Header Page of 85 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các kết nêu Luận văn trung thực, chƣa đƣợc công bố bất ký công trình khác Tơi xin cam đoan tài liệu tham khảo, thơng tin trích dẫn Luận văn đƣợc rõ nguồn gốc, đảm bảo đắn, xác, trung thực tuân thủ quy định bảo vệ quyền sở hữu trí tuệ Hải Phòng, ngày 10 tháng năm 2015 Vũ Ngọc Minh Footer Page -Footer Page -Footer Page of 85 i Header Page of 85 LỜI CÁM ƠN Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới PGS.TS Phạm Văn Thứ tận tình giúp đỡ, hƣớng dẫn đƣa nhiều ý kiến quý báu, nhƣ tạo điều kiện thuận lợi, cung cấp tài liệu động viên tơi suốt q trình hồn thành luận văn Tôi xin trân trọng cảm ơn cán Viện Đào tạo sau đại học, thầy khoa Cơng trình thủy trƣờng Đại học Hàng Hải Việt Nam bạn đồng nghiệp cung cấp cho tài liệu tham khảo dẫn cho thời gian thực luận văn Trân trọng cám ơn! Footer Page -Footer Page -Footer Page of 85 ii Header Page of 85 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CÁM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC BẢNG iv DANH MỤC CÁC HÌNH v MỞ ĐẦU CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ PHƢƠNG PHÁP BƠM PHỤT DUNG DỊCH GIA CỐ NỀN 1.1 Lịch sử hình thành phát triển phƣơng pháp 1.2 Khái niệm, sơ đồ nguyên lý hoạt động 1.3 Dung dịch đông kết (vữa phụt) 10 1.4 Một số tính tốn thiết kế bơm 21 1.5 Một số yêu cầu kỹ thuật công tác 26 CHƢƠNG CƠ SỞ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM TRONG PHÒNG THÍ NGHIỆM 30 2.1 Đặt vấn đề phƣơng pháp luận nghiên cứu 31 2.2 Thiết bị thí nghiêm vật liệu thí nghiệm 32 2.3 Quy trình thí nghiệm 43 2.4 Kết thí nghiệm điển hình 48 2.5 Kết thí nghiệm, đánh giá tác dụng phƣơng pháp bơm đến tiêu đất 51 2.6 Các tiêu học 51 2.7 Kết luận 56 CHƢƠNG NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM NGOÀI HIỆN TRƢỜNG 57 3.1 Ứng dụng công nghệ bơm gia cố số cơng trình 57 3.2 Nhận xét, đánh giá kết thu đƣợc 64 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO 67 Footer Page -Footer Page -Footer Page of 85 iii Header Page of 85 DANH MỤC CÁC BẢNG Số bảng Tên bảng Trang 2.1 Các giới hạn Atterberg khối lƣợng riêng đất 38 2.2 Thơng số sản phẩm Meyco MP320 41 2.3 Thông số chất phụ gia 41 2.4 Thời gian đông kết nanosilice tinh khiết pha 42 loãng 20% 2.5 Tốc độ cố kết dung dịch Nanosilice nguyên chất 46 với tỷ lệ A/N khác 2.6 Các thông số Footer Page -Footer Page -Footer Page of 85 48 iv Header Page of 85 DANH MỤC CÁC HÌNH Số hình Tên hình Trang 1.1 Ngun lý số cơng nghệ khoan 1.2 Phƣơng pháp bơm theo hƣớng từ dƣới lên 1.3 Phƣơng pháp bơm theo hƣớng từ xuống 1.4 Phƣơng pháp ống Măng - xông cho đất rời 10 Xu hƣớng hình thành mặt phẳng phá hoại : vng góc 1.5 với phƣơng ứng suất bé đất (Camberfort, 17 1967) 1.6 Các dạng lọc 19 1.7 Áp lực vữa lớn 24 2.1 Hiện tƣợng lún sụt đất dọc theo tuyến đƣờng sắt phía Bắc nƣớc Pháp 31 2.2 Buổng thí nghiệm 33 2.3 Thiết bị Bender Elements 34 2.4 Thiết bị Bender Elements trƣờng Cầu đƣờng Pháp 35 2.5 Các thiết bị thí nghiêm khác 36 2.6 2.7 Biểu đồ biến thiên độ ẩm theo chiều sâu, Cui, Y.J &Marcial, D Đƣờng cong cấp phối hạt độ sâu khác nhau, Cui, Y.J & Marcial, D (2003) 38 38 2.8 Ảnh chụp mẫu đất độ sâu 2.2m trạng thái ban đầu 39 2.9 Ảnh chụp mẫu đất độ sâu 2.2m sau bị phá hoại 39 2.10 Ảnh chụp mẫu đất độ sâu 3.5m trạng thái ban đầu 39 2.11 Ảnh chụp mẫu đất độ sâu 3.5m sau bị phá hoại 40 2.12 Biểu đồ thời gian đông kết nanosilice tinh khiết pha loãng 20% theo thời gian 42 2.13 Hình dạng mẫu thí nghiệm 43 2.14 Các bƣớc gia cơng chuẩn bị mẫu thí nghiệm 44 Footer Page -Footer Page -Footer Page of 85 v Header Page of 85 2.15 Mẫu đất sau gia cố 47 2.16 Biểu đồ biến thiên khối lƣợng buồng bơm 49 2.17 Biểu đồ biến thiên khối lƣợng buồng chứa vữa bơm 50 2.18 Biểu đồ biến thiên áp lực 50 2.19 Biểu dồ kết thí nghiệm Bender Elements theo thời gian 53 2.20 Kết thí nghiệm Bender Elements 53 2.21 Sự biến thiên sóng tới theo thời gian đơng kết vữa 53 2.22 Sự biến thiên TVs theo thời gian đông kết vữa 54 2.23 2.24 2.25 Lực dính đơn vị cát sau gia cố vữa xi măng,Maalej, Y(2007) Góc ma sát cát sau gia cố vữa xi măng, Maalej, Y(2007) Biểu đồ mối quan hệ chiều sâu gia cố (h) chiều rộng móng (b) 54 55 55 3.1 Phƣơng án sửa chữa chống thấm cống D10 - Hà Nam 59 3.2 Kết cấu đê quai hố móng thuỷ điện Sơn La 60 3.3 Thi cơng đê quai hố móng thuỷ điện Sơn La 61 3.4 Thi công tƣờng chống thấm đập Đá Bạc (Hà Tĩnh) 62 3.5 Sửa chữa chống thấm cống vùng triều 63 Footer Page -Footer Page -Footer Page of 85 vi Header Page of 85 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết, ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Nhƣ ta biết, đất nơi tiếp nhận tồn tải trọng cơng trình, đóng vai trò then chốt việc đảm bảo làm việc ổn định bền vững công trình xây dựng Chính cơng việc bắt đầu dự án xây dựng khảo sát đất để có hiểu biết rõ ràng cụ thể tính chất vật lý, học đất nằm dƣới móng cơng trình Từ kết khảo sát ngƣời ta đƣa đƣợc giải pháp kết cấu nhƣ xử lý cải tạo đất cho đảm bảo tối ƣu tốn kính tế - kỹ thuật cơng trình Ngày này, việc ứng dụng mạnh mẽ thành tựu khoa học kỹ thuật vào xây dựng ngày trở nên phổ biến, cho đời hàng loạt cơng trình xây dựng vĩ đại toàn giới Yêu cầu bắt buộc đất dƣới đáy móng cơng trình ln đảm bảo cho làm việc ổn định cơng trình mặc cho kích thƣớc, khối lƣợng cơng trình xây dựng tăng lên cách chóng mặt theo phát triển cơng nghệ xây dựng Để đáp ứng u cầu đó, ngồi giải pháp kết cấu, yêu cầu bắt buộc phải có nghiên cứu sâu đất để tìm giải pháp xử lý, cải tạo đất, hơn, hiệu để đáp ứng đƣợc nhu cầu xây dựng ngày phát triển Hiện nay, có nhiều cơng nghệ xử lý đƣợc áp dụng cách hiệu nƣớc giới bắt đầu đƣợc triển khai áp dụng Việt Nam Ngƣời ta chia giải pháp xử lý đất phổ biến nhƣ: - Các biện pháp học: gồm phƣơng pháp làm chặt đầm, đầm chấn động, phƣơng pháp làm chặt giếng cát, loại cọc (cọc cát, cọc đất, cọc vôi ), phƣơng pháp thay đất, phƣơng pháp nén trƣớc, phƣơng pháp vải địa kỹ thuật, phƣơng pháp đệm cát - Các biện pháp vật lý: phƣơng pháp hạ mực nƣớc ngầm, phƣơng pháp dùng giếng cát, phƣơng pháp bấc thấm, điện thấm - Các biện pháp hóa học: phƣơng pháp keo kết đất xi măng, vữa xi măng, phƣơng pháp Silicat hóa, phƣơng pháp điện hóa Footer Page -Footer Page -Footer Page of 85 Header Page of 85 Trong nhóm xử lý đất nói trên, phƣơng pháp học đời từ sớm nay, ngƣời ta xây dựng đƣợc quy trình, quy chuẩn đầy đủ để áp dụng thực tế Các phƣơng pháp xử lý vật lý hoá học đời muộn nhƣng bƣớc đầu đƣợc ứng dụng tƣơng đối rộng rãi mang lại hiệu kinh tế kỹ thuật cao Đối với phƣơng pháp hoá học xử lý đất, nƣớc giới, ngƣời ta coi phƣơng pháp có nhiều tiềm tiến hành nhiều nghiên cứu chi tiết mặt lý thuyết thực nghiệm Ở Việt Nam, hạn chế nhiều mặt đặc biệt khoa học kỹ thuật công nghệ thi công nên bƣớc đầu ứng dụng công nghệ vài lĩnh vực mà phƣơng pháp truyền thống không giải đƣợc Với đánh giá nêu phƣơng pháp hoá học xử lý đất, tác giả lựa chọn đề tài luận văn tốt nghiệp Cao học với tên gọi: Đánh giá kết nghiên cứu thực nghiệm phương pháp bơm dung dịch gia cố nền, đề xuất khả ứng dụng điều kiện địa chất Việt Nam Mục đích nghiên cứu đề tài Nghiên cứu phƣơng pháp gia cố cách phun dung dịch đông kết vào đất, tập trung nghiên cứu công nghệ khoan thẩm thấu vào mơi trƣờng đất loại sét; từ đánh giá hiệu đề xuất phạm vi ứng dụng phƣơng pháp gia cố đất nƣớc ta Đối tƣợng, phạm vi nội dung nghiên cứu - Đối tƣợng nghiên cứu đề tài: + Nghiên cứu phƣơng pháp bơm dung dịch đông kết vào đất ứng dụng giới Việt Nam; + Nghiên cứu loại dung dịch, phạm vi sử dụng loại dung dịch bơm phụt; số tính tốn cơng tác bơm phụt; + Nghiên cứu diễn giải kết thí nghiệm q trình bơm dung dịch đông kết vào đất loại sét; + Nghiên cứu, tính tốn với tốn giả định để so sánh đề xuất khả ứng dụng phƣơng pháp bơm dung dịnh đông kết gia cố điều Footer Page -Footer Page -Footer Page of 85 Header Page of 85 kiện địa chất nƣớc ta - Phạm vi nghiên cứu đề tài: Đề tài tập trung nghiên cứu phƣơng pháp gia cố cách phun dung dịch đông kết vào đất, dùng phƣơng pháp khoan phun thẩm thấu vào môi trƣờng đất loại sét thơng qua thí nghiệm phòng thực tế bơm dung dịch đông kết vào đất; từ đề xuất khả ứng dụng điều kiện địa chất nƣớc ta Phƣơng pháp nghiên cứu đề tài - Lấy mẫu đất ngun dạng ngồi trƣờng mang phòng thí nghiệm, sau dùng phƣơng pháp phun dung dịch vào đất để làm thí nghiệm Từ kết thí nghiệm, đánh giá mẫu đất sau phun dung dịch - Áp dụng phƣơng pháp gia cố cách phun dung dịch đông kết vào đất để chống thấm số cơng trình thủy điện, thủy lợi - Nhận xét, đánh giá kết thu đƣợc thực tế Đề xuất khả ứng dụng phƣơng pháp thi công đại trà Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài - Đề tài đóng góp cho khoa học việc hồn thiện cơng nghệ gia cố đất phƣơng pháp phun dung dịch vào đất - Đề tài tảng cho phép ứng dụng vào thực tế xử lý đất cho cơng trình xây dựng phức tạp Footer Page -Footer Page -Footer Page of 85 Header Page 10 of 85 CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ PHƢƠNG PHÁP BƠM PHỤT DUNG DỊCH GIA CỐ NỀN 1.1 Lịch sử hình thành phát triển phƣơng pháp Phƣơng pháp bơm dung dịch đông kết gia cố đƣợc phát minh kỹ sƣ ngƣời Pháp Charles Berigny, đƣợc sử dụng lần vào năm 1802 tiến hành sửa chữa móng cho cơng trình cửa cống xả vùng Dieppe, cộng hòa Pháp (theo Glossop, 1961) Nền đất khu vực này, chủ yếu đất rời với tính thấm cao, đƣợc gia cố cách bơm dung dịch vữa xi măng Porland Việc gia cố nhƣ đƣợc hồn tất năm 1809 cho tồn cơng trình, đƣợc đánh giá thành cơng mục đích tăng cƣờng sức chịu tải giảm tính thấm cho Sau đó, số thử nghiệm nhằm phát triển thiết bị bơm dung dịch đƣợc tiến hành (theo Houlsby, 1990) Tiếp theo, ngƣời ta điều chỉnh quy trình bơm dung dịch cho thích hợp với việc sửa chữa khối xây, vấn đề đƣợc kỹ sƣ ngƣời Pháp (Raynal) ghi lại báo khoa học năm 1837 Trong năm tiếp theo, việc cải thiện thiết bị bơm cho phép áp dụng công nghệ để bơm dung dịch vào nứt vỡ có kích thƣớc nhỏ Một thành tựu phƣơng pháp tác dụng lấp đầy lỗ rỗng, hang ngầm đất Một kỹ sƣ ngƣời Pháp, Beaudemoulin thành công việc bơm dung dịch vữa vơi tơi vào lỗ rỗng có kích thƣớc lớn bên dƣới móng cầu giai đoạn 1835 đến 1836 (theo Littlejohn, 2003) Tại nƣớc Anh, Kinipple tiến hành loạt thí nghiệm giai đoạn 1856 đến 1858 nhằm chứng minh tính khả thi phƣơng pháp việc bịt vết nứt sửa chữa hỏng hóc kết cấu biển (theo Houlsby, 1990) Trong báo cáo mình, Glossop (1961) trình bày việc sử dụng vữa xi măng để bịt khe nứt lỗ rỗng đá hai đập thủy điện nƣớc Anh năm 1876 1877, nhƣ việc bịt khe nứt lỗ rỗng đá cầu tàu Malta Alexandria giai đoạn từ 1882 Footer Page -Footer Page -Footer Page 10 of 85 Header Page 59 of 85 Hình 2.20 : Kết thí nghiệm Bender Elements Khoảng cách mặt mẫu H = 4cm, đó, vận tốc truyền sóng cắtVs Vs  là: H TVs Về mặt lý thuyết, ta xác định đƣợc giá trị mơ-đun biến dạng E sau thí nghiệm Bender Elements để xác định thay đổi E Tuy nhiên, khuôn khổ nghiên cứu này, mặt định tính, ta thấy, thời gian truyền sóng TVs giảm thời gian sau thí nghiệm bơm dài Có nghĩa E tăng, hay mẫu đất đặc thời gian đơng kết mẫu tăng Ta quan sát điều biểu đồ 2.21 2.22 Hình 2.21: Sự biến thiên sóng tới theo thời gian đông kết vữa Footer Page -Footer Page -Footer Page 59 of 85 53 Header Page 60 of 85 Hình 2.22: Sự biến thiên TVs theo thời gian đơng kết vữa 2.6.3 Tính kháng cắt đất sau gia cố Tính kháng cắt đất đƣợc thể thông qua hai đặc trƣng kháng cắt góc ma sát lực dính đơn vị c Trong phạm vi nghiên cứu đất thuộc lọại đất sét pha; gia cố phƣơng pháp bơm dung dịch Nanosilice, q trình thí nghiệm nhận thấy, dung dịch vào lỗ rỗng đất, đẩy nƣớc chiếm chỗ để làm chặt đất mà không làm phá vỡ kết cấu đất Do góc ma sát đất thay đổi sau trình bơm Trong nghiên cứu trƣớc với đất loại cát, vữa bơm dung dịch xi măng, tác giả Maalej,Y (2007) khả cố kết hạt cát sau gia cố lớn, làm thay đổi cát từ vật liệu khơng có lực dính thành mơi trƣờng có lực dính lớn (lên đến 1000kPa, hình 2.23) [9] Hình 2.23 : Lực dính đơn vị cát sau gia cố vữa xi măng, Maalej, Y(2007) Footer Page -Footer Page -Footer Page 60 of 85 54 Header Page 61 of 85 Tuy vậy, tác giả không thấy có biến đổi đáng kể góc ma sát sau gia cố Bản chất góc ma sát đất phụ thuộc nhiều vào hình dạng hạt, tiếp xúc với hạt Việc dung dịch cố kết lỗ rỗng hạt đất không làm thay đổi nhiều hai yếu tố Từ biểu đồ kết thí nghiệm, Maalej, Y (2007) nhận thấy góc ma sát đất sau bơm tăng lên khoảng 5o, hình 3.5 Giá trị không đáng kể xét tới sức chịu tải đất [10] Hình 2.24: Góc ma sát cát sau gia cố vữa xi măng, Maalej, Y(2007) 2.6.4 Mối quan hệ chiều sâu gia cố (h) chiều rộng móng (b): - Chiều sâu gia cố tỷ lệ thuận với ứng suất tổng mặt lớp đất yếu; - Hình 2.25 Biểu đồ mối quan hệ chiều sâu gia cố (h) chiều rộng móng (b) Footer Page -Footer Page -Footer Page 61 of 85 55 Header Page 62 of 85 2.6.5 Mối quan hệ chiều rộng khối gia cố (b’) chiều rộng móng (b): - Chiều rộng khối gia cố tỷ lệ nghịch với ứng suất tổng mặt lớp đất yếu 2.7 Kết luận Những nghiên cứu phòng thí nghiệm phân tích nêu rằng, hiệu lớn phƣơng pháp bơm vữa thể việc tăng đáng kể liên kết, cố kết hạt đất tác động yếu tới góc ma sát đất ( Yamen Maalej 2007) Chính xét tới đặc trƣng kháng cắt đất sau bơm dung dịch nanosilice ta quan tâm tới gia tăng đáng kể lực dính đất sau bơm (C) mà không cần xét tới tới việc thay đổi nhỏ góc ma sát Footer Page -Footer Page -Footer Page 62 of 85 56 Header Page 63 of 85 CHƢƠNG NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM NGOÀI HIỆN TRƢỜNG 3.1 Ứng dụng công nghệ bơm gia cố số cơng trình Tại Việt Nam, cơng nghệ bơm gia cố bắt đầu đƣợc áp dụng xử lý thấm cơng trình thủy điện, thủy lợi [4] Một số cơng trình tiêu biểu áp dụng cơng nghệ đƣợc trình bày dƣới 3.1.1 Chống thấm cho cống đê (cống D 10 - Hà Nam) Để chống thấm cho cống dƣới đê phải có cơng nghệ đáp ứng u cầu sau: - Có thể xuyên qua đƣợc đáy cống mà khơng ảnh hƣởng đến kết cấu; - Có thể tạo đƣợc tƣờng chống thấm nằm dƣới đáy, đồng thời phải lấp bịt đƣợc hang hốc mang cống; Độ sâu xử lý phải cắt qua đƣợc lớp bồi tích nằm sâu dƣới đáy cơng trình; - Thi cơng đƣợc điều kiện khó khăn, khơng gian chật hẹp, chí phải thi công nƣớc Công nghệ Jet-grouting đáp ứng đƣợc điều kiện Sau giới thiệu kết sửa chữa cống D10 - Thị xã Phủ lý - Hà nam Cống tiêu D10 thuộc hệ thống thuỷ nông thị xã Phủ Lý tỉnh Hà Nam đƣợc xây dựng năm 2002 Móng đặt lớp sét nhẹ số (3) dày 3m; lớp số (4) cát bụi, hạt nhỏ dày 5m; tiếp đến lớp sét màu nâu xám Mùa lũ năm 2002, vào vận hành xảy cố mạch sủi phía đồng, sau bể tiêu Địa phƣơng phải đắp đê quai phía đồng để dâng cao mực nƣớc phía đồng, giảm chênh lệch nƣớc Nguyên nhân gây mạch sủi đƣợc đánh giá nhƣ sau: Lớp đất số (4) lớp cát bụi, lớp cao trình - 4.48m Thiết kế đóng cọc tre đến đến cao trình - 4.0m, tức gần nhƣ xuyên hết (cũng xuyên hết) lớp số có khả chống thấm tƣơng đối tốt Do chênh lệch mực nƣớc lũ ngồi sơng cao, tạo dòng chảy ngầm lớp số Lớp cát bụi dễ bị xói ngầm, hạt nhỏ theo dòng thấm hạ lƣu tạo mạch đùn phía đồng Biện pháp sửa chữa lần đầu: Tháng 10 năm 2003, địa phƣơng tiến hành sửa chữa nhƣ sau: Đào đất hai bên mang cống bọc xung quanh cống (trừ dƣới Footer Page -Footer Page -Footer Page 63 of 85 57 Header Page 64 of 85 đáy không làm đƣợc) đất sét luyện dày 0.5m Đắp trả đất xung quanh cống đất thịt đảm bảo dung trọng Làm hàng cừ gỗ phía sơng cuối bể tiêu hàng cừ gỗ phía đồng, chiều dài cừ 3m Luồn ống để bơm- dung dịch sét - XM xuống dƣới đáy cống Công việc sửa chữa hoàn thành tháng năm 2004 Đến tháng năm 2004, có lũ phía đồng lại bị đùn sủi, đe doạ vỡ đê Nhƣ giải pháp sửa chữa làm khơng có hiệu Địa phƣơng lại phải tiếp tục hồnh triệt cống Nếu khơng tìm đƣợc giải pháp sửa chữa, dự kiến phải hoành triệt cống cũ, xây cống cách khoảng 500m Giải pháp chƣa thuyết phục đƣợc số lý sau: (1)- Địa chất cống tƣơng tự nhƣ cống cũ, cần phải có phƣơng án xử lý chống thấm thích hợp (2) - Xây cống tốn phải đền bù đất đai (3)- Cống cũ không đƣợc sửa chữa dứt điểm tiếp tục ẩn hoạ Theo yêu cầu địa phƣơng, Viện Khoa học Thuỷ lợi nghiên cứu ứng dụng công nghệ để sửa chữa cống D10 Phƣơng án sửa chữa sử dụng công nghệ Jet-grouting: - Tạo đƣợc tƣờng hào chống thấm cắt qua lớp đất (4) lớp cát bụi cắm vào lớp lớp sét nhẹ màu nâu xám Hàm lƣợng vữa thực nhƣ sau: + Vữa xi măng theo tỷ lệ từ 6:1; Tỷ trọng vữa là: 1,25T/m3; Độ tách nƣớc 4.1% + Khoảng cách mũi khoan (tim cọc) 2m, bố trí cọc theo đƣờng thẳng, dọc theo mang cống - Kinh phí thực hiện: 200 triệu đồng, giảm 130 triệu so với kinh phí sửa chữa trƣớc - Thời gian thi công: 15 ngày, sửa chữa lần đầu thi cơng tháng Qua đợt lũ lớn năm 2005, qua theo dõi trận lũ nhỏ cho thấy khơng tƣợng đùn sủi nhƣ trƣớc, việc sửa chữa thành công Footer Page -Footer Page -Footer Page 64 of 85 58 Header Page 65 of 85 Hình 3.1 Phƣơng án sửa chữa chống thấm cống D10 - Hà Nam a Cắt dọc cống; b Chính diện cống; c Chi tiết cắt dọc cống 3.1.2 Chống thấm cho đê quai giai đoạn II - Nhà máy thuỷ điện Sơn La - Cấu tạo địa chất đê quai có dạng nhƣ sau: Lớp đất đắp: Thành phần sét, sét màu nâu, nâu đỏ lẫn 15-25% dăm sạn đá bazan phong hóa, kích thƣớc dăm trung bình 5-20mm, cá biệt gặp tảng tới 30cm Khi khoan lấy đƣợc mẫu 100% Hệ số thấm tầng đất đắp : K=5x10-4cm/s Footer Page -Footer Page -Footer Page 65 of 85 59 Header Page 66 of 85 Hình 3.2 Kết cấu đê quai hố móng thuỷ điện Sơn La Lớp bồi tích lòng sơng - Lớp cát hạt nhỏ đến hạt trung lẫn sỏi (ký hiệu lớp 3) Hàm lƣợng cuội sỏi 10-20%, kích thƣớc trung bình 1-2cm Lớp phân bố cục bề mặt Phía bên bờ trái lớp cát lẫn cuội sỏi phân bố từ hố khoan PV258 đến DH4 (chiều dài theo tim khoảng 35m), bề dày giao động 1-3m Đoạn sông từ hố khoan DH6DH8 (chiều dài khoảng 25m), chiều dày lớp cát lẫn sỏi từ 1-2m Phần nửa sông bên bờ phải từ hố khoan DH11-DH12 (chiều dài khoảng 15m) có lớp cát lẫn sỏi dày tới 5m, nhƣng đoạn phía có lớp đá lăn, đá đổ dày tới 2m (lớp 2b) - Lớp cát cuội sỏi (ký hiệu lớp 4) : Phân bố hầu khắp dƣới lòng sơng (đoạn từ mặt cắt B04-B06) có chiều dày lớp cát cuội sỏi lớn giao động từ 13-18m Đoạn từ mặt cắt B07-B08 có lớp cát cuội sỏi dày 8-12m Hàm lƣợng cuội sỏi lớp từ 50-70%, kích thƣớc chủ yếu 2-8cm, kích thƣớc hạt > 8cm chiếm khoảng 10-12% Hệ số thấm lớp cát cuội sỏi : K=100m/ngày đêm Đá gốc: Dƣới lớp bồi tích sơng đới đá bazan phong hóa (IB), đá nứt nẻ mạnh, cứng trung bình, bề dày giao động vài mét tới 4-5m bên bờ trái Tại chỗ có đứt gãy kiến tạo cắt qua, chiều dày tăng lên tới 7-10m Hệ số thấm K=1m/ngàyđêm Footer Page -Footer Page -Footer Page 66 of 85 60 Header Page 67 of 85 Đứt gãy kiến tạo: Nền đê quai hạ lƣu có đứt gãy bậc IV cắt qua, có chiều rộng đới ảnh hƣởng 5-10m Đặc biệt đứt gãy IV.6 sơng tạo điều kiện cho q trình phong hóa bào mòn sâu hơn, cao trình mái đá khoảng 87.5m Hệ số thấm đới ảnh hƣởng đứt gãy : K=1-3m/ngàyđêm Ban đầu, dự kiến để chống thấm cho lớp cát lẫn sỏi từ hố khoan PV258 đến DH4 (chiều dài theo tim khoảng 35m sử dụng tƣờng xi măng đất thi công công nghệ trộn khô kết hợp Jet-grouting) - Hàm lƣợng gia cố 300kg xi măng/m3 cọc - Cƣờng độ kháng nén thiết kế cọc 10kg/cm2 - Tỷ lệ gia cố quy đổi ap = 12,16% - Cọc xi măng đất cơng nghệ Jet-grouting có đƣờng kính 800mm Số lƣợng cọc 4.113 cọc, tổng chiều dài cọc 33.402m Cọc xi măng đất gồm loại: Kết thí nghiệm đổ nƣớc nhƣ sau bơm khơ hố móng cho thấy khả chống thấm đạt yêu cầu Qua công trình cho thấy, cơng nghệ cọc ximăng đất ứng dụng phạm vi lớp địa chất cát pha lẫn sỏi sạn nhỏ Các đoạn khác sử dụng cơng nghệ khoan có bồi tƣờng, chí đoạn tiếp giáp với cống dẫn dòng phải dùng cọc nhồi a Thi công tƣờng xi măng đất b Hố móng sau chống thấm Hình 3.3 Thi cơng đê quai hố móng thuỷ điện Sơn La Footer Page -Footer Page -Footer Page 67 of 85 61 Header Page 68 of 85 3.1.3 Chống thấm cho cơng trình đập Đá Bạc - Hà Tĩnh Đập đá Bạc nằm cát thấm nƣớc, hệ số thấm k = 10-2 cm/s; dày từ 3m (hai vai) đến 18m (lòng suối) Ở đoạn lòng suối xuất nƣớc ngầm có áp, có lẫn tảng đá mồ côi Phƣơng án đƣợc đƣa xem xét làm tƣờng hào Bentonite Tuy nhiên, sâu phân tích thấy rằng, với cát đặc biệt có nƣớc ngầm có áp nhƣ việc giữ vách Bentonite khó đảm bảo Nền lại có lẫn đá nên đào gặp phải đá phải xử lý nhiều thời gian Phƣơng án Jet-grouting khắc phục đƣợc trở ngại mà cơng nghệ tƣờng hào Bentonite gặp khó khó khăn Đồng thời tiết kiệm khoảng 20% kinh phí Vì phƣơng án đƣợc chọn Qua cơng trình tơi có học kinh nghiệm đƣợc rút + Khảo sát địa chất đập cần phải đặc biệt ý, phải đánh giá đƣợc yếu tố thuỷ động lực nƣớc ngầm, + Thi công phải lòng suối tiến vào bờ, + Cấp phối 200 Xi măng + kg Bentonite + 200 lít Nƣớc Mặt cắt thiết kế Cơng trình thi cơng Hình 3.4 Thi công tƣờng chống thấm đập Đá Bạc (Hà Tĩnh) Footer Page -Footer Page -Footer Page 68 of 85 62 Header Page 69 of 85 3.1.4 Chống thấm cho cống vùng triều Cống có dạng cống - cầu kết hợp, gồm cửa cửa rộng 8m; chống thấm cừ thép Do thi công không tốt nên cừ bị hở, dòng thấm qua đáy cửa mạnh Địa phƣơng tìm nhiều biện pháp để lấp bịt nhƣng không giải đƣợc Cống hầu nhƣ không ngăn mặn giữ nƣớc đƣợc Trƣớc hết phải tìm cách bịt tạm thời lỗ rò, sau dùng thợ lặn moi hết đá hộc đổ xuống trƣớc Dùng cát chở xà lan đổ bù vào hố vừa đào (tổng cộng dùng hết xà lan cát) San cát cho phẳng, đáy cống, rải lên lớp vải bạt dứa, xếp bao tải cát đè lên lớp bạt để làm tầng phản áp Đặt máy sàn đạo bắc qua trụ pin (cách mặt nƣớc 2m), qua lớp nƣớc 5m, khoan xuyên qua lớp bạt dứa, xuống tiếp 10m bắt đầu vữa Khi mũi khoan lên gần mặt đáy pha phụ gia đóng rắn nhanh vào vữa để tránh tƣợng dòng thấm phã vỡ Xi măng - đất trƣớc đơng kết Ngay sau làm xong phía thƣợng lƣu chấm dứt đƣợc rò nƣớc, nhƣng định làm phía hạ lƣu Tồn thời gian thi cơng hết tháng Đây thành cơng có ý nghĩa thực tế, ngồi Jet-grouting chƣa có cách giải đƣợc loại hƣ hỏng kiểu mà khụng phi bm khụ tỏt cn Cầu Giao thông cống Máy Khoan Phụt Sàn đạo +2.5 Mực n-ớc triều thi công +1.5 Chất bao tảI cát làm tầng phản áp ~ 6m Tấm bạt -4,5 Hàng cừ Latsen bị hở Cọc XMĐ đ-ờng kính 60Cm thi công chèn lên làm thành t-ờng dày 40 Cm -12.5 Minh họa phƣơng án thi cơng Cơng trình thi cơng Hình 3.5 Sửa chữa chống thấm cống vùng triều Footer Page -Footer Page -Footer Page 69 of 85 63 Header Page 70 of 85 3.2 Nhận xét, đánh giá kết thu đƣợc - Các cơng trình sau dùng phƣơng pháp bơm dung dịch đông kết vào đất chống thấm tốt cho công trình nằm đất yếu; cát có lẫn đá, sỏi; đất lấp, lớp bồi tích sơng; có nƣớc ngầm - Các ứng dụng phƣơng pháp không dừng lại việc chống thấm cho cống dƣới đê mà cho cơng trình thủy lợi nói chung (đập đất, cống vùng triều, trạm bơm xây dựng vùng cát chảy), cơng trình xây dựng (giải pháp chống sập vách làm cọc Barret làm tầng hầm cho cao ốc…), cơng trình giao thơng (đƣờng ngầm đô thị, kè bờ, mố cầu vùng đất yếu…) - Giảm kinh phí để thực cơng tác gia cố, chống thấm nền, móng - Tiết kiệm thời gian thi công so với số phƣơng pháp chống thấm, gia cố khác - Giải chống thấm cho số cơng trình mà dùng đƣợc biện pháp khác khơng thể xử lý đƣợc, xử lý không triệt để - Khả xử lý sâu, thi công đƣợc điều kiện khó khăn, ngập nƣớc, xử lý đƣợc phần nằm dƣới đáy, giá thành rẻ ƣu điểm phƣơng pháp Footer Page -Footer Page -Footer Page 70 of 85 64 Header Page 71 of 85 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Dựa nghiên cứu, phân tích kết thí nghiệm phòng bơm dung dịch đông kết vào đất; kết hợp với kết trƣờng, tác giả đƣa số kết luân kiến nghị nhƣ sau: Kết luận: - Gia cố đất yếu sử dụng phƣơng pháp bơm dung dịch đông kết vào đất làm thay đổi số tính chất lý đất nhƣ: trọng lƣợng riêng (Y), mơ đun đàn hồi (E), lực dính (c) góc ma sát đất Trong góc ma sát đất có thay đổi khơng đáng kể, lực dính mơ đun đàn hồi tăng lớn - Ứng suất mặt lớp đất yếu tỷ lệ thuận với góc ma sát lực dính (c) đất; - Khi lực dính đất tăng ứng suất mặt lớp đất yếu tăng cao so với tăng ứng suất góc ma sát đất tăng Theo nhƣ diễn giải kết nêu chƣơng đất sau bơm có lực dính (c) tăng lên đáng kể, góc ma sát đất khơng có thay đổi lớn Đây ƣu điểm phƣơng pháp bơm dung dịch gia cố - Khi giữ nguyên chiều rộng khối đất gia cố 0,5b (tƣơng ứng với 1m), thay đổi chiều sâu gia cố mức 1,5m, 2m 3m, ứng suất mặt lớp đất yếu có thay đổi khơng đáng kể Điều khẳng định khối đất sau gia cố trở thành khối đồng có khả truyền lực chịu tải tốt; đồng thời chiều sâu gia cố không ảnh hƣởng nhiều đến khả chịu tải nền; - Nếu chiều sâu gia cố không đổi 1,5m, 2m 3m, chiều rộng gia cố 1b 1,5b (tƣơng ứng với 2m 3m) Qua toán thực hiện, nhân thấy ứng suất mặt lớp đất yếu có thay đổi không lớn, giá trị gần nhƣ xấp xỉ Kiến nghị: - Ở nƣớc ta nay, phƣơng pháp khoan dung dịch đông kết vào đất chủ yếu nhằm mục đích chống thấm cho cơng trình thuỷ lợi, chống thấm Footer Page -Footer Page -Footer Page 71 of 85 65 Header Page 72 of 85 giữ ổn định cho hố đào sâu; việc áp dụng công nghệ gia cố đất đƣợc ứng dụng Với điều kiện địa chất nƣớc ta, dƣới độ sâu từ 2m đến 15m phần lớn đất loại sét sét pha Khi thiết kế móng nơng thƣờng sử dụng biện pháp gia cố nhƣ: đệm cát, đóng cọc tre gỗ , việc thi cơng gặp nhiều khó khăn thời gian, biện pháp thi cơng kinh phí Việc áp dụng công nghệ bơm dung dịch gia cố thiết kế móng nơng mở hƣớng công nghệ xây dựng nƣớc ta Tuy nhiên, có Tiêu chuẩn ngành khoan xi măng trong đá, áp dụng chung cho nhiều trƣờng hợp yêu cầu khác nhau, dẫn đến lãng phí nhiều khơng hiệu Vì tác giả đề nghị có đề tài tổng kết hƣớng dẫn thiết kế, thi công, nghiệm thu công tác khoan dung dịch đông kết vào đất, phù hợp với phát triển cơng nghệ đòi hỏi thực tế sản xuất - Để thống việc quản lý chất lƣợng nghiệm thu công tác gia cố phƣơng pháp bơm dung dịch đông kết vào đất Tác giả kiến nghị cần phải nghiên cứu hồn thiện cơng nghệ thiết kế, thi cơng kiểm tra chất lƣợng; đồng thời xây dựng tiêu chuẩn thiết kế nghiệm thu đƣợc gia cố phƣơng pháp bơm dung dịch đông kết Footer Page -Footer Page -Footer Page 72 of 85 66 Header Page 73 of 85 TÀI LIỆU THAM KHẢO [ ] Vũ Công Ngữ 1995, Cơ học đất - Nhà xuất Khoa học kỹ thuật [ ] Nguyễn Đình Tiến 2007, Bài giảng học đất - Trƣờng Đại học Xây dựng [ ] Lê Hồng Anh, Cơng tác phụt, thơng số vữa mơ hình hố vữa Hội thảo Công nghệ khoan tiên tiến xây dựng đập lớn, Viện khoa học Thuỷ Lợi [ ] PGS TS Nguyễn Quốc Dũng, Giới thiệu kết ứng dụng công nghệ khoan cao áp để chống thấm cho số cơng trình thuỷ lợi, Viện Khoa học Thuỷ Lợi [ ] Vũ Quốc Huy 2008 Modélisation du comportement mécanique d’un sol injecté Thèse de doctorat de l’université de Pierre et Marie Curie [ ] Steven L.Kramer, Geotechnical earthquake engineering - University of Washington [ ] R Whitlow 1997, Cơ học đất (tập 2) - Nhà xuất Giáo dục [ ] Strength of a granular medium reinforced by cement grouting- Yamen Maalej, Luc Dormieux, Jean Canou, Jean Claude Dupla [ ] Yamen Maalej 2007 Comportement mécanique d’un milieu granulaire injecté par un coulis de ciment: Etude expérimentale et modélisation micromécanique Thèse de doctorat de l‟École des Ponts ParisTech [ 10 ] Yamen Maalej, Luc Dormieux, Jean Canou, Samir maghous & Jean Claude Dupla Comportement mécanique d’un sable injecté par un coulis de ciment [ 11 ] Jean Paul Karam 2008 Effet de la propagation des ondes dans le loess dus aux passages du train grande vitesse Application l’évaluation du risque de liquéfaction avec une nouvelle méthode mise en place sur quatre sites étudiés Thèse de doctorat de l‟École des Ponts ParisTech Footer Page -Footer Page -Footer Page 73 of 85 67 ... giá kết nghiên cứu thực nghiệm phương pháp bơm dung dịch gia cố nền, đề xuất khả ứng dụng điều kiện địa chất Việt Nam Mục đích nghiên cứu đề tài Nghiên cứu phƣơng pháp gia cố cách phun dung dịch. .. nghiên cứu - Đối tƣợng nghiên cứu đề tài: + Nghiên cứu phƣơng pháp bơm dung dịch đông kết vào đất ứng dụng giới Việt Nam; + Nghiên cứu loại dung dịch, phạm vi sử dụng loại dung dịch bơm phụt; ... tác bơm phụt; + Nghiên cứu diễn giải kết thí nghiệm q trình bơm dung dịch đơng kết vào đất loại sét; + Nghiên cứu, tính toán với toán giả định để so sánh đề xuất khả ứng dụng phƣơng pháp bơm dung