1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỒ CHỨA KHU VỰC MIỀN TRUNG – TÂY
2.5. NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP CHỐNG THẤM CHO ĐẬP ĐẤT 31
2.5.1. Các công nghệ chống thấm hiện nay
Cho đến nay đã có nhiều giải pháp chống thấm có thể sử dụng cho đập đất. Các giải pháp chính có thể dùng là:
1/ Tường nghiêng, sân phủ bằng vật liêu chống thấm; 2/ Tường chống thấm bằng cừ bê tông/ bê tông dựứng lực 3/ Khoan phụt truyển thống (khoan phụt thông thường)
4/ Khoan phụt vữa Xi măng tuần hoàn áp lực cao (khoan phụt cao áp) 5/ Hào bê tông – sét;
6/ Công nghệ có sử dụng vật liệu Colloidal Silica.
2.5.1.1. Tường nghiêng, sân phủ bằng vật liêu chống thấm
a.Tường nghiêng, sân phủ bằng đất sét
Đây là hình thức chống thấm bằng cách kéo dài đường viền thấm để làm giảm lưu lượng và áp lực thấm đã được áp dụng cho nhiều công trình hiện nay. Thảm sét địa kỹ thuật (GCLs) thường dùng để chống thấm, có thể làm tường nghiêng đập đất. Thảm có độ dày 1 ÷ 1,5 cm, có hệ số thấm k cỡ 1 x10-11 m/s, được sản xuất sẵn trong nhà máy hoặc khai thác tại chỗ nếu khu vực công trình sẵn có..
¾Ưu điểm: Giải pháp này có thể thi công nhanh, đơn giản. Giá thành chống thấm rẻ khi xây dựng công trình mới.
¾Nhược điểm: Khả năng ứng dụng thảm sét địa kỹ thuật để chống thấm cho các hồ hiện tại là có thể, nhưng giá thành có thể sẽ rất cao do phải nhập vật liệu đặc biệt là những khu vực không có sẵn nguồn vật liệu sét như Miền Trung – Tây Nguyên. Đồng thời đói với các hồ đang sử dụng thì việc tháo cạn hồ, thi công bóc bỏ và tạo mới mái đập, làm khô lòng hồ để thi công là hết sức khó khăn nên giải pháp này thường không được ưu tiên lựa chọn.
b.Tường nghiêng, sân phủ bằng bằng các loại vật liệu mới như màng HDPE, thảm sét ĐKT ...
Giải pháp này cũng đã được sử dụng tại một sốđập vừa và nhỏ, tuy nhiên số lượng chưa nhiều. Ví dụ như:
-Đập phụ hồ Dầu Tiếng: Khi sửa chữa đã chọn giải pháp kéo dài sân phủ bằng màng HDPE dày 1,5mm;
-Đập Đá Bạc, Nhà Đường (Hà Tĩnh): Sử dụng màng HDPE rải lên mái thượng lưu;
-Đập Sông Biêu (Ninh Thuận): Sử dụng thảm sét địa kỹ thuật (GEO-CLAY) làm tường nghiêng trên mái thượng lưu;
Đây là một giải pháp về hiệu quả về lây dài cần phải theo dõi và đánh giá hiệu quả về mặt kinh tế, kỹ thuật. Tuy nhiên nhìn chung cần phải xem xét kỹ do việc thi công gặp khó khăn khi hồđang tích nước.
2.5.1.2. Tường chống thấm bằng cừ bê tông/ bê tông dựứng lực
Truờng hợp chiều cao đập và nền cần xử lý chống thấm không quá lớn Hđ + hn ≤ 20m, lớp bồi tích không có đá lăn, đá tảng có thể làm tường chống thấm bằng cừ bản bêtông cốt thép ứng suất trước. Một số đập vùng Tây Nguyên, Nam Trung Bộ có thể sử dụng giải pháp này. Tuy vậy, nếu áp dụng kết cấu cừ hiện nay (chịu được tải trọng ngang lớn) thì giải pháp cừ dựứng lực có thể sẽ đắt so với các giải
pháp khác, nguyên nhân chính là giá thành chế tạo cừ có cường độ cao rất đắt. Chính vì thế, có thể cải tiến cừ cho phù hợp với sự làm việc của chúng trong đập đất (không chịu tải trọng ngang lớn lắm), như thế sẽ giảm được giá thành và có thể có tính cạnh tranh cao so với các phương án khác. Điều quan trọng là vẫn giữ giải pháp thi công hạ cọc như cừ dựứng lực.
Trong trường hợp cần phải chôn sâu cừ xuống nền mà địa chất nền không cho phép cần phải có giải pháp hỗ trợ như khoan phụt chống thấm mở rộng quanh chân cừ,…
Để áp dụng giải pháp này đối với việc chống thấm cho các đập hiện trạng sẽ gặp một số khó khăn khi cần phải khảo sát địa chất nền rất kỹ trong khi các tài liệu địa chất đã từng khảo sát thiết kếđập được thực hiện từ lâu hầu hết là không đầy đủ và độ tin cậy không cao. Ngoài ra, đây là một giải pháp có giá thành thi công cao, phương tiện thi công có tải trọng lớn dễ gây ảnh hưởng bất lợi lên công trình hiện hữu do đó giải pháp này cũng không được ưu tiên để lựa chọn.
2.5.1.3. Khoan phụt truyền thống
Giải pháp này sử dụng máy khoan vào nền đập, sau đó phụt vữa vào thân và nền đập. Phương pháp này khoan phụt tạo ra các màn chống thấm thẳng đứng. Tùy theo vữa sử dụng mà có các phương pháp khác nhau:
+ Phương pháp xi măng hóa sử dụng vữa xi măng, xi măng + cát, xi măng + cát + sét và có thể thêm phụ gia.
+ Phương pháp bitum hoá (thường giá thành cao). + Phương pháp sét hóa.
+ Phương pháp silicat hoá. …
Phương pháp nay ra đời khá lâu, đem lại hiệu quả chống thấm tốt nên được sử dụng rộng rãi ở Việt Nam cũng như trên thế giới. Phương pháp này đã được ứng
dụng thànhcông ở một số công trình như: Đê quai đập Bái Thượng (Thanh Hóa); đập Suối Hành, tràn Nam Thạch Hãn; Thủy điện Na Hang (Cao Bằng); Đê Vân Cốc, Đập Đồng Mô (Hà Nội); Hồ Pa Khoang (Điện Biên); Hồ Khe CHè (Quảng Ninh); Hồ Núi Một (Bình Định); Đê quai hồ Thạch Nham (Quảng Ngãi) ...
¾Ưu điểm: Ưu điểm chung của phương pháp khoan phụt vữa là có thể xử lý gia cố và chông thấm cho cả nền đất và đá, công nghệ thi công phù hợp với trình độ và thiết bị thi công hiện nay. Có thể tùy ý tạo ra bề rộng màn chống thấm bằng cách gia tăng số hàng khoan phụt, có thể kiểm tra hiệu quả giải pháp ngay khi tiến hành khoan phụt thí nghiệm, chiều sâu khoan phụt không hạn chế (có thể lên đến 250m), giá thành xử lý thấp. Đây là một giải pháp đáp ứng tương đối đầy đủ các yêu cầu về kinh tế và kỹ thuật nên luôn được ưu tiên lựa chọn.
¾Nhược điểm: Hiệu quả chống thấm của giải pháp này không cao khi áp dụng cho nền công trình là đất cát mịn, đất bùn yếu hoặc những vùng có mực nước ngầm cao và dòng thấm mạnh thì sẽ không kiểm soát được dòng vữa phụt sẽđi theo hướng nào.
2.5.1.4. Khoan phụt vữa Xi măng tuần hoàn áp lực cao (khoan phụt cao áp)
Bản chất của khoan phụt vữa xi măng tuàn hoàn áp lực cao cũng giống như phương pháp khoan phụt truyền thống là dùng áp lực để đưa vữa xi măng lấp đầy vào các khe nứt của nền đá , hang hốc ở dưới nền của công trình, vết rạn vỡ của bê tông, khe tiếp giáp của các công trình hoặc giữa nền và công trình thông qua các lỗ khoan. Xi măng cùng với kết cấu các thể rắn trở thành khối bê tông vững chắc. Tác dụng tạo thành màng chống thấm dưới nền công trình và gia tăng cường độ cho nền công trình, đặc biệt là đối với các loại nền nằm trong đới nứt nẻ mạnh, đá phong hóa mạnh đến vừa.
¾Ưu điểm: Giải pháp này cho xác suất thành công lớn hơn khoan phụt thông thường do áp lực phụt lớn, vữa đi được xa hơn và khẳ năng lấp nhét và các lỗ rỗng tốt hơn. Giá thành của giả pháp hợp lý và biện pháp thi công không quá phức tạp. Đây là giải pháp được ưu tiên sử dụng chống thấm cho nền đập.
¾Nhược điểm: Khi phụt vữa cho mỗi đoạn là toàn bộ lỗ chịu áp lực cao và khả năng vữa xuyên đi xa có thể gây đẩy trồi đất khu vực lân cận. Đối với chống thấm thân đập, khi áp lực phụt vữa quá lớn có thể gây đẩy trồi đất, ảnh hưởng xấu đến công trình.
2.5.1.5. Tường hào sét
a/ Công nghệ
Công nghệ tường hào sét được phát triển từ lâu. Ở nước ta, GS. Trần Như Hối và cộng sự đã nghiên cứu từ những năm 1970, ứng dụng chống thấm khi thi công chống thấm chân khay đập chính hồ chứa Kẻ Gỗ, Núi Cốc; thi công chân tường chống thấm đập Bái Thượng.
Trên thế giới, công nghệ tường hào sét rất phát triển, đặc biệt là dạng tường hào sét + xi măng + phụ gia. Gần đây công nghệ này đã du nhập vào nước ta, trước hết là qua công ty Bachy Soletanche (công ty xây dựng nền móng của Pháp), sau đó là do Việt Nam chế tạo.
Công nghệ này không quá phức tạp, chỉ là đào hào qua phần cần chống thấm rồi đổ dung dịch vữa vào hào. Vấn đề quan trọng nhất là tạo ra dung dịch vữa thích hợp, đây là bí quyết của các nhà thầu. Thông thường, thành phần dung dịch phải tạo được tường có hệ số thấm K ≤ 10-6cm/s, cường độ chịu nén tối thiểu phải lớn hơn trị số giới hạn xác định theo cột nước trước và sau tường, thường ≥ 1,5 kg/cm2.
¾Ưu điểm: Giải pháp này có xác suất thành công rất cao, chủ động kiển soát được chất lượng.
¾Nhược điểm: Độ sâu tường còn hạn chế (công nghệ ở nước ta hiện nay giới hạn đến độ sâu khoảng 40 m, trên thế giới thì lớn hơn). Tuy vậy độ sâu này là hoàn toàn thích hợp cho các hồ chứa trong khu vực nghiên cứu
Giá thành xây dựng thường cao hơn phương pháp khoan phụt, mặc dù giá thành trong những công trình về sau này đã được giảm xuống.
b/ Khả năng ứng dụng cho vùng nghiên cứu
Có thể ứng dụng cho các đập hiện nay vùng Trung bộ và Tây Nguyên (đập không cao, công nghệ tường hào sét khả thi, một số công trình đã thi công loại này). Thích nghi khi thấm rất lớn (tầng cát, cuội, sỏi, đất đắp có hệ số thấm lớn,…), vùng thấm khó xác định.
2.5.1.6. Khoan phụt kiểu tia (Jet-Grouting)
Đây là công nghệ Nhật Bản, được ứng dụng rộng rãi trong xử lý nền, làm tường chắn đất, bờ kè,…
Công nghệ khoan phụt kiểu tia được thực hiện bằng khoan xoay và phụt vữa xi măng. Vữa được phụt qua vòi phun với áp suất cao (200÷400 atm) và tốc độ lớn, các phần tử đất xung quanh bị xới tơi ra và hòa trộn với vữa phụt đông cứng tạo thành một khối “Xi măng – đất”. Công nghệ cọc đất + xi măng được thi công rất đơn giản, sử dụng mũi khoan lớn (theo yêu cầu) phá vỡ kết cấu đất rồi trộn lẫn với xi măng và sét tạo nên một hỗn hợp có cường độ và khả năng chống thấm tùy theo yêu cầu đặt ra.
¾Ưu điểm:
-Phạm vi áp dụng rộng, thích hợp với mọi loại đất từ bùn sét đến cuội sỏi; -Có thể xử lý các lớp đất yếu một cách cục bộ, không ảnh hưởng đến các lớp đất tốt;
-Có thể xử lý dưới móng hoặc các kết cấu hiện có mà không gay ảnh hưởng đến công trình;
-Thi công được trong nước;
-Mặt bằng thi công nhỏ, ít chấn động, ít tiếng ồn, hạn chế tối đa đến các công trình lân cận;
-Thiết bị nhỏ gọn, có thể thi công trong không gian có chiều cao hạn chế và có nhiều chướng ngại vật. Giá thành thi công phù hợp
¾Nhược điểm:
-Có thể gây ra trương nở nền và gây ra các chuyển vị quá giới hạn trong lòng đất. Áp lực rất lớn có thẻ gây nên rạn nứt nền đất lân cận và tia vữa có thẻ lọt và các công trình ngầm sẵn có;
-Đối với nền đất chứa nhiều túi bùn hoặc rác hữu cơ thì axit humic trong đất có thẻ làm chậm hoặc phá hoại quá trình ninh kết của hỗn hợp xi măng – đất.
-Còn một số vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu thực nghiệm trước khi áp dụng là (1) hệ số thấm theo thành phần vữa đất + xi măng + cát, (2) khả năng thấm lớn ở mối nối giữa các cọc đất và biện pháp xử lý. Trong tương lai, đây là một giải pháp có nhiều tiềm năng áp dụng cần được đầu tư nghiên cứu sâu hơn.
2.5.1.7. Công nghệ có sử dụng vật liệu Colloidal Silica
Đây là một công nghệ chống thấm mới đang được nghiên cứu để đưa vào ứng dụng thực tếở Việt Nam. Công nghệ này sử dụng vật liệu Colloidal Silica – là loại vật liệu có thể đông rắn trong nước, có đặc tính cơ lý như tỉ trọng, độ nhớt tương đương với nước; khi bơm vào đất, vật liệu sẽ chuyển động theo dòng thấm thẩm thấu vào các lỗ hổng trong đất và đông rắn (keo hóa) trong một khoảng thời gian nhất định (có thể kiểm soát thời gian đông rắn). Công nghệ này cho hiệu quả chống thấm rất tốt và có khả năng ứng dụng có hiệu quảđối với công tác xử lý thấm cho các đập đất nói chung, tuy nhiên đây là công nghệ mới cần có thời để nghiên cứu sâu hơn mới có thểđưa vào áp dụng thực tếđược.
2.5.2. Khả năng ứng dụng các công nghệ chống thấm cho đập đất khu vực Miền Trung - Tây Nguyên Miền Trung - Tây Nguyên
Qua phân tích ưu, nhược điểm các biện pháp chống nêu trên, nhận thấy: -Đối với đặc thù là các đập đang trong quá trình vận hành và phục vụ sản xuất thì việc sử dụng giải pháp chống thấm bằng tường nghiêng sân phủ và dùng cừ chống thấm có tính khả thi không cao do việc thi công gặp nhiều khó khăn khi hồ đang tích nước, nguồn vật liệu bằng sét không săn có hay vật liệu chống màng
chống thấm có chi phí cao không mang lại hiệu quả về kinh tế nên giải pháp này không ưu tiên sử dụng;
-Các công nghệ chống thấm bằng khoan phụt truyền thống, khoan phụt tuần hoàn áp lực cao, tường hào sét là các giải pháp chống thấm đã và đang được sử dụng rộng rãi nhờ những ưu điểm nổi bật đặc biệt là áp dụng cho các đập vừa và nhỏ. Đây là các giải pháp chống thấm được ưu tiên đưa vào sử dụng cho các công trình khu vực nghiên cứu;
-Công nghệ khoan phụt Jet – Grouting đang dần phổ biến ở Việt Nam và có hiệu quả rất tốt đối với gia cố và chống thấm cho nền công trình đê đập và ngày càng được sử dụng rộng rãi. Việc áp dụng chống thấm cho đậ đất khu vực nghiên cứu là hoàn toàn khả thi và càn được nghiên cứu hoàn thiện hơn trước khi áp dụng;
-Công nghệ sử dụng vật liệu Colloidal Silica là một công nghệ mới hứa hẹn mang lại nhiều hiệu quả tích cực trong thời gian tới. Công nghệ này cần được nghiên cứu sâu và kỹ càng cũng như cần tiến hành những thí nghiệm mô hình và thí điểm thực tế trước khi phổ biến rộng rãi
2.6. KẾT LUẬN CHƯƠNG 2
Qua kết quả của dự án: Điều tra, đánh giá hiện trạng thấm qua thân đập phục vụ an toàn hồ chứa khu vực Miền Trung – Tây Nguyên do Viện Thủy Công – Viện KHTL Việt Nam thực hiện trong đó tác giả là một trong những người trực tiếp thực hiện đã thực hiện điều tra, đánh giá một cách tổng thể và toàn diện tình trạng hư hỏng do thấm đối với đập đất khu vực nghiên cứu. Từ đó rút ra một số kết luận quan trọng về nguyên nhân hư hỏng đập do thấm gây ra và đưa ra hướng xử lý ảnh hưởng của dòng thấm đến an toàn của đập đất và hồ chứa khu vực này để từđó giúp nhà quản lý đề ra chính sách hoạch định thứ tựưu tiên xử lý thấm bảo đảm an toàn đập.
Phân tích ưu nhược điểm các công nghệ chống thấm hiện nay, đề xuất được các giải pháp chống thấm phù hợp cho các đập đất khu vực này.
3. CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH LÝ THUYẾT THẤM, ỔN ĐỊNH VÀ LỰA CHỌN MÔ HÌNH TOÁN CHỌN MÔ HÌNH TOÁN
3.1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN THẤM 3.1.1. Môi trường thấm và nguyên nhân gây ra thấm 3.1.1. Môi trường thấm và nguyên nhân gây ra thấm
3.1.1.1. Nguyên nhân gây thấm
Nguyên nhân gây ra thấm trong đất bão hòa nước là do thế chuyển động của dòng thấm hay chính là Gradient cột nước thấm. Nguyên nhân gây thấm trong đất không bão hòa nước ngoài tác nhân chính là Gradient cột nước thủy lực (bao gồm Gradient áp lực và Gradient cao trình) còn do Gradient độ ẩm, Gradient hút dính Ua-Uw. Trong đó Ua chính là áp lực khí lỗ rỗng, Uw là á lực nước lỗ rỗng.
Thế chuyển động của dòng thấm: Tổng năng lượng tại một điểm có thể biểu thị năng lượng trên trọng lượng đơn vịđược gọi là vị thế hay cột nước thủy lực.