NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ “DÒNG TIA VỮA XI MĂNG CAO ÁP” (JETGROUTING) ĐỂ SỬA CHỮA NÂNG CAO TÍNH ỔN ĐỊNH THẤM CỦA NỀN CỐNG ĐỒNG BẰNG, ÁP DỤNG CHO VIỆC XỬ LÝ THẤM CỐNG MAI TRANG PHÚ XUYÊN HÀ NỘI

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

LÊ THÁI SƠN

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ “DÒNG TIA VỮA XI MĂNG CAO
ÁP” (JET-GROUTING) ĐỂ SỬA CHỮA NÂNG CAO TÍNH ỔN ĐỊNH THẤM
CỦA NỀN CỐNG ĐỒNG BẰNG, ÁP DỤNG CHO VIỆC XỬ LÝ THẤM CỐNG
MAI TRANG - PHÚ XUYÊN - HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ

HÀ NỘI - 2011


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

LÊ THÁI SƠN

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ “DÒNG TIA VỮA XI MĂNG CAO
ÁP” (JET-GROUTING) ĐỂ SỬA CHỮA NÂNG CAO TÍNH ỔN ĐỊNH THẤM
CỦA NỀN CỐNG ĐỒNG BẰNG, ÁP DỤNG CHO VIỆC XỬ LÝ THẤM CỐNG
MAI TRANG - PHÚ XUYÊN - HÀ NỘI

Chuyên ngành : Xây dựng công trình thủy
Mã số :

60 - 58 - 40
LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :

1. TS. Phan Trường Giang
2. GS.TS. Phạm Ngọc Quý

HÀ NỘI - 2011


Luận văn thạc sĩ – Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy

-1-

Lời cảm ơn
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành nhất tới thầy giáo TS. Phan
Trường Giang và thầy giáo GS.TS. Phạm Ngọc Quý đã hướng dẫn, chỉ bảo
tận tình trong quá trình thực hiện luận văn;
Tác giả xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa sau Đại
học, các thầy cô giáo các bộ môn của trường Đại Học Thủy Lợi Hà Nội đã
tận tình giúp đỡ và truyền đạt kiến thức trong suốt chương trình cao học cũng
như trong quá trình thực hiện luận văn này;
Tác giả xin chân thành cám ơn Ban Giám Đốc Ban Quản lý Đầu tư và
xây dựng Thủy Lợi 1 và tập thể Cô, Chú , Anh Chị Em trong cơ quan đã hết
sức tạo điều kiện và giúp đỡ tận tình trong suốt thời gian học tập và thực hiện
luận văn này;

Xin cảm ơn gia đình và các bạn bè đã động viên khích lệ, tạo điều mọi
điều kiện thuận lợi nhất để tác giả hoàn thành luận văn đúng thời gian.
Hà nội, Ngày

tháng

năm 2011.

Tác giả luận văn

Lê Thái Sơn

Lê Thái Sơn – Lớp CH 16C2


Luận văn thạc sĩ – Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy

-2MỤC LỤC
Thứ tự

Nội dung

Trang

I

MỤC LỤC

02

II

DANH MỤC HÌNH VẼ

07

III

DANH MỤC BẢNG BIỂU

10

Mở đầu

11

I

Tính cấp thiết của đề tài ;

11

II

Mục đích của đề tài ;

12

III

Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu ;

12

IV

Nội dung của luận văn;

13

V

Những đóng góp của luận văn ;

13

Chương 1 : THẤM QUA NỀN CỐNG ĐỒNG BẰNG
VÀ CÁC GIẢI PHÁP SỬA CHỮA

15

Tổng quan về thấm

15

§1.1
1.1.1

Tầm quan trọng của lý thuyết thấm;

16

1.1.2

Các nguyên nhân gây ra thấm;

17

1.1.3

Tác hại của dòng thấm;

18

1.1.4

Môi trường thấm;

19

1.1.5

Phân loại dòng thấm;

20

§1.2

Đặc điểm của địa hình, địa chất vùng đồng bằng

27

1.2.1

Đặc điểm địa hình việt nam;

27

1.2.2

Địa chất vùng đồng bằng sông Hồng;

32

1.2.3

Địa chất vùng đồng bằng sông Cửu Long;

39

Lê Thái Sơn – Lớp CH 16C2


Luận văn thạc sĩ – Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy

-3Thứ tự

Nội dung

Trang

§1.3

Đặc điểm của Cống đồng bằng

43

1.3.1

Đặc điểm chung;

43

1.3.2

Đặc điểm của thấm, của nền Cống;

44

§1.4

Tổng quan về các nguyên nhân gây hư hỏng do thấm ở
Cống đồng bằng

47

1.4.1

Thấm qua nền Cống, mang Cống đồng bằng;

47

1.4.2

Thấm qua Cống dưới đê;

50

§1.5
1.5.1
1.5.2

Các biện pháp sửa chữa hư hỏng do thấm ở
Cống đồng bằng
Tường nghiêng sân phủ;

51
51

Tường nghiêng bằng các loại vật liệu mới như màng
HDPE, thảm sét ĐKT, ...;

51

1.5.3

Tường lõi giữa (bằng đất sét, pha sét hoặc vật liệu khác)

52

1.5.4

Tường hào Betonite ( Hoặc Ximăng - Sét );

52

1.5.5

Chống thấm bằng khoan phụt truyền thống;

53

1.5.6

Phương pháp đóng Cừ thép;

53

1.5.7

Chống thấm cho thân Đê và nền Đê sông;

54

1.5.8

Kết luận : Ưu nhược điểm của các phương pháp và đưa
ra kỹ thuật chống thấm theo công nghệ Jet-Grouting;

54

Chương 2: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG
NGHỆ JET- GROUTING DÙNG CHO VIỆC CHỐNG

58

THẤM NỀN CỐNG ĐỒNG BẰNG
§2.1
2.1.1

Công nghệ Jet-Grouting, ứng dụng của công nghệ trong
và ngoài nước
Tóm tắt lịch sử hình thành và phát triển công nghệ;

Lê Thái Sơn – Lớp CH 16C2

58
58


Luận văn thạc sĩ – Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy

-4Thứ tự

Nội dung

2.1.2

Kết quả ứng dụng trên thế giới;

2.1.3

Kết quả ứng dụng trong nước, các tồn tại chưa giải
quyết được;

§2.2

Trang
59

60

Thiết bị, quy trình thi công công nghệ Jet-Grouting

61

2.2.1

Thuật ngữ và định nghĩa;

61

2.2.2

Dây chuyền thiết bị chính;

63

2.2.3

Điều kiện áp dụng;

65

2.2.4

Yêu cầu về bản vẽ thiết kế ;

67

2.2.5

Công nghệ thi công;

68

§2.3

Nghiên cứu khả năng chống thấm của tường Ximăng
đất ( Tường XMĐ )

73

2.3.1

Yêu cầu về mức độ chống thấm của nền đất ;

73

2.3.2

Yêu cầu về mức độ chống thấm của tường XMĐ ;

73

2.3.3

Thí nghiệm xác định [ Jxmđ ];

75

2.3.4

Nghiên cứu khả năng chống thấm của cọc XMĐ;

76

2.3.5

Đường kính cọc XMĐ tính theo lý thuyết;

90

2.3.6

Thiết kế chiều dày tường XMĐ;

98

2.3.7

2.3.8

§2.4

Xác định đường kính cọc XMĐ theo hướng dẫn của nhà
sản xuất;

99

Kiểm tra độ kín khít của tường bằng phương pháp đo
101

điện;
Thiết kế tường Xi măng đất để chống thấm cho Cống
đồng bằng.

112

2.4.1

Phân loại tường Xi măng đất ;

112

2.4.2

Hình dạng kích thước tường Xi măng đất ;

112

Lê Thái Sơn – Lớp CH 16C2


Luận văn thạc sĩ – Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy

-5Thứ tự
2.4.3

Nội dung
Một số lưu ý về hình dạng kích thước tường XMĐ;

Trang
113

Phương pháp thiết kế các loại tường Ximăng đất cho
2.4.4
§2.5
2.5.1

các trường hợp khác nhau ;

115

Giám sát, kiểm tra, quan trắc, nghiệm thu quy trình
công nghệ Jet-Grouting

116

Các vấn đề cần được giám sát và kiểm tra trong khi thi

công;

116

2.5.2

Kiểm tra, thí nghiệm sau khi thi công xong;

117

2.5.3

Hồ sơ nghiệm thu;

121

Chương 3: ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ JETGROUTING ĐỂ NÂNG CAO TÍNH ỔN ĐỊNH THẤM

123

CHO NỀN CỐNG MAI TRANG
§3.1

Đặc điểm tự nhiên của Cống Mai Trang

123

3.1.1

Giới thiệu chung;

123

3.1.2

Các thông số cơ bản;

123

§3.2

Hiện trạng hư hỏng của Cống Mai Trang

124

3.1.1

Hiện trạng hư hỏng công trình;

124

3.1.2

Phân tích một số nguyên nhân gây hư hỏng công trình;

125

§3.3

Ứng dụng công nghệ Jet- Grouting để nâng cao tính ổn

định thấm cho nền Cống Mai Trang

125

3.3.1

Tính toán kiểm tra thấm, kiểm tra thủy lực;

125

3.3.2

Biện pháp xử lý;

131

3.3.3
3.3.4

Ứng dụng công nghệ Jet-Grouting xử lý chống thấm
cho Cống Mai Trang ;

133

Một số hình ảnh về xử lý thấm Cống Mai Trang;

137

Lê Thái Sơn – Lớp CH 16C2

Luận văn thạc sĩ – Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy

-6Thứ tự

Nội dung

Trang

Chương 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

138

§4.1

Những kết quả nghiên cứu của luận văn;

138

§4.2

Những vấn đề tồn tại ;

139

§4.3

Hướng phát triển của luận văn;

139

*

TÀI LIỆU THAM KHẢO

141

*

PHỤ LỤC

143

Lê Thái Sơn – Lớp CH 16C2


Luận văn thạc sĩ – Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy

-7DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Hệ thống sông Hồng - sông Thái Bình đồng bằng Bắc bộ ..

31

Hình 1.2: Cột địa tầng tổng hợp trầm tích đệ tứ đồng bằng châu thổ
sông Hồng - Sông Thái Bình ……………………………………….…

37

Hình 1.3: Hệ tầng địa chất thời kỳ cổ địa lý ………………....………

38

Hình 1.4: Cột địa tầng tổng hợp khu vực đồng bằng sông Cửu Long .

40

Hình 1.5: Phân vùng địa chất ĐBSCL …………………….…………

41

Hình 1.6: Hiện tượng thấm, lún sụt bề mặt công trình ………………

48

Hình 1.7: Hiện tượng nứt dọc trục mặt đê, đập ………….…...………

50

Hình 2.1: Công nghệ S ………………………….……………………

63

Hình 2.2: Công nghệ D ………………………………………………

63

Hình 2.3: Công nghệ T ……………………………….………………

63

Hình 2.4: Dây chuyền thiết bị thi công ………………………………

63

Hình 2.5: Máy khoan phụt SI-15SII ………………….………………

64

Hình 2.6: Máy bơm vữa cao áp SG-75III ……...……………….……

64

Hình 2.7: Máy trộn vữa YGM-4 …………………..…………………

65

Hình 2.8: Thứ tự thi công cọc Xi măng-đất (1 hàng) ……………..…

67

Hình 2.9: Sơ đồ bố trí thi công cọc Xi măng đất (2 hàng) ….…......…

68

Hình 2.10: Sơ đồ bố trí thi công cọc Xi măng đất tránh đá mồ côi .....

71

Hình 2.11: Minh họa cột nước thấm giảm sau tường chống thấm .…..

73

Hình 2.12: Thí nghiệm xói ngầm ……….……………………………

73

Hình 2.13: Quan hệ giữa hệ số thấm và độ rỗng ……………..………

76

Hình 2.14: Quan hệ giữa hệ số thấm với hàm lượng Ximăng cho mẫu
chế bị và mẫu thực tế …………….……………………………………

77

Hình 2.15: Máy tạo áp lực thấm ………………...………...…………

78

Hình 2.16: Giá và buồng thí nghiệm thấm …………………...………

79

Hình 2.17: Buồng thí nghiệm thấm ……………………..……………

79

Lê Thái Sơn – Lớp CH 16C2

Luận văn thạc sĩ – Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy

-8Hình 2.18: Mẫu cọc XMĐ sau khi gia công …………………...….…

81

Hình 2.19: Mẫu cọc XMĐ được ngâm bão hòa trong đất ……...……

81

Hình 2.20: Sơ đồ tổ hợp mẫu thí nghiệm hệ số thấm-Hàm lượng XM
trên mẫu trong phòng - Không cho thêm chất độn ……………………

82

Hình 2.21: Khả năng chống thấm phụ thuộc hàm lượng Ximăng trên

83

mẫu trong phòng và hiện trường ……………………….….………..…
Hình 2.22: Sơ đồ ký hiệu bố trí thí nghiệm có phụ gia chống thấm …

83

Hình 2.23: Hệ số thấm K(cm/s) phụ thuộc hàm lượng Xi măng trên
mẫu trong phòng và hiện trường ………………………...….…………

85

Hình 2.24: Sơ đồ ký hiệu bố trí thí nghiệm có phụ gia chống thấm…

86

Hình 2.25: Biểu thị mối quan hệ Vvà J của mẫu NDX2B……………

87

Hình 2.26: Biểu thị mối quan hệ Vvà J của mẫu KCX2B……………

87

Hình 2.27: Biểu diễn kết quả đo hệ số thấm trong phòng cho các hàm
lượng Xi măng và phụ gia khác nhau………………………………….

88

Hình 2.28: Biểu diễn kết quả đo hệ số thấm hiện trường cho các
hàm lượng Xi măng và phụ gia khác nhau………………….…………

89

Hình 2.29: Sơ đồ về chuyển dịch cắt của khối đất ……….……..……

93

Hình 2.30: Sơ đồ tính áp lực động lực học lên mặt phá của dòng
tia……………………………………………………………………….

94

Hình 2.31: Cơ chế dội lại của dòng tia không tự do, do bị giới hạn
trên khi va đập vào thành cứng ………………………………..………

97

Hình 2.32: Xác định chiều dày tường khi làm một hành cọc …..……

99

Hình 2.33: Xác định chiều dày tường khi làm hai hàng cọc ……...….

99

Hình 2.34: Kết quả tính toán mô hình mặt cắt khi có tường chắn cho
các hệ điện cực đo khác nhau …………………………………………
Hình 2.35: Mô hình mô phỏng sự thẩm thấu qua tường bê tông đất

Lê Thái Sơn – Lớp CH 16C2

104


Luận văn thạc sĩ – Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy

-9làm cho giá trị điện trở suất của thân đập bị giảm ……………….…… 104
Hình 2.36: Sơ đồ vị trí các tuyến đo khu vực đập Khuôn Cát ………. 105
Hình 2.37: Mặt cắt điện trở suất của tuyến đo dọc theo tim đập ….… 107
Hình 2.38: Mặt cắt điện trở suất tuyến T3 cắt ngang qua đập trước
khi có tường bê tông đất ………………………………………………

108

Hình 2.39: Mặt cắt địa điện tuyến thượng lưu của bức tường bê tông
đất …………..………………………………………….……………… 109
Hình 2.40: Mặt căt địa điện phía hạ lưu bức tường bê tông đất …...… 110
Hình 2.41: Mặt cắt điện trở suất tuyến T3 sau khi có bức tường
XMĐ ………………………………………………………………….. 111
Hình 2.42: Cọc Xi măng đất bố trí theo hàng đơn ( 1 hàng cọc ) …… 112
Hình 2.43: Cọc Xi măng đất bố trí theo hàng kép ( 2 hàng cọc ) ....… 112
Hình 2.44: Bố trí Cọc Xi măng đất theo hình thức hàng đơn: …..…... 113
Hình 2.45: Tạo tầng phản áp trên đỉnh tường Xi măng đất …….....… 114
Hình 2.46: Tạo tầng phản áp sau khi hoàn thành tường Xi măng đất . 114
Hình 3.1: Sơ đồ minh họa tường cọc Xi măng đất ………...…...…… 134
Hình 3.2: Sơ đồ dự kiến mặt bằng thi công …………....……….…… 137
Hình 3.3: Hiện trạng Cống Mai Trang trước khi sửa chữa ………..… 152
Hình 3.4: Hiện tượng rạn nứt đáy, tường cánh Cống …………..……. 152
Hình 3.5: Sử lý khoan phụt vữa Ximăng đất ( Jet-Grouting ) bản đáy

153

Hình 3.6: Sử lý khoan phụt vữa Ximăng đất tường bên Cống …….… 154
Hình 3.7: Lấy mẫu nõn khoan cọc XMĐ thí nghiệm …………..……. 154
Hình 3.8: Thi công hoàn thiện mái Cống ……………………….…… 155
Hình 3.9: Công trình sau khi hoàn thành ……………….…………… 155

Lê Thái Sơn – Lớp CH 16C2


Luận văn thạc sĩ – Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy

- 10 DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1: Tổ hợp các mẫu Ximăng đất thí nghiệm ………...………... 143
Bảng 2.2: Kết quả thí nghiệm hệ số thấm mẫu trong phòng - Không
có phụ gia ……………………………………………………………… 143
Bảng 2.3:

Bảng tổng hợp các giá trị J xói (J max ), H

xói

(H max ) 145

…...………
Bảng 2.4: Kết quả thí nghiệm thấm hiện trường công trình Khuôn Cát 147
Bảng 2.5: Kết quả thí nghiệm thấm Công trình Na Danh ……….....… 147
Bảng 2.6: Tổ hợp các mẫu thí nghiệm theo hàm lượng chất độn ...….. 147
Bảng 2.7: Kết quả thí nghiệm thấm công trình Na Danh …...……...… 149
Bảng 2.8: Tổ hợp thí nghiệm hiện trường công trình Nà Danh ...….… 149
Bảng 2.9: Kết quả thí nghiệm thấm cọc Ximăng đất công trình Nà
Danh ………………………………………………………...…………. 150
Bảng 2.10: Đường kính cọc XMĐ phụ thuộc công nghệ thi công ...…

100

Bảng 2.11: TCXDVN 263-2006 …………………...………………… 119
Bảng 3.1: Tổng hợp kết quả tính toán thủy lực ………………………

127

Bảng 3.2: Tính toán chiều sâu bể tiêu năng theo phương pháp thử dần 129

Lê Thái Sơn – Lớp CH 16C2


Luận văn thạc sĩ – Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy

- 11 -

MỞ ĐẦU
I. Tính cấp thiết của đề tài :
Các công trình Thủy lợi của nước ta xây dựng trong vùng đồng bằng:
Miền Bắc là đồng bằng Bắc bộ ( Châu thổ sông Hồng ), miền Trung là các dải
đất đồng bằng ven biển, miền Nam là đồng bằng Nam bộ ( Châu thổ sông
Cửu Long ), các vùng đồng bằng này được hình thành là kết quả của sự bồi
lắng trầm tích trải qua hàng triệu năm của lưu vực các con sông: Sông Hồng
và sông Thái Bình ở miền Bắc, miền Nam là đồng bằng sông Cửu Long, miền
Trung là các con sông nhỏ đổ ra biển, ngày nay các vùng đồng bằng vẫn tiếp
tục phát triển. Do cấu tạo địa chất vùng đồng bằng nhìn chung là nền đất yếu
rất dễ xẩy ra các hiện tượng mất ổn định như: Lún đất, thấm, xói lở, sạt trượt.
Nghiên cứu nền móng của các công trình Thủy lợi vùng đồng bằng, đặc biệt
là các công trình Cống vùng đồng bằng, từ đó đưa ra các biện pháp xử lý ổn
định về thấm, xói lở đất, sạt trượt, chống lún là một yêu cầu cấp thiết trong
giai đoạn hiện nay.
Trong giới hạn của Đề tài, nghiên cứu ứng dụng công nghệ thi công cọc
Xi măng đất chống thấm goi là công nghệ (Jet - Grouting) để sửa chữa nâng
cao tính ổn định thấm của nền Cống đồng bằng, từ đó áp dụng cho một dự án
cụ thể: Cống Mai Trang - Phú Xuyên - Hà Nội là một ví dụ điển hình để giải
quyết một trong những vấn đề cấp thiết nêu trên: Xử lý chống thấm cho nền
móng các công trình Thủy lợi vùng đồng bằng.
Thời gian qua, công nghệ ( Jet - Grouting ) đã được áp dụng rộng rãi để

sửa chữa nâng cao tính ổn định thấm của nhiều công trình Thủy Lợi và đã thu
được kết quả tốt mặc dù còn có trường hợp chưa đạt kết quả như mong đợi.
Do vậy việc nghiên cứu công nghệ ( Jet - Grouting ) cần được tiến hành có hệ
thống trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết trong và ngoài nước, kết hợp với việc

Lê Thái Sơn – Lớp CH 16C2


Luận văn thạc sĩ – Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy

- 12 đúc rút kinh nghiệm thông qua các dự án đã tiến hành ở trong nước trong thời
gian qua.
II. Mục đích của đề tài :
Trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết về công nghệ : “ Dòng tia vữa Xi măng
cao áp ” (Jet-Grouting), áp dụng công nghệ cho việc xử lý các nền Cống đồng
bằng, đề xuất quy trình tạo vữa, thi công trộn sâu (Jet-Grouting), từ đó ứng
dụng cho một dự án cụ thể: Nâng cao tính ổn định thấm của Cống Mai Trang
- Phú Xuyên - Hà Nội.
III. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu:
- Tiếp cận có kế thừa: Tham khảo các tài liệu, tiêu chuẩn trong và ngoài nước
đã công bố để có hướng đi đúng đắn.
- Về lý thuyết:
+ Nghiên cứu qua tài liệu về Jet- Grouting của nước ngoài.
+ Nghiên cứu các phương pháp tính toán ổn định thấm qua nền Cống.
- Về phương pháp thực hiện: Từ những nghiên cứu lý thuyết và đúc rút kinh
nghiệm những công việc đã thực hiện ở Việt Nam liên quan đến công nghệ
Jet – Grouting.
- Tiếp cận bằng thực tiễn và xuất phát từ thực tiễn: Điều tra, thống kê, phân
loại hư hỏng do thấm các công trình Cống vùng đồng bằng, nghiên cứu một
dự án xử lý cụ thể bằng công nghệ Jet-Grouting.

- Tiếp cận trên cơ sở hiệu quả kinh tế kỹ thuật: Xem xét tại sao các giải pháp
hiện có chưa giải quyết được, nếu áp dụng Jet – Grouting thì có giải quyết
được không, ưu nhược điểm là gì? Vấn đề công nghệ mới không những đảm
bảo yêu cầu kỹ thuật, đạt được mục đích của chủ đầu tư ( Về tiến độ thi công,
về mức đầu tư hạn chế, về giải phóng mặt bằng,...) mà còn có dự toán rẻ hơn
các giải pháp hiện có.

Lê Thái Sơn – Lớp CH 16C2


Luận văn thạc sĩ – Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy

- 13 IV. Nội dung của luận văn :
Ngoài phần mở đầu , luận văn gồm có bốn chương cụ thể như sau:
Chương 1: Thấm qua nền Cống đồng bằng và các giải pháp sửa chữa
Nội dung của chương này đề cập khái quát về địa hình, địa chất, nền
các vùng đồng bằng Việt Nam. Tổng quan về các hiện tượng thấm và thấm
qua nền móng Cống vùng đồng bằng, các giải pháp sửa chữa. Ưu nhược điểm
của phương pháp Jet-Grouting.
Chương 2: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ Jet-Grouting dùng cho
việc chống thấm nền Cống vùng đồng bằng
Nội dung của chương này trình bày về công nghệ Jet-Grouting: Cấu tạo
và quy trình vận hành công nghệ. Lập khảo sát, thiết kế, thi công, công nghệ
Jet-Grouting xử lý chống thấm cho nền móng Cống vùng đồng bằng.
Chương 3: Ứng dụng công nghệ Jet-Grouting để nâng cao tính ổn định
thấm cho nền cống Mai Trang-Phú Xuyên-Hà Nội
Nội dung của chương này đề cập đến hiện trạng hư hỏng của một công
trình cụ thể là Cống Mai Trang - Phú Xuyên - Hà Nội và ứng dụng công nghệ
Jet-Groting để xử lý chống thấm cho công trình đạt hiệu quả tốt.
Chương 4: Kết luận và kiến nghị

Những kết quả nghiên cứu mà luận văn đạt được, các vấn đề còn tồn tại
và hướng phát triển của luận văn.
V. Những đóng góp của luận văn:
1. Nghiên cứu về dòng tia cao áp, áp dụng cho công nghệ Jet- Grouting
( Dịch là: Công nghệ dùng tia vữa Xi măng cao áp trộn với đất ở sâu ).
2. Nghiên cứu ứng dụng công nghệ Jet - Grouting dùng cho việc chống
thấm dưới nền Cống đồng bằng.

Lê Thái Sơn – Lớp CH 16C2


Luận văn thạc sĩ – Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy

- 14 3. Ứng dụng kết quả nghiên cứu trên để thực hiện một dự án cụ thể là
nâng cao tính ổn định thấm cho nền cống Mai Trang - Phú xuyên - Hà Nội.
4. Tạo nên sự đa dạng hóa về các phương pháp xử lý thấm nền đất vùng
đồng bằng đang là yêu cầu cấp thiết hiện nay.

Lê Thái Sơn – Lớp CH 16C2


Luận văn thạc sĩ – Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy

- 15 CHƯƠNG 1 : THẤM QUA NỀN CỐNG ĐỒNG BẰNG VÀ
CÁC GIẢI PHÁP SỬA CHỮA
§1.1 Tổng quan về thấm
Những hiểu biết đầu tiên về sự vận động của nước dưới đất phát sinh
vào thế kỷ 18 và liên quan đến tên tuổi của các nhà khoa học Nga như
M.V.Lômônôxov, D.Becnoulli, Euler. Trong tác phẩm nổi tiếng “ Về các lớp
của vỏ trái đất” – 1750 M.V.Lômônôxov đã viết “ Nước dưới đất liên hệ chặt

chẽ với đất đá vây quanh. Nước dưới đất là dung dịch tự nhiên ở trạng thái
tuần hoàn liên tục”. Chính ông đã đặt cơ sở đầu tiên để phát triển khoa học về
sự vận động của nước dưới đất.
Dòng thấm của nước dưới đất trong môi trường lỗ hổng được Darcy
nghiên cứu từ năm 1856. Trên cơ sở thực nghiệm, Darcy đã xác định quy luật
thấm của nước trong môi trường lỗ hổng, đó là định luật thấm đường thẳng
( Tỷ lệ bậc nhất giữa tốc độ thấm với độ dốc thủy lực ).
Lý thuyết suy rộng về sự vận động của nước dưới đất xuất hiện vào
năm 1898, sau khi N.E.Jucôvxky công bố tác phẩm “ Nghiên cứu lý thuyết
vận động của nước ngầm”. Ông đã đưa ra khái niệm lực cản, lực khối lượng
khi thấm và lần đầu tiên ông đã đưa ra phương trình vi phân về sự vận động
của nước dưới đất. Chính Jucôvxky đã đặt cơ sở khoa học để tiếp tục phát
triển lý thuyết thấm.
Năm 1904 Bussineque đã lập ra hệ phương trình vi phân không ổn định
và biện pháp tuyến tính hóa phương trình.
Năm 1992 N.N. Pavlôpvxky đã đề nghị dùng phương pháp Điện - Thủy
động lực tương tự, để xác định các thông số của dòng thấm, mà cho đến nay

Lê Thái Sơn – Lớp CH 16C2


Luận văn thạc sĩ – Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy

- 16 nó vẫn là một trong những phương pháp hiện đại nhất áp dụng cho đất bão
hòa nước.
Những vấn đề lý thuyết vận động không ổn định của nước dưới đất đã
được Bussinesque nghiên cứu đầu tiên (1904). Phương trình vi phân vận động
không ổn định do ông thành lập cho đến ngày nay vẫn được coi như là
phương trình vi phân cơ bản của vận động không ổn định của nước dưới đất.
Ngày nay lý thuyết thấm vẫn không ngừng phát triển và được ứng dụng

vào nhiều chuyên ngành khác nhau.
1.1.1 Tầm quan trọng của lý thuyết thấm:
Lý thuyết về sự vận động của chất lỏng ( Nước, dầu mỏ, hơi nước ...)
dưới đất, đá nứt nẻ hoặc trong môi trường xốp nói chung, gọi là lý thuyết
thấm. Việc nghiên cứu sự vận động của chất lỏng trong môi trường đất đá có
ý nghĩa quan trọng trong thực tế. Nhiều vấn đề cần phải giải quyết bằng lý
thuyết thấm như: Khai thác nước ngầm, khai thác dầu mỏ, tổn thất nước do
thấm, thấm qua nền các công trình xây dựng ...vv.
Đặc biệt trong công trình Thủy lợi lý thuyết thấm có vai trò quan trọng
như cần xác định các đặc trưng của dòng thấm qua Đập đất, qua Đê, Cống
tưới tiêu ngăn triều, thi công hố móng, nền công trình, thấm vòng quanh bờ
công trình... Trong thiết kế công trình Thủy lợi phải tính toán xác định các
đặc trưng của dòng thấm như: Áp lực thấm, lưu lượng thấm, Gradien thủy
lực... Nhằm mục đích đánh giá độ ổn định thấm của nền công trình nói riêng
và độ bền của công trình nói chung.

Lê Thái Sơn – Lớp CH 16C2


Luận văn thạc sĩ – Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy

- 17 1.1.2 Các nguyên nhân gây thấm:
Nguyên nhân chính gây thấm trong đất bão hòa nước là do thế chuyển
động của dòng thấm hay chính là Gradien cột nước thủy lực. Nguyên nhân
gây thấm trong đất không bão hòa ngoài tác nhân chính là Gradien cột nước
thủy lực ( Bao gồm Gradien áp lực và Gradien cao trình ) còn có lực hút mao
dẫn. Thế chuyển động của dòng nước thấm:
Tổng năng lượng tại điểm A có thể biểu thị theo năng lượng trên trọng
lượng đơn vị được gọi là vị thế hay cột nước thủy lực
3

hw = y +

Uw
Vw 2
+
Pw g 2 g

Trong đó: hw - Cột nước thủy lực hay cột nước tổng;
Y - Cột nước trọng lực;
3

Uw
- Cột nước áp lực;
Pw g

Vw 2
2g

- Cột nước tốc độ trong đất không đáng kể so với cột

nước trọng lực và áp lực do vậy có thể viết thành:
3

hw = y +

Uw
Pw g

Nước sẽ thấm từ nơi có tổng cột nước cao đến nơi có tổng cột nước

thấp hơn.

Lê Thái Sơn – Lớp CH 16C2


Luận văn thạc sĩ – Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy

- 18 1.1.3 Tác hại của dòng thấm:
Tác hại của dòng thấm có thể gây ra hiện tượng thất thoát lớn về
lượng nước trong các hồ chứa và kênh dẫn nước theo thời gian.
Thấm tại vùng cửa ra của công trình làm đất bão hòa nước gây lên các
hiện tượng sình lầy.
Với những công trình như Đập bê tông trọng lực, Cống, dòng thấm
dưới nền công trình là dòng thấm có áp tác dụng lên đáy công trình làm ảnh
hưởng đến sự ổn định của công trình.
Tác hại của dòng thấm còn gây nên biến hình nền và vai công trình, cụ
thể gồm các hiện tượng :
+ Hiện tượng xói ngầm cơ học : Có ở đất không dính hoặc ít dính, khi
vận tốc dòng thấm (V) lớn vượt giới hạn nào đó thì kéo theo các hạt đất nhỏ
chui qua lỗ rỗng của các hạt đất, làm cho lỗ rỗng tăng lên, dẫn đến vận tốc
tăng lên và lại kéo theo hạt đất to hơn đi ra, hiện tượng xói ngầm cứ như vậy
ngày càng phát triển. Có trường hợp xói ngầm tạo ra rồi dừng lại, vì tạo ra
tầng lọc tự nhiên. Điều kiện phát sinh xói ngầm rất phức tạp, theo các kết quả
nghiên cứu hiện trường xói ngầm xảy ra khi Gradien thấm tại điểm ra lớn
hơn Gradien thấm giới hạn.
+ Hiện tượng xói ngầm do tiếp xúc: Khi J ở mặt tiếp xúc lớn, nếu cấp
phối các lớp không hợp lý thì hạt nhỏ bị cuốn trôi vào kẽ hở của hạt lớn.
+ Hiện tượng đẩy trồi ( Đùn đất do thấm ): Xảy ra với đất dính, ở cửa ra
của dòng thấm khi áp lực đẩy ngược vượt quá lực giữ khối đất. Biện pháp
phòng chống là giảm Građien thấm Jr tại cửa ra.

+ Hiện tượng đùn đất do tiếp xúc: Đối với nền đất dính, khi tầng gia
trọng là hạt lớn có thể có hiện tượng đùn đất các hạt nhỏ vào khe hở của các
hạt lớn.

Lê Thái Sơn – Lớp CH 16C2


Luận văn thạc sĩ – Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy

- 19 + Các hiện tượng khác: Khi trong nền đất có thể có các khe nứt, các
khuyết tật, khi đó có các dòng thấm tập trung làm Građien thấm J tăng gây
phá hoại.
1.1.4 Môi trường thấm:
1.1.4.1 Thấm trong môi trường đất :
Môi trường đất là hỗn hợp nhiều pha: Pha rắn là các hạt tạo cốt đất, pha
lỏng là nước, pha khí là không khí trong lỗ hổng.
Nước trong đất có thể ở những trạng thái khác nhau : Nước ở thể hơi,
nước ở thể bám chặt, nước ở thể màng mỏng, nước mao dẫn, nước trọng lực.
Nước mao dẫn chứa đầy ở các khe rỗng của đất, chịu tác động của sức
căng mặt ngoài và trọng lực. Nước mao dẫn có thể chuyển động trong đất và
có thể truyền áp lực.
Nước trọng lực ( Nước ngầm ) là nước tự do chứa đầy ở tất cả các khe
rỗng của đất trừ các thể tích rất nhỏ có thể chứa không khí. Nước trọng lực
chịu tác dụng của trọng lực và nước ngầm, chuyển động được là do tác dụng
của trọng lực. Nước trọng lực có thể truyền được áp lực.
Nước trong đất có trạng thái liên tục chuyển động tạo thành dòng nước
ngầm, hay còn gọi là dòng thấm. Cũng giống như chuyển động của nước mặt,
chuyển động của nước ngầm có thể là có áp hay không áp. Trong chuyển
động không áp ở phía trên được giới hạn bởi mặt tự do còn gọi là mặt bão
hòa, áp suất tại các điểm trên mặt đó bằng hằng số và bằng áp suất khí quyển

( Không xét hiện tượng mao dẫn ).
Không khí trong lỗ rỗng của đất ngoài tương tác với nước ở dạng hơi,
không khí còn hòa tan ở trong nước, khoảng 2% thể tích nước.

Lê Thái Sơn – Lớp CH 16C2


Luận văn thạc sĩ – Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy

- 20 Theo tính chất bão hòa nước, môi trường đất chia ra làm hai loại: Đất
bão hòa nước và đất không bão hòa.
Đất bão hòa, Là môi trường chỉ bao gồm hai pha: Gồm cốt đất và nước
chứa đầy trong các lỗ rỗng.
Đất không bão hòa là hỗn hợp nhiều pha: Cốt đất, nước, không khí
trong lỗ rỗng, mặt phân cách giữa không khí và nước nơi diễn ra sức căng mặt
ngoài, còn được xem là một pha độc lập thứ tư.
1.1.4.2 Nước thấm qua môi trường đá nứt nẻ hoặc môi trường đất
đá hòn lớn:
Là dòng thấm chảy trong các kẽ nứt của đá, chảy rối không tuân theo
định luật Darcy.
1.1.5 Phân loại dòng thấm:
1.1.5.1 Theo trạng thái chảy:
1) Dòng thấm chảy rối:
Khi nước vận động trong các lỗ rỗng và khe nứt lớn của đá thì có dạng
chảy rối, tức là không tuân theo định luật thấm đường thẳng. Loại dòng thấm
này xảy ra trong môi trường đất rời hòn lớn, môi trường cuội sỏi, đá hộc, đá
dăm và môi trường đá nứt nẻ.
2) Dòng chảy tầng:
Giống như thủy lực lý thuyết thấm cũng dùng hệ số Raynôn giới hạn
diễn ra chảy tầng. Lúc đó dòng thấm tuân theo định luật Đarcy: “Lưu lượng

thấm tỷ lệ bậc nhất với Gradien thủy lực” theo Pavlôpvxki thì:

Lê Thái Sơn – Lớp CH 16C2


Luận văn thạc sĩ – Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy

- 21 -

Re =

1
0,75n + 0,23

νde
-

y

< Re th = 7,5 ÷ 9

Mỗi nhà khoa học theo kinh nghiệm của mình đưa ra một công thức để
xác định hệ số Raynôn nên giá trị Reth cũng khác nhau.
Trong thực tế, dòng thấm chảy tầng xảy ra ở môi trường đất sét, đất á
sét, đất cát, hạt mịn ( d <= 1mm ), với điều kiện cốt đất không dịch chuyển.
1.1.5.2 Theo yếu tố thời gian:
1) Dòng thấm ổn định:
Dòng thấm được coi là ổn định khi các đặc trưng của dòng thấm như
lưu lượng Q, lưu tốc V, áp suất thủy động P, Gradien J… không phụ thuộc
thời gian mà chỉ phụ thuộc vào các tọa độ không gian. Các đường dòng cũng

không thay đổi theo thời gian và trùng với quỹ đạo chuyển động của chất
điểm.
2) Dòng thấm không ổn định:
Dòng thấm được coi là không ổn định khi các yếu tố đặc trưng của
dòng thấm không những phụ thuộc vào tọa độ không gian mà còn phụ thuộc
vào thời gian. Khi dòng thấm chuyển động không ổn định, ở mỗi điểm trong
dòng thấm vectơ tốc độ thay đổi theo thời gian, nên các đường dòng cũng
thay đổi theo thời gian. Các đường dòng này cho biết hướng và các trị số của
tốc độ ở các thời điểm khác nhau trên nó tại một thời điểm cho trước (t1). Còn
quỹ đạo vận động của chất điểm là đường cong di chuyển của chất điểm ở
những thời điểm khác nhau ( t1, t2, t3,… ).

Lê Thái Sơn – Lớp CH 16C2


Luận văn thạc sĩ – Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy

- 22 Do đó khi chuyển động không ổn định đường dòng không trùng với
đường quỹ đạo.
1.1.5.3 Theo tính chất của môi trường:
Theo tính chất của môi trường thấm, có dòng thấm trong môi trường
đồng nhất, không đồng nhất, đẳng hướng, không đẳng hướng. Môi trường
thấm có thể được xác định là tổ hợp của hai tính chất đồng nhất và đẳng
hướng. Ví dụ môi trường thấm đồng nhất và đẳng hướng, đồng nhất không
đẳng hướng, không đồng nhất đẳng hướng, không đồng nhất không đẳng
hướng.
Khái niệm không đồng nhất để chỉ mức độ thấm nước theo một phương
xác định không giống nhau theo tọa độ không gian trong môi trường thấm.
khái niệm đẳng hướng để chỉ mức độ thấm nước theo các hướng là không
giống nhau.

1.1.5.4 Theo đặc điểm, tính chất của biên trên miền thấm:
1) Dòng thấm có áp:
Khi biên trên của dòng thấm bị chặn bởi đáy các công trình, tầng phủ
không thấm nước hoặc thấm nước rất yếu, dòng thấm bị giới hạn là dòng
thấm có áp. Tại các điểm khác nhau trên mặt giới hạn, áp lực nước thấm khác
nhau và lớn hơn áp lực khí trời ( Áp suất ở biên trên của miền đất thấm lớn
hơn áp suất khí quyển, thuật ngữ có áp được hiểu theo nghĩa có áp lực dư.
Thấm qua đáy công trình thủy lợi, qua tầng cát dưới đê thông nước trực tiếp
với sông thuộc loại dòng thấm có áp.
2) Dòng thấm không áp: Khi biên trên của miền thấm là mặt bão hòa
hoặc mặt đất thì dòng thấm không bị giới hạn và là dòng thấm không áp. Giao

Lê Thái Sơn – Lớp CH 16C2


Luận văn thạc sĩ – Chuyên ngành Xây dựng công trình thủy

- 23 tuyến của mặt phẳng thẳng đứng với mặt bão hòa tạo nên đường bão hòa.
Trên mặt bão hòa, áp lực nước thấm bằng áp lực khí trời (Áp suất trên mặt
bão hòa bằng áp suất khí quyển, thuật ngữ không áp được hiểu theo nghĩa
không có áp lực dư ). Trong trường hợp dòng thấm ổn định thì đường bão hòa
chính là đường dòng đầu tiên. Thấm qua đê, qua thân đập đất, thấm qua bờ
kênh, thấm vòng quanh bờ các công trình thủy lợi...là các dòng thấm không
áp.
1.1.5.5 Theo tính chất không gian của miền thấm:
Theo tính chất không gian của miền thấm: Có dòng thấm 1 hướng,
dòng thấm 2 hướng và dòng thấm 3 hướng.
1) Dòng thấm một hướng:
Các quy luật vận động dọc theo các quỹ đạo của dòng thấm hoàn toàn
giống nhau. Ở đó trên tiết diện có phương vuông góc với phương của véc tơ

tốc độ thấm, tại tất cả các điểm không những có chiều song song mà còn có
độ dài bằng nhau.
2) Dòng thấm hai hướng:
Khi nước vận động trong môi trường lỗ hổng mà tất cả các véc tơ tốc
độ của nước đều vận động song song với một mặt phẳng cho trước ta sẽ có
dòng thấm hai chiều.
Dòng phẳng ngang: Thấm trong tầng chứa có kích thước theo mặt cắt
ngang rất lớn nhưng theo chiều dày ( Phương đứng ) không lớn. Biến dạng
của dòng thấm chủ yếu xảy ra trong mặt bằng còn trên mặt thẳng đứng dòng
chảy có tính chất song song.

Lê Thái Sơn – Lớp CH 16C2