Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu xử lý vật liệu bồi tích trẻ để nâng cấp, xây dựng đập đất vùng Tây Nguyên

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

MAI THỊ HỒNG

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ VẬT LIỆU BỒI TÍCH TRẺ ĐỂ NÂNG CẤP, XÂY DỰNG ĐẬP ĐẤT VÙNG TÂY NGUYÊN

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI, NĂM 2019

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

MAI THỊ HỒNG

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ VẬT LIỆU BỒI TÍCH TRẺ ĐỂ NÂNG CẤP, XÂY DỰNG ĐẬP ĐẤT VÙNG TÂY NGUYÊN

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình thủy

Mã số: 958 02 02

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS. Nguyễn Trọng Tư

HÀ NỘI, NĂM 2019

LỜI CAM ĐOAN

Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả. Các kết quả

nghiên cứu và các kết luận trong luận văn là trung thực, không sao chép từ bất kỳ một

nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào. Việc tham khảo các nguồn tài liệu (nếu có) đã

được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định.

Tác giả luận án

Mai Thị Hồng

LỜI CẢM ƠN

Sau thời gian thực hiện luận án, với sự nỗ lực của bản thân cùng với sự giúp đỡ tận tình

của các nhà khoa học, thầy cô giáo, gia đình và các đồng nghiệp, luận án tiến sĩ: “Nghiên

cứu xử lý vật liệu bồi tích trẻ để nâng cấp, xây dựng đập đất vùng Tây Nguyên” đã

hoàn thành.

Tác giả xin đặc biệt cảm ơn sâu sắc sự hướng dẫn, giúp đỡ tận tình của PGS.TS. Nguyễn

Trọng Tư, GS.TS. Lê Kim Truyền, các nhà khoa học, thầy cô giáo trong và ngoài trường

đã hướng dẫn, góp ý cho tác giả trong quá trình học tập và hoàn thành luận án.

Tác giả xin bày tỏ sự biết ơn sâu sắc đến Ban giám hiệu, Phòng đào tạo Đại học và Sau

đại học, Khoa Công trình, Bộ môn Công nghệ và Quản lý xây dựng, Trường Đại học

Thuỷ Lợi; Phòng thí nghiệm Địa kỹ thuật trường Đại học Thủy lợi và trường Đại học

Hồng Đức đã giúp đỡ tạo điều kiện tốt nhất cho tác giả trong thời gian thực hiện luận

án.

Tác giả xin chân thành cảm ơn gia đình, các đồng nghiệp và bạn bè luôn bên cạnh khích

lệ, nhiệt tình giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả trong quá trình học tập và thực

hiện luận án.

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH ................................................................................... vii

DANH MỤC BẢNG BIỂU ............................................................................................ix

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ................................................................................xi

MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1

1. Tính cấp thiết của đề tài ........................................................................................... 1

2. Mục tiêu nghiên cứu ................................................................................................ 2

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ........................................................................... 2

4. Nội dung nghiên cứu ............................................................................................... 2

5. Phương pháp nghiên cứu ......................................................................................... 3

6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn ................................................................................. 3

7. Cấu trúc của luận án ................................................................................................ 3

TỔNG QUAN VỀ ĐẬP SỬ DỤNG VẬT LIỆU TẠI CHỖ VÀ ĐẬP

ĐẤT Ở TÂY NGUYÊN .................................................................................................. 5

1.1 Đập đất và những yêu cầu khi thiết kế, thi công ................................................ 5

1.1.1 Tổng quan về đập đất .................................................................................. 5

1.1.2 Tổng quan về những yêu cầu kỹ thuật khi thiết kế và thi công đập đất đầm nén ………………………………………………………………………………..9

1.2 Phân tích những nguyên nhân gây ra sự cố ở đập vật liệu tại chỗ ................... 13

1.2.1 Nguyên nhân do giai đoạn lập dự án đầu tư .............................................. 14

1.2.2 Nguyên nhân do khảo sát, đánh giá tài liệu .............................................. 14

1.2.3 Nguyên nhân do thiết kế ........................................................................... 16

1.2.4 Nguyên nhân do thi công .......................................................................... 17

1.2.5 Nguyên nhân do quản lý khai thác vận hành ............................................ 17

1.2.6 Một số ví dụ về sự cố đập đất ở Việt Nam do vật liệu đắp ....................... 17

1.3 Đặc điểm hồ chứa và nhu cầu dùng nước trong những năm tới ở Tây Nguyên …………….. ............................................................................................................. 19

1.3.1 Đặc điểm hồ chứa và đập đất ở Tây Nguyên ............................................ 19

1.3.2 Nhu cầu dùng nước trong tương lai .......................................................... 20

1.4 Những nghiên cứu về đập vật liệu tại chỗ ....................................................... 21

1.4.1 Nghiên cứu đập vật liệu tại chỗ trên Thế giới ........................................... 21

1.4.2 Nghiên cứu trong nước .............................................................................. 23

iii

1.5 Những nghiên cứu về sử dụng xi măng và vôi để gia cố đất trên Thế giới và Việt Nam .................................................................................................................... 27

1.5.1 Nghiên cứu sử dụng xi măng và vôi để gia cố đất trên Thế giới .............. 27

1.5.2 Nghiên cứu sử dụng xi măng và vôi để gia cố đất ở Việt Nam ................ 29

1.6 Những nội dung đặt ra cho nghiên cứu ............................................................ 30

1.7 Kết luận chương 1 ............................................................................................ 31

CƠ SỞ KHOA HỌC CẢI THIỆN VẬT LIỆU BỒI TÍCH TRẺ ĐÁP

ỨNG YÊU CẦU NÂNG CẤP, XÂY DỰNG ĐẬP ĐẤT VÙNG TÂY NGUYÊN ..... 32

2.1 Vật liệu đắp đập ở khu vực Tây Nguyên ......................................................... 32

2.1.1 Đất Aluvi ................................................................................................... 32

2.1.2 Sườn tàn tích và tàn tích trên các loại đá khác nhau ................................. 32

2.2 Bố trí vật liệu đất đắp trong thân đập ............................................................... 34

2.2.1 Nguyên tắc bố trí ....................................................................................... 34

2.2.2 Bố trí vật liệu trong thân đập..................................................................... 35

2.3 Một số giải pháp kỹ thuật để cải tạo đất đắp đập ............................................. 36

2.3.1 Giải pháp thay đổi thành phần cỡ hạt ........................................................ 36

2.3.2 Giải pháp cải tạo đất bằng chất kết dính ................................................... 38

2.3.3 Giải pháp cải tạo đất bằng phương pháp trộn Bitum ................................ 39

2.4 Cơ sở khoa học lựa chọn chất kết dính để cải tạo đất có tính thấm lớn và tính tan rã mạnh ................................................................................................................ 40

2.4.1 Tính thấm của đất ...................................................................................... 40

2.4.2 Tính tan rã của đất ..................................................................................... 40

2.4.3 Thành phần khoáng vật của đất ................................................................. 41

2.4.4 Quá trình hóa lý xảy ra khi trộn ximăng vào đất ...................................... 45

2.4.5 Quá trình hóa lý xảy ra khi trộn vôi .......................................................... 47

2.4.6 Cơ sở khoa học lựa chọn chất kết dính vô cơ để cải tạo đất có tính thấm và tính tan rã ............................................................................................................... 48

2.5 Cơ sở khoa học lựa chọn hạt thô để tăng dung trọng khô của đất ................... 49

2.6 Kết luận chương 2 ............................................................................................ 50

NGHIÊN CỨU CẢI THIỆN MỘT SỐ CHỈ TIÊU CƠ LÝ CỦA VẬT LIỆU BỒI TÍCH TRẺ ĐỂ NÂNG CẤP ĐẬP ĐẤT Ở TÂY NGUYÊN ...................... 51

3.1 Đặt vấn đề ........................................................................................................ 51

3.2 Lựa chọn mẫu đất và phương pháp nghiên cứu mẫu đất trong khu vực Tây Nguyên ....................................................................................................................... 51

3.2.1 Lựa chọn mẫu đất nghiên cứu ................................................................... 51

3.2.2 Phương pháp nghiên cứu ........................................................................... 52

3.2.3 Thời gian và khối lượng mẫu thí nghiệm .................................................. 60

3.3 Kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý và tính chất đặc biệt của mẫu vật liệu sử dụng để nâng cấp đập ................................................................................................ 61

3.3.1 Thành phần hạt của đất ............................................................................. 61

3.3.2 Kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu vật lý của đất .......................................... 62

3.3.3 Kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu cơ học của đất ......................................... 63

3.3.4 Kết quả thí nghiệm các tính chất đặc biệt ................................................. 64

3.3.5 Tổng hợp nhận xét kết quả thí nghiệm ...................................................... 65

3.4 Nghiên cứu giải pháp tăng khả năng chống thấm ............................................ 65

3.4.1 Chất kết dính vô cơ để cải tạo đất ............................................................. 66

3.4.2 Quy trình chế bị mẫu khi trộn XM và vôi ................................................. 66

3.4.3 Nghiên cứu lựa chọn hàm lượng chất kết dính để giảm tính thấm của đất …………….. ......................................................................................................... 67

3.4.4 Nghiên cứu các chỉ tiêu cơ lý của đất sau khi trộn 2% XM và 3% vôi .... 69

3.5 Nghiên cứu giải pháp chống tan rã đất ............................................................ 70

3.5.1 Quy trình chế bị mẫu thí nghiệm khi trộn chất kết dính xi măng ............. 71

3.5.2 Nghiên cứu lựa chọn hàm lượng ximăng để tăng thời gian tan rã của đất71

3.5.3 Nghiên cứu các chỉ tiêu cơ học của hỗn hợp đất khi trộn 5% hàm lượng xi măng…. ................................................................................................................. 74

3.6 Nghiên cứu giải pháp để nâng cao dung trọng khô của đất ............................. 74

3.6.1 Quy trình chế bị mẫu khi trộn dăm sạn ..................................................... 75

3.6.2 Ảnh hưởng của hàm lượng dăm sạn lên dung trọng khô lớn nhất và độ ẩm tốt nhất của đất ....................................................................................................... 76

3.6.3 Ảnh hưởng của hàm lượng dăm sạn lên khả năng kháng cắt của đất ....... 78

3.6.4 Ảnh hưởng của hàm lượng dăm sạn lên tính biến dạng và tính thấm của đất ............. .................................................................................................................. 81

3.6.5 Phân tích lựa chọn tỷ lệ dăm sạn hợp lý ................................................... 83

3.7 Kết luận chương 3 ............................................................................................ 83

ỨNG DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ĐỂ NÂNG CẤP, SỬA

CHỮA MỘT SỐ ĐẬP ĐẤT Ở TÂY NGUYÊN .......................................................... 85

4.1 Lựa chọn công trình nghiên cứu ...................................................................... 85

4.1.1 Lựa chọn và giới thiệu công trình ............................................................. 85

4.1.2 Đánh giá hiện trạng đập và đề xuất giải pháp nâng cấp ............................ 86

4.2 Nghiên cứu đánh giá khả năng sử dụng khối đất đắp để nâng cấp đập ........... 90

4.2.1 Giới thiệu phần mềm tính toán .................................................................. 90

4.2.2 Tính toán thấm qua thân đập khi đắp áp trúc mái thượng lưu .................. 92

4.2.3 Tính toán ổn định mái đập ........................................................................ 96

4.3 Công nghệ xử lý đất gia cố và thi công đắp áp trúc mái thượng lưu đập ...... 101

4.3.1 Chuẩn bị máy móc, thiết bị và nhân lực.................................................. 101

4.3.2 Chuẩn bị nguyên vật liệu thi công........................................................... 101

4.3.3 Quy trình trộn đất theo tỷ lệ hỗn hợp gia cố sử dụng phương pháp dây chuyền 101

4.3.4 Công nghệ thi công đắp áp trúc mái thương lưu đập .............................. 102

4.4 Kết luận chương 4 .......................................................................................... 104

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..................................................................................... 105

DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ ............................................................ 108

1. Bài báo khoa học ............................................................................................ 108

2. Hội nghị khoa học .......................................................................................... 108

3. Đề tài khoa học .............................................................................................. 108

TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................... 109

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH

Hình 1. 1 Đập đất Tả Trạch - Thừa Thiên Huế ............................................................ 7

Hình 1. 2 Quan hệ giữa dung trọng khô và độ ẩm của đất .......................................... 12

Hình 1. 3 Mái thượng lưu đập đất hồ Am Chúa, Khánh Hòa sau sự cố...................... 19

Hình 1. 4 Tương quan giữa lực đầm nén, dung trọng khô và độ ẩm đất ..................... 22

Hình 2. 1 Bố trí vật liệu đất đắp trong thân đập .......................................................... 36

Hình 2. 2 Đường cong thành phần hạt ......................................................................... 37

Hình 2. 3 Phân tố đơn vị của khoáng vật sét. a) Khối bốn mặt; b) Khối tám mặt ...... 42

Hình 2. 4 Phân tử nước bị phân cực trong điện trường ............................................... 42

Hình 2. 5 Cấu trúc lớp lưới .......................................................................................... 43

Hình 2. 6 Cấu tạo lớp khuếch tán đôi quanh hạt sét .................................................... 48

Hình 3. 1 Các đặc trưng thành phần hạt ...................................................................... 54

Hình 3. 2 Các mẫu đất sau khi chế bị .......................................................................... 56

Hình 3. 3 Máy cắt phẳng xác định lực dính C và góc ma sát trong  ......................... 56

Hình 3. 4 Thí nghiệm tính nén lún của đất .................................................................. 57

Hình 3. 5 Thí nghiệm xác định các đặc trưng trương nở của đất ................................ 59

Hình 3. 6 Thí nghiệm xác định tính tan rã của đất ...................................................... 60

Hình 3. 7 Đường cong cấp phối của 3 mẫu đất nghiên cứu ........................................ 61

Hình 3. 8 Ảnh hưởng của hàm lượng XM và 2% lượng vôi với hệ số thấm ............... 68

Hình 3. 9 Ảnh hưởng của hàm lượng vôi và 2% lượng xi măng với hệ số thấm ........ 69

Hình 3. 10 Ảnh hưởng của hàm lượng XM đến thời gian tan rã của đất .................... 72

Hình 3. 11 Ảnh hưởng của hàm lượng dăm sạn lên dung trong khô lớn nhất ............ 77

Hình 3. 12 Ảnh hưởng của hàm lượng dăm sạn đến độ ẩm tốt nhất ........................... 78

Hình 3. 13 Ảnh hưởng của hàm lượng dăm sạn lên góc ma sát trong của đất ............. 79

Hình 3. 14 Ảnh hưởng của hàm lượng dăm sạn lên lực dính đơn vị .......................... 79

Hình 3. 15 Ảnh hưởng của hàm lượng dăm sạn lên môđun biến dạng ....................... 81

Hình 3. 16 Ảnh hưởng của hàm lượng dăm sạn lên hệ số thấm ................................. 82

Hình 4. 1 Sơ đồ các lớp đất của đập đất Buôn Sa ....................................................... 85

Hình 4. 2 Mái hạ lưu đập có nhiều vết nứt và các lỗ rỗng (Ảnh chụp ngày 13/8/2015)

....................................................................................................................................... 86

vii

Hình 4. 3 Kết quả tính thấm với đập hiện trạng .......................................................... 87

Hình 4. 4 Kết quả tính ổn định mái TL đập hiện trạng ............................................... 87

Hình 4. 5 Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập hiện trạng .......................................... 87

Hình 4. 6 Sơ đồ đắp áp trúc mái TL để nâng cấp chống thấm cho đập ...................... 88

Hình 4. 7 Sơ đồ mặt cắt tính toán ................................................................................ 95

Hình 4. 8 Kết quả tính thấm với chiều rộng đỉnh đập B = 4.0m ................................. 95

Hình 4. 9 Kết quả tính thấm với chiều rộng đỉnh đập B = 4.5m ................................. 95

Hình 4. 10 Kết quả tính thấm với chiều rộng đỉnh đập B = 5.0m ............................... 96

Hình 4. 11 Kết quả tính ổn định mái TL với chiều rộng đỉnh đập B = 4.0m .............. 98

Hình 4. 12 Kết quả tính ổn định mái TL với chiều rộng đỉnh đập B = 4.5m .............. 99

Hình 4. 13 Kết quả tính ổn định mái TL với chiều rộng đỉnh đập B = 5.0m .............. 99

Hình 4. 14 Kết quả tính ổn định mái hạ lưu với chiều rộng đỉnh đập B = 4.0m ......... 99

Hình 4. 15 Kết quả tính ổn định mái hạ lưu với chiều rộng đỉnh đập B=4.5m ......... 100

Hình 4. 16 Kết quả tính ổn định mái hạ lưu với chiều rộng đỉnh đập B=5.0m ......... 100

viii

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1. 1 Số lượng đập vật liệu tại chỗ ở các nước trên thế giới (H≥15m) ................... 6

Bảng 1. 2 Số lượng và phân loại hồ chứa thủy lợi theo dung tích, không kể hồ thủy

điện .................................................................................................................................. 7

Bảng 1. 3 Giá trị độ ẩm tốt nhất và dung trọng khô lớn nhất ...................................... 12

Bảng 1. 4 Tỷ lệ hư hỏng đập đất vừa và nhỏ ở Tây Nguyên ....................................... 20

Bảng 1. 5 Đặc tính tan rã của đất có nguồn gốc khác nhau......................................... 26

Bảng 1. 6 Tỷ lệ xi măng với các loại đất khác nhau ................................................... 27

Bảng 3. 1 Phân loại đất trương nở theo tiêu chuẩn Nga (Snhip) CHИП 2-05-08-1985

....................................................................................................................................... 59

Bảng 3. 2 Bảng thống kê thí nghiệm trong phòng ....................................................... 60

Bảng 3. 3 Thành phần hạt của đất thí nghiệm ............................................................. 61

Bảng 3. 4 Thí nghiệm các chỉ tiêu vật lý của đất ....................................................... 63

Bảng 3. 5 Các chỉ tiêu cơ học của đất thí nghiệm ....................................................... 63

Bảng 3. 6 Kết quả thí nghiệm tính co ngót, trương nở và độ tan rã ............................ 64

Bảng 3. 7 Các chỉ tiêu chất lượng XM Vicem Hoàng Thạch PCB30 ......................... 66

Bảng 3. 8 Kết quả thí nghiệm thấm theo hàm lượng XM và 2% vôi .......................... 67

Bảng 3. 9 Kết quả thí nghiệm thấm theo hàm lượng vôi và 2% hàm lượng XM........ 68

Bảng 3. 10 Thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ lý của đất ........................................ 70

Bảng 3. 11 Kết quả thí nghiệm xác định thời gian tan rã của đất ............................... 72

Bảng 3. 12 Thí nghiệm kiểm chứng các chỉ tiêu cơ học của đất khi trộn 5% XM ..... 74

Bảng 3. 13 Quan hệ giữa tỉ lệ dăm sạn, độ ẩm tốt nhất và dung trọng khô lớn nhất .. 76

Bảng 3. 14 Quan hệ giữa hàm lượng dăm sạn, góc ma sát trong và lực dính đơn vị . 78

Bảng 3. 15 Quan hệ giữa tỷ lệ dăm sạn, môđun biến dạng và hệ số thấm ................... 81

Bảng 4. 1 Các thông số cơ bản của đập đất hồ chứa Buôn Sa .................................... 85

Bảng 4. 2 Các thông số của của vật liệu trong tính toán ............................................ 86

Bảng 4. 3 Yêu cầu nâng cấp đập đất Buôn Sa ............................................................. 89

Bảng 4. 4 Quy định trị số gradient cho phép trong thân đập ....................................... 89

Bảng 4. 5 Hệ số thấm của vật liệu đắp đập và đất nền dùng trong mô hình tính thấm

....................................................................................................................................... 94

Bảng 4. 6 Kết quả tính thấm tính với chiều rộng khối đắp khác nhau ........................ 96

Bảng 4. 7 Các chỉ tiêu cơ lý của vật liệu đắp đập và đất nền ...................................... 97

Bảng 4. 8 Kết quả tính toán hệ số ổn định mái đập ................................................... 100

Bảng 4. 9 Sơ đồ thi công dây chuyền khu vực trộn đất ............................................. 102

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

CKD Chất kết dính

CTTL Công trình thủy lợi

Đ-XM Đất và ximăng

ICOLD Hội đập lớn thế giới

MA Mẫu đất tại bãi vật liệu A

MB Mẫu đất tại bãi vật liệu B

MC Mẫu đất tại bãi vật liệu C

TL Thượng lưu

TCXD Tiêu chuẩn xây dựng

VLTC Vật liệu tại chỗ

XM Xi măng

MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của đề tài

Các tỉnh Tây Nguyên có mạng lưới sông suối khá dày, nhiều ghềnh thác, là nơi khởi

nguồn của 4 hệ thống sông chính gồm: hệ thống sông Pô Kô - Sê San ở Kon Tum đổ

vào sông Mê Kông; hệ thống sông Ba - Ayun ở Gia Lai đổ vào sông Đà Rằng chảy ra

biển Đông; hệ thống sông Sêrêpôk ở Đắk Lắk đổ vào sông Mê Kông và hệ thống sông

Đồng Nai ở Đắk Nông và Lâm Đồng chảy ra biển Đông.

Khu vực Tây Nguyên, tỷ lệ lượng nước yêu cầu nhỏ hơn nhiều so với lượng nước tiềm

năng, nhưng hiện tượng thiếu hụt nước phục vụ cho nông nghiệp và các ngành kinh tế

khác vẫn diễn ra gay gắt [1]. Như vậy vẫn có một lượng nước dư thừa rất lớn chưa được

sử dụng phục vụ cho phát triển đời sống xã hội và dân sinh kinh tế. Khu vực Tây Nguyên

có trên 1000 hồ thủy lợi lớn nhỏ, phần lớn sử dụng đập đất được xây dựng bằng phương

pháp đầm nén, trong đó có đa số các công trình được xây dựng từ những năm tám mươi,

chín mươi với điều kiện thi công và công nghệ xây dựng còn hạn chế, nên nhiều công

trình đã xuống cấp, không đảm bảo an toàn cho khai thác, sử dụng như sạt lở mái thượng

hạ lưu, thấm qua thân đập. Mặt khác, theo nhu cầu phát triển kinh tế xã hội ở Tây

Nguyên, theo dự báo [2] yêu cầu dùng nước cho nông nghiệp tăng từ 1112%; nước cho

công nghiệp tăng 1.71.8 lần, nước cho sinh hoạt tăng 1.92.0 lần so với hiện nay. Nhu

cầu dùng nước ngày càng tăng cao, nhưng điều kiện xây dựng các hồ chứa mới rất khó

khăn. Vì vậy yêu cầu nâng cấp, sửa chữa các công trình thủy lợi ở Tây Nguyên rất lớn,

đặc biệt các hồ chứa loại vừa và nhỏ được xây dựng bằng phương pháp đầm nén, nó

thường nằm rải rác phân tán, khối lượng vật liệu sử dụng cho việc nâng cấp hồ đập là

không lớn lắm. Ngoài ra, các vùng đất Tây Nguyên đã được quy hoạch thành các khu

trồng cây ăn quả, cây công nghiệp nên việc lấy đất để sửa chữa, nâng cấp đập là khó

khăn. Nên việc nghiên cứu sử dụng vật liệu tại chỗ tại vùng có công trình xây dựng để

nâng cấp, sửa chữa là cần thiết, mang lại giá trị kinh tế và kỹ thuật cao. Mặc dù đã có

nhiều công trình nghiên cứu việc sử dụng đất Tây Nguyên để đắp đập, nhưng chưa có

đề tài đi sâu nghiên cứu sử dụng hợp lý các loại vật liệu bồi tích trẻ ở các hồ đập, sông

suối để tận dụng sử dụng cho việc nâng cấp, sửa chữa đập.

Với những lý do trên, việc nghiên cứu các giải pháp cải tạo vật liệu tại chỗ để phục vụ

nâng cấp, xây dựng đập sẽ giúp tiết kiệm kinh phí xây dựng. Do vậy, tôi lựa chọn đề tài

của luận án: “Nghiên cứu xử lý vật liệu bồi tích trẻ để nâng cấp, xây dựng đập đất

vùng Tây Nguyên”.

2. Mục tiêu nghiên cứu

- Xác định hàm lượng dăm sạn hợp lý để tăng dung trọng khô của đất đáp ứng tiêu chuẩn

thiết kế nâng cấp, sửa chữa đập đất;

- Xác định hàm lượng ximăng hợp lý để giảm tính tan rã của đất có chứa nhiều dăm sạn

đáp ứng tiêu chuẩn thiết kế nâng cấp, sửa chữa đập đất;

- Xác định hàm lượng ximăng và vôi hợp lý để giảm tính thấm của đất có chứa nhiều

dăm sạn đáp ứng tiêu chuẩn thiết kế nâng cấp, sửa chữa đập đất.

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

3.1. Đối tượng

- Các đập đất thủy lợi vừa và nhỏ;

- Loại đất nghiên cứu: Đất bồi tích trẻ có khối lượng thể tích khô hay dung trọng khô

nhỏ và có tính thấm lớn, tan rã mạnh;

- Dăm sạn có đường kính nhỏ hơn hoặc bằng 10mm;

- Các chất kết dính là xi măng và vôi.

3.2. Phạm vi nghiên cứu

- Khu vực nghiên cứu: Các tỉnh thuộc Tây Nguyên;

- Xi măng Vicem Hoàng Thạch PCB 30.

4. Nội dung nghiên cứu

- Nghiên cứu các tính chất cơ lý và tính chất đặc biệt của một số loại vật liệu tại chỗ ở

Tây Nguyên khi sử dụng để đắp đập;

- Đề xuất các giải pháp nhằm cải tạo vật liệu tại chỗ phù hợp với yêu cầu theo tiêu chuẩn

hiện hành để sử dụng cho việc nâng cấp, xây dựng đập đất vùng Tây Nguyên;

- Lựa chọn các tỷ lệ chất kết dịnh và dăm sạn pha trộn hợp lý nhằm khống chế các tính

chất đặc biệt của các loại đất đặc thù;

- Áp dụng kết quả nghiên cứu mới để nâng cấp đập vật liệu tại chỗ Buôn Sa.

5. Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Phân tích, thống kê, kế thừa có chọn lọc các tài

liệu, các công trình nghiên cứu có liên quan mật thiết với luận án, từ đó tìm ra những

vấn đề khoa học mà các nghiên cứu trước chưa được đề cập một cách đầy đủ;

- Phương pháp thực nghiệm: Chế tạo các mẫu đất với các tỷ lệ dăm sạn, xi măng và xi

măng kết hợp với vôi khác nhau, thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ lý và tính chất đặc

biệt, so sánh với các tiêu chuẩn hiện hành và đưa ra hàm lượng dăm sạn, xi măng và xi

măng kết hợp với vôi hợp lý để sử dụng cho việc nâng cấp, xây dựng đập đất vùng Tây

Nguyên;

- Phương pháp chuyên gia: Thông qua các hội thảo khoa học để lấy ý kiến đóng góp của

các chuyên gia về cách tiếp cận, nghiên cứu, các luận cứ khoa học và các giải pháp;

- Phương pháp nghiên cứu ứng dụng: Áp dụng kết quả nghiên cứu để cho công trình đập

đất sử dụng vật liệu tại chỗ để nâng cấp, sửa chữa đập.

6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

- Ý nghĩa khoa học: Luận án đã bổ sung làm sâu sắc thêm các vấn đề khoa học của đất

Tây Nguyên để nghiên cứu nhằm xử lý vật liệu bồi tích trẻ để nâng cấp, xây dựng đập

vùng Tây Nguyên.

- Ý nghĩa thực tiễn: Kết quả nghiên cứu của luận án là những cơ sở khoa học để nâng

cấp, xây dựng đập đất vùng Tây Nguyên.

7. Cấu trúc của luận án

Ngoài phần mở đầu, phần kết luận và kiến nghị, luận án được trình bày trong 4 chương:

Chương 1: Tổng quan về đập sử dụng vật liệu tại chỗ và đập đất ở Tây Nguyên

Chương 2: Nghiên cứu cơ sở khoa học cải thiện vật liệu bồi tích trẻ để nâng cấp, xây

dựng đập đất vùng Tây Nguyên

Chương 3: Nghiên cứu cải thiện một số chỉ tiêu cơ lý của vật liệu bồi tích trẻ để nâng

cấp đập đất ở Tây Nguyên

Chương 4: Ứng dụng kết quả nghiên cứu để nâng cấp một số đập đất ở Tây Nguyên

TỔNG QUAN VỀ ĐẬP SỬ DỤNG VẬT LIỆU TẠI CHỖ VÀ ĐẬP ĐẤT Ở TÂY NGUYÊN

1.1 Đập đất và những yêu cầu khi thiết kế, thi công

1.1.1 Tổng quan về đập đất

Đập đất được xây dựng ở bằng các loại đất hiện có ở gần vùng xây dựng công trình, là

loại đập không cho phép nước tràn qua, có nhiệm vụ dâng nước và giữ nước trong các

hồ chứa.

Từ xa xưa đập đất đã được xây dựng, để trữ nước phục vụ cho dân sinh, trồng trọt. Ở Ai

Cập đập đất được xây dựng từ 4400 năm trước công nguyên, ở Trung Quốc 2280 năm

trước công nguyên [3]. Khi đó đập được xây dựng bằng các biện pháp thủ công, sử dụng

đất dính với khối lượng vật liệu lớn và thời gian thi công dài (1015 năm), chiều cao

đập không quá 15m [4]. Đập sử dụng đá để đắp gọi là đập đá đổ được xây dựng muộn

hơn vào giữa cuối thế kỷ XIX.

Đến nửa cuối thế kỷ XIX ở nhiều nước phát triển như Anh, Pháp, Mỹ đã bắt đầu xây

dựng các công trình thủy lợi lớn và có nhiều phương pháp tính toán khác nhau về ổn

định, thấm,.. để áp dụng cho việc xây dựng đập. Mỹ là nước đầu tiên sử dụng phương

pháp thi công cơ giới thủy lực để xây dựng đập đất.

Đập đất được xây dựng nhiều nhất vào những năm 19201930, nhờ sự phát triển của

nhiều ngành khoa học như cơ học đất, lý thuyết thấm, địa chất thủy văn, địa chất công

trình và việc ứng dụng các phương tiện thi công cơ giới hóa, nên đã bắt đầu xây dựng

được các đập khá cao và khối lượng lớn, sử dụng nhiều loại vật liệu như sỏi, cát, đá

dăm.

Ngày nay, có rất nhiều đập cao là đập đất, đất đá hỗn hợp như: Đập Anderson Ranch

(Mỹ) xây năm 1950 cao 139m, Đập Orovin (Mỹ) cao 221m; Đập Xerơ Pongxong (Pháp)

xây năm 1961 cao 122m; Đập Bariri (Brazin) xây năm 1967 cao 112m... [4].

Hội đập lớn Nhật Bản (JCOLD) thống kê từ năm 400 đến 2009, đập có chiều cao từ

1530m có khoảng 2300 đập; đập cao trên 30m từ năm 700 đến 2009 có khoảng 1120

đập chủ yếu là đập đất hoặc đập đất đá hỗn hợp. Do Nhật Bản là quốc gia có động đất

thường xuyên diễn ra, đập đất đá chịu động đất tốt, nên loại đập này được ứng dụng phổ

biến.

Theo Hội đập lớn thế giới (ICOLD) một tổ chức phi chính phủ, là cơ quan đại diện cho

hơn 80 nước xây dựng đập. ICOLD có nhiệm vụ trao đổi ý kiến và kinh nghiệm giữa

các nước trong việc thiết kế, xây dựng và vận hành, bao gồm cả điều kiện môi trường.

Hội đập lớn của nhiều nước đã công bố trên các website của mình danh mục đập và hồ

chứa. Theo thống kê của ICOLD trên Thế giới có 58.519 đập, trong đó đập vật liệu tại

chỗ chiếm 76%, trong đó 63% là đập đất [5]. Số lượng đập vật liệu tại chỗ ở các nước

trên Thế giới được thống kê trên Bảng 1. 1 theo [5], trong đó Trung Quốc là quốc gia có

số lượng đập nhiều nhất trên Thế giới.

TT 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Tên nước Trung Quốc Mỹ Ấn Độ Nhật Tây Ban Nha Canada Hàn Quốc Thổ Nhĩ Kỳ Brazin Pháp Nam Phi Mexico Italia Vương Quốc Anh Oxtrayliahư Việt Nam

Số lượng 22000 6575 4291 2675 1196 793 765 625 594 569 539 537 524 517 486 460

TT 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31

Tên nước Na Uy CHLB Đức Al-ba-ni Ru-ma-ni Zim-ba-buê Thái Lan Thụy Điển Bulgari Thụy Sĩ Áo Cộng hòa Séc Algerie Bồ Đào Nha Indonesia Nga

Số lượng 335 311 306 246 213 204 190 180 156 149 118 107 103 96 91

Bảng 1. 1 Số lượng đập vật liệu tại chỗ ở các nước trên thế giới (H≥15m)

Ở Việt Nam, đập đất là loại công trình dâng nước và được dùng phổ biến nhất khi xây

dựng hồ chứa nước. Những hồ chứa đã xây dựng ở nước ta chủ yếu sử dụng bằng đập

vật liệu tại chỗ (VLTC), trong đó đập đất chiếm đại đa số [6]. Trước năm 1945, việc xây

dựng hồ chứa diễn ra chậm, khi đó nước ta mới chỉ xây dựng được 12 hệ thống thủy lợi

như: Đô Lương, Bái Thượng, Thác Huống, Liễn Sơn, Liên Mạc,… Nhưng từ sau năm

1945, đặc biệt từ khi đất nước thống nhất thì việc xây dựng hồ chứa phát triển mạnh về

số lượng và quy mô công trình, từ năm 1976 đến nay số hồ chứa xây dựng mới chiếm

67% [7]. Hiện nay, có nhiều hồ lớn, đập cao được xây dựng ở những nơi có điều kiện

tự nhiên phức tạp. Theo thống kê của Tổng cục thủy lợi, cả nước hiện có 6886 hồ chứa,

trong đó có 6.648 hồ chứa thủy lợi chiếm 96.5% và 238 hồ chứa thủy điện chiếm 3.5%

với tổng dung tích khoảng 63 tỷ m3 nước, được thể hiện trong Bảng 1. 2 [8]. Các hồ

chứa vừa và nhỏ chiếm tỷ lệ lớn, các hồ này nằm rải rác khắp nơi tạo nên thế mạnh nhất

định, như vốn đầu tư ít, thời gian thi công nhanh, sớm đi vào hoạt động, phục vụ đắc lực

cho phát triển nông nghiệp nông thôn và phù hợp với nền sản xuất nông nghiệp chiếm

tỷ trọng lớn ở nước ta. Các hồ chứa lớn tuy ít về số lượng, nhưng lại có vai trò quyết

định đến sự phát triển công nghiệp hóa, hiện đại hóa, phát điện,…Tổng số hồ chứa nước,

các tỉnh từ Nghệ An trở ra đến các tỉnh miền núi phía Bắc là 4224 hồ chiếm 64% số hồ

cả nước. Các tỉnh có nhiều hồ chứa là: Nghệ An 629 hồ, Thanh Hóa 610 hồ, Hòa Bình

513 hồ, Bắc Giang 422 hồ, Tuyên Quang 346 hồ. Chủ yếu đập ở các hồ này là đập đất

hoặc đập đất đá hỗn hợp.

Dung tích hồ (triệu m3) Số lượng hồ

 10 124

3-10 578

1-3 363

0,2-1 2335

≤ 0,2 Tổng 6648 3248

Bảng 1. 2 Số lượng và phân loại hồ chứa thủy lợi theo dung tích, không kể hồ thủy điện

Hình 1. 1 Đập đất Tả Trạch - Thừa Thiên Huế

Đập vật liệu tại chỗ (VLTC) là loại đập sử dụng những nguồn vật liệu có sẵn gần khu

vực xây dựng công trình như đập đất, đập đá đổ, đập bằng vật liệu bồi lắng và đập đất

đá hỗn hợp.

Với mỗi loại đập có cách phân loại khác nhau, việc phân loại đập là cơ sở để để xem xét

những điểm khác nhau chủ yếu trong thiết kế, thi công và quản lý [9]. Phân loại đập và

hồ chứa được tuân thủ theo [10].

Đập VLTC được sử dụng rộng rãi vì có những lợi thế sau:

- Yêu cầu chất lượng của nền đối với đập không cao so với các loại đập khác, do vậy

đập có thể xây dựng trên hầu hết các loại địa chất nền và điều kiện khí hậu, kể cả những

vùng có động đất;

- Với những kết quả nghiên cứu trong các lĩnh vực Cơ học đất; Vật liệu xây dựng; Kỹ

thuật chống thấm;…vì vậy có thể sử dụng được tất cả các loại đất để đắp đập;

- Khi thi công có khả năng cơ giới hóa cao, rút ngắn thời gian thi công, hạ giá thành

công trình;

- Tổ chức công trường xây dựng và giám sát kỹ thuật không phức tạp;

- Đập có cấu tạo đơn giản, dễ quản lý, dễ tôn cao, đắp dày khi sửa chữa, nâng cấp.

Đập VLTC là công trình chắn nước, trong quá trình làm việc thường có những đặc tính

sau: Chịu tác động trực tiếp của sóng, gió, dòng nước và các ngoại lực phức tạp nên yêu

cầu đảm bảo về chịu lực như ổn định về thân, nền đập, ổn định chống trượt của mái

thượng, hạ lưu đập trong mọi điều kiện làm việc của đập và đảm bảo yêu cầu chống

thấm theo tiêu chuẩn thiết kế của nền đập, thân đập, thấm vòng quanh bờ,…

Bên cạnh những ưu điểm, đập VLTC còn tồn tại những nhược điểm như:

- Do đập thường là khối lớn nên diện tích chiếm đất vĩnh viễn và chiếm đất tạm thời lớn,

ảnh hưởng đến môi trường sinh thái và môi trường xã hội;

- Đập không cho nước tràn qua nên phải xây dựng những công trình xả nước riêng, trong

trường hợp nền đá tốt có thể không kinh tế;

- Dưới áp lực của nước và trọng lượng bản thân đập có thể gây ra hiện tượng lún, nứt

hoặc phá hoại các thiết bị chống thấm, có thể gây ra sự cố đập.

Với những tồn tại nêu trên, nên đập VLTC sau một thời gian dài sử dụng có rất nhiều

đập xuống cấp, cần phải nâng cấp và sửa chữa đập đất để đảm bảo khả năng trữ nước và

đảm bảo an toàn đập.

1.1.2 Tổng quan về những yêu cầu kỹ thuật khi thiết kế và thi công đập đất đầm nén

1.1.2.1 Yêu cầu về thiết kế

Khi thiết kế đập đất phải đảm bảo các yêu cầu theo [11], cụ thể: Đập và nền đập phải ổn

định trong thời gian thi công và khai thác; Thấm qua nền và thân đập không gây mất

nước quá lớn từ hồ chứa, không gây xói ngầm; Không cho phép nước tràn qua; Có các

thiết bị bảo vệ đập khỏi bị tác hại của sóng, gió, mưa, nắng ....; Lựa chọn loại đập đất,

cấu tạo các bộ phận, thời gian và phương pháp thi công hợp lý, sử dụng và quản lý thuận

lợi, giá thành rẻ.

1.1.2.2 Yêu cầu về kỹ thuật thi công

- Khi đắp đập phải đắp đất đều trên phạm vi đập từ thấp đến cao. Trong trường hợp cần

thiết, được sự đồng ý của thiết kế cho phép đắp dật cấp phải chú ý xử lý tốt chỗ tiếp

giáp;

- Khi sử dụng nhiều loại đất khác nhau để đắp đập, cần phải tuân thủ theo thiết kế về vị

trí đắp của từng loại đất trong thân đập, với vật liệu ít thấm nước phải được đắp ở vị trí

trung tâm khối đập, còn với vật liệu thấm nước lớn hơn được đắp ở vị trí ở hạ lưu đập;

- Mỗi lớp đắp phải đạt dung trọng khô thiết kế và hệ số đầm chặt K. Để đầm nén đạt

dung trọng khô thiết kế, cần phải thực hiện đúng các quy định về: độ ẩm của đất; chiều

dày lớp đất rải; số lần đầm. Các thông số này được lựa chọn từ kết quả thí nghiệm đầm

nén hiện trường;

- Khi thay đổi máy đầm cần phải kiểm tra lại chiều dày lớp đất rải và số lần đầm. Chiều

dày lớp rải đất trước khi đầm thường chọn trong phạm vi 0.250.5 m, nếu chiều dày lớp

dải là 0.25m và số lần đầm là 12 lượt mà không đạt dung trọng khô thiết kế thì phải thay

đổi máy đầm, không nên tăng số lần đầm, hiệu quả sẽ kém và thời gian đầm sẽ kéo dài

làm cho đất sẽ bị khô. Cần phải chọn chiều dày lớp rải và thiết bị đầm sao cho các lớp

đầm được đồng đều;

- Thực hiện công tác rải, san, đầm cần tiến hành theo trục đập. Khi phân đoạn để đầm,

yêu cầu vết đầm ở đoạn tiếp giáp giữa hai đoạn kề nhau phải chồng lên nhau từ

50100cm, còn vết đầm ở rải đất tiếp giáp song song, cần phải đầm chồng lên nhau từ

2550cm;

- Khi đắp xung quanh vị trí các công trình trong thân đập như tháp cống, cống,.. làm

bằng bê tông hoặc đá xây,… phải đầm bằng tay và các thiết bị đầm phải nhỏ, không

được đầm bằng cơ giới để đảm bảo đất tiếp xúc chặt với công trình, tránh ảnh hưởng

của lực xung kích làm hư hỏng các công trình trong thân đập. Khi đầm thủ công, chiều

dày lớp dải trong phạm vi 1015 cm và dùng phương pháp đầm tiến. Đầu tiên đầm một

lượt trên khắp diện tích, phải đảm bảo cho mặt đầm bằng phẳng, sau đó dàn thành hàng

và đầm đều trong hàng và tiến lên cho tới khi xong, các vết đầm phải chồng lên nhau

khoảng 1/3 chiều rộng của quả đầm;

- Khi thi công đắp đập phải cố gắng cao đều, tránh tạo nên quá nhiều mặt nối tiếp, các

lớp đắp liên tiếp phải liền khối. Khu trung tâm khối đập phải được đắp trước và cao hơn

một chút nhằm tạo ra độ dốc thoải từ 12% để thoát nước khi mưa. Nếu gặp trời mưa

khi thi công, yêu cầu mặt lớp đất đắp phải được đầm nhẵn để tăng khả năng thoát nước

và tăng độ kín nước trên bề mặt.

1.1.2.3 Yêu cầu về lựa chọn vật liệu đắp đập khi thi công đập đất đầm nén

Lựa chọn vật liệu đắp đập khi thi công đập đất đầm nén, phải đảm bảo các yêu cầu sau

[12]:

- Đất đắp vào thân đập thường phải thoả mãn các yêu cầu: Sức kháng cắt (C, ) cao; Hệ

số thấm (K) nhỏ; Hàm lượng chất hữu cơ, tạp chất nhỏ hơn 5%, hàm lượng muối tan <

0,3%; Chỉ số dẻo IP = WL- WP = (720)%;

- Thành phần hạt Cc = d60/ d10 < (30100), khi thiết kế đã chỉ ra đường bao cấp phối cho

phép; Đất không bị biến chất, phong hoá hoặc gây biến dạng lớn sau khi đầm nện; Hàm

lượng hạt sét không chiếm nhiều hơn (5060)%, tốt nhất nằm trong khoảng (1025)%;

Khi đập có tường lõi chống thấm thì hệ số thấm của tường phải nhỏ hơn của đất hai bên

khoảng (2050) lần, theo Tiêu chuẩn xây dựng (TCXD) Việt Nam 4447-87 khối lượng

thể tích khô còn gọi là dung trọng khô (c) chỉ được phép sai lệch thấp hơn 0.03T/m3 so

với yêu cầu của thiết kế và số mẫu không đạt yêu cầu so với tổng số mẫu lấy thí nghiệm

không được lớn hơn 5%.

1.1.2.4 Yếu tố quyết định đến hiệu quả đầm nén

Khi thi công đập đất đầm nén cần xem xét các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả đầm chặt

như: Dung trọng khô c; Độ ẩm W; Áp lực đầm nén (loại đầm); Loại đất (thành phần

hạt, hàm lượng các hạt sét, chiều dày rải đất …).

a/ Ảnh hưởng của độ ẩm

Thành phần đất bao gồm các hạt khoáng rắn, nước và không khí. Nước có tác dụng làm

trơn các hạt đất nên làm cho lực ma sát, lực keo kết giữa các hạt đất giảm nhỏ.

Nếu lượng ngậm nước trong đất quá nhỏ tức là đất quá khô, hiệu quả nén chặt sẽ kém,

còn nếu đất quá ướt, lượng nước thừa sẽ chứa đầy các lỗ rỗng của hạt đất, làm cho lực

đầm nén không thể chuyển toàn bộ đến các hạt đất, vì một phần phải chuyển cho lượng

nước thừa tự do nên lực nén có ích giảm đi, dẫn đến hiệu quả đầm nén kém. Như vậy

chỉ có lượng ngậm nước nhất định làm cho đầm hiệu quả được coi là độ ẩm tốt nhất.

Hình 1. 2 thể hiện quan hệ giữa dung trọng khô c và độ ẩm W của đất, khi độ ẩm tăng

dung trọng khô tăng, khi độ ẩm đạt đến một trị số nào đó thì dung trọng khô đạt lớn

nhất, độ ẩm lúc này được gọi là độ ẩm tốt nhất của đất ứng với công năng đầm nhất

định. Sau khi vượt quá độ ẩm tốt nhất, dung trọng khô sẽ giảm dần. Khi thi công, người

ta cố gắng có được đất có độ ẩm tốt nhất. Tuy nhiên, thực tế thường phải có giải pháp

tăng hoặc giảm ẩm cho đất tự nhiên.

Hình 1. 2 Quan hệ giữa dung trọng khô và độ ẩm của đất

Theo TCVN 8297-2009, có thể tham khảo giá trị độ ẩm tốt nhất và dung trọng khô lớn

nhất đạt được khi đầm Proctor ở Bảng 1. 3 [12].

Bảng 1. 3 Giá trị độ ẩm tốt nhất và dung trọng khô lớn nhất

Dung trọng khô lớn nhất có thể đạt Loại đất Độ ẩm tốt nhất, % được khi đầm Proctor, g/cm3

Cát Từ 8 đến 12 Từ 1.75 đến 1.95

Á cát Từ 9 đến 15 Từ 1.65 đến 1.85

Bụi Từ 14 đến 23 Từ 1.60 đến 1.82

Á sét nhẹ Từ 12 đến 18 Từ 1.65 đến 1.85

Á sét nặng Từ 15 đến 22 Từ 1.60 đến 1.80

Á sét bụi Từ 17 đến 23 Từ 1.58 đến 1.78

Sét Từ 18 đến 25 Từ 1.55 đến 1.75

b/ Ảnh hưởng của loại đất và thành phần hạt

- Đối với loại đất dính (đất sét, đất thịt) lực keo kết lớn, lực ma sát nhỏ, nên dưới tác

dụng của lực đầm nén đất dễ bị co ép hoặc giãn nở nhưng do tính thấm nước nhỏ, thoát

nước khó khăn nên quá trình co ép tương đối chậm, khó đầm chặt.

- Đối với đất không dính, lực keo kết nhỏ, ma sát lớn, tính co ép và giãn nở tương đối

nhỏ, nhưng tính thấm nước lớn, nên dưới tác dụng của lực đầm nén nước thoát ra nhanh,

dễ đầm chặt.

- Đối với đất có cấu tạo hạt to nhỏ khác nhau, hay thành phần hạt phân bố không đồng

đều thì khi đầm nén những hạt nhỏ dễ dàng chui vào kẽ rỗng giữa các hạt làm cho tỷ lệ

rỗng giảm xuống, độ chặt tăng lên. Ngược lại, khi thành phần hạt phân bố đều, thì dung

trọng khô đạt được nhỏ.

Do đó, trong thi công đập đất để lựa chọn các yếu tố phù hợp với điều kiện yêu cầu kỹ

thuật, điều kiện tự nhiên và công nghệ thi công, cần phải thí nghiệm đất đắp đập để có

những giải pháp thi công hợp lý.

1.2 Phân tích những nguyên nhân gây ra sự cố ở đập vật liệu tại chỗ

Theo các thống kê khác nhau trên Thế giới, chỉ ra rằng những hư hỏng xuất hiện ở đập

VLTC chiếm phần lớn trong tổng số các hư hỏng đập. Ở Trung Quốc từ năm 1954 đến

năm 2006 cho thấy có 3498 đập bị hư hỏng, trong đó các hư hỏng của đập VLTC chiếm

90%, trong số đó 85% các hư hỏng xuất hiện ở đập đất đồng chất [13] hoặc tổng kết của

hơn 900 hư hỏng đập trên Thế giới có đến 65% các hư hỏng này xuất hiện ở đập VLTC

[14].

Các sự cố thường gặp ở đập đất như:

- Lũ tràn qua đỉnh đập: Do tính toán sai thủy văn, cửa đập tràn bị kẹt, lũ vượt tần suất

thiết kế, đỉnh đập đắp thấp hơn cao trình thiết kế hoặc bị lún trong quá trình hoạt động;

- Do dòng thấm gây ra: Có các trường hợp thấm mạnh hoặc sủi nước ở nền đập, vai đập,

mang công trình và trong thân đập. Nguyên nhân gây ra là do: Đánh giá sai tình hình

địa chất; Biện pháp xử lý nền không đảm bảo chất lượng; Xử lý tiếp giáp giữa nền và

thân đập không tốt; Đất đắp đập có chất lượng không tốt; Chọn dung trọng khô thiết kế

quá thấp; Đất đầm nện không đảm bảo độ chặt yêu cầu; Có các hang chuột, tổ mối trong

thân đập không được phát hiện và xử lý kịp thời;

- Sạt mái thượng lưu đập, do các nguyên nhân: Tính sai cấp bão, thi công lớp gia cố kém

chất lượng, đất mái đập thương lưu đầm nện không chặt hoặc không xén mái, chế độ bả

dưỡng duy tu, sửa chữa không được tuân thủ;

- Nứt trong thân đập, có nứt ngang và nứt dọc đập. Các vết nứt ngang do lún không đều,

đất đắp đập có tính lún ướt hoặc tan rã mạnh, phân đoạn thi công và xử lý nối tiếp các

đoạn đập không tốt. Các vết nứt dọc do nước trong hồ dâng cao đột ngột, nền đập bị lún

trên chiều dài dọc tim đập, đất đắp đập khối thượng lưu có tính chất đặc biệt như lún

ướt, tan rã mạnh hay trương nở lớn.

Nguyên nhân gây ra sự cố ở đập đất được bắt nguồn từ nhiều khía cạnh, thể hiện từ khâu

khảo sát, đánh giá tài liệu, đến thiết kế, thi công và quản lý vận hành. Từ thực tế, người

ta đã rút ra được các nguyên nhân gây nên sự cố đập theo thứ tự xuất hiện như sau [15],

[16]:

1.2.1 Nguyên nhân do giai đoạn lập dự án đầu tư

Đã có nhiều sự cố công trình xảy ra mà nguyên nhân gián tiếp là do sai phạm từ các

bước trong giai đoạn lập dự án đầu tư, Một số bước có khả năng ảnh hưởng đến chất

lượng công trình như:

- Lựa chọn sai các phương án đầu tư;

- Lựa chọn vị trí xây dựng công trình không đúng.

1.2.2 Nguyên nhân do khảo sát, đánh giá tài liệu

Công tác khảo sát, đánh giá tài liệu là khâu cơ bản phục vụ cho công tác thiết kế, đóng

vai trò rất quan trọng để xác định quy mô, kích thước, kết cấu công trình và quyết định

lớn đến phương án thi công, công nghệ thi công. Tài liệu khảo sát bao gồm khảo sát địa

chất, địa chất thuỷ văn, dòng chảy và địa hình.

a/ Khảo sát địa chất

Công tác khảo sát đánh giá điều kiện địa chất công trình và vật liệu xây dựng là một

trong những công đoạn khó và phức tạp trong các giai đoạn thiết kế công trình, đặc biệt

giai đoạn thiết kế kỹ thuật. Công tác khảo sát tốt, sẽ giúp cho nhà thiết kế chọn giải pháp

công trình phù hợp, quy mô, kết cấu hợp lý nhằm thoả mãn điều kiện kinh tế kỹ thuật

theo đúng các tiêu chuẩn, quy phạm hiện hành.

Qua các sự cố của các đập đã xảy ra, xem xét lại nguyên nhân gây ra sự cố, xét ở góc độ

khảo sát cơ bản, nhận thấy công tác khảo sát còn hạn chế do những yếu tố sau:

- Công tác khảo sát phục vụ cho tài liệu báo cáo chưa đảm bảo đúng trình tự, quy trình,

quy phạm. Chủ nhiệm dự án chưa làm đủ, làm đúng các yêu cầu kỹ thuật trong khảo sát,

còn xem nhẹ, tài liệu thăm dò ít, sơ sài;

- Do hạn chế của điều kiện thiết bị, từ khoan đến dụng cụ thí nghiệm, nên độ chính xác

của các thông số thí nghiệm còn hạn chế;

- Công tác khảo sát vật liệu đắp đập còn hạn chế, có những bãi vật liệu gồm nhiều loại

đất, nhưng khi khảo sát coi như là một loại đất đồng chất;

- Do cấu trúc địa tầng thay đổi và ngay cả trong cùng một lớp cũng thay đổi. Vì vậy nếu

công tác khảo sát không chi tiết, không phân vùng, phân lớp, tài liệu thí nghiệm lấy từ

trị số bình quân thì rõ ràng kết quả lựa chọn trong đầm nện càng sai khác nhiều so điều

kiện thực tế.

b/ Tài liệu cơ bản phục vụ cho tính toán thuỷ văn công trình

Tài liệu thuỷ văn đóng vai trò rất quan trọng trong tính toán dòng chảy. Để kết quả tính

toán lũ đảm bảo độ tin cậy thì chuỗi số liệu cơ bản phải đủ dài và tính đại biểu phải cao.

Tuy nhiên, đa số các hồ đập ở khu vực Tây Nguyên được xây dựng từ những năm 1980,

1990 đều thiếu tài liệu thủy văn, một số hồ chứa do không có trạm đo nên phải dùng tài

liệu tương tự của vùng lân cận, khi mượn tài liệu tính thì phải đưa ra những chỉ số hiệu

chỉnh, điều này bị hạn chế khi tài liệu cơ sở cho tính toán cũng thiếu.

c/ Tài liệu khảo sát địa hình chưa đủ hoặc độ chính xác không đảm bảo

Tài liệu khảo sát địa hình là cơ sở cho việc xác định kích thước, chọn tuyến và kết cấu

công trình, công tác khảo sát chính xác thì phần nối tiếp công trình sẽ hợp lý, công trình

làm việc bình thường với dòng chảy thiết kế. Thực tế cho thấy công tác khảo sát công

trình loại vừa và nhỏ còn có những tồn tại, ảnh hưởng không ít đến việc lựa chọn kết

cấu công trình, đặc biệt là công trình bê tông, công trình đá xây.

1.2.3 Nguyên nhân do thiết kế

Do điều tra đánh giá không hết các yếu tố bất lợi, nên không xử lý triệt để các bất lợi

hoặc xử lý không hết phạm vi cần xử lý; Sử dụng không đúng tiêu chuẩn thiết kế; Bố trí

các khối đất đắp không hợp lý, lấy mẫu không đúng hay không phù hợp các chỉ tiêu thiết

kế. Có thể kể một số nguyên nhân sau:

- Việc lựa chọn dung trọng khô thiết kế cho đập đất là một chỉ tiêu quan trọng cần được

nghiên cứu lựa chọn để quá trình thi công có thể đạt được để đảm bảo các yêu cầu của

thiết kế, bảo đảm an toàn đập trong quá trình sử dụng khai thác. Thông thường các bãi

vật liệu có lớp cấu trúc địa chất khác nhau, tính chất cơ lý ở các bãi khác nhau và sự sai

khác đó lại diễn ra ngay trên cùng một bãi. Như vậy lựa chọn dung trọng khô thiết kế và

tổ hợp bố trí khối đắp nhằm giảm khả năng xảy ra sự cố đối với đập VLTC. Trong trường

hợp đất các bãi có đặc trưng cơ lý thay đổi, khi thiết kế cần phân vùng sử dụng vật liệu,

tại kết cấu quan trọng, lún ảnh hưởng rất lớn đến điều kiện ổn định công trình thì nên

được ưu tiên trong thi công, nên sử dụng vật liệu đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật của

thiết kế đặt ra. Những phần có tầm quan trọng nhỏ hơn được phép sử dụng vật liệu thông

thường, nhằm tránh khỏi biến cố cục bộ xảy ra ở những vị trí cá biệt của công trình.

- Không có biện pháp xử lý độ ẩm cho đất đắp đập, vì có nhiều loại đất khác nhau yêu

cầu về độ ẩm cũng khác nhau, độ ẩm đất thay đổi theo thời tiết, nên trong công tác thiết

kế cần đưa ra giải pháp xử lý độ ẩm thích hợp để không ảnh hưởng đến hiệu quả đầm

nén và dung trọng của đất.

- Bố trí các khối đắp không hợp lý, khi đất đắp đập có nhiều loại, việc xem đập đất đồng

chất là sai lầm, đây là một nguyên nhân chính gây nên sự cố vỡ đập.

1.2.4 Nguyên nhân do thi công

Trong thi công cũng có rất nhiều sai sót như: Lựa chọn phương pháp thi công không

hợp lý; không đảm bảo các chỉ tiêu kỹ thuật như dung trọng khô, hệ số đầm chặt; xử lý

nối tiếp giữa đập với công trình trong đập; xử lý nối tiếp giữa đập với thiết bị thoát nước,

thiết bị chống thấm, giữa đập với nền, giữa thân đập với bờ vai, giữa các lớp đắp trước,

đắp sau,…, không tạo nên một chỉnh thể. Bên cạnh đó, thiếu sự giám sát kỹ thuật chặt

chẽ, công tác kiểm định chất lượng vật liệu không nghiêm ngặt cũng là nguyên nhân gây

hư hỏng đập đất.

1.2.5 Nguyên nhân do quản lý khai thác vận hành

Công tác quản lý vận hành chưa được chú trọng, chưa quan tâm đúng mức, thậm chí có

cả những công trình không có người quản lý vận hành, do vậy không phát hiện được sự

cố ngay từ khi mới có hiện tượng sự cố ban đầu;

Thiếu sự quan trắc kiểm tra thường xuyên, định kỳ; Không xử lý kịp thời các hư hỏng

nhỏ như các bộ phận bảo vệ mái đập, bộ phận chống thấm, bộ phận vận hành tháo lũ,…

Không có số liệu quan trắc trong quá trình quản lý vận hành, để phân tích sự cố công

trình; Công tác quản lý vận hành chưa đưa ra các tình huống đối phó để có kinh nghiệm

khi tình huống xảy ra;

Đa số công trình vừa và nhỏ ở Tây Nguyên giao cho địa phương quản lý, năng lực của

cán bộ quản lý còn yếu, không có cán bộ chuyên trách, thậm chí có cả cán bộ quản lý

không có chuyên môn nghiệp vụ về kỹ thuật thủy lợi.

Nghiên cứu phân tích một số nguyên nhân gây nên sự cố là những bài quý giá và sâu

sắc để cảnh báo cho các nhà tư vấn, thiết kế luôn phải nghĩ tới để phòng ngừa những sự

cố có thể xảy ra, đặc biệt với những công trình nâng cấp, sửa chữa có những đặc điểm

riêng của công trình như khối đắp trước, đắp sau.

1.2.6 Một số ví dụ về sự cố đập đất ở Việt Nam do vật liệu đắp

1.2.6.1 Sự cố đập Suối Hành

Hồ chứa nước Suối Hành nằm ở xã Cam Phước Đông, huyện Cam Ranh, tỉnh Khánh

Hòa, do Công ty Xây dựng Thuỷ lợi 7 thuộc Bộ Thuỷ lợi thi công. Đập được khởi công

từ tháng 10/1984, hoàn công tháng 9/1986 và bị vỡ vào 2h15 phút đêm 03/12/1986.

Nguyên nhân do công tác kháo sát địa chất sơ sài, cụ thể đất đắp đập lấy ở 2 bãi vật liệu

A và B không đồng nhất, nhưng lại gộp chung thành một loại đất đồng nhất. Dung trọng

khô thiên nhiên của bãi A là 1.511.76 T/m3, bãi B là 1.791.87 T/m3, nhà thầu chọn

dung trọng khô thiết kế là 1.7 T/m3, thực tế đây là một sai lầm lớn. Ngoài ra, khi lựa

chọn hai bãi vật liệu A và B để đắp đập, đã không thí nghiệm đánh giá độ tan rã, tính

lún ướt và tính trương nở của đất. Đất bãi A trương nở mạnh, còn đất bãi B có tính tan

rã và lún ướt mạnh. Khi thiết kế không có biện pháp xử lý độ ẩm cho đất đắp đập, do độ

ẩm của đất ở các bãi vật liệu rất khác nhau, có loại đất phải tưới ẩm, có loại đất phải

phơi khô, trong khi đó khi thiết kế lựa chọn độ ẩm tốt nhất W = 18% chung cho cả hai

loại đất là sai lầm. Đây là lý do dẫn đến sự cố vỡ đập xảy ra ngày 03/12/1986.

1.2.6.2 Đập Suối Trầu

Đập Suối Trầu được xây dựng tại xã Ninh Xuân, huyện Ninh Hòa, tỉnh Khánh Hòa.

Công trình khởi công vào ngày 02 tháng 4 năm 1977, hoàn công dự kiến ngày 19 tháng

12 năm 1977, nhưng công trình chưa hoàn công thì đập chính bị vỡ một lần vào ngày

12 tháng 11 năm 1977, sau đó đập bị vỡ tiếp hai lần nữa vào ngày 05 tháng 11 năm 1978

và ngày 19 tháng 11 năm 1979. Nguyên nhân gây ra sự cố do chọn dung trọng khô thiết

kế không hợp lý, cụ thể chọn dung trọng khô thiết kế là 1.5 T/m3, trong khi đó dung

trọng khô đất tự nhiên là 1.651.80 T/m3, còn đất chế bị đạt 1.821.84 T/m3. Qua kiểm

tra đất đắp khi thi công đập, dung trọng khô của đất đắp đạt được quá thấp, có 68% mẫu

đất kiểm tra đạt dung trọng khô 1.5 T/m3 và 32% mẫu đất chỉ đạt 1.301.40 T/m3 [17].

1.2.6.3 Đập đất Am Chúa

Đập đất Am Chúa được xây dựng năm 1987 và cơ bản hoàn thành vào năm 1992. Đập

đất dài 330 m, cao 24.5 m, cao trình đỉnh đập 37.0 m. Sự cố đập xảy ra vào tháng 10

năm 1989 và tháng 10 năm 1992, do mưa to kéo dài, nước hồ dâng lên nhanh đột ngột,

xuất hiện nhiều lỗ rò rỉ, thấm mạnh qua thân đập. Nguyên nhân gây ra sự cố do khảo sát

sai chỉ tiêu của đất đắp đập, không xác định các tính chất đặc biệt của đất đắp đập, khi

thiết kế không xem xét kỹ về sự không đồng nhất của các bãi vật liệu, nên cho rằng đây

là đập đồng chất, nên khi dâng nước các bộ phận của thân đập làm việc không đều gây

nên nứt nẻ, sụt lún dẫn đến hình thành các vết nứt và các lỗ rò.

Hình 1. 3 Mái thượng lưu đập đất hồ Am Chúa, Khánh Hòa sau sự cố

1.3 Đặc điểm hồ chứa và nhu cầu dùng nước trong những năm tới ở Tây Nguyên

1.3.1 Đặc điểm hồ chứa và đập đất ở Tây Nguyên

Hiện tại toàn vùng Tây Nguyên đã xây dựng được 2352 công trình thủy lợi (CTTL),

trong đó 1190 hồ chứa, 970 đập dâng, 130 trạm bơm, 62 công trình khác [18]. Với diện

tích tưới thiết kế 289604 ha, diện tích tưới thực tế là 215.765 ha, trong đó: i) Diện tích

tưới thực tế cho lúa là 83465 ha; ii) Diện tích tưới thực tế cho cây trồng khác: Cây hoa

màu là 14565 ha, cây công nghiệp là 117735 ha. Trong khi đó tổng diện tích cần tưới là

772189 ha, so với diện tích cây trồng cần tưới, diện tích tưới được bằng CTTL mới chỉ

đạt 27.94%.

Phần lớn các hồ chứa ở Tây Nguyên là hồ chứa vừa và nhỏ, có dung tích nhỏ hơn 3 triệu

m3 và nằm rải rác trên phạm vi rộng, cơ sở hạ tầng giao thông chưa phát triển nên việc

đi lại rất khó khăn [19]. Các hồ chứa được xây dựng từ 30 đến 40 năm trước, nên đã bị

xuống cấp nghiêm trọng, không còn đảm bảo nhiệm vụ tưới và an toàn phòng chống lũ

bão hiện nay.

Đa số các đập của hồ chứa vừa và nhỏ ở Tây Nguyên là đập đất, đập này thường xảy ra

các hiện tượng hư hỏng như thấm ở nền, thân, vai đập, hư hỏng phần mái, mặt đập…

Theo số liệu thống kê 732 hồ đập ở Tây Nguyên, có các hư hỏng do các nguyên nhân

được thể hiện trong Bảng 1. 4 [7]:

Bảng 1. 4 Tỷ lệ hư hỏng đập đất vừa và nhỏ ở Tây Nguyên

Nguyên nhân Do mưa lũ Do địa chất Do thấm Do ổn định

Số lượng 73 25 76 91

Chiếm tỷ lệ (%) 27.55 9.43 28.68 34.34

Bên cạnh đó, công tác quản lý vận hành chưa được chú trọng, còn tồn tại nhiều hạn chế

như:

- Chưa thiết lập và thực hiện nghiêm túc quy trình vận hành, điều tiết hồ chứa;

- Không thực hiện thường xuyên việc kiểm tra, giám sát, quan trắc các thông số cần thiết

để đánh giá trạng thái, năng lực hoạt động của công trình do đó không phát hiện kịp thời

các hư hỏng để có kế hoạch sửa chữa phù hợp, kịp thời;

- Nhận thức về bảo vệ, sử dụng, quản lý CTTL còn sai lầm như: Xem CTTL chỉ để sử

dụng khai thác mà ít chú ý trách nhiệm bảo vệ, duy tu, bảo dưỡng, sửa chữa, nâng cấp,

phòng chống thiên tai cho công trình;

- Lực lượng cán bộ quản lý và công nhân vận hành còn thiếu và yếu về chuyên môn,

nghiệp vụ nhất là ở cấp xã, huyện; ngoài ra lại không được đào tạo, cập nhật các kiến

thức mới, dẫn đến hiệu quả phục vụ của công trình rất kém,...

- Ứng dụng công nghệ thông tin vào quản lý các CTTL vừa và nhỏ hầu như chưa có.

- Ngoài ra, tình trạng lấn chiếm lòng hồ do người dân tự ý canh tác gây hư hại mái đập,

gây tổn hại nghiêm trọng đến an toàn, năng lực phục vụ của hồ chứa.

1.3.2 Nhu cầu dùng nước trong tương lai

Theo số liệu thống kê từ Viện Quy hoạch Thủy lợi, tổng nhu cầu dùng nước cho phát

triển kinh tế, xã hội và môi trường trên toàn vùng Tây Nguyên vào khoảng 11 tỷ m3/năm

2015 và sẽ tăng lên khoảng 12 tỷ m3/năm vào năm 2030. Với nhu cầu dùng nước hiện

tại ở khu vực Tây Nguyên, nhu cầu dùng nước chỉ chiếm 23% lượng nước đến hàng

năm ở khu vực, nhưng lượng nước đến phân bố không đồng đều theo thời gian nên tình

trạng thiếu nước vào mùa khô vẫn xảy ra gay gắt, mùa mưa lại gây ra lũ lụt. Vì vậy, ở

Tây Nguyên hiện tại thiếu khoảng 5.0 tỷ m3/năm và khả năng sẽ thiếu 5.5 tỷ m3/năm

vào năm 2030 [18], do nhu cầu dùng nước của các ngành đều tăng cao, cụ thể:

- Nhu cầu dùng nước cho nông nghiệp tăng khá nhiều, trung bình từ 1112% so với hiện

nay;

- Nước dùng cho sinh hoạt tăng 6070% so với hiện nay;

- Nước dùng cho công nghiệp tăng 4050% so với hiện nay;

- Nước dùng cho chăn nuôi tăng 2530% so với hiện nay;

- Nước dùng cho các ngành khác như du lịch, môi trường,…, cũng tăng trên 1015% so

với hiện nay.

Nhu cầu dùng nước tăng cao đòi hỏi phải có biện pháp sử dụng tiết kiệm nước, đồng

thời cần phải nâng cấp, xây dựng mới các công trình điều tiết nước ở khu vực Tây

Nguyên, nhằm đáp ứng được nhu cầu dùng nước.

1.4 Những nghiên cứu về đập vật liệu tại chỗ

1.4.1 Nghiên cứu đập vật liệu tại chỗ trên Thế giới

Theo Nhichiporovich nghiên cứu đất sử dụng chung cho đắp đập trên toàn hành tinh của

chúng ta thông thường có các loại: Đất trầm tích - Aluvi; Đất sườn tàn tích, tàn tích; Đất

hoàng thổ [4].

Khi nghiên cứu hiện tượng vỡ đập đối với đất có tính tan rã của Shearard, J.L. cho thấy

số lượng vỡ đập xảy ra đối với đập sau lần tích nước đầu tiên chiếm tỷ lệ khá lớn, còn

số đập vỡ xảy ra sau nhiều năm khai thác sử dụng thì ít hơn [20].

Để khắc phục tính tan rã của đất, Shearard, J.L., Decker R.S., & Ryker, N.L., nghiên

cứu sử dụng phương pháp trộn vôi bột có hiệu quả ngay khi bổ sung lượng vôi vào

đất. Trước khi tiến hành trộn vôi cần làm thí nghiệm để xác định hàm lượng pha trộn và

kiểm tra độ tan rã bằng thí nghiệm Pinhole test [21].

Nghiên cứu của Nelson, J.D., & Miller, D.J. (1992) cho thấy rằng tính trương nở của đất

phụ thuộc cơ bản vào thành phần chất keo có trong đất. Kích thước hạt keo được giới

hạn bởi kích thước hạt có đường kính nhỏ hơn 0,0001mm [22]. Như vậy thì hạt sét được

xem là chất keo vì có hình dạng không thuần nhất và có diện tích bề mặt rất lớn.

Theo Fell (1992) các hạt keo cơ chế liên kết khác với các hạt thô, lực bề mặt quan trọng

hơn lực trọng trường [23]. Lực bề mặt có thể là lực hút bám qua các hạt, lực tĩnh điện,

lực liên kết ion .... Các thành phần này quyết định không những đến khả năng trương nở

mà ngay cả trong trường hợp tan rã.

Theo Cepreeb E.M và một số tác giả, khả năng trương nở có quan hệ tới tính hút nước

của các khoáng vật sét có trong đất dính và tỷ diện lớn của đất dính. Vỏ nước liên kết

được hình thành xung quanh các hạt keo, sét, làm giảm lực dính giữa các hạt và gây ra

hiện tượng tăng thể tích.

Nghiên cứu chất lượng thi công đập đất đầm nén phụ thuộc vào các yếu tố: i) Thành

phần hạt của đất đắp; ii) Độ ẩm đất; iii) Chiều dày dải đất đầm; iv) Loại đầm và số lần

đầm [24].

Wightman nghiên cứu mối quan hệ giữa công đầm, dung trọng khô và độ ẩm đất được

thể hiện Hình 1. 4 [25]. Khi công năng đầm tăng, giá trị dung trọng khô lớn nhất tăng

tương ứng với độ ẩm tốt nhất giảm dần.

Hình 1. 4 Tương quan giữa lực đầm nén, dung trọng khô và độ ẩm đất

1.4.2 Nghiên cứu trong nước

1.4.2.1 Nghiên cứu sử dụng vật liệu tại chỗ để đắp đập

VLTC dùng để đắp đập là các loại đất trầm tích aluvi, tàn tích, sườn tàn tích trên các

nền đá gốc khác nhau, như đá bazan, bột kết, cát kết,…

a/ Những nghiên cứu về đất đỏ bazan

Nguyễn Công Mẫn, Nguyễn Văn Thơ và Phạm Văn Thìn nghiên cứu đất đỏ bazan là

sản phẩm phong hóa từ đá gốc bazan được phân bổ rộng khắp ở khu vực Tây Nguyên

và Đông Nam Bộ. Đất bazan có tính đặc biệt so với một số loại đất khác. Đối với lớp

đất không bị kết vón laterit thì thành phần hạt có chứa 6070% hạt bụi và sét (tính theo

trọng lượng của đất). Các độ ẩm giới hạn chảy và giới hạn dẻo đều cao. Ở trạng thái tự

nhiên, khi đất chưa được nén chặt, có dung trọng khô c nhỏ, độ rỗng n lớn trong khoảng

55.065.0%. Khi ở trạng thái khô, độ bão hòa G ≤ 50% đất có sức chống cắt lớn, nhưng

khi ngấm nước, độ bão hòa G > 70%, sức chống cắt giảm trên 50%. Đây là nguyên nhân

gây ra sự lún ướt của đất đỏ bazan để đắp đập [26], [27].

Phạm Văn Thìn nghiên cứu đất đỏ bazan ở khu vực Tây Nguyên có những đặc tính khác

nhau, loại bazan không chứa kết von laterit có dung trọng khô lớn nhất trong khoảng

1.281.41 (g/cm3), trong khi đó loại đất bazan chứa kết von laterit có thể đạt dung trọng

khô lớn nhất 1.551.94 (g/cm3), tăng 2137.8% so với loại đất bazan không chứa kết

von laterit [28].

Nguyễn Văn Thơ, Trần Thị Thanh nghiên cứu đất đỏ bazan khu vực Tây Nguyên có

hàm lượng sét bụi lớn, dung trọng khô nhỏ từ 1.01.2 T/m3, khi đầm nện tiêu chuẩn

dung trọng khô lớn nhất đạt được không cao từ 1.31.4 T/m3, nếu tăng công đầm cũng

chỉ đạt khoảng 1.6 T/m3. Các kết quả nghiên cứu cũng chỉ ra rằng, khi tăng dung trọng

khô của đất, sức chống cắt của đất tăng và tính nén lún đạt giá trị trung bình, vì vậy có

thể sử dụng đất đỏ bazan làm vật liệu đắp đập [29].

Nguyễn Văn Thơ, Phạm Văn Thìn và một số tác giả khác nghiên cứu khi đầm nén đất

đỏ bazan, nếu đảm bảo độ ẩm thích hợp thì dung trọng khô của đất tăng và khi ở trạng

thái bão hoà nước đất có sức chống cắt tương đối cao. Đây là điểm lợi của việc sử dụng

đất đỏ bazan để đắp đập [27], [28]. Tuy nhiên, hiệu quả đầm nén lại phụ thuộc nhiều

vào thành phần hạt của đất; độ ẩm; bề dày; loại thiết bị đầm.

Nguyễn Thanh và Trần Thị Thanh nghiên cứu trong đất đỏ bazan có thành phần khoáng

vật chủ yếu là kaolinite, hầu như không có monmorillonite, nên hệ số trương nở của đất

ở trạng thái tự nhiên hay chế bị không đáng kể, nên đất bazan là loại đất không trương

nở [30], [31].

b/ Nghiên cứu về đất có chứa hàm lượng hạt thô

Nguyễn Văn Thơ và Phạm Văn Thìn [27], [28], [32], [33], [34], [35], [36]; Nguyễn Văn

Chiển [37]; Nguyễn Công Mẫn [38] nghiên cứu về tính chất khoáng hóa, tính chất cơ lý

của đất bazan có chứa kết von laterit trong việc sử dụng làm vật liệu đắp đập và nghiên

cứu ảnh hưởng của hàm lượng hạt thô đến tính chất cơ lý của đất kết luận rằng hàm

lượng hạt thô và đặc tính vật lý của đất như hình dạng và cấu tạo hạt có ảnh hưởng rõ

rệt đến tính chất xây dựng của đất.

Nguyễn Văn Thơ nghiên cứu đối với đất kết von laterit, khi hàm lượng hạt thô (N) thay

đổi thì dung trọng khô, cường độ chống cắt và hệ số thấm cũng thay đổi, hệ số thấm của

đất hầu như không thay đổi khi hàm lượng hạt thô N = (0  50)%, khi hàm lượng hạt

thô tăng hơn 50% thì hệ số thấm bắt đầu tăng [32].

Phạm Văn Thìn đã xây dựng một số công thức xác định các chỉ tiêu cơ học và hệ số

thấm của đất bazan có chứa kết von laterit dạng tròn đặc sít, không cần phải tiến hành

thí nghiệm trên các thiết bị cỡ lớn mà vẫn phù hợp với điều kiện sản xuất thực tế [28].

Phạm Văn Cơ và Nguyễn Hữu Ký nghiên cứu sơ bộ về các loại đất có nguồn gốc khác

nhau cho thấy khi hàm lượng hạt thô trong đất tăng thì các cường độ chống cắt , C

tăng, nhưng hệ số thấm k giảm [39], [40], [41], [42].

Lê Thanh Bình nghiên cứu sự thay đổi hàm lượng hạt thô N lên các tính chất cơ lý của

đất theo chiều hướng có lợi hoặc bất lợi cho công trình, khi cần nâng cao độ chặt và độ

bền của khối đất đắp, nếu không yêu cầu về chống thấm dùng hàm lượng hạt thô N =

(70  80)%, nhưng phải đảm bảo yêu cầu độ chặt tránh hiện tượng lún và sụn lún khi

tiếp xúc với nước, còn khi hàm lượng hạt thô N < 50% thích hợp cho công trình yêu cầu

chống thấm nước [43].

Lê Thanh Bình nghiên cứu khả năng đầm chặt của các loại đất, khi tăng hàm lượng hạt

thô N, dung trọng khô lớn nhất c của hỗn hợp đất thô – mịn tăng [44].

1.4.2.2 Nghiên cứu về bố trí các khối đất đắp

Nghiên cứu của Hoàng Minh Dũng chỉ ra rằng, đối với có đặc tính trương nở ở khu vực

Nam Trung Bộ và Tây Nguyên giải pháp đắp đập nhiều khối là hợp lý hơn cả [45].

Trần Văn Hiển nghiên cứu bố trí đập hai khối: i) Khối chống thấm được đắp bằng đất

trầm tích chọn độ chặt K ≥ 0.94 tương ứng với độ ẩm W = Wopt + 56% là độ ẩm tối ưu

về mặt chống thấm; ii) Khối chịu lực, thường là đất tàn tích và hỗn hợp đào móng các

hạng mục khác, chọn hệ số đầm nén cho loại đất này K = 0.97 đáp ứng tốt nhất cho ổn

định đập [46].

Đối với đất có tính chất đặc biệt như trương nở và tan rã mạnh, Phạm Vũ Dậu đề xuất

giải pháp về bố trí khối đắp loại đất này, cụ thể đắp vào giữa đập và trên đó cần có một

lớp đất gia tải có áp lực lớn hơn áp lực trương nở [47].

Các nghiên cứu trên phần lớn tập trung về bố trí hợp lý các khối đất đắp và lựa chọn độ

ẩm, dung trọng khô để đảm bảo sự ổn định, chống thấm của đập và tăng thời gian thi

công.

1.4.2.3 Nghiên cứu về đất tan rã

Nguyễn Văn Thơ nghiên cứu về đất tan rã miền Trung cho thấy đất có nguồn gốc từ đá

bazan, đá phong hoá biến chất và đất sườn đồi đều có khả năng bị tan rã cao. Bảng 1. 5

[48] thể hiện kết quả nghiên cứu đặc tính tan rã của một số loại đất có nguồn gốc khác

nhau.

Bảng 1. 5 Đặc tính tan rã của đất có nguồn gốc khác nhau

Loại đất Mức độ tan rã (%) Thời gian tan rã (phút)

Đất phong hoá trên nền đá bazan 100 5  10

Đất phong hóa trên nền đá granite 100 3  7

Đất trầm tích (a Q2 IV) 2880 5  10

Trầm tích sông biển (m Q2 IV) 2880 0  5

Trầm tích sông biển (m Q2 III) 2880 2  15

Sau khi nghiên cứu mối quan hệ giữa tỷ lệ tan rã và số ngày giữ ẩm cho mẫu, Nguyễn

Văn Thơ đã kết luận thời gian duy trì giữ ẩm mẫu càng lâu thì thời gian xảy ra tan rã

càng được kéo dài [48].

1.4.2.4 Nghiên cứu xử lý cải tạo các đặc tính cơ lý của đất

Lê Xuân Roanh nghiên cứu các giải pháp xử lý để hạn chế những tính bất lợi của đất có

tính cơ lý đặc biệt, cụ thể là đối với đất có tính tan rã mạnh, cần bổ sung thêm hàm lượng

vôi [49].

Nguyễn Văn Thơ [29], [50], Trần Thị Thanh [29], [31], Lê Xuân Roanh [49] đề xuất lựa

chọn các chỉ tiêu, thông số đầm nén và một số giải pháp nhằm khống chế tính trương nở

của đất trong thiết kế và thi công đập.

1.4.2.5 Nghiên cứu về công nghệ thi công để nâng cao chất lượng đất đắp đập theo

phương pháp đầm nén

Lê Quang Thế nghiên cứu lựa chọn công nghệ đầm nén trong điều kiện môi trường, địa

chất vùng Tây Nguyên, lựa chọn dung trọng khô thiết kế và độ ẩm phù hợp để thi công

đạt được dung trọng khô đảm bảo chất lượng công trình [51].

Nghiên cứu của Trần Văn Hiển về phân khối đắp hợp lý để đảm bảo các yêu cầu kỹ

thuật và tiến độ thi công trong điều kiện độ ẩm cao, đồng thời đưa ra một số kiến nghị

về giải pháp giảm độ ẩm đất đắp đập khi vượt quá độ ẩm cho phép để đảm bảo yêu cầu

kỹ thuật và tiến độ thi công [46]. Tác giả chủ yếu nghiên cứu trong điều kiện tự nhiên

liên quan đến độ ẩm của đất, của không khí mà chưa nghiên cứu liên quan đến các tính

chất khác của đất như độ dính, cấp phối hạt,…, ảnh hưởng đến tính chất cơ lý của đất.

Nhìn chung, các nghiên cứu trên chỉ tập trung nghiên cứu các loại đất đắp đập có nguồn

gốc là đất nguyên thổ, được hình thành do sự phong hóa của đá gốc, có phạm vi rộng và

có quá trình phong hóa hình thành lâu đời, nên tương đối ổn định về các chỉ tiêu cơ lý,

nhưng các loại đất này hầu hết đã được sử dụng vào các mục đích khác nhau như đắp

đập, canh tác,...

1.5 Những nghiên cứu về sử dụng xi măng và vôi để gia cố đất trên Thế giới và

Việt Nam

1.5.1 Nghiên cứu sử dụng xi măng và vôi để gia cố đất trên Thế giới

Đã có nhiều công trình nghiên cứu trên Thế giới về việc sử dụng xi măng (XM), vôi,

hỗn hợp XM - vôi để cải tạo đất. Lượng XM, vôi hoặc hỗn hợp XM - vôi được tính theo

tỷ lệ phần trăm của khối lượng đất khô cần gia cố.

Mitchell và Freitag nghiên cứu đối đất có tính dẻo thấp, đất cát hàm lượng xi măng

(XM) sử dụng để gia cố đất từ 5÷14% so với trọng lượng của đất; Lượng XM yêu cầu

phụ thuộc vào loại đất, trạng thái của đất cần gia cố; Tỷ lệ XM với đất tối ưu (so với

trọng lượng khô của đất cần gia cố) phụ thuộc vào các loại đất khác nhau, cụ thể từng

loại đất theo Bảng 1. 6 [52].

Bảng 1. 6 Tỷ lệ xi măng với các loại đất khác nhau

STT Loại đất Tỷ lệ XM với đất (%)

Đất chứa sỏi, cát hạt thô, cát hạt mịn, có ít 5% hoặc ít hơn 1 hoặc không có lượng nhỏ bùn hay sét

Đất cát xấu với lượng nhỏ bùn 9% 2

Loại đất cát còn lại 7% 3

Đất chứa bùn không dẻo hoặc dẻo vừa phải 10% 4

Đất sét dẻo 13% hoặc nhiều hơn 5

Như vậy, nếu hàm lượng sét tăng thì hàm lượng XM yêu cầu cũng tăng, có thể do với

các hạt nhỏ thì diện tích bề mặt lớn và lượng tiếp xúc giữa XM và các hạt đất sẽ tăng.

Hisaa Aboshi và Nashahiko Kuwabara (Nhật Bản) nghiên cứu gia cố cho các loại đất

yếu khác nhau với trên 100 công trình ở các khu vực khác nhau, hàm lượng XM khác

nhau từ 50÷450kg/1m3 đất đã cho kết quả về cường độ nén với thành phần hạt tương

ứng. Kết quả nghiên cứu cho thấy mức độ cải thiện cường độ đối với đất bùn và sét

không cao bằng đất cát và cuội sỏi [53], [54].

Shiells và nnk nghiên cứu phương pháp trộn ướt sử dụng tỷ lệ đất và XM cao hơn so với

phương pháp trộn khô [55], cụ thể cần một lượng XM từ 180÷400kg/m3 đất cần gia cố

đối với phương pháp trộn ướt; còn đối với phương pháp trộn khô chỉ cần lượng XM từ

90÷180kg/m3, có nghĩa là phương pháp trộn khô hàm lượng XM chỉ khoảng 50% so với

phương pháp trộn ướt.

Nghiên cứu của Law ở Viện kỹ thuật châu Á, khi trộn 5% XM với đất sét yếu ở Băng

Cốc (Thái Lan) làm tăng độ bền nén nở hông lên 10 lần, hệ số cố kết tăng 10÷40 lần

[56].

Meei-Hoan Ho và Chee-Ming Chan đã nghiên cứu đất sét yếu lấy tại Trung tâm nghiên

cứu đất yếu thuộc Đại học Tun Hussein ở Malaysia (UTHM) ở độ sâu từ 1.52.0m. Mẫu

đất được gia cố với các hàm lượng XM lần lượt là 0%, 5% và 10% so với trọng lượng

đất khô. Kết quả thí nghiệm nén một trục, cắt phẳng cho thấy chỉ số nén, chỉ số cố kết

và hệ số nén lún giảm so với mẫu đất không gia cố và càng giảm khi tăng hàm lượng

XM. Như vậy, khi cải tạo đất bằng XM sẽ cải thiện các đặc trưng cơ học của đất [57].

Nguyễn Duy Quang và nnk nghiên cứu đất bùn nạo vét ở cửa sông vùng Ariake Nhật

Bản để làm đất đắp tại chỗ. Đất được gia cố bằng vôi và XM với các tỷ lệ là 2, 4, 6, 8 %

so với khối lượng thể tích đất khô. Kết quả nghiên cứu cho thấy cường độ kháng nén

một trục với đất trộn vôi lớn hơn gấp 10 lần so XM khi cùng hàm lượng trộn, điều này

được các tác giả giải thích là do giá trị pH của đất trộn vôi cao hơn so với đất trộn XM

đã làm tăng các phản ứng pozzolanic và khi tăng vôi hoặc XM thì chỉ số nén tăng lên,

đất gia cố bằng vôi tăng hơn nhiều hơn so với đất gia cố bằng XM [58].

Bujang B.K. Huat và nnk nghiên cứu thí nghiệm trong phòng với đất bùn nhiệt đới ở

một số nơi tại Malaysia trộn vôi và XM. Các tác giả đã sử dụng tỷ lệ XM từ 515% và

vôi từ 525%, bằng phương pháp trộn ướt. Kết quả nghiên cứu cho thấy, khi lượng vôi

và XM tăng lên thì giới hạn chảy (WL) của hỗn hợp đất trộn giảm, khối lượng thể tích

khô tăng, độ ẩm giảm, cường độ nén tăng theo thời gian bảo dưỡng. Tuy nhiên, nếu

lượng hữu cơ lớn thì việc cải tạo sẽ không hiệu quả và hiệu quả cải tạo bằng XM tốt hơn

so với của vôi [59].

Như vậy, các kết quả nghiên cứu của các tác giả trên Thế giới đều cho thấy việc

cải tạo đất bằng vôi hoặc vôi kết hợp XM đã mạng lại hiệu quả nhất định về đặc tính cơ

học của đất sau cải tạo.

1.5.2 Nghiên cứu sử dụng xi măng và vôi để gia cố đất ở Việt Nam

Việc sử dụng XM và vôi để gia cố đất xuất hiện từ những năm đầu của thập niên 80. Sự

ưu việt của giải pháp này đã được áp dụng khá phổ biến ở các công trình xây dựng dân

dụng và thủy lợi để xử lý nền đất yếu, đảm bảo yêu cầu chống thấm, chống nứt,...

Nghiên cứu của Uddin et al, cho thấy khi hàm lượng XM tăng thì cường độ tăng, mối

quan hệ giữa hàm lượng XM và cường độ gần như tuyến tính [60].

Thành phần hạt trong đất ảnh hưởng lớn đến cường độ đất được gia cố, đất có điều kiện

tốt nhất để gia cố XM là đất có thành phần hạt cuội sỏi, cát hạt, á cát hoặc á sét nhẹ, còn

các loại đất yếu như bùn sét, sét lẫn hữu cơ thì cường độ nén phân tán và phát triển

không cao [61].

Lê Xuân Roanh nghiên cứu để hạn chế tính tan rã của đất, bổ sung lượng vôi vào đất.

Đối với đất Miền Trung tỉ lệ pha trộn đề nghị nên dùng trong khoảng (13)% so với

khối lượng thể tích đất. Nếu nước có độ tinh khiết cao thì lấy ở trị số lớn, nước có độ

pH trung bình thì lấy trị số trung bình nhỏ của trị số trên. Ngoài ra để bù hao tổn thất và

đảm bảo được sự đồng đều và đạt tỉ lệ trong khối xử lý ta cần tăng thêm một lượng

khoảng (0.51.0)% trong khi thi công [49].

Nguyễn Quốc Dũng và nnk nghiên cứu cải tạo đất than bùn hóa ở Kiên Giang và cho

kết quả với các mẫu đất sử dụng hàm lượng XM khác nhau cho thấy cường độ kháng

nén một trục (qu) của mẫu tăng tỷ lệ thuận với hàm lượng XM trộn và thời gian bảo

dưỡng. Việc cho thêm vôi vào đất có chứa hữu cơ trộn XM đã mang lại hiệu quả nhất

định về cường độ kháng nén một trục. Kết quả nghiên cứu với các hàm lượng vôi khác

nhau cho thấy lượng vôi thích hợp để đạt cường độ kháng nén qu hiệu quả nhất là hàm

lượng vôi bằng (2÷4%) hàm lượng XM [62].

Tóm lại các nghiên cứu về sử dụng chất kết dính vô cơ trong việc cải tạo đất ở trong

nước đều khẳng định khi tăng hàm lượng XM làm thay đổi các chỉ tiêu cơ lý của đất,

làm tăng cường độ cho đất và đất thích hợp với việc gia cố bằng XM là đất cuội sỏi, cát

hạt, á cát hoặc á sét nhẹ, còn khi bổ sung phụ gia vôi vào đất làm giảm tính tan rã. Tuy

nhiên các nghiên cứu chủ yếu tập trung làm tăng cường độ cho đất, còn nghiên cứu giải

pháp trộn XM vào đất để giảm tính thấm và tan rã chưa được nghiên cứu và thường

nghiên cứu với các loại đất nguyên thổ có các chỉ số cơ lý tự nhiên ổn định.

1.6 Những nội dung đặt ra cho nghiên cứu

Khu vực Tây Nguyên hồ đập đa số được xây dựng cách đây 3040 năm trước, thêm vào

đó khi thiết kế chưa xét đến việc biến đổi khí hậu cực đoan mà Việt Nam là nước chịu

ảnh hưởng nặng nề nhất. Vì vậy, đập đất không đảm bảo an toàn khi gặp mưa lũ lớn

hoặc vượt tần suất thiết kế, đồng thời việc quản lý và bảo trì không được thường xuyên

nên nhiều công trình đã xuống cấp và không đáp ứng được yêu cầu cấp nước cho sản

xuất và sinh hoạt.

Nâng cấp đập đất là yêu cầu cấp bách, nhưng hiện tại nguồn vật liệu xây dựng đang rất

thiếu, nếu khai thác vật liệu để đắp đập theo các vùng có sẵn, trữ lượng lớn, cần phải

phá các vùng cà phê, cao su của người dân, việc giải phóng mặt bằng, đền bù gặp nhiều

khó khăn.

Hơn nữa, khối lượng vật liệu yêu cầu để nâng cấp, sửa chữa không lớn lắm, vì vậy cần

nghiên cứu sử dụng những VLTC, bao gồm: Vật liệu mới được hình thành do sự tích tụ

của dòng chảy hay vật liệu mới được phong hóa. Những loại VLTC như vậy được gọi

là vật liệu bồi tích trẻ. Các loại vật liệu bồi tích trẻ thường có những đặc điểm như đất

có thành phần hạt mịn là chủ yếu và đất hạt thô là đất có chứa nhiều dăm sạn, được phân

bố rải rác ở các sông suối, các lòng hồ, có các chỉ tiêu vật lý và tính chất đặc biệt của

đất Tây Nguyên, không đảm bảo các chỉ tiêu thiết kế theo tiêu chuẩn. Vì vậy, để sử dụng

các loại VLTC như vậy ở Tây Nguyên cho mục đích nâng cấp, sửa chữa đập, đang đặt

ra cho đề tài cần nghiên cứu:

1/ Nghiên cứu các tính chất cơ lý và tính chất đặc biệt của một số loại vật liệu bồi tích

trẻ ở Tây Nguyên khi sử dụng chúng để đắp đập;

2/ Đề xuất các giải pháp nhằm cải tạo vật liệu bồi tích trẻ cho phù hợp với các yêu cầu

theo tiêu chuẩn hiện hành để sử dụng cho việc nâng cấp, xây dựng đập đất vùng Tây

Nguyên;

3/ Lựa chọn các tỷ lệ pha trộn hợp lý nhằm cải thiện các tính chất đặc biệt, các tồn tại

của vật liệu bồi tích trẻ không đáp ứng được các tiêu chuẩn đặt ra;

4/ Áp dụng kết quả nghiên cứu mới để nâng cấp đập vật liệu tại chỗ Buôn Sa.

1.7 Kết luận chương 1

Đập VLTC được sử dụng rộng rãi ở nhiều nước, do có nhiều ưu điểm, tuy nhiên đập

VLTC cũng là đập xảy ra nhiều sự cố. Đối với các hồ đập khu vực Tây Nguyên được

xây dựng từ rất lâu nên nhiều công trình đã xuống cấp, không đảm bảo khả năng cấp

nước theo thiết kế và có nguy cơ mất an toàn rất lớn. Trong khi đó, nhu cầu dùng nước

tăng, mà việc xây dựng hồ chứa gặp nhiều khó khăn, cần phải có giải pháp nâng cấp,

sửa chữa đập. Bên cạnh đó, việc sử dụng VLTC ở Tây Nguyên ngày càng khó khăn, do

công tác giải phóng mặt bằng hoặc nguồn cung cấp thiếu.

Đã có nhiều nghiên cứu về sử dụng VLTC để đắp đập ở khu vực Tây Nguyên, nhưng

các nghiên cứu này hầu hết đều chỉ nghiên cứu sử dụng đất phong hóa từ đá gốc được

hình thành lâu đời, ở trạng thái tự nhiên, từ đó nghiên cứu các giải pháp thiết kế, thi

công phù hợp với từng loại đất, các loại đất đó hiện nay thường sử dụng cho việc canh

tác nông nghiệp.

Còn các nghiên cứu về việc: i) Sử dụng CKD là XM và vôi để gia cố đất yếu để sử dụng

cho việc xây dựng các công trình giao thông, tuy nhiên các nghiên cứu này tập trung

vào việc tăng cường độ cho đất, còn việc sử dụng CKD để giảm tính thấm và tính tan rã

của đất đối với đất bồi tích trẻ chưa được đề cập nghiên cứu; ii) Sử dụng phương pháp

thi công, cụ thể là phương pháp đầm chặt để tăng dung trọng khô của đất, nhưng hiệu

quả của giải pháp đầm chặt lại phụ thuộc rất nhiều vào thành phần hạt và độ ẩm đất. Vì

vậy đây chính là những nội dung đặt ra cho luận án cần được nghiên cứu.

CƠ SỞ KHOA HỌC CẢI THIỆN VẬT LIỆU BỒI TÍCH TRẺ ĐÁP ỨNG YÊU CẦU NÂNG CẤP, XÂY DỰNG ĐẬP ĐẤT VÙNG TÂY NGUYÊN

2.1 Vật liệu đắp đập ở khu vực Tây Nguyên

Đất Tây Nguyên được hình thành từ đá bazan, đá trầm tích lục nguyên, đá biến chất và

đá xâm nhập sâu. Theo nguồn gốc thành tạo, có thể chia đất Tây Nguyên thành hai loại

chính: Đất Aluvi và đất sườn tàn tích, tàn tích trên các nền đá có nguồn gốc thành tạo

khác nhau [29], [51].

2.1.1 Đất Aluvi

Aluvi cổ phân bố ở các thung lũng sông lớn như sông Pôcô, sông Ba và sông Đồng

Nai,… Dạng Aluvi trẻ bao gồm trầm tích lòng sông, bãi bồi và các bậc thềm. Thường

gặp các loại đất sét, á sét phân bố trên các bậc thềm với chiều dày nhỏ hơn 5m. Ở điều

kiện tự nhiên, đất có dung trọng khô c = 1.41.6 T/m3, độ ẩm W = 2025%, ở trạng thái

dẻo cứng đến cứng, đất có hàm lượng sét từ 1535%.

Khi bão hòa nước, đất có các thông số chống cắt như góc ma sát trong  = 1620o, lực

dính C = 0.10.4 kG/cm2, hệ số thấm k = 10-4  10-5 cm/s.

Loại đất này có thể sử dụng đắp đập đồng chất hoặc đắp các lõi đập. Thực tế, đất Aluvi

phát triển ở các bậc thềm dọc sông suối, miền núi có diện tích tích hép, trữ lượng ít.

Phần lớn diện tích các loại đất này được canh tác, nên chỉ khai thác được một ít trong

lòng hồ trước khi ngập nước.

2.1.2 Sườn tàn tích và tàn tích trên các loại đá khác nhau

Tàn tích là sản phẩm phong hóa của đá gốc, về phương diện thạch học đó là sét và á sét.

Các loại trầm tích sét này thường chứa lượng nhất định dăm vụn và các tảng đá gốc bị

phong hóa dở dang. Trữ lượng và tính chất cơ lý thay đổi theo vị trí địa lý, địa hình,

được chia thành các nhóm sau:

2.1.2.1 Sườn tàn tích và tàn tích trên nền đá Bazan trẻ - B(QII-IV)

Loại đất này được phân bố chủ yếu ở vùng trung tâm Pleiku, Buôn Mê Thuột, Xuân

Lộc, An Lộc, Liên Khương, Đơn Dương. Do đá gốc hình thành muộn, thời gian chưa

đủ để phong hóa triệt để thành đất. Chiều dày lớp phong hóa nhỏ hơn 5m, bao gồm đất

sét, á sét màu nâu đỏ, có chứa nhiều đá tảng đủ kích cỡ và các dăm sạn. Tỷ lệ đất rất ít

so với đá nên rất khó khai thác làm vật liệu đắp đập.

2.1.2.2 Sườn tàn tích và tàn tích trên nền đá Bazan cổ - B(NII-QI)

Loại đất này được phân bố rộng rãi ở Tây Nguyên như Kon Hà Nừng, Kon Plong, Plây

Mrông, Lệ Thanh, vùng rìa Pleiku, Buôn Mê Thuột, đáy bồn trũng Di Linh, Bảo Lộc. Ở

điều kiện tự nhiên, đất có khối lượng riêng hạt rắn lớn, dung trọng khô thấp, hệ số rỗng

lớn. Các chỉ tiêu cơ lý như góc ma sát trong , lực dính C, mô đun biến dạng E thuộc

loại trung bình. Chiều dày tầng phong hóa 2030m, chia thành 3 lớp kể từ trên mặt

xuống, được sắp xếp theo thứ tự như sau:

- Lớp 1 (edQ): Đất sét - á sét màu nâu đỏ, hàm lượng kết von laterit không đáng kể,

khoảng 5%. Độ ẩm thay đổi theo mùa mưa và mùa khô. Ở đáy lớp 1, thông thường trên

mặt cắt địa chất đều có lớp vón kết thành mảng dạng đá ong dày từ 13 m, rất cứng

chắc. Nhiều công trình thực tế đã sử dụng loại đất này để đắp đập, cho chất lượng tương

đối tốt, như đập Iakut, IaGrai, Ialu,...

- Lớp 2 (eQ): Đất sét - á sét màu loang lổ, hàm lượng đất hạt thô có đường kính hạt d >

2mm thay đổi trong phạm vi rộng, có chỗ hàm lượng hạt thô chiếm khoảng đạt đến

2030%, nhưng có chỗ đạt đến 6070% tính theo trọng lượng hạt. Tùy từng nơi các

dạng kết von này có dạng tròn đặc sít hay méo mó sắc cạnh, có độ cứng lớn, tạo nên tỷ

lệ cấp phối hạt tương đối tốt. Dùng loại đất này làm vật liệu đắp đập có khả năng đạt

được dung trọng khô khá cao. Như CTTL Biển Hồ ở Pleiku đã dùng đất lớp 2 có hàm

lượng hạt thô khoảng 30% làm vật liệu đất đắp đập.

- Lớp 3 (eQ): Đất sét và a sét màu tím gan gà, đốm trắng, phớt các màu khác. Lớp này

có dung trọng khô thấp hơn so với hai lớp trên, vì thế ít sử dụng để đắp vào những vị trí

xung yếu của công trình.

2.1.2.3 Đất trên nền đá trầm tích lục nguyên (bột kết, cát kết)

Đặc điểm của các loại đất này là nếu được phân bố trên những vùng đồi thoải thì trên

mặt lớp 1 – edQ có hàm lượng kết von laterit cao, thuộc loại đất vụn thô, có tính thấm

nước lớn; còn nếu được phân bố ở các sườn núi dốc hàm lượng kết von laterit không

lớn. Ở đáy lớp 1 thường có lớp mỏng hoặc thấu kính kết von dạng mảng hay còn gọi là

vỉa đá ong có tính thấm nước lớn. Các chỉ tiêu cơ lý trên nền đá trầm tích lục nguyên

tương đối tốt, lưu ý tính thấm và tính trương nở của loại đất này từ trung bình đến mạnh.

2.1.2.4 Đất trên nền đá biến chất (Gơnai)

Tính chất cơ lý của loại đất này thay đổi trong phạm vi rộng. Khi sử dụng loại đất này

làm vật liệu đất đắp cần phân chia bãi vật liệu thành nhiều lớp để chọn các chỉ tiêu cơ

lý tương đối đồng nhất.

2.1.2.5 Đất trên nền đá xâm nhập sâu (Granit, Gronodierit)

Được phân bố rộng rãi ở các vùng Nghĩa Bình, ven KonTum, Pleiki, Tuy Hòa, Nha

Trang, Lâm Đồng,… Trong lớp edQ của đất này thường có đá tảng lăn, thậm chí có cả

tảng lăn cỡ lớn. Dung trọng khô của đất thấp, nhiều loại công trình đã sử dụng đất này

để đắp đập, riêng lớp thứ ba của đất này có chứa nhiều Mica nên không thuận lợi cho

đắp đập.

Các chỉ tiêu cơ lý của các loại đất phân bố ở Tây Nguyên được xem ở bảng Phụ lục 1

[29], [51].

2.2 Bố trí vật liệu đất đắp trong thân đập

2.2.1 Nguyên tắc bố trí

Thiết kế đập đất cần thỏa mãn hai yêu cầu cơ bản: i) Chống thấm; ii) Ổn định. Do vậy,

khi thiết kế đập cần thỏa mãn các nguyên tắc:

- Vật liệu cho phần chống thấm phải có hệ số thấm bé; còn phần thoát nước dùng loại

vật liệu có hệ số thấm càng lớn càng tốt;

- Vùng nằm trên đường bão hòa nên sử dụng vật liệu có góc ma sát trong và lực dính

lớn để tăng cường ổn định định cho mái dốc;

- Vùng nằm dưới đường bão hòa dùng loại vật liệu có tính hòa tan thấp, chịu được tác

dụng của gradient thấm lớn;

- Đất có tính trương nở mạnh phải được xử lý trước khi đắp đập hoặc nếu không có điều

kiện xử lý thì phải được đặt tại vị trí có độ ẩm ổn định và luôn chịu áp lực nén tĩnh của

khối;

- Đất có tính tan rã không được bố trí tại mái đập, mặt đập hoặc nơi tiếp xúc với dòng

chảy mặt;

- Đất có tính lún sụt không được bố trí tại các bộ phận quan trọng của kết cấu như tiếp

giáp với thành các công trình bê tông, mặt nền, vai đập, chỗ tiếp giáp giữa tường chống

thấm và phần chân khay chống thấm của đập;

- Đất có sức kháng cắt nhỏ khi bão hoà thì không bố trí hai bên mái của đập;

- Đất có đặc trưng cơ lý khác nhau nhiều trong bãi và giữa các bãi của khu khai thác cho

công trình thì không được đắp xen kẹp các lớp này mà cần phân vùng đắp cho phù hợp

đặc tính của mỗi loại. Trường hợp đắp pha lẫn thì phải tiến hành thí nghiệm các tính

chất cơ lý, có kết luận chắc chắn rồi mới tiến hành thi công.

2.2.2 Bố trí vật liệu trong thân đập

Dựa theo nguyên tắc bố trí, có thể bố trí vật liệu trong thân đập như Hình 2. 1 [17], cụ

thể như sau:

- Đất có hệ số thấm k < 110-4 cm/s, không bị lún ướt, không bị tan rã, không trương nở

có thể bố trí ở bất kỳ vùng nào trong thân đập, loại đất này nếu có trữ lượng lớn thích

hợp cho việc thiết kế đập đồng chất;

- Đất có hệ số thấm k > 110-4 cm/s, hoặc bị lún ướt lớn, tan rã mạnh không được bố trí

ở vùng I và II, có thể bố trí ở vùng III với điều kiện cách ly nước thấm và tiêu thoát nước

tốt;

- Đất trương nở tự do mạnh, hệ số thấm k < 110-4 cm/s, không được bố trí ở vùng

A,B,III; có thể bố trí ở vùng C nhưng phải có biện pháp hạ thấp đường bão hòa và cách

ly tiêu thoát nước mưa tốt.

a) b)

Hình 2. 1 Bố trí vật liệu đất đắp trong thân đập

2.3 Một số giải pháp kỹ thuật để cải tạo đất đắp đập

Cải tạo đất đất đắp đập nhằm cải tạo những tồn tại của đất, đáp ứng những yêu cầu theo

thiết kế như: tăng sức chịu tải của đất; cải thiện một số tính chất cơ lý của đất yếu như

giảm tính thấm của đất, giảm tính tan rã của đất, tăng dung trọng khô của đất, đảm bảo

ổn định cho khối đất, giảm hệ số rỗng, giảm tính nén lún, tăng độ chặt, tăng trị số modul

biến dạng, tăng cường độ chống cắt của đất,.... Mục đích của các biện pháp cải tạo đều

làm tăng cường độ liên kết giữa các hạt đất và làm tăng độ chặt của đất nền nhằm đáp

ứng được yêu cầu của việc cải tạo đất. Hiện nay có rất nhiều phương pháp xử lý gia cố

đất như:

- Cải tạo đất bằng biện pháp cơ học: Làm chặt đất bằng búa đầm; xe lu; đầm rung;…

- Cải tạo đất bằng các phương pháp bổ sung thành phần hạt;

- Cải tạo đất bằng bằng các CKD vô cơ hoặc hữu cơ như XM; vôi; bitum;…

Để lựa chọn phương pháp cải tạo đất có ý nghĩa hết sức quan trọng, phải đảm bảo cả

yêu cầu cả về mặt kinh tế và kỹ thuật. Trong giới hạn nghiên cứu của luận án, tác giả

chỉ đề cập tới một số phương pháp cải tạo đất, bao gồm một số giải pháp như sau:

2.3.1 Giải pháp thay đổi thành phần cỡ hạt

Hiệu quả đầm chặt phụ thuộc vào thành phần cấp phối hạt. Đất có cấp phối tốt làm tăng

hiệu quả đầm chặt và làm cho đất có độ ổn định dẫn đến tăng tuổi thọ công trình.

Cải tạo đất bằng phương pháp bổ sung thành phần hạt dựa trên cơ sở sử dụng các loại

đất có tính chất khác nhau như: Sỏi, dăm sạn, cát, sét pha và sét. Đất cát, sỏi, dăm sạn

có đặc điểm là sức chống cắt lớn, do góc ma sát trong lớn; còn đất sét có sức chống cắt

lớn do lực dính lớn. Do đó, khi trộn các loại đất cát, dăm sạn và sét có thể nhận được

một hỗn hợp có độ bền chống cắt cao. Như vậy, khi trộn hai loại đất có thành phần hạt

khác nhau sẽ được một loại đất mới còn gọi là hỗn hợp đất tối ưu.

Khi thay đổi thành phần hạt, đường cong cấp phối hạt càng dốc thoải càng tốt và yêu

cầu đường cong không bị gãy khúc tức là không gián đoạn cỡ hạt. Hình 2. 2 [65] thể

hiện đường cong phân bố hạt theo Tiêu chuẩn Anh.

Hình 2. 2 Đường cong thành phần hạt

Từ Hình 2. 2 nhận thấy đường cong A đại diện cho cát hạt trung cấp phối xấu, vì đường

cong dốc đứng biểu thị phạm vi cỡ hạt là hẹp và phân lượng lớn nhất của đất khoảng

65% nằm trong phạm vi của cát hạt trung; đường cong B biểu thị vật liệu cấp phối tốt

do chứa phạm vi rộng cỡ hạt từ cát mịn đến cuội hạt trung, đất này được miêu tả là cát

cuội cấp phối tốt, vì cát và cuội đều chiếm khoảng 50%; đường cong C biểu thị cho đất

cấp phối tốt, chủ yếu là cát, bụi chiếm khoảng 20%, được miêu tả là cát chứa nhiều bụi;

đường cong D biểu thị cho đất bụi chứa nhiều cát; đường cong E biểu thị cho đất sét

chứa bụi.

2.3.2 Giải pháp cải tạo đất bằng chất kết dính

2.3.2.1 Vai trò của chất kết dính trong cải tạo đất

Khi sử dụng các CKD như vôi, XM,.. trộn vào đất, sẽ xảy ra những tương tác về hóa lý

giữa đất và CKD. Kết quả sẽ làm thay đổi về bản chất và tính chất cơ lý của đất.

CKD vô cơ gồm vôi và XM là các chất có dạng hạt mịn mà khi nhào trộn chúng với

nước hoặc các dung môi khác sẽ tạo thành hỗn hợp dẻo và xảy ra quá trình đông cứng

để chuyển hỗn hợp sang trạng thái rắn chắc và phát triển cường độ [64]. Trong quá trình

thủy phân, các CKD vô cơ có khả năng liên kết với các vật liệu rời thành một khối cứng

chắc.

Các CKD vô cơ khi đưa vào đất sẽ xảy ra quá trình hóa lý phức tạp, kết quả làm thay

đổi bản chất và tính chất cơ lý của đất [65]. Nhờ các phản ứng hóa học xảy ra trong đất

mà các mối liên kết kiến trúc mới được hình thành. Các mối liên kết này khá bền vững

đồng thời mật độ của đất tăng lên; kết quả làm cho độ bền của đất gia cố tăng; khả năng

thấm nước giảm; đất không bị trương nở, co ngót và tan rã.

2.3.2.2 Giải pháp cải tạo đất bằng phương pháp trộn ximăng

Sử dụng XM để cải tạo đất tạo thành hỗn hợp đất và ximăng (Đ-XM), hỗn hợp này có

có các mối liên kết kết tinh, tăng độ bền. Đồng thời giữa XM, đất và nước tạo thành một

hỗn hợp thống nhất. Qua việc làm chặt và biến cứng lâu dài trong môi trường ẩm, biến

hỗn hợp Đ-XM thành một vật thể toàn khối một cách bền vững.

Khi trộn XM vào đất, XM là CKD, còn các hạt đất là cốt liệu. Khi thiết kế thành phần

hỗn hợp Đ-XM cần nghiên cứu thành phần hạt của đất, cần phải nghiên cứu xác định

hàm lượng XM và xác định các chỉ tiêu cơ học của mẫu Đ-XM.

2.3.2.3 Giải pháp cải tạo đất bằng phương pháp trộn vôi

Đã từ lâu trên Thế giới đã sử dụng vôi để gia cố đất trong xây dựng giao thông và thủy

lợi. Khi trộn vôi vào đất có 2 tác dụng: i) Hút ẩm đối với đất phân tán nhỏ có độ ẩm cao;

ii) Làm giảm độ ẩm của đất và vôi đóng vai trò là CKD.

Trong thực tế thường gặp 2 loại vôi là vôi tôi và vôi không tôi. Vôi không tôi có ưu điểm

là khi tác dụng với nước có khả năng ngưng kết và đông cứng nhanh, có thể từ 510

phút, nhanh hơn từ 501000 lần so với vôi tôi; khi hyđrat hóa có khả năng hấp thụ một

lượng nước lớn (32100% khối lượng ban đầu) [65].

Hiệu quả của việc sử dụng vôi để cải tạo đất phụ thuộc vào hàm lượng vôi, hàm lượng

nhóm hạt sét và thành phần khoáng vật của đất.

2.3.3 Giải pháp cải tạo đất bằng phương pháp trộn Bitum

Bitum là CKD hữu cơ được sử dụng rộng rãi để gia cố đất, là chất keo dính, gồm các

vật chất cacbuahyđrô khác nhau và các dẫn xuất phi kim loại như ôxy, lưu huỳnh và

nitơ. Bitum có lực dính bề mặt lớn, dẻo, đàn hồi và ổn định dưới tác dụng của các yếu

tố khí quyển, là chất không tan trong nước, kỵ nước. Lực bám dính của bitum có ý nghĩa

quan trọng tạo nên hỗn hợp đất – bitum bền và ổn định. Tuy nhiên, nhược điểm của

bitum là kém ổn định ở nhiệt độ cao và bị biến dạng dưới tác dụng của tải trọng.

Khi trộn đều bitum vào đất, bitum sẽ tác dụng chủ yếu với các nhóm hạt sét, còn nhóm

hạt bụi và cát nhờ bitum mà chúng được kết dính, tích tụ lại dưới dạng ổ hoặc thấu kính

với hình dạng và kích thước khác nhau. Sự tác dụng giữa bitum và nhóm hạt sét dẫn đến

sự tạo thành hỗn hợp hấp thụ lẫn nhau. Hỗn hợp này có tính đàn hồi, có khả năng gắn

chặt các hạt đất và các hợp thể có kích thước lớn hơn.

Sự có mặt của nước kết hợp mặt ngoài có tác dụng tốt khi cải tạo đất bằng bitum, tạo

khả năng dính ướt cho bitum và bám lên bề mặt hạt đất.

Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng đất sau gia cố bằng bitum bao gồm thành phần hạt

và thành phần khoáng vật của hạt đất. Chất lượng của đất sau khi gia cố phụ thuộc vào

mác bitum và biện pháp thi công.

2.4 Cơ sở khoa học lựa chọn chất kết dính để cải tạo đất có tính thấm lớn và tính

tan rã mạnh

2.4.1 Tính thấm của đất

Sự chuyển động của chất lỏng trong môi trường đất, đá bị nứt nói chung gọi là thấm.

Khi xây dựng CTTL thường xuất hiện các hiện tượng thấm trong đất như: i) Thấm dưới

đáy; ii) Thấm vòng quanh công trình; iii) Thấm qua thân công trình;…

Hiện tượng thấm của đất phụ thuộc chủ yếu vào các yếu tố sau:

- Độ chặt hay độ rỗng của đất;

- Thành phần hạt và phân bố của đất;

- Hình dạng và kích thước của hạt đất;

- Độ bão hòa và sự có mặt của không khí;

- Loại đất, loại cation và bề dày lớp hấp phụ hút bám với khoáng vật sét (nếu có);

- Độ nhớt của nước phụ thuộc vào nhiệt độ.

2.4.2 Tính tan rã của đất

Tan rã là hiện tượng vật lý khi ngâm đất trong nước thì thành phần hạt sét của đất tan

trong nước dưới dạng keo. Đất bị tan rã là khi tiếp xúc với nước, phân hủy thành từng

cục, hòn, hạt hoặc từng khối sét lẫn cát không có hình dạng rõ rệt. Nguyên nhân của

hiện tượng tan rã là do trong đất có các lỗ rỗng là các khe nứt nhỏ, khi tiếp xúc với nước,

nước sẽ xâm nhập vào khe nứt và lỗ rỗng, tạo ra áp lực nước cục bộ, làm cho đất rời ra

thành từng cục nhỏ.

Có nhiều hình thức tan rã khác nhau như: Quá trình tan rã từ từ rồi tách ra thành từng

lớp mỏng hoặc các hạt cát; Có thể tách thành cục lớn rồi mới tan rã thành từng lớp hoặc

hạt, tập hợp hạt nhỏ. Nhưng thông thường đất sẽ tan rã thành từng cục lớn sau đó mới

tách nhỏ hơn [65].

Để đánh giá định lượng tính tan rã của đất cần xác định:

- Thời gian tan rã: Là thời gian mà một mẫu đất bị tan rã hoàn toàn hoặc ngừng tan rã;

- Tốc độ tan rã: Được tính bằng phần trăm đất bị tan rã so với mẫu ban đầu trong một

khoảng thời gian nhất định.

2.4.3 Thành phần khoáng vật của đất

Đất trong tự nhiên tồn tại ở dạng 3 pha: i) Pha rắn, gồm các hạt khoáng; ii) Pha lỏng,

gồm nước và chất hòa tan; iii) Pha khí. Tính chất của đất phụ thuộc vào tỷ lệ các pha và

tính chất của mỗi pha. Việc nghiên cứu đặc tính của từng pha là rất quan trọng, đặc biệt

là pha rắn. Thành phần khoáng vật của đất là một trong những đặc trưng quan trọng nhất

của pha rắn, giữ vai trò quyết định đến tính chất xây dựng của đất. Thành phần khoáng

vật ảnh hưởng đến kích thước, hình dạng và sự tương tác giữa các hạt đất và pha lỏng

trong đất. Tính chất cơ lý của đất có liên quan chặt chẽ với thành phần khoáng vật của

chúng [66].

Đất là sản phẩm của quá trình phong hóa vật lý và hóa học. Quá trình phong hóa chủ

yếu là phong hóa vật lý làm cho đá cứng bị vỡ. Các mạnh vỡ vụn được hình thành chưa

bị biến đổi về thành phần, được gọi là khoáng vật nguyên sinh. Dưới tác dụng của phong

hóa hóa học, một số hạn vụn do kém ổn định nên dễ bị biến đổi và chuyển thành khoáng

vật thứ sinh. Khoáng vật thứ sinh có thể ở dạng hòa tan hoặc không hòa tan, các khoáng

vật hòa tan thường bị dòng nước vận chuyển đi nơi khác. Các khoáng vật thứ sinh không

hòa tan tồn tại chủ yếu trong đất, đặc biệt là nhóm hạt sét. Ngoài các khoáng vật trên,

còn có các vật chất hữu cơ trong đất, được hình thành do sự tồn tại và hoạt động của các

sinh vật, sự có mặt của vật chất hữu cơ cũng làm cho đất loại sét có nhiều tính chất phức

tạp.

Các khoáng vật thứ sinh không hòa tan như SiO2, các ôxít dạng R2O3 bao gồm Al2O3 và

Fe2O3 tồn tại chủ yếu trong nhóm hạt sét, một phần ở dạng keo trong đất. Các khoáng

vật sét được thành tạo chủ yếu từ fenspat và mica phong hóa, là tên gọi chung của nhiều

loại khoáng vật hạt rất nhỏ, thuộc họ alumo silicat phức tạp của natri, magie và sắt, được

gọi là khoáng vật dạng lưới-lớp. Cấu trúc lưới lớp được tạo nên từ hai đơn vị cấu trúc

cơ sở là đơn vị khối bốn mặt gọi là khối tứ diện và đơn vị khối tám mặt là khối bát diện.

Đơn vị khối bốn mặt gồm một silic ở tâm với bốn ion ôxy bao quanh như Hình 2. 3a,

còn đơn vị khối tám mặt gồm ion ở tâm có thể là nhôm hay magiê, bao quanh là 6 ion

hyđroxyt như Hình 2. 3b. Trong cả hai trường hợp trên ion kim loại hóa trị dương tồn

a) Khối bốn mặt

b) Khối tám mặt

Hình không gian

Hình chiếu đứng

tại ở bên trong, còn ion phi kim loại hóa trị âm hình thành bên ngoài.

Hình 2. 3 Phân tố đơn vị của khoáng vật sét. a) Khối bốn mặt; b) Khối tám mặt

Cấu trúc như vậy làm cho ở bề mặt, nhất là ở chỗ góc cạnh sẽ còn một lượng điện còn

dư không được trung hòa, như vậy các hạt đất là những hạt mang điện, cụ thể những hạt

sét là những hạt mang điện âm [67]. Vì thế, những hạt sét này có thể hút vào bề mặt nó

, Ca++

, Mg++

hòa tan… và hút vào bề mặt hạt

những ion khác tính, thường là Na+, K+

những phân tử nước đã bị phân cực trong điện trường như Hình 2. 4.

Hình 2. 4 Phân tử nước bị phân cực trong điện trường

Tính chất này được gọi là tính hoạt động bề mặt của hạt. Tính hoạt động bề mặt của các

hạt nhỏ rất mãnh liệt, vì khi hạt càng nhỏ, tổng diện tích bề mặt càng lớn, nếu có 1% cỡ

hạt có đường kính d = 0,005 mm sẽ có bề mặt lớn gấp rưỡi bề mặt của 99% hạt có đường

kính d = 0,5mm [67]. Do vậy, chỉ cần đất có vài phần trăm hạt sét đã tạo nên những thay

đổi đến tính chất của đất.

Cấu trúc lớp tạo nên khi ôxy liên kết đồng hóa trị giữa các đơn vị. Vì thế, một lớp silic

như Hình 2. 5a tạo bởi khối bốn mặt được liên kết lại có công thức tổng quát

nSi4O18(OH)2. Các đơn vị khối tám mặt cũng liên kết với nhau tại đỉnh để hình thành

lớp, hoặc là lớp gipsit Al4(OH)6, trong đó Al3+ chiếm tại 2/3 vị trí trung tâm tạo nên cấu

trúc hai khối tám mặt như Hình 2. 5b; hay lớp bruxit Mg6(OH)6, trong đó ion Mg2+

chiếm tất cả các vị trí trung tâm tạo nên cấu trúc ba khối tám mặt như Hình 2. 5c; còn

các lớp của khối bốn mặt và tám mặt, các ion phía ngoài liên kết với nhau qua ion ôxy

hay hiđrôxit chung, do vậy có thể xảy ra hai cách bố trí khung và tạo thành cấu trúc hoặc

Ký hiệu

a) Lớp silic

Ký hiệu

b) Lớp gipxit

Ký hiệu

c) Lớp bruxit

Hai khối tám mặt

Ba khối tám mặt

Hai khối tám mặt

Ba khối tám mặt

d) Lưới hai lớp

e) Lưới ba lớp

hai lớp hoặc ba lớp như Hình 2. 5d và Hình 2. 5e.

Hình 2. 5 Cấu trúc lớp lưới

Khoáng vật sét có một số tính chất quan trọng như: i) Diện tích bề mặt; ii) Điện tích và

hấp thụ bề mặt; iii) Khả năng trao đổi cơ bản; iv) Sự kết bông và phân tán.

Diện tích bề mặt: Hạt sét càng nhỏ và càng bông thì diện tích bề mặt càng lớn.

Diện tích bề mặt được xác định theo công thức: 6d2 (mm2) (2- 1)

Trong đó: d là đường kính hạt, tính theo mm.

Khối lượng hạt tính bằng: d 3.Gs  10-3 (g) (2- 2)

Trong đó: Gs là trọng lượng riêng của hạt.

Tỷ số giữa diện tích bề mặt trên đơn vị khối lượng được gọi là bề mặt riêng Ss của đất.

Bề mặt riêng được xác định:

(2- 3)

Bề mặt riêng của các khoáng sét rất khác nhau, kaolinit là 10m2/g, Hiđromica là 80m2/g,

monmorilonit là 800m2/g, điều này ảnh hưởng rất lớn đến tính chất hóa lý của loại đất

sét [68].

Điện tích và hấp phụ bề mặt: Bề mặt của khoáng vật sét mang điện tích âm do các ion

O2- hoặc (OH)- hình thành trên bề mặt phẳng của chúng. Do phân tử nước lưỡng cực, có

một đầu mang điện dương và một đầu mang điện âm, nên một lớp phân tử nước được

giữ trên mặt khoáng vật sét bởi liên kết hydro (H3O)+, nằm sát bề mặt khoáng vật, các

phân tử nước được giữ lại gọi là lớp nước hấp phụ, nhưng càng xa bề mặt liên kết yếu

đi và nước lỏng hơn. Nước hấp phụ có tính chất khác với nước thường ở độ nhớt, mật

độ và điểm sôi cao hơn, điểm đóng băng thấp hơn. Do đó khi xác định độ ẩm của đất

sét, nên sấy khô đất ở nhiệt độ 105oC để không còn tồn tại nước hấp phụ [71].

Khả năng trao đổi cơ bản: Khả năng trao đổi cơ bản của khoáng vật là sự cân bằng điện

tích âm bề mặt không do nội bộ đáp ứng, có đơn vị là mili đương lượng cho mỗi 100g

(me/100g). Trạng thái cân bằng được thiết lập giữa các cation trong lớp hấp phụ với các

cation trong nước lỗ rỗng. Tỷ lệ tương đối các cation có thể thay đổi khi đưa các cation

khác nhau vào nước lỗ rỗng, do một số cation mạnh hơn. Cation mạnh hơn có thể thay

thế bằng các cation yếu hơn trong lớp hấp phụ. Khả năng thay thế của các loại cation

theo trật tự sau:

Al3+ > (H3O)+ > Ca2+ > Mg2+ > K+ > Na+ (2- 4)

Đất ở nơi khí hậu nhiệt đới có độ ẩm cao, tính axit của đất tăng lên do (H3O)+ thay thế

Ca2+; trong đất bao quanh bê tông mới đổ Ca2+ có xu hướng thay thế Na+. Sự thay thế

các cation làm tăng hay giảm bề dày lớp hấp phụ.

Sự kết bông và phân tán: Lực tác động giữa hai hạt kéo chúng lại gần nhau, ở dạng thể

huyền phù trong nước, chịu ảnh hưởng của hai nhóm lực: i) Lực liên kết thứ cấp hay lực

hấp dẫn giữa các hạt do lực Van der Waal; ii) Lực đẩy do bản chất mang điện tích âm

của bề mặt hạt và lớp hấp phụ. Lực hấp dẫn Van der Waal tăng nếu các hạt xích lại gần

nhau. Trong đất, khi lớp hấp phụ dày thì khả năng đẩy nhau lớn hơn và các hạt sẽ ở dạng

tự do hay phân tán. Còn khi lớp hấp phụ đủ mỏng thì lực hấp dẫn chiếm ưu thế và sẽ

xảy ra tiếp xúc cạnh với cạnh (âm với dương) hình thành nên nhóm hạt; trong huyền

phù các nhóm hạt này sẽ chìm lắng xuống gọi là quá trình kết bông và đất có hiện tượng

này được gọi là đất kết bông. Đất có kết bông có giới hạn chảy cao.

2.4.4 Quá trình hóa lý xảy ra khi trộn ximăng vào đất

Khi trộn XM vào đất, lúc này XM đóng vai trò là CKD còn các hạt đất là cốt liệu. Quá

trình hóa rắn của đất được pha trộn một lượng XM diễn ra phức tạp, không giống như

quá trình hóa rắn của bê tông XM hay vữa XM là nhờ sự thủy phân. Ở đây, quá trình

hóa rắn được diễn ra trong môi trường hoạt tính của vật liệu hạt mịn có các thành phần

khoáng khác nhau; Làm thay đổi quá trình hóa rắn bình thường của XM, ảnh hưởng đến

cường độ và độ ổn định của hỗn hợp Đ-XM.

Khi đất đã được pha trộn XM sẽ biến thành một loại vật liệu nhân tạo mới và xảy ra hai

quá trình kiểm hóa và quá trình thứ sinh [65]:

1/ Quá trình kiềm: Là quá trình thủy phân hyđrat hóa XM, thành phần của XM gồm các

clinke chủ yếu sau:

Silicat tri canxi 3CaO.SiO2 (C3S) 3738%

Silicat đi canxi 2CaO.SiO2 (C2S) 1517%

Aluminat tri canxi 3CaO.Al2O3 (C3A) 715%

Feroaluminat têtra canxi 4CaO. Al2O3 Fe2O3 (C4A5) 1018%

Ngoài ra còn có: CaO, MgO, CaSO4,…

Khi gặp nước trong đất, các clinke bị thủy phân, trong đó C3S bị thủy phân đầu tiên. Sản

phẩm của sự thủy phân này phụ thuộc vào nồng độ CaO trong dung dịch nước lỗ rỗng.

- Khi nồng độ CaO < 0.08 g/l thì C3S bị thủy phân hoàn toàn tạo ra Ca(OH)2 và gel

silic;

- Khi nồng độ CaO = 0.080.12 g/l thì C3S sẽ tạo ra hyđrô silicat canxi dạng CSH(B),

có công thức hóa học: (0.81.5)CaO.SiO2.(0.50.25)H2O và Ca(OH)2;

- Khi trong dung dịch có Ca(OH)2 quá bão hoà thì C3S sẽ bị thủy phân tạo ra hyđrô

silitcat canxi kiểu C2SH2, có công thức hóa học:

(1.72.0) CaO.SiO2.(2.40.25)H2O và Ca(OH)2 ở dạng rắn.

Sự thủy phân C3S tạo ra môi trường kiềm cao và tạo điều kiện thuận lợi để các hợp chất

clinke khác bắt đầu thủy phân.

Sản phẩm khi thủy phân C2S thay đổi phụ thuộc vào nồng độ pha lỏng, trong điều kiện

đủ nước C2S sẽ chuyển hóa thành CSH(B).

Các hợp chất C3A, C4(AF) cũng bị thủy phân và tạo ra hyđroaluminat canxi và

hyđroferat canxi, theo các phương trình hóa học sau:

(2- 5) 3CaO.Al2O3 + 6H2O → 3CaO.Al2O3.6H2O

4CaO.Al2O3.Fe2O3 + nH2O → 3CaO.Al2O3.6H2O + 4CaO.Fe2O3.mH2O (2- 6)

Ngoài ra, aluminat canxi còn tác dụng với gốc sunphat có trong thành phần của XM để

tạo ra hyđrôsunphat aluminat canxi (CaO.Al2O3.3CaSO4.31H2O). Như vậy, kết quả của

sự thủy phân XM sẽ cho các sản phẩm:

- Hyđrô silicat canxi ở 2 dạng: CSH(B) và C2SH2;

- Hyđrô aluminat canxi: 3CaO.Al2O3.6H2O;

- Hyđroferat canxi: 4CaO.Fe2O3.mH2O;

- Hyđrôsunphat aluminat canxi: 3CaO.Al2O3.3CaSO4.31H2O;

- Hyđrô canxi Ca(OH)2 và nhiều hợp chất khác.

Các sản phẩm tạo ra sẽ kết tinh, tạo nên độ bền của XM với đất.

2/ Quá trình thứ sinh:

Trong đất, các hạt sét có thành phần khoáng vật chủ yếu là hyđrômica, Kaolimit,

monmoriloit. Thành phần hóa học chính của khoáng vật này là SiO2 và Al2O3. Ở điều

kiện bình thường các khoáng vật này khá bền vững, hòa tan kém, song trong môi trường

kiềm, có độ pH cao thì dễ bị hòa tan dẫn đến sự phá hủy các khoáng vật. Các ôxit silic,

nhôm ở dạng hòa tan là yếu tố tạo nên một phần vật liệu gắn kết và đông cứng, nhằm

làm tăng cường độ Đ-XM.

Căn cứ vào hai quá trình diễn ra trong các lớp đất như trên, để cải tạo các tính chất vật

lý, cũng như các chỉ tiêu cơ học của đất để đáp ứng yêu cầu sử dụng.

2.4.5 Quá trình hóa lý xảy ra khi trộn vôi

Cải tạo đất bằng CKD vôi là sử dụng các sản phẩm của vôi như vôi sống CaO hoặc

Ca(OH)2. Khi trộn đất với vôi bột chưa tôi, vôi có tác dụng hút ẩm làm giảm độ ẩm của

đất đồng thời vôi đóng vai trò tạo CKD. Thành phần hóa học của vôi là CaO, khi trộn

vôi vào đất quá trình thủy hóa xảy ra như sau:

(2- 7) CaO + H2O → Ca(OH)2 + 15.3 Kcal

Năng lượng sinh ra có tác dụng làm giảm độ ẩm đất. Sự tăng độ bền của đất ở thời kỳ

đầu là do sự thành tạo của Ca(OH)2 với các hạt SiO2 phân tán nhỏ:

(2- 8) SiO2 +xCa(OH)2 + nH2O → xCaO.SiO2(n+1)H2O

Tiếp đến là do sự hình thành và bền vững hyđroxit silicat, cacbonat hóa, hyđrôxit canxi

và magiê. Quá trình cacbonat hóa Ca(OH)2 xảy ra dưới tác dụng của khí CO2 trong

không khí với nước:

(2- 9) Ca(OH)2 + H2O + CaO → CaCO3

Ngoài ra còn phải kể đến các phản ứng trao đổi trong đất.

2.4.6 Cơ sở khoa học lựa chọn chất kết dính vô cơ để cải tạo đất có tính thấm và tính

tan rã

Trong đất có thành phần hạt sét, mà hạt sét luôn mang điện tích âm được cân bằng với

các hạt mang điện tích dương phân bố xung quanh hạt. Khi đất sét ở trạng thái khô, lực

liên kết của hạt sét mang điện tích âm với các ion dương như Na++, Mg++, K+ và Ca++ rất

bền vững. Khi nước bổ sung vào đất, các ion luôn chuyển động làm thay đổi lực tương

tác giữa các khoáng sét, mà các ion này lại là nhân của kết cấu tấm của khoáng sét. Sự

thay thế các ion giữa các tấm của khoáng sét là phổ biến và phụ thuộc vào các yếu tố

- Hóa trị: Nguyên tử có hoá trị cao hơn thay thế cho nguyên tử hoá trị thấp;

- Mật độ các ion: Trong môi trường giàu một loại ion;

- Độ mạnh của ion: Các ion có điện tích cao sẽ thay thế các ion có điện tích thấp hơn.

Trật tự thay thế các ion như sau:

Na+ < K+ < Mg++ < Ca++ < Al+++ < Fe+++

Với môi trường giàu ion Na+ nếu ta cho thêm các ion Ca++ vào thì có sự thay thế giữa

chúng, làm cho sự can thiệp của Na+ ở lớp áo điện tích giảm đi, chiều dày lớp khuyếch

tán đôi giảm nhỏ, lực hút tĩnh điện giữa các hạt sét tăng lên và giảm khả năng bị tan rã

của đất sét [70]. Lớp khuyếch tán đôi bao quanh khoáng sét được thể hiện qua Hình 2.

6 [70].

Hình 2. 6 Cấu tạo lớp khuếch tán đôi quanh hạt sét

Các loại đất có tính thấm lớn và tan rã mạnh thường giàu hàm lượng Na, Mg, khi hàm

lượng iôn Na+ đủ lớn thì ion Na+ có thể thay thế iôn Ca++. Khi iôn Na+ tập trung gần bề

mặt khoáng sét thì nó tham gia trực tiếp vào lớp khuyếch tán đôi, làm chiều dày lớp này

tăng lên. Vì vậy giải pháp hữu hiệu là phải thay thế loại ion này bằng các iôn khác trong

dãy, tác giả lựa chọn ion thay thế là ion Ca++. Điều này có thể thực hiện được bằng cách

bổ sung hợp chất giàu can xi vào đất, vật liệu thông dụng là vôi bột hoặc XM.

Nếu giảm được chiều dày của lớp khuyếch tán đôi, tức là tăng lên lực hút bám Vall Der

Wall khi các hạt sét xích lại gần nhau. Khi tăng hàm lượng iôn Ca++ lên tức là giảm tỉ lệ

các iôn Na+ xuống cũng đồng nghĩa với việc thay thế iôn có trong đất. Vì vậy, biện pháp

hữu hiệu là trộn một trong các hợp chất sau vào đất như: Can xi ôxit CaO, can xi hydrô

xít Ca(OH)2, hoặc các chất khác giàu Ca sẽ thay đổi căn bản tính tan rã và tính thấm của

đất. Hàm lượng sử dụng trộn vào đất phụ thuộc vào loại đất, độ chặt đầm nén, hàm lượng

muối tan trong nước, phương pháp thi công,...

Một số nghiên cứu trước đã chỉ ra rằng khi cải tạo đất yếu bằng vôi và XM với hàm

lượng từ 2  8% so với khối lượng thể tích đất khô sẽ làm tăng cường độ kháng nén của

đất [58], [62]. Vì vậy, trong nghiên cứu của luận án tác giả sẽ tập trung nghiên cứu ảnh

hưởng của hàm lượng XM và vôi đến tính thấm và tính tan rã của đất, cụ thể hàm lượng

XM và vôi được sử dụng trong nghiên cứu này sẽ nhỏ hơn 9%. Đây là một trong những

nội dung tác giả sẽ nghiên cứu thực nghiệm ở chương 3.

2.5 Cơ sở khoa học lựa chọn hạt thô để tăng dung trọng khô của đất

Có rất nhiều nghiên cứu để tăng dung trọng khô của đất như phương pháp đầm chặt,

phương pháp này đơn giản, đỡ tốn kém. Tuy nhiên, hiệu quả đầm chặt lại phụ thuộc rất

nhiều vào độ ẩm, thành phần cấp phối hạt của đất đắp và công cụ đầm nén. Theo các

nghiên cứu trước phương pháp đầm chặt chỉ áp dụng hiệu quả khi hàm lượng sét bé hơn

15% [66]. Thêm vào đó trong đất sét (đất dính) thường tồn tại bọc khí hay túi khí làm

ảnh hưởng đến quá trình ép co dưới tác dụng của lực bên ngoài [71], cần hạn chế sự tồn

tại của các túi khí, làm tăng tính thông khí của đất, do tính thông khí phụ thuộc vào thành

phần hạt và độ rỗng của đất [66].

Ngoài ra, dung trọng khô của đất được xác định theo công thức (2-10) [29]:

(2-10)

tm: Dung trọng khô toàn mẫu của hỗn hợp đất thô mịn;

Trong đó:

m: Dung trọng khô toàn mẫu của phần đất mịn;

c

t: Dung trọng khô toàn mẫu của đơn thể hạt thô;

c

N: Hàm lượng hạt thô trong mẫu đất;

Theo công thức (2-10) khi tăng hàm lượng hạt thô thì dung trọng khô của hỗn hợp đất

thô mịn sẽ tăng.

Một số nghiên cứu trước đã chỉ ra rằng khi hàm lượng hạt thô nhỏ hơn hoặc bằng 50%,

hệ số thấm của đất thay đổi không đáng kể, nhưng khi hàm lượng hạt thô lớn hơn 50%

hệ số thấm của đất tăng nhanh [29], [66]. Vì vậy để tăng dung trọng khô của đất, hàm

lượng hạt thô sử dụng trong nghiên cứu sẽ nhỏ hơn 50%, để lựa chọn hàm lượng hạt thô

hợp lý trộn vào đất tác giả sẽ nghiên cứu thực nghiệm ở chương 3.

2.6 Kết luận chương 2

Nghiên cứu vật liệu đắp đập ở Tây Nguyên và một số giải pháp kỹ thuật cơ bản để cải

tạo đất đắp đập như phương pháp thay đổi thành phần hạt và phương pháp sử dụng CKD

để cải thiện tính chất cơ lý của đất. Từ việc phân tích hiện tượng thấm, tan rã, thành

phần khoáng vật của đất và nghiên cứu quá trình hóa lý xảy ra khi trộn vôi và XM vào

đất, để từ đó làm cơ sở khoa học lựa chọn các giải pháp thích hợp nhằm cải thiện một

số chỉ tiêu cơ lý và tính chất đặc biệt của đất theo yêu cầu sử dụng. Với mục tiêu nghiên

cứu đề ra, tác giả lựa chọn các giải pháp để cải thiện một số chỉ tiêu cơ lý và tính chất

đặc biệt của đất như sau: i) Lựa chọn giải pháp sử dụng CKD là XM và vôi để giảm tính

thấm và tính tan rã của đất; ii) Lựa chọn giải pháp thay đổi thành phần hạt, cụ thể lựa

chọn giải pháp bổ sung thêm hàm lượng hạt thô để gia cố đất nhằm nâng cao dung trọng

khô của đất. Đó là những cơ sở khoa học cho tác giả nghiên cứu thực nghiệm để cải

thiện một số chỉ tiêu cơ lý của vật liệu bồi tích trẻ ở chương 3.

NGHIÊN CỨU CẢI THIỆN MỘT SỐ CHỈ TIÊU CƠ LÝ CỦA VẬT LIỆU BỒI TÍCH TRẺ ĐỂ NÂNG CẤP ĐẬP ĐẤT Ở TÂY NGUYÊN

3.1 Đặt vấn đề

Kết quả nghiên cứu ở chương 1 và chương 2 cho thấy đập đất khu vực Tây Nguyên

thường là đập đất vừa và nhỏ, đã xây dựng cách đây khá lâu, vì vậy nhiều công trình đã

xuống cấp và không đáp ứng được nhu cầu dùng nước theo thiết kế. Mặt khác CTTL ở

Tây Nguyên lại phân bố rải rác trong khu vực, việc sử dụng VLTC để nâng cấp đập đất

là nhu cầu cấp bách do khi sử dụng VLTC gần công trình thi công sẽ giảm được giá

thành vận chuyển, hơn nữa khối lượng vật liệu sử dụng cho việc nâng cấp là không lớn.

Nhưng những nguồn vật liệu nguyên thổ có thể sử dụng để nâng cấp đập và được nhiều

tác giả nghiên cứu đã được quy hoạch, sử dụng cho việc trồng cây nông nghiệp, công

nghiệp. Vì vậy, việc nghiên cứu nguồn vật liệu mới, cụ thể là những nguồn vật liệu bồi

tích trẻ là nhu cầu cấp thiết. Tuy nhiên, những nguồn vật liệu này thường có một số chỉ

tiêu cơ lý và tính chất đặc biệt không đáp ứng được nhu cầu nâng cấp, xây dựng đập đất.

Chương này tác giả sẽ tập nghiên cứu thực nghiệm trong phòng để xác định các chỉ tiêu

cơ lý và tính chất đặc biệt của một số loại vật liệu bồi tích trẻ điển hình, để từ đó làm cơ

sở để cải tạo đất nhằm đáp ứng nhu cầu nâng cấp, xây dựng đập. Trong phạm vi nghiên

cứu của luận án, tác giả nghiên cứu cải tạo đất có một số chỉ tiêu không đáp ứng được

nhu cầu nâng cấp, xây dựng bao gồm: i) Đất có tính thấm lớn; ii) Đất có tính tan rã

mạnh; iii) Đất có dung trọng khô nhỏ.

3.2 Lựa chọn mẫu đất và phương pháp nghiên cứu mẫu đất trong khu vực Tây

Nguyên

3.2.1 Lựa chọn mẫu đất nghiên cứu

3.2.1.1 Tiêu chí lựa chọn mẫu đất nghiên cứu

Để lựa chọn mẫu đất nghiên cứu, cần căn cứ vào các tiêu chí sau:

- Vật liệu có trong vùng Tây Nguyên và có trữ lượng lớn;

- Điều kiện khai thác vật liệu thuận lợi, gần khu vực công trình thi công;

- Mẫu đất nghiên cứu cần phải phù hợp hoặc tương đồng với yêu cầu nâng cấp, sửa chữa

của đập đất đầm nén.

3.2.1.2 Lựa chọn loại mẫu đất nghiên cứu

Qua nghiên cứu ở chương 2, mục 2.1 nhận thấy đất khu vực Tây Nguyên được chia làm

hai loại đất: Đất aluvi và đất sườn tàn tích, tàn tích trên các nền đá khác nhau. Vì thế,

các loại đất nguyên thổ này thường được sử dụng để xây dựng đập đất đầm nén từ cách

đây 3040 năm trước.

Căn cứ vào quá trình khảo sát thực tế về đập đất hiện đã được xây dựng trong khu vực

Tây Nguyên, thì thường sử dụng hai loại đất để đắp đập đó là: đất đỏ bazan và đất có

chứa vón kết laterit, tức là một loại đất có thành phần hạt mịn chiếm đa số và một loại

đất có chứa nhiều dăm sạn.

Căn cứ về nguồn vật liệu bồi tích trẻ được hình thành do sự tích tụ của dòng chảy thường

nằm ở rải rác ở ven sông suối, hồ đập hoặc được hình thành do sự bồi lắng của lòng hồ

về trữ lượng. Do vậy, tác giả lựa chọn hai loại đất bồi tích trẻ điển hình ở khu vực Tây

Nguyên theo thành phần hạt như sau để nghiên cứu: i) Loại I: nhóm đất hạt mịn; ii) Loại

II: nhóm đất chứa nhiều dăm sạn. Sau đó, tác giả tiến hành nghiên cứu thực nghiệm cho

một số loại đất điển hình đại diện cho loại đất nghiên cứu như sau:

- Mẫu đất MA được lấy tại bãi vật liệu A gần khu vực hồ chứa nước Tân Sơn (Gia Lai)

đại diện cho nhóm đất loại I có đường kính hạt nhỏ chiếm đa số;

- Mẫu đất MB và MC được lấy tại bãi vật liệu B và C gần khu vực hồ chứa nước Eamlô

và Buôn Sa (Đắk Lăk) đại diện cho nhóm đất loại II có đường kính hạt lớn hơn 2mm

chiếm đa số.

3.2.2 Phương pháp nghiên cứu

Để có cơ sở khoa học xác định hàm lượng CKD và hàm lượng dăm sạn hợp lý sử dụng

cho việc cải thiện một số chỉ tiêu cơ lý và tính chất đặc biệt của đất, cần tiến hành nghiên

cứu các thí nghiệm trong phòng xác định các chỉ tiêu ban đầu của đất, bao gồm:

- Thí nghiệm về các thành phần hạt;

- Thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý;

- Thí nghiệm các tính chất đặc biệt của đất.

Từ đó đối chiếu với các tiêu chuẩn thiết kế, thi công đập đất đầm nén hiện hành để cải

tạo một số chỉ tiêu cơ lý của đất không thỏa mãn với tiêu chuẩn, bằng cách thí nghiệm

để xác định các tỷ lệ pha trộn hợp lý của XM, vôi và dăm sạn đáp ứng các tiêu chuẩn

hiện hành.

Các thí nghiệm được tác giả thực hiện trong phòng thí nghiệm Địa kỹ thuật trường Đại

học Thủy lợi, Hà Nội. Nội dung thực hiện bao gồm:

3.2.2.1 Lấy mẫu, đóng gói, bảo quản và vận chuyển

Mẫu vật liệu bồi tích trẻ MA, MB và MC lần lượt được lấy tại các bãi vật liệu A, B và

C gần các vị trí khu vực hồ đập Tân Sơn (Gia Lai), Eamlô và Buôn Sa (Đăk Lắk) tiến

hành lấy mẫu, đóng gói, bảo quản mẫu và vận chuyển mẫu về phòng Thí nghiệm Địa kỹ

thuật trường Đại học Thủy lợi, Hà Nội theo đúng TCVN 2683-2012 [72].

3.2.2.2 Nội dung thực hiện thí nghiệm

a/ Thành phần hạt của đất

Thành phần hạt thể hiện sự phân bố cỡ hạt đất, đất có cấp phối tốt thì các cỡ hạt được

phân bố rộng, còn đất có cấp phối xấu hay không đồng nhất thì chỉ chứa các cỡ hạt trong

phạm vi hẹp. Thí nghiệm thành phần hạt để vẽ được đường cong thành phần hạt hay xác

định đặc trưng thành phần hạt, từ đó phân tích định lượng thêm đường cong thành phần

hạt làm cơ sở miêu tả đất. Các đặc trưng thành phần hạt thể hiện trên Hình 3. 1.

Hình 3. 1 Các đặc trưng thành phần hạt

Trong đó:

D10- là đường kính hạt mà hàm lượng chứa các hạt nhỏ hơn và bằng nó chiếm 10% khối

lượng khô của đất, còn gọi là đường kính có hiệu hoặc đường kính tác dụng, mm;

D60- là đường kính hạt mà hàm lượng chứa các hạt nhỏ hơn và bằng nó chiếm 60% khối

lượng khô của đất, còn gọi là đường kính kiểm tra, mm;

D30- là đường kính hạt mà hàm lượng chứa các hạt nhỏ hơn và bằng nó chiếm 30 % khối

lượng khô của đất, mm;

Từ đó đánh giá mức độ không đồng nhất về thành phần hạt, dùng hệ số không đồng đều

CU hoặc hệ số cấp phối Cc:

(3- 1)

(3- 2)

Tiến hành thí nghiệm theo TCVN 4198-2014 [73].

b/ Độ ẩm tự nhiên của đất (Wo)

Độ ẩm tự nhiên của đất được xác định bằng tỷ số giữa khối lượng nước và khối lượng

hạt trong một mẫu đất.

(3- 3)

Trong đó: Wo là độ ẩm tự nhiên của đất; Mw là khối lượng nước chứa trong mẫu đất, tính

bằng gam (g); Ms là khối lượng của đất đã được sấy khô đến khối lượng không đổi tính

bằng gam (g).

Tiến hành thí nghiệm xác định các thông số Mw và Ms theo TCVN 4196:2012 [74].

c/ Giới hạn dẻo (WP) và giới hạn chảy của đất (WL)

Giới hạn dẻo (WP) của đất tương ứng với độ ẩm có kết cấu bị phá hoại chuyển từ trạng

thái cứng dang trạng thái dẻo. Giới hạn dẻo được đặc trưng bằng độ ẩm (tính bằng %)

của đất sau khi đã nhào trộn đều với nước và lăn thành que có đường kính 3mm, thì que

bắt đầu rạn nứt và đứt thành đoạn ngắn có chiều dài khoảng từ 3 đến 10mm. Tiến hành

thí nghiệm theo [75].

Giới hạn chảy (WL) của đất tương ứng với độ ẩm loại đất có kết cấu bị phá hoại chuyển

từ giới hạn chảy dẻo sang giới hạn chảy. Giới hạn chảy được đặc trưng bằng độ ẩm, tính

bằng phần trăm (%) của bột đất nhào với nước mà ở đó quả dọi thăng bằng hình nón

dưới tác dụng của trọng lượng bản thân sau 10s sẽ lún sâu hơn 10 mm. Trình tự thí

nghiệm tiến hành theo [75].

d/ Thí nghiệm các chỉ tiêu cơ học của đất

Trước khi tiến hành thí nghiệm các chỉ tiêu cơ học, các mẫu vật liệu cần được xác định

làm cở sở để tính toán chế bị mẫu thí nghiệm. Các mẫu được chế

các chỉ tiêu đầm nén tiêu chuẩn. Sau đó sử dụng các giá trị độ ẩm tốt nhất Wopt và dung

trọng khô lớn nhất c

bị với độ chặt K = 0.95 [29]. Đem các mẫu chế bị được dưỡng hộ trong bình hút ẩm 3

ngày sau đó làm bão hòa mẫu bằng cách ngâm trong hộp nén Oedometer với thời gian

3 ngày. Để đảm bảo mẫu chế bị không bị trương nở thì trong quá trình bão hòa cần phải

tác dụng áp lực nén 10kPa lên bề mặt của mẫu thí nghiệm, do áp lực nén 10kPa là thích

hợp cho nhiều loại đất mà độ trương nở của nó là không đáng kể. Sau đó các mẫu chế

bị này được tiến hành các thí nghệm xác định các chỉ tiêu cơ học bao gồm cắt trực tiếp,

nén và thấm.

Hình 3. 2 Các mẫu đất sau khi chế bị

- Độ ẩm tốt nhất Wopt và dung trọng khô lớn nhất c

Ứng với dung trọng khô lớn nhất có độ ẩm tốt nhất (Wop). Trình tự thí nghiệm được tiến

hành theo [76].

- Thí nghiệm cắt phẳng

Nhằm xác định sức chống cắt của đất, biểu thị qua hai thông số góc ma sát trong  và

lực dính đơn vị C, tiến hành thí nghiệm theo [77].

Hình 3. 3 Máy cắt phẳng xác định lực dính C và góc ma sát trong 

- Hệ số nén lún (a1-2) và môđun biến dạng (E1-2)

Dựa vào định luật nén lún để xác định hệ số nén lún a1-2 và mô đun biến dạng của đất

E1-2. Trình tự thí nghiệm xác định các thông số này được tiến hành theo [78].

Hình 3. 4 Thí nghiệm tính nén lún của đất

- Tính thấm của đất

Hệ số thấm được xác định bằng phương pháp cột nước thay đổi theo điều 4.1 của [79]

như sau:

Lựa chọn phương pháp thí nghiệm: Thí nghiệm thấm trong phòng có thể thực hiện theo

phương pháp cột nước không đổi hoặc phương pháp cột nước thay đổi theo thời gian. Ở

đây, hệ số thấm của đất trầm tích nhỏ nên để đảm bảo sự chính xác của kết quả thí

nghiệm, tác giả lựa chọn phương pháp thí nghiệm thấm cột nước thay đổi theo mô hình

thấm Nam Kinh.

Trình tự thí nghiệm:

Bước 1: Hiệu chỉnh và chuẩn bị dụng cụ thí nghiệm;

Bước 2: Chuẩn bị mẫu;

Bước 3: Tiến hành thí nghiệm mẫu;

Bước 4: Tính toán hệ số thấm.

Tính toán hệ số thấm: Hệ số thấm của đất k (cm/s) được xác định theo công thức:

(3- 4)

Trong đó:

a - tiết diện ngang của ống đo áp (cm2);

L - chiều dài đường thấm của mẫu đất (cm);

F - tiết diện thấm của mẫu đất (cm2);

H1 - chiều cao cột nước ban đầu trong ống đo áp, cm;

H2 - chiều cao hạ cột nước trong ống đo áp sau thời gian đo thấm t (cm);

t - thời gian đo thấm ứng với cột nước từ H1 hạ xuống H2 (giây).

e/ Thí nghiệm xác định các tính chất đặc biệt của đất

- Tính trương nở: Trương nở là sự tăng thể tích của đất trong quá trình thấm nước. Sự

trương nở là kết quả của sự thuỷ hợp của đất và nước, tạo ra nước liên kết yếu trong đất

làm giảm lực dính giữa các hạt, phân ly các hạt tạo ra sự tăng thể tích của đất.

Mức độ trương nở (Dtr.n) được xác định bởi sự thay đổi chiều cao (hoặc thể tích) mẫu

đất.

Áp lực trương nở (Ptr.n) là ứng suất phát sinh trong đất, do trương nở bị kìm hãm hoàn

toàn bởi tải trọng phản áp vừa đủ làm cho đất không có biến dạng nở.

Độ ẩm trương nở là độ ẩm của đất tương ứng với độ trương nở lớn nhất, ký hiệu là WTr.n,

biểu thị bằng % khối lượng.

Các đặc trưng trương nở của đất được xác định bằng phương pháp thí nghiệm trương nở

theo phương thẳng đứng và không cho nở hông, tiến hành thí nghiệm theo [80].

Hình 3. 5 Thí nghiệm xác định các đặc trưng trương nở của đất

Để đánh giá tính trương nở của đất, thường dựa vào Tiêu chuẩn Nga theo Bảng 3. 1.

Bảng 3. 1 Phân loại đất trương nở theo tiêu chuẩn Nga (Snhip) CHИП 2-05-08-1985

Phân loại Không trương nở Trương nở yếu Trương nở trung bình Trương nở mạnh Độ trương nở tương đối Dtr.n (%) Dtr.n < 4 4 < Dtr.n < 8 8 < Dtr.n < 12 Dtr.n > 12

- Tính tan rã: Tan rã thể hiện khi ngâm đất trong nước thì đất bị phá vỡ kết cấu. Có thể

đánh giá mức độ tan rã ở 2 chỉ tiêu: Độ tan rã của đất là mức độ kết cấu của đất bị phá

hủy khi ngâm trong nước, ký hiệu là Dtr, biểu thị bằng phần trăm (%), đất có độ tan rã

càng lớn thì càng kém ổn định ở trong nước và thời gian tan rã là thời gian từ lúc bắt

đầu cho đến khi kết thúc tan rã.

Độ tan rã và thời gian tan rã của đất được xác định theo [81].

Hình 3. 6 Thí nghiệm xác định tính tan rã của đất

- Độ co ngót của đất: Nhằm xác định độ giảm thể tích của đất khi bị hong khô trong

không khí ở trong phòng. Độ co ngót của đất thể hiện qua độ co ngót thể tích Dc.ng và

độ ẩm giới hạn co ngót Wc.ng của đất. Xác định các thông số này theo [82].

3.2.3 Thời gian và khối lượng mẫu thí nghiệm

Các thí nghiệm được thực hiện từ tháng 8 năm 2015 đến tháng 7 năm 2017. Với mỗi chỉ

tiêu thí nghiệm tác giả tiến hành thí nghiệm trên 03 mẫu, sau khi thí nghiệm tiến hành

đánh giá sai số đối với mỗi chỉ tiêu thí nghiệm theo tiêu chuẩn thí nghiệm hiện hành, kết

quả thí nghiệm sẽ được lấy bằng giá trị bình quân của các kết quả thí nghiệm.

Bảng 3. 2 Bảng thống kê thí nghiệm trong phòng

Công tác Đơn vị STT Mẫu đất

Tổ mẫu Khối lượng 60

1 MA Tổ mẫu 270

Tổ mẫu 60

2 MB Tổ mẫu 32

Tổ mẫu 60

3 MC Tổ mẫu 42 Thí nghiệm 20 chỉ tiêu Thí nghiệm các chỉ tiêu c, Wop, E1-2, k, φ, C với các mẫu chế bị theo hàm lượng dăm sạn khác nhau Thí nghiệm 20 chỉ tiêu Thí nghiệm các chỉ tiêu tan rã và k, φ, C,a1-2, E1-2 với các mẫu chế bị theo hàm lượng xi măng khác nhau Thí nghiệm 20 chỉ tiêu Thí nghiệm các chỉ tiêu k, φ, C, a1-2, E1-2 với các mẫu chế bị theo hàm lượng xi măng và vôi khác nhau

3.3 Kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý và tính chất đặc biệt của mẫu vật liệu sử

dụng để nâng cấp đập

3.3.1 Thành phần hạt của đất

Kết quả thí nghiệm thành phần hạt của đất được thể hiện trong Bảng 3. 3. Với các mẫu

vật liệu nghiên cứu là MA, MB và MC lần lượt là tên gọi của 3 mẫu đất lần lượt được

lấy tại ba bãi vật liệu A, B và C ở gần vị trí hồ đập Tân Sơn, hồ đập Eamlô và hồ đập

Buôn Sa.

Bảng 3. 3 Thành phần hạt của đất thí nghiệm

Nhóm hạt (%) Dăm sạn (>2 mm) Cát (0.05-2mm) Sét (<0.005mm) Bụi (0.005- 0.05mm)

Tên mẫu đất MA 39.32 24.34 0.33 36.0

17.33 15.65 33.36 33.65

18.11 13.65 48.16 20.08

Hình 3. 7 Đường cong cấp phối của 3 mẫu đất nghiên cứu

Kết quả phân tích thành phần hạt của các mẫu đất thí nghiệm lần lượt có các đường kính

cỡ hạt như sau:

Mẫu đất MA: D60 = 0.03  0.04 mm; D30 = 0.005  0.006 mm; D10 = 0.0005  0.001

mm;

Mẫu đất MB: D60 = 0.8  1.0 mm; D30 = 0.02  0.1 mm; D10 = 0.003  0.004 mm;

Mẫu đất MC: D60 = 5.0  6.0 mm; D30 = 0,03  0.06 mm; D10 = 0.004  0.005 mm.

Các hệ số đồng đều và hệ số cấp phối được xác định theo công thức (3-1) và (3-2):

và

Theo kết quả thí nghiệm thành phần hạt trong Bảng 3. 3, xác định các hệ số đồng đều

và hệ số cấp phối của từng mẫu đất thí nghiệm như sau:

- Mẫu đất MA: Cu = 67 và Cc = 0.51.5

- Mẫu đất MB: Cu = 250266 và Cc = 0.22.5

- Mẫu đất MC: Cu = 12001250 và Cc = 0.10.5

Như vậy, theo TCVN 8217-2009 đất có chất lượng cấp phối tương đối tốt do chỉ thỏa

mãn về hệ số không đồng nhất nhưng chưa hoàn toàn thỏa mãn về hệ số cấp phối [83].

Tuy nhiên, để biết xem loại đất trên có thể sử dụng vào việc xây dựng, nâng cấp và sửa

chữa đập thỏa mãn các tiêu chuẩn thiết kế hiện hành, cần phải xác định thêm các chỉ

tiêu vật lý, các chỉ tiêu cơ học và các tính chất đặc biệt của đất.

3.3.2 Kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu vật lý của đất

Kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu vật lý của đất được trình bày ở Bảng 3. 4

Độ ẩm tự nhiên Wo

Độ ẩm giới hạn dẻo Wp

Mẫu đất thí nghiệm

Tỷ trọng hạt Gs

Chỉ số dẻo IP

% 34.69

2.71

% 32.15

Độ ẩm giới hạn chảy WL % 46.59

14.44

23.58

2.73

25.98

38.56

12.58

23.73

2.72

24.87

38.40

13.53

Bảng 3. 4 Thí nghiệm các chỉ tiêu vật lý của đất

Nhận xét đánh giá kết quả thí nghiệm:

Wp = 32.15% tính dẻo thấp [71], với độ ẩm giới hạn chảy WL = 46.59%, chỉ số dẻo IP là

Mẫu đất MA: Kết quả phân tích các chỉ tiêu vật lý ở cho thấy đất có độ ẩm giới hạn dẻo

14.44 thuộc khoảng 10÷15, vì thế đất thuộc loại bụi bình thường [83];

Mẫu đất MB và MC: Đất thuộc loại sét pha chứa dăm sạn, tính dẻo thấp [69], [83].

3.3.3 Kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu cơ học của đất

Kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu cơ học được trình bày trong Bảng 3. 5. Các mẫu đất

được chế bị với độ chặt K = 0.95 [29].

Thí nghiệm đầm

Thí nghiệm cắt

Thí nghiệm

Thí nghiệm nén lún

nén tiêu chuẩn

trực tiếp

thấm

STT

Mẫu thí nghiệm

Wopt

a1-2



1 2 3

MA MB MC

% 30.34 19.69 12.38

c g/cm3 1.42 1.80 1.94

độ 18o25’ 2505’ 21014’

kG/cm2 cm2/kG 0.036 0.278 0.020 0.185 0.028 0.247

E1-2 kG/cm2 82.37 93.56 93.13

cm/s 1.6310-6 5.69x10-5 2.02x10-4

Bảng 3. 5 Các chỉ tiêu cơ học của đất thí nghiệm

Nhận xét đánh giá kết quả thí nghiệm:

- Đất MA: Sức chịu tải và tính biến dạng trung bình (môđun biến dạng E1-2 = 82.37

kG/cm2); tính kháng cắt trung bình với góc ma sát  =18o25’, lực dính C = 0.278 kG/cm2

khi xác định theo phương pháp cắt nhanh [66], tính thấm tương đối nhỏ với hệ số thấm

trung bình k = 1.6310-6cm/s [68], [85], có thể sử dụng đất để đắp đập theo TCVN 8216-

2009 [11]. Tuy nhiên ở thí nghiệm đầm nén tiêu chuẩn dung trọng khô lớn nhất đạt 1.42

g/cm3 và độ ẩm tốt nhất đạt 30.34%, theo TCVN 8297-2009 đối với đất á sét bụi độ ẩm

tốt nhất Wopt = 1723%, còn dung trọng khô lớn nhất c = 1.581.78 g/cm3. Vì vậy, chỉ

tiêu đầm nén tiêu chuẩn không thỏa mãn để sử dụng đắp đập.

- Đất MB: Có sức chịu tải và tính biến dạng trung bình (mô đun biến dạng E1-2 = 93.56

kG/cm2; tính kháng cắt trung bình với góc ma sát  = 2505’, lực dính C = 0.185kG/cm2

khi xác định theo phương pháp cắt nhanh, tính thấm tương đối nhỏ với hệ số thấm trung

[11].

bình k = 5.69x10-5 cm/s [66], [83], có thể sử dụng đất để đắp đập theo TCVN 8216-2009

- Đất MC: Tương tự như thành phần của mẫu đất MB, có sức chịu tải và tính biến dạng

trung bình. Tuy nhiên hệ số thấm k = 2.02x10-4 cm/s lớn theo [83], không thể sử dụng

đất để đắp đập hoặc nâng cấp theo [11], vì theo TCVN 8216-2009 yêu cầu hệ số thấm k

đối với đập đất đồng chất không được lớn hơn 1.10-4 cm/s; đối với tường lõi và tường

nghiêng, sân trước không được lớn hơn 1.10-5 cm/s.

3.3.4 Kết quả thí nghiệm các tính chất đặc biệt

Kết quả thí nghiệm các tính chất đặc biệt của các mẫu đất nghiên cứu được thể hiện

trong Bảng 3. 6.

Bảng 3. 6 Kết quả thí nghiệm tính co ngót, trương nở và độ tan rã

Tính co ngót Tính trương nở Độ tan rã

T Dc.ng Wc.ng Dtr.n Wtr.n Ptr.n Dtr Mẫu thí nghiệm % % % % kPa % s

100

500

2.90

2.44

4.15

34.97

MA 11.72 8.43 0.03 32.72 13.33 86400 3

86400

4.5

2.99

4.20

32.13

Nhận xét và đánh giá kết quả thí nghiệm:

- Mẫu đất MA và MC: Đều có tính co ngót, trương nở yếu hoặc không trương nở và tính

tan rã yếu theo [29].

- Mẫu đất MB: Có tính co ngót và trương nở yếu, nhưng tính tan rã nhanh, chỉ sau 500s

đất bị tan rã hoàn toàn.

3.3.5 Tổng hợp nhận xét kết quả thí nghiệm

Qua kết quả thí nghiệm của các mẫu đất MA, MB và MC có một số chỉ tiêu cơ lý và

tính chất đặc biệt thỏa mãn yêu cầu xây dựng hoặc nâng cấp, sửa chữa đập theo TCVN

8216-2009 và TCVN 8297-2009 [11], [12]. Nhưng vẫn còn một số chỉ tiêu không đảm

bảo như sau:

- Mẫu đất MA: Có dung trọng khô nhỏ và độ ẩm tốt nhất cao, theo TCVN 8297-2009

[12];

- Mẫu đất MB: Thời gian tan rã đất nhanh, chỉ sau 500s mẫu đất tan rã hoàn toàn;

- Mẫu đất MC: Đất có hệ số thấm lớn, không thỏa mãn yêu cầu đắp đập theo TCVN

8216-2009 [11].

Vì vậy, cần có giải pháp xử lý cải tạo để đáp ứng các chỉ tiêu cơ lý và tính chất đặc biệt

của đất để đảm bảo yêu cầu sử dụng cho đắp đập.

3.4 Nghiên cứu giải pháp tăng khả năng chống thấm

Mẫu đất MC trong nghiên cứu có tính thấm khá lớn, với hệ số thấm k = 2.02x10-4 (cm/s),

trong khi đó các tính chất về biến dạng, kháng cắt và tính chất đặc biệt đều đảm bảo. Do

đó kiến nghị giải pháp sử dụng chất CKD sẽ được dùng trong nghiên cứu.

Tác giả đã tiến hành thử nghiệm pha trộn mẫu đất với CKD là vôi bột. Kết quả nghiên

cứu cho thấy tính thấm giảm đi tương đối nhưng không thỏa mãn về cường độ kháng

cắt. Như vậy việc sử dụng CKD là vôi là không phù hợp. Tác giả tiếp tục thử nghiệm

pha trộn mẫu đất với CKD là XM. Kết quả nghiên cứu cho thấy tính thấm giảm đi nhưng

hiệu quả kém. Như vậy việc sử dụng riêng biệt CKD là XM không phù hợp. Điều này

có thể lý giải là khi cho vôi vào đất thì vôi tạo ra canxi hydroxit Ca(OH)2 đây là môi

trường kiềm rất thuận lợi cho quá trình thủy phân các sillicat SiO2 và Aluminat Al2O3.

Do đó kiến nghị giải pháp sử dụng chất CKD là phụ gia XM và vôi nhằm giảm tính

thấm của đất. Vì vậy, trong nghiên cứu tập trung làm rõ rõ sự ảnh hưởng khi pha trộn

XM và vôi đến tính thấm của đất, cụ thể hàm lượng XM và vôi được sử dụng lần lượt

là: 1%, 2%, 3%, 5%, 7% so với tổng khối lượng khô của đất và CKD.

3.4.1 Chất kết dính vô cơ để cải tạo đất

- CKD XM sử dụng trong nghiên cứu này là XM Vicem Hoàng Thạch PCB30. Bảng 3.

Công ty XM Vicem Hoàng Thạch.

7 thể hiện các chỉ tiêu chất lượng của XM Vicem Hoàng Thạch PCB30, được lấy tại

Bảng 3. 7 Các chỉ tiêu chất lượng XM Vicem Hoàng Thạch PCB30

STT Tên chỉ tiêu Đơn vị Giá trị

1 Cường độ chịu nén, không nhỏ hơn

N/mm2 14 72 giờ ± 45 phút

N/mm2 30 28 ngày ± 2 giờ

2 Thời gian đông kết

- Bắt đầu, phút, không nhỏ hơn phút 45

- Kết thúc, giờ, không lớn hơn. phút 420

3 Độ nghiền mịn

- Phần còn lại trên sàng 0,09mm không lớn hơn % 10

cm2/g 2800 - Bề mặt riêng, xác định theo phương pháp Blaine, không nhỏ hơn

- Phụ gia vôi: Vôi được sử dụng trong nghiên cứu là vôi bột, công thức hóa học là CaO.

3.4.2 Quy trình chế bị mẫu khi trộn XM và vôi

- Trước tiên mẫu vật liệu được phơi khô trong độ ẩm tự nhiên. Sau đó tiến hành bọc kín

nhằm không thay đổi độ ẩm của mẫu và tiến hành thí nghiệm xác định độ ẩm hiện tại

của mẫu vật liệu. Căn cứ trên độ ẩm này, xác định được khối lượng khô của mẫu vật

liệu;

- Xác định độ ẩm tự nhiên của XM và vôi, từ đó xác định được khối lượng khô của XM

và vôi;

- Trộn XM, vôi với mẫu vật liệu ở trên theo tỷ lệ % nghiên cứu theo khối lượng khô.

Gọi mẫu đất thí nghiệm lần lượt là MC-1-2; MC-2-2;… Cách gọi tên như sau: Hai chữ

cái đứng đầu MC là tên gọi của mẫu đất cần gia cố, chữ số đứng giữa chỉ tỷ lệ phần trăm

XM tương ứng, còn chữ số cuối cùng là tỷ lệ phần trăm vôi tương ứng;

- Chế bị các mẫu đất lẫn XM và vôi với độ chặt K = 0.95;

- Ngâm bão hòa mẫu trong hộp Oedometer trong thời gian 2 ngày. Trong quá trình bão

hòa, tác dụng áp lực nén 10kPa để đảm bảo mẫu không bị trương nở;

- Sau khi bão hòa, lấy các mẫu đất để tiến hành các thí nghiệm.

Mẫu đất thí nghiệm là mẫu MC có tính thấm lớn, với hệ số thấm là k = 2.02x10-4 (cm/s).

Trong khi đó các tính chất về biến dạng, kháng cắt và tính chất đặc biệt đều đảm bảo.

Vì vậy trong nghiên cứu, tập trung làm rõ sự ảnh hưởng khi pha trộn XM và vôi đến

tính thấm của mẫu đất MC.

3.4.3 Nghiên cứu lựa chọn hàm lượng chất kết dính để giảm tính thấm của đất

1/ Xét trường hợp 1: Hàm lượng XM thay đổi là 1%, 2%, 3%, 5%, 7% và hàm lượng

vôi là cố định 2%.

Kết quả thí nghiệm thấm với hàm lượng vôi là 2% kết hợp với hàm lượng XM thay đổi

được sử dụng lần lượt là 1%, 2%, 3%, 5%, 7% được thể hiện trong Bảng 3. 8.

Bảng 3. 8 Kết quả thí nghiệm thấm theo hàm lượng XM và 2% vôi

Hỗn hợp đất Hàm lượng Hàm lượng vôi Hệ số thấm k STT và phụ gia XM (%) (%)

1 MC-1-2 1 2 (cm/s) 9.0710-05

2 MC-2-2 2 2 6.3110-05

3 MC-3-2 3 2 4.3110-05

4 MC-5-2 5 2 2.7210-05

5 MC-7-2 7 2 1.2410-05

Từ Bảng 3. 8 tác giả vẽ đường tương quan giữa hàm lượng XM và 2 % hàm lượng vôi

với hệ số thấm k như Hình 3. 8.

Hình 3. 8 Ảnh hưởng của hàm lượng XM và 2% lượng vôi với hệ số thấm

Khi tăng hàm lượng XM, hệ số thấm k giảm rõ rệt, nguyên nhân do XM và vôi có thành

phần hạt là hạt mịn nên dễ dàng chiếm chỗ những lỗ rỗng của đất, thêm vào đó việc trộn

XM và vôi sẽ tạo ra các phản ứng thủy hóa với nước trong đất, làm cho các hạt đất kết

tinh lại dẫn đến tính thấm giảm.

Lưu ý rằng khi hàm lượng XM là 3% kết hợp với hàm lượng vôi là 2% thì hệ số thấm k

= 4.3110-05 cm/s.

2/ Xét trường hợp 2: Hàm lượng vôi thay đổi là 1%, 2%, 3%, 5%, 7% và hàm lượng

XM là cố định 2%.

Bảng 3. 9 thể hiện kết quả thí nghiệm thấm với hàm lượng XM là 2% kết hợp với hàm

lượng vôi được sử dụng lần lượt là 1%, 2%, 3%, 5%, 7%.

Bảng 3. 9 Kết quả thí nghiệm thấm theo hàm lượng vôi và 2% hàm lượng XM

STT

1 2 3 4 5 Hỗn hợp đất và CKD MC-2-1 MC-2-2 MC-2-3 MC-2-5 MC-2-7 Hàm lượng XM (%) 2 2 2 2 2 Hàm lượng vôi (%) 1 2 3 5 7 Hệ số thấm k (cm/s) 9.3810-05 6.3110-05 2.0510-05 0.81910-05 0.42710-05

Theo kết quả thí nghiệm thấm giữa hàm lượng vôi thay đổi và 2% hàm lượng XM với

mẫu đất MC thí nghiệm, tác giả xây dựng tương quan ảnh hưởng của hàm lượng vôi và

2% hàm lượng XM đến hệ số thấm, được thể hiện trong Hình 3. 9.

Hình 3. 9 Ảnh hưởng của hàm lượng vôi và 2% lượng xi măng với hệ số thấm

Hình 3. 8 và Hình 3. 9 lần lượt mô tả quan hệ giữa hệ số thấm k với hàm lượng XM kết

hợp với 2% hàm lượng vôi và giữa hệ số thấm k với hàm lượng vôi (V) kết hợp với 2%

hàm lượng XM. Kết quả thí nghiệm cho thấy hệ số thấm giảm khi tăng hàm lượng XM

và vôi, đồng thời phụ gia vôi có hiệu quả giảm thấm tốt hơn so với XM. Hệ số thấm

giảm nhanh khi hàm lượng vôi tăng từ 13%, khi hàm lượng vôi lớn hơn 3% thì hệ số

thấm vẫn giảm, nhưng tốc độ giảm nhẹ. Do vậy, để tăng hiệu quả giảm hệ số thấm và

xét cả điều kiện kinh tế, đề xuất sử dụng hàm lượng vôi là 3% và XM là 2%, khi đó hệ

số thấm k của đất là 2.0510-05cm/s, thỏa mãn TCVN 8216-2009 để sử dụng đắp đập

hoặc nâng cấp đập [11].

3.4.4 Nghiên cứu các chỉ tiêu cơ lý của đất sau khi trộn 2% XM và 3% vôi

Sau khi lựa chọn hàm lượng XM và vôi nhằm giảm tính thấm của đất là 2% XM và 3%

vôi, cần kiểm tra lại các tính chất về kháng cắt, biến dạng của đất nhằm đánh giá ảnh

hưởng của XM và vôi. Kết quả thí nghiệm được trình bày trong Bảng 3. 10.

Bảng 3. 10 Thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ lý của đất

Thí nghiệm cắt trực tiếp Thí nghiệm nén lún

Tỷ lệ CKD Hệ số nén lún a1-2 (cm2/kG) Góc ma sát trong  (độ)

Lực dính đơn vị C (kG/cm2) Modul biến dạng E1-2 (kG/cm2)

0 % 21014’ 0.247 0.028 93.13

2% XM + 3%vôi 2607’ 0.204 0.016 149.8

Kết quả thí nghiệm cho thấy, khi sử dụng hàm lượng CKD XM là 2% và vôi 3% thì các

chỉ tiêu về kháng cắt và biến dạng đều tăng, chỉ có lực dính đơn vị C giảm, nhưng không

đáng kể. Do vậy, tác giả đề xuất chọn tỷ lệ CKD XM là 2% và vôi 3% là cải tạo tính

thấm của đất.

3.5 Nghiên cứu giải pháp chống tan rã đất

Mẫu vật liệu sử dụng cho nghiên cứu là mẫu MB đã được thí nghiệm về thành phần hạt,

các chỉ tiêu vật lý và cơ lý, các tính chất đặc biệt của đất mục 3.3. Các tính chất nghiên

cứu đều thỏa mãn yêu cầu sử dụng theo [11]. Tuy nhiên thời gian tan rã của mẫu vật liệu

rất nhanh, chỉ trong thời gian 8.3 phút mẫu thí nghiệm tan rã hoàn toàn trong môi trường

nước. Vì vậy, cần phải có giải pháp nhằm tăng thời gian tan rã của đất.

Nhằm giảm tính tan rã của đất, tác giả đã tiến hành thử nghiệm pha trộn mẫu đất nghiên

cứu MB với 2% Bentonite. Kết quả nghiên cứu cho thấy tính tan rã giảm đi nhưng không

đáng kể, nhưng tính trương nở của vật liệu tăng lên nhanh chóng và đặc biệt cường độ

chống cắt của vật liệu giảm rất nhanh, góc ma sát trong  giảm xuống còn 15o và lực

dính đơn vị C giảm xuống còn 0.16 (kG/cm2). Như vậy việc sử dụng phụ gia Bentonite

là không phù hợp.

Tác giả cũng đã tiến hành thử nghiệm pha trộn mẫu đất nghiên cứu MB với CKD là vôi

bột. Kết quả nghiên cứu cho thấy tính tan rã giảm đi tương đối nhưng cũng không thỏa

mãn về cường độ kháng cắt. Như vậy việc sử dụng CKD là vôi cũng không phù hợp.

Vì vậy, trong nghiên cứu tác giả đề xuất sử dụng CKD là XM để giảm sự tan rã của đất.

Hàm lượng XM được sử dụng trong nghiên cứu lần lượt là: 0%, 1%, 2%, 3%, 4%, 5%,

7%, và 9% so với tổng khối lượng khô của đất và CKD. Loại XM được sử dụng trong

nghiên cứu là XM Vicem Hoàng Thạch PCB30 (đã trình bày ở mục 3.4.1).

3.5.1 Quy trình chế bị mẫu thí nghiệm khi trộn chất kết dính xi măng

- Trước tiên mẫu vật liệu được phơi khô trong độ ẩm tự nhiên. Sau đó tiến hành bọc kín

nhằm không thay đổi độ ẩm của mẫu và tiến hành thí nghiệm xác định độ ẩm hiện tại

của mẫu vật liệu. Căn cứ trên độ ẩm này, xác định được khối lượng khô của mẫu vật

liệu;

- Xác định độ ẩm tự nhiên của XM, từ đó xác định được khối lượng khô của phụ gia

XM;

- Trộn XM với mẫu vật liệu ở trên theo tỷ lệ % về khối lượng khô theo thiết kế; Gọi mẫu

đất thí nghiệm lần lượt là MB-0; MB-1; MB-2; MB-3; MB-4; MB-5; MB-7; MB-9.

Cách gọi tên như sau: Hai chữ cái đứng đầu MB là tên gọi của mẫu, còn chữ số đứng

sau (0;1;2;…) là tỷ lệ phần trăm XM sử dụng tương ứng;

- Chế bị các mẫu đất với hàm lượng XM theo nghiên cứu với độ chặt K = 0.95;

- Ngâm bão hòa mẫu trong hộp Oedometer trong thời gian 2 ngày. Trong quá trình bão

hòa, tác dụng áp lực nén 10kPa để đảm bảo mẫu không bị trương nở.

- Sau khi bão hòa, lấy các mẫu đất để tiến hành các thí nghiệm.

Lưu ý rằng, sau khi trộn CKD XM, tiến hành thí nghiệm lại một số chỉ tiêu của vật liệu

đắp đập có tính chất cơ lý đặc biệt.

3.5.2 Nghiên cứu lựa chọn hàm lượng ximăng để tăng thời gian tan rã của đất

Sau khi mẫu đất được chế bị với các hàm lượng XM khác nhau là 0%, 1%, 2%, 3%, 4%,

5%, 7% và 9%. Tiến hành thí nghiệm thời gian tan rã của đất, kết quả thí nghiệm các

đặc trưng tan rã của đất được thể hiện trong Bảng 3. 11.

Bảng 3. 11 Kết quả thí nghiệm xác định thời gian tan rã của đất

Thể tích đất Thời gian Hàm lượng XM Tên mẫu thí bị tan rã tan rã STT nghiệm % % phút

1 MB-0 0 100 8.3

2 MB-1 1 100 12.6

3 MB-2 2 100 22.7

4 MB-3 3 100 35.5

5 MB-4 4 100 46.4

6 MB-5 5 100 64.3

7 MB-7 7 100 75.6

8 MB-9 9 100 116.2

Quan hệ giữa hàm lượng XM (%) với thời gian tan rã của đất t (phút) được thể hiện ở

Hình 3. 10.

Hình 3. 10 Ảnh hưởng của hàm lượng XM đến thời gian tan rã của đất

Nhận thấy rằng, khi tăng hàm lượng XM, thời gian tan rã của đất tăng lên đáng kể, khi

trộn hàm lượng XM là 1% thời gian tan rã tăng hơn 1.5 lần, với hàm lượng XM là 3%

thì thời gian tan rã tăng hơn 4.3 lần. Khi hàm lượng XM là 9% thời gian tan rã tăng hơn

14 lần. Thời gian tan rã của đất tăng khi tăng hàm lượng XM là do khi tăng hàm lượng

hạt mịn XM thì tỷ diện bề mặt tăng [84], nên bề mặt phản ứng giữa các hạt XM và đất

tăng. Thêm vào đó, theo Bảng 3. 3 mẫu đất nghiên cứu có chứa thành phần hạt sét, mà

hạt sét luôn mang điện tích âm được cân bằng với các hạt mang điện tích dương phân

bố xung quanh hạt. Đất sét ở trạng thái khô, lực liên kết của hạt sét mang điện tích âm

với các ion dương như Na++, Mg++, K+ và Ca++ rất bền vững. Khi bổ sung nước vào đất,

các ion luôn chuyển động làm thay đổi lực tương tác giữa các khoáng sét, mà các ion

này lại là nhân của kết cấu tấm của khoáng sét. Sự thay thế các ion phụ thuộc vào các

yếu tố sau:

- Hóa trị: Nguyên tử có hoá trị cao hơn thay thế cho nguyên tử hoá trị thấp;

- Mật độ các ion: Trong môi trường giàu một loại ion.

Độ mạnh của ion: Các ion có địên tích cao sẽ thay thế các ion có điện tích thấp hơn. Trật

tự thay thế các ion như sau:

Na+ < K+ < Mg++ < Ca++ < Al+++ < Fe+++ [66]

Với môi trường giàu ion Na+ nếu ta cho thêm các ion Ca++ vào thì có sự thay thế giữa

chúng, làm cho sự can thiệp của Na+ ở lớp áo điện tích giảm đi, chiều dày lớp khuyếch

tán đôi giảm nhỏ, lực hút tĩnh điện giữa các hạt sét tăng lên và giảm khả năng bị tan rã

của đất sét [85]. Trong XM hàm lượng Ca++ rất cao. Điều này, tạo nên khung cấu trúc

của hỗn hợp Đ-XM. CKD XM có dạng hạt mịn, khi nhào trộn với đất, nước trong đất

kết hợp với XM sẽ tạo thành hỗn hợp dẻo và xảy ra quá trình đông cứng, chuyển hỗn

hợp sang trạng thái rắn, trong quá trình thủy phân CKD XM có khả năng liên kết khối

vật liệu rời thành một khối cứng chắc.

Từ Hình 3. 10 cho thấy rõ ràng khi càng tăng hàm lượng XM, thì thời gian tan rã càng

tăng. Tuy nhiên, để đảm bảo điều kiện kinh tế, cần chú ý khi hàm lượng XM là 5%, thời

gian tan rã tăng 7.75 lần so với khi không sử dụng phương pháp trộn XM, còn khi hàm

lượng XM là 9% thời gian tan rã tăng 14 lần. Vì vậy, để đảm bảo yêu cầu cả về kinh tế

và tăng hiệu quả sử dụng nhằm giảm tính tan rã, sơ bộ chọn hàm lượng XM sử dụng

trong nghiên cứu tiếp là 5%.

3.5.3 Nghiên cứu các chỉ tiêu cơ học của hỗn hợp đất khi trộn 5% hàm lượng xi

măng

Sau khi trộn 5% XM để làm giảm tính tan rã của đất, tác giả tiến hành thí nghiệm đánh

giá các chỉ tiêu cơ học của đất sau khi trộn 5% XM được thể hiện qua Bảng 3. 12.

Bảng 3. 12 Thí nghiệm kiểm chứng các chỉ tiêu cơ học của đất khi trộn 5% XM

Tính kháng cắt Tính nén lún Tính thấm Tỷ lệ XM STT Tên mẫu k (%) C (kG/cm2) a1-2 (cm2/kG) E1-2 (kG/cm2) (cm/s)

1 MB-0 0  (độ) 25o5’ 0.185 0.020 93.56 5.6910-5

2 MB-5 5 20o41’ 0.204 0.020 146.32 1.2610-5

Kết quả thí nghiệm cho thấy khi trộn 5% hàm lượng XM góc ma sát trong của đất giảm,

do khi trộn thêm hàm lượng XM, làm tăng các hạt tròn cạnh có trong XM, dẫn đến góc

ma sát trong  giảm [86], nhưng lực dính đơn vị tăng, tính nén lún tăng và tính thấm

của đất giảm đảm bảo theo TCVN 8216-2009 [11]. Sự tăng độ bền kháng cắt, giảm tính

biến dạng của đất, là kết quả của quá trình phản ứng trao đổi ion giữa đất với XM, tạo

ra các kết bông cũng giống như phản ứng puzolan. Các cation Ca2+, Mg2+ thay thế Na+

và H+ trong lớp điện kép trên bề mặt các hạt sét [66].

Vì vậy, để tăng thời gian tan rã của đất, tác giả kiến nghị sử dụng hàm lượng XM là 5%

so với khối lượng riêng khô của đất để trộn vào đất có tính tan rã mạnh.

3.6 Nghiên cứu giải pháp để nâng cao dung trọng khô của đất

Mẫu vật liệu bồi tích trẻ được dùng để nghiên cứu là mẫu đất MA được lấy ở bãi vật

liệu A gần khu vực gần hồ đập Tân Sơn có dung trọng khô nhỏ, không đáp ứng được

giá trị dung trọng khô lớn nhất khi tiến hành thí nghiệm đầm nện Proctor theo TCVN

8297-2009 [12] về yêu cầu đắp đập thi công bằng phương pháp đầm nén, do vậy cần có

giải pháp tăng dung trọng khô. Tác giả đề xuất sử dụng giải pháp thay đổi thành phần

cỡ hạt của đất, cụ thể tác giả lựa chọn giải pháp trộn thêm dăm sạn. Lý do là các hạt dăm

sạn không có đặc tính ưa nước nên sẽ làm giảm độ ẩm tối ưu của vật liệu. Ngoài ra sự

có mặt của các hạt thô sẽ làm cho các hạt mịn dễ dàng chiếm chỗ lỗ rỗng giữa các hạt

thô từ đó làm tăng hiệu quả đầm chặt. Theo kết quả thí nghiệm phân tích thành phần hạt,

các mẫu đất MA trong nghiên cứu có kích thước hạt lớn nhất thuộc phạm vi từ 25mm,

vì vậy đề xuất bổ sung cỡ hạt dăm sạn có kích thước từ ≤ 10mm để đảm bảo chất lượng

cấp phối cũng như không làm ảnh hưởng nhiều đến tính thấm của vật liệu đắp. Vật liệu

dăm sạn dùng trong thí nghiệm lấy gần khu vực nghiên cứu, đem sàng loại bỏ các hạt

dăm sạn có kích thước > 10mm, dăm sạn có dung trọng khô c = 2.15 g/cm3.

Hàm lượng dăm sạn được pha trộn trong nghiên cứu có tỷ lệ lần lượt là 0%, 2%, 4%,

6%, 8%, 10%, 12%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45% và 50% so với khối lượng

khô của đất. Rõ ràng, khi trộn dăm sạn sẽ làm ảnh hưởng lớn đến tính thấm, tính kháng

cắt và biến dạng của đất. Vì vậy trong luận án, tác giả tập trung làm rõ sự ảnh hưởng

của hàm lượng dăm sạn đến tính thấm, tính kháng cắt và tính biến dạng của đất.

3.6.1 Quy trình chế bị mẫu khi trộn dăm sạn

Mẫu đất được lựa chọn thí nghiệm là mẫu đất A, quy trình chế bị mẫu khi trộn san sỏi

như sau:

- Mẫu được phơi khô và tán nhỏ;

- Pha trộn các hạt dăm sạn có kích thước từ < 10mm với các tỷ lệ là 0%, 2%, 4%, 6%,

8%, 10%, 12%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45% và 50% so với khối lượng khô

của đất.

- Sau đó mẫu vật liệu được chế bị với độ chặt K = 0.95 tương ứng theo khối lượng riêng

khô lớn nhất ở độ ẩm tối ưu [29]. Các mẫu sau khi chế bị được ngâm bão hòa 2 ngày

trong hộp Oedometer. Trong quá trình bão hòa, tác dụng áp lực nén 10kPa để đảm bảo

mẫu không bị trương nở, do áp lực nén 10kPa là thích hợp cho nhiều loại đất mà độ

trương nở của nó là không đáng kể.

- Sau khi bão hòa, các mẫu đất được tiến hành các thí nghiệm cắt phẳng, ép co và thấm.

- Gọi tên mẫu thí nghiệm: MA-0, MA-2, MA-4, MA-6, MA-8, MA-10, MA-12, MA-

15, MA-20, MA-25, MA-30, MA-35, MA-40, MA-45 và MA-50 lần lượt là các mẫu

được chế bị với hàm lượng dăm sạn pha trộn lần lượt là 0%, 2%, 4%, 6%, 8%, 10%,

12%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45% và 50%. Cách đặt tên như sau: MA là mẫu

đất được lấy ở bãi vật liệu A, còn chỉ số đứng sau chúng (0,2,4,6,...) là tỷ lệ phần trăm

dăm sạn được pha trộn.

3.6.2 Ảnh hưởng của hàm lượng dăm sạn lên dung trọng khô lớn nhất và độ ẩm

tốt nhất của đất

Khi pha trộn dăm sạn vào mẫu đất sẽ làm tăng dung trong khô và suy giảm của độ ẩm

tối ưu. Sự thay đổi này được tính toán theo TCVN 4201:2012 [76] và được thể hiện trên

Bảng 3. 13.

STT Mẫu thí nghiệm

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

MA-0 MA-2 MA-4 MA-6 MA-8 MA-10 MA-12 MA-15 MA-20 MA-25 MA-30 MA-35 MA-40 MA-45 MA-50

Hàm lượng dăm sạn ms % 0 2 4 6 8 10 12 15 20 25 30 35 40 45 50

DTK lớn nhất cmax g/cm3 1.420 1.434 1.448 1.463 1.478 1.493 1.509 1.532 1.574 1.618 1.664 1.713 1.765 1.821 1.880

Độ ẩm tối ưu Wopt % 30.34 29.73 29.13 28.52 27.91 27.31 26.70 25.79 24.27 22.76 21.24 19.72 18.20 16.69 15.17

Bảng 3. 13 Quan hệ giữa tỉ lệ dăm sạn, độ ẩm tốt nhất và dung trọng khô lớn nhất

Từ kết quả nghiên cứu ở Bảng 3. 13, tác giả thể hiện tương quan giữa hàm lượng dăm

sạn với dung trọng khô và độ ẩm tốt nhất lần lượt trên Hình 3. 11 và Hình 3. 12.

Hình 3. 11 Ảnh hưởng của hàm lượng dăm sạn lên dung trong khô lớn nhất

Hình 3. 11 mô tả quan hệ giữa hàm lượng dăm sạn (mS) với dung trọng khô lớn nhất

cmax, khi hàm lượng dăm sạn tăng, dung trọng khô lớn nhất tăng. Với hàm lượng dăm

sạn 25%, dung trọng khô lớn nhất đạt 1.6 g/cm3. Khi tăng hàm lượng dăm sạn lên 50%,

dung trọng khô lớn nhất tăng lên 1.88 g/cm3.

Kết quả nghiên cứu này cũng tương đồng với kết quả của [34], [42], cụ thể: Khi hàm

lượng hạt thô N < 10% thì sự ảnh hưởng của chúng đến khả năng đầm chặt không đáng

kể, giá trị dung trọng khô c tăng chậm; Khi 10 < N < 70% hàm lượng hạt thô N bắt đầu

đã có ảnh hưởng đến khả năng đầm chặt của đất, tốc độ tăng cmax lớn dần.

Khi hàm lượng hạt thô tăng dẫn đến dung trọng khô c tăng, là do hạt mịn ở trong hỗn

hợp đất thô - mịn được xem như chất lấp nhét, nhờ có kích thước nhỏ, các hạt mịn có

thể chen vào những lỗ rỗng của khối đất do các hạt thô tạo nên và hình thành một cấu

trúc đặc chắc. Sự sắp xếp các hạt mịn lấp các lỗ rỗng càng hợp lý thì dung trọng khô lớn

nhất c của hỗn hợp thô - mịn tăng. Do vậy, khi hàm lượng dăm sạn tăng, thì dung trọng

khô lớn nhất c của hỗn hợp đất sẽ tăng.

Hình 3. 12 mô tả quan hệ giữa hàm lượng dăm sạn (mS) với độ ẩm tối ưu tương ứng

(Wopt). Khi hàm lượng dăm sạn tăng, độ ẩm tối ưu giảm theo quy luật tuyến tính. Với

hàm lượng dăm sạn 25%, độ ẩm tối ưu tương ứng là 22.76%. Khi tăng hàm lượng dăm

sạn lên 50%, độ ẩm tối ưu tương ứng giảm xuống còn 15.7%.

Hình 3. 12 Ảnh hưởng của hàm lượng dăm sạn đến độ ẩm tốt nhất

Nguyên nhân là do dăm sạn là hạt không thấm nước, nên độ ẩm của hỗn hợp đất thô-

mịn chủ yếu phụ thuộc vào độ ẩm của phần hạt mịn có trong đất, khi hàm lượng hạt thô

tăng, phần hạt mịn sẽ giảm dẫn đến độ ẩm tốt nhất giảm.

Như vậy, có thể thấy khi hàm lượng dăm sạn tăng, dung trọng khô lớn nhất cmax tăng

và độ ẩm tốt nhất giảm trong khoảng hàm lượng dăm sạn N = 050%. Kết quả thí nghiệm

trên làm cơ sở cho các nhà kỹ thuật lựa chọn tỷ lệ dăm sạn hợp lý khi quy hoạch các bãi

vật liệu hoặc giải pháp cải thiện cấp phối đất để đắp đập.

3.6.3 Ảnh hưởng của hàm lượng dăm sạn lên khả năng kháng cắt của đất

Ảnh hưởng của hàm lượng dăm sạn lên khả năng kháng cắt của đất thể hiện qua quan

hệ giữa hàm lượng dăm sạn góc ma sát trong và lực dính đơn vị trong Bảng 3. 14.

Lực dính C

STT Mẫu thí nghiệm

1 2 3 4 5 6 7 8 9

MA-0 MA-2 MA-4 MA-6 MA-8 MA-10 MA-12 MA-15 MA-20

Hàm lượng dăm sạn ms % 0 2 4 6 8 10 12 15 20

Góc ma sát trong  độ 18o25’ 20°19' 21°26' 24°10' 24°47' 22°48' 23°06' 24°04' 28°19'

kG/cm2 0.278 0.259 0.233 0.201 0.199 0.257 0.196 0.262 0.238

Bảng 3. 14 Quan hệ giữa hàm lượng dăm sạn, góc ma sát trong và lực dính đơn vị

Lực dính C

STT Mẫu thí nghiệm

10 11 12 13 14 15

MA-25 MA-30 MA-35 MA-40 MA-45 MA-50

Hàm lượng dăm sạn ms % 25 30 35 40 45 50

Góc ma sát trong  độ 31°30' 35°06' 37°18' 39°10' 39°04' 41°18'

kG/cm2 0.260 0.283 0.310 0.322 0.387 0.458

Tương quan ảnh hưởng của hàm lượng dăm sạn lên khả năng chống cắt của đất được

thể hiện trên Hình 3. 13 và Hình 3. 14.

Hình 3. 13 Ảnh hưởng của hàm lượng dăm sạn lên góc ma sát trong của đất

Hình 3. 14 Ảnh hưởng của hàm lượng dăm sạn lên lực dính đơn vị

Khi hàm lượng dăm sạn nhỏ hơn 15%, góc ma sát trong () có xu hướng tăng, nhưng

không theo quy luật, khi hàm lượng dăm sạn là 8% góc ma sát trong có xu hướng giảm,

rồi tăng khi hàm lượng dăm sạn tiếp tục tăng, còn lực dính đơn vị (C) có xu hướng giảm,

tăng không theo quy luật cho đến khi hàm lượng dăm sạn là 20%. Điều này có thể giải

thích do góc ma sát trong () và lực dính đơn vị (C) phụ thuộc vào hình dáng và kích

thước hạt đất, nên khi hàm lượng dăm sạn nhỏ hơn 15% số liệu bị biến động trong phạm

vi hẹp. Khi hàm lượng dăm sạn tăng, góc ma sát trong có xu hướng tăng, khi hàm lượng

dăm sạn chiếm 20% thì góc ma sát trong tăng tới 53.8%. Với lực dính đơn vị khi hàm

lượng hạt dăm sạn đủ lớn (lớn hơn 20%) thì lực dính đơn vị có xu thế tăng mạnh nhưng

không nhiều như đối với góc ma sát trong. Khi hàm lượng dăm sạn chiếm 45% thì lực

dính đơn vị mới tăng được 39.2%. Như vậy, sự có mặt của dăm sạn không chỉ làm tăng

ma sát giữa các hạt mà còn làm tăng khả năng dính kết giữa các hạt của đất, từ đó làm

tăng đáng kể khả năng kháng cắt của đất, dẫn đến tăng tính ổn định.

Kết quả nghiên cứu này cũng tương đồng với [28], [33], [42], [43], khi hàm lượng hạt

thô tăng, sức chống cắt của hỗn hợp đất thô-mịn tăng lên, chủ yếu là do góc ma sát trong

tăng, còn lực dính tăng không đáng kể trong phạm vi hàm lượng hạt thô trong khoảng

20  50%, các nghiên cứu trước cũng chỉ ra rằng, khi hàm lượng hạt thô tiếp tục tăng,

góc ma sát trong vẫn tăng, nhưng lực dính C giảm khi hàm lượng hạt thô lớn hơn 60 %.

Có sự tăng giảm này là do: Khi hàm lượng dăm sạn trong phạm vi nhỏ hơn 20%, khi đó

hàm lượng hạt mịn có trong đất là đáng kể, các hạt dăm sạn không tiếp xúc trực tiếp vào

nhau mà được bao bọc bởi các hạt mịn, sức chống cắt của đất phụ thuộc chủ yếu vào

phần hạt mịn có trong đất, khi hàm lượng hạt thô trong 20  50%, sự tiếp xúc giữa các

hạt dăm sạn được tăng lên do sự giảm của hàm lượng hạt mịn, đây là nguyên nhân chính

làm tăng góc ma sát trong của đất và việc tăng hiện tượng tiếp xúc giữa các hạt dăm sạn

cũng làm xuất hiện lực dính C, tuy nhiên lực dính C tăng không đáng kể. Các nghiên

cứu trước còn chỉ ra rằng khi hàm lượng hạt thô lớn hơn 60%, lực dính C giảm nhanh.

Vì vậy, khi hàm lượng hạt dăm sạn 2050%, góc ma sát trong  và lực dính C tăng theo

quy luật.

3.6.4 Ảnh hưởng của hàm lượng dăm sạn lên tính biến dạng và tính thấm của đất

Khi tăng hàm lượng dăm sạn sẽ ảnh hưởng đến tính biến dạng và tính thấm của đất.

Bảng 3. 15 thể hiện quan hệ giữa tính biến dạng và tính thấm của đất với hàm lượng

dăm sạn.

Bảng 3. 15 Quan hệ giữa tỷ lệ dăm sạn, môđun biến dạng và hệ số thấm

Hệ số thấm k STT Mẫu thí nghiệm

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 MA-0 MA-2 MA-4 MA-6 MA-8 MA-10 MA-12 MA-15 MA-20 MA-25 MA-30 MA-35 MA-40 MA-45 MA-50 Hàm lượng dăm sạn ms % 0 2 4 6 8 10 12 15 20 25 30 35 40 45 50 Môđun biến dạng E1-2 kG/cm2) 82.37 85.27 99.76 105.62 136.33 133.02 146.32 162.58 182.90 255.72 294.63 307.50 312.16 356.78 377.83 cm/s 1.6310-6 3.3210-6 4.0110-6 5.3610-6 6.5210-6 8.7710-6 1.2310-5 1.9510-5 3.5610-5 5.2310-5 9.9310-5 1.2110-4 2.9810-4 3.8710-4 6.5210-4

Ảnh hưởng đến tính biến dạng và tính thấm của đất được thể hiện trên Hình 3. 15 và

Hình 3. 16.

Hình 3. 15 Ảnh hưởng của hàm lượng dăm sạn lên môđun biến dạng

Hình 3. 15 cho thấy mô đun biến dạng của vật liệu có xu thế tăng khi hàm lượng dăm

sạn tăng. Giá trị của mô đun biến dạng tăng 4.5 lần khi được trộn thêm 50% hàm lượng

dăm sạn. Môđun biến dạng tăng đồng nghĩa với việc đất có tính biến dạng nhỏ và giảm

lún cho khối đắp. Kết quả nghiên cứu cũng tương đồng với kết quả nghên cứu của [43],

khi hàm lượng hạt thô tăng môđun biến dạng tăng khi ở cùng một trạng thái độ chặt của

đất. Nguyên nhân của hiện tượng này là do độ cứng của các hạt dăm sạn lớn gấp nhiều

lần so với các hạt mịn. Do đó khi tăng hàm lượng dăm sạn dẫn đến mô đun biến dạng

sẽ tăng.

Hình 3. 16 Ảnh hưởng của hàm lượng dăm sạn lên hệ số thấm

Tuy nhiên, khi hàm lượng dăm sạn tăng thì hệ số thấm của đất tăng. Thể hiện trên Hình

3. 16, ban đầu khi hàm lượng dăm sạn còn nhỏ thì hệ số thấm có xu hướng tăng nhẹ.

Khi hàm lượng dăm sạn đủ lớn (lớn hơn 25%) thì hệ số thấm có xu hướng tăng mạnh.

Cụ thể, khi hàm lượng dăm sạn chiếm 25% thì hệ số thấm tăng 32 lần, nhưng khi hàm

lượng dăm sạn chiếm 50% thì hệ số thấm tăng tới 400 lần.

Kết quả thí nghiệm hệ số thấm k tương đồng với kết quả nghiên cứu của [27], [43] khi

hàm lượng dăm sạn nhỏ hơn 25%, nguyên nhân do hình dạng, kích thước và độ rỗng

của hạt đất không giống nhau, dẫn đến sự sai khác về quy luật thí nghiệm hệ số thấm k.

Như vậy, khi tăng hàm lượng dăm sạn, tính biến dạng của đất giảm đi, nhưng cũng làm

tính thấm của đất tăng lên.

3.6.5 Phân tích lựa chọn tỷ lệ dăm sạn hợp lý

Đối với mẫu đất nghiên cứu MA, có một số tính chất vật lý, cơ học và tính chất đặc biệt

đều đảm bảo yêu cầu về chất lượng đất đắp theo [11]. Tuy nhiên kết quả thí nghiệm đầm

nén cho thấy đất có dung trọng khô khá nhỏ với giá trị c = 1.42 T/m3 và độ ẩm tốt nhất

cao Wop= 30.34% không thỏa mãn yêu cầu theo TCVN 8297-2009 về dung trọng khô

và độ ẩm tốt nhất [12]. Khi chưa sử dụng giải pháp thay đổi thành phần hạt nhằm tăng

dung trọng khô lớn nhất c của đất đắp thì vật liệu có sức chịu tải và tính biến dạng trung

bình (môđun biến dạng E1-2 = 82.37 kG/cm2, tính kháng cắt trung bình với góc ma sát 

= 18.4o, lực dính C = 0.278 kG/cm2, tính thấm tương đối nhỏ với hệ số thấm trung bình

k = 1.63×10-6 cm/s, đảm bảo các chỉ tiêu thiết kế. Dựa vào kết quả nghiên cứu, đề xuất

pha trộn dăm sạn nhằm tăng dung trọng khô và giảm độ ẩm tốt nhất. Kết quả nghiên cứu

cũng chỉ ra rằng khi tăng hàm lượng dăm sạn khả năng chống cắt tăng, giảm tính biến

dạng, tuy nhiên khả năng chống thấm giảm. Đặc biệt khi hàm lượng dăm sạn vượt quá

25% thì hệ số thấm tăng nhanh vượt qua giá trị 5×10-5 cm/s.

Theo TCVN 8216-2009 [11], yêu cầu khi thiết kế đập đất yêu cầu hệ số thấm k không

được lớn hơn 110-4 cm/s để đảm bảo an toàn cần chọn hệ số thấm k < 5.2310-5 cm/s,

tương ứng với hàm lượng dăm sạn ≤ 25%. Do đó kiến nghị sử dụng hàm lượng dăm sạn

từ 20  25% pha trộn với vật liệu đất hạt mịn nhằm cải thiện tính chất của vật liệu đất

hạt mịn để đắp đập.

3.7 Kết luận chương 3

Tác giả nghiên cứu lựa chọn 2 loại đất bồi tích trẻ điển hình và đại diện trong khu vực

Tây Nguyên, đó là đất có chứa nhiều dăm sạn và đất thành phần hạt mịn chiếm đa số

hay đất có dung trọng khô nhỏ. Cụ thể tác giả đã lựa chọn 3 vị trí lấy mẫu tại ba bãi vật

liệu khác nhau lần lượt là các bãi A, B và C tại vị trí gần khu vực hồ đập Tân Sơn, tỉnh

Gia Lai; hồ đập Eamlô, hồ đập Buôn Sa tỉnh Đắk Lăk để nghiên cứu. Tác giả đã nghiên

cứu được 524 tổ mẫu thí nghiệm bao gồm các đặc tính ban đầu của các loại đất, như

thành phần hạt, các chỉ tiêu vật lý, cơ học và các tính chất đặc biệt của đất. Từ đó đề các

xuất giải pháp phù hợp để cải thiện một số tính chất cơ lý của đất, nhằm sử dụng vật liệu

bồi tích trẻ để nâng cấp, sửa chữa đập đáp ứng các Tiêu chuẩn TCVN 8216-2009 và

8297-2009, bao gồm:

- Đối với đất chứa nhiều dăm sạn: i) Với loại đất có tính thấm lớn áp dụng biện pháp

trộn là 2% hàm lượng XM và 3% vôi nhằm giảm tính thấm của đất; ii) Với đất có tính

tan rã mạnh, tác giả kiến nghị sử dụng hàm lượng XM từ 35% pha trộn với đất.

- Đối với đất có dung trọng khô nhỏ: Tác kiến nghị trộn thêm hàm lượng dăm sạn từ

2025% để tăng dung trọng khô của đất, khi đó độ ẩm tốt nhất giảm, tính biến dạng

giảm, khả năng chống cắt tăng và tính thấm tăng nhưng vẫn thỏa mãn yêu cầu đắp đập

theo tiêu chuẩn hiện hành.

ỨNG DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ĐỂ NÂNG CẤP,

SỬA CHỮA MỘT SỐ ĐẬP ĐẤT Ở TÂY NGUYÊN

4.1 Lựa chọn công trình nghiên cứu

4.1.1 Lựa chọn và giới thiệu công trình

Công trình được lựa chọn nghiên cứu là đập đất Buôn Sa thuộc Buôn Reng, xã Ea’bông,

Huyện Krông Ana. Đập hiện trạng là đập đất đồng chất, có các thông số cơ bản được

thể hiện trên Bảng 4. 1.

Bảng 4. 1 Các thông số cơ bản của đập đất hồ chứa Buôn Sa

STT Các thông số cơ bản Kích thước

1 Cao trình đỉnh đập 463.54 m

2 Cao trình đỉnh tường chắn sóng 463.84 m

3 Mực nước dâng bình thường 461.0 m

4 Chiều rộng đỉnh đập 3.0 m

5 Chiều cao đập 12.0 m

6 Hệ số mái thượng, hạ lưu 3.0

Theo kết quả tài liệu về khảo sát, cấu tạo địa chất của đập Buôn Sa bao gồm các lớp đất

Hình 4. 1 Sơ đồ các lớp đất của đập đất Buôn Sa

Lớp 1: Đất đắp á cát, màu xám vàng chứa nhiều dăm sạn.

Lớp 2: Á Sét màu xám nâu, nâu đỏ lẫn sạn, kết cấu chặt vừa, trạng thái dẻo cứng, nguồn

gốc sườn tàn tích edQ.

Lớp 3: Đới phong hóa IA1 - Đá phong hóa hoàn toàn thành á sét màu xám trắng, xanh

nhạt, trạng thái nửa cứng, kết cấu chặt.

Các chỉ tiêu cơ lý của đất nền được lấy theo tài liệu khảo sát. Tuy nhiên chỉ tiêu cơ lý

của đất đắp được lấy theo hiện trạng. Các thông số của vật liệu đắp đập được tóm tắt

trong Bảng 4. 2.

Bảng 4. 2 Các thông số của của vật liệu trong tính toán

Tên lớp  (kN/m3)  (độ) 21.2 20.0 17.7 18.5 24.5 19.2 1 2 3 C (kN/m2) 24.7 15.5 22.6 k (cm/s) 2.10-4 3.10-5 5.10-6 Ghi chú Đất đắp Đất nền Đất nền

- Trọng lượng tự nhiên của đất; -Góc ma sát trong; C- Lực dính đơn vị; k- Hệ số thấm

4.1.2 Đánh giá hiện trạng đập và đề xuất giải pháp nâng cấp

4.1.2.1 Đánh giá hiện trạng đập

Qua điều tra khảo sát nhận thấy đập đất đang có dấu hiệu xuống cấp rõ rệt; Mái thượng

và hạ lưu không được gia cố, cây cối mọc um tùm; Mái đập chưa được gia cố qua nhiều

năm sử dụng bị xói mòn, không còn đủ kích thước hình học như thiết kế; Mái hạ lưu

đập xuất hiện nhiều lỗ rỗng, không có thiết bị tiêu thoát nước; Vùng mái hạ lưu đập xuất

hiện nhiều vùng thấm mạnh đặc biệt là tại vị trí lòng suối cũ.

Hình 4. 2 Mái hạ lưu đập có nhiều vết nứt và các lỗ rỗng (Ảnh chụp ngày 13/8/2015)

Ngoài ra, tác giả còn sử dụng phần mềm Geo Studio để đánh giá lại tính ổn định và thấm

của đập hiện trạng Buôn Sa. Kết quả tính thấm và tính ổn định được thể hiện ở các hình

vẽ sau:

Hình 4. 3 Kết quả tính thấm với đập hiện trạng

Hình 4. 4 Kết quả tính ổn định mái TL đập hiện trạng

Hình 4. 5 Kết quả tính ổn định mái hạ lưu đập hiện trạng

Qua kết quả tính thấm và tính ổn định với đập hiện trạng nhận thấy:

- Đối với trường hợp tính thấm của đập hiện trạng, gradien thấm lớn nhất Jmax = 0.691

> [J] = 0.50, vì vậy đập hiện trạng bị thấm mạnh.

- Đối với trường hợp tính ổn định của đập hiện trạng, hệ số ổn định Kminmin ở trường hợp

mái hạ lưu bẳng 1.308 gần với [K]=1.3 nên nguy cơ mất an toàn là rất cao.

4.1.2.2 Đề xuất giải pháp nâng cấp, sửa chữa

Hiện tại đập đang bị thấm, do vậy nhu cầu nâng cấp, sửa chữa chống thấm để đảm bảo

an toàn của đập đất là rất cần thiết. Yêu cầu đặt ra, cần chống thấm cho thân đập, mở

rộng mặt cắt đập, đắp áp trúc thượng lưu đập, sử dụng VLTC đã được xử lý để cải thiện

một số tính chất cơ lý của đất đắp và làm mới lăng trụ thoát nước sau đập (tăng mức độ

ổn định cho mái đập hạ lưu). Qua điều tra khảo sát, nhận thấy đập đất hiện trạng Buôn

Sa có các chỉ tiêu vật liệu gần phù hợp với mẫu đất MC đã nghiên cứu xử lý ở chương

3, vì thế tác giả sử dụng kết quả đã nghiên cứu xử lý đối với với mẫu vật liệu MC bằng

cách pha trộn thêm 2% XM và 3% vôi để đắp áp trúc mái TL đập đất Buôn Sa. Sơ đồ

đắp được thể hiện trong Hình 4. 6.

Hình 4. 6 Sơ đồ đắp áp trúc mái TL để nâng cấp chống thấm cho đập

Theo hướng dẫn kỹ thuật, thiết kế và thi công đắp áp trúc mái TL đỉnh đập [87], bố trí

khối đắp áp trúc TL để tăng khả năng chống thấm cho thân đập, với khối I là khối đập

cũ, còn khối II là khối đất sử dụng vật liệu bồi tích trẻ MC-2-3 đã được xử lý, cải tạo ở

chương 3 đáp ứng yêu cầu nâng cấp theo TCVN 8216-2009 và Hướng dẫn kỹ thuật thiết

kế và thi công đắp áp trúc mái TL [11], [87].

Các thông số được đề xuất nâng cấp đập đất Buôn Sa được thể hiện ở Bảng 4. 3.

Bảng 4. 3 Yêu cầu nâng cấp đập đất Buôn Sa

Các thông số cơ bản

Cao trình đỉnh đập Cao trình đỉnh tường chắn sóng

STT 1 2 3 Mực nước dâng bình thường Kích thước 463.54 m 463.84 m 461.0 m

4 Chiều rộng đỉnh đập 3.0 m

Chiều cao đập

5 6 Hệ số mái: + Thượng lưu + Hạ lưu 12.0 m 3.0 3.0 Yêu cầu nâng cấp 463.54 m 463.84 m 461.0 m Thay đổi (được lựa chọn sau khi tính ổn định và thấm của đập) 12.0 m 3.5 3.0

Các chỉ tiêu yêu cầu khi nâng cấp đập đất:

- Yêu cầu về ổn định thấm

Theo QPVN 04-05:2012/BNNPTNT, đập hồ chứa nước Buôn Sa được phân loại là cấp

III. Tham chiếu bảng 5 của TCVN 8216-2009 quy định trị số gradient cho phép [J] ở

trong khối đắp thân đập công trình cấp III phải thỏa mãn điều kiện như sau:

Bảng 4. 4 Quy định trị số gradient cho phép trong thân đập

STT 1 2 3 4 5 Loại đất Sét Á sét Cát trung bình Á cát Cát mịn Gradient cho phép [J] 1.2 0.85 0.60 0.50 0.45

Theo hiện trạng, đất đắp đập Buôn Sa là đất á cát, vì vậy [J] = 0.50.

- Yêu cầu về ổn định trượt

Theo TCVN 8216-2009 quy định tính toán kiểm tra ổn định của đập đất công trình cấp

III cần phải thỏa mãn điều kiện sau đây:

[K] = 1.30 đối với tổ hợp cơ bản

[K] = 1.10 đối với tổ hợp đặc biệt

Trong trường hợp nghiên cứu, tác giả tính toán ổn định đập theo tổ hợp cơ bản.

4.2 Nghiên cứu đánh giá khả năng sử dụng khối đất đắp để nâng cấp đập

4.2.1 Giới thiệu phần mềm tính toán

Geo Studio là bộ phần mềm chuyên dụng của hãng GEOSLOPE International (Canada)

dùng để phân tích các bài toán địa kỹ thuật như: thấm, ổn định, ứng suất, biến dạng...

Geo Studio được thiết lập theo từng mô đun riêng biệt để sử dụng cho từng phân tích cụ

thể, tuy nhiên cũng có thể sử dụng ghép đôi các mô đun để phân tích ảnh hưởng đồng

thời. Geo Studio được sử dụng rộng rãi trong tính toán các công trình thực tế vì nó sử

dụng đơn giản, thân thiện với người dùng và kết quả đáng tin cậy. Hiện nay bộ Geo

Studio gồm có 8 mô đun riêng biệt:

SEEP/W: phân tích dòng thấm trong đất

SLOPE/W: phân tích ổn định mái dốc

SIGMA/W: phân tích ứng suất-biến dạng công trình đất

QUAKE/W: phân tích động đất

CTRAN/W: phân tích vận chuyển chất ô nhiễm trong nước ngầm

TEMP/W: phân tích nhiệt

VADOSE/W: phân tích mưa, bốc hơi mặt đất

AIR/W: phân tích tương tác nước-khí

Trong phần tính toán ứng dụng ở chương nàỳ, tác giả sử dụng mô đun SEEP/W để phân

tích ổn tích ổn định thấm, sau đó ghép đôi với mô đun SLOPE/W nhằm phân tích ổn

định trượt.

SEEP/W là phần mềm giao diện đồ họa, dùng để mô hình hóa chuyển động của nước và

phân bố áp lực nước lỗ rỗng theo phương pháp PTHH. Trình tự các bước giải bài toán

thấm bằng mô đun SEEP/W trong bộ phần mềm Geo Studio như sau:

- Sơ đồ hóa hình học bài toán;

- Phân chia thành các lưới phần tử hữu hạn;

- Thiết lập hàm thấm cho các lớp vật liệu;

- Gán hàm thấm cho các lớp vật liệu tương ứng;

- Gán các điều kiện biên về cột nước, lưu lượng

- Giải hệ phương trình tổng thể.

Trong các bước ở trên, chỉ có bước cuối cùng được giải tự động với sự hỗ trợ của máy

tính. Các bước còn lại là do người sử dụng lựa chọn và quyết định.

Mô đun SLOPE/W cho phép tính toán hệ số an toàn ổn định chống trượt theo phương

pháp cân bằng giới hạn. Hệ số an toàn ổn định Kmin được xác định dựa vào điều kiện

cân bằng của lực và mô men chống trượt so với lực và mô men gây trượt. Theo phương

pháp cân bằng giới hạn thì khối trượt được giả thiết có dạng mặt trượt trụ tròn. Khối

trượt được phân thành các thỏi, hệ số an toàn ổn định được xác định dựa vào tổng mô

men các lực chống trượt và gây trượt tác dụng lên các thỏi đất. Theo Odinarry thì tác

giả bỏ qua các lực tương tác giữa các thỏi, còn Bishop và Janbu coi lực tương tác giữa

các thỏi chỉ gồm các lực pháp tuyến trong khi đó Morgentern-Price thì xét cả các lực

tương tác pháp tuyến và tương tác tiếp tuyến. Trong tính toán này, hệ số an toàn ổn định

trượt Kmin được lựa chọn tính toán theo phương pháp Bishop. Trình tự các bước giải bài

toán thấm bằng mô đun SLOPE/W trong bộ phần mềm Geo Studio như sau:

- Sơ đồ hóa hình học bài toán;

- Phân chia thành các vùng vật liệu khác nhau;

- Khai báo các thông số vật liệu;

- Gán thông số vật liệu cho các lớp vật liệu tương ứng;

- Xác định tâm lưới trượt, bán kính lưới trượt, hướng trượt;

- Tích hợp điều kiện mực nước với bài toán phân tích ổn định thấm;

- Giải hệ phương trình tổng thể.

4.2.2 Tính toán thấm qua thân đập khi đắp áp trúc mái thượng lưu

Thấm qua nền, thân đập từ phía TL vào mùa là một trong những vấn đề quan trọng trong

việc đánh giá ổn định của đập. Vấn đề thấm thường gây nên hiện tượng xói ngầm, cát

chảy, đùn đất làm biến dạng đập dẫn đế vỡ đập gây thiệt hại người và vật chất nghiêm

trọng. Vì vậy cần phải nghiên cứu, tính toán các đặc trưng về dòng thấm như: lưu lượng,

đường bão hoà, gradient, áp lực thấm ứng với các điều kiện biên khác nhau trong quá

trình khai thác công trình. Trong thời gian gần đây, khi các công nghệ máy tính cũng

như phương pháp phần tử hữu hạn phát triển đã cho phép giải các bài toán với các điều

kiện biên phức tạp và đã đưa được sơ đồ tính về gần với các điều kiện làm việc thực tế

của công trình. Trong nghiên cứu này, tác giả đã dùng chương trình máy tính Seep/W

của hãng phần mềm địa kỹ thuật quốc tế (Geo-Slope, 2007) để giải bài toán thấm qua

nền và thân đập.

4.2.2.1 Giới thiệu sơ lược về lý thuyết thấm trong đới bão hoà và đới không bão hoà

Chương trình máy tính, Seep/W đã được thiết lập theo phương pháp phần tử hữu hạn để

tính toán cho dòng thấm trong đới bão hoà và đới không bão hoà. Phần khác nhau chính

giữa dòng thấm trong đới bão hoà và đới không bão hoà là ở chỗ trong đới bão hoà thì

hệ số thấm là một hằng số, trong khi đó trong đới không bão hoà thì hệ số thấm thay đổi

rất lớn với sự thay đổi của áp lực nước lỗ rỗng. Sự thay đổi của hệ số thấm khi áp lực

nước lỗ rỗng thay đổi làm các phương trình trong phần tử hữu hạn trở nên không tuyến

tính.

Sự thay đổi dung lượng thể tích nước trong một đơn vị phần tử tại một điểm trong không

gian chính bằng hiệu lưu lượng nước chảy vào và chảy ra và được biểu diễn bằng bằng

phương trình vi phân sau:

(4- 1)

Trong đó:

h - cột nước thuỷ lực tổng cộng;

kx - hệ số thấm theo phương x;

ky - hệ số thấm theo phương y;

Q - lưu lượng dòng chảy biên;

t - thời gian;

mw - độ dốc của đường cong trữ nước;

w - dung trọng của nước.

Ở trạng thái ổn định, lượng nước chảy vào bằng với lượng nước chảy ra, phương trình

trên trở thành:

(4- 2)

Giải bài toán trên theo phương pháp phần tử hữu hạn, phương trình trên được viết lại

như sau:

[K] [H] + [M] [H], t = [Q] (4- 3)

Trong đó:

[K] - Ma trận đặc tính phần tử;

[H] - Vector thuỷ lực nút;

[M] - Ma trận chứa nước phần tử;

t - Độ dày phần tử;

[Q] - Vector dòng chảy.

Trường hợp dòng thấm ổn định:

[K] [H] = [Q] (4- 4)

Sau khi giải được thuỷ lực nút ta có thể tính Gradient, vận tốc dòng chảy và lưu lượng

dòng thấm qua một mặt cắt theo phương ngang.

Kết quả tính: Xác định lưu lượng thấm; Xác định đường bão hoà trong thân đập và Kiểm

tra độ bền thấm của thên đập và nền đập.

4.2.2.2 Điều kiện biên của mô hình tính

Tiến hành tính toán thấm cho dạng điển hình của đập vì mặt cắt có cấu tạo địa chất đất

nền khá đặc trưng và là mặt cắt nguy hiểm nhất.

Mặt cắt được chia ra các phần tử. Các phần tử biên phía phải, phía trái ở dạng phần tử

vô hạn, áp lực phía thượng lưu được coi là áp lực không đổi với tổng cột nước thấm

bằng với cao trình mực nước thiết kế.

4.2.2.3 Các đặc trưng cơ lý dùng trong mô hình tính thấm

Các chỉ tiêu cơ lý phục vụ tính thấm được tổng hợp trong Bảng 4. 5. Trong đó các chỉ

tiêu cơ lý thuộc thân và nền đập hiện trạng được lấy theo hiện trạng.

Bảng 4. 5 Hệ số thấm của vật liệu đắp đập và đất nền dùng trong mô hình tính thấm

Hệ số thấm k TT Tên lớp đất (cm/s) (m/ngđ)

I Thân và nền đập hiện trạng

1 Lớp 1 0.1728 2.0010-04

2 Lớp 2 0.02592 3.0010-05

3 Lớp 3 0.00432 5.0010-06

II Đất đắp khối TL đập *

1 Đất đắp K95 0.01771 2.0510-05

(*)- Sử dụng mẫu đất MC-2-3 đã nghiên cứu cải tạo trong chương 3 để áp trúc mái TL.

4.2.2.4 Lựa chọn các mặt cắt tính toán

Việc tính toán thấm và ổn định được tiến hành với các mặt cắt nguy hiểm nhất của đập

thiết kế. Căn cứ vào mặt cắt ngang thiết kế chọn mặt cắt lòng sông để nghiên cứu.

Hình 4. 7 Sơ đồ mặt cắt tính toán

Tiến hành tính toán thấm qua đập trong trường hợp sau: Mực nước dâng bình thường

(MNDBT) có cao trình +461,00 m, hạ lưu không có nước.

4.2.2.5 Kết quả tính toán với các trường hợp khác nhau

Căn cứ theo mục 6.3.1 trong TCVN 8216-2009 [11], tác giả đề xuất trường hợp tính

toán với hệ số mái đắp áp trúc TL m = 3.5 để nghiên cứu tính toán thấm và ổn định đập

khi nâng cấp đập. ác giả nghiên cứu khả năng sử dụng chiều dày khối đắp với chiều rộng

đỉnh đập lần lượt thay đổi B = 4.0; 4.5 và 5.0m.

Hình 4. 8 Kết quả tính thấm với chiều rộng đỉnh đập B = 4.0m

Hình 4. 9 Kết quả tính thấm với chiều rộng đỉnh đập B = 4.5m

Hình 4. 10 Kết quả tính thấm với chiều rộng đỉnh đập B = 5.0m

Tổng hợp kết quả tính toán: Dựa vào kết quả tính toán thấm khi chạy mô hình, tác giả

tổng hợp các kết quả tính thấm được thể hiện trong Bảng 4. 6.

Bảng 4. 6 Kết quả tính thấm tính với chiều rộng khối đắp khác nhau

STT Chiều rộng đỉnh đập thay đổi (m) Jmax

1 B = 4.0 0.405

2 B = 4.5 0.351

3 B = 5.0 0.322

Nhận xét kết quả tính toán: Gradien thấm lớn nhất Jmax < [J] = 0.50. Vậy kết quả tính

toán đều khẳng định thân và nền đập an toàn về thấm khi sử dụng vật liệu bồi tích trẻ đã

cải tạo để đắp áp trúc mái TL.

4.2.3 Tính toán ổn định mái đập

Mất ổn định mái dẫn đến công trình mất ổn định là một vấn đề được quan tâm lớn trong

nhiều công trình thuỷ lợi của Thế giới nói chung và của nước ta nói riêng. Trượt mái

đập thường vỡ đập gây thiệt hại rất lớn cho người và của. Vì vậy đánh giá mức độ ổn

định của mái đập với các điều kiện biên khác nhau là rất cần thiết.

Tương tự như phần tính thấm, tác giả tính ổn định mái đập phía thượng lưu và phía hạ

lưu tại mặt cắt đặc trưng.

Việc tính toán ổn định trượt theo phương pháp cân bằng giới hạn của từng thỏi dùng

chương trình máy tính Slope/W của hãng phần mềm địa kỹ thuật quốc tế (Geo-Slope,

2007). Áp lực nước lỗ rỗng đã được đưa trực tiếp vào trong quá trình tính ổn định trượt

từ chương trình Seep/W theo phương pháp phần tử hữu hạn. Tác giả đã dùng phương

pháp Bishop để tính ổn định, phương pháp này thoả mãn phương trình cân bằng moment.

Phương trình tính toán theo phương pháp Bishop:

(4- 5)

Trong đó: m = cos + (sin.tg')/Kat;

- Lực dính đơn vị; C'

- Góc ma sát; '

- Áp lực kẽ rỗng; u

w - Trọng lượng của giải đất tính toán;

 - Chiều dài đáy dải;

 - Góc giữa tiếp tuyến giải và phương ngang.

4.2.3.1 Đặc trưng cơ lý của các lớp đất dùng trong mô hình tính ổn định trượt

Các chỉ tiêu cơ lý phục vụ tính ổn định được tổng hợp trong bảng Bảng 4. 7. Trong đó

các chỉ tiêu cơ lý thuộc thân và nền đập được lấy theo hiện trạng.

Bảng 4. 7 Các chỉ tiêu cơ lý của vật liệu đắp đập và đất nền

TT Tên lớp đất Lực dính C (KN/m2) Góc ma sát (độ) Trọng lượng w (KN/m3)

Lớp 1 Lớp 2 Lớp 3 21.20 17.70 24.50 24.70 15.50 22.60

I Đất đắp và nền đập hiện trạng 20.00 1 18.50 2 19.20 3 II Đất đắp áp trúc mái TL * 20.5 1 Đất đắp K95 26.10 20.40

(*)- Sử dụng mẫu đất MC-2-3 đã nghiên cứu cải tạo trong chương 3 để áp trúc mái TL.

4.2.3.2 Lựa chọn trường hợp tính toán

Tác giả tiến hành tính toán ổn định mái thượng lưu và hạ lưu đập theo qui phạm đập đất

đầm nén, tác giả tính toán ổn định cho các trường hợp cơ bản tức là mực nước TL ở

MNDBT, hạ lưu không có nước. Trong trường hợp này có xét đến có tải trọng xe q =

10.0 KN/m2 trên đỉnh đập.

4.2.3.3 Kết quả tính toán ổn định mái đập

Tương tự như tính thấm, tác giả cũng lần lượt tính ổn định cho mái thượng và hạ lưu

theo hệ số mái m = 3.5 với chiều rộng đỉnh đập lần lượt thay đổi B = 4.0; 4.5 và 5.0 m.

Kết quả tính toán được thể hiện như sau:

1/ Tính cho trường hợp ổn định mái thượng lưu:

Hình 4. 11 Kết quả tính ổn định mái TL với chiều rộng đỉnh đập B = 4.0m

Hình 4. 12 Kết quả tính ổn định mái TL với chiều rộng đỉnh đập B = 4.5m

Hình 4. 13 Kết quả tính ổn định mái TL với chiều rộng đỉnh đập B = 5.0m

2/ Tính cho trường hợp ổn định mái hạ lưu:

Hình 4. 14 Kết quả tính ổn định mái hạ lưu với chiều rộng đỉnh đập B = 4.0m

Hình 4. 15 Kết quả tính ổn định mái hạ lưu với chiều rộng đỉnh đập B=4.5m

Hình 4. 16 Kết quả tính ổn định mái hạ lưu với chiều rộng đỉnh đập B=5.0m

Tổng hợp kết quả tính toán: Kết quả tính toán hệ số an toàn nhỏ nhất Kmin min với hệ số

mái của khối đắp áp trúc TL m = 3.5 và chiều dày khối đắp thay đổi được thể hiện trong

Bảng 4. 8.

Bảng 4. 8 Kết quả tính toán hệ số ổn định mái đập

Chiều rộng đỉnh đập B Kmin min ở Kmin min ở [K] STT thay đổi thượng lưu hạ lưu

B = 4.0 1.30 1 2.799 1.638

B = 4.5 1.30 2 2.790 1.643

m = 5.0 1.30 3 2.767 1.648

100

Nhận thấy, kết quả tính ổn định với các hệ số mái đắp áp trúc thượng lưu đều thỏa mãn

theo yêu cầu ổn định của TCVN 8216 - 2009.

Qua kết quả tính toán thấm và ổn định mái thượng, hạ lưu đập thể hiện ở Bảng 4. 6 và

Bảng 4. 8, tác giả nhận thấy sử dụng hệ số mái đắp áp trúc TL m = 3.5 với chiều dày

khối đắp B = 4.0; 4.5 và 5.0 m đều thỏa mãn khả năng chống thấm và ổn định công

trình. Tuy nhiên để đảm bảo khả năng thi công bằng cơ giới và nâng cao an toàn đập,

tác giả kiến nghị lựa chọn chiều rộng đỉnh đập để đắp áp trúc mái TL là 4.5m.

4.3 Công nghệ xử lý đất gia cố và thi công đắp áp trúc mái thượng lưu đập

4.3.1 Chuẩn bị máy móc, thiết bị và nhân lực

- Máy thi công gồm: Máy xúc; máy trộn tự hành; máy lu rung; máy phay đất; máy san;

đầm cóc; máy thủy bình;

- Cọc tiêu, sơn, biển cảnh báo thi công;

- Nhân công trực tiếp thi công và công nhân lái máy;

- Cán bộ thí nghiệm hiện trường.

4.3.2 Chuẩn bị nguyên vật liệu thi công

Vật liệu gồm: Đất được lấy gần đập đất Buôn Sa; XM Vicem Hoàng Thạch PCB 30

(hoặc tương đương); Vôi.

4.3.3 Quy trình trộn đất theo tỷ lệ hỗn hợp gia cố sử dụng phương pháp dây chuyền

Qua kết quả nghiên cứu thí nghiệm, tỷ lệ gia cố hợp lý được chọn như sau: MC-2-34

Chuẩn bị bãi thi công trộn đất kích thước từ 60100m, tùy thuộc vào năng lực và thiết

bị thi công. Bãi đất được chia thành 04 dải có diện tích bằng nhau. Tiến hành trộn đất

như sau:

- Bước 1: Rải đất (R) lên rải số 1, chiều dày lớp rải khoảng 30cm, sau đó rải đều XM và

vôi lên lớp đất theo tỷ lệ đã nghiên cứu;

- Bước 2: Dùng máy xới tơi, băm nhỏ đất thành những cục nhỏ, kết hợp cả băm với trộn

hỗn hợp Đ-XM và vôi, công đoạn này được ký hiệu là BT;

101

- Bước 3: Dùng máy đảo đất đã được băm trộn cho đều, ký hiệu công đoạn là Đ;

- Bước 4: Xúc đất lên phương tiện vận chuyển để đắp đập, ký hiệu công đoạn là X.

Bảng 4. 9 Sơ đồ thi công dây chuyền khu vực trộn đất

Kíp 1 2 3 4 5 6 7 8 Dải

1 R BT Đ X R BT Đ X

2 R BT Đ X R BT Đ

3 R BT Đ X R BT

4 R BT Đ X R

4.3.4 Công nghệ thi công đắp áp trúc mái thương lưu đập

Công tác đắp áp trúc mái thượng lưu đập phải tuân thủ theo đúng tiêu chuẩn TCVN

8297:2009 và Hướng dẫn thiết kế, thi công đắp áp trúc mái thượng, hạ lưu đập, đỉnh đập

[12], [87]. Cần thực hiện theo các bước sau:

Bước 1: Dẫn dòng thi công

Lựa chọn thời điểm thi công là mùa khô, do vậy mực nước trong hồ xuống thấp, nên lựa

chọn giải pháp dẫn dòng thi công là đắp đê quai cách ly mái đập thượng lưu với phần

nước còn lại trong hồ.

Bước 2: Công tác tháo nước và xử lý hố móng

- Trong hố móng cần đào hố tập trung nước tại vị trí trũng nhất và dùng máy bơm để

bơm nước, giữ cho hố móng luôn khô ráo để thi công các lớp sát nền của khối đắp áp

trúc;

- Nạo vét bùn và xử lý toàn bộ lớp đất yếu trong hố móng;

- Đào bỏ các gốc cây, rễ cây và nhặt cỏ các hòn đá tảng, đá rời trong hố móng;

- Bạt phẳng hố móng trước khi đắp áp trúc.

Bước 3: Chuẩn bị mặt bằng thi công

102

Trước khi đắp áp trúc phải dọn sạch nền, dọn sạch cỏ cây và phải bóc hết lớp đất xấu

của mặt tiếp giáp giữa thân đập cũ với khối đất đắp thêm. Nếu khi thi công có vùng đất

yếu cục bộ trên mái đập, phải bóc bỏ hết, lưu ý không bạt kiểu giật cấp, đánh sờm bề

mặt, tạo liên kết giữa khối đập cũ và khối đắp mới.

Bước 4: Thi công giữa khối đắp áp trúc với hai vai đập và công trình xây đúc hay vách

đá. Dựa trên nguyên tắc cần đảm bảo nối tiếp tốt và trơn tru giữa khối đắp mới và nền

vai đập, không được hình thành các khe hở cục bộ để tạo ra dòng thấm tập trung, và

không được hình thành khe nứt ở khối đắp áp trúc khi nền có biến đổi đột ngột. Khi thi

công cần thực hiện theo:

- Bóc bỏ hết lớp đất chứa rễ cây, cỏ và các thành phần đất yếu trên bề mặt; yêu cầu hai

bên vai đập sau khi xử lý là đường cong trơn, không có bậc thụt.

- Khi thi công khối đắp áp trúc tiếp giáp với công trình xây đúc hay vách đá cần lưu ý,

trong phạm vi 1m kể từ đường viền tiếp giáp, khi đầm đất phải đầm bằng đầm có, trong

phạm vi từ 12 m được dùng đầm lăn ép, còn ngoài phạm vi 2m được dùng đầm rung.

Bước 5: Thi công khối đắp áp trúc với đập cũ

- Sử dụng phương pháp thi công dây chuyền, trên mặt đập chia ra từng khoảnh thi công,

trên mỗi khoảnh sẽ lần lượt tiến hành các công tác đổ, san, đầm. Yêu cầu đất phải đắp

thành từng lớp, chiều dày mỗi lớp không được lớn hơn 30cm, đắp từ cao trình thấp lên

cao.

- Sau khi thi công mỗi lớp, để chuẩn bị đổ lớp đất mới, phải cào xới lớp đất đã được đắp

trước, nếu trong quá trình thi công lớp đất cũ bị khô phải tiến hành tưới ẩm rồi mới được

rải lớp đất mới.

- Việc đắp đất phải được thực hiện theo từng lớp, chiều dày mỗi lớp không quá 30cm.

Lớp đất phải làm dốc nghiêng ra phía ngoài, tuyệt đối không để mặt nghiêng vào phía

thân đập cũ.

Bước 6: Nghiệm thu vật liệu đất đắp

103

Mỗi lớp đất đắp phải được kiểm tra và nghiệm thu rồi mới được tiến hành đắp lớp tiếp

theo.

Các lớp đất đắp sau khi đầm xong là phải lấy mẫu thí nghiệm dung trọng khô và độ chặt

đầm nén. Số lượng mẫu quy định như sau:

- Đầm bằng máy cứ 100 m3 đến 200 m3 lấy một nhóm mẫu.

- Đầm bằng đầm thô sơ cứ 25 m2 đến 50 m2 (diện tích đầm) lấy một nhóm mẫu.

- Tối thiểu mỗi lớp đất đầm xong phải lấy một nhóm mẫu.

Yêu cầu, vị trí lấy mẫu phải phân bố đều theo mặt bằng và theo chiều dày lớp đất đắp.

Vị trí lấy mẫu ở hai lớp trên dưới kề nhau phải xen kẽ nhau. Mẫu của lớp trên phải ăn

sâu vào lớp dưới. Dung trọng khô thực tế của các mẫu thí nghiệm chỉ được phép thấp

hơn dung trọng khô thiết kế quy định là 0,03 T/m3. Số mẫu không đạt yêu cầu này không

được vượt 5% so với tổng số mẫu lấy thí nghiệm và không được tập trung vào một vùng.

4.4 Kết luận chương 4

Chương 4 tác giả nghiên cứu hiện trạng công trình đập đất Buôn Sa, từ đó đề xuất giải

pháp nâng cấp đập theo yêu cầu chống thấm và kiến nghị sử dụng giải pháp đắp áp trúc

thượng lưu để nâng cấp chống thấm đập. Tác giả vận dụng kết quả nghiên cứu thực

nghiệm ở chương 3 về nâng cấp khả năng chống thấm cho đập, tác giả đề nghị dùng

mẫu đất MC đã được xử lý bằng cách trộn thêm 3% vôi và 2%XM để đắp áp trúc TL

đập. Qua tính toán theo chương trình SEEP/GEO-SLOPES, tác giả nhận thấy với hệ số

mái đắp TL m = 3.5 và chiều rộng đỉnh đập B = 4.5 thì đập đảm bảo các yêu cầu chống

thấm, ổn định chống trượt mái thượng, hạ lưu đập và đảm bảo cả yêu cầu thi công cơ

giới.

104

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

I. Kết quả đạt được của Luận án

Trên cơ sở kết quả nghiên cứu đạt được, Luận án đưa ra một số kết luận sau:

1) Tổng hợp được đặc điểm và tính chất cơ lý của đất khu vực Tây Nguyên, từ đó lựa

chọn loại đất đại biểu để nghiên cứu, là đất có hàm lượng hạt mịn chiếm đa số và đất có

chứa nhiều dăm sạn;

2) Dựa vào việc phân tích cơ sở khoa học và một số giải pháp kỹ thuật để cải tạo đất,

tác giả đã lựa chọn 3 giải pháp cải tạo đất với 3 loại đất như sau: Đối với đất có tính

thấm lớn sử dụng giải pháp trộn XM kết hợp với vôi để tăng hiệu quả giảm thấm; Đối

với đất có tính tan rã mạnh giải pháp sử dụng XM để trộn với đất; Đối với đất có dung

trọng khô nhỏ, cần sử dụng giải pháp thay đổi thành phần hạt, cụ thể trộn thêm hàm

lượng hạt dăm sạn;

3) Đối với loại đất có tính thấm lớn áp dụng biện pháp trộn XM và vôi với tỷ lệ thích

hợp để giảm tính thấm, cụ thể trong Luận án tác giả đề xuất hàm lượng trộn là vôi 3%

và XM 2%.

4) Đối với đất có tính tan rã lớn có thể áp dụng biện pháp trộn XM để giảm tính tan rã

của đất, cụ thể kiến nghị sử dụng hàm lượng XM là 5% pha trộn với vật liệu đất đắp

nhằm cải tạo đất có tính tan rã.

5) Đối với đất có dụng trọng khô nhỏ, kiến nghị giải pháp pha trộn hàm lượng dăm sạn

nhằm tăng dung trọng khô của đất. Khi dung trọng khô tăng, độ ẩm tối ưu giảm, khả

năng chống cắt và chống biến dạng tăng, tuy nhiên khả năng chống thấm giảm đáng kể

khi tăng hàm lượng dăm sạn. Tác giả kiến nghị sử dụng hàm lượng dăm sạn pha trộn từ

2025%, với tỷ lệ này sẽ phát huy hiệu quả tối đa tính chất xây dựng của đất khi sử dụng

làm vật liệu đắp đập.

6) Để nâng cấp đập đất bị thấm qua thân đập, có thể dùng giải pháp đắp áp trúc mái TL

sử dụng vật liệu tại chỗ có chứa nhiều dăm sạn trộn thêm 2% XM và 3% vôi để nâng

105

cấp đấp đất và đề xuất hệ số mái của khối đất đắp m =3.5 và mở rộng chiều rộng đỉnh

đập thêm 1.5m.

II. Những điểm mới của Luận án

1) Đề xuất được hàm lượng dăm sạn hợp lý từ 2025% trộn với đất bồi tích trẻ có dung

trọng khô nhỏ, làm tăng dung trọng khô và giảm độ ẩm tối ưu của đất, tăng khả năng

chống cắt và chống biến dạng, thỏa mãn tiêu chuẩn đất sử dụng để nâng cấp và xây dựng

đập.

2) Đề xuất sử dụng 3% vôi và 2% xi măng vào đất bồi tích trẻ có tỷ lệ dăm sạn cao (

48%) để giảm tính thấm từ 10-4 cm/s xuống 10-5 cm/s thỏa mãn yêu cầu chống thấm cho

đập.

III. Những tồn tại và kiến nghị

1. Tồn tại

1) Do kinh phí và thời gian hạn chế, tác giả mới chỉ lựa chọn 3 địa điểm lấy mẫu đại

diện cho đất bồi tích trẻ ở Tây Nguyên để nghiên cứu.

2) Nghiên cứu của tác giả mới chỉ thực hiện được trong phòng thí nghiệm chưa triển

khai ra ngoài thực tế để đánh giá kết quả nghiên cứu.

3) Một số kết quả nghiên cứu của tác giả mới chỉ nghiên cứu cho hai Tiêu chuẩn cũ đó

là TCVN 8297-2009 và TCVN 8216-2009, còn hai Tiêu chuẩn mới TCVN 8297-

2018 và TCVN 8216-2018 thay thế cho hai Tiêu chuẩn cũ đó tác giả chưa xét đến.

2. Kiến nghị

1) Trong phạm vi nghiên cứu của luận án, tác giả mới chỉ dừng lại ở nghiên cứu đề

xuất giải pháp cho một số tính chất cơ lý và tính chất đặc biệt của đất, cụ thể là đất

có dung trọng khô nhỏ; đất có hệ số thấm k lớn và đất có tính tan rã mạnh. Vì vậy,

kiến nghị có thể bổ sung nghiên cứu thêm một số tổ mẫu đất khác có một số chỉ tiêu

cơ lý khác không phù hợp với tiêu chuẩn để đề xuất các giải pháp cải tạo đất sử

dụng cho việc nâng cấp đập.

106

2) Đối với đất có tính trương nở có thể tham khảo các giải pháp xử lý vật liệu của các

công trình nghiên cứu trước kia [29] hoặc [45].

3) Có thể nghiên cứu áp dụng thử để rút ra quy trình chế tạo, đánh giá kết quả nghiên

cứu.

4) Có thể nghiên cứu thêm các loại xi măng PCB 30 khác và so sánh kết quả nghiên

cứu của luận án.

107

DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ

1. Bài báo khoa học

1) Mai Thị Hồng, Phạm Huy Dũng, “Nghiên cứu gia cố vật liệu tại chỗ để gia cố

đập đất Buôn Sa”, Tạp chí Khoa học kỹ thuật Thủy lợi và Môi trường số 63

(12/2018)

2) Mai Thị Hồng, Nguyễn Trọng Tư. “Ảnh hưởng của hàm lượng dăm sạn lên các

chỉ tiêu cơ lý của đất đỏ bazan dùng trong các đập đất ở Tây Nguyên”. Tạp chí

Địa kỹ thuật số 1 năm 2018.

2. Hội nghị khoa học

1) Nguyen Trong Tu, Mai Thi Hong, Pham Huy Dung, “Solutions to Improve

Permeability and Disintegration of Earth Dam in Central Highlands, Vietnam”,

The 8th International Conference on Fluid Mechanics, September 25-28,2018,

Sendal, Japan.

2) Mai Thị Hồng, Phạm Huy Dũng, Nguyễn Trọng Tư. “Nghiên cứu giải pháp nhằm

gia cường vật liệu đắp đập tại chỗ có tính chất cơ lý đặc biệt ở Tây Nguyên ”.

Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2017, Trường Đại học Thủy lợi.

3) Nguyễn Trọng Tư, Nguyễn Thị Thanh Bình, Mai Thị Hồng. “Chất lượng một số

công trình đập đất vừa và nhỏ Tây Nguyên”. Tuyển tập Hội nghị Khoa học

thường niên năm 2016, Trường Đại học Thủy lợi.

3. Đề tài khoa học

Tham gia đề tài cấp bộ “Nghiên cứu giải pháp sử dụng đất tại chỗ để xây dựng,

sửa chữa và nâng cấp đập đất vừa và nhỏ Tây Nguyên”, 2016.

108

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Viện Quy hoạch Thủy lợi, Tháng 4 năm 2015.

[2] Viện quy hoạch Thủy lợi, Chiến lược phát triển Thủy lợi Việt Nam đến năm 2020

và định hướng đến năm 2050, Hà Nội, 2009.

[3] Ngô Trí Viềng và nnk, Giáo trình thủy công tập 1, Nhà xuất bản xây dựng, Hà

Nội, 2004.

[4] A.A. Nhichiporovich, Đập vật liệu địa phương (nguyên bản tiếng Nga: ПЛОТИНЫ ИЗ МЕСТНЫХ МАТЕРИАЛОВ), Nhà xuất bản Xây dựng Matxcơva, 1973.

[5] ICOLD, World register of dams, ICOLD, 2016.

[6] Nguyễn Xuân Trường, Thiết kế đập đất, Hà Nội: Nhà xuất bản khoa học và kỹ

thuật, 1972.

[7] Phạm Ngọc Quý, Tiêu chí đánh giá an toàn đập đất, Nhà xuất bản Xây dựng Hà

Nội, 2016.

[8] Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, Những công trình thủy lợi, 70 năm 1945-

2015, Nhà xuất bản Lao động, 2015.

[9] Nguyễn Cảnh Thái và nnk, Tài liệu đào tạo nâng cao năng lực quản lý an toàn đập,

Bộ NN&PTNT, Hà Nội, 2014.

[10] Nghị định 114/2018/NĐ-CP, Về quản lý an toàn đập, hồ chứa nước, Ngày 4 tháng

9 năm 2018.

[11] TCVN 8216-2009, Thiết kế đập đất đầm nén, 2009.

[12] TCVN 8297-2009, Công trình thủy lợi - Đập đất - Yêu cầu kỹ thuật trong thi công

bằng phương pháp đầm nén, 2009.

[13] Xie. J.B and Sun. D.Y., "Statistics of dam failures in China and analysis on failure," Journal of Water Resources and Hydropower Engineering, 2009.

[14] Zhang. L.M, Xu. Y and Jia. J. S., "Analysis of earth dam failures: A database,"

Journal of IGeorisk, 2009.

[15] Phan Sỹ Kỳ, Sự cố một số công trình thuỷ lợi Việt Nam và các biện pháp phòng

tránh, Nhà xuất bản Nông nghiệp, Hà Nội, 2000.

[16] Lưu Di Trụ và Nhữ Hiệu Vũ, Những hư hỏng của công trình thủy công, Nhà xuất

bản Nông nghiệp, Hà Nội, 1977.

[17] Nguyễn Uyên, Kỹ thuật đầm chặt cho các công trình đắp, Nhà xuất bản Xây dựng,

Hà Nội, 2013.

[18] Viện Quy hoạch Thủy lợi, Báo cáo tổng hợp Quy hoạch tổng thể thủy lợi Tây

Nguyên, Tháng 6/2014.

109

[19] Đặng Hoàng Thanh và Đoàn Bình Minh, Thực trạng hồ, đập vừa và nhỏ ở Tây

Nguyên, Tạp chí Tài nguyên nước, Hội Thủy lợi Việt Nam, 2015.

[20] J. Shearard, "Hydraulic Facturing in Embankment Dams," Geotechnical Special

Publication, Vols. No32, ASCE, 1985.

[21] Shearard, J.L., Decker, R.S., & Ryker, N.L, in Hydaulic Fracturing in Low Dams

of Dispersive Clay, 1972.

[22] Nelson, J.D. & Miller, D.J., Expensive Soil, Problems and Practice in Foundation

and Pavement Engineering, John Willey & Sons, INC., New York, 1992.

[23] Fell, R., MacGregor, P., & Stappladon, D., "Geotechnical Engineering of

Embankment Dams," A.A Balkema, Australia, 1992.

[24] V.X.Erixtov, Tổ chức và mặt bằng công trình thủy lợi (Dịch từ Tiếng Nga), Nhà

xuất bản Matxcơva, 1977.

[25] N.R. Wightman and L.C.L. Cheung, Use of Geomembranes in RiverBunds for Upper River Indus, Hong Kong: Proceedings of the HKIE Geotechnical Division 28, 2008.

[26] Nguyễn Công Mẫn, "Sự hình thành đất đỏ bazan và một số tính chất của nó trong

xây dựng," Tập san thủy lợi số 191, Tháng 9/1978.

[27] Nguyễn Văn Thơ và Phạm Văn Thìn, "Những khả năng sử dụng đất đỏ bazan làm

vật liệu đắp đập," Tập san Thủy lợi số 191/9, 1978.

[28] Phạm Văn Thìn, Nghiên cứu sử dụng đất đỏ bazan ở Tây Nguyên làm vật liệu đắp

đập, Luận án tiến sĩ - Đại học Mỏ địa chất, Hà Nội, 1991.

[29] Nguyễn Văn Thơ và Trần Thị Thanh, Sử dụng đất tại chỗ để đắp đập ở Tây Nguyên, Nam Trung Bộ và Đông Nam Bộ, Nhà xuất bản Nông nghiệp, Thành phố Hồ Chí Minh, 2001.

[30] Nguyễn Thanh, "Địa chất công trình lãnh thổ Tây Nguyên," in Tuyển tập "Tây Nguyên - Các điều kiện tự nhiên và tài nguyên thiên nhiên", Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật Hà Nội, 1985.

[31] Trần Thị Thanh, Những nguyên lý sử dụng đất loại sét có tính trương nở - co ngót vào công trình đất đắp đập trong điều kiện nhiệt đới ẩm Việt Nam, Luận án tiến sĩ, Trường Đại học Kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh, 1998.

[32] Nguyễn Văn Thơ, Những nguyên lý sử dụng các loại đất đặc biệt để xây dựng nền đường ô tô trong điều kiện miền Nam Việt Nam, Luận án tiến sĩ khoa học kỹ thuật, Matxcơva, 1987.

[33] Phạm Văn Thìn, Tính chất xây dựng của vật liệu đất đỏ bazan chứa nhiều sạn sỏi letarit ở I A kut (Gia Lai - Kontum), Hội nghị khoa học Địa kỹ thuật toàn quốc lần thứ 3, Hà Nội, 1984, 1984.

110

[34] Nguyễn Văn Thơ và Phạm Văn Thìn, "Đặc trưng cơ lý của đất đỏ bazan và khả năng sử dụng chúng trong xây dựng công trình thủy lợi," Hội nghị chuyên đề "Một số kết quả nghiên cứu đất bazan trong xây dựng thủy lợi", no. Vụ kỹ thuật, Bộ Thủy lợi, Hà Nội, 1979.

[35] Nguyễn Văn Thơ, "Vai trò hạt mịn và độ bền lâu dài của loại đất chứa nhiều dăm sạn laterit," Tuyển tập "Công trình nghiên cứu khoa học Địa kỹ thuật", no. Viện nghiên cứu khoa học thủy lợi quốc gia, Hà Nội, 1989.

[36] Nguyễn Văn Thơ, "Ảnh hưởng của hàm lượng chất lấp nhét đến tính chất cơ lý của các laoị đất tàn tích có chứa nhiều kết von laterit," Tuyển tập Hội nghị Địa kỹ thuật công nghệ mới trong nền móng công trình, no. Hà Nội, 1992.

[37] Nguyễn Văn Chiển, "Tây Nguyên - Các điều kiện tự nhiên và tài nguyên thiên

nhiên", Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật Hà Nội, 1985.

[38] Nguyễn Công Mẫn, "Định tên, định nghĩa và phân loại đất do phong hóa nhiệt đới trong xây dựng," Tạp chí khoa học kỹ thuật , vol. Số 5&6, pp. 13-17, 1979.

[39] Phạm Văn Cơ, "Độ bền và biến dạng của đất có lẫn hạt thô khi sử dụng làm vật liệu đắp đập," Tuyển tập nghiên cứu cơ học đất nền móng, pp. 81-88, 1979.

[40] Phạm Văn Cơ, Đất phong hóa và khả năng sử dụng chúng làm vật liệu đắp đập,

Luận án Phó tiến sĩ khoa học kỹ thuật Hà Nội, 1981.

[41] Phạm Văn Cơ, "Đặc trưng cơ lý của đất phong hóa ở nước ta dùng vào xây dựng

thủy lợi," Tạp chí thông tin khoa học thủy lợi, vol. Số 5, pp. 12-26, 1982.

[42] Nguyễn Hữu Ký, "Nghiên cứu khả năng sử dụng hợp lý đất đắp đập", Báo cáo Khoa học Kỹ thuật đề tài 06-02-01-03, Viện Khảo sát Thiết kế Thủy lợi, Hà Nội, 1985.

[43] Lê Thanh Bình, Nghiên cứu sử dụng hợp lý các loại đất lần hạt thô vùng Nam Trung Bộ, Tây Nguyên và Đông Nam Bộ làm vật liệu đắp đập, Luận án tiến sĩ - Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh, 1996.

[44] Lê Thanh Bình, "Nghiên cứu khả năng đầm chặt của loại đất có lẫn hạt thô - kết von laterit vùng Nam Trung Bộ, Tây Nguyên và Đông Nam Bộ làm vật liệu đắp đập," Tuyển tập kết quả khoa học và công nghệ xây dựng công trình thủy lợi, pp. 115-122, 1998.

[45] Hoàng Minh Dũng, Nghiên cứu cơ sở khoa học thiết kế mặt cắt hợp lý đập nhiều khối có sử dụng đât trương nở, Luận án Tiến sĩ kỹ thuật, Trường Đại học Thủy lợi, Hà Nội, 2005.

[46] Trần Văn Hiển, Nghiên cứu giải pháp xây dựng đập đất bằng phương pháp đầm nén trong điều kiện độ ẩm cao, Luận án tiến sĩ, Đại học Thủy lợi, Hà Nôi, 2016.

[47] Phạm Vũ Dậu, Đất đắp đập ven biển miền Trung-Một vấn đề nghiên cứu và xử lý, Hội thảo khoa học Sử dụng đất đắp đập miền Trung, Bộ Thủy lợi, năm 1994.

111

[48] Nguyễn Văn Thơ, "Một số tính chất của đất có liên quan đến việc sử dụng đất tại chỗ để đắp đập ở các tỉnh phía Nam," Tạp chí Thuỷ lợi, Hà Nội, Vols. Số 274, 275, 1990.

[49] Lê Xuân Roanh, Xây dựng đất đắp miền Trung với đất có tính chất cơ lý đặc biệt,

Luận án tiến sĩ, Trường Đại học Thủy lợi, Hà Nội, 2002.

[50] Nguyễn Văn Thơ, "Sử dụng đất tại chỗ để đắp đập bằng phương pháp đầm nén ở Miền Trung", Báo cáo đề tài nghiên cứu cấp Bộ, Viện Nghiên cứu Khoa học Thủy lợi Miền Nam, 1994.

[51] Lê Quang Thế, Nghiên cứu lựa chọn độ chặt, độ ẩm ban đầu hợp lý của đất đắp và công nghệ đầm nén thích hợp để nâng cao ổn định đập đất trong điều kiện Miền Nam, Luận án tiến sĩ, Đại học Thủy lợi, Hà Nội, 2005.

[52] Mitchell, J.K. and Freitag,D.R., "Review and evaluation of Soil-cement pavements," Transactions of the American Society of Civil Engineers, pp. 1123- 1144, 1959.

[53] Hisaa Aboshi,Y.M and Nashahiko Kuwabara, "Present State of sand compaction

Pile in Japan," 1991.

[54] Coastal Development Institute of Technology (CDIT), "The Deep mixing method,

Principle, Design and Construction," Japan, 2002.

[55] Shiells,D.P et al, "Deep mixing an owner's perspective," In grouting and Ground

Treatment, pp. 489-500, 2003.

[56] Law, "Improvement Techniques of Soft Ground in Subsiding and Lowland

Environment," Nertherlans Public, 1989.

[57] Meei-Hoan Ho and Chee-Ming Chan, Some Mechanical properties of ciment stabilized Malaysian soil clay, World Academy of Science, Engineering and Technology 50, 2011.

[58] Nguyen Duy Quang et al, Mechanical Properties of soft clays lightly treated by ciment/lime, Bangkok, Thailand: International Symposium on Sustainable Geosynthetics and Green Technology, 2012.

[59] Bujang B.K. Huat et al, "Effect of Chemical Admixtures on the Engineering Properties of Tropical Peat Soils," American Journal of Applied Sciences 2, ISSN 1546-9239, no. © 2005, Science Publications, pp. 1113-1120, 2005.

[60] Uddin et al., "Engineering behavior of cement-treated Bangkok soft clay,"

Geotechnical Engineering, pp. 89-119, 1977.

[61] Phạm Văn Huỳnh, Một phương pháp tính toán trạng thái ứng suất biến dạng của nền gia cố bằng cọc đất xi măng trong xây dựng công trình giao thông, Luận án tiến sĩ kỹ thuật, Trường Đại học Giao thông vận tải, Hà Nội, 2015.

[62] Nguyễn Quốc Dũng et al, "Đặc tính địa chất công trình của đất bùn sét pha chứa hữu cơ phân bố ở Kiên Giang và biện pháp cải tạo chúng bằng xi măng kết hợp

112

với vôi," Tạp chí Khoa học và công nghệ Thủy lợi , vol. 18, no. ISSN 1859-4255, pp. 54-60, 2013.

[63] British Standards Institution BS5930, Code of practices for site investigations,

BSI. London, 1981.

[64] Vũ Đình Đấu và Bùi Danh Đại, Chất kết dính vô cơ, Nhà xuất bản Xây dựng Hà

Nội, 2012.

[65] Đỗ Minh Toàn, Đất đá xây dựng và phương pháp cải tạo, Nhà xuất bản Xây dựng,

Hà Nội, 2013.

[66] Trần Thanh Giám, Đất xây dựng và phương pháp gia cố nền đất, Nhà xuất bản xây

dựng Hà Nội, 2008.

[67] Vũ Công Ngữ, Nguyễn Văn Dũng, Cơ học đất, Hà Nội: Nhà xuất bản khoa học và

kỹ thuật, 2001.

[68] Trần Thanh Giám, Đất xây dựng và phương pháp gia cố nền đất, Hà Nội: Nhà xuất

bản xây dựng, 2008.

[69] R.Whitlow, Cơ học đất, T1, Nhà xuất bản giáo dục, 1999.

[70] Lê Xuân Roanh, Bài giảng sau đại học: Công nghệ mới thi công đất đá, Trường

Đại học Thủy lợi Hà Nội, 2004.

[71] Cao Văn Chí và Trịnh Văn Cương, Cơ học đất, Nhà xuất bản xây dựng Hà Nội,

2003.

[72] TCVN 2683-2012, Đất xây dựng - Lấy mẫu, bao gói, vận chuyển và bảo quản

mẫu, 2012.

[73] TCVN 4198-2014, Đất xây dựng - Phương pháp phân tích thành phần hạt trong

phòng thí nghiệm, 2014.

[74] TCVN 4196-2012, Đất xây dựng - Phương pháp xác định độ ẩm và độ hút ẩm

trong phòng thí nghiệm, 2012.

[75] TCVN 4197-2012, Đất xây dựng - Phương pháp xác định giới hạn dẻo và giới hạn

chảy trong phòng thí nghiệm, 2012.

[76] TCVN 4201-2012, Đất xây dựng - Phương pháp xác định độ chặt tiêu chuẩn trong

phòng thí nghiệm, 2012.

[77] TCVN4199-1995, Đất xây dựng - Phương pháp xác định sức chống cắt trong

phòng thí nghiệm ở máy cắt phẳng, 1995.

[78] TCVN 4200-2012, Đất xây dựng - Phương pháp xác định tính nén lún trong phòng

thí nghiệm, 2012.

[79] TCVN8723:2012, Công trình thủy lợi - Phương pháp xác định hệ số thấm trong

phòng thí nghiệm, 2012.

[80] TCVN 8719-2012, Đất xây dựng công trình thủy lợi - Phương pháp xác định các

đặc trưng trương nở của đất trong phòng thí nghiệm, 2012.

113

[81] TCVN 8718-2012, Đất xây dựng công trình thủy lợi - Phương pháp xác định các

đặc trưng tan rã của đất trong phòng thí nghiệm, 2012.

[82] TCVN 8720-2012, Đất xây dựng công trình thủy lợi - Phương pháp xác đinh các

đặc trưng co ngót của đất trong phòng thí nghiệm, 2012.

[83] TCVN 8217-2009, Đất xây dựng công trình thủy lợi - Phân loại, 2009.

[84] Vũ Công Ngữ và Nguyễn Văn Dũng, Cơ học đất, Nhà xuất bản khoa học và kỹ

thuật Hà Nội, 2001.

[85] Lê Xuân Roanh, Thi công đất, Bài giảng sau đại học, Trường Đại học Thủy lợi Hà

Nội, 2004.

[86] Trịnh Minh Thụ và Nguyễn Uyên, Cường độ chống cắt của đất trong các bài toán

địa kỹ thuật, Nhà xuất bản Xây dựng Hà Nội, 2014.

[87] Hướng dẫn kỹ thuật, hướng dẫn thiết kế, thi công đắp áp trúc mái thượng, hạ lưu đập, đỉnh đập, Ban hành kèm theo Quyết định số 3953 QĐ-BNN-TCTL ngày 04 tháng 10 năm 2017 của Bộ trưởng Bộ NN&PTNT.

114

PHỤ LỤC

115

Phụ lục 1

Chỉ tiêu cơ lý của các loại đất thường gặp ở khu vực Tây Nguyên

Phụ lục 1. Chỉ tiêu cơ lý của các loại đất thường gặp ở khu vực Tây Nguyên

Đất sườn tàn tích trên đá trầm tích

Đất sườn tàn tích trên đá

Đất sườn

Đất sườn tàn tích trên đá Bazan cổ

Ký

lục nguyên

xâm nhập

tàn tích

Các thông số

Đơn vị

hiệu

trên đá

Lớp 1

Lớp 2

Lớp 3

Lớp 1

Lớp 2

Lớp 3

Lớp 1

Lớp 2

Bazan trẻ

1 Thành phần hạt

>10 mm

0.0

15.032.5

9.828.3

4.516.8

3.8  26.1

0.0

105 mm

7.522.5

2.53.8

8.920.3

2.87.9

8.520.4

52 mm

4.310.7

3.55.4

5.515.5

3.25.4

5.611.2

3.57.2

2.55.0

3.75.9

5.811.6

20.05 mm

11.918.2

14.020.2

9.019.5

11.518.9 8.312.6

15.820.7 12.922.3

12.822.5

28.648.7

0.050.005mm

12.220.8

18.526.1 10.021.7 15.222.6 6.211.5

15.218.9 18.625.8

18.833.7

18.725.2

< 0.005mm

19.439.5

39.748.8 18.027.8 31.845.8 18.929.5 32.553.7 44.853.9

35.948.8

18.930.7

5963

5762

6575

5257

4852

4551

4653

2335

2 Giới hạn chảy

4453

3842

4649

2735

2630

2531

2933

1826

3 Giới hạn dẻo

2938

1822

1923

1822

1720

0913

4 Chỉ số dẻo

1316

<0.00

< 0.000.15

<0.000.25

0.000.25

<0.000.25

<0.00

5 Độ sệt

38.043.0 25.833.2 48.055.0 12.622.8 25.630.2 25.631.8

25.033.0

21.027.2

6 Độ ẩm

23.839.7

Đất sườn

Đất sườn tàn tích trên đá trầm tích

Đất sườn tàn tích trên đá

Đất sườn tàn tích trên đá Bazan cổ

tàn tích

lục nguyên

xâm nhập

Ký

Các thông số

Đơn vị

trên đá

hiệu

Lớp 1

Lớp 2

Lớp 3

Lớp 1

Lớp 2

Lớp 3

Lớp 1

Lớp 2

Bazan trẻ

1.591.65 1.701.80 1.561.62 1.982.20 1.882.00 1.881.95

1.781.88

1.851.98

g/cm3

1.681.75

W

Dung trọng tự nhiên

1.051.15 1.261.40 1.001.08 1.732.05 1.481.56 1.481.53

1.371.48

1.551.68

8 Dung trọng khô

g/cm3

1.251.41

C

2.852.91 2.953.08 2.852.89 2.883.15 2.742.77 2.742.77

2.742.78

2.722.75

9 Tỷ trọng

1.782.83

1.001.35

1.11.4

0.951.20 1.451.65 0.600.75 0.650.85 0.650.85

0.851.10

0.650.80

10 Hệ số rỗng

16o20o

18o23o

15o18o

18o23o

15o18o

16o20o

độ



Góc ma sát trong

0.200.30

0.250.35 0.250.35 0.250.35 0.400.60 0.250.40 0.300.40

0.250.35

0.180.30

Kg/cm2

12 Lực dính

0.030.05

0.070.09

0.0250.05 0.070.09 0.010.02

0.0180.03 0.020.03 0.0250.035

0.020.03

13 Hệ số nén

cm2/Kg

a1-2

10-310-4

10-410-5

10-310-4

10-410-5

10-510-6

10-410-5

14 Hệ số thấm

cm/s

Phụ lục 2

Các kết quả thí nghiệm được thực hiện tại Phòng Thí nghiệm

Địa kỹ thuật, trường Đại học Thủy lợi, Hà Nội

Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu xử lý vật liệu bồi tích trẻ để nâng cấp, xây dựng đập đất vùng Tây Nguyên

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ VẬT LIỆU BỒI TÍCH TRẺ ĐỂ NÂNG CẤP, XÂY DỰNG ĐẬP ĐẤT VÙNG TÂY NGUYÊN

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ VẬT LIỆU BỒI TÍCH TRẺ ĐỂ NÂNG CẤP, XÂY DỰNG ĐẬP ĐẤT VÙNG TÂY NGUYÊN

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH

DANH MỤC BẢNG BIỂU

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

MỞ ĐẦU

TỔNG QUAN VỀ ĐẬP SỬ DỤNG VẬT LIỆU TẠI CHỖ VÀ ĐẬP ĐẤT Ở TÂY NGUYÊN

CƠ SỞ KHOA HỌC CẢI THIỆN VẬT LIỆU BỒI TÍCH TRẺ ĐÁP ỨNG YÊU CẦU NÂNG CẤP, XÂY DỰNG ĐẬP ĐẤT VÙNG TÂY NGUYÊN

NGHIÊN CỨU CẢI THIỆN MỘT SỐ CHỈ TIÊU CƠ LÝ CỦA VẬT LIỆU BỒI TÍCH TRẺ ĐỂ NÂNG CẤP ĐẬP ĐẤT Ở TÂY NGUYÊN

ỨNG DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ĐỂ NÂNG CẤP,

SỬA CHỮA MỘT SỐ ĐẬP ĐẤT Ở TÂY NGUYÊN

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

Phụ lục 2

Có thể bạn quan tâm

Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến sự phát triển nguồn nhân lực du lịch trong các cơ sở lưu trú tại Hà Nội

Tóm tắt Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến sự phát triển nguồn nhân lực du lịch trong các cơ sở lưu trú tại Hà Nội

Luận án Tiến sĩ: Giáo dục đạo đức sinh thái cho sinh viên các trường đại học tại Thành phố Hồ Chí Minh hiện nay

Tóm tắt Luận án Tiến sĩ: Giáo dục đạo đức sinh thái cho sinh viên các trường đại học tại Thành phố Hồ Chí Minh hiện nay

Luận án Tiến sĩ: Công tác hoằng pháp và hoạt động của đạo tràng Phật giáo tỉnh Lào Cai hiện nay

Luận án Tiến sĩ: Hành vi nguy cơ ảnh hưởng đến sức khỏe tâm thần của học sinh trung học phổ thông tại Hà Nội hiện nay

Tóm tắt Luận án Tiến sĩ: Hành vi nguy cơ ảnh hưởng đến sức khỏe tâm thần của học sinh trung học phổ thông tại Hà Nội hiện nay

Luận án Tiến sĩ: Đảng bộ tỉnh Đồng Nai lãnh đạo công tác bảo tồn và phát huy giá trị các di tích lịch sử - văn hóa từ năm 1996 đến năm 2015

Tóm tắt Luận án Tiến sĩ: Đảng bộ tỉnh Đồng Nai lãnh đạo công tác bảo tồn và phát huy giá trị các di tích lịch sử - văn hóa từ năm 1996 đến năm 2015

Luận án Tiến sĩ: Thực hiện Pháp lệnh thực hiện dân chủ ở xã, phường, thị trấn vùng dân tộc thiểu số tỉnh Quảng Nam hiện nay

Tóm tắt Luận án Tiến sĩ: Thực hiện Pháp lệnh thực hiện dân chủ ở xã, phường, thị trấn vùng dân tộc thiểu số tỉnh Quảng Nam hiện nay

Tóm tắt Luận án Tiến sĩ: Công tác hoằng pháp và hoạt động của đạo tràng Phật giáo tỉnh Lào Cai hiện nay

Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu chất lượng dịch vụ viễn thông di động tại Tổng công ty viễn thông Viettel

Luận án Tiến sĩ: Nâng cao chất lượng cơ sở vật chất các trường đại học tư thục trên địa bàn thành Hà Nội

Luận án Tiến sĩ: Năng lực cạnh tranh của doanh nghiệp nhỏ và vừa trên địa bàn tỉnh Phú Thọ

Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng tới sự thành công trong khởi sự kinh doanh của phụ nữ khu vực miền Bắc

Luận án Tiến sĩ: Kiểm soát nội bộ tại Tập đoàn xăng dầu Việt Nam

Tóm tắt Luận án Tiến sĩ: Kiểm soát nội bộ tại Tập đoàn xăng dầu Việt Nam

Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu giải pháp phát triển trung tâm logistics quốc tế cho khu vực kinh tế trọng điểm phía Bắc

Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu các nhân tố ảnh hưởng đến mức độ công bố thông tin trên báo cáo thường niên của các ngân hàng thương mại Việt Nam

Tài liêu mới

Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu xây dựng thuật toán thích nghi và học tăng cường cấu trúc Actor - Critic điều khiển bám quỹ đạo cho robot di động đa hướng mecanum

Luận án Tiến sĩ: Cơ cấu bệnh tim mạch và chất lượng cuộc sống của người cao tuổi mắc suy tim, rung nhĩ điều trị tại Bệnh viện Thống Nhất, thành phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu hiện tượng nứt dăm đê sông vùng đồng bằng sông Hồng và dự báo khả năng bị nứt của một số đoạn đê

Tóm tắt Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu xây dựng giải pháp đảm bảo an toàn thông tin cho quá trình học liên kết dựa trên mật mã

Tóm tắt Luận án Tiến sĩ: Phát triển năng lực đánh giá công nghệ cho học sinh trong dạy học môn Công nghệ 11 ở trường trung học phổ thông

Tóm tắt Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu phân loại chi cầu diệp – Bulbophyllum Thouars (Orchidaceae) ở vùng Tây Nguyên bằng phương pháp hình thái và phân tử

Tóm tắt Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu đặc điểm phân bố và dinh dưỡng của các loài lưỡng cư ở Vườn Quốc gia Bến En và Khu bảo tồn thiên nhiên Pù Luông, tỉnh Thanh Hóa

Luận án Tiến sĩ: Tổng hợp luật dẫn và điều khiển cho một lớp tên lửa đối hải trên cơ sở ứng dụng mạng nơ ron và hệ mờ

Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu tổng hợp hệ điều khiển góc Pitch tua bin gió trong điều kiện có nhiễu tác động

Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu hóa học lipid của hai loài san hô thủy tức Millepora dichotoma và Millepora platyphylla ở Việt Nam

Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu kiểm soát phân phối công suất kéo trên cầu chủ động của ô tô con bằng ABS

Luận án Tiến sĩ: Ứng dụng phản ứng Domino vào tổng hợp các dẫn xuất Podophyllotoxin, Pyrimidine và đánh giá hoạt tính sinh học của các chất tổng hợp được

Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu thành phần hóa học và một số hoạt tính sinh học của cây chùm ngây (Moringa oleifera)

Tóm tắt Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu thành phần hóa học và ứng dụng ức chế ăn mòn cho thép của cao chiết xuất từ cây Lộc vừng thuộc họ Lecythidaceae

Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu hiện tượng nứt dăm đê sông vùng đồng bằng sông Hồng và dự báo khả năng bị nứt của một số đoạn đê

AI tóm tắt

Giới thiệu tài liệu

Đối tượng sử dụng

Từ khoá chính

Nội dung tóm tắt

Giới thiệu

Về chúng tôi

Việc làm

Quảng cáo

Liên hệ

Chính sách

Thoả thuận sử dụng

Chính sách bảo mật

Chính sách hoàn tiền

DMCA

Hỗ trợ