Bộ GIáO DụC Và ĐàO TạO
Bộ NÔNG NGHIệP Và PTNT
Trờng đại học THủY LợI
BùI THị LƯƠNG
NGHIÊN CứU GIảI PHáP Xử Lý NềN ĐậP ĐấT
ĐầM NéN Hồ ChứA nớc mỹ lâm - phú yên
Luận văn thạc sĩ
hà nội - 2013
TÁC GIẢ Bùi Thị Lương LỜI CAM ĐOAN
Tên tôi là Bùi Thị Lương. Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên
cứu của riêng tôi. Các nội dung và kết quả nghiên cứu trong luận văn là trung
thực, chưa được người nào công bố trong bất kỳ một nghiên cứu nào.
TÁC GIẢ Bùi Thị Lương
MỤC LỤC
22TUMỞ ĐẦUU22T 1
22TU1. Tính cấp thiết của đề tàiU22T 4
22TU2. Mục đích của đề tàiU22T 6
22TU3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứuU22T 6
22TU2.2.2. Định luật thấm phi tuyếnU22T 34
22TU2.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TOÁN THẤM BẰNG LÝ
THUYẾT CỔ ĐIỂN
U22T 34
22TU2.3.1. Các phương pháp tính toán thấmU22T 35
22T2.3.2. Phương pháp số…………………………………………………… 36
22TU2.4. GIẢI BÀI TOÁN THẤM BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ
HỮU HẠN
U22T 37
22TU2.5. KHÁI QUÁT VỀ ỨNG SUẤT VÀ BIẾN DẠNGU22T 38
22TU2.6. TÍNH ỨNG SUẤT – BIẾN DẠNG CỦA NỀN THEO PHƯƠNG
PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN
U22T 39
22TU2.7. CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH CÔNG TRÌNHU22T 41
22TU2.7.1. Phương pháp tính toán theo trạng thái giới hạn U22T 41
22TU2.7.2. Phương pháp ứng suất cho phépU22T 41
22TU2.7.3. Phương pháp tính theo hệ số an toànU22T 42
22TU2.7.4. Phương pháp tính theo độ tin cậyU22T 42
22TU2.8. CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH MÁI DỐCU22T 42
22TU2.8.1. Cơ sở các phương pháp tính ổn định trượt máiU22T 42
22TU2.8.2. Một số phương pháp tính ổn định mái theo phương pháp mặt trượtU22T 43
22TUCHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ CHỐNG
THẤM CHO NỀN ĐỂ TĂNG CƯỜNG ỔN DỊNH ĐẬP
U22T 50
22TU3.1. GIỚI THIỆU CHUNGU22T 50
22TU3.2. GIẢI PHÁP CHỐNG THẤM BẰNG TƯỜNG NGHIÊNG VÀ
SÂN PHỦ
U22T 51
22TU3.3. GIẢI PHÁP TƯỜNG RĂNG KẾT HỢP VỚI LÕI GIỮAU22T 53
22TU3.4. GIẢI PHÁP TƯỜNG HÀO BENTONITE U22T 55
22TU4.4.3 Kết quả tính toánU22T xii
22TU4.5. PHÂN TÍCH THẤM QUA NỀN SAU KHI XỬ LÝ.U22T xiii
22TU4.5.1 Xử lý nền bằng phương pháp tường nghiêng sân phủU22T xiii
22TU4.5.2 Xử lý nền bằng phương pháp tường hào xi măng - BentoniteU22T xvi
22TU4.5.3 Xử lý nền bằng phương pháp khoan phụtU22T xix 22TU4.6. SO SÁNH LỰA CHỌN GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẢM BẢO
VỀ KINH TẾ VÀ KỸ THUẬT
U22T xxii
22TU4.7. TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH TRƯỢT, ỔN ĐỊNH VỀ BIẾN DẠNG
(LÚN) VỚI BIỆN PHÁP XỬ LÝ NỀN BẰNG TƯỜNG HÀO XI
MĂNG – BENTONITE TRƯỜNG HỢP MỰC NƯỚC THƯỢNG
LƯU LÀ MNDBT
U22T xxiii
22TU4.8. TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH TRƯỢT VỚI BIỆN PHÁP XỬ LÝ NỀN
BẰNG TƯỜNG HÀO XI MĂNG - BENTONITE TRƯỜNG HỢP
MỰC NƯỚC RÚT NHANH
U22T xxvii
22TU KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊU22T xxix
22TU KẾT LUẬNU22T xxix
22T UNHỮNG TỒN TẠI VÀ HẠN CHẾU22T xxx
22T UKIẾN NGHỊ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEOU22T xxxi
22TUTÀI LIỆU THAM KHẢOU22T xxxii
22TUHình 1-1: Biểu đồ sự cố công trình thủy lợiU22T 13
22TUHình 1-2: Hồ Lanh Ra bị vỡ khi đang thi công hôm 30.5.2011U22T 13
22TUHình 1-3: Sạt trượt mái thượng lưu đập Bản ChànhU22T 16
22TUHình 1-4: Mái kênh bị sạt do nước rútU22T 16
22TUHình 2-1: Sơ đồ phần tử U22T 37
22TUHình 2-2: Biểu đồ xác định Cx, Cy, Cxy U22T 40
22TUHình 2-3: Sơ đồ tính toán ổn định mái dốc theo phương pháp mặt trượt….U22T44
22TUHình 3-1: Sơ đồ thấm qua đập có tường nghiêng + sân phủ U22T 52
22TUHình 3-2: Sơ đồ tính thấm qua đập có tường lõi + chân răngU22T 54
22TUHình 3-3: Trạm ủ , trộn Bentonite+NướcU22T 59
22TUHình 3-4: Gàu chuyên dùng của Công Ty Sông CầuU22T 59
22TUHình 3-5: Thi công Panel Sơ cấpU22T 59
22TUHình 3-6: Kiểm tra chất lượng vữaU22T 59
22TUHình 3-7: Tường hào chống thấm bằng xi măng- BentoniteU22T 60
22TUHình 3- 8: Kết cấu đập đất chống thấm qua nền bằng khoan phụt vữa xi măngU22T 60
22TUHình 3-9 : Công tác khoan phụt tại công trình Tân Giang (Ninh Thuận)U22T 63
22TUHình 3-10: Sơ đồ khoan phụt U22T 63
22TUHình 3-11: Hình ảnh thi công cọc đất xi măngU22T 68
22TUHình 3-12: Hình ảnh cột đất xi măng được đào lên để thí nghiệmU22T 68
22TUHình 3-13: Hình ảnh máy khoan cọc đất xi măngU22T 68
22TUHình 4-1: Bản đồ dự án hồ chứa nước Mỹ Lâm U22T 69
22TUHình 4-2: Sơ đồ mặt cắt tính toánU22T viii
22TUHình 4-3 : Sơ đồ mặt cắt tính toán thấm trường hợp 1.U22T x
22TUHình 4-4 : Sơ đồ chia lưới phần tử tính toán thấm trường hợp 1U22T xi
22TUHình 4-5 : Kết quả tính toán đường bão hòa , lưu lượng thấm qua đập trường hợp1U22T xi
22TUHình 4-6 : Kết quả tính toán đường đẳng gradien qua đập trường hợp 1U22T xii
22TUHình 4-7 : Kết quả lưới thấm qua đập trường hợp1U22T xii
22TUHình 4-26: Kết quả giá trị lún lớn nhất của đập trường hợp 3U22T xxvi
22TUHình 4-27: Khai báo điều kiện biên của bài toán tính thấm trường hợp 3 khi
mực nước rút nhanh
U22T xxvii
22TUHình 4-28: Kết quả tính toán đường bão hòa, cung trượt, hệ số ổn định mái
trường hơp 3 của bài toán mực nước rút nhanh từ MNDBT
(+33,4m) xuống mực nước chết (+15.32m)
U22T xxviii DANH MỤC VIẾT TẮT
STT
Ký hiệu
Ý nghĩa
1
MNLTK
Mực nước lũ thiết kế
2
MNLKT
Mực nước lũ kiểm tra
3
MNDBT
Mực nước dâng bình thường
4
MNC
Mực nước chết
thuỷ điện chiếm 72,3%, và năm 2000 là 54,7%. Các hồ chứa lớn đã sản xuất
khoảng 19% tổng lượng điện sử dụng trên thế giới. Hơn một nửa số đập trên
thế giới được xây dựng phục vụ tưới, và khoảng 40% trong tổng số 271 triệu
ha diện tích tưới trên thế giới phụ thuộc vào sự cung cấp nước của các đập
dâng, hồ chứa. Rõ ràng, việc xây dựng hồ chứa đã đóng vai trò rất quan trọng
trong việc đáp ứng các nhu cầu sử dụng của con người [7].
Trong những năm qua Nhà nước đã đầu tư hàng chục nghìn tỷ đồng xây
dựng các công trình thủy lợi lớn và nhỏ để đảm bảo tưới tiêu cho hàng triệu
ha đất canh tác, ngăn mặn, cải tạo đất, giảm nhẹ thiên tai, cấp nước cho các
ngành kinh tế quốc dân. Nhiều công trình mang tầm vóc thế kỷ với quy mô
lớn, có kỹ thuật phức tạp đã được áp dụng các công nghệ mới từ công tác
khảo sát, thiết kế, thi công, quản lý vận hành công trình. Đó là niềm tự hào
của những người làm công tác thủy lợi.
Hồ chứa là nơi trữ nước với các dung tích lớn nhỏ khác nhau. Ở nước ta
hồ chứa đã, đang và sẽ được xây dựng rất nhiều. Đập đất là loại đập không
tràn có nhiệm vụ dâng nước và giữ nước trong hồ chứa, là loại đập xây dựng
bằng vật liệu địa phương, bằng loại đất hiện có của vùng xây dựng. Đập đất
có cấu tạo vững chắc, có khả năng cơ giới cao khi thi công và trong đa số các
trường hợp có giá thành hạ nên đập đất được ứng dụng rỗng rãi nhất trong hầu
hết các nước. Ở nước ta do đặc điểm địa hình, địa chất, vật liệu xây dựng,
phương tiện thi công … trong tương lai đập đất có triển vọng phát triển hơn
nữa. Đối với các đập có chiều cao đập <100m thì đập vật liệu địa phương
chiếm tới hơn 80% được thể hiện ở hình 1 [10].
84
12
4
do thấm gây ra và khoảng 10% sự cố công trình có tác nhân kích thích từ
thấm, 30% sự cố công trình do tràn nước mặt đập, trượt mái và các nguyên
nhân khác [18]. Như vậy sự cố đối với công trình đất chủ yếu do thấm gây ra.
10THiện tượng thấm khá phổ biến trong sự cố đập ở khu vực Nam Trung
Bộ, Đông Nam. Hiện tượng thấm xảy ra sau một thời gian khai thác, có nơi
vài ba năm, mười năm, có nơi mới chỉ 1-2 năm đã phát sinh thấm, thậm chí có
những đập bị thấm mạnh ngay sau khi tích nước lần đầu tiên (Cà Giây, Sông
Quao). Qua quan trắc nhận thấy rằng phần lớn lưu lượng thấm đo được
thường lớn hơn nhiều lần so với lượng thấm tính toán thiết kế, vị trí đường
bão hòa cao hơn dự kiến và không đổ vào đống đá tiêu nước gây nên xói
ngầm ở nền và thân đập.
Đập đất đầm nén tuy có yêu cầu không cao đối với nền như các loại hình
đập bê tông, nhưng công tác xử lý nền (XLN) có vị trí rất quan trọng, nhất là
đối với đập cao, có ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng và an toàn Đập, đến
tiến độ và giá thành xây dựng, là một trong các yếu tố quan trọng trong việc
phát triển đập hiện đại. Sự cố đập xảy ra trong và ngoài nước do nguyên nhân
về XLN chiếm trên 40% cho thấy điều đó.
Luận văn với mục đích tìm hiểu sâu hơn về các phương pháp xử lý nền,
tập trung vào phân tích thấm để giúp cho thiết kế đưa ra được giải pháp xử lý
nền đảm bảo an toàn và hiệu quả kinh tế; qua đó kiểm tra ổn định trượt, ổn
định về biến dạng (lún) giải pháp được chọn.
1. Tính cấp thiết của đề tài
Đối với công trình thủy lợi, sức phá hoại của tự nhiên là một yếu tố
Do vậy, những vấn đề thấm và ổn định thấm của đập cần phải được phân
tích kỹ khi xây dựng đập. Một số công trình mất ổn định do biến dạng thấm
gây nên (Đập Suối Hành, Đập Phú Ninh, Đập Cà Giây, đập Ngãi Sơn Đồng
Mô….). Hiện nay, ở Việt Nam các vấn đề xử lý chống thấm cho nền các công
trình thủy lợi đã được nghiên cứu và ứng dụng khá phổ biến, tuy nhiên mỗi
phương pháp chống thấm thường chỉ phù hợp và mang lại những hiệu quả
nhất định ứng với từng kiểu cấu trúc đất nền. Vì vậy việc nghiên cứu các biện
pháp xử lý nền nhằm giảm tính thấm cho các công trình thủy lợi là vấn đề hết
sức cấp bách và có ý nghĩa thực tiễn và khoa học.
Xử lý nền là một lĩnh vực phát triển nhanh nhất cạnh tranh nhất và có
nhiều sáng tạo nhất trong địa kỹ thuật. Nó là vũ khí của các kỹ sư địa kỹ thuật
để khắc phục nền đất yếu. Trong đó, các kỹ sư bắt buộc nền đất phải đáp ứng
các yêu cầu của công trình bằng cách đổi trạng thái tự nhiên của nền thay vào
việc thiết kế công trình theo các hạn chế của nền đất.
Các kỹ thuật xử lý nền được giới chuyên môn về địa kỹ thuật tiếp nhận
nhanh chóng, là một bằng chứng cho nhiều ích lợi, nhất là về chi phí, tiến độ và
tác động môi trường. Các biện pháp xử lý nền các công trình thuỷ công đã,
đang được áp dụng tại nhiều nước trên thế giới: Giải pháp thay đất nền (đào
chân khay, tường nghiêng sân phủ hoặc tường tâm), tạo màng chống thấm (hào
bentonite, tạo hàng cọc xi măng đất, cọc cừ kết hợp với các biện pháp chống
thấm khác, khoan phụt xi măng đất sét,các giải pháp hóa lý, ).
Một số phương
pháp được kết hợp với nhau để giảm chi phí và nâng cao hiệu quả xử lý. Bên
cạnh các lợi ích về kỹ thuật, các phương pháp xử lý nền còn đưa lại các lợi ích
trong lĩnh vực bảo vệ môi trường, chống ô nhiễm do rác thải gây ra.
Vì vậy để giải quyết vấn đề cấp bách đặt ra, đề tài tập trung nghiên cứu
định trượt mái khi nước rút nhanh theo phương án chọn đảm bảo công trình
an toàn.
5. Cấu trúc luận văn
Ngoài phần mở đầu, mục lục, danh mục các bảng biểu, hình vẽ, danh
mục tài liệu tham khảo, danh mục viết tắt và kết luận; luận văn được trình bày
gồm 4 chương:
Chương 1: Tổng quan về tình hình xây dựng đập ở Việt Nam và các biện
pháp xử lý nền
Chương 2: Cơ sở lý thuyết
Chương 3: Nghiên cứu các giải pháp xử lý chống thấm cho nền để tăng
cường ổn định đập
Chương 4: Ứng dụng tính toán xử lý nền cho đập đất hồ chứa nước Mỹ
Lâm - tỉnh Phú Yên CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH XÂY DỰNG ĐẬP Ở VIỆT
NAM VÀ CÁC BIỆN PHÁP XỬ LÝ NỀN
1.1. TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH XÂY DỰNG ĐẬP Ở VIỆT NAM
Hồ chứa nước là loại hình công trình thuỷ lợi phổ biến nhất ở nước ta,
chỉ trừ các tỉnh thuộc đồng bằng sông Cửu Long và một số tỉnh của đồng
bằng Bắc bộ như Thái Bình, Nam Định và Hà Nam còn tất cả các tỉnh khác
đều có hồ chứa.
Theo tài liệu điều tra cho đến năm 2000, toàn quốc có trên 550 hồ chứa
loại vừa và lớn (với dung tích 1 triệu m3 nước trở lên và có chiều cao đập trên
10m) và hàng ngàn hồ chứa nước loại vừa và nhỏ có dung tích nhỏ hơn 1 triệu
2
Suối Hai
Hà Tây
Đất
29,00
1964
3
Thượng Tuy
Hà Tĩnh
Đất
25,00
1964
4
Thác Bà
Yên Bái
Đá
45,00
1964(XD)
5
Cẩm Ly
Quảng Bình
Đất
30,00
1965
6
Tà Keo
Lạng Sơn
Đất
35,00
1972
12
Hòa Bình
Hòa Bình
Đất/đá
128,00
1978(XD)
13
Yên Mỹ
Thanh Hoá
Đất
25,00
1980
14
Yên Lập
Quảng Ninh
Đất/ Đá
40,00
1980
15
Vĩnh Trinh
Quảng Nam
Đất
23,00
1980
16
Núi Một
Bình Định
Đất
32,50
1980
1983
22
Quất Động
Quảng Ninh
Đất
22,60
1983
23
Xạ Hương
Vĩnh Phúc
Đất
41,00
1984
24
Hoà Trung
Đà Nẵng
Đất
26,00
1984
25
Hội Sơn
Bình Định
Đất
29,00
1985
26
Dầu Tiếng
Tây Ninh
Đất
28,00
Đá Bàn
Khánh Hoà
Đất
42,50
1988
32
Kẻ Gỗ
Hà Tĩnh
Đất
37,40
1988
33
Khe Tân
Quảng Nam
Đất
22,40
1989
34
Kinh Môn
Quảng Trị
Đất
21,00
1989
35
Khe Chè
Quảng Ninh
Đất
25,20
1990
36
Gò miếu
Thái nguyên
Đất
30,00
1999
42
Cà Giây
Ninh thuận
Đất
35,40
1999
43
Ayun Hạ
Gia Lai
Đất
36,00
1999
44
Sông Hinh
Phú Yên
Đất
50,00
2000
45
Easoupe
Đăk Lắc
Đất
27,00
2005
* Thấm qua thân đập và nền: Nền đập và thân đập nói chung đều thấm
nước. Khi mực nước thượng lưu dâng cao trong thân đập sẽ hình thành dòng
thấm từ thượng lưu về hạ lưu.
Trong thân đập có mặt bão hòa, trên mặt cắt ngang đập thể hiện là đường
bão hòa. Phía trên đường bão hòa có khu mao dẫn 5 ÷ 15cm, dưới đường bão
hòa đất chịu đẩy nổi của nước và chịu lực thủy động do thấm. Dưới tác động
của lực thấm thủy động, mái đập càng dễ mất ổn định
* Ảnh hưởng của nước thượng hạ lưu đối với mái đập: Mực nước
thượng hạ lưu đập có thể gây phá hoại đất ở mái đập. Dưới tác dụng của sóng
các kết cấu bảo vệ mái đập có thể bị phá vỡ, gây xói lở thân mái, làm trôi các
tầng lọc bảo vệ.
* Tác hại của nước mưa và nhiệt độ: Trong thời gian mưa một phần
nước sẽ thấm vào đập, một phần chảy trên mái đập có thể gây bào mòn và xói
đất, hiện tượng này tiếp diễn làm giảm mặt cắt đập, gây biến dạng. Trong
thiết kế đập đất cần có hệ thống thoát nước mưa ở đỉnh và mái đập. Khi nhiệt
độ thay đổi có thể gây nứt nẻ thân đập, nhất là các loại đất sét, pha sét có tính
co ngót lớn.
* Biến dạng của nền và thân đập: Dưới tác dụng của trọng lượng bản
thân, đất thân đập và nền bị biến dạng. Chuyển vị đứng làm giảm chiều cao
đập. Biến dang làm đập và các thiết bị chống thấm bằng đất bị nứt nẻ gây
nguy hiểm cho đập.
Những đặc điểm trên có ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng của công
trình thủy lợi, vì thế nếu để xảy ra kém chất lượng ở bất kỳ khâu nào, trong
thời gian nào cũng có thể dẫn tới sự cố lớn hoặc nhỏ. Điều đó cũng có nghĩa
là sự cố các công trình thủy lợi thủy lợi có quan hệ mật thiết với những đặc
điểm đã nêu trên.
25,84
25,39
17,3
15,06
9
3,6
Sạt mái thượng
lưu
Hỏng đập tràn xả
lũ
Cống bị hỏng
Đập bị thấm
Đỉnh đập thấp
Cửa bị hỏng
Hình 1-1: Biểu đồ sự cố công trình thủy lợi
Trong lịch sử xây dựng các hồ chứa nước ở nước ta thì những sự cố xảy
ra đa số xảy ra ở những hồ chứa vừa và nhỏ và với đập dâng nước là đập đất.
Tuy là hồ chứa nhỏ nhưng khi có sự cố có sức tàn phá ghê gớm, ví dụ năm
1978 hồ chứa của một nông trường cà phê ở Đắk Lắk chỉ có dung tích
500.000m3 bị vỡ đã làm chết hơn 30 người, hồ chứa Nhà Trò ở Nghệ An
dung tích 2 triệu m3 bị vỡ đã làm chết 27 người và gần đây nhất 1 hồ chứa rất
nhỏ ở Hà Tĩnh chỉ chứa 250.000m3 nước bị vỡ đã làm trôi hơn 200 m đường
sắt Bắc Nam làm tê liệt hàng chục đoàn tàu trong nhiều ngày
.
Hình 1-2: Hồ Lanh Ra bị vỡ khi đang thi công hôm 30.5.2011
- Vật liệu đắp không tốt.
Copyright: Tài liệu đại học ©