LỜI CẢM ƠN Luận văn “Nghiên cứu phương pháp khoan phụt vữa xi măng tuần hoàn áp lực cao xử lý nền công trình thuỷ lợi và ứng dụng xử lý nền đập tràn Tả Trạch – Thừa Thiên Huế” được hoàn thành tại trường Đại học Thủy Lợi. Tác giả xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc đến PGS.Nguyễn Văn Bản và GS. Vũ Thanh Te đã tận tình hướng dẫn tác giả hoàn thành luận văn này. Xin chân thành cảm ơn các giảng viên Khoa công trình - Trường đại học Thủy Lợi, các đồng nghiệp trong và ngoài ngành đã cung cấp các tài liệu phục vụ cho luận văn này. Do hạn chế về mặt thời gian, kiến thức khoa học và kinh nghiệm thực tế nên trong quá trình nghiên cứu để hoàn thành luận văn, chắc chắn khó tránh khỏi những thiếu sót. Tác giả rất mong nhận được những nhận xét và đóng góp của các nhà chuyên môn. Hà Nội, ngày 12 tháng 3 năm 2015 Tác giả Trương Công Đức LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan bản luận văn thạc sĩ kỹ thuật này với đề tài “Nghiên cứu phương pháp khoan phụt vữa xi măng tuần hoàn áp lực cao xử lý nền công trình thuỷ lợi và ứng dụng xử lý nền đập tràn Tả Trạch – Thừa Thiên Huế” là đề tài nghiên cứu riêng của tôi. Các số liệu trình bày trong luận văn là trung thực, được tổng hợp từ thực nghiệm. Hà Nội 12, tháng 3 năm 2015 TÁC GIẢ LUẬN VĂN Trương Công Đức DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1: Kết quả khoan ép nước kiểm tra khoan phụt công trình thuỷ điện Sông Ba Hạ……………………………………………….2: Một số kết quả khoan ép nước kiểm tra khoan phụt nền đập chính hồ chứa nước Định Bình………………………………… 22 Bảng 2.3: Kết quả khoan ép nước kiểm tra khoan phụt nền đập chính, công trình hồ chứa nước Sông Sào………………………….4: Một số kết quả khoan ép nước kiểm tra khoan phụt nền đập chính hồ chứa nước Sông Lòng Sông…………………………. Một số kết quả khoan ép nước kiểm tra khoan phụt nền đập chính hồ chứa nước EASOUP thượng………………………….6 Giá trị RMR được tính bằng phương pháp cho điểm đối với 5 yếu tố để tính độ bền địa chất GSI (theo Bieniawski, 1989) 29 Bảng 2.7: Hệ số tin cậy theo cấp công trình……………………….8: Građient cột nước cho phép của màn chắn……………….9: Chiều dày màn phụt theo građient thuỷ lực cho phép (Jcp) 45 Bảng 2.10: Các trị số Po và P……………………………………….11: Lưu lượng vữa lớn nhất cho phép……………………… 50 Bảng 2.12: Lưu lượng vữa nhỏ nhất cho phép……………………… 51 Bảng 2.13: Thành phần vữa xi măng chọn sơ bộ theo lượng mất nước đơn 52 vị Bảng 3.1: Áp lực phụt thiết kế dự kiến…………………………… 77 Bảng 3.2: Kết quả ép nước thí nghiệm trước khi phụt vữa……….3: Bảng áp lực phụt thiết kế tối đa và áp lực phụt thực tế khu vực TN1……………………………………………………….4: Kết quả khoan và ép nước kiểm tra khu vực TN 1……….5: Bảng thống kê kết quả thí nghiệm mẫu tại khu vực phụt thí nghiệm 1………………………………………………………… 85 Bảng 3.6: Áp lực phụt tối đa……………………………………. 87 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1: Nguyên lý một số công nghệ khoan phụt chống thấm cho công trình thuỷ lợi……………………………………………… 11 Hình 2.1: Sơ đồ bố trí khoan phụt vữa xi măng trong hố khoan 17 Hình 2.2: Sơ đồ bố trí khoan phụt vữa xi măng tuần hoàn áp lực cao trong hố khoan……………………………………………… 27 Hình 2.3: Sơ đồ cắt dọc đập có màn chống thấm, độ sâu của màn S=f(Z)…………………………………………………………….4: Sơ đồ thiết kế màn chống thấm đối với đập đất có tường lõi trên nền đá…………………………………………………….5: Sơ đồ thiết kế màn chống thấm đối với đập đất có lõi hoặc tường nghiêng……………………………………………….6: Sơ đồ tính toán chiều dày màn chắn…………………… 42 Hình 3.1: Sơ đồ bố trí các hố khoan phụt thí nghiệm…………….2: Sơ đồ bố trí thiết bị khoan phụt và phân đoạn phụt……. Tính cấp thiết của đề tài Nền công trình thủy lợi đóng vai trò rất quan trọng trong việc đảm bảo an toàn khai thác công trình hồ chứa nói riêng và cả công trình thuỷ lợi nói chung. Khi nền bị mất ổn định (bị thấm hoặc không đủ khả năng chịu lực) sẽ gây ảnh hưởng rất lớn tới sự làm việc của công trình, đặc biệt là trong quá trình vận hành và khai thác của công trình sau này. Do vậy, việc xử lý chống thấm, gia cố tăng ổn định của nền là một trong các công việc đầu tiên và đặc biệt quan trọng, góp phần không nhỏ đến tính ổn định và bền vững của công trình. Hiện nay, tại Việt Nam việc xử lý nền đất, đá yếu được thực hiện với nhiều phương pháp khác nhau. Mỗi phương pháp đều có ưu nhược điểm, khả năng ứng dụng và tính hiệu quả về kinh tế kỹ thuật riêng, phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như: Tính chất địa chất của nền, hình thức kết cấu, quy mô của công trình…. Phương pháp khoan phụt vữa xi măng tuần hoàn áp lực cao là một trong những phương pháp xử lý chống thấm, gia cố tăng ổn định của nền khá hiệu quả đang được nghiên cứu áp dụng ở Việt Nam. Đập tràn Tả Trạch được xây dựng trên sông Tả trạch, huyện Hương Thuỷ, tỉnh Thừa Thiên Huế. Đập tràn là một hạng mục rất quan trọng trong công trình Hồ chứa nước Tả Trạch là một công trình thuỷ lợi lớn của Việt Nam. Đập tràn được xây dựng trên nền địa chất phức tạp. Vì vậy, biện pháp xử lý chống thấm và gia cố tăng ổn định nền được đặt lên hàng đầu. Đề tài “Nghiên cứu phương pháp khoan phụt vữa xi măng tuần hoàn áp lực cao xử lý nền công trình thủy lợi và ứng dụng xử lý nền đập tràn Tả Trạch – Thừa Thiên Huế” là hết sức cần thiết, có ý nghĩa đối với khoa học và thực tiễn. Mục đích của đề tài Nghiên cứu phương pháp khoan phụt vữa xi măng tuần hoàn áp lực cao xử lý nền công trình thủy lợi và tính khả thi của phương pháp trong xử lý nền đập tràn Tả Trạch. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu Cách tiếp cận: - Tiếp cận lý thuyết, tìm hiểu các tài liệu về phương pháp khoan phụt vữa xi măng tuần hoàn áp lực cao. - Tiếp cận và nghiên cứu các quy trình, quy phạm có liên quan. Phương pháp nghiên cứu: - Phương pháp thu thập phân tích tổng hợp tài liệu. - Phương pháp nghiên cứu lý tuận kết hợp tính toán. - Phương pháp tiếp cận thực tế. Kết quả dự kiến đạt được Nghiên cứu được tính hiệu quả và khả năng ứng dụng của phương pháp khoan phụt vữa xi măng tuần hoàn áp lực cao xử lý nền công trình thủy lợi và ứng dụng phương pháp trong công tác xử lý nền đập tràn Tả Trạch. 3 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1. GIỚI THIỆU CHUNG Nền cần xem là một bộ phận cấu thành thống nhất của công trình, cùng với thân công trình chống lại tác động phá hoại thường xuyên của thiên nhiên mà trước hết là nước để đảm bảo công trình làm việc an toàn và bền vững lâu dài. Vì vậy điều kiện địa chất nền có vai trò rất quan trọng đối với sự an toàn của cả công trình . Để cho nền có chất lượng tốt phòng tránh được sự cố, nhiệm vụ của thiết kế là cần tìm được biện pháp xử lý nền thích hợp. Trước hết cần nhận thức được tầm quan trọng đặc biệt của nền công trình, để có sự quan tâm đúng mức, đầu tư nghiên cứu cẩn thận tài liệu về địa chất nền, sau đó tìm ra biện pháp xử lý tốt nhất. Kinh nghiệm thực tế cho thấy chi phí cho biện pháp xử lý nền thường là rất tốn kém nhưng yêu cầu của thiết kế công trình là chất lượng nền tốt và công trình an toàn, bởi vì nếu xảy ra sự cố do nền công trình gây ra thì hậu quả sẽ rất nghiêm trọng, có khi còn gây tai họa và khi ấy chi phí để khắc phục sự cố do nền đập gây ra có khi còn lớn hơn rất nhiều lần chi phí để xử lý nền ban đầu. Hiện nay gia cố nền đất, đá yếu đã được thực hiện với nhiều phương pháp xử lý khác nhau ở nhiều nước trên thế giới cũng như ở Việt Nam. Các phương pháp xử lý gia cố đều có những đặc tính riêng biệt của nó. Mỗi một phương pháp xử lý đều có mục đích, khả năng ứng dụng, tính hiệu quả về kỹ thuật, kinh tế khác nhau phụ thuộc vào tính chất của các tầng đất đá nằm dưới và phân bố xung quanh nền móng công trình, phụ thuộc vào loại công trình, vị trí và quy mô của công trình xây dựng. ĐIỀU KIỆN LÀM VIỆC CỦA NỀN CÔNG TRÌNH THỦY LỢI Công trình thủy lợi được xây dựng trên các loại nền khác nhau, tuỳ theo tính chất của từng loại nền để đưa ra giải pháp kết cấu đập cho phù hợp (Đập đất, đập đất đá hỗn hợp, đập đá đổ, đập bê tông trọng lực. Do công trình được xây dựng trên các sông suối nên tạo chênh lệch mực nước giữa thượng lưu và hạ lưu, dưới tác 4 dụng của cột nước chênh lệch mà sinh ra sự chuyển động của nước qua các lỗ rỗng và khe nứt của nền từ thượng lưu về hạ lưu (hiện tượng thấm nước). Thấm dưới nền đập gây ra các tác hại như: - Tổn thất lưu lượng nước từ thượng lưu xuống hạ lưu. - Dòng thấm gây nên áp lực lên đáy công trình có hướng từ dưới lên trên, áp lực thấm làm giảm nhẹ công trình và giảm khả năng chống trượt. - Nước thấm có thể gây nên tác dụng hoá học trong nền đá, hoà tan và mang ra hạ lưu những loại muối khoáng, dần dần làn giảm sức chịu tải của nền. - Trong nền đất, nước thấm có thể mang theo những hạt đất nhỏ làm thay đổi tính chất cơ lý của nền gây ra lún trượt. - Khi dòng thấm ra hạ lưu, các đường dòng gần như hướng thẳng đứng lên trên. Do áp lực thấm tác dụng lên vùng đất ở khu vực này mà một số trường hợp có thể nâng cả khối đất lên (Hiện tượng đùn đất). Nói chung, nền các công trình thủy lợi làm việc dưới tác dụng của nhiều yếu tố như: Trọng lượng bản thân công trình, áp lực thấm, xói ngầm. Vì vậy việc xử lý nền đập là vấn đề hết sức quan trọng quyết định đến tính khả thi cũng như an toàn cho mỗi công trình. CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ GIA CỐ NỀN CÔNG TRÌNH THỦY LỢI 1. Xử lý nền bằng lớp đệm. Xử lý nền bằng lớp đệm nhằm mục đích tăng sức chịu tải và làm giảm tính nén lún của nền. Người ta thường xử lý nền bằng đệm cát, đất, đá, sỏi. Xử lý nền bằng đệm cát. - Dưới tác dụng của tải trọng công trình σđất giảm theo độ sâu.
