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

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan, đây là công trình nghiên cứu độc lập của bản thân với sự giúp đỡ của giáo viên hướng dẫn. Những thông tin, dữ liệu, số liệu đưa ra trong luận văn được trích dẫn rõ ràng, đầy đủ về nguồn gốc. Những số liệu thu thập và tổng hợp của cá nhân đảm bảo tính khách quan và trung thực. Hà Nội, ngày 24 tháng 5 năm 2017 Tác giả Nguyễn Bá Cương i LỜI CẢM ƠN Tác giả luận văn xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất đến PGS.TS. Nguyễn Cảnh Thái là người hướng dẫn trực tiếp tác giả thực hiện luận văn. Xin cảm ơn thầy đã dành nhiều công sức, trí tuệ và thời gian để tác giả hoàn thành luận văn nghiên cứu đúng thời hạn. Tác giả xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo đã giảng dạy trong thời gian học cao học tại Trường Đại học Thuỷ lợi, các thầy cô giáo trong Khoa Công trình và các thầy cô giáo trong phòng thí nghiệm địa kỹ thuật của Trường Đại học Thuỷ lợi Hà Nội, phòng Đào tạo đại học và sau đại học đã tận tình giúp đỡ và truyền đạt kiến thức để tôi có thể hoàn thành được luận văn này. Cuối cùng tác giả xin chân thành cảm ơn bạn bè, đồng nghiệp và gia đình đã động viên, khuyến khích để tác giả hoàn thiện luận văn nghiên cứu. Hà Nội, ngày 24 tháng 5 năm 2017 Tác giả Nguyễn Bá Cương ii MỤC LỤC 1.Tính cấp thiết của đề tài ..............................................................................................1 2.Mục đích của đề tài ......................................................................................................2 3.Phạm vi nghiên cứu của đề tài ....................................................................................2 4.Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu ...............................................................2 5.Kết quả dự kiến đạt được ............................................................................................2 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........................................................................................................... 3 1.1.Tổng quan về hồ đập của Việt Nam. .......................................................................3 1.2.Các vấn đề mất an toàn do thấm qua đập và nền, nguyên nhân và các biện pháp xử lý. ......................................................................................................................3 1.2.1.Thấm qua đập đất....................................................................................................3 1.2.2.Nguyên nhân thấm qua thân và nền đập đất. ........................................................5 1.2.3.Các biện pháp chống thấm cho đập đất. ................................................................6 1.2.3.1.Chống thấm cho những công trình mới xây dựng.................................................6 1.2.3.2.Chống thấm cho những công trình đã xây dựng trước đây ................................10 1.3.Công nghệ chống thấm qua đập và nền bằng tường hào Bentonite. ..................11 1.4.Giới thiệu chi tiết tường chống thấm bằng xi măng bentonite ...........................13 1.4.1.Chức năng của tường hào chống thấm bentonite ...............................................13 1.4.2.Các yêu cầu của tường chống thấm xi măng – bentonite ...................................13 1.4.3.Cấp phối vật liệu của xi măng – bentonite ...........................................................14 1.4.4.Kích thước hào bentonite ......................................................................................15 1.4.5.Quy trình thi công hào xi măng – bentonite. .......................................................15 1.4.5.1.Bố trí mặt bằng công 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 TOÁN TƯỜNG HÀO BENTONITE .......................................................................................................20 2.1.Phương pháp thí nghiệm ảnh hưởng của 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 các phương pháp tính toán thấm phù hợp. ........................................24 2.2.1. Phương pháp cơ 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 bài 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 toán ..............................................................................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 và thành phần của xi măng bentonite và ứng dụng trong xây dựng ....................................................................................................................35 3.1.1.Đặc điểm ,tính chất và thành phần của bentonite ...............................................35 3.1.2.Đặc điểm ,tính chất và thành phần của xi măng.................................................37 3.1.3.Tro bay ..............................................................................................................39 3.2. Thí nghiệm xác định chỉ tiêu cơ lý của tường hào ứng với các hàm lượng khác nhau ................................................................................................................................40 3.2.1. Trộn hỗn hợp vật liệu...........................................................................................40 a. Chuẩn bị vật liệu và 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 quả thí nghiệm ..............................................................................................48 CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG TÍNH TOÁN CHO ĐẬP CHÍNH HỒ CHỨA NƯỚC TÂN DÂN, XÃ THIỆN KẾ, HUYỆN SƠN DƯƠNG, TỈNH TUYÊN QUANG .....62 iv 4.1. Giới thiệu về công trình .........................................................................................62 4.2. Các chỉ tiêu cơ lý được lựa chọn ...........................................................................62 4.3. Đề xuất các biện pháp an toàn ..............................................................................65 4.3.1. Hạ các điểm áp lực trên đường đo áp: ................................................................65 4.3.1. Điều khiển biên hạ lưu ........................................................................................65 4.3.3. Gia tải hạ lưu........................................................................................................66 4.4. Tính toán thấm và ổn định, so sánh chọn kích thước bộ 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 ....................................................................5 Hình 1.3: Đập có tường lõi mềm ......................................................................................6 Hình 1.4: Đập có tường nghiêng mềm ..............................................................................8 Hình 1.5: Đập đất đồng chất có tường răng ......................................................................9 Hình 1.6: Đập có tường lõi chân răng và tường nghiêng chân răng .................................9 Hình 1.7: Chống thấm cho nền bằng bản cọc .................................................................10 Hình 1.8: Chống thấm bằng tường nghiêng, sân phủ .....................................................10 Hình 1.9: Tường chống thấm bằng xi măng – bentonite ................................................11 Hình 1.10: Thi công hào Bentonite .................................................................................12 Hình 1.11: Hệ thống ủ vật liệu ........................................................................................16 Hình 1.12: Máy đào gầu nặng 7,5 tấn của công ty Bachy Soletanche ............................17 Hình 1.13: Mô hình tường dẫn ........................................................................................17 Hình 1.14: Thi công theo thứ tự từ panel có số thứ tự bé đến panel có thứ tự lớn .........19 Hình 2.1. So sánh màu sắc của 3 loại Bentonite Trugeo, Trường Thịnh và Hùng Ngọc .........................................................................................................................................21 Hình 2.2. Xi măng Vicem của công ty Hoàng Thạch .....................................................22 Hình 2.3 : Sơ đồ tính thấm theo phương pháp cơ 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 đang tách nước và co ngót. .............................37 Hình 3.3 : Công ty đang 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 và 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 và thiết bị đo thấm dùng trong thí nghiệm ........................................45 Hình 3.11 : Vật liệu đã được cắt bằng dao vòng chuẩn bị làm thí nghiệm .....................46 Hình 3.12 : Tiến hành thí nghiệm thấm ..........................................................................47 Hình 3.13 : Ba mẫu thí nghiệm được bảo đưỡng ở 3 điều kiện khô, ẩm và bão hòa......49 Hình 3.14 : Biểu đồ tổng hợp kết quả thí nghiệm thấm của mẫu được bảo dưỡng ở điều kiện khô ...........................................................................................................................50 Hình 3.15 : Biểu đồ tổng hợp kết quả thí nghiệm thấm của mẫu được bảo dưỡng ở điều kiện ẩm ............................................................................................................................51 Hình 3.16 : Biểu đồ tổng hợp kết quả thí nghiệm thấm của mẫu được bảo dưỡng ở điều kiện bão hòa ....................................................................................................................52 Hình 3.17 : Biểu đồ kết quả thí nghiệm thấm của từng tỉ lệ theo thời gian ....................57 Hình 3.18: Hệ số thấm của mẫu thí nghiệm có tổng khối lượng hạt mịn bằng nhau .....59 Hình 3.19: Hệ số thấm của mẫu thí nghiệm có khối lượng bentonite bằng nhau và có sự thay đổi về cấp phối xi măng và phụ gia.........................................................................59 Hình 3.20: Hệ số thấm của mẫu thí nghiệm có thành phần cát ......................................60 Hình 4.1 : Sơ đồ mặt cắt tính toán thấm trường hợp 1 ...................................................67 Hình 4.2 : Sơ đồ mặt cắt tính toán thấm trường hợp 2 và 3 ............................................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 của Bentonite Trugeo ......................................................21 Bảng 2.2. Thông số kỹ thuật của Bentonite Trường Thịnh ...........................................21 Bảng 2.3. Thông số kỹ thuật của Bentonite Hùng Ngọc ...............................................21 Bảng 3.0. Tiến thành thí nghiệm với các cấp phối khác nhau .......................................34 Bảng 3.1. Đặc trưng cơ lý của tro bay Phả Lại ..............................................................40 Bảng 4.1.Thông số kỹ thuật của hồ chứa ........................................................................63 Bảng 4.2. Hệ số thấm của vật liệu dùng cho tính toán...................................................66 Bảng 4.3. Kết quả tính thấm ..........................................................................................68 viii MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Đập vật liệu địa phương là loại hình ngăn sông được sử dụng phổ biến ở nước ta cũng như trên toàn thế giới.Tận dụng được nguồn vật liệu sẵn có phổ biến tại khu vực xây dựng công trình, giá thành xây dựng rẻ hơn rất nhiều so với loại hình ngăn sông khác.Trong quá trình khai thác sử dụng một số đập đã xuất hiện một số những sự cố, hư hỏng, mất ổn định công trình. Có rất nhiều nguyên nhân dẫn đến sự cố, hư hỏng của đập đất như đầm nén không tốt, sử lý tiếp giáp kém, thiết bị thoát nước bị hỏng, ảnh hưởng của dòng thấm… Theo các báo cáo tổng kết trên thế giới, công trình thuỷ lợi làm bằng vật liệu địa phương bị hư hỏng do dòng thấm gây ra là nguyên nhân lớn nhất chiếm khoảng 35 ÷ 40% tổng số các nguyên nhân gây ra hư hỏng. Vì vậy việc sử lý thấm cho đập, nền lúc thiết kế mới và lúc sửa chữa đóng vai trò rất quan trọng đảm bảo cho sự hoạt động hiệu quả và an toàn của đập. [1] Trong nhưng năm gần đây công nghệ thi công chống thấm cho các công trình xây dựng nói chung và công trình thủy lợi nói riêng đang phát triển rất mạnh và rất đa dạng. Bên cạnh những biện pháp truyền thống như :đắp sân phủ, đắp chân khay,tường lõi sét,cừ ván chống thấm… nhiều công nghệ mới đã được nghiên cứu và ứng dụng như: Tường hào chống thấm Bentonite, công nghệ khoan phụt vữa áp lực cao, màng chống thấm bằng vải địa kỹ thuật… Bentonite là vật liệu mới ứng dụng làm tường chống thấm lần đầu tiên vào năm 1999 tại công trình thủy lợi Dầu Tiếng tiếp đó là công trình Am Chúa, IaKao, Easoup Thượng – Đắk Lắc, Dương Đông –Kiên Giang… đều cho hiệu quả chống thấm tốt với giá thành hợp lý. Tuy nhiên, các công trình tường chống thấm thi công bằng biện pháp đào hào trong dung dịch Bentonite đều được thiết kế, kiểm tra chất lượng dựa theo kinh nghiệm hay số liệu của các công trình đã có ở nước ngoài và một số ít các công trình trong nước. Điều đó đã gây ra rất nhiều khó khăn trong công tác thiết kế, thi công và công tác đánh giá kiểm định chất lượng tường chống thấm. Hiện nay công tác thiết kế, nâng cấp, sửa chữa nhằm mục tiêu an toàn hồ đập trong phạm vi cả nước đang được chú trọng. Việc ứng dụng công nghệ xây dựng tường hào chống thấm Bentonite có tính 1 khả thi và hiệu quả cao. Do đó đặt ra vấn đề cần có sự nghiên cứu đầu tư kĩ lưỡng, đề xuất biện pháp tiêu chuẩn thiết kế, thi công thích hợp đơn giản là yêu cầu rất bức thiết. 2. Mục đích của đề tài Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng Bentonite đến tính thấm của tường hào Xi măng – Bentonite.Qua đó đề xuất giải pháp chống thấm hợp lý cho đập chính hồ chứa nước Tân Dân, xã Thiện Kế,huyện Sơn Dương, tỉnh Tuyên Quang đảm bảo công trình ổn định và kinh tế. 3. Phạm vi nghiên cứu của đề tài - Các loại tường hào xi măng để chống thấm cho đập và nền. - Ứng dụng cho đập chính hồ chứa nước Tân Dân. 4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu - Điều tra ,thống kê và tổng hợp tài liệu nghiên cứu đã có ở trong và ngoài nước có liên quan đến đề tài. - Nghiên cứu cở sở lý thuyết - Tiến hành thí nghiệm trong phòng thí nghiệm - Lựa chọn các phương pháp tính toán,mô hình tính toán và phần mềm hợp lý để tính toán phân tích khả năng chống thấm. 5. Kết quả dự kiến đạt được - Quan hệ giữa hàm lượng Bentonite với tính thấm của tường hào xi măng – bentonite với các thông số của hào. - Kết quả ứng dụng cho đập chính hồ chứa nước Tân Dân, xã Thiện Kế, huyện Sơn Dương, tỉnh Tuyên Quang. 2 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 về hồ đập của Việt Nam. Việt Nam, với nền nông nghiệp chủ yếu là lúa nước, điều kiện thiên nhiên vô cùng khắc nghiệt, hạn hán, lũ lụt xảy ra thường xuyên. Vì vậy, công tác thủy lợi có vị trí vô cùng quan trọng, là một trong những ngành có truyền thống được xây dựng và phát triển lâu đời, có nhiều thành tựu quan trọng gắn liền với lịch sử phát triển đất nước. Nhiều công trình thủy lợi đã để lại những dấu ấn về ý chí kiên cường của dân tộc Việt Nam trong quá trình chinh phục thiên nhiên, khoa học kỹ thuật Thủy lợi, góp phần chiến thắng mọi thiên tai. Hầu hết các đập tạo hồ chứa được xây dựng ở nước ta là đập đất, trong đó phần lớn các đập nhỏ được xây theo hình thức đập đồng chất ,mái thương lưu được bảo vệ bằng tấm bê tông hoặc đá xếp, mái hạ lưu bảo vệ bằng trồng cỏ trong các ô có đổ sỏi đá để thoát nước thân đập. Đập vật liệu địa phương là loại đập được xây dựng bằng các loại đất hiện có trong khu vực xây dựng công trình như : sét, á sét, á cát, sỏi cuội...Đập đất có cấu tạo đơn giản, vững chắc, có yêu cầu chất lượng của nền đối với đập không cao lắm, có khả năng cơ giới hóa cao khi thi công và trong đa số trường hợp có giá thành thấp nên là loại đập được ứng dụng rộng rãi nhất trên thế giới. Hiện nay thế giới có khoảng bốn trăm ngàn đập được xây dựng trong đó đập đất chiếm trên 70% còn lại là các loại đập khác như đập đá đổ, đập bê tông trọng lực... 1.2. Các vấn đề mất an toàn do thấm qua đập và nền, nguyên nhân và các biện pháp xử lý. 1.2.1. Thấm qua đập đất Sự chuyển động của chất lỏng ( nước, dầu, hơi nước...) trong đất, trong đá nứt nẻ hoặc trong môi trường xốp nói chung gọi là thấm. Thấm có ý nghĩa rất lớn trong việc xây 3 dựng và khai thác những công trình thủy lợi nói chung và riêng đối với đập đất thì thấm lại càng có ý nghĩa đặc biệt. Đập đất là một loại công trình dâng nước được làm bằng vật liệu xốp, nó được đánh giá là bền và chịu chấn động tốt so với các loại đập khác, tuy nhiên trong quá trình làm việc do tác động của các yếu tố tự nhiên và yếu tố sử dụng của con người đã xảy ra tình trạng hư hỏng tại nhiều đập đất với nhiều mức độ khác nhau. Nguyên nhân chính có thể kể đến là do hiện tượng thấm qua nền đập, vai đập, và thân đập gây ra tác hại của dòng thấm thật là khó lường, nó không chỉ làm mất nước đối với các công trình trữ nước mà còn làm giảm ổn định của các công trình và nền như : đẩy nổi, đẩy trượt, trôi đất, xói ngầm, trượt nền...Theo kết quả thống kê trên thế giới nguyên nhân lớn nhất gây nên sự cố ở các đập vật liệu địa phương là do dòng thấm gây ra, nó chiếm khoảng 35% - 40% tổng số các nguyên nhân gây hư hỏng công trình. Thấm là tình trạng xảy ra phổ biến ở các đập đất, nhiều hồ chứa bị thấm rất nghiêm trọng mà việc xử lý lại khó khăn, tốn kém, gây tổn thất lớn về kinh tế như đập Dầu Tiếng – Tây Ninh, Ea Soup Thượng – Đắk Lắk.....Hiện tượng thấm qua đập đất có thể xảy ra ngay sau khi công trình mới được hoàn thành đưa vào sử dụng hoặc sau một vài năm làm việc.[2] Hình 1.1: Thấm ngang thân đập đồng chất 4 Hình 1.2: Thấm bùng nhùng ngang thân đập 1.2.2. Nguyên nhân thấm qua thân và nền đập đất. - Nguyên nhân khách quan : Đất là môi trường xốp, có lỗ rỗng cho nên nước có thể len lỏi theo các lỗ rỗng mà thấm qua. Khả năng thấm nước của đất được đặc trưng bởi hệ số thấm k, đối với những loại đất khác nhau có hệ số thấm khác nhau. Khi đắp đập thường sinh ra mặt tiếp giáp giữa thân và nền đập do đặc trưng cấu tạo của hai môi trường có tính cơ lý khác nhau như về hệ số thấm, cấp phối hạt, độ chặt...., nền đập có thể là đá cứng. Vì vậy sẽ xuất hiện dòng thấm chảy theo mặt tiếp giáp giữa thân và nền đập.Ngoài ra, dòng thấm còn xuất hiện dưới nền đập nếu nền là đất, cuội sỏi hay đá nứt nẻ. - Nguyên nhân chủ quan : Trong hồ sơ thiết kế, người thiết kế chưa đưa ra được biện pháp xử lý tối ưu về hiện tượng thấm qua thân và nền đập; còn trong quá trình thi công, nhà thầu thi công không tuân thủ nghiêm ngặt kỹ thuật cũng như quy trình thi công và các yêu cầu trong hồ sơ thiết kế đã được phê duyệt, dẫn đến là trong thân đập tồn tại những khu vực thấm mạnh như mặt tiếp giáp giữa các lớp không được xử lý tốt, các khu vực đầm sót, đầm dối... 5 1.2.3. Các biện pháp chống thấm cho đập đất. 1.2.3.1. Chống thấm cho những công trình mới xây dựng Khi thiết kế xây dựng những đập đất mới, nếu mức độ thấm của vật liệu đất đắp đập hoặc địa chất nền đập không đảm bảo về lưu lượng thấm qua thân đập và qua nền trong phạm vi cho phép thì người thiết kế sẽ áp dụng một số biện pháp chống thấm phổ biến sau đây nhằm khắc phục các yếu tố này. a) Chống thấm cho thân đập : Vật chống thấm cho thân đập thường có dạng lõi giữa hoặc tường nghiêng có thể dùng vật liệu dẻo hoặc vật liệu cứng.Đối với các đập đất khi thiết kế xây dựng mới, khi cần thiết phải dùng vật chống thấm thì hầu như nhà thiết kế đều dùng vật liệu chống thấm cho thân đập là vật liệu dẻo vì nó có nhưng ưu điểm nổi trội và phù hợp với đập hơn vật liệu cứng như: có khả năng biến dạng, khả năng liên kết với phần thân đập tốt hơn, không yêu cầu cao về địa chất nền. − Đập đất có tường lõi mềm Lõi giữa bằng đất sét có hệ số thấm nhỏ có dạng thẳng đứng nằm chính giữa hoặc gần như chính giữa thân đập.Theo cấu tạo bề dày đỉnh tường lõi không nhỏ hơn 0,8cm, độ dày chân tường không nhỏ hơn 1/10 cột nước nhưng phải đảm bảo ≥ 2m. Đỉnh tường lõi phải đảm bảo không cho nước phía thượng lưu vượt quá đồng thời phải cao hơn mực nước mao dẫn trong đất với độ vượt cao δ = (0,3 ÷ 0,6)m tùy theo cấp công trình. Việc liên kết giữa tường lõi mềm và nền cần phải đặc biệt lưu ý.Nếu nền là đất không thấm hoặc thấm ít thì lõi tròn sâu xuống tầng đất nền phải lơn hơn từ 0,5 ÷ 1,25m. Bộ phận nối tường lõi và nền đá phải làm rất cẩn thận với các hình thức như đế răng, hoặc tường răng bêtông cắm sâu vào khối đá tốt 0,6 ÷ 1,2m. Hình 1.3: Đập có tường lõi mềm 6 ∗ Ưu điểm : - Chống chấn động tốt, dễ lún đều. - Khả năng chống thấm tốt. - Ổn định trong trường hợp nền bị biến dạng nhiều. ∗ Nhược điểm : - Yêu cầu một lượng sét lớn nên sẽ gây khó khăn nếu trong vùng đắp đập khan hiếm đất sét. - Kỹ thuật thi công phức tạp. - Có thể bị nứt đập tại mặt tiếp xúc giữa hai loại vật liệu do đặc tính trương nở và co ngót của đất sét khác với đất đắp đập. - Khi bị hư hỏng khó sửa chữa. ∗ Phạm vi ứng dụng : - Chủ yếu dùng cho những đập đất tương đối cao và trong vùng đắp đập có nhiều đất sét. − Đập có tường nghiêng mềm : Tường nghiêng có tác dụng chống thấm cho thân đập, hạ thấp đường bão hòa xuống rất nhanh, làm cho đại bộ phận đất ở thân đập được khô ráo và tăng them tính ổn định cho mái ở hạ lưu.Thường được đặt ở sát mái thượng lưu đập và được làm bằng đất sét, đất thịt ít thấm nước. Bề dày tường nghiêng phụ thuộc các yêu cầu cấu tạo và gradien thủy lực cho phép của đất đắp tường. Kích thước tường nghiêng có thể tăng dần từ đỉnh xuống đáy và phụ thuộc vào cột thấm. Bề dày đỉnh tường không nên nhỏ hơn 0,8m. Chân tường không nhỏ hơn H/10 ( H – cột nước tác dụng ), và không nên nhỏ hơn 2 ÷ 3m. Độ vượt cao của đỉnh tường nghiêng trên mực nước dâng bình thường ở thượng lưu được dựa theo cấp công trình δ =0,5 ÷ 0,8m.Đỉnh tường không được thấp hơn mực nước tĩnh gia cường. Để tránh hiện tượng nứt nẻ do thay đổi thời tiết ( nhiệt độ ) cần phải có lớp bảo vệ ở mặt ngoài ( thượng lưu ) với độ dày khoảng 1m. Vật liệu làm lớp bảo vệ phải biến dạng 7 và thấm nước tốt như đất cát, đất cuội sỏi. Mái dốc của tường nghiêng có thể song song với mái dốc thân đập hoặc lớn hơn nhưng phải đảm bảo ổn định.Mặt tiếp xúc giữa tường nghiêng và phần đất thân đập cũng như lớp bảo vệ phải bố trí tầng lọc ngược để đề phòng hiện tượng xói ngầm cho vật chống thấm do dòng thấm có độ chênh lệch cột nước lớn. Nếu nền đập là nền đá thì liên kết tường nghiêng với nền bằng các răng chống thấm. Khi nền bị nứt nẻ và thấm nước nhiều sẽ xử lý bằng phụt vữa chống thấm. Hình 1.4: Đập có tường nghiêng mềm ∗ Ưu điểm : - Hạ thấp đường bào hòa xuống rất nhanh,làm cho đại bộ phận đất ở thân đập được khô ráo và tăng them tính ổn định cho mái hạ lưu. - Thi công, sửa chữa dễ dàng. ∗ Nhược điểm : - Lớp bảo vệ và tường nghiêng dễ bị mất ổn định do trượt. b) Chống thấm cho nền đập : Do đập đất được xây dựng trên nền thấm nước và khi mực nước thượng lưu dâng cao trong thân đập sẽ hình thành dòng thấm từ thượng lưu về hạ lưu. Vì vậy, cần phải có nhưng biện pháp xử lý chống thấm cho nền đập nhằm hạn chế sự mất nước đồng thời đề phòng biến dạng thấm trong nền đập.Hình thức chống thấm trong nền đập phụ thuộc vào loại đập, chiều sâu tầng nền thấm nước và địa chất của nền. ∗ Đập đồng chất xây dựng trên nền thấm nước thì hình thức chống thấm cho nền thông thường là tường răng, bản mọc hoặc màng ximăng 8 Tường răng thích hợp đối với nền có tầng thấm nước không sâu lắm (thường T≤ 5m) và làm bằng chính vật liệu thân đập hoặc bằng vật liệu chống thấm tốt như sét, á sét… Nếu tầng nền thấm nước tương đối lớn không thể xây dựng được tường răng thì cần phải dùng bản cọc hoặc phun màngchống thấm xuống tận tầng không thấm nước. Trong trường hợp tầng thấm nước quá sâu hoặc vô hạn thì bản cọc hoặc màng xi măng chỉ cắm xuống một đoạn trong tầng nền, độ sâu của đoạn này cần xác định đối với từng trường hợp cụ thể trên cơ sở yêu cầu về chống thấm và ổn định thấm. Hình 1.5: Đập đất đồng chất có tường răng ∗ Đối với đập không đồng chất (có lõi giữa hoặc tường nghiêng) thì vật chống thấm trong nền thường nối tiếp với vật chống thấm của thân đập.[3] Có nhiều hình thức chống thấm cho nền: tường răng, bản cọc, tường bê tông hoặc sân trước…Việc áp dụng các hình thức chống thấm cho nền phụ thuộc vào chiều sâu tầng nền, tính chất của đất nền và kỹ thuật thi công. + Tầng thấm nhỏ T ≤ 5m thì có thể dùng tường răng làm vật liệu chống thấm cho nền và nối tiếp với lõi giữa hoặc tường nghiêng của đập. Tường răng cần cắm sâu xuống tầng không thấm một độ sâu ≥ 0,5m. Hình 1.6: Đập có tường lõi chân răng và tường nghiêng chân răng + Tầng thấm nước tương đối sâu thì hình thức chống thấm cho nền có thể là bản cọc. Bản cọc cắm sâu vào lõi giữa hoặc tường nghiêng và tầng không thấm một độ dài nhất định nhằm tránh không sinh ra xói ngầm cục bộ tại hai đầu mút bản cọc. 9 Hình 1.7: Chống thấm cho nền bằng bản cọc + Khi tầng thấm nước khá dày hoặc sâu vô hạn thì biện pháp chống thấm cho nền có thể là đóng bản cọc lơ lửng trong nền hoặc dùng sân phủ chống thấm. Sân trước làm bằng vật liệu có hệ số thấm nhỏ kéo dài ra phía thượng lưu nên có hiệu ích giảm lưu lượng thấm qua nền và tăng được ổn định thấm cho nền. Theo kết quả nghiên cứu thì chiều dài sân trước không lớn hơn từ 5 ÷ 6 lần cột nước trước đập. Chiều dày sân trước ≥ 0.5m đối với đập thấp và ≥ 1m đối với đập cao. Hình 1.8: Chống thấm bằng tường nghiêng, sân phủ 1.2.3.2. Chống thấm cho những công trình đã xây dựng trước đây Khi công trình đã xây dựng mà có hiện tượng thấm mạnh gây nguy cơ mất nước và mất ổn định cho đập thì cần phải có biện pháp chống thấm. Tuy nhiên vấn đề cơ bản ở đây là dựa vào biện pháp chống thấm nào, áp dụng công nghệ nào để đạt hiệu quả cao trong thi công, rút ngắn thời gian xây dựng và hạ giá thành công trình. Một số biện pháp điển hình thường được sử dụng để xử lý chống thấm cho đập đã cho hiệu quả tốt như : − Công nghệ chống thấm bằng màng địa kỹ thuật (Geomembrane). − Công nghệ khoan phụt cao áp (Jet – grouting). 10 − Công nghệ chống thấm bằng tường hào xi măng – Bentonite. Trong phạm vi luận văn này tác giả đi sâu vào nghiên cứu công nghệ chống thấm cho đập và nền bằng tường hào xi măng – Bentonite. 1.3. Công nghệ chống thấm qua đập và nền bằng tường hào Bentonite. [4] Đây là công nghệ chống thấm có giá thành cao nhưng cho hiệu quả chống thấm tốt và lâu dài, quá trình thi công không mấy khó khăn, mặt bằng thi công tương đối gọn. Khi đập đất đã làm việc trong khoảng thời gian tương đối dài (Từ 5 năm trở lên) mà bị thấm mạnh cần phải xử lý mang tính lâu dài và trong vùng lại khan hiếm hoặc không có vật liệu làm thiết bị chống thấm như : đất sét, đất thịt, đất chặt… thì có thể xem xét sử dụng công nghệ này. ∗ Nguyên lý công nghệ : Tường hào xi măng – bentonite là loại tường chống thấm được thi công bằng biện pháp chung là đào hào trong dung dịch bentonite, sau đó sử dụng hỗn hợp vật liệu xi măng – bentonite + phụ gia trộn vào nước, sau thời gian nhất định đông cứng lại tạo thành tường chống thấm cho thân và nền đập. Thành phần vật liệu của tường chống thấm bao gồm : xi măng + bentonite + phụ gia và nước.Bề rộng hào thường trong khoảng 0,5 ÷ 1,2m và chiều sâu của hào có thể lên tới 120m. Hình 1.9: Tường chống thấm bằng xi măng – bentonite Để có thể đào hào rất sâu và duy trì được mái dốc thẳng đứng như vậy trong quá trình thi công phải duy trì liên tục hỗn hợp bentonite đầy trong hào giữ cho vách hào luôn được ổn định. Hệ số thấm của tường hào bentonite nhỏ (k = 10-5÷ 10-7 cm/s) nên dòng thấm bị hạn chế rất đáng kể khi đi qua tường chống thấm này.[2] 11 Hình 1.10: Thi công hào Bentonite ∗ Ưu điểm: − Chống thấm đạt hiệu quả cao ( hệ số thấm nhỏ k = 10-5 ÷ 10-7 cm/s) − Dung dich xi măng + bentonite được trộn trên dây chuyền công nghệ theo tiêu chuẩn thống nhất nên thuận tiện trong thiết kế, thi công, vận chuyển và kiểm soát chất lượng. − Thi công hiệu quả trên nền cát có hệ số thấm lớn, tầng thấm nằm sâu. − Khi địa hình xây dựng chật hẹp vẫn áp dụng được công nghệ thi công này. 12