BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI NGUYỄN ĐỨC THỌ NGHIÊN CỨU NGUYÊN NHÂN SỰ CỐ CỤM CÔNG TRÌNH ĐẦU MỐI CỐNG, ÂU THUYỀN TẮC GIANG VÀ BIỆN PHÁP KHẮC P[.]
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI - NGUYỄN ĐỨC THỌ NGHIÊN CỨU NGUYÊN NHÂN SỰ CỐ CỤM CƠNG TRÌNH ĐẦU MỐI CỐNG, ÂU THUYỀN TẮC GIANG VÀ BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC SỰ CỐ LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI, 2015 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI - NGUYỄN ĐỨC THỌ NGHIÊN CỨU NGUN NHÂN SỰ CỐ CỤM CƠNG TRÌNH ĐẦU MỐI CỐNG, ÂU THUYỀN TẮC GIANG VÀ BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC SỰ CỐ Chun ngành: Xây dựng cơng trình thủy Mã Số: 60 - 58 – 40 LUẬN VĂN THẠC SĨ Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS NGUYỄN VĂN BẢN GS.TS VŨ THANH TE HÀ NỘI, 2015 LỜI CẢM ƠN Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật chuyên ngành Xây dựng cơng trình thủy lợi với đề tài “Nghiên cứu ngun nhân cố cụm cơng trình đầu mối cống, âu thuyền Tắc Giang biện pháp khắc phục cố” hoàn thành cố gắng nỗ lực thân, tác giả nhận giúp đỡ tận tình thầy giáo, giáo Ban giám hiệu, khoa Sau đại học, khoa Công trình, thầy giáo, giáo mơn trường Đại học Thủy lợi động viên tạo điều kiện tốt gia đình, quan bạn bè đồng nghiệp Tác giả chân thành cảm ơn Quý quan, đơn vị cá nhân tận tình giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi suốt thời gian học tập hoàn thành luận văn Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy: PGS TS Nguyễn Văn Bản GS TS Vũ Thanh Te trực tiếp hướng dẫn cung cấp tài liệu thông tin khoa học cần thiết tạo điều kiện cho tác giả học tập hoàn thành luận văn Tác giả xin cảm ơn bạn bè đồng nghiệp gần xa gia đình ln quan tâm động viên khích lệ tinh thần vật chất để tác giả đạt kết ngày hôm Do hạn chế trình độ thân thời gian có hạn, luận văn chắn cịn nhiều thiếu sót, tác giả mong tiếp tục nhận bảo thầy, cơ, chun gia góp ý bạn bè đồng nghiệp tạo điều kiện để tác giả mở mang trau dồi thêm kiến thức Trân trọng cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng năm 2015 Tác giả Nguyễn Đức Thọ LỜI CAM ĐOAN Tôi Nguyễn Đức Thọ, Học viên cao học lớp 19C21 - Trường Đại học Thủy Lợi, tác giả luận văn xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các nội dung kết nghiên cứu luận văn trung thực, chưa công bố cơng trình khác Tác giả Nguyễn Đức Thọ MỞ ĐẦU I TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Sông Hồng sông lớn đồng Bắc Bộ, Sơng Hồng có tổng chiều dài 1.149 Km bắt nguồn từ Trung Quốc có chiều dài chảy qua Việt Nam 510 Km Hai bên bờ từ tỉnh Phú Thọ đến cửa sông hệ thống đê bao bọc dài 110 Km, có tuyến đê Hữu Hồng (thuộc cấp đặc biệt) từ Tiên Tân (Đan Phượng - Hà Nội) đến Đông Mỹ (Thanh Trì - Hà Nội) dài 45,5 Km tuyến đê Đại Hà trực tiếp bảo vệ Thủ đô Hà Nội tỉnh lân cận Hà Nam tỉnh thuộc đồng Bắc Bộ, nằm trọn lưu vực hệ thống sơng Hồng, có 06 đơn vị hành chính, gồm 05 huyện thành phố Phủ Lý Kinh tế chủ yếu nông nghiệp Cùng với tăng trưởng ngành kinh tế, năm gần hình thành phát triển khu công nghiệp, đô thị lớn, vùng kinh tế trọng điểm địi hỏi hệ thống giao thơng nói chung giao thơng đường thủy nói riêng ngày phát triển Hà Nam với hệ thống sông Hồng, sông Châu, sơng Đáy sơng Nhuệ hình thành nên mạng lưới giao thông đường thủy phức tạp Để vừa đảm bảo cấp tiêu thoát nước, vừa đảm bảo lại cho thuyền bè chuyện ưu tiên hàng đầu quyền địa phương Một giải pháp thực Cơng trình đầu mối cống âu thuyền Tắc Giang, xã Chuyên Ngoại, huyện Duy Tiên, tỉnh Hà Nam thuộc hệ thống thuỷ lợi Tắc Giang - Phủ Lý Đây cơng trình điều tiết nước sông Châu Giang, lấy nước tưới, tiêu cho huyện tỉnh phục vụ giao thông đường thuỷ nằm tuyến đê hữu sông Hồng Địa điểm xây dựng: Cụm đầu mối cống Tắc Giang nằm xã Chuyên Ngoại huyện Duy Tiên xã Nguyên Lý - huyện Lý Nhân thuộc tỉnh Hà Nam Cụm cơng trình đầu mối gồm: - 01 cống lấy nước cửa cửa rộng 4,2 m - 01 âu thuyền có bề rộng B = 8m - Khoảng cách tim cống âu thuyền 42m - Khoảng cách mép cống mép âu thuyền 25,4m Cơng trình khởi cơng xây dựng từ năm 2007 đến ngày 22/11/2009 đưa vào khai thác sử dụng đến tháng 10/2010 bàn giao cho Công ty trách nhiệm hữu hạn thành viên Khai thác Cơng trình thủy lợi Nam Hà Nam sử dụng Tuy nhiên sau thời gian sử dụng cơng trình gặp cố Thời gian diễn biến cố: - Vào lúc 30 phút ngày 01/8/2012 vị trí đầu mối cống Tắc Giang, Công ty TNHH MTV Khai thác CTTL Nam Hà Nam phát phía hạ lưu tường ngoặt sau bể tiêu cống có tượng đùn, sủi mạnh, nước đục, gian nhà để tủ điện điều hành cống bị lún nghiêng Thời điểm xảy cố, cửa van cống âu thuyền đóng, chênh lệch mực nước thượng hạ lưu cống 2,4m (mực nước thượng lưu cao trình +5,0m, hạ lưu cao trình +2,6m) - Dịng thấm đầu tường cánh bên phải cống dọc theo mang cống đến thân cống rẽ qua đáy cống đầu tường cánh hạ lưu bên trái cống Sau ba năm đưa cơng trình vào sử dụng đến ngày 01/8/2012 xảy cố thấm từ thượng lưu hạ lưu làm xói gây sụt đất mang cống mái hạ lưu bờ trái, Một nhà điều hành bị nghiêng mạnh, có nguy đổ xuống Nhiều vết nứt lớn kéo theo khu vực xung quanh khu nhà điều hành Nhiều vùng phía chân đê sụt lún hố sâu hoắm đe dọa đến an tồn ổn định cơng trình Vì việc xử lý cố cần thiết cấp bách II MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI Phân tích đánh giá nguyên nhân cố cụm cơng trình đầu mối cống, âu thuyền Tắc Giang Từ đề xuất biện pháp khắc phục cố để khơi phục làm việc bình thường cho cơng trình III CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Cách tiếp cận - Tiếp cận thực tế trường cố cụm cơng trình đầu mối cống, âu thuyền Tắc Giang; - Nghiên cứu lý thuyết, tìm hiểu tài liệu liên quan đến cụm cơng trình đầu mối cống, âu thuyền Tắc Giang; - Nghiên cứu quy trình, quy phạm có liên quan Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp điều tra khảo sát, thu thập tổng hợp tài liệu; - Phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp tiếp cận thực tế; - Phương pháp chuyên gia; - Phương pháp phân tích tổng hợp; - Phần mềm Geostudio 2004 modul Seep/W CHƯƠNG MỘT SỐ SỰ CỐ THƯỜNG GẶP VỚI CỐNG QUA ĐÊ VÀ CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ SỰ CỐ 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CỐNG QUA ĐÊ 1.1.1 Khái niệm cống qua đê Cống qua đê loại cơng trình thủy lợi xây dựng đê nhằm mục đích khống chế mực nước điều tiết lưu lượng với nhiệm vụ như: Lấy nước, tiêu nước, phân lũ, giao thơng… Hình 1.1 Cống qua đê Tắc Giang (Duy Tiên - Hà Nam) 1.1.2 Cấu tạo cống qua đê Cống cấu tạo gồm ba phận: - Bộ phận nối tiếp thượng lưu; - phận thân cống; - phận nối tiếp hạ lưu 1.1.2.1 Bộ phận nối tiếp thượng lưu - Bộ phận nối tiếp thượng lưu gồm phận chính: Tường cánh thượng lưu, sân trước có thêm kênh dẫn thượng lưu - Bộ phận nối tiếp thượng lưu có tác dụng hướng dịng chảy vào cống cho dòng chảy thuận dòng ổn định, giảm tổn thất cột nước, chống thấm chống xói; 1.1.2.2 Bộ phận thân cống - Bộ phận thân cống gồm phận chính: Bản đáy, trụ pin, trụ bên, trần cống, khe van, cửa van, khe phai, cầu công tác, cầu thả phai … - Bộ phận thân cống có tác dụng: Điều tiết, khống chế lưu lượng mực nước, liên kết thân cống với bờ cơng trình khác bên cạnh, giữ ổn định cống, chống thấm chống xói cho nền; 1.1.2.3 Bộ phận nối tiếp hạ lưu - Bộ phận nối tiếp hạ lưu gồm phận: Tường cánh hạ lưu, thiết bị tiêu có kênh dẫn hạ lưu - Bộ phận nối tiếp hạ lưu có tác dụng: Tiêu phịng xói, nối tiếp phân bố dịng chảy khỏi cống Hình 1.2 Mặt cắt dọc cống Tắc Giang (Duy Tiên - Hà Nam) 1.2 MỘT SỐ SỰ CỐ THƯỜNG GẶP VỚI CỐNG QUA ĐÊ Cống hạng mục quan trọng hệ thống đê, năm qua hệ thống đê tôn cao, đắp dày nên nhiều cống phải nối dài, tải trọng tác dụng lên cống lớn nhiều so với thiết kế Một số cống xây dựng mới, chất lượng nâng cao trước song thiết kế thi công bộc lộ không tồn xử lý nền, khớp nối, cửa van, bể tiêu năng, đắp đất xung quanh cống… Công tác quản lý vận hành cống chưa thường xuyên, xảy hư hỏng không sữa chữa kịp thời, gặp lũ lớn gây cố bất ngờ Sự cố cống xảy q trình thi cơng như: Sạt lở cống Hiệp Hịa hệ thống thủy nơng Đơ Lương tỉnh Nghệ An; xảy trình quản lý, vận hành như: Sự cố cống Mai Lâm Đê tả sông Đuống, cống bị cố thấm qua vai cống năm 1957 gây vỡ đê; cống Kênh Khê Đê tả sông Hồng, cống bị đùn sủi, tràn đê gây vỡ đê khu vực hai bên cống năm 1915… Kết điều tra 855 cống qua đê Đề tài độc lập cấp Nhà nước “ Nghiên cứu giải pháp Khoa học Công nghệ để sữa chữa nâng cấp cống đê thuộc sông Hồng sơng Thái Bình” năm 2006 cho thấy, hệ thống sơng Hồng sơng Thái Bình có 132 cống bị hư hỏng cần sữa chữa, số liệu thống kê số cố cống qua đê bảng 1.1 [3] Bảng 1.1 Thống kê số cố xảy cống TT Loại cố Số lượng (%) Loại cố (%) Lún, nứt, chuyển vị tường, thân trần cống 57/132 (43,18) 57/240 (23,75) 40/132 (30,3) 40/240 (16,66) 41/132 (31,06) 30/132 (22,73) 24/132 (18,18) 23/132 (17,42) 14/132 (10,6) 11/132 (8,33) 41/240 (17,08) 30/240 (12,5) 24/240 (12,66) 23/240 (9,58) 14/240 (5,83) 11/240 (4,56) Lún, nứt, chuyển vị tường cánh thượng, hạ lưu Xói, bồi bể sau tiêu Thấm qua nền, vai cống Hỏng cửa van Sạt mái bảo vệ thượng, hạ lưu Cống ngắn cần nối dài Hỏng khớp nối Nguyên nhân chung gây cố cống khảo sát, thiết kế, thi công, quản lý vận hành số nguyên nhân khác như: Nước lũ vượt mức thiết kế, thay đổi điều kiện sử dụng Tuy nhiên với cố lại nguyên nhân cụ thể sau: 1.2.1 Lún, nứt, chuyển vị tường, thân trần cống - Hiện tượng: Xuất vết nứt thân cống, cao trình đỉnh cống khơng đảm bảo theo thiết kế, xuất dịng thấm rò rỉ qua thân cống