TỔ NG QUAN CÁC GI Ả I PHÁP X Ử LÝ S Ự C Ố TH Ấ M B Ằ NG C Ọ C
Đặc điểm công trình ngăn mặ n, gi ữ ng ọ t khu v ực Đồ ng b ằ ng sông C ử u long
1.1.1 Các y ếu tố ảnh hưởng đến công trình ngăn mặn, giữ ngọt
Công trình ngăn mặn giữ ngọt tại vùng Đồng bằng Sông Cửu Long chịu ảnh hưởng mạnh mẽ từ các yếu tố địa lý như địa hình, địa chất và thủy văn-thủy lực Những yếu tố này đóng vai trò quan trọng trong việc xác định hiệu quả và tính bền vững của các công trình này trong việc bảo vệ nguồn nước ngọt cho khu vực.
Long nằm trên địa bàn các tỉnh Long An, Tiền Giang, Bến Tre, Vĩnh Long, Trà
V inh, Cần Thơ, Sóc Trăng, Bạc Liêu, Cà Mau, Kiên Giang, An Giang, Đồng Tháp,
Hậu Giang với tổng diện tích tự nhiên 39.734 km2 chiếm 12,2 % diện tích tự nhiên của cả nước
Hình 1.1 Bản đồ vùng đồng bằng sông Cửu Long
Khu vực này nằm ở phần cuối của bán đảo Đông Dương, gần với vùng kinh tế trọng điểm phía Nam, tạo ra mối quan hệ hai chiều chặt chẽ và quan trọng Nó chịu ảnh hưởng lớn từ sông Mê Công, bắt nguồn từ Trung Quốc, đi qua các nước Đông Nam Á và vào Việt Nam Đồng thời, khu vực cũng bị tác động bởi thủy triều và hệ thống sông ngòi, kênh rạch trong khu vực.
Vùng đồng bằng sông Cửu Long của Việt Nam được hình thành từ trầm tích phù sa và quá trình bồi đắp qua các kỷ nguyên thay đổi mực nước biển, tạo nên những giồng cát ven biển Sự kết hợp giữa hoạt động của sông và biển đã tạo ra những mảnh đất phù sa màu mỡ dọc theo các đê ven sông, cũng như trên những giồng cát và đất phèn tại các khu vực thấp trũng như Đồng Tháp Mười và tứ giác Long Xuyên – Hà.
Tiên, nằm ở tây nam sông Hậu và bán đảo Cà Mau, có địa hình tương đối bằng phẳng với độ cao trung bình từ 3 đến 5 mét Một số khu vực trong vùng chỉ cao từ 0,5 đến 1 mét so với mực nước biển.
Do ảnh hưởng của yếu tố này, nên thường cao trình đáy cống thường thấp hơn so với các khu vực khác
Vùng đồng bằng sông Cửu Long là một phần của hệ thống châu thổ sông Mê Kông, nổi bật với các trầm tích mềm yếu có bề dày lớn Theo nghiên cứu, đất yếu tại đây có nguồn gốc từ bốn loại trầm tích: (1) Trầm tích biển, (2) Trầm tích hỗn hợp sông-biển, (3) Trầm tích đầm lầy ven biển, và (4) Trầm tích đầm lầy sông Viện Khoa học Thủy lợi Miền Nam đã phân chia đất yếu của vùng này thành năm khu vực dựa trên thành phần thạch học và cấu trúc địa chất.
Các loại đất yếu thường có hệ số thấm nhỏ và khả năng chống thấm tốt, do đó, nhiều cống ngăn mặn và giữ ngọt không cần kết cấu chống thấm chuyên dụng mà chỉ sử dụng bản đáy và sân trước, sau như cấu trúc chống thấm Với chế độ làm việc trước đây, rất ít xảy ra sự cố thấm nước.
Hình 1.2 Bản đồ phân vùng đất yếu ở đồng bằng Nam Bộ [1]
Hệ thống hạ lưu sông Mê Công ở Việt Nam, bao gồm hai nhánh sông Tiền và sông Hậu, có tổng lượng nước khoảng 500 tỷ mét khối, trong đó sông Tiền chiếm 79% và sông Hậu chiếm 21% Chế độ thủy văn tại khu vực này thay đổi theo mùa, với mùa mưa vào tháng 9 và tháng 10 làm ngập các vùng trũng như Đồng Tháp Mười và Tứ giác Long Xuyên, trong khi mùa khô khiến lượng nước giảm, dẫn đến xâm nhập mặn nghiêm trọng vào đất ven biển Các năm 2015, 2016, và 2017 ghi nhận tình trạng sụt giảm nhanh chóng lượng nước ngọt trên các kênh, rạch, gây ra hiện tượng xói ngầm nền và làm tăng nguy cơ xảy ra sự cố Dự báo rằng xu hướng này sẽ tiếp tục gia tăng trong tương lai, do đó cần chuẩn bị các phương án ứng phó kịp thời.
1.1.2 H ệ thống công trình ngăn mặn, giữ ngọt
Hệ thống công trình ngăn mặn, giữ ngọt ở Đồng bằng sông Cửu Long bao gồm:
(1) Hệ thống đê (bờ bao); (2) Công trình ngăn mặn, giữ ngọt Cụ thể như sau:
Hệ thống đê (bờ bao) ở Đồng bằng sông Cửu Long đã được hình thành qua hàng trăm năm, với hơn 40 năm đầu tư xây dựng gần đây, tạo nên một hệ thống công trình thủy lợi hoàn chỉnh, đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế - xã hội của toàn vùng Nhiều tuyến đê đã phát huy hiệu quả trong việc kiểm soát mặn và phòng tránh thiên tai Các đê bao, bờ bao không chỉ bảo vệ an toàn cho người dân và cơ sở hạ tầng, mà còn hỗ trợ phát triển sản xuất, tận dụng công trình kiểm soát lũ để lấy phù sa, thủy sản và vệ sinh đồng ruộng.
Hệ thống đê biển và đê cửa sông tại vùng ven biển và cửa sông ĐBSCL đã được hình thành nhằm ngăn mặn, kiểm soát triều cường và sóng cao, đồng thời nâng cao khả năng chống chọi với nước dâng do bão Nhiều tuyến đê như Tiền Giang, Trà Vinh, Sóc Trăng, Bạc Liêu, và Kiên Giang đã phát huy hiệu quả trong việc kiểm soát mặn và phòng tránh thiên tai.
Mặc dù hệ thống đê biển ở Tre, Cà Mau chưa hoàn thiện, nhưng các đoạn tuyến hiện có đã phát huy hiệu quả tích cực trong việc bảo vệ sản xuất nông nghiệp.
Hệ thống kiểm soát lũ tại Đồng bằng Sông Cửu Long (ĐBSCL) đã được xây dựng với tổng chiều dài khoảng 13.000 km, bao gồm các đê và bờ bao nhằm giảm thiểu thiệt hại do lũ lụt gây ra.
7.000 km bờ bao chống lũ tháng 8 để bảo vệ lúa Hè - Thu Ngoài ra còn có hơn
200 km đê bao được xây dựng để giữ nước và chống cháy cho các Vườn Quốc gia và rừng tràm sản xuất tập trung Hệ thống này đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ môi trường và duy trì nguồn nước cần thiết cho hệ sinh thái Việc triển khai các biện pháp phòng cháy chữa cháy và bảo vệ rừng là rất cần thiết để đảm bảo sự phát triển bền vững cho các khu vực này.
Vùng ven biển Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) đã triển khai xây dựng hệ thống phòng chống mặn và triều cường với tổng chiều dài 450 km đê biển, 1.290 km đê sông và khoảng 7.000 km bờ bao ven các kênh rạch nội đồng Những công trình này nhằm ngăn chặn tác động của mặn, triều cường và sóng bão, bảo vệ an toàn cho khu vực ven biển.
Vùng Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) đang tập trung đầu tư vào hệ thống đê biển và đê sông, đồng thời triển khai các công trình phòng chống ngập úng cho các khu vực trũng Ngoài ra, khu vực này cũng chú trọng đến việc trồng và bảo vệ rừng phòng hộ ven biển ĐBSCL tiếp tục đầu tư vào nghiên cứu và ứng dụng các giống cây trồng, vật nuôi phù hợp với tình hình biến đổi khí hậu và nước biển dâng.
Hệ thống công trình thủy lợi ở ĐBSCL đã được đầu tư xây dựng tương đối hoàn chỉnh, nhưng vẫn tồn tại một số hạn chế Việc quản lý và vận hành hệ thống chưa được chú trọng, nhiều công trình chưa được xây dựng đồng bộ Hầu hết các công trình không đủ năng lực ứng phó với biến đổi khí hậu và nước biển dâng, đồng thời thiếu các giải pháp chủ động để đối phó với tình hình này.
S ự c ố th ấ m, xói ng ầ m n ề n và mang c ố ng ở Đồ ng b ằ ng sông C ử u Long và gi ả i pháp
Đánh giá tổng quát về các sự cố công trình ngăn mặn, giữ ngọt ở Đồng bằng sông Cửu Long cho thấy tỷ lệ hư hỏng do thấm không cao so với các nguyên nhân khác như lún và trượt Nguyên nhân chính là do cấu trúc đất địa chất tại khu vực này có hệ số thấm nhỏ và khả năng chống thấm tốt Do đó, nhiều công trình không cần thiết phải thiết kế kết cấu chống thấm riêng biệt mà có thể tận dụng kết cấu bản đáy để đảm bảo chống thấm hiệu quả.
Khi chế độ làm việc của cống thay đổi do vấn đề thủy văn, thủy lực hoặc nền đất yếu, việc thi công hố móng không loại bỏ hoàn toàn lớp đất yếu có thể dẫn đến các sự cố thấm, xói ngầm nền và mang cống Gần đây, sự thay đổi bất lợi trong chế độ dòng chảy trên các hệ thống sông lớn ở Đồng bằng sông Cửu Long, cùng với biến đổi khí hậu và nước biển dâng, đã gia tăng nguy cơ xảy ra sự cố đối với các công trình ngăn mặn Mặc dù trong thời gian dài ít có sự cố xói ngầm cống, nhưng việc nghiên cứu và đề xuất giải pháp mới để xử lý vấn đề này vẫn còn hạn chế.
Do đó việc nghiên cứu, ứng dụng các công nghệ mới để xử lý sự cố rất cần thiết cho trước mắt và lâu dài
Tổng kết các giải pháp truyền thống tại Đồng bằng Sông Cửu Long để xử lý sự cố thấm cho cống ngăn mặn, giữ ngọt cho thấy nhiều phương pháp hiệu quả đã được áp dụng Những giải pháp này không chỉ giúp cải thiện tình trạng thấm mà còn bảo vệ nguồn nước ngọt trong khu vực.
1.2.1 Sân ph ủ chống thấm thượng lưu và hạ lưu
Các cống gặp sự cố thấm tại Đồng bằng sông Cửu Long thường có hiện tượng khớp nối giữa sân trước và sân sau bị hỏng Khe hở giữa các phần này có thể dao động từ 5 đến 30 cm, do chênh lệch lún lớn giữa sân trước và sân sau so với thân cống Trong một số trường hợp, bê tông ở sân trước hoặc sau còn bị nứt, vỡ.
Hình 1.3 Bơm bùn tại chỗ tạo sân phủ chống thấm thượng lưu cống Đá Bạc
Bản đáy cống thường được xử lý bằng cọc BTCT dài để giảm độ lún, trong khi sân trước và sân sau chỉ dùng cọc tràm, dẫn đến độ lún lớn hơn Sau khoảng 10 năm sử dụng, hiện tượng chênh lệch lún giữa sân trước và sân sau trở nên rõ rệt, gây ra tình trạng xé khớp nối nhựa giữa các phần này và thân cống Để khắc phục, giải pháp thường áp dụng là sử dụng màng Geomembran mỏng hoặc vải nhựa để che phủ sân trước, sân sau và khớp nối, sau đó bơm bùn vào khu vực đã trải nhựa Giải pháp này giúp tăng cường sức cản thấm xuyên của lớp đất, lấp kín khe hở khớp nối và giảm lưu lượng cũng như áp lực dòng thấm ở nền công trình.
Giải pháp này được áp dụng khi không thể đóng cừ do sự hiện diện của dị vật như đá hộc, cây dừa, hoặc cừ tràm trong nền, cũng như khi không thể phá bỏ kết cấu trước hoặc sau cống Kết cấu và kích thước sân chống thấm cần đảm bảo các yêu cầu như ít thấm nước, tính mềm dẻo, và khả năng thích ứng với biến hình của nền, thường được làm từ một loại vật liệu nhất định Sân trước có thể được xây dựng bằng đất ít thấm tại chỗ hoặc màng địa kỹ thuật chống thấm Chiều rộng của sân phụ thuộc vào độ chênh lệch nước giữa thượng và hạ lưu, hệ số thấm của vật liệu và đất nền, cũng như chiều dày của sân Do tính dễ dàng trong thi công và tính cấp thiết trong việc ngăn chặn nước mặn xâm nhập, giải pháp này thường được áp dụng cho các cống ở ĐBSCL khi xảy ra sự cố về thấm và xói ngầm.
Để khắc phục vấn đề một cách bền vững, cần áp dụng các giải pháp lâu dài Giải pháp này có ưu điểm là thi công đơn giản, không yêu cầu kỹ thuật phức tạp Ngoài ra, nguồn nhân lực và vật lực đều có sẵn tại địa phương, giúp dễ dàng triển khai.
Giải pháp chống mặn hiện tại chỉ mang tính tạm thời và cần được thay thế bằng các giải pháp lâu dài hơn Việc thi công bơm bùn để tạo màng chống thấm trong nước yêu cầu kinh nghiệm thực tiễn, đặc biệt là trong việc lựa chọn thời điểm và loại bùn phù hợp để đảm bảo hiệu quả lắng đọng.
Hình 1.4 Bơm bùn trong đồng tạo sân phủ chống thấm hạ lưu cống cái Cui
1.2.2 Ch ống thấm bằng cừ thép, cừ nhựa, cừ BTCT
Chống thấm bằng cừ là phương pháp phổ biến trong xây dựng công trình thủy lợi và thủy điện, giúp kéo dài đường thấm và giảm áp lực thấm phía sau tường Tường chống thấm không chỉ hạn chế xói ngầm mà còn ngăn chặn sự phát triển giữa bề mặt tường và lớp phủ Đặc biệt, trong trường hợp xói ngầm nền và mang cống ở ĐBSCL, cừ chống thấm được sử dụng để cắt ngang các ống xói và kéo dài đường viền thấm nhằm hạn chế dòng thấm Để áp dụng giải pháp này cho các cống gặp sự cố, cần xây dựng đê quai thượng và hạ lưu, sau đó tiến hành bơm khô và tát cạn hố móng, từ đó đưa ra giải pháp xử lý phù hợp dựa trên tình trạng hư hỏng.
Nếu cống chống thấm bằng đáy cống, sân trước và sân sau bị hở khớp nối, cần phá bỏ một phần bê tông của hai bộ phận kết cấu và làm lại khớp nối Đồng thời, cần bổ sung chống thấm bằng cừ phía trước của sân trước hoặc phía sau sân sau, tùy thuộc vào chiều làm việc chủ yếu của cống.
- Nếu chống thấm bằng cừ thì có thể chọn một trong 2 cách:
(1) Làm lại khớp nối như cách trên, sau đó đóng cừ chống thấm ở ngoài sân trước hoặc sau, tương tự như trường hợp trên;
(2) Phá bỏ sân trước hoặc sau, sau đó tiến hành đóng cừ chống thấm vào đầu bản đáy Sau đó, tiến hành làm lại sân trước hoặc sau b - b a - a b b a a
Cõ thÐp U15 mặt bằng cừ chi tiết cừ
Hình 1.5 Liên kết cừ thép và bản đáy cống để chống thấm
Trong một số trường hợp, vì một lý do nào đó mà không đắp đê quai tát cạn được
Trong quá trình thi công, việc xử lý mò trong nước thường chỉ có thể thực hiện bằng cừ thép Công tác thi công bao gồm hai công đoạn chính để đảm bảo hiệu quả và an toàn.
Đóng cừ chống thấm trong nước là một quy trình quan trọng trong xây dựng, đặc biệt là trong lĩnh vực thủy lợi Hệ thống định vị cố định trước được sử dụng để đảm bảo cừ được đặt đúng vị trí, thường nằm trong không gian khe hở giữa bê tông bản đáy và bê tông sân trước hoặc sân sau Việc thực hiện đúng kỹ thuật không chỉ giúp ngăn ngừa thấm nước mà còn tăng cường độ bền cho công trình.
(2) Dựng ván khuôn, đổ bê tông vữa dâng trong nước trùm lên đoạn không gian khe hở này, cũng là đồng thời trùm lên cả đầu cừ chống thấm
Nhiều trường hợp phải bắt buộc phá bỏ toàn bộ cống, làm lại cống mới Khi đó việc xem xét kết cấu chống thấm được xem xét cẩn thận.
Bê tô ng vữ a dâ ng M300
Tấ m lá t má i BTCT M300 dà y 20cm Tườ ng chắ n só ng
Tấ m đan là m vá n khuô n Ố ng bơm bê tô ng vữ a dâ ng
(tậ n dụng từ tấ m đan gỡ bỏ )
Hà ng cừ Larsen III, L = 9m
Hình 1.6 Phối cảnh phương án xử lý bằng cừ thép cống Sơn Đốc 2
Việc lựa chọn loại cừ thép, cừ nhựa hay cừ bê tông cốt thép (thường hoặc dự ứng lực) phụ thuộc vào điều kiện cụ thể và giải pháp sử dụng Tùy vào kiểu và mức độ hư hỏng, cần chọn loại ván cừ phù hợp như phẳng, chữ U, chữ Z, kết nối bằng khớp nối tam giác, hình thang, v.v Mỗi loại cừ đều có phạm vi ứng dụng, ưu nhược điểm riêng, và quyết định sửa chữa phải dựa trên hiệu quả kinh tế-kỹ thuật.
Cừ thép là một giải pháp xây dựng đắt tiền và công nghệ hạ cừ phức tạp, thường chỉ được áp dụng trong các công trình lớn Một trong những ưu điểm nổi bật của cừ thép là khả năng kín nước rất tốt, cùng với chiều sâu chôn cừ lớn, giúp tăng cường độ bền và ổn định cho công trình.
Cừ thép có thể đóng sâu 25m, khi dùng biện pháp hàn nối có thể đóng sâu đến 40m
Hình 1.7 Thi công cừ thép xử lý sự cố thấm cống Tham Lương
Cừ bê tông cốt thép có khả năng chống thấm và chịu lực, nhưng hiệu quả chống thấm thường không cao do độ kín khít giữa các thanh cừ Để đạt được khả năng kín nước tốt, cần sử dụng thiết bị hạ cừ chuyên dụng và yêu cầu kỹ thuật thi công thành thạo.
K ế t lu ận Chương 1
Do ảnh hưởng của điều kiện tự nhiên như đất yếu và hệ thống kênh rạch chằng chịt, công tác vận chuyển gặp nhiều khó khăn Chế độ thủy văn và thủy lực tại khu vực này cũng khác biệt so với các vùng khác Các giải pháp xử lý thấm, xói ngầm nền hiện tại chưa đáp ứng được yêu cầu thực tế tại Đồng bằng sông Cửu Long Do đó, cần nghiên cứu và phát triển các giải pháp mới để đạt được mục tiêu đề ra.
Xử lý sự cố công trình, đặc biệt là các vấn đề liên quan đến thấm qua nền và mang cống, luôn là một thách thức lớn Kể từ sau giải phóng đến năm 2015, khu vực này hầu như không gặp phải sự cố thấm hay xói ngầm Tuy nhiên, từ năm 2015, sự phát triển của các dự án thủy điện và thủy lợi trên dòng chính Mê Công ở Trung Quốc và Campuchia đã làm gia tăng các vấn đề liên quan đến thấm và xói mòn.
Chế độ dòng chảy ở Lào, Thái Lan và các khu vực khác đã thay đổi, dẫn đến tình trạng nước ngọt không đủ trong khi khí hậu mùa khô ngày càng khắc nghiệt với lượng mưa giảm Điều này đã làm thay đổi cách vận hành của các công trình thủy lợi, khi trước đây các cống được thiết kế chủ yếu để giữ nước ngọt, thì nay lại chuyển sang chức năng ngăn mặn Hệ quả là nhiều cống đã bị xói mòn nền, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến sinh hoạt và sản xuất của người dân.
Việc áp dụng các giải pháp xử lý thấm, xói ngầm truyền thống trong công trình ngăn mặn, giữ ngọt gặp nhiều hạn chế như chi phí cao, thời gian thi công kéo dài và ảnh hưởng đến giao thông thủy Do đó, nghiên cứu và ứng dụng công nghệ mới như công nghệ JG là cần thiết để khắc phục những nhược điểm này Công nghệ JG đã được nghiên cứu và áp dụng từ năm 2005 trong các dự án nâng cấp, sửa chữa cống dưới đê tại sông Hồng và sông.
Viện Thủy Công đã tiến hành xử lý sự cố thấm và xói ngầm nền cho khoảng 40 cống dưới đê thuộc hệ thống sông Hồng Phương pháp xử lý đơn giản, bao gồm việc khoan những lỗ nhỏ trên đáy cống mà không làm ảnh hưởng đến kết cấu, kết hợp với công nghệ JG để tạo ra các cọc XMĐ Những cọc này giao cắt với nhau, tạo thành tường chống thấm hiệu quả Nhờ vào cách làm này, nhiều sự cố lớn trong ngành thủy lợi như cống Tắc Giang tại Hà Nam và cống Văn Trai đã được khắc phục thành công.
Xá-Hà Nội đã xử lý vấn đề thấm nước một cách thuận lợi nhờ vào điều kiện địa chất cát và không bị ảnh hưởng mặn Trong khi đó, tại Đồng bằng sông Cửu Long, đặc biệt là Cà Mau, việc xử lý sự cố thấm, xói ngầm nền và mang cống bằng công nghệ JG gặp nhiều thách thức khác biệt so với khu vực miền Bắc.
Bắc, những điểm khác biệt đó là: (1) Nền đất yếu, nhiễm mặn, pH thấp dẫn đến cọc
XMĐ có thể dễ dàng gặp khuyết tật, ảnh hưởng đến khả năng chống thấm của tường Bên cạnh đó, điều kiện giao thông khó khăn gây trở ngại trong việc vận chuyển thiết bị và vật liệu Do đó, việc nghiên cứu chất kết dính và phụ gia phù hợp với đất nền là yếu tố quyết định cho sự thành công trong phương án xử lý.
Chính vì vậy, việc nghiên cứu này góp phần làm sáng tỏ ưu nhược điểm của cọc
XMĐ thi công theo công nghệ JG mang lại nhiều lợi ích so với các phương án truyền thống, đặc biệt trong việc ứng dụng công nghệ để xử lý các sự cố thấm, xói ngầm nền và cống của địa phương Những sự cố này được dự báo sẽ gia tăng trong các mùa khô sắp tới, điều này càng làm nổi bật tầm quan trọng của việc áp dụng công nghệ tiên tiến trong các công trình lớn như cống.
Sơn Đốc 2 tại Tiền Giang và cống Tham Lương ở Cà Mau đang gặp phải tình trạng xói ngầm nền, gây ra áp lực nặng nề cho các công trình Hiện tại, các cơ quan chức năng đang thiết kế phương án xử lý để khắc phục sự cố này.
CƠ SỞ KHOA H Ọ C X Ử LÝ TH Ấ M B Ằ NG C ỌC XI MĂNG ĐẤ T
M ục đích, yêu cầu và cơ sở khoa h ọ c x ử lý s ự c ố th ấ m
2.1.1 Đặc điểm và mục đích việc xử lý sự cố do thấm
Cống ngăn mặn giữ ngọt đóng vai trò quan trọng trong việc phòng chống hạn hán và xâm nhập mặn, phục vụ sản xuất nông nghiệp Do đó, hầu hết các cửa sông, kênh, rạch thông với biển đều được trang bị cống ngăn mặn Các cống này thường có những đặc điểm thiết kế chung nhằm đảm bảo hiệu quả trong việc kiểm soát nước và bảo vệ nguồn nước ngọt.
- Tổ hợp mực nước thiết kế thường có mực nước trong đồng cao, phía biển thấp
Chống thấm bằng chiều dài bản đáy cống hoặc kết hợp bản đáy với sân thượng, hạ lưu.
- Công trình nằm hoàn toàn trên nền đất yếu, hệ số thấm rất nhỏ Nền đất nhiễm mặn do nước biển.
Xử lý hố móng trong điều kiện đất yếu gặp nhiều khó khăn, dẫn đến nhiều khuyết tật ở nền đất tại vị trí tiếp giáp bản đáy công trình Việc thi công nạo vét hoàn toàn bùn lỏng là không khả thi, gây ảnh hưởng đến chất lượng công trình.
Thiết kế bình thường của các công trình thường hoạt động ổn định khi mực nước không thay đổi Tuy nhiên, tình trạng hạn hán kéo dài và sự xây dựng trên sông Mê Kông đã làm cạn kiệt nguồn nước hạ lưu, dẫn đến sự thay đổi trong chế độ hoạt động của các cống Mực nước biển cao và mực nước trong đồng thấp đã ảnh hưởng đến hiệu quả của các công trình Hơn nữa, khuyết tật trong nền đất tại vị trí tiếp giáp bản đáy với mực nước chênh cao trong thời gian dài đã gây ra sự cố về thấm.
Nước biển xâm nhập qua đáy cống gây ra tình trạng mặn hóa ở hạ lưu, ảnh hưởng nghiêm trọng đến đời sống và kinh tế của người dân trong khu vực Để giảm thiểu tác động tiêu cực của nước mặn trong trường hợp cống bị thấm, cần tìm ra giải pháp bảo vệ kết cấu cống mà không làm gia tăng tình trạng xâm nhập mặn Mục tiêu của nghiên cứu này là ngăn chặn sự xâm nhập mặn ở hạ lưu cống, nhằm bảo vệ sản xuất và sinh kế của cộng đồng.
2.1.2 Các yêu c ầu khi thi công xử lý sự cố thấm
Hình 2.1 Phương pháp xử lý xói ngầm nền và mang cống theo JG
Để tạo màng chống thấm bằng công nghệ JG, cần khôn những lỗ nhỏ trên đáy cống với khoảng cách hợp lý mà không làm ảnh hưởng đến kết cấu cống Công nghệ JG sẽ được sử dụng để tạo ra các cọc XMĐ giao cắt nhau, hình thành tường chống thấm Màng chống thấm này thường có chiều rộng từ 1/3 đến 2/3 bề rộng đáy cống, tùy thuộc vào hiện trạng sự cố Việc lựa chọn vật liệu và phụ gia phù hợp là rất quan trọng, đặc biệt trong điều kiện đất nhiễm mặn và hàm lượng hữu cơ cao.
Điều kiện thi công tại Đồng bằng sông Cửu Long, đặc biệt là tỉnh Cà Mau, gặp nhiều khó khăn do hệ thống kênh rạch chằng chịt Việc vận chuyển người, thiết bị và vật liệu chủ yếu diễn ra qua đường sông, nhưng quy hoạch không đồng bộ và nhiều công trình cầu tự phát của người dân gây trở ngại với bề rộng nhỏ và độ dốc lớn Do đó, để thuận lợi cho công tác thi công, thiết bị và máy móc cần được thiết kế gọn nhẹ.
Khu vực này gặp khó khăn về nguồn vật liệu xây dựng do điều kiện tự nhiên không thuận lợi Trữ lượng khoáng sản tại đây được đánh giá là không đáng kể, với đá vôi chủ yếu phân bố ở Hà Tiên và Kiên Lương, có trữ lượng khoảng 145 triệu tấn, chủ yếu phục vụ cho sản xuất xi măng và vôi Ngoài ra, cát sỏi được khai thác dọc sông Vàm Cỏ và các sông lân cận.
Mê Kông trữ lượng khoảng 10 triệu mét khối Than bùn ở U Minh, Cần Thơ, Sóc
Trăng, tứ giác Long Xuyên Ngoài ra còn các khoáng sản khác như đá, suối khoáng
Hầu như không có các mỏ vật liệu như cát, sỏi, đá vôi để cung cấp cho ngành xây dựng Do đó, điều quan trọng là phải tận dụng vật liệu có sẵn tại chỗ hoặc các loại vật liệu địa phương.
Công trình sau thi công được xử lý đảm bảo an toàn với tổ hợp mực nước hai chiều, bền vững lâu dài và kinh tế Hiện nay, nhiều địa phương ở Đồng bằng sông Cửu Long áp dụng phương án hoành triệt cống bằng cách đắp đê quai hai đầu, sau đó xử lý tùy thuộc vào mức độ hư hỏng Đối với cống hư hỏng nhẹ, thường thực hiện phá sân thượng hoặc hạ lưu và đóng cừ thép để ngăn dòng thấm Tuy nhiên, phương pháp này không bền vững và chỉ kéo dài vài năm Đối với cống hư hỏng nặng, cần phải phá dỡ và xây dựng công trình mới.
Nhiều công trình không được xử lý do thiếu kinh phí, dẫn đến việc phải đắp đê tạm thời mỗi mùa để ngăn mặn, gây tốn kém Để đảm bảo hiệu quả, cần giữ được cống và chống thấm, thực hiện xử lý một lần nhưng phải đảm bảo tính bền vững lâu dài.
2.1.3 Cơ sở khoa học xử lý sự cố thấm
2.1.3.1 Hình thành v ật liệu chống thấm
Theo Diamond và Kinter, 1965; Assarson và nnk, 1974, khi trộn xi măng với đất, có
3 quá trình xảy ra, đó là:
- Quá trình trao đổi ion
Trong quá trình hydrat hoá, nước trong hỗn hợp sẽ được xi măng hút và tạo ra
Hidroxit Canxi Ca(OH)2 trong nước làm tăng nồng độ điện tử và pH, dẫn đến việc các ion Ca++ hút các hạt đất mang điện tích âm, từ đó làm kết bông các hạt đất Cường độ kháng cắt của xi măng - đất gia tăng theo thời gian nhờ phản ứng puzơlan hoá, trong đó hidroxit canxi phản ứng với puzơlan (silicat và nhôm) để tạo ra vật liệu xi măng hoá Khi hỗn hợp đất sét và chất gia cố được trộn, các hạt đất sét hình thành huyền phù bao bọc bởi vữa, diễn ra qua hai giai đoạn: ninh kết và rắn chắc Trong giai đoạn ninh kết, vữa xi măng mất dần tính dẻo và đặc lại nhưng chưa có cường độ, trong khi giai đoạn rắn chắc chủ yếu là quá trình thuỷ hoá các thành phần khoáng vật của clinke, bao gồm silicattricalcit.
3CaO.SiO2, silicat bicalcit 2CaO.SiO2, aluminat tricalcit 3CaO.Al 2 O 3 , fero-aluminat tetracalcit, 4CaO.Al 2 O 3 Fe 2 O 3 :
3CaO.SiO 2 + nH 2 O => Ca(OH) 2 + 2CaO.SiO 2 (n-1)H 2 O
2CaO.SiO 2 + mH2O => 2CaO.SiO 2 mH2O
Phản ứng hóa học giữa 4CaO.Al2O3.Fe2O3 và nước (nH2O) tạo ra sản phẩm 3CaO.Al2O3.6H2O và CaO.Fe2O3.mH2O Phản ứng này có ý nghĩa quan trọng trong lĩnh vực vật liệu xây dựng và công nghệ xi măng, đặc biệt là trong nghiên cứu và ứng dụng tại các trường đại học như Đại học Thủy Lợi Việc hiểu rõ các phản ứng hóa học này giúp cải thiện chất lượng sản phẩm và tối ưu hóa quy trình sản xuất.
Các sản phẩm chủ yếu được hình thành sau quá trình thuỷ hoá là Ca(OH) 2 ,
3CaO.Al 2 O 3 6H 2 O, 2CaO.SiO 2 mH 2 O và CaO.Fe 2 O 3 mH 2 O Quá trình rắn chắc của xi măng có thể chia ra làm 3 giai đoạn:
Trong giai đoạn hòa tan, các chất như Ca(OH)2 và 3CaO.Al2O3.6H2O được sinh ra từ quá trình thủy hóa sẽ hòa tan ngay trong nước, tạo thành một thể dịch bao quanh bề mặt hạt xi măng.
- Giai đoạn hoá keo: Đến một giới hạn nào đó, lượng các chất Ca(OH)2,
3CaO.Al2O3.6H2O không hoà tan được nữa sẽ tồn tại ở thể keo Chất silicat bicalcit
2CaO.SiO2 không hòa tan sẽ phân tán nhỏ trong dung dịch, tạo thành keo phân tán Lượng keo này gia tăng, khiến các hạt keo nhỏ tụ lại thành hạt lớn hơn, dẫn đến tình trạng sệt Điều này làm giảm tính dẻo của xi măng và dẫn đến quá trình ninh kết, tuy nhiên chưa đạt được cường độ.
Giai đoạn kết tinh là quá trình chuyển đổi các chất Ca(OH)2 và 3CaO.Al2O3.6H2O từ thể ngưng keo sang dạng kết tinh, tạo ra các tinh thể nhỏ đan chéo nhau, giúp xi măng bắt đầu có cường độ Chất 2CaO.SiO2.mH2O tồn tại ở thể keo trong thời gian dài, nhưng sau đó một phần chuyển thành tinh thể Khi lượng nước giảm dần, keo bị khô, kết chặt lại và trở nên rắn chắc Kết quả của giai đoạn này chính là vật liệu xi măng đặc.
Các thí nghi ệ m ph ụ c v ụ x ử lý th ấ m b ằ ng c ọc XMĐ kế t h ợ p ph ụ gia
Lớp đất có tính thấm nước mạnh (cát, cuội sỏi, )
Nền đất cứng (đá gốc, sét cứng, )
Lớp đất phủ có tính thấm nước nhỏ (chiều dày thay đổi tuỳ khu vực)
Thân đê đắp bằng đất có tính thấm nước nhỏ Mực nước mùa lũ
Mạch sủi do dòng thấm chảy trong tầng cuội sỏi Đùn ra hạ lưu tại vị trí tầng phủ mỏng Đe doạ vỡ đê
Tường cọc Ximăng đất cắt đứt dòng thấm
Các khuyết tật dưới đáy công trình do dòng thấm gây ra
Nguyên lý xử lý chống thấm cho cống hiện hữu nhằm giải quyết vấn đề tạo tường chống thấm cho cống bị sự cố thấm và xói ngầm Năm 2005, qua quá trình nghiên cứu và tìm tòi, các nhà khoa học đã phát triển các giải pháp hiệu quả để khắc phục tình trạng này.
Viện Thủy Công đã áp dụng công nghệ JG để giải quyết vấn đề thi công trên mặt bằng chật hẹp Công nghệ này cho phép tạo ra các cọc XMĐ có đường kính từ 0,6 đến 1,1 m, tùy theo yêu cầu Bằng cách tính toán khoảng cách giữa các lỗ khoan nhỏ trên bản đáy mà không ảnh hưởng đến kết cấu cống, các cọc XMĐ được sắp xếp giao nhau với khoảng cách từ 0,2 đến 0,25 m, nhằm tạo ra hàng tường XMĐ có chiều sâu và độ dày theo yêu cầu chống thấm.
2.2 Kh ả o sát ph ụ c v ụ x ử lý th ấ m b ằ ng c ọc XMĐ kế t h ợ p ph ụ gia
2.2.1 Kh ảo sát địa chất
Thiết kế xử lý sự cố thấm bằng tường XMĐ tương tự như phương pháp xử lý nền đất yếu bằng cọc XMĐ Mặc dù chưa có TCVN cụ thể về việc sử dụng tường XMĐ để chống thấm, nhưng các công đoạn trong hai phương pháp này khá giống nhau Do đó, trong thiết kế hiện nay, TCVN 9906:2014 thường được tham khảo để thực hiện chống thấm Thêm vào đó, vào tháng 12 năm 2017, Viện Thủy công đã biên soạn tài liệu liên quan.
Tiêu chuẩn Kỹ thuật ngành thủy lợi cung cấp hướng dẫn quan trọng cho việc xử lý thấm ở đập đất và thiết kế xử lý sự cố cống Mặc dù tài liệu này chủ yếu tập trung vào tường chống thấm, nhưng nó cũng là nguồn tài liệu tham khảo hữu ích cho việc thiết kế các giải pháp khắc phục sự cố do thấm Các công đoạn thiết kế xử lý sự cố cống liên quan đến thấm có thể được tóm tắt từ những thông tin đã nêu trong tài liệu.
- Khảo sát, xác định các điều kiện ban đầu của đất nền, như các chỉ tiêu cơ lý, địa tầng, nước ngầm
Khảo sát hệ số thấm của đất tự nhiên kết hợp với xi măng được thực hiện thông qua các mẫu lấy tại hiện trường xây dựng Mục tiêu là xác định hàm lượng xi măng tối ưu, đảm bảo hiệu quả kinh tế và kỹ thuật trong quá trình cải tạo đất.
- Thiết kế dựa trên một giá trị hệ số thấm của tường XMĐ lựa chọn
Kiểm tra và đánh giá tính chất vật liệu xây dựng thông qua thi công thử nghiệm tại hiện trường là cần thiết để đảm bảo sự tương thích giữa thiết kế và thực tế Trong khâu khảo sát địa chất, mục tiêu chính là xác định các yếu tố như mực nước ngầm, đặc tính địa chất và các tính chất đặc biệt khác, bao gồm hàm lượng hữu cơ và độ ẩm.
PH, nhiễm mặn,vv… hay không Cần xác định cụ thể:
- Cấu trúc địa chất vị trí xử lý sự cố thấm
- Các kết quả thí nghiệm về các chỉ tiêu vật lý cơ học của từng lớp đất, độ PH, độ mặn, hàm lượng hữu cơ (%)
Địa chất thuỷ văn nghiên cứu cao độ nước ngầm hiện tại và mức nước cao nhất có thể đạt được Bên cạnh đó, việc phân tích tính chất nước ngầm cũng là một yếu tố quan trọng trong lĩnh vực này Những thông tin này giúp hiểu rõ hơn về nguồn nước và quản lý tài nguyên nước hiệu quả hơn.
Hình 2.6 Thiết bị nén 3 trục thường được sử dụng trong các công trình sử dụng
2.2.2 Thí nghi ệm trộn thử trong phòng
TCVN 9906:2014 quy định rằng phải thực hiện thí nghiệm trộn thử trong phòng nhằm xác định hàm lượng xi măng phù hợp cho mục đích gia cố hoặc xử lý chống thấm Để thiết kế được hệ thống chống thấm bằng xi măng, cần nắm rõ hàm lượng xi măng và phụ gia trộn với đất tại chỗ để xác định hệ số thấm của vật liệu.
Hệ số thấm k của XMĐ thường được thí nghiệm ở tuổi 28 ngày, thời điểm mà vật liệu đạt độ cứng tối ưu cho việc cắt gọt mẫu Để tiết kiệm thời gian và dễ dàng lựa chọn, cần thực hiện thí nghiệm trộn với nhiều hàm lượng xi măng và phụ gia khác nhau Mỗi giá trị hàm lượng xi măng sẽ được chia thành nhiều tổ mẫu, mỗi tổ mẫu gồm ít nhất 3 mẫu Sau đó, tiến hành thí nghiệm để xác định hệ số thấm k và cường độ kháng nén nếu cần thiết.
Hình 2.7 Thiết bị nén mẫu XMĐ và hình ảnh phá hoại mẫu
2.2.3 Thí nghi ệm xác định hệ số thấm
Tùy thuộc vào mục đích sử dụng vật liệu XMĐ, việc xác định các thông số thiết kế như chỉ tiêu cơ lý, cường độ và mô đun biến dạng của xi măng đất là rất quan trọng Các chỉ số này phụ thuộc vào nhiều yếu tố như hàm lượng xi măng, hàm lượng chất hữu cơ trong đất, ngày tuổi, loại và hàm lượng phụ gia Để xác định cường độ chịu lực của cột xi măng đất, cần tiến hành nhiều thí nghiệm trộn trong phòng thí nghiệm cho từng công trình và từng trường hợp đất đặc trưng.
Với yêu cầu chống thấm ngoài việc xác định giá trị hệ số thấm KXMĐ là chủ yếu,
TCVN hiện hành yêu cầu xác định các thông số bổ sung như mức độ đồng đều và cường độ kháng nén, nhằm đánh giá toàn diện hơn về khả năng chống thấm và các yếu tố liên quan khác.
Để tạo ra tường chống thấm hiệu quả, mẫu đã được thử nghiệm trên thiết bị ép nước có khả năng điều chỉnh cột nước ở nhiều cấp độ, nhằm xác định hệ số thấm K_t và Gradient giới hạn.
Trong quá trình thực hiện thí nghiệm, cần lưu ý đến sự hiện diện của nhiều lớp đất khác nhau Do đó, nên tiến hành thí nghiệm cho từng lớp đất riêng biệt Nếu điều kiện không cho phép, chỉ cần thí nghiệm cho lớp đất dự kiến có kết quả kém nhất về cường độ và hệ số thấm; các lớp đất còn lại có thể lấy theo kết quả đã thí nghiệm.
Kết qủa trộn mẫu thử trong phòng chỉ có tính định hướng và là cơ sở phục vụ công tác làm cọc thí nghiệm trên hiện trường
Hình 2.8 Sơ đồ nguyên lý xác định hệ số thấm của XMĐ
Vật liệu XMĐ có tính thấm thấp, vì vậy thí nghiệm thấm Darcy được thực hiện với cột nước thay đổi theo thời gian Tại thời điểm t, cột nước đạt giá trị h Sau khoảng thời gian dt, thể tích nước thấm qua mẫu đất là dQ, tương ứng với sự hạ thấp của cột nước trong ống (có tiết diện a) một đoạn dh Công thức mô tả mối quan hệ này là dQ = -adh (2.1).
Dấu ( - ) trong công thức thể hiện sự gia tăng thể tích nước thấm qua mẫu đất dQ khi cột nước h hạ thấp Tại thời điểm t, khi cột nước là h, độ dốc thủy lực được xác định là hi = h/L, trong đó L là độ dài của mẫu đất.
Theo định luật Darcy ta có: dQ=kiFdt=k h Fdt
Từ (2.1) và (2.2) ta có: dt=- aLdh kFh
Phương pháp tính toán xử lý th ấ m
2.3.1 B ố trí sơ đồ hợp lý để xử lý thấm
Theo các tiêu chuẩn hiện hành [ 8, 9], Cọc XMĐ thi công theo phương pháp Jet
Grouting tạo ra các cọc đơn lẻ, vì vậy cần liên kết các cọc này để hình thành tường chống thấm liên tục Chiều dày "tương đương" được chọn dựa trên chênh lệch cột nước cần chống thấm, với chiều dày tối thiểu tại vị trí tường XMĐ giữa các hàng cọc XMĐ giao thoa Hình 2.9 và 2.10 minh họa sơ đồ bố trí và trình tự thi công cọc XMĐ để tạo tường chống thấm hiệu quả.
Tường chống thấm XMĐ được xây dựng bằng một hàng cọc D80, đảm bảo độ kín khít cho những đoạn có yêu cầu chiều sâu chống thấm nhỏ hơn 10m Đối với các đoạn tường có chiều sâu lớn hơn 10m, cần áp dụng các biện pháp phù hợp để duy trì hiệu quả chống thấm.
10m cần bố trí 2 hàng cọc D60 Ngoài ra, nếu điều kiện thi công khó khăn thì có thể sử dụng đường kính D80, D100,vvv……
Hình 2.10 mô tả tường chống thấm XMĐ được tạo ra bởi hai hàng cọc Trong mỗi hàng cọc XMĐ, các cọc được khoan theo thứ tự đánh số để đảm bảo tính đồng bộ và hiệu quả trong quá trình thi công.
2.9 và hình 2.10 Thời gian nối chồng giữa 2 cọc không nên vượt quá 48 giờ Nếu quá thời gian trên phải khoan rỗng chiếc cọc cuối cùng chừa ra đầu mộng để chờ nối chồng với đợt cọc sau Nếu thời gian ngừng quá dài, có thể sử dụng biện pháp đổ vữa hoặc vá cọc để xử lý
Tuyến chống thấm có thể được bố trí ở thượng lưu, hạ lưu hoặc khu vực giữa thân cống tùy thuộc vào điều kiện cụ thể của từng cống Việc chọn vị trí cho tuyến tường chống thấm là cần thiết để tránh ảnh hưởng đến kết cấu thân cống và thuận tiện cho công tác thi công, đặc biệt trong trường hợp cống bị xói ngầm nền.
Trong trường hợp bố trí ở thượng hoặc hạ lưu cống, nếu việc khoan thủng bản đáy cống gặp khó khăn hoặc không được phép, có thể xem xét việc bố trí tại chân khay sân trước.
Trường Đại học Thủy lợi là một trong những cơ sở giáo dục hàng đầu tại Việt Nam, chuyên đào tạo các lĩnh vực liên quan đến thủy lợi và quản lý tài nguyên nước Với đội ngũ giảng viên giàu kinh nghiệm và cơ sở vật chất hiện đại, trường cam kết cung cấp cho sinh viên kiến thức và kỹ năng cần thiết để phát triển trong ngành Đại học Thủy lợi không chỉ chú trọng vào việc học lý thuyết mà còn khuyến khích sinh viên tham gia các hoạt động thực tiễn, nghiên cứu khoa học và các dự án cộng đồng, nhằm nâng cao khả năng ứng dụng kiến thức vào thực tiễn.
Hình 2.12 Tuyến chống thấm bố trí trong phạm vi thân cống
Trong trường hợp bố trí giữa thân cống, nếu việc bơm khô tát cạn khu vực cống gặp khó khăn, có thể sử dụng giàn giáo qua các trụ pin và khoan xuyên thủng bản đáy với đường kính khoảng 100mm để đưa cần khoan phụt, tạo tường chống thấm Cần lưu ý đảm bảo việc giao thoa giữa hai cọc ở hai bên trụ pin.
2.3.2 Trình t ự phương pháp tính toán xử lý thấm
Bố trí tường chống thấm dưới nền và mang cống theo hiện trạng thấm, xói ngầm
Sau khi xây dựng tường, cần tính toán và kiểm tra lại yêu cầu chống thấm Việc này có thể thực hiện theo hướng dẫn trong quy phạm thiết kế hiện hành, sử dụng phương pháp giải tích hoặc phần mềm chuyên dụng để kiểm tra lưu lượng thấm và Gradient tại điểm ra Toàn bộ quy trình tính toán có thể được tóm tắt một cách hệ thống và rõ ràng.
- Sơ bộ chọn vị trí tường chống thấm theo điều kiện kết cấu cống, điều kiện thi công và hiện trạng về thấm của cống;
- Sơ bộ chọn chiều dày tường chống thấm theo điều kiện [9]: t ≥∆H / [J xmđ ] (2.8)
Đại học Thủy Lợi là một trong những cơ sở giáo dục hàng đầu tại Việt Nam, chuyên đào tạo các chuyên ngành liên quan đến lĩnh vực thủy lợi và quản lý tài nguyên nước Trường cung cấp chương trình học đa dạng, giúp sinh viên nắm vững kiến thức và kỹ năng cần thiết cho nghề nghiệp trong tương lai Với đội ngũ giảng viên giàu kinh nghiệm và cơ sở vật chất hiện đại, Đại học Thủy Lợi cam kết mang đến môi trường học tập chất lượng cao Sinh viên sau khi tốt nghiệp có nhiều cơ hội việc làm trong các tổ chức, doanh nghiệp trong và ngoài nước.
∆H là chênh lệch cột nước thấm tại điểm trước và sau lưng tường
[J xmđ ] là Gradient giới hạn xói ngầm cho phép của tường XMĐ;
J gh là Gradient xói ngầm xác định từ thí nghiệm với mẫu đất của công trình Nếu không có dữ liệu thí nghiệm, có thể sử dụng giá trị J xmđ = 50 khi hàm lượng XMĐ đạt tối thiểu 300 kg/m³.
K at là hệ số triết giảm lấy bằng 3 ÷ 4; t là chiều dày tường XMĐ, lấy chẵn đến cm theo điều kiện công nghệ thi công cọc
Người thiết kế có thể tính theo nguyên tắc bảo đảm giao thoa kín khít của 2 cọc không nhỏ hơn 20 cm và lấy chiều dày tại chỗ mỏng nhất
Sử dụng phần mềm thương mại dựa trên phương pháp FEM để tính toán thấm, nhằm xác định chính xác các thông số lựa chọn sơ bộ Trong quá trình tính toán, tường chống thấm XMĐ được coi là vật liệu đồng nhất với hệ số thấm k (m/s).
Bước 3 trong quá trình thiết kế mạng lưới cọc XMĐ yêu cầu xác định vị trí và chiều dày tường chống thấm đã được tính toán ở bước 2 Để đảm bảo độ kín khít cho tường chống thấm, những đoạn tường có chiều sâu nhỏ hơn 10 m cần bố trí một hàng cọc với đường kính 80 cm.
Với những đoạn có chiều sâu trên 10 m, nên bố trí 2 hàng cọc có đường kính 60 cm trở lên
Bước 4: Lặp lại từ bước 1, nếu kết quả tính toán chưa đạt yêu cầu:
- Tường chống thấm chưa thỏa mãn về điều kiện an toàn cho phép;
- Tường XMĐ quá dày, dẫn đến các giá trị tính toán nhỏ hơn nhiều lần giá trị cho phép, không có lợi về mặt kinh tế.
Tất cả các cọc cần được đánh số thứ tự và ghi rõ tọa độ X, Y, Z Tọa độ thực địa của mỗi cọc phải được xác định bằng máy toàn đạc điện tử để đảm bảo tính chính xác cho các công việc sau này như xử lý lại hoặc khoan mẫu Nếu sử dụng máy đo khác, tọa độ thực tế không được lệch quá 2 cm theo mỗi chiều Ngoài ra, có thể áp dụng tọa độ giả định theo công trình.
Đỉnh cọc cần được bố trí ở cùng một cao độ, trong khi đáy cọc nên được cắm sâu vào lớp đất tốt khoảng 30 cm để đảm bảo tính ổn định và độ bền cho công trình.
K ế t lu ận Chương 2
Mặc dù việc xử lý sự cố thấm, xói ngầm nền và mang cống không phải là điều mới mẻ ở các sông như Hồng và Thái Bình, nhưng tại Đồng bằng sông Cửu Long với điều kiện đất yếu, hàm lượng hữu cơ cao, pH thấp và đất nhiễm mặn, vấn đề đặt ra là liệu có thể xây dựng tường chống thấm hiệu quả trong những điều kiện này hay không.
Do vậy, trong chương II đã trình bày một cách đầy đủ từ cơ sở hình thành vật liệu
XMĐ là quá trình phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến sự hình thành vật liệu trong điều kiện nền đất yếu, nhiễm mặn và độ pH thấp Việc lựa chọn chất kết dính và phụ gia phù hợp là yếu tố quyết định đến sự thành công hay thất bại của phương án sử dụng công nghệ này.
Luận văn trình bày các thí nghiệm cần thiết cho việc xử lý sự cố thấm bằng công nghệ JG, bao gồm khảo sát địa chất, thí nghiệm trộn thử trong phòng, và thí nghiệm thấm Bên cạnh đó, phương pháp tính toán và thiết kế xử lý sự cố thấm, xói ngầm nền và mang cống được mô tả một cách chi tiết và cụ thể.
Nội dung quan trọng khi áp dụng công nghệ JG là công tác kiểm tra, đánh giá chất lượng và nghiệm thu tường chống thấm Việc kết hợp tiêu chuẩn TCVN với kinh nghiệm thực tiễn trong lĩnh vực này là cần thiết nhưng cũng rất thách thức.
Nội dung bài viết này tập trung vào việc xử lý sự cố thấm và xói ngầm nền tại Đồng bằng Sông Cửu Long Chương tiếp theo của luận văn sẽ trình bày cách áp dụng các kết quả nghiên cứu để giải quyết những vấn đề này cho công trình cống Đá Bạc, huyện Trần Văn Thời, tỉnh Cà Mau.
Cà Mau là một địa điểm nổi bật với Trường Đại học Thủy lợi, nơi cung cấp các chương trình đào tạo chất lượng trong lĩnh vực thủy lợi Trường Đại học Thủy lợi không chỉ nổi tiếng về giảng dạy mà còn về nghiên cứu và phát triển công nghệ liên quan đến quản lý nguồn nước Với đội ngũ giảng viên giàu kinh nghiệm và cơ sở vật chất hiện đại, trường cam kết mang đến cho sinh viên những kiến thức và kỹ năng cần thiết để đáp ứng nhu cầu của thị trường lao động.
CHƯƠNG 3 ÁP D Ụ NG X Ử LÝ C ỐNG ĐÁ BẠ C HUY Ệ N TR ẦN VĂN
Gi ớ i thi ệ u v ề c ống Đá Bạ c t ỉ nh Cà Mau
3.1.1 V ị trí công trình nghiên cứu
Cống Đá Bạc, nằm tại xã Khánh Bình Tây, huyện Trần Văn Thời, tỉnh Cà Mau, là cống lớn nhất trên tuyến đê biển Tây, có chức năng ngăn mặn và giữ ngọt cho sản xuất nông nghiệp Tuy nhiên, vào mùa khô năm 2015, cống đã bị xói ngầm, dẫn đến tình trạng xâm nhập mặn nghiêm trọng vào khu vực nội đồng Độ mặn tại miệng cống phía đồng đạt khoảng 20‰, và sâu trong vùng ngọt, độ mặn dưới đáy các kênh, sông cũng lên tới 5‰, gây ảnh hưởng tiêu cực đến sản xuất của người dân tại các xã Khánh Bình Tây, Khánh Bình Tây Bắc, Khánh Hưng và Khánh Hải.
Cống Đá Bạc nằm ở Cà Mau, là một công trình quan trọng trong hệ thống thủy lợi của khu vực Với vị trí chiến lược, cống này đóng vai trò thiết yếu trong việc kiểm soát nước và bảo vệ đất nông nghiệp khỏi tình trạng ngập úng Hệ thống thủy lợi tại đây được thiết kế để tối ưu hóa việc sử dụng nước, hỗ trợ cho sản xuất nông nghiệp và đảm bảo an toàn cho cộng đồng Việc nghiên cứu và phát triển các giải pháp thủy lợi tại cống Đá Bạc là cần thiết để nâng cao hiệu quả quản lý nguồn nước trong khu vực.
3.1.2 Đặc điểm tự nhiên khu vực nghiên cứu
Khí hậu nơi đây mang đặc trưng của khí hậu nhiệt đới gió mùa cận xích đạo với nhiệt độ cao quanh năm, trung bình đạt 26,9°C Tháng 4 là thời điểm có nhiệt độ trung bình cao nhất trong năm, khoảng 27,6°C, trong khi tháng Giêng ghi nhận nhiệt độ trung bình thấp nhất.
Cà Mau có hai mùa rõ rệt trong năm: mùa mưa từ tháng 5 đến tháng 11 và mùa khô từ tháng 12 đến tháng 4 năm sau Chế độ mưa tại tỉnh Cà Mau ảnh hưởng lớn đến khí hậu và đời sống của người dân nơi đây.
Phú Tân, khu vực có lượng mưa cao nhất tại Tây Nam tỉnh, có lượng mưa trung bình hàng năm đạt 2.200 mm Khu vực phía Đông giáp huyện Cái Nước có lượng mưa thấp hơn, dao động từ 2.000 đến 2.100 mm Mưa tại đây phân bố không đều, với mùa mưa chiếm tới 90% tổng lượng mưa cả năm, tập trung chủ yếu từ tháng 7 đến tháng 10 với lượng mưa trung bình từ 272 đến 405 mm/tháng Tuy nhiên, trong mùa mưa vẫn có những đợt ít mưa kéo dài, có thể kéo dài đến 15 ngày, gây ra tình trạng hạn hán thiếu nước ngọt ngay cả trong mùa mưa, được nông dân gọi là hạn Bà Chằn.
Trong mùa khô, gió thường thổi từ hướng Đông và Đông Bắc với vận tốc trung bình từ 1,6 - 2,8m/s, tạo điều kiện thời tiết tốt và biển lặng, thuận lợi cho hoạt động khai thác biển Ngược lại, vào mùa mưa, gió chuyển hướng Tây Nam với tốc độ trung bình từ 1,8 - 4,5m/s, có thể xuất hiện áp thấp gần bờ, giông bão và gió xoáy mạnh cấp 7-8, gây ảnh hưởng tiêu cực đến nghề khai thác biển.
Theo khảo sát địa hình, khu vực cống được chia thành ba phần: khu vực phía biển, phía đồng và thân cống Khu vực phía biển có địa hình là kênh đất hình thang với hệ số mái m =.
Cao độ đáy cống là -3,20, trong khi cao độ đỉnh cống và trụ pin đạt +2,50 Đoạn thân cống có cao trình đáy là -3,20 và -2,70 Kênh đất phía đồng có hình dạng thang với hệ số mái m = 2,5, cao độ đáy là -3,20 và cao độ đỉnh là +1,20.
Theo khảo sát địa chất trong quá trình xây dựng cống Đá Bạc, khu vực này chủ yếu là đất á sét với hệ số thấm k = 5x10^-5 (cm/s) ở độ sâu lớn hơn 30 m.
Khu vực khảo sát có đất nền với hàm lượng hữu cơ cao 7%, nhưng cũng bị nhiễm mặn, điều này không thuận lợi cho quá trình thủy hóa của xi măng.
3.1.3 Đặc điểm nước mặt, nước ngầm khu vực nghiên cứu
Chế độ thủy triều phần lớn chịu tác động trực tiếp của chế độ nhật triều không đều
Vịnh Thái Lan, truyền lên theo cửa sông bảy Háp, cửa sông Cái Đôi lớn, cửa kênh
Công nghiệp tại cửa Mỹ Bình nằm ở Vịnh Thái Lan, nơi có thủy triều tương đối yếu Độ lớn triều trung bình trong kỳ nước cường đạt khoảng 1m, trong khi trong kỳ nước kém, độ lớn triều chỉ còn khoảng một nửa.
Chế độ thủy văn của hệ thống sông rạch trong huyện bị ảnh hưởng trực tiếp bởi triều quanh năm, với tác động mạnh hơn ở phía cửa sông và giảm dần vào trong Độ mặn của nước sông thay đổi theo mùa, cao hơn trong mùa khô với mức từ 22%o đến 32%o, và giảm trong mùa mưa Mực nước trung bình phía biển đạt 1,04 m, trong khi phía đồng là -0,96 m.
3.1.4 Điều kiện dân sinh, kinh tế xã hội
Xã Khánh Bình Tây là trung tâm chính tr ị , kinh t ế , văn hoá thứ 3 c ủ a huy ệ n Tr ầ n
Văn Thời là trung tâm thương mại, dịch vụ và du lịch quan trọng của khu vực phía Bắc tỉnh Cà Mau, đóng vai trò thúc đẩy phát triển kinh tế - xã hội huyện và các vùng lân cận Với diện tích tự nhiên 5.456,59 ha, Văn Thời có tiềm năng phát triển lớn trong lĩnh vực kinh tế.
Xã có 3.265 hộ với 13.396 khẩu, bao gồm 3 dân tộc chính: Kinh, Hoa và Khơme, trong đó dân tộc Khơme có 441 hộ với 1.863 khẩu Nông nghiệp vẫn là ngành sản xuất chủ yếu, bên cạnh đó, các mô hình sản xuất như làm mắm ruốc, trồng đậu xanh, lúa - cá đồng và nuôi cá bổi thương phẩm cũng đang được phát triển Tuy nhiên, sản xuất nông nghiệp tại đây gặp nhiều khó khăn do ảnh hưởng của các yếu tố thời tiết như triều cường và gió lốc, đặc biệt trong mùa mưa bão, khiến cho tình hình sản xuất rất bấp bênh Với vị trí địa lý có 4,8 km đường bờ biển, xã cũng có tiềm năng phát triển kinh tế biển.
Bình Tây hiện có 329 phương tiện khai thác thủy sản, với sản lượng trung bình hàng năm đạt khoảng 6.500 tấn Ngoài việc đánh bắt trên biển, xã còn có diện tích nuôi trồng thủy sản lên đến 1.450 ha, cho thu hoạch khoảng 2.500 tấn mỗi năm Bên cạnh đó, xã cũng sở hữu 150,04 ha rừng tràm, tạo ra nhiều lợi ích kinh tế cho người dân địa phương.
Hình 3.2 Cống Đá bạc - Cà Mau nhìn từ phía đồng
3.1.5 Hi ện trạng công trình và sự cần thiết phải xử lý sự cố
Mùa khô năm 2015, do hạn hán nặng kéo dài và lưu lượng nước ngọt trên sông Mê
Các thí nghi ệ m ph ụ c v ụ tính toán, thi ế t k ế
3.2.1 Thí nghi ệm trộn thử trong phòng xác định phụ gia phù hợp
Do điều kiện địa chất phức tạp, đất trong phạm vi công trình bị nhiễm mặn, ảnh hưởng đến khả năng thi công và ổn định của công trình Việc đánh giá tình trạng đất là cần thiết để đảm bảo an toàn và hiệu quả trong quá trình xây dựng Các biện pháp xử lý đất nhiễm mặn cần được áp dụng để cải thiện chất lượng đất và giảm thiểu rủi ro cho công trình.
Việc lựa chọn vật liệu kết dính và phụ gia phù hợp là rất quan trọng, vì nếu không, quá trình tạo cọc XMĐ sẽ gặp khó khăn, dẫn đến việc cọc có thể bị khuyết tật và ảnh hưởng đến chất lượng chống thấm.
Bảng 3.1 Kết quả phân tích mẫu nước ngầm
STT Ch ỉ tiêu phân tích Đơn vị M ẫ u M1 M ẫ u M2 M ẫ u M3 M ẫ u M4
4 TDS (T ổ ng s ố mu ố i tan) mg/l 14700 14100 14220 14640
Từ bảng kết quả trên ta thấy độ pHtb = 6, 91, lượng ion sunfat SO42 -tb=
206, 71(mg/l), lượng ion clorua CL - = 348, 38(mg/l) đều đảm bảo yêu cầu đối với ximăng Còn lượng muối tan trong nước là 14400 (mg/l) > 10000 (mg/l) so với
TCVN 4506:1987 quy định rằng nước bị nhiễm mặn là loại nước có hàm lượng muối cao, ảnh hưởng đến chất lượng nước và môi trường sống Việc nghiên cứu và quản lý nguồn nước nhiễm mặn là rất quan trọng trong lĩnh vực thủy lợi, nhằm đảm bảo nguồn nước sạch và an toàn cho sinh hoạt cũng như sản xuất nông nghiệp.
Để thực hiện thí nghiệm, mẫu đất tại vị trí đáy cống đã được đào lên bằng máy đào 0,5 m³ và lấy nguyên trạng bằng ống PVC chế tạo sẵn, ấn trực tiếp xuống nền đất ở độ sâu tương ứng Sau khi lấy mẫu, đất được vận chuyển về phòng thí nghiệm của Đại học Cần Thơ để tiến hành các thử nghiệm cần thiết.
Theo nhận xét tại 2.1.3.2, đối với địa chất như đối với cống Đá Bạc sử dụng xi măng
PCB 40 Kiên Giang và phụ gia tạo ra môi trường pH thích hợp là Sikapum với hàm lượng 3,5 lít/1m 3 cọc XMĐ Thí nghiệm trộn thử với các cấp phối (xem hình 3 9):
- Xi măng 300 kg/m 3 + Sikapum 3,5 lít/1m 3 XMĐ;
- Xi măng 350 kg/m 3 + Sikapum 3,5 lít/1m 3 XMĐ;
- Xi măng 400 kg/m 3 + Sikapum 3,5 lít/1m 3 XMĐ;
Tỷ lệ xi măng (ε%) trộn vào so với dung trọng khô (γk) trong đất yếu cần gia cố là yếu tố quan trọng trong quá trình cải thiện tính chất đất Lượng xi măng (XM) được thêm vào sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng chịu tải và độ ổn định của nền đất Việc xác định tỷ lệ thích hợp giữa xi măng và đất sẽ giúp tăng cường độ bền và tính ổn định cho công trình xây dựng.
Mẫu chế tạo và bảo dưỡng phải tuân theo quy định của TCVN 9906:2014, trong đó mẫu sau khi hoàn thành chế tạo cần được bảo dưỡng bão hòa nước trong 14 ngày Sau thời gian này, tiến hành thí nghiệm thấm để xác định hệ số thấm k (cm/s) và thực hiện thí nghiệm nén để xác định cường độ kháng nén q u 14.
Giá trị cường độ kháng nén được sử dụng để đánh giá độ liên kết và độ rắn chắc của vật liệu XMĐ, đồng thời kiểm tra sự hiện diện của khuyết tật Kết quả cho thấy tất cả các mẫu đều có cường độ kháng nén nở hông q u > 5 (kg/cm²), với vật liệu đồng đều, mịn mà không có khuyết tật Điều này cho thấy việc lựa chọn loại xi măng và phụ gia là tương đối phù hợp Bước tiếp theo sẽ là thực hiện thí nghiệm thấm để xác định hàm lượng xi măng và phụ gia thích hợp.
3.2.2 Thí nghi ệm xác định hệ số thấm XMĐ
Thí nghiệm thấm được tiến hành theo nguyên lý như đã giới thiệu trên mục 2.2.3 và theo TCVN 9906:2014 Bao gồm các bước:
- Chuẩn bị mẫu thí nghiệm: Lựa chọn 36 mẫu XMĐ (mỗi hàm lượng thí nghiệm với
9 mẫu) từ các mẫu đã được bảo dưỡng, cắt gọt hoàn chỉnh, đảm bảo độ sai lệch mẫu là nhỏ nhất Tuổi tiến hành thí nghiệm thấm là 14 ngày
Để tiến hành thí nghiệm, trước hết, một lớp cao su non mỏng được bọc quanh mẫu nhằm đảm bảo độ kín khít giữa mẫu và thành thiết bị Độ kín khít này được kiểm tra bằng cách mở van hết cỡ và sử dụng bơm hơi để thổi vào đoạn ống phía trên van Một đĩa nước được đặt dưới mẫu để quan sát hiện tượng sóng trên mặt nước; nếu có sóng, mẫu cần được chuẩn bị lại Sau khi hoàn tất việc chuẩn bị mẫu, lắp lại đoạn ống nối phía trên và bơm nước vào thùng chứa nước thí nghiệm Khi cột nước phía trên van khóa đã ổn định, tiến hành mở van để thực hiện thí nghiệm.
Kịch bản thí nghiệm được thiết kế dựa trên cột nước chênh lệch giữa thượng và hạ lưu cống lớn, với cột nước lớn nhất đạt khoảng 2 mét Hệ số an toàn trong kịch bản thí nghiệm này được xác định là 2, đảm bảo tính chính xác và an toàn cho quá trình thí nghiệm.
Theo yêu cầu của chủ đầu tư, cột nước nhỏ nhất được chọn là 1 mét Thí nghiệm sẽ được thực hiện với cột nước thay đổi từ 4 mét xuống 1 mét trong khoảng thời gian 24 giờ.
Kết quả thí nghiệm cho thấy, sau khi xử lý dữ liệu bằng cách loại bỏ các số liệu thấm k (cm/s) bất thường và áp dụng phương pháp bình quân gia quyền theo quy định của TCVN, chúng tôi thu được kết quả như sau: (1) Với hàm lượng xi măng 300 kg/m3 kết hợp với Sikapum.
Để đạt được hệ số thấm k cho bê tông, cần sử dụng 3,5 lít Sikapum cho mỗi mét khối hỗn hợp, với các hàm lượng xi măng khác nhau: (1) 350 kg/m³ cho hệ số thấm k = 5 (cm/s); (2) 350 kg/m³ với Sikapum cho k = 5x10^-6 (cm/s); và (3) 400 kg/m³ với Sikapum cho k = 2x10^-6 (cm/s).
(cm/s); (4) Với hàm lượng xi măng 400 kg/m 3 cho hệ số thấm k= 7,1x10 -6 (cm/s)
3.2.3 M ột số nhận xét rút ra từ thí nghiệm trong phòng
Kết quả từ các mẫu thí nghiệm cường độ cho thấy việc chọn xi măng PCB 40 Kiên Giang là hợp lý cho điều kiện địa chất khu vực cống Đá Bạc Tất cả các mẫu đều tạo ra đồng đều, mịn và không xuất hiện hiện tượng phân rã Các tổ hợp thí nghiệm đều đạt cường độ kháng nén lớn hơn 5 kg/cm², đáp ứng yêu cầu cho công trình thủy lợi.
Cả 4 hàm lượng thí nghiệm đều có hệ số thấm đạt yêu cầu Tuy nhiên, nếu chọn hàm lượng xi măng 300 kg/m 3 + Sikapum 3,5 lít/1m 3 XMĐ thì hệ số thấm k mới chỉ nhỏ hơn hệ số thấm của đất nền khoảng 1/5 Nếu chọn xi măng 400 kg/m 3 + Sikapum 3,5 lít/1m 3 XMĐ thì hệ số thấm nhỏ hơn hệ số thấm của đất nền khoảng 25 lần Nếu chọn xi măng 300 kg/m 3 + Sikapum 3,5 lít/1m 3 XMĐ hoặc hàm lượng xi măng 400 kg/m 3 cho hệ số thấm xấp xỉ nhau và nhỏ hơn hệ số thấm củ đất nền khoảng 10 lần
Do vậy, nếu xét về điều kiện thi công trên thực tế thì hàm lượng 350 kg/m 3 +
Thi ế t k ế phương án xử lý th ấ m b ằ ng c ọc XMĐ kế t h ợ p ph ụ gia
3.3.1 Xác định hàm lượng, mật độ xử lý
Qua khảo sát sự cố hiện trường và khoan thăm dò dưới đáy cống, phát hiện nền cống đã bị xói rỗng Do đó, cần thực hiện các biện pháp sau: (1) Bù đắp nền đã bị rỗng dưới bản đáy cống bằng cát đen; (2) Xử lý nền và mang cống bằng tường bê tông.
3.1.1.1 Công tác bù n ền bị rỗng dưới bản đáy cống:
Khoan lỗ trên bê tông bản đáy cống để kiểm tra mức độ rỗng của nền Sau đó, sử dụng máy bơm bê tông bơm cát đen qua các lỗ đã khoan nhằm bù đắp cho nền.
Hình 3.10 Khoan lỗ trên bản đáy bê tông để khảo sát độ rỗng dưới đáy cống và phục vụ công tác bơm cát
Mục đích là lấp đầy chỗ rỗng và tạo môi trường thi công cọc xi măng đất (xem hình
Đại học Thủy Lợi là một trong những cơ sở giáo dục hàng đầu tại Việt Nam, chuyên đào tạo các chuyên ngành liên quan đến kỹ thuật thủy lợi và quản lý tài nguyên nước Trường cung cấp chương trình học chất lượng cao, với đội ngũ giảng viên giàu kinh nghiệm và cơ sở vật chất hiện đại Học sinh tại Đại học Thủy Lợi có cơ hội thực hành và nghiên cứu trong môi trường chuyên nghiệp, giúp nâng cao kỹ năng và kiến thức cần thiết cho sự nghiệp tương lai.
Hình 3.11 Cắt dọc cống Đá Bạc phương án xử lý Quy trình thi công bơm cát được minh họa như trong hình 3.12 dưới đây
Quá trình nhập cát từ xà lan Bơm cát bằng máy bơm hút cát
Ki ểm tra theo dõi quá trình bơm cát Xác nhận khối cát trên xà lan
Quá trình bơm cát là một kỹ thuật quan trọng trong ngành thủy lợi, giúp cải thiện hiệu quả công trình và đảm bảo sự ổn định của nền đất Việc áp dụng công nghệ bơm cát không chỉ tăng cường khả năng chống xói mòn mà còn hỗ trợ trong việc xây dựng các công trình thủy lợi bền vững Hình 3.12 minh họa rõ nét quy trình này, từ việc chuẩn bị đến thực hiện, nhằm tối ưu hóa hiệu suất và giảm thiểu rủi ro trong các dự án xây dựng.
Giải pháp này đã được ứng dụng thành công tại nhiều công trình, bao gồm các công trình trên sông Nhuệ như Cống tiêu tự chảy trạm bơm Vĩnh Mộ, Cống tiêu tự chảy trạm bơm Nhân Hiền, và Cống A27 Ngoài ra, giải pháp cũng được triển khai tại các công trình trên các sông khác như Đập Phúc – Hà Nam và Cống Tắc Giang – Hà Nam.
3.3.1.2 Công tác x ử lý nền và mang cống bằng tường XMĐ :
Tính toán sơ bộ cho thấy, với hệ số thấm XMĐ đạt k = 5.10^-6 cm/s và chênh lệch cột nước tối đa khoảng 2 m, chỉ cần chiều dày XMĐ là 90 cm và chiều dài phù hợp.
L= 10 m là đủ điều kiện chống thấm Từ đó đề xuất 02 phương án xử lý:
- Phương án 1: Sử dụng 02 hàng cọc XMĐ đường kính 60 cm, chiều dài 10 m Chiều dày quy đổi tương đương xấp xỉ 90 cm;
- Phương án 2: Sử dụng 02 hàng cọc XMĐ đường kính 80 cm, chiều dài 10 m Chiều dày quy đổi tương đương xấp xỉ 103 cm.
Qua phân tích ưu nhược điểm để lựa chọn phương án cho thấy:
Theo kinh nghiệm từ các công trình đã xử lý, phương án 1 với hiện trạng xói ngầm đáy cống lớn và chênh lệch mực nước khoảng 2 m sẽ gặp khó khăn khi sử dụng 02 hàng cọc D600, do khả năng khuyết tật có thể làm giảm độ dày của tường không đạt yêu cầu Hơn nữa, công nghệ 2 pha hiện tại cho thấy cọc có đường kính 80 cm là lựa chọn hiệu quả nhất về mặt kinh tế.
Phương án 2 sử dụng 02 hàng cọc D800 đã được chứng minh qua các công trình tương tự là hiệu quả trong việc đảm bảo chiều dày yêu cầu Máy móc hoạt động ở chế độ vừa phải, cho phép tạo ra đường kính 80 cm với hiệu suất cao, mang lại lợi ích kinh tế cho công tác thi công.
Hình 3.13 Mặt bằng cống Đá Bạc phương án xử lý
Dựa trên các thông số thiết kế đã so sánh, phương án 2 được chọn với tường chống thấm bằng XMĐ dày 103cm, được hình thành từ 02 hàng cọc có đường kính D = 80cm, khoảng cách giữa các hàng là 50cm và khoảng cách giữa các cọc là 60cm Hàm lượng xi măng sử dụng là 350kg/m³, kết hợp với phụ gia Sikapum 3,5 lít/1m³ cọc XMĐ Các thông số hình học sẽ được tính toán chi tiết dựa trên các thông số này.
- Cao trình tường xi măng đất tại vị trí bản đáy:
- Cao trình tường xi măng đất hai bên mang cống:
Để ngăn chặn hiện tượng thấm tại các công trình thủy lợi, cần kéo dài phạm vi xử lý từ thành bên mang cống ra mỗi bên 6,80 m Việc này giúp tránh thấm dọc mang cống, ngăn chặn dòng thấp tiếp xúc phá hoại tại mang cống, đồng thời giảm thiểu dòng thấm luồn từ mang cống vào đáy cống, từ đó làm tăng chiều dài đường viền thấm.
Hình 3.14 Thi công tạo màng chống thấm nền và mang cống Đá Bạc
3.3.2 K ết quả phân tích tính toán phương án chọn
3.3.2.1 Các s ố liệu sử dụng để tính toán
Chọn mặt cắt tính toán: Chọn mặt cắt thiết kế để tính toán thấm như hình 3.13
Tài liệu hệ số thấm: Đất nền là đất á sét có hệ số thấm k=5x10 -5 (cm/s)
Tường chống thấm XMĐ là một giải pháp hiệu quả trong việc ngăn ngừa thấm nước, giúp bảo vệ công trình khỏi những tác động xấu từ môi trường Việc áp dụng công nghệ hiện đại trong xây dựng tường chống thấm sẽ đảm bảo độ bền và tính ổn định của công trình Đại học Thủy Lợi cung cấp các chương trình đào tạo chuyên sâu về kỹ thuật xây dựng và quản lý nước, góp phần nâng cao năng lực cho sinh viên trong lĩnh vực này Các nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn từ đại học cũng giúp cải thiện chất lượng công trình, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của xã hội.
- Hệ số thấm cọc xi măng đất: K XMD = 5.10 -6 cm/s
- Chiều dày tương đương tường XMĐ: t = 103 cm.
- Cao trình đỉnh tường: Z đỉnh = -4.30m
- Cao trình đáy tường: Z đáy = -14.30m
Tổ hợp mực nước tính toán (theo tài liệu tính toán thủy văn do chủ đầu tư cấp):
Hình 3.15 Mặt cắt dọc tính toán
Phương pháp PTHH được sử dụng để tính toán thấm trong các công trình thủy lợi, với sơ đồ tính toán tập trung vào bài toán thấm qua bản đáy Mô đun SEEP/W trong phần mềm Geostudio2007 của Công ty Quốc tế Canada là công cụ chính cho việc này Hai giá trị cơ bản cần xác định là gradient thấm lớn nhất trong tường XMĐ và tại cửa ra, cùng với lưu lượng thấm qua nền cống q (m³/s).
Hình 3.16 Lưới điều kiện biên tính toán
Điều kiện biên tính toán giả định rằng khớp nối giữa sân trước và sân sau đều bị hỏng, với sân trước chịu cột nước tính toán là +1,04 m và sân sau chịu cột nước tính toán là -0,96 m Tường XMĐ được mô phỏng bằng vật liệu có hệ số thấm K XMD = 5.10^-6 cm/s, trong khi đất nền dưới đáy cống được mô phỏng bằng đất á sét với hệ số thấm k = 5x10^-5 cm/s.
Lưới phần tử tính toán được thiết kế với kích thước hình vuông 0,25x0,25 m Tại khu vực cửa ra, lưới sẽ được chia thành các tam giác ở những vị trí có khả năng xuất hiện giá trị Gradient lớn nhất.
- Kết quả tính toán: Đường đẳng áp trong nền cống
Đường đẳng áp trong nền cống là một yếu tố quan trọng trong việc phân tích vận tốc thấm Việc hiểu rõ về các yếu tố này giúp cải thiện thiết kế và hiệu suất của các công trình thủy lợi Hệ thống cống cần được nghiên cứu kỹ lưỡng để đảm bảo tính ổn định và hiệu quả trong việc quản lý nước.
Hình 3.18 Trường vận tốc thấm trong nền cống Phân bố đường đẳng Gradient
Hình 3.19 Trường đẳng Gradient trong nền cống
Từ các hình 3.16 đến 3.19 cho thấy:
- Gradient thấm trong tường xi măng đất lớn nhất: J XMĐ =0,11
