Giải pháp kỹ thuật chống thấm cho đập đất khi được tôn cao mở rộng do nhu cầu sử dụng nước và biến đổi khí hậu

MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN PHẦN MỞ ĐẦU I Tính cấp thiết đề tài II Mục đích đề tài: .3 III Đối tượng phạm vi nghiên cứu : IV Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu: IV Kết đạt luận văn: .4 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐẬP ĐẤT Ở VIỆT NAM 1.1 Tổng quan hồ chứa Việt Nam 1.2 Thực trạng làm việc đập đất Việt Nam 1.3 Vai trò nước cần thiết để nâng cấp hồ chứa 10 1.3.1.Sự cần thiết nâng cấp hồ chứa 10 1.3.2.Vai trò nước 11 1.4 Các giải pháp nâng cao hiệu làm việc hồ chứa 12 1.4.1.Giải pháp quản lý khai thác 12 1.4.2.Giải pháp chế, sách 13 1.4.3.Giải pháp điều kiện tự nhiên kinh tế - xã hội 14 1.5 Kết luận chương 14 1.6 Những vấn đề nghiên cứu luận văn 15 CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP TÍNH THẤM QUA ĐẬP ĐẤT VÀ CÁC GIẢI PHÁP CHỐNG THẤM KHI NÂNG CẤP ĐẬP 16 2.1 Sự hình thành dịng thấm 16 2.1.1.Ý nghĩa việc nghiên cứu thấm 16 2.1.2.Sự hình thành dịng thấm 16 2.2 Phương pháp tính thấm 18 2.2.1.Cơ sở lý thuyết 18 2.2.2.Tính thấm qua đập đất theo phương pháp thủy lực 19 2.2.3.Tính thấm qua đập đất theo phương pháp học chất lỏng 20 2.2.4.Tính thấm qua đập đất theo phương pháp thực nghiệm 20 2.2.5.Tính thấm qua đập đất phương pháp phần tử hữu hạn 21 2.3 Các giải pháp chống thấm cho đập đất 28 2.3.1.Giải pháp chống thấm tường nghiêng sân phủ 29 2.3.2.Giải pháp chống thấm tường kết hợp lõi 30 2.3.3.Giải pháp chống thấm tường hào Bentonite 32 2.3.4.Giải pháp chống thấm cọc xi măng đất 34 2.3.5.Giải pháp tường hào chống thấm màng địa kỹ thuật 39 2.3.6.Giải pháp tường nghiêng chống thấm màng địa kỹ thuật 40 2.3.7.Giải pháp tường nghiêng chống thấm màng chống thấm bentonite 42 2.3.8.Giải pháp tường nghiêng chống thấm thảm sét địa kỹ thuật GCL 43 2.3.9.Giải pháp chống thấm thảm bê tông 44 2.4 Kết luận chương 46 CHƯƠNG ÁP DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CHO CƠNG TRÌNH HỒ CHỨA NƯỚC DIÊN TRƯỜNG – QUẢNG NGÃI 48 3.1 Giới thiệu cơng trình đập đất 48 3.1.1.Tổng thể cơng trình 48 3.1.2.Đặc điểm địa chất 50 3.1.3.Đặc điểm khí tượng thủy văn cơng trình 53 3.2 Mặt cắt đập trạng 54 3.3 Tính tốn dung tích hữu ích 55 3.3.1.Tính toán lượng nước yêu cầu 56 3.3.2.Tính tốn dịng chảy đến 66 3.3.3.Kết tính tốn 67 3.4 Cao trình đỉnh đập 71 3.4.1.Tính tốn điều tiết lũ 71 3.4.2.Tính tốn cao trình đập 76 3.5 Xác định quy mô kết cấu đập 79 3.5.1.Giải pháp nâng cấp đập 79 3.5.2.Kết cấu đập 82 3.6 Cấp thơng số kỹ thuật cơng trình sau nâng cấp 86 3.7 Xử lý thấm cho đập 88 3.7.1.Đặt vấn đề cho xử lý thấm 89 3.7.2.Giải pháp chống thấm khoan cho đập 92 3.8 Tính tốn ổn định thấm đập 102 3.8.1.Tài liệu 102 3.8.2.Tính tốn thấm ổn định thấm 103 3.8.3.Tính tốn ổn định trượt mái 106 3.9 Kết luận chương 107 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 109 TÀI LIỆU THAM KHẢO 111 PHỤ LỤC TÍNH TỐN 113 HÌNH MINH HỌA Tác động nặng nề biến đổi khí hậu Việt Nam Hình 1.1: Biểu đồ phân bố hồ chứa nước tồn quốc (dung tích >200000m3) Hình 2.1: Dịng thấm ổn định qua đập đất đồng chất (a), qua tường lõi đập đất đá (b) 17 Hình 2.2: Dịng thấm khơng ổn định mực nước rút xuống đột ngột 17 Hình 2.3: Minh họa hàm xấp xỉ H phần tử 22 Hình 2.4: Sơ đồ thấm qua đập 24 Hình 2.5: Giải pháp chống thấm tường nghiêng sân phủ 29 Hình 2.6: Giải pháp chống thấm tường kết hợp lõi 31 Hình 2.7: Giải pháp chống thấm tường nghiêng chân 31 Hình 2.8: Giải pháp chống thấm tường hào Bentonite 32 Hình 2.9: Thi cơng tường chống thấm biện pháp đào hào dung dịch bentonite hồ Dầu Tiếng 33 Hình 2.10: Biện pháp chống thấm khoan 35 Hình 2.11: Sơ đồ tường cọc xi măng đất 36 Hình 2.12: Cơng nghệ Jet-Grouting tạo tường chống thấm 37 Hình 2.13: Giải pháp chống thấm khoan vữa xi măng 37 Hình 2.14: Phạm vi ứng dụng hiệu đất cọc xi măng đất 38 Hình 2.15: Hàng tường cọc XMĐ chống thấm cho cơng trình Đá Bạc – Hà Tĩnh 39 Hình 2.16: Cơng nghệ thi cơng màng chống thấm địa kỹ thuật 40 Hình 2.17: Giải pháp chống thấm HDPE 41 Hình 2.18: Giải pháp màng chống thấm bentonite 43 Hình 2.19: Giải pháp chống thấm thảm sét địa kỹ thuật 44 Hình 2.20: Giải pháp chống thấm thảm bê tông 45 Hình 2.21: Các loại thảm bê tông chống thấm 45 Hình 3.1: Vị trí hồ chứa nước Diên Trường Google 48 Hình 3.2: Hiện trạng hồ chứa nước Diên Trường 48 Hình 3.3: Mặt cắt trạng đập Diên Trường 54 Hình 3.4: Đường trình lũ đến (hiện tại, BĐKH) 76 Hình 3.5: Đắp áp trúc mái thượng lưu 80 Hình 3.6: Đắp áp trúc mái thượng lưu hạ lưu 81 Hình 3.7: Đắp áp trúc mái hạ lưu 81 Hình 3.8: Xây dựng tường chắn sóng 81 Hình 3.9: Xây dựng tường chắn sóng kết hợp đắp áp trúc hạ lưu 82 Hình 3.10: Cấu tạo đỉnh đập 83 Hình 3.11: Mặt cắt đập Diên Trường sau nâng cấp 85 Hình 3.12: Chân khay chống thấm đập trạng 88 Hình 3.13: Ổn định đập ứng ứng với mực nước theo nâng cấp 88 Hình 3.14: Sơ đồ bố trí khu khoan thí nghiệm 93 Hình 3.15: Cắt dọc tuyến khoan 99 Hình 3.16: Mặt bố trí mạng lưới khoan 100 Hình 3.17: Mặt cắt ngang đập nâng cấp xử lý thấm 101 Hình 3.17: Mặt cắt đập nâng cấp N3 - Mặt cắt tính tốn N3 105 Hình 3.18: Tính thấm đập nâng cấp N3 – Lưu lượng thấm đơn vị - Trường hợp 105 Hình 3.19: Tính thấm đập nâng cấp N3 – Phân bố Gradient thấm - Trường hợp 105 BẢNG BIỂU Bảng 1.1: So sánh trữ lượng nước Miền Bắc Miền Trung so với toàn quốc Bảng 1.2: Thống kê số đập đất lớn Việt Nam Bảng 2.1: Chiều cao an toàn tường chống thấm 30 Bảng 3.1: Thay đổi nhiệt độ lượng mưa đến năm 2050 BĐKH 56 Bảng 3.2: Diện tích, cấu, thời vụ loại trồng 57 Bảng 3.3: Các yếu tố khí hậu vùng dự án 57 Bảng 3.4: Các đặc trưng khí hậu khu tưới ảnh hưởng BĐKH 58 Bảng 3.5: Lượng mưa tưới thiết kế - khu tưới hồ chứa Diên Trường 58 Bảng 3.6: Tổng hợp lượng nước yêu cầu tưới (Tr.m3) 61 Bảng 3.7: Tổng hợp lượng nước yêu cầu cho sinh hoạt 62 Bảng 3.8: Nhu cầu nước cho thủy sản 63 Bảng 3.9: Tổng hợp nhu cầu cấp nước môi trường (Tr.m3) 64 Bảng 3.10: Tổng hợp nhu cầu cấp nước (Tr.m3) 64 Bảng 3.11: Tổng hợp nhu cầu cấp nước biến đổi khí hậu (Tr.m3) 65 Bảng 3.12: Quan hệ Z ~ V, Z ~ F 66 Bảng 3.13: Phân phối lượng bốc 67 Bảng 3.14: Dòng chảy năm đến hồ (m3/s) 67 Bảng 3.15: Kết tính tốn dung tích hữu ích hồ Diên Trường 70 Bảng 3.16: Lưu lượng lũ lớn thiết kế lưu vực hồ chứa Diên Trường tính theo cơng thức cường độ giới hạn 72 Bảng 3.17: Tổng lượng lũ lớn thiết kế lưu vực hồ chứa Diên Trường tính theo lượng mưa ngày lớn 73 Bảng 3.18: Đường trình lũ thiết kế theo kịch 73 Bảng 3.19: Đường trình lũ thiết kế theo kịch Biến đổi khí hậu 74 Bảng 3.20: Tính toán lũ tràn hồ chứa Diên Trường ứng kịch BĐKH 76 Bảng 3.21: Xác định cao trình đỉnh đập thiết kế 78 Bảng 3.22: Các thơng số đập sau nâng cấp 86 Bảng 3.23: Đánh giá trọng số phương án 91 Bảng 3.24: Nồng độ dung dịch 96 Bảng 3.25: Chỉ tiêu lý vật liệu đắp đập 102 Bảng 3.26: Chỉ tiêu lý đất đập 103 Bảng 3.27: Các mực nước dùng tính tốn 103 Bảng 3.28: Lưu lượng thấm gradient thấm 104 Bảng 3.29: Kết phân tích ổn định mái thượng hạ lưu mặt cắt N3 107 PHẦN MỞ ĐẦU I Tính cấp thiết đề tài Biến đổi khí hậu trái đất thay đổi hệ thống khí hậu gồm khí quyển, thuỷ quyển, sinh quyển, thạch tương lai nguyên nhân tự nhiên nhân tạo Biến đổi khí hậu (BĐKH) thách thức lớn nhân loại kỷ 21 Biến đổi khí hậu tác động nghiêm trọng đến sản xuất, đời sống môi trường phạm vi toàn giới Nhiệt độ tăng, mực nước biển dâng gây ngập lụt, gây nhiễm mặn nguồn nước, ảnh hưởng đến nông nghiệp, gây rủi ro lớn công nghiệp hệ thống kinh tế - xã hội tương lai (a) Môi trường trước (b) Môi trường (c) Ngập lụt triều cường (d) Lúa chết nhiễm mặn Tác động nặng nề biến đổi khí hậu Việt Nam Ở Việt Nam khoảng 50 năm qua, nhiệt độ trung bình năm tăng khoảng 0,5 - 0,7oC, mực nước biển dâng khoảng 20cm[7] Biến đổi khí hậu làm xuất nhiều biểu bất thường thời tiết thiên tai, đặc biệt bão, lũ, hạn hán ngày gia tăng số lượng, cường độ mức độ ảnh hưởng Thủy lợi lĩnh vực chịu tác động mạnh mẽ biến đổi khí hậu thể rõ lượng nước, mùa khơ nước mùa mưa nước đến nhiều hơn, với trình thị hố cơng nghiệp hố nhu cầu dùng nước gia tăng đột biến, nhiều hệ thống thuỷ lợi không đáp ứng yêu cầu tiêu, yêu cầu cấp nước Nhận thức rõ ảnh hưởng biến đổi khí hậu, Chính phủ Việt Nam phê duyệt Chương trình mục tiêu quốc gia ứng phó với biến đổi khí hậu Một nội dung quan trọng Chương trình xây dựng cập nhật kịch biến đổi khí hậu để phù hợp với lĩnh vực phát triển xã hội Đây định hướng để Bộ, ngành, địa phương đánh giá tác động biến đổi khí hậu, xây dựng triển khai kế hoạch hành động ứng phó, có vấn đề an toàn hồ đập An toàn hồ chứa bị đe doạ có phân bố lại lượng nước mưa theo không gian thời gian có nhiều thay đổi so với thiết kế ban đầu (bởi hồ chứa xây dựng cách lâu), tượng vùng mưa lớn, vùng mưa; thời gian mưa tập trung ngắn, hạn hán kéo dài; xuất nhiều hơn, phức tạp hơn, cường độ mạnh hơn, nhiều lúc xuất trường hợp vượt mức thiết kế ban đầu Nước tài nguyên quý giá vô quan trọng người Nước cần cho sản xuất nông nghiệp, thủy sản, công nghiệp nghành kinh tế khác Nước cần cho phát triển thủy điện giao thơng Nước đóng vai trị quan trọng việc trì bền vững mơi trường… Vì giải phải để sử dụng hiệu nguồn nước biến đổi khí hậu tăng dung tích hiệu hồ chứa để đảm bảo phát triển bền vững hệ thống đầu mối công trình, phục vụ nhu cầu sử dụng nước sản xuất sinh hoạt vấn đề quan trọng đặc biệt có ý nghĩa Nhưng vấn đề đặt tăng dung tích hiệu hồ chứa làm thay đổi cấp cơng trình, tiêu thiết kế, hệ số an toàn ổn định…ảnh hưởng tới làm việc toàn kết cấu cơng trình đập đất Một vấn đề cốt lõi đập đất cần xử lý ổn định thấm qua đập Vì việc nghiên cứu giải pháp kỹ thuật chống thấm an toàn cơng trình đập đất mở rộng tơn cao điều kiện biến đổi khí hậu tăng thêm nhu cầu cấp nước nay, phù hợp với điều kiện Việt Nam cần thiết Đề tài luận văn: “Giải pháp kỹ thuật chống thấm cho đập đất tôn cao mở rộng nhu cầu sử dụng nước biến đổi khí hậu ” tập trung nghiên cứu phương pháp tính tốn thấm, giải pháp chống thấm cho đập nâng cao mở rộng nhằm đảm bảo kinh tế kỹ thuật, mỹ thuật II Mục đích đề tài: - Nghiên cứu giải pháp chống thấm cho đập đất đập tôn cao mở rộng - Đề xuất giải pháp kỹ thuật chống thấm phù hợp ứng với điều kiện làm việc cho hồ chứa cụ thể tơn cao mở rộng - Tính tốn ổn định thấm, ổn định cho đập đất sau tôn cao mở rộng đảm bảo an toàn hồ chứa III Đối tượng phạm vi nghiên cứu : - Đối tương nghiên cứu: đập đất - Giới hạn khuôn khổ nghiên cứu luận văn: Nghiên cứu tổng quan hồ chứa đập đất Việt Nam; Nghiên cứu tổng quan phương pháp tính tốn thấm; Nghiên cứu giải pháp chống thấm nâng cao mở rộng đập đất; Phân tích điều kiện kỹ thuật để sử lý thấm cho cơng trình cụ thể; Kiểm tra đánh giá ổn định tổng thể cơng trình IV Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu: - Cách tiếp cận: Tiếp cận cách trực tiếp gián tiếp thông qua tổ chức, cá nhân khoa học hay phương tiện thông tin đại chúng; qua kết nghiên cứu thấm đập đất nước có kết hợp tìm hiểu, thu thập, phân tích đánh giá Phụ lục PL5.4 Tính thấm đập trạng N3 – Phân bố Gradient thấm - Trường hợp Phụ lục PL5.5 Tính thấm đập trạng N3 – Lưu lượng thấm đơn vị - Trường hợp Phụ lục PL5.6 Tính thấm đập trạng N3 – Phân bố Gradient thấm - Trường hợp Phụ lục PL5.7 Mặt cắt đập nâng cấp N3 - Mặt cắt tính toán N3 Phụ lục PL5.8 Mặt cắt đập nâng cấp N3 – Sơ đồ chia lưới phần tử Phụ lục PL5.9 Tính thấm đập nâng cấp N3 – Lưu lượng thấm đơn vị - Trường hợp Phụ lục PL5.10 Tính thấm đập nâng cấp N3 – Phân bố Gradient thấm - Trường hợp Phụ lục PL5.11 Tính thấm đập nâng cấp N3 – Lưu lượng thấm đơn vị - Trường hợp Phụ lục PL5.12 Tính thấm đập nâng cấp N3 – Phân bố Gradient thấm - Trường hợp Phụ lục PL5.13 Tính thấm đập nâng cấp N3 – Lưu lượng thấm đơn vị - Trường hợp Phụ lục PL5.14 Tính thấm đập nâng cấp N3 – Phân bố Gradient thấm - Trường hợp Phụ lục PL5.15 Tính thấm đập nâng cấp N3 – Lưu lượng thấm đơn vị - Trường hợp Phụ lục PL5.16 Tính thấm đập nâng cấp N3 – Phân bố Gradient thấm - Trường hợp PHỤ LỤC 6: TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH MẶT CẮT NGANG ĐẬP Phụ lục PL6.1 Tính tốn ổn định đập trạng N3 – Mái hạ lưu - TH Kminmin = 1,379 Phụ lục PL6.2 Tính tốn ổn định đập trạng N3 – Mái hạ lưu - TH Kminmin = 1,260 Phụ lục PL6.3 Tính tốn ổn định đập nâng cấp N3 – Mái hạ lưu - TH Kminmin = 2,038 Phụ lục PL6.4 Tính tốn ổn định đập nâng cấp N3 – Mái hạ lưu - TH Kminmin = 2,020 Phụ lục PL6.5 Tính tốn ổn định đập nâng cấp N3 – Mái hạ lưu - TH Kminmin = 1,777 Phụ lục PL6.6 Tính tốn ổn định đập nâng cấp N3 – Mái hạ lưu - TH Kminmin = 1,771 Phụ lục PL6.7 Tính tốn ổn định đập nâng cấp N3 – Mái hạ lưu - TH Kminmin = 1,836 Phụ lục PL6.8 Tính tốn ổn định đập nâng cấp N3 – Mái thượng lưu – TH Kminmin = 2,193 Phụ lục PL6.9 Tính tốn ổn định đập nâng cấp N3 – Mái thượng lưu - TH Kminmin = 2,126 Phụ lục PL6.10 Tính toán ổn định đập nâng cấp N4 – Mái hạ lưu - TH Kminmin = 1,616 Phụ lục PL6.11 Tính tốn ổn định đập nâng cấp N4 – Mái hạ lưu - TH Kminmin = 1,518 Phụ lục PL6.12 Tính tốn ổn định đập nâng cấp S1 – Sơ đồ tính tốn Phụ lục PL6.13 Tính tốn ổn định đập nâng cấp S1 – Sơ đồ lưới phần tử Phụ lục PL6.14 Tính tốn ổn định đập nâng cấp S1 – Mái hạ lưu - TH Kminmin = 1,812 Phụ lục PL6.15 Tính tốn ổn định đập nâng cấp S1 – Mái hạ lưu - TH Kminmin = 1,522 PHỤ LỤC 7: TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH LÚN Phụ lục PL7.1 Tính tốn lún - Mặt cắt N3 – Sơ đồ tính tốn Phụ lục PL7.2 Tính toán lún - Mặt cắt N3 – X DISPLACEMENT Độ dich chuyển đỉnh đập 0.4cm Phụ lục PL7.3 Tính toán lún - Mặt cắt N3 – Y DISPLACEMENT Độ dich chuyển đỉnh đập 5.1cm Phụ lục PL7.4 Biểu đồ quan hệ độ lún với thời gian ... ? ?Giải pháp kỹ thuật chống thấm cho đập đất tôn cao mở rộng nhu cầu sử dụng nước biến đổi khí hậu ” tập trung nghiên cứu phương pháp tính tốn thấm, giải pháp chống thấm cho đập nâng cao mở rộng nhằm... cứu phương pháp chống thấm cho đập đất; + Nghiên cứu lựa chọn giải pháp kỹ thuật chống thấm cho đập tôn cao mở rộng điều kiện khác nhau; + Nghiên cứu ứng dụng giải pháp chống thấm cho cơng trình... kinh tế kỹ thuật, mỹ thuật II Mục đích đề tài: - Nghiên cứu giải pháp chống thấm cho đập đất đập tôn cao mở rộng - Đề xuất giải pháp kỹ thuật chống thấm phù hợp ứng với điều kiện làm việc cho hồ