: Hệ số lún ướt tương đối (am) nhóm mẫu đất chế bị có độ chặt, độ ẩm ban đầu ứng với hệ số đầm nén K=1 ; 0,95; 0,9 thuộc nhánh trái đường đầm nén Proctor Bảng 3.6: Hệ số lún ướt tương đối am nhóm mẫu chế bị có dung trọng khô γyc, ứng với hệ số đầm nén K= 1; 0,95; 0,90 độ ẩm ban đầu W = Won: Bảng 3.7: Quan trắc độ ẩm mỏ vật liệu cơng trình Tả Trạch Bảng 3.8: Cường độ giảm độ ẩm (%/h) lớp mặt lớp cách 15cm cơng trình Sơng Quao Bảng 3.9: Cường độ giảm độ ẩm (%/h) lớp mặt lớp cách 15cm cơng trình Thác Mơ Bảng 3.10: Cường độ giảm độ ẩm (%/h) lớp mặt lớp cách 15cm cơng trình Lộc Quang Bảng 3.11: Cường độ giảm độ ẩm (%/h) lớp mặt lớp cách 15cm cơng trình Lộc Quang Bảng 3.12: Cường độ giảm độ ẩm (%/h) lớp mặt lớp cách 15cm cơng trình Nam H’ring Bảng 3.13: Tổng hợp số thay đổi độ ẩm theo thời gian Bảng 3.14: Chỉ tiêu đất lớp 2b nguồn gốc trầm tích cổ có tiêu Bảng 3.15: Chỉ tiêu đất lớp nguồn gốc trầm tích cổ có tiêu Bảng 3.16: Cường độ giảm độ ẩm (%/h) lớp mặt lớp cách 15cm cơng trình Hồ Tả Trạch Bảng 3.17: Chiều cao tiêu chuẩn khoang đào Bảng 3.18: Kết thí nghiệm đầm nén trường số cơng trình B¶ng 4.1: Tỉng hợp tiêu kinh tế kỹ thuật chủ yếu công trình Bng 4.2: Tn sut ly mu thi nghiệm công tác đắp Bảng 4.3: Số ngày mưa tháng năm Nghiên cứu giải pháp & công nghệ xây dựng đập đất ĐK độ ẩm cao Miền Trung Học viên : Trần Văn Hiển 113 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật MỞ ĐẦU I TÍNH CẤP THIẾT ĐỀ TÀI Nguồn nước thiếu cho sống, cho phát triển kinh tế xã hội Nhưng nước tập trung nhiều vào vùng gây ngập lụt vùng khác hạn hán Ở Việt Nam, lượng nước phân bố không theo không gian thời gian, nhiều nơi 70÷80% lượng nước năm tập trung chủ yếu vào 3÷5 tháng mùa mưa Việc xây dựng hệ thống thuỷ lợi góp phần vào điều hồ nguồn nước, dẫn nước tới nơi cần thiết giảm nhẹ ngập lụt xẩy mưa lũ Cho nên, xây dựng thuỷ lợi kết cấu hạ tầng quan trọng toàn xã hội Miền Trung vùng đời sống nhân dân cịn nhiều khó khăn bị thiên tai lũ lụt thường xuyên, vùng thiếu nước nghiêm trọng Cho nên hướng đầu tư thuỷ lợi cho Miền Trung chủ yếu xây dựng kho nước đầu nguồn sông để tiếp nguồn giảm lũ cho hạ du Khu vực Miền Trung Đảng Nhà nước ưu tiên đầu tư phát triển kinh tế xã hội, yêu cầu phát triển nguồn nước lớn phải trước bước Sau 20 năm đổi với phát triển ngành kinh tế, nhà nước đầu tư xây dựng nhiều hệ thống thuỷ lợi đặc biệt hồ chứa mà cơng trình đầu mối đập vật liệu địa phương phục vụ cho phát triển kinh tế Trong năm gần tình hình biến đổi thời tiết, mùa mưa thường kéo dài cường độ mưa lớn, rõ nét tỉnh Miền Trung Nếu với thiết kế, thi công nhiều cơng trình như: Hồ Chuồi, Hồ Tả Trạch – Thừa Thiên Huế, Hồ Phú Ninh… Thường bị kéo dài thời gian từ đến năm làm tăng kinh phí đầu tư, giảm hiệu dự án đặc biệt làm chậm phát triển kinh tế xã hội Để rút ngắn thời gian thi công bảo đảm tiến độ đặt cần phải nghiên cứu công nghệ xây dựng đập đất điều kiện độ ẩm cao cần thiết có ý nghĩa lớn kinh tế, kỹ thuật giúp nhà thiết kế có giải pháp phù hợp, chủ đầu tư, nhà thầu, TVGS có phương án xây dựng đập đáp ứng tiến độ đảm bảo điều kiện ổn định kết cấu cơng trình II MỤC TIÊU LUẬN VĂN Nghiên cứu giải pháp & công nghệ xây dựng đập đất ĐK độ ẩm cao Miền Trung Học viên : Trần Văn Hiển 113 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Tìm giải pháp kết cấu đập công nghệ thi công đập đất điều kiện độ ẩm cao Tìm giới hạn độ ẩm tối đa giải pháp xử lý độ ẩm thi công đập đất theo phương pháp đầm nén III PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Nghiên cứu lý thuyết: Nghiên cứu sở khoa học, lý thuyết liên quan đến đất thi công đất Phương pháp kế thừa: Nghiên cứu tài liệu, đề tài nghiên cứu lĩnh vực thi cơng đất có liên quan, phân tích lựa chọn cơng nghệ phù hợp Phương pháp khảo sát thực địa, thống kê tổng kết kinh nghiệm thực tế cơng trình thi cơng Miền Trung IV NỘI DUNG - Mở đầu - Chương 1: Đặc điểm công tác đất phương pháp thi công đập đất - Chương 2: Những nhân tố ảnh hưởng đến thiết kế thi công đập đất - Chương 3: Lựa chọn giải pháp thiết kế, thi công đập đất đ/k độ ẩm cao - Chương 4: Công nghệ xây dựng đập Tả Trạch điều kiện độ ẩm cao - Kết luận khuyến nghị - Tài liệu tham khảo Nghiên cứu giải pháp & công nghệ xây dựng đập đất ĐK độ ẩm cao Miền Trung Học viên : Trần Văn Hiển 113 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật CHƯƠNG ĐẶC ĐIỂM CÔNG TÁC & CÁC PHƯƠNG PHÁP THI CÔNG ĐẤT 1.1 Đặc điểm công tác đất 1.1.1 Khối lượng lớn thời gian thi công kéo dài Quá trình thi cơng cơng trình thủy lợi phải tiến hành công tác đào đắp đất Dù cơng trình bê tơng, bê tơng cốt thép, cơng trình đá, đặc biệt cơng trình đất khối lượng cơng trình đào đắp chiếm tỉ lệ lớn Ví dụ như: Cơng trình Cửa Đạt đào đắp 40 triệu m3; Hồ Tả Trạch 18 triệu m3… - Khối lượng lớn, cường độ thi công cao - Hiện trường thi công chật hẹp (do nằm phạm vi hố móng) gây trở ngại cho việc đào vận chuyển đất - Mức độ giới hóa thi công phải cao, thời gian thi công hạn chế - Yêu cầu chất lượng khối đắp cao cơng trình có cột nước lớn - Cơng tác thi công đất chịu ảnh hưởng trực tiếp điều kiện tự nhiên điều kiện địa hình, địa chất, địa chất thủy văn, thời tiết khả cung ứng nhân lực, vật lực v.v Do để hồn thành nhiệm vụ cần phải có tổ chức hợp lý, cần phải lợi dụng lúc thời tiết thuận tiện để thi công, đặc biệt thi công vượt lũ bảo đảm chất lượng cơng trình theo thiết kế 1.1.2 Ảnh hưởng yếu tố khí hậu, thời tiết đến thi cơng đất a Ảnh hưởng khí hậu Ở nước ta có mùa rõ rệt mùa mưa mùa khô, mùa mưa thường từ tháng đến tháng 11, lượng mưa tập trung lớn chiếm khoảng 70÷80% lượng mưa năm, số ngày thi cơng đất thấp, nhiều tháng đạt 10÷15 ngày có đạt 10 ngày Vì để thi cơng đảm bảo chất lượng đạt tiến độ cần có biện pháp thi công mùa mưa Mùa khô, từ tháng 12 đến tháng lượng mưa ít, thời gian thi cơng dài có tháng đạt từ 23÷26 ngày, nên cần chuẩn bị đầy đủ điều kiện tranh thủ thi cơng, độ ẩm khơng khí nhỏ lượng bốc nhanh cần có giải pháp giữ ẩm để bảo đảm chất lượng cơng trình đẩy nhanh tiến độ thi công vượt lũ Nghiên cứu giải pháp & công nghệ xây dựng đập đất ĐK độ ẩm cao Miền Trung Học viên : Trần Văn Hiển 113 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật b Ảnh hưởng mưa bão Trung bình hàng năm, nước ta bị ảnh hưởng từ 6÷8 bão Thời gian bão kéo dài 2÷5 ngày kèm theo có mưa to gây ngập lụt diện rộng Khi thi cơng khơng có phương án phịng chống cơng trình có khả bị lũ trơi c Ảnh hưởng độ ẩm khơng khí, cường độ nắng, gió Các yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến độ ẩm đất đắp đập Khi cường độ nắng lớn, độ ẩm khơng khí nhỏ, có gió nhẹ cần rải đất 1÷2 h đầm nén đạt yêu cầu ngược lại d Ảnh hưởng dòng chảy Dòng chảy lũ, đặc biệt lũ tiểu mãn thường mang theo bùn cát với đặc điểm sông suối Miền Trung ngắn dốc nên lũ tập trung nhanh Khi thi công phải tập trung vượt lũ khơng cơng trình bị phá hoại Mùa khơ dịng chảy nhỏ, số đập phụ thiếu nước phụ vụ thi công 1.1.3 Ảnh hưởng cường độ thiết bị đến thi công đất Đối với thi công đất, để đạt tiết độ phải thực với cường độ thi công lớn thường từ 250.000÷350.000m3/tháng Cho nên tập trung nhiều loại máy móc thiết bị sử dụng máy móc thiết bị có tải trọng lớn, dẫn tới khó khăn tổ chức mặt thi công giao thông công trường Thời gian thi công chủ yếu tập trung mùa khô, nên phải lựa chọn số thiết bị hợp lý để thi công đạt tiết độ giảm giá thành xây dựng (không phải vận chuyển thiết bị nhiều lần) 1.1.4 Ảnh hưởng địa hình Cấu tạo địa hình mặt cơng trường, lịng sơng hai bờ khu vực cơng trình ảnh hưởng trực tiếp đến việc bố chọn giải pháp thi cơng Vì địa hình tương đối dốc chọn đào vận chuyển đất máy cạp kết hợp máy đầm Ngược lại địa hình dốc, có chia cắt chọn tổ hợp thiết bị máy đào vận chuyển ôtô máy ủi máy đầm 1.1.5 Ảnh hưởng địa chất a Độ ẩm đất Thành phần đất trình bày mục 1.2 bao gồm hạt rắn, nước không Nghiên cứu giải pháp & công nghệ xây dựng đập đất ĐK độ ẩm cao Miền Trung ... Tìm giải pháp kết cấu đập công nghệ thi công đập đất điều kiện độ ẩm cao Tìm giới hạn độ ẩm tối đa giải pháp xử lý độ ẩm thi công đập đất theo phương pháp đầm nén III PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Nghiên. .. 3.5 Những giải pháp giảm độ ẩm khống chế độ ẩm đất thi công 73 3.6 Lựa chọn công nghệ thi công đập đất 79 3.7 Kết luận chương 82 CHƯƠNG CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG ĐẬP TẢ TRẠCH TRONG Đ/K ĐỘ ẨM CAO 4.1 Giới... TVGS có phương án xây dựng đập đáp ứng tiến độ đảm bảo điều kiện ổn định kết cấu cơng trình II MỤC TIÊU LUẬN VĂN Nghiên cứu giải pháp & công nghệ xây dựng đập đất ĐK độ ẩm cao Miền Trung Học viên