Nghiên cứu giải pháp chống thấm cho các đập đất cũ cần sửa chữa nâng cấp trên địa bàn huyện vĩnh thạnh tỉnh bình định

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƢỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI  VÕ TRỌNG DUY NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP CHỐNG THẤM CHO CÁC ĐẬP ĐẤT CŨ CẦN SỬA CHỮA, NÂNG CẤP TRÊN ĐỊA BÀN HUYỆN VĨNH THẠNH, TỈNH BÌNH ĐỊNH; ỨNG DỤNG CHO ĐẬP HỊN LẬP LUẬN VĂN THẠC SĨ NINH THUẬN, NĂM BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ TRƢỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI VÕ TRỌNG DUY NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP CHỐNG THẤM CHO CÁC ĐẬP ĐẤT CŨ CẦN SỬA CHỮA, NÂNG CẤP TRÊN ĐỊA BÀN HUYỆN VĨNH THẠNH, TỈNH BÌNH ĐỊNH; ỨNG DỤNG CHO ĐẬP HÒN LẬP CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH THỦY MÃ SỐ : 60.58.02.02 NGƢỜI HƢỚNG DẪN: TS PHẠM HỒNG CƢỜNG PGS TS NGUYỄN QUANG HÙNG NINH THUẬN, NĂM BẢN CAM KẾT Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu trích dẫn, kết nghiên cứu Luận văn trung thực, chƣa đƣợc ngƣời cơng bố cơng trình khác HỌC VIÊN Võ Trọng Duy i LỜI CẢM ƠN Trong suốt trình học tập làm luận văn, đƣợc nhiệt tình giảng dạy, giúp đỡ thầy giáo, cô giáo trƣờng Đại học Thủy lợi, nỗ lực cố gắng học tập, nghiên cứu tìm tịi, tích lũy kinh nghiệm thực tế thân đến đề tài “Nghiên cứu giải pháp chống thấm cho đập đất cũ cần sửa chữa, nâng cấp địa bàn huyện Vĩnh Thạnh, tỉnh Bình Định; ứng dụng cho đập Hòn Lập” đƣợc tác giả hồn thành thời hạn quy định Trong khn khổ hạn chế luận văn, tác giả mới đề xuất giải pháp chống thấm sửa chữa, nâng cấp đập đất tỉnh Bình Định phù hợp với điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội địa bàn tỉnh Đặc biệt tác giả xin đƣợc bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo PGS.TS Nguyễn Quang Hùng tận tình hƣớng dẫn, bảo cung cấp thông tin khoa học cần thiết trình thực luận văn Tác giả xin chân thành cảm ơn thầy giáo, cô giáo cán cơng nhân viên Phịng Đào tạo Đại học & Sau đại học, Khoa Cơng trình, Trƣờng Đại học Thủy lợi giảng dạy, tạo điều kiện giúp đỡ tác giả suốt trình thực luận văn Cuối tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Phịng Nơng nghiệp huyện Vĩnh Thạnh, tỉnh Bình Định – nơi tác giả cơng tác; gia đình, bạn bè & đồng nghiệp động viên, tạo điều kiện thuận lợi để tác giả hoàn thành luận văn thời hạn Do hạn chế thời gian, kiến thức khoa học kinh nghiệm thực tế thân tác giả cịn nên luận văn khơng thể tránh khỏi thiếu sót Tác giả mong nhận đƣợc ý kiến đóng góp trao đổi chân thành giúp tác giả hoàn thiện đề tài luận văn Xin trân trọng cảm ơn! Ninh Thuận, ngày 17 tháng năm 2017 HỌC VIÊN Võ Trọng Duy i MỤC LỤC MỞ ĐẦU .1 I Tính cấp thiết đề tài II Mục đích đề tài III Cách tiếp cận phƣơng pháp thực IV Kết đạt đƣợc .2 CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐẬP ĐẤT, VẤN ĐỀ THẤM VÀ CHỐNG THẤM CHO CÁC ĐẬP ĐÃ XÂY DỰNG .3 1.1 Tình hình xây dựng đập đất tỉnh Bình Định 1.2 Hiện trạng đập đất địa bàn huyện Vĩnh Thạnh, tỉnh Bình Định [15] 1.3 Các hình thức phá hoại thấm đập vật liệu địa phƣơng 12 1.3.1 Thấm mạnh sủi nƣớc đập.[14] 12 1.3.2 Thấm mạnh sủi nƣớc phạm vi thân đập.[14] 15 1.4 Vấn đề thấm đập đất địa bàn huyện Vĩnh Thạnh, tỉnh Bình Định [15] 18 1.5 Các vấn đề đặt sửa chữa, nâng cấp đập đất địa bàn huyện Vĩnh Thạnh, tỉnh Bình Định 20 KẾT LUẬN CHƢƠNG 21 CHƢƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP CHỐNG THẤM PHÙ HỢP CHO ĐẬP ĐẤT TRÊN ĐỊA BÀN HUYỆN VĨNH THẠNH, TỈNH BÌNH ĐỊNH 22 2.1 Cơ sở lý thuyết tính thấm [1] 22 2.1.1 Ngun nhân hình thành dịng thấm môi trƣờng đất đá 22 2.1.2 Phân loại dịng thấm mơi trƣờng đất rỗng 24 2.1.3 Các giả thiết tính tốn thấm .24 2.1.4 Các phƣơng pháp tính tốn thấm 25 2.2 Cơ sở lý thuyết tính ổn định [1] 29 2.2.1 Tổng quan tính tốn ổn định đập đất 29 2.2.2 Cơ sở lý thuyết phƣơng pháp tính tốn ổn định mái dốc 31 2.3 Các tiêu chí kỹ thuật nâng cấp chống thấm cho đập vật liệu địa phƣơng 35 2.3.1 Đặt vấn đề 35 2.3.2 Yêu cầu 36 2.3.3 Tiêu chí lựa chọn 36 2.4 Đề xuất số giải pháp chống thấm hợp lý cho đập đất địa bàn huyện Vĩnh Thạnh, tỉnh Bình Định 36 2.4.1 Giải pháp chống thấm tƣờng nghiêng sân phủ [1], [6], [7] .37 2.4.2 Giải pháp tƣờng hào bentonite [1], [6],[9] 38 2.4.3 Giải pháp khoan [9], [10] 38 2.4.4 Tƣờng nghiêng màng địa kỹ thuật (Vải Bentomat, HDPE ) [6],[8] 39 i KẾT LUẬN CHƢƠNG 40 CHƢƠNG NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP CHỐNG THẤM HỢP LÝ CHO ĐẬP HÒN LẬP, HUYỆN VĨNH THẠNH, TỈNH BÌNH ĐỊNH 41 3.1 Giới thiệu cơng trình hồ chứa nƣớc Hòn Lập [15] .41 3.2 Các điều kiện địa chất thân đập [11] 42 3.3 Tình hình thấm qua thân đập Hịn Lập [15] 44 3.4 Tính tốn thấm ổn định đập trạng .44 3.4.1 Chỉ tiêu lý lớp đất tính tốn [11] 44 3.4.2 Tiêu chuẩn áp dụng: [3] 44 3.4.3 Mặt cắt đại diện tính tốn 45 3.4.4 Trƣờng hợp tính tốn [3] .45 3.4.5 Kết tính tốn 45 3.5 Đề xuất giải pháp chống thấm hợp lý để tính tốn 49 3.6 Tính tốn thấm ổn định đập cho giải pháp tƣờng nghiêng, sân phủ 51 3.7 Tính tốn thấm ổn định đập cho giải pháp khoan 60 3.8 Tính tốn kinh tế cho hai giải pháp lựa chọn 70 3.9 Phân tích, lựa chọn phƣơng án 71 KẾT LUẬN CHƢƠNG 71 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 73 TÀI LIỆU THAM KHẢO 75 i DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1-1: Biểu đồ tỷ lệ xây dựng hồ chứa qua giai đoạn từ 1975 đến .4 Hình 1-2: Biểu đồ tỷ lệ hồ chứa hƣ hỏng cần sửa chữa, nâng cấp Bình Định Hình 1-3: Biều đồ tỷ lệ dạng hƣ hỏng đập đất Hình 1-4: Biểu đồ tỷ lệ dạng hƣ hỏng cống lấy nƣớc Hình 1-5: Hồ Tà Niêng - dung tích 0,654 triệu m3 Hình 1-6: Hồ Hịn Lập - dung tích 2,960 triệu m 10 Hình 1-7: Hồ Hà Nhe - dung tích 3,10 triệu m 10 Hình 1-8: Xử lý sủi bùn cát hạ lƣu 13 Hình 1-9: Xử lý sủi bùn cát hạ lƣu 194 Hình 1-10: Xử lý tập đồn mạch sủi 194 Hình 1-11: Xử lý thấm ƣớt sũng mái hạ lƣu 196 Hình 1-12: Xử lý trƣợt mái hạ lƣu dốc 197 Hình 1-13: Thấm thành dòng mái hạ lƣu hồ Hòn Lập 199 Hình 1-14: Thấm thành dịng thiết bị nƣớc hồ Hịn Lập 199 Hình 2-1: Cấu tạo cốt đất khơ .22 Hình 2-2: Sơ đồ điểm mơi trƣờng đất 22 Hình 2-3: Sơ đồ, hƣớng dịng chảy hình thành hai điểm 23 Hình 2-4: Sơ đồ hình thành chuyển động dịng thấm đập đất 24 Hình 2-5: Sơ đồ phƣơng pháp tính tốn thấm 26 Hình 2-6: Sơ đồ sai phân .27 Hình 2-7: Sơ đồ phân tử tam giác .28 Hình 2-8: Mặt cắt ngang mái dốc 29 Hình 2-9: Các phƣơng pháp phân tích ổn định mái dốc .31 Hình 2-10: Lực tác dụng mặt trƣợt thơng qua khối trƣợt với mặt trƣợt trịn .33 Hình 2-11: Lực tác dụng lên mái trƣợt thông qua khối trƣợt với mặt tổ hợp 34 Hình 2-12: Lực tác dụng lên mặt trƣợt thông qua khối trƣợt 34 với đƣờng trƣợt đặc biệt .34 Hình 2-13: Sơ đồ thấm qua đập có tƣờng nghiêng sân phủ .37 Hình 2-14: Tƣờng hào chống thấm bentonite 38 Hình 2-15: Kết cấu đập đất chống thấm qua khoan vữa XM 39 Hình 3-1: Hồ Hịn Lập (ảnh chụp Google Earth) 41 Hình 3-2: Mặt cắt D30 - trạng .45 Hình 3-3: Mặt cắt ngang chống thấm tƣờng nghiêng sân phủ 50 Hình 3-4: Mặt cắt ngang chống thấm khoan kết hợp tƣờng nghiêng 50 v DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1-1: Tiêu chuẩn tính lũ theo quy phạm qua thời kỳ [7] Bảng 1-2: Danh mục hồ chứa xuống cấp có nguy an tồn [18] Bảng 1-3: Thống kê trạng đập đất huyện Vĩnh Thạnh 10 Bảng 3-1: Thông số kỹ thuật chủ yếu hồ Hòn Lập .41 Bảng 3-2: Các tiêu lý đất 43 Bảng 3-3: Chỉ tiêu lý vật liệu đất đắp đập .43 Bảng 3-4: Kết tính tốn thấm, ổn định 51 Bảng 3-5: Kết tính tốn thấm, ổn định 60 v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT BNNPTNT: Bộ nông nghiệp phát triển nông thôn BT: Bê tông CLN: Cửa lấy nƣớc CT: Cơng trình ĐC: Địa chất HL: Hạ lƣu MNDBT: Mực nƣớc dâng bình thƣờng MNDGC: Mực nƣớc dâng gia cƣờng MNLKT: Mực nƣớc lũ kiểm tra MNLTK: Mực nƣớc lũ thiết kế NN & PTNT: Nông nghiệp phát triển nông thôn PA: Phƣơng án QCVN: Quy chuẩn Việt Nam QPVN: Quy phạm Việt Nam TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam TCXDVN: Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam TL: Thƣợng lƣu TN: Tiêu v MỞ I Tính cấp thiết đề tài Tỉnh Bình Định thuộc vùng Duyên hải Trung Bộ, phía Bắc giáp tỉnh Quảng Ngãi, Phía Nam giáp tỉnh Phú Yên, phía Tây giáp tỉnh Gia Lai phía Đơng giáp Biển Đơng Huyện Vĩnh Thạnh huyện miền núi phía Tây tỉnh Bình Định với tiềm kinh tế phụ thuộc chủ yếu vào rừng nông nghiệp Tuy nhiên, để khai thác đƣợc mạnh đó, vấn đề trƣớc tiên then chốt phải phát triển thủy lợi để từ đó, chủ động giải đƣợc vấn đề nƣớc cho yêu cầu dân sinh phục vụ phát triển kinh tế xã hội Bình Định, năm qua, số lƣợng cơng trình hồ đập đƣợc xây dựng nhiều so với nƣớc, với 153 hồ chứa Tổng diện tích tƣới thiết kế 49.091 ha, thực tƣới 37.546 tƣới cho lúa khoảng 85% màu 10% lâu năm 5% Hiện cơng trình cấp nƣớc tƣới đạt 57 - 58% diện tích gieo trồng, ngun nhân cơng trình thuỷ lợi phục vụ sản xuất nông nghiệp phần lớn đƣợc xây dựng từ lâu quy mô nhỏ Đến nay, nhiều cơng trình xuống cấp, hiệu phục vụ nƣớc tƣới cho sản xuất nông nghiệp hiệu Q trình xây dựng cơng trình thuỷ lợi địa bàn Bình Định kéo dài qua nhiều thời kỳ nên khơng đồng quy mơ cơng trình thuộc loại vừa nhỏ Loại hình hồ chứa nƣớc đƣợc đầu tƣ xây dựng từ đầu năm 60÷90 kỷ XX chủ yếu đƣợc đắp công nghĩa vụ lao động địa phƣơng, vấn đề xử lý thấm qua đập chƣa đƣợc quan tâm Cơng nghệ thiết kế, thi cơng cịn nhiều hạn chế, tiêu chuẩn tiêu thiết kế đặt thấp Qua nhiều năm sử dụng hồ chứa nhỏ vừa, xuống cấp nghiêm trọng nguyên nhân chủ yếu thấm, dẫn đến lún sụt đứt gẫy biến dạng, ổn định cho cụm cơng trình đầu mối, nhƣ Hồ Cam Lập; hồ Chánh Hùng; hồ Núi Một v.v Do vậy, việc “Nghiên cứu giải pháp chống thấm cho đập đất cũ cần sửa chữa, nâng cấp địa bàn huyện Vĩnh Thạnh, tỉnh Bình Định; ứng dụng cho đập Hịn Lập” cấp thiết, có ý nghĩa khoa học thực tiễn Đồng thời đề tài giúp cho quan