(Luận văn thạc sĩ) nghiên cứu tính hợp lý của các giải pháp chống thấm cho công trình cống sông rớ, tỉnh quảng ngãi

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA


PHAN MINH HOÀNH

TÊN ĐỀ TÀI
NGHIÊN CỨU TÍNH HỢP LÝ CỦA CÁC GIẢI PHÁP CHỐNG THẤM
CHO CƠNG TRÌNH CỐNG SƠNG RỚ, TỈNH QUẢNG NGÃI

LUẬN VĂN THẠC SĨ

CHUN NGÀNH
KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH THỦY

Đà Nẵng – 2019


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA


PHAN MINH HOÀNH

TÊN ĐỀ TÀI
NGHIÊN CỨU TÍNH HỢP LÝ CỦA CÁC GIẢI PHÁP CHỐNG THẤM
CHO CƠNG TRÌNH CỐNG SƠNG RỚ, TỈNH QUẢNG NGÃI

Chun ngành : Kỹ thuật xây dựng cơng trình thủy
Mã số : 60.58.02.02

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : TS. Nguyễn Văn Hướng

Đà Nẵng – 2019


LỜI CẢM ƠN
Qua quá trình nỗ lực phấn đấu học tập và nghiên cứu của bản thân cùng với sự
giúp đỡ tận tình của các thầy cơ giáo Trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng và các bạn
bè đồng nghiệp, luận văn thạc sỹ “Nghiên cứu tính hợp lý của các giải pháp chống
thấm cho cơng trình cống sơng Rớ - tỉnh Quảng Ngãi” đã được tác giả hoàn thành.
Để có được thành quả này, tác giả xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới
TS.Nguyễn Văn Hướng đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo và cung cấp các thơng tin khoa
học cần thiết trong q trình thực hiện luận văn. Tác giả xin chân thành cảm ơn các
thầy giáo, cô giáo Khoa Xây dựng Thủy lợi - Thủy điện của trường Đại học Bách
Khoa Đà Nẵng đã giảng dạy, tạo điều kiện giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình thực
hiện luận văn.
Mặc dù đã hết sức cố gắng nhưng do hạn chế về thời gian, kiến thức khoa học và
kinh nghiệm thực tế của bản thân tác giả nên luận văn khơng thể tránh khỏi những
thiếu sót. Tác giả rất mong nhận được ý kiến đóng góp và trao đổi chân thành giúp tác
giả hoàn thiện hơn đề tài của luận văn.
Xin trân trọng cảm ơn!

Quảng Ngãi, tháng

năm 2019

Phan Minh Hoành

LỜI CAM ĐOAN

Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi.
Các số liệu và kết quả tính tốn đưa ra trong luận văn là trung thực và chưa
từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.

Tác giả luận văn

Phan Minh Hồnh


NGHIÊN CỨU TÍNH HỢP LÝ CỦA CÁC GIẢI PHÁP CHỐNG THẤM
CHO CƠNG TRÌNH CỐNG SƠNG RỚ, TỈNH QUẢNG NGÃI
Học viên: Phan Minh Hồnh

Chun ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình thủy

Mã số: 60.58.02.02 Khóa: K35 Trường đại học Bách Khoa – Đại học Đà Nẵng

Tóm tắt – Xâm nhập mặn là một trong những biểu hiện của biến đổi khí hậu tác
động mạnh mẽ đến đời sống của toàn thể nhân dân vùng ven biển, ảnh hưởng nghiêm
trọng đến quá trình sản xuất, canh tác của địa phương, … Với những tác động ấy, cống
ngăn mặn sông Rớ đã được triển khai và xây dựng trên địa bàn huyện Đức Phổ, tỉnh
Quảng Ngãi với 2 nhiệm vụ cơ bản là chống mặn và đảm bảo q trình thốt lũ cho hạ
du. Trong đó, nghiên cứu về chống thấm cho nền cơng trình là một vấn đề cần thiết,
cấp bách nhằm giảm thiểu áp lực và lưu lượng thấm từ biển vào, giảm độ mặn của
nước, đảm bảo an toàn và hiệu quả cho cơng trình. Tuy nhiên, hiện nay có khá nhiều
các phương pháp chống thấm nền cơng trình được áp dụng trên tồn thế giới trong đó
có thể kể đến như: Cọc xi măng đất, Cừ thép, Jet grountig, … Do vậy, đề tài “nghiên

cứu tính hợp lý của các giải pháp chống thấm cho cơng trình cống sơng Rớ đã được tác
giả hoàn thành. Đây là cơ sở lý luận khoa học mới nhất trong việc đánh giá tác động
và xác định phương án chống thấm tối ưu nhất cho cơng trình, đảm bảo tốt về điều
kiện kỹ thuật và kinh tế.
Từ khóa – Xâm nhập mặn, thấm, cọc xi măng đất, cừ thép, Jet grounting
STUDY THE RATIONALITY OF WATERPROOFING SOLUTIONS FOR RO
RIVER SLUICE CONSTRUCTIONS, QUANG NGAI PROVINCE
Abstract – Saline intrusion is one of the manifestations of climate change that has
a strong impact on the lives of all coastal people, seriously affecting the production
and cultivation processes of the locality, etc. In that area, Re river saline prevention
sluice gate has been deployed and built in Duc Pho district, Quang Ngai province with
2 basic tasks of preventing salinity and ensuring flood drainage for downstream. In
particular, research on waterproofing for buildings is an urgent and urgent issue to
minimize pressure and flow infiltration from the sea, reduce the salinity of water,
ensure safety and efficiency for the project. . However, currently there are many
methods of waterproofing the foundation applied all over the world, including: soil
cement piles, Cu steel, Jet grountig, ... Therefore, the topic "research save the
reasonableness of waterproofing solutions for the Re river sewer completed by the
author. This is the latest scientific rationale in assessing the impact and determining
the best waterproofing plan for the project, ensuring good technical and economic
conditions.
Key words – Saline intrusion, seepage, soil cement piles, steel piles, Jet grounting


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ..................................................................................................................3
LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................................4
MỤC LỤC .......................................................................................................................6
DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU ..................................................................................9
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ .......................................................................................10

MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1
1. Tính cấp thiết của đề tài........................................................................................... 1
2. Mục tiêu nghiên cứu ................................................................................................ 1
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ...........................................................................1
4. Phương pháp nghiên cứu .........................................................................................2
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài.................................................................2
6. Cấu trúc của luận văn .............................................................................................. 2
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU .......................................3
1.1. Khái quát chung về khu vực nghiên cứu .............................................................. 3
1.1.1. Vị trí cơng trình ............................................................................................. 3
1.1.2. Điều kiện tự nhiên .........................................................................................4
a. Điều kiện về địa hình, địa mạo ........................................................................4
b. Đặc điểm địa chất ............................................................................................ 4
c. Điều kiện địa chất thủy văn .............................................................................6
1.1.3. Đặc điểm khí hậu, khí tượng .........................................................................6
a. Điều kiện về khí hậu ........................................................................................6
b. Các đặc trưng về khí tượng .............................................................................7
1.1.4. Điều kiện thủy hải văn ...................................................................................9
a. Đặc điểm mạng lưới sơng ngịi ........................................................................9
b. Chế độ thủy triều ............................................................................................. 9
c. Chế độ nước vùng dự án ................................................................................10
1.2. Điều kiện dân cư – hạ tầng .................................................................................10
1.2.1. Tình hình dân cư .......................................................................................... 10
1.2.2. Tình hình phát triển kinh tế .........................................................................10
a. Về nông nghiệp .............................................................................................. 10
b. Về lâm nghiệp................................................................................................ 11
c. Về nuôi trồng thủy sản ...................................................................................11
d. Công nghiệp - xây dựng, Thương mại – Dịch vụ ..........................................11

e. Giao thơng .....................................................................................................11
1.3. Tình hình thiên tai khu vực dự án.......................................................................11
1.3.1. Ngập úng .....................................................................................................11
1.3.2. Hạn hán ........................................................................................................12
1.3.3. Nhiễm mặn ..................................................................................................12
1.4. Đánh giá hiện trạng khu vực dự án.....................................................................12
1.4.1. Vị trí xây dựng ............................................................................................. 12
1.4.2. Nhiệm vụ của cơng trình .............................................................................13
1.4.3. Thông số kỹ thuật cống sông Rớ .................................................................13
CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT BÀI TOÁN THẤM DƯỚI NỀN CỐNG......................... 15
2.1. Sự hình thành dịng thấm ....................................................................................15
2.2. Vấn đề nghiên cứu dịng thấm ............................................................................15
2.3. Phương pháp nghiên cứu ....................................................................................16
2.3.1. Nghiên cứu lý luận ......................................................................................16
2.3.2. Nghiên cứu thực nghiệm .............................................................................17
2.3.3. Phương pháp phần tử hữu hạn .....................................................................18
2.3.4. Áp dụng phương pháp PTHH cho bài tốn thấm ........................................20
a. Phương trình dịng chảy ổn định trong mơi trường đất bão hịa nước ..........20
b. Phương trình dịng chảy khơng ổn định trong mơi trường đất bão hòa ........22
CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP KỸ THUẬT THIẾT KẾ XỦ LÝ CHỐNG
THẤM QUA NỀN CỐNG NGĂN MẶN TẠI VÙNG CỬA SÔNG ........................... 26
3.1. Sự cần thiết phải nghiên cứu ..............................................................................26
3.2. Một số giải pháp giải pháp kỹ thuật chống thấm qua nền cống ......................... 27
3.2.1. Cọc xi măng đất ........................................................................................... 27
a. Lịch sử hình thành ......................................................................................... 27
b. Khái niệm và phân loại ..................................................................................28
c. Phạm vi ứng dụng .......................................................................................... 29
d. Ưu điểm nổi bật của cọc xi măng đất ............................................................ 29
3.2.2. Công nghệ Jet – Grouting ............................................................................29
3.2.3. Cừ Larsen ....................................................................................................31

3.3. Phân tích các phương án xử lý đã đề xuất trước đây..........................................33
3.4. Đề xuất giải pháp cho cơng trình nghiên cứu .....................................................35
CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG BÀI TOÁN THẤM - ỨNG SUẤT NỀN SỬ DỤNG MƠ
HÌNH GEO STUDIO ....................................................................................................38
4.1. Tổng quan về mơ hình ........................................................................................ 38


4.1.1. SEEP/W: Phân tích dịng thấm trong đất ....................................................38
a. Định luật Darcy.............................................................................................. 39
b. Phương trình vi phân dịng nước từng phần ..................................................39
4.1.2. SIGMA/W: Phân tích ứng suất – biến dạng ................................................41
4.2. Áp dụng tính tốn cho cống ngăn mặn sơng Rớ ................................................43
4.2.1. Nhiệm vụ tính tốn ......................................................................................43
4.2.2. Kịch bản tính tốn .......................................................................................44
4.2.3. Xây dựng mơ hình tính tốn sử dụng GeoStudio (Canada) ........................ 44
a. Mơ tả mặt cắt tính tốn ..................................................................................44
b. Khai báo hàm thấm ........................................................................................ 46
c. Lưới tính tốn ................................................................................................ 48
d. Điều kiện biên bài tốn ..................................................................................48
e. Chạy mơ phỏng .............................................................................................. 49
f. Kết quả mô phỏng .......................................................................................... 49
4.2.4. Đánh giá và nhận xét ...................................................................................56
a. Bài toán thấm .................................................................................................56
b. Bài toán biến dạng nền ..................................................................................57
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................................................58
I. Kết luận ..................................................................................................................58
II. Kiến nghị ...............................................................................................................58
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 60
PHỤ LỤC 1: XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN THÂN CỐNG
PHỤ LỤC 2: SƠ BỘ BỐ TRÍ CỌC XI MĂNG ĐẤT

DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1: Các chỉ tiêu cơ lý của đất cơng trình ............................................................... 5
Bảng 1.2: Các đặc trưng nhiệt độ khơng khí ...................................................................7
Bảng 1.3: Các đặc trưng về độ ẩm khơng khí .................................................................7
Bảng 1.4: Bức xạ tổng cộng thực tế tháng và năm (Kcal/cm2) .......................................8
Bảng 1.5: Thống kê giờ nắng trong năm .........................................................................8
Bảng 1.6: Tình hình dân sinh xã Phổ Minh ...................................................................10
Bảng 1.7: Thông số kết cấu cống sông Rớ ....................................................................13
Bảng 3.1: Thông số kết cấu cống sơng Rớ ....................................................................33
Bảng 4.1: Tính chất cơ lý của đất nền cống ngăn mặn sông Rớ ...................................46
Bảng 4.2: Tổng hợp kết quả tính tốn bài tốn thấm cho 3 trường hợp ........................ 51
Bảng 4.3: Kết quả tổng hợp tính tốn chuyển vị nền tại vị trí đáy cống .......................56


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Vị trí khu vực nghiên cứu ................................................................................3
Hình 1.2. Vị trí khu vực nghiên cứu (Ảnh chụp ngày 22/04/2019) ............................... 12
Hình 1.3: Cống sơng Rớ nhìn từ sơng Trường .............................................................. 13
Hình 1.4: Thi cơng phần cửa cống ................................................................................14
Hình 1.5: Thi cơng phần trụ .......................................................................................... 14
Hình 1.6: Bề rộng cống .................................................................................................14
Hình 1.7: Vị trí tiếp giáp với sơng Trường ....................................................................14
Hình 2.1: Dịng thấm trong mơi trường lỗ rỗng hoặc khe nứt.......................................15
Hình 2.2: Mơ hình thí nghiệm thấm bằng máng kính ...................................................17
Hình 2.3: Thí nghiệm thấm khe hẹp ..............................................................................17
Hình 2.4: Sơ đồ phần tử 1 chiều ....................................................................................19
Hình 2.5: Sơ đồ phần tử 2 chiều ....................................................................................19
Hình 2.6: Sơ đồ phần tử 3 chiều ....................................................................................19

Hình 3.1: Cơng trình cống ngăn mặn ở tỉnh Bến Tre ....................................................26
Hình 3.2: PP trộn khơ cọc xi măng đất ..........................................................................28
Hình 3.3: PP trộn ướt cọc xi măng đất ..........................................................................28
Hình 3.4. Quy trình xử lý nền bằng phương pháp Jet Grouting ....................................30
Hình 3.7. Sơ đồ thiết bị dùng trong cơng nghệ Jet Grouting.........................................31
Hình 3.9: Mặt cắt dọc cống sơng Rớ .............................................................................34
Hình 3.10: Phương án chống thấm bằng chân khay ......................................................35
Hình 3.11: Mặt cắt thiết kế chống thấm bằng cừ Larsen ..............................................36
Hình 3.12: Mặt cắt thiết kế chống thấm bằng Cọc xi măng đất – PP Jet Grounting.....37
Hình 4.1: Bộ Module GeoStudio ...................................................................................38
Hình 4.2: Mơ phỏng mặt cắt hiện trạng chân khay .......................................................44
Hình 4.3: Mơ phỏng mặt cắt cống chống thấm bằng cừ Larsen ...................................45
Hình 4.4: Mô phỏng mặt cắt cống chống thấm bằng Cọc xi măng đất ......................... 45
Hình 4.5: Ước tính giá trị hàm lượng nước ........................................................................46
Hình 4.6: Ước tính giá trị hàm dẫn thủy lực.......................................................................46
Hình 4.7: Khai báo giá trị hàm lượng nước tại lớp thứ 2 (đất cát) ................................ 47
Hình 4.8: Khai báo hàm dẫn thủy lực cho lớp thứ 2 (đất cát) .......................................47
Hình 4.9: Khai báo lưới phần tử ....................................................................................48
Hình 4.10: Mô tả áp lực bản thân cống tác dụng lên nền cống .....................................48
Hình 4.11: Biểu đồ Gradient thấm - Phương án 1 ......................................................... 49


Hình 4.12: Biểu đồ tổng ứng suất - Phương án 1 .......................................................... 49
Hình 4.13: Biểu đồ Gradient thấm - Phương án 2 ......................................................... 50
Hình 4.14: Biểu đồ tổng ứng suất - Phương án 2 .......................................................... 50
Hình 4.15: Biểu đồ Gradient thấm - Phương án 3 ......................................................... 51
Hình 4.16: Biểu đồ tổng ứng suất - Phương án 3 .......................................................... 51
Hình 4.17: Biểu đồ ứng suất nền - Phương án 1 (kPa) ..................................................52
Hình 4.18: Biểu đồ chuyển vị nền - Phương án 1 (m) ..................................................52
Hình 4.19: Chuyển vị theo phương Y tại vị trí đáy cống (Phương án 1) ......................53

Hình 4.20: Biểu đồ ứng suất nền - Phương án 2 (kPa) ..................................................53
Hình 4.21: Biểu đồ chuyển vị nền - Phương án 2 (m) ..................................................54
Hình 4.22: Chuyển vị theo phương Y tại vị trí đáy cống (Phương án 2) ......................54
Hình 4.23: Biểu đồ ứng suất nền - Phương án 3 (kPa) ..................................................55
Hình 4.24: Biểu đồ chuyển vị nền - Phương án 3 (m) ..................................................55
Hình 4.25: Chuyển vị theo phương Y tại vị trí đáy cống (Phương án 3) ......................56


1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Quảng Ngãi là một tỉnh thuộc vùng duyên hải Nam Trung Bộ có địa hình tương
đối phức tạp, xu hướng thấp dần từ tây sang đơng với các dạng địa hình đồi núi, đồng
bằng ven biển, phía tây của tỉnh là sườn Đơng của dãy Trường Sơn, tiếp đến là địa
hình núi thấp và đồi xen kẽ đồng bằng, có nơi núi chạy sát biển. Đồng bằng ven biển
hẹp và thấp, bị chia cắt nhiều bởi các sông, suối, kênh rạch; vào mùa mưa, khả năng
tiêu thoát chưa đảm bảo do sự cản trở của các dải cồn cát ven biển, ven sông, các cửa
sông hẹp và thường bị bồi lắng nhiều trong mùa cạn, kết hợp với lượng mưa lớn, kéo
dài và nước triều dâng gây ngập lụt nghiêm trọng trong vùng đồng bằng.
Biến đổi khí hậu và các hoạt động gần đây của con người là những lý do chính
gây ra cho vùng ven biển – nơi chịu nhiều tác động bất lợi hơn từ biển, gây sạt lở bờ,
xâm nhập mặn, làm mất đất sản xuất, ảnh hưởng lớn đến sinh kế, quốc phòng, an ninh.
Sự cần thiết trong việc xây dựng mới, củng cố, nâng cấp, hoàn thiện hệ thống kê biển,
cống ngăn mặn trên địa bàn huyện Đức Phổ nhằm phòng tránh các tác động bất lợi ấy,
bảo vệ và phát triển bền vững dân sinh kinh tế; góp phần tạo cơ sở hạ tầng phù hợp với
quy hoạch phát triển kinh tế xã hội, đảm bảo an ninh quốc phịng và cải tạo mơi trường
trước nguy cơ nước biển dâng.
Các cơng trình này địi hỏi u cầu về kỹ thuật trong việc bảo vệ và phát triển
đường bờ, hài hòa các tác động bất lợi từ thiên tai, đảm bảo q trình thốt lũ hạ du và

chống xâm ngập mặn. Nghiên cứu chống thấm cho nền công trình ngăn mặn sơng Rớ
là một vấn đề cần thiết trong giai đoạn hiện nay, đảm bảo q trình thốt lũ cho hạ du,
chống lại hiện tượng xâm nhập mặn, đặc biệt là việc giảm thiểu hiện tượng thấm qua
nền cống, củng cố nền đất yếu, đảm bảo an toàn và hiệu quả cho cơng trình.
Do đó, việc nghiên cứu, đề xuất giải pháp chống thấm qua nền đảm bảo mục tiêu
ngăn mặn, giữ ngọt, ổn định cơng trình là hết sức cần thiết, làm cơ sở cho việc thiết kế
cống sông Rớ và làm luận chứng so sánh kinh tế - kỹ thuật khi thiết kế chống thấm các
công trình khác trong hệ thống đê biển tỉnh Quảng Ngãi.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Việc nghiên cứu tính hợp lý các giải pháp chống thấm qua nền đảm bảo mục tiêu
ngăn mặn, giữ ngọt, ổn định cơng trình và làm cơ sở cho việc thiết kế cống sông Rớ,
tỉnh Quảng Ngãi.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: Cống sông Rớ
- Phạm vi nghiên cứu: Chống thấm qua nền


2
4. Phương pháp nghiên cứu
- Điều tra, thu thập, tổng hợp và phân tích các số liệu;
- Kế thừa các đề tài, dự án nghiên cứu sẵn có;
- Nghiên cứu các phương pháp kỹ thuật mới, đề xuất giải pháp kỹ thuật phù hợp;
- Sử dụng lý thuyết phần tử hữu hạn và sự tiến bộ của khoa học công nghệ bằng
các mơ hình tính tốn thấm, ổn định.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
- Nghiên cứu tính hợp lý của các giải pháp chống thấm cho cơng trình cống sơng
Rớ đảm bảo tính tối ưu mục tiêu ngăn mặn, giữ ngọt, ổn đinh cho công trình; là căn cứ
có tính khoa học để đưa ra các giải pháp thực tế cũng như vận dụng thực hiện việc xử
lý nền móng một số cơng trình tương tự khác.
- Kết quả là cơ sở lý luận giải quyết một số vấn đề bất cập về giải pháp cơng trình

ngăn mặn trong thực tế và là nền tảng cho việc xây dựng các dự án nghiên cứu trong
tương lai.
6. Cấu trúc của luận văn
Mở đầu
Chương 1: Tổng quan về khu vực nghiên cứu
Chương 2: Nghiên cứu giải pháp kỹ thuật thiết kế xử lý chống thấm qua nền cống
ngăn mặn tại vùng cửa sông
Chương 3: Lý thuyết bài toán thấm dưới nền cống
Chương 4: Xây dựng bài toán thấm - ứng suất nền sử dụng mơ hình Geo Studio
Kết luận và kiến nghị


3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU
1.1. Khái qt chung về khu vực nghiên cứu
1.1.1. Vị trí cơng trình
Quảng Ngãi là một tỉnh ven biển nằm ở vùng Dun hải Nam Trung Bộ có diện
Rand phương trình phần tử hữu hạn cho trường hợp đối
xứng trục trở thành:

 B CB R dAa  b  R  N  dA  p  R  N  dL  F 
T

T

A

A

T

L

n

(4.11)

Không giống như độ dày, t, trong phân tích hai chiều, khoảng cách xun tâm
này, R, khơng phải là hằng số trong một thành phần. Do đó, R cần được đánh giá bên
trong tích phân. Ở dạng viết tắt, phương trình phần tử hữu hạn là:

Ka  F  Fb   Fs   Fn 
Trong đó:
+

 K  : ma trận phần tử;

(4.12)


43

 K   t A B CBdA đối với biến dạng phẳng, hoặc
T

 K   A B CB R dA đối với trường hợp đối xứng trục.
T

+

a : chuyển vị nút;

+

 F : áp lực nước tăng dần;

+

 Fb  : gia tăng lực bản thân;

+

 Fs  : lực do bề mặt biên tăng ứng suất;
Fs   pt L   N T dL cho bài toán 2 chiều;
Fs   pL  R  N T dL cho bài toán đối xứng trục.

+

 Fn  : gia tăng lực tập trung.

SIGMA / W giải phương trình phần tử hữu hạn này cho mỗi bước thời gian để có
được các chuyển vị gia tăng và tính toán các ứng suất và biến dạng gia tăng tổng hợp.
Sau đó, nó tính tổng tất cả các mức tăng này kể từ bước đầu tiên và báo cáo các giá trị
tổng trong các tệp đầu ra.
4.2. Áp dụng tính tốn cho cống ngăn mặn sơng Rớ
4.2.1. Nhiệm vụ tính tốn
Cống ngăn mặn sơng Rớ là cơng trình được xây dựng tại vùng triều, nơi tiếp
giám với sông Trường và đổ ra biển tại cửa Mỹ Á. Cơng trình có nhiệm vụ chính là
ngăn mặn, giữ ngọt và điều hịa thốt lũ cho hạ du.

Căn cứ vào nhiệm vụ chính của cơng trình, trong nghiên cứu này, tác giả cần làm
rõ một số điểm chính như sau:
- Tính tốn và lựa chọn phương pháp chống thấm cho nền cống, đảm bảo an tồn
về điều kiện thấm dưới nền cơng trình, đảm bảo an tồn của vật liệu trong mơi trường
nước biển dễ bị ăn mịn;
- Kiểm tra, tính tốn ứng suất biến dạng của thân cống trong các điều kiện bất lợi
và tải trọng bản thân tác động lên nền đất, tránh hiện tượng lún không đều, gây mất ổn
định cho cơng trình;
- Nghiên cứu tính thấm trong điều kiện bài toán 2 chiều: Thứ nhất là tác động của
triều lớn; thứ hai là bài toán thoát lũ.


44
4.2.2. Kịch bản tính tốn
Như vậy, căn cứ vào nhiệm vụ tính tốn cho cơng trình, tác giả xây dựng các
trường hợp tính tốn giả định như sau:
- Kịch bản: Tính tốn với trường hợp bất lợi nhất khi chênh lệch mực nước phía
biển và phía đồng là lớn nhất, cửa van đóng. Khi đó, biên triều lớn nhất tại cửa cống
Ztriều = +0.89m và mực nước trong đồng là nhỏ nhất MNmin = -0.17m.
Ứng với kịch bản, tác giả sẽ tiến hành mô phỏng cho 3 giải pháp công trình đã
phân tích trước đó bao gồm:
- Giải pháp 1: Giải pháp hiện trạng cống với thiết kế chân khay, khơng có biện
pháp chống thấm nền;
- Giải pháp 2: Giải pháp chống thấm nền bằng phương án cọc Cừ Larsen;
- Giải pháp 3: Giải pháp chống thấm nền bằng phương án Cọc xi măng đất theo
phương pháp trộn ướt Jet Grounting.
Như vậy, sẽ có tất cả 3 trường hợp tính tốn trong nghiên cứu này.
4.2.3. Xây dựng mơ hình tính tốn sử dụng GeoStudio (Canada)
a. Mơ tả mặt cắt tính tốn
Mặt cắt tính tốn lựa chọn trong việc tính tốn thấm và biến dạng nền tại cơng

trình cống ngăn mặn sông Rớ được chọn là mặt cắt dọc tại tim cống với 3 dạng mặt cắt
thiết kế theo 3 giải pháp cơng trình chống thấm bao gồm:
- Mặt cắt hiện trạng cống có thiết kế chân khay (Hình 4.2);

Lớp 2

Lớp 3

Lớp 4

Hình 4.2: Mơ phỏng mặt cắt hiện trạng chân khay


45
- Mặt cắt cống chống thấm bằng cừ Larsen (Hình 4.3);

Lớp 2

Cừ Larsen

Lớp 3

Lớp 4

Hình 4.3: Mơ phỏng mặt cắt cống chống thấm bằng cừ Larsen
- Mặt cắt cống chống thấm bằng Cọc xi măng đất – PP Jet Grounting (Hình 4.4)

Lớp 2

Cọc xi măng đất

Lớp 3

Lớp 4

Hình 4.4: Mơ phỏng mặt cắt cống chống thấm bằng Cọc xi măng đất
Để đánh giá được chính xác ưu nhược điểm của các phương án chống thấm nền
cho cơng trình cống ngăn mặn sơng Rớ, ngồi việc đánh giá tính hợp lý về kinh tế, kỹ
thuật, cũng cần phải mơ hình hóa tác động của giải pháp đối với nền. Điều này cần
thiết phải có sự xây dựng bài tốn thấm và ổn định lún sử dụng mơ hình Geostudio.


46
b. Khai báo hàm thấm
Trong việc tính tốn thấm và biến dạng đất nền trong mơ hình Seep/W và
Sigma/W, việc xây dựng mơ phỏng chính xác các chỉ tiêu về hàm thấm là rất quan
trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến kết quả của bài toán.
Trong nghiên cứu này, căn cứ vào kết quả khảo sát địa chất được thực hiện bởi
Công ty TV & CGCN trường Đại học Thủy lợi lập tháng 1 năm 2015, chúng ta sẽ có
được các tính chất cơ lý cơ bản của nền đất cống ngăn mặn sơng Rớ như ở Bảng 4.1.
Bảng 4.1: Tính chất cơ lý của đất nền cống ngăn mặn sông Rớ
Lớp đất
Chỉ tiêu
KL thể tích tự nhiên

Đơn vị

2

3

4

g/cm3

1,92

1,65

1,95

2,67

2,63

2,67

38,9

59,4

38,7

0,637

1,46

0,63

Tỷ trọng

Độ rỗng n

%

Hệ số rỗng e0
Độ bão hòa G

%

74

98

78

Hàm lượng nước bão hịa

%

26

2

22

Góc ma sát trong tự nhiên



32.167

3.683

28.8

kG/cm2

0.063

0.112

0.114

m/s

2.5E-6

5.7E-8

2.5E-8

Lực dính tự nhiên C
Hệ số thấm K

Tuy nhiên, việc khai báo các thống số này vào mơ hình tương ứng với các tính
chất cơ lý của đất nền là một điều hết sức khó khăn. Do vậy, trong nghiên cứu này, tác
giả kiến nghị ngồi sử dụng các tính chất nêu trên, việc áp dụng các hàm thấm tương
tự cho từng loại đất nền là điều hết sức cần thiết. Các hàm thấm được khai báo như
sau:

Hình 4.5: Khai báo giá trị hàm lượng nước

Hình 4.6: Khai báo giá trị hàm dẫn thủy lực


47

Hình 4.7: Khai báo giá trị hàm lượng nước tại lớp thứ 2 (đất cát)

Hình 4.8: Khai báo hàm dẫn thủy lực cho lớp thứ 2 (đất cát)


48
Khai báo tương tự cho lớp đất thứ 3 (đất bùn sét) và lớp đất thứ 4 (đất cát pha).
c. Lưới tính tốn
- Miền lưới: nền đập mơ phỏng;
- Kiểu lưới: Lưới tam giác kết hợp với lưới
hình chữ nhật;
- Kích thước lưới: 1m x 1m.
- Mesh: 866 Nodes, 806 Elements
Hình 4.9: Khai báo lưới phần tử
d. Điều kiện biên bài tốn
- Bài tồn thấm:
Sau khi hồn tất việc mơ phỏng và khai báo tính chất của vật liệu, tiếp theo,
chúng ta phải thiết lập và đặt các điều kiện biên cho bài tốn. Như đã phân tích, trong
nghiên cứu này, tác giả sẽ tiến hành mô phỏng cho 3 trường hợp tính tốn tương ứng
với 3 mặt cắt (đã mơ phỏng ở trên). Trường hợp tính tốn được xây dựng giả định là
mực nước lớn nhất trong sông Ztriều = +0.89m và mực nước nhỏ nhất trong đồng là
MNmin = -0.17m. Ngồi ra, trong bài tốn này, ta cần xây dựng thêm điều kiện biên
không thấm Q = 0 m3/s cho Cừ và phần giới hạn sâu của nền đất.

- Bài toán biến dạng nền:
Đối với bài toán Sigma/W, giả định trong trường hợp này chỉ tồn tại duy nhất lực
bản thân cơng trình tác dụng lên nền cống (Hình 4.10) (Chi tiết xem Phụ lục 1)
+ Độ lớn: 45.6 kPa tương đương khoảng 4.56 Tấn/m2
+ Chiều: Hướng xuống

4.56 kPa

Lớp 2
Hình 4.10: Mơ tả áp lực bản thân cống tác dụng lên nền cống


49
e. Chạy mô phỏng
Cuối cùng, tiến hành kiểm tra và chạy mơ phỏng bải tốn thấm và biến dạng nền.
Cùng xem xét kết quả ở Mục f.
f. Kết quả mô phỏng
Phần A: Kết quả bài tốn thấm
Kết quả tính tốn bài tốn thấm sử dụng mơ hình SEEP/W được thể hiện như các
hình dưới đây:

Hình 4.11: Biểu đồ Gradient thấm - Phương án 1

Hình 4.12: Biểu đồ tổng ứng suất - Phương án 1


50

Hình 4.13: Biểu đồ Gradient thấm - Phương án 2

Hình 4.14: Biểu đồ tổng ứng suất - Phương án 2


51

Hình 4.15: Biểu đồ Gradient thấm - Phương án 3

Hình 4.16: Biểu đồ tổng ứng suất - Phương án 3
Bảng 4.2: Tổng hợp kết quả tính tốn bài tốn thấm cho 3 trường hợp
TT

Trường hợp tính tốn

Gradient thấm

Lưu lượng thấm q

1

Chống thấm bằng chân khay

0.18 (tại vị trí
chân khay)

8.6543E-07 m3/s

2

Chống thấm bằng Cừ Larsen

0.32 (tại đáy mũi
cừ)

4.3511E-07 m3/s

3

Chống thấm bằng Cọc ximăng đất

0.52 (tại vị trí cọc
xi măng đất lớp 2)

1.5409E-08 m3/s


52
Phần B: Kết quả bài toán biến dạng & lún
Sử dụng kết quả của bài toán thấm, ta xây dựng mơ hình bài tốn tính ứng suất
biến dạng/lún sử dụng Module SIGMA/W. Kết quả bài toán biến dạng, ứng suất được
thể hiện như các hình dưới đây:

Hình 4.17: Biểu đồ ứng suất nền - Phương án 1 (kPa)

Hình 4.18: Biểu đồ chuyển vị nền - Phương án 1 (m)


53

Hình 4.19: Chuyển vị theo phương Y tại vị trí đáy cống (Phương án 1)

Hình 4.20: Biểu đồ ứng suất nền - Phương án 2 (kPa)