Báo cáo phương pháp nghiên cứu khảo sát địa chất công trình phục vụ thiết kế các công trình thủy công

PHẦN MỞ ĐẦUCông trình thủy công gồm hệ thống công trình đầu mối và hồ chứa, thường là những công trình có quy mô lớn, được xây dựng phục vụ các mục đích thủy điện, tưới tiêu nông nghiệp,

Trang 1

Bài báo cáo

KHẢO SÁT ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH

T.S: Đỗ Quang Thiên

Trang 2

CẤU TRÚC BÀI BÁO CÁO

CÔNG TRÌNH NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN NGẦM VÀ

NỔI

CÔNG TRÌNH KÊNH DẪN

VÀ ÂU THUYỀN

TỔNG KẾT

CÔNG TRÌNH THỦY CÔNG

Trang 3

I PHẦN MỞ ĐẦU

Công trình thủy công gồm hệ thống công trình đầu mối và hồ chứa, thường là những công trình có quy mô lớn, được xây dựng phục vụ các mục đích thủy điện, tưới tiêu nông nghiệp, cấp nước cho sinh hoạt và công nghiệp, cải thiện giao thông đường thủy, nuôi trồng thủy sản và hạn chế

lũ lụt cho vùng hạ du.

Trang 4

Sự bố trí các hạng mục công trình

của hệ thống đầu mối thủy lực:

Trang 5

Trang 6

Trang 7

Trang 8

CÔNG TRÌNH NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN NGẦM VÀ

NỔI

VÀ ÂU THUYỀN

II NỘI DUNG

Trang 9

CÔNG TRÌNH ĐẬP NGĂN

NƯỚC

Hình ảnh: Đập ngăn nước

Hoover

Trang 10

3 Thiết kế xây dựng công trình thủy công:

1 Lập sơ đồ

sử dụng dòng sông hay đoạn sông

2 Bước lập dự

án

3 Bước thiết

kế

Trang 11

Luận chứng cho dự

án khả thi

Cung cấp các tài liệu để luận chứng cho bản thiết kế

Trang 12

Trang 13

Trang 14

Khảo sát sơ lược

Khảo sát chi tiết

Khảo sát bổ sung

và cung cấp các tài liệu cần thiết để thiết kế kỹ thuật cho từng hạng mục

công trình

Cung cấp đầy đủ các tài liệu ĐCCT để hiệu chỉnh thiết kế các chi tiết của từng hạng mục công trình, tính toán chính xác kết cấu móng và đánh giá sự

ổn định của công trình

Trang 15

Tổng hợp và hệ thống hóa các tài liệu thu thập liên quanThành lập bản đồ ĐCCT

Tổ chức thị sát

Khảo sát ĐCCT ở tỷ lệ 1:50.000

- 1:25.000

Công tác địa vật lýCông tác khoan đào

Đo vẽ ĐCCT với tỷ lệ 1:25.000

Thăm dò địa vật lý Công tác thí nghiệm ngoài trời

1 Khảo sát ĐCCT trên toàn bộ thung lũng sông

2 Khảo sát ĐCCT trên các đoạn bậc thang được chọn

3 Khảo sát ĐCCT trên đoạn bậc thang ưu tiên xây dựng đợt đầu

Trang 16

Bước 1: Chọn ra phương án tuyến

đầu mối thủy lực tốt nhất

Gồm 2 bước

Bước 2: Khảo sát trên phương án tuyến được chọn nhằm làm rõ thêm một số nội dung của điều kiện ĐCCT,

để sơ bộ thiết kế công trình

Trang 17

Công tác thí nghiệm ngoài trời

Công tác quan trắc

thủy vănHình ảnh: Mặt bằng bố trí

công trình thăm dò tuyết

đập

Trang 18

Gồm các công tác: Công tác thăm dò để làm chính xác cấu trúc địa chất tại các vị trí

hố móng, lấy mẫu thí nghiệm

và thí nghiệm ngoài trời xác định đặc trưng cơ lý của khối

đá, tính chất nứt nẻ và thấm nước.

Trang 19

Trang 20

Trang 21

là các công trình ngầm, việc nghiên cứu đo đạc, xác định trạng thái ứng suất tại các vị trí khác nhau trong khối đá giúp tính toán thiết kế đảm bảo cho công trình làm việc ổn định lâu dài

Trang 22

4 Đặc điểm phong hóa của khối đá

Phân chia nền đá cứng, đá nửa cứng thành các đới không bị phong hóa,

bị phong hóa ít bị phong hóa và bị phong hóa mạnh Các đới bị phong hóa thường được đào bỏ khi xây dựng công trình quan trọng Bởi vậy, việc nghiên cứu để khoanh được các đới phong hóa là một trong những nhiệm vụ quan trọng khi khảo sát ĐCCT chi tiết và bổ

sung.

Trang 23

Hình vẽ: Sơ đồ các lực tác dụng lên

đập

H: Chiều cao đập

HHL : Chiều cao mực nước dưới đập

HTL: Chiều cao mực nước trên đập

b: Bề rộng đậpN: Phản lựcP: Tải trọng công trình

W: Áp lực nước

Trang 24

2

Các vấn

đề địa chất công trình phát sinh khi xây dựng đập

Trang 25

Trang 27

NƯỚC

2 Biện pháp thoát nước

tác dụng lên đất đá nền đập

Trang 28

NƯỚC

3 Xây dựng công trình chắn giữ và neo

Trang 29

Hình ảnh: Hồ chứa nước Dầu Tiếng – Tây Ninh Dung tích 1,58 tỷ m3

CÔNG TRÌNH HỒ CHỨA

NƯỚC

Trang 30

CÔNG TRÌNH HỒ CHỨA NƯỚC

I CÁC VẤN ĐỀ

CHUNG:

1 Khái niệm chung:

Hồ chứa là công trình được tạo ra khi xây dựng đập chắn nước ở phía thượng lưu.

2 Một số vấn đề ĐCCT phát sinh khi xây dựng các hồ chứa nước:

Hồ lớn có thể kéo dài hàng trăm kilômét Sự hình thành hồ chứa, nhất là các hồ chứa lớn thường làm thay đổi một số điều kiện tự nhiên của vùng, làm phát sinh hàng loạt các vấn đề ĐCCT khác nhau, đòi hỏi phải có những nghiên cứu ĐCCT mới cho phép đề xuất các giải pháp công trình nhằm hạn chế hoặc loại bỏ những tác động bất lợi cho công trình xây dựng và con người.

Sau đây là một số vấn đề:

NƯỚC

Trang 31

Vấn đề tái tạo

bờ hồ

Vấn đề trượt,

đá đổ, đá lở

NƯỚC

Trang 32

Vấn đề ngập

và bán ngập Ngập: Nước ngập trong các diện tích lớn: Khu dân cư, các cơ sở Khái niệm:

kinh tế, các công trinh giao thông, văn hóa,…

Bán ngập: Ngập ảnh hưởng đến sự ổn định của các công trình xây dựng và sinh hoạt bình thường của các khu dân cư

Di dời tất cả các công trình và khu dân cư ra

khỏi vùng lãnh thổ bị ngập

xây dựng hệ thống các công trình bảo vệ như đắp đê cao, tôn cao mặt đất, cách ly nước cho các vùng công trình ngầm, chống trượt cho

Biện pháp công trình

Dự báo và đề

phòng

Thành lập các mặt cắt ĐCCT

Thành lập các bản đồ ĐCTV

NƯỚC

Trang 34

Sơ đồ: Các trường hợp xây dựng hệ thống đê bao trong điều kiện

ĐCCT khác nhau:

Vấn đề ngập

và ngập mặn

NƯỚC

Trang 35

Khái niệm:

Khi mực nước hồ dâng cao, tùy theo quan hệ của mực nước hồ với mực nước dưới đất mà hồ có thể cung cấp cho nước dưới đất, có trường hợp nước

hồ sẽ thấm qua thung lũng sông bên cạnh gây nên sự mất nước trầm trọng

q(+): khối lượng thể tích nước trên một đơn vị thời gian thấm khỏi bờ hồ chứa là lưu lượng thấm,

q(-):Lượng nước ngầm cung cấp cho sông sau khi xây dựng hồ chứa

Lượng thấm mất nước qP là lượng chênh lệch giữa lưu lượng của nước ngầm cung cấp cho sông trước khi xây dựng hồ chứa q0 và sau khi xây dựng hồ chứa q’

Trong đó: q, q’, q0 và qP: Các đại lượng lưu lượng được tính cho một đơn vị chiều dài bờ hồ chứa

Vấn đề thấm

mất nước

NƯỚC

Trang 36

Hình vẽ: Đáy hồ chứa không có nước ngầm

và lớp đất đá dày

Trong đó: b là chiều rộng đáy hồ

Khi hồ chứa và thung lũng sông bên cạnh có quan hệ thủy lực với nhau thì theo Kamenxki có thể chia thành 4 trường hợp quan hệ giữa mực nước hồ và mực nước ngầm như hình vẽ sau:

bờ m và tỷ số B/H

NƯỚC

Trang 37

Vấn đề thấm

mất nước

NƯỚC

Trang 38

Hình vẽ: Quan hệ giữa mực nước trong hồ chứa và mực nước ngầm:

Vấn đề thấm

mất nước

NƯỚC

Trang 39

Vấn đề thấm

mất nước

NƯỚC

Trang 40

Khái niệm Dưới tác dụng của sóng do gió, kể cả các quá trình sườn dốc, bờ

hồ bị phá hủy để tạo nền trắc diện cân bằng mới, gây nên hiện

tượng tái tạo bờ hồ

Tác hại:

Gây bồi lắng lòng hồ, phá hủy các công trình xây dựng, các

khu dân cư trong khu vực bờ hồ

Biện pháp:

Trong quá trình nghiên cứu ĐCCT cần làm sáng tỏ các vấn đề như hướng và tần suất gió mạnh nhất trong năm, chiều rộng mực nước hồ có bị cản bởi các đảo hay không và đặc điểm cấu trúc địa chất của bờ

Vấn đề tái

tạo bờ hồ

NƯỚC

Trang 41

Khái niệm:

Các quá trình và hiện tượng trượt, đá đổ, sụt lở

có thể xảy ra ở bờ hồ hay các sườn dốc tự nhiên của các đảo.

Tác hại:

Sự mất ổn định của các sườn dốc hay bờ dốc xảy ra trong khu vực hồ chứa, đặc biệt là ở gần đập sẽ gây nên sự bồi lắng lòng hồ, đặc biệt có thể làm phá hủy đập

Biện pháp:

Nghiên cứu ĐCCT cần làm sáng tỏ các đặc

điểm địa hình, cấu trúc địa chất, địa chất thủy

văn và các đặc tính cơ lý của đất đá

NƯỚC

Trang 42

Hình ảnh: Sạt lở đất ở đường Hồ Chí Minh đoạn Đăkrông Tà Rụt, ngay phía

Nam đầu cầu treo Đăkrông

NƯỚC

Trang 43

Giai đoạn 2: Khảo sát cho giai đoạn xây dựng hồ chứa thuộc hệ thống đầu

mối thủy lực được chọn (chi tiết).

Khảo sát ĐCCT sơ bộ chủ yếu lộ trình thực địa (đo vẽ) tỷ lệ

1:200.000 - 1:100.000 để lập dự án khả thi xây dựng công trình,

luận chứng kinh tế kỹ thuật về khả năng và tính hợp lý của

tuyến đầu mối thủy lực của bậc thang ưu tiên, xác định cao trình

mực nước dâng thiết kế.

Khảo sát ĐCCT chi tiết, công tác đo vẽ ĐCCT tỷ lệ lớn

(1:5.000 - 1:2.000) chủ yếu được thực hiện trên khoảng có khả

năng xảy ra những vấn đề bất lợi như bán ngập, thấm mất

nước, trượt lở, tái tạo bờ hồ,

NƯỚC

Trang 44

Hình ảnh: Âu Thuyền ở kênh đào Parama

VÀ ÂU THUYỀN

Trang 45

Hình ảnh: Kênh dẫn đào sâu

Trang 46

Hình ảnh: Âu thuyền trên sông tại khu vực xưởng đóng

tàu

Trang 47

dẫn

1 Vấn đề ổn định bờ kênh và các sườn dốc phía trên bờ

1 Khảo sát ĐCCT chọn tuyến kênh dẫn (thiết kế

sơ bộ)

2 Khảo sát ĐCCT trên tuyến kênh được chọn (thiết kế kỹ thuật)

Trang 48

Khảo sát ĐCCT chi tiết

Chiều sâu thăm dò Thấp hơn đáy kênh 2-5mCông tác lấy mẫu không nhiều

Trang 49

CÔNG TRÌNH NGẦM

Hình ảnh: Đường hầm tuynel xuyên qua đá gốc

tự nhiên

Trang 50

Hình ảnh: Hệ thống đường ống dẫn nước trong nhà máy thủy

điện ngầm

Trang 51

đá, xói ngầm, cát chảy, ngập nước và khí vào công

Trang 52

Theo nguồn gốc hình thành

Công trình ngầm nhân tạo

Công trình ngầm

thiên nhiên

Theo đặc điểm địa chất, thạch

học

Hầm trong

đá cứng

có cấu tạo khối, cấu tạo phân lớp, uốn nếp

Hầm trong đất mềm rờiTheo mục đích

sử dụng

Hầm công trình xây dựng dân dụng

Hầm giao

thủy công

Hầm quân sự

Trang 53

Yêu cầu cơ bản trong điều tra đánh giá công trình ngầm

Địa hình dọc tuyến hầm phải ít bị phân cắt

Nơi có hoạt động địa chấn yếu vận động tân kiến tạo yếu, ổn định, hệ thống đứt gãy không tái hoạt động

Chiều dày tầng đất đá trên nóc hầm phải đủ lớn và ổn

trên mặt đất

Trang 54

- Phân chia tầng phủ với đá gốc,

- Phát hiện thế nằm nước dưới đất

Trang 55

Độ bền nén R n (kG/cm 2 ), vận tốc sóng nén V p (km/s)

Giải pháp thi công, quy mô

hầm

A (Rất ổn định)

Kết cấu hoàn chỉnh, hình như không chứa nước, cấu tạo khối và phân lớp dày

Không có đá văng, đá rơi

Rn > 800

Vp > 5

Không cần tính đến áp lực đá, thi công bằng nổ mìn, chỉ cần biện pháp chống đá rơi, văng quy mô nhỏ Khẩu độ hầm: 30 - 40m

B (Cơ bản ổn định)

Cấu tạo khối, phân lớp dày và trung bình (>

25 - 30m

C (Kém ổn đinh)

Đá loại A + B bị nứt nẻ,

đá phân lớp mỏng và nằm nghiêng, nước khe nứt phong phú

Đá văng, đá rơi nhiều, vòm chỉ ổn định trong vài ngày đến vài tháng không giá cố

Rn = 60 - 300

Vp = 2 - 3,5

Cần xét đến áp lực của đá vây quanh và tính toán chính xác khả năng chịu lực của vỏ chống sụt lở vòm; đôi khi phải neo gia cố bằng lưới thép nòng cốt cho vỏ bêtông cốt thép Thi công nhanh theo từng phần và gia cố ngay Khẩu độ hầm: 5 - 15m

D (Không ổn định)

Đá A + B + C bị phong hóa nứt nẻ mạnh, nước dưới đất phong phú, ảnh hưởng lớn đến công trình

Sụt lở nóc và vách thường xuyên với quy

mô tương đối lớn

Rn = 5 - 60

Vp = 0,5 - 2

Thiết kế xây vỏ phòng hộ chống sụt lở, chống nước thấm hoặc bục vào hầm Thi công nhanh chống

hộ kịp thời, hạn chế nổ mìn Khẩu độ hầm: < 5m

E (Rất không ổn định)

Đất mềm rời, thường chứa nước phong phú trong đất hạt thô

Sạt lở nóc, vách thường xuyên, bùng nền trong đất loại sét

Rn < 5

Vp = 0,2 - 1,5

Thi công nhanh, thi công vỏ phòng hộ kịp thời Riêng đất loại sét nén chặt thì có thể chưa gia cố ngay Khẩu độ hầm: < 5m

Trang 56

•a, a1, h: ½ khẩu độ và khẩu độ tính toán, chiều cao hầm;

PHƯƠNG PHÁP R.FRENER-ÁP LỰC THẲNG ĐỨNG Pv

- ÁP LỰC NGANG Ph

Trong đó:

P: Áp lực địa tầng (trọng lượng đất đá trong vùng biến dạng dẻo w, hp);

, C: Góc nội ma sát và lưc liên kết

Trang 57

P1 : Tải trọng của tầng đất đá trên đỉnh

P2 : Tải trọng đất lớp phủ

P3: Tải trọng công trìnhB: Bề rộng hang động

Trang 58

Phương pháp đánh giá chất lượng địa kỹ thuật đá theo chỉ số chất lượng Q.

Phương pháp “chỉ số” ổn định S của Viện mỏ Liên Bang Nga đã được trình bày trong giáo trình

“Các phương pháp nghiên cứu

và khảo sát ĐCCT phục vụ xây dựng”.

Trang 59

trong tương laiKhảo sát địa chất công

trình sơ bộ

Công tác đo vẽ

ĐCCT Công tác địa vật lý

Công tác khoan đào

Lập trên cơ sở đo vẽ ĐCCT kết hợp với một số hố khoan

Lấy mẫu thạch học,

mẫu đất đá

Báo cáo khảo sát ĐCCT sơ bộ

Trang 60

đo vẽ tỷ lệ 1:1.000 - 1:500

Công tác thăm dò

Công tác lấy mẫu chủ yếu trong đất đá

ở phần trên nóc công trình ngầm

từ 10 đến 20m

Trang 61

CÔNG TRÌNH THỦY ĐIỆN NGẦM VÀ NỔI

Công trình nhà máy thủy điện ngầm hoặc nổi trong hệ thống đầu mối thủy lực, quá trình khảo ĐCCT được chia thành 2 giai đoạn với nội dung khảo sát ĐCCT tiến hành tương tự như khảo sát ĐCCT phục vụ cho công trình công nghiệp - dân dụng

Trang 62

III TỔNG KẾT

Việc xây dựng các công trình thủy lợi, thủy điện tuy mang lại hiệu quả kinh tế to lớn, nhưng cũng làm thay đổi nhiều môi trường tự nhiên, đôi khi gây nên những tai biến như xói

lở bờ, phá hủy và bồi tụ vùng cửa sông, thay đổi chế độ dòng chảy, làm nhiễm mặn nước sông vùng cửa biển và có thể làm tăng hoạt động địa chấn của khu vực, Do tính chất và quy mô của các công trình thủy lợi, thủy điện như vậy nên việc thi công chúng đòi hỏi phải

có sự luận chứng ĐCCT một cách sâu rộng và chi tiết.

Định dạng
Số trang	64
Dung lượng	20,23 MB