nghiên cứu các biện pháp xử lý nền đập đất hồ duồng tỉnh bắc giang

LỜI CẢM ƠN Luận văn "Nghiên cứu các biện pháp xử lý nền đập đất hồ Duồng tỉnh Bắc Giang " được hoàn thành nhờ sự giúp đỡ nhiệt tình của các thầy giáo Trường Đại học Thuỷ Lợi, bạn bè đồng nghiệp, cơ quan và gia đình. Có được thành quả này là nhờ sự truyền thụ kiến thức của các thầy giáo, cô giáo trực tiếp giảng dạy và công tác tại Trường Đại học Thủy lợi trong suốt thời gian tác giả học tập tại trường. Tác giả luận văn xin được cảm ơn sâu sắc đối với thầy giáo hướng dẫn PGS.TS.Trịnh Minh Thụ đã hướng dẫn và chỉ bảo tận tình trong suốt quá trình thực hiện luận văn tốt nghiệp. Tác giả xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cô giáo tham gia giảng dạy khóa cao học 19 trường Đại học Thủy lợi đã tận tình hướng dẫn và truyền đạt cho tôi những tri thức khoa học quý giá. Tác gi ả cũng xin cảm ơn Lãnh đạo trường Đại học Thủy lợi, khoa Sau đại học và Bộ môn Xây dựng Công trình thủy đã tạo điều kiện cho tôi hoàn thành tốt công việc nghiên cứu khoa học của mình. Cuối cùng, tác giả xin chân thành cảm ơn đến gia đình, bạn bè, đồng nghiệp đã giúp đỡ, động viên, khích lệ để luận văn tốt nghiệp được hoàn thành tốt đẹp. Với thời gian và trình độ có hạn, luận văn không tránh khỏi những sai sót. Rất mong nhận được sự chỉ bảo và đóng góp nhiệt tình của Quí thầy cô giáo và các bạn đồng nghiệp. Hà Nội, ngày 20 tháng 8 năm 2013 TÁC GIẢ Lưu Xuân Chiến LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu trích dẫn là trung thực. Các kết quả nghiên cứu trong luận văn chưa từng được người nào công bố trong bất kỳ công trình nào khác./. Lưu Xuân Chiến MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH XÂY DỰNG ĐẬP Ở VIỆT NAM. 4 1.1. TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH XÂY DỰNG ĐẬP Ở VIỆT NAM 4 1.2. ĐẶC ĐIỂM KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN Ở VIỆT NAM 7 1.3. ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT CHUNG CỦA NỀN ĐẬP DÂNG NƯỚC Ở VIỆT NAM 8 1.3.1. Đất Aluvi 8 1.3.2 Đất sườn tàn tích và tàn tích trên nền đá Bazan 8 1.3.3. Đất trên nền đá trầm tích lục nguyên (bộ kết, cát kết…)….………… 9 1.3.4. Đất trên nền đá phun trào (đaxit, biolit, andnezit…)………….…… 10 1.3.5. Đất trên nền đá biến chất (Gơnai)…………………… …………… 10 1.3.6. Đất trên nên đá xâm nhập sâu (Granit, Granodiorit)………… …… 10 1.3.7. Đất bồi tích lòng suối (cuội, sỏi, lẫn đất sét…)…………………… 10 1.4. KHÁI QUÁT VỀ CÁC VẤN ĐỀ SỰ CỐ HÂY HƯ HỎNG ĐẬP 10 1.4.1. Khái quát về sự cố công trình thủy lợi 10 1.4.2. Sự cố đối với đập đất 12 1.5. TÌNH HÌNH SỰ CỐ ĐẬP DỄ MẤT ỔN ĐỊNH CỦA NỀN GÂY NÊN 15 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1: 18 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 19 2.1. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA NGHIÊN CỨU THẤM 19 2.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TOÁN THẤM BẰNG LÝ THUYẾT CỔ ĐIỂN 19 2.2.1. Phương pháp cơ học chất lỏng 19 2.2.2. Phương pháp thủy lực 20 2.2.3. Phương pháp thực nghiệm 20 2.2.4. Phương pháp số 21 2.3. GIẢI BÀI TOÁN BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN 21 2.4. KHÁI QUÁT CHUNG VỀ TÍNH ỨNG SUẤT BIẾN DẠNG 22 2.5. TÍNH ỨNG SUẤT VÀ BIẾN DẠNG CỦA NỀN THEO PHƯƠNG PHÁP PTHH 23 2.5.1. Cơ sở của phương pháp PTHH để giải bài toán 23 2.5.2. Các công thức tính ứng suất 23 2.6. CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH NỀN CÁC CÔNG TRÌNH THUỶ CÔNG HIỆN NAY 27 2.6.1. Nghiên cứu thực nghiệm 27 2.6.2. Nghiên cứu lý thuyết 29 2.6.3. Các phương pháp dùng mặt trượt giả định 31 2.7. TỔNG QUAN VỀ CÁC PH ƯƠNG PHÁP TÍNH ỔN ĐỊNH MÁI DỐC 34 2.7.1. Cơ sở các phương pháp tính ổn định trượt mái 34 2.7.2. Một số phương pháp tính ổn định mái theo phương pháp mặt trượt 35 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 40 CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU CÁC BIỆN PHÁP XỬ LÝ NỀN 41 3.1. GIỚI THIỆU CHUNG 41 3.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ THẤM TĂNG ỔN ĐỊNH …… 42 3.2.1. Nhóm các phương pháp gia cố nền bằng thiết bị tiêu nước thẳng đứng ……………………………………………………………………… 42 3.2.2. Gia cố nền bằng vải địa kỹ thuật 43 3.2.3. Nhóm các phương pháp gia cố nền bằng chất kết dính 43 3.2.4. Nhóm các phương pháp vật lý gia cố nền đất yếu 46 3.2.5. Dùng biện pháp thi công để xử lý nền 46 3.3. CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ NHẰM TĂNG KHẢ NĂNG CHỐNG THẤM CỦA ĐẬP DÂNG 47 3.3.1. Giải pháp chống thấm bằng tường nghiêng và sân phủ 47 3.3.2. Giải pháp chống thấm bằng tường răng kết hợp lõi giữa 49 3.3.3. Giải pháp chống thấm bằng tường hào Bentonite . 50 3.3.4. Giải pháp chống thấm bằng khoan phụt 52 3.3.5. Giải pháp chống thấm bằng cọc xi măng - đất 53 KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 55 CHƯƠNG 4. ỨNG DỤNG TÍNH TOÁN TÍNH TOÁN THẤM VÀ LỰA CHỌN BIỆN PHÁP XỬ LÝ NỀN CHO ĐẬP ĐẤT HỒ DUỒNG TỈNH BẮC GIANG 56 4.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÔNG TRÌNH . 56 4.1.1. Vị trí địa lý. 56 4.1.2. Đặc điểm địa hình, địa mạo Vùng lòng hồ và đầu mối 56 4.1.3. Điều kiện địa chất 58 4.1.4. Mục tiêu và nhiệm vụ của dự án 64 4.1.5. Các thông số kỹ thuật chủ yếu và quy mô công trình 64 4.2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PHẦN MỀM GEO-SLOPE 65 4.2.1. Giới thiệu phần mềm Geo - Slope 65 4.2.2. Tồng quan về lý thuyết 67 4.2.3. Mô hình hóa bài toán 69 4.3. PHÂN TÍCH THẤM, ỨNG SUẤT - BIẾN DẠNG CỦA NỀN THIÊN NHIÊN 74 4.3.1. Mô hình hóa bài toán………….……………………………… … 74 4.3.2. Kết quả tính toán 75 4.3.3. Nhận xét kết quả tính toán 77 4.4. PHÂN TÍCH THẤM, ỨNG SUẤT - BIẾN DẠNG CỦA NỀN SAU KHI XỬ LÝ 77 4.4.1. Trường hợp 2: Nền được xử lý bằng phương pháp khoan phụt vữa xi măng tạo màng chống thấm ở giữa chân khay 77 4.4.2. Trường hợp 3: Dùng tường nghiêng, sân phủ bằng đất sét 80 4.4.3. Trường hợp 4: Dùng tường nghiêng bằng đất sét kết hợp khoan phụt ở chân tường. 81 4.4.4. Trường hợp 5: Dùng tường nghiêng bằng đất sét kết hợp đóng cừ bê tông ở chân tường. 83 4.4.5. Nhận xét và đánh giá kết quả 84 4.5. SO SÁNH LỰA CHỌN GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN 87 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 90 TÀI LIỆU THAM KHẢO 93 PHỤ LỤC DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Một số hồ đập lớn ở Việt Nam 5 Bảng 1.2: HIện trạng một số đập trên địa bàn tỉnh Bắc Giang 17 Bảng 4.1 : Các chỉ tiêu cơ lý đất đá nền dùng trong tính toán. 60 Bảng 4.2: Các chỉ tiêu cơ lý VLXD đất dùng trong tính toán của mỏ VLA, VLB và VLC. 63 Bảng 4.3: Điều chỉnh độ ẩm chế bị (Wcbị) và dung trọng khô (gcbị ) các lớp đất lẫn dăm sạn >5mm của các mỏ VLXD đất VLA, VLB và VLC 64 Bảng 4.4: Tổng hợp kết quả tính toán các trường hợp 85 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 2.1: Phần tử tam giác ba điểm nút 25 Hình 2.2: Kết quả thí nghiệm bàn nén hiện trường 28 Hình 2.3: Trạng thái ứng suất - biến dạng 30 Hình 2.4: Sơ đồ tính toán tải trọng giới hạn của nền 32 Hình 2.5: Sơ đồ tính toán theo phương pháp mặt trượt trụ tròn với nền không đồng chất 34 Hình 2. 6: Sơ đồ tính toán ổn định mái dốc theo phương pháp mặt trượt 36 Hình 2.7: Sơ đồ tính toán 37 Hình 2.8: Sơ đồ tính toán 37 Hình 2.9: Sơ đồ tính toán 38 Hình 3.1: Nối tiếp đập và nền 47 Hình 3.2: Sơ đồ thấm qua đập có tường nghiêng + sân phủ. 48 Hình 3.3: Sơ đồ tính thấm qua đập có tường lõi + chân răng 49 Hình 3.4: Tường hào chống thấm bằng Bentonite. 50 Hình 3.5: Kết cấu đập đất chống thấm qua nền bằng khoan phụt vữa xi măng 52 Hình 3:6: Sơ đồ tường cọc xi măng đất 53 Hình 3.7: Mô tả quá trình thi công tạo tường chống thấm 54 Hình 4.1: Bản đồ dự án hồ chứa nước Hồ Duồng 56 Hình 4.2: Mặt cắt địa chất dọc tim đập 70 Hình 4.3: Mặt cắt ngang lựa chọn tính toán 71 Hình 4.4: Mô hình hoá mặt cắt tính toán 72 Hình 4.5: Sơ đồ lưới phần tử tính toán và mặt cắt tính lưu lượng tr ường hợp 1….75 Hình 4.6: Đường bão hòa trường hợp 1 75 Hình 4.7: Lưu lượng thấm tại mặt cắt tính toán trường hợp 1 76 Hình 4.8: Đường đẳng gradien trường hợp 1 76 Hình 4.9: Sơ đồ mặt cắt tính thấm trường hợp 2 78 Hình 4.10: Sơ đồ lưới phần tử tính toán và mặt cắt tính lưu lượng trường hợp 2 78 Hình 4.11: Đường bão hòa trường hợp 2… 79 Hình 4.12: Lưu lượng thấm tại mặt cắt tính toán trường hợp 2 79 Hình 4.13: Đường đẳng gradien trường hợp 2 80 Hình 4.14: Tổng hợp kết quả tính toán trường hợp 3 81 Hình 4.15: Tổng hợp kết quả tính toán trường hợp 4 82 Hình 4.16: Tổng hợp kết quả tính toán trường hợp 5 84 Hình 4.17: Kết quả tính toán ổn định cho trường hợp lựa chọn 89 1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài: Đối với các công trình thủy lợi, đập chiếm một vị trí quan trọng trong cụm công trình đầu mối của các hồ chứa hoặc các công trình dâng nước. Ở nước ta, đập đất được xây dựng rất phổ biến do đặc điểm an toàn, kinh tế và đảm bảo vệ sinh môi trường xây dựng. Đập đất có thể xây dựng trên nhiều loại nề n, dễ thích ứng với độ lún của nền, ít bị nứt nẻ gây phá hoại đập. Ngoài ra còn tận dụng được vật liệu địa phương, giảm giá thành, thi công đơn giản…Do các đặc tính ưu việt đó nên đập đất ngày càng được phổ biến rộng rãi ở nước ta cũng như trên thế giới. Ở Việt Nam hiện nay đập đất đã xây dựng rất phổ biến do nó có nhiều ưu điểm như: Giá rẻ, không tốn các vật liệu đắt khác như sắt, thép, xi măng; Cấu tạo đơn giản chống chấn động tốt; Dễ quản lý, tôn cao ngoài ra trên thế giới có nhiều kinh nghiệm về thiết kế, thi công cũng như quản lý vận hành… Do vậy đập đất ngày càng được sử dụng rộng rãi không những ở nước ta mà còn rất nhiều nước trên thế giới. Do thường xây đập trên các dòng sông, suối nên đặc điểm của nền đập thường là các lớp phong hóa, cuội sỏi, hoặc đá nứt nẻ mạnh có độ mất nước lớn…Do đó khi xây dựng đập dâng thường xả ra hiện tượng thấm mất nước lớn, lún nhiều và lún không đều gây mất ổn định công trình. Trong xây dựng các công trình thủy lợi, thủy điện công tác xử lý chống thấm cho nền công trình thường không thể thiếu được. Việc chống thấm cho nền thường rất phức tạp phụ thuộc vào nhiều yếu tố tự nhiên, giải pháp kỹ thuật và công nghệ thi công. Trong xu hướng phát triển kỹ thuật xây dựng nói chung và xử lý nền nói riêng có rất nhiều tiến bộ , nhiều giải pháp đã được ứng dụng mang lại hiệu quả cao. Việc nghiên cứu lựa chọn giải pháp thích hợp với đặc điểm địa chất của nền móng và công nghệ thi công mang lại hiệu quả kinh tế kỹ thuật cao. Tại Bắc Giang, nhiều công trình hồ đập phục vụ cho việc điều tiết nước tưới, tiêu phục vụ sản xuất nông nghiệp và sinh hoạt đã và đang được xây dựng. Với mục đích nghiên cứu sâu hơn về các biện pháp xử lý nền đập đất, giúp cho quá trình tính toán thiết kế đập có giải pháp kỹ thuật thực sự an toàn, tạo cơ sở cho việc tối ưu hóa [...]... tài: - Tính toán với các phương án xử lý nền khác nhau với các điều kiện biên khác nhau - Đề ra các phương án xử lý nền đập hiệu quả đảm bảo tính kinh tế và kỹ thuật của công trình - Kiến nghị phương pháp xử lý nền đập hợp lý cho công trình đập hồ Duồng huyện Lục Ngạn - tỉnh Bắc Giang 3 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu: Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về thấm và các biện pháp xử lý nền nhằm tăng khả... tế đối với các công trình hồ đập ở địa bàn tỉnh Bắc Giang Việc thực hiện đề tài "Nghiên cứu các biện pháp xử lý nền đập đất hồ Duồng tỉnh Bắc Giang" là một yêu cầu thực sự cần thiết Với công trình hồ chứa hồ Duồng tỉnh Bắc Giang có đặc điểm địa chất khá phức tạp và có những đặc trưng chung của địa chất khu vực xây dựng đập thuỷ lợi trên địa bàn tỉnh Bắc Giang Địa tầng tại tuyến tràn gồm các lớp phủ... không được xử lý - Biện pháp xử lý nền không đảm chất lượng - Chất lượng xử lý nền kém: Khoan phụt không đạt yêu cầu, hót không sạch lớp bồi tích; thi công chân khay, sân phủ kém dẫn đến thủng lớp cách nước - Xử lý tiếp giáp nền và thân đập không tốt do thiết kế không đề ra biện pháp xử lý, hoặc do khi thi công không thực hiện tốt biện pháp xử lý 13 1.4.2.4 Thấm mạnh hoặc sủi nước ở vai đập Do các nguyên... 1-2 Bảng 1.2: HIện trạng một số đập trên địa bàn tỉnh Bắc Giang TT Tên hồ, đập 1 Hồ Đá Ong 2 Hồ Cấm Sơn 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Hồ Cây Đa Hồ Suối Nứa Hồ Khuân Thần Hồ Làng Thum Hồ Chại Muối Hồ Đồng Cốc Hồ Khe Sàng Hồ Hàm Rồng Hồ Dộc Bấu Hồ Đá Mài Hồ Cầu Rễ Hồ Suối Cấy Hồ Khuôn Thắm Hồ Khe Hắng Hồ Khe Chão Hồ Khe Đặng Địa điểm Huyện Yên Thế Huyện Hữu Lũng tỉnh Lạng Sơn Huyện Lục Nam Huyện... ra: - Thiết kế không đề ra các biện pháp xử lý hoặc biện pháp xử lý đề ra không tốt - Không bóc hết lớp phong hóa ở vai đập - Thi công biện pháp xử lý tiếp giáp không tốt 1.4.2.5 Thấm mạnh hoặc sủi nước ở mang công trình Do các nguyên nhân sau đây gây ra: - Thiết kế đề ra biện pháp xử lý hoặc biện pháp không tốt - Đất đắp ở mang công trình không đảm bảo chất lượng: Chất lượng đất đắp không được lựa chọn... của nền để tính toán thấm và ổn định nền theo các phương pháp khác nhau và đưa ra các biện pháp xử lý nền Có sử dụng phần mềm Geo-Slope So sánh các phương án xử lý về điều kiện kinh tế kỹ thuật 4 Kết quả dự kiến đạt được: Nắm được cơ sở lý thuyết về tính thấm, ổn định của nền tổng quan các phương pháp xử lý chống thấm cho nền công trình và điều kiện ứng dụng đồng thời so sánh các phương án xử lý về... 19.164 6 Hồ chứa nước An Mã Hồ chứa nước Hòa Mỹ Hồ chứa nướcĐồng Nghệ Hồ chứa nước Phú Ninh Hồ chứa nước Núi Một Hồ chứa nước Thuận Ninh Hồ chứa nước Ayun Hạ Hồ chứa nước Camranh Hồ chứa nước Đạ Tẻh Hồ chứa nước Tuyền Lâm Hồ chứa nước Cà Giây Hồ chứa nước Sông Quao Đập Tân giang Sông Lòng Sông Đa nhim Hồ chứa nước Dầu Tiếng Hồ Easoupe thượng Hồ Krong buk hạ Hồ Iamơ Hồ Iam'lá Hồ Sông ray Hồ Định bình Hồ Cửa... an toàn đập đất Một số công trình cụ thể như sau: + Hồ Suối Hành: - Sói ngầm chân khay: do không có lớp lọc ngược nên không ngăn chặn được tình trạng xói ngầm đối với chân khay - Không đề ra biện pháo xử lý nền đập: Các khe nứt ở nền đập không được bịt kín, đặc biệt là các khe nứt lớn tới 3-4 cm trở thành các dòng chảy ngầm trong nền đập từ thượng lưu về hạ lưu khi hồ tích nước Phần đất đáy đập tiếp... trạng đập Xuất thấm Biến hiện vết mái hạ dạng mái nứt lưu đập x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x 18 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1: Ở nước ta đập vật liệu địa phương đóng vai trò chủ yếu Đập vật liệu địa phương tương đối đa dạng Đập đất được đắp bằng các loại đất: Đất pha tàn tích sườn đồi, đất Bazan, đất ven biển miền Trung Phần lớn các đập ở miền Bắc và miền Trung được xây dựng theo hình thức đập đất, ... có kết cấu BTTL) Các hiện tượng thường thấy ở các đập là: 44/551 đập có hiện tượng nứt, hiện tượng thấm xuất hiện ở 228/551 đập, biến dạng mái đập ở 101/551 đập Đối với tình trạng thấm thì cần được xử lý kịp thời nếu không sẽ nguy hiểm đối với đập đất Đập có độ cao dưới 15m và dung tích hồ chứa dưới 3 triệu m3: Trên 80% đập được xây dựng từ trước những năm 1990, kết cấu chủ yếu bằng đất đắp từ vật liệu . xử lý nền đập hợp lý cho công trình đập hồ Duồng huyện Lục Ngạn - tỉnh Bắc Giang. 3. Cách tiế p cận và phương pháp nghiên cứu: Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về thấm và các biện pháp xử lý nền. trình hồ đập ở địa bàn tỉnh Bắc Giang. Việc thực hiện đề tài " ;Nghiên cứu các biện pháp xử lý nền đập đất hồ Duồng tỉnh Bắc Giang& quot; là một yêu cầu thực sự cần thiết. Với công trình hồ. 3.2.3. Nhóm các phương pháp gia cố nền bằng chất kết dính 43 3.2.4. Nhóm các phương pháp vật lý gia cố nền đất yếu 46 3.2.5. Dùng biện pháp thi công để xử lý nền 46 3.3. CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ NHẰM