Tài liệu Nghiên cứu sử dụng cọc đất xi măng gia cố nền đất yếu cho công trình đập đức lợi, tỉnh quảng ngãi

ii NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CỌC ĐẤT XI MĂNG GIA CỐ NỀN ĐẤT YẾU CHO CÔNG TRÌNH ĐẬP ĐỨC LỢI, TỈNH QUẢNG NGÃI Học viên: Hường Quang Vĩ, Chuyên ngành: Kỹ thuật công trình thủy, Mã số: 60.58.02.02 Khóa: K35-CTT-QNg Trường Đại học Bách khoa – ĐHĐN Tóm tắt: Hiện nay rất có nhiều giải pháp kỹ thuật để xử lý nền đất yếu đang được áp dụng như: Giải pháp thay thế nền, phương pháp cơ học, phương pháp vật lý, phương pháp nhiệt học, phương pháp hóa học, phương pháp sinh học, phương pháp thủy lực,…. Tuy nhiên, để áp dụng phương pháp kỹ thuật xử lý nền đất yếu trong một công trình cụ thể vừa đảm bảo kỹ thuật, kinh tế và phù hợp với tình hình thực tế không phải là vấn đề đơn giản. Đối với công trình thủy lợi, vấn đề xử lý nền đất cần đảm bảo ổn định lún và đồng thời giảm dòng thấm. Để giải quyết vấn đề trên thì phương pháp cọc đất xi măng có nhiều ưu điểm. Tác giả đã nghiên cứu, phân tích, đánh giá một cách hệ thống về ưu nhược điểm của xử lý nền bằng cọc đất xi măng đối với tầng địa chất cụ thể của công trình đập Đức Lợi. Đây sẽ là tài liệu tham khảo có giá trị để thực hiện xử lý nền móng cho một số công trình tương tự khác. Từ khóa: Geostudio; Plaxis; nền đất yếu; ổn định thấm; đập đất. A STUDY ON USING SOIL- CEMENT COLUMN TO IMPROVE SOFT GROUND IN DUC LOI DAM, QUANG NGAI PROVINCE Student name: Huong Quang Vi, Major: irrigation construction engineering ID: 60.58.02.02; Course: K35-CTT.QNg, University of science and technology – The University of Danang Abstract: Currently, there are many technical solutions to improve soft ground that are being applied such as: Substitute solutions, mechanical methods, physical methods, thermal methods, chemical methods, biological methods, hydraulic methods, .... However, when applying methods to improve a soft ground and requiring both technical and economic appropriateness, it will face many difficulties. For irrigation works, the issue of soil treatment should ensure settlement stability and at the same time reduce permeability. To solve the above problem, the method of soil-cement column has many advantages. The author has studied, analyzed and systematically evaluated the advantages and disadvantages of this method for Duc Loi dam project, Quang Ngai Province. This will be a valuable reference to perform foundation treatment for some other similar works. Key words: Geostudio; Plaxis, soft ground, Stable permeability, earth dam iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................................ TÓM TẮT LUẬN VĂN ................................................................................................... MỤC LỤC ....................................................................................................................... DANH MỤC CÁC BẢNG ............................................................................................... DANH MỤC CÁC HÌNH ............................................................................................... MỞ ĐẦU ........................................................................................................................ 1 1. Lý do chọn đề tài ........................................................................................................ 1 2. Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu.............................................................................. 2 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .............................................................................. 2 4. Phương pháp nghiên cứu ............................................................................................ 2 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn .................................................................................... 2 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ........................................................................................ 3 1.1. Khái quát về khu vực xây dựng công trình:............................................................. 3 1.2. Các thông số kỹ thuật, chủ yếu của công trình ........................................................ 8 1.3. Kết luận chương 1 ..................................................................................................10 Chương 2. LỰA CHỌN GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU ..............................11 2.1. Khái niệm nền đất yếu ........................................................................................... 11 2.2. Một số giải pháp xử lý nền đất yếu hiện nay .........................................................11 2.3. Đánh giá hiện trạng địa chất nền đập Đức Lợi ...................................................... 13 2.4. Kết quả tính toán thấm và ổn định lún của địa chất nền hiện trạng .......................16 2.4.1. Tính ổn định thấm: ..............................................................................................16 2.4.2. Tính ổn định lún nền ...........................................................................................21 2.5. Đề xuất giải pháp: ..................................................................................................24 2.5.1. Phân tích lựa chọn phương án xử lý nền: ...........................................................24 2.5.2. Phương án xử lý nền bằng cọc đất xi măng (phương pháp Jet – Grouting) .......30 iv 2.5.3. Giải pháp chống ăn mòn kết cấu bê tông và bê tông cốt thép do môi trường nước biển .......................................................................................................................44 2.6. Kết luận chương 2:................................................................................................. 46 Chương 3: TÍNH TOÁN PHƯƠNG ÁN CHỌN ......................................................47 3.1. Cở sở lý thuyết và chọn mô hình tính toán ............................................................47 3.2. Tính toán thấm của nền khi gia cố ......................................................................... 47 3.3. Tính ổn định lún của nền khi gia cố cọc đất xi măng ............................................53 3.3.1. Tính toán bằng chương trình Plaxis: ...................................................................53 3.3.2. Tính toán ổn định lún bằng phương pháp cộng từng lớp. .................................. 55 3.3.3. Cách bố trí trụ cọc đất xi măng:.......................................................................... 55 3.4. Sự khác nhau giữa Luận văn đã làm và thiết kế công trình do Viện khoa học Thủy lợi Việt Nam lập: .................................................................................................56 3.5. Kết luận chương 3: .................................................................................................57 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ....................................................................................58 1. Kết luận .....................................................................................................................58 2. Kiến nghị: ................................................................................................................. 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO ..........................................................................................59 PHỤC LỤC ....................................................................................................................... QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN THẠC SỸ (BẢN SAO). v DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1: Các chỉ tiêu cơ lý lớp đất 2..........................................................................14 Bảng 2.2: Các chỉ tiêu cơ lý lớp đất 3..........................................................................14 Bảng 2.3: Các chỉ tiêu cơ lý lớp đất 4..........................................................................15 Bảng 2.4: Các tổ hợp tính toán nền hiện trạng ............................................................ 17 Bảng 2.5: Kết quả của các tổ hợp tính toán nền hiện trạng .........................................21 Bảng 2.6: Kết quả tính toán ứng suất nền đối với 03 trường hợp ............................... 22 Bảng 2.7: Kết quả tính toán max, tb (T/m2) và [P] (T/m2) .........................................22 Bảng 2.8. Thông số địa chất để tính toán lún nền........................................................ 23 Bảng 2.9: Dự toán các phương án chống thấm ............................................................ 29 Bảng 2.10: Kết quả thí nghiệm trong phòng xác định cường độ kháng nén của hỗn hợp vật liệu đất xi măng............................................................................................... 41 Bảng 2.11: Tỷ lệ xi măng với đất tối ưu tương ứng với các loại đất khác nhau .........41 Bảng 2.12: Tỷ lệ xi măng với đất với các loại đất khác nhau theo hệ thống phân loại Unified (Mitchell and Freitag, 1959) ...........................................................................42 Bảng 3.1: Các tổ hợp tính toán nền đã gia cố cọc đất xi măng ...................................49 Bảng 3.2: Kết quả tính toán các tổ hợp nền đã gia cố cọc đất xi măng .......................53 Bảng 3.3: Tính toán chỉ tiêu cơ lý tương đương ......................................................... 54 Bảng 3.4: Kết quả tính toán max, tb (T/m2) và [P] (T/m2): ........................................54 Bảng 3.5: Thông số địa chất để tính toán ổn định lún nền với các thông số cơ lý nền đã gia cố cọc đất xi măng............................................................................................. 55 vi DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1: Vị trí thiết kế công trình ................................................................................3 Hình 1.2: Lan can cầu bị hư gây mất an toàn ................................................................ 4 Hình 1.3: Đường hai đầu cầu bằng đất chưa kiên cố .....................................................4 Hình 1.4: Trụ pin hư hỏng ............................................................................................. 5 Hình 1.5: Đường hai đầu cầu bị nứt, mất an toàn .......................................................... 5 Hình 1.6: Các khe phai và trụ pin không còn khả điều tiết ...........................................6 Hình 1.7: Trụ pin và lan can bê tông đã hư hỏng .......................................................... 6 Hình 1.8: Kè bên hai vai đập bị sạt lở và hư hỏng ........................................................7 Hình 1.9: Kè bên hai vai đập bị sạt lở và hư hỏng ........................................................7 Hình 2.1: Phương pháp cọc đất xi măng .....................................................................12 Hình 2.2: Phương pháp dùng giếng cát .......................................................................12 Hình 2.3: Phương pháp bơm chân không ....................................................................13 Hình 2.4: Mặt cắt địa chất ngang tuyến cống .............................................................. 15 Hình 2.5: Mặt cắt địa chất đọc tuyến cống ..................................................................16 Hình 2.6: Kết quả tính thấm, tổ hợp 1: Mực nước phía sông P2% = 1,35m, mực nước phía biển = -0,3m .........................................................................................................18 Hình 2.7: Kết quả tính thấm, tổ hợp 2: Mực nước phía sông P2% = 1,35m, mực nước phía biển = 0,00m ........................................................................................................18 Hình 2.8: Kết quả tính thấm, tổ hợp 3: Mực nước phía sông = 0,50m, mực nước phía biển = -0,30m ...............................................................................................................19 Hình 2.9: Kết quả tính thấm, Tổ hợp 4: Mực nước phía sông = 0,50m, mực nước phía biển = 0,0m ..................................................................................................................19 Hình 2.10: Kết quả tính thấm, tổ hợp 5: Mực nước phía sông = 0,00m, mực nước phía biển = 1,08m ................................................................................................................20 Hình 2.11: Kết quả tính thấm, tổ hợp 6: Mực nước phía sông = 0,50m, mực nước phía biển = 1,08m ................................................................................................................20 Hình 2.12: Kết quả tính lún nền hiện trạng khi chưa gia cố ........................................23 Hình 2.13: Xe lu đang đầm đất ...................................................................................24 Hình 2.14: Xe chở đất và xe ủi san đất đầm ................................................................ 25 Hình 2.15: Ô tô chở đất và máy ủi san đất ..................................................................25 Hình 2.16: Thi công cừ Larsen ....................................................................................26 Hình 2.17: Thi công cọc bê tông .................................................................................26 Hình 2.18: Công tác chuẩn bị thi công cọc đất xi măng ..............................................27 Hình 2.19: Thi công cọc đất xi măng ..........................................................................28 Hình 2.20: Sơ đồ nguyên lý dây chuyền công nghệ Jet – Grouting ............................ 31 Hình 2.21: Quy trình thi công công nghệ jet grouting .................................................31 Hình 2.22: Công nghệ đơn pha (Single Jet).................................................................32 Hình 2.23: Công nghệ hai pha (Twin Jet)....................................................................33 vii Hình 2.24: Hình ảnh cấu tạo chi tiết công nghệ hai pha (Twin Jet) ........................... 33 Hình 2.25: Công nghệ ba pha (Triple Jet) ...................................................................34 Hình 2.26: Hình ảnh cấu tạo chi tiết công nghệ ba pha (Triple Jet) ............................ 34 Hình 2.27: Máy khoan phụt YBM-2P, D=60,5 mm ....................................................35 Hình 2.28: Máy bơm vữa cao áp SG-75MK(II), Pmax=40 MPa, Qmax=200l/p ........35 Hình 2.29: Máy trộn YGM – 1 ....................................................................................36 Hình 2.30: Máy phát điện 250 kVA ............................................................................36 Hình 2.31: Thiết bị Công nghệ trộn khô ......................................................................37 Hình 2.32: Sơ đồ công nghệ trộn khô ..........................................................................37 Hình 2.33: Thiết bị Công nghệ trộn ướt ......................................................................38 Hình 2.34: Sơ đồ công nghệ trộn ướt...........................................................................39 Hình 2.35: Nguyên lý một số công nghệ khoan phụt chống thấm cho công trình thuỷ lợi .................................................................................................................................39 Hình 2.36: Ăn mòn kết cấu BTCT cống Bình Cát – Bến Tre .....................................45 Hình 2.37: Ăn mòn cốt thép, ăn mòn bê tông trong môi trường nước biển ...............45 Hình 2.38: Hiện trạng ăn mòn rửa trôi và ăn mòn cơ học do sóng biển của bê tông kè biển Cát Hải – Hải Phòng ............................................................................................ 45 Hình 3.1: Mặt cắt điển hình ......................................................................................... 48 Hình 3.2: Sơ đồ bố trí hàng cọc đất xi măng D80 .......................................................49 Hình 3.3: Kết quả tính thấm, tổ hợp 1: Mực nước phía sông = 1,35m, mực nước phía biển = -0,3m .................................................................................................................50 Hình 3.4: Kết quả tính thấm, tổ hợp 2: Mực nước phía sông = 1,35m, mực nước phía biển = 0,00m ................................................................................................................50 Hình 3.5: Kết quả tính thấm, tổ hợp 3: Mực nước phía sông = 0,50m, mực nước phía biển = -0,30m ...............................................................................................................51 Hình 3.6: Kết quả tính thấm, tổ hợp 4: Mực nước phía sông = 0,50m, mực nước phía biển = 0,0m ..................................................................................................................51 Hình 3.7: Kết quả tính thấm, tổ hợp 5: Mực nước phía sông = 0,00m, mực nước phía biển = 1,08m ................................................................................................................52 Hình 3.8: Kết quả tính thấm, tổ hợp 6: Mực nước phía sông = 0,5m, mực nước phía biển = 1,08m ................................................................................................................52 Hình 3.9: Kết quả tính ổn định lún khi gia cố ............................................................. 55 Hình 3.10. Mặt bằng tổng thể bố trí cọc đất xi măng xử lý thấm và ổn định lún của nền ................................................................................................................................ 56 1 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài - Mộ Đức là huyện đồng bằng nằm ven biển ở phía nam tỉnh Quảng Ngãi. Phía bắc giáp các huyện Tư Nghĩa và Nghĩa Hành; phía nam giáp huyện Đức Phổ; phía tây giáp huyện Nghĩa Hành; phía đông giáp biển Đông. Hình thể huyện tựa như một hình tam giác, nhọn hẹp ở phía bắc, phình rộng ở phía nam. Diện tích: 212,23km2. Dân số: 144.668 người (năm 2005). Mật độ dân số: 682 người/km2. Đơn vị hành chính trực thuộc gồm 12 xã (Đức Nhuận, Đức Lợi, Đức Thắng, Đức Hiệp, Đức Hòa, Đức Chánh, Đức Thạnh, Đức Minh, Đức Tân, Đức Phú, Đức Phong, Đức Lân), 1 thị trấn (Mộ Đức, huyện lị), với 69 thôn, tổ dân phố. - Sông Vệ là một con sông ở tỉnh Quảng Ngãi. Sông bắt nguồn từ vùng núi phía Bắc huyện Ba Tơ ở độ cao 800 m, với thượng nguồn là sông Liên. Sông Vệ chảy theo hướng Tây Nam – Đông Bắc, xuyên qua các huyện Ba Tơ, Nghĩa Hành, qua giáp ranh giữa huyện Mộ Đức và Tư Nghĩa, rồi đổ ra biển Đông tại cửa Lở (An Chuẩn, Đức Lợi thuộc huyện Mộ Đức) và cửa Cổ Lũy. Sông vệ có các phụ lưu là Trà Nu, sông Lã, sông La Châu... Phân lưu của sông Vệ là sông Thoa tách khỏi sông Vệ ở hữu ngạn và chảy về phía Nam qua Mộ Đức và Đức Phổ. Tổng cộng chiều dài của sông Vệ là 80 km. Diện tích lưu vực 1.257 km², độ dốc trung bình 21,8%. - Đập Đức Lợi thuộc khu vực cửa Lở sông Vệ, trên địa bàn xã Đức Lợi, huyện Mộ Đức, tỉnh Quảng Ngãi đã được xây dựng từ năm 1986, qua thời gian dài vận hành khai thác, phần vai, thân đập đã bị hư hỏng nặng, xói ngầm, đến nay đập gần như hư hỏng hoàn toàn, không thể đảm nhận mục tiêu phục vụ ngăn mặn, giữ ngọt, tiêu thoát lũ, neo đậu trú bão, … của nhân dân trong vùng. Việc đầu tư xây dựng công trình là vô cùng cần thiết; - Kết quả khảo sát địa chất của công trình cho thấy chiều dày tầng đất yếu dày, khả năng chịu tải và tính nén lún kém khi có tải trọng công trình, đất có kết cấu rời rạc kém ổn định trong nước và tính thấm mạnh; để đảm bảo ổn định công trình xây dựng cần phải có biện pháp xử lý. Bởi trong thực tế xây dựng, có rất nhiều công trình bị lún, sập khi xây dựng trên nền đất yếu do không có những biện pháp xử lý hiệu quả. Đây là một vấn đề hết sức khó khăn, đòi hỏi sự kết hợp chặt chẽ giữa kiến thức khoa học và kinh nghiệm thực tế để giải quyết, giảm được tối đa các sự cố, hư hỏng của công trình khi xây dựng trên nền đất yếu. - Các giải pháp xử lý đất yếu thông thường hiện nay như: Các phương pháp làm chặt bằng đầm, đầm chấn động, phương pháp làm chặt bằng giếng cát, các loại cọc (cọc cát, cọc đất, cọc vôi…), phương pháp thay đất, phương pháp nén trước, phương pháp vải địa kỹ thuật, phương pháp đệm cát…nhưng đối với công trình thủy lợi, việc xử lý nền đất yếu còn phải làm giảm tính thấm của nền; để giải quyết vấn đề trên thì phương pháp cọc đất xi măng có nhiều ưu điểm, tuy nhiên phương pháp phân tích và 2 ý tưởng vẫn còn đánh giá cao kinh nghiệm và thiếu phương án tính toán rõ ràng có khoa học. Xuất phát từ thực tế trên, tôi chọn đề tài "Nghiên cứu sử dụng cọc đất xi măng gia cố nền đất yếu cho công trình đập Đức Lợi, tỉnh Quảng Ngãi” làm đề tài nghiên cứu. 2. Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu Nghiên cứu giải pháp xử lý nền đối với đập Đức Lợi. Phương án chọn là cọc đất xi măng. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Xử lý nền đất yếu bằng cọc đất xi măng để đảm bảo ổn định công trình. - Phạm vi nghiên cứu: Nền đất yếu thuộc công trình đập Đức Lợi, tỉnh Quảng Ngãi. 4. Phương pháp nghiên cứu - Thu thập và phân tích tài liệu khảo sát và các thông số kỹ thuật công trình đã có, đưa ra các giải pháp xử lý, phân tích, so sánh ưu nhược điểm về mặt kỹ thuật và kinh tế để chọn giải pháp xử lý phù hợp đối với tầng địa chất của công trình. - Luận văn sử dụng 02 phần mềm Geoslope/Sleep kiểm tra thấm nền và Plaxis để kiểm tra ổn định lún công trình trước và sau khi gia cố nền bằng cọc đất xi măng. 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn Việc nghiên cứu, đề xuất giải pháp xử lý nền đảm bảo ổn định công trình bằng phương pháp cọc đất xi măng ở đập Đức Lợi sẽ là cơ sở để vận dụng thực hiện xử lý nền móng cho một số công trình tương tự khác. 3 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1. Khái quát về khu vực xây dựng công trình: 1.1.1. Vị trí địa lý Đập Đức Lợi thuộc khu vực cửa Lở sông Vệ, thuộc xã Đức Lợi, huyện Mộ Đức, tỉnh Quảng Ngãi, cách UBND xã Đức Lợi khoảng 0,5km về hướng Đông Nam, cách thị trấn Mộ Đức khoảng 16,2km về hướng Tây Nam; cách cửa Lở sông Vệ 1,6km về hướng Đông Tây, có tọa độ địa lý vào khoảng 15004’50’’ vĩ độ Bắc và 108053’49’’ kinh độ Đông. Vị trí công trình được chụp trên Google earth như H1.1: Hình 1.1: Vị trí thiết kế công trình 1.1.2. Nhiệm vụ công trình - Ngăn mặn, giữ ngọt cho đất sản xuất nông nghiệp của 4 xã: Đức Lợi, Đức Thắng, Đức Chánh, Đức Nhuận, huyện Mộ Đức (ngăn mặn 170ha, giữ ngọt 350ha); - Bảo vệ khu dân cư, tăng khả năng tiêu thoát lũ và hạn chế tình trạng ngập lụt kéo dài trong vùng dự án; - Kết hợp giao thông qua lại; cứu hộ, cứu nạn trong mùa mưa bão và neo đậu tàu thuyền. 1.1.3. Sự cần thiết của dự án Đập Đức Lợi thuộc khu vực cửa Lở sông Vệ, trên địa bàn xã Đức Lợi, huyện Mộ Đức, tỉnh Quảng Ngãi, hiện tại phần vai, thân đập đã bị hư hỏng nặng; đập không còn đảm nhận mục tiêu như ngăn mặn, giữ ngọt, tiêu thoát lũ, trú tàu thuyền, …. ảnh hưởng đến đời sống sinh hoạt của 1.818 hộ dân thuộc xã Đức Lợi; đầu tư dự án là ước nguyện của nhân dân trong vùng. 4 Hình ảnh hiện trạng đập Đức Lợi lấy từ hồ sơ thiết kế do Viện khoa học Thủy lợi Việt Nam lập, gồm (Hình 1.2 -:- Hình1.9) như sau: Hình 1.2: Lan can cầu bị hư gây mất an toàn Hình 1.3: Đường hai đầu cầu bằng đất chưa kiên cố 5 Hình 1.4: Trụ pin hư hỏng Hình 1.5: Đường hai đầu cầu bị nứt, mất an toàn 6 Hình 1.6: Các khe phai và trụ pin không còn khả điều tiết Hình 1.7: Trụ pin và lan can bê tông đã hư hỏng 7 Hình 1.8: Kè bên hai vai đập bị sạt lở và hư hỏng Hình 1.9: Kè bên hai vai đập bị sạt lở và hư hỏng 8 1.2. Các thông số kỹ thuật, chủ yếu của công trình Bảng 1.1: Thông số kỹ thuật chủ yếu của công trình được lấy từ hồ sơ thiết kế do Viện khoa học Thủy lợi Việt Nam lập, như sau: Bảng 1.1: Thông số kỹ thuật chủ yếu của công trình TT Hạng mục Đơn vị Chỉ tiêu thiết kế I Các chỉ tiêu thiết kế 1 Cấp công trình Cấp IV Mực nước lũ tính toán ứng 2 m +1,35 với tần suất P=2% 3 Tổ hợp tiêu lũ Mực nước phía đồng m +1,35 Mực nước triều thường 0,00 xuyên m 1,35 Chênh lệch mực nước H 4 Tổ hợp mực nước ngăn mặn Mực nước phía đồng m +0,00 Mực nước phía biển (mực m +1,08 nước triều P5%) m +1,08 Chênh lệch mực nước H 5 Tổ hợp tính toán thấm Mực nước lũ tính toán ứng m 1,35 với tần suất P=2% Mực nước triều min m -0,3 1,65 Chênh lệch mực nước H II Đập 1 Kết cấu Bê tông cốt thép M300 2 Chiều dài m 74,6 3 Chiều rộng thông nước m 12 khoang x 5m 4 Cao trình ngưỡng cống m -1,00 5 Cửa van Cao trình đỉnh cửa van m +1,50 Cửa van tự động kết hợp điều Loại cửa van đóng mở tiết Vật liệu cửa Thép không rỉ Sus 304 Hình thức đóng mở Tự động kết hợp thủ công 6 Chiều dài bể tiêu năng m 8,00 7 Cao trình đáy bể tiêu năng m -1,50 9 m m m m 8,00 -1,50 Rọ đá (2x1x0,5) bọc PVC Rọ đá (2x1x0,5) bọc PVC m m m m Bê tông cốt thép M300 HL93 12,25 73,5 +3,00 5,00 1 2 Chiều dài sân trước Cao trình đáy sân trước Chiều dài gia cố sân trước Chiều dài gia cố sân sau Cầu giao thông và đường dẫn * Cầu Kết cấu cầu Tải trọng cầu qua công trình Chiều dài 1 nhịp cầu Tổng chiều dài cầu Cao trình mặt cầu Bề rộng mặt cầu * Đường dẫn Kết cấu Chiều dài đường dẫn m Bê tông M250 288,00 3 Bề rộng đường dẫn m 5,00 8 9 10 11 III 1 2 3 4 5 6 4 IV 1 2 3 BT tấm lát M250 đặt trong khung BTCT M250, chân mái gia cố bằng đá hộc lát khan Gia cố mái đường dẫn Kè bảo vệ bờ tả Chiều dài kè bờ tả Cao trình đỉnh kè Kết cấu m m 118,75 +1,00 Chân kè bằng đá hộc thả rời, phía trên mặt là lớp đá hộc xếp khan; mái kè bằng đá xây vữa M100, dày 25cm, phía dưới là lớp sỏi dày 5cm 10 1.3. Kết luận chương 1 Đập Đức Lợi đã bị hư hỏng, không còn khả năng đảm nhận nhiệm vụ, việc đầu tư công trình đập Đức Lợi cần thiết và cấp bách; để đảm bảo công trình đáp ứng độ bền và sức chịu tải khi bị tác động tải trọng phải đánh giá địa chất nền từ đó đưa ra giải pháp thiết kế hợp lý. 11 Chương 2. LỰA CHỌN GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU 2.1. Khái niệm nền đất yếu - Nền đất yếu là nền đất không đáp ứng đủ độ bền và sức chịu tải. Khi xây dựng có thể đất sẽ bị biến dạng nhiều khiến công trình không ổn định và không đảm bảo tuổi thọ. - Tùy thuộc vào tính chất, đặc điểm của đất nền mà áp dụng phương pháp gia cố nền đất yếu phù hợp. Việc xử lý nền đất yếu để công trình đáp ứng đủ điều kiện khai thác, giảm độ lún, tăng sức chịu tải. - Các loại nền đất yếu thường gặp: + Đất sét mềm: Gồm các loại đất sét hoặc á sét tương đối chặt, ở trạng thái bão hòa nước, có cường độ thấp; + Đất bùn: Các loại đất tạo thành trong môi trường nước, thành phần hạt rất mịn, ở trạng thái luôn no nước, hệ số rỗng rất lớn, rất yếu về mặt chịu lực; + Đất than bùn: Là loại đất yếu có nguồn gốc hữu cơ, được hình thành do kết quả phân hủy các chất hữu cơ có ở các đầm lầy (hàm lượng hữu cơ từ 20 -80%); + Cát chảy: Gồm các loại cát mịn, kết cấu hạt rời rạc, có thể bị nén chặt hoặc pha loãng đáng kể. Loại đất này khi chịu tải trọng động thì chuyển sang trạng thái chảy gọi là cát chảy; + Đất ba dan: Là loại đất yếu có độ rỗng lớn, dung trọng khô bé, khả năng thấm nước cao, dễ bị lún sụt. 2.2. Một số giải pháp xử lý nền đất yếu hiện nay Một số biện pháp xử lý như sau: - Phương pháp thay nền: Thay một phần hoặc toàn bộ nền đất yếu trong phạm vi chịu lực công trình bằng nền đất mới có chỉ tiêu cơ lý đảm bảo yêu cầu như đất, gối cát, đệm cát. Phương pháp này thường sử dụng công trình quy mô nhỏ, lớp đất yếu mỏng, thời gian thi công lâu dài, áp dụng được với mọi điều kiện địa chất. Bên cạnh đó cũng có thể kết hợp cơ học bằng phương pháp nén thêm đất khô với điều kiện địa chất đất mùn xốp. - Các phương pháp cơ học: Là một trong những nhóm phương pháp phổ biến nhất, bao gồm các phương pháp làm chặt bằng sử dụng tải trọng tĩnh (phương pháp nén trước), sử dụng tải trọng động (đầm chấn động), sử dụng các cọc không thấm, sử dụng lưới nền cơ học và sử dụng thuốc nổ sâu, phương pháp làm chặt bằng giếng cát, các loại cọc (cọc cát, cọc xi măng đất, cọc vôi...), phương pháp vải địa kỹ thuật, phương pháp đệm cát, ... để gia cố nền bằng các tác nhân cơ học. 12 Hình 2.1: Phương pháp cọc đất xi măng - Phương pháp vật lý: Gồm các phương pháp hạ mực nước ngầm, phương pháp dùng giếng cát, phương pháp bấc thấm, điện thấm, ... Hình 2.2: Phương pháp dùng giếng cát - Phương pháp nhiệt học. Là một phương pháp độc đáo có thể sử dụng kết hợp với một số phương pháp khác trong điều kiện tự nhiên cho phép. Sử dụng khí nóng trên 8000C để làm biến đổi đặc tính lí hóa của nền đất yếu. Phương pháp này chủ yếu sử dụng cho điều kiện địa chất đất sét hoặc đất cát mịn. Phương pháp đòi hỏi một lượng năng lượng không nhỏ, nhưng kết quả nhanh và tương đối khả quan. - Các phương pháp hóa học. Là một trong các nhóm phương pháp được chú ý trong vòng 40 năm trở lại đây. Sử dụng hóa chất để tăng cường liên kết trong đất như xi măng, thủy tinh, phương pháp Silicat hóa, … hoặc một số hóa chất đặc biệt phục vụ mục đích điện hóa. Phương pháp xi măng hóa và sử dụng cọc xi măng đất tương đối tiện lợi và phổ biến. Trong vòng chưa tới 20 năm trở lại đây đã có những nghiên cứu tích cực về việc thêm cốt cho cọc xi măng đất. Sử dụng thủy tinh ít phổ biến hơn do độ bền của phương pháp không thực sự khả quan, còn điện hóa rất ít dùng do đòi hỏi tương đối về công nghệ. 13 - Phương pháp sinh học. Là một phương pháp mới sử dụng hoạt động của vi sinh vật để làm thay đổi đặc tính của đất yếu, rút bớt nước úng trong vùng địa chất công trình. Đây là một phương pháp ít được sự quan tâm, do thời gian thi công tương đối dài, nhưng lại được khá nhiều ủng hộ về phương diện kinh tế. - Các phương pháp thủy lực: Đây là nhóm phương pháp lớn như là sử dụng cọc thấm, lưới thấm, sử dụng vật liệu composite thấm, bấc thấm, sử dụng bơm chân không, sử dụng điện thẩm. Các phương pháp phân làm hai nhóm chính, nhóm một chủ yếu mang mục đích làm khô đất, nhóm này thường đòi hỏi một lượng tương đối thời gian và còn khiêm tốn về tính kinh tế. Nhóm hai ngoài mục đích trên còn muốn mượn lực nén thủy lực để gia cố đất, nhóm này đòi hỏi cao về công nghệ, thời gian thi công giảm đi và tính kinh tế được cải thiện đáng kể. Hình 2.3: Phương pháp bơm chân không - Ngoài ra còn có các phương pháp mới được nghiên cứu như rung hỗn hợp, đâm xuyên, bơm cát. 2.3. Đánh giá hiện trạng địa chất nền đập Đức Lợi Đặc điểm phân bố và các đặc tính cơ lý của các lớp đất phân bố trên tuyến theo thứ tự từ trên xuống dưới (từ hồ sơ thiết kế do Viện khoa học Thủy lợi Việt Nam lập) như sau: - Lớp 1: Cát hạt nhỏ màu xám vàng, phía trên mặt đến độ sâu 0,3m có lớp dăm sạn của đá granít phong hóa mãnh liệt lẫn sét màu nâu đỏ. Lớp này chỉ xuất hiện ở hố khoan HK1 (khu vực thềm trái đầu vai đập) với chiều dày 1,5m; - Lớp 2: Cát hạt thô lẫn ít sạn sỏi, màu xám vàng, kết cấu xốp đến chặt vừa, nguồn gốc bồi tích sông (aQ). Lớp này phân bố trên toàn bộ chiều dài tuyến, bề dày khá lớn, thay đổi từ 9,0 đến 10,0m (cao độ mặt lớp thường gặp từ (-)1,14m đến ()1,78m; cao độ đáy lớp từ (-)8,64m đến (-)11,36m. Lớp này bị bão hòa nước hoàn toàn, tính thấm nước trung bình K = 9,14x10-6m/s. Kết quả thí nghiệm SPT (xem 14 bảng 1a) cho thấy lớp có độ chặt vừa, với sức kháng xuyên đầu mũi N 30 = 12 búa/30cm; mô đun tổng biến dạng E0 = 126,0 kG/cm2. Bảng 2.1: Các chỉ tiêu cơ lý lớp đất 2 TT Các chỉ tiêu Đơn vị Giá trị tiêu chuẩn 1 Thành phần hạt P% + Hạt sét (d<0.005mm) % 0,3 + Hạt bụi (0,005 -0,05mm) % 0,3 + Hạt cát (0,05- 2,0mm) % 96,0 + Hạt sỏi sạn (2,0- 20,0mm) % 3,4 3 2 Khối lượng riêng,  g/cm 2,66 3 Hệ số rỗng khi rời, emax 0,961 4 Hệ số rỗng chặt nhất, emin 0,488 5 Góc nghỉ khi khô, k độ 320 43’ 6 Góc nghỉ khi ướt, ư độ 250 25’ 7 Trị số SPT, N30 Búa/30cm 12 8 Hệ số thấm K m/s 9,14 x 10-6 9 Mô đun tổng biến dạng E0 kG/cm2 126,0 - Lớp 3: Cát hạt thô lẫn ít bụi sét, màu xám ghi, kết cấu chặt vừa, nguồn gốc trầm tích sông- biển (a,mQ). Lớp này phân bố trên toàn bộ chiều dài tuyến ngay dưới lớp 1, bề dày lớp thay đổi từ 2,5m (hố HK5) đến >10,0 m (hố HK1). Kết quả thí nghiệm SPT cho thấy lớp có kết cấu từ xốp đến chặt vừa, sức kháng xuyên đầu mũi N30 = 14 búa/30cm, mô đun tổng biến dạng E0 = 144,0kG/cm2. Kết quả thí nghiệm đổ nước trong hố khoan cho thấy lớp có tính thấm nước nhỏ K = 3,2x10-6m/s. Bảng 2.2: Các chỉ tiêu cơ lý lớp đất 3 TT Các chỉ tiêu Đơn vị Giá trị tiêu chuẩn 1 Thành phần hạt P% + Hạt sét (d<0.005mm) % 2,8 + Hạt bụi (0,005 -0,05mm) % 3,8 + Hạt cát (0,05- 2,0mm) % 89,7 + Hạt sỏi sạn (2,0- 20,0mm) % 3,7 3 2 Khối lượng riêng,  g/cm 2,66 3 Hệ số rỗng khi rời, emax 1,188 4 Hệ số rỗng chặt nhất, emin 0,535 5 Góc nghỉ khi khô , k độ 330 00’ 6 Góc nghỉ khi ướt , ư độ 220 59’ 7 Trị số SPT, N30 Búa/30cm 14 8 Hệ số thấm K m/s 3,2 x 10-6 9 Mô đun tổng biến dạng E0 kG/cm2 144,0