Nghiên cứu nguyên nhân gây lún và chênh lệch lún đập tràn Dương Thiện - Quy Nhơn và đề xuất giải pháp xử lý

NGHIÊN CỨU NGUYÊN NHÂN GÂY LÚN<br /> VÀ CHÊNH LỆCH LÚN ĐẬP TRÀN DƯƠNG THIỆN -<br /> QUY NHƠN VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP XỬ LÝ<br /> HOÀNG VIỆT HÙNG*<br /> <br /> <br /> Settlement and diferent settlement of Duong Thien-Quy Nhon spillway<br /> and treatment solution.<br /> Abstract: Duong Thien-Quy Nhon structure is a local spillway belonging<br /> to Dong dike in Binh Dinh province. Duong Thien spillway was built in<br /> 1978. In 2009, the settlement of this structure is about 83 cm at northern<br /> and 28 cm at southern. In order to find the settlement cause and propose<br /> suitable treatment methods, this paper shows the content of research<br /> including investigation of geology engineering, modeling of the structure<br /> to find the settlement values with many loading levels so that these<br /> settlement values coincide monitoring values at the field. Based on<br /> modeling analyses, the treatment of structure foundation will be<br /> proposed.<br /> Keywords: Duong Thien-Quy Nhon, spillway, settlement, treatment,<br /> modeling.<br /> <br /> I. MỞ ĐẦU * quả trong việc ngăn mặn giữ ngọt, gây nguy<br /> Đập tràn Dƣơng Thiện-Quy Nhơn là đập hại cho 3000 ha đất canh tác phía trong đê,<br /> tràn lớn với chiều dài 326 m, cao trình đỉnh đồng thời cắt đứt tuyến giao thông chiến lƣợc<br /> tràn + 0,5m, chiều dài ngƣỡng tràn là 6.0 m, ven biển. Để có phƣơng án thiết kế sửa chữa<br /> kết hợp làm đƣờng giao thông thuộc tuyến đê thỏa đáng, đảm bảo ổn định lâu dài của công<br /> Đông của tỉnh Bình Định, đƣợc xây dựng năm trình, việc đánh giá đúng nguyên nhân gây lún<br /> 1978. Sau 22 năm xây dựng, vào năm 2000, và dự báo đƣợc độ lún của công trình để có<br /> đầu phía Bắc của tràn bị lún 43 cm, đầu phía giải pháp xử lý phòng lún lâu dài cho đập tràn<br /> Nam lún 15cm, phải tiến hành đổ bù đến cao Dƣơng Thiện là cấp thiết có ý nghĩa khoa học<br /> trình thiết kế. Sau 9 năm xử lý đổ bù lún, quan và thực tiến.<br /> trắc lại, cho thấy, đầu Bắc tiếp tục lún 40cm Công tác nghiên cứu xác định nguyên nhân<br /> và đầu Nam lún 13cm. Tổng cộng hai lần lún và lún không đều của đập tràn bao gồm<br /> quan trắc độ lún của tràn Dƣơng Thiện là 83 Khảo sát thực nghiệm hiện trƣờng đánh giá lại<br /> cm ở đầu Bắc và 28 cm ở đầu Nam. Nếu điều kiện địa chất công trình, đặc biệt các chỉ<br /> không đánh giá đƣợc nguyên nhân gây lún của tiêu cơ lý của đất nền và mô phỏng bằng mô<br /> tràn và có giải pháp xử lý chống lún hiệu quả, hình số theo phƣơng pháp phần tử hữu hạn.<br /> công trình sẽ có nguy cơ càng ngày càng chìm Trên cơ sở số liệu đã khảo sát bổ xung, phân<br /> sâu xuống nền. Tràn hoạt động không hiệu tích đánh giá sơ bộ nguyên nhân gây lún. Mô<br /> phỏng bài toán tính lún đập tràn Dƣơng Thiện<br /> *<br /> Trường Đại học Thủy lợi bằng phần mềm PLAXIS và đối chiếu so sánh<br /> DĐ: 0912723376 kết quả tính toán, dự báo thời gian lún còn lại và<br /> Email:hoangviethung@tlu.edu.vn đề xuất biện pháp xử lý.<br /> <br /> ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2-2015 65<br />  II. KHẢO SÁT ĐÁNH GIÁ LẠI CHỈ quan sát phía sân bể tiêu năng không thấy có<br /> TIÊU CƠ LÝ CỦA ĐẤT NỀN hiện tƣợng ép trồi vì thế cho phép loại bỏ<br /> Theo các kết quả khảo sát bổ sung, đất nền nguyên nhân (1) và (2) chỉ còn nguyên nhân<br /> gồm 4 lớp: trên cùng là lớp đất đắp, bên dƣới là thứ (3).<br /> các lớp đất bùn sét ở trạng thái dẻo chảy và Để khẳng định đƣợc nguyên nhân lún do đất<br /> phân bố không đều ở hai đầu đập. Các chỉ tiêu nền và gia tăng tải trọng giao thông thì việc thiết<br /> cơ lý của đất nền đƣợc trình bày ở bảng 1 lập các thời đoạn mô phỏng bài toán tính lún và<br /> Ở đầu Bắc, đất nền có 2 lớp (lớp 2 và lớp 3), dò tìm tải trọng gây lún để độ lún tính đƣợc<br /> đầu Nam tràn có 3 lớp (lớp 1, lớp 2 và lớp 3). bằng độ lún quan trắc ở các thời điểm thực tế là<br /> Sự phân bố địa tầng không đều ở hai đầu đập nhiệm vụ trọng tâm của nghiên cứu này.<br /> tràn là một trong các nguyên nhân gây ra lún III. MÔ PHỎNG BÀI TOÁN TÍNH LÚN<br /> lệch của công trình. ĐẬP TRÀN DƢƠNG THIỆN<br /> Theo phân tích sơ bộ, lún đập tràn Dƣơng 3.1. Tính toán kiểm tra mặt cắt tràn<br /> Thiện có thể do các nguyên nhân: (1) Đất bị ép đầu Bắc<br /> trồi đất hai bên tràn, hoặc (2) có sự dịch chuyển a) Sơ đồ tính toán<br /> ngang của tràn từ thƣợng lƣu về hạ lƣu hoặc (3) Sơ đồ hình học mặt cắt tràn đầu Bắc đƣợc<br /> do đất nền có độ rỗng lớn cộng với tải trọng gia mô phỏng trong tính toán theo phƣơng pháp<br /> tăng do bù lún và tải trọng giao thông. phần tử hữu hạn bằng phần mềm Plaxis nhƣ<br /> Các kết quả quan trắc hiện trƣờng và hình 1, sơ đồ lƣới phần tử ở hình 2.<br /> <br /> Điểm quan trắc lún<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 1 Mô phỏng mặt cắt tràn đầu Bắc Hình 2: Lưới PTHH mặt cắt tràn đầu Bắc<br /> <br /> Hình 1 mô phỏng mặt cắt tràn Dƣơng Thiện- trong đó có thời đoạn 4 và thời đoạn 7 tƣơng<br /> đầu Bắc công trình, chiều cao tổng cộng của ứng với hai thời điểm quan trắc năm 2000 và<br /> công trình là 2,7 m, nhƣng quá trình lún của tràn năm 2009. Quá trình gia tải đƣợc thay đổi ở thời<br /> sau hai lần quan trắc là 83 cm. Tức là quá trình đoạn 6.<br /> lún xảy ra tới 30% chiều cao công trình, nếu b) Các thông số vật liệu sử dụng trong mô<br /> không xử lý kịp thời sẽ có khả năng dẫn đến hình tính toán:<br /> công trình chìm hẳn xuống nền. Sơ đồ lƣới phần Các lớp đất đƣợc mô phỏng bằng mô hình<br /> tử ở hình 2 với điểm quan trắc lún là điểm giữa Mohr-Coulomb và sử dụng kiểu phân tích<br /> đỉnh tràn. không thoát nƣớc. Các đặc trƣng tính toán của<br /> Quá trình tính đƣợc tách làm 7 thời đoạn, bê tông đƣợc lấy theo TCVN.<br /> <br /> <br /> 66 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2-2015<br />  Bảng 1: Các thông số của vật liệu sử dụng trong mô hình tính toán<br /> <br /> Thông số Đơn vị Lớp D Lớp 1 Lớp 2 Lớp 3 Bê tông Đá xây<br /> Chiều dày m 0.6 0 3.5 8.0 - -<br /> T.lƣợng riêng kN/m3 15.6 17.5 16.6 17.0 25.0 24.0<br /> Mô đun biến dạng kN/m2 1600 780 1650 1580 2e6 2e5<br /> Hệ số nở hông - 0.25 0.25 0.25 0.15 0.15<br /> Lực dính kN/m2 13.7 3.9 2.0 7.5 - -<br /> Góc ma sát trong Độ 10.5 7.5 12.4 5.6 - -<br /> Kiểu p tích - Undrained Und Und Und Non-Pr Non-Pr<br /> Mô hình PT - M-C M-C M-C M-C LE LE<br /> Hệ số thấm m/s 3.5e-6 2.4e-7 8.6e-7 6.5e-8 - -<br /> <br /> c) Kết quả tính toán và phân tích<br /> Kết quả tính toán đƣợc trình bày trong các hình 3, 4, 5 và 6<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 3: Chuyển vị đứng (lún) của tràn Hình 4: Lưới biến dạng của nền<br /> <br /> Hình 3 thể hiện chuyển vị đứng của tràn tại trọng giao thông trên mặt tràn. Dẫn đến tràn lại<br /> thời điểm năm 2000 (tƣơng ứng với giai đoạn 4 tiếp tục lún, và nguy cơ chìm hẳn trong nền vì<br /> của quá trình thiết lập mô phỏng bài toán). đập tràn này cao chỉ có 2,7 m.<br /> Chuyển vị đứng lớn nhất tại điểm quan trắc lún Hình 5 thể hiện chuyển vị đứng (lún) của tràn<br /> (điểm A) là 0.443 m. Kết quả này rất sát với kết sau giai đoạn 7, tức là thời điểm năm 2009, sau<br /> quả quan trắc tại hiện trƣờng là 0.43 m. 9 năm bù lún. Trị số chuyển vị lớn nhất tại điểm<br /> Hình 4 thể hiện lƣới biến dạng của nền sau quan trắc là 0.4 m, kết quả này phù hợp với kết<br /> giai đoạn 7, tức là giai đoạn phân tích cố kết đất quả quan trắc ngoài thực tế.<br /> nền cho tới năm 2009. Nhƣ vậy sau khi bù lún Tràn còn tiếp tục lún sau bao lâu nữa và trị số<br /> cho công trình vào năm 2000 thì công trình vẫn lún lớn nhất có thể là bao nhiêu. Tuy nhiên do<br /> tiếp tục lún cho đến năm 2009 thì lún thêm 40 cao độ ngƣỡng tràn không đạt thiết kế nên lại<br /> cm nữa. Thực tế tiếp tục bù lún bằng bê tông phải đỏ bù, đổ bù thì lại tiếp tục lún. Quá trình<br /> cho đến cao trình thiết kế thì có thể coi là gia tải này đƣợc mô phỏng thêm quá trình 8 và quá<br /> thêm và công trình còn thƣờng xuyên có tải trình 9.<br /> <br /> <br /> ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2-2015 67<br />  Time (year)<br /> 1975 1985 1995 2005 2015 2025 2035<br /> 0<br /> -5<br /> -10<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Displacement (cm)<br /> -15<br /> -20<br /> -25<br /> -30<br /> -35<br /> -40<br /> -45<br /> -50<br /> <br /> <br /> Hình 5: Chuyển vị đứng (lún) của tràn Hình 6: Lún theo thời gian của điểm A<br /> <br /> Hình 6 biểu diễn quá trình lún theo thời gian phần mềm Plaxis nhƣ hình 7, sơ đồ lƣới phần tử<br /> của điểm quan trắc A trên mặt tràn. Kết quả tính đƣợc thể hiện ở hình 8.<br /> toán cho thấy diễn tiến lún của nền tràn chƣa Hình 7 mô phỏng mặt cắt tràn Dƣơng Thiện-<br /> dừng lại, nhƣ vậy cần thiết phải có xử lý nền sau đầu Nam công trình, chiều cao tổng cộng của<br /> khi đắp bù cao độ ngƣỡng tràn công trình là 2,7 m, nhƣng quá trình lún của tràn<br /> 3.2. Tính toán kiểm tra mặt cắt tràn sau hai lần quan trắc là 28 cm. So với độ lún ở<br /> đầu Nam đầu Bắc thì mức độ chênh lệch lún ở hai đầu<br /> a) Sơ đồ tính toán tràn là 55 cm.<br /> Tƣơng tự nhƣ trên, sơ đồ hình học của mặt b) Kết quả tính toán<br /> cắt tràn đầu Nam đƣợc mô phỏng trong tính Kết quả tính toán đƣợc trình bày trong các<br /> toán theo phƣơng pháp phần tử hữu hạn bằng hình 9, 10, 11 và 12.<br /> <br /> Điểm quan trắc lún<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 7: Mô phỏng MC tràn đầu Nam Hình 8: Lưới PTHH mặt cắt tràn đầu Nam<br /> <br /> Hình 9 thể hiện chuyển vị đứng của tràn giai đoạn 7, tức là giai đoạn phân tích cố kết đất<br /> tại thời điểm năm 2000 (tƣơng ứng với giai nền cho tới năm 2009. Nhƣ vậy sau khi bù lún<br /> đoạn 4 của quá trình thiết lập mô phỏng bài cho công trình vào năm 2000 thì công trình vẫn<br /> toán). Chuyển vị đứng lớn nhất tại điểm quan tiếp tục lún cho đến năm 2009 thì lún thêm 13<br /> trắc lún (điểm A) là 0.153 m. Kết quả này rất cm nữa. Nếu tiếp tục bù lún bằng bê tông cho<br /> sát với kết quả quan trắc tại hiện trƣờng là đến cao trình thiết kế thì có thể coi là gia tải<br /> 0.15 m. thêm và còn thƣờng xuyên có tải trọng giao<br /> Hình 10 thể hiện lƣới biến dạng của nền sau thông trên mặt tràn.<br /> <br /> 68 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2-2015<br />  Hình 9: Chuyển vị đứng (lún) của tràn Hình 10: Lưới biến dạng của nền<br /> <br /> Hình 12 biểu diễn quá trình lún theo thời gian Hình 11 thể hiện chuyển vị đứng (lún) của<br /> của điểm quan trắc A trên mặt tràn. Kết quả tính tràn sau giai đoạn 7, tức là thời điểm năm 2009,<br /> toán cho thấy diễn tiến lún của nền tràn chƣa dừng sau 9 năm bù lún. Trị số chuyển vị lớn nhất tại<br /> lại, nhƣ vậy cần thiết phải có xử lý nền để phòng điểm quan trắc là 0.13 m, kết quả này phù hợp<br /> lún sau khi đắp bù cao độ ngƣỡng tràn. với kết quả quan trắc ngoài thực tế.<br /> <br /> Time (year)<br /> 1975 1985 1995 2005 2015 2025 2035<br /> 0<br /> -2<br /> -4<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Displacement (cm)<br /> -6<br /> -8<br /> -10<br /> -12<br /> -14<br /> -16<br /> -18<br /> -20<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 11: Chuyển vị đứng (lún) của nền Hình 12: Lún theo thời gian của điểm A<br /> <br /> IV. GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN CHỐNG LÚN măng áp lực cao, các thông số đất nền biến đổi<br /> Giải pháp khoan phụt vữa xi măng bằng áp và các chỉ tiêu của nền tƣơng đƣơng dùng trong<br /> lực cao đƣợc đề xuất. tính toán đƣợc trình bày ở bảng 2.<br /> Sau khi áp dụng giải pháp khoan phụt vữa xi<br /> Bảng 2: Các thông số của vật liệu sử dụng tính nền xử lý cọc xi măng đất<br /> Thông số Đơn vị Lớp D Lớp 1 Lớp 2 Lớp 3 Bê tông Đá xây<br /> Chiều dày m 0.6 0 3.5 8.0 - -<br /> Trọng lƣợng riêng kN/m3 15.6 17.5 16.6 17.0 25.0 24.0<br /> Mô đun biến dạng kN/m2 1600 780 1650 1580 2e6 2e5<br /> Hệ số nở hông - 0.25 0.25 0.25 0.15 0.15<br /> Lực dính kN/m2 13.7 3.9 2.0 7.5 - -<br /> <br /> ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2-2015 69<br />  Thông số Đơn vị Lớp D Lớp 1 Lớp 2 Lớp 3 Bê tông Đá xây<br /> Góc ma sát trong Độ 10.5 7.5 12.4 5.6 - -<br /> Kiểu phân tích - Undrained Und Und Und Non-Pr Non-Pr<br /> Mô hình Ph tích - M-C M-C M-C M-C LE LE<br /> Hệ số thấm m/s 3.5e-6 2.4e-7 8.6e-7 6.5e-8 - -<br /> Mô đun Etd kN/m2 2628 2698 2704 2599 - -<br /> Lực dính Ctd kN/m2 29.62 4.76 2.48 9.14 - -<br /> <br /> 4.1. Tính toán kiểm tra mặt cắt tràn đầu đƣợc mô phỏng trong tính toán theo phƣơng<br /> Bắc sau xử lý pháp phần tử hữu hạn bằng phần mềm Plaxis, sơ<br /> Sơ đồ hình học của mặt cắt tràn đầu Bắc đồ lƣới phần tử đƣợc minh hoạ ở hình 13.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 13: Mô phỏng nền tràn đầu Bắc Hình 14: Lưới phần tử hữu hạn<br /> <br /> Hình 13 mô phỏng mặt cắt tràn Dƣơng đỉnh tràn. Điểm này cũng là điểm biểu diễn kết<br /> Thiện-đầu Bắc sau khi xử lý nền, vùng vật liệu quả tính trong bài toán mô phỏng.<br /> màu nâu là vùng xử lý cọc vữa xi măng áp lực Hình 15 là kết quả tính lún của nền tràn đầu<br /> cao đƣợc tính với cƣờng độ tƣơng đƣơng. Bắc sau xử lý. Nhƣ vậy với nền đƣợc xử lý sau<br /> Hình 14 là sơ đồ lƣới phần tử hữu hạn mặt khoan phụt thì độ lún của nền tràn giảm nhiều,<br /> cắt tràn đầu phia Bắc với điểm quan trắc trên độ lún tổng cộng là 3,2 cm.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 15: Kết quả tính lún của nền tràn đầu Hình 16: Chuyển vị tổng tại mặt cắt tràn đầu<br /> Bắc sau xử lý Nam, độ lún tổng cộng của nền tràn là 2.7 cm<br /> <br /> <br /> 70 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2-2015<br />  4.2. Tính toán kiểm tra mặt cắt tràn TÀI LIỆU THAM KHẢO<br /> đầu Nam<br /> Hình 16 thể hiện chuyển vị tổng tại mặt cắt 1. Nguyễn Quốc Dũng (2012)-Gia cố và xử<br /> tràn đầu Nam sau khi xử lý nền bằng khoan lý nền móng-Bài giảng Cao học Địa kỹ thuật<br /> phụt tren diện tích thiết kế, độ lún tổng cộng Xây dựng-Đại học Thủy lợi 2012.<br /> của nền tràn là 2.7 cm. Nhƣ vậy sau khi xử lý 2. Phan Trƣờng Phiệt (1976) –Tính toán nền<br /> thì nền tràn Dƣơng Thiện đã đạt đƣợc mức độ các loại công trình thủy lợi theo trạng thái giới<br /> đồng nhất giữa hai đầu tràn phía Bắc và phía hạn-Nhà xuất bản Nông thôn-1976.<br /> Nam. Chênh lệch lún của đầu tràn Bắc –Nam 3. TCVN-4253-2012- Tiêu chuẩn thiết kế<br /> là 5 mm. nền Công trình Thủy công-Nhà xuất bản xây<br /> V. KẾT LUẬN dựng 2012.<br /> -Lún và lún không đều giữa hai đầu của đập 4. Viện thiết kế nền và công trình ngầm-<br /> tràn Dƣơng Thiện là do sự bất đồng nhất về địa Viện thiết kế móng (Liên Xô) -Sổ tay thiết kế<br /> tầng của chúng. Nền móng-Bản dịch-Nhà xuất bản khoa học kỹ<br /> -Mô phỏng bài toán dự báo lún trên cơ sở thuật-1975<br /> tách giai đoạn và dò tìm tải trọng của các giai 5. Hsai-Yang Fang (1998)– Foundation<br /> đoạn, kết quả tính toán cho thấy mức độ lún ở Engineering Handbook- Second Edition – Van<br /> các giai đoạn khá sát với thực tế quan trắcvà Nostrand Reinhold-New York-1998.<br /> tràn Dƣơng Thiện vẫn tiếp tục lún. 6. Donald P. Coduto (1999) Geotechnical<br /> - Giải pháp khoan phụt vữa áp lực cao để xử Engineering Principle and Practices-Prentice<br /> lý nền là hợp lý. Kết quả tính lún cho mặt cắt Hall, Upper Saddle River, NJ 07458.<br /> đập tràn đầu phía Bắc có độ lún 3,2 cm, mặt cắt 7. John-Krahn (2004)-Stress and<br /> tràn phía Nam là 2,7 cm đảm bảo đƣợc sự ổn Deformation Modeling with SIGMA/W-An<br /> định lún lâu dài cho công trình. Engineering Methodology.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Người phản biện: PGS.TS. ĐOÀN THẾ TƢỜNG<br /> <br /> <br /> <br /> ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2-2015 71<br />