ĐẶC TÍNH TRƯƠ NG NỞ VẬT LIỆU ĐẤT ĐẮ P CÔNG TRÌNH ĐẦU MỐI HỒ CHỨA NƯỚC NGÀN TRƯƠI

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.72 MB, 13 trang )

Trang 1<div class="page_container" data-page="1">

ĐẶC TÍNH TRƯƠNG NỞ VẬT LIỆU ĐẤT ĐẮP

CƠNG TRÌNH ĐẦU MỐI HỒ CHỨA NƯỚC NGÀN TRƯƠI

ThS. Bùi Thanh Tùng

Phó giám đốc Cơng ty Tư vấn Địa kỹ thuật (Hec 14)

Tóm tắt: Đất vật liệu sử dụng để đắp đập Hồ chứa nước Ngàn Trươi có tính trương

nở mạnh, nếu sử dụng để đắp đập có thể gây bất lợi cho sự ổn định cơng trình. Bài viết này tóm tắt kết quả nghiên cứu đặc tính trương nở của vật liệu đất đắp đập, trên cơ sở đó đưa ra kiến nghị các giải pháp thích hợp khi sử dụng loại đất này để đắp đập.

1. Đặt vấn đề

Hạng mục đập chính Hồ chứa nước Ngàn Trươi được Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn phê duyệt với hình thức đập: Đập đất đá nhiều khối, gồm: Khối chống thấm giữa đập, khối gia tải thượng, hạ lưu và khối gia cố bảo vệ kết hợp tiêu nước bằng đống đá hạ lưu. Khối chống thấm đắp bằng lớp đất 2a; khối gia tải thượng, hạ lưu đắp bằng lớp đất 3a, đá phong hóa hồn tồn có chỗ phong hóa mạnh (Fht, Fm) và đất đá đào móng cơng trình (lớp 3 + Fht).

Kết quả khảo sát vật liệu đất trong các giai đoạn cho thấy: Lớp 2a có tính chất không trương nở đến trương nở mạnh và phần lớn là trương nở mạnh; Lớp đất 3, 3a và đới đá phong hóa hồn tồn (có chỗ lẫn phong hóa mạnh) hầu hết đều có tính chất trương nở mạnh. Do đất vật liệu có tính trương nở mạnh, nếu sử dụng để đắp đập có thể gây bất lợi cho sự ổn định cơng trình. Vì vậy, Bộ Nơng nghiệp và Phát triển nông thôn đã cho phép thực hiện chuyên đề nghiên cứu riêng về vấn đề này với mục đích làm sáng tỏ đặc tính trương nở, từ đó kiến nghị các giải pháp thích hợp khi sử dụng loại đất này làm vật liệu đắp.

2. Đặc tính địa chất cơng trình (ĐCCT) của đất vật liệu

Trong khn khổ bài viết chỉ trình bày một số đặc tính ĐCCT cơ bản liên quan đến đặc tính trương nở của đất vật liệu sử dụng để đắp đập.

a) Thành phần vật chất

Kết quả phân tích thành phần khống vật được nêu trong bảng 2.1, kết quả phân tích hàm lượng muối hòa tan được nêu trong bảng 2.2.

Bảng 2-1: Kết quả phân tích thành phần khống vật

</div>Trang 2<div class="page_container" data-page="2">

Bảng 2-2: Kết quả phân tích hàm lượng muối hoà tan trong đất

Hàm lượng muối hoà tan trong đất %

b) Đặc tính trương nở của đất có kết cấu ngun trạng

Các kết quả thí nghiệm tính trương nở của đất ở trạng thái kết cấu nguyên trạng được

</div>Trang 3<div class="page_container" data-page="3">

Khu vực tuyến tràn xả lũ

• Một số kết luận về đặc tính ĐCCT của đất sử dụng làm vật liệu đắp đập

- Trong cùng một lớp đất ở từng mỏ vật liệu, tính chất cơ lý [1] của đất biến thiên tương đối rộng, điều này chứng tỏ đất rất không đồng nhất (mặc dù xếp chung cùng một lớp đất).

- Kết quả phân tích thành phần khoáng vật của đất cho thấy hàm lượng khoáng vật sét Montmorilonit chiếm tỷ lệ nhỏ, thậm chí khơng đáng kể. Tuy nhiên, hàm lượng khống vật Hydromica là khống vật có mức độ hoạt tính đối với nước trung gian giữa khoáng vật Montmorilonit và Caolinit chiếm tỷ lệ đáng kể (13 ÷ 37%). Do đó, đất trong khu vực này có tính trương nở khi có tác dụng của nước chủ yếu là do khoáng vật Hydromica và Caolinit.

- Theo V.Đ. Lơmtađze, nếu lượng muối hịa tan trong đất >0.3% khối lượng đất khơ thì đất đó được coi là đất có nhiễm muối [9]. Khi đó, cần phải xếp chúng vào loại đất có tính chất đặc biệt (độ chặt, mức độ biến dạng, độ dính, độ bền, độ ổn định và độ thấm nước của đất bị biến đổi khi có sự rửa lũa các hợp chất hịa tan, hay nói cách khác là tính chất cơ lý của đất bị thay đổi khi tiếp xúc với nước). Với kết quả như đã nêu ở bảng 2-2, loại đất dự kiến sử dụng làm vật liệu đắp đập có thể xếp vào loại đất có tính chất đặc biệt.

- Ở trạng thái kết cấu tự nhiên, đất có nguồn gốc bồi tích (lớp 2a) khơng có tính trương nở [2], đất có nguồn gốc pha tàn tích và từ sản phẩm phong hóa hồn tồn của đá gốc (lớp 3, 3a, Fm, Fht-Tr) có tính chất trương nở từ khơng trương nở ÷ trương nở trung bình [2], tùy theo từng vị trí.

3. Đặc tính trương nở của đất chế bị

Công tác nghiên cứu đặc tính trương nở của đất vật liệu chế bị với các độ chặt và độ ẩm khống chế khác nhau được mô phỏng theo điều kiện đắp đập.

Kết quả thí nghiệm đặc tính trương nở của đất chế bị với độ chặt k=0.97 (dung trọng khô γcCB = 0.97γcmax, độ ẩm chế bị WCB = Wop) được nêu trong bảng 3-1.

Kết quả thí nghiệm đặc tính trương nở của đất chế bị với độ chặt và độ ẩm khác nhau: dung trọng khô γcCB = 0.97γcmax, độ ẩm chế bị WCB = Wop (k=0.97); γcCB = 0.95γcmax, WCB = Wop (k=0.95, kết quả in nghiêng); γcCB = 0.95γcmax, WCB = Wop+ 2% (k = 0.95, kết quả in đậm) được nêu trong bảng 3-2. Kết quả này cho thấy, trong tổng số 7 mẫu thí nghiệm chỉ có một mẫu (171) là tính trương nở của đất từ trương nở mạnh giảm xuống trương nở trung bình.

Kết quả so sánh khả năng trương nở của đất chế bị với độ chặt và độ ẩm khác nhau được nêu trong bảng 3-3. Từ kết quả này có nhận xét:

- Với cùng một độ ẩm chế bị (WCB = Wop), khả năng trương nở của đất có độ chặt

</div>Trang 4<div class="page_container" data-page="4">

k=0.97 và k=0.95 như sau: độ trương nở tương đối giảm từ 3 ÷ 9%, trung bình khoảng 7%; Áp lực trương nở giảm từ 7 ÷ 25%, trung bình 13%.

- Khả năng trương nở của đất chế bị với WCB = Wop+ 2%, k=0.95 suy giảm so với đất chế bị WCB = Wop, k=0.97 như sau: độ trương nở tương đối giảm từ 11 ÷ 24%, trung bình khoảng 18%; Áp lực trương nở giảm từ 21 ÷ 37%, trung bình 27%.

- Với cùng một độ chặt chế bị (k=0.95), khả năng trương nở của đất có độ ẩm chế bị WCB = Wop+ 2% và WCB = Wop như sau: độ trương nở tương đối giảm từ 8 ÷ 17%, trung bình khoảng 12%; Áp lực trương nở giảm từ 11 ÷ 18%, trung bình 16%.

</div>Trang 5<div class="page_container" data-page="5">

Bảng 3-1: Kết quả thí nghiệm trương nở đất chế bị với độ chặt k=0.97 Độ sâu (m) Điều kiện chế bị Trương nở tự do Áp lực trương nở

</div>Trang 6<div class="page_container" data-page="6">

Bảng 3-1 (tiếp theo): Kết quả thí nghiệm trương nở đất chế bị với độ chặt k=0.97

Độ sâu (m) Điều kiện chế bị Trương nở tự do Áp lực trương nở

</div>Trang 7<div class="page_container" data-page="7">

Bảng 3-2: Kết quả thí nghiệm trương nở đất chế bị với độ chặt và độ ẩm khác nhau

Điều kiện chế bị Trương nở tự do Áp lực trương nở

</div>Trang 8<div class="page_container" data-page="8">

Bảng 3-3: So sánh khả năng trương nở của đất chế bị với độ chặt và độ ẩm khác nhau

</div>Trang 9<div class="page_container" data-page="9">

4. Sự thay đổi độ bền (sức chống cắt) và tính biến dạng (nén lún) của đất ở các độ chặt chế bị khác nhau

Kết quả thí nghiệm sức kháng cắt và nén lún của đất được chế bị với các độ chặt khác nhau (γcCB = 0.97γcmax, γcCB = 0.95γcmax) ở cùng một độ ẩm (WCB = Wop) được nêu trong bảng 4-1. Từ kết quả này có nhận xét:

- Lực dính kết của đất giảm từ 1 ÷ 8%, trung bình 4%; góc ma sát trong giảm từ 1 ÷ 4%, trung bình 2%.

- Hệ số nén lún a1-2 của đất tăng từ 4 ÷ 12%, trung bình 9%. - Hệ số thấm K của đất tăng từ 3 ÷ 36%, trung bình 12%.

So sánh kết quả thí nghiệm sức kháng cắt, tính nén lún và tính thấm của đất chế bị ở độ chặt k=0.95 với kết quả thí nghiệm ở độ chặt k=0.97 và chỉ tiêu cấp dùng trong tính tốn thiết kế đập [5] được nêu trong bảng 4-2, 4-3 và 4-4. Từ kết quả này cho thấy, nếu chế bị đất với độ chặt k=0.95 thì mặc dù độ bền (sức chống cắt) của đất giảm, độ biến dạng (tính nén lún) và tính thấm (hệ số thấm) của đất tăng lên. Tuy nhiên, các giá trị này vẫn nằm trong giới hạn chỉ tiêu đã cung cấp cho tính tốn thiết kế đập, hay nói cách khác là nếu đắp đập với độ chặt k=0.95 thì mặt cắt đập như thiết kế trước đây (đắp với độ chặt k=0.97) vẫn đảm bảo ổn định (đã được thiết kế tính tốn kiểm tra).

</div>Trang 10<div class="page_container" data-page="10">

Bảng 4-1: Kết quả thí nghiệm sức kháng cắt và nén lún của đất chế bị với độ chặt khác nhau

</div>Trang 11<div class="page_container" data-page="11">

Bảng 4-2: So sánh các chỉ tiêu cơ học của đất chế bị mỏ VL1

</div>Trang 12<div class="page_container" data-page="12">

Bảng 4-4: So sánh các chỉ tiêu cơ học của đất chế bị tận dụng đào móng tràn

Đất sử dụng làm vật liệu đắp rất khơng đồng nhất, tính chất cơ lý của đất biến thiên tương đối rộng trong cùng một lớp đất ở từng mỏ vật liệu. Hàm lượng khoáng vật sét Montmorilonit (ảnh hưởng lớn nhất đến khả năng trương nở) chiếm tỷ lệ nhỏ, thậm chí khơng đáng kể. Tuy nhiên, hàm lượng khống vật Hydromica là khống vật có mức độ hoạt tính đối với nước trung gian giữa khoáng vật Montmorilonit và Caolinit chiếm tỷ lệ đáng kể (13 ÷ 37%), nên là một trong những nguyên nhân chính gây ra tính trương nở của đất.

Đất lớp 2a ở mỏ vật liệu VL1, VL2 sử dụng đắp khối chống thấm ở giữa đập nên chọn độ chặt k = 0.95 và độ ẩm chế bị khi đắp Wđ=Wop+ (2 ÷ 3%). Khối đắp gia tải bên trên khối này cần chọn vật liệu có γwcb≥2.0 T/m3, độ chặt k≥0.97 để triệt tiêu khả năng trương nở của đất khối chống thấm.

Khối gia tải thượng và hạ lưu sử dụng đất lớp 3, 3a, Fm và Fht-Tr khi thi công nên chọn: độ ẩm đất chế bị Wđ=Wop+ (2 ÷ 3%); khi trong đất có hàm lượng dăm sạn >5mm nhỏ hơn 20%, chọn độ chặt k≥0.95; khi trong đất có hàm lượng dăm sạn >5mm trên 20%, nên chọn độ chặt k≥0.97.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Tổng công ty Tư vấn xây dựng thủy lợi Việt Nam - CTCP (12/2010), Báo cáo đề

tài nghiên cứu tính chất trương nở, co ngót và tan rã của đất vật liệu đắp đập

cơng trình đầu mối Hồ chứa nước Ngàn Trươi, Hà Nội.

[2] Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN 8719:2012 (2012), Đất xây dựng cơng trình thủy lợi.

Phương pháp xác định các đặc trưng trương nở của đất trong phòng thí nghiệm,

Hà Nội.

[3] Cơng ty Tư vấn xây dựng thủy lợi I (2005), Báo cáo địa chất cơng trình dự án

thủy điện Vũ Quang (Giai đoạn NCKT), Hà Nội.

[4] Công ty Tư vấn xây dựng thủy lợi Việt Nam (2007), Báo cáo địa chất cơng trình

</div>Trang 13<div class="page_container" data-page="13">

[5] Tổng cơng ty Tư vấn xây dựng thủy lợi Việt Nam - CTCP (2009), Báo cáo địa

chất cơng trình Tiểu dự án cơng trình đầu mối Hồ chứa nước Ngàn Trươi (Giai

đoạn TKKT & BVTC), Hà Nội.

[6] Nguyễn Thị Thanh Phượng, Trần Thị Thanh (1998), “Thành phần khoáng vật của một số loại đất sét ở Tây Nguyên, Nam Trung Bộ, Đông Nam Bộ và ảnh hưởng

hàm lượng Monmorilonit đến sự trương nở của đất đắp”, Tạp chí Thủy lợi, (325),

tr. 29-30.

[7] Trần Thị Thanh (1994), “Đặc điểm trương nở của đất loại sét và một số biện

pháp sử dụng đất có tính trương nở để đắp đập”, Hội thảo khoa học Sử dụng đất

đắp đập miền Trung, Bộ Thủy lợi, Nha Trang.

[8] Nguyễn Đình Trọng (1994), “Đất đắp đập miền Trung - Những vấn đề khoa học

cần thảo luận trong hội thảo này”, Hội thảo khoa học Sử dụng đất đắp đập miền

Trung, Bộ Thủy lợi, Nha Trang.

[9] V. Đ. Lômtađze (1978), Địa chất cơng trình - Thạch luận cơng trình, Nhà xuất

bản Đại học và trung học chuyên nghiệp, Hà Nội.

[10] V. Đ. Lômtađze (1975), Phương pháp nghiên cứu tính chất cơ lý của đất đá ở

phịng thí nghiệm, Nhà xuất bản Đại học và trung học chuyên nghiệp, Hà Nội.