Tài liệu Nghiên cứu trạng thái ứng suất, biến dạng của hào bentonite chống thấm bằng phương pháp phần tử hữu hạn

LỜI CẢM ƠN Sau một thời gian dài tập trung nghiên cứu và làm việc nghiêm túc, tác giả đã hoàn thành luận văn đúng thời hạn theo quy định nhà trường đã giao. Có được kết quả trên, trước tiên tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đến thầy giáo PGS.TS. Nguyễn Cảnh Thái đã dành nhiều thời gian, tâm huyết, tận tình hướng dẫn để tác giả hoàn thành luận văn này. Tác giả xin chân thành cảm ơn các giảng viên khoa sau Đại học, trường Đại học Thủy lợi đã tận tình giảng dạy, giúp đỡ, truyền đạt kiến thức tới tác giả trong suốt quá trình học tập ở Đại học cũng như trong quá trình học Cao học. Tác giả xin trân trọng cảm ơn tới Ban giám đốc Sở NN&PTNT Nghệ An, Phòng QLXD công trình đã tạo điều điện thuận lợi về thời gian để tác giả có thời gian nghiên cứu và hoàn thành luận văn này Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đến Gia đình đã nuôi dưỡng, động viên và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tác giả học tập và nghiên cứu. Cuối cùng, tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành đến bạn bè, những người đã luôn nhiệt tình giúp đỡ tác giả để hoàn thành tốt luận văn này. Hà Nội, ngày 25 tháng 5 năm 2012 Vũ Quý Phát LỜI CAM KẾT Tên tôi là: Vũ Quý Phát Học viên lớp: 18C21 Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Những nội dung và kết quả trình bày trong luận văn là trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình khoa học nào. Tác giả luận văn Vũ Quý Phát MỤC LỤC PHẦN MỞ ĐẦU .......................................................................................... 1 I. Tính cấp thiết của đề tài .......................................................................... 1 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐẬP VẬT LIỆU ĐỊA PHƯƠNG ........ 3 1.1. Vai trò của nguồn nước và đập đất ......................................................... 3 1.2. Các sự cố công trình do dòng thấm gây ra......................................... 4 1.3. Những biện pháp chống thấm khi xây dựng công trình mới ........... 7 1.3.1 Chống thấm thân đập............................................................................ 7 1.3.2. Chống thấm cho nền đập ................................................................... 10 1.4. Những biện pháp chống thấm cho công trình đã xây dựng ........... 12 1.4.1. Chống thấm cho đập đất bằng vải địa kỹ thuật................................. 12 1.4.2. Chống thấm bằng công nghệ khoan phụt chống thấm ...................... 13 1.4.3. Chống thấm bằng công nghệ tường hào Bentonite ........................... 17 1.4.4. Công nghệ chống thấm bằng tường hào đất-bentonite……………...20 CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN ỨNG SUẤT- BIẾN DẠNG TƯỜNG HÀO ĐẤT - BENTONITE........................................... 27 2.1. Trạng thái ứng suất- biến dạng hào đất- bentonite và đất nền..... 27 2.1.1. Trạng thái ứng suất tại chỗ ở đất đắp từ hỗn hợp đất-bentonite ...... 27 2.1.2 Biến dạng của Tường chống thấm đất-bentonite và phần đất xung quanh ........................................................................................................... 32 2.2. Các phương pháp tính toán ứng suất- biến dạng ............................ 37 2.3. Giải bài toán ứng suất- biến dạng bằng phương pháp PTHH ....... 38 2.3.1. Nội dung cơ bản phương pháp phần tử hữu hạn............................... 38 2.3.2. Giải bài toán US - BD và cố kết bằng phương pháp PTHH ............ 38 2.4. Các mô hình vật liệu trong phương pháp PTHH ............................ 48 2.4.1 Mô hình đàn hối tuyến tính................................................................. 48 2.4.2 Mô hình Mohr – Coulomb (mô hình dẻo tuyệt đối)............................ 49 2.4.3. Mô hình đất mềm (soft – soil)............................................................ 49 2.4.4. Mô hình Hardening soil (Mô hình tăng bền kép) .............................. 49 2.4.5. Mô hình tương tác giữa tường hào và đất trong PP PTHH.............. 51 2.5. Lựa chọn mô hình vật liệu trong tính toán ...................................... 51 2.6. Lựa chọn phần mềm tính toán .......................................................... 51 CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT BIẾN DẠNG CỦA TƯỜNG HÀO ĐẤT- BENTONITE............................................... 52 3.1. Đặt vấn đề ............................................................................................ 52 3.2. Ảnh hưởng của bề rộng hào đến ứng suất- biến dạng hào đấtbentonite trong quá trình cố kết............................................................... 52 3.2.1. Mặt cắt điển hình tính toán................................................................ 52 3.2.2. Chỉ tiêu cơ lý trong tính toán............................................................. 53 3.2.3. Mô hình hóa các bước tính toán trong tổ hợp................................... 54 3.2.4. Kết quả tính toán ............................................................................... 56 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ................................................................... 82 1. KẾT LUẬN.............................................................................................. 82 2. NHỮNG HẠN CHẾ ................................................................................ 83 3. KIẾN NGHỊ............................................................................................. 83 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1. Sự cố thấm mái hạ lưu đập Am Chúa- Khánh Hòa......................... 5 Hình 1.2. Mạch sủi hạ lưu đập Am Chúa- Khánh Hòa.................................... 5 Hình 1.3. Sình lầy do thấm hạ lưu đập Kim Sơn- Hà Tĩnh .............................. 6 Hình 1.6. Đập đất đồng chất có tường răng. ................................................. 10 Hình 1.7. Đập có tường nghiêng chân răng, tường lõi chân răng ................ 11 Hình 1.8. Chống thấm cho nền bằng bản cọc ................................................ 11 Hình 1.9. Chống thấm bằng tường nghiêng sân phủ ..................................... 12 Hình 1.10. Chống thấm bằng vải địa kĩ thuật ................................................ 13 Hình 1.11. Nguyên lý một số công nghệ khoan phụt chống thấm.................. 14 Hình 1.12. Phạm vi ứng dụng của các loại khoan phụt ................................. 14 Hình 1.13. Sơ đồ khoan phụt có nút bịt.......................................................... 15 Hình 1.14. Thi công cọc xi măng đất ............................................................. 16 Hình 1.16. Thi công hào chống thấm ............................................................. 20 Hình 1.17. Một số công trình hào đất- bentonite được xây dựng .................. 23 Hình 2.1 Ảnh hưởng của áp lực cố kết đến hệ số thấm.................................. 27 Hình 2.2. Đồ thị ứng suất theo chiều sâu của hào ........................................ 29 Hình 2.3. Biến dạng nền do thi công tường hào. ........................................... 32 Hình 2.4. Lún của nền lân cận do thi công tường hào (Cowland and Thorley 1985)................................................................................................................ 34 Hình 2.5. Ứng suất hiệu quả trong hào đất theo chiều rộng ......................... 37 Hình 2.6. Các điều kiện biên ......................................................................... 41 Hình 2.7 Sơ đồ xác định lượng nước thấm qua biên..................................... 46 Hình 3.1. Mô hình sử dụng plaxis trong tính toán ......................................... 53 Hình 3.2. Mô hình lưới phần tử trong tính toán............................................. 55 Hình 3.3. Phát sinh áp lực lỗ rỗng ban đầu ................................................... 55 Hình 3.4. Phát sinh ứng suất hiệu quả ban đầu ............................................. 56 Hình 3.5. Lưới chuyển vị hào B=,12m sau cố kết 30 ngày ............................ 57 Hình 3.6. Chuyển vị đứng hào B=1,2m sau cố kết 30 ngày.......................... 57 Hình 3.7. Ứng suất tổng σy hào B=1,2m sau cố kêt 30 ngày ....................... 58 Hình 3.8. Ứng suất tổng σy hào B=1,2m sau cố kết 30 ngày ........................ 58 Hình 3.9. Ứng suất hiệu quả thẳng đứng hào B=1,2m sau cố kết 30 ngày ... 59 Hình 3.10. Ứng suất hiệu quả σ'y hào B=1,2m sau cố kết 30 ngày .............. 59 Hình 3.11. Lưới chuyển vị hào B=1,2m sau cố kết 60 ngày .......................... 60 Hình 3.12. Chuyển vị đứng hào B=1,2m sau cố kết 60 ngày......................... 60 Hình 3.13. Ứng suất tổng σy hào B=1,2m sau cố kêt 60 ngày ..................... 61 Hình 3.14. Ứng suất tổng σy hào B=1,2m sau cố kết 60 ngày ...................... 61 Hình 3.15. Ứng suất hiệu quả thẳng đứng hào B=1,2m sau cố kết 60 ngày . 62 Hình 3.16. Ứng suất hiệu quả σ'y hào B=1,2m sau cố kết 60 ngày .............. 62 Hình 3.17. Lưới chuyển vị hào B=1,2m sau cố kết 90 ngày .......................... 63 Hình 3.18. Chuyển vị đứng hào B=1,2m sau cố kết 90 ngày......................... 63 Hình 3.19. Ứng suất tổng σy hào B=1,2m sau cố kêt 90 ngày ..................... 64 Hình 3.20. Ứng suất tổng σy hào B=1,2m sau cố kết 90 ngày ...................... 64 Hình 3.21. Ứng suất hiệu quả thẳng đứng hào B=1,2m sau cố kết 90 ngày . 65 Hình 3.22. Ứng suất hiệu quả σ'y hào B=1,2m sau cố kết 90 ngày .............. 65 Hình 3.23. Lưới chuyển vị hào B=1,2m sau cố kết 180 ngày ........................ 66 Hình 3.24. Chuyển vị đứng hào B=1,2m sau cố kết 180 ngày....................... 66 Hình 3.25. Ứng suất tổng σy hào B=1,2m sau cố kêt 180 ngày ................... 67 Hình 3.26. Ứng suất tổng σy hào B=1,2m sau cố kết 180 ngày .................... 67 Hình 3.27. Ứng suất hiệu quả thẳng đứng hào B=1,2m sau cố kết 180 ngày68 Hình 3.28. Ứng suất hiệu quả σ'y hào B=1,2m sau cố kết 180 ngày ............ 68 Hình 3.29. Chuyển vị mặt hào B=0,9m theo thời gian……………………..…69 Hình 3.30. Chuyển vị mặt hào B=1,2m theo thời gian .................................. 72 Hình 3.31. Chuyển vị mặt hào B=1,5m theo thời gian .................................. 73 Hình 3.32. Chuyển vị mặt hào B=1,8m theo thời gian .................................. 75 Hình 3.33. Ứng suất, chuyển vị hào sau thời gian cố kết 30 ngày................. 76 Hình 3.34. Ứng suất, chuyển vị hào sau thời gian cố kết 60 ngày................. 77 Hình 3.35. Ứng suất, chuyển vị hào sau thời gian cố kết 90 ngày................. 78 Hình 3.36. Ứng suất, chuyển vị hào sau thời gian cố kết 180 ngày............... 79 Hình 3.37. Kết quả quan trắc lún…………………………………………………80 Hình 3.38. Ứng suất hiệu quả thẳng đứng tính toán theo công thức (2.2)….80 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1. Thống kê một số công trình tường hào đất - bentonite..............................21 Bảng 3.1. Chuyển vị hào B=0,9m cố kết theo thời gian..................................69 Bảng 3.2. Ứng suất hiệu quả hào B=0,9m cố kết theo thời gian ....................70 Bảng 3.3. Chuyển vị hào B=1,2m cố kết theo thời gian..................................71 Bảng 3.4. Ứng suất hiệu quả hào B=1,2m cố kết theo thời gian ....................71 Bảng 3.5. Chuyển vị hào B=1,5m cố kết theo thời gian..................................72 Bảng 3.6. Ứng suất hiệu quả hào B=1,5m cố kết theo thời gian ....................73 Bảng 3.7. Chuyển vị hào B=1,8m cố kết theo thời gian..................................74 Bảng 3.8. Ứng suất hiệu quả hào B=1,8m cố kết theo thời gian ....................74 1 PHẦN MỞ ĐẦU I. 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. Những năm gần đây, đã có nhiều biện pháp chống thấm mới được áp dụng cho các công trình thuỷ lợi nói chung và công trình đập đất nói riêng, đã khắc phục được thấm tương đối tốt vấn đề đặt ra, đáp ứng được yêu cầu về kĩ thuật và kinh tế. Trong đó cần phải kể đến công nghệ tường chống thấm thi công bằng biện pháp đào hào trong dung dịch Bentonite. Công nghệ này tạo nên các hố móng hẹp dài và rất sâu, vách hố móng được giữ ổn định bằng dung dịch Bentonite. Ở nước ta một số đập như đập Dầu Tiếng, Am chúa, Iakao, Easoup-Đắk Lắc, Dương Đông-Kiên Giang… đã được sử lý chống thấm bằng công nghệ này và đều cho hiệu quả chống thấm tốt và giá thành hợp lý. Tuy nhiên tất cả các công trình tường chống thấm thi công bằng biện pháp đào hào trong dung dịch Bentonite được thi công ở nước ta từ năm 1999 (thời điểm công trình đầu tiên ở nước ta được áp dụng công nghệ thi công tường chống thấm bằng biện pháp đào hào trong dung dịch Bentonite) cho tới 2 nay đều thiết kế hay kiểm tra chất lượng dựa theo kinh nghiệm hay số liệu của các công trình đã có ở nước ngoài và số ít các công trình trong nước. Điều đó đã gây 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 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. II. Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu trạng thái ứng suất biến dạng hào trong quá trình thi công tường chống thấm đất – bentonite. Tính toán và phân tích kết quả, lập ra các bảng biểu đồ thị giúp cho người thiết kế có thể lựa chọn nhanh hơn các thông số kỹ thuật hợp lý. - Ứng dụng tính toán cho một công trình cụ thể. III. Phương pháp nghiên cứu - Thu thập tài liệu: Trình tự thiết kế, thi công, cấp phối vật liệu, kích thước tường hào ở một số công trình đã xây dựng - Ứng dụng phần mềm Plaxis V8.5 tính toán trạng thái ứng suất biến dạng cho các tổ hợp khác nhau. IV. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn - Áp dụng công nghệ mới kết hợp máy tính để giải quyết những vấn đề ứng suất biến dạng của vách hào phục vụ công tác thiết kế, thi công. - Tiếp cận với công nghệ mới áp dụng vào thực tiễn khi xây dựng mới, nâng cấp sửa chữa công trình ở nước ta. 3 CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ ĐẬP VẬT LIỆU ĐỊA PHƯƠNG 1.1. Vai trò của nguồn nước và đập đất Nước chiếm vai trò rất quan trọng trong cuộc sống của con người là thành phần quan trọng nhất của sự sống trên trái đất. Nguồn nước được sử dụng vào công nghiệp nông nghiệp, sinh hoạt của con người chủ yếu là nước ngọt. Trữ lượng nước ngọt chiếm tỷ trọng ít chỉ là một phần nhỏ trong trữ lượng toàn thế giới. Do vậy việc giữ, sử dụng nước ngọt làm sao cho hợp lý đảm bảo đủ cung cấp cho các ngành, nghề, sinh hoạt rất quan trọng. Hiện nay, do hiện tượng biến đổi khí hậu toàn cầu trái đất nóng lên dẫn đến băng tan nước biển ngày càng dâng cao, ô nhiễm môi trường… dẫn đến những chu trình tuần hoàn của nguồn nước không còn như tự nhiên trước đây. Nguồn nước ngọt ngày càng bị thu hẹp lại, đứng trước nguy cơ thiếu nước sinh hoạt, phục vụ nông nghiệp, công nghiệp trong giai đoạn phát triển tiếp theo. Việc giữ, sử dụng hợp lý nguồn nước ngọt đang là nhu cầu cấp bách hiện nay của toàn thế giới nói chung và nước ta nói riêng. Ở nước ta, nguồn tài nguyên nước rất dồi dào phong phú trải dài trong phạm vi cả nước. Nhưng phân bố không đều theo thời gian và không gian, lượng nước ngọt tập chung chủ yếu vào mùa mưa lũ dẫn đến vấn đề mùa thì thừa nước mùa thì thiếu nước. Địa hình dốc mạnh từ tây sang đông do đó dòng chảy tập chung do mưa sẽ nhanh chóng chảy ra biển.Vì vậy việc xây dưng các công trình thuỷ lợi nhằm mục đích giữ lại nước ở mùa thừa nước cung cấp cho mùa thiếu nước, góp phần vào quá trình phòng chống lũ cho hạ lưu. Xây đập giữ nước đang là hình thức phổ biến và hữu dụng cho việc tích trữ và phân bố nguồn nước hợp lý cho các mùa. Đập vật liệu địa phương mà cụ thể là đập đất được sử dụng rộng rãi trên toàn đất nước. 4 Có thể nói công trình thuỷ lợi đã và đang góp phần không nhỏ vào công cuộc phát triển kinh tế. Từ năm 1955 đến nay đã có hơn 5000 công trình thuỷ lợi được xây dựng đưa vào sử dụng đã và đang góp phần vào công tác phát triển kinh tế ổn định xã hội của nước ta. Điều hoà không khí, phòng chống lũ cho hạ lưu, ngăn xâm nhập mặn. Vấn đề đặt ra lớn nhất trong các năm gần đây đó là nâng cao sự ổn định của hồ đập, đảm bảo được nguồn nước đủ cung cấp cho các nhu cầu về nông nghiệp, công nghiệp và sinh hoạt. 1.2. Các sự cố công trình do dòng thấm gây ra Việc xây đập giữ nước đã được tiến hành từ rất sớm trên thế giới chủ yếu nhằm mục đích phục vụ tưới tiêu và sản xuất nông nghiệp. Đập vật liệu địa phương được sử dụng phổ biến và thông dụng. Trước đây, quá trình xây dựng hồ đập chỉ dựa chủ yếu vào kinh nghiệm nên đã có rất nhiều sự cố công trình xảy ra gây thiệt hại không nhỏ cho vùng phạm vi ảnh hưởng của hồ. Ngày nay, với sự phát triển của khoa học kỹ thuật đặc biệt là sự phát triển của ngành địa kỹ thuật, thuỷ văn công trình. Đã góp phần vào hoàn thiện cơ bản các lý thuyết khi tiến hành thiết kế đập đất. Các sự cố công trình xảy ra do nguyên nhân sức chịu tải của nền không đủ dẫn đến trượt, lật thường lỗi sai sót trong thiết kế, thi công những trường hợp này chiếm tỷ lệ không nhiều. Sự cố công trình tập chung chủ yếu vào lý do dòng thấm gây ra, chiếm tỷ lệ cao hơn tới 3/4 các công trình bị hỏng. Một số đập đất ở nước ta đã bị hỏng như: đập Am Chúa, Hồ Dầu Tiếng… 5 Hình 1.1. Sự cố thấm mái hạ lưu đập Am Chúa- Khánh Hòa Hình 1.2. Mạch sủi hạ lưu đập Am Chúa- Khánh Hòa 6 Hình 1.3. Sình lầy do thấm hạ lưu đập Kim Sơn- Hà Tĩnh Hiện tượng thấm xảy ra do nhiều rất nguyên nhân khác nhau, do địa chất nền công trình, do thi công phần tiếp giáp với bê tông kém, do nén lún không đều. Trong quá trình khai thác sử dụng dòng thấm do những nguyên nhân này gây ra có thể gây ra hậu quả khó lường trước được. Sự cố công trình do thấm gây ra xảy ra rất khác nhau, ngay cả với công trình vừa mới thi công xong. Điển hình như hồ chứa nước mưa Nam Du- Kiên Giang, khi thi công xong hồ cạn hết nước dẫn đến phải sử lý chống thấm rất tốn kém, đập Cà Giây- Bình Thuận khi chưa hoàn công (1988) đã xuất hiện dòng thấm ở chân hạ lưu với lưu lượng 5-7(l/phút), sau đó dòng thấm tăng nhanh có nguy cơ vỡ đập. Hoặc sau một vài năm hoạt động dòng thấm mới xảy ra mãnh liệt gây tổn hại lớn đến công trình như sự cố: Gây vở đập hồ chứa nước Suối Hành, Suối Trầu, Am Chúa- Khánh Hoà, đập Vực Tròn – Quảng Bình… là một trong các ví dự điển hình. Đó là những đập bị vỡ rồi còn những đập chưa vỡ nhưng phải sử lý thấm rất tốn kém đó là Đập Dầu Tiếng- Tây Ninh, đập Easuop Thượng- Đắc Lắc…, rồi một số đập bị sự cố thấm phải hạ MNDBT như hồ Phú Ninh, hồ Đồng Mô- Ngải Sơn để hạn chế 7 hiện tượng xói ngầm và dòng thấm thoát ra ở mái quá cao gây mất ổn định mái hạ lưu đập. Một số công trình bị hư hỏng do dòng thấm rất mạnh gây hiện tưởng sủi đất ở nền như đập Đồng Mô- Hà Tây, Suối Gai- Sông Bé, Vân Trục- Vĩnh Phúc… Hiện tượng thấm mạch sủi ở vai đập Khe Chè –Quảng Ninh, Ba Khoang- Lai Châu, Sông Mây- Đồng Nai.., thấm mạnh nơi tiếp giáp giữa tràn và cống như đập Vĩnh Trinh- Đà Nẵng. Với những sự cố công trình do dòng thấm gây ra muôn hình muôn vẻ. Việc nghiên cứu giải pháp chống thấm thích hợp cho từng công trình là vô cùng quan trọng đảm bảo công trình hoạt động bình thường như thiết kế trong quá trình sử dụng. Hiện nay, với mục tiêu đề ra là an toàn hồ đập trong mùa mưa lũ, ổn định công trình trong khai thác sử dụng. Đã và đang được các đơn vị trong cả nước quan tâm, nghiên cứu đề xuất rất nhiều phương pháp thích hợp đáp ứng được yêu cầu đề ra. 1.3. Những biện pháp chống thấm khi xây dựng công trình mới Cùng với sự phát triển của khoa học kĩ thuật, lý thuyết về dòng thấm đã được rất nhiều các nhà khoa học trên thể giới quan tâm. Lý thuyết dòng thấm đã được hoàn thành tương đối cơ bản. Do đó các biện pháp phòng, chống thấm đã được nghiên cứu dựa trên các cơ sở lý thuyết đã công bố. Đối với các công trình mới xây dựng khi vật liệu xây dựng tại địa phương không đáp ứng nhu cầu chống thấm cần phải có những biện pháp công trình phù hợp. Hiện nay có các biện pháp chống thấm cơ bản như sau: 1.3.1. Chống thấm thân đập a) 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 0,8m, độ dày chân tường không nhỏ hơn 1/10 cột nước 8 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 tuỳ theo cấp công trình. Phải đặc biệt lưu ý đến việc liên kết giữa tường lõi và nền. Độ cắm sâu của tường lõi vào nền đất chặt, ít thấm nước phải lớn hơn 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 bê tông cắm sâu vào khối đá tốt 0,6 ÷ 1,2m. Hình 1.4. Đập có tường lõi mềm. * Ưu điểm: - Chống chấn động tốt, lún dễ 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 khó khăn tại nơi khan hiếm nguồn vật liệu đất sét chống thấm. - Kỹ thuật thi công phức tạp và chậm hơn tường nghiêng. - Khi bị hư hỏng khó sửa chữa. * Phạm vi ứng dụng: - Chủ yếu dùng cho những đập đất tương đối cao b) Đập đất có tường nghiêng mềm. Tường nghiêng đắp bằng đất sét, đất thịt ít thấm nước được đặt ở sát mái thuợng lưu đập có tác dụng chống thấm cho thân đập. Bề dày tường 9 nghiêng phụ thuộc vào các yêu cầu cấu tạo và gradien thủy lực cho phép của đất đắp tường. Bề dày tường tăng từ trên xuống dưới. 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. Trên mặt tường nghiêng có phủ một lớp bảo vệ đủ dày (khoảng 1m) để tránh mưa nắng. Giữa tường nghiêng và lớp bảo vệ bố trí một tầng lọc ngược. Sự liên kết giữa tường nghiêng và nền phải tốt. Nếu nền đập là 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. Hình1.5. Đập đất có tường nghiêng mềm. *Ưu điểm: - Hạ thấp đường bão hoà rất nhanh làm cho đất trong thân đập được khô ráo và tăng thêm tính ổn định của mái hạ lưu. - Thi công sửa chữa dễ dàng. * Nhược điểm: - Lớp bảo vệ và tường nghiêng dễ bị mất ổn định trượt. * Công trình thực tế đã áp dụng: - Đập Đá Bàn (Phú Khánh), đập Núi Một (Bình Định)… đã áp dụng hình thức kết cấu này và cho hiệu quả chống thấm khá tốt. 10 1.3.2. Chống thấm cho nền đập Nền đập vụ thân đập nói chung đều thấm nước. Khi mực nước thượng lưu dâng cao trong thân đập sẽ hình thành dòng thấm từ thượng lưu về hạ lưu. Vì vậy, đập đất xây dựng trên nền thấm nước cần thiết phải có những biện pháp 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. a) Đập đồng chất xây trên nền thấm nước thì hình thức chống thấm cho nền thông thường là tường răng, bản cọc hoặc màng xi măng. - Tường răng thích hợp đối với nền có tầng thấm nước không sâu lắm (thường T ≤ 5m) và làm bằng chính vật liệu làm thân đập hoặc bằng vật liệu chống thấm tốt như sét, á sét… Nếu tầng thấm nước lớn không thể xây dựng được tường răng thì cần phải dùng bản cọc hoặc phun màng chống thấm xuống tận tầng không thấm nước. Trong trường hợp tầng thấm nước nằm quá sâu hoặc vô hạn thì bản cọc hoặc màng xi măng chỉ cắm xuống một đoạn trong tầng nền. Hình 1.6. Đập đất đồng chất có tường răng. b) 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. 11 - Hình thức chống thấm có thể là: tường răng, sân trước. Dùng hình thức nào phụ thuộc vào chiều sâu tầng nền, tính chất đất nền và kỹ thuật thi công. + Tầng thấm nhỏ T ≤ 5m dùng tường răng làm vật 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 đoạn ≥ 0,5m. Hình 1.7. Đập có tường nghiêng chân răng, tường lõi 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. Hình 1.8. Chống thấm cho nền bằng bản cọc + Khi tầng thấm nước khá dày hoặc sâu vô hạn thì sân phủ chống thấm là biện pháp hay dùng. 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 ổn định thấm cho nền. Theo điều kiện thi công chiều dày sân trước ≥ 0,5m đối với đập thấp và ≥ 1m đối với đập cao. Mặt trên của sân trước phủ một lớp dày 1,5 ÷ 2,5m bằng các loại vật liệu hạt lớn như: cát, sỏi, cuội… để tránh hư hỏng do nhiệt độ thay đổi và tác dụng của sóng khi tháo cạn hồ chứa. 12 Hình 1.9. Chống thấm bằng tường nghiêng sân phủ 1.4. Những biện pháp chống thấm cho công trình đã xây dựng Đối với các công trình đã xây dựng, việc tiến hành xử lý các biện pháp chống thấm hoặc xử lý các vấn đề mất ổn định công trình khác đều phải đảm bảo công trình phải hoạt động theo đúng ý đồ của người thiết kế ban đầu. Vấn đề đặt ra cho quá trình xử lý thấm là công tác xử lý nhanh, tiết kiệm kinh phí, đảm bảo được yêu cầu kĩ thuật. Hiện nay một số công nghệ đã được áp dụng chống thấm cho đập đất cho kết quả tốt như sau: 1.4.1. Chống thấm cho đập đất bằng vải địa kỹ thuật Vải địa kỹ thuật là một loại vải (sản xuất từ polymer như polypropylene hoặc polyester) có tính thấm, được sử dụng để lót trong đất do có khả năng phân cách lớp đất; lọc thấm thoát nước, giữ lại các hạt đất có kích thước nhỏ; bảo vệ và gia cường các tính năng cơ lý của đất mà đặc biệt là tính chịu kéo để phân bố lại lực gia tải, có hệ số thấm rất thấp K=10-12 ÷10-16cm/s, có khả năng chịu lực, bền trong các điều kiện bất lợi của môi trường. Hiện nay công nghệ sản xuất được phát triển rộng rãi trên toàn thế giới và có khả năng cung ứng đầy đủ cho yêu cầu của xây dựng các công trình. Nguyên lý áp dụng công nghệ: Sử dụng sử dụng chống thấm kiểu tường nghiêng cho mái thượng lưu đập sử dụng rải một lớp vải địa có khả năng chống thấm tốt, hạn chế tốt đa lưu lượng thấm qua bản thân đập. Để bảo vệ cho lớp vải địa khỏi bị ô xi hóa, hư hỏng do tác động của ánh sáng, môi trường, cần phải phủ lên lớp vải này một lớp đất tương đối dày, có hệ thống