Nghiên cứu nguyên nhân gây lún và chênh lệch lún đập tràn dương thiện - Quy Nhơn và đề xuất giải pháp xử lý

ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2-2015 65 
NGHIÊN CỨU NGUYÊN NHÂN GÂY LÚN 
VÀ CHÊNH LỆCH LÚN ĐẬP TRÀN DƯƠNG THIỆN - 
QUY NHƠN VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP XỬ LÝ 
HOÀNG VIỆT HÙNG* 
Settlement and diferent settlement of Duong Thien-Quy Nhon spillway 
and treatment solution. 
Abstract: Duong Thien-Quy Nhon structure is a local spillway belonging 
to Dong dike in Binh Dinh province. Duong Thien spillway was built in 
1978. In 2009, the settlement of this structure is about 83 cm at northern 
and 28 cm at southern. In order to find the settlement cause and propose 
suitable treatment methods, this paper shows the content of research 
including investigation of geology engineering, modeling of the structure 
to find the settlement values with many loading levels so that these 
settlement values coincide monitoring values at the field. Based on 
modeling analyses, the treatment of structure foundation will be 
proposed. 
Keywords: Duong Thien-Quy Nhon, spillway, settlement, treatment, 
modeling. 
I. MỞ ĐẦU * 
Đập tràn Dƣơng Thiện-Quy Nhơn là đập 
tràn lớn với chiều dài 326 m, cao trình đỉnh 
tràn + 0,5m, chiều dài ngƣỡng tràn là 6.0 m, 
kết hợp làm đƣờng giao thông thuộc tuyến đê 
Đông của tỉnh Bình Định, đƣợc xây dựng năm 
1978. Sau 22 năm xây dựng, vào năm 2000, 
đầu phía Bắc của tràn bị lún 43 cm, đầu phía 
Nam lún 15cm, phải tiến hành đổ bù đến cao 
trình thiết kế. Sau 9 năm xử lý đổ bù lún, quan 
trắc lại, cho thấy, đầu Bắc tiếp tục lún 40cm 
và đầu Nam lún 13cm. Tổng cộng hai lần 
quan trắc độ lún của tràn Dƣơng Thiện là 83 
cm ở đầu Bắc và 28 cm ở đầu Nam. Nếu 
không đánh giá đƣợc nguyên nhân gây lún của 
tràn và có giải pháp xử lý chống lún hiệu quả, 
công trình sẽ có nguy cơ càng ngày càng chìm 
sâu xuống nền. Tràn hoạt động không hiệu 
* 
 Trường Đại học Thủy lợi 
 DĐ: 0912723376 
 Email:hoangviethung@tlu.edu.vn 
quả trong việc ngăn mặn giữ ngọt, gây nguy 
hại cho 3000 ha đất canh tác phía trong đê, 
đồng thời cắt đứt tuyến giao thông chiến lƣợc 
ven biển. Để có phƣơng án thiết kế sửa chữa 
thỏa đáng, đảm bảo ổn định lâu dài của công 
trình, việc đánh giá đúng nguyên nhân gây lún 
và dự báo đƣợc độ lún của công trình để có 
giải pháp xử lý phòng lún lâu dài cho đập tràn 
Dƣơng Thiện là cấp thiết có ý nghĩa khoa học 
và thực tiến. 
Công tác nghiên cứu xác định nguyên nhân 
lún và lún không đều của đập tràn bao gồm 
Khảo sát thực nghiệm hiện trƣờng đánh giá lại 
điều kiện địa chất công trình, đặc biệt các chỉ 
tiêu cơ lý của đất nền và mô phỏng bằng mô 
hình số theo phƣơng pháp phần tử hữu hạn. 
Trên cơ sở số liệu đã khảo sát bổ xung, phân 
tích đánh giá sơ bộ nguyên nhân gây lún. Mô 
phỏng bài toán tính lún đập tràn Dƣơng Thiện 
bằng phần mềm PLAXIS và đối chiếu so sánh 
kết quả tính toán, dự báo thời gian lún còn lại và 
đề xuất biện pháp xử lý. 
 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2-2015 66 
II. KHẢO SÁT ĐÁNH GIÁ LẠI CHỈ 
TIÊU CƠ LÝ CỦA ĐẤT NỀN 
Theo các kết quả khảo sát bổ sung, đất nền 
gồm 4 lớp: trên cùng là lớp đất đắp, bên dƣới là 
các lớp đất bùn sét ở trạng thái dẻo chảy và 
phân bố không đều ở hai đầu đập. Các chỉ tiêu 
cơ lý của đất nền đƣợc trình bày ở bảng 1 
Ở đầu Bắc, đất nền có 2 lớp (lớp 2 và lớp 3), 
đầu Nam tràn có 3 lớp (lớp 1, lớp 2 và lớp 3). 
Sự phân bố địa tầng không đều ở hai đầu đập 
tràn là một trong các nguyên nhân gây ra lún 
lệch của công trình. 
Theo phân tích sơ bộ, lún đập tràn Dƣơng 
Thiện có thể do các nguyên nhân: (1) Đất bị ép 
trồi đất hai bên tràn, hoặc (2) có sự dịch chuyển 
ngang của tràn từ thƣợng lƣu về hạ lƣu hoặc (3) 
do đất nền có độ rỗng lớn cộng với tải trọng gia 
tăng do bù lún và tải trọng giao thông. 
Các kết quả quan trắc hiện trƣờng và 
quan sát phía sân bể tiêu năng không thấy có 
hiện tƣợng ép trồi vì thế cho phép loại bỏ 
nguyên nhân (1) và (2) chỉ còn nguyên nhân 
thứ (3). 
Để khẳng định đƣợc nguyên nhân lún do đất 
nền và gia tăng tải trọng giao thông thì việc thiết 
lập các thời đoạn mô phỏng bài toán tính lún và 
dò tìm tải trọng gây lún để độ lún tính đƣợc 
bằng độ lún quan trắc ở các thời điểm thực tế là 
nhiệm vụ trọng tâm của nghiên cứu này. 
III. MÔ PHỎNG BÀI TOÁN TÍNH LÚN 
ĐẬP TRÀN DƢƠNG THIỆN 
3.1. Tính toán kiểm tra mặt cắt tràn 
đầu Bắc 
a) Sơ đồ tính toán 
Sơ đồ hình học mặt cắt tràn đầu Bắc đƣợc 
mô phỏng trong tính toán theo phƣơng pháp 
phần tử hữu hạn bằng phần mềm Plaxis nhƣ 
hình 1, sơ đồ lƣới phần tử ở hình 2. 
Hình 1 Mô phỏng mặt cắt tràn đầu Bắc Hình 2: Lưới PTHH mặt cắt tràn đầu Bắc 
Hình 1 mô phỏng mặt cắt tràn Dƣơng Thiện-
đầu Bắc công trình, chiều cao tổng cộng của 
công trình là 2,7 m, nhƣng quá trình lún của tràn 
sau hai lần quan trắc là 83 cm. Tức là quá trình 
lún xảy ra tới 30% chiều cao công trình, nếu 
không xử lý kịp thời sẽ có khả năng dẫn đến 
công trình chìm hẳn xuống nền. Sơ đồ lƣới phần 
tử ở hình 2 với điểm quan trắc lún là điểm giữa 
đỉnh tràn. 
Quá trình tính đƣợc tách làm 7 thời đoạn, 
trong đó có thời đoạn 4 và thời đoạn 7 tƣơng 
ứng với hai thời điểm quan trắc năm 2000 và 
năm 2009. Quá trình gia tải đƣợc thay đổi ở thời 
đoạn 6. 
b) Các thông số vật liệu sử dụng trong mô 
hình tính toán: 
Các lớp đất đƣợc mô phỏng bằng mô hình 
Mohr-Coulomb và sử dụng kiểu phân tích 
không thoát nƣớc. Các đặc trƣng tính toán của 
bê tông đƣợc lấy theo TCVN. 
Điểm quan trắc lún 
ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2-2015 67 
Bảng 1: Các thông số của vật liệu sử dụng trong mô hình tính toán 
Thông số Đơn vị Lớp D Lớp 1 Lớp 2 Lớp 3 Bê tông Đá xây 
Chiều dày m 0.6 0 3.5 8.0 - - 
T.lƣợng riêng kN/m3 15.6 17.5 16.6 17.0 25.0 24.0 
Mô đun biến dạng kN/m2 1600 780 1650 1580 2e6 2e5 
Hệ số nở hông - 0.25 0.25 0.25 0.15 0.15 
Lực dính kN/m2 13.7 3.9 2.0 7.5 - - 
Góc ma sát trong Độ 10.5 7.5 12.4 5.6 - - 
Kiểu p tích - Undrained Und Und Und Non-Pr Non-Pr 
Mô hình PT - M-C M-C M-C M-C LE LE 
Hệ số thấm m/s 3.5e-6 2.4e-7 8.6e-7 6.5e-8 - - 
c) Kết quả tính toán và phân tích 
Kết quả tính toán đƣợc trình bày trong các hình 3, 4, 5 và 6 
Hình 3: Chuyển vị đứng (lún) của tràn Hình 4: Lưới biến dạng của nền 
Hình 3 thể hiện chuyển vị đứng của tràn tại 
thời điểm năm 2000 (tƣơng ứng với giai đoạn 4 
của quá trình thiết lập mô phỏng bài toán). 
Chuyển vị đứng lớn nhất tại điểm quan trắc lún 
(điểm A) là 0.443 m. Kết quả này rất sát với kết 
quả quan trắc tại hiện trƣờng là 0.43 m. 
Hình 4 thể hiện lƣới biến dạng của nền sau 
giai đoạn 7, tức là giai đoạn phân tích cố kết đất 
nền cho tới năm 2009. Nhƣ vậy sau khi bù lún 
cho công trình vào năm 2000 thì công trình vẫn 
tiếp tục lún cho đến năm 2009 thì lún thêm 40 
cm nữa. Thực tế tiếp tục bù lún bằng bê tông 
cho đến cao trình thiết kế thì có thể coi là gia tải 
thêm và công trình còn thƣờng xuyên có tải 
trọng giao thông trên mặt tràn. Dẫn đến tràn lại 
tiếp tục lún, và nguy cơ chìm hẳn trong nền vì 
đập tràn này cao chỉ có 2,7 m. 
Hình 5 thể hiện chuyển vị đứng (lún) của tràn 
sau giai đoạn 7, tức là thời điểm năm 2009, sau 
9 năm bù lún. Trị số chuyển vị lớn nhất tại điểm 
quan trắc là 0.4 m, kết quả này phù hợp với kết 
quả quan trắc ngoài thực tế. 
Tràn còn tiếp tục lún sau bao lâu nữa và trị số 
lún lớn nhất có thể là bao nhiêu. Tuy nhiên do 
cao độ ngƣỡng tràn không đạt thiết kế nên lại 
phải đỏ bù, đổ bù thì lại tiếp tục lún. Quá trình 
này đƣợc mô phỏng thêm quá trình 8 và quá 
trình 9. 
 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2-2015 68 
-50
-45
-40
-35
-30
-25
-20
-15
-10
-5
0
1975 1985 1995 2005 2015 2025 2035
Time (year)
D
is
p
la
c
e
m
e
n
t 
(c
m
)
Hình 5: Chuyển vị đứng (lún) của tràn Hình 6: Lún theo thời gian của điểm A 
Hình 6 biểu diễn quá trình lún theo thời gian 
của điểm quan trắc A trên mặt tràn. Kết quả tính 
toán cho thấy diễn tiến lún của nền tràn chƣa 
dừng lại, nhƣ vậy cần thiết phải có xử lý nền sau 
khi đắp bù cao độ ngƣỡng tràn 
3.2. Tính toán kiểm tra mặt cắt tràn 
đầu Nam 
a) Sơ đồ tính toán 
Tƣơng tự nhƣ trên, sơ đồ hình học của mặt 
cắt tràn đầu Nam đƣợc mô phỏng trong tính 
toán theo phƣơng pháp phần tử hữu hạn bằng 
phần mềm Plaxis nhƣ hình 7, sơ đồ lƣới phần tử 
đƣợc thể hiện ở hình 8. 
Hình 7 mô phỏng mặt cắt tràn Dƣơng Thiện-
đầu Nam công trình, chiều cao tổng cộng của 
công trình là 2,7 m, nhƣng quá trình lún của tràn 
sau hai lần quan trắc là 28 cm. So với độ lún ở 
đầu Bắc thì mức độ chênh lệch lún ở hai đầu 
tràn là 55 cm. 
b) Kết quả tính toán 
Kết quả tính toán đƣợc trình bày trong các 
hình 9, 10, 11 và 12. 
Hình 7: Mô phỏng MC tràn đầu Nam 
Hình 8: Lưới PTHH mặt cắt tràn đầu Nam 
Hình 9 thể hiện chuyển vị đứng của tràn 
tại thời điểm năm 2000 (tƣơng ứng với giai 
đoạn 4 của quá trình thiết lập mô phỏng bài 
toán). Chuyển vị đứng lớn nhất tại điểm quan 
trắc lún (điểm A) là 0.153 m. Kết quả này rất 
sát với kết quả quan trắc tại hiện trƣờng là 
0.15 m. 
Hình 10 thể hiện lƣới biến dạng của nền sau 
giai đoạn 7, tức là giai đoạn phân tích cố kết đất 
nền cho tới năm 2009. Nhƣ vậy sau khi bù lún 
cho công trình vào năm 2000 thì công trình vẫn 
tiếp tục lún cho đến năm 2009 thì lún thêm 13 
cm nữa. Nếu tiếp tục bù lún bằng bê tông cho 
đến cao trình thiết kế thì có thể coi là gia tải 
thêm và còn thƣờng xuyên có tải trọng giao 
thông trên mặt tràn. 
Điểm quan trắc lún 
ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2-2015 69 
Hình 9: Chuyển vị đứng (lún) của tràn 
Hình 10: Lưới biến dạng của nền 
Hình 12 biểu diễn quá trình lún theo thời gian 
của điểm quan trắc A trên mặt tràn. Kết quả tính 
toán cho thấy diễn tiến lún của nền tràn chƣa dừng 
lại, nhƣ vậy cần thiết phải có xử lý nền để phòng 
lún sau khi đắp bù cao độ ngƣỡng tràn. 
Hình 11 thể hiện chuyển vị đứng (lún) của 
tràn sau giai đoạn 7, tức là thời điểm năm 2009, 
sau 9 năm bù lún. Trị số chuyển vị lớn nhất tại 
điểm quan trắc là 0.13 m, kết quả này phù hợp 
với kết quả quan trắc ngoài thực tế. 
 -20
-18
-16
-14
-12
-10
-8
-6
-4
-2
0
1975 1985 1995 2005 2015 2025 2035
Time (year)
D
is
p
la
c
e
m
e
n
t 
(c
m
)
Hình 11: Chuyển vị đứng (lún) của nền 
Hình 12: Lún theo thời gian của điểm A 
IV. GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN CHỐNG LÚN 
Giải pháp khoan phụt vữa xi măng bằng áp 
lực cao đƣợc đề xuất. 
Sau khi áp dụng giải pháp khoan phụt vữa xi 
măng áp lực cao, các thông số đất nền biến đổi 
và các chỉ tiêu của nền tƣơng đƣơng dùng trong 
tính toán đƣợc trình bày ở bảng 2. 
Bảng 2: Các thông số của vật liệu sử dụng tính nền xử lý cọc xi măng đất 
Thông số Đơn vị Lớp D Lớp 1 Lớp 2 Lớp 3 Bê tông Đá xây 
Chiều dày m 0.6 0 3.5 8.0 - - 
Trọng lƣợng riêng kN/m3 15.6 17.5 16.6 17.0 25.0 24.0 
Mô đun biến dạng kN/m2 1600 780 1650 1580 2e6 2e5 
Hệ số nở hông - 0.25 0.25 0.25 0.15 0.15 
Lực dính kN/m2 13.7 3.9 2.0 7.5 - - 
 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2-2015 70 
Thông số Đơn vị Lớp D Lớp 1 Lớp 2 Lớp 3 Bê tông Đá xây 
Góc ma sát trong Độ 10.5 7.5 12.4 5.6 - - 
Kiểu phân tích - Undrained Und Und Und Non-Pr Non-Pr 
Mô hình Ph tích - M-C M-C M-C M-C LE LE 
Hệ số thấm m/s 3.5e-6 2.4e-7 8.6e-7 6.5e-8 - - 
Mô đun Etd kN/m
2
 2628 2698 2704 2599 - - 
Lực dính Ctd kN/m
2
 29.62 4.76 2.48 9.14 - - 
4.1. Tính toán kiểm tra mặt cắt tràn đầu 
Bắc sau xử lý 
Sơ đồ hình học của mặt cắt tràn đầu Bắc 
đƣợc mô phỏng trong tính toán theo phƣơng 
pháp phần tử hữu hạn bằng phần mềm Plaxis, sơ 
đồ lƣới phần tử đƣợc minh hoạ ở hình 13. 
Hình 13: Mô phỏng nền tràn đầu Bắc 
Hình 14: Lưới phần tử hữu hạn 
Hình 13 mô phỏng mặt cắt tràn Dƣơng 
Thiện-đầu Bắc sau khi xử lý nền, vùng vật liệu 
màu nâu là vùng xử lý cọc vữa xi măng áp lực 
cao đƣợc tính với cƣờng độ tƣơng đƣơng. 
Hình 14 là sơ đồ lƣới phần tử hữu hạn mặt 
cắt tràn đầu phia Bắc với điểm quan trắc trên 
đỉnh tràn. Điểm này cũng là điểm biểu diễn kết 
quả tính trong bài toán mô phỏng. 
Hình 15 là kết quả tính lún của nền tràn đầu 
Bắc sau xử lý. Nhƣ vậy với nền đƣợc xử lý sau 
khoan phụt thì độ lún của nền tràn giảm nhiều, 
độ lún tổng cộng là 3,2 cm. 
Hình 15: Kết quả tính lún của nền tràn đầu 
Bắc sau xử lý 
Hình 16: Chuyển vị tổng tại mặt cắt tràn đầu 
Nam, độ lún tổng cộng của nền tràn là 2.7 cm 
ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2-2015 71 
4.2. Tính toán kiểm tra mặt cắt tràn 
đầu Nam 
Hình 16 thể hiện chuyển vị tổng tại mặt cắt 
tràn đầu Nam sau khi xử lý nền bằng khoan 
phụt tren diện tích thiết kế, độ lún tổng cộng 
của nền tràn là 2.7 cm. Nhƣ vậy sau khi xử lý 
thì nền tràn Dƣơng Thiện đã đạt đƣợc mức độ 
đồng nhất giữa hai đầu tràn phía Bắc và phía 
Nam. Chênh lệch lún của đầu tràn Bắc –Nam 
là 5 mm. 
V. KẾT LUẬN 
-Lún và lún không đều giữa hai đầu của đập 
tràn Dƣơng Thiện là do sự bất đồng nhất về địa 
tầng của chúng. 
-Mô phỏng bài toán dự báo lún trên cơ sở 
tách giai đoạn và dò tìm tải trọng của các giai 
đoạn, kết quả tính toán cho thấy mức độ lún ở 
các giai đoạn khá sát với thực tế quan trắcvà 
tràn Dƣơng Thiện vẫn tiếp tục lún. 
- Giải pháp khoan phụt vữa áp lực cao để xử 
lý nền là hợp lý. Kết quả tính lún cho mặt cắt 
đập tràn đầu phía Bắc có độ lún 3,2 cm, mặt cắt 
tràn phía Nam là 2,7 cm đảm bảo đƣợc sự ổn 
định lún lâu dài cho công trình. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
1. Nguyễn Quốc Dũng (2012)-Gia cố và xử 
lý nền móng-Bài giảng Cao học Địa kỹ thuật 
Xây dựng-Đại học Thủy lợi 2012. 
2. Phan Trƣờng Phiệt (1976) –Tính toán nền 
các loại công trình thủy lợi theo trạng thái giới 
hạn-Nhà xuất bản Nông thôn-1976. 
3. TCVN-4253-2012- Tiêu chuẩn thiết kế 
nền Công trình Thủy công-Nhà xuất bản xây 
dựng 2012. 
4. Viện thiết kế nền và công trình ngầm-
Viện thiết kế móng (Liên Xô) -Sổ tay thiết kế 
Nền móng-Bản dịch-Nhà xuất bản khoa học kỹ 
thuật-1975 
5. Hsai-Yang Fang (1998)– Foundation 
Engineering Handbook- Second Edition – Van 
Nostrand Reinhold-New York-1998. 
6. Donald P. Coduto (1999) Geotechnical 
Engineering Principle and Practices-Prentice 
Hall, Upper Saddle River, NJ 07458. 
7. John-Krahn (2004)-Stress and 
Deformation Modeling with SIGMA/W-An 
Engineering Methodology. 
Người phản biện: PGS.TS. ĐOÀN THẾ TƢỜNG