Nghiên cứu đề xuất giải pháp sửa chữa đập đất hồ chứa nước Phú Vinh, Quảng Bình

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ TRẦN MẠNH CHUNG NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP SỬA CHỮA ĐẬP ĐẤT HỒ CHỨA NƯỚC PHÚ VINH, TỈNH QUẢNG BÌNH Chun ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình thủy Mã số: 60.58.02.02 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH THỦY Đà Nẵng – Năm 2018 Cơng trình hồn thành TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Người hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN VĂN HƯỚNG Phản biện 1: TS HOÀNG NGỌC TUẤN Phản biện 2: TS VŨ HUY CÔNG Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật xây dựng cơng trình thủy họp Trường Đại học Bách khoa vào ngày 11 tháng 11 năm 2018 Có thể tìm hiểu luận văn tại: − Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng Trường Đại học Bách khoa −Thư viện Khoa Xây dựng Thủy Lợi – Thủy điện, Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Cơng trình đầu mối hồ chứa nước Phú Vinh nằm xã Thuận Đức, thành phố Đồng Hới, tỉnh Quảng Bình Đập đập đất đồng chất xây dựng từ năm 1992 Hồ chứa nằm phía tây TP Đồng Hới, cách trung tâm thành phố khoảng km phía Tây Bắc Vị trí địa lý đập đầu mối nằm 17006' Vĩ độ Bắc, 106017' Kinh độ đông Hồ chứa nước Phú Vinh cơng trình hồ chứa nước lớn tỉnh Quảng Bình Với tình hình biến đổi khí hậu ngày khắc, thêm nhu cầu sử dụng nước ngày tăng Mặt khác, cơng trình xây dựng lâu, qua thời gian sử dụng số hạng mục (đập đất, tràn xả lũ, tháp cống lấy nước, đường quản lý…) có dấu hiệu xuống cấp Đập có Hiện tượng thấm qua thân đập xuất vùng lòng sơng cũ Đường bão hòa xuất mái, cao đỉnh đống đá tiêu nước Trong điều kiện bình thường, thấm chưa gây xói ngầm thân đập Tuy nhiên gặp lũ lớn, mức nước hồ dâng cao, tiềm ẩn nguy xói ngầm thân đập đất Tại vị trí Hai bên mang cống có dòng thấm làm ướt phần mái hạ lưu đập Ngoài ra, lớp đá chit mạch bảo vệ mái thượng lưu từ cao độ 18,0m đến 19,5m bị sóng mạnh gây sạt lở, lún sụt cục Nguy sạt trượt thân đập mùa mưa bão đến lớn, có nguy an tồn đập Do đó, việc nghiên cứu, phân tích xác định nguyên nhân đề xuất giải pháp xử lý thấm, đảm bảo an toàn cho việc vận hành đập đất hồ chứa nước Phú Vinh cần thiết tình hình Mục đích nhiệm vụ nghiên cứu Đánh giá tổng thể trạng đập đất hồ chứa nước Phú Vinh, nghiên cứu nguyên nhân thấm, ổn định đề xuất giải pháp sửa chữa đập Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Hồ chứa nước Phú Vinh - Phạm vi nghiên cứu: Đập đất hồ chứa nước Phú Vinh Phương pháp nghiên cứu - Khảo sát thực tế trường, thu thập phân tích tài liệu có kết hợp với nghiên cứu phương pháp kỹ thuật mới, đề xuất giải pháp kỹ thuật phù hợp - Ứng dụng phần mềm SEEP/W SLOPE/W tính thấm ổn định cho cho mặt cắt đại diện Ý nghĩa khoa học thực tiễn Đề tài có ý nghĩa thực tiễn, kết nghiên cứu sở có tính khoa học để chọn giải pháp sửa chữa cho đập đất hồ chứa nước Phú Vinh CHƯƠNG - ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG THẤM VÀ ỔN ĐỊNH ĐẬP PHÚ VINH 1.1 GIỚI THIỆU VỀ HỒ CHỨA NƯỚC PHÚ VINH 1.1.1 Vị trí cơng trình Cơng trình đầu mối hồ chứa nước Phú Vinh nằm xã Thuận Đức, thành phố Đồng Hới, tỉnh Quảng Bình Cơng trình xây dựng từ năm 1992 hoàn thành vào năm 1994 Hồ chứa nằm phía tây TP Đồng Hới, cách trung tâm thành phố khoảng km phía Tây Bắc Vị trí địa lý đập đầu mối nằm 17006' Vĩ độ Bắc, 106017' Kinh độ đơng 1.1.2 Nhiệm vụ cơng trình Tăng cường bảo vệ đảm bảo an toàn đập quản lý vận hành, ngăn chặn lũ đồng thời cắt lũ giảm nhẹ ngập lụt hạ du (Thành phố Đồng Hới) Vùng hạ lưu đập vùng dân cư tập trung đông đúc, hạn chế thiệt hại người cải lũ gây cơng trình phải đảm bảo cung cấp đủ nước tưới cho 510,9 vụ đơng Xn, 929,1 vụ hè thu Ngồi ra, cơng trình phải đáp ứng nhu cầu dùng nước sinh hoạt cho người dân ngành nghề sản xuất khác khu vực 1.1.2 Các thông số kỹ thuật chủ yếu hồ chứa Các thông số kỹ thuật hồ chứa cấp cơng trình (theo TCVN 5060-90) thể Bảng Bảng Các thơng số kỹ thuật cấp cơng trình TT Thơng số Đơn vị Hiện trạng Thông tin chung 1.1 Cấp cơng trình cấp III 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 1.10 1.11 2.1 2.2 Tần suất bảo đảm tưới Tần suất lũ thiết kế Lưu lượng đỉnh lũ thiết kế Q1% Tổng lượng lũ thiết kế W1.% Mực nước chết Mực nước dâng bình thường Mực nước dâng gia cường Dung tích chết Vc Dung tích hữu ích Vhd Dung tích tồn Đập Kết cấu đập Cao trình đỉnh đập % % m3/s 106 m3 m m m 106m3 106m3 106m3 75 1,0 840,0 15,56 +13,5 +22,0 +23,1 3,2 19,164 23,364 m Đập đất +24,2 2.3 Cao trình đỉnh tường chắn sóng m +25,2 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 Chiều cao đập lớn Chiều dài đỉnh đập Chiều rộng đỉnh đập Hệ số mái thượng lưu Hệ số mái hạ lưu m m m 27,6 1.776 3,5 3,25 Đơn vị Hiện trạng m3/s m m m m % m Vai trái đập đất Tràn có cửa Máng phun 380 +17,0 6,1 18,0 60 7,0 2,0 m3/s Vai trái đập đất Tràn đỉnh rộng thiên nhiên 51,0 Cao độ ngưỡng tràn m +23,00 4.5 4.6 5.1 5.2 5.3 5.4 Cột nước tràn Khẩu độ tràn Cống lấy nước Vị trí Kiểu cống Lưu lượng thiết kế Qtk Khẩu độ BxH m m 0,1 100 m3/s m Phía tả đập ngầm khơng áp 2,5 1,2x1,6 5.5 Máy vận hành Loại VD20 5.6 5.7 5.8 Chiều dài Độ dốc Cao trình đáy cống m % m 67,6 0,4 11,0 TT 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 3.10 4.1 Thông số Tràn xả lũ Vị trí Loại tràn Hình thức tiêu Lưu lượng xả lũ thiết kế Q1% Cao độ ngưỡng tràn Cột nước tràn Khẩu độ tràn Chiều dài dốc nước Độ dốc dốc nước Chiều dài máng phun Tràn cố Vị trí 4.2 Hình thức tràn 4.3 Lưu lượng xả lũ thiết kế Q1% 4.4 1.2 ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG CƠNG TRÌNH HỒ CHỨA NƯỚC PHÚ VINH a Bồi lắng hồ chứa Hồ Phú Vinh đưa vào vận hành khai thác từ lâu nên tượng bồi lắng hồ tránh khỏi Qua trình vận hành theo dõi, cho thấy tượng bồi lắng năm gần có xu hướng gia tăng, diện tích rừng đầu nguồn bị giảm b Đập đất Đập đất đồng chất, mái thượng lưu đập gia cố đá lát khan chít mạch xuống cấp Mái thượng lưu đập bị lún nhiều đoạn, hệ thống bảo vệ mái hiệu Ở mái hạ lưu trồng cỏ bảo vệ, rãnh thoát nước đá xây hạ lưu xuống cấp, hư hỏng nhiều đoạn không phát huy hiệu nước mái, có vài vị trí mái hạ lưu bị sạt lở cục phạm vi từ cọc 46 đến cọc 69 có tượng xuất dòng thấm lộ mái cao đỉnh đống đá tiêu nước vài vị trí cục từ Cọc 32 đến cọc 34 từ cọc 52 đến cọc 60; ra, phạm vi từ 52 đến cọc 60 thường xuyên có tượng sủi mạch mạnh chân đống đá tiêu nước tạo vùng sình lầy lớn phía sau hạ lưu đập 1.3 TÍNH ỔN ĐỊNH HIỆN TRẠNG ĐẬP PHÚ VINH 1.3.1 Mặt cắt trường hợp tính tốn - Mặt cắt tính tốn: Đập đất Phú Vinh đập đất đồng chất, Tác giả chọn mặt cắt MC57 (cao nhất) làm mặt cắt tính tốn - Các trường hợp tính toán: + Trường hợp (cơ bản): Thượng lưu mực nước dâng bình thường (MNDBT) +22,0, hạ lưu mực nước trung bình thời kỳ cấp nước (6,5m) + Trường hợp (cơ bản): Thượng lưu mực nước lũ thiết kế (MNLTK) +23,1m, hạ lưu mực nước lớn +8,9 m + Trường hợp (đặc biệt): Thượng lưu MNDBT +22,0 , hạ lưu mực nước trung bình thời kỳ cấp nước hhl = 6.5 m, phận tiêu nước làm việc khơng bình thường (tắc lọc) + Trường hợp (đặc biệt): Ở thượng lưu MNLTK rút xuống đến MNDBT Mực nước hạ lưu hhl=8,9m 1.3.2 Tính tốn độ bền thấm, ổn định - Tính tốn kiểm tra độ bền thấm, ổn định theo chương trình máy tính Geo-Studio 2007, sử dụng modul Seep/W, Geo-Slope/W để tính tốn cho dòng thấm đới bão hồ đới khơng bão hồ 1.3.3 Tính chất lý Tác giả thu thập số liệu địa chất cơng trình từ đơn vị tư vấn thiết kế: Công ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng Thủy lợi Quảng Bình Tính chất lý đất đất đắp Gốc ma Hệ số Lực Dung trọng Tên Độ ẩm sát thấm Dính TC lớp W Khơ k Ướtw tc tc k C TC đất % T/m3 T/m3 cm/s KG/cm Độ 2a 19,9 2,03 1,69 0,253 13o47' 1,96.10-4 3a 3b 16,1 20,6 18,3 1,84 2,00 1,99 1,58 1,66 1,68 0,010 0,243 0,351 38o0' 14o47' 15o26' 5,00.10-2 8,25.10-5 2,18.10-5 0,152 30o0' 3,96.10-5 1b 2,03 Mặt cắt ngang trạng đập Phú Vinh 1.3.4 Kết tính tốn trạng 1.3.4.1 Kết tính tốn độ bền thấm - Tổng hợp kết tính thấm: Kết tính thấm đập trạng Mực nước Mực Trường hợp tính q thấm thượng nước hạ J max tốn (m3/s/m) lưu (m) lưu (m) Trường hợp 22,0 6,5 9,31x10-6 0,90 -5 Trường hợp 23,1 8,9 1,005x10 0,85 [J] Ghi 0,85 0,85 Trường hợp 22,0 6,5 5,79x10-6 0,30 0,85 Trường hợp 23,1 -:22,0 8,9 8,57x10-6 0.85 0,85 Đường bão hòa cao đống đá tiêu nước - Đánh giá kết tính thấm: Từ kết tính tốn trên, ta nhận thấy rằng: + Trong trường hợp đường bão hòa bị nâng cao cao đống đá tiêu nước, vấn đề khơng phép thiết kế đập đất Do đó, cần có giải pháp chống thấm nhằm hạ thấp đường bão hoà, ngăn ngừa biến dạng thấm đồng thời nâng cao ổn định cho mái hạ lưu đập Kết tính tốn phù hợp với trạng đập 1.3.4.2 Kết tính tốn ổn định Tổng hợp kết tính tốn sau: Kết tính ổn định đập trạng Mực nước Mực Mái Trường hợp thượng lưu nước hạ tính ổn Kmin [K] tính tốn (m) lưu (m) định Trường hợp 22,0 6,5 hạ lưu 1.,441 1,30 Trường hợp 23,1 8,9 hạ lưu 1,348 1,30 Trường hợp 22,0 6,5 hạ lưu 1,230 1,10 Trường hợp 23,1 -:-22,0 8,9 hạ lưu 2,615 1,10 - Đánh giá kết tính ổn định: + Từ kết tính tốn trên, hệ số ổn định tính tốn Kmin mái đập hạ lưu lớn giá trị [K] (Bảng 7, TCVN 8216:2009[11]); đảm bảo ổn định cho mái đập đất Qua phân tích đánh giá trạng kết tính tốn độ bền thấm ổn định đập Phú Vinh, thấy đập có tượng thấm, mái thượng, hạ lưu bị lún sạt lỡ nhiều vị trí Có nhiều dấu hiệu ổn định sau nhiều năm sử dụng Ngoài ra, tiêu áp dụng thiết kế đập Phú Vinh thấp, nên khả điều tiết, cắt lũ cho hạ du chưa đáp ứng u cầu tình hình đổi khí hậu ngày phức tạp Do đó, việc sữa chữa, nâng cấp đập, đảm bảo an toàn ổn định vấn đề cấp thiết 1.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG Đánh giá trạng đập Phú Vinh cấp thiết cho cơng trình Từ thực trạng cơng trình làm sáng tỏ nguyên nhân ảnh hưởng đến vấn đề ổn định an toàn Đập cần thiết phải đề xuất giải pháp kỹ thuật tối ưu để xử lý chống thấm ổn định lâu dài cho cơng trình hồ chứa Phú Vinh 10 Đất đá có thành phần hạt khơng đồng thường có tính thấm nước lớn đất đá có thành phần hạt đồng nhất, có mặt nhóm hạt sét làm cho tính thấm cát giảm Cấu trúc đất ảnh hưởng đến tính thấm Cấu tạo lớp, dải, gơnai…làm cho tính thấm đất đá không đẳng hướng Khả thấm nước lớn theo phương song song với mặt lớp, phương kéo dài dải Sự có mặt lớp kẹp khơng thấm nước có tính dị hướng rõ rệt 2.2 CÁC TÁC NHÂN GÂY MẤT AN TOÀN ĐẬP ĐẤT 2.2.1 Các tác nhân gây an tồn cơng trình đầu mối: - Các yếu tố cơng trình: + Thấm qua nền, vai đập thân đập gây xói ngầm sạt trượt mái hạ lưu; Thấm hai bên mang cống + Tràn không đủ lực xả lũ + Thiết bị đóng mở cửa tràn bị cố, chí bị cố an tồn cửa van + Sóng lớn gió bão làm sạt trượt mái thượng lưu + Khơng có số liệu quan trắc q trình quản lý vận hành để phân tích đánh giá + Tổ mối các hang hốc không phát xử lý kịp thời + Trong tác nhân lũ thấm hai tác nhân thường trực gây an tồn, đồng thời cơng tác xử lý khó khăn tốn - Các yếu tố quản lý: + Công tác quản lý vận hành chưa quan tâm mức (thậm chí hồ nhỏ khơng có người quản lý vận hành) + Về thể chế: có Nghị định số 72/NĐ-CP ngày 7/5/2007 ‘Quản lý an toàn đập’ chưa có quy định khác đồng để thực chưa có chế tài bắt buộc nên thực chất năm vừa qua chưa triển khai công việcnày + Công tác quản lý nhà nước xây dựng địa phương yếu, đặc biệt cơng trình khơng sử dung nguồn 11 vốn nhà nước - Các yếu tố tự nhiên: Chế độ thủy văn, dòng chảy thay đổi phức tạp không tuân theo quy luật thông thường Ngày xuất nhiều trận mưa có cường độ lớn làm thay đổi đường trình lũ bất lợi cho cơng trình 2.2.2 Sự cố cơng trình thường gặp dòng thấm gây đập đất: Đối với đập đất, dòng thấm gây ảnh hưởng bất lợi sau: - Sạt, trượt mái đập (thượng hạ lưu) đập; - Lún, sập cục mặt đập - Thấm mạnh trôi đất đập, phần tiếp giáp với hạ lưu đập - Thấm sủi bọt nước mái đập - Thấm sủi bọt nước vai đập - Thấm sủi bọt nước phần tiếp giáp đập mang cơng trình - Lún chênh lệch mức cho phép - Có tượng chuyển vị phía hạ lưu - Nứt thân đập: bao gồm tượng nứt ngang nứt dọc Vỡ đập: Đập bị phá hoại khơng có khả giữ nước - Làm nước từ hồ chứa - Gây áp lực lên phận cơng trình giới hạn miền thấm (bản đáy, tường chắn, ) 2.3 TÍNH TỐN THẤM QUA ĐẬP ĐẤT 2.3.1 Mục đích việc tính tốn thấm qua đập đất - Xác định lưu lượng thấm qua thân đập qua Trên sở tìm lượng nước tổn thất hồ thấm gây có biện pháp phòng chống thấm thích hợp - Xác định vị trí đường bão hồ, từ tìm áp lực thấm dùng tính tốn ổn định mái đập - Xác định građien thấm ( lưu tốc thấm ) dòng chảy 12 thân, đập, chỗ dòng thấm hạ lưu để kiểm tra tượng xói ngầm, chảy đất xác định kích thước cấu tạo tầng lọc ngược 2.3.3 Phương pháp nghiên cứu thấm qua đập a Nghiên cứu lý luận: Nghiên cứu lý luận sử dụng định luật thấm liên hệ lý thuyết để xác định đặc trưng dòng thấm Dùng lý luận để nghiên cứu thấm có hai phương pháp: học chất lỏng thủy lực học b Nghiên cứu thực nghiệm: Nghiên cứu thực nghiệm dùng mơ hình để xác định đặc trưng dòng thấm Phương pháp dùng loại mơ hình nghiên cứu sau: - Thí nghiệm máng kính: - Thí nghiệm khe hẹp - Phương pháp tương tự điện – thủy động ( ECDA) 2.3.4 Phương pháp phần tử hữu hạn Phương pháp phần tử hữu hạn phương pháp số đặc biệt có hiệu để giải toán biểu diễn phương trình đạo hàm riêng; miền tính tốn rời rạc hoá cách chia miền xét làm nhiều miền nhỏ đơn giản có hình dạng tuỳ ý gọi phần tử hữu hạn, phần tử gồm số điểm nút, hàm xấp xỉ tìm phần tử; phương pháp thích hợp với tốn có miền xác định phức tạp gồm nhiều vùng nhỏ có đặc trưng hình học, tính chất vật lý khác nhau, điều kiện biên khác 2.4 ỔN ĐỊNH ĐẬP ĐẤT 2.4.1 Tổng quan Khi đánh giá ổn định đập đất đá trước hết phải xét ổn định mái dốc thượng hạ lưu đập tác động lực tải trọng điều kiện vận hành khai thác bình thường trường hợp có lực tổ hợp lực đặc biệt tác động bất thường 2.4.2 Điều kiện làm việc đập đất Tính tốn thấm đập đất đá xét với trường hợp 13 sau: a Làm việc bình thường: - Thời kỳ thấm ổn định, ứng với mực nước hồ nằm phạm vi từ mực nước dâng bình thường (MNDBT) đến mực nước chết (MNC) - Hồ mực nước lớn thiết kế (MNLTK) có xét đến điều kiện rút nước nhanh phát sinh khai thác bình thường b Làm việc khơng bình thường: trường hợp sau: - Thời kỳ thi công - Hồ mực nước lớn kiểm tra (MNLKT) hình thành thấm ổn định - Mực nước hồ giảm nhanh từ MNLTK từ MNDBT xuống đến mực nước đảm bảo an toàn cho đầu mối hồ có nguy cố vỡ đập khơng thấp MNC - Các thiết bị tiêu nước thân đập làm việc không theo thiết kế (hư hỏng phần) MNDBT - Có động đất MNDBT [11] 2.4.3 Các trường hợp tính tốn ổn định mái đập Tính tốn ổn định mái đập phải bao gồm thời kỳ làm việc khác mái đập, thời kỳ thi công (kể hồn cơng), thời kỳ thấm ổn định, thời kỳ mực nước hồ rút nhanh làm việc bình thường gặp động đất 2.4.4 Cơ sở lý thuyết tính tốn ổn định mái dốc 2.4.4.1 Khái niệm Mái dốc khối đất có mặt giới hạn mặt dốc Mái dốc hình thành tác nhân tự nhiên (sườn núi, bờ sông v.v ) tác động nhân tạo (ví dụ: taluy đường đào, đắp, hố móng, thân đập đất, đê.v.v ) 2.4.4.2 Các phương pháp phân tích ổn định mái dốc a Hệ số ổn định (Fos) Cân mô men: Hệ số ổn định Fm xác định theo công thức: 𝑀 𝐹𝑚 = 𝑀𝑟 , 𝑑 Với: Mr tổng mô men chống trượt; 14 Md tổng mô men gây trượt Cân lực: thường áp dụng để phân tích mặt trượt tịnh tiến quay gồm mặt trượt phẳng đa giác Hệ số ổn định Ff đượcxác định theo công thức: 𝐹 𝐹𝑚 = 𝐹𝑟 𝑑 Với: Fr tổng lực chống trượt; Fd tổng lực gây trượt b Phương pháp cân giới hạn tổng quát c Phương pháp Ordinary hay Fellenius d Phương pháp Bishop đơn giản e Phương pháp Janbu f Phương pháp Spencer g Phương pháp Morgenstern-Price 2.5 TỔNG QUAN CÁC PHƯƠNG PHÁP CHỐNG THẤM 2.5.1 Yêu cầu chống thấm thân đập [11] a) Bộ phận chống thấm đập đất đầm nén có nhiệm vụ: - Hạ thấp đường bão hòa thân đập để nâng cao độ ổn định đập; - Giảm građient thấm thân đập vùng cửa ra, đề phòng tượng biến dạng đất tác dụng dòng thấm làm phát sinh thấm tập trung thân đập, đập - Giảm lưu lượng thấm qua thân đập, bờ vai đập nằm phạm vi cho phép 2.5.2 Phương án chống thấm thân, đập 2.5.2.1 Phương án chống thấm thân đập a Tường nghiêng bê tông cốt thép: b Tường nghiêng vật liệu hóa dẻo: 2.5.2.2 phương án chống thấm đập a Chống thấm khoan truyền thống b Sân phủ: c Tường hào xi măng- bentonit: 2.5.3 phương án chống thấm thân đập, giải pháp chống 15 thấm cọc xi măng đất (phương pháp Jet – Grouting) Công nghệ Jet grouting công nghệ trộn ximăng với đất chỗ sâu Trước tiên đưa cần khoan đến đáy cọc dự kiến dừng lại bắt đầu vữa bơm vữa ximăng thành tia đầu mũi khoan, vừa bơm vữa vừa xoay cần khoan rút lên Tia nước vữa phun với áp suất cao (200 - 400 atm), vận tốc lớn (>100 m/s) làm cho phần tử đất xung quanh lỗ khoan bị xói tơi ra, hòa trộn với vữa phụt, sau đơng cứng tạo thành cọc (cột) đồng Có cơng nghệ S, D T đời nhằm đạt mục tiêu tạo cọc có đường kính lớn chất lượng trộn đồng - Công nghệ đơn pha (Công nghệ S): - Công nghệ hai pha (Công nghệ D): - Công nghệ ba pha (Công nghệ T): 2.5.3.2 Dây chuyền thiết bị công nghệ Dây chuyền thiết bị công nghệ bao gồm: - Thiết bị khoan - Thiết bi bơm cao áp - Máy trộn vữa: - Thiết bị Phát điện 2.5.3.3 Công nghệ thi công cọc XM đất a Công nghệ trộn khô (Dry Mixing): Công nghệ sử dụng cần khoan có gắn cánh cắt đất, chúng cắt đất sau trộn đất với vữa xi măng bơm theo trục khoan b Công nghệ trộn ướt (Wet Mixing): 2.6 KẾT LUẬN CHƯƠNG Thấm qua thân cơng trình tượng ảnh hưởng lớn đến chất lượng cơng trình sau Hiện tượng có khả gây nên cố vỡ đập làm thiệt hại lớn tính mạng người an ninh kinh tế Với nguy tiềm ẩn đó, Biện pháp chống thấm quan trọng việc đảm bảo hồ chứa làm việc ổn định Dựa biện pháp chống thấm truyền thống, ngày với phát triển không ngừng khoa học công nghệ vật liệu chống thấm cho đập đất Chúng ta cần nghiên cứu, phân tích, so sánh biện 16 pháp chống thấm cơng trình để lựa chọn phương án đảm bảo yêu cầu kỹ thuật kinh tế CHƯƠNG - GIẢI PHÁP SỬA CHỮA CHO ĐẬP PHÚ VINH 3.1 ĐỀ XUẤT CÁC PHƯƠNG PHÁP CHỐNG THẤM ĐẬP PHÚ VINH 3.1.1 Cơ sở đề xuất giải pháp sửa chữa Hồ chứa nước Phú Vinh được thiết kế từ năm đầu thập kỷ 90, áp dụng theo tiêu chuẩn cũ TCVN 5060 - 90 đảm bảo tưới 75%, tần suất lũ thiết kế 1%, khơng có lũ kiểm tra So với tiêu chuẩn thiết kế ban hành QCVN 04-05: 2012, tiêu chuẩn thiết kế đập khơng phù hợp khơng an tồn cấp nước điều tiết lũ, khơng đảm bảo an tồn tình hình diễn biến biến đổi khí hậu phức tạp giai đoạn 3.1.2 Yêu cầu kỹ thuật sau sửa chữa hồ chứa nước Phú Vinh - Đỉnh đập: Nâng cao trình đỉnh đập mở rộng đỉnh đập để phù hợp với nhu cầu dùng cấp nước nay; tính tốn cao trình đỉnh đập theo QCVN 04-05:2012/BNNPTNT - Mái thượng lưu: Hệ số mái giữ nguyên thiết kế ban đầu m = 3,5, gia cố mái thượng lưu; phạm vi từ cao trình đỉnh đập đến cao trình +21,03m, bóc bỏ đá lát khan, gia cố BTCT M200 kích thước (4,6x4,6x0,15)m có lỗ nước D 40mm, lót sạn sỏi dày 10cm vải địa kỹ thuật Phạm vi từ cao trình +21,03m trở xuống đến cao trình +16,0m gia cố đá lát khung vây BTCT M200 kích thước khung vây (5,70x5,70)m, kích thước dầm (20x30)cm, dầm khố đỉnh, chân mái đá kích thước (20x30)cm có mố chân khay (30x30)cm cách 5,9m/1mố, đá lát khan dày 30cm, lót sạn sỏi dày 10cm vải địa kỹ thuật Chân đập từ cao trình +16,0m trở xuống đắp đá xây - Mái đập hạ lưu: Hệ số mái giữ nguyên thiết kế ban đầu, phạm vi từ cọc đến cọc 62 mái hạ lưu đào giật cấp, đắp đất áp trúc đầm chặt  ≥ 1,86T/m3, đắp đất màu dày 10cm trồng cỏ bố trí rãnh nước mắt cáo sạn sỏi so với tim đập 450 cm, kích 17 thước rảnh (20x15)cm, cách 5m bố trí rảnh Tại cao trình +10,0m trở xuống bố trí vật nước lăng thể đá hộc, rộng B=2,0m - Vật thoát nước thân đập: để đảm bảo tiêu thoát nước thân đập với tình đảm bảo đường bão hòa khơng mái, tăng cường độ ổn định cho chân đập phía hạ lưu, thiết kế đống đá tiêu nước kết hợp với áp mái - Phương án xử lý chống thấm đập chính: Dùng phương án chống thấm phù hợp cho thân đập, phạm vi từ cọc 52 đến cọc 60 phạm vi từ cọc 32 đến cọc 36, đảm bảo ổn định cơng trình 3.1.3.Nâng cao đỉnh đập a Xác định cấp cơng trình: Cơng trình cấp II b Số liệu tiêu thiết kế Từ cấp công trình, xác định tiêu thiết kế dòng chảy sau: - Tần suất lũ thiết kế: P = 1,0% - Tần suất lũ kiểm tra: P = 0,2% - Tần suất lũ cực hạn: P = 0,01% c Điều tiết hồ chứa: Tác giả tận dụng kết tính tốn cơng ty CP TV XD Thủy lợi Quảng Bình Theo tính tốn cân nước phần I – Phụ lục tính tốn điều tiết MNDBT xác định cao trình +22,0 m MNDBT = 21,8m; chọn MNDBT = +22,0m, dung tích hiệu dụng VH = 22,364 * 106 m3; Vc = 3,2 * 106 m3, ứng với cao độ MNC: +13,5m d Điều tiết lũ: Chọn cao trình đỉnh đập : +25,8 m Trong : + Cao trình đỉnh đập đất : +25,0m + Cao trình đỉnh tường chắn sóng : +25,8m 3.1.4 Đề xuất phương án chống thấm - Phương án 1: Khoan xi măng- sét chống thấm cho 18 thân đập - Phương án 2: chống thấm cọc xi măng đất (phương pháp Jet - Grouting), chống thấm thân đập, đập 3.1.3.1 Phương án 1: Khoan xi-măng sét chống thấm cho thân đập Phạm vi thi công hai bên mang tràn, L=150m (cọc 54-:-cọc 60) phạm vi cống, L=60m (cọc 32-:-cọc 36) Khoan chống thấm xi măng sét với kt = 2,2.10-7 m/s, chiều sâu lỗ khoan phụ thuộc vào mặt cắt địa chất nhằm đảm bảo yêu cầu đến lớp đất tốt (+10,5) Khoan hàng (song song, bố trí so le), khoảng cách hàng 2,0m, khoảng cách lỗ khoan 2,0m 14 Chiều dày màng thấm: 𝑇 = 3.5 = (m) 3.1.3.2 Phương án 2: chống thấm cọc xi măng đất (phương pháp Jet- Grouting), chống thấm thân đập, đập Thi công dãy cọc xi măng đất tim đập phạm vi từ cọc 32-:-cọc 36 phạm vi từ cọc 52-:-cọc 60 Xác định chiều dày tường lõi lựa chọn số hàng cần khoan Chọn vị trí thi cơng tim đập, Hđập > 10m, tác giả chọn phương án hàng cọc D60, tạo chiều dày tường chống thấm hiệu dụng t=0.8m, chiều dài cọc XM đất L = 28m (khoan vào lớp địa chất 1b với chiều sâu 1m 3.2 TÍNH TỐN KIỂM TRA THẤM VÀ ỔN ĐỊNH CỦA ĐẬP SAU KHI ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP CHỐNG THẤM BẰNG CÁC PHƯƠNG PHÁP NÊU TRÊN 3.2.1 Tính thấm ổn định theo phương án Mặt cắt trường hợp tính tốn độ bền thấm ổn định mái đập phần 1.3.1 luận văn 3.2.1.1 Tính tốn độ bền thấm a.Trường hợp ( bản): Thượng lưu MNDBT (+22m), hạ lưu mực nước trung bình thời kỳ cấp nước +6,5m 19 Kết tính thấm, tổ hợp bản, MNTL = 22,0 m, HL = 6,5 m b Trường hợp ( bản): Thượng lưu MNLTK (+23,49m), hạ lưu mực nước lớn +8,9 m c.Trường hợp (đặc biệt): Thượng lưu MNDBT, hạ lưu mực nước trung bình thời kỳ cấp nước hhl = +6.5 m , phận tiêu nước làm việc khơng bình thường (tắc lọc) d.Trường hợp (đặc biệt): Ở thượng lưu MNLTK rút xuống đến MNDBT Mực nước hạ lưu hhl=+8,9m e.Trường hợp (đặc biệt): Ở thượng lưu MNDBT Mực nước hạ lưu hhl= +6.5m, xét đến động đất Tổng hợp trường hợp tính tốn: Kết tính thấm đập theo phương án Mực nước Mực nước Tổ hợp tính q thấm thượng lưu hạ lưu J max toán (m3/s/m) (m) (m) Trường hợp 22,0 6,5 6,77.10-6 -6 [J]cp 0,65 0,75 0,70 0,75 Trường hợp 23,49 8,9 7,744.10 Trường hợp 22,0 6,5 5,59.10-6 0,60 0,75 Trường hợp 23,49 -:-22,0 8,9 7,32.10-6 0,60 0,75 Trường hợp 22 6.5 6.54.10-6 0.75 0,75 3.2.1.2 Tính tốn ổn định 20 a.Trường hợp 1( bản): Thượng lưu MNDBT (+22m), hạ lưu mực nước trung bình thời kỳ cấp nước (+6,5m) b Trường hợp (cơ bản): Thượng lưu MNLTK (+23,49m), hạ lưu mực nước lớn +8,9 m c.Trường hợp (đặc biệt): Thượng lưu MNDBT, hạ lưu mực nước trung bình thời kỳ cấp nước hhl = 6.5 m , phận tiêu nước làm việc khơng bình thường (tắc lọc) d.Trường hợp (đặc biệt): Ở thượng lưu mực nước lũ thiết kế rút xuống đến MNDBT Mực nước hạ lưu hhl=8,9m e.Trường hợp (đặc biệt): Ở thượng lưu MNDBT +22,0 Mực nước hạ lưu hhl =+6.5m, xét đến động đất .Kết tính ổn định, tổ hợp đặc biệt, MNTL =22,0 m, HL = 6,5 m (động đất) Bảng Tổng hợp trường hợp tính tốn Mực nước Mực Trường hợp Mái tính thượng nước hạ Kmin [K]CP Tính toán ổn định lưu (m) lưu (m) Trường hợp 22,0 6,5 hạ lưu 1.703 1,35 Trường hợp 23,49 8,9 hạ lưu 1,631 1,35 Trường hợp 22,0 6,5 hạ lưu 1,594 1,15 23,49 -:Thượng Trường hợp 8,9 2,809 1,15 22,0 lưu Trường hợp 22 6.5 hạ lưu 1.531 1,15 3.2.2 Tính thấm ổn định theo phương án 21 3.2.2.1 Tính tốn thấm Trường hợp tính tốn (3.2.1.1 Tính tốn độ bền thấm) Kết tính thấm, tổ hợp đặc biệt, MNTL =22,0 m, HL = 6,5 m (động đất) Tổng hợp trường hợp tính tốn: Kết tính thấm đập theo phương án Mực nước Mực Trường hợp tính q thấm thượng lưu nước hạ J max toán (m3/s/m) (m) lưu (m) Trường hợp 22,0 6,5 2,30.10-6 0,25 -6 Trường hợp 23,49 8,9 4,60.10 0,55 -6 Trường hợp 22,0 6,5 4,34.10 0,65 -6 Trường hợp 23,49 -:-22,0 8,9 4,42.10 0,5 -6 Trường hợp 22 6.5 4.30.10 0.5 3.3.2.4 Tính tốn ổn định Trường hợp tính tốn (3.2.1.2 Tính tốn ổn định) Kết tính ổn định, tổ hợp đặc biệt, MNTL =22,0 m, HL = 6,5 m (động đất) [J]cp 0,75 0,75 0,75 0,75 0,75 22 Tổng hợp kết tính tốn ổn định ta có bảng sau: Kết tính ổn định phương án Trường hợp tính tốn Trường hợp Trường hợp Trường hợp Trường hợp Trường hợp Mực nước thượng lưu (m) 22,0 23,49 22,0 23,49 -:22,0 22 Mực nước hạ lưu (m) 6,5 8,9 6,5 8,9 6.5 Mái tính ổn định hạ lưu hạ lưu hạ lưu Thượng lưu hạ lưu Kmin [K]CP 1.741 1,724 1,814 1,35 1,35 1,15 2,609 1,15 1,532 1,15 3.2.3 Phân tích kết quả, đánh giá lựa chọn phương án So sánh hiệu phương án phương án Lựa chọn phương án a So sánh tính hiệu quả, chất lượng hai phương án Hiệu chống thấm các phương án PA Trường hợp tính tốn Lưu lượng đơn vị (m3/s/m) Trường hợp Trường hợp Trường hợp3 Trường 6,77.106 7,74.106 5,59.106 7,32.10- PA So sánh với trạng (%) Hệ số ổn định mái Lưu lượng đơn vị (m3/s/m) Hệ số ổn định mái Thấm ổn định Thấm ổn định 1.703 2,30.10-6 1.741 -27.28 +18.18 -75.30 +20.82 1,631 4,60.10-6 1,724 -22.99 +20.99 -54.23 +27.89 1,594 4,34.10-6 1,814 -3.45 +29.59 -25.04 +47.48 2,809 4,42.10-6 2,609 -14.59 +7.42 -48.42 +0.23 PA PA 23 hợp Trường hợp 6.54.106 1.497 4.30.10-6 1,532 Kết rằng: hai phương án có hiệu giảm lưu lượng thấm qua đập đồng thời tăng hệ số ổn định cho mái hạ lưu, thượng lưu đập Tuy nhiên phương án chống thấm hiệu phương án rõ rệt b So sánh giải pháp kinh tế phương án chọn Dự tốn thi cơng phương án 1, phương án Phương án Đơn vị Hạng mục TT Khoan lỗ phun XM, kiểm tra đập, màng chống thấm Phụt thi công dung dịch sét + xi măng vào thân đập Khối lượng Đơn giá Thành tiền m 2807.63 1187644 3.334.464 924 kg 383775.0 3132 1.201.983 300 4.536.448 224 Tổng Phương án Hạng mục Khoan tạo lỗ, định vị Phôt vữa Xi măng đất máy cao áp (JetGrouting); D