Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu lựa chọn độ chặt đắp đập hợp lý trong điều kiện độ ẩm cao cho vùng Bắc Trung bộ Việt Nam

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:26

Thêm vào BST

Báo xấu

34
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận án nghiên cứu loại đất và các chỉ tiêu của đất đắp đập khu vực Bắc Trung bộ và giải pháp về thiết kế, thi công xây dựng đập đất đầm nén hợp lý và an toàn, đáp ứng được yêu cầu phát triển kinh tế, xã hội, an ninh, quốc phòng của đất nước. Mời các bạn tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu lựa chọn độ chặt đắp đập hợp lý trong điều kiện độ ẩm cao cho vùng Bắc Trung bộ Việt Nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƢỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI TRẦN VĂN HIỂN NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN ĐỘ CHẶT ĐẮP ĐẬP HỢP LÝ TRONG ĐIỀU KIỆN ĐỘ ẨM CAO CHO VÙNG BẮC TRUNG BỘ VIỆT NAM Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy Mã số: 62 58 40 01 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI, NĂM 2016
Công trình được hoàn thành tại Truờng Ðại học Thủy Lợi Nguời hướng dẫn khoa học 1: PGS.TS Lê Văn Hùng Nguời hướng dẫn khoa học 2: GS.TS Lê Kim Truyền Phản biện 1: PGS.TS Vũ Hữu Hải Phản biện 2: PGS.TS Nguyễn Huy Phƣơng Phản biện 3: PGS.TS Nguyễn Bỉnh Thìn Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án cấp Trường họp tại: ROOM 5 - K.1 - Trường Ðại học Thủy lợi địa chỉ số 175 Tây Sơn - Đống Đa - Hà Nội - Việt Nam. Vào hồi 14h ngày 16 tháng 12 năm 2016 Có thể tìm hiểu Luận án tại: - Thư viện Quốc Gia - Thư viện Trường Ðại học Thủy lợi
MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Đập đất là công trình quan trọng chắn ngang sông suối để dâng nước tạo thành hồ chứa. Đập đất vẫn được sử dụng rộng rãi ở nước ta bởi vì đập đất có ưu điểm là tận dụng được nguồn vật liệu địa phương nên chi phí xây dựng thấp, kỹ thuật thi công đơn giản, công tác xử lý nền móng yêu cầu không phức tạp… Quá trình xây dựng đập đất luôn chịu tác động của dòng chảy. Sau khi ngăn sông chúng ta phải xử lý hàng loạt vấn đề như bơm nước hố móng, xử lý nền… phải thi công đắp đập nhanh để vượt lũ trong điều kiện thời gian thi công có hạn thường là một mùa khô. Những năm gần đây, khi xây dựng các đập đất thuộc khu vực Bắc miền Trung, chúng ta gặp phải vấn đề nan giải là đất dính đắp đập trong điều kiện mưa nhiều kéo dài và khí hậu ẩm ướt. Những công trình đầu mối ở các tỉnh miền Trung từ Thanh Hóa đến Thừa Thiên Huế như: Truồi, Tả Trạch, Ngàn Trươi, Thủy Yên- Thủy Cam, Đá Hàn, Bản Mồng… nằm trong khu vực độ ẩm không khí luôn luôn cao, thời gian mưa kéo dài về mùa mưa. Nhiều tháng độ ẩm không khí lớn hơn 80%. Do đó, việc bảo đảm chất lượng công trình theo đồ án thiết kế, như thi công đầm nén đất dính đạt độ chặt K≥0,97 tương ứng độ ẩm của đất W=Wopt 3% là rất khó khăn. Điều này khiến cho thời gian thi công kéo dài, không đáp ứng được tiến độ cũng như mục tiêu phát triển kinh tế, xã hội; làm cho hiệu quả vốn đầu tư giảm, thời gian thu hồi vốn kéo dài. Việt Nam đã có nhiều bài học kinh nghiệm và thành tựu về khoa học công nghệ xây dựng đập đất đá nhưng cũng phải trải qua nhiều bài học đắt giá. Hiện tại và những năm tới đây, theo qui hoạch và định hướng phát triển kinh tế đến 2030 và tầm nhìn 2050, khu vực Bắc miền Trung sẽ phải xây dựng nhiều đập đất đá trong điều kiện độ ẩm cao. Để đáp ứng được mục tiêu hoàn thành xây dựng công trình, đảm bảo chất lượng, thi công đúng tiến độ, giá thành hợp 1
lý và giảm thiểu hậu quả, thiệt hại kinh tế và tác động xấu đến an sinh xã hội, chúng ta cần phải có giải pháp chủ động trong quá trình thiết kế, thi công đập đất bằng phương pháp đầm nén phù hợp trong điều kiện độ ẩm cao. Điều đó thôi thúc tác giả nghiên cứu đề xuất giải pháp kịp thời nhằm đáp ứng được yêu cầu của lý luận và thực tiễn. 2. Mục tiêu nghiên cứu Luận án nghiên cứu đất và các chỉ tiêu của đất đắp đập khu vực Bắc Trung bộ và và đề xuất giải pháp về thiết kế, thi công xây dựng đập đất đầm nén hợp lý và an toàn để đáp ứng yêu cầu phát triển kinh tế, xã hội, an ninh, quốc phòng của đất nước. 3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu Luận án nghiên cứu đất và các chỉ tiêu của đất đắp đập, giải pháp về thiết kế, thi công xây dựng đập đất đầm nén khu vực Bắc Trung bộ (từ Thanh Hóa đến Thừa Thiên Huế). Cụ thể luận án tập trung vào nghiên cứu về lý thuyết và thực nghiệm cho đất đắp đập của Bắc Trung bộ; Sau đó ứng dụng kết quả nghiên cứu vào lựa chọn độ chặt và độ ẩm hợp lý để xây dựng đập đất. 4. Nội dung nghiên cứu Để đạt được mục tiêu trên đây, tác giả sẽ tập trung vào nghiên cứu các nội dung chính như sau: a) Nghiên cứu về vật liệu đắp đập và điều kiện tự nhiên của khu vực Bắc Trung bộ (từ Thanh Hóa đến Thừa Thiên Huế), đánh giá đặc trưng đất xây dựng của khu vực khi sử dựng đắp đập; b) Đề xuất giải pháp giảm ẩm thích hợp đối với đất đắp đập của khu vực; c) Nghiên cứu thực nghiệm để lựa chọn độ chặt hợp lý khi đắp đập trong điều kiện độ ẩm cao của khu vực; d) Xây dựng qui trình xác định tốc độ đắp đập phù hợp với độ chặt và độ ẩm lựa chọn; 2
e) Áp dụng kết quả nghiên cứu mới vào đánh giá an toàn trong thi công của đập Đá Hàn và đập Tả Trạch. 5. Phƣơng pháp nghiên cứu - Nghiên cứu tổng quan; - Nghiên cứu cơ sở lý thuyết, kế thừa các kết quả nghiên cứu liên quan đến việc xây dựng đập đất theo phương pháp đầm nén đã được công bố trong và ngoài nước; - Phương pháp thực nghiệm kết hợp phân tích lý thuyết có sử dụng một số phần mềm hỗ trợ; - Phương pháp quan sát và phân tích tổng kết kinh nghiệm thực tế; - Phương pháp chuyên gia, hội thảo. 6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn Kết quả nghiên cứu của luận án góp phần làm giàu thêm tư liệu cho nghiên cứu và thực tiễn xây dựng đập đất đầm nén. Về lý thuyết: Luận án tổng hợp được những nội dung cơ bản khi đánh giá và lựa chọn vật liệu cũng như phương án xây dựng đập đất đầm nén, trên cơ sở tổng hợp, kế thừa và phát triển những nghiên cứu về đập đất khi ứng dụng ở các vùng miền có điều kiện khác nhau hoặc tương tự. Diễn biến theo các chỉ tiêu cơ lý gồm độ chặt và độ ẩm của đất đắp đập vùng Bắc Trung bộ. Về thực tiễn: Luận án xây dựng được dữ liệu cơ bản, các giải pháp cũng như ứng dụng cụ thể cho công trình thực tế trong phạm vi nghiên cứu từ Thanh Hóa đến Thừa Thiên Huế. Đề xuất quy trình để lựa chọn độ chặt và độ ẩm hợp lý đắp đập cho khu vực và giải pháp giảm ẩm hiệu quả. 7. Những đóng góp mới của luận án (1) Đất đắp đập ở khu vực tồn tại chủ yếu là đất trầm tích và đất tàn tích trên đá gốc trầm tích. Đã đánh giá một cách khoa học về tính chất cơ lý của đất dính 3
(trầm tích) ở Bắc Trung bộ không trương nở hoặc trương nở yếu, không tan rã hoặc tan rã yếu; (2) Đã lựa chọn độ chặt đắp đập đối với: Khối chống thấm là đất trầm tích, chọn K≥0,94 với độ ẩm W=Wopt + (4÷6)%; Khối chịu lực, thường là đất tàn tích và hỗn hợp đào móng các hạng mục khác, chọn K≥0,97; (3) Đã đề xuất được giải pháp giảm ẩm khi đắp đập trong điều kiện độ ẩm cao, sử dụng đệm cát có chiều dày 50cm cho bãi trữ đất dính phù hợp với thực tiễn khu vực Bắc Trung bộ, Việt Nam; (4) Đã xây dựng được qui trình xác định tốc độ đắp đập khi đắp với đất có độ ẩm cao nhằm đem lại hiệu quả cao, đẩy nhanh tiến độ thi công các đập đất trong vùng nghiên cứu. 8. Cấu trúc luận án Ngoài phần mở đầu và kết luận, luận án gồm 4 chương chính: Chương 1. Tổng quan về xây dựng đập đất đầm nén Chương 2. Cơ sở khoa học và thực tiễn xây dựng đập đất đầm nén Chương 3. Nghiên cứu thực nghiệm xây dựng đập đất đầm nén trong điều kiện độ ẩm cao Chương 4. Lựa chọn độ chặt đắp đập hợp lý cho vùng bắc trung bộ trong điều kiện độ ẩm cao CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ XÂY DỰNG ĐẬP ĐẤT ĐẦM NÉN 1.1 Tổng quan về tình hình xây dựng đất đá 1.1.1 Sự phát triển xây dựng đập đất đá trên thế giới Đập đất có lịch sử phát triển lâu đời ở Ai Cập, Trung Quốc, Ấn Độ và một số nước khác nhờ các ưu điểm vượt trội như sử dụng vật liệu tại chỗ. Đến nay, ngày càng được ứng dụng nhiều hơn. Theo thống kê của ICOLD, đập vật liêu 4
địa phương đã tăng từ 75% năm 1977 lên 82,9% năm 1998 trên tổng các loại đập được xây dựng. 1.1.2 Sự phát triển xây dựng đập đất đá ở Việt Nam Ở Việt Nam, trước năm 1964 việc xây dựng hồ chứa diễn ra chậm, có ít hồ chứa được xây dựng trong giai đoạn này. Sau năm 1964, đặc biệt từ khi đất nước thống nhất thì việc xây dựng hồ chứa phát triển mạnh. Theo thống kê của TCTL quản lý đến 2015: Số đập cao 30m trở lên là 63 đập; Số đập cao từ 15m đến dưới 30m là 492 đập; Trong đó có 44 đập đất và 19 đập đất đá hỗn hợp. 1.2 Những nghiên cứu về đập đất ở Việt nam Sau năm 1975, nhờ nghiên cứu các nhà khoa học đã xử lý thành công đất có tính chất cơ lý đặc biệt. Nên xây dựng một loạt hồ chứa khu vực Nam Trung bộ và Tây Nguyên. Tuy nhiên, khi triển khai xây dựng đập đất tại khu vực Bắc Trung bộ như Hồ Tả Trạch, Ngàn Trươi, Truồi… đã gặp vấn đền nan giải độ ẩm của đất đắp và không khí rất cao. Không sử dụng các giải pháp thông thường để hạ độ ẩm đất đáp ứng yêu cầu đắp đập, dẫn đến chậm tiến độ thi công gây lãng phí rất lớn cho xã hội. Vì vậy, nghiên cứu giải pháp lựa chọn độ ẩm độ chặt hợp lý cho khu vực này là vấn đề thời sự ơ khu vực này. 1.3 Kết luận chƣơng 1 Thông qua các nghiên cứu tổng quan trên đây, tác giả thấy rằng cần phải nghiên cứu xây dựng các đập đất đầm nén trong điều kiện độ ẩm cao cho khu vực Bắc Trung bộ. Việc thi công đập đất trong điều kiện độ ẩm cao sẽ có nhiều thay đổi về tốc độ đắp đập cũng như các chỉ tiêu cơ lý của đất đăp đập. Để lượng hóa các thay đổi trên cần được tiến hành nghiên cứu cụ thể: - Nghiên cứu về vật liệu đắp đập và điều kiện tự nhiên của khu vực Bắc Trung bộ, từ Thanh Hóa đến Thừa Thiên Huế, đánh giá đặc trưng đất xây dựng của khu vực khi sử dựng đắp đập; - Đề xuất giải pháp giảm ẩm thích hợp đối với đất đắp đập của khu vực; - Lựa chọn độ chặt hợp lý khi đắp đập trong điều kiện độ ẩm cao; 5
- Xác định tốc độ đắp đập phù hợp với độ chặt và độ ẩm lựa chọn; - Áp dụng kết quả nghiên cứu mới vào đánh giá an toàn trong thi công của đập Đá Hàn và đập Tả Trạch. CHƢƠNG 2 CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN XÂY DỰNG ĐẬP ĐẤT ĐẦM NÉN 2.1 Đặt vấn đề Từ kết quả nghiên cứu ở phần tổng quan, luận án thấy rằng cơ sở khoa học và thực tiễn của khu vực Bắc Trung bộ đang còn tồn tại vấn đề “xây dựng đập trong điều kiện độ ẩm tự nhiên cao” cần nghiên cứu tiếp. Trong chương này, tác giả nghiên cứu cơ sở khoa học đất xây dựng đập trong điều kiện độ ẩm tự nhiên cao và trong môi trường không khí thực tiễn khu vực Bắc Trung bộ. 2.2 Đất xây dựng 2.2.1 Nguồn gốc hình thành Đất là các lớp vật liệu rời, hình thành do đá phong hóa và phân vụn ra, không cố kết và phân bố từ mặt đất đến đá cứng. 2.2.2 Cường độ chống cắt của đất - Lý thuyết Mor-Coulomb Theo, Terzaghi, 1936 [41] cường độ chống cắt của đất bão hòa xác định qua tiêu chuẩn phá hoại Mohr – Coulomb và ứng suất hiệu quả như sau: Phương trình đường bao phá hoại (thường gọi là biểu thức Coulomb): (2.11) Trong đó: φ’ – góc ma sát hoặc sức kháng cắt; c’ – lực dính đơn vị. Từ quan hệ của vòng Mohr và đường bao phá hoại ta có góc của mặt phá hoại: ( ) (2.12) 6
2.2.3 Tính hút ẩm của đất Đất có tính hút ẩm và chiều cao hút ẩm (mao dẫn) phụ thuộc vào thành phần khoáng và hình dạng lỗ hổng, nó giảm dần từ mica, thạch anh, fenspat. Đối với hạt d
2.3 Tính đầm chặt và lựa chọn độ ẩm đắp đất dính 2.3.1 Lý thuyết về tính đầm chặt Như chúng ta đã biết: Vật liệu đất gồm ba thể, đó là thể rắn của hạt đất, thể lỏng của nước và thể khí của không khí. Thông thường thể rắn và thể nước không thể nén lại được, cho nên thực chất đầm chặt đất làm cho các hạt đất có nước bao bọc xung quanh ép đầy vào các khe hở của các hạt đất, từ đó đẩy không khí ra khỏi khối đất, làm cho hệ số độ rỗng của đất giảm nhỏ, độ chặt (mật độ) của đất tăng. Rõ ràng quá trình đầm chặt đất là một quá trình sắp xếp lại ba thể của đất dưới tác động của ngoại lực. Khi đất được đập chặt các tính chất cơ lý của nó tốt hơn rất nhiều so với trạng thái rời. Mục đích nghiên cứu với công năng đầm chặt nhỏ nhất có thể thu được hiệu quả đầm chặt lớn nhất đã thúc đẩy sự phát triển lý luận và kỹ thuật thi công về đầm chặt đất. 2.3.2 Lựa chọn độ chặt và độ ẩm đất dính • Hệ số đầm nén yêu cầu nhằm tránh lún sụt khi tích nước: - Khi đất khô W≤Wopt : γk≥0,95γk.max - Khi đất quá ẩm W>Wopt: γk≥0,90γk.max • Chọn γk theo yêu cầu chống thấm: Khi đất quá ẩm W>Wopt • Lựa chọn theo yêu cầu chống các chỉ tiêu cơ lý đặc biệt: K≥0,95 và W≤Wopt 3% • Theo qui chuẩn: Đối với công trình cấp II trở lên K≥0,97, công trình cấp III trở xuống chọn K≥0,95, và Wđắp = Wotp  3% 2.4 Kết luận chƣơng Nội dung chương 2 đã tập trung phân tích bản chất vật lý, thành phần khoáng vật, chỉ tiêu cơ lý cơ bản của sét và đất dính. Những nghiên cứu về cơ sở khoa học và bản chất vật lý, hóa học liên quan mật thiết đến ứng dụng của đất dính trong xây dựng công trình đất. Những nghiên cứu có tính chất kinh điển của các nhà khoa học đi trước trên thế giới và Việt Nam cho thấy rõ yếu tố tự nhiên, địa 8
lý, khí hậu và lịch sử hình thành của đất phải nghiên cứu cụ thể do tính đặc thù của chúng. Hệ thống tiêu chuẩn giữa Nga, Việt Nam và các nước phương tây tuy có đôi chỗ khác nhau về phân loại đất nhưng về bản chất là thống nhất. Trong luận án tác giả không muốn thay đổi mà để nguyên bản có chú thích. Vấn đề này dần dần sẽ được khắc phục trong hệ thống TCVN. Điểm rõ ràng nhất chỉ ra khi nghiên cứu ứng dụng là sự phụ thuộc của sức kháng cắt vào độ chặt của đất và loại đất. Khi thiết kế và thi công cũng như ứng dụng công nghệ cần xem xét vận dụng vào điều kiện cụ thể khu vực và điều kiện tự nhiên, vật liệu. Nội dung chương 2 cũng đã cập nhật đầy đủ thành tựu nghiên cứu cho đất Nam Trung bộ, Tây Nguyên và Đông Nam bộ của các nhà khoa học Việt Nam để vận dụng kế thừa trong nghiên cứu ứng dụng. Các nghiên cứu từ trước đến nay cho thấy, đất có tính đầm chặt, chỉ tiêu cơ lý phục vụ xây dựng tốt lên theo độ chặt; đất dính có tính hút ẩm và mao dẫn cao; tính thoát nước và cố kết theo thời gian khi gia tải. Khi lựa chọn các chỉ tiêu cơ lý của vật liệu đất đắp đập: Đối với đất có các chỉ tiêu cơ lý đặc biệt (trương nở, co ngót, tan rã lún ướt mạnh) cần tuân thủ qui định hiện hành; Đối với đất không phải đặc biệt, nên lựa chọn tối ưu hóa các chỉ tiêu nội tại của loại đất sử dụng và có tính khả thi. Hệ thống tiêu chuẩn của Việt Nam hiện nay đang tiếp cận theo hướng sử dụng độ chặt đầm nén trong thiết kế và thi công, nên đã phù hợp trong ứng xử với vật liệu đất đắp đập. Tuy nhiên, khi đồng nhất một độ chặt như nhau cho mọi loại đất khi đắp, sẽ dẫn đến lãng phí lớn và khó khăn trong quá trình thi công. Đối với đất khu vực nghiên cứu không phải đất có tính chất cơ lý đặc biệt, nên cần phải tiếp cận lựa chọn tối ưu hóa các chỉ tiêu nội tại của loại đất sử dụng và có tính khả thi. 9
CHƢƠNG 3 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÂY DỰNG ĐẬP ĐẤT ĐẦM NÉN TRONG ĐIỀU KIỆN ĐỘ ẨM CAO 3.1 Đặt vấn đề Trong chương này, tác giả sẽ tập trung nghiên cứu thực nghiệm nhằm mục đích xác định các tương quan giữa độ ẩm (W) với hệ số đầm chặt (K): W ~ K và tương quan giữa các chỉ tiêu cơ lý: góc ma sát (φ), lực dính (c ) và hệ số thấm k với hệ số đầm chặt: (φ, c, k) ~ K. Từ đó, tìm ra giá trị độ chặt khả thi mà các chỉ tiêu của đất đắp ứng với độ ẩm tự nhiên thỏa mãn yêu cầu thiết kế. Đồng thời, tác giả cũng nghiên cứu các giải pháp giảm ẩm cho đất để đắp đập. 3.2 Nội dung thí nghiệm Tác giả tập trung phân tích thực nghiệm trong phòng và hiện trường cho hai loại đất đại diện cho khu vực: trầm tích Aluvi thềm sông, cát kết và tàn tích trên đá trầm tích sét kết. Thí nghiệm trong phòng để xác định đổ ẩm của đất tại bãi vật liệu ở các thời điểm đặc trưng trong năm, 17 chỉ tiêu cơ lý, các chỉ tiêu về trương nở, tan rã và lún ướt. Thí nghiệm hiện trường để xác định thành phần hạt, hệ số thấm, lực dính c và góc ma sát φ sau khi khối đất đã được đắp vào đập đạt các yêu cầu của thiết kế. Kết quả thí nghiệm hiện trường sẽ được so sánh và kiểm chứng với kết quả thí nghiệm trong phòng. Bảng 3.3 Bảng thống kê khối lượng thí nghiệm trong phòng STT C. trình Công tác Đơn vị Khối lượng 1 Tả Trạch TN 17 chỉ tiêu Tổ mẫu 427 TN tương quan K, k, φ, c, W Tổ mẫu 68 2 Ngàn Trươi TN 17 chỉ tiêu Tổ mẫu 4 TN tương quan K, k, φ, c, W Tổ mẫu 11 3 Thủy Yên TN 17 chỉ tiêu Tổ mẫu 11 TN tương quan K, k, φ, c, W Tổ mẫu 110 Các thí nghiệm được thực hiện từ 8/2010 đến 02/2016 cho loại đất trầm tích và tàn tích ở các công trình Tả Trạch, Thủy Yên và Ngàn Trươi. Khối lượng thí nghiệm được tổng hợp ở Bảng 3.3. 10
3.3 Kết quả thí nghiệm trong phòng 3.3.1 Đất trầm tích Kết quả thí nghiệm ở Bảng 3.4 cho thấy đất trầm tích khu vực nghiên cứu là đất có chỉ tiêu trương nở yếu hoặc không trương nở và tan rã yếu hoặc không tan rã. Bảng 3.4 Các chỉ tiêu cơ lý về trương nở và tan rã của đất trầm tích Mỏ đất ở công trình Tả Trạch TT Chỉ tiêu VĐ1 VĐ2 1 Trữ lượng khai thác (m3) 1 583 016 3 552 660 2 Độ trương nở tương đối N (%) 1,8 7,6 3 Áp lực trương nở P (kG/cm2) 0,08 0,15 4 Tính tan rã yếu-Không tan rã yếu-Không tan rã Thông qua nghiên cứu thực nghiệm trong phòng, tác giả xây dựng được tương quan giữa [độ chặt đầm nén (K) và độ ẩm tương ứng (W)] với [các chỉ tiêu góc ma sát (φ), lực dính (c), hệ số thấm (k) và dung trọng khô] như Hình 3.9, Hình 3.10, Hình 3.11. Hình 3.9 Tương quan hệ số thấm với độ chặt đầm nén (k~K) của đất trầm tích 11
Hình 3.10 Tương quan góc ma sát với độ chặt đầm nén (φ~K) của đất trầm tích Hình 3.11 Tương quan lực dính với độ chặt đầm nén (c~K) của đất trầm tích Biểu đồ Hình 3.9 cho thấy, khi độ chặt tăng thì hệ số thấm giảm. Nhưng khi K≥0,94 thì hệ số thấm k 3.10-5(cm/s) và hầu như không giảm tiếp khi tăng độ chặt K. 12
Biểu đồ Hình 3.10 cho thấy φ đồng biến với K và khi K≥0,93 thì φ tăng nhẹ và tiệm cận dần đến giá trị lớn nhất, phù hợp qui luật chung. Nếu tăng độ chặt K, hiệu quả tăng của φ không nhiều. Biểu đồ Hình 3.11 cho thấy c đồng biến với độ chặt K và khi K≥0,98 thì giá trị c tiệm cận dần đến giá trị lớn nhất, phù hợp qui luật chung. Khi độ chặt K=1 thì c tăng thêm 3,4% so với giá trị của c ứng với K=0,98, tăng không đáng kể. 3.3.2 Đất tàn tích Thông qua nghiên cứu thực nghiệm trong phòng, tác giả cũng xây dựng được tương quan giữa [độ chặt đầm nén (K) và độ ẩm tương ứng (W)] với [các chỉ tiêu góc ma sát (φ), lực dính (c), hệ số thấm (k) và dung trọng khô] như Hình 3.12, Hình 3.13, Hình 3.14. Trên Hình 3.12, khi độ chặt K tăng từ 0,90 đến 0,96 thì hệ số thấm k giảm mạnh từ 10-4 (cm/s) đến 5.10-5 (cm/s). Sau đó, khi K tăng thì k hầu như không giảm nữa. Hình 3.12 Tương quan hệ số thấm với độ chặt đầm nén (k~K) của đất tàn tích 13
Biểu đồ Hình 3.13 cho thấy φ đồng biến với K và khi K≥0,96 thì φ tăng nhẹ và tiệm cận dần đến giá trị lớn nhất. Biểu đồ Hình 3.14 cho thấy c đồng biến với độ chặt K và khi K≥0,98 thì giá trị c tiệm cận dần đến giá trị lớn nhất. Hình 3.13 Tương quan góc ma sát với độ chặt đầm nén (φ~K) của đất tàn tích Hình 3.14 Tương quan lực dính với độ chặt đầm nén (c~K) của đất tàn tích 14
3.4 Kết quả thí nghiệm hiện trƣờng Kết quả đã thí nghiệm hiện trường được thể hiện ở Bảng 3.13. Bảng 3.13 Tả Trạch-Bảng giá trị trung bình các chỉ tiêu thí nghiệm đất trầm tích TT Năm W (%) γw (T/m3) γk (T/m3) k (cm/s) φ (o) c (kG/cm2) K 1 2010 17,42 2,02 1,72 6,91E-06 21,12 0,22 ≥0,97 2 2011 20,00 2,02 1,68 4,89E-06 22,73 0,24 ≥0,95 3 2012 16,98 1,99 1,70 2,87E-06 21,51 0,22 ≥0,95 4 2013 19,53 1,98 1,66 4,50E-06 19,22 0,22 ≥0,95 So sánh với kết quả thí nghiệm trong phòng, tác giả thấy rằng: Đối với hệ số thấm k thu được từ thí nghiệm hiện trường khi đắp với độ chặt K=0,97 và K=0,95, không có sự khác biệt ở khối đắp chống thấm bằng đất trầm tích. Kết quả này phù hợp với phân tích kết quả thí nghiệm trong phòng; Đối với góc ma sát φ, lực dính c của các mẫu lấy từ hố khoan thân đập lớn hơn của các mẫu lấy từ mỏ, nhưng sự khác biệt này không nhiều. 3.5 Giải pháp giảm ẩm cho đất trầm tích đắp khối chống thấm Hình 3.21 Cấu tạo hệ thống thoát nước và cắt nước mao dẫn Đệm cát dày 50cm; 2. Cuội sỏi tăng khả năng thoát nước; 3. Đất trữ để đắp Thông qua nghiên cứu các giải pháp giảm ẩm truyền thống và nghiên cứu thực tiễn công trường, tác giả đề xuất giải pháp giảm ẩm bằng bãi trữ có đệm cát dày 50cm (phương án 2) như Hình 3.21 và độ ẩm đất khi đắp đập W=Wopt+ (4÷6)% cho đất trầm tích dùng đắp khối chống thấm. Giải pháp này giúp giảm được độ 15
ẩm của đất trầm tích đến Wopt+(4÷6)% và giảm chi phí giảm ẩm đến gàn 50% so với phương án truyền thống (phương án 1). 3.6 Kết luận chƣơng 3 Hệ số thấm k giảm khi độ chặt K tăng. Khi độ chặt K = (0,93÷0,94) tương ứng với độ ẩm W =Wopt + 5,6%, thì k = 2.10-5 (cm/s), tiệm cận với giá trị nhỏ nhất. Khi áp dụng độ chặt K=0,95, thì hệ số thấm hiện trường tương ứng là k=3,63.10-6 (cm/s); Góc ma sát φ và lực dính c đồng biến với độ chặt K và các giá trị này tiến đến gần giá trị lớn nhất khi K=0,93 (đối vơi φ), K=0,98 (đối với c). Kết quả thu được các giá trị của góc ma sát φ, lực dính c của các mẫu lấy từ hố khoan thân đập lớn hơn của các mẫu lấy từ mỏ, nhưng sự khác biệt này không nhiều. Đối với khối chống thấm bằng đất trầm tích thì chọn độ chặt K≥0,94 tương ứng với độ ẩm W =Wopt + 5,6% là tối ưu về mặt chống thấm. Đối với đất tàn tích đắp khối chịu lực, chọn hệ số đầm nén cho loại đất này K=0,97, sẽ đáp ứng tốt nhất cho ổn định đập. Giải pháp giảm ẩm bằng bãi trữ có đệm cát dày 50cm và độ ẩm đất khi đắp đập W=Wopt + (4÷6)% tương ứng với độ chặt K=0,95. CHƢƠNG 4 LỰA CHỌN ĐỘ CHẶT ĐẮP ĐẬP HỢP LÝ CHO VÙNG BẮC TRUNG BỘ TRONG ĐIỀU KIỆN ĐỘ ẨM CAO Kết quả nghiên cứu ở chương 3 cho thấy rằng có thể đắp đập với độ chặt K≥0,95 thì có thể đảm bảo tiêu chí chống thấm của đập và các chỉ tiêu cơ lý φ, c. Khi đó, đất đắp đập sẽ có độ ẩm cao gần với độ ẩm tự nhiên hơn nhưng dễ sinh ra hiện tượng áp lực nước lỗ rỗng và thoát nước cố kết của đất dính, giảm khả năng ổn định khi thi công của khối đắp. Vì vậy, cần phải xem xét tốc độ đắp sao cho phù hợp, không gây mất ổn định. Trong chương này, tác giả sẽ nghiên cứu xác định tốc độ đắp đập ứng với các độ chặt khác nhau cho 2 loại đập điển hình: đập đất đồng chất và đập đất nhiều 16
khối. Đồng thời, sử dụng kết quả để kiểm chứng cho đập Đá Hàn và đập Tả Trạch có mặt cắt điển hình như Hình 4.12 và Hình 4.17. Phương pháp phân tích ổn định khối đắp phù hợp là phương pháp tăng giảm chỉ số lực dính c và góc ma sát trong φ dựa trên phần mềm thương mại Plaxis V8.5. 4.1 Nghiên cứu tốc độ thi công đập đất đầm nén Sử dụng kết quả chỉ tiêu cơ lý của đất đã được thí nghiệm ở Chương 3. Tác giả xác định tốc độ đắp đập ứng với hệ số đầm chặt K=0,90; 0,95, 0,97 và 0,98. Tốc độ đắp đập được tính toán theo các kịch bản ở Bảng 4.3 và Bảng 4.9. 4.1.1 Đập đất đồng chất Bảng 4.3 Đập đồng chất - Các phương án nghiên cứu về tốc độ đắp đập Tốc độ nâng đập Tốc độ Phương án Thời gian Thời gian trung bình Chiều cao đắp (ngày giãn cách m/tháng nâng đập (m) đêm) (ngày đêm) 1 1,5 10 5 3,0 2 3,0 10 5 6,0 3 4,5 10 5 9,0 Hình 4.12 Mặt cắt ngang đập đồng chất Đá Hàn 1. Khối đá phản áp (đê quai thượng lưu); 2. Khối đất đắp đập; 3. Lớp đất nền 4a; 4. Lớp đất nền 4b; 5. Lớp đất nền 1c Kết quả tính toán cho đập đồng chất thấy rằng: Đập đồng chất, nếu chọn tốc độ 3m/tháng (tương ứng 3 ngày mới được 1 lớp đầm) thì thỏa mãn mọi điều kiện K≥0,90 nhưng tốc độ này quá chậm; 17
Đập đồng chất, nếu chọn tốc độ 6m/tháng (tương ứng 1,5 ngày đắp được 1 lớp), tốc độ này phù hợp với hầu hết các công trường hiện nay và phải chọn K≥0,95. 4.1.2 Đập đất nhiều khối Bảng 4.9 Đập nhiều khối - Các phương án nghiên cứu về tốc độ đắp đập Tốc độ nâng đập Tốc độ Phương án Thời gian Thời gian trung bình Chiều cao đắp (ngày giãn cách m/tháng nâng đập (m) đêm) (ngày đêm) 1 3,0 10 5 6,0 2 4,5 10 5 9,0 3 6,0 10 5 12,0 Kết quả tính toán cho đập nhiều khối cũng thấy rằng: Sử dụng đập nhiều khối tăng nhanh được tốc độ đắp đập, so với đập đồng chất thi tốc độ nâng đập tăng 2 lần; Với K=0,95, tốc độ nâng đập 9m/tháng thích hợp nhất trong tổ chức thi công (mỗi ngày đắp 1 lớp), cũng như đắp đập vượt lũ. Không nên chọn tốc độ nâng đập nhanh hơn; Trong tính toán đã chọn đồng nhất hệ số đầm chặt cho các khối. Nhưng nếu chọn độ chặt K≥0,97 cho các khối thượng và hạ lưu, thì kết quả sẽ an toàn hơn cho đập trong suốt quá trình thi công. Hình 4.17 Mặt cắt ngang đập nhiều khối Tả Trạch 1. Khối đá phản áp; 2. Khối đất đắp đập PH 5&6; 3. Khối đất đắp đập 3b&5; 4. Khối đất đắp đập 2b; 5. Khối đất đắp đập 3b; 6. Khối cát thô; 7. Lớp đất nền 1A; 8. Lớp đất nền 6; 9. Lớp đất nền 5C; 10. Lớp đất nền 5B; 11. Lớp đất nền 7; 12. Lớp đất nền 8 18