Luận án thạc sĩ Xây dựng công trình thủy: Nghiên cứu nguyên nhân sự cố sạt trượt và đề xuất giải pháp ổn định tràn sự cố qua đê

Qué trình nghiên cứu, xây dựng và phát triển, bên cạnh những thành tựu to lớn đã đạt được vẫn có một số tồn tai trong việc khảo sát, thiết kế, thi công,van hành sử dung dẫn đến sự cố hư

NGUYÊN VĂN HỒNG

NGHIÊN CỨU NGUYÊN NHÂN SỰ CỐ SAT TRUOT.

VA ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP ON ĐỊNH TRAN SỰ CỐ QUA BE

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI -2011

TRUONG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

NGUYÊN VĂN HỒNG

NGHIÊN CỨU NGUYÊN NHÂN SỰ CỐ SAT TRƯỢT

CHUYEN NGÀNH: XÂY DUNG CÔNG TRÌNH THỦY

“Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới GS.TS Phạm Ngọc Khánh

da tận tình chi bảo và giúp đỡ trong thời gian nghiên cứu thực hiện Luận văn

Sự thành công của Luận van gắn lién với quá trình giúp đỡ động viêncủa gia đình, bạn bè và các đồng nghiệp Tác giả xin chân thành cảm ơn

“Trong khuôn khổ Luận văn, do vấn để nghiên cứu là mới và rộng lớn

đối với tác giả nên chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót Tác giả rất

mong nhận được sự chỉ bảo của các Thay giáo, Co giáo, đồng nghiệp, bạn bè

và những người quan tâm.

"Chuyên ngành: Xây dung công trình thủy

- Cách tp cận và phương pháp nghiên cứu

Kết quả dự kiến đạt được

- Bố cục của luận văn-.-.-

TONG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH VÀ SỰ CỐ XÂY RA 6 TRAN

1.1 Giới thiệu chung về lưu vực sông Hoàng Long

1.2 Giới thiệu về dự án và công trình

13 Trần Lạc Khoái va sự cổ say ra trong mùa mưa Ii

CHƯƠNG 2

'NGHIÊN CỨU, LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ON ĐỊNH

2.1 Phương pháp tính toán ổn định thấm 342.2 Phương pháp tính toán ổn định mái doe 46

CHƯƠNGUNG DỤNG TÍNH TOÁN KIỂM TRA ON ĐỊNH TRAN LẠC KHOÁI

VA ĐỀ XUẤT BIEN PHÁP KHẮC PHỤC3.1 Các thông số kỹ thuật tính toán 60

3.2 Tính toán thấm 613.3, Tính toán ổn định mai đốc <1

3.4, Những nguyên nhân gay sat rượt và để xuất bien pháp khắc phục.82

3.5 Để xuất giải pháp ổn định tran sự cố qua đê -85

CHƯƠNG 4KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

4.1, Những kết quả đạt được của luận văn 8

4.2 Tôn tại của luận van :

43 Kiến nghị

‘Tai liệu tham khảo.

“Chuyên ngành: Xây dựng công tình thủy

1 TINH CAP THIẾT CUA ĐỀ 1

“Trong những năm gần đây, việc xây dựng các công trình thủy lợi đãgóp phan rất quan trọng trong việc giảm nhẹ thiên tai, bảo vệ dan sinh - kinh

tế, cung cấp nước cho nông nghiệp, công nghiệp, sinh hoạt , xây dựng cơ sở

ha tầng tạo đà cho các ngành kinh tế phat triển một cách bén vững, góp phần

cải tạo môi trường sinh thái

(Qué trình nghiên cứu, xây dựng và phát triển, bên cạnh những thành tựu

to lớn đã đạt được vẫn có một số tồn tai trong việc khảo sát, thiết kế, thi công,van hành sử dung dẫn đến sự cố hư hỏng một phần hoặc toàn bộ công trình

Dai bộ phận là các công trình ngầm, chịu tải trọng lớn, đặc biệt là tải

trọng của đất và áp lực nước Nhiều công trình bị sự cố do xói ngầm và mất

Tran có thân tran kết cấu lõi đất, mái tràn phía sông được gia cố bản mat be

tông cốt thép

“Trong mùa mưa lũ tháng 6 năm 2009, mưa kéo dài, cường độ lớn, mựcnước sông Hoàng Long dâng cao và rút xuống sau vài ngày tràn Lạc Khoái đã

xy ra sự cố gay sat trượt mái thượng lưu, phá vỡ bản mật be tông cốt thép

gay mất ổn định tran, ảnh hưởng nghiêm trọng tới dân sinh, kinh tế - xã hội

vùng phân lũ

Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy 1

Do đó, cần thiết phải kiểm tra hiện trường, thu thập tài liệu công trình.

“Trên cơ sở đó tính toán kiểm tra xác định nguyên nhân gây ra sự cố sạt trượt

của tran và để xuất biện pháp khắc phục nhằm giảm nhẹ thiên tai cho khu vực

là rất cần thiết và cấp bách

Vì vậy, để tà "Nghiên cứu nguyên nhân sạt trượt và để xuất g pháp

ổn định tran sự cố qua đề” là hết sức cẩn thiết, có ý nghĩa khoa học và thực

tiên cao

2 MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI:

~ Nghiên cứu, tính toán kiểm tra xác định nguyên nhân sự cố sat trượt

của tràn Lạc Khoái thuộc dự án: Nang cấp đê hữu sông Hoàng Long, tỉnh

Ninh Bình và d8 xuất biện pháp khác phục

~ Để xuất giải pháp ổn định trần sự cố qua đề

3 CÁCH TIẾP CAN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CU:

- Trên cơ sở tài liệu của công trình, đánh giá sơ bộ sự cố công trình

- Nghiên cứu kết cấu, lựa chọn phương pháp đánh giá én định.

~ Ứng dụng tính toán kiểm tra xác định nguyên nhân gây ra sự cố sattrượt của tràn và dé xuất biện pháp khắc phục

- Để xuất giải pháp ổn định trần sự cố qua de

+ KẾT QUA DỰ KIẾN ĐẠT ĐƯỢC:

im ra được nguyên nhân gây ra sự cố sat trượt tràn Lạc Khoái và để

xuất biện pháp khắc phục

- Để xuất giải pháp ồn định tran sự cố qua dé,

5 BỐ CỤC CUA LUẬN VAN:

PHAN MỞ ĐẦU.

Nêu và khẳng định tính cấp thiết của để tài, các mục tiêu cần đạt được

khi thực hiện để tà cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu để đạt được

mục tiêu đó

“Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy 2

'CHƯƠNG 1 TONG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH VA SỰ CỐ XÂY RA

Chương này giới thiệu vẻ lưu vực sông Hoàng Long, dự án và congtrình, đặc điểm làm việc của tràn Lạc Khoái và sự cố sảy ra ở trần sự cố, Vấn

48 cấp thiết cần nghiên cứu và ứng dụng cho thực tế

'CHƯƠNG 2 NGHIÊN COU, LUA CHỌN PHƯƠNG PHAP TÍNH TOÁN ON ĐỊNH.

Dùng phương pháp tính toán ổn định đã lựa chọn, tính toán kiểm tra lại

sự cố sat trượt trần Lạc Khoái và dé xuất biện pháp khắc phục Dé xuất giải

pháp ổn định tràn sự cố qua dé

'CHƯƠNG 4 KIEN NGHỊ VÀ KẾT LUẬN

Nêu nên những kết quả đạt được trong quá trình nghiên cứu, tồn tại củaluận văn và kiến ngh

Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy 3

Lưu vực sông Hoàng Long với diện tích 1.550 km? (trong đó diện tích.

đá vôi là 295km”) là hợp lưu của 3 con sông: Sông Boi, sông Đập và sôngLạng Sông Hoàng Long bắt nguồn từ vùng đổi núi của tỉnh Hoà Bình chảyqua 2 huyện Nho Quan và Gia Viễn tỉnh Ninh Bình để hợp lưu vào song Diy

tại Gián Khẩu

Luu vực sông Hoàng Long dài 125km và rộng 15,5km, độ cao trung

bình lưu vực 173m, độ đốc trung bình lưu vực 9,6% và mật độ lưới sông

O,81km/km* Chiều dai sông kể từ Hưng Thi đến Gián Khẩu là 63,2km và

đoạn sông chảy qua khu Bắc Ninh Bình dài khoảng 10km Đây là con sông

lớn nhất của tinh Ninh Bình, có chế độ thuỷ văn rất da dạng:

+ Mực nước mùa kiệt phụ thuộc vào nước dénh lên từ sông Đáy do ảnh

hưởng thuỷ triéu và lượng nước bổ sung vào sông Đáy từ sông Đào Nam Định.

+ Mùa lũ, nước lũ từ thượng du đổ vẻ đến khu vực nghiên cứu thường

bị đồn ứ do mực nước lũ trên sông Day Khi mực nước lũ trên sông HoàngLong dang cao để bảo vệ hệ thống dé hạ du sông Hoàng Long thì phải phân

ũ vào các khu phân chậm lũ

“Thời kỳ mùa lũ, sông Hoàng Long vừa bị tác động của lữ thượng nguồncủa 3 nhánh: Song Boi, song Dap và sông Lạng dồn vẻ Mặt khác còn chịu tác

động rất lớn của lũ sông Day, lũ sông Hồng phân qua sông đào Nam Định Tổhợp của 3 dạng lũ này khá phức tạp, ít khi xuất hiện đồng bộ 3 dạng lũ lớn nhất,

Nhưng thường gặp ở dang lũ trung bình và mức nước cao làm cản trở việc tiêu

thoát lũ của sông Hoàng Long, nhất là 2 huyện Nho Quan và Gia Viễn

Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy h

1.1.2 Hệ thống khu phán, chậm và ngập la

1.1.2.1 Khu thường xuyên chịu lit

Bao gồm 5 xã huyện Nho Quan (Xích Thổ, Gia Son, Gia Lâm, Gia.

“Thuỷ, Phú Sơn và 1 phần xã Lạc Van) và vùng ngoài đê của các huyện Nho

Quan và huyện Gia Viễn

1.1.2.2 Khu phân lũ

Khu phan lũ sông Hoàng Long qua tràn Lạc Khoái gồm 12 xã trong đó

có 4 xã thuộc huyện Gia Viễn (Gia Lạc, Gia Phong, Gia Sinh và Gia Minh), 8

xã thuộc Huyện Nho Quan (Thượng Hoà, Sơn Thành, Thanh Lạc, Sơn Lai,

Quỳnh Lưu, Phú Sơn, Văn Phú và Văn Phương) với tổng diện tích tự nhiên là

9.530 ha, điện tích đất canh tác 5.169 ha, dân số trong vùng 55.000 người,12.600 ho

Nước lũ vào khu phân lũ sau đó chảy vào sông Bến Đang sau đó chảy

sac Khoái

ra sông Đáy ở cửa Vac Dung tích trữ của khu ở cao trình +4,0m khoảng 18

triệu mỀ nước,

1.1.2.3 Khu chậm lũ Gia Tường- Đức Long

Cham lũ sông Hoàng Long qua tràn Gia Tường và trần Đức Long Khiphan lũ ảnh hưởng đến 3 xã với 2.609 ha tự nhiên, 1.720ha canh tác, 3.576 hộ

bị ngập sâu

Sau khi phân, nước lũ lại quay trở lại sông Hoàng Long qua các cống dưới

dé và mực nước trong khu chậm lũ phụ thuộc vào mực nước sông Hoàng Long

1.1.2.4 Khu Đâm Cit

Phan lũ từ sông Hoàng Long (tran Mai Phương) sang sông Bay (Cống

Dich Long) qua khu vực Mai Phương - Đầm Cait - Dich Long

Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy $

“Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy

'Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy.

BAN ĐỒ PHƯƠNG AN PHAN CHAM LŨ LƯU VỤC SÔNG HOANG LONG

Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy 8

1.1.3 Đặc điểm địa hình, địa chất của lưu vực sông Hoàng Long

1.1.3.1 Đặc điểm địa hình:

Lim vực có địa hình da dang: Có vùng đổi núi, nữa đổi núi, đổi núi xenlần niộng trăng, đồng bằng

Diễn biến lòng sông phức tạp, có hướng đốc tạo hướng thoát nước

chính ra sông Đáy, sông Càn và Biển

Mat cất ngang sông Hoàng Long từ Bến Đế đến Gián Khẩu:

“Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy 9

HUONG DONG CHAY CUA SÔNG HOANG LONG

200 300 400 500 600 700 800

100

Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy

J trí Lạc Khoái

Cắt ngang sông Hoàng Long

200 700 600

‘500 400 300 200

100

‘Chuyén ngành: Xây dựng công trình thủy

Cắt ngang sông Hoàng Long - vị trí kè Trường Yên

600 500 400

Cắt ngang sông Hoàng Long - vị trí Âu Chanh

Cắt ngang sông Hoang Long - vị trí trạm TV Gián Khẩu

4oo 350 300 250 200

4150 400

50

‘Chuyén ngành: Xây dựng công trình thủy

Cắt ngang sông Hoàng Long - Thượng lưu Gian Khẩu: 2 6

300

250 200

Cắt ngang sông Hoang Long - Cầu Gian Khẩu

Cắt ngang sông Hoàng Long - Hạ lưu Gian Khu

200

150 400

so

“Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy

1.1.3.2 Dac điểm dia chất:

Địa chất vùng nghiên cứu khá phức tap, chủ yếu là trim tích có 3 hệchính: hệ Triát (T), hệ Neogen (N) và hệ Đệ Tứ (Q),

- Hệ Triat (T) với oi xuất hiện trên điện rộng cả ở khu vực đồng bằng

và hấu hết khu vực bán sơn địa, đổi núi Trong khu vực đá vôi thường cónhiều hang nước, mỏ nước, nguồn sinh thuỷ và mất nước khó xác định Việc

tính toán thuỷ văn, phương án và kết cấu công trình là gặp nhiều khó khăn

- Hệ Neogen Hệ ting Hang Mon (N/` - N;" hm), lộ ra một điện nhỏ

khoảng vài km” ở gần ga Đồng Gi:

+ Phân dưới gồm cuội kết, cát kết, day 100m,

+ Phần trên chủ yếu là bột kết xen cát kết và sét voi dày 100 - 150m,

chứa 4 via than dang thấu kính có bẻ dày 0,1 + 2,5m Than khá rin chắc, giá

trị công nghiệp hạn chế vì trữ lượng ít

- Hệ Đệ Tứ, bao gồm các hệ ting trầm tích, phân bố trên toàn tỉnh Ninh

Mặt cất hệ ting gồm 2 phân

Bình, việc xây dựng công trình đều cẩn phải xem xét, xử lý do ổn định kém,

độ mất nước lớn (do đất pha cát va dat cat)

1.1.4 Tình hình ngập lụt

Mưa sinh lũ trên sông Hoàng Long thường xảy ra vào tháng 9, tháng 10

muộn hơn lũ song Hồng, hiện tại đã nhỏ di nhiều do việc xây dựng các hổchứa Suối Hai, Đồng Mô - Ngai Sơn va nhiều hổ chứa nhỏ khác

Lũ sông Hoàng Long đồn vẻ hạ du sông Hoàng Long (Bắc Ninh Bình)

rất nhanh song việc thoát ra lại phụ thuộc vào lũ song Hồng sang và lũ sông,

‘Day về cùng với thuỷ triều, thường chậm và bị dồn ứ lại duy trì mực nước cao

cđài ngày tạo ra một khu vực ngập rộng lớn như là hổ chứa điều tiết (Xích Thổ,

Gia Tường, Gia Thuỷ) Có những năm lũ lớn để bảo vệ cho hạ du buộc phải

phan lũ vào khu hữu Hoàng Long Theo số liệu thống ké từ năm 1960 đến

* Trận lũ lịch sử tháng 9/1985: Lượng mưa đo được tại Nho Quan 743

mm; Ninh Bình 503 mm; mực nước lớn nhất tại Bến DE là +5,24 m Mặc dù

đã phải phân, chậm lũ vào khu Gia Tường - Đức Long, hữu Hoàng Long

nhưng dé tả Hoàng Long vẫn bị trần và vỡ

* Trận lũ tháng 9/1996: Mục nước đỉnh lũ tại Bến Để là +4,81 m Da

han lũ vào khu hữu Hoàng Long, khi mức nước sông Hoàng Long mấpphải

mé đỉnh phần mềm đã được tôn cao của trần Lạc Khoái tới cao trình +4,7 m

* Trận la tháng 10/2007: Do có mưa lớn ở thượng nguồn, gây lũ lớn

trên sông Hoàng Long Khi mực nước lũ trên sông Hoàng Long tại Bến Đếdat đến +4.40 m, lúc 17 giờ ngày 5/10/2007 đã phải xả lũ qua tran Gia Tường,Đức Long vào khu chậm lũ Gia Tường - Đức Long Đến 21 giờ cùng ngày,

mực nước tại Bến Để là +4,96 m phải xả lũ qua tràn Lạc Khoái và khu hữu

Hoàng Long Mực nước lũ tai Bến Đế tiếp tục lên đến đỉnh là +5,17 m lúc 0

giờ ngày 6/10/2007 và bất đầu hạ xuống,

Một vài hình ảnh trước và sau vỡ trần Lạc Khoái trận lũ tháng 10/2007:

Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy 2

Lực lượng quản

Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy

Va tran Lạc Khodi khi nước song Hoàng Long tran qua đỉnh đập

So sánh giữa hai trận lũ tháng 9/1985 và trận lũ tháng 10/2007 cho thấy,

trận lũ tháng 9/1985 do mưa lớn trên toàn lưu vực sông Day gây lên, còn trận

lũ tháng 10/2007 do mưa lớn trên thượng nguồn sông Hoàng Long (tại Hưng

‘Thi lượng mưa 3 ngày đo được là 518 mm), mưa nội đồng lại không lớn tại

"Nho Quan lượng mưa 3 ngày đo được là 146.0 mm, ở Ninh Bình là 84,4 mm

Nam 1985 khi lũ về các vùng tring trong khu hữu Hoàng Long đã chứa đầy

nước, còn năm 2007 trước khi lũ vẻ hầu như đã được bom hết nước vì vậy thờisian bị ngập do phân lũ năm 2007 cũng ngắn hơn so với năm 1985

“Theo báo cáo của Ban chỉ huy phòng chống lụt bão và tìm kiếm cứu nạn.tỉnh Ninh Bình, thiệt hại của lẩn phan lũ tháng 10/2007 khoảng 276,24 tỷ

đồng (tương đương 4.7% tổng GDP và 31.45 tổng thu ngân sách của toàn tỉnh năm 2006), chưa tính đến các thiệt hại vẻ môi trường, xã hội và nhiều tổn thất vật chất khác không thé thống kê được.

'Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy 2B

Khu hữu Hoàng Long là khu phân lũ chính của sông Hoàng Long, với

dung tích chứa lũ khoảng trên 200 triệu m’, khả nang giảm lũ cho song

Hoàng Long rất tốt Tuy nhiên mỗi lần phân 10, thời gian tiêu thoát sau phân

lũ thường kéo dài từ 1- 3 tháng, ảnh hưởng vẻ kinh tế xã hội và môi trường là

rất lớn, việc khắc phục hậu quả thường phải kéo dài trong nhiều năm

Qua trận lũ tháng 10/2007, chúng ta nhận thấy rằng việc nghiên cứu vàthực hiện các giải pháp công trình phòng, chống lũ tiến tới loại bỏ các khuphan, chậm lũ là yêu cầu cấp thiết cần được wu tiền thực hi trong giai đoạn trước mắt cũng như lau di

Nam 2005 Bộ Nông nghiệp và phát triển nông thôn đã quyết định đâu

tư nâng cấp toàn bộ tuyến dé Hữu Sông Hoàng Long Với nhiệm vụ trọng tâmcủa dự án đó là đảm bảo chống được lũ Bảo vệ trực tiếp cho dân cư, cơ sởkinh tế, khu công nghiệp, các công trình văn hóa chính trị của huyện Gia

Viễn, Nho Quan và của các tỉnh phía Bắc tinh Ninh Bình

1.2 GIỚI THIỆU VỀ DỰ ÁN VÀ CÔNG TRINH [5]

1.2.1 Giới thiệu về dự án

Huyện Gia Viễn được bao bọc bởi các tuyến dé: Tả Hoàng Long; Đảm

ie lẻ hữu song Đầy Hệ thống dé điều này có nhiệm vụ bảo đảm an toàn

cho vùng dân cư, khu công nghiệp Gián Khẩu, vùng lúa và các trung tâm

chính trị văn hoá của Huyện

Dé bảo vệ tốt các khu dân cư, khu công nghiệp và diện tích đất canhtác, những năm vừa qua tỉnh Ninh Bình được sự giúp đỡ quan tâm của Bộ,

Ngành, Trung ương đã có những nỗ lực trong công tác tu bổ đê điều, từng

bước các tuyến dé trong huyện đã được tu bổ thường xuyên và cải thiện như

mở rộng mat dé, dip cơ đê, tôn cao áp trúc và mặt dé đã cứng hoá được một

xố đoạn Do nguồn vốn và kinh phí còn hạn chế nên chưa củng cố đồng bộ,

'Cùng với sự tăng trưởng kinh tế của đất nước thì việc quan tâm đến

nhân dân vùng sâu, vùng xa, nơi nông thôn chưa có điều kien phát triển thì chính tuyến dé là noi giao thông có thể nói là duy nhất ở vùng này, chính vì

“Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy ”

vay việc cứng hoá, chỉnh trang tang cường én định đê kết hợp với việc mở.

rộng giao thông nông thôn là giải pháp tích cực nhất để giao lưu và rút ngắn

khoảng cách song giữa vùng thành thị, nông thôn, chênh lệch giàu nghèo và

day cũng là những chủ trương dự án lớn của Chính phủ không chỉ thực hiện ở

các tuyến dé tỉnh Ninh Bình mà được thực hiện hầu hết trong cả nước

Bản dé hành chính huyện Gia viễn và huyện Nho QuanLưu vực phân lũ sông Hoàng Long bao gồm 15 xã trong đó có I1 xã

thuộc huyện Nho Quan và 04 xã thuộc huyện Gia Viễn, tỉnh Ninh Bình Để

bảo vệ an toàn khu trung tâm kinh tế, chính tri của tỉnh và các huyện Nho

‘Quan, Gia Viễn, Hoa Lư, nhân dân trong vùng phân lũ phải chấp nhận hy sinh

vé của cải, tài sản, có khi cả tính mạng con người

“Mỗi lần phân 1a, nhân dân phải sống chung với lũ từ 1 đến 3 tháng, nhàcửa nưộng vườn đều bị ngập trong nước lâu ngày, có nơi ngập sâu tới 3m

Cuộc sống gap nhiều khó khăn Lũ lụt đã phá huỷ nghiêm trọng các công

trình co sở ha tầng trong vùng, mùa mang thất thu, môi trường bị ô nhiễm

nặng né, bệnh dich phát sinh, dân trí chậm phát triển Đời sống kinh tế nhân

dan trong vùng gặp nhiều khó khan,

“Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy ry

Du án được triển khai sẽ giảm thiểu số lin phan lũ, dan tiến tới xoá bó.các khu phân chậm lũ trên địa bản tỉnh, với sự phối hợp hài hoà giữa kết cấu

công trình kiến trúc, công trình chống 10, giao thông thuỷ bộ, góp phần thúc

= xã hội của tỉnh Be

đẩy phát triển kinh tế - van ho lạt được mục tiêu đó việc

nâng cấp tuyến đề Hữu sông Hoàng Long nhằm giảm thiểu số lần phải phân

lũ vào trong lưu vực, là rất cần thiết

.2.2 Nhiệm vụ của dự án

Nhiệm vụ trọng tâm của dự án đó là đảm bảo chống đuợc lũ trên songHoàng Long nhằm mục đíc

- Bảo vệ trực tiếp cho dân cư, cơ sở kinh tế, khu công nghiệp và các

công trình văn hóa chính trị của huyện Gia Viễn

- Bảo vệ gián tiếp cho các vùng phía bắc của tinh Ninh Bình như Hà

Nam, Hà Tây và Nam Định

- Bảo vệ tuyến đường huyết mạch đó là Quốc Lộ 1A nối liền hai miền Bắc

Nam và các con đường khác có trong vùng như đường 12 và nay là đường 477

- Phát triển giao thông nông thôn cho các xã thuộc huyện Gia Viễn

nằm đọc theo tuyến đê.

kinh tế

Ổn định đời sống cho nhân dân để góp phân phát tri hội

- Tạo lên sự đồng bộ chống lũ giữa hai tuyến đê tả và đề hữu sông

Hoang Long

1.2.3 Giải pháp và quy mô xây dựng:

- Nang mức đảm bảo an toàn cho tuyến dé hữu Hoàng Long với tấnsuất chống lũ P= 2% ( khi chưa xây dựng hồ Hưng Thi) và P= 1% sau khi xây

dựng hồ,

- Nang mức đảm bảo an toàn cho tuyến đê Đức Long - Gia Tường Lạc

Van với tần suất chống lũ P= 5%

- Hoành triệt các tran: Đức Long , Gia Tường thành tran

Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy 26

- Nang cấp trần Lạc Khoái thành trần phân lũ và tran sự cố, Lưu lượngthoát lũ qua tràn có cửa điều tiết đảm bảo cất đỉnh lũ từ tấn suất P= 2%xuống P= 1% ( khi chưa xây dựng hồ Hưng Thi), tham gia cắt lũ khi đã xây

dựng hồ Hưng Thi

1. RAN LẠC KHOÁI VA SỰ CỐ XÂY RA TRONG MÙA MƯA, LŨ

1.3.1 Quy mô nang cấp và phương án vận hành tràn Lạc Khoái

* Quy mô xây dựng nang cấp: [5]

Dap Tran Lạc Khoái được xây dựng năm 1970, trên tu dé hữu sôngHoàng Long, được nang cấp năm 2003 Đến năm 2005, đập trần Lạc

Khoái được xây dựng với 2 phần: Tran điều tiết đài 116,8m với 24 khoang,

cao trình tràn +5,7m, cửa van bằng thép đóng mở bằng vít V5 vận hành điện

kết hợp quay tay Phan còn lại gọi là tran sự cố, có chiều đài 613,2m, Sửachữa, nang cấp tràn cũ nâng cao trình phần cứng từ +4.00 lên +4.50 bằngBTCT M250# dày 30cm, cao trình đỉnh tràn mềm +6.10, mặt rộng 7m và trênmặt được cải tạo bằng đá cấp phối, phần mái được dap thêm đất vẻ phía lòng

sông và bê tông cốt thép bản mat

‘Tran được xây dựng xong và đưa vào sử dụng tháng 8 năm 2008,

“Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy Fd

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

‘SOAS NV.

IVOHD OV NVAIL THNIML ONOO

‘Chuyén ngành: Xây dựng công trình thủy 28

“CẮT NGANG TRAN LẠC KHOA! DOAN 1 -TRAN ĐIU TIẾT

“Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy

UA

”

CAT NANG TRANLAC KHOA! Đ0ẠN 2- TRẤN Sự cổ

“Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy 30

* Phương án vận hành tràn: [1]

‘Tran Lạc Khoái được thực hiện theo nguyên tắc: Khi mực nước songHoàng Long có nguy cơ làm ảnh hưởng đến an toàn các tuyến đê tiến hànhphân lũ bằng biện pháp mở 24 khoang cửa vào vùng hữu Sau khi mở 24 cửa

trần mà nước song Hoàng Long vẫn tiếp tục lên, vẫn có nguy cơ vỡ các tuyến

dé sông tiến hành vận hành tràn sự cố dài 613,2m, bằng biện pháp ding 2

máy xúc mở từ giữa sang hai bên, kết hợp với lực lượng xung kích và quân

đội để xả lũ.

1.3.2 Đặc điểm làm việc của tràn

‘Trin là một loại công trình ngăn nước mà xây dựng bằng vật liệu địa

phương (c: c loại đất - đá) cho nên trong quá trình vận hành khai thác, trànmang những đặc tính sau đây:

- Tràn có khối lượng tương đối lớn và chịu tác dụng các ngoại lực khá

phức tạp do đó thân và nên tràn ảnh hưởng lớn tới ổn định của mái dốc thượng

ưu và hạ lưu

- Chịu tác dung của sóng do gió tác dung lên mái thượng lưu gây hư

hồng mái đốc thượng lưu Mưa rào và sự thay đổi nhiệt độ gây nên hư hong

mái đốc hạ lưu

~ Nước thấm qua thân tràn, nén và thấm vòng quanh bờ có ảnh hưởng

xấu đến Ổn định của trần (xói ngầm và trượt mái đốc)

- Mất ổn định thường chỉ xảy ra ở mái đốc thượng và hạ lưu Tính

chất cơ lý của vật liệu làm thân tran là những yếu tố chủ yếu ảnh hưởng đếntính ổn định của tràn Tuy nhiên sự ổn định của trần còn phụ thuộc vào các

ngoại lực tác dụng lên nó như tải trọng bên trên trần, áp lực nước thuỷ tĩnh, ấp

lực thấm, áp lực kế rồng, lực động đất v

1.3.3 Sự cố sạt trượt tràn Lạc Khoái:

Sự cố sat trượt mái thượng lưu trần sự cố Lạc Khoái xây ra trong mùa

lũ tháng 6 năm 2009 Mực nước sông Hoàng Long dang cao kết hợp với mưa

"Chuyên ngành: Xây dung công trình thủy uM

lớn kéo dài và rút xuống (trong gin 3 ngày từ +5.50 xuống +2.00) làm nứtgãy bản mặt bê tông, mái tran bị sat trượt Chiều dài đoạn trần sat trượt là200m, với chiều cao từ (+0.7) đến (+3.8) Sự cố này gây mất an toàn cho công

trình va ảnh hưởng nghiêm trong ‘on người, tài sin trong vùng phân lũ khi

nước lên cao nhất là trong những trận mưa, lũ tiếp theo

Sơ bộ đánh giá nguyên nhân gây sạt trượt mái tràn phía thượng lưu:

+ Trin được mở rộng ra phía sông, khảo sát địa chất nén còn thiếu sốt,

chưa đánh giá đúng mức địa chất nén dẫn đến khối đất đáp bị lún xuống

+ Vật liệu dap không tốt: Hàm lượng cát, bụi dam sạn nhiều, hàmlượng sét ít, đất bị tan rã mạnh khi thấm nước

+ Thi công không đảm bảo dung trọng khô theo thiết kế Lớp dai day

‘qué quy định, số lin đẩm ít, nên đất sau khi dip có độ chat không đồng đều,

phân lớp, trên mặt thì chặt phía dưới vẫn còn tơi xốp không đạt độ chặt quy

định, inh thành từng lớp đất yếu nằm ngang,

+ Nước sông rút xuống, thiết bị tiêu nước ở mái thượng lưu tràn không

làm việc

Nhiệm vụ cấp bách:

+ Kiểm tra hồ sơ dự án.

+ Thu thập thông tin v các yếu tố ảnh hưởng như: địa hình, địa chất,

chỉ tiêu cơ lý của đất ở trạng thái tự nhiên và bão hòa

+ Lập sơ đồ, tính toán tìm nguyên nhân gây sạt trượt và để xuất biệnpháp khắc phục

+ Giám sát diễn biến trong và sau khi xử lý khối trượt, xử lý triệt để các

khối đã trượt để đảm bảo an toàn cho công trình

+ Lập phương án chống trượt cho các khối tiểm năng

1.3.4 Mục đích của dé tài:

‘Tran Lạc Khoái là cong trình trọng điểm chống lụt bão của tỉnh, bảo vệ

cđân sinh - kinh tế, chính trị của huyện Gia Viễn, huyện Nho Quan và Thành

phố Ninh Bình

"Chuyên ngành: Xây dung công trình thủy

'Các nguyên nhân kể trên và tée động xấu tới hiện tượng thấm và ổn dinh của tràn Vì vậy, luận van sẽ nghiên cứu bài toán thấm, bài toán ổn định

mái đốc; tính toán kiểm tra để tìm ra nguyên nhân sạt trượt và để xuất biệnpháp xử lý cho tràn Từ đó, để xuất giải pháp ổn định tran sự cố qua đề

* Tâm quan trọng của bài toán thấm:

Sự vận động của chất lòng trong môi trường lỗ hồng hoạ khe nứt gọi là

thấm Cách định nghĩa này quá chung chung chỉ cho ta biết sơ lược đổi tượngnghiên cứu mà không cho ta khái niệm vật lý của hiện tượng thấm

Bài toán về sự vận động của chất long (nước, dầu mỏ, hơi nude ) trong

đất, đá nứt né hoặc trong môi trường xốp nói chung, gọi là lý thuyết thấm.Việc nghiên cứu vận động của chất lỏng trong môi trường đất ý nghĩa

quan trọng trong thực tế Nhiều vấn để cẩn giải quyết bằng lý thuyết thấmnhư: Khai thác nước ngắm, khai thác dầu mỏ, rửa mặn bằng tiêu nước, tồnthất nước do thấm, nước mưa, nước tưới thấm vào mat đất, thấm qua nén các

công trình ngăn nước,

Bài toán thấm đồng vai trd quan trọng trong công trình thủy lợi như cần

xác định các đặc trưng của dòng thấm qua đập đất, đề, tràn thấm dưới đáycông trình bê tông, thấm vòng qua vai đập, thấm vòng quanh bờ Trong thiết

kế công trình thủy lợi phải tính toán xác định các đặc trưng của dòng thấmnhư áp lực thấm, lưu lượng thấm, gradient cũng có nghĩa là giải quyết xong

bài toán thấm, khi đó mới có đủ điều kiện để đánh giá ổn định công trình.

* Các giả thiết cơ bản:

Lời giải lý thuyết của bài toán thấm có áp được đưa ra trên cơ sở một số

giả thiết Các giả thiết đó như sau:

- Đất nên là môi trường đồng nhất đẳng hướng,

- Đất chứa đầy miền thấm và không ép co được

"Chuyên ngành: Xây dung công trình thủy M4

“Trong bài toán thấm có áp còn đưa thêm 2 giả thiết bổ sung:

- Trong miền thấm không có điểm tiếp nước và điểm rút nước

Trong môi trường thấm với các giả thiết đã nêu Mục 2.2.1, phương trình

vi phan cơ bản của đồng thấm là:

tại bất kỳ một vị trí nào trong môi trường thấm Do khi tính toán không đưa

nhiều vào những giả thiết cho nên phương pháp cơ học chất lỏng cho kết quả

chính xác cho một số bài toán thấm có biên đơn giản

Uu điển: Phương pháp cơ học chất lỏng chủ yếu có tim quan trọng về

mặt lý thuyết, trên cơ sở đó người ta có thé đưa ra các giải quyết gan đúng

ng dụng những lời giải của cơ học chất lỏng ta có thể lập được những biểu

"Chuyên ngành: Xây dung công trình thủy 5

đồ tính toán để ding trong thực tế Có lời giải chính xác cho một số bài toán

thấm có biên đơn giản

Nhược điể Phương pháp này chỉ sử dụng được trong trường hợp bài

toán có sơ đỏ don giản Khi gặp những sơ đồ phức tạp (điểu kiện ban đầu vàđiều kiện biên phức tạp) thì cách

và trong nhiễu trường hợp gần như bế tắc Không giải được bài toán thấm với

ai này gặp nhiều khó khăn về mặt toán học

đồng thấm trong miền không đồng chất, biên thấm bất kỳ Do vậy trong thực

tế thiết kế tính toán thấm, phương pháp này ứng dụng rất hạn chế:

2.1.2.2 Phương pháp thủy lực

Phương pháp thủy lực cho ta kết quả tính toán theo phương pháp thủylực học là cho những đặc trưng trung bình của dòng thấm

Uu điểm: Có thể giải được một số trường hợp trong thực tế Mặt khác,

0 chính xác của nó đáp ứng đuợc yêu cầu kỹ thuật, nên được áp dụng

ANhược điểm: Do phải dựa vào một số tiên để, giả thiết nhất định Nên.phương pháp này có độ chính xác không cao Không giải được bài toán thấm

với dòng thấm trong miễn không đồng chất, biên thấm nước bất kỳ

2.1.2.3 Phương pháp thực nghiệm [4]

Nghiên cứu thực nghiệm là dùng mô hình để xác định những đặc trưng

của dong thấm Phương pháp này bao gồm những loại chính sau;

- Thí nghiệm bằng máng kính: Việc thí nghiệm được tiến hành trên mô

để xác định lưu lượng, áp lực, đường bão hòa

hình trong máng kí

- Thí nghiệm khe hẹp: Dựa vào sự tương tự giữa chuyển động của chất

lỏng có độ nhớt lớn (các loại đầu nhờn) trong khe hẹp voi sự chuyển động củanước trong môi trường rồng (chảy tầng) mà xác định những đặc trưng dòng thấm.trên cơ sở đo đạc những đặc trưng của dòng chảy của đầu trong khe hẹp

- Phương pháp tương tự điện - thủy động (ECDA): Dùng, tương tự

giữa dòng điện và dòng thấm để giải quyết những bài toán thấm trên mô hình

đồng điện

"Chuyên ngành: Xây dung công trình thủy 6