LỜI CẢM ƠN
Luận văn thạc sĩ chuyên ngành Địa kỹ thuật xây dựng với đề tài: “Nghiên
cứu giải pháp xử lý sự cố thấm đập đất, ứng dụng cho công trình hồ chứa nước
Bản Muông, thành phố Sơn La”
được hoàn thành với sự giúp đỡ tận tình của các
Thầy giáo, Cô giáo trong Bộ môn Địa kỹ thuật, Khoa Công trình, Trường đại học
Thủy lợi cùng các bạn bè và đồng nghiệp.
Tác giả xin chân thành cảm ơn các Thầy giáo, Cô giáo, Gia đình, Bạn bè &
Đồng nghiệp đã tạo điều kiện cho tác giả trong suốt quá trình học tập và thực hiện
luận văn tốt nghiệp. Đặc biệt tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đế
n TS. Bùi Văn
Trường, các thầy cô giáo là đồng nghiệp của tác giả trong Bộ môn Địa kỹ thuật,
Khoa Công trình, Trường Đại học Thủy lợi, các nhà chuyên môn đang công tác tại
Hội đập lớn Việt Nam, Viện Thủy công – Viện khoa học thủy lợi Việt Nam, Công
ty tư vấn địa kỹ thuật – Tổng công ty xây dựng thủy lợi Việt Nam (HEC) đã tận
tình hướng dẫn, giúp đỡ, tạo điều kiệ
n thuận lợi để tác giả hoàn thành luận văn tốt
nghiệp.
Tuy đã có những cố gắng nhất định, nhưng do thời gian có hạn và trình độ
còn hạn chế, vì vậy cuốn luận văn này còn nhiều thiếu sót. Tác giả kính mong Thầy
giáo, Cô giáo, Bạn bè & Đồng nghiệp góp ý để tác giả có thể tiếp tục học tập và
nghiên cứu hoàn thiện đề tài.
Xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày tháng 08 năm 2014
Tác gi
ả luận văn Nguyễn Trung Kiên
MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ SỰ CỐ ĐẬP ĐẤT VÀ TÌNH HÌNH NGHIÊN
CỨU THẤM CÔNG TRÌNH ĐẬP 4
1.1. Tình hình xây dựng đập đất trên thế giới và ở Việt Nam 4
1.1.1. Tình hình xây dựng đập đất trên thế giới 4
1.1.2. Tình hình xây dựng đập đất ở Việt Nam 7
1.2. Tổng quan về sự cố công trình đập 10
1.2.1. Nguyên nhân khách quan 11
1.2.2. Nguyên nhân chủ quan 11
1.2.3. Một số sự cố vỡ đập điển hình trên thế giới 13
1.2.4. Một số sự cố công trình đập ở Việt Nam 18
1.3. Tình hình nghiên cứu về thấm ở thân và nền đập 22
1.4. Kết luận chương 1 24
CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP XỬ LÝ SỰ CỐ ĐẬP ĐẤT DO THẤM25
2.1. Cơ sở lý thuyết thấm 25
2.1.1. Tầm quan trọng của lý thuyết thấm 25
2.1.2. Nguyên nhân gây ra thấm 26
2.1.3. Phân loại dòng thấm 26
2.1.4. Phân loại môi trường thấm 29
2.1.5. Định luật thấm cơ bản 30
2.2. Ph
ương pháp giải bài toán thấm 32
2.2.1. Phương pháp giải tích 32
2.2.2. Phương pháp mô hình 36
2.2.3. Phân tích thấm bằng mô hình số 39
2.3. Giải pháp phòng chống thấm cho công trình đập 42
2.3.1. Sân phủ chống thấm thượng lưu (sân trước) 42
2.3.2. Tường chống thấm bằng các loại vật liệu mới như màng HDPE, thảm sét địa
kỹ thuật 43
3.5.1. Cơ sở thiết kế phương án xử lý 75
3.5.2. Yêu cầu chung của thiết kế phương án xử lý 75
3.5.3. Khoan phụt thí nghiệm 80
3.5.4. Thiết kế khoan phụt xử lý sự cố do thấm 82
3.5.5. Công tác kiểm tra 88
3.5.6. Một số yêu cầu kỹ thuật chi tiết 89
3.5.7. Hồ sơ hoàn công 89
3.5.8. An toàn lao động 90
3.6. Xử lý khớp nối cống và bê tông thành cống 90
3.6.1. Giải pháp kỹ thuật và phương án xử lý 90
3.6.2. Biện pháp kỹ thuật sửa chữa chi tiết của phương án 91
3.7. Tính toán kiểm tra ổn
định thấm trước và sau khoan phụt xử lý sự cố thấm –
Công trình Hồ chứa nước Bản Muông, thành phố Sơn La 92
3.7.1. Giới thiệu Module SEEP/W trong phân tích thấm 92
3.7.2. Giải bài toán thấm bằng phương pháp phần tử hữu hạn[7] 94
3.7.3. Phân tích lựa chọn mặt cắt và trường hợp tính toán 95
3.7.4. Cơ sở số liệu 96
3.7.5. Xây dựng mô hình bài toán 96
3.7.6. Phân tích kết quả tính toán 97
3.8. Kết luận chương 3 100
KẾT LUẬN 101
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
CHƯƠNG 1
Hình 1.1. Các loại đập trên thế giới 4
Hình 1.2. Đập đất Hirakud, Orissa, India[24] 6
Hình 1.3. Đập đất Nurek, Tajikistan[28] 6
Hình 1.4. Đập đất Oroville, California, United States[29] 7
Hình 1.5. Đập thủy điện Hòa Bình[2] 9
Hình 2.17. Nút phụt đơn và nút phụt kép[5] 49
Hình 2.18. Sơ đồ tường cọc xi măng đất 51
Hình 2.19. Sơ đồ giải pháp xử lý sự cố do thấm trong đập đất 56
Hình 2.20. Sơ đồ trình tự xử lý sự cố thấm trong đập đất 56
CHƯƠNG 3
Hình 3.1. Đập Bản Muông – Thành phố Sơn La 58
Hình 3.2. Đổ chất chỉ thị màu trong hố khoan 66
Hình 3.3. Chất chỉ thị từ hố khoan chảy qua hang thấm, 66
Hình 3.4. Đo địa vật lý tìm vùng dị thường ở thân đập và nền đập 68
Hình 3.5. Sơ đồ đo sâu điện bằng thiết bị kiểu Slumbeger 68
Hình 3.6. Mặt cắt đẳng ôm tuyến dọc bên trái cống ngầm 69
Hình 3.7. Mặt cắt điện ngang cống ngầm tuyến T1 (cắt qua hố khoan KM2) 69
Hình 3.8. Mặt cắt điện ngang cống ngầm tuyến T2 (cắt qua hố khoan KM3) 69
Hình 3.9. Mặt cắt điện ngang cống ngầm tuyến T3 (cắt qua hố khoan KM4) 70
Hình 3.10. Mặt c
ắt điện ngang cống ngầm tuyến T4 (cắt qua điểm đo sâu ds14) 70
Hình 3.11. Sự cố tại vị trí tháp van công trình Hồ chứa nước Bản Muông 72
Hình 3.12. Mặt cắt địa chất công trình dọc tuyến bên trái cống ngầm 73
Hình 3.13. Kiểm tra, đánh giá hiện trạng tại vị trí khớp nối thứ 2 kể từ tháp van 74
Hình 3.14. Sơ đồ bố trí các hố khoan phụt thí nghiệm 81
Hình 3.15. Sơ đồ khoan phụt 84
Hình 3.16. Các sơ đồ
của bài toán thấm trong SEEP/W[13] 93
Hình 3.17. Cơ sở lý thuyết của SEEP/W 93
Hình 3.18. Chia phần tử hữu hạn 94
Hình 3.19. Mô hình tính toán ổn định thấm dọc mang bên trái cống ngầm 96
Hình 3.20. Mô hình tính toán ổn định thấm dọc mang bên phải cống ngầm 96
Hình 3.21. Mô hình tính toán ổn định thấm dọc mang bên trái cống ngầm 96
Hình 3.22. Mô hình tính toán ổn định thấm dọc mang bên phải cống ngầm 97
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
: Ứng suất hiệu quả
σ
: Ứng suất tổng
Q : Lưu lượng dòng thấm
K : hệ số thấm
hΔ
: Chênh lệch cột nước
l : Chiều dài dòng thấm
F : Tiết diện ướt của dòng thấm
J : Độ dốc thủy lực (Gradient thấm)
R : Hệ số Reynolds
d : Đường kính hiệu dụng của hạt đất
e : Hệ số rỗng của đất
ν
: Hệ số nhớt động học
ξ
i
: Hệ số sức kháng
q : Lưu lượng thấm đơn vị
L
tt
: Chiều dài tính toán của dòng thấm
L
đ
: Chiều dài tổng cộng của các đoạn đường viền thấm
đứng hoặc nghiêng góc >45
o
k
: Khối lượng thể tích khô
Δ
: Khối lượng riêng
e : Hệ số rỗng
n : Độ lỗ rỗng
G : Độ bão hòa
W
l
: Giới hạn chảy
W
p
: Giới hạn dẻo
I
p
: Chỉ số dẻo
I
s
: Chỉ số chảy
C
t
t
: Lực dính kết
ϕ
tt
: Góc ma sát trong
a
1-2
độ chặt và độ đồng đều của từng lớp đắp… Nguyên nhân gây mất an toàn hồ chứa
xây dựng bằng đập vật liệu địa phương theo thống kê do thấm gây ra chiếm một tỷ
lệ khá lớn.
Trên cả nước có gần 7.000 hồ chứa thủy lợi, thủy điện đang hoạt động, các
hồ chứa này đã phát huy hiệu quả, góp phần quan trọng trong phát triển kinh tế - xã
hội, đặc biệt là phát triển nông nghiệp, ổn định đời sống nhân dân[17]. Qua nhiều
năm trong công tác khảo sát, thiết kế, thi công, quản lý vận hành công trình và khắc
phục các sự cố, cùng với sự phát triển của công nghệ mới… đã rút được nhiều kinh
nghiệm trong công tác xây dựng đập đất, cho nên đã khắc phục được những tồn tại
và thiếu sót trước đây và không ngừng phát triển lớn mạnh về m
ọi mặt. Tuy nhiên,
chúng ta cũng cần phải xem xét đánh giá nguyên nhân gây sự cố thấm qua đập, để
nghiên cứu đề ra những giải pháp, công nghệ xử lý chống thấm hiệu quả, nhằm
khắc phục, hạn chế những sự cố xảy ra.
Hồ chứa nước Bản Muông, thành phố Sơn La được Bộ Nông nghiệp và Phát
triển Nông thôn phê duyệt thiết kế kỹ thuật, tổng dự toán theo Quyết
định số
2390/QĐ-BNN/ĐTXDCB ngày 01/7/1999. Công trình đã xây dựng hoàn thành và
đưa vào sử dụng từ năm 2004.
Ngày 25/6/2013, Công ty Cổ phần khai thác công trình thủy lợi tỉnh Sơn La
(đơn vị quản lý vận hành) báo cáo đã phát hiện một hố sụt tiếp giáp với tháp cống
2
lấy nước phía vai tả đập, có đường kính khoảng 0,80 m, sâu khoảng 2,10 m nằm
trên mực nước hồ hiện tại 1,66 m (mực nước hồ tại thời điểm đó ở cao trình 795,40
m cách cao trình tràn xả lũ 2,66 m).
Để đảm bảo cho sự an toàn của công trình trong quá trình vận hành khai thác
sau này, cần xác định được nguyên nhân của hiện tượng nói trên, từ đó đề ra biện
pháp xử lý hữu hiệu và kinh tế. Chính vì vậy, đề tài nghiên cứu c
ủa luận văn được
dụng phần mềm Geo-slope để phân tích bài toán thấm, xác định nguyên nhân,
kiểm tra ổn định thấm của đập.
6. Kết quả đạt được
- Chỉ rõ nguyên nhân dẫn đến sự cố công trình đập đất;
- Đề xuất phương pháp tính toán và giải pháp phù hợp xử lý sự cố thấm đập
đất theo hướng trước mắ
t và lâu dài đảm bảo an toàn công trình;
- Kết quả ứng dụng thiết kế giải pháp xử lý sự cố do thấm cho công trình
thực tế: Hồ chứa nước Bản Muông, thành phố Sơn La.
7. Cơ sở tài liệu luận văn
- Báo cáo kết quả khảo sát, kiểm tra, đánh giá hiện trạng sự cố công trình;
- Bài giảng Thấm và công trình đất – Bộ môn Địa kỹ thuật - Trường đại học
Thuỷ lợi;
- Hồ sơ thiết kế bản vẽ thi công hồ chứa nước Bản Muông do Trung tâm
khoa học & Triển khai kỹ thuật Thuỷ lợi – Trường đại học Thuỷ lợi;
- Một số sự cố công trình thủy lợi ở Việt Nam và các biện pháp xử lý;
- Quy trình xác định độ thấm nước của đá bằng phương pháp thí nghiệm đổ
nước và ép nước vào hố khoan;
- Quy phạm kỹ thuật an toàn trong xây dự
ng TCVN 5308-91;
- Tiêu chuẩn kỹ thuật khoan phụt xi măng vào nền đá TCVN 8645:2011;
- Công trình thủy lợi – Yêu cầu kỹ thuật khoan phụt vữa gia cố đê TCVN
8644:2011;
- Tiêu chuẩn ngành 14TCN72 – 2002: Nước dùng cho bê tông thủy công –
Các yêu cầu kỹ thuật.
4
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ SỰ CỐ ĐẬP ĐẤT VÀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU THẤM
CÔNG TRÌNH ĐẬP
ITAIPU 196 Paraguay/Brazil
SEVEN OAKS DAM 193 United States of America
NEW MELONES 190 United States of America
LA PAROTA 189 Mexico
TUPOLANG/MUSH 188 Uzbekistan
EL CAJÓN 186 Mexico
MAOPINGXI 185 China
BENNETT W.A.C. 183 Canada
DON PEDRO MAIN 178 United States of America
SIKIA (C) 170 Greece
CHANGLING 170 China
6
Hình 1.2. Đập đất Hirakud, Orissa, India[24]
Hình 1.3. Đập đất Nurek, Tajikistan[28]
7
Hình 1.4. Đập đất Oroville, California, United States[29]
1.1.2. Tình hình xây dựng đập đất ở Việt Nam
1.1.2.1. Sự phát triển hồ đập ở Việt Nam
Việt Nam có hơn 2.360 con sông có chiều dài từ 10 km trở lên, trong đó có
109 sông chính. Toàn quốc có 16 lưu vực sông với diện tích lưu vực lớn hơn 2.500
km
2
, 10/16 lưu vực có diện tích trên 10.000 km
2
bê tông cốt thép liên kết khớp ở đập Tràng Vinh, thảm sét Bentonite ở đập Núi Một,
hào Bentonite ở đập Eaksup Đắk Lắk, Hồ Dầu Tiếng, Hồ Đá Đen…
Bảng 1.2. Các hồ chứa thủy lợi, thủy điện quan tr
ọng[6]
STT
Lưu vực
sông
Số lượng
hồ chứa
Tên hồ chứa
1 Hồng 8
Sơn La, Hòa Bình, Thác Bà, Tuyên Quang,
Huổi Quảng, Bản Chát, Nậm Na 3 và Lai Châu
2 Mã 5
Cửa Đạt, Hủa Na, Trung Sơn, Pa Ma và Huổi
Tạo
3 Cả 4 Bản Vẽ, Khe Bố, Bản Mồng và Ngàn Trươi
4 Hương 4
Bình Điền, Hương Điền, Tả Trạch và A Lưới
(trên sông A Sáp thuộc lưu vực sông Sê Kông)
5
Vu Gia –
Thu Bồn
6
A Vương, Đắk Mi 4, Sông Tranh 2, Sông Bung
2, Sông Bung 4 và Đắk Mi 1)
6 Trà Khúc 2 Đak Đrinh và Nước Trong
7
Kôn – Hà
Thanh
10
Hình 1.6. Đập Ea súp – Đắc Lắk[10]
Hình 1.7. Đập Núi Cốc – Thái Nguyên[10]
1.2. Tổng quan về sự cố công trình đập
Việc xây dựng hồ, đập mang lại nhiều lợi ích cuộc sống cho con người. Tuy
nhiên, cùng với thời gian khai thác, các công trình bị xuống cấp và hư hỏng gây ra
nhiều thiệt hại nghiêm trọng.
Trong lịch sử xây dựng đập đất trên thế giới, cũng như Việt Nam đến nay đã
chứng kiến nhiều sự cố do thấ
m gây thiệt hại lớn về người và của. Những sự cố
thường gặp và nguyên nhân gây ra sự cố ở đập đất như sau[12]:
11
1.2.1. Nguyên nhân khách quan
Những nguyên nhân khách quan có thể gây ra sự cố cho đập đất phải kể đến
các đặc điểm về khí hậu, địa hình, địa chất… Các nguyên nhân khách quan sau
thường được đề cập đến trong các sự cố thường gặp ở đập đất:
- Lũ vượt tần suất thiết kế, không có tràn xả lũ dự phòng;
- Cửa đập tràn bị kẹt;
-
Hỏng khớp nối của công trình;
- Cống bị thủng;
- Thiết bị tiêu nước bị tắc;
- Lún đột biến do chất lượng nền kém;
- Nước hồ chứa dâng cao đột ngội gây ra tải trọng trên mái đập thượng lưu
tăng đột biến;
- Nước hồ rút xuống nhanh gây ra giảm tải đột ngột trên mái thượng lưu;
- Nền đậ
khâu tính toán thiết kế công trình:
- Tính toán thủy văn sai: Mưa gây ra lũ tính nhỏ, lưu lượng đỉnh lũ nhỏ; t
ổng
lượng lũ nhỏ hơn thực tế; các dạng lũ thiết kế không phải là bất lợi; thiếu khu
vực; lập đường cong dung tích hồ W = f(H) lệch về phía lớn, lập đường
cong khả năng xả lũ của đập tràn Q = f(H) sai lệch với thực tế;
- Chọn dung trọng khô thiết kế quá thấp, nên đất sau khi đầm, đất vẫn chưa
đảm bảo độ chặ
t dẫn đến hệ số thấm cao hơn hệ số thấm cho phép của thiết
kế;
- Tính sai cấp bão;
- Thiết kế và thi công không có biện pháp xử lý khớp nối thi công do phân
đoạn đập để đắp trong quá trình thi công;
- Thiết kế chọn tổ hợp tải trọng không phù hợp với thực tế, chọn sai sơ đồ tính
toán ổn định;
1.2.2.3. Nguyên nhân về thi công
Đây là nguyên nhân quan trọng, có
ảnh hưởng lớn đến an toàn đập. Có nhiều
yếu tố trong quá trình thi công có liên quan đến chất lượng đập, cũng như khả năng
xảy ra các sự cố, như:
- Đỉnh đập đắp thấp hơn cao trình thiết kế;
- Biện pháp thiết kế gia cố mái không đủ sức chịu đựng sóng do bão gây ra;
13
- Thi công lớp gia cố kém chất lượng: Kích thước đá lát hoặc tấm bê tông nhỏ
hơn thiết kế; chất lượng đá hoặc bê tông kém; đá lát đặt nằm, không chèn
chặt các hòn đá;
- Đất mái đập thượng lưu đầm nện không chặt, hoặc không xén mái;
- Biện pháp thi công xử lý nền không đảm bảo chất lượng: khoan phụt không
đạt yêu cầu; hót không sạch lớp bồi tích; thi công chân khay, sân phủ kém
tiếp tục kiểm tra các vết rò rỉ và quan trắc mực nước ngầm. Một tháng sau, mặc dù
quan trắc chỉ ra rằng mực nước ngầm đang chảy nhanh hơn tốc độ ban đầu đến
1000 lần, quá trình đắp vẫn được thi công với chiều dày các lớp đắp lên đến
1,2m/ngày.
Ngày 03 và 04/06/1976, ba dòng chảy nhỏ được phát hiện ở hạ lưu của đập,
mặc dù nước chảy qua các vết rò rỉ là khá rõ ràng. Ở thời điểm đó, hồ chứa hầu như
đã tích nước hết công suất. Trường hợp khẩn cấp đã được thông báo khi nó có thể
mang 24m
3
nước/giây.
7 giờ 30 phút sáng ngày 05/06/1976, qua những vết rò rỉ xuất hiện bùn được
cuốn theo, nhưng những người kỹ sư cho rằng đó là vấn đề không đáng quan tâm.
Lúc 9 giờ 30 phút, dòng chảy bề mặt ở hạ lưu của đập đã phát triển một điểm ẩm
ướt bắt đầu xả nước với tốc độ 0,57-0,85m
3
/giây và vật liệu đắp bắt đầu bị rửa trôi.
Lúc 11 giờ 55 phút, đỉnh đập cong võng và sụp đổ mang theo 57.000 m
3
nước và
đất đá đi mỗi giây.
Sự sụp đổ của đập dẫn đến cái chết của 11 người và 13.000 đầu gia súc. Đập
chi phí khoảng 100 triệu USD để xây dựng, và chính phủ liên bang phải trả hơn 300
triệu USD trong khắc phục những sự cố liên quan nó. Tổng số ước tính thiệt hại lên
đến 2 tỷ USD.
Copyright: Tài liệu đại học ©