nghiên cứu ứng dụng màng hdpe để chống thấm cho đập đất đắp trên nền có tầng thấm dày và ứng dụng cho đập chánh hùng, tỉnh bình định

MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH v DANH MỤC BẢNG BIỂU viii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT .ix MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài .1 Mục đích đề tài Đối tượng phạm vi nghiên cứu .2 Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu Kết đạt CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH XÂY DỰNG ĐẬP ĐẤT VÀ SỬ DỤNG VẬT LIỆU MỚI ĐỂ CHỐNG THẤM 1.1 Tổng quan tình hình xây dựng đập đất tỉnh Miền Trung 1.1.1 Tình hình xây dựng đập đất Việt Nam .4 1.1.2 Tình hình xây dựng đập đất miền trung .5 1.1.3 Thực trạng làm việc đập đất .7 1.1.4 Các hư hỏng thường gặp đập đất 1.1.5 Một số cố điển hình nguyên nhân hư hỏng đập đất [13] 1.2 Các giải pháp chống thấm cho đập .14 1.2.1 Giải pháp chống thấm sân phủ kết hợp tường nghiêng 14 1.2.2 Giải pháp chống thấm tường kết hợp lõi 16 1.2.3 Giải pháp chống thấm tường hào Bentonite .17 1.2.4 Giải pháp chống thấm khoan [11] 19 1.2.5 Giải pháp chống thấm cọc xi măng - đất (XMĐ) [1] 20 1.3 Các nghiên cứu ứng dụng vật liệu chống thấm cho đập [3] 22 1.3.1 Kết cấu chống thấm đập đất màng địa kỹ thuật (Geomembrane) 22 1.3.2 Kết cấu chống thấm thảm bê tông (Concret Matts) 22 1.3.3 Chống thấm cừ bê tông cốt thép ứng suất trước 23 1.3.4 Tường chống thấm cừ nhựa (Vinyl sheet piling) 24 1.3.5 Tường hào chống thấm màng địa kỹ thuật (Geolock) 25 1.4 Giới hạn phạm vi nghiên cứu 26 1.5 Kết luận chương 27 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MÀNG HDPE ĐỂ CHỐNG THẤM CHO ĐẬP ĐẤT TRÊN NỀN CÓ TẦNG THẤM DÀY 28 2.1 Mục đích tiêu chí lựa chọn thông số 28 2.1.1 Các đặc điểm màng chống thấm HDPE [12] 28 2.1.2 Mục đích bố trí màng chống thấm HDPE đập đất 29 2.1.3 Tiêu chí lựa chọn chiều dài màng chống thấm HDPE 29 2.2 Các sơ đồ bố trí màng HDPE cho đập có tầng thấm dày 30 iii 2.2.1 Sơ đồ 1: Chống thấm cho đập .30 2.2.2 Sơ đồ 2: Chỉ chống thấm cho 31 2.2.3 Phạm vi biến đổi thông số công trình 31 2.3 Phương pháp tính toán thấm qua đập 34 2.4 Nghiên cứu xác định chiều dài sân phủ cho sơ đồ 36 2.4.1 Trình tự tính toán 36 2.4.2 Kết tính toán 40 2.4.3 Phân tích kết tính toán 42 2.5 Nghiên cứu xác định chiều dài sân phủ cho sơ đồ 46 2.5.1 Trình tự tính toán 46 2.5.2 Kết tính toán 49 2.5.3 Phân tích kết tính toán 50 2.6 Phân tích so sánh chiều dài sân phủ (Ls) cho sơ đồ sơ đồ 54 2.7 Kết luận chương 57 CHƯƠNG ỨNG DỤNG MÀNG HDPE ĐỂ CHỐNG THẤM CHO ĐẬP CHÁNH HÙNG, TỈNH BÌNH ĐỊNH 58 3.1 Giới thiệu chung công trình hồ chứa nước Chánh Hùng [10] 58 3.1.1 Vị trí công trình 58 3.1.2 Mục tiêu đầu tư 58 3.1.3 Các thông số kỹ thuật hồ chứa 59 3.2 Giải pháp chống thấm cho đập Chánh Hùng 60 3.2.1 Đặc điểm địa chất đất đắp đập [10] 60 3.2.2 Đặc điểm địa chất vật liệu xây dựng [10] 64 3.2.3 Đề xuất giái pháp chống thấm cho đập đất Chánh hùng .67 3.2.4 Các sơ đồ chống thấm cho đập Chánh Hùng 67 3.2.5 Các điều kiện khống chế toán 68 3.3 Thiết kế chống thấm theo sơ đồ A 70 3.3.1 Tính toán xác định thông số phận chống thấm 70 3.3.2 Các cấu tạo chi tiết 73 3.4 Thiết kế chống thấm theo sơ đồ B 74 3.4.1 Tính toán xác định thông số phận chống thấm .74 3.4.2 Các cấu tạo chi tiết 77 3.5 Tính toán khối lượng so sánh phương án 78 3.5.1 Khối lượng công trình theo hai phương án 78 3.5.2 Dự toán kinh phí .79 3.5.3 So sánh lựa chọn phương án 79 3.6 Kết luận chương 80 KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ .81 TÀI LIỆU THAM KHẢO .83 iv DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Tỷ lệ loại hồ chứa thủy lợi Việt Nam thể theo biểu đồ Hình 1.2 Hồ chứa nước Hội Sơn – Bình Định Hình 1.3 Hồ chứa nước Phú Ninh – Quảng Nam Hình 1.4 Hồ chứa nước Sông Quao – Bình Thuận Hình 1.5 Vỡ đập Khe Mơ – Hà Tĩnh vào ngày 16/10/2010 [14] 11 Hình 1.6 Vỡ đập Tây Nguyên (Đồng Tâm), Nghệ An vào ngày 11/9/2012 [15] 12 Hình 1.7 Vỡ đập Thủy điện Ia krel 2, Gia Lai vào ngày 12/6/2013 [16] 12 Hình 1.8 Sơ đồ kết cấu chống thấm tường nghiêng sân phủ [9] 15 Hình 1.9 Sơ đồ kết cấu chống thấm tường kết hợp lõi [9] 16 Hình 1.10 Sơ đồ kết cấu chống thấm tường hào Bentonite 18 Hình 1.11 Thi công tường chống thấm đào hào dung dịch bentonite 18 Hình 1.12 Sơ đồ kết cấu chống thấm khoan vữa xi măng 19 Hình 1.13 Sơ đồ tường cọc xi măng đất .20 Hình 1.14 Mô tả trình thi công tạo tường chống thấm 21 Hình 1.15 Hồ chứa nước chống thấm màng địa kỹ thuật .22 Hình 1.16 Ứng dụng thảm bê tông chống thấm đập hồ chứa .23 Hình 1.17 Thi công tường chống thấm cừ BTCT ứng suất trước 23 Hình 1.18 Cấu tạo đập có tường chống thấm cừ BTCT ứng suất trước .24 Hình 1.19 Cấu tạo tường nghiêng mềm kết hợp với cừ nhựa chống thấm .24 Hình 1.20 Cấu tạo tường lõi mềm kết hợp với cừ nhựa 24 Hình 1.21 Cấu tạo cừ nhựa .25 Hình 1.22 Cấu tạo tường hào chống thấm màng địa kỹ thuật 26 Hình 2.1 Sơ đồ cấu tạo màng chống thấm HDPE cho đập 30 Hình 2.2 Sơ đồ cấu tạo màng chống thấm HDPE cho 31 Hình 2.3 Mô hình tính toán trường hợp màng chống thấm cho đập .37 Hình 2.4 Sơ đồ chia lưới phần tử tính toán thấm 37 Hình 2.5 Mô hình tính toán cho số liệu bảng 2.2 38 v Hình 2.6 Sơ đồ khai báo vật liệu chia lưới phần tử tính toán thấm 39 Hình 2.7 Kết lưu lượng thấm (q), gradient (J) tương ứng với trị số Ls 39 Hình 2.8 Sơ đồ đường đẳng cột nước (số liệu đầu vào bảng 2.2) 40 Hình 2.9 Biểu đồ quan hệ ξ ~ η, T (ứng với Hđ=15m) 41 Hình 2.10 Biểu đồ quan hệ ξ ~ η, T (ứng với Hđ=25m) 41 Hình 2.11 Biểu đồ quan hệ ξ ~ η, T (ứng với Hđ=35m) 42 Hình 2.12 Biểu đồ quan hệ ξ ~ T, η (ứng với Hđ=15m) 43 Hình 2.13 Biểu đồ quan hệ ξ ~ T, η (ứng với Hđ=25m) 43 Hình 2.14 Biểu đồ quan hệ ξ ~ T, η (ứng với Hđ=35m) 44 Hình 2.15 Biểu đồ quan hệ ξ ~ Hđ, η (ứng với T= 8m) 45 Hình 2.16 Biểu đồ quan hệ ξ ~ Hđ, η (ứng với T= 11m) .45 Hình 2.17 Biểu đồ quan hệ ξ ~ Hđ, η (ứng với T= 14m) .45 Hình 2.18 Mô hình tính toán cho số liệu bảng 2.6 47 Hình 2.19 Kết lưu lượng thấm (q), gradient (J) tương ứng với trị số Ls 48 Hình 2.20 Sơ đồ đường đẳng cột nước (số liệu đầu vào bảng 2.6) .48 Hình 2.21 Biểu đồ quan hệ ξ ~ η, T (ứng với Hđ=15m) 49 Hình 2.22 Biểu đồ quan hệ ξ ~ η, T (ứng với Hđ=25m) 50 Hình 2.23 Biểu đồ quan hệ ξ ~ η, T (ứng với Hđ=35m) 50 Hình 2.24 Biểu đồ quan hệ ξ ~ T, η (ứng với Hđ=15m) 51 Hình 2.25 Biểu đồ quan hệ ξ ~ T, η (ứng với Hđ=25m) 52 Hình 2.26 Biểu đồ quan hệ ξ ~ T, η (ứng với Hđ=35m) 52 Hình 2.27 Biểu đồ quan hệ ξ ~ Hđ, η (ứng với T= 8m) 53 Hình 2.28 Biểu đồ quan hệ ξ ~ Hđ, η (ứng với T= 11m) .53 Hình 2.29 Biểu đồ quan hệ ξ ~ Hđ, η (ứng với T= 14m) .54 Hình 2.30 Biểu đồ quan hệ β ~T, Kn (ứng với Hđ =15m) .55 Hình 2.31 Biểu đồ quan hệ β ~T, Kn (ứng với Hđ =25m) .55 Hình 2.32 Biểu đồ quan hệ β ~T, Kn (ứng với Hđ =35m) .56 Hình 3.1 Bản đồ vị trí hồ chứa nước Chánh Hùng 58 Hình 3.2 Địa chất công trình dọc tuyến đập hồ chứa nước Chánh Hùng 63 Hình 3.3 Địa chất công trình mặt cắt ngang chọn tính toán 67 Hình 3.4 Sơ đồ A: Sơ đồ chống thấm sân phủ loại đất đắp nâng cấp đập 68 vi Hình 3.5 Sơ đồ B: Sơ đồ chống thấm sân phủ màng HDPE 68 Hình 3.6 Kết tính toán thấm theo sơ đồ A, trường hợp Ls=20m 70 Hình 3.7 Kết tính toán thấm theo sơ đồ A, trường hợp Ls=30m 71 Hình 3.8 Kết tính toán thấm theo sơ đồ A, trường hợp Ls=40m 71 Hình 3.9 Kết tính toán thấm theo sơ đồ A, trường hợp Ls=50m 72 Hình 3.10 Kết tính toán thấm theo sơ đồ A, trường hợp Ls=60m 72 Hình 3.11 Kết tính toán thấm theo sơ đồ B, trường hợp Ls=20m 75 Hình 3.12 Kết tính toán thấm theo sơ đồ B, trường hợp Ls=10m 75 Hình 3.13 Kết tính toán thấm theo sơ đồ B, trường hợp Ls=26m 76 Hình 3.14 Kết tính toán thấm theo sơ đồ B, trường hợp Ls=30m 76 vii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Thống kê số đập đất khu vực miền Trung [5] .5 Bảng 1.2 Hiện trạng đập phân chia theo nguyên nhân cố [4] Bảng 2.1 Tổng hợp trường hợp tính toán thấm, xác định Ls 32 Bảng 2.2 Số liệu đầu vào ứng với trường hợp tính toán 37 Bảng 2.3 Kết tính Ls cho Hđ=15m 40 Bảng 2.4 Kết tính Ls cho Hđ=25m 41 Bảng 2.5 Kết tính Ls cho Hđ=35m 42 Bảng 2.6 Số liệu đầu vào ứng với trường hợp tính toán 46 Bảng 2.7 Kết tính Ls cho Hđ=15m 49 Bảng 2.8 Kết tính Ls cho Hđ=25m 49 Bảng 2.9 Kết tính Ls cho Hđ=35m 50 Bảng 2.10 Kết tính Ls cho Hđ =15m 55 Bảng 2.11 Kết tính Ls cho Hđ =25m 55 Bảng 2.12 Kết tính Ls cho Hđ =35m 56 Bảng 3.1 Các tiêu lý lớp đất đắp đập .62 Bảng 3.2 Chỉ tiêu lý tự nhiên bãi vật liệu đất đắp đập 65 Bảng 3.3 Chỉ tiêu lý đầm nện - chế bị bãi vật liệu đất đắp đập 66 Bảng 3.4 Tổng hợp kết tính toán q J theo sơ đồ A, với Ls thay đổi 72 Bảng 3.5 Tổng hợp kết tính toán q J theo sơ đồ B, với Ls thay đổi 76 Bảng 3.6 Khối lượng cho 02 phương án sửa chữa, nâng cấp đập 78 Bảng 3.7 Dự toán kinh phí cho 02 phương án sửa chữa, nâng cấp đập .79 viii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT - q: Lưu lượng đơn vị - j: Gradient thủy lực - K: Hệ số thấm - QCVN: Qui chuẩn Quốc gia - TCVN: Tiêu chuẩn Quốc gia - MNDBT: Mực nước dâng bình thường - MNLNTK: Mực nước lớn thiết kế - MNC: Mực nước chết - PA: Phương án - PTHH: Phần tử hữu hạn ix MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Việt Nam có hệ thống công trình đập tạo hồ đa dạng, phong phú, chủ yếu đập vật liệu địa phương, có 1% đập đất đá hỗn hợp, lại 99% đập đất, phân bố theo vùng, lãnh thổ Hầu hết hồ chứa khu vực có đập tạo hồ chủ yếu dùng vật liệu đất đắp thấm nước, nên vấn đề thấm qua công trình không tránh khỏi, đặc biệt xây dựng đập bồi tích ven biển có chiều dày cát, cuội, sỏi lớn, hệ số thấm cao biện pháp chống thấm truyền thống như: tường nghiêng kết hợp sân phủ đất sét không triệt để Do đó, qua thời gian sử dụng, nhiều nguyên nhân khác tổng hợp nguyên nhân có số công trình xảy cố Riêng vùng duyên hải Nam Trung Bộ nơi chịu ảnh hưởng thường xuyên từ thiên tai Thực tế thập kỷ gần cho thấy điều Mặc dù vậy, Nam Trung Bộ khu vực đánh giá có tiềm kinh tế lớn Để khai thác mạnh vấn đề then chốt chủ động giải vấn đề nước cho yêu cầu phát triển dân sinh, kinh tế trọng trách ngành thủy lợi phối hợp hữu hiệu với ngành kinh tế khác Một nguyên nhân gây hư hỏng đập đất dòng thấm thân đập qua đập qua vai đập Các hồ đập nhỏ khu vực phần lớn xây dựng từ năm 80 kỷ trước, lúc trình độ thiết kế, thi công vật liệu chống thấm nhiều hạn chế, nhiều đập sau thời gian làm việc thường bộc lộ tượng thiếu ổn định thấm rò rỉ, mạch đùn, điển Chánh Hùng (1985), Thạch Khê (1987), Núi Một (1998)… Do vậy, việc nghiên cứu giải pháp chống thấm cho đập đất đắp có tầng thấm dày cần thiết nhằm đem lại hiệu kinh tế, kỹ thuật cao, với mục tiêu phải đảm bảo tiêu chuẩn ổn định thấm xói ngầm, hạn chế lưu lượng thấm nước Nội dung luận văn tập trung “Nghiên cứu ứng dụng màng HDPE để chống thấm cho đập đất đắp có tầng thấm dày ứng dụng cho đập Chánh Hùng, tỉnh Bình Định Mục đích đề tài Cơ sở khoa học thực tiễn giải pháp chống thấm cho đập đất thấm mạnh, ưu nhược điểm phạm vi ứng dụng giải pháp; Nghiên cứu sở khoa học để lựa chọn kích thước màng HDPE hợp lý để chống thấm cho loại đập đất đắp thấm dày nhằm đem lại hiệu kinh tế, kỹ thuật cao, với mục tiêu phải đảm bảo tiêu chuẩn hạn chế lưu lượng thấm, đảm bảo ổn định thấm Nghiên cứu giải pháp chống thấm HDPE cho đập Chánh Hùng, tỉnh Bình Định Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Các giải pháp chống thấm cho đập đất đắp thấm dày (đập xây dựng mới, sửa chữa, nâng cấp) Phạm vi nghiên cứu: Vùng duyên hải Nam Trung Bộ Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu 4.1 Cách tiếp cận Tiếp cận có kế thừa Tiếp cận thực tiễn xuất phát từ thực tiễn Tiếp cận sở hiệu kinh tế - kỹ thuật 4.2 Phương pháp nghiên cứu Phương pháp điều tra thu thập tài liệu Phương pháp phân tích lý luận Phương pháp mô hình toán: dùng phần mềm tính toán để giải toán Thấm đập lựa chọn giải pháp chống thấm tương ứng Kết đạt Các điều kiện sơ đồ bố trí ứng dụng màng HDPE để chống thấm cho đập đất có tầng thấm dày Lập các biểu đồ tổng quát xác định chiều dài màng HDPE theo thông số khác nhau: chiều cao đập, hệ số thấm nền, chiều dày tầng thấm… Vận dụng kết nghiên cứu để thiết kế giải pháp chống thấm cho dụ án sửa chữa đập Chánh Hùng, tỉnh Bình Định - Nền đập: có lớp 3a lớp đất có tính thấm lớn (hệ số thấm Kn=1,9x10-5 m/s) chiều dày T=8,0m - Màng chống thấm HDPE: chiều dày t = 1,5mm; hệ số thấm Kth= 10-14 m/s 3.3 Thiết kế chống thấm theo sơ đồ A 3.3.1 Tính toán xác định thông số phận chống thấm Sử dụng phần mềm SEEP/W [2] chương trình phần mềm địa kỹ thuật Geosudio hãng phần mềm GEO-SLOPE, Canada để tính toán xác định thông số phận chống thấm Trình tự tính toán giống bước tính toán trình bày mục 2.4 Các thông số giả thiết: Chiều dài chiều dày sân phủ - Chọn chiều dày sân phủ t1 = 1,0m (tại đầu sân phủ) t2 = 2,0m (tại chân đập) - Chọn vật liệu làm sân phủ: dùng mỏ đất Vườn Sánh để đắp (Ks = Kđ = 1x10-7m/s) - Tính toán với trường hợp chiều dài sân phủ: Ls = 20m, 30m, 40m, 50m 60m - Kết tính toán sau: 3.3.1.1 Trường hợp chiều dài sân phủ Ls= 20m Hình 3.6 Kết tính toán thấm theo sơ đồ A, trường hợp Ls=20m Kết tính toán thể hình 3.6 Lưu lượng thấm tính toán q = 2,310*10-5(m3/s.m) Đường đẳng gradient qua đập (vị trí cửa vào, thân đập, cửa vị trí tiếp xúc đập nền) có giá trị sau: Giá trị gradient lớn sân phủ Jvmax = 2,0; gradient lớn 70 sân phủ Jsmax = 1,6; gradient lớn thân đập Jđmax = 0,6; gradient lớn Jnmax= 0,2; gradient lớn cửa Jramax = 0,2 Nhận xét: Với giả thiết chiều dài sân phủ Ls=20m (chiều dài sân phủ đất chống thấm) ta thấy lương lượng thấm tính toán q > [q]=2,11*10-5 (m3/s.m) đập không đảm bảo điều kiện thấm gradient thấm lớn qua Jnmax < [Jn]= 0,28; gradient lớn cửa Jra max < [Jra]= 0,6; gradient thấm lớn qua đập Jđ < [Jtnđ] = 8,0 đập đảm bảo không xảy tượng xói ngầm Như vậy, phương án không đảm bảo ổn định thấm cho công trình 3.3.1.2 Kết tính toán chiều dài sân phủ Ls= 30m, 40m, 50m 60m Trình tự tính toán tương tự trình bày mục 3.3.1.1 Kết tính toán thể hình 3.7, 3.8, 3.9 Hình 3.7 Kết tính toán thấm theo sơ đồ A, trường hợp Ls=30m Hình 3.8 Kết tính toán thấm theo sơ đồ A, trường hợp Ls=40m 71 Hình 3.9 Kết tính toán thấm theo sơ đồ A, trường hợp Ls=50m Hình 3.10 Kết tính toán thấm theo sơ đồ A, trường hợp Ls=60m 3.3.1.3 Phân tính lựa chọn phương án Từ kết tính toán thể hình 3.6, 3.7, 3.8, 3.9, 3.10 ta tổng hợp bảng 3.4 Bảng 3.4 Tổng hợp kết tính toán q J theo sơ đồ A, với Ls thay đổi Trường hợp Ls (m) 20 q (m3/s.m) Jvmax Jđmax Jn max Jra max 2,310*10-5 0,6 0,2 0,2 -5 0,6 0,2 0,2 Ghi 30 2,163*10 40 2,138*10-5 1,4 0,6 0,2 Không đạt q>[q] 50 2,018*10-5 1,4 0,6 0,2 đạt 60 1,971*10-5 1,4 0,6 0,2 đạt Kết tính toán lưu lượng thấm đơn vị Gradient thấm theo sơ đồ A (bảng 3.4), ta thấy với giả thiết chiều dài sân phủ Ls=50m (chiều dài sân phủ đất chống thấm) lưu lượng thấm tính toán lượng thấm q < [q]=2,110*10-5 (m3/s.m) đập đảm bảo điều kiện 72 thấm gradient thấm lớn qua Jnmax < [Jn]= 0,28; gradient lớn cửa Jra max < [Jra]= 0,6; gradient thấm lớn qua đập Jđ < [Jtnđ] = 8,0 đập đảm bảo không xảy tượng xói ngầm Như vậy, phương án đảm bảo ổn định thấm cho công trình Ngoài trị số q xấp xỉ trị số qcp: q ≈ [q] 3.3.2 Các cấu tạo chi tiết Cấu tạo chi tiết đập Chánh Hùng theo sơ đồ A, với Ls= 50m sau: - Hình thức đập: Thân đập áp trúc mái thượng hạ lưu để nâng cao đỉnh đập; phía thượng lưu làm sân phủ đất đắp áp trúc; hạ lưu bố trí lăng trụ đá đổ để tiêu nước thân đập hệ thống tiêu nước mặt hạ lưu Lý đắp áp trúc mái thượng lưu hạ lưu: + Mái thượng lưu mái đập cũ bị biến dạng, lớp bảo vệ mái cũ bị hư hỏng nhiều, cần gỡ bỏ để làm lại + Mái hạ lưu cần thiết phải làm lăng trụ đá đổ thoát nước có chiều cao lớn so với thiết bị cũ, vị trí lăng trụ phải lùi phía hạ lưu cần thiết phải đắp áp trúc mái hạ lưu - Cao trình đỉnh đập đất : 31,50 m - Chiều rộng mặt đập : 5,00 m - Chiều dài đập : 558,48 m - Chiều cao đập lớn : 15,00 m - Hệ số mái thượng lưu : 2,75 - Hệ số mái hạ lưu : 2,50 - Chiều dài sân phủ thượng lưu : 50m - Chiều dày sân phủ thượng lưu : t1=1m t2 = 2,0m - Thoát nước thân đập : Kiểu lăng trụ đá đổ 73 - Cao trình đỉnh lăng trụ đá đổ hạ lưu : 19,50 m - Chiều cao khối lăng trụ đá đổ hạ lưu : 3,00 m - Hệ số mái khối lăng trụ đá đổ hạ lưu : m = 2,00 - Kết cấu khối đất đắp thân đập gia cố mái thượng lưu: dùng mỏ đất đắp Vườn Sánh để đắp đầm chặt đạt K95 mái thượng lưu gia cố đá lát khan dày 20cm, dăm 10cm vải địa kỹ thuật - Kết cấu sân phủ thượng lưu: dùng mỏ đất đắp Vườn Sánh để đắp đầm chặt đạt K95 với chiều dày sân phủ t1 = 1,0m (tại đầu sân phủ) t2 = 2,0m (tại chân đập) - Kết cấu mái hạ lưu: làm hệ thống thoát nước trồng cỏ gia cố mái 3.4 Thiết kế chống thấm theo sơ đồ B 3.4.1 Tính toán xác định thông số phận chống thấm Sử dụng phần mềm SEEP/W [2] chương trình phần mềm địa kỹ thuật Geosudio hãng phần mềm GEO-SLOPE, Canada để tính toán xác định thông số phận chống thấm Trình tự tính toán giống bước tính toán trình bày mục 2.4 Các thông số giả thiết: Chiều dài sân phủ - Chọn vật liệu làm sân phủ màng HDPE, chiều dày t = 1,5mm; Kth= 10-14 m/s - Tính toán với trường hợp chiều dài sân phủ: Ls = 10m, 20m, 26m 30m - Kết tính toán sau: 3.4.1.1 Trường hợp chiều dài sân phủ Ls= 20m Kết tính toán thể hình 3.11 Lưu lượng thấm tính toán q=2,193*10-5(m3/s.m) Đường đẳng gradien qua đập (vị trí cửa vào, thân đập, cửa vị trí tiếp xúc đập nền) có giá trị sau: Giá trị gradient lớn cửa vào Jvmax = 3,5; gradient lớn sân phủ Jspmax= 3,0; gradient lớn thân đập Jđmax = 0,5; gradient lớn Jnmax= 0,5; gradient lớn cửa Jramax = 74 Hình 3.11 Kết tính toán thấm theo sơ đồ B, trường hợp Ls=20m Nhận xét: Với giả thiết chiều dài sân phủ Ls=20m (chiều dài sân phủ HDPE) ta thấy lương lượng thấm tính toán q > [q]=2,110*10-5 (m3/s.m) đập không đảm bảo điều kiện thấm gradient lớn cửa vào Jvmax < [JHDPE ] = 15,0; gradient thấm lớn qua Jnmax>[Jn]= 0,45; gradient lớn cửa Jramax[q] 26 2,108*10-5 0 đạt 30 2,054*10-5 0 đạt 76 Ghi Kết tính toán lưu lượng thấm đơn vị Gradient thấm theo sơ đồ B (bảng 3.5), ta thấy với giả thiết chiều dài sân phủ Ls=26m (chiều dài sân phủ HDPE) lưu lượng thấm tính toán lượng thấm q < [q]=2,110*10-5 (m3/s.m) đập đảm bảo điều kiện thấm gradient thấm lớn qua Jnmax < [Jn]= 0,28; gradient lớn cửa Jra max < [Jra]= 0,6; gradient thấm lớn qua đập Jđ < [Jtnđ] = 8,0 đập đảm bảo không xảy tượng xói ngầm Như vậy, phương án đảm bảo ổn định thấm cho công trình Ngoài trị số q xấp xỉ trị số qcp: q ≈ [q] Để đảm bảo an toàn thấm ta chọn chiều dài sân phủ màng HDPE 30m 3.4.2 Các cấu tạo chi tiết Cấu tạo chi tiết đập Chánh Hùng theo sơ đồ B, với Ls=30m sau: - Hình thức đập: Đỉnh đập tôn cao cách đắp áp trúc mái thượng lưu hạ lưu; phía chân mái thượng lưu làm sân phủ màng chống thấm HDPE; phía màng HDPE phủ lớp đất dày 0,3m để bảo vệ Hạ lưu bố trí lăng trụ đá đổ để tiêu nước thân đập hệ thống tiêu nước mặt hạ lưu - Cao trình đỉnh đập đất : 31,50 m - Chiều rộng mặt đập : 5,00 m - Chiều dài đập : 558,48 m - Chiều cao đập lớn : 15,00 m - Hệ số mái thượng lưu : 2,75 - Hệ số mái hạ lưu : 2,50 - Chiều dài màng chống thấm HDPE làm sân phủ : 30m - Thoát nước thân đập : Kiểu lăng trụ đá đổ - Cao trình đỉnh lăng trụ đá đổ hạ lưu : 19,50 m - Chiều cao khối lăng trụ đá đổ hạ lưu : 3,00 m - Hệ số mái khối lăng trụ đá đổ hạ lưu : m = 2,00 77 - Kết cấu khối đất đắp thân đập gia cố mái thượng lưu: dùng mỏ đất đắp Vườn Sánh để đắp đầm chặt đạt K95 mái thượng lưu gia cố đá lát khan dày 20cm, dăm 10cm vải vải địa kỹ thuật - Kết cấu sân phủ thượng lưu: dùng mỏ đất đắp Vườn Sánh để đắp phủ bảo vệ lớp màng chống thấm HDPE - Kết cấu mái hạ lưu: Làm hệ thống thoát nước mái trồng cỏ gia cố mái 3.5 Tính toán khối lượng so sánh phương án 3.5.1 Khối lượng công trình theo hai phương án Ở bước tính toán lựa chọn quan điểm tiêu chí kỹ thuật công trình Tuy nhiên để phù hợp với mục đích có nhìn toàn diện cần tính toán kinh tế hai phương án lựa chọn phương án Sơ đồ A gọi phương án A, phương án Sơ đồ B gọi phương án B Sự khác biệt hai phương án lựa chọn chi phí cho giải pháp chống thấm đất màng chống thấm HDPE Do điều kiện hồ chứa nước Chánh Hùng nằm vùng núi, trữ lượng đất đắp khối chống thấm tương đối ít, cự ly vận chuyển khoảng 5,5km Với giải pháp sân phủ màng chống thấm HDPE giải vấn đề thiếu đất sét cho phận chống thấm Khối lượng tính với số khối lượng toàn hạng mục đập đất, cụ thể bảng sau: Bảng 3.6 Khối lượng cho 02 phương án sửa chữa, nâng cấp đập TT Hạng mục công việc Đào đất giới Đào đất thủ công Đơn vị 100m3 Khối lượng Phương án A Phương án B 805,51 805,51 m3 5.119,07 5.119,07 Đất đắp thân đập, VC 5,5km 100m3 1.549,26 1.549,26 Đất đắp sân phủ, VC 5,5km 100m3 406,28 48,75 Màng chống thấm HDPE 100m2 0,00 162,51 Đá lát khan 3.315,20 3.315,20 m3 78 Dăm lót m3 1.551,97 1.551,97 Vải địa kỹ thuật 155,20 155,20 10 Đá hộc đống đá tiêu nước m3 13.000,80 13.000,80 11 Dăm lọc m3 1.901,37 1.901,37 12 Cát lọc 100m3 19,50 19,50 100m2 3.5.2 Dự toán kinh phí Bảng 3.7 Dự toán kinh phí cho 02 phương án sửa chữa, nâng cấp đập TT Hạng mục công việc Phương án A Phương án B 805,51 805,51 3.525.002 2.839.416.959 2.839.416.959 m3 5.119,07 5.119,07 197.809 1.012.597.129 1.012.597.129 100m3 1.549,26 1.549,26 9.912.607 15.357.225.346 15.357.225.346 100m3 406,28 48,75 9.912.607 4.027.244.409 483.269.329 100m2 0,00 162,51 9.060.000 1.472.340.600 m3 3.315,20 3.315,20 907.522 3.008.620.564 3.008.620.564 m3 1.551,97 1.551,97 808.595 1.254.915.586 1.254.915.586 155,20 155,20 3.079.381 477.910.847 477.910.847 m3 13.000,80 13.000,80 907.522 11.798.512.018 11.798.512.018 m3 1.901,37 1.901,37 808.595 1.537.435.849 1.537.435.849 19,50 19,50 12.435.591 242.508.946 242.508.946 41.556.387.653 39.484.753.173 Đào đất giới Đào đất thủ công Đất đắp thân đập, VC 3,0km Đất đắp sân phủ, VC 3,0km Màng chống thấm HDPE Đá lát khan Dăm lót 100m2 14 Vải địa kỹ thuật Đá hộc đống đá tiêu nước Dăm lọc 15 Cát lọc 100m3 13 Thành tiền (đồng) PA2 Khối lượng Đơn giá (đồng) Đơn vị 100m3 PA1 Tổng cộng Kết tính toán cho thấy chi phí cho công tác sửa chữa, nâng cấp đập đất phương án A đắt phương án B 2,07 tỷ đồng 3.5.3 So sánh lựa chọn phương án Kết toán thấm cho thấy hai phương án lựa chọn thỏa mãn điều kiện cho phép thấm Cả hai phương án có đường bão hòa hạ thấp nhau, có lưu lượng thấm đơn vị thấp hơn trị số cho phép Về điều kiện thi công phương án A có nhiều điểm khó khăn phương án B điều kiện trữ lượng đất đắp mỏ Vườn Sánh không nhiều điều kiện giải phóng mặt bàng khó khăn, dễ kéo dài tiến độ chất lượng công trình không đảm bảo Về phương diện kinh tế phương án B rẻ so với phương án A 79 Kết lựa chọn: - Về mặt kỹ thuật: phương án đạt, điều kiện thi công phương án B có nhiều ưu điểm - Về mặt kinh tế: phương án B rẻ phương án A Vì chọn phương án B phương án thiết kế vẽ thi công 3.6 Kết luận chương Hồ chứa nước Chánh Hùng có đặc điểm tự nhiên mặt cắt thiết kế đại diện cho đập đất cần phải sửa chữa nâng cấp khu vực duyên hải Nam Trung Bộ, địa bàn tỉnh Bình Định Phương án sửa chữa nâng cấp đập sau: - Đỉnh đập tôn cao theo yêu cầu dùng nước mới; thân đập đắp áp trúc mái thượng hạ lưu đất có hệ số thấm nhỏ (K = 1x10-7m/s) - Nền đập có tầng thấm dày đến 8m, hệ số thấm lớn (Kn = 1,9x10-5m/s) nên cần xử lý chống thấm sân phủ Luận văn nghiên cứu phương án xử lý: + Phương án A: Sân phủ vật liệu đắp áp trúc đập + Phương án B: Sân phủ màng HDPE 1,5mm Kết so sánh kinh tế cho thấy với thông số hiệu chống thấm phương án B cho giá thành rẻ hơn, thi công nhanh hơn, giảm khó khăn công tác giải phóng mặt bãi vật liệu Do kiến nghị chọn phương án B để xây dựng - So sánh kết tính toán cho phương án B với kết nghiên cứu tổng quát chương 2: Theo kết nghiên cứu chương tra biểu đồ hình 2.21 với Hđ= 15m (chiều cao đập), T=8m (chiều dày tầng thấm), Kn= 1,9x10-5m/s (hệ số thấm đất nền) Ls=24m (chiều dài màng HDPE); sai số so với phương án B 7,7% Như nói kết tính toán cụ thể cho phương án B phù hợp với kết nghiên cứu tổng quát chương 80 KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ I Các kết đạt luận văn Với nội dung nghiên cứu ứng dụng màng HDPE để chống thấm cho đập đất có tầng thấm dày, luận văn đạt số kết sau: Màng HDPE loại vật liệu mới, có hiệu chống thấm cao, sử dụng chống thấm cho nhiều loại công trình khác nhau, có đập đất thấm mạnh có chiều dày lớn Các sơ đồ bố trí nhau: - Thân đập có hệ số thấm lớn: làm tường nghiêng nối liền với sân phủ màng HDPE (Sơ đồ 1) - Thân đập có hệ số thấm không lớn (Kđ ≤ 10-7m/s) làm sân phủ màng HDPE (Sơ đồ 2) Nghiên cứu tổng quát xác định chiều dài sân phủ (Ls) phụ thuộc vào thông số khác chiều cao đập, chiều dày tầng thấm hệ số thấm xây dựng biểu đồ tổng hợp Ls=f(Hđ, T, Kđ) cho sơ đồ hình 2.9, 2.10, 2.11 cho sơ đồ hình 2.21, 2.22, 2.23 Các biểu đồ cho phép xác định nhanh trị số Ls tương ứng với điều kiện cụ thể công trình nhằm phục vụ so sánh để lựa chọn phương án hợp lý trước vào tính toán thiết kế chi tiết Trong trường hợp xác định trị số Ls lớn cần xem xét kết hợp với giải pháp chống thấm khác để đảm bảo điều kiện kinh tế Ứng dụng tính toán cho dự án cải tạo nâng cấp hồ Chánh Hùng: so sánh chi tiết phương án sân phủ chống thấm sân phủ đất đắp đập (phương án A) sân phương màng HDPE (phương án B) kết tính toán xác định Ls1=50m (phương án A) Ls2=30m (phương án B) So sánh kinh tế cho thấy phương án B cho giá thành rẻ hơn, kiến nghị lựa chọn phương án B làm phương án xây dựng Ngoài kết tính toán Ls cho phương án B phù hợp với trị số Ls2 nghiên cứu tổng chương 81 II Một số điểm tồn Luận văn nghiên cứu cho phạm vi định thông số chiều cao đập, chiều dày tầng thấm, hệ số thấm thân đập Để có kết luận tổng quát hơn, cần tiếp tục nghiên cứu cho phạm vi rộng giá trị đại lượng Luận văn tập trung nghiên cứu toán thấm mà chưa đề cập đến toán ổn định, ứng suất, biến dạng tồn môi trường thấm dị hướng ảnh hưởng thấm dị hướng đến an toàn, ổn định đập đất III Hướng tiếp tục nghiên cứu Tính toán cho nhiều công trình với điều kiện khác địa hình, địa chất, qui mô đưa số giải pháp thay vật liệu đất đắp chống thấm bê tông v.v để khái quát hóa phạm vi áp dụng; từ làm sở cho việc ứng dụng toán thiết kế sửa chữa đập đất cũ thuộc khu vực duyên hải Nam Trung Bộ 82 TÀI LIỆU THAM KHẢO I Tiếng Việt Lê Xuân Chiến (2013), đề tài “nghiên cứu giải pháp xử lý đập đất hồ Duồng tỉnh Bắc Giang ", Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật, Trường ĐHTL Hà Nội Đỗ Văn Đệ (chủ biên) Nguyễn Quốc Tới, Vũ Minh Tuấn, Nguyễn Sỹ Han, Nguyễn Khắc Nam, Hoàng Văn Thắng (2010), Phần mềm SEEP/W ứng dụng vào tính toán thấm cho công trình thủy ngầm, Nhà xuất xây dựng, Hà Nội Phan Thanh Hùng (2002), đề tài “nghiên cứu ứng dụng thảm sét địa kỹ thuật để chống thấm đập đất tỉnh Nam Trung Bộ Đông Nam Bộ", Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật, Trường ĐHTL Hà Nội Phan Sỹ Kỳ (2002), Sự cố số công trình Thủy lợi Việt Nam biện pháp phòng tránh, Nhà xuất nông nghiệp, Hà Nội Bùi Thị Lương (2013), đề tài “nghiên cứu giải pháp xử lý đập đất đầm nén hồ chứa nước Mỹ Lâm - Phú Yên ", Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật, Trường ĐHTL Hà Nội Nguyễn Cảnh Thái (2009), Nghiên cứu hệ số thấm tường hào đất – Bentonite, Tạp chí Địa kỹ thuật số năm 2009 Nguyễn Cảnh Thái (2004), Bài giảng cao học “Thiết kế đập vật liệu đại phương”, Trường Đại học Thủy lợi Nguyễn Xuân Trường (1975), Thiết kế đập đất, Nxb Khoa học kỹ thuật Bộ môn thủy công (2004), Đồ án môn học thủy công, Trường Đại học Thủy lợi, Nhà xuất Xây dựng, Hà Nội 10 Tài liệu công ty TNHH TVXDTH Hoàng Lê, Bình Định 83 II Các trang web: 11 Bộ NN&PTNN (2014), Hội thảo đảm bảo An toàn hồ đập, thực trạng, thách thức giải pháp, Hà Nội (http://www.cpo.vn/hoi-thao-dam-bao-an-toan-ho-dap-thuc-trangthach-thuc-va-giai-phap_pr70_gp120_id2319.aspx) 12 Đặc trưng kỹ thuật phương pháp xác định tính chất lý màng chống thấm phục vụ xây dựng công trình thuỷ lợi, Tạp chí Nông nghiệp Phát triển nông thôn, số 1710/2007, (http://www.xaydung.gov.vn/vi/web/guest/trang-chi-tiet/-/tin-chitiet/Z2jG/86/21057/dac-trung-ky-thuat-va-phuong-phap-xac-dinh-cac-tinh-chat-co-lycua-mang-chong-tham-phuc-vu-xay-dung-cong-trinh-thuy-loi.html) 13 Hoàng Xuân Hồng (2009), Một số cố công trình thủy lợi xảy thời gian qua, Hội đập lớn PT nguồn nước Việt Nam, (http://www.vncold.vn/Web/Content.aspx?distid=2156) 14 Nguyên Khoa - Nguyễn Hưng (2010), Vỡ đập thủy thủy lợi, Báo VnExpress.net, (http://www.tin247.com/vo_dap_thuy_loi_hang_ngan_dan_so_tan_tranh_lu-121663967.html) 15 Cao Nam – Duy Tuấn – Việt Hùng (2012), Nghệ An vỡ đập thủy thủy lợi, Báo Vietnamnetnet,(http://www.tin247.com/vo_dap_thuy_loi_hang_ngan_dan_so_tan_tran h_lu-1-21663967.html) 16 Hồng Sơn – Ngọc Linh (2013), Vỡ đập Thủy điện Ia krel 2, Gia Lai, Báo Người lao động,(http://news.go.vn/xa-hoi/tin-1361788/gia-lai-vo-dap-thuy-dien-ia-krel-2-gayngap-10-km.htm) 84 ... ổn định thấm xói ngầm, hạn chế lưu lượng thấm nước Nội dung luận văn tập trung Nghiên cứu ứng dụng màng HDPE để chống thấm cho đập đất đắp có tầng thấm dày ứng dụng cho đập Chánh Hùng, tỉnh Bình. .. trí ứng dụng màng HDPE để chống thấm cho đập đất có tầng thấm dày Lập các biểu đồ tổng quát xác định chiều dài màng HDPE theo thông số khác nhau: chiều cao đập, hệ số thấm nền, chiều dày tầng thấm ... Nghiên cứu giải pháp chống thấm HDPE cho đập Chánh Hùng, tỉnh Bình Định Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Các giải pháp chống thấm cho đập đất đắp thấm dày (đập xây dựng mới, sửa