LỜI CẢM ƠN Sau một thời gian dài tập trung nghiên cứu và làm việc nghiêm túc, tác giả đã hoàn thành luận văn đúng thời hạn theo quy định nhà trường đã giao. Có được kết quả trên, trước tiên tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đến thầy giáo PGS.TS. Nguyễn Cảnh Thái đã dành nhiều thời gian, tâm huyết, tận tình hướng dẫn để tác giả hoàn thành luận văn này. Tác giả xin chân thành cảm ơn các giảng viên khoa sau Đại học, trường Đại học Th ủy lợi đã tận tình giảng dạy, giúp đỡ, truyền đạt kiến thức tới tác giả trong suốt quá trình học tập ở Đại học cũng như trong quá trình học Cao học. Tác giả xin trân trọng cảm ơn tới Ban giám đốc Sở NN&PTNT Nghệ An, Phòng QLXD công trình đã tạo điều điện thuận lợi về thời gian để tác giả có thời gian nghiên cứu và hoàn thành luận văn này Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đến Gia đình đã nuôi dưỡng, động viên và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tác giả học tập và nghiên cứu. Cuối cùng, tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành đến bạn bè, những người đã luôn nhiệt tình giúp đỡ tác giả để hoàn thành tốt luận văn này. Hà Nội, ngày 25 tháng 5 năm 2012 Vũ Quý Phát LỜI CAM KẾT Tên tôi là: Vũ Quý Phát Học viên lớp: 18C21 Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Những nội dung và kết quả trình bày trong luận văn là trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình khoa học nào. Tác giả luận văn Vũ Quý Phát MỤC LỤC PHẦN MỞ ĐẦU 1 I. Tính cấp thiết của đề tài 1 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐẬP VẬT LIỆU ĐỊA PHƯƠNG 3 1.1. Vai trò của nguồn nước và đập đất 3 1.2. Các sự cố công trình do dòng thấm gây ra 4 1.3. Những biện pháp chống thấm khi xây dựng công trình mới 7 1.3.1 Chống thấm thân đập 7 1.3.2. Chống thấm cho nền đập 10 1.4. Những biện pháp chống thấ m cho công trình đã xây dựng 12 1.4.1. Chống thấm cho đập đất bằng vải địa kỹ thuật 12 1.4.2. Chống thấm bằng công nghệ khoan phụt chống thấm 13 1.4.3. Chống thấm bằng công nghệ tường hào Bentonite 17 1 .4.4. Công nghệ chống thấm bằng tường hào đất-bentonite…………… 20 CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN ỨNG SUẤT- BIẾN DẠNG TƯỜNG HÀO ĐẤT - BENTONITE 27 2.1. Trạng thái ứng suất- biến dạng hào đất- bentonite và đất nền 27 2.1.1. Trạng thái ứng suất tại chỗ ở đất đắp từ hỗn hợp đất-bentonite 27 2.1.2 Biến dạng của Tường chống thấm đất-bentonite và phần đấ t xung quanh 32 2.2. Các phương pháp tính toán ứng suất- biến dạng 37 2.3. Giải bài toán ứng suất- biến dạng bằng phương pháp PTHH 38 2.3.1. Nội dung cơ bản phương pháp phần tử hữu hạn 38 2.3.2. Giải bài toán US - BD và cố kết bằng phương pháp PTHH 38 2.4. Các mô hình vật liệu trong phương pháp PTHH 48 2.4.1 Mô hình đàn hối tuyến tính 48 2.4.2 Mô hình Mohr – Coulomb (mô hình dẻo tuyệt đối) 49 2.4.3. Mô hình đất mềm (soft – soil) 49 2.4.4. Mô hình Hardening soil (Mô hình tăng bền kép) 49 2.4.5. Mô hình tương tác giữa tường hào và đất trong PP PTHH 51 2.5. Lựa chọn mô hình vật liệu trong tính toán 51 2.6. Lựa chọn phần mềm tính toán 51 CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT BIẾN DẠNG CỦA TƯỜNG HÀO ĐẤT- BENTONITE 52 3.1. Đặt vấn đề 52 3.2. Ảnh hưởng của bề rộng hào đến ứng suất- biến dạng hào đất- bentonite trong quá trình cố kết 52 3.2.1. Mặt cắt điển hình tính toán 52 3.2.2. Chỉ tiêu cơ lý trong tính toán 53 3.2.3. Mô hình hóa các bước tính toán trong tổ hợp 54 3.2.4. Kết quả tính toán 56 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 82 1. KẾT LUẬN 82 2. NHỮNG HẠN CHẾ 83 3. KIẾN NGHỊ 83 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1. Sự cố thấm mái hạ lưu đập Am Chúa- Khánh Hòa 5 Hình 1.2. Mạch sủi hạ lưu đập Am Chúa- Khánh Hòa 5 Hình 1.3. Sình lầy do thấm hạ lưu đập Kim Sơn- Hà Tĩnh 6 Hình 1.6. Đập đất đồng chất có tường răng. 10 Hình 1.7. Đập có tường nghiêng chân răng, tường lõi chân răng 11 Hình 1.8. Chống thấm cho nền bằng bản cọc 11 Hình 1.9. Chống thấm bằng tường nghiêng sân ph ủ 12 Hình 1.10. Chống thấm bằng vải địa kĩ thuật 13 Hình 1.11. Nguyên lý một số công nghệ khoan phụt chống thấm 14 Hình 1.12. Phạm vi ứng dụng của các loại khoan phụt 14 Hình 1.13. Sơ đồ khoan phụt có nút bịt 15 Hình 1.14. Thi công cọc xi măng đất 16 Hình 1.16. Thi công hào chống thấm 20 Hình 1.17. Một số công trình hào đất- bentonite được xây dựng 23 Hình 2.1 Ảnh hưởng của áp lực cố kết đến hệ số thấm 27 Hình 2.2. Đồ thị ứng suất theo chiều sâu của hào 29 Hình 2.3. Biến dạng nền do thi công tường hào. 32 Hình 2.4. Lún của nền lân cận do thi công tường hào (Cowland and Thorley 1985) 34 Hình 2.5. Ứng suất hiệu quả trong hào đất theo chiều rộng 37 Hình 2.6. Các điều kiện biên 41 Hình 2.7 Sơ đồ xác định lượng nước thấm qua biên 46 Hình 3.1. Mô hình sử dụng plaxis trong tính toán 53 Hình 3.2. Mô hình l ưới phần tử trong tính toán 55 Hình 3.3. Phát sinh áp lực lỗ rỗng ban đầu 55 Hình 3.4. Phát sinh ứng suất hiệu quả ban đầu 56 Hình 3.5. Lưới chuyển vị hào B=,12m sau cố kết 30 ngày 57 Hình 3.6. Chuyển vị đứng hào B=1,2m sau cố kết 30 ngày 57 Hình 3.7. Ứng suất tổng σ y hào B=1,2m sau cố kêt 30 ngày 58 Hình 3.8. Ứng suất tổng σ y hào B=1,2m sau cố kết 30 ngày 58 Hình 3.9. Ứng suất hiệu quả thẳng đứng hào B=1,2m sau cố kết 30 ngày 59 Hình 3.10. Ứng suất hiệu quả σ 'y hào B=1,2m sau cố kết 30 ngày 59 Hình 3.11. Lưới chuyển vị hào B=1,2m sau cố kết 60 ngày 60 Hình 3.12. Chuyển vị đứng hào B=1,2m sau cố kết 60 ngày 60 Hình 3.13. Ứng suất tổng σ y hào B=1,2m sau cố kêt 60 ngày 61 Hình 3.14. Ứng suất tổng σ y hào B=1,2m sau cố kết 60 ngày 61 Hình 3.15. Ứng suất hiệu quả thẳng đứng hào B=1,2m sau cố kết 60 ngày . 62 Hình 3.16. Ứng suất hiệu quả σ 'y hào B=1,2m sau cố kết 60 ngày 62 Hình 3.17. Lưới chuyển vị hào B=1,2m sau cố kết 90 ngày 63 Hình 3.18. Chuyển vị đứng hào B=1,2m sau cố kết 90 ngày 63 Hình 3.19. Ứng suất tổng σ y hào B=1,2m sau cố kêt 90 ngày 64 Hình 3.20. Ứng suất tổng σ y hào B=1,2m sau cố kết 90 ngày 64 Hình 3.21. Ứng suất hiệu quả thẳng đứng hào B=1,2m sau cố kết 90 ngày. 65 Hình 3.22. Ứng suất hiệu quả σ 'y hào B=1,2m sau cố kết 90 ngày 65 Hình 3.23. Lưới chuyển vị hào B=1,2m sau cố kết 180 ngày 66 Hình 3.24. Chuyển vị đứng hào B=1,2m sau cố kết 180 ngày 66 Hình 3.25. Ứng suất tổng σ y hào B=1,2m sau cố kêt 180 ngày 67 Hình 3.26. Ứng suất tổng σ y hào B=1,2m sau cố kết 180 ngày 67 Hình 3.27. Ứng suất hiệu quả thẳng đứng hào B=1,2m sau cố kết 180 ngày68 Hình 3.28. Ứng suất hiệu quả σ 'y hào B=1,2m sau cố kết 180 ngày 68 Hình 3.29. Chuyển vị mặt hào B=0,9m theo thời gian…………………… …69 Hình 3.30. Chuyển vị mặt hào B=1,2m theo thời gian 72 Hình 3.31. Chuyển vị mặt hào B=1,5m theo thời gian 73 Hình 3.32. Chuyển vị mặt hào B=1,8m theo thời gian 75 Hình 3.33. Ứng suất, chuyển vị hào sau thời gian cố kết 30 ngày 76 Hình 3.34. Ứng suất, chuyển vị hào sau thời gian cố kết 60 ngày 77 Hình 3.35. Ứng suất, chuyển vị hào sau thời gian cố kết 90 ngày 78 Hình 3.36. Ứng suất, chuyển vị hào sau thời gian cố kết 180 ngày 79 Hình 3.37. Kết quả quan trắc lún…………………………………………………80 Hình 3.38. Ứng suất hiệu quả thẳng đứng tính toán theo công thức (2.2)….80 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1. Thống kê một số công trình tường hào đất - bentonite 21 Bảng 3.1. Chuyển vị hào B=0,9m cố kết theo thời gian 69 Bảng 3.2. Ứng suất hiệu quả hào B=0,9m cố kết theo thời gian 70 Bảng 3.3. Chuyển vị hào B=1,2m cố kết theo thời gian 71 Bảng 3.4. Ứng suất hiệu quả hào B=1,2m cố kết theo thời gian 71 Bảng 3.5. Chuyển vị hào B=1,5m cố kết theo thời gian 72 Bảng 3.6. Ứng su ất hiệu quả hào B=1,5m cố kết theo thời gian 73 Bảng 3.7. Chuyển vị hào B=1,8m cố kết theo thời gian 74 Bảng 3.8. Ứng suất hiệu quả hào B=1,8m cố kết theo thời gian 74 1 PHẦN MỞ ĐẦU I. Tính cấp thiết của đề tài Đập vật liệu địa phương là loại hình ngăn sông được sử dụng phổ biến ở nước ta cũng như trên toàn thế giới. Tận dụng được nguồn vật liệu sẵn có phổ biến tại khu vực xây dựng công trình, giá thành xây dựng rẻ hơn rất nhiều so với loại hình ngăn sông khác. Trong quá trình khai thác sử dụng một s ố đập đã xuất hiện một số những sự cố, hư hỏng, mất ổn định công trình. Có rất nhiều nguyên nhân dẫn đến sự cố, hư hỏng của đập đất như đầm nén không tốt, sử lý tiếp giáp kém, thiết bị thoát nước bị hỏng, ảnh hưởng của dòng thấm… Theo các báo cáo tổng kết trên thế giới, công trình thuỷ lợi làm bằng vật liệ u địa phương bị hư hỏng do dòng thấm gây ra là nguyên nhân lớn nhất chiếm khoảng 35 ÷ 40% tổng số các nguyên nhân gây ra hư hỏng. Vì vậy việc sử lý thấm cho đập, nền lúc thiết kế mới và lúc sửa chữa đóng vai trò rất quan trọng đảm bảo cho sự hoạt động hiệu quả và an toàn của đập. Những năm gần đây, đã có nhiều biện pháp chống thấm mới được áp dụng cho các công trình thuỷ lợi nói chung và công trình đập đất nói riêng, đã khắc phục được thấm tương đối tốt vấn đề đặt ra, đáp ứng được yêu cầu về kĩ thuật và kinh tế. Trong đó cần phải kể đến công nghệ tường chống thấm thi công bằng biện pháp đào hào trong dung dịch Bentonite. Công nghệ này tạo nên các hố móng hẹp dài và rất sâu, vách hố móng được giữ ổn định bằng dung dịch Bentonite. Ở nước ta một số đập như đập Dầu Tiếng, Am chúa, Iakao, Easoup-Đắk Lắc, Dương Đông-Kiên Giang… đã được sử lý chống thấm bằng công nghệ này và đều cho hiệu quả chống thấm tốt và giá thành hợp lý. Tuy nhiên tất cả các công trình tường chống thấm thi công bằng biện pháp đào hào trong dung dịch Bentonite được thi công ở nước ta từ năm 1999 (thời điểm công trình đầu tiên ở nướ c ta được áp dụng công nghệ thi công tường chống thấm bằng biện pháp đào hào trong dung dịch Bentonite) cho tới 2 nay đều thiết kế hay kiểm tra chất lượng dựa theo kinh nghiệm hay số liệu của các công trình đã có ở nước ngoài và số ít các công trình trong nước. Điều đó đã gây rất nhiều khó khăn trong công tác thiết kế, thi công và công tác đánh giá kiểm định chất lượng tường chống thấm. Hiện nay công tác thiết kế, nâng cấp, sửa chữa nhằm mục tiêu an toàn hồ đập trong phạm vi cả nước đang được chú trọ ng. Việc ứng dụng công nghệ xây dựng tường hào chống thấm Bentonite có tính khả thi và hiệu quả cao. Do đó đặt ra vấn đề cần có sự nghiên cứu đầu tư kĩ lưỡng, đề xuất biện pháp tiêu chuẩn thiết kế, thi công thích hợp đơn giản là yêu cầu rất bức thiết. II. Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu trạng thái ứng suất biến dạng hào trong quá trình thi công tường chống thấm đất – bentonite. Tính toán và phân tích k ết quả, lập ra các bảng biểu đồ thị giúp cho người thiết kế có thể lựa chọn nhanh hơn các thông số kỹ thuật hợp lý. - Ứng dụng tính toán cho một công trình cụ thể. III. Phương pháp nghiên cứu - Thu thập tài liệu: Trình tự thiết kế, thi công, cấp phối vật liệu, kích thước tường hào ở một số công trình đã xây dựng - Ứng dụng phần mềm Plaxis V8.5 tính toán trạng thái ứ ng suất biến dạng cho các tổ hợp khác nhau. IV. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn - Áp dụng công nghệ mới kết hợp máy tính để giải quyết những vấn đề ứng suất biến dạng của vách hào phục vụ công tác thiết kế, thi công. - Tiếp cận với công nghệ mới áp dụng vào thực tiễn khi xây dựng mới, nâng cấp sửa chữa công trình ở nước ta. [...]... tường chống thấm làm từ hỗn hợp đất -bentonite Độ lún của hỗn hợp đấtbentonite chuyển tải tới các mặt ứng của hào vốn được coi là chắc và cố định Khối lượng của hỗn hợp đất -bentonite một phần được đỡ bởi lực cản do ma sát hướng lên dọc theo các mặt của hào Evans và các đồng nghiệp (1995) đưa ra một giải pháp cho vấn đề đó Ứng suất ứng của tường đất -bentonite được coi như là một hàm số của độ rộng của hào, ... cỡ hào, dung trọng , ảnh hưởng của quá trình cố kết như thế nào? Để trả lời câu hỏi này chúng tôi tiến hành tính toán và phân tích các số liệu thu được trong các chương tiếp theo 27 CHƯƠNG II CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN ỨNG SUẤT- BIẾN DẠNG TƯỜNG HÀO ĐẤT - BENTONITE 2.1 Trạng thái ứng suất- biến dạng hào đất- bentonite và đất nền 2.1.1 Trạng thái ứng suất tại chỗ ở đất đắp từ hỗn hợp đất -bentonite Trạng. .. đất -bentonite Trạng thái ứng suất tại vị trí cuối cùng ở tường chống thấm đấtbentonite ít được biết đến nhưng lại có vai trò quan trọng vì nhiều lý do Trạng thái ứng suất của hỗn hợp đất -bentonite có ảnh hưởng lớn hệ số thấm Đất càng được cố kết chặt hệ số thấm càng nhỏ Hình 2.1 Ảnh hưởng của áp lực cố kết đến hệ số thấm Tương tự, ứng suất tại vị trí càng cao thì khả năng chống chịu của tường chống thẩm trước... thành công trình Trong luận văn này tác giả tập chung vào nghiên cứu về công nghệ chống thấm bằng tường hào đất - bentonite, chi tiết về tường hào bentonite sẽ được miêu tả như sau: Ứng dụng của hào Đất - Bentonite Theo thống kê ở Mỹ hiện nay các hào bentonie xây dựng vào khoảng 2000 công trình, lớn hơn nhiều so với các giải pháp khác vi dụ như hào ĐXB chỉ chiếm khoảng 50 – 100 công trình Cho hầu hết... nước quan tâm, nghiên cứu đề xuất rất nhiều phương pháp thích hợp đáp ứng được yêu cầu đề ra 1.3 Những biện pháp chống thấm khi xây dựng công trình mới Cùng với sự phát triển của khoa học kĩ thuật, lý thuyết về dòng thấm đã được rất nhiều các nhà khoa học trên thể giới quan tâm Lý thuyết dòng thấm đã được hoàn thành tương đối cơ bản Do đó các biện pháp phòng, chống thấm đã được nghiên cứu dựa trên các... hưởng đến công trình - Thi công được trong nước - Mặt bằng thi công nhỏ, ít chấn động, ít ồn hạn chế tối đa ảnh hưởng đến công trình 1.4.3 Chống thấm bằng công nghệ tường hào Bentonite Trong những năm gần đây công nghệ làm tường hào chống thấm xi măng- bentonite đã và đang được quan tâm của nhiều nhà nghiên cứu trên cả 18 nước Do tính năng chống thấm tốt cho công trình, tăng khả năng ổn định cho công... giá thành của thi công tường hào bentonite tương đối cao so với các vật liệu chống thấm khác Việc nghiên cứu, đưa ra các quy trình thi công, lựa chọn cấp phối… nhằm hạ giá thành là điều rất quan trọng Nguyên lý công nghệ: Tường hào xi măng- bentonite là loại tường chống thấm được thi công bằng biện pháp chung là đào hào trong dung dịch bentonite, sau đó sử dụng hỗn hợp vật liệu xi măng, bentonite, ... bentonite, sau đó sử dụng hỗn hợp vật liệu xi măng, bentonite, phụ gia sau thời gian đông cứng tạo thành tường chống thấm cho đập và nền Thành phần chính của hào chống thấm bao gồm bentonite, xi măng, phụ gia và nước Hào bentonite có chiều rộng thông thường 0,5-1,2m , chiều sâu hào tùy thuộc vào yêu cầu chống thấm của công trình Ở nước ta hiện nay loại máy thi công đang được áp dụng tại công trường có... soát bởi tính trương nở cao thì hào bentonite sẽ là giải pháp hữu hiệu trong thiết kế Hình 1.16 Thi công hào chống thấm 1.4.4 Công nghệ chống thấm bằng tường hào đất -bentonite Đây là công nghệ được dùng khá phổ biến Mỹ và Canada, công nghệ này được sử dụng tại những nơi không yêu cầu cường độ cao Việc sử dụng công nghệ này đem lại hiệu quả rất lớn về nâng cao khả năng chống thấm và giảm giá thành công... những biện pháp chống thấm cho nền đập nhằm hạn chế sự mất nước đồng thời đề phòng biến dạng thấm trong nền đập Hình thức chống thấm trong nền đập phụ thuộc vào loại đập, chiều sâu tầng nền thấm nước và địa chất của nền a) Đập đồng chất xây trên nền thấm nước thì hình thức chống thấm cho nền thông thường là tường răng, bản cọc hoặc màng xi măng - Tường răng thích hợp đối với nền có tầng thấm nước không . 2.1.2 Biến dạng của Tường chống thấm đất -bentonite và phần đấ t xung quanh 32 2.2. Các phương pháp tính toán ứng suất- biến dạng 37 2.3. Giải bài toán ứng suất- biến dạng bằng phương pháp PTHH. TOÁN ỨNG SUẤT- BIẾN DẠNG TƯỜNG HÀO ĐẤT - BENTONITE 27 2.1. Trạng thái ứng suất- biến dạng hào đất- bentonite và đất nền 27 2.1.1. Trạng thái ứng suất tại chỗ ở đất đắp từ hỗn hợp đất -bentonite. bằng vải địa kỹ thuật 12 1.4.2. Chống thấm bằng công nghệ khoan phụt chống thấm 13 1.4.3. Chống thấm bằng công nghệ tường hào Bentonite 17 1 .4.4. Công nghệ chống thấm bằng tường hào đất -bentonite …………