Luận án tiến sĩ: Giải pháp ổn định thấm nền đê chống mạch đùn tại tỉnh Hà Nam - TS. Nguyễn Quốc Đạt

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI VIỆT NAM ----------------------------- NGUYỄN QUỐC ĐẠT NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP ỔN ĐỊNH THẤM NỀN ĐÊ CHO MỘT SỐ ĐOẠN TRỌNG ĐIỂM TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH HÀ NAM CHUYÊN NGÀNH: XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH THỦY MÃ SỐ : 62-58-40.01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS. NGUYỄN QUỐC DŨNG HÀ NỘI, 2013 iii MỤC LỤC MỞ ĐẦU. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI. MỤC ĐÍCH VÀ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU.

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. PHẠM VI NGHIÊN CỨU. NỘI DUNG VÀ BỐ CỤC CỦA LUẬN ÁN. NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN.

TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU .1 ĐÊ ĐIỀU TỈNH HÀ NAM VÀ MỘT SỐ SỰ CỐ DO NGUYÊN NHÂN THẤM .1 Tình hình đê điều tỉnh Hà Nam .2 Hiện tượng mạch đùn, mạch sủi nền đê vào mùa lũ .3 Hiện tượng thấm qua nền và mang cống dưới đê.2 NGHIÊN CỨU BIẾN DẠNG THẤM DƯỚI NỀN ĐÊ .3 GIẢI PHÁP XỬ LÝ MẠCH ĐÙN, MẠCH SỦI .1 Giải pháp xử lý nền đê trước mùa lũ .2 Kinh nghiệm xử lý khẩn cấp mạch đùn, mạch sủi trong mùa lũ .3 Kinh nghiệm xử lý khẩn cấp sự cố cống Tắc Giang .4 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ KHOAN PHỤT .1 Về công nghệ thiết bị khoan phụt .2 Về vữa phụt .5 CÔNG NGHỆ KHOAN PHỤT HÓA CHẤT .2 Các dạng hóa chất sử dụng trong vữa phụt KPHC .3 Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng thâm nhập của vữa .4 Vật liệu phụt là nước thủy tinh .5 Kỹ thuật phụt .6 Các ứng dụng của công nghệ KPHC .6 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 .35 iv CHƯƠNG 2. PHÂN LOẠI NỀN ĐÊ TỈNH HÀ NAM TRÊN QUAN ĐIỂM ỔN ĐỊNH THẤM .1 ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN ĐÊ TỈNH HÀ NAM .2 PHÂN LOẠI NỀN ĐÊ TỈNH HÀ NAM THEO QUAN ĐIỂM CỦA TÁC GIẢ TÔ XUÂN VU .1 Phân loại cấu trúc nền đê Hữu sông Nhuệ .2 Phân loại cấu trúc nền đê Hữu sông Hồng .3 Phân loại cấu trúc nền đê Tả Đáy .3 NHẬN XÉT CHUNG VỀ ĐỊA CHẤT NỀN ĐÊ TỈNH HÀ NAM .4 ĐÁNH GIÁ AN TOÀN MỘT SỐ ĐOẠN ĐÊ TRỌNG ĐIỂM .1 Lựa chọn vị trí để đánh giá an toàn .2 Kết quả đánh giá an toàn một số đoạn đê xung yếu .5 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2. GIẢI PHÁP ỔN ĐỊNH THẤM NỀN ĐÊ CHO MỘT ĐOẠN TRỌNG ĐIỂM TRÊN ĐÊ TẢ ĐÁY .1 BÀI TOÁN ỔN ĐỊNH THẤM NỀN ĐÊ .1 Mục đích nghiên cứu .2 Phương pháp giải bài toán thấm bằng phương pháp giải tích .3 Phương pháp giải bài toán thấm bằng phương pháp phần tử hữu hạn .2 ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH THẤM ĐOẠN ĐÊ TẢ ĐÁY .1 Địa điểm nghiên cứu .2 Các trường hợp tính toán .3 Các điều kiện biên tính toán .4 Đánh giá hiện trạng ổn định thấm .3 ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP NÂNG CAO ỔN ĐỊNH CHO ĐOẠN ĐÊ TẢ ĐÁY .1 Giải pháp đắp ao hạ lưu .2 Giải pháp bố trí hệ thống giếng giảm áp .3 Giải pháp tạo giếng cọc vây .4 ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KINH TẾ CÁC PHƯƠNG ÁN XỬ LÝ .1 Phương án đắp ao hạ lưu .2 Phương án làm giếng giảm áp .3 Phương án làm giếng cọc vây.4 So sánh kinh phí các phương án .5 KẾT LUẬN CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM KHOAN PHỤT HÓA CHẤT ĐỂ XỬ LÝ KHẨN CẤP SỰ CỐ THẤM NỀN ĐÊ .1 MỤC TIÊU, PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.2 Khái niệm cơ bản về khoan phụt bằng nước thủy tinh (Soldium Silicate) .3 Mục tiêu nghiên cứu .4 Phương pháp nghiên cứu .5 Phạm vi nghiên cứu .2 NGHIÊN CỨU HIỆN TRƯỜNG .1 Địa điểm thi công thử nghiệm .2 Các đặc điểm địa chất nền .3 Vật liệu sử dụng .4 Thiết bị sử dụng .5 Công tác thi công cọc thử nghiệm .3 NGHIÊN CỨU THÍ NGHIỆM TRONG PHÒNG .1 Vật liệu sử dụng .2 Các bước thực hiện chế tạo mẫu .3 Công tác thí nghiệm.4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU .1 Thí nghiệm về cường độ .2 Thí nghiệm thấm.5 NHẬN XÉT KẾT QUẢ .1 Về tác dụng thúc đẩy keo hóa .2 Về cường độ kháng nén .3 Về khả năng chống thấm .6 KẾT LUẬN CHƯƠNG 4 .103 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.

HƯỚNG TIẾP TỤC NGHIÊN CỨU .107 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ .108 TÀI LIỆU THAM KHẢO .112 PHỤ LỤC 1 - CÁC TRƯỜNG HỢP TÍNH TOÁN THEO EM 1110-2-1914 .112 PHỤ LỤC 2 - ĐẶC TÍNH CƠ LÝ CỦA CÁC LỚP ĐẤT ĐÊ SÔNG NHUỆ .117 PHỤ LỤC 3 - ĐẶC TÍNH CƠ LÝ CỦA CÁC LỚP ĐẤT ĐÊ HỮU HỒNG .118 PHỤ LỤC 4 - ĐẶC TÍNH CƠ LÝ CỦA CÁC LỚP ĐẤT ĐÊ SÔNG ĐÁY .119 PHỤ LỤC 5 - SỐ LIỆU MỰC NƯỚC QUAN TRẮC TRÊN SÔNG HỒNG, SÔNG ĐÁY .120 PHỤ LỤC 6 - KẾT QUẢ KHOAN KHẢO SÁT ĐỊA CHẤT .121 PHỤ LỤC 7 - KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM MẪU ĐẤT .122 PHỤ LỤC 8 - KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM NÉN MẪU HIỆN TRƯỜNG .123 PHỤ LỤC 9 - KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM NÉN MẪU CHẾ BỊ TRONG PHÒNG .124 PHỤ LỤC 10 - KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM ĐỔ NƯỚC HỐ KHOAN .125 PHỤ LỤC 11 - BẢN ĐỒ CẤU TRÚC NỀN ĐÊ TỈNH HÀ NAM .127 vii DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Phòng thủy lợi Cao Dương – Hà Nam và công tác đê điều dưới thời Pháp6 Hình 1.2 Mạch đùn ở hạ lưu đê .3 Cát dưới nền bị đẩy nổi quanh hố .4 Sự cố cống Tắc Giang .5 Cột nước áp lực thấm mặt phân cách giữa lớp 2 và lớp 3 (cao độ -3.0) dọc theo đoạn đê Mai Động – Đức Hợp .6 Giải pháp đắp sân phủ chống thấm ở ngoài đê .7 Giải pháp đắp cơ phản áp ở trong đê .8 Giếng đào giảm áp .9 Cấu tạo giếng đào giảm áp .10 Giếng khoan giảm áp .11 Cấu tạo của giếng khoan giảm áp .12 Giếng khoan giảm áp và kết quả tính toán hạ thấp cột nước khi có giếng .13 Tầng lọc ngược kết hợp với vòng vây cọc ván .14 Khoan phụt tạo màn chống thấm .15 Xây tường chống thấm .16 Phương án xử lý sự cố xói ngầm cống Tắc Giang theo phương án khoan phụt Jet-grouting tạo tường chống thấm .17 Các loại công nghệ khoan phụt chủ yếu .18 Giới hạn áp dụng kỹ thuật khoan phụt 21.19 Đập đất ở Pennsylvania (Mỹ) .20 Xử lý nền tuyến tàu điện ngầm Sixth Avenue .1 Mô phỏng đơn giản hóa mặt cắt đê tỉnh Hà Nam.1 Sơ đồ thấm vào giếng .2 Mô hình giếng đơn, áp lực thấm triệt tiêu tại khoảng cách X3 ở hạ lưu .3 Nhiều giếng ở hạ lưu, áp lực thấm triệt tiêu ở hạ lưu .4 Mô phỏng đường áp lực thấm dưới tầng phủ không thấm .5 Sơ đồ mô phỏng hiện tượng bục tầng phủ.6 Cách chia phần tử của Seep/W .7 Ao phía hạ lưu đê .8 Sông phía thượng lưu đê .9 Mặt cắt đê tại khu vực nghiên cứu .10 Mô phỏng đường áp lực thấm dưới tầng phủ không thấm .11 Kết quả tính toán Gradient Ixy trường hợp hiện trạng .12 Kết quả tính toán áp lực nước trường hợp hiện trạng .13 Phương án xử lý bằng cách lấp toàn bộ ao đến cao độ +0,8m .14 Phân bố đường đẳng Gradient Ixy trường hợp đắp đất hạ lưu .15 Phân bố đường đẳng cột nước áp lực trường hợp đắp đất hạ lưu .16 Giá trị tính toán tổng cột nước dưới đáy tầng phủ .17 Phương án xử lý bằng cách bố trí hệ thống giếng giảm áp .18 Phân bố đường đẳng Gradient Ixy .19 Phân bố đường đẳng cột nước áo lực .20 Phương pháp xử lý bằng cách bố trí giếng cọc vây .21 Gradient đáy ao trường hợp tường XMĐ 10m, nước trong giếng hg=1,5m .22 Phân bố đường đẳng cột nước áo lực trường hợp tường XMĐ 10m, nước trong giếng hg=1,5m .23 Gradient đáy ao trường hợp tường XMĐ 20m, nước trong giếng hg=1,5m .24 Phân bố đường đẳng cột nước áo lực trường hợp tường XMĐ 20m, nước trong giếng hg=1,5m .25 Gradient đáy ao trường hợp tường XMĐ 30m, nước trong giếng hg=1,5m .26 Phân bố đường đẳng cột nước áo lực trường hợp tường XMĐ 30m, nước trong giếng hg=1,5m .1 Kết quả thí nghiệm của Shimada (1992) .2 Một số hình ảnh thí nghiệm trên hiện trường .3 Dây chuyền thiết bị thi công khoan phụt hóa chất .4 Sơ đồ bố trí thí nghiệm khoan phụt .5 Thiết bị nén mẫu TYA – 300C .6 Thí nghiệm xác định hệ số thấm của đất nền tự nhiên bằng phương pháp đổ nước .7 Thí nghiệm xác định hệ số thấm của đất nền sau khi xử lý bằng KPHC bằng phương pháp đổ nước .10 Phá hoại mẫu M1, M2 trong thí nghiệm nén nở hông .11 Quan hệ cường độ kháng nén nở hông với thời gian của vật liệu XMĐ và XM-HC.12 Quan hệ lượng nước tiêu hao Qc và thời gian thí nghiệm t của đất nền.13 Vỉa vữa XMĐ nằm xen kẹp trong lớp đất.99 x DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 So sánh thuộc tính của các dạng vữa dùng cho KPHC [23] .2 So sánh ứng dụng của KPHC sử dụng các dạng vữa khác nhau [23] .1 Số liệu vị trí và các mực nước các đoạn đê trọng điểm .2 Số liệu đầu vào để tính toán khoảng cách ảnh hưởng áp lực thấm X3, áp lực cột nước hạ lưu Hav và giá trị Gradient tại một số đoạn đê trọng điểm .3 Kết quả tính toán khoảng cách ảnh hưởng áp lực thấm X3, áp lực cột nước hạ lưu Hav và giá trị Gradient tại một số đoạn đê trọng điểm .1 Xác định các hệ số a; m trong trường hợp thiết kế nhiều giếng .2 Kết quả tính toán trường hợp hiện trạng bằng mô hình FEM .3 Số liệu tính toán cho giải pháp đắp ao .4 Kết quả tính toán giải pháp đắp ao bằng giải tích .5 Kết quả tính toán giải pháp đắp ao bằng mô hình FEM .6 So sánh kết quả tính toán giải pháp đắp ao bằng hai phương pháp .7 Kết quả tính toán giải pháp giếng giảm áp bằng giải tích .8 Kết quả tính toán giải pháp giếng giảm áp bằng mô hình FEM .9 So sánh kết quả tính toán giải pháp giếng giảm áp bằng hai phương pháp .10 Kết quả tính toán giải pháp giếng cọc vây bằng giải tích .11 Tổ hợp tính toán giải pháp giếng cọc vây bằng mô hình FEM .12 Kết quả tính toán giải pháp giếng cọc vây bằng mô hình FEM .13 So sánh kết quả tính toán giải pháp giếng cọc vây bằng hai phương pháp .14 So sánh kinh phí các phương án .1 Thành phần hạt của các lớp đất 3 và 4 tại cống Mộc Nam .2 Thông số kỹ thuật áp dụng cho 2 phương pháp khoan phụt .3 Cấp phối vữa dùng cho cọc thử nghiệm .4 Cường độ kháng nén các mẫu hiện trường .5 Cường độ kháng nén các mẫu chế bị .