Nghiên cứu ứng xuất, biến dạng nền cọc xi măng đất công trình cống hói đại tỉnh quảng bình

1

LỜI CẢM ƠN

Luận văn thạc sĩ với đề tài: “Nghiên cứu ứng suất, biến dạng nền Cọc Xi măng
- đất Cơng trình Cống Hói Đại tỉnh Quảng Bình” được hồn thành với sự nỗ lực
của bản thân tác giả, sự giúp đỡ nhiệt tình của các thầy cơ, bạn bè đồng nghiệp,
phòng Đào tạo Đại học và sau Đại học, khoa cơng trình, bộ mơn Sức bền - kết cấu,
bộ môn Địa Kỹ thuật - Trường Đại học Thuỷ lợi.
Lời đầu tiên, tác giả đặc biệt xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy
giáo: PGS.TS Trịnh Minh Thụ và thầy giáo TS. Đào Văn Hưng đã nhiệt tình hướng
dẫn tác giả hồn thành luận văn này.
Tác giả xin chân thành cảm ơn các thầy cô đã giảng dạy, giúp đỡ tác giả trong
quá trình học tập cũng như trong quá trình thực hiện luận văn.
Cuối cùng tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, bạn bè, đồng
nghiệp đã động viên và tạo mọi điều kiện thuận lợi để tác giả hoàn thành luận văn.
Đề tài mà tác giả nghiên cứu là một vấn đề khó, do trình độ và thời gian có
hạn nên luận văn này không thể tránh khỏi những tồn tại, hạn chế, tác giả rất mong
nhận được sự chỉ bảo của các thầy cũng như sự đóng góp và trao đổi chân thành của
bạn bè, đồng nghiệp. Tác giả rất mong những vấn đề còn tồn tại sẽ được phát triển ở
mức độ nghiên cứu sâu hơn, góp phần đưa những kiến thức khoa học vào phục vụ
sản xuất.
Hà nội, ngày….tháng…năm 2012
Tác giả

Phạm Xuân Tiến


2

BẢN CAM ĐOAN

Tên tôi là Phạm Xuân Tiến. Tôi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu
của riêng tơi. Những nội dung và kết quả trình bày trong luận văn là trung thực và
chưa được ai công bố trong bất kỳ cơng trình khoa học nào.
Tác giả

Phạm Xn Tiến


3

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ................................................ ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.
T
7
6

T
7
6

CHƯƠNG 1 ........................................... ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.
T
7
6

T
7
6

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CỐNG DƯỚI ĐÊERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.

T
7
6

T
7
6

TỈNH QUẢNG BÌNH ............................ ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.
T
7
6

T
7
6

1.1. Tổng quan về tình hình xây dựng Đê và Cống dưới Đê tỉnh Quảng BìnhError! Bookma
T
7
6

T
7
6

1.2. Tổng hợp các loại hư hỏng cống dưới để tỉnh Quảng Bình và đánh giá
T
7
6

nguyên nhân .............................................................. Error! Bookmark not defined.
T
7
6

1.2.1. Tổng hợp các hư hỏng xảy ra ở các cống dưới đêError! Bookmark not defined.
T
7
6

T
7
6

1.2.2. Nguyên nhân của những sự cố đã xảy ra Error! Bookmark not defined.
T
7
6

T
7
6

1.3. Tổng quan về các giải pháp xử lý nền đất yếu cho kết cấu cống dưới đê tỉnh
T
7
6

Quảng Bình ............................................................... Error! Bookmark not defined.

T
7
6

1.3.1. Giải pháp xử lý nền bằng cọc tre và cọc tràmError! Bookmark not defined.
T
7
6

T
7
6

1.3.2. Gia cường đất yếu bằng cọc tiết diện nhỏError! Bookmark not defined.
T
7
6

T
7
6

1.3.3. Gia tải trước ............................................ Error! Bookmark not defined.
T
7
6

T
7
6

1.3.4. Giải pháp công nghệ cọc ximăng-đất để xử lý nền đất yếu của Cống
T
7
6

dưới Đê .................................................................. Error! Bookmark not defined.
T
7
6

1.3.4.1. Giới thiệu công nghệ Cọc ximăng-đấtError! Bookmark not defined.
T
7
6

T
7
6

1.3.4.2. Các cơng trình thực tế đã áp dụng..... Error! Bookmark not defined.
T
7
6

T
7
6

1.4. Kết luận......................................................... Error! Bookmark not defined.

T
7
6

T
7
6

CHƯƠNG 2 ........................................... ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.
T
7
6

T
7
6

CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA BÀI TOÁN ỨNG SUẤT, BIẾN DẠNG NỀN CỌC
T
7
6

XIMĂNG-ĐẤT ...................................... ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.
T
7
6

2.1. Các mơ hình dùng để phân tích ứng suất, biến dạngError! Bookmark not defined.
T
7

6

T
7
6

2.1.1. Mơ hình biến dạng tuyến tính ................. Error! Bookmark not defined.
T
7
6

T
7
6

2.1.2. Mơ hình lý thuyết cân bằng giới hạn ...... Error! Bookmark not defined.
T
7
6

T
7
6

2.1.3. Mơ hình đàn hồi - cân bằng giới hạn ...... Error! Bookmark not defined.
T
7
6

T

7
6

2.1.4. Mơ hình đàn hồi phi tuyến ...................... Error! Bookmark not defined.
T
7
6

T
7
6

2.1.5. Mơ hình đàn - dẻo ................................... Error! Bookmark not defined.
T
7
6

T
7
6


4

2.1.6. Một số mơ hình khác ............................. Error! Bookmark not defined.
T
7
6

T

7
6

2.2. Cơ sở lý thuyết của các phương pháp tính toánError! Bookmark not defined.
T
7
6

T
7
6

2.2.1. Phương pháp sai phân hữu hạn ............... Error! Bookmark not defined.
T
7
6

T
7
6

2.2.2. Phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH) .. Error! Bookmark not defined.
T
7
6

T
7
6

2.2.2.1. Nội dung cơ bản của Phương pháp PTHHError! Bookmark not defined.
T
7
6

T
7
6

2.2.2.2. Phương trình cơ bản của phương pháp PTHHError! Bookmark not defined.
T
7
6

T
7
6

2.2.3. Phương pháp biến phân cục bộ (BPCB) . Error! Bookmark not defined.
T
7
6

T
7
6

2.3. Kết luận......................................................... Error! Bookmark not defined.
T
7

6

T
7
6

CHƯƠNG 3 ........................................... ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.
T
7
6

T
7
6

CƠNG NGHỆ VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN THIẾT KẾ CỌC XI
T
7
6

MĂNG ĐẤT .......................................... ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.
T
7
6

3.1. Cơng nghệ và các phương pháp tính tốn thiết kế cọc Ximăng-đấtError! Bookmark no
T
7
6

T
7
6

3.1.1. Công nghệ về cọc xi măng đất ................ Error! Bookmark not defined.
T
7
6

T
7
6

3.1.2. Các phương pháp tính toán thiết kế cọc ximăng-đấtError! Bookmark not defined.
T
7
6

T
7
6

3.1.2.1. Phương pháp thí nghiệm ................... Error! Bookmark not defined.
T
7
6

T
7
6

3.1.2.2. Các phương pháp tính tốn cọc XMĐError! Bookmark not defined.
T
7
6

T
7
6

3.1.3. Các phương pháp bố trí cọc xi măng đất để xử lý nền đất yếuError! Bookmark not
T
7
6

T
7
6

3.1.3.1. Dạng cách đều ................................... Error! Bookmark not defined.
T
7
6

T
7
6

3.1.3.2. Dạng khung ....................................... Error! Bookmark not defined.
T

7
6

T
7
6

3.2. Lựa chọn phần mềm tính tốn ...................... Error! Bookmark not defined.
T
7
6

T
7
6

3.2.1. Giới thiệu phần mềm Plaxis.................... Error! Bookmark not defined.
T
7
6

T
7
6

3.2.2. Cơ sở lý thuyết phần mềm Plaxis ........... Error! Bookmark not defined.
T
7
6

T
7
6

3.2.2.1. Lý thuyết về biến dạng ...................... Error! Bookmark not defined.
T
7
6

T
7
6

3.2.2.2. Phương pháp PTHH trong phần mềm PlaxisError! Bookmark not defined.
T
7
6

T
7
6

3.2.2.3. Tích phân hàm ẩn của các mơ hình đàn dẻo khác nhauError! Bookmark not de
T
7
6

T
7
6

3.2.2.4. Phương pháp tính lặp tồn bộ ........... Error! Bookmark not defined.
T
7
6

T
7
6

3.2.3. Các bước mơ hình hố trong phần mềm PlaxisError! Bookmark not defined.
T
7
6

T
7
6

3.3. Kết luận......................................................... Error! Bookmark not defined.
T
7
6

T
7
6

CHƯƠNG 4 ........................................... ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.
T

7
6

T
7
6


5

TÍNH TỐN XỬ LÝ NỀN ĐẤT YẾU BẰNG CƠNG NGHỆ CỌC XIMĂNGT
7
6

ĐẤT CHO CỐNG HĨI ĐẠI TỈNH QUẢNG BÌNHERROR! BOOKMARK NOT DEFINED
T
7
6

4.1. Giới thiệu vị trí xây dựng cơng trình ............ Error! Bookmark not defined.
T
7
6

T
7
6

4.2. Tính tốn ứng suất, chuyển vị đáy cống trường hợp không xử lý nềnError! Bookmark
T

7
6

T
7
6

4.2.1. Số liệu địa chất nền cống ........................ Error! Bookmark not defined.
T
7
6

T
7
6

4.2.2. Trường hợp và sơ đồ tính tốn ................ Error! Bookmark not defined.
T
7
6

T
7
6

4.2.3. Cơ sở tính tốn. ....................................... Error! Bookmark not defined.
T
7
6

T
7
6

4.2.4. Tính tốn ứng suất biến dạng nền cống trường hợp khơng xử lýError! Bookmark n
T
7
6

T
7
6

4.2.5.Phân tích lựa chọn phương án xử lý ........ Error! Bookmark not defined.
T
7
6

T
7
6

4.3. Tính toán xử lý theo phương án chọn ........... Error! Bookmark not defined.
T
7
6

T
7
6

4.3.1. Chỉ tiêu cơ lý của cọc XMĐ dự kiến và nền cọc tương đương.Error! Bookmark no
T
7
6

T
7
6

4.3.2. Thông số thân cống dùng cho tính tốn .. Error! Bookmark not defined.
T
7
6

T
7
6

4.4. Phương pháp tính tốn và các bước tính tốn xử lý nền đất yếuError! Bookmark not d
T
7
6

T
7
6

4.4.1.Phương pháp tính tốn ............................. Error! Bookmark not defined.
T

7
6

T
7
6

4.4.2. Các bước tính tốn .................................. Error! Bookmark not defined.
T
7
6

T
7
6

4.5. Tính tốn và so sánh lựa chọn phương án tối ưuError! Bookmark not defined.
T
7
6

T
7
6

4.5.1. Phương án độ sâu khoan phụt cọc xi măng-đất 7mError! Bookmark not defined.
T
7
6

T
7
6

4.5.2. Phương án độ sâu thi công cọc 8.5m ...... Error! Bookmark not defined.
T
7
6

T
7
6

4.5.3. Phương án độ sâu thi công cọc 10m ....... Error! Bookmark not defined.
T
7
6

T
7
6

4.5.4. Nhận xét .................................................. Error! Bookmark not defined.
T
7
6

T
7
6

4.6. Phân tích và đánh giá kết quả phương án chọnError! Bookmark not defined.
T
7
6

T
7
6

4.6.1. Mơ hình nền cọc tương đương ................ Error! Bookmark not defined.
T
7
6

T
7
6

4.6.2. Mô hình nền cọc XMĐ riêng rẽ .............. Error! Bookmark not defined.
T
7
6

T
7
6

4.6.3. Nhận xét .................................................. Error! Bookmark not defined.
T

7
6

T
7
6

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ................ ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.
T
7
6

T
7
6

TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................... ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.
T
7
6

T
7
6

PHỤ LỤC TÍNH TỐN ........................ ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.
T
7
6

T
7
6


6

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Bản đồ phân vùng Đê và Cống dưới đê tại Quảng BìnhError! Bookmark
TU
7
6

T
7
6
U

not defined.
Hình 1.2 Cống Cửa Hác tại Km3+752.3 Đê Hữu Gianh tại xã Quảng Lộc .... Error!
TU
7
6

T
7
6
U

Bookmark not defined.

Hình 1.3 Cống Trúc Ly tại Km3+450 Đê Hữu Nhật Lệ huyện Quảng Ninh .. Error!
TU
7
6

T
7
6
U

Bookmark not defined.
Hình 1.4 Cống Lùng Tréo xã Cam Thuỷ, huyện Lệ ThuỷError!
TU
7
6

T
7
6
U

Bookmark

not

defined.
Hình 1.5 Cống Hói Đại xã An Thủy, huyện Lệ ThủyError!
TU
7
6

T
7
6
U

Bookmark

not

Bookmark

not

Bookmark

not

defined.
Hình 1.6 Thi cơng cọc xi măng-đất kiểu trộn cơ khíError!
TU
7
6

T
7
6
U

defined.

Hình 1.7 Thi cơng cọc xi măng-đất theo kiểu trộn tiaError!
TU
7
6

T
7
6
U

defined.
Hình 1.8 Hiện trạng cống trước khi sửa chữa .......... Error! Bookmark not defined.
TU
7
6

T
7
6
U

Hình 1.9 Mực nước thượng lưu cống sau khi sửa chữaError!
TU
7
6

T
7
6
U

Bookmark

not

defined.
Hình 1.10 Thi cơng KPALC cống D10.................... Error! Bookmark not defined.
TU
7
6

T
7
6
U

Hình 2.1 Quan hệ ứng suất - biến dạng trong mơ hình biến dạng tuyến tính .. Error!
TU
7
6

T
7
6
U

Bookmark not defined.
Hình 2.2 Quan hệ ứng suất biến dạng trong mơ hình lý thuyết cân bằng giới hạn
TU
7

6

T
7
6
U

.......................................................................... Error! Bookmark not defined.
Hình 2.3 Quan hệ ứng suất - biến dạng trong mơ hình đàn hồi - cân bằng giới hạn
TU
7
6

T
7
6
U

.......................................................................... Error! Bookmark not defined.


7

Hình 2.4 Quan hệ ứng suất - biến dạng trong mơ hình đàn hồi phi tuyến ....... Error!
TU
7
6

T
7

6
U

Bookmark not defined.
Hình 2.5 Quan hệ ứng suất - biến dạng trong mô hình đàn dẻo lý tưởng ......... Error!
TU
7
6

T
7
6
U

Bookmark not defined.
Hình 2.6 Quan hệ ứng suất - biến dạng trong mơ hình đàn dẻo tăng bền......... Error!
TU
7
6

T
7
6
U

Bookmark not defined.
Hình 2.7 Sơ đồ tính tốn theo Phương pháp PTHH.. Error! Bookmark not defined.
TU
7
6

T
7
6
U

Hình 3.1 Sơ đồ công nghệ Jet-grouting .................... Error! Bookmark not defined.
TU
7
6

T
7
6
U

Hình 3.2 Cơng nghệ đơn pha .................................... Error! Bookmark not defined.
TU
7
6

T
7
6
U

Hình 3.3 Cơng nghệ hai pha ...................................... Error! Bookmark not defined.
TU
7
6

T
7
6
U

Hình 3.4 Cơng nghệ ba pha ....................................... Error! Bookmark not defined.
TU
7
6

T
7
6
U

Hình 3.5 Mơ tả q trình thi cơng tạo tường xi măngError!
TU
7
6

T
7
6
U

Bookmark

not

defined.
Hình 3.6 Phạm vi ứng dụng hiệu quả của các loại cơng nghệ khoan phụt ....... Error!
TU
7
6

T
7
6
U

Bookmark not defined.
Hình 3.7 Các hình thức bố trí cọc XMĐ với mục đích gia cố nềnError! Bookmark
TU
7
6

T
7
6
U

not defined.
Hình 3.8 Bố trí gia cố kiểu khung ............................. Error! Bookmark not defined.
TU
7
6

T
7

6
U

Hình 4.1 Cống Hói Đại ............................................. Error! Bookmark not defined.
TU
7
6

T
7
6
U

Hình 4.2 Bản vẽ cắt ngang Cống Hói Đại................. Error! Bookmark not defined.
TU
7
6

T
7
6
U

Hình 4.3 Cắt dọc cống Hói Đại ................................. Error! Bookmark not defined.
TU
7
6

T
7

6
U

Hình 4.4 Sơ đồ tính tốn trường hợp khơng xử lý .... Error! Bookmark not defined.
TU
7
6

T
7
6
U

Hình 4.5 Chuyển vị tổng thể trường hợp khơng xử lýError!
TU
7
6

T
7
6
U

Bookmark

not

defined.
Hình 4.6 Chuyển vị theo phương y ........................... Error! Bookmark not defined.
TU

7
6

T
7
6
U


8

Hình 4.7 Biểu đồ chuyển vị phương thẳng đứng nền cống theo thời gian ....... Error!
TU
7
6

T
7
6
U

Bookmark not defined.
Hình 4.8 Sơ đồ tính tốn với độ sâu khoan phụt 7m. Error! Bookmark not defined.
TU
7
6

T
7
6

U

Hình 4.9 Sơ đồ chuyển vị phương y theo thời gian .. Error! Bookmark not defined.
TU
7
6

T
7
6
U

Hình 4.10 Sơ đồ tính tốn với độ sâu khoan phụt 8,5mError!
TU
7
6

Bookmark

T
7
6
U

not

defined.
Hình 4.11 Sơ đồ chuyển vị phương y theo thời gian Error! Bookmark not defined.
TU
7

6

T
7
6
U

Hình 4.12 Sơ đồ tính tốn với độ sâu khoan phụt 10mError!
TU
7
6

Bookmark

T
7
6
U

not

defined.
Hình 4.13 Sơ đồ chuyển vị phương y theo thời gian Error! Bookmark not defined.
TU
7
6

T
7
6

U

Hình 4.14 Biểu đồ quan hệ ứng suất hiệu quả σ’yy các điểm theo thời gian ... Error!
TU
7
6

T
7
6
U

Bookmark not defined.
Hình 4.15 Mơ hình cọc XMĐ và nền làm việc riêng rẽError!
TU
7
6

Bookmark

T
7
6
U

not

defined.
Hình 4.16 Biểu đồ quan hệ chuyển vị các điểm đặc biệt theo thời gian ........... Error!
TU

7
6

T
7
6
U

Bookmark not defined.
Hình 4.17 Biểu đồ quan hệ ứng suất các điểm đặc biệt theo thời gian ............. Error!
TU
7
6

T
7
6
U

Bookmark not defined.

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 4.1 Chỉ tiêu cơ lý của các lớp địa chất ............. Error! Bookmark not defined.
TU
7
6

T
7
6

U

Bảng 4.2 Kết quả chuyển vị phương y nền cống theo thời gianError!
TU
7
6

T
7
6
U

Bookmark

not defined.
Bảng 4.3 Thơng số tính toán của BTCT cống........... Error! Bookmark not defined.
TU
7
6

T
7
6
U


9

Bảng 4.4 Kết quả chuyển vị theo phương y .............. Error! Bookmark not defined.
TU

7
6

T
7
6
U

Bảng 4.5 Kết quả chuyển vị theo phương y .............. Error! Bookmark not defined.
TU
7
6

T
7
6
U

Bảng 4.6 Kết quả chuyển vị theo phương y .............. Error! Bookmark not defined.
TU
7
6

T
7
6
U

Bảng 4.7 Tổng hợp kết quả ứng suất hiệu quả theo thời gianError! Bookmark not
TU

7
6

T
7
6
U

defined.
Bảng 4.8 Tổng hợp kết quả chuyển vị theo thời gianError!
TU
7
6

T
7
6
U

Bookmark

not

defined.
Bảng 4.9 Tổng hợp kết quả ứng suất theo thời gian . Error! Bookmark not defined.
TU
7
6

T

7
6
U


1

MỞ ĐẦU
I. Tính cấp thiết của đề tài
Cống dưới đê là một loại cơng trình trên đê, sự ổn định và an toàn của cống
gắn liền với sự an toàn của đê. Trong lịch sử đã xảy ra nhiều sự cố cống dưới đê dẫn
đến vỡ đê, đe dọa an tồn về tính mạng và tài sản của nhân dân.
Trong các hư hỏng như lún, nứt, chuyển vị mất ổn định của tường cống, thân
cống, thấm qua nền cống…đều có liên quan đến địa chất nền đê. Do cấu tạo địa chất
nền đê khá phức tạp nên nhiều cống dưới đê vốn đã xây dựng đã lâu nay bị xuống
cấp hư hỏng. Các giải pháp trước đây hay được các kỹ sư thiết kế áp dụng bao gồm:
thay thế đất, đắp theo thời gian chờ cố kết, đắp phản áp, cố kết nền bằng bấc thấm,
cọc cát, cọc đá, hút chân không... Tuy nhiên, các giải pháp trên tồn tại những nhược
điểm sau: không tận dụng được nguồn vật liệu tại chỗ, q trình thi cơng phụ thuộc
rất nhiều vào thời tiết, thời gian xây dựng kéo dài, giá thành xây dựng cao, không
đảm bảo yêu cầu đặt ra cả về ổn định và tiến độ...
Ngày nay, công nghệ trộn sâu (Deep Mixing) đã được ứng dụng ở nhiều nước
trên Thế giới trong việc xử lý nền đất yếu. Công nghệ trộn sâu tạo ra cột xi măngđất đáp ứng được yêu cầu về ổn định, với chiều sâu xử lý nền lớn và hiệu quả, rút
ngắn thời gian thi công, không sinh ra chất thải, mặt bằng thi công hẹp và q trình
thi cơng khơng phụ thuộc vào thời tiết. Với những tính năng ưu việt trên, việc áp
dụng công nghệ trộn sâu vào điều kiện Việt Nam bước đầu đạt được những kết quả
rất khả quan cho việc xử lý nền các cơng trình dân dụng, giao thơng, thủy lợi… Tuy
nhiên công nghệ này chưa được áp dụng rộng rãi trong việc xử lý nền đê biển, đê
sông và đặc biệt là vùng đất ở Quảng Bình. Giải pháp công nghệ cọc xi măng - đất
vào xây dựng đê biển, đê sông sẽ tận dụng được nguồn vật liệu tại chỗ, tăng cường

sự ổn định cho cơng trình, đáp ứng được yêu cầu đặt ra.
2. Mục đích của đề tài
Nghiên cứu phương pháp tính tốn ứng suất, biến dạng phẳng của đất nền


2

dưới đáy cống gia cố bằng cọc xi măng-đất thi công bằng công nghệ Jet-grouting.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
3.1 Đối tượng nghiên cứu
Nghiên cứu ứng suất, biến dạng nền cọc xi măng-đất cơng trình Cống Hói Đại
tỉnh Quảng Bình.
3.2 Phạm vi nghiên cứu
- Nghiên cứu ứng suất, biến dạng giới hạn nền cọc xi măng-đất Cống Hói Đại;
4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
4.1 Cách tiếp cận
a. Tiếp cận trên cơ sở đánh giá nhu cầu
Hiện nay nhu cầu xây dựng mới và nâng cấp các tuyến đê ở nước ta nói
chung và Quảng Bình nói riêng là rất lớn. Các cơng nghệ xử lý nền hiện có chỉ đáp
ứng được một phần. Vì thế việc nghiên cứu giải pháp mới: cọc xi măng-đất để xử lý
nền đất yếu cho đê và kết cấu Cống dưới đê là rất cần thiết.
b. Tiếp cận trên cơ sở đảm bảo các tiêu chuẩn hiện hành
- Các tiêu chuẩn về thiết kế đê, pháp lệnh đê điều, tiêu chuẩn xây dựng Việt
Nam…
- Các tiêu chuẩn về ứng suất, biến dạng, vật liệu xây dựng.
c. Tiếp cận với thực tiễn cơng trình
Mỗi nền đê sẽ có các điều kiện địa chất khác nhau, vì thế sẽ có giải pháp xử
lý khác. Căn cứ vào điều kiện cụ thể tại vị trí cơng trình mà có biện pháp xử lý nền
thích hợp.
d. Tiếp cận trên cơ sở Hợp tác Quốc tế:

Công nghệ thông tin ngày càng phát triển cho phép tiếp cận nhanh với các
tiến bộ kỹ thuật của thế giới.


3

4.2. Phương pháp nghiên cứu:
a. Phương pháp thu thập thông tin
- Điều tra, thống kế và tổng hợp tài liệu nghiên cứu trong và ngồi nước có
liên quan đến đề tài;
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết của công nghệ.
b. Phương pháp lấy ý kiến chuyên gia:
Song song với việc thu thập và tổng hợp thông tin, lấy ý kiến các chuyên gia
để bổ sung cho quá trình nghiên cứu.
c. Phương pháp nghiên cứu trên mơ hình tính tốn:
- Lựa chọn phần mềm tính tốn;
- Chọn cơng trình cụ thể để thiết lập mơ hình.
5. Kết quả đạt được
- Đề xuất được phương pháp và mơ hình tính tốn ứng suất, biến dạng của nền
gia cố bằng cọc xi măng-đất;
- Thiết lập quan hệ làm việc giữa nền-cọc-cơng trình với tải trọng tác dụng
theo thời gian có liên quan tới sự ổn định cơng trình, phục vụ tới cơng tác tư vấn
thiết kế và quản lý vận hành;
- Ví dụ điển hình xử lý nền cống Hói Đại – tỉnh Quảng Bình.


4

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CỐNG DƯỚI ĐÊ

TỈNH QUẢNG BÌNH
1.1. Tổng quan về tình hình xây dựng Đê và Cống dưới Đê tỉnh Quảng Bình

Hình 1.1 Bản đồ phân vùng Đê và Cống dưới đê tại Quảng Bình
Hiện nay, trên tồn tỉnh Quảng Bình có rất nhiều loại Cống dưới đê, các Cống
thường tập trung ở các Đê chủ yếu như Đê Tả Gianh, Đê Hữu Gianh, Đê Vân Lôi xã Quảng Hải, Đê Văn Phú - xã Quảng Văn, Đê Tả Roòn, Đê Tả Lý Hòa, Đê Hữu
Lý Hòa, Đê Tả Lệ Kỳ, Đê Hữu Lệ Kỳ, Đê Hữu Nhật Lệ, Đê Tả Nhật Lệ, Đê Tả
Kiến Giang, Đê Hữu Kiến Giang, Đê Thượng Mỹ Trung (hình 1.1)… Có thể nêu
một vài cống điển hình như sau:


5

a) Cống Cửa Hác:
Vị trí: tại Km3+752.3 Đê Hữu Gianh thuộc xã Quảng Lộc, huyện Quảng
Trạch.
Kết cấu: tường bên cống bằng đá xây, trụ pin, đỉnh cống bằng bê tông gồm 5
cửa khẩu độ 5x(1.6x2.5)m; cao trình đáy (-0.587). Cống được xây dựng từ năm
1997.
Hiện trạng: Rò rỉ cánh phai, sân hạ lưu lún, và có hiện tượng thấm tại mặt sân
hạ lưu.

Hình 1.2 Cống Cửa Hác tại Km3+752.3 Đê Hữu Gianh tại xã Quảng Lộc
b) Cống Trúc Ly:
Vị trí: tại Km3+450 Đê Hữu Nhật Lệ xã Võ Ninh huyện Quảng Ninh.
Nhiệm vụ: ngăn mặn, tiêu úng cho ruộng lúa thôn Trúc Ly, xã Võ Ninh
Kết cấu: bằng bê tông gồm 5 cửa khẩu độ 5x(2.0x3.8)m; cao trình đáy (-1.5).
Cống được xây dựng từ năm 2000.
Hiện trạng: Cửa van đóng khơng khít nên bị rị rỉ, có hiện tượng thấm, nước
mặn xâm thực hai bên tường Cống.

6

Hình 1.3 Cống Trúc Ly tại Km3+450 Đê Hữu Nhật Lệ huyện Quảng Ninh
c) Cống Lũng Tréo:
Vị trí: tại xã Cam Thủy, huyện Lệ Thủy.
Kết cấu: bằng bê tông cốt thép gồm 4 cửa khẩu độ 4x(2.0x3.0)m; cao trình đáy
(-1.2). Cống được xây dựng từ năm 2009 theo nguồn vốn WB, Chủ đầu tư Chi Cục
Thủy lợi & PCLB Quảng Bình.

Hình 1.4 Cống Lùng Tréo xã Cam Thuỷ, huyện Lệ Thuỷ
d) Cống Hói Đại:
Vị trí: tại xã An Thủy, huyện Lệ Thủy.
Kết cấu: bằng bê tông cốt thép gồm 5 cửa khẩu độ 5x(4.0x3.3)m; cao trình đáy


7

(-1.7). Cống được xây dựng từ năm 2009 theo nguồn vốn vay ADB, Chủ đầu tư
Cơng ty TNHHKT1TV Cơng trình Thủy lợi;

Hình 1.5 Cống Hói Đại xã An Thủy, huyện Lệ Thủy
• Nhận xét:
- Những cống được đánh giá ở tình trạng tốt đều là những cống mới được xây
dựng lại trong 5 năm gần đây.
- Hầu hết các cống xây dựng (nếu chưa được làm lại) đều có hiện tượng hư
hỏng, lún, sạt lở, thấm, xói nền…Có những hư hỏng nghiêm trọng, có nguy cơ xảy
ra sự cố vỡ đê.
1.2. Tổng hợp các loại hư hỏng cống dưới để tỉnh Quảng Bình và đánh giá

nguyên nhân
1.2.1. Tổng hợp các hư hỏng xảy ra ở các cống dưới đê
Từ kết quả điều tra cũng như quá trình theo dõi sự cố các cống dưới đê trong
mùa mưa lũ ở tỉnh Quảng Bình cho thấy các hư hỏng phổ biến như sau:
+ Lún, sạt mái thượng, hạ lưu cống xảy ra trong mùa mưa lũ;
+ Thấm dọc thân cống trong mùa lũ khi chênh lệch mực nước;
+ Xuất hiện mạch sủi phía hạ lưu cống, sau bể tiêu năng vào mùa lũ;
+ Xói sau sân tiêu năng, thượng, hạ lưu cống trong quá trình vận hành khai
thác;


8

+ Tường cánh thượng, hạ lưu lún, nứt, các khớp nối đứng, khớp nối nằm rách,
hỏng khơng có tác dụng;
+ Một số cống nứt ngang thân cống;
+ Cánh van rò rỉ, cong vênh, khơng kín nước, khó vận hành nhất là khi mực
nước thượng hạ lưu có chênh lệch lớn;
Trong các hư hỏng trên, hư hỏng xuất phát từ nguyên nhân địa chất nền (lún,
thấm, mạch sủi...) xuất hiện ở hầu hết các cống.
1.2.2. Nguyên nhân của những sự cố đã xảy ra
• Do khảo sát địa chất:
- Chưa tiến hành khảo sát đã thiết kế thi công;
- Tư liệu khảo sát khơng đầy đủ, khơng chính xác. Khi khảo sát địa chất,
khoảng
cách lỗ khoan quá lớn, chiều sâu lỗ khoan khơng đủ, khơng phản ánh một cách tồn
diện và chính xác tình hình thực tế.
- Sức chịu tải của nền mà khảo sát cung cấp quá cao, khiến cho nền bị phá
hoại cắt, gây nên nghiêng lệch;
- Hiện nay, việc giám sát khảo sát địa chất chưa thực sự chặt chẽ, nhất là khảo

sát trong giai đoạn lập báo cáo NCKT, đơn vị khảo sát có thể bớt số lần lấy mẫu, số
lần đóng SPT…Việc bảo quản và vận chuyển mẫu không đảm bảo nguyên dạng tự
nhiên. Đối với đất cát, cát pha thường bị phá vỡ kết cấu và mất nước nên thí nghiệm
mẫu khơng cho kết quả tin cậy.
• Do thiết kế:
- Xây dựng trên nền đất yếu hoặc đất cát pha, thiết kế chưa dùng các biện pháp
cần thiết phù hợp, làm cho móng lún quá lớn;
- Tính chất của đất nền khơng đều, tính cơ học vật lý của chúng chênh lệch
nhau tương đối lớn, hoặc chiều dầy các lớp đất nền không như nhau, chênh lệch
biến dạng nén lớn;


9

- Tải trọng của kết cấu bên trên cơng trình chênh lệch nhau làm cho lún khơng
đều;
- Độ cứng tồn khối của cơng trình kém, nhậy cảm với lún khơng đều của nền;
- Thiết kế rập khuôn, không dựa vào điều kiện thực tế: vì điều kiện địa chất
cơng trình ở các nơi khác nhau rất xa, rất phức tạp, dù ở cùng một địa điểm cũng
khơng giống nhau. Vì vậy rất khó tìm được một ví dụ hồn tồn giống nhau, cũng
không thể làm được một bản vẽ điển hình cho tất cả các hiện tượng. Chính vì thế,
nếu tiến hành thiết kế nền móng một cách cẩu thả, hoặc sao chép một cách cứng
nhắc sẽ không tránh khỏi thất bại;
- Tính tốn thiết kế sai, tải trọng khơng chính xác, kết cấu chống thấm chưa
đạt u cầu, khơng phù hợp với điều kiện địa chất: loại sự cố này phần lớn do người
thiết kế khơng đủ trình độ thiết kế tương ứng, thiết kế lại không được qua kiểm tra
thẩm định tương ứng.
• Do thi cơng:
- Do đất đắp mang cống khơng đạt dung trọng, độ dính bám giữa đất đắp và bề
mặt bê tông không đảm bảo;

- Thi công thiết bị chống thấm không đảm bảo sự làm việc như mong muốn
của thiết kế. Ví dụ: sự kín nước của các me cừ với nhau, me cừ với bản đáy;
- Khi thi công làm xáo trộn hoặc phá hoại kết cấu đất của nền đỡ móng, làm
giảm cường độ chống cắt;
- Các ngoại lực trong thi công do máy đóng cọc, máy thi cơng, vật liệu…
- Khơng thi công đầy đủ như bản vẽ, không thi công đúng theo yêu cầu của
quy trình thao tác kỹ thuật, quản lý thi cơng khơng tốt.
• Những ngun nhân khác:
- Do hỏng khớp nối, dịng nước có áp trong cống đi vào vùng đất xung quanh
thân và nền cống làm giảm cường độ chịu lực của đất nền, gây lún phụ thêm, xói
đất, đùn đất ở hạ lưu cống;


10

- Do sinh vật như chuột, mối,…làm tổ hai bên mang cống;
- Mực nước ngầm thay đổi: khi mực nước ngầm dâng lên làm ướt và mềm hóa
đất đá, từ đó làm giảm cường độ nền, tăng độ nén lún. Khi mực nước ngầm hạ
xuống dẫn đến ứng suất hiệu quả trong đất nền tăng lên, móng sinh ra lún bổ sung.
Nếu mực nước ngầm hạ xuống không đều đặn hoặc đột ngột sẽ làm cho cơng trình
nghiêng nứt, thậm chí hư hỏng;
• Nhận xét:
Những ngun nhân trên đều dẫn đến hai hiện tượng hư hỏng sau:
- Nền cống bị lún, lún lệch làm chuyển vị cơng trình, gây nên nứt gẫy thân
cống;
- Nền và mang cống bị thẩm lậu gây mất ổn định tồn bộ cơng trình.
1.3. Tổng quan về các giải pháp xử lý nền đất yếu cho kết cấu cống dưới đê
tỉnh Quảng Bình
Để có thể xây dựng được các cơng trình trên nền đất yếu có độ rỗng lớn, kết
cấu dễ bị phá hoại và kém ổn định dưới tác dụng của tải trọng, cần thiết phải áp

dụng các phương pháp gia cố nền đất. Có nhiều phương pháp gia cố nền đất yếu, có
thể khái quát như sau:
1.3.1. Giải pháp xử lý nền bằng cọc tre và cọc tràm
Cọc tre và cọc tràm là giải pháp cơng nghệ mang tính truyền thống để xử lý
nền cho cơng trình có tải trọng nhỏ trên nền đất yếu. Cọc tràm và tre có chiều dài từ
3 - 6m được đóng để gia cường nền đất với mục đích làm tăng khả năng chịu tải và
giảm độ lún. Theo kinh nghiệm, thường có 25 cọc tre hoặc tràm được đóng cho
1m2. Tuy vậy, nên dự tính sức chịu tải và độ lún của móng cọc tre hoặc tràm bằng
P

P

các phương pháp tính tốn theo thơng lệ. Tuy nhiên đối với cơng trình có tải trọng
trung bình đến lớn giải pháp này có hiệu quả thấp.
1.3.2. Gia cường đất yếu bằng cọc tiết diện nhỏ
Cọc tiết diện nhỏ được hiểu là các lọai cọc có đường kính hoặc cạnh từ 10 đến
25cm. Cọc nhỏ là giải pháp tốt để xử lý đất yếu vì mang lại hiệu quả kinh tế và kỹ


11

thuật. Cơng nghệ cọc nhỏ cho phép giảm chi phí vật liệu, thi công đơn giản, đồng
thời truyền tải trọng cơng trình xuống các lớp đất sâu hơn, giảm độ lún tổng cộng và
lún lệch cơng trình. Cọc nhỏ có ưu điểm sau:
- Tiết kiệm vật liệu và thiết kế tối ưu nhờ diện tiếp xúc với nền lớn.
- Thi công nhanh và đơn giản bằng các thiết bị búa nhẹ
- Là giải pháp hữu ích để gia cố sâu nền đến trên 20m thay cho cọc tràm
- Là công nghệ thích hợp để làm sàn vượt lũ
- Đã có quy trình quy phạm về thiết kế và thi cơng do Bộ Xây dựng ban hành
1.3.3. Gia tải trước

Phương pháp gia tải trước thường là giải pháp công nghệ kinh tế nhất để xử lý
nền đất yếu. Trong một số trường hợp phương pháp chất tải trước khơng dùng giếng
thốt nước thẳng đứng vẫn thành công nếu điều kiện thời gian và đất nền cho phép.
Tải trọng gia tải trước có thể bằng hoặc lớn hơn tải trọng cơng trình trong tương lai.
Trong thời gian chất tải độ lún và áp lực nước được quan trắc. Lớp đất đắp để gia tải
được dỡ khi độ lún kết thúc hoặc đã cơ bản xảy ra.
1.3.4. Giải pháp công nghệ cọc ximăng-đất để xử lý nền đất yếu của Cống dưới Đê
1.3.4.1. Giới thiệu công nghệ Cọc ximăng-đất
Ý tưởng cải tạo đất nền tại chỗ bằng cách đưa một lượng vật liệu vào đất nền
đã có từ rất lâu. Song do gặp khó khăn vì lúc đó cơng nghệ cịn lạc hậu. Năm 1960,
Nhật Bản bắt đầu trong việc nghiên cứu công nghệ đưa vật liệu gia cố vào đất nền.
Những nghiên cứu đầu tiên bắt đầu từ Viện nghiên cứu Cảng và Đường thủy với đề
tài đất trộn vôi (viết tắt tiếng Anh là DLM). Các nghiên cứu tập trung vào việc tìm
ra tỉ lệ trộn thích hợp và hiệu quả của việc trộn. Sau đó cơng nghệ DLM đã đưa vào
ứng dụng nhiều nước trên thế giới. Năm 1975, phương pháp thay thế chất kết dính
bằng ximăng ra đời (CDM). Các nghiên cứu lúc đó tập trung vào đánh giá tính năng
thiết bị kỹ thuật và thiết lập phương pháp thiết kế.
Tại Trung Quốc, công tác nghiên cứu bắt đầu từ năm 1970, mặc dù ngay từ
cuối những năm 1960, các kỹ sư Trung Quốc đã học hỏi phương pháp trộn vôi dưới


12

sâu và CDM ở Nhật Bản. Thiết bị trộn sâu dùng trên đất liền xuất hiện năm 1978 và
ngay lập tức được sử dụng để xử lý nền các khu công nghiệp ở Thượng Hải.
Tại Thụy Điển, các nghiên cứu về phương pháp cột vơi-ximăng đã được thực
hiện trong phịng và hiện trường để xử lý đất sét yếu dưới các nền cơng trình đất
đắp .

Hình 1.6 Thi cơng cọc xi măng-đất Hình 1.7 Thi cơng cọc xi măngkiểu trộn cơ khí

đất theo kiểu trộn tia

Tại Việt Nam, gia cố đất bằng phương pháp trộn sâu đã được nghiên cứu bắt
đầu từ những năm đầu của thập kỷ 80 tại Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng với
một thiết bị thi công của Viện Địa kỹ thuật Thủy Điển (SGI). Đề tài được kết thúc
vào năm 1986 và thiết bị được chuyển giao cho LICOGI. Kết quả đạt được của đề
tài là:
+ lượng % ximăng hợp lý với từng loại đất cải tạo;
+ các nhân tố ảnh hưởng tới cải tạo đất như hàm lượng hữu cơ, cách gia công
mẫu...vv.
Năm 1985, tại Hội nghị Khoa học Kỹ thuật Địa chất Việt Nam lần thứ 2. PTS.
Hồ Chất (Viện Kỹ thuật Giao thơng) đã có báo cáo kết qủa nghiên cứu “Về khả
năng gia cố đất bằng chất kết dính vơ cơ trong điều kiện Việt Nam”. Báo cáo này
chủ yếu phân tích khả năng áp dụng phương pháp trộn sâu cho nhiều loại đất khác
nhau dựa vào thành phần hạt và nêu ra một số ảnh hưởng khi áp dụng phương pháp


13

như: loại đất, tỷ lệ kết dính, nhân tố thời gian đến khả năng biến cứng và ổn định
đất gia cố.
Năm 2004, Viện Khoa học Thuỷ lợi đã tiếp nhận chuyển giao công nghệ
khoan phụt cao áp (Jet-grouting) từ Nhật bản. Đề tài đã bước đầu có những nghiên
cứu thực nghiệm về sức chịu tải của cọc đơn và nhóm cọc, khả năng chịu lực ngang,
ảnh hưởng của hàm lượng XM đến tính chất của XMĐ,... nhằm ứng dụng cột XMĐ
vào xử lý đất yếu.
Năm 2007 nhóm nghiên cứu của NCS. Phùng Vĩnh An đã tiếp tục triển khai
đề tài cấp bộ “ Nghiên cứu đề xuất phương pháp tính toán sức chịu tải của cột xi
măng-đất”. Đề tài đã cơng bố được nhiều thơng tin có giá trị về việc ứng dụng các

kết quả mới trong tính tốn xử lý nền bằng cọc xi măng – đất.
Mặc dù hiện nay ở trong nước việc ứng dụng giải pháp này ngày càng nhiều.
Tuy nhiên, nhiều chuyên gia trong lĩnh vực này khẳng định rằng để đạt được hiệu
quả cao trong việc xử lý nền móng cơng trình cần phải có những nghiên cứu sâu
hơn về vật liệu, phương pháp tính tốn và cơng nghệ thi cơng.
1.3.4.2. Các cơng trình thực tế đã áp dụng
Đây là công nghệ mới, các tài liệu có liên quan đến việc đánh giá chất lượng
cọc XMĐ hiện nay rất phong phú, tuy nhiên việc áp dụng công nghệ vào các điều
kiện cụ thể cần phải được tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện. Ở nuớc ta việc sử dụng
công nghệ này để xử lý thấm cho một số cơng trình: Hồ Đá Bạc - Hà Tĩnh, cống
Trại - Nghệ An...
1. Xử lý chống thấm Cống Cầu Bùng
Cơng trình: Xử lý chống thấm Cống Cầu Bùng;
Địa điểm: Trại Cầu Bùng - Huyện Diễn Châu - Tỉnh Nghệ An;
Chủ đầu tư: Viện Nghiên cứu nuôi trồng Thủy sản I - Bộ Thủy Sản;
Vài nét về cơng trình: Cống Sông Cầu Bùng thuộc trại Cầu Bùng, huyện Diễn
Châu, tỉnh Nghệ An. Cơng trình được xây dựng để cấp nước và tiêu nước phục vụ
nuôi trồng thủy sản, ngăn mặn và giữ ngọt cho cánh đồng của xã ở phía đồng.


14

Hình 1.8 Hiện trạng cống trước khi sửa chữa
Hiện trạng hư hỏng: Cống bị thẩm lậu dưới đáy cống, hai bên mang cống và
đoạn đê tiếp giáp với cống, ảnh hưởng đến khả năng làm việc của cống và tuyến đê,
gây mất an tồn cho cơng trình.
Giải pháp kỹ thuật : Thi công hàng tường cọc Xi măng - đất dưới đáy, hai bên
mang cống và đoạn đê bị thẩm lậu bằng công nghệ Khoan phụt áp lực cao.
Kết quả đạt được: Tạo hàng tường cọc XMĐ có hệ số thấm K <= 10-5cm/s
.Sau khi thi cơng khơng cịn hiện tượng thẩm lậu từ thượng lưu về hạ lưu nữa. Cống

hoạt động bình thường.

Hình 1.9 Mực nước thượng lưu cống sau khi sửa chữa
2. Xử lý chống thấm Cống D10 tỉnh Hà Nam
Cơng trình: Xử lý chống thấm cống D10


15

Địa điểm: Thị xã Phủ Lý - Tỉnh Hà Nam
Chủ đầu tư: UBND thị xã Phủ Lý - Tỉnh Hà Nam

Hình 1.10 Thi cơng KPALC cống D10
Vài nét về cơng trình: Cống tiêu D10 thuộc hệ thống thủy nơng thị xã Phủ Lý
tỉnh Hà Nam được xây dựng năm 2002.
Hiện trạng hư hỏng: Mùa lũ năm 2002 , khi đi vào vận hành xảy ra sự số mạch
sủi phía đồng, sau bể tiêu năng.
Giải pháp kỹ thuật: Thi công hàng tường cọc Xi măng đất dưới đáy cống bằng
công nghệ Khoan phụt áp lực cao.
Kết quả đạt được: Tạo hàng tường cọc XMĐ có hệ số thấm K< = 10-5cm/s.
Sau khi thi cơng, khơng cịn hiện tượng thẩm lậu từ thượng lưu về nữa .Cống hoạt
động bình thường.
1.4. Kết luận
Việc ứng dụng các công nghệ tiên tiến để xử lý nền cho các cống dưới đê, các
cống Thủy lợi nói chung là rất cần thiết, có ý nghĩa kinh tế kỹ thuật cao.
Công nghệ xử lý nền cống dưới đê phải đảm bảo các tiêu chí sau:
+ Tạo được tường chống thấm dạng cọc dưới đáy cống và hai bên mang cống;
+ Vừa có tác dụng chống thấm và tác dụng chịu lực;
+ Phù hợp với các loại đất ở tỉnh Quảng Bình;

16

+ Thi công được dưới mực nước ngầm;
+ Thiết bị thi công phù hợp với điều kiện cống dưới đê, không gây chấn động
làm ảnh hưởng đến đất nền và bản thân cơng trình.