Luận Văn Thạc Sĩ: Ảnh Hưởng Của Hàm Lượng Bentonite Đến Tính Thấm Của Tường Hào Xi Măng Bentonite

Luận văn thạc sĩ phân tích ảnh hưởng của hàm lượng bentonite đến tính thấm của tường hào xi măng bentonite, ứng dụng trong xây dựng.

• Tác giả: Nguyễn Bá Cương
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Cảnh Thái
• Trường học: Trường Đại học Thủy lợi
• Chuyên ngành: Công trình
• Đề tài: Nghiên cứu ảnh hưởng của bentonite đến tính thấm tường hào xi măng
• Loại tài liệu: luận văn
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐẬP VẬT LIỆU ĐỊA PHƯƠNG, THẤM VÀ XỬ LÝ CHỐNG THẤM QUA ĐẬP VÀ NỀN. TƯỜNG HÀO XI MĂNG – BENTONITE
• 1.1. Tổng quan về hồ đập của Việt Nam
• 1.2. Các vấn đề mất an toàn do thấm qua đập và nền, nguyên nhân và các biện pháp xử lý
• 1.2.1. Thấm qua đập đất
• 1.2.2. Nguyên nhân thấm qua thân và nền đập đất
• 1.2.2.1. Nguyên nhân khách quan
• 1.2.2.2. Nguyên nhân chủ quan
• 1.2.3. Các biện pháp chống thấm cho đập đất
• 1.2.3.1. Chống thấm cho những công trình mới xây dựng
• 1.2.3.1.1. Chống thấm cho thân đập
• 1.2.3.1.1.1. Đập đất có tường lõi mềm
• 1.2.3.1.1.2. Đập có tường nghiêng mềm
• 1.2.3.1.2. Chống thấm cho nền đập
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT THÍ NGHIỆM VÀ TÍNH TOÁN TƯỜNG HÀO BENTONITE
• 2.1. Phương pháp thí nghiệm ảnh hưởng của hàm lượng bentonite
• 2.2. Lựa chọn vật liệu
• 2.3. Lựa chọn cấp phối thí nghiệm
• 2.4. Phương pháp thí nghiệm
• 2.5. Lựa chọn các phương pháp tính toán thấm phù hợp
• 2.5.1. Phương pháp cơ học chất lỏng
• 2.5.2. Phương pháp thủy lực
• 2.5.3. Phương pháp thực nghiệm
• 2.5.4. Phương pháp số
• 2.5.4.1. Phương pháp sai phân
• 2.5.4.2. Phương pháp phần tử hữu hạn
• 2.6. Các phương pháp giải bài toán ổn định
• 2.6.1. Tiêu chuẩn phá hoại Mohr – Coulomb
• 2.6.2. Các phương pháp tính ổn định trượt
• 2.7. Lựa chọn phần mềm tính toán
• 3. CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN TÍNH THẤM TƯỜNG HÀO XI MĂNG – BENTONITE
• 3.1. Đặc điểm, tính chất và thành phần của xi măng bentonite và ứng dụng trong xây dựng
• 3.2. Đặc điểm, tính chất và thành phần của bentonite
• 3.3. Đặc điểm, tính chất và thành phần của xi măng
• 3.4. Thí nghiệm xác định chỉ tiêu cơ lý của tường hào ứng với các hàm lượng khác nhau
• 3.4.1. Trộn hỗn hợp vật liệu
• 3.4.2. Chuẩn bị vật liệu và chế tạo mẫu
• 3.4.3. Bảo dưỡng mẫu
• 3.4.4. Thí nghiệm xác định hệ số thấm
• 3.4.5. Kết quả thí nghiệm
• 4. CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG TÍNH TOÁN CHO ĐẬP CHÍNH HỒ CHỨA NƯỚC TÂN DÂN, XÃ THIỆN KẾ, HUYỆN SƠN DƯƠNG, TỈNH TUYÊN QUANG
• 4.1. Giới thiệu về công trình
• 4.2. Các chỉ tiêu cơ lý được lựa chọn
• 4.3. Đề xuất các biện pháp an toàn
• 4.3.1. Hạ các điểm áp lực trên đường đo áp
• 4.3.2. Điều khiển biên hạ lưu
• 4.3.3. Gia tải hạ lưu
• 4.3.4. Tính toán thấm và ổn định, so sánh chọn kích thước bộ phận chống thấm
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• NHỮNG HẠN CHẾ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu và tính cấp thiết của đề tài

Nghiên cứu ảnh hưởng của bentonite đến tính thấm của tường hào xi măng là một vấn đề quan trọng trong lĩnh vực xây dựng, đặc biệt là các công trình thủy lợi. Bentonite là vật liệu được sử dụng rộng rãi trong các công trình chống thấm nhờ khả năng giảm độ thấm hiệu quả. Tuy nhiên, việc ứng dụng bentonite trong tường hào xi măng vẫn còn nhiều thách thức, đặc biệt là trong việc xác định hàm lượng tối ưu để đảm bảo hiệu quả chống thấm. Nghiên cứu này nhằm đánh giá ảnh hưởng của bentonite đến tính thấm của tường hào xi măng, từ đó đề xuất các giải pháp thiết kế và thi công phù hợp.

1.1. Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu

Mục tiêu chính của nghiên cứu là xác định mối quan hệ giữa hàm lượng bentonite và tính thấm của tường hào xi măng. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào các loại tường hào xi măng được sử dụng trong các công trình thủy lợi, đặc biệt là đập chính hồ chứa nước Tân Dân. Nghiên cứu sử dụng phương pháp thí nghiệm trong phòng thí nghiệm và các mô hình tính toán để đánh giá độ thấm của vật liệu. Kết quả nghiên cứu dự kiến sẽ cung cấp cơ sở khoa học cho việc thiết kế và thi công các công trình chống thấm hiệu quả.

II. Tổng quan về tường hào xi măng bentonite

Tường hào xi măng - bentonite là một công nghệ chống thấm hiện đại, được ứng dụng rộng rãi trong các công trình thủy lợi. Bentonite là vật liệu có khả năng trương nở khi tiếp xúc với nước, tạo thành một lớp màng chống thấm hiệu quả. Khi kết hợp với xi măng, bentonite tạo ra một hỗn hợp có tính thấm thấp, phù hợp cho các công trình đòi hỏi độ bền và ổn định cao. Tuy nhiên, việc xác định tỷ lệ phối trộn tối ưu giữa xi măng và bentonite vẫn là một thách thức lớn, đòi hỏi các nghiên cứu chuyên sâu.

2.1. Cấu tạo và chức năng của tường hào xi măng bentonite

Tường hào xi măng - bentonite được cấu tạo từ hỗn hợp xi măng, bentonite, và các phụ gia khác. Hỗn hợp này có khả năng tạo thành một lớp màng chống thấm vững chắc, ngăn chặn sự thấm nước qua thân và nền đập. Bentonite đóng vai trò quan trọng trong việc giảm độ thấm của hỗn hợp, trong khi xi măng đảm bảo độ bền và ổn định của công trình. Các yêu cầu kỹ thuật đối với tường hào xi măng - bentonite bao gồm độ dày, kích thước, và quy trình thi công chặt chẽ để đảm bảo hiệu quả chống thấm.

III. Phương pháp nghiên cứu và thí nghiệm

Nghiên cứu sử dụng phương pháp thí nghiệm trong phòng thí nghiệm để đánh giá ảnh hưởng của hàm lượng bentonite đến tính thấm của tường hào xi măng. Các mẫu thí nghiệm được chế tạo với các tỷ lệ phối trộn khác nhau giữa xi măng và bentonite, sau đó được kiểm tra độ thấm bằng các thiết bị chuyên dụng. Kết quả thí nghiệm được phân tích để xác định mối quan hệ giữa hàm lượng bentonite và tính thấm của vật liệu. Ngoài ra, nghiên cứu cũng sử dụng các phương pháp tính toán thủy lực và cơ học chất lỏng để mô phỏng và dự đoán hiệu quả chống thấm của tường hào xi măng - bentonite trong các điều kiện thực tế.

3.1. Kết quả thí nghiệm và phân tích

Kết quả thí nghiệm cho thấy, hàm lượng bentonite có ảnh hưởng đáng kể đến tính thấm của tường hào xi măng. Khi tăng hàm lượng bentonite, độ thấm của hỗn hợp giảm đáng kể, đạt giá trị tối ưu ở một tỷ lệ nhất định. Tuy nhiên, việc tăng quá mức hàm lượng bentonite có thể dẫn đến giảm độ bền của vật liệu. Kết quả này cung cấp cơ sở khoa học cho việc lựa chọn tỷ lệ phối trộn tối ưu giữa xi măng và bentonite trong các công trình thực tế.

IV. Ứng dụng thực tế và kết luận

Nghiên cứu đã ứng dụng kết quả vào việc thiết kế và thi công tường hào xi măng - bentonite cho đập chính hồ chứa nước Tân Dân. Các biện pháp an toàn và kỹ thuật được đề xuất dựa trên kết quả nghiên cứu, đảm bảo hiệu quả chống thấm và ổn định của công trình. Nghiên cứu cũng chỉ ra những hạn chế và đề xuất hướng phát triển trong tương lai, bao gồm việc nghiên cứu sâu hơn về tính chất vật liệu và ứng dụng bentonite trong các công trình khác. Kết quả nghiên cứu có giá trị thực tiễn cao, góp phần nâng cao hiệu quả và an toàn của các công trình thủy lợi.

4.1. Đề xuất và kiến nghị

Dựa trên kết quả nghiên cứu, các kiến nghị được đưa ra bao gồm việc tiêu chuẩn hóa quy trình thiết kế và thi công tường hào xi măng - bentonite, cũng như nghiên cứu thêm về tính chất vật liệu và ứng dụng bentonite trong các công trình khác. Nghiên cứu cũng đề xuất việc phát triển các phương pháp thí nghiệm và tính toán mới để nâng cao độ chính xác và hiệu quả của các công trình chống thấm.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Đập vật liệu địa phương là loại hình công trình thủy lợi phổ biến tại Việt Nam và nhiều quốc gia trên thế giới, chiếm trên 70% tổng số đập hiện có. Theo ước tính, khoảng 35-40% các sự cố hư hỏng đập đất xuất phát từ hiện tượng thấm qua thân và nền đập, gây mất nước, giảm ổn định công trình và tiềm ẩn nguy cơ an toàn nghiêm trọng. Trong bối cảnh đó, việc nghiên cứu và ứng dụng các biện pháp chống thấm hiệu quả là rất cấp thiết nhằm đảm bảo an toàn và nâng cao tuổi thọ công trình.

Mục tiêu chính của luận văn là nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng Bentonite đến tính thấm của tường hào xi măng – Bentonite, từ đó đề xuất giải pháp chống thấm hợp lý cho đập chính hồ chứa nước Tân Dân, xã Thiện Kế, huyện Sơn Dương, tỉnh Tuyên Quang. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào các loại tường hào xi măng – Bentonite và ứng dụng thực tiễn tại công trình đập Tân Dân. Nghiên cứu được thực hiện dựa trên các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm và mô hình tính toán trong khoảng thời gian nghiên cứu từ năm 2016 đến 2017.

Ý nghĩa của nghiên cứu được thể hiện qua việc cung cấp cơ sở khoa học cho thiết kế, thi công và kiểm định chất lượng tường hào chống thấm Bentonite, góp phần nâng cao hiệu quả chống thấm, giảm thiểu rủi ro sự cố và tối ưu chi phí xây dựng công trình thủy lợi.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu sau:

• Lý thuyết thấm trong đất: Áp dụng định luật Darcy để mô tả dòng chảy thấm qua môi trường xốp, với hệ số thấm k đặc trưng cho từng loại đất và vật liệu. Phương trình điều hòa dòng chảy ổn định được sử dụng để mô hình hóa phân bố áp lực nước trong đập và nền.

• Tiêu chuẩn phá hoại Mohr – Coulomb: Được dùng để đánh giá độ bền chống cắt của đất và vật liệu tường hào, với các chỉ tiêu cường độ dính C và góc ma sát trong φ, giúp phân tích ổn định trượt và an toàn công trình.

• Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM): Ứng dụng trong mô phỏng tính thấm và ổn định công trình, cho phép giải các bài toán phức tạp với điều kiện biên đa dạng, hỗ trợ tính toán hệ số thấm và phân tích ổn định trượt.

Các khái niệm chính bao gồm: hệ số thấm, tường hào xi măng – Bentonite, hàm lượng Bentonite, hệ số an toàn ổn định, và các chỉ tiêu cơ lý của vật liệu.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính được thu thập từ phòng thí nghiệm địa kỹ thuật của Viện Thủy công – Trường Đại học Thủy lợi, bao gồm các mẫu vật liệu Bentonite và xi măng phổ biến trên thị trường Việt Nam. Thí nghiệm xác định hệ số thấm được thực hiện theo tiêu chuẩn TCVN 8723:2012, sử dụng phương pháp cột nước thay đổi phù hợp với đất dính.

Cỡ mẫu thí nghiệm gồm 9 cấp phối khác nhau với sự biến đổi hàm lượng Bentonite, xi măng, tro bay và cát nhằm đánh giá ảnh hưởng đến tính thấm của tường hào. Mỗi mẫu được bảo dưỡng ở ba trạng thái: khô, ẩm và bão hòa để nghiên cứu ảnh hưởng của điều kiện bảo dưỡng.

Phương pháp phân tích bao gồm:

• Thí nghiệm xác định hệ số thấm trong phòng thí nghiệm.

• Mô phỏng tính thấm và ổn định bằng phần mềm SEEP/W sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn.

• Phân tích ổn định trượt theo tiêu chuẩn Mohr – Coulomb và phương pháp cân bằng giới hạn.

Timeline nghiên cứu kéo dài trong khoảng một năm, từ khảo sát tài liệu, thí nghiệm mẫu, đến mô phỏng và phân tích kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Ảnh hưởng của hàm lượng Bentonite đến hệ số thấm: Kết quả thí nghiệm cho thấy khi tăng hàm lượng Bentonite từ 35 kg lên 60 kg trong hỗn hợp xi măng – Bentonite, hệ số thấm giảm đáng kể, đạt giá trị nhỏ nhất khoảng 10^-5 cm/s, phù hợp với yêu cầu chống thấm cho đập đất. Ví dụ, mẫu có 60 kg Bentonite và 314 kg xi măng đạt hệ số thấm thấp hơn 20% so với mẫu có 53 kg Bentonite.

2. Tác động của phụ gia tro bay và cát: Việc bổ sung tro bay với hàm lượng từ 100 đến 200 kg giúp giảm hệ số thấm thêm khoảng 10-15% nhờ khả năng điền đầy các lỗ rỗng trong vật liệu. Thêm cát với tỷ lệ 20-40% làm tăng độ ổn định cơ học nhưng có xu hướng làm tăng nhẹ hệ số thấm, do đó cần cân nhắc tỷ lệ phù hợp.

3. Ảnh hưởng của điều kiện bảo dưỡng: Mẫu được bảo dưỡng ở trạng thái bão hòa có hệ số thấm cao hơn khoảng 25% so với mẫu bảo dưỡng ở trạng thái khô hoặc ẩm, cho thấy điều kiện bảo dưỡng ảnh hưởng rõ rệt đến tính thấm của tường hào.

4. Ứng dụng thực tế tại đập Tân Dân: Mô phỏng tính thấm và ổn định bằng phần mềm SEEP/W cho thấy tường hào xi măng – Bentonite với hàm lượng Bentonite 60 kg và kích thước hào 0,6 m đảm bảo hệ số thấm đạt yêu cầu kỹ thuật, đồng thời hệ số an toàn ổn định trượt đạt trên 1,5, đảm bảo an toàn công trình.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của sự giảm hệ số thấm khi tăng hàm lượng Bentonite là do đặc tính trương nở và khả năng lấp đầy các lỗ rỗng của Bentonite, làm tăng tính kín nước của tường hào. Kết quả này phù hợp với các nghiên cứu trước đây về vật liệu Bentonite trong chống thấm.

Việc bổ sung tro bay giúp cải thiện cấu trúc vật liệu, giảm độ rỗng và tăng cường khả năng chống thấm, đồng thời giảm chi phí vật liệu xi măng. Tuy nhiên, bổ sung cát cần được kiểm soát để tránh làm tăng hệ số thấm do tính chất thấm của cát.

Điều kiện bảo dưỡng ảnh hưởng đến độ ẩm và cấu trúc vật liệu, từ đó tác động đến hệ số thấm. Việc bảo dưỡng mẫu ở trạng thái ẩm hoặc khô giúp duy trì tính chống thấm tốt hơn so với trạng thái bão hòa.

Mô phỏng bằng phần mềm SEEP/W cung cấp công cụ hiệu quả để đánh giá và tối ưu thiết kế tường hào chống thấm, giúp giảm thiểu rủi ro và chi phí thi công. Kết quả nghiên cứu góp phần bổ sung dữ liệu thực nghiệm cho thiết kế tường hào Bentonite tại Việt Nam, khắc phục hạn chế sử dụng số liệu nước ngoài trước đây.

Biểu đồ tổng hợp kết quả thí nghiệm hệ số thấm theo hàm lượng Bentonite và phụ gia có thể được trình bày để minh họa rõ ràng xu hướng giảm hệ số thấm khi tăng Bentonite và tro bay.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tăng hàm lượng Bentonite trong hỗn hợp xi măng – Bentonite lên khoảng 60 kg trên 910 lít nước để đạt hệ số thấm tối ưu (k ≈ 10^-5 cm/s), đảm bảo hiệu quả chống thấm cho tường hào đập đất. Thời gian thực hiện: trong giai đoạn thiết kế và thi công.

2. Sử dụng phụ gia tro bay với hàm lượng từ 100 đến 150 kg nhằm cải thiện tính chất cơ lý và giảm hệ số thấm, đồng thời giảm chi phí xi măng. Chủ thể thực hiện: nhà thầu thi công và đơn vị thiết kế.

3. Kiểm soát chặt chẽ quy trình bảo dưỡng mẫu và vật liệu trong thi công, ưu tiên bảo dưỡng ở trạng thái ẩm để duy trì tính chống thấm tốt nhất. Thời gian: trong suốt quá trình thi công và bảo dưỡng sau thi công.

4. Áp dụng phần mềm mô phỏng SEEP/W trong thiết kế và kiểm tra chất lượng tường hào chống thấm, giúp đánh giá chính xác hệ số thấm và ổn định công trình, từ đó tối ưu kích thước và vật liệu. Chủ thể: kỹ sư thiết kế và quản lý dự án.

5. Đào tạo và nâng cao năng lực thi công tường hào xi măng – Bentonite, đặc biệt về quy trình trộn vật liệu, thi công đào hào và kiểm soát chất lượng vữa để đảm bảo hiệu quả chống thấm lâu dài. Thời gian: liên tục trong quá trình triển khai dự án.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Kỹ sư thiết kế công trình thủy lợi: Nghiên cứu cung cấp dữ liệu thực nghiệm và mô hình tính toán giúp thiết kế tường hào chống thấm hiệu quả, phù hợp với điều kiện vật liệu và địa hình Việt Nam.

2. Nhà thầu thi công công trình thủy lợi: Tham khảo quy trình thi công, lựa chọn vật liệu và kiểm soát chất lượng vữa xi măng – Bentonite để đảm bảo thi công đúng kỹ thuật và đạt hiệu quả chống thấm.

3. Chuyên gia quản lý và bảo trì hồ đập: Hiểu rõ nguyên nhân và biện pháp xử lý thấm qua đập, từ đó đề xuất kế hoạch bảo trì, sửa chữa phù hợp nhằm nâng cao tuổi thọ công trình.

4. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành xây dựng thủy lợi, địa kỹ thuật: Tài liệu cung cấp cơ sở lý thuyết, phương pháp thí nghiệm và mô phỏng hiện đại, đồng thời bổ sung dữ liệu thực nghiệm quý giá về vật liệu Bentonite trong chống thấm.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao hàm lượng Bentonite ảnh hưởng lớn đến hệ số thấm của tường hào?
   Bentonite có khả năng trương nở mạnh khi tiếp xúc với nước, lấp đầy các lỗ rỗng trong vật liệu, làm giảm độ rỗng và tăng tính kín nước. Do đó, tăng hàm lượng Bentonite giúp giảm hệ số thấm, nâng cao hiệu quả chống thấm.

2. Phụ gia tro bay có vai trò gì trong hỗn hợp xi măng – Bentonite?
   Tro bay là phụ gia khoáng hoạt tính giúp điền đầy các lỗ rỗng nhỏ trong vật liệu, cải thiện cấu trúc và giảm hệ số thấm. Ngoài ra, tro bay còn giúp giảm chi phí xi măng và tăng tính bền vững của hỗn hợp.

3. Tại sao cần bảo dưỡng mẫu ở các trạng thái khác nhau?
   Điều kiện bảo dưỡng ảnh hưởng đến độ ẩm và cấu trúc vật liệu, từ đó tác động đến hệ số thấm. Bảo dưỡng ở trạng thái ẩm hoặc khô giúp duy trì tính chống thấm tốt hơn so với trạng thái bão hòa, do đó cần nghiên cứu để lựa chọn phương pháp bảo dưỡng tối ưu.

4. Phần mềm SEEP/W hỗ trợ gì trong thiết kế tường hào chống thấm?
   SEEP/W sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn để mô phỏng dòng chảy thấm và phân bố áp lực nước trong công trình, giúp đánh giá chính xác hệ số thấm và ổn định công trình, từ đó tối ưu thiết kế và giảm thiểu rủi ro.

5. Giải pháp nào phù hợp khi địa hình xây dựng chật hẹp và tầng thấm sâu?
   Trong trường hợp này, công nghệ tường hào xi măng – Bentonite là giải pháp hiệu quả nhờ khả năng thi công trong không gian hẹp, chống thấm tốt với hệ số thấm thấp và phù hợp với tầng thấm sâu, đồng thời có chi phí hợp lý.

Kết luận

• Nghiên cứu đã xác định rõ mối quan hệ giữa hàm lượng Bentonite và hệ số thấm của tường hào xi măng – Bentonite, với hệ số thấm đạt khoảng 10^-5 cm/s khi hàm lượng Bentonite đạt 60 kg trên 910 lít nước.
• Việc bổ sung phụ gia tro bay và điều chỉnh tỷ lệ cát giúp cải thiện tính chất cơ lý và giảm hệ số thấm, đồng thời cân bằng chi phí vật liệu.
• Mô phỏng bằng phần mềm SEEP/W chứng minh tính khả thi và hiệu quả của tường hào chống thấm trong ứng dụng thực tế tại đập Tân Dân, đảm bảo an toàn và ổn định công trình.
• Quy trình thi công và bảo dưỡng vật liệu đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì hiệu quả chống thấm lâu dài.
• Đề xuất các giải pháp thiết kế, thi công và kiểm soát chất lượng nhằm nâng cao hiệu quả chống thấm cho các công trình đập đất tại Việt Nam.

Next steps: Triển khai áp dụng các cấp phối vật liệu tối ưu trong thi công thực tế, mở rộng nghiên cứu về ảnh hưởng của các yếu tố môi trường đến tính bền vững của tường hào, và đào tạo kỹ thuật thi công cho đội ngũ chuyên môn.

Call to action: Các đơn vị thiết kế, thi công và quản lý công trình thủy lợi nên áp dụng kết quả nghiên cứu này để nâng cao hiệu quả chống thấm, đảm bảo an toàn và bền vững cho các công trình đập đất trong tương lai.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐẬP VẬT LIỆU ĐỊA PHƯƠNG,THẤM VÀ XỬ LÝ CHỐNG THẤM QUA ĐẬP VÀ NỀN.TƯỜNG HÀO XI MĂNG – BENTONITE. Tổng quan về hồ đập của Việt Nam. Việt Nam, với nền nông nghiệp chủ yếu là lúa nước, điều kiện thiên nhiên vô cùng khắc nghiệt, hạn hán, lũ lụt xảy ra thường xuyên. Vì vậy, công tác thủy lợi có vị trí vô cùng quan trọng, là một trong những ngành có truyền thống được xây dựng và phát triển lâu đời, có nhiều thành tựu quan trọng gắn liền với lịch sử phát triển đất nước.

Nhiều công trình thủy lợi đã để lại những dấu ấn về ý chí kiên cường của dân tộc Việt Nam trong quá trình chinh phục thiên nhiên, khoa học kỹ thuật Thủy lợi, góp phần chiến thắng mọi thiên tai. Hầu hết các đập tạo hồ chứa được xây dựng ở nước ta là đập đất, trong đó phần lớn các đập nhỏ được xây theo hình thức đập đồng chất ,mái thương lưu được bảo vệ bằng tấm bê tông hoặc đá xếp, mái hạ lưu bảo vệ bằng trồng cỏ trong các ô có đổ sỏi đá để thoát nước thân đập. Đập vật liệu địa phương là loại đập được xây dựng bằng các loại đất hiện có trong khu vực xây dựng công trình như : sét, á sét, á cát, sỏi cuội.Đập đất có cấu tạo đơn giản, vững chắc, có yêu cầu chất lượng của nền đối với đập không cao lắm, có khả năng cơ giới hóa cao khi thi công và trong đa số trường hợp có giá thành thấp nên là loại đập được ứng dụng rộng rãi nhất trên thế giới. Hiện nay thế giới có khoảng bốn trăm ngàn đập được xây dựng trong đó đập đất chiếm trên 70% còn lại là các loại đập khác như đập đá đổ, đập bê tông trọng lực.

Các vấn đề mất an toàn do thấm qua đập và nền, nguyên nhân và các biện pháp xử lý. Thấm qua đập đất Sự chuyển động của chất lỏng ( nước, dầu, hơi nước.) trong đất, trong đá nứt nẻ hoặc trong môi trường xốp nói chung gọi là thấm. Thấm có ý nghĩa rất lớn trong việc xây 3 dựng và khai thác những công trình thủy lợi nói chung và riêng đối với đập đất thì thấm lại càng có ý nghĩa đặc biệt. Đập đất là một loại công trình dâng nước được làm bằng vật liệu xốp, nó được đánh giá là bền và chịu chấn động tốt so với các loại đập khác, tuy nhiên trong quá trình làm việc do tác động của các yếu tố tự nhiên và yếu tố sử dụng của con người đã xảy ra tình trạng hư hỏng tại nhiều đập đất với nhiều mức độ khác nhau.

Nguyên nhân chính có thể kể đến là do hiện tượng thấm qua nền đập, vai đập, và thân đập gây ra tác hại của dòng thấm thật là khó lường, nó không chỉ làm mất nước đối với các công trình trữ nước mà còn làm giảm ổn định của các công trình và nền như : đẩy nổi, đẩy trượt, trôi đất, xói ngầm, trượt nền.Theo kết quả thống kê trên thế giới nguyên nhân lớn nhất gây nên sự cố ở các đập vật liệu địa phương là do dòng thấm gây ra, nó chiếm khoảng 35% - 40% tổng số các nguyên nhân gây hư hỏng công trình. Thấm là tình trạng xảy ra phổ biến ở các đập đất, nhiều hồ chứa bị thấm rất nghiêm trọng mà việc xử lý lại khó khăn, tốn kém, gây tổn thất lớn về kinh tế như đập Dầu Tiếng – Tây Ninh, Ea Soup Thượng – Đắk Lắk.Hiện tượng thấm qua đập đất có thể xảy ra ngay sau khi công trình mới được hoàn thành đưa vào sử dụng hoặc sau một vài năm làm việc.1: Thấm ngang thân đập đồng chất 4 Hình 1.2: Thấm bùng nhùng ngang thân đập 1. Nguyên nhân thấm qua thân và nền đập đất. - Nguyên nhân khách quan : Đất là môi trường xốp, có lỗ rỗng cho nên nước có thể len lỏi theo các lỗ rỗng mà thấm qua.

Khả năng thấm nước của đất được đặc trưng bởi hệ số thấm k, đối với những loại đất khác nhau có hệ số thấm khác nhau. Khi đắp đập thường sinh ra mặt tiếp giáp giữa thân và nền đập do đặc trưng cấu tạo của hai môi trường có tính cơ lý khác nhau như về hệ số thấm, cấp phối hạt, độ chặt., nền đập có thể là đá cứng. Vì vậy sẽ xuất hiện dòng thấm chảy theo mặt tiếp giáp giữa thân và nền đập.Ngoài ra, dòng thấm còn xuất hiện dưới nền đập nếu nền là đất, cuội sỏi hay đá nứt nẻ. - Nguyên nhân chủ quan : Trong hồ sơ thiết kế, người thiết kế chưa đưa ra được biện pháp xử lý tối ưu về hiện tượng thấm qua thân và nền đập; còn trong quá trình thi công, nhà thầu thi công không tuân thủ nghiêm ngặt kỹ thuật cũng như quy trình thi công và các yêu cầu trong hồ sơ thiết kế đã được phê duyệt, dẫn đến là trong thân đập tồn tại những khu vực thấm mạnh như mặt tiếp giáp giữa các lớp không được xử lý tốt, các khu vực đầm sót, đầm dối.

Các biện pháp chống thấm cho đập đất. Chống thấm cho những công trình mới xây dựng Khi thiết kế xây dựng những đập đất mới, nếu mức độ thấm của vật liệu đất đắp đập hoặc địa chất nền đập không đảm bảo về lưu lượng thấm qua thân đập và qua nền trong phạm vi cho phép thì người thiết kế sẽ áp dụng một số biện pháp chống thấm phổ biến sau đây nhằm khắc phục các yếu tố này. a) Chống thấm cho thân đập : Vật chống thấm cho thân đập thường có dạng lõi giữa hoặc tường nghiêng có thể dùng vật liệu dẻo hoặc vật liệu cứng.Đối với các đập đất khi thiết kế xây dựng mới, khi cần thiết phải dùng vật chống thấm thì hầu như nhà thiết kế đều dùng vật liệu chống thấm cho thân đập là vật liệu dẻo vì nó có nhưng ưu điểm nổi trội và phù hợp với đập hơn vật liệu cứng như: có khả năng biến dạng, khả năng liên kết với phần thân đập tốt hơn, không yêu cầu cao về địa chất nền. − Đập đất có tường lõi mềm Lõi giữa bằng đất sét có hệ số thấm nhỏ có dạng thẳng đứng nằm chính giữa hoặc gần như chính giữa thân đập.Theo cấu tạo bề dày đỉnh tường lõi không nhỏ hơn 0,8cm, độ dày chân tường không nhỏ hơn 1/10 cột nước nhưng phải đảm bảo ≥ 2m.

Đỉnh tường lõi phải đảm bảo không cho nước phía thượng lưu vượt quá đồng thời phải cao hơn mực nước mao dẫn trong đất với độ vượt cao δ = (0,3 ÷ 0,6)m tùy theo cấp công trình. Việc liên kết giữa tường lõi mềm và nền cần phải đặc biệt lưu ý.Nếu nền là đất không thấm hoặc thấm ít thì lõi tròn sâu xuống tầng đất nền phải lơn hơn từ 0,5 ÷ 1,25m. Bộ phận nối tường lõi và nền đá phải làm rất cẩn thận với các hình thức như đế răng, hoặc tường răng bêtông cắm sâu vào khối đá tốt 0,6 ÷ 1,2m.3: Đập có tường lõi mềm 6 ∗ Ưu điểm : - Chống chấn động tốt, dễ lún đều. - Khả năng chống thấm tốt.

- Ổn định trong trường hợp nền bị biến dạng nhiều. ∗ Nhược điểm : - Yêu cầu một lượng sét lớn nên sẽ gây khó khăn nếu trong vùng đắp đập khan hiếm đất sét. - Kỹ thuật thi công phức tạp. - Có thể bị nứt đập tại mặt tiếp xúc giữa hai loại vật liệu do đặc tính trương nở và co ngót của đất sét khác với đất đắp đập.

- Khi bị hư hỏng khó sửa chữa. ∗ Phạm vi ứng dụng : - Chủ yếu dùng cho những đập đất tương đối cao và trong vùng đắp đập có nhiều đất sét. − Đập có tường nghiêng mềm : Tường nghiêng có tác dụng chống thấm cho thân đập, hạ thấp đường bão hòa xuống rất nhanh, làm cho đại bộ phận đất ở thân đập được khô ráo và tăng them tính ổn định cho mái ở hạ lưu.Thường được đặt ở sát mái thượng lưu đập và được làm bằng đất sét, đất thịt ít thấm nước. Bề dày tường nghiêng phụ thuộc các yêu cầu cấu tạo và gradien thủy lực cho phép của đất đắp tường.

Kích thước tường nghiêng có thể tăng dần từ đỉnh xuống đáy và phụ thuộc vào cột thấm. Bề dày đỉnh tường không nên nhỏ hơn 0,8m. Chân tường không nhỏ hơn H/10 ( H – cột nước tác dụng ), và không nên nhỏ hơn 2 ÷ 3m. Độ vượt cao của đỉnh tường nghiêng trên mực nước dâng bình thường ở thượng lưu được dựa theo cấp công trình δ =0,5 ÷ 0,8m.Đỉnh tường không được thấp hơn mực nước tĩnh gia cường.

Để tránh hiện tượng nứt nẻ do thay đổi thời tiết ( nhiệt độ ) cần phải có lớp bảo vệ ở mặt ngoài ( thượng lưu ) với độ dày khoảng 1m. Vật liệu làm lớp bảo vệ phải biến dạng 7 và thấm nước tốt như đất cát, đất cuội sỏi. Mái dốc của tường nghiêng có thể song song với mái dốc thân đập hoặc lớn hơn nhưng phải đảm bảo ổn định.Mặt tiếp xúc giữa tường nghiêng và phần đất thân đập cũng như lớp bảo vệ phải bố trí tầng lọc ngược để đề phòng hiện tượng xói ngầm cho vật chống thấm do dòng thấm có độ chênh lệch cột nước lớn. Nếu nền đập là nền đá thì liên kết tường nghiêng với nền bằng các răng chống thấm.

Khi nền bị nứt nẻ và thấm nước nhiều sẽ xử lý bằng phụt vữa chống thấm.4: Đập có tường nghiêng mềm ∗ Ưu điểm : - Hạ thấp đường bào hòa xuống rất nhanh,làm cho đại bộ phận đất ở thân đập được khô ráo và tăng them tính ổn định cho mái hạ lưu. - Thi công, sửa chữa dễ dàng. ∗ Nhược điểm : - Lớp bảo vệ và tường nghiêng dễ bị mất ổn định do trượt. b) Chống thấm cho nền đập : Do đập đất được xây dựng trên nền thấm nước và khi mực nước thượng lưu dâng cao trong thân đập sẽ hình thành dòng thấm từ thượng lưu về hạ lưu.

Vì vậy, cần phải có nhưng biện pháp xử lý 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.