Nghiên cứu phá hủy thấm nền cống Cẩm Đình và giải pháp xử lý

Chia sẻ: ViNeji2711 ViNeji2711 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:7

Thêm vào BST

Báo xấu

57
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Biến đổi khí hậu cùng với các hiện tượng thời tiết cực đoan... đã khiến tình hình suy giảm dòng chảy mặt diễn ra ngày càng nghiêm trọng. Hệ quả là sự cạn kiệt, suy giảm mực nước phía sông xuống thấp kỷ lục trong lịch sử.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Nghiên cứu phá hủy thấm nền cống Cẩm Đình và giải pháp xử lý

Người phản biện: PGS.TS ĐẬU VĂN NGỌ NGHIÊN CỨU PHÁ HỦY THẤM NỀN CỐNG CẨM ĐÌNH VÀ GIẢI PHÁP XỬ LÝ NGUYỄN ĐỨC HUY*, BÙI VĂN TRƢỜNG** Permeability deformation of soils under foundation of sluice at dike Cam Dinh and some remedial measures Abstract: In recent years, a series of permeability deformation and structural damages were found out at sluice under dike Cam Dinh. The paper deal with results of studies on geological conditions, analysis of actual damage events for evaluating cause and proposing some remedial measures. Keywords: Permeable deformation, Permeability treatment, spill drills, waterproofing piles. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ * (BĐKH) cùng với các hiện tƣợng thời tiết cực Trong những năm gần đây, biến đổi khí hậu đoan... đã khiến tình hình suy giảm dòng chảy mặt diễn ra ngày càng nghiêm trọng. Hệ quả là * Trung tâm uy hoạch và Điều tra tài nguyên nước sự cạn kiệt, suy giảm mực nƣớc phía sông quốc gia DĐ: 0963585555 xuống thấp kỷ lục trong lịch sử. Các hình thức ** Trường Đại học Thủy lợi biến dạng, phá hủy thấm nhƣ mạch đùn, mạch 175 Tây Sơn - Đống Đa - Hà Nội DĐ: 0912135769 sủi, xói ngầm,... xảy ra phổ biến không chỉ ở ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2 - 2020 41
phía đồng về mùa lũ mà nay còn xuất hiện cả ở và thực tiễn. phía sông khi mực nƣớc sông xuống thấp. Hệ 2. ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT NỀN thống công trình đê điều phải làm việc trong CÔNG TRÌNH điều kiện hết sức bất lợi. Nhiều sự cố công trình Theo kết quả khảo sát Địa chất công trình do tác động của dòng thấm đã xảy ra hết sức năm 2001, 2019 cho thấy, cống Cẩm Đình có phức tạp. cấu trúc (hình 01) gồm các lớp đất sau: Cống Cẩm Đình là công trình nằm trên đê phân lũ Vân Cốc. Tim cống cách vai phải cống phân lũ Vân Cốc 240m về phía thƣợng lƣu sông Hồng thuộc địa phận xã Cẩm Đình, huyện Phúc Thọ, TP. Hà Nội. Đƣợc khởi công xây dựng năm 2002 và hoàn thành vào năm 2004. Cống có nhiệm vụ chủ động đƣa nƣớc từ sông Hồng qua kênh Cẩm Đình - Hiệp Thuận tiếp nguồn cho lƣu vực sông Đáy đáp ứng nhu cầu sản xuất nông nghiệp và dân sinh của 5 tỉnh, thành phố: Hà Nội, Hà Nam, Hòa Hình 1. Mặt cắt địa chất ngang cống Cẩm Đình Bình, Nam Định, Ninh Bình,… Theo thống kê của Ban Quản lý công trình phân lũ sông Đáy - Lớp 1: Đất đắp-Sét, sét pha, dẻo cứng; (Sở NN&PTNT Hà Nội), trong 4 năm gần - Lớp 1a: Bản đáy cống-Bê tông cốt thép; đây, trung bình số ngày cống Cẩm Đình hoạt - Lớp tk: Cát xốp, lỏng, bão hòa nƣớc; động đúng thiết kế chỉ đạt 137 ngày/năm. - Lớp 2: Cát hạt nhỏ, chặt vừa; Thậm chí, mùa kiệt năm 2016, cống Cẩm - Lớp 3: Cát hạt trung lẫn ít sạn sỏi, chặt vừa; Đình không thể hoạt động do mực nƣớc sông - Lớp 4: Sét pha dẻo mềm - dẻo chảy; Hồng thấp hơn đáy cống. Còn vào mùa lũ, - Lớp 5: Sét, sét, dẻo cứng; cống Cẩm Đình chỉ có 19 ngày đủ nƣớc để - Lớp 6: Cuội sỏi, chặt-rất chặt. hoạt động; năm 2017, mùa kiệt có 13 ngày Đặc trƣng cơ lý của các lớp đất đƣợc trình nƣớc sông Hồng đi qua cống. Đồng thời với bày trong bảng 01. sự suy giảm dòng chảy mặt, cạn kiệt, suy giảm Nhƣ vậy, đáy cống đặt trực tiếp trên lớp cát mực nƣớc phía sông, thời gian gần đây, nền hạt nhỏ, hạt trung (lớp 2) có tính thấm mạnh, cống Cẩm Đình đã xảy ra các hiện tƣợng xói phần tiếp giáp với đáy cống đã bị dòng thấm xói ngầm, mạch đùn, mạch sủi cả ở phía đồng và rỗng cục bộ (hình thành lớp cát xốp, lỏng - Lớp phía sông gây biến dạng, xói rỗng nền đất. tk). Lớp này bị sông Hồng ở phía ngoài đê và cả Đây là những hình thức biến dạng thấm hết sông dẫn phía đồng đào cắt, có quan hệ thủy lực sức nguy hiểm, gây mất ổn định công trình. trực tiếp với nƣớc sông Hồng và sông dẫn phía Việc nghiên cứu các tác động bất lợi của đồng nên khi có chênh lệch mực nƣớc sẽ hình dòng thấm trong điều kiện cực đoan nhƣ vậy thành dòng thấm từ phía sông về phía đồng và cho một công trình cụ thể nhƣ cống Cẩm Đình, hƣớng ngƣợc lại làm phát sinh biến dạng thấm nhằm xác định rõ nguyên nhân và đề xuất giải (BDT) gây mất ổn định công trình. pháp xử lý phù hợp đảm bảo ồn định công trình là một nhiệm vụ cấp bách, có ý nghĩa khoa học Bảng 1. Đặc trƣng cơ lý các lớp đất nền 42 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2 - 2020
3. DIỄN BIẾN, NGUYÊN NHÂN ĐÙN, - Đặc biệt, tháng7/2016, khi chênh lệch mực SỦI, XÓI NGẦM NỀN CÔNG TRÌNH nƣớc giữa hạ lƣu, thƣợng lƣu cống chỉ là 0,85m 3.1. Thông số cơ bản của công trình đã xuất hiện dòng nƣớc đục đẩy ngƣợc, đùn, sủi Cống Cẩm Đình thuộc loại cống hở có kiến tại mang phải cống phía thƣợng lƣu cống, điểm trúc 2 tầng, gồm 3 khoang (2 khoang lấy nƣớc tiếp giáp giữa chân mái kè thƣợng lƣu và phần và 1 khoang thông thuyền), là công trình cấp I; bê tông đáy kênh thƣợng lƣu cống. - Tần suất thiết kế: Đảm bảo tƣới P=75%; Kết quả khảo sát mạnh đùn, sủi hạ lƣu cống - MN sông Hồng khi phân lũ tại Vân Cốc ở phần ngập nƣớc bằng thợ lặn cũng cho thấy, tại mạch đùn sủi số 1 ở vị trí giữa kênh, nƣớc +15,62m; đẩy mạnh lên mặt nƣớc (hình số 2 &3), lỗ đùn, - MN sông Đáy tại hạ lƣu Đập Đáy sủi dƣới đáy kênh có dạng hàm ếch kích thƣớc P=75%: +4,28m; (40x8)cm, nƣớc chảy ra từ lỗ thủng rất mạnh, - Lƣu lƣợng thiết kế (lấy nƣớc mùa kiệt): xung quanh có nhiều bùn cát đùn lên. QTK=36,24m3/s. Nhƣ vậy, trong những năm gần đây tình hình 3.2. Diễn biến mạch đùn, mạch sủi, xói đùn, sủi cống Cẩm Đình ngày càng gia tăng, ngầm nền công trình chúng không chỉ xuất hiện ở hạ lƣu cống khi có Theo số liệu của đơn vị Quản lý công lũ mà còn xuất hiện cả ở thƣợng lƣu cống khi trình [1]: nƣớc sông Hồng cạn kiệt, moi chuyển bùn, cát - Tháng 8/2017, khi chênh lệch mực nƣớc đùn lên làm rỗng nền công trình và nguy hiểm thƣợng - hạ lƣu là 5,75m, đã phát hiện thấy hiện hơn là chúng xuất hiện với chênh lệch mực tƣợng mạch đùn, sủi trên kênh Cẩm Đình – nƣớc ngày càng thấp. Điều đó chứng tỏ biến Hiệp Thuận. Vị trí mạch đùn, sủi nằm ở khoảng dạng thấm ở nền công trình đã phát sinh, phát giữa kênh, cách tim cống khoảng 122m về phía triển với quy mô ngày càng nguy hiểm. hạ lƣu; 3.3. Kết quả khảo sát, đánh giá nguyên - Tháng 9/2017, chênh lệch mực nƣớc nhân đùn, sủi, xói ngầm nền cống Cẩm Đình thƣợng, hạ lƣu cống chỉ ở mức 3,54m đã xuất 3.3.1. Khảo sát, đánh giá sự làm việc của hệ hiện đùn, sủi nƣớc đục tại 3 vị trí cách tim cống thống lọc ngược xử lý thấm khoảng 122m; 89m và 42m. ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2 - 2020 43
Giải pháp cừ chống thấm kết hợp với hệ thống lọc ngƣợc hạ lƣu đƣợc sử dụng để xử lý thấm khi xây dựng công trình. Tuy nhiên, kết quả khảo sát trực tiếp toàn bộ hệ thống lọc ngƣợc, thoát nƣớc hạ lƣu và đáy kênh bằng phƣơng pháp thợ lặn ngày 14/9/2017, khi là Hình 2. Mặt cắt điện tuyến TD2 thượng lưu 4,95m cho thấy: cống Cẩm Đình - Đáy bể tiêu năng có 15 hàng lỗ thoát nƣớc theo chiều dọc kênh, dƣới là tầng lọc ngƣợc bằng đá dăm và vải lọc; trong đó, phía bên phái có 5 hàng gồm 25 lỗ thì chỉ có 3 lỗ có hoạt động (1 lỗ hoạt động mạnh 02 lỗ còn lại hoạt động yếu), phía bên trái có 10 hàng gồm 50 lỗ thì cũng chỉ có 12 lỗ còn hoạt động (4 lỗ hoạt động mạnh). Nhƣ vậy tổng số 75 lỗ thoát nƣớc của tầng lọc ngƣợc chỉ có 17 lỗ còn hoạt động (5 lỗ hoạt động tốt). Hình 3. Thợ lặn đang xác định vị trí mạch - Quan sát các lỗ thoát nƣớc thấm trên mái đùn sủi kênh phía bờ trái cho thấy nƣớc chảy ra thành dòng, xunh quanh lỗ có cát đùn tạo thành các đống nhỏ. Tầng lọc ngƣợc của các lỗ thoát nƣớc đã bị hỏng mất tác dụng nên cát trong mái kênh theo nƣớc chảy ra ngoài (hình 6). Nhƣ vậy, phần lớn hệ thống lọc ngƣợc, thoát nƣớc hạ lƣu và đáy kênh đã bị tắc và hƣ hỏng không còn làm việc đƣợc nhƣ thiết kế ban đầu. 3.3.2. Khảo sát, đánh giá xói ngầm nền cống Hình 4. Vị trí lỗ sủi hạ lưu cống được thợ lặn Để xác định rõ phạm vi, mức độ phá hủy đánh dấu thấm, xói rỗng nền, phƣơng pháp phƣơng pháp địa vật lý đƣợc sử dụng kết hợp với khoan địa chất công trình. Kết quả đo mặt cắt điện và đo sâu điện đa cực đã khoanh định đƣợc trong lớp cát 2, ngay dƣới đáy cống xuất hiện đới dị thƣờng, điện trở suất rất thấp do cát lớp 2 bị xói ngầm giảm mật độ hạt nên độ rỗng, xốp lớn (hình 02). Đới này đƣợc xác nhận và thể hiện rõ qua kết quả khoan khảo sát địa chất bởi sự có Hình 5. Lặn kiểm tra đáy kênh hạ lưu mặt của lớp cát xốp, lỏng, bão hòa nƣớc (lớp tk) ngay dƣới đáy cống (hình 01). 44 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2 - 2020
3.3.2. Phân tích, đánh giá nguyên nhân Để xác định rõ nguyên nhân gây phá hủy thấm, biến dạng nền công trình, sử dụng module Seep/W trong bộ phần mềm Geo-Studio tính toán, đánh giá tác động của dòng thấm trong điều kiện thực tế, công trình phải làm việc trong điều kiện bất lợi do mực nƣớc sông hạ thấp, cạn kiệt và thiết bị thoát nƣớc không còn làm việc bình thƣờng. Các trƣờng hợp tính toán cụ thể Hình 6. Hiện trạng lỗ thoát nước mái kênh đƣợc trình bày ở bảng 02. (mái bên trái) Bảng 2: Các trƣờng hợp tính toán thấm TH tính Mực nƣớc Mực nƣớc Hƣớng thấm Ghi chú toán HL (m) TL (m) Lọc ngƣợc HL làm việc 1a Từ TL về HL 5,27 16,01 bình thƣờng 1b Từ TL về HL 5,27 16,01 Lọc ngƣợc HL bị tắc Lọc ngƣợc HL làm việc 2a Từ HL về TL 5,27 2,5 bình thƣờng 2b Từ HL về TL 5,27 2,5 Lọc ngƣợc HL bị tắc Bảng 3: Kết quả tính toán thấm TH tính Hình thức Mực nƣớc Mực nƣớc Jmax cửa [Jmax] cửa Ghi chú toán thấm HL (m) TL (m) ra ra Lọc ngƣợc HL Từ TL về 1a +5,27 +16,01 0,107 0,18 làm việc bình HL thƣờng Từ TL về Lọc ngƣợc HL 1b +5,27 +16,01 0,22 0,18 HL bị tắc Lọc ngƣợc HL Từ HL về 2a +5,27 +2,5 0,27 0,18 làm việc bình TL thƣờng Từ HL về Lọc ngƣợc HL 2b +5,27 +2,5 0,20 0,18 TL bị tắc ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2 - 2020 45
vƣợt quá giới hạn gây đùn, sủi phía sông. Đồng thời, sau thời gian sử dụng do lún không đều, xuất hiện khe hở giữa sân thƣợng lƣu và đáy kênh dẫn thƣợng lƣu cũng nhƣ giữa đáy kênh dẫn thƣợng lƣu và bờ kênh thƣợng lƣu nên khi xuất hiện dòng thấm ngƣợc từ hạ lƣu về thƣợng lƣu các hạt cát dễ dàng đi ra theo dòng thấm. Hình 6. Gradient thấm ở nền cống TH 2ª Mặt khác, theo hồ sơ thiết kế thì cao độ chân Mực nước sông Hồng hạ thấp đến +2,5m cừ chống thấm phía thƣợng lƣu là -6,9m và - 11,4m. Nhƣ vậy chân cừ chống thấm phía Kết quả tính toán thấm theo 2 hƣớng từ phía thƣợng lƣu chƣa đạt đủ chiều sâu để cắm vào sông về phía đồng và hƣớng ngƣợc lại đƣợc lớp đất chống thấm tốt; phạm vi đóng cừ chống trình bày cụ thể ở bảng 02 cho thấy: Trong thấm của công trình chƣa đủ rộng, chỉ đóng cừ trƣờng hợp nƣớc lũ sông Hồng, ở mức chống thấm trong phạm vi thân cống không kéo +16,01m, lọc ngƣợc hạ lƣu cống bị tắc (trƣờng dài ra hai bên mang cống nên với trƣờng hợp hợp TH 1b) và cả khi nƣớc sông Hồng bị cạn thấm vòng qua thân cừ thì công trình không kiệt, hạ thấp đến +2,50m (TH 2a và 2b) thì dù đảm bảo điều kiện ổn định chống thấm. Đây lọc ngƣợc hạ lƣu hoạt động tốt hoặc bị tắc, cũng là một trong nhƣng nguyên nhân gây biến gradien Jmax đều vƣợt quá gradien thấm cho dạng, phá hủy thấm ở nền công trình. phép [Jmax], không đảm bảo điều kiện về 4. GIẢI PHÁP XỬ LÝ gradient thấm. Điều đó lý giải cho sự phát sinh Căn cứ vào điều kiện thực tế, kiến nghị giải và phát triển mạch đùn cả ở phía hạ lƣu và pháp nhƣ sau: thƣơng lƣu cống Cẩm Đình. Khi mạch đùn phát - Khoan phụt bù phần nền đã bị dòng thấm triển, cát ở lớp 2 ngay dƣới đáy cống bị moi phá hủy, xói rỗng dƣới đáy cống. Sử dụng vật chuyển, xói ngầm, đùn ra tại cửa thoát (vị trí các liệu bù nền bằng cát – xi măng và bê tông, đá mạch đùn) hình thành các đƣờng thấm, hang (1x2)cm. thấm cục bộ dƣới đáy cống. Quá trình xói rỗng - Xử lý thấm từ phía sông về phía đồng và nền cống đƣợc phát hiện và thể hiện rất rõ qua dòng thấm ngƣợc phía đồng ra sông bằng hàng kết quả các hố khoan khảo sát địa chất bởi sự có cừ chống thấm ở thƣợng và hạ lƣu bằng cừ thép mặt của lớp cát xốp, lỏng (lớp tk) phân bố cục Larsen IV, chân cừ cắm vào lớp đất chống thấm bộ dƣới bản đáy cống (hình 01) và kết quả đo tốt (lớp 4). Phạm vi chiều rộng đóng cừ bao địa vật lý mặt cắt điện và đo sâu điện (hình 02). gồm toàn bộ phần đáy cống và kéo dài sang 2 Nhƣ vậy, nguyên nhân chính gây phá hủy, bên bờ phải và bờ trái để ngăn chặn dong thấm biến dạng thấm làm rỗng nền cống là do sau vòng hai bên thân cống. nhiều năm vận hành hệ thống lọc ngƣợc hầu hết Cống Cẩm Đình là công trình dƣới đê (cấp I), đã bị tắc, không còn tác dụng thoát nƣớc, làm nền công trình có tầng chứa nƣớc áp lực do vậy tăng gradien áp lực thấm, khi nƣớc lũ phía sông để đảm bảo an toàn tuyệt đối cho công trình, dâng cao gây đùn, sủi phía đồng; Về mùa khô, công tác chống thấm đƣợc tăng cƣờng bằng giải nƣớc sông Hồng hạ thấp, cạn kiệt, trong khi đó pháp khoan phụt 2 nút bằng vật liệu xi măng - phải đóng cống để trữ nƣớc phía đồng, chênh bentonit tạo màn chống thấm hai bên mang lệch mực nƣớc phía đồng và sông gia tăng làm công để ngăn ngừa nƣớc có áp thâm nhập. phát sinh dòng thấm từ phía đồng ra có gradien 5. KẾT LUẬN 46 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2 - 2020
- Nguyên nhân chính gây phá hủy, biến dạng hai bên mang cống ngăn ngừa dòng thấm từ thấm là do sau nhiều năm vận hành hệ thống lọc tầng chứa nƣớc có áp. ngƣợc hầu hết đã bị tắc, không còn thoát nƣớc, làm tăng gradien áp lực thấm, gây đùn, sủi phía TÀI LIỆU THAM KHẢO đồng; Đặc biệt, khi nƣớc sông Hồng cạn kiệt phát sinh dòng thấm ngƣợc từ phía đồng ra có 1. Ban Quản lý công trình phân lũ sông Đáy gradien vƣợt quá giới hạn gây đùn, sủi phía (2016), Báo cáo về Hiện tượng mạch sủi thượng sông. Lún không đều làm xuất hiện khe hở giữa lưu cống Cẩm Đình, Hà Nội; sân thƣợng lƣu và đáy kênh dẫn cũng nhƣ giữa 2. Tổng công ty TVXDTL Việt Nam - CTCP đáy kênh dẫn và bờ kênh; cừ chống thấm phía (2001), Hồ sơ thiết kế cống Cẩm Đình, Hà Nội; thƣợng lƣu chƣa đạt đủ chiều sâu để cắm vào 3. Viện Kỹ thuật công trình (2019), Báo cáo lớp đất chống thấm tốt, chƣa đủ rộng để ngăn khảo sát địa chất công trình, dự án Xử lý sự cố dòng thấm vòng hai bên cống cũng là. mạch đùn, mạch sủi cống Cẩm Đình, Hà Nội; - Cống Cẩm Đình là công trình dƣới đê cấp I, 4. Bùi Văn Trƣờng (2009), Nghiên cứu biến công trình phải làm trong điều kiện bất lợi nhƣ dạng thấm nền đê hạ du sông Hồng địa phận hiện nay, cần sử dụng tổ hợp các giải pháp đảm tỉnh Thái Bình và đánh giá thực nghiệm các giải bảo tuyệt đối an toàn. Trƣớc hết cần khoan phụt pháp xử lý, Luận án tiến sĩ kỹ thuật , Hà Nội; bù cho phần nền đã bị xói rỗng. Để xử lý dòng 5. Bùi Văn Trƣờng (2013), Cơ chế phá hủy thấm từ phía sông khi có lũ và dòng thấm ngƣợc thấm nền đê hạ du sông Hồng, Tạp chí Địa kỹ từ phía đồng khi nƣớc sông Hồng cạn kiệt sử thuật, số 4-2013, Hà Nội; dụng giải pháp cừ chống thấm ở thƣợng và hạ 6. TCVN 8253:2012, Công trình thủy lợi - lƣu, kết hợp với khoan phụt tạo màn chống thấm Nền các công trình thủy công - Yêu cầu thiết kế. Người phản biện: PGS.TS NGUYỄN HUY PHƢƠNG ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2 - 2020 47