XÓI NGẦM TRONG CÔNG TRÌNH THỦY - Port & Coast

BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC CÔNG NGHỆ

CẤP TRƯỜNG NĂM 2017

TS. NGUYỄN ĐỨC MẠNH 1

[email protected]

PHỐI HỢP GIỮA CÔNG TY CPTV CẢNG – KỸ THUẬT BIỂN

& BỘ MÔN XD CẢNG - ĐƯỜNG THỦY, ĐHXD

HỘI THẢO KHOA HỌC

ÁP DỤNG CÔNG NGHỆ VÀ TIÊU CHUẨN MỚI TRONG

KHẢO SÁT, THIẾT KẾ VÀ KHAI THÁC CÔNG TRÌNH CẢNG

CHUYÊN ĐỀ

XÓI NGẦM TRONG CÔNG TRÌNH THỦY

TP. HỒ CHÍ MINH, 25/12/2017

1 contact:

mailto:[email protected]

NỘI DUNG BÁO CÁO

2

1. TỔNG QUAN VỀ XÓI NGẦM ĐẤT

2. XÓI NGẦM ĐỐI VỚI CÔNG TRÌNH

3. ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG HÓA LỎNG CỦA CÔNG TRÌNH

4. SỰ CỐ ĐÊ CHẮN SÓNG THÙNG CHÌM DO HÓA LỎNG

1. TỔNG QUAN VỀ XÓI NGẦM

3


41.1. ĐẶT VẤN ĐỀ

5

Nghiên cứu trên thế giới

▪ Đã được nghiên cứu từ lâu (bởi Terzaghi, 1943);

▪ Tập trung vào mô hình toán và thí nghiệm;

▪ Quy trình đánh giá xói ngầm – cho công trình

kiểu đập.

Nghiên cứu ở Việt Nam

▪ Đã có những nghiên cứu liên quan đối với xói ngầm,

với các công trình thực tế

▪ Chưa có nghiên cứu chuyên sâu, hệ thống về xói

ngầm;


1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ


6

Định nghĩa xói ngầm: Xói ngầm là kết của quá trình rửatrôi của các hạt đất dưới ảnh hưởng của dòng nướctrong đất

Xói dạng ống Xói ngược

Xói tiếp xúc Xói khuyếch tán

1.2. CƠ CHẾ HÌNH THÀNH XÓI NGẦM


7

Thí nghiệm HET

1.3. XÓI DẠNG ỐNG

8

1

3

2

5

4

6

7

Ixói = ?


1.4. XÓI NGẦM NGƯỢC


9

Thí nghiệm LTHE

Vxói = ?

1.5. XÓI NGẦM TIẾP XÚC


10

Hư

ớn

gcủ

ad

òn

g

Điều kiện xuất hiện (Wan et Fell 2004) :

- Điều kiện 1 : df < On

- Điều kiện 2 : Pf ≤ Pgh

- Điều kiện 3 : v ≥ vc hoặc i ≥ ic

1.6. XÓI NGẦM KHUYẾCH TÁN


11

Có bốn loại xói ngầm cơ bản:

▪ Xói dạng ống;

▪ Xói ngược;

▪ Xói tiếp xúc;

▪ Xói khuyếch tán

Điều kiện sinh ra xói ngầm:

▪ Điều kiện tách rời các hạt đất;

▪ Điều kiện vận chuyển các hạt đất


12


13

Bến tường cừ Bến trọng lực

Bến cầu tầu

2.1. VỊ TRÍ HÌNH THÀNH XÓI NGẦM



Xói trong thân đê

Xói trong nền đê

Xói thân-nền đê

Xói giữa lớp tiếp xúc đấtvà công trình




162.2. NGUYÊN NHÂN GÂY RA XÓI NGẦM

HÌNH DÁNG MẶT CẮT CÔNG TRÌNH KHÔNG PHÙ HỢP

➢ Mặt cắt đê quá hẹp (do thiết kế)

➢ Thay đổi mặt cắt theo thời gian

➢ Nâng cao đường bão hòa

➢ Tăng gradient thủy lực


17

Lỗ mở thực trong công trình

Sự phân tầng của đất trong quá trình thi công (do đầm nén)

Sự không đồng nhất giữa các lớp đất được sử dụng khi thiết kế, hoặc trong quá trình sửa chữa công trình

Tập trung dòng nước – tăng áp lực nước lỗ rỗng xói ngầm



18

Lớp tiếp xúc đất-kết cấu được xử lý không tốt

Giữa hai lớp đất khác nhau

Rò rỉ nước – kênh dẫn nước xói ngầm



19

Sự lún không đều của nền Hình thành các hang cas tơ

Sự hóa lỏng của đất



20

Nguyên nhân gây xói ngầmKiểu xói

ngầmBiểu hiện có thể nhận biết được

Sự

không

đồng

nhất

tại các

vị trí

khác

nhau

của

công

trình

Lớp tiếp xúc giữa vật liệu hạt to (đá, sỏi)

và vật liệu hạt nhỏ hơn (cát, phù sa)Xói

tiếp

xúc,

hoặc

xói

ngược

• Xuất hiện hố sụt lún, và

hoặc dò rỉ nước ở mái ta

luy hạ lưu có hoặc không

có hạt đất bị kéo theo

• Công trình có thể bị lún

Những lỗ hổng cũ được lấp đầy bởi các

vật liệu hạt to

Kênh dẫn nước cũ đã hình thành trong

thân công trình, sau đó được lấp đầy bởi

các vật liệu khác nhau

Công trình được xây dựng trên nền có

hang động cas tơ

• Xuất hiện hiện tượng sụt

lún

Những ống/lỗ hổng thực trong thân công

trình, được tạo ra bởi động vật, hoặc rễ

cây tồn tại trong công trình

Xói

dạng

ống

▪ Lỗ hổng/đường ống nhìn

rõ ở mái taluy

▪ Dò rỉ nước ở mái ta luy

hạ lưu có hoặc không có

hạt đất bị kéo theo

2.3. TỔNG HỢP XÓI NGẦM ĐỐI VỚI CÔNG TRÌNH


21

Nguyên nhân gây xói ngầm Kiểu xói

ngầm

Biểu hiện có thể nhận biết được

Hình dạng mặt cắt ngang công trình

Hình dạng mặt cắt không phù hợp hoặc thay đổi theo thời gian

Xói ngược ▪ Thu hẹp mặt cắt ngang ở

chân đê,

▪ Xuất hiện hiện tượng dò rỉ

nước

Điều kiện thủy lực đặc biệt

Đường mặt nước dâng cao (do thủy triều, sóng bão, nước dâng, do lũ trong sông)

Xói tiếp xúc, xói ngược, xói khuyếch tán

▪ Tăng lưu lượng nước do rỉ

▪ Tăng vận tốc dòng thấm

Điều kiện nước ngầm đặc biệt

Công trình được đặt trên một tầng nước ngầm thay đổi

Xói tiếp xúc, xói ngược

Xuất hiện hiện tượng sụt lún



22

Nguyên nhân gây xói ngầm Kiểu xói ngầm Biểu hiện có thể nhận biết được

Kết

cấu

của

công

trình

Vấn đề liên quan đến lớp phủ

mái thượng lưu làm ảnh hưởng

đến khả năng chống thấm

Xói khuyếch

tán, xói

ngược

• Hiện tượng sụt lún của đất

• Dò rỉ nước ở mái ta luy hạ lưu kèm theo hạt đất bị mang đi

• Sự thay đổi của chiều cao cột nước trong công trình

Đê được xây dựng bởi đất đắp

đồng nhất, không có lớp lọc

Đê đất đắp đồng nhất với lớp

thoát nước bằng đá ở chân hạ

lưu mà không có lớp lọc

Xói tiếp xúc,

xói ngược

• Xuất hiện hố sụt lún, dò rỉ nước ở mái ta luy hạ lưu có hoặc không có hạt đất bị kéo theo

Đất trong thân công trình có

khả năng bị xói mà không có lớp

lọc

Xói khuyếch

tán

• Sự mât đất, dò rỉ nước ở mái ta luy hạ lưu cùng kèm theo hạt đất bị mang đi

• Sự thay đổi của chiều cao cột nước trong công trình

Chân công trình nơi dòng thấm

đi ra khỏi công trình, không có

lớp lọc

Xói khuyếch

tán, xói

ngược

• Vận tốc dòng thấm lớn

• Dò rỉ nước ở chân công trình có hoặc không có hạt đất bị kéo theo

• Xuất hiện đùn đất


3. ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG XÓI NGẦM CỦA CÔNG TRÌNH

23


24

SO SÁNH GIÁ TRỊ TÍNH TOÁN – GIÁ TRỊ NGƯỠNG GÂY XÓI

TÍNH TOÁN ĐẶC TRƯNG DÒNG THẤM -ỨNG SUẤT TRONG CÔNG TRÌNH

TÍNH TOÁN GIÁ TRỊ NGƯỠNG GÂY XÓI

3.1. CÁC BƯỚC ĐÁNH GIÁ XÓI NGẦM

25

1

- 5.70

CT§B -4.70

MNTTK - 1.70

CTMB +3.00

MNCTK +2.00

-6

-10

-8

-12

K3

m=2.5

m=4

K1

K2

K4TuyÕn mÐp bÕn

§uêng tù nhiªn

-10.75

-8.05

3

2

w = 1.77g/cm3

c = 0.074kg/cm2

= 703'

B = 0.69

w = 1.74g/cm3

c = 0.061kg/cm2

= 457'

B = 0.95

3

2

Loại đất Hệ số thấm K (m/s) Khả năng xói khuyếch tán

Đất san lấp 510-3 Có

Lớp 1 - Bùn sét pha 210-6 không

Lớp 2 – Sét pha cát 610-4 không

Lớp 3 – Sét pha 110-5 không

Kè bến nhập liệu, Hòa Phát, Kinh Môn, Hải Dương

3.1. CÁC BƯỚC ĐÁNH GIÁ XÓI NGẦM


26

Velocity

Velo

city

Magnitu

de (

m/s

ec)

Time (hr)

0

0.0002

0.0004

0.0006

0.0008

0.001

0.0012

0.0014

0.0016

0.0018

0 10 20 30 40 50

Gradient

XY

-Gra

die

nt

Time (hr)

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

0.45

0 10 20 30 40 50

Ixoi = 0.39

3.2. KHẢ NĂNG XÓI NGẦM KÈ GẦM BẾN


27

imax =0.694, vmax=3.810-4m/s

m1=m2=1:2 m1=1:1.5, m2=1:2

imax=0.71; vmax=3.910-4m/s

m1=m2=1:1.5

imax=0.813; vmax = 4.5810-4m/simax=0.824; vmax = 5.110-4m/s

m1=m2=1:1.25

Gradient gây xói: ick = 0.36

Khi mặt cắt ngang bị thu hẹp:

▪ Gradient thấm – vấn tốc dòng thấm tăng lên ở chân phía bờ;

▪ Đường mực nước bão hòa cũng được nâng cao hơn;

▪ Gradient thủy lực i> ixói rủi ro bị xói ngầm

3.3. SỰ THAY ĐỔI HÌNH HỌC CỦA CÔNG TRÌNH


28

Gradient gây xói: ick = 0.36

Sử dụng lớp phủ mái chống thấm:

▪ Gradient thấm giảm imax=0.55;

▪ Đường mực nước bão hòa hạ thấp;

▪ Cần có lớp lọc ở chân thoát nước.

Phủ mái chống thấm

3.4. THAY ĐỔI KẾT CẤU CÔNG TRÌNH


Velocity X

0 secX

-Velo

city M

agnitude (

m/s

ec)

X (m)

0

0.001

0.002

0.003

0.004

0.005

0.006

0.007

5 10 15 20 25 30 35 40

29

Vận tốc gây xói tiếp xúc: vtx = 0.003m/s

Loại

đấtn e Cu k (m/s)

Xói

khuyếch

tán

G1 0.30 0.493 2.51 4.80E-04 Không

C 0.33 0.429 8.73 1.60E-02 Không

3.4. XÓI NGẦM TIẾP XÚC GIỮA HAI LOẠI ĐẤT


30

Lớp phủ mái không thấm

Kéo dài đường thấm

Không có lớp phủ mái Có lớp phủ mái chống thấm

3.4. XÓI NGẦM TIẾP XÚC GIỮA HAI LOẠI ĐẤT


31

Thông số n e Cu k (m/s)Gradien thủy lực gây

xói ngược ixn (m/m)

Đất D 0.35 0.538 27.18 4.80E-04

Đất F 0.33 0.49 13.72 2.30E-04 0.41

3.5. ĐÁNH GIÁ XÓI NGẦM NGƯỢC


32

Bộ phận thoát nước ngang

Không có bộ phận thoát nước Có bộ phận thoát nước

3.5. ĐÁNH GIÁ XÓI NGẦM NGƯỢC


4. PHƯƠNG PHÁP PHÁT HIỆN XÓI NGẦM

33


34

• Hình dạng bên ngoài, bên trong của kết cấu• Chi tiết các phân vùng kết cấu khác nhau

Hình dạng hình học của kết cấu

• Kết cấu địa tầng…• Sự có mặt các lỗ hổng, hang động, các vết đứt gãy, các tầng đất yếu…• Tầng nước ngầm

Điều kiện địa tầng xây dựng

• Các đặc tính của đất: đường kích thước hạt, hệ số thấm…• Thông tin thu được trong quá trình thí nghiệm

Đặc điểm địa kỹ thuật của công trình

• Điều kiện thủy lực đặc biệt…• Sự hình thành dòng thấm, gradient thấm…

Điều kiện thủy lực, dòng thấm

Trạng thái ứng suất

4.1. THÔNG SỐ KHI XEM XÉT XÓI NGẦM


353.2. QUY TRÌNH PHÁT HIỆN XÓI NGẦM

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

36

1) Xói ngầm của đất có thể hình thành bởi 4 kiểu khác nhau: xói ngầm

dạng ống, xói ngầm tiếp xúc, xói ngầm ngược và xói ngầm khuyếch

tán.

2) Nguyên nhân hình thành xói ngầm trong đất là đa dạng, phức tạp,

tương ứng với mỗi kiểu xói ngầm khác nhau

3) Việc đánh giá khả năng xói ngầm đối với công trình có thể thực hiện

trên mô hình toán, căn cứ trên số liệu thu thập được từ thực địa;

4) Phát hiện và đánh giá rủi ro xói ngầm cần thông qua nhiều bước khác

nhau: phân tích đánh giá trên tài liệu thu thập, đánh giá hiện trường,

phân tích rủi ro;

5) Cần có một nghiên cứu toàn diện, tổng thể các sự cố liên quan đến

xói ngầm, xếp loại, đưa ra cảnh báo đối với công trình.

Documents

XÓI NGẦM TRONG CÔNG TRÌNH THỦY - Port & Coast