Tài liệu Nghiên cứu thử nghiệm hiện trường công nghệ đất trộn ximăng trộn sâu trộn ướt nhỏ gọn gia cố đường đê ven sông chống lũ ở đồng tháp

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA LÊ PHI LONG NGHIÊN CỨU THỬ NGHIỆM HIỆN TRƢỜNG CÔNG NGHỆ ĐẤT TRỘN XIMĂNG TRỘN SÂU-TRỘN ƢỚT NHỎ GỌN GIA CỐ ĐƢỜNG ĐÊ VEN SÔNG CHỐNG LŨ Ở ĐỒNG THÁP Chuyên ngành: Xây dựng đƣờng ôtô và đƣờng thành phố Mã số: 60.58.30 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP.HỒ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2014 CÔNG TRÌNH ĐƢỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG TP. HCM Cán bộ hƣớng dẫn khoa học: TS. TRẦN NGUYỄN HOÀNG HÙNG Cán bộ chấm nhận xét 1: TS. LÊ BÁ VINH Cán bộ chấm nhận xét 2: TS. PHẠM VĂN HÙNG Luận văn thạc sĩ đƣợc bảo vệ tại Trƣờng Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp.HCM ngày 17 tháng 01 năm 2015. Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: 1.Chủ tịch hội đồng: PGS.TS. MAI DI TÁM 2. Ủy viên: TS. PHẠM MẠNH HÙNG 3. Cán bộ chấm nhận xét 1: TS. LÊ BÁ VINH 4. Cán bộ chấm nhận xét 2: TS. PHẠM VĂN HÙNG CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƢỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG PGS.TS. MAI DI TÁM TS. NGUYỄN MINH TÂM ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Đ c ậ – Tự d – H ---------- h h c ---------- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ và tên học viên: Lê Phi Long MSHV: 12010329 Ngày tháng năm sinh: 19/9/1988 Nơi sinh: Đăk Lăk Chuyên ngành: Xây dựng đƣờng ôtô và đƣờng thành phố Mã số:60.58.30 I. TÊN ĐỀ T I Nghiê cứu thử nghiệm hiệ trƣờ g cô g ghệ đất tr n ximă g tr sâu-tr n ƣớt nhỏ gọn gia cố đƣờ g đê ve sô g chố g ũ ở Đồ g Thá II. NHIỆM VỤ LUẬN VĂN Nhiệm vụ của luận văn là đánh giá chất lƣợng tƣờng soilcrete hiện trƣờng đƣợc tạo bằng công nghệ NSV gia cố đƣờng đê ven sông (ĐĐVS) tại xã An Hoà, huyện Tam Nông, tỉnh Đồng Tháp nhằm đánh giá khả năng ứng dụng đại trà công nghệ này ở khu vực Đồng Bằng Sông Cửu Long (ĐBSCL). Để đạt đƣợc mục tiêu trên, luận văn cần thực nhiệm các nhiệm vụ cụ thể nhƣ sau: 1. Nghiên cứu tổng quan về ĐĐVS ở ĐBSCL và công nghệ đất trộn ximăng. 2. Thi công thử nghiệm hiện trƣờng gia cố 30 m ĐĐVS bằng công nghệ NSV tại xã An Hoà, huyện Tam Nông, tỉnh Đồng Tháp dựa vào kết quả thí nghiệm ứng xử đất Đồng Tháp trộn với ximăng trong phòng. 3. Khoan lõi lấy mẫu soilcrete hiện trƣờng và thí nghiệm nén nở hông tự do để đánh giá mức độ đồng đều và hình thành cọc soilcrete liên tục theo chiều sâu. 4. Quan trắc mực nƣớc ngầm và chuyển vị ngang để đánh giá khả năng ngăn dòng thấm và tạo ổn định cho ĐĐVS khi gia cố tƣờng soilcrete. 5. Phác thảo quy trình hƣớng dẫn ứng dụng đại trà công nghệ NSV ở Đồng Tháp nói riêng và ở ĐBSCL nói chung. III. NG Y GIAO NHIỆM VỤ 07/7/2014 IV. NG Y HO N TH NH NHIỆM VỤ: 07/12/2014 V. CÁN BỘ HƢỚNG DẪN TS. TRẦN NGUYỄN HOÀNG HÙNG TP. HCM, ngày 07 tháng 12 năm 2014 CÁN BỘ HƢỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN Đ O TẠO TS. TRẦN NGUYỄN HO NG HÙNG TS. LÊ BÁ KHÁNH TRƢỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG v LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên và quan trọng nhất, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc của mình đến Thầy hƣớng dẫn chính TS. Trần Nguyễn Hoàng Hùng, bộ môn Cầu Đƣờng, khoa Kỹ thuật Xây dựng trƣờng Đại học Bách Khoa TP. HCM. Thầy đã truyền đạt những kiến thức qúi báu, góp ý, hƣớng dẫn tận tình, và động viên trong suốt thời gian nghiên cứu giúp tôi hoàn thành luận văn này. Tôi xin cảm ơn các thầy cô ở trƣờng Đại học Bách Khoa TP. HCM đã tận tình giảng dạy, truyền đạt kiến thức bổ ích trong suốt quá trình học tập tại trƣờng. Tôi cũng xin cảm ơn AUN/SEED-NET, Tập đoàn Something Việt Nam, và tỉnh An Giang đã tài trợ kinh phí cho nghiên cứu này thông qua đề tài mã số HCMUT CRI 1301. Cảm ơn tỉnh Đồng Tháp đã tạo điều kiện tốt nhất cho nhóm nghiên cứu và bản thân tôi hoàn thành nhiệm vụ nghiên cứu. Để hoàn thành tốt luận văn này, tôi xin chân thành cảm ơn các thành viên trong nhóm nghiên cứu đã cùng hợp tác làm việc, chia sẻ kiến thức, và kinh nghiệm trong quá trình nghiên cứu đề tài. Cảm ơn gia đình và bạn bè đã luôn động viên, tin tƣởng, và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu. vi TÓM TẮT LUẬN VĂN Đề tài NGHIÊN CỨU THỬ NGHIỆM HIỆN TRƢỜNG CÔNG NGHỆ ĐẤT TRỘN XIMĂNG TRỘN SÂU-TRỘN ƢỚT NHỎ GỌN GIA CỐ ĐƢỜNG ĐÊ VEN SÔNG CHỐNG LŨ Ở ĐỒNG THÁP Sạt lở ĐĐVS thƣờng xảy ra vào mùa lũ hàng năm gây tổn thất lớn về ngƣời và tài sản ở ĐBSCL. Nhiều giải pháp đã đƣợc sử dụng để gia cố ĐĐVS ở khu vực này nhƣ: đắp bao tải cát, dùng rọ đá, đóng cừ tràm, v.v. Tuy nhiên, những giải pháp này còn mang tính tạm thời và còn nhiều hạn chế. Công nghệ đất trộn ximăng với các ƣu điểm: tạo ổn định, ngăn đƣợc dòng thấm, v.v., phát triển trên thế giới từ đầu thế kỷ 20 và bắt đầu áp dụng rộng rãi ở Việt Nam từ năm 2000. Tuy nhiên, công nghệ này vẫn chƣa đƣợc nghiên cứu một cách có hệ thống để ứng dụng gia cố ĐĐVS chống lũ ở ĐBSCL. Nghiên cứu thử nghiệm hiện trƣờng gia cố đoạn ĐĐVS Kênh 2/9 xã An Hòa, huyện Tam Nông, tỉnh Đồng Tháp nhằm đánh giá khả năng ứng dụng công nghệ NSV (công nghệ đất trộn xi măng trộn sâu – trộn ƣớt nhỏ gọn) vào gia cố ĐĐVS chống lũ ở Đồng Tháp riêng và ĐBSCL nói chung. Kết quả cho thấy: công nghệ thi công NSV nhỏ gọn nên dễ dàng bố trí và thao tác trên đƣờng đê có mặt bằng chật hẹp, không làm mất ổn định mái đê, và đảm bảo lƣu thông cho ngƣời dân trong quá trình thi công; Tƣờng soilcrete khá đồng đều và liên tục theo chiều sâu thi công bằng công nghệ NSV; qu ứng với các Ac = 250 và 300 kg/m3 có giá trị khoảng từ 0.6 đến 2.2 MPa, cao hơn cƣờng độ thiết kế (0.35 MPa) khoảng 1.7 đến 6.3 lần; qu tại điểm chồng nối có giá trị trung bình khoảng 1.74 MPa lớn hơn vị trí tim cọc khoảng 1.6 đến 2.5 lần, lớn hơn cƣờng độ thiết kế khoảng 5 lần; qu tại trọng tâm giữa ba cọc có giá trị trung bình khoảng 0.87 MPa nhỏ hơn cƣờng độ tại tim cọc khoảng 1.7 lần, lớn hơn cƣờng độ thiết kế khoảng 2.5 lần; Biến dạng lúc phá hoại của mẫu soilcrete ngoài hiện trƣờng nằm trong khoảng 1.0 đến 2.5%; Tỉ số giữa mô đun biến dạng, E50 và cƣờng độ, qu khoảng từ 28 đến 140 lần; Tƣờng soilcrete hiện trƣờng ngăn đƣợc dòng thấm qua thân đƣờng đê và đảm bảo ổn định cho khối đất với hệ số an toàn phía sông lớn hơn hệ số an toàn ở bƣớc thiết kế 1.2 lần. vii SUMMARY OF THESIS Topic A FIELD EXPERIMENT OF DEEP MIXING METHOD TO REINFORCE RURAL ROADS ALONG RIVERBANKS IN DONG THAP PROVINCE Rural roads along riverbanks often breaks due to annual floods in the Mekong Delta. Several solutions such as: sand bags, gabion, and timber piles, v.v. have been applied to reinforce rural roads along riverbanks but still remain temporary and limitative. Deep mixing methods have advantages such as: slope stabilization, preventing seepage, v.v., developed since early 20th century and applied in Viet Nam since 2000s. However, those methods haven’t rearched systematically to reinforce rural roads along riverbanks in the Mekong Delta yet. The field experiments were conducted at 2/9 canal, An Hoa ward, Tam Nong district, Dong Thap Province to assess ability of applying NSV technology (deep mixing method) to reinforce earth levees in Me Kong delta. The research assesses effect of solution in comparison with preliminary design. In addition, the result provides field performance of soilcrete walls before applying widely. Because of the convenience, NSV technology can be installed and operated on narrow surface of levees. It doesn’t affect slope stability of levess, and the traffic is also guaranteed through the construction process. The soilcrete walls are quite uniform alongcolumn depth created using the NSV technology. qu of Ac = 250 and 300 kg/m3are about 0.6 to 2.2 MPa, respectively, higher than design strength about 1.7 to 6.3 times, respectively. qu of overlapped locations is about 1.74 MPa, higher than those of an inside column and the design strength about 1.6 to 2.5 times and 5 times, respectively. qu of three columns’ overlapses is about 0.87 Mpa, lower and higher than those of column centers and the design strength about 1.7 times and 2.5 times, respectively. Deformation of field soilcrete specimens at failure is about 1.0 to 2.5%. Ratio of secant modulus of elasticity and UCS is about 28 to 140 times. Soilcrete walls in situ can prevent seepage through earth levees. The factor of safety for reinforced levees is more than one in preliminary design by 1.2 times. viii MỤC LỤC DANH MỤC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT ...................................................................... xii DANH MỤC HÌNH ẢNH .............................................................................................. xiii DANH MỤC BẢNG BIỂU ............................................................................................ xvi LỜI CAM ĐOAN .......................................................................................................... xvii MỞ ĐẦU ........................................................................................................................... 1 1. ĐẶT VẤN ĐỀ .......................................................................................................... 1 2. TÓM TẮT NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN .............................................................. 3 2.1. TỔNG QUAN VỀ ĐĐVS CHỐNG LŨ Ở ĐỒNG THÁP NÓI RIÊNG ĐBSCL NÓI CHUNG ..................................................................................................................... 3 2.2. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ ĐẤT TRỘN XIMĂNG ....................................... 5 3. ĐỘNG LỰC NGHIÊN CỨU ................................................................................... 7 4. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU ..................................................................................... 8 5. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................................................................ 8 6. PHẠM VI NGHIÊN CỨU ....................................................................................... 9 7. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ....................................................................................... 9 8. Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI ........................................................................................ 10 9. TỔ CHỨC LUẬN VĂN ......................................................................................... 10 CHƢƠNG 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT................................................................................ 12 1.1. THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH CHỈ TIÊU CƠ LÝ CƠ BẢN CỦA SOILCRETE ..... 12 1.1.1. Thí nghiệm xác định dung trọng tự nhiên của đất................................................. 12 1.1.2. Thí nghiệm nén một trục nở hông tự do (UCS) .................................................... 13 1.2. LÝ THUYẾT VỀ ỔN ĐỊNH MÁI DỐC ............................................................... 15 1.2.1. Ổn định mái dốc .................................................................................................... 15 1.2.2. Hệ số ổn định ......................................................................................................... 16 1.3. QUAN TRẮC HIỆN TRƢỜNG............................................................................. 19 1.3.1. Quan trắc mực nƣớc ngầm .................................................................................... 20 1.3.1.1. Nƣớc trong đất ........................................................................................... 20 1.3.1.2. Thiết bị quan trắc mực nƣớc ngầm ............................................................ 21 1.3.2. Quan trắc chuyển vị ngang .................................................................................... 23 ix 1.3.2.1. Nguyên lý hoạt động của thiết bị inclinometer ......................................... 25 CHƢƠNG 2. THI CÔNG THỬ NGHIỆM HIỆN TRƢỜNG......................................... 29 2.1. VỊ TRÍ NGHIÊN CỨU VÀ ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN........................................... 29 2.1.1. Vị trí nghiên cứu thi công thử nghiệm .................................................................. 29 2.1.2. Điều kiện tự nhiên ................................................................................................. 29 2.1.2.1. Địa chất ...................................................................................................... 29 2.1.2.2. Chế độ và ảnh hƣởng của lũ hàng năm ..................................................... 31 2.2. PHƢƠNG PHÁP THỰC HIỆN THI CÔNG HIỆN TRƢỜNG ............................. 31 2.2.1. Phân tích ảnh hƣởng của tƣờng soilcrete đến dòng thấm và ổn định của ĐĐVS chống lũ ........................................................................................................................... 31 2.2.2. Nghiên cứu ứng xử trong phòng của đất Đồng Tháp trộn với ximăng ................. 36 2.2.3. Giải pháp thiết kế .................................................................................................. 36 2.2.4. Thi công thử nghiệm hiện trƣờng .......................................................................... 37 2.2.4.1. Vật liệu ...................................................................................................... 37 2.2.4.2. Thiết bị thi công ......................................................................................... 37 2.2.4.3. Trình tự thi công hiện trƣờng .................................................................... 41 2.3. KẾT QUẢ ............................................................................................................... 46 2.4. THẢO LUẬN ......................................................................................................... 46 2.4.1. Sự cố gặp phải trong quá trình thi công thử nghiệm hiện trƣờng ......................... 47 2.4.2. Các biện pháp khắc phục ....................................................................................... 47 2.5. TÓM TẮT QUÁ TRÌNH THI CÔNG HIỆN TRƢỜNG ....................................... 49 CHƢƠNG 3. PHÂN TÍCH CHẤT LƢỢNG CỌC SOILCRETE HIỆN TRƢỜNG ...... 50 3.1. ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG THI CÔNG HIỆN TRƢỜNG ................................. 50 3.1.1. Đào lộ đầu cọc ....................................................................................................... 50 3.1.2. Khoan lõi lấy mẫu hiện trƣờng .............................................................................. 50 3.1.2.1. Tiêu chuẩn áp dụng.................................................................................... 51 3.1.2.2. Vị trí khoan lõi lấy mẫu ............................................................................. 51 3.1.2.3. Thiết bị lấy mẫu ......................................................................................... 51 3.1.2.4. Trình tự lấy mẫu ........................................................................................ 52 3.1.3. Thí nghiệm nén nở hông tự do (UCS) ................................................................... 56 x 3.1.3.1. Quá trình chế tạo mẫu ................................................................................ 56 3.1.3.2. Quá trình thí nghiệm .................................................................................. 56 3.2. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................................................ 58 3.2.1. Mức độ đồng đều và liên tục theo chiều sâu của cọc soilcrete hiện trƣờng .......... 58 3.2.2. Mối quan hệ giữa vị trí lấy mẫu và cƣờng độ nén nở hông tự do, qu .................... 58 3.2.3. Ảnh hƣởng của loại đất đến cƣờng độ nén nở hông tự do, qu ............................... 59 3.2.4. Ảnh hƣởng của hàm lƣợng ximăng, Ac, đến cƣờng độ nén nở hông tự do, qu ...... 59 3.2.5. Ảnh hƣởng của mức độ trộn, T, đến cƣờng độ nén nở hông tự do, qu .................. 60 3.2.6. Quan hệ giữa biến dạng lúc phá hoại, εf, và cƣờng độ nén nở hông tự do, qu ...... 60 3.2.7. Quan hệ giữa mô đun đàn hồi cát tuyến, E50, và cƣờng độ nén nở hông tự do, qu ............................................................................................................................ 61 3.3. TÓM TẮT KẾT QUẢ ............................................................................................ 66 CHƢƠNG 4. ĐÁNH GIÁ TÁC DỤNG TƢỜNG SOILCRETE HIỆN TRƢỜNG ....... 67 4.1. LẮP ĐẶT HỆ THỐNG QUAN TRẮC .................................................................. 67 4.1.1. Quan trắc mực nƣớc ngầm .................................................................................... 67 4.1.1.1. Lắp đặt giếng quan trắc ............................................................................. 67 4.1.1.2. Thiết bị quan trắc mực nƣớc ngầm ............................................................ 72 4.1.2. Quan trắc chuyển vị ngang .................................................................................... 72 4.1.2.1. Lắp đặt ống thăm dò chuyển vị ngang....................................................... 72 4.1.2.2. Thiết bị quan trắc chuyển vị ngang ........................................................... 72 4.2. KẾT QUẢ ............................................................................................................... 75 4.2.1. Quan trắc mực nƣớc ngầm .................................................................................... 75 4.2.2. Phân tích ổn định ................................................................................................... 75 4.2.3. Quan trắc chuyển vị ngang .................................................................................... 76 4.3. THẢO LUẬN ......................................................................................................... 80 4.3.1. Tác dụng của tƣờng soilcrete hiện trƣờng đến dòng thấm trong thân ĐĐVS chống lũ ........................................................................................................................... 80 4.3.2. Tác dụng của tƣờng soilcrete hiện trƣờng đến ổn định thân ĐĐVS chống lũ ...... 81 4.4. TÓM TẮT KẾT QUẢ ............................................................................................ 82 xi CHƢƠNG 5. PHÁC THẢO QUY TRÌNH HƢỚNG DẪN ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ ĐẤT TRỘN XIMĂNG TRỘN SÂU-TRỘN ƢỚT NHỎ GỌN GIA CỐ ĐƢỜNG ĐÊ VEN SÔNG CHỐNG LŨ ......................................................................... 84 5.1. PHẠM VI SỬ DỤNG............................................................................................. 84 5.2. CÁC THUẬT NGỮ VÀ ĐỊNH NGHĨA ................................................................ 84 5.3. CÁC TÀI LIỆU VIỆN DẪN .................................................................................. 84 5.4. CÁC QUY ĐỊNH CHUNG .................................................................................... 85 5.5. KHẢO SÁT ĐỊA CHẤT ........................................................................................ 86 5.6. VẬT LIỆU VÀ SẢN PHẨM.................................................................................. 88 5.7. CƠ SỞ LIÊN QUAN ĐẾN THIẾT KẾ .................................................................. 88 5.8. THI CÔNG ............................................................................................................. 90 5.9. CÁC YÊU CẦU VỀ KIỂM TRA VÀ NGHIỆM THU .......................................... 92 5.10. CÁC YÊU CẦU ĐẶC BIỆT .................................................................................. 94 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ......................................................................................... 98 1. TÓM TẮT VÀ KẾT LUẬN ................................................................................... 98 2. KIẾN NGHỊ .......................................................................................................... 100 3. HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO ................................................................ 100 xii DANH MỤC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT A = diện tích Ac = hàm lƣợng xi măng d = đƣờng kính mẫu E50 = mô đun cát tuyến tại giá trị ứng suất bằng 50% = biến dạng dọc tƣơng đối g = gia tốc trọng trƣờng h = chiều cao mẫu M = khối lƣợng P = lực nén qu = cƣờng độ nén nở hông tự do UCS = thí nghiệm nén nở hông tự do (Unconfined Compressive Strength Test) V = thể tích w = độ ẩm  = dung trọng ƣớt  = ứng suất nén ĐBSCL = đồng bằng sông Cửu Long ĐĐVS = đƣờng đê ven sông CDM = phƣơng pháp đất trộn xi măng trộn sâu Soilcrete = đất trộn xi măng NSV = là công nghệ đất trộn ximăng trộn sâu – trộn ƣớt với qui trình công nghệ đã đƣợc Trung tâm kiến trúc Nhật Bản chứng nhận số BCJ-149. xiii DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1-1. Phân mảnh dùng tính toán trong mặt trƣợt trụ tròn (Das 2006) ..................... 18 Hình 1-2. Phân tích ổn định của mái dốc có xét đến mực nƣớc tĩnh trong đất (Das 2006) ................................................................................................................................ 18 Hình 1-3. Sự thay đổi mực nƣớc ngầm, độ bão hòa và áp lực nƣớc lỗ rỗng do mƣa (Geotechnical Control Office 1984 từ nguồn: Abramson et al. 2002) ............................ 22 Hình 1-4. Thiết bị quan trắc mực nƣớc ngầm ................................................................. 22 Hình 1-5. Minh họa tính toán áp lực nƣớc lỗ rỗng tại một điểm tác dụng lên khối đất .. 24 Hình 1-6. Các vị trí lắp đặt ống thăm dò(Abramson et al. 2002). ................................... 24 Hình 1-7. Mô tả di chuyển thiết bị cảm biến trong ống thăm dò .................................... 28 Hình 1-8. Minh họa cơ chế hoạt động của thiết bị inclinometer (Nguyễn Ngọc Du 2013) ................................................................................................................................ 28 Hình 2-1. Vị trí thi công thử nghiệm hiện trƣờng ........................................................... 30 Hình 2-2. Phƣơng án thiết kế tƣờng soilcrete gia cố đƣờng đê kênh 2/9 ........................ 35 Hình 2-3. Vị trí đƣờng bão hòa nƣớc trong thân đƣờng đê khi mực nƣớc sông thay đổi (Lê Khắc Bảo et al. 2014) ......................................................................................... 35 Hình 2-4. Kết quả thi công thử nghiệm ........................................................................... 39 Hình 2-5. Thiết bị thi công công nghệ NSV ................................................................... 39 Hình 2-6. Trạm trộn vữa xi măng tự động ...................................................................... 40 Hình 2-7. Thiết bị bơm vữa ............................................................................................. 40 Hình 2-8. Các đoạn cần khoan ........................................................................................ 40 Hình 2-9. Tập kết và bảo quản ximăng ........................................................................... 43 Hình 2-10. Công tác chuẩn bị mặt bằng .......................................................................... 43 Hình 2-11. Định vị tim cọc soilcrete theo mặt bằng thiết kế .......................................... 43 Hình 2-12. Quá trình thi công đƣợc vận hành thử bằng nƣớc ........................................ 44 Hình 2-13. Quá trình trộn vữa ......................................................................................... 44 Hình 2-14. Thi công cọc soilcrete hiện trƣờng ............................................................... 44 Hình 2-15. Định vị tim cọc sau thi công ......................................................................... 45 Hình 2-16. Mặt đƣờng tại vị trí công trình sau khi hoàn thiện thi công ......................... 45 xiv Hình 2-17. Đào lấy cần và mũi khoan ở độ sâu 4 m so với mặt đƣờng đê .................... 48 Hình 2-18. Lƣới lọc vữa trƣớc khi xả xuống buồng khuấy ............................................. 48 Hình 3-1. Đào lộ đầu cọc kiểm tra kích thƣớc và xác định vị trí khoan lấy mẫu ........... 54 Hình 3-2. Thiết bị khoan lõi lấy mẫu hiện trƣờng........................................................... 54 Hình 3-3. Mũi khoan 2 lòng ............................................................................................ 54 Hình 3-4. Tháo lƣỡi khoan và lấy mẫu ra khỏi ống chứa mẫu........................................ 55 Hình 3-5. Bảo dƣỡng mẫu nguyên dạng ......................................................................... 55 Hình 3-6. Gia công mẫu soilcrete hiện trƣờng ................................................................ 57 Hình 3-7. Mẫu soilcrete hiện trƣờng sau khi gia công chuẩn bị nén .............................. 57 Hình 3-8. Hình ảnh thí nghiệm nén mẫu soilcrete hiện trƣờng ....................................... 57 Hình 3-9. Kết quả khoan lõi lấy mẫu hiện trƣờng........................................................... 62 Hình 3-10. Cƣờng độ nén nở hông tự do của soilcrete, qu, theo chiều sâu khảo sát tại các vị trí khoan lấy mẫu khác nhau. ................................................................................ 62 Hình 3-11. Mối quan hệ giữa lớp đất và cƣờng độ nén hở hông tự do, qu ...................... 63 Hình 3-12. Mối quan hệ giữa hàm lƣợng ximăng, Ac và cƣờng độ nén hở hông tự do, qu ...................................................................................................................................... 63 Hình 3-13. Quan hệ giữa cƣờng độ nén nở hông tự do, qu, và biến dạng lúc phá hoại, εf. ...................................................................................................................................... 64 Hình 3-14. Quan hệ giữa mô đun đàn hồi cát tuyến, E50 và cƣờng độ nén nở hông tự do, qu. ............................................................................................................................... 64 Hình 4-1. Bình đồ bố trí hệ thống quan trắc.................................................................... 69 Hình 4-2. Khoan lỗ một đầu ống quan trắc mực nƣớc ngầm .......................................... 69 Hình 4-3. Lắp ráp các đoạn ống làm giếng quan trắc mực nƣớc ngầm .......................... 70 Hình 4-4. Lắp đặt giếng quan trắc mực nƣớc ngầm trong thân đƣờng đê ...................... 71 Hình 4-5. Hoàn thiện các vị trí quan trắc mực nƣớc ngầm và mực nƣớc sông .............. 71 Hình 4-6. Đo đạc mực nƣớc ngầm trong thân đƣờng đê ................................................. 73 Hình 4-7. Lắp đặt ống thăm dò quan trắc chuyển vị ngang ............................................ 73 Hình 4-8. Đo chuyển vị ngang bằng thiết bị inclinometer .............................................. 74 Hình 4-9. Tổng hợp kết quả quan trắc mực nƣớc ngầm trong thân đƣờng đê. ............... 78 Hình 4-10. Mô phỏng chuyển vị ngang của ống thăm dò qua các lần đo đạc ................ 79 xv Hình 4-11. Vị trí xuất hiện cung trƣợt nguy hiểm nhất sau khi gia cố tƣờng soilcrete .. 83 xvi DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1-1. Hệ số điều chỉnh khi tỉ số H/D nhỏ hơn 2 (ASTM C42) ................................ 14 Bảng 2-1. Chỉ tiêu cơ lý các lớp đất ................................................................................ 34 Bảng 2-2. Chỉ tiêu cơ lý của cọc soilcrete thiết kế .......................................................... 34 Bảng 3-1. Vị trí khoan lõi lấy mẫu hiện trƣờng .............................................................. 51 Bảng 3-2. Hàm lƣợng xi măng phun theo thiết kế và hàm lƣợng xi măng phun thực tế 65 Bảng 3-3. Mức độ trộn tại các vị trí cọc khoan lấy mẫu ................................................. 65 Bảng 4-1. Thông số cọc soilcrete hiện trƣờng trung bình ứng với các trƣờng hợp phân tích ổn định ...................................................................................................................... 77 Bảng 4-2. Kết quả phân tích ổn định bằng phần mềm Slope/W2007 ............................. 77 xvii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan Luận văn thạc sĩ: “NGHIÊN CỨU THỬ NGHIỆM HIỆN TRƢỜNG CÔNG NGHỆ ĐẤT TRỘN XIMĂNG TRỘN SÂU-TRỘN ƢỚT NHỎ GỌN GIA CỐ ĐƢỜNG ĐÊ VEN SÔNG CHỐNG LŨ Ở ĐỒNG THÁP” là đề tài do chính cá nhân tôi thực hiện. Đề tài đƣợc thực hiện theo đúng Nhiệm vụ luận văn thạc sĩ, không phải sao chép của cá nhân nào, các số liệu thử nghiệm trong luận văn do chính nhóm nghiên cứu, gồm có tôi, thực hiện. Tp. HCM, ngày 7 tháng 12 năm 2014 LÊ PHI LONG Học Viên Cao Học Khóa 2012 Chuyên Ngành Xây Dựng Đƣờng Ôtô và Đƣờng Thành Phố Trƣờng Đại học Bách Khoa Tp. HCM. 1 MỞ ĐẦU 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Sông Mê Kông là một trong những con sông lớn nhất thế giới với tổng chiều dài là 4.800 km xếp thứ 12 trên thế giới (thứ 7 tại Châu Á) và diện tích lƣu vực khoảng 795.000 km2 xếp thứ 10 trên thế giới (Trịnh Thị Long 2013). Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) thuộc vùng hạ lƣu của sông Mê Kông với địa hình bằng phẳng, hệ thống kênh rạch chằng chịt và phần lớn diện tích có cao độ nhỏ hơn +2 m so với mực nƣớc biển (Lê Huy Bá và Thái Vũ Bình 2014). Hàng năm, tổng lƣợng nƣớc của sông Mê Kông đổ vào ĐBSCL khoảng 500 tỉ m3 (khoảng 422 tỉ m3 từ thƣợng nguồn, khoảng 67 tỉ m3 từ lƣợng mƣa của vùng). Trong đó, lƣợng nƣớc vào mùa nƣớc lớn (từ tháng 9 đến tháng 12) chiếm từ 80 – 83% (Trịnh Thị Long 2013). Vì vậy, khu vực ĐBSCL phải gánh chịu lũ với cƣờng độ lớn, thời gian lâu và phạm vi ảnh hƣởng rộng hơn các khu vực khác của sông Mê Kông. Đồng Tháp là tỉnh thuộc ĐBSCL, ở đầu nguồn sông Tiền (một nhánh của hệ thống sông Mê Kông khi đi vào lãnh thổ Việt Nam). Địa hình tỉnh Đồng Tháp khá bằng phẳng. Diện tích của Đồng Tháp có hơn 3/4 là địa hình dạng lòng chảo, bị ngập sâu trong mùa lũ và kém thoát nƣớc. Vào mùa nƣớc lớn hàng năm, sông Tiền nhận khoảng 80% lƣợng nƣớc lũ từ sông Mê Kông đổ về (Tăng Quốc Cƣơng 2005). Vì vậy, Đồng Tháp là một trong những tỉnh có diện tích lớn ngập sâu trong lũ với chiều cao ngập trong lũ trên +2 m (Trần Nhƣ Hối 2005, Phạm Hữu Công 2011). Phần lớn đƣờng bộ ở ĐBSCL nói chung và Đồng Tháp nói riêng là đƣờng đê ven sông (ĐĐVS). Hệ thống đƣờng giao thông nông thôn (GTNT) đƣợc kết hợp xây dựng trên các tuyến đê bao nhằm đáp ứng nhu cầu đi lại, bảo vệ tài sản cơ sở vật chất của ngƣời dân và thúc đẩy phát triển kinh tế của địa phƣơng trong mùa lũ. Năm 2012 tỉnh Đồng Tháp đã triển khai xây dựng khoảng 10.591 km đê bao sản xuất, với tổng diện tích đƣợc bảo vệ là 237.758 ha. Trong đó, đảm bảo chủ động chống lũ cho 146.021 ha lúa Hè-Thu, 75.439 ha lúa Thu-Đông, 14.871 ha cây ăn trái và trên 1.246 ha nuôi trồng, sản xuất giống thủy sản (Ủy Ban Nhân dân tỉnh Đồng Tháp 2012). 2 Tuy nhiên, phần lớn hệ thống ĐĐVS chống lũ hay đê bao đƣợc thi công đơn giản, thƣờng dùng đất tại chỗ hoặc đất dọc theo kênh mƣơng để đắp sau đó để cố kết bằng trọng lƣợng bản thân. Thân đê có độ rỗng lớn, khả năng chịu lực và kháng lũ kém nên rất dễ bị xói lở và phá hoại. Hơn nữa, thân đê có độ rỗng lớn tạo điều kiện hình thành dòng thấm. Vào mùa lũ, dòng thấm có lƣu lƣợng và vận tốc lớn cuốn theo các hạt đất gây phá hoại cục bộ dẫn đến vỡ đê. Những tai hoạ do lũ gây ra từ năm 1991 đến năm 2005 đƣợc thống kê: 2032 ngƣời chết vì lũ, hơn 3.6 triệu nhà cửa, 1.1 triệu héc ta hoa màu bị cuốn trôi và một lƣợng lớn ao nuôi cá, đƣờng xá bị phá huỷ (Phạm Hữu Công 2011). Theo thống kê của Uỷ ban Nhân dân tỉnh Đồng Tháp, từ năm 2000 đến 2013 toàn tỉnh có khoảng 84 điểm sạt lở, tổng chiều dài bờ sông và ĐĐVS chống lũ bị sạt lở là 163 km, phải di dời 7.852 hộ dân do sạt lỡ và ngập lũ. Tổng thiệt hại về tài sản hơn 2.700 tỷ đồng (Ủy Ban Nhân dân tỉnh Đồng Tháp 2014). Hiện nay có nhiều giải pháp gia cố cho ĐĐVS chống lũ đã đƣợc nghiên cứu đề xuất và đƣợc ngƣời dân cùng chính quyền địa phƣơng ở Đồng Tháp áp dụng nhƣ: đóng cừ tràm, đắp đất tại chỗ để ổn định thân và bảo vệ mái đê, đắp bao tải cát, dùng thảm sơ dừa, vải địa kỹ thuật, lƣới địa Tensar để làm tăng sức chống cắt của vật liệu đắp thân đê, gia cố chân đê bằng rọ đá, gia cố mái bằng tấm đan Bê tông cốt thép đúc sẵn, ổn định thân đê bằng tƣờng chắn Bê-tông cốt thép (BTCT) trên nền cọc BTCT, gia cố và ổn định thân đê bao bằng cọc BTCT dự ứng lực, v.v. Tuy nhiên, những giải pháp này chỉ mang tính đối phó tạm thời và chƣa giải quyết đƣợc thực trạng hƣ hỏng đê một cách triệt để. Các phƣơng pháp đáp ứng đƣợc các yêu cầu về kinh tế thì chất lƣợng gia cố còn thấp, vật liệu có tuổi thọ và chỉ tiêu chịu lực không cao. Các phƣơng pháp đáp ứng đƣợc khả năng chịu lực thì lại có giá thành cao, thiết bị thi công cồng kềnh, không xử lý đƣợc dòng thấm qua thân đê và có thời gian thi công kéo dài. Vì vậy, cần nghiên cứu một giải pháp mới giải quyết đƣợc những tồn đọng trên để có thể gia cố ĐĐVS bền vững, phù hợp với điều kiện thực tế của khu vực. Công nghệ đất trộn xi măng trộn sâu (CDM) là công nghệ dùng các phụ gia ximăng để gia cố, cải tạo tính chất của đất nền. Công nghệ này xuất hiện trên thế giới vào những năm 50 của thế kỷ 20, đƣợc áp dụng ở Việt Nam vào những năm đầu thế kỷ 21. Cho đến ngày nay công nghệ này ngày càng đƣợc cải tiến, có phạm vi áp dụng 3 rộng rãi trong việc xử lý nền đất yếu phục vụ cho các công trình giao thông, thủy lợi, và xây dựng v.v. Công nghệ đất trộn xi măng có các ƣu điểm nhƣ: thời gian thi công nhanh; Thiết bị nhỏ gọn, dễ dàng vận chuyển và thi công ở những nơi có diện tích chật hẹp; Ngăn đƣợc dòng thấm qua thân đê; Có hiệu quả kinh tế cao v.v. CDM có tiềm năng ứng dụng để gia cố ĐĐVS chống lũ một cách bền vững ở Đồng Tháp. Tuy nhiên, đến nay vẫn chƣa có một nghiên cứu nào để đánh giá hiệu quả ứng dụng của CDM vào gia cố ĐĐVS ở Đồng Tháp nói riêng và ĐBSCL nói chung. 2. TÓM TẮT NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN Nghiên cứu tổng quan về đê bao và đƣờng đê ven sông ở ĐBSCL nhằm tìm hiểu tình hình thực tế của hệ thống đƣờng đê ven sông chống lũ ở khu vực này. Phân tích những hạn chế của các giải pháp gia cố ĐĐVS chống lũ đã đƣợc ứng dụng. Trên cơ sở đó đề xuất đƣợc giải pháp gia cố phù hợp với đặc thù của hệ thống ĐĐVS chống lũ và điều kiện kinh tế của vùng, giúp giảm thiểu những thiệt hại mà lũ gây cho khu vực này trong những năm vừa qua. Công nghệ đất trộn xi măng đã đƣợc phát triển lâu đời trên thế giới với phạm vi ứng dụng rộng rãi, trong đó có chức năng làm tƣờng ngăn dòng thấm và tạo ổn định cho khối đất. Ở Việt Nam, công nghệ này mới đƣợc áp dụng vào những năm đầu thế kỉ 21. Tuy nhiên, phạm vi ứng dụng còn hạn chế. Việc nghiên cứu tổng quan về công nghệ đất trộn xi măng là cần thiết nhằm rút ra cơ sở lý thuyết để có thể mở rộng phạm vi ứng dụng của công nghệ này vào gia cố ĐĐVS ở ĐBSCL. Tổng hợp các nghiên cứu tổng quan đƣợc trình bày chi tiết ở Phụ lục A của Luận văn này. Các điểm chính rút ra từ các nghiên cứu tổng quan đƣợc trình bày tóm tắt trong phần Mở đầu. Nội dung phần tóm tắt nghiên cứu tổng quan bao gồm: - Tổng quan về ĐĐVS chống lũ khu vực ĐBSCL. - Tổng quan về công nghệ đất trộn ximăng. 2.1. Tổng quan về ĐĐVS chố g ũ ở Đồ g Thá ói riê g ĐBSCL ói chu g (1) Đồng Tháp là tỉnh ở đầu nguồn sông Tiền (một nhánh của sông Mê Kông) thuộc đồng bằng sông Cửu Long. Phía Bắc tỉnh Đồng Tháp giáp Long An, phía Tây giáp Campuchia, phía Nam giáp An Giang và Cần Thơ. Đồng Tháp là một trong