Luận văn thạc sĩ: Đánh giá hiện trạng và giải pháp sửa chữa kênh chính Bắc hồ chứa nước Phú Ninh

Hệ thống thủy lợi Phú Ninh được xây dựng năm 1977. Vào thời kỳ đó, Việt Nam còn lạc hậu về thiết bị và công nghệ phục vụ cho khảo sát, thiết kếvà thi công,thời đó các tiêu chuẩn áp dụng về khảo sát, thiết kế và thi công các công trình thủy lợi vẫn còn thấp so với hiện nay, mặc dù các cơ quan có trách nhiệm đã hết sức nổ lực để thực hiện công tác khảo sát thiết kế và xây dựng nhưng lúc đó Công trình Hồ chứa nước Phú Ninh nói chung và kênh chính Bắc nói riêng thi công chủ yếu bằng thủ công theo hình thức huy động công lao động của người dân, do đó chất lượng công trình không thể hoàn hảo. Mặc khác, hệ thống công trình không được duy tu, bảo dưỡng thỏa đáng và kịp thời, dẫn đến tình trạng hệ thống bị xuống cấp. Trong những năm qua, Chính phủ đã quan tâm đầu tư nâng cấp đầu mối và hệ thống kênh từ nhiều nguồn vốn khác nhau. Nhưng do hệ thống quá rộng, trong khi đó việc đầu tư sửa chữa chỉ được thực hiện nhỏ lẻ, gồm nhiều đợt, không đồng bộ. Kênh chính Bắc Phú Ninh, với tổng chiều dài tuyến kênh 47,35km đã được nâng cấp sửa chữa nhiều đoạn ở nhiều thời điểm khác nhau. Hiện tại hệ thống kênh vẫn đang tồn tại những hư hỏng lớn, tiềm ẩn nguy cơ sự cố công trình: thấm, rò rỉ nước, sạt lởmái trong, mái ngoài bờ kênh, lở kênh và đặc biệt là sự tái diễn các hư hỏng của những đoạn kênh đã được gia cố. Điển hình như đoạn kênh từ Km14+003,38 đến K15+154,5 đáy và mái trong của đoạn kênh này đã được gia cố bằng bê tông cốt thép nhưng hiện tại dòng thấm vẫn xuất hiện ở nhiều vị trí, lộ rõ ở mái ngoài bờ kênh gây tổn thất nước, mất an toàn kênh, luôn tiềm ẩn nguy cơ sự cố vỡ kênh. Từ thực trạng trên, đánh giá hiện trạng, phân loại hư hỏng, tìm ra các nguyên nhân hư hỏng, tái diễn những hư hỏng và kiến nghị giải pháp sửa chữa hiệu quả, mang tính bền vững phù hợp với các điều kiện địa hình, địa chất, thời tiết và đặc thù vận hành tải nước phục vụ sản xuất của Kênh chính Bắc Phú Ninhlà rất cần thiết. Vì vậy đề tài“Đánh giá hiện trạng và giải pháp sửa chữa kênh chính Bắc hồ chứa nước Phú Ninh”là cấp bách, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn.

MỤC LỤ MỞ ĐẦU 1 Sự cần thiết đề tài nghiên cứu .1 Mục đích nghiên cứu đề tài Đối tượng phạm vi nghiên cứu .2 Phương pháp nghiên cứu .2 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Cấu trúc luận văn CHƯƠNG ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG KÊNH CHÍNH BẮC HỒ CHỨA NƯỚC PHÚ NINH 1.1 HỒ CHỨA NƯỚC PHÚ NINH .4 1.1.1 Giới thiệu chung Hồ chứa nước Phú Ninh .4 1.1.2 Nhiệm vụ thông số kỹ thuật Hồ chứa nước Phú Ninh 1.2 HỆ THỐNG KÊNH VÀ KHU VỰC HẠ DU 1.3 KÊNH CHÍNH BẮC PHÚ NINH 1.3.1 Giới thiệu Kênh Bắc Phú Ninh .6 1.3.2 Địa chất, thủy văn điều kiện kinh tế xã hội 1.3.3 Hiện trạng kênh Bắc Phú Ninh 13 1.3.4 Phân dạng hư hỏng kênh Bắc Phú Ninh 15 1.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG .19 CHƯƠNG MỘT SỐ GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ CHỐNG THẤM 20 2.1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ HIỆN TƯỢNG THẤM CHO KÊNH ĐẤT 20 2.1.1 Nhiệm vụ nghiên cứu dòng thấm 22 2.1.2 Định luật Darcy 22 2.1.3 Thấm có áp thấm khơng áp 22 2.1.4 Thấm phẳng thấm không gian 23 2.1.5 Thấm ổn định không ổn định 23 2.1.6 Hiện tượng mao dẫn thấm không áp 23 2.2 CÁC NGUYÊN NHÂN GÂY HƯ HỎNG KÊNH DO DÒNG THẤM 24 2.2.1 Nguyên nhân từ công tác khảo sát 25 2.2.2 Nguyên nhân từ công tác thiết kế 25 2.2.3 Nguyên nhân từ công tác thi công .25 2.2.4 Nguyên nhân từ công tác quản lý vận hành 26 2.2.5 Do nguyên nhân khác 26 2.3 TÁC HẠI CỦA DÒNG THẤM .26 2.4 TÍNH TOÁN THẤM QUA KÊNH ĐẤT .27 2.4.1 Ý nghĩa việc tính tốn thấm qua kênh đất 27 2.4.2 Các phương pháp tính thấm 28 2.5 ỔN ĐỊNH MÁI ĐẤT .28 2.5.1 Các yếu tố gây ổn định mái đất 28 2.5.2 Mặt trượt phá hoại mái đất 29 2.5.3 Phương pháp cân giới hạn tổng quát 30 2.5.4 Đánh giá ổn định mái dốc 33 2.6 MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP CHỐNG THẤM KÊNH DẪN NƯỚC 34 2.6.1 Kết cấu chống thấm màng địa kỹ thuật(Geomembrane) 34 2.6.2 Kết cấu chống thấm thảm bêtông (Concret Matts) .35 2.6.3 Trường hợp chống thấm cừ bêtông cốt thép ứng suất trước (Prestressed concrete sheet piles) 36 2.6.4 Tường chống thấm cừ nhựa (Vinyl sheet piling) 39 2.6.5 Tường hào chống thấm hỗn hợp dung dịch Bentonite + ximăng 40 2.6.6 Tường hào chống thấm màng địa kỹ thuật 42 2.6.7 Tường nghiêng chống thấm thảm sét địa kỹ thuật GCLs (Geosynthetic Clay liner) 43 2.6.8 Công nghệ khoan Jet –Grouting 45 2.7 KẾT LUẬN CHƯƠNG .47 CHƯƠNG GIẢI PHÁP SỬA CHỮA ĐOẠN KÊNH TỪ KM14+003,38 ĐẾN K15+154,5 48 3.1 DẠNG HƯ HỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ NGUN NHÂN 48 3.2 TÍNH TỐN THẤM, ỔN ĐỊNH HIỆN TRẠNG VÀGIẢI PHÁP SỦA CHỮAĐOẠN KÊNH TỪ KM14+003,38 ĐẾN K15+154,5 50 3.2.1 Tính tốn thấm, ổn định trạng .50 3.2.2 Giải pháp sửa chữa đoạn kênh từ Km14+003.38÷ Km15+154.5 57 3.2.3 Kiểm tra thấm ổn định sau áp dụng phương pháp sửa chữa chống thấm đề tài 77 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 84 QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN THẠC SĨ (BẢN SAO) PHỤ LỤC DANH MỤC CÁC BẢNG Số bảng Bảng 1.1 Bảng 1.2 Bảng 1.3 Bảng 1.4 Bảng 3.1 Bảng 3.2 Bảng 3.3 Bảng 3.4 Tên bảng Các thông số kỹ thuật Hồ chứa nước Phú Ninh Dự báo nông nghiệp phát triển nông thôn năm 2020 Phương hướng phát triển sử dụng đất năm 2020 Cao độ điểm khống chế đáy kênh Bắc Tính chất lý vật liệu So sánh đặc điểm kỹ thuật vật liệu GCLs CCLs Thống kê cơng trình, dự án sử dụng công nghệ Jet-Grouting Kết trước sau xử lý thấm DANH MỤC CÁC HÌN Trang 11 12 13 54 59 67 82 Số hình Hình 1.1 Hình 1.2 Hình 1.3 Hình 1.4 Hình 1.5 Hình 1.6 Hình 1.7 Hình 1.8 Hình 1.9 Hình 1.10 Hình 1.11 Hình 2.1 Hình 2.2 Hình 2.3 Hình 2.4 Hình 2.5 Hình 2.6 Hình 2.7 Hình 2.8 Hình 2.9 Tên hình Cụm đầu mối cơng trình Hồ chứa nước Phú Ninh Cống lấy nước kênh Bắc Phú Ninh Bản đồ vị trí tuyến kênh Bắc Phú Ninh Vỡ kênh Chính Bắc Km17+800 Sập cống tiêu số 11 gây vỡ kênh Chính Bắc Km11+199 Sạt lở mái kênh đàođoạn kênh chưa gia cố Sạt lở mái kênhđoạn kênh gia cố Trâu mái lịng kênh Dịng thấm mái ngồi kênh (Ảnh ngày 1/4/2007) Nước thấm cục mái ngồi kênh (Ảnh chụp ngày 15/8/2014) Dịng thấm mái kênh Sơ đồ nước thấm từ kênh Đường cong xác định trị số K K Sơ đồ vùng thấm mao dẫn (a), biểu đồ áp lực nước bờ kênh (b) Hình dạng mặt trượt Biểu đồ hệ số ổn định với giá trị lambda () Chống thấm kênh dẫn nước màng địa kỹ thuật Ứng dụng thảm bêtơng chống thấm cơng trình thủy lợi Bờ kênh có tường chống thấm cừ BTCT ứng suất trước Ứng dụng cừ bêtông cốt thép ứng suất trước chống thấm cơng trình thủy lợi Trang 7 16 16 17 17 17 18 18 19 21 21 24 30 32 34 36 37 38 Hình 2.10 Hình 2.11 Hình 2.12 Hình 2.13 Hình 2.14 Hình 2.15 Hình 2.16 Hình 2.17 Hình 2.18 Hình 3.1 Hình 3.2 Hình 3.3 Hình 3.4 Hình 3.5 Hình 3.6 Hình 3.7 Hình 3.8 Hình 3.9 Hình 3.10 Hình 3.11 Hình 3.12 Hình 3.13 Hình 3.14 Hình 3.15 Hình 3.16 Hình 3.17 Hình 3.18 Khớp nối chống thấm cừ BTCT ứng sức trước Bờ kênh có tường lỏi mềm kết hợp với cừ nhựa chống thấm thân cơng trình Cấu tạo cừ nhựa Ứng dụng cự nhựa chống thấm Tường hào chống thấm hỗn hợp Bentonite + Xi măng Thi công tường hào bentonite chống thấm Tường chống thấm màng địa kỹ thuật Thi công màng địa kỹ thuật chống thấm Ứng dụng thảm sét địa kỹ thuật GCLs chống thấm cơng trình thủy lợi Hư hỏng bê tông đáy kênh Bê tông mái kênh bị bong, tróc, bào mịn Vị trí sạt lở cịn in dấu chân trâu, bị Thấm nước mái ngồi kênh Mặt cắt tính tốn Điều kiện biên cho trường hợp mực nước rút nhanh (trường hợp 2) Kết tính thấm (đường bão hoà, gradient XY lưu lượng thấm) Tổng cột nước Kết tính ổn định mái ngồi bờ phải Bentonite trước sau trương nở Một số loại thảm sét địa kỹ thuật GCL Mơ hình chống thấm vật liệu thảm sét địa kỹ thuật cho kênh dẫn nước Sơ đồ khoan có nút bịt Các loại khoan Sơ đồ thi công công nghệ Jet –grouting Trình tự thi cơng theo cơng nghệ jet grouting Các loại công nghệ khoan jet grouting Máy khoan Sê Xe –Ri loại SI-15SII (Nhật 38 39 40 40 41 41 42 43 45 49 49 49 49 53 55 55 56 56 58 59 61 61 63 63 64 66 67 Hình 3.19 Hình 3.20 Hình 3.21 Hình 3.22 Hình 3.23 Hình 3.24 Hình 3.25 Hình 3.26 Hình 3.27 Hình 3.28 Hình 3.29 Hình 3.30 Hình 3.31 Hình 3.32 Hình 3.33 Hình 3.34 Hình 3.35 Hình 3.36 Hình 3.37 Bản) Mặt cắt đại diện biện pháp xử lý chống thấm Sơ đồ tính tốn khoan Sơ đồ bố trí mủi khoan Jet-grouting Minh họa hàng cọc đất xi măng (Chống thấm cống D10 Hà Nam) Sơ đồ bố trí thi cơng cọc xi măng đất tránh đá mồ cơi Kết tính thấm (đường bão hồ, gradient XY Kết tính thấm (đường bão hồ, đường tổng cột nước Kết tính ổn định mái ngồi bờ phải Kết tính thấm (đường bão hoà thời điểm: 0, 8h, 16h, 24h), Kết tính thấm (vectors thấm đường bão hồở thời điểm 16h) Kết tính thấm (vectors thấm đường bão hồ thời điểm ngày) Kết tính thấm (Gradient thấm thời điểm ngày) Kết tính thấm (vectors thấm đường bão hồ thời điểm 2,5 ngày) Kết tính thấm (Gradient thấm thời điểm 2,5 ngày) Kết tính thấm (vectors thấm đường bão hoà thời điểm ngày) Kết tính thấm (Gradient thấm thời ngày) Kết tính ổn định mái bờ phải Kết tính ổn định mái bờ phải Kết tính ổn định mái bờ phải 72 72 73 75 76 77 78 78 78 78 79 79 79 79 80 80 80 81 81 Hình 3.38 Kết tính ổn định mái bờ phải 81 MỞ ĐẦU Sự cần thiết đề tài nghiên cứu Hệ thống thủy lợi Phú Ninh xây dựng năm 1977 Vào thời kỳ đó, Việt Nam cịn lạc hậu thiết bị công nghệ phục vụ cho khảo sát, thiết kếvà thi cơng,thời tiêu chuẩn áp dụng khảo sát, thiết kế thi công công trình thủy lợi cịn thấp so với nay, quan có trách nhiệm nổ lực để thực công tác khảo sát thiết kế xây dựng lúc Cơng trình Hồ chứa nước Phú Ninh nói chung kênh Bắc nói riêng thi cơng chủ yếu thủ cơng theo hình thức huy động cơng lao động người dân, chất lượng cơng trình khơng thể hồn hảo Mặc khác, hệ thống cơng trình khơng tu, bảo dưỡng thỏa đáng kịp thời, dẫn đến tình trạng hệ thống bị xuống cấp Trong năm qua, Chính phủ quan tâm đầu tư nâng cấp đầu mối hệ thống kênh từ nhiều nguồn vốn khác Nhưng hệ thống rộng, việc đầu tư sửa chữa thực nhỏ lẻ, gồm nhiều đợt, khơng đồng Kênh Bắc Phú Ninh, với tổng chiều dài tuyến kênh 47,35km nâng cấp sửa chữa nhiều đoạn nhiều thời điểm khác Hiện hệ thống kênh tồn hư hỏng lớn, tiềm ẩn nguy cố cơng trình: thấm, rị rỉ nước, sạt lởmái trong, mái bờ kênh, lở kênh đặc biệt tái diễn hư hỏng đoạn kênh gia cố Điển đoạn kênh từ Km14+003,38 đến K15+154,5 đáy mái đoạn kênh gia cố bê tông cốt thép dòng thấm xuất nhiều vị trí, lộ rõ mái ngồi bờ kênh gây tổn thất nước, an tồn kênh, ln tiềm ẩn nguy cố vỡ kênh Từ thực trạng trên, đánh giá trạng, phân loại hư hỏng, tìm nguyên nhân hư hỏng, tái diễn hư hỏng kiến nghị giải pháp sửa chữa hiệu quả, mang tính bền vững phù hợp với điều kiện địa hình, địa chất, thời tiết đặc thù vận hành tải nước phục vụ sản xuất Kênh Bắc Phú Ninhlà cần thiết Vì đề tài“Đánh giá trạng giải pháp sửa chữa kênh Bắc hồ chứa nước Phú Ninh”là cấp bách, có ý nghĩa khoa học thực tiễn Mục đích nghiên cứu đề tài Đánh giá tổng thể trạng Kênh Bắc Hồ chứa nước Phú Ninh, nghiên cứu phân loại hư hỏng, nguyên nhân hư hỏng giải pháp sửa chữa đoạn kênh từ Km14+003,38 đến K15+154,5 từ đề xuất giải pháp sửa chữa, chống thấm cho đoạn kênh bị hư hỏng tương tự nhằm đảm bảo an toàn cho hệ thống kênh, nâng cao hiệu vận hành, đảm bảo cấp nước phục vụ sản xuất nông nghiệp, công nghiệp, cấp nước sinh hoạt…cho địa phương vùng Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng: Công trình Hồ chứa nước Phú Ninh - Phạm vi nghiên cứu: Kênh Bắc Hồ chứa nước Phú Ninh Phương pháp nghiên cứu - Thu thập, phân tích tài liệu kết hợp với nghiên cứu phương pháp kỹ thuật đại, đề xuất giải pháp kỹ thuật phù hợp; - Khảo sát trường (thí nghiệm hình ảnh); - Ứng dụng phần mềm SEEP/W SLOPE/W tính thấm ổn định cho đoạn kênh từ Km14+003,38 đến K15+154,5 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài - Ý nghĩa khoa học +Nghiên cứu giải pháp sửa chữa chống thấm đại giới; +Nghiên cứu mơ hình hóa sơ đồ tính thấm cho vật liệu khơng phải đất Đề xuất giải pháp công nghệ chống thấm hiệu quả, kinh tế