Nghiên cứu giải pháp xử lý khẩn cấp sự cố cống dưới đê qua kinh nghiệm xử lý cống tắc giang

LỜI CẢM ƠN
Tác giả xin trân trọng gửi lời cảm ơn đến PGS.TS Nguyễn Quốc Dũng, người đã
hướng dẫn trực tiếp và vạch ra những định hướng khoa học cho luận văn.
Tác giả xin cảm ơn các thầy, cô giáo ở trường Đại học Thủy lợi Hà nội về sự
giúp đỡ trong thời gian tác giả học tập và nghiên cứu.
Tác giả xin cảm ơn các đồng nghiệp trong Trung tâm Công trình Ngầm – Viện
Thủy Công đã tạo điều kiện, giúp đỡ và động viên tác giả trong suốt thời gian học
tập và hoàn thành luận văn.
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Gia đình và những người thân, đã luôn
ủng hộ và động viên tác giả hoàn thành luận văn này.
Hà nội, ngày

tháng
Tác giả

Đỗ Văn Tâm

năm 2014


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đề tài “ Nghiên cứu giải pháp xử lý khẩn cấp sự cố cống dưới
đê qua kinh nghiệm xử lý cống Tắc Giang” là công trình nghiên cứu của riêng tôi,
chưa từng được công bố, các kết quả nêu trong luận văn trung thực, các tài liệu
tham khảo được ghi đầy đủ nguồn trích dẫn.
Tác giả

Đỗ Văn Tâm


MỤC LỤC

MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1
1. Tính cấp thiết của đề tài......................................................................................1
2. Mục đích của đề tài..............................................................................................1
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .......................................................................1
4. Phương pháp nghiên cứu .....................................................................................1
4.1 Phương pháp nghiên cứu tài liệu ...................................................................1
4.2 Phương pháp thí nghiệm mô hình: ................................................................2
4.3 Phương pháp lý thuyết: ..................................................................................2
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ SỰ CỐ CỐNG DƯỚI ĐÊ..................................3
1.1 Tổng quan về sự cố cống dưới đê và giải pháp xử lý ........................................3
1.1.1 Tình hình chung ..........................................................................................3
1.1.2 Nguyên nhân gây ra sự cố Cống Dưới đê ...................................................4
1.1.3 Các giải pháp xử lý thấm qua nền và mang Cống Dưới đê ........................6
1.2 Kinh nghiệm xử lý sự cố thấm một số cống dưới đê ......................................13
1.2.1 Sự cố cống D10-Hà Nam ..........................................................................13
1.2.2 Sự cố cống Vĩnh Mộ - Hà nội ..................................................................15
1.2.3 Sự cố cống Nhân Hiền - Hà nội ................................................................17
1.3 Các kết quả nghiên cứu cùng lĩnh vực. ...........................................................19
1.4 Kết luận chương ..............................................................................................21
CHƯƠNG 2 SỰ CỐ CỐNG TẮC GIANG NGUYÊN NHÂN VÀ GIẢI PHÁP
XỬ LÝ ......................................................................................................................22
2.1 Tình hình đê điều tỉnh Hà Nam .......................................................................22
2.1.1 Tình hình chung ........................................................................................22
2.1.2 Tình hình địa chất các tuyến đê thuộc địa phận tỉnh Hà Nam ..................23
2.2 Sự cố cống Tắc Giang .....................................................................................29
2.2.1 Vị trí cống Tắc Giang ...............................................................................30
2.2.2 Giới thiệu về thiết kế cống Tắc Giang ......................................................30
2.2.3 Quá trình thi công phần móng cống Tắc Giang........................................33

2.3 Diễn biến sự cố ................................................................................................35
2.4 Kết quả khảo sát hiện trường sau khi xảy ra sự cố ..........................................36
2.5 Sơ bộ đánh giá về nguyên nhân sự cố .............................................................37
2.5.1 Nhóm nguyên nhân do khảo sát................................................................38
2.5.2 Nhóm nguyên nhân do sai lầm trong quá trình thiết kế............................38
2.5.3 Nhóm nguyên nhân do quá trình thi công không đảm bảo .......................39
2.5.4 Nhóm nguyên nhân do quá trình quản lý vận hành sai quy trình .............39
2.5.5 Nguyên nhân do quản lý đầu tư xây dựng cơ bản không tuân thủ đúng các
quy định của nhà nước .......................................................................................39
2.5.6 Nhóm nguyên nhân do các yếu tố thiên nhiên bất lợi ..............................39
2.5.7 Nguyên nhân do điều kiện làm việc của công trình vượt quá tiêu chuẩn
thiết kế................................................................................................................40
2.6 Giải pháp xử lý sự cố.......................................................................................40
2.6.1 Giải pháp xử lý khẩn cấp giờ đầu .............................................................40
2.6.2 Phương án thiết kế chống thấm bằng tường xi măng đất: ........................43
2.6.3 Đánh giá hiệu quả chống thấm bằng tường xi măng đất ..........................47
2.6.4 Kỹ thuật thi công tường xi măng đất ........................................................50
2.6.5 Kỹ thuật khoan phụt xi măng cát bù nền ..................................................55
2.6.6 Quy trình xử lý khẩn cấp sự cố thấm cống dưới đê ..................................56
2.7 Kết luận chương: .............................................................................................58
CHƯƠNG 3 ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ XỬ LÝ THẤM..........................................59
3.1 Kết quả kiểm tra chất lượng tường chống thấm ..............................................59
3.1.1 Kiểm tra bề dày tường và độ liền khối của tường ....................................59
3.1.2 Kiểm tra độ đồng đều của tường xi măng đất và đổ nước hố khoan ........60
3.2 “Thử tải” công trình........................................................................................62
3.2.1 Mục đích của quá trình “thử tải” ..............................................................62
3.2.2 Thiết kế biện pháp “thử tải”.....................................................................62
3.2.3 Kết quả quan trắc áp lực thấm tại các giếng đo áp ..................................65
3.3 Tính toán thấm qua cống bằng phần mềm SEEP/W- GEOSLOPE ................68

3.3.1 Mặt cắt 1 ...................................................................................................68
3.3.2 Mặt cắt 2 ...................................................................................................69
3.3.3 Mặt cắt 3 ...................................................................................................69
3.3.4 Địa chất tính toán ......................................................................................70
3.3.5 Kết quả tính toán .......................................................................................70
3.4 So sánh cột nước quan trắc (Hqt) với cột nước tính toán lý thuyết (Htt) tại các
giếng đo áp. ...........................................................................................................71
3.4.1 Mặt cắt 1 ...................................................................................................71
3.4.2 Mặt cắt 2 ...................................................................................................73
3.4.3 mặt cắt 3 ....................................................................................................75
3.5 Nhận xét và kết luận ........................................................................................78
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................80
1. Những kết quả đã đạt được................................................................................80
2. Một số vấn đề tồn tại .........................................................................................80
3. Kiến nghị ...........................................................................................................80
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................81
PHỤ LỤC .................................................................................................................83
PHỤ LỤC 1 Kiểm tra thấm sau khi xử lý .............................................................83
PHỤ LỤC 2 Tính toán ổn định thấm trong quá trình “thử tải” .............................88


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Các công nghệ Jet-grouting hiện nay ...........................................................8
Hình 1.2 Mô tả quá trình thi công tạo tường chống thấm. ..........................................9
Hình 1.3 Mô tả giải pháp tường xi măng đất để chống thấm qua đáy cống .............12
Hình 1.4. Kiểm tra tường cọc XMĐ, Cống D10, năm 2005 .....................................15
Hình 1.5 Dòng chảy đùn lên mạnh ở phía hạ lưu cống Vĩnh Mộ .............................15
Hình 1.6 Cắt dọc cống Vĩnh Mộ bố trí cọc xi măng đất xử lý thấm........................16
Hình 1.7 Thi công cọc xi măng đất và bơm bù nên cống Vĩnh mộ ..........................17

Hình 1.8 Sạt lở mang cống trạm bơm Nhân Hiền .....................................................17
Hình 1.9 Xử lý khe rỗng khi thi công cọc xi măng đất Trạm bơm Nhân Hiền ........18
Hình 1.10 Cắt dọc hàng cọc xi măng đất chống thấm cho cống trạm bơm Nhân
Hiền. ..........................................................................................................................19
Hình 2.1 Mô phỏng đơn giản hóa mặt cắt đê tỉnh Hà Nam ......................................29
Hình 2.2 Vị trí cống Tắc Giang .................................................................................30
Hình 2.3 Mặt bằng cống- âu thuyền Tắc Giang ........................................................31
Hình 2.4 Cắt dọc cống Tắc Giang .............................................................................31
Hình 2.5 Bố trí tiêu nước hố móng của Tư vấn thiết kế lập .....................................33
Hình 2.6 Bố trí tiêu nước hố móng của Nhà thầu xây lắp ........................................34
Hình 2.7 Một số hình ảnh về sự cố công trình ..........................................................35
Hình 2.8 Phạm vi sự cố trên mặt bằng ......................................................................37
Hình 2.9 Phạm vi sự cố trên cắt dọc cống.................................................................37
Hình 2.10 Xử lý sự cố khẩn cấp ................................................................................41
Hình 2.11 Bố trí tường chống thấm trên mặt bằng ...................................................46
Hình 2.12 Cắt ngang tường chống thấm ...................................................................47
Hình 2.13 Sơ đồ thi công cọc Xi măng - đất .............................................................51
Hình 2.14 Sơ đồ tính toán số hàng cọc ....................................................................52
Hình 2.15 Cắt dọc cống đoạn bù nền ........................................................................55
Hình 3.1 Kiểm tra chất lượng tường chống thấm .....................................................60


Hình 3.2 Khoan lấy lõi và đổ nước hố khoan tại hiện trường...................................61
Hình 3.3 Nước thấm ra ở chân mái đê quây thượng lưu ...........................................63
Hình 3.4 Tính toán gradient thấm cửa ra MNTL=+5.00, MNHL=+0.08, chênh lệch
cột nước 4,92m, Jmax = 0.15. ...................................................................................64
Hình 3.5 Tính toán gradient thấm cửa ra MNTL=+7.10, MNHL=+2.18, chênh lệch
cột nước 4,92m, Jmax = 0.15. ...................................................................................64
Hình 3.6 Sơ đồ vị trí giếng đo tại cống Tắc Giang ...................................................65
Hình 3.7 Sơ đồ các mặt cắt tính toán ........................................................................68

Hình 3.8 MC1 thấm vòng qua mang cống qua các điểm đo T1, T2, T3, T4 ............69
Hình 3.9 Mặt cắt 2 thấm dọc tim cống qua các điểm đo T12, T11, T6, T5 ..............69
Hình 3.10 Mặt cắt 3 thấm qua vai phải cống qua các điểm đo T10-1, T8-1 ............69
Hình 3.11 So sánh cột nước quan trắc và cột nước tính toán tại mặt cắt 1 thấm vòng
qua mang cống. .........................................................................................................73
Hình 3.12 So sánh cột nước quan trắc và cột nước tính toán tại mặt cắt 2 thấm dọc
tim cống. ....................................................................................................................75
Hình 3.13 So sánh cột nước quan trắc và cột nước tính toán tại mặt cắt 3 thấm qua
vai phải đoạn giữa cống và âu thuyền. ......................................................................77
Hình 3.14 Mẫu lõi khoan ở khu vực bản đáy cống. ..................................................79


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1 Đặc tính cơ lý của các lớp đất đê sông Nhuệ.............................................24
Bảng 2.2 Đặc tính cơ lý của các lớp đất đê sông Hồng ............................................26
Bảng 2.3 Đặc tính cơ lý của các lớp đất đê sông Đáy...............................................28
Bảng 2.4 Phân bố địa chất nền cống Tắc giang .......................................................32
Bảng 2.5 Một số cặp mực nước có thể lựa chọn để tính toán ...................................48
Bảng 2.6 Hệ số thấm các lớp đất ...............................................................................48
Bảng 2.7 Kết quả tính toán thấm...............................................................................50
Bảng 3.1 Kết quả quan trắc cột nước tại các giếng đo áp .........................................66
Bảng 3.2 Các trường hợp được chọn để tính toán ....................................................68
Bảng 3.3 Hệ số thấm chọn để tính toán ....................................................................70
Bảng 3.4 Kết quả tính toán gradient cửa ra các mặt cắt ............................................70
Bảng 3.5 So sánh cột nước quan trắc và cột nước tính toán tại mặt cắt 1 ................71
Bảng 3.6 So sánh cột nước quan trắc và cột nước tính toán tại mặt cắt 2 ................73
Bảng 3.7 So sánh cột nước quan trắc và cột nước tính toán tại mặt cắt 3 ................75


1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Sự cố cống Tắc Giang xảy ra ngày 01/08/2012 là một bài học lớn cho các cán bộ
kỹ thuật ngành thủy lợi. Việc nghiên cứu, tổng kết kinh nghiệm thiết kế, thi công và
quản lý vận hành cống dưới đê là hết sức cần thiết.
Tác giả là người trực tiếp thi công xử lý sự cố ngay từ những ngày đầu tiên cho
đến khi kết thúc, đưa công trình vào khai thác sử dụng. Trong quá trình hơn 1 năm
tham gia trên công trình, tác giả đã được trực tiếp đo đạc đánh giá hiệu quả của các
giải pháp xử lý khẩn cấp sự cố cống dưới đê, từ các giải pháp tại chỗ trong những
ngày đầu đến các giải pháp mới như khoan phụt bù nền, khoan phụt Jet-grouting.
Đặc biệt hơn ở công trình này là sau khi xử lý đã tiến hành “thử tải”, tức là bơm
nước vào kênh dẫn phía sông Hông để tạo chênh lệch cột nước thượng – hạ lưu
cống bằng với chênh lệch mực nước thiết kế cống, từ đó quan trắc thấm và kết luận
về hiệu quả xử lý. Có thể nói chưa có công trình nào trong nước ta có đủ điều kiện
(kỹ thuật và kinh tế) để tạo một thí nghiệm tỷ lệ 1:1 như vậy.
Những số liệu thí nghiệm sau khi xử lý được tác giả phân tích, so sánh với kết quả
tính toán lý thuyết và đưa ra một số nhận xét là nội dung chính của luận văn này.
2. Mục đích của đề tài
Trình bày các giải pháp xử lý khẩn cấp sự cố cống Tắc Giang và đánh giá hiệu
quả xử lý chống thấm bằng tường xi măng đất thi công theo công nghệ Jet-grouting
qua thí nghiệm “thử tải”.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu công dưới đê bị sự cố xói ngầm nói chung và nghiên cứu cụ thể sự
cố khẩn cấp cống Tắc Giang – Hà Nam.
4. Phương pháp nghiên cứu
4.1 Phương pháp nghiên cứu tài liệu
Tài liệu thiết kế, hồ sơ kỹ thuật thi công cống Tắc Giang, các sách báo liên quan
đến sự cố công trình,…

2

4.2 Phương pháp thí nghiệm mô hình:
Các số liệu quan trắc mực nước tại các giếng đo áp bố trí trên cống ứng với các
tổ hợp chênh lệch mực nước khác nhau diễn ra trong quá trình “thử tải” đã được ghi
chép theo từng giờ và trong suốt 30 ngày thí nghiệm.
4.3 Phương pháp lý thuyết:
Sử dụng phần mềm SEEP/W của hảng GEO-SLOPE để tính toán xác định áp lực
thấm tại các điểm trong nền cống sau khi xử lý, ứng với các tổ hợp chênh lệch mực
nước khác nhau.So sánh kết quả tính toán và kết quả thí nghiệm mô hình tỷ lệ 1:1,
từ đó rút ra một số nhận xét và kiến nghị.


3

CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ SỰ CỐ CỐNG DƯỚI ĐÊ
1.1 Tổng quan về sự cố cống dưới đê và giải pháp xử lý
1.1.1 Tình hình chung
Nước ta hiện nay có rất nhiều cống dưới đê đã và đang được xây dựng. Trong số
này có rất nhiều cống được xây dựng trên các vùng đất bồi của sông, cửa sông, ven
biển… chủ yếu địa chất nền là đất cát, cát pha, lớp tầng phủ bằng đất sét tương đối
mỏng. Trong khi đó do quá trình thi công đào móng các công trình đã đào hết lớp
phủ này và đáy công trình đặt ngay trên nên cát. Sau một thời gian đưa vào sử dụng
thì nhiều cống đã gặp phải sự cố do phần cát của nền tại các điểm tiếp giáp với cống
bị xói khi có sự chênh lệch mực nước giữa thượng và hạ lưu cống. Các sự cố xuất
hiện thấm dưới đáy và hai bên mang cống, có thể gây ra luồng đáy làm rỗng nền
công trình, gây xói lở sạt trượt sân tiêu năng,….Các sự cố làm cho công trình không
làm việc được đúng như thiết kế gây ảnh hưởng xấu đến sản xuất và sinh hoạt của

người dân, thậm chí xảy ra hậu quả nghiêm trọng ảnh hưởng đến tài sản và tính
mạng của nhân dân.
Trên hệ thống đê sông Hồng và sông Thái Bình có khoảng hơn 1000 cống lớn
nhỏ. Nhiều cống đã quá tuổi thọ, bị ném bom hư hại và đã qua sửa chữa nhiều lần.
Ngoài ra còn một số lượng lớn cống nhỏ năm trên các tuyến đê do địa phương quản
lý, vật liệu xây dựng và chất lượng thi công cống rất khác nhau.
Những năm qua do hệ thống đê điều được tôn cao, phương tiện giao thông đi lại
ngày cang nhiều, nên tải trọng tác dụng lên cống củng lớn hơn nhiều so với thiết kế
ban đầu.
Một số cống mới xây dựng, tuy chất lượng xây đúc khá hơn trước nhiều, song về
thiết kế và thi công đã bộc lộ không ít tồn tại về xử lý nền, khớp nối, cửa van, bể
tiêu năng, xử lý mang cống….
Mặt khác, công tác quản lý vận hành cống ở nhiều nơi làm vẫn chưa tốt.Chưa tôn
trọng và tuân thủ các quy trình, quy phạm kỹ thuật nên trong vận hành đã gây ra
nhiều hư hỏng.


4

Một số còn coi nhẹ việc theo dõi diễn biến của cống trong quá trình làm việc, khi
xảy ra hư hỏng không phát hiện để xử lý kịp thời, bởi vậy khi có lũ đã gây ra các sự
cố bất ngờ.
Việc nghiên cứu các sự cố và tìm giải pháp để sửa chữa và nâng cấp các cống
dưới đê đã được quan tâm và đầu tư của các cơ quan quản lý đê điều từ Trung ưng
đến địa phương, của các cơ quan nghiên cứu và của nhiều nhà khoa học.
Vì vậy, luận văn đặt vấn đề nghiên cứu các giải pháp xử lý sự cố, đặc biệt là sự
cố khẩn cấp của cống dưới đê thuộc hệ thống sông Hồng và sông Thái Bình.
Kết quả điều tra 855 cống dưới đê trong Đề tài độc lập cấp Nhà nước "Nghiên
cứu giải pháp KHCN để sửa chữa nâng cấp cống dưới đê" năm 2005 cho thấy trên
hệ thống sông Hồng và sông Thái Bình có 132 cống bị hư hỏng cần sửa chữa, trong

đó có 20 cống bị thấm chiếm 15%.[6]
Thống kê các sự cố vỡ đê thì đa phần đều ở vị trí cống, ví dụ như cống Thôn
(1986), cống Nội Doi (1995) v.v… Một loạt các cống mới xây dựng gần đây bị sự
cố thấm như: Cống D10 (xây xong năm 1998), Mai Trang (2001), Vĩnh Mộ (2005),
Nhân Hiền (2011), Đập Phúc (2011), Tắc Giang (2012), ... cho thấy vấn đề này cần
phải được tiếp tục tìm hiểu và phân tích một cách sâu sắc hơn. Tuy nhiên, có thể
đưa ra một số nhận định bước đầu như sau:
- Các cống trên đều xây dựng trên nền cát chảy, đặc trưng của địa chất nền nhạy
cảm về thấm chạy dọc từ Hà Nội xuống Hà Nam và Nam Định.[8]
- Các cống đều xử lý đóng cọc bê tông cốt thép. Một số cống có đóng cừ chống
thấm.[8]
- Quan sát hiện trạng các cống bị sự cố cho thấy dòng thấm mang theo một lượng
cát nền trôi xuống hạ lưu. Ví dụ như: cống Đập Phúc đã phải bơm 360m3 vữa (cát +
ximăng), Vĩnh Mộ (150m3), Nhân Hiền (150m3), Tắc Giang (600m3)... có những
cống nền rỗng trên 3m, cống hầu như đứng trên đầu cọc.[8]
1.1.2 Nguyên nhân gây ra sự cố Cống Dưới đê
Về nguyên tắc, sự cố công trình xảy ra có thể là 1 hoặc tổ hợp các nhóm nguyên
nhân sau đây:


5

+ Nhóm nguyên nhân do khảo sát:
Một số công trình chưa tiến hành khảo sát đã tiến hành thiết kế thi công; hoặc là
sử dụng tài liệu địa chất của các công trình cùng khu vực;
Tư liệu khảo sát không đầy đủ và độ chính xác không cao;
Quá trình thực hiện khảo sát không tuân thủ đúng các quy định;
Quá trình từ lấy mẫu đến thí nghiệm chưa tuân thủ đúng quy trình làm cho kết
quả thí nghiệm có độ chính xác không cao.
+ Nhóm nguyên nhân do sai lầm trong quá trình thiết kế:

Xây dựng công trình trên nên đất yếu, đất cát pha, đất có tính chất đặc biệt nhưng
thiết kế chưa đưa ra được các biện pháp công trình hợp lý;
Thiết kế dập khuôn, không dựa vào điều kiện thực tế: Vì điều kiện địa chất công
trình ở các nơi khác nhau rất xa, rất phức tạp, khi thiết kế nếu không cẩn thận mà
sao chép một cách cứng nhắc sẽ không tránh khỏi thất bại đáng tiếc;
Tính toán thiết kế sai, tải trọng không chính xác, kết cấu chống thấm chưa hợp lý,
thiết kế không phù hợp với điều kiện địa chất;
+ Nhóm nguyên nhân do quá trình thi công không đảm bảo;
Thi công phần tiếp giáp mang cống không đúng với quy định;
Thi công thiết bị chống thấm không đảm bảo sự làm việc như yêu cầu thiết kế đề ra;
Biện pháp thi công không hợp lý: Làm xáo trộn hoặc phá hoại kết cấu đất của lớp
nền đỡ móng, gia tăng ngoại lực trong quá trình thi công, làm tác động xấu đến các
phần công trình đã thi công xong...;
Không thi công đầy đủ như thiết kế, không thi công đúng trình tự, không thực
hiện đúng quy định về thời gian được phép chuyển bước thi công tiếp theo (đặc biệt
là các kết cấu bê tông, bê tông cốt thép..);
Trong quá trình thi công dùng vật liệu không đúng chủng loại, chất lượng, làm
cho các bộ phận quan trọng bị hỏng trước độ tuổi;
+ Nhóm nguyên nhân do quá trình quản lý vận hành sai quy trình;
+ Nguyên nhân do quản lý đầu tư xây dựng cơ bản không tuân thủ đúng các quy
định của nhà nước;


6

+ Nhóm nguyên nhân do các yếu tố thiên nhiên bất lợi;
+ Nguyên nhân do điều kiện làm việc của công trình vượt quá tiêu chuẩn thiết kế;
Mỗi công trình lại có một đặc điểm riêng biệt vì thế việc đánh giá nguyên nhân
cần xem xét hết tất cả các nguyên nhân trên, đánh giá một cách tỷ mỹ và chính xác,
để đưa ra được nguyên nhân chính gây nên sự cố từ đó chọn được biện pháp xử lý

thích hợp đối với từng công trình.
1.1.3 Các giải pháp xử lý thấm qua nền và mang Cống Dưới đê
1.1.3.1 Giải pháp xử lý truyền thống
(1)- Sử dụng cừ thép, cừ gỗ hoặc cừ bê tông cốt thép … đóng cắt qua tầng thấm
nước: Giải pháp này không thích hợp khi sửa chữa chống thấm cho các cống đã có
vì việc liên kết cừ với bản đáy rất khó khăn; ngoài ra nếu tầng thấm nước dày thì cừ
không chắn hết được tầng thấm;
(2)- Kéo dài đường viền thấm bằng tấm BTCT thượng lưu: Giải pháp này không
thích hợp khi sửa chữa chống thấm cho các cống hiện có do phải làm khô hố móng;
ngoài ra khi tầng thấm nước dày cũng không có hiệu quả;
(3)- Khoan phụt truyền thống:
Trong những năm gần đây, ở một số cống đã thử nghiệm biện pháp khoan phụt
truyền thống (còn gọi là khoan phụt áp lực thấp) để xử lý thấm bên mang cống.
Khoan phụt truyền thống sử dụng máy phun vữa có áp lực 2-3 atm, vữa phụt chủ
yếu là nước và dung dịch đất sét (hoặc Bentonite), hoặc có thể thêm xi măng để
tăng cường độ.Tuy nhiên công nghệ khoan truyền thống chỉ đạt hiệu quả cao khi
dùng để tạo màng chống thấm cho công trình nền đá bị nứt nẻ hoặc phong hoá.Gần
đây, cục PCLB&QLĐĐ đã sử dụng khoan phụt áp lực thấp để xử lý lỗ hổng trong
thân đê, vữa phụt chủ yếu là sử dụng đất sét khai thác tại chỗ. Qua một thời gian
ứng dụng cho thấy khoan phụt truyền thống có tác dụng giảm lượng nước thấm qua
thân đê rõ rệt, tuy nhiên cũng còn một số tồn tại như:
Hiệu quả chống thấm tương đối cao đối với đất có lỗ rỗng 0,1- 0,3mm, đất cát và
đất hạt rời. Với đất bùn yếu, đất sét và đất cát mịn thì không có hiệu quả;
Khoan phụt truyền thống chỉ có tác dụng với vùng đất nằm trên mực nước ngầm;


7

Hiệu quả khoan phụt chưa được đánh giá đầy đủ, chưa có phương pháp đánh giá
tin cậy;

Đặc biệt việc xử lý hư hỏng nền cống và mang cống bằng công nghệ khoan phụt
truyền thống không cho hiệu quả mong muốn.
Việc dùng các giải pháp trên đây việc xử lý chưa đạt hiệu quả cao, việc xử lý
phải lặp đi lặp lại nhiều lần, vì thế cần chọn được một giải pháp phù hợp đạt hiệu
quả cao và tiết kiệm chi phí.
1.1.3.2 Giải pháp tường ximăng đất để chống thấm theo công nghệ Jet-grouting
a. Giới thiệu về công nghệ Jet-grouting:
Lịch sử ra đời:
Công nghệ Jet–grouting được phát minh ở Nhật Bản năm 1970, năm 1974 một
công ty ở Ý đã mua lại phát minh trên và ra đời công ty Technicwell. Năm 1979
người Đức cũng mua bản quyền công nghệ Jet-grouting và phát triển công nghệ
này. Những công ty xử lý nền móng hàng đầu thế giới hiện nay như công ty
Laynerchristen (Mỹ), Soletane-Bachy (Pháp), Bauer (Đức), Frankilipe (Úc)....[7].
Đối với nước ta, Jet-grouting là một công nghệ mới có nhiều hứa hẹn trong xử lý
nền móng các công trình xây dựng nói chung và công trình thuỷ lợi nói riêng.
Tổng quan về công nghệ Jet- grouting:
Phương pháp này dựa vào nguyên lý cắt nham thạch bằng dòng nước áp lực. Khi
thi công, trước hết dùng máy khoan để đưa ống bơm có vòi phun bằng hợp kim vào
tới độ sâu phải gia cố (nước + XM) với áp lực khoảng 20 MPa từ vòi bơm phun xả
phá vỡ tầng đất. Với lực xung kích của dòng phun và lực li tâm, trọng lực... sẽ trộn
lẫn dung dịch vữa, rồi sẽ được sắp xếp lại theo một tỉ lệ có qui luật giữa đất và vữa
theo khối lượng hạt. Sau khi vữa cứng lại sẽ thành cột xi măng đất.


8

a. Công nghệ đơn pha

b. Công nghệ hai pha

c. Công nghệ ba pha

Hình 1.1 Các công nghệ Jet-grouting hiện nay
Miêu tả công nghệ Jet-grouting (Hình.1.1)
Hiện nay trên thế giới đã phát triển ba công nghệ Jet-grouting là công nghệ đơn
pha, công nghệ hai pha, và công nghệ ba pha.
•

Công nghệ đơn pha (Hình.1.1a):

Vữa phụt phun ra với vận tốc 100m/s, vừa cắt đất vừa trộn vữa với đất một cách
đồng thời, tạo ra cột xi măng đất đồng đều với độ cứng cao và hạn chế đất trào
ngược lên. Công nghệ đơn pha dùng cho các cột xi măng đất có đường kính vừa và
nhỏ 0,4 ~1,2m.
•

Công nghệ hai pha (Hình.1.1b):

Đây là hệ thống phụt vữa kết hợp vữa với không khí. Hỗn hợp vữa đất-ximăng
được bơm ở áp suất cao, tốc độ 100m/s và được bao bọc bởi một tia khí nén. Dòng
khí nén sẽ làm giảm ma sát và cho phép vữa xâm nhập sâu vào trong đất, do vậy tạo
ra cột xi măng đất có đường kính lớn.
Tuy nhiên, dòng khí lại làm giảm độ cứng của xi măng đất so với phương pháp
phụt đơn pha và đất bị trào ngược nhiều hơn.
Công nghệ này chủ yếu dùng để thi công các tường chắn, cọc và hào chống thấm.
•

Công nghệ ba pha (Hình.1.1c):

Quá trình phụt có cả vữa, không khí và nước. Không giống phụt đơn pha và phụt

hai pha, ban đầu nước được bơm với áp suất cao kết hợp với dòng khí nén bao bọc


9

xung quanh dòng nước để đẩy khí ra khỏi đất. Sau đó vữa được bơm qua một vòi
riêng biệt nằm dưới vòi khí-nước để lấp đầy khoảng trống của khí. Phụt ba pha là
phương pháp thay thế đất mà không xáo trộn đất.
Công nghệ ba pha sử dụng để làm các cọc, các tường ngăn chống thấm, có thể
tạo ra cột xi măng đất đường kính đến 2m.
*) Phương pháp thi công:
Công tác khoan thực hiện bằng khoan xoay và xối nước qua cần khoan và mũi
khoan. Sau khi đưa mũi khoan đến cao độ thiết kế, quá trình phụt vữa bắt đầu.Vữa
được phụt qua vòi phun với áp suất và vận tốc cao, làm phá vỡ kết cấu của đất và
tạo thành cột xi măng đất.Trong suốt quá trình phụt vữa, cần khoan vừa xoay vừa
nhấc lên dần.
Thiết bị thi công bao gồm: thùng chứa nước; trạm trộn vữa và thiết bị khoan,
bơm.

Hình1.2 Mô tả quá trình thi công tạo tường chống thấm.
Các ống nối chịu áp lực cao và đường cáp điều khiển nối máy bơm với máy
khoan. Cần khoan thường dài 1,5m hoặc 3m. Lỗ khoan được nối với rãnh thu để
đưa bùn chảy vào vị trí máy bơm bùn. Tại đây hỗn hợp nước-đất-ximăng được bơm
ra khỏi hiện trường hoặc sử dụng lại.
Khoan: Cần khoan có bố trí các lỗ phun và mũi khoan, cho phép khoan đến độ
sâu yêu cầu. Thông thường, hỗn hợp vữa để phun đồng thời cũng làm dung dịch giữ
vách lỗ khoan.
Phụt vữa:Quá trình phun vữa được thực hiện từ dưới lên trên, vừa phun vừa xoay
và rút cần khoan lên. Hỗn hợp đất-nước-ximăng thừa sẽ vận chuyển lên mặt đất

10

theo vành khuyên tiếp giáp với lỗ khoan và dọc theo cần khoan. Trong quá trình
phụt phải liên tục theo dõi các thông số thiết kế.
Hỗn hợp vữa: Sự hỗn loạn do tia vữa gây ra trong vùng ảnh hưởng có tác dụng
trộn đều đất với dụng dịch phụt.
*) Tính toán thiết kế các thông số khoan phụt:
Các yếu tố ảnh hưởng đến kết quả gia cố đất bằng Jet grouting là: loại đất; sức
chịu tải; dung trọng; cấp phối hạt; hàm lượng nước; giới hạn Atterbug.
Các thông số cần xác định trong Jet - Grouting là đường kính cột; tốc độ thi
công; tính chất cơ lý của cột mới tạo ra và hiệu quả kinh tế. Mỗi thông số ứng với
một loại đất ở một vị trí nhất định được xác định qua tính toán.Tuy nhiên, cần phải
tiến hành các thử nghiệm hiện trường nhằm tìm được các thông số thích hợp.
Trình tự tính toán sơ bộ các thông số khoan phụt như sau:
1. Sơ bộ chọn cường độ cột xi măng đất, kết hợp với biểu đồ kinh nghiệm để
hiệu chỉnh lượng xi măng, sau đó xác định lượng xi măng trên một m3 cột xi măng
đất.
2. Chọn đường kính cột xi măng đất sẽ tạo ra và tính toán lượng xi măng sẽ dùng.
3. Chọn cấp phối vữa. Trong trường hợp hỗn hợp chỉ là nước và xi măng, tỉ lệ
này sẽ ảnh hưởng đến khả năng bơm cũng như cường độ cột xi măng đất.Tỉ lệ N/X
càng cao thì càng dễ bơm nhưng cường độ đạt được lại thấp.
Khi chọn cấp phối vữa cần quan tâm đến các yếu tố: điều kiện tự nhiên của đất;
cấp phối hạt; khả năng thấm và hàm lượng nước.
Trong vùng đất có tính thấm lớn, nước trong vữa có thể thoát ra khỏi vùng xử lý,
tỉ lệ N/X cần chọn tăng lên.
Với đất dính, độ thấm nước nhỏ thì chọn tỉ lệ N/X nhỏ để đạt cường độ cao hơn.
Với đất có độ thấm cao, mà yêu cầu về cường độ không cao lắm, có thể pha thêm
Bentonite vào vữa để giảm mất nước.
Tỉ lệ N/X thông thường chọn từ 1 đến 2.

4. Từ (1), (2), (3) tính toán số lượng vữa cần bơm cho một cột xi măng đất.


11

5. Chọn áp suất phụt. Lý tưởng nhất là xác định bằng kinh nghiệm kết hợp với thí
nghiệm hiện trường.Thông số này đồng thời cũng là hàm số giữa năng lực của bơm
áp lực và điều kiện thực tế của đất. Áp suất bơm vữa càng cao, năng lực của tia phụt
ra càng lớn và kết quả là hiệu quả phá đất càng cao.
Áp suất càng cao đường kính cột đất càng lớn. Đường kính cột đất còn phụ thuộc
vào thời gian bơm, tức là thời gian giữ cần khoan cố định tại một chỗ để bơm và
lượng vữa bơm ra tại vị trí đó.
6. Chọn kích thước và số lỗ phù hợp với cần khoan.
7. Từ (4) và (6) tính toán thời gian bơm vữa cho một mét cột xi măng đất.
8. Chọn mức độ rút cần khoan lên và tính toán thời gian cần thiết để bơm một
lượng vữa cần thiết cho mỗi đoạn.
9. Chọn tốc độ quay của cần khoan khi rút lên, ít nhất là 1 đến 2 vòng cho mỗi
đoạn.
Sau khi tính toán qua 9 bước nói trên, tiến hành một số thí nghiệm hiện trường. Ít
nhất phải làm tại bốn vị trí, mỗi vị trí làm ba cột. Tại mỗi vị trí cần thay đổi giá trị
cấp phối vữa, lưu lượng và bước thời gian.
Sau khi cột xi măng đất đã ổn định, tiến hành đào kiểm tra cột xi măng đất để đo
lại đường kính và kiểm tra cường độ, hệ số thấm. Nếu cột xi măng đất nằm quá sâu,
có thể khoan lấy mẫu để thí nghiệm.
b. Áp dụng công nghệ Jet-grouting để chống thấm:


12

Hình1.3a Thi công tường chống thấm cho cống dưới đê

Cống ngầm dưới đê

Phía sông

Mực nước mùa lũ

M¸y Khoan Phôt

Phía đồng
Thân đê
đắp bằng đất có tính thấm nước nhỏ

Mạch sủi do dòng thấm chảy
trong tầng cuội sỏi. Đùn ra hạ
lưu tại vị trí tầng phủ mỏng. Đe
doạ vỡ đê

Tường cọc Ximăng đất
cắt đứt dòng thấm
Các khuyết tật dưới đáy công trình do dòng thấm gây ra

Lớp đất phủ có tính thấm nước nhỏ
(chiều dày thay đổi tuỳ khu vực)
Lớp đất có tính thấm nước mạnh
(cát, cuội sỏi,...)

Nền đất cứng (đá gốc, sét cứng,...)

Hình 1.3b Cắt dọc cống được xử lý chống thấm
Hình 1.3Mô tả giải pháp tường xi măng đất để chống thấm qua đáy cống

Kết cấu chống thấm đề xuất là một tường ngầm bằng các cột xi măng đất nằm
chồng lấn lên nhau (Overlap) thi công bằng công nghệ Jet-grouting. Tường xi măng
đất kéo dài ra hai bên mang cống để tạo tuyến ngăn thấm hoàn chỉnh. Mô hình
tường chống thấm được thể hiện trong hình 1.3
*) Tóm tắt giải pháp như sau:
Trước hết sử dụng khoan tạo lỗ dường kính 91-110 mm, xuyên qua Bê tông cốt
thép đáy cống tại vị trí tuyến thiết kế, với khoảng cách 50 ~ 80 cm (tùy thuộc đường
kính cọc ximăng đất dự kiến.
Nếu dưới đáy cống bị rỗng thì phải sử dụng bơm bê tông để bơm hỗn hợp cát +
ximăng bù nền, áp lực bơm 5 ~ 7 atm. Trong trường hợp không làm cạn được đáy
cống, nên sử dụng các ống nhựa đường kính 90 mm cắm đánh dấu các lỗ đã khoan.


13

Đặt máy khoan Jet-grouting trên sàn đạo bắc qua cống, đưa cần khoan theo ống
nhựa D90 đến độ sâu thiết kế, sau đó bơm vữa xi măng qua cần khoan với áp lực
cao (>200atm), vữa bắn ra qua lỗ phun gắn ở đầu mũi khoan, tiếp theo vừa rút cần
khoan lên, vừa xoay cần khoan. Áp lực cao của tia vữa sẽ bắn phá đất và trộn vữa xi
măng với đất tại chỗ. Khi lên đến cao trình cần thiết thì dừng lại, ngừng bơm vữa và
rút cần khoan lên. Tiếp tục thi công các cọc bên cạnh theo trình tự trên để tạo ra các
cột xi măng - đất chồng lấn lên nhau. Trong trường hợp có dòng chảy ngầm dưới
đáy cống thì có thể cho thêm phụ gia đóng rắn nhanh để vữa không bị cuốn trôi.
*) Giải pháp mới phải đạt được các yêu cầu sau:
(1)- Tạo ra được một tường có khả năng ngăn chặn dòng thấm dưới nền và hai
bên mang cống. Liên kết tốt với bản đáy công trình để tạo thành kết cấu chống thấm
hoàn chỉnh mà không gây hư hại công trình, không phải dừng hoạt động bình
thường (tưới, tiêu, giao thông thủy bộ,...); [6]
(2)- Thi công thuận lợi, rút ngắn thời gian, chủ động trong mọi tình huống, thi
công được trong điều kiện khó khăn, không gian chật hẹp, thậm chí phải thi công

trong nước; [6]
(3)- Đã áp dụng cho nhiều công trình đạt hiệu quả cao.
1.2 Kinh nghiệm xử lý sự cố thấm một số cống dưới đê
1.2.1 Sự cố cống D10-Hà Nam
1.2.1.1 Hiện trạng
Cống tiêu D10 thuộc hệ thống thuỷ nông thị xã Phủ Lý tỉnh Hà Nam, xây dựng
năm 2002. Mùa lũ năm 2002, khi đi vào vận hành xảy ra sự cố mạch sủi phía đồng.
1.2.1.2 Nguyên nhân
Cống tiêu D10 có móng đặt trên lớp á sét nhẹ số (3) dày 3m; tiếp theo là lớp số
(4) cát bụi, hạt nhỏ dày 5m; tiếp đến là lớp sét màu nâu xám. Nguyên nhân gây
mạch sủi được đánh giá như sau: Lớp đất số (4) là lớp cát bụi, lớp này bắt đầu từ
cao trình - 4.48m. Thiết kế đã đóng cọc tre đến đến cao trình - 4.0m, tức là gần như
xuyên hết (cũng có thể xuyên hết) lớp số 3 có khả năng chống thấm tương đối tốt.
Do chênh lệch mực nước khi lũ ngoài sông cao, tạo ra dòng chảy ngầm trong lớp 4


14

Lớp cát bụi này rất dễ bị xói ngầm, các hạt nhỏ theo dòng thấm đi về hạ lưu và tạo
ra mạch đùn phía đồng.[6]
1.2.1.3 Biện pháp xử lý đã làm trước đó
Tháng 10 năm 2003, địa phương đã tiến hành sửa chữa như sau: Đào đất hai bên
mang cống rồi bọc xung quanh cống (trừ dưới đáy không làm được) bằng đất sét
luyện dày 0.5m. Đắp trả đất xung quanh cống bằng đất thịt đảm bảo dung trọng.
Làm một hàng cừ gỗ phía sông cuối bể tiêu năng và một hàng cừ gỗ phía đồng,
chiều dài cừ là 3m. Luồn ống để bơm- phụt dung dịch sét - XM xuống dưới đáy
cống. Công việc sửa chữa hoàn thành tháng 4 năm 2004. Đến tháng 7 năm 2004,
khi có lũ phía trong đồng lại bị đùn sủi, đe doạ vỡ đê. Như vậy giải pháp sửa chữa
đã làm không có hiệu quả. Địa phương lại phải tiếp tục hoành triệt cống.
Nếu không tìm được giải pháp sửa chữa, dự kiến sẽ phải hoành triệt cống cũ, xây

cống mới cách đó khoảng 500m. Giải pháp này chưa thuyết phục được vì một số lý
do sau: (1)- Địa chất cống mới cũng tương tự như ở cống cũ, vì vậy cũng cần phải
có phương án xử lý chống thấm thích hợp. (2) - Xây cống mới tốn kém và phải đền
bù đất đai. (3)- Cống cũ không được sửa chữa dứt điểm vẫn tiếp tục là ẩn hoạ. Theo
yêu cầu của địa phương, Viện Khoa học Thuỷ lợi đã nghiên cứu ứng dụng công
nghệ mới để sửa chữa cống D10.
1.2.1.4 Phương án xử lý sử dụng công nghệ Jet-grouting
+ Tạo ra được một tường chống thấm bằng cọc xi măng đất cắt qua tầng thấm
mạnh (lớp 4) và cắm và tầng có hệ số thấm bé (lớp 5).
+ Tường xi măng đất có chiều dài 20 (m), chiều sâu 12 (m).
+ Kinh phí thực hiện: 200 triệu đồng, giảm 130 triệu so với kinh phí sửa chữa
trước đây.
+ Thời gian thi công: 15 ngày, trong khi đó sửa chữa lần đầu thi công 2 tháng.
Qua theo dõi các trận lũ, đặc biệt có trận lũ lớn năm 2005 cho thấy không còn
hiện tượng đùn sủi như trước, việc sửa chữa đã thành công.


15

Hình 1.4.Kiểm tra tường cọc XMĐ, Cống D10, năm 2005
1.2.1.5 Bài học kinh nghiệm
Khi thiết kế cống dưới đê mà địa chất có lớp cát cần phải có giải pháp xử lý thấm
thích hợp. Nếu đóng cọc (Tre, bê tông, ...) lưu ý sẽ làm phá hoại kết cấu đất làm gia
tăng khả năng thấm qua đáy và mang cống.
1.2.2 Sự cố cống Vĩnh Mộ - Hà nội
1.2.2.1 Hiện trạng
Cống tiêu tự chảy Vĩnh Mộ
là một công trình trong hệ
thống thủy nông Sông Nhuệ
được đưa vào sử dụng từ năm

2005, công trình đã vận hành
rất tốt, ổn định đảm bảo nhiệm
vụ thiết kế. Tuy nhiên đến
01/2009 Công ty Thủy lợi
Sông Nhuệ và Xí nghiệp Thủy
lợi Hồng Vân đi kiểm tra thực
địa thấy xuất hiện hiện tượng

Hình 1.5 Dòng chảy đùn lên mạnh ở
phía hạ lưu cống Vĩnh Mộ

dòng chảy qua đáy cống khi thượng hạ lưu cống có chênh lệch mực nước. Với
chênh lệch mực nước thượng lưu và hạ lưu khoảng 1m, quan sát thấy dòng chảy


16

luồn từ phía kênh ra phía sông Nhuệ rất lớn mang theo bùn, đất, phía thượng lưu tạo
thành khu xoáy lớn, phía hạ lưu dòng chảy đùn lên rất mạnh. Khớp nối thân cống và
tường cánh đã bị hư hỏng.
1.2.2.2 Nguyên nhân
Từ những hiện tượng trên có thể phán đoán rằng quá trình thi công cọc có thể đã
làm phá vỡ kết cấu và gây xáo trộn lớp đất phía trên nền tạo ra các hang nhỏ xuyên
từ Thượng lưu ra hạ lưu gây ra hiện tượng thấm, khi đã có dòng chảy dưới nền từ
thượng lưu về hạ lưu sẽ kéo đất cát theo dẫn đến nền càng bị xói nhiều hơn, nếu cứ
để tình trạng như vậy nền bị xói rỗng đe dọa đến an toàn công trình, để công trình
cống Vĩnh Mộ bền vững và phát huy hiệu quả hoạt động lâu dài cần có biện pháp
xử lý ngay.
1.2.2.3 Biện pháp xử lý
Sau một thời gian nghiên cứu Viện Thuỷ công - Viện khoa học thuỷ lợi Việt

Nam đã đề xuất biện pháp dùng cọc xi măng đất thi công bằng công nghệ Jet
Grouting để xử lý hiện tượng thấm qua nền công trình. Cọc ximăng đất bố trí chống
thấm trên cống được chia làm các đoạn:
- Phần thân cống: 2 hàng cọc có đường kính D = 80cm, chiều dài cọc 8.7m ( từ
cao trình -0.3m xuống -9.0m).
- Phần hai bên đê mang cống: 1 hàng cọc có đường kính D= 80cm, chiều dài cọc
12.0m ( từ cao trình +5.0m xuống cao trình -7.0m).

Hình 1.6 Cắt dọc cống Vĩnh Mộ bố trí cọc xi măng đất xử lý thấm


17

Hình 1.7Thi công cọc xi măng đất và bơm bù nên cốngVĩnh mộ
1.2.2.4 Bài học kinh nghiệm
Cống Vĩnh Mộ là công trình xử lý chống thấm nền khá thành công, trước đó đã
sử dụng các biện pháp khác nhưng đều không hiệu quả, khi ứng dụng cọc xi măng
đất thi công bằng công nghệ Jet-Grouting vào đã cơ bản xử lý tận gốc nguyên nhân
gây ra sự cố, tuy nhiên khe rỗng trong nền mới chỉ xử lý bằng bơm cát vào nền
nghĩa là chỉ lấp đầy khe rỗng chứ chưa đảm bảo thật sự triệt để về mặt thấm qua nền
dù đã có tường xi măng đất chống thấm, cần có những nghiên cứu thật sâu hơn nữa.
Quan sát trước và sau thi công, quan trắc trong một thời gian dài sử dụng có thể
khẳng định rằng công trình đã được xử lý thành công, vận hành ổn định, được chủ
đầu tư đánh giá rất cao làm cơ sở áp dụng cho các công trình khác.
1.2.3 Sự cố cống Nhân Hiền - Hà nội
1.2.3.1 Hiện trạng
Trong thời gian tưới từ tháng 12 năm
2010 đến tháng 2 năm 2011, mực nước
trong sông cụt Thanh Thuỳ luôn giữ ở
cao trình xung quanh (+4), mực nước bể

hút trạm bơm cũng chính là mực nước
ngoài sông Nhuệ luôn giữ ở cao trình
xung quanh (+1). Như vậy mực nước
trong sông cụt Thanh Thuỳ chênh với
cao trình mực nước bể hút 3m, toàn bộ

Hình 1.8 Sạt lở mang cống trạm bơm
Nhân Hiền