Sử dụng số liệu quan tắc để đánh giá an toàn đập bê tông

LỜI CẢM ƠN Luận văn thạc sĩ kỹ thuật chuyên ngành xây dựng công trình thủy với đề tài “Sử dụng số liệu quan trắc để đánh giá an toàn đập bê tông” kết trình cố gắng không ngừng thân giúp đỡ, động viên khích lệ thầy, bạn bè đồng nghiệp người thân Qua trang viết tác giả xin gửi lời cảm ơn tới người giúp đỡ thời gian học tập - nghiên cứu khoa học vừa qua Tôi xin tỏ lòng kính trọng biết ơn sâu sắc thầy giáo GS.TS Nguyễn Chiến trực tiếp tận tình hướng dẫn cung cấp tài liệu thông tin khoa học cần thiết cho luận văn thầy tham gia giảng dạy Cao học trường Đại học Thủy lợi truyền đạt cho tri thức khoa học quý giá Xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo trường Đại học Thủy lợi, khoa Công trình Bộ môn Thủy công tạo điều kiện cho hoàn thành tốt công việc nghiên cứu khoa học Cuối xin chân thành cảm ơn đồng nghiệp – đơn vị công tác giúp đỡ trình học tập thực Luận văn TÁC GIẢ Vũ Thị Toán BẢN CAM ĐOAN Tên Vũ Thị Toán, xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng Những nội dung kết trình bày luận văn trung thực chưa công bố công trình khoa học TÁC GIẢ Vũ Thị Toán MỤC LỤC CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐẬP BÊ TÔNG VÀ CÔNG TÁC QUAN TRẮC ĐẬP 1.1 TỔNG QUAN VỀ ĐẬP BÊ TÔNG TRỌNG LỰC 1.1.1 Tình hình xây dựng đập bê tông trọng lực giới .4 1.1.2 Tình hình xây dựng đập bê tông trọng lực Việt Nam .6 1.1.3 Các vấn đề an toàn đập bê tông Việt Nam 10 1.2 TỔNG QUAN VỀ CÔNG TÁC QUAN TRẮC ĐẬP 18 1.2.1 Tình hình lắp đặt thiết bị quan trắc đập xây dựng 18 1.2.2 Tình hình sử dụng số liệu quan trắc 19 1.3 NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN VĂN 19 CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA VIỆC SỬ DỤNG SỐ LIỆU QUAN TRẮC ĐỂ ĐÁNH GIÁ AN TOÀN ĐẬP BÊ TÔNG .20 2.1 CÁC QUY ĐỊNH VỀ LẮP ĐẶT HỆ THỐNG THIẾT BỊ QUAN TRẮC Ở ĐẬP BÊ TÔNG 20 2.1.1 Thành phần khối lượng quan trắc 20 2.1.2 Quan trắc chuyển vị 20 2.1.3 Quan trắc thấm 23 2.1.4 Quan trắc nhiệt độ 24 2.1.5 Quan trắc ứng suất 25 2.1.6 Bố trí thiết bị quan trắc áp lực mạch động dòng chảy 28 2.1.7 Bố trí thiết bị quan trắc lực kéo cốt thép 28 2.2 ĐÁNH GIÁ VỀ THẤM QUA ĐẬP VÀ NỀN 28 2.2.1 Thấm qua thân đập 28 2.2.2 Thấm qua đá đáy công trình 29 2.2.3 Xử lý chống thấm 31 2.2.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến áp lực thấm lưu lượng thấm qua đập thực tế 33 2.3 ĐÁNH GIÁ VỀ ỔN ĐỊNH CỦA ĐẬP 34 2.3.1 Ổn định đập bê tông trọng lực theo tiêu chuẩn Việt Nam (14TCN 561988, QCVN 04-05 : 2012) 34 2.3.2 Ổn định đập bê tông trọng lực theo tiêu chuẩn Mỹ 44 2.3.3 Những điểm khác hệ tiêu chuẩn Việt Nam Mỹ 51 2.3.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến ổn định đập thực tế 52 2.4 ĐÁNH GIÁ VỀ ỨNG SUẤT – BIẾN DẠNG VÀ CHUYỂN VỊ CỦA ĐẬP 52 2.4.1 Mục đích việc tính toán ứng suất thân đập bê tông 52 2.4.2 Các trường hợp tính toán phương pháp tính toán ứng suất 52 2.4.3 Đánh giá biến dạng đập 54 2.4.5 Đánh giá chuyển vị đập 54 2.6 KẾT LUẬN CHƯƠNG 54 CHƯƠNG ỨNG DỤNG ĐÁNH GIÁ AN TOÀN ĐẬP CHO CÔNG TRÌNH THỦY ĐIỆN SƠN LA .55 3.1 GIỚI THIỆU VỀ CÔNG TRÌNH THỦY ĐIỆN SƠN LA 55 3.1.1 Vị trí công trình 55 3.1.2 Nhiệm vụ công trình 55 3.1.3 Cấp công trình 56 3.1.4 Một số nét khái quát Dự án xây dựng công trình 56 3.2 THU THẬP CÁC SỐ LIỆU ĐO ĐẠC VÀ QUAN TRẮC ĐẬP TỪ KHI VẬN HÀNH ĐẾN NAY 59 3.2.1 Tổng quan hệ thống quan trắc đập thủy điện Sơn La 59 3.2.2 Các số liệu đo đạc quan trắc đập từ vận hành đến 62 3.3 TÍNH TOÁN KIỂM TRA ỔN ĐỊNH ĐẬP THEO HIỆN TRẠNG CÔNG TRÌNH ỨNG VỚI TRƯỜNG HỢP MỰC NƯỚC HỒ Ở MNDBT, MNLTK, MNLKT 71 3.3.1 Các số liệu đầu vào 71 3.3.2 Tính toán theo tiêu chuẩn Việt Nam, Nga 73 3.3.3 Tính toán theo tiêu chuẩn Mỹ 75 3.5 PHÂN TÍCH KẾT QUẢ TÍNH TOÁN 79 3.5.1 Kết tính toán theo tiêu chuẩn Việt Nam 79 3.5.2 Kết tính toán theo tiêu chuẩn Mỹ 79 3.6 ĐỀ XUẤT Ý KIẾN ĐỂ HOÀN THIỆN QUY TRÌNH THIẾT KẾ, LẮP ĐẶT, ĐO ĐẠC VÀ SỬ DỤNG SỐ LIỆU QUAN TRẮC 79 3.7 KẾT LUẬN CHƯƠNG III 80 KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ 81 I KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC TRONG LUẬN VĂN 81 II HẠN CHẾ, TỒN TẠI 82 III HƯỚNG TIẾP TỤC NGHIÊN CỨU 82 TÀI LIỆU THAM KHẢO 83 Tiếng Việt 83 Tiếng Anh 83 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1-1 Một số đập bê tông đầm lăn giới Hình 1-2 Một số đập bê tông Việt Nam xây dựng trước năm 1945 Hình 1-3 Một số đập RCC xây dựng Hình 1-4 Các vết nứt đập Thủy điện Sơn La 10 Hình 1-5 Rò rỉ nước đập Thủy điện Sông Tranh 2, thủy điện Hố Hô 14 Hình 2-1 Mốc đo lún mặt (M.M) 21 Hình 2-2 Mốc đo lún sâu (M.S) 21 Hình 2-3 Mốc ngắm đo chuyển vị ngang (M.N) 21 Hình 2-4 Thiết bị hầm đo chuyển vị ngang (Hn) 22 Hình 2-5 Thiết bị đo khe hở (Kh) 22 Hình 2-6 Áp kế đo áp lực nước thấm (AKT) 23 Hình 2-7 Nhiệt kế đo nhiệt độ bê tông (NKB) 25 Hình 2-8 Sơ đồ bố trí cụm hai thiết bị đo 26 Hình 2-9 Sơ đồ bố trí cụm chín thiết bị đo 26 Hình 2-10 Sơ đồ bố trí cụm năm thiết bị đo 27 Hình 2-11 Sơ đồ bố trí thiết bị đo ứng suất đá 27 Hình 2-12 Sơ đồ bố trí tuyến quan trắc nhiệt ứng suất đập bê tông trọng lực đá 27 Hình 2-13 Sơ đồ tính toán áp lực thấm 30 Hình 2-14 Sơ đồ chống thấm thoát nước đập 33 Hình 2-15 Sơ đồ lực tác dụng lên đập BTTL 40 Hình 2-16 Vị trí hợp lực trường hợp 47 Hình 2-17 Hình dạng mặt trượt gãy 48 Hình 2-18 Sơ đồ tính ổn định 48 Hình 2-19 Vị trí hợp lực trường hợp 49 Hình 2-20 Sơ đồ áp lực đẩy ngược theo tiêu chuẩn Mỹ 50 Hình 3-1 Vị trí công trình thủy điện Sơn La 55 Hình 3-2 Các mặt cắt quan trắc đập Sơn La 59 Hình 3-3 Mặt cắt quan trắc điển hình cho đập RCC Sơn La 61 Hình 3-4 Biến dạng khe nối J8/9 64 Hình 3-5 Thay đổi ứng suất mặt chịu áp đập 70 Hình 3-6 Mặt cắt tính toán 73 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1-1 Thống kê số lượng đập RCC số nước giới tính đến năm 2005 .6 Bảng 1-2 Một số đập bê tông lớn xây dựng Việt Nam trước năm 1945 .7 Bảng 1-3 Danh sách đập bê tông trọng lực lớn xây dựng Việt Nam năm 2013 .8 Bảng 2-1 Thành phần khối lượng quan trắc 20 Bảng 2-2 Bảng tổng hợp lực thành phần trường hợp tính toán 37 Bảng 2-3 Cách xác định trị số αm, αt 42 Bảng 2-4 Hệ số động đất 43 Bảng 2-5 Các tổ hợp tải trọng theo tiêu chuẩn Mỹ 46 Bảng 2-6 Hệ số an toàn theo tiêu chuẩn Mỹ 49 Bảng 2-7 Bảng gia tốc động đất theo tiêu chuẩn Mỹ 51 Bảng 3-1: Các thông số tiêu công trình 57 Bảng 3-2 Dữ liệu chu kỳ quan trắc chuyển vị 65 Bảng 3-3 Chuyển vị mặt khoang chu kỳ (MNTL = 214,5m) 65 Bảng 3-4 Các số liệu lưu lượng hành lang đập 67 Bảng 3-5 Số đo Piezometer đập 71 Bảng 3-6 Chỉ tiêu lý tiếp xúc đập – 72 Bảng 3-7 Chỉ tiêu lý bê tông RCC thí nghiệm 72 MỞ ĐẦU I TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Thống kê cho thấy giới, trung bình 100 đập có đập bị cố, nước tiên tiến Ta liệt kê số cố vỡ đập điển hình giới vòng 100 năm qua như: Sự cố vỡ đập Gleno (Italia) vào năm 1923 làm 356 người thiệt mạng Sự cố vỡ đập Bản Kiều (Trung Quốc) năm 1975 trở thành thảm họa đại hồng thủy lớn lịch sử nhân loại có tới 175.000 người thiệt mạng 11 triệu người khác nhà cửa Đập Kelly Barnes (Mỹ) vỡ năm 1977 làm 39 người thiệt mạng thiệt hại tài sản lên đến 3,8 triệu USD Đập hồ Lawn (Mỹ) bị sập vào năm 1982 với lượng nước tràn lên đến 830.000 m3 làm thiệt hại kinh tế lên đến 31 triệu USD Đập Gleno với phần vỡ đến Khu vực thung lũng đập Kelly Barnes sau ngày bị cố Thảm cảnh đập Bản Kiều sau bị lũ Hình ảnh đập hồ Lawn 23 năm phá vỡ sau cố Điều chứng tỏ công trình thủy lợi thủy điện tiềm ẩn nguy rủi ro Hiểu điều nên quốc gia trọng qui trình quản lí an toàn đập Có nhiều tiêu chí để chọn địa điểm xây đập tuyến, đập, khả tích bụng hồ chứa… Để đảm bảo an toàn, tiêu chí đập tốt, có nghĩa đứt gãy hoạt động Theo tổng kết 500 công trình bị hư hỏng Hội đập lớn giới (ICOLD), gần 70% vụ vỡ đập đập Mặt khác giới đặc biệt quan tâm đến an toàn đập khác với công trình hạ tầng khác, đập bị vỡ vùng rộng lớn hạ du bị tàn phá Ở nước phát triển, nhiều đập lớn xây dựng 100 năm nay, hết "vòng đời", đòi hỏi phải kiểm tra, xử lý an toàn đập kịp thời nghiêm túc Còn Việt Nam, tính đến có 5579 hồ chứa thuộc địa bàn 45/64 tỉnh thành, đó, có gần 100 hồ chứa nước lớn có dung tích 10 triệu m3, 567 hồ có dung tích từ 1÷10 triệu m3, lại hồ nhỏ Tổng dung tích trữ nước hồ 35,8 tỷ m3, có 26 hồ chứa thủy điện lớn có dung tích 27 tỷ m3 nước lại hồ có nhiệm vụ tưới với tổng dung tích 8,8 tỷ m3 nước đảm bảo tưới cho 80 vạn (Nguồn: Từ “Chương trình đảm bảo an toàn hồ chứa nước Bộ NN&PTNT”) Các công trình hồ đập đầu tư với nguồn vốn khác nhau: ngân sách nhà nước, doanh nghiệp tư nhân, nông trường, hợp tác xã, đó, nguồn vốn từ ngân sách nhà nước chủ yếu Việc xây dựng nhiều hồ chứa góp phần lớn vào phát triển sản xuất nông nghiệp, phát điện, chống lũ, cấp nước sinh hoạt bảo vệ môi trường Tuy nhiên hồ chứa gây tác động tiêu cực đến môi trường, xã hội Những tồn thiết kế, thi công quản lý hồ chứa biến đổi bất thường khí hậu làm cho tác động xấu trầm trọng thêm, đặc biệt dẫn đến nguy làm an toàn, làm vỡ đập gây thảm họa cho khu vực hạ du Mối nguy tiềm ẩn hữu đập Những tồn phần lớn nằm hồ loại vừa nhỏ, loại công trình có tiêu chuẩn thiết kế (về lũ an toàn công trình) thấp hơn, đặc biệt hồ đập xây dựng năm 70, 80 kỷ trước mà hầu hết đập dâng hồ chứa xây dựng vật liệu địa phương (đập đất, đá) Nếu việc thiết kế, xây dựng quản lý vận hành đập không tốt, không an toàn để xảy cố vỡ đập xả lũ lớn bất thường thiệt hại cho thân công trình, phá hoại ngưng trệ sản xuất, gây tổn thất nặng nề sinh mạng, tài sản vùng hạ lưu đập, làm ách tắc giao thông gây thiệt hại to lớn cho kinh tế, quốc phòng an ninh đất nước Mức độ tác hại cố phụ thuộc vào quy mô, vị trí công trình đặc điểm khu vực hạ du dù mức độ tổn thất cố vỡ đập gây đáng kể mặt kinh tế, chưa nói tổn thất sinh mạng tài sản làm đảo lộn môi trường sinh thái khu vực định Vì nói vấn đề an toàn đập vấn đề cấp thiết giới toàn xã hội quan tâm Do đề tài ta nghiên cứu việc sử dụng số liệu quan trắc để đánh giá mức độ an toàn đập bê tông II Mục đích đề tài - Sử dụng số liệu quan trắc để nghiên cứu đánh giá khả an toàn đập bê tông - Nghiên cứu đề xuất ý kiến để hoàn thiện quy trình thiết kế, lắp đặt, sử dụng hệ thống thiết bị quan trắc để thu thập số liệu đánh giá an toàn đập III Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu: - Thu thập thông tin tổng hợp tài liệu nghiên cứu có nước có liên quan đến đề tài - Nghiên cứu sở lý thuyết, lựa chọn phương pháp tính toán, mô hình tính toán phần mềm hợp lý để tính toán IV Kết đạt được: - Tổng quan trạng quan trắc đập bê tông - Cơ sở lý thuyết đánh giá an toàn đập từ số liệu quan trắc - Ứng dụng cho công trình thực tế đập Sơn La, bước đầu đánh giá khả làm việc an toàn đập dựa kết quan trắc có [...]... phần khối lượng quan trắc Nội dung quan trắc STT Cấp công trình I II III IV V + + + + + + 1 Quan trắc chuyển vị + + 2 Quan trắc thấm + + 3 Quan trắc nhiệt độ + + 4 Quan trắc ứng suất + + 5 Quan trắc áp lực mạch động của dòng chảy + + 6 Quan trắc áp lực kéo cốt thép + + 2.1.2 Quan trắc chuyển vị 2.1.2.1 Nội dung quan trắc chuyển vị: - Quan trắc độ lún công trình và bộ phận công trình - Quan trắc chênh... DỤNG SỐ LIỆU QUAN TRẮC ĐỂ ĐÁNH GIÁ AN TOÀN ĐẬP BÊ TÔNG 2.1 CÁC QUY ĐỊNH VỀ LẮP ĐẶT HỆ THỐNG THIẾT BỊ QUAN TRẮC Ở ĐẬP BÊ TÔNG Theo TCVN 8215-2009 (Công trình thủy lợi - Các quy định chủ yếu về thiết kế bố trí thiết bị quan trắc cụm công trình đầu mối) thì việc bố trí các thiết bị quan trắc đập bê tông, bê tông cốt thép (công trình bê tông) trên nền đá như sau: 2.1.1 Thành phần khối lượng quan trắc Bảng... TỔNG QUAN VỀ ĐẬP BÊ TÔNG VÀ CÔNG TÁC QUAN TRẮC ĐẬP 1.1 TỔNG QUAN VỀ ĐẬP BÊ TÔNG TRỌNG LỰC 1.1.1 Tình hình xây dựng đập bê tông trọng lực trên thế giới Đập bê tông trọng lực là loại đập có khối lượng bê tông lớn và được duy trì ổn định nhờ trọng lượng bản thân đập Loại đập này có ưu điểm là kết cấu và phương pháp thi công đơn giản, độ ổn định cao có thể dùng để tràn nước hoặc không tràn nước, độ an toàn... các đơn nguyên của công trình - Quan trắc chuyển vị ngang, nghiêng giữa các bộ phận hoặc giữa các đơn nguyên của công trình, quan trắc độ mở rộng, thu hẹp của khe nối 2.1.2.2 Thiết bị đo để quan trắc chuyển vị: a Quan trắc lún mặt: - Mốc quan trắc lún mặt bằng bê tông cốt thép (Mốc mặt): Bằng bê tông hay thép đặt trực tiếp lên bề mặt đặt trực tiếp lên bề mặt đập, được quan trắc bằng phương pháp trắc... 2.3.1.3 Tuyến quan trắc áp lực thấm Phụ thuộc vào chiều dài, hình dạng, kết cấu đập và điều kiện địa chất của nền đập Trường hợp công trình có nhiều loại vật liệu khác nhau (ví dụ đập có đơn nguyên bằng bê tông, đơn nguyên bằng đá xây thì bắt buộc mỗi đơn nguyên phải bố trí một tuyến quan trắc) 2.3.1.4 Quan trắc thấm vòng quanh Quan trắc thấm vòng quanh (thấm hai bên vai) công trình bê tông chỉ tiến... lớp đất cần đo lún, được quan trắc tự động a) b) c) Hình 2-1 Mốc đo lún mặt (M.M) a Mặt đứng b Mặt bằng c Mặt cạnh b Quan trắc lún sâu: - Mốc quan trắc lún sâu bằng bê tông cốt thép (Mốc sâu): Bằng bê tông kết hợp thép đặt trực tiếp lên lớp đất cần quan trắc, được quan trắc bằng trắc đạc - Mốc sâu bằng thép kiểu khí nén (Preumatic settlement cell): Bằng thép, cùng một lúc quan trắc được độ lún của nhiều... cắt ngang và nên bố trí ở phần sát biên dày hơn ở phần tâm công trình Đối với những công trình bê tông trên nền đá có chiều dày nhỏ hơn hoặc bằng 5m thì không cần phải tiến hành quan trắc nhiệt a) b) c) Hình 2-7 Nhiệt kế đo nhiệt độ của bê tông (NKB) a Mặt đứng b Mặt bằng c Mặt cạnh 2.1.5 Quan trắc ứng suất 2.1.5.1 Quan trắc trạng thái ứng suất Để quan trắc trạng thái ứng suất của công trình bê tông. .. khác nhau Nguyên lý quan trắc bằng khí nén - Mốc sâu bằng thép kiểu từ tính (Magnetic extensometer): Cấu tạo giống trên nhưng quan trắc bằng nguyên lý từ tính và một lúc quan trắc được nhiều lớp đất khác nhau a) b) c) Hình 2-2 Mốc đo lún sâu (M.S) a Mặt đứng b Mặt bằng c Mặt cạnh c Quan trắc chuyển vị ngang: - Mốc ngắm quan trắc chuyển vị ngang bằng phương pháp trắc đạc: Bằng bê tông hay thép, đặt trên... bị đo 2.1.5.2 Quan trắc ứng suất nhiệt - Ứng suất nhiệt của công trình bê tông toàn khối có ý nghĩa rất quan trọng Khi bố trí các thiết bị để quan trắc ứng suất nhiệt cần phải căn cứ vào biểu đồ ứng suất nhiệt tính toán Ở sát mép thượng lưu, mặt tiếp xúc giữa bê tông với nền đá hoặc khe nhiệt hoặc khe nối phải bố trí nhiệt kế dày hơn ở giữa khối bê tông - Nên bố trí các thiết bị đo để quan trắc ứng suất... áp không ít hơn 3 2.1.4 Quan trắc nhiệt độ Do sự thay đổi nhiệt độ trong công trình bê tông khối lớn, xuất hiện các khe nứt nhiệt gây nguy hiểm cho sự làm việc của công trình nên cần chú ý đúng mức quan trắc chế độ nhiệt trong công trình bê tông 25 Thiết bị quan trắc nhiệt thường dùng là hệ thống nhiệt kế điện trở (Carlson Resistance Thermometer) đặt sẵn vào trong khối bê tông ngay từ khi thi công ... đơn nguyên bê tông, đơn nguyên đá xây bắt buộc đơn nguyên phải bố trí tuyến quan trắc) 2.3.1.4 Quan trắc thấm vòng quanh Quan trắc thấm vòng quanh (thấm hai bên vai) công trình bê tông tiến hành... + + Quan trắc thấm + + Quan trắc nhiệt độ + + Quan trắc ứng suất + + Quan trắc áp lực mạch động dòng chảy + + Quan trắc áp lực kéo cốt thép + + 2.1.2 Quan trắc chuyển vị 2.1.2.1 Nội dung quan. .. QUAN VỀ ĐẬP BÊ TÔNG VÀ CÔNG TÁC QUAN TRẮC ĐẬP 1.1 TỔNG QUAN VỀ ĐẬP BÊ TÔNG TRỌNG LỰC 1.1.1 Tình hình xây dựng đập bê tông trọng lực giới .4 1.1.2 Tình hình xây dựng đập bê tông trọng