Một số kinh nghiệm trong thiết kế thi công bảo vệ mái dốc nền đường thủy điện

Đà Nẵng 26/02/2013

MỘT SỐ KINH NGHIỆM TRONG THIẾT KẾ THI CÔNG BẢO VỆ MÁI
DỐC NỀN ĐƯỜNG – THỦY ĐIỆN
Lê Nguyễn Quốc Việt* – Đỗ Hữu Đạo**
* Công ty cổ phần tư vấn xây dựng QES
** Khoa Xây dựng Cầu Đường – Trường Đại học Bách Khoa, Đại học Đà Nẵng
Tóm tắt: Bài báo trình bày giải pháp kỹ thuật thiết kế - thi công bảo vệ mái dốc tại thủy điện
Sông Bung 4 A tỉnh Quảng Nam. Mái dốc vai thủy điện cao 130m, với giải pháp thiết kế ban
đầu bảo vệ bề mặt mái đá bằng lưới thép D4, neo thép D6, phun vẩy bê tông M200 dày
10cm. Trong quá trình thi công, mở móng, tình hình địa chất thay đổi. Đá phân lớp mạnh,
nứt nẻ mạnh, bóc từng mảng chứ không nguyên khối như KSĐC ban đầu. Đồng thời các
khối đất lớn giữ lại bám trên bề mặt đá dù có chiều dày tương đối lớn từ 10-20m, nhưng
trong quá trình thi công các khối đất giữ lại này đã bị trượt trên mặt trượt giữa đất và đá.
Giải pháp thiết kế được điều chỉnh bằng thiết kế gia cố ổn định mái đá bằng neo anke – thép
D32 kết hợp phun vẩy trên lưới thep D4 chống đá rơi trong quá trình thi công để tăng cường
ổn định. Sử dụng phần mềm Geoslope để tính toán kiểm tra ổn định của 05 mặt cắt và kết
quả đạt từ 1,203 đến 1,542. Việc triển khai thi công từng giai đoạn hợp lý kết hợp giải pháp
phun vẩy bề mặt đã mang lại hiệu quả về tiến độ và kỹ thuật. Các thí nghiệm kéo neo cũng
được thực hiện với lực kéo neo đạt được đến 164,1kN sau 14 ngày thi công.
1. GIỚI THIỆU CHUNG

Hình 1. Hình ảnh mái dốc vai trái của công trình
HỘI THẢO ĐỊA KỸ THUẬT - CHUYÊN ĐỀ: ỔN ĐỊNH MÁI DỐC

Trang 56


Đà Nẵng 26/02/2013

1.1. Giới thiệu về dự án: Mái dốc thủy điện và nền đường các công trình miền núi thường

có độ cao lớn, sự thay đổi độ dốc và đặc điểm địa chất phức tạp. Công tác đảm bảo ổn định
mái dốc là bài toán khó đối với các kỹ sư tư vấn cũng như áp dụng các giải pháp công nghệ
nhằm ổn định mái dốc để đem lại hiệu quả về mặt kinh tế là việc lựa chọn không hề dễ đối
với các chủ đầu tư và nhà quản lý. Hố móng vai trái đập Công trình thuỷ điện Sông Bung 4A
thuộc địa bàn xã Mà Cooih huyện Đông Giang và thị trấn Thạnh Mỹ huyện Nam Giang tỉnh
Quảng Nam, cách thành phố Đà Nẵng theo đường quốc lộ 14 khoảng 101 km về hướng Tây
Nam. Kết quả khảo sát địa chất thu thập được, sau khi đào bóc lớp đất đến lớp đá được xuất
lộ, đá xuất lộ là đá granit có cường độ cao, bề mặt đá bằng phẳng, độ ổn định cao. Giải pháp
thiết kế ban đầu được đặt ra và phê duyệt là chỉ bảo vệ bề mặt mái đá bằng lưới thép D4, neo
thép D6, phun vẩy bê tông M200 dày 10cm.
Sau khi mở móng, tình hình địa chất diễn biến phức tạp so với số liệu khoan địa chất ban
đầu. Đá phân lớp mạnh, xuất hiện nhiều khe nứt sâu trong các thớ đá, cường độ đá cao, đất
đá xen kẹp. Các lớp đá phân lớp với chiều dày các lớp tương đối đồng đều. Hồ sơ thiết kế
ban đầu tại một số mặt cắt không thiết kế đào hết đất đến bề mặt đá. Chiều dày lớp đất giữ
lại có bề dày từ 10-20m.
1.2. Số liệu địa chất sau khi khảo sát
Khu vực công trình có 6 (hoặc 8) hệ thống khe nứt chính như sau:
I:

50-600 (230-2400) 80-850

II:

90-1100 (270-2900)

 80-850

III : 120-1300

 45-500

IV : 120-1300

10-200

260-2800

 40-450

V:

VI: 260-2800

 5-100

Hệ số khe nứt 3,5%, chất nhét trong khe nứt sét 9%, oxit sắt 33% và 58% là rỗng. Nhìn
chung các hệ thống khe nứt có gốc cắm lớn không làm ảnh hưởng đến hố móng công trình.
Còn các khe nứt có góc cắm thoải ảnh hưởng lớn đến hố móng. Kết quả khảo sát, thí nghiệm
cường độ chống cắt của đá được tổng hợp trong bảng 1.
HỘI THẢO ĐỊA KỸ THUẬT - CHUYÊN ĐỀ: ỔN ĐỊNH MÁI DỐC

Trang 57


Đà Nẵng 26/02/2013

Bảng 1. Bảng cường độ chống cắt của đá
Bậc của
khe nứt

Đới

V

VI

VIII

Dung trọng bão hòa
(T/m3)

Cường độ kháng cắt (bão hòa)
Góc nội ma sát (độ)

Lực dính C (kg/cm2)

IA

2.61

21

0.10

IB

2.70

24

0.30

II

2.72

32

0.70

IA

2.61

22

0.20

IB

2.70

30

0.50

II

2.72

35

1.00

IA

2.61

25

0.50

IB

2.70

35

1.00

II

2.72

37

1.00

Trên cơ sở tài liệu địa chất TKKT, khoan khảo sát bổ sung và hiện trạng mô tả hố móng,
lấy chỉ tiêu khe nứt bật V với đới IA2, khe nứt bậc VI với đới IB và khe nứt bậc VII với đới

II để tính toán.

Hình 2. Hình trụ lỗ khoan địa chất

HỘI THẢO ĐỊA KỸ THUẬT - CHUYÊN ĐỀ: ỔN ĐỊNH MÁI DỐC

Trang 58


Nng 26/02/2013

2. GII PHP THIT K V IU CHNH
Vi gii phỏp thit k ch bo v b mt s lm mt n nh mỏi ỏ do ỏ phõn lp
mnh. H s an ton n nh mỏi dc ti cỏc mt ct mi tớnh toỏn c u nh hn h s
an ton cho phộp (Fs<1.15). Do ú cn cú gii phỏp tng cng n nh, bo v mỏi dc.
Gii phỏp t ra l s dng neo anke, khoan neo xuyờn qua cỏc lp ỏ kt hp tri
li thộp D4mm v phun bờ tụng Mỏc 300 bo v b mt.
2.1. Gi thit tớnh toỏn:
Phm vi tớnh toỏn l thit k s dng neo gia c cho mỏi o cú chiu cao mỏi o H =
10m v H = 20m; cỏc mỏi o cú dc m = 1.0 v m=0.5. Cỏc lp t ỏ l nh nhau,
dung trng trung bỡnh ca khi t ỏ c ly theo trng hp bóo ho nc.
Cỏc nờm cú th trt trờn cỏc khe nt, gúc trt ca cỏc nờm trựng vi gúc nghiờng ca
t góy, khe nt hoc phõn lp t ỏ, ni giao nhau ca cỏc h thng khe nt, t bit di
tỏc ng ca n mỡn khi thi cụng, cỏc h thng khe nt s cú khuynh hng m rng v liờn
kt vi cỏc h thng khe nt lõn cn to thnh cỏc nờm trt ra khi mỏi o.
S dng cỏc neo anke to thnh tng chn kiu trng lc gi l tng neo (Soil Nailed
Wall) cú chiu dy bng chiu di ca neo gi n nh cho mỏi dc, tng lc dớnh bỏm
khe nt v khi ỏ. H s an ton v mt n nh ca tng chớnh l h s n nh ca khi
nờm cú mt trt i qua chõn neo.
2.2. S tớnh toỏn:

Lw: chiu di ngang ca khi nờm ;

Lw

Li: chiu di neo ;

L5

: gúc nghiờng ca khe nt ;

Mt trt c gi nh, trong tỡnh hỡnh thc t

Maởt trửụùt giaỷ ủũnh

a

L3

H

: gúc nghiờng ca mỏi dc ;

L4

m

a : khong cỏch hng neo;

tu theo th nm ca ỏ cng nh hng ca


khe nt s quyt nh mt trt cú th xy ra.
H s an ton Fs (factor safety):

Fs =

Tt + (Wn + Tn - U )tgj
ntWt

HI THO A K THUT - CHUYấN : N NH MI DC

Hỡnh 3. S tớnh toỏn

(1)
Trang 59


Đà Nẵng 26/02/2013

Trong đó: Wn,Wt: thành phần lực của trọng lực khối nêm và hoạt tải ; Dung trọng đá  ;
Hệ số vượt tải của đất đá ; Tn,Tt: thành phần lực căng sau của neo thép chủ động ; Hệ số an
tồn của dây neo xét đến điều kiện làm việc lâu dài nt ; U: áp lực đẩy ngược của nước
ngầm ; Tghệ số ma sát đá với đá.
eQ
160.0

Hà ng rà o lướ i thé p B40 cao 1.5m
Khoan neo Þ25 và o đá 1m, a=2m

SB4A-40
XX

4.2

155.0

XX

150.0
Thé p neo Þ25, L=3m, a=1.5x1.5m
lỗ khoan d=42mm

145.0
XX

IB

X

140.0
20
135.0

Biê n đà o thiết kế đợt 1
XX

V-1

130.0

MẶT CẮT 6-6

X

II

Đườ ng đào hiệ n trạ ng

TỶ LỆ A

125.0
Tườ ng chắ n đá xây M75
120.0

XX

X

115.00

115.0

XX

Thé p neo Þ32, L=11.7m, a=1.5x1.5m
đặ t so le (Gia cố dạng B)

Biên đào thiế t kế đợ t 2

110.0
XX

X

Tim tuyến năng lượ ng

105.0

XX

101.00

Thép neo Þ32, L=11.7m, a=1.5x1.5m
đặ t so le (Gia cố dạn g B)

100.0

XX
X

95.0

XX

Rã nh thoát nướ c loạ i 1
90.0
Khối lượng tính đợ t 1

87.00
Thép neo Þ32, L=11.7m, a=1.5x1.5m
đặt so le(Gia cố dạ ng B)

85.0

XX
X

XX

Đườ ng mặt đất tự nhiên

Rãnh thoá t nướ c loạ i 1

XX
X

80.0

77.00
75.0

XX

Thé p neo Þ25, L=5.75m, a=1.5x1.5m
đặt so le(Gia cố dạ ng B1)

eQ

aQ

XX

IA

XX
X

70.0

XX

23.45

Khoả ng các h TK(m)

3.40 3.69

12.90

9.92

3.33

5.54

21.67

68.54

26.57
77.00

29.43
77.00

21.67

77.00

86.36

95.51

5.54
77.00

3.33
87.00

7.75

98.53

100.94

7.75
101.00

101.00

9.92

XX

XXX

87.00

106.60

114.63

124.91

12.90
115.00

3.40 3.69
123.63

153.44

Cao độ đá y TK(m)

127.98

130.86

23.45

Khoả ng cách(m)

115.00

153.44

65.0
Cao độ tự nhiên(m)

29.43

Hình 4. Sơ đồ mặt cắt ngang đại diện – mặt cắt 6-6
2.3. Sức chịu tải cho phép của neo
N

Sức chịu tải của neo thép phụ thuộc vào các yếu tố sau:
- Chiều dài dính bám giữa thép neo và vữa xi
măng.

Thép neo

Dt

- Chiều dài dính bám giữa vữa xi măng và thành hố
Bầu neo

khoan.
- Khả năng chịu lực của thép neo.

Lb

Theo chiều dài bám dính giữa thép và vữa:
Pt =

p .Dt .Lb .t a
m

(2)

HỘI THẢO ĐỊA KỸ THUẬT - CHUN ĐỀ: ỔN ĐỊNH MÁI DỐC

Dk

Hình 5. Sơ đồ neo
Trang 60


Đà Nẵng 26/02/2013

Theo chiều dài bám dính giữa vữa và vách hố khoan:
Pb =

p .Dk .Lb .t
m

b

(3)

Theo khả năng chịu tải của thép neo:
Pth =

Ra A
m1

(4)

Trong đó : Pt: sức chịu tải của neo theo điều kiện bám dính giữa thép neo và vữa (T) ; Pb:
sức chịu tải của neo theo điều kiện bám dính giữa vữa và vách hố khoan (T) ; Pth: sức chịu
tải của thép neo ; Ptt : sức chịu tải tính toán Ptt=min(Pt, Pb, Pth) ; Dt: đường kính của thép neo
(m); Dk: đường kính của lỗ khoan (m); Lb: chiều dài neo thép (m) ; a: lực dính bám tại giao
diện thép - vữa (a =25 kg/cm2) ; b: lực dính bám tại giao diện vữa - đá (b =15 kg/cm2 theo
TCVN 4253-1986 Nền các công trình thủy công) ; A: Tiết diện thép neo ; m: hệ số an toàn,
đối với giao diện vữa-đá và vữa-thép m=5 ; m1 : hệ số an toàn đối với thép neo, m=1.5 ; Sử
dụng thép CIII, Ra=3400 kg/cm2, thép neo đường kính D=25mm, D=32mm, với đường kính
lỗ khoan lần lượt là Dk=42mm và Dk=76mm, chiều dài neo tùy theo từng vị trí, neo thép có
sức chịu tải như sau :
Bảng 2. Thông số tính toán neo
L
(m)
5.75
11.7

D
(mm)
25
32

Pb
(KN)
227.61
830.89

Pt
(KN)
225.80
655.96

Pth
(KN)
111.26
182.30

Ptt
(KN)
111.26
182.30

Ghi chú
Loại 1
Loại 2

2.4. Kiểm tra ổn định mái dốc:
2.4.1. Phương pháp
- Sử dụng phần mềm Geoslope để tính toán.
- Tính toán mái dốc trong trường hợp đặc biệt khi có khe nứt xuất hiện trong phân lớp đất đá
tạo thành nêm gây trượt.
- Tải trọng xe trên mặt cơ 101,0m và 87,0m ứng với loại xe X80.

- Công trình cấp 3, cấp động đất cấp 6.
Hệ số an toàn : Hệ số an toàn theo TCXDVN 285-2002.
[ K ]od 

nc k n
m

HỘI THẢO ĐỊA KỸ THUẬT - CHUYÊN ĐỀ: ỔN ĐỊNH MÁI DỐC

(5)

Trang 61


Đà Nẵng 26/02/2013

Trong đó: nc: hệ số tổ hợp tải trọng, tổ hợp cơ bản: nc = 1 ; kn: hệ số đảm bảo, công trình cấp
III: kn = 1.15 ; m: hệ số điều kiện làm việc: m = 1.0 ; Vậy ta có hệ số ổn định: [K] = 1.15.
2.4.2. Kết quả tính toán
Bảng 3. Kết quả tính toán ổn định tại các mặt cắt đại diện:
Mặt cắt
MC5-5
MC6-6
MC7-7
MC8-8
MC9-9

KTrước khi neo
1.273
1.08

1.159
1.235
1.258

KSau khi neo
1.542
1.203
1.371
1.477
1.511

[K]
1.15
1.15
1.15
1.15
1.15

Một số hình ảnh tính toán từ phần mềm Slope:

Hình 6. Phân tích tại mặt cắt 5-5

Hình 6. Phân tích tại mặt cắt 6-6
HỘI THẢO ĐỊA KỸ THUẬT - CHUYÊN ĐỀ: ỔN ĐỊNH MÁI DỐC

Trang 62


Đà Nẵng 26/02/2013

Hình 7. Phân tích tại mặt cắt 7-7

Hình 8. Phân tích tại mặt cắt 8-8

Hình 9. Phân tích tại mặt cắt 9-9
HỘI THẢO ĐỊA KỸ THUẬT - CHUYÊN ĐỀ: ỔN ĐỊNH MÁI DỐC

Trang 63


Đà Nẵng 26/02/2013

PHẦN 3: TỔ CHỨC THI CÔNG – THÍ NGHIỆM
3.1. Bố trí neo
Các neo anke được lắp theo phương vuông góc với mặt mái đào, khoảng cách giữa các
hàng neo theo các phương xiên và ngang như thể hiện trong bản vẽ, dung sai vị trí là 150
mm, dung sai độ nghiêng là 5o .
Mái đào được bảo vệ bằng lưới thép B40-d4, lưới thép 12 nối các đầu thanh neo anke
32, kết hợp với phụt shotcrete 10 cm.
Bố trí các lỗ thoát nước D76, sâu 1,5m, khoảng cách như trên bản vẽ để đảm bảo tiêu
thoát nước khu vực mái đào.
3.2. Quy trình khoan
Các lỗ khoan phải bảo đảm đúng vị trí, khoảng cách các neo đúng như thiết kế, các lỗ
khoan đúng đường kính không nhỏ hơn đường kính quy định và khoan đến độ sâu thiết kế.
Khi khoan đến độ sâu thiết kế tất cả các lỗ khoan đều phải được làm sạch bùn, sét có
trong lỗ khoan, nước được bơm vào trong lỗ khoan để làm sạch lỗ khoan, quá trình làm sạch
tiếp tục cho đến khi dòng nước trả lại không còn bị đục nữa.
Kết thúc quá trình làm sạch lỗ khoan, lỗ khoan sẽ được tạm thời bịt kín tránh vật lạ rơi
vào lỗ khoan.
3.3. Quy trình thi công neo

Thanh thép sẽ được đưa vào tận cùng của hố khoan.
Các lỗ phụt vữa có đường kính 21 được đặt đến tận phần cuối lỗ khoan, trong quá trình
phụt vữa sẽ được rút lên dần.
Sau khi lắp đặt, thanh thép sẽ được rung trong một thời gian ngắn để đảm bảo vữa hoàn
toàn lấp đầy theo dọc chiều di thanh. Sẽ bơm thêm vữa khi vữa trong lỗ tụt xuống.
Vữa neo là hỗn hợp ximăng nước có thêm phụ gia chống co ngót và tăng tốc độ đông kết
của vữa xi măng, mác vữa M300, cấp phối vữa tuân theo thí nghiệm cấp phối bê tông-vữa bê
tông công trình.
Sau khoảng thời gian 3 ngày trước khi hoàn thành phụt hàng neo anke cuối cùng của một
khoang đào mới được phép đào khoang đào tiếp theo. Chiều cao mỗi khoang đào không quá
5m.
3.4. Quy trình thử tải
HỘI THẢO ĐỊA KỸ THUẬT - CHUYÊN ĐỀ: ỔN ĐỊNH MÁI DỐC

Trang 64


Đà Nẵng 26/02/2013

Số lượng neo kiểm tra kéo thử chiếm 5% tổng số lượng thanh neo anke. Vị trí các neo
anke kiểm tra sẽ do Tư vấn giám sát chỉ định tại hiện trường sao cho công tác kiểm tra được
thuận tiện nhất.
Thời gian thử tải tiến hành 7 ngày và 14 ngày sau khi neo, neo loại 1 (D=25) lực thử tải
sau 7 ngày là 7.79T và sau 14 ngày là 10.00T, neo loại 2 (D=32) lực thử tải sau 7 ngày là
12.76T và sau 14 ngày là 16.41T.
Máy thử tải là kích thủy lực chuyên dụng có bảng hiển thị tải trọng kéo, khi tải trọng thử
lớn hơn tải trọng yêu cầu thì dừng lại (cấp tải trọng khi thử tải thay đổi từng cấp, tùy thiết bị
nhà thầu mà tư vấn giám sát sẽ có chỉ định phù hợp).
Khi tiến hành các cuộc kiểm tra này, sự trượt của neo anke được cho là đáng kể nếu thanh
thép neo bị dịch chuyển ra ngoài và tiếp tục dịch chuyển khi không tăng tải trọng kéo của

kích thủy lực hoặc giảm tải trọng của kích thủy lực.
Nếu một neo bị hỏng khi tiến hành các thí nghiệm kéo, một neo khác sẽ phải được lắp đặt
vào một lỗ khoan mới được khoan gần kề với neo không đạt.
3.5. Một số hình ảnh tổ chức thi công, thí nghiệm

Hình 10. Mái dốc ban đầu

Hình 12. Khoan tamrock – nổ mìn - khoan neo
HỘI THẢO ĐỊA KỸ THUẬT - CHUYÊN ĐỀ: ỔN ĐỊNH MÁI DỐC

Hình 11. Mái dốc đang thi công

Hình 13. Mảng sụt trượt 5000m3
Trang 65


Đà Nẵng 26/02/2013

Hình 14. Thi công lưới thép và phun bê tông

Hình 15. Khoan neo bằng máy tamrock L11,7m

Hình 16. Phun bê tông gia cố mái

Hình 17. Thí nghiệm kéo neo anke

Hình 18. Hình ảnh vai trái sau 01 năm

Hình 19. Gia cố mái đá cổng nhà máy A Vương

HỘI THẢO ĐỊA KỸ THUẬT - CHUYÊN ĐỀ: ỔN ĐỊNH MÁI DỐC

Trang 66


Đà Nẵng 26/02/2013

4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
4.1. Đánh giá ưu điểm của giải pháp
Đối với bảo vệ mái đá phong hóa, giải pháp bảo vệ bề mặt bằng lưới thép bao phủ bề mặt
và phun vẩy bê tông là giải pháp đem lại nhiều ưu điểm về kỹ thuật, kinh tế và ổn định theo
thời gian.
Công nghệ thi công đơn giản, dễ dàng làm chủ công nghệ, giá thành thi công thấp.
Dễ dàng kiểm soát được chất lượng thi công.
Khả năng chịu lực của neo được thí nghiệm bằng thí nghiệm kéo neo đơn giản, đánh giá
chính xác khả năng làm việc của neo.
Quá trình khoan có thể đánh giá lại được điều kiện địa chất mái dốc thông qua mùn
khoan, tốc độ khoan của mũi khoan cũng như lượng tiêu tốn vật liệu vữa neo tại các lỗ neo.
Vữa neo còn có tác dụng lấp đầy các khe nứt trong đá, ngăn chặn nước ngầm chảy vào
trong mái đá làm mở rộng thêm khe nứt, gây mất ổn định nhanh mái dốc.
4.2. Khuyến nghị
Khảo sát địa chất kỹ càng, số lượng lỗ khoan phải đảm bảo tính đại diện. Không nên tiết
kiệm chi phí khoan, chi phí khảo sát địa chất ban đầu mà số liệu địa chất không đảm bảo
chính xác. Từ đó sẽ gây nhiều thiệt hại về kỹ thuật-kinh tế-tiến độ thi công sau này.
Trong quá trình thi công phải có kỹ sư địa chất chuyện nghiệp có kinh nghiệm thường
xuyên kiểm tra, đánh giá mô tả địa chất khi bóc lộ đất đá để kịp thời có những điều chỉnh
thiết kế phù hợp.
Tuân thủ nghiêm ngặt quy trình tổ chức thi công từ trên xuống dưới. Không giữ lại khối
đất đu bám trên bề mặt đá sẽ làm mất ổn định mái. Cần phải bóc để lộ đến mặt đá rồi gia cố
mái dốc.

TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Neo trong đất, NXB Xây dựng 2001 (Biên dịch tiêu chuẩn Anh BS 8081 :1989).
[2]. Tiêu chuẩn thiết kế nền các công trình thủy công, TCVN 4253-86.
[3]. Thiết kế neo gia cố mái đào công trình thủy điện Đại Ninh.
[4]. Thiết kế neo gia cố mái đào công trình thủy điện Buôn Kuôp.
[5]. Neo ổn định các công trình trong đất đá, NXB Giao thông vận tải, Hà Nội 1986.
[6]. Thiết kế neo gia cố mái đào công trình thủy điện Sông Bung 4A.
HỘI THẢO ĐỊA KỸ THUẬT - CHUYÊN ĐỀ: ỔN ĐỊNH MÁI DỐC

Trang 67