I. Tính cấp thiết của đề tài
1.4.4. Công nghệ chống thấm bằng tườnghào đất-bentonite
Đây là công nghệ được dùng khá phổ biến Mỹ và Canada, công nghệ này được sử dụng tại những nơi không yêu cầu cường độ cao. Việc sử dụng công nghệ này đem lại hiệu quả rất lớn về nâng cao khả năng chống thấm và giảm giá thành công trình. Trong luận văn này tác giả tập chung vào nghiên cứu về công nghệ chống thấm bằng tường hào đất - bentonite, chi tiết về tường hào bentonite sẽđược miêu tả như sau:
Ứng dụng của hào Đất - Bentonite
Theo thống kê ở Mỹ hiện nay các hào bentonie xây dựng vào khoảng 2000 công trình, lớn hơn nhiều so với các giải pháp khác vi dụ như hào ĐXB chỉ chiếm khoảng 50 – 100 công trình. Cho hầu hết các trường hợp về quản lý dòng chảy ngầm tại những nơi không yêu cầu cao về cường độ như ngăn chặn
21
nước ngầm thoát ra từ các bãi thải, ngăn chặn hoặc giảm thiểu hiện tượng thấm qua nền và thân Đập – Đê, ngăn chặn nước mặn xâm nhập… sử dụng giả pháp hào đất- bentonite luôn đem lại hiệu quả kinh tế tốt hơn. Thông qua tính toán sơ bộ cho thấy thi công một hào ĐB với kích thước dài - rộng - sâu: 20 - 0.6 - 10 (m) sẽ giảm được 20 – 30 % giá thành so với hào xi măng- bentonite tại thời điểm hiện hành. Và hệ số thấm cũng giảm đáng kể 10-7 với hào đất-bentonite và 10-5 với hào xi măng - bentonite.
Bảng 2.1. Tthống kê một số công trình tường hào đất - bentonite đã xây dựng trên thế giới Kích thước Hệ số thấm TT Địa điểm xây dựng Mục đích sử dụng Năm xây dựng Dài (m) Rộng (m) Sâu (m) (m/s) 1 Thị trấn Fort McMurray - Canada
Ngăn không cho thải công nghiệp của quá trình sử lý dầu xâm nhập vào dòng sông cạnh khu vực khai thác - 2600 0.9 50 1E-09 2 Newcastle Stellwork Ngăn chặn nhiễm độc nước ngầm cho vùng Newcastle steelworks 2007 1500 0.91 49 1E-09 3 Sông Hunter - Australia Ngăn chặn nhiễm độc nước ngầm xâm nhập vào dòng sông 2006 5300 0.9 49 1E-09
22 4 Sông Peribonka - Canada Sử lý thấm qua nền đập 2006 450 0.8 50 - 5 Chalervoix Chống rò rỉ rác thải hại nhân xâm nhập vào nước ngầm của
địa phương - 365 0.5 6 1E-10 6 Hồ Greeley - Bắc Mỹ Chống thấm cho nền đập 2002 2550 0.91 20 1E-09 7 Ithaca Chống thấm cho bãi
Rác thải 2003 3330 0.9 10 1E-09
8 Kawasaki - Nhật
Ngăn chăn nước thải thoát ra từ nhà máy lọc dầu 1984 12000 0.9 26 - 9 Phía nam Florida Chống thấm cho nền đập 2006 - 0.75 24 1E-10
10 Marysville Chống thấm cho đê 1996 2859 0.61 19.2 <1.00E-9 11 Sydney - Australia Chống thấm cho nền đập 2004 925 1 19.8 1E-09 12 Yuba City - Pháp
Ngăn chặn nguy cơ phá hoại đê gây ra bởi hiện tượng thấm
trong mùa lũ.
2004 100000 0.9 22 1E-09
23
Hình 1.17. Một số công trình hào đất- bentonite được xây dựng
Các yêu cầu của tường hào đất – bentonite:
Yêu cầu về mặt kỹ thuật:
- Đảm bảo lượng nước thấm qua đập nhỏ hơn lưu lượng thấm cho phép của công trình.
- Đảm bảo ổn định hai bên vách hào, không xói ngầm đối với nền công trình.
- Giảm được áp lực thấm lên bản đáy công trình .
- Phù hợp với điều kiện kỹ thuật và năng lực máy móc thiết bị hiện nay. Yêu cầu về kinh tế: Phương án được đặt ra có giá thành rẻ hoặc ở mức có thể chấp nhận được. Đôi khi phương án được chọn chưa hẳn là phương án rẻ nhất mà là phương án tối ưu nhất trên cơ sở phân tích so sánh cả về kinh tế và kỹ thuật.
24
Cấp phối vật liệu đất – bentonite :
Việc thiết kế cấp phối cho hỗn hợp đất- bentonite phụ thuộc vào nhiều yếu tố như loại đất, điều kiện của dự án, giá của vật liệu, và bảng liệt kê về yêu cầu kỹ thuật.
Qua tham khảo các tài liệu trên thế giới và kết quả thí nghiệm trong phòng và hiện trường thấy rằng hàm lượng Bentonite chiếm khoảng từ 3% - 5% so với khối lượng đất khô đối với Bentonite Úc và khoảng 4 – 7 % đối với Bentonite Việt nam tùy thuộc vào tính chất của đất cũng như yêu cầu cụ thể của công trình. Ngoài ra để cải thiện một số tính chất của hỗn hợp việc cho thêm tro bay vào hỗn hợp cũng đã được xem xét. Khi thay thế một phần bentonite bằng tro bay các tính chất kỹ thuật của hỗn hợp được cải thiện, lượng nước dùng sẽ giảm, khả năng chống thấm và cường độđược cải thiện.
Độ sụt của hỗn hợp đất- bentonite phù hợp với điều kiện thi công nằm trong khoảng 100 – 200 mm, và tốt nhất là khoảng 130 – 160 mm. Tương ứng với độ sụt nói trên thì hàm lượng nước chiếm khoảng 30% - 35% trong hỗn hợp đất- bentonite.
Kích thước hào bentonite:
Theo kinh nghiệm hào bentonite thường có bề rộng từ 0.5 ÷ 1.2m, bề rộng của hào phụ thuộc vào cột nước trước hào, hệ số thấm của đất đào hào và bản thân hào. Tùy theo yêu cầu kỹ thuật người thiết kế sẽ đưa ra kích thước hào hợp lý, đảm bảo điều kiện chống thấm, điều kiện ổn định của hào và điều kiện máy móc hiện có trên thị trường. Thông thường khi chiều sâu hào không lớn lắm sử dụng máy xúc thủy lực cần dài để dào hào bề rộng của hào 60 - 80 cm, đối với các công trình có chiều sâu lớn để phù hợp với điều kiện của máy thi công đặc biệt là dung tích của gầu đào (thường hay sử dụng cẩu nặng 60 tấn có gầu đào loại cáp treo kích thước 2.8m*0.6m*6m, nặng 7.5 tấn).
25
Ưu điểm:
- Thi công hào theo phương pháp này vách hào có khả năng ổn định cao, có thể sử lý chống thấm tại những khu vực có chiều sâu tương đối lớn.
-Tận dụng được khả năng máy móc thi công, một máy có thể làm nhiều nhiệm vụ (ví dụ: Máy ủi có thể dùng để san, trộn vật liệu và đổ vật liệu vào hào; Máy đào thủy lực có thể dùng đểđào hào và trộn vật liệu ..), vật liệu lấp hào chủ yếu được lấy ra từ hào hoặc phải chế bị thêm đất ở nơi khác (nếu vật liệu đào ra từ hào không đảm bảo chất lượng) qua đó giảm chi phí xây dựng công trình.
-Không đòi hỏi khắt khe tiến độ thi công; khi hào bị hỏng dễ dàng tiến hành sửa chữa.
-Mô đun đàn hồi của hào xấp xỉ với mô đun đàn hồi của đất bên cạnh do đó mặt tiếp giáp của hào và đất bên vách hào ổn định hơn so với công nghệ thi công hào ximăng - bentonite.
Nhược điểm:
-Cường độ của vật liệu làm hào không cao, do đó không thể xây dựng hào tại những vị trí yêu cầu cường độ cao.
*Tóm lại qua thực tiễn xây dựng và nâng cấp đập đất thời gian qua
chúng tôi nhận thấy rằng: Khó khăn lớn nhất là chống thấm cho nền đập có
lớp cát-cuội-sỏi dày không thể bóc bỏ được, vùng xây dựng công trình lại
khan hiếm đất sét làm vật chống thấm, nếu sử dụng khoan phụt cao áp hoặc
rải vải địa kỹ thuật thì hiệu quả chống thấm không cao, hơn nữa địa hình xây dựng lại chật hẹp. Trong trường hợp này giải pháp chống thấm thích hợp nhất là làm tường hào betonite, đây là một trong những giải pháp chống thấm rất hiệu quả nhưng còn khá mới mẻ ở Việt Nam. Những công trình trước đây
26
khi vận dụng vật liệu xi măng- bentonite dẫn đến giá thành rất lớn, do vậy để giảm giá thành mà vẫn đảm bảo kĩ thuật, nghiên cứu áp dụng thêm loại hình
tường hào đất – bentonite. Tuy nhiên trong khi thiết kế một câu hỏi được đặt
ra là cần chọn kích cỡ hào, dung trọng ..., ảnh hưởng của quá trình cố kết như thế nào? Để trả lời câu hỏi này chúng tôi tiến hành tính toán và phân tích các số liệu thu được trong các chương tiếp theo.
27
CHƯƠNG II
CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN ỨNG SUẤT- BIẾN DẠNG TƯỜNG HÀO ĐẤT - BENTONITE