Nghiên cứu giải pháp đảm bảo an toàn cho công trình đập tràn tháo lũ Nam Thạch Hãn, tỉnh Quảng Trị

1 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ PHẠM HỒNG LỢI NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP ĐẢM BẢO AN TỒN CHO CƠNG TRÌNH ĐẬP TRÀN THÁO LŨ NAM THẠCH HÃN, TỈNH QUẢNG TRỊ Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình thủy Mã số: 60.58.02.02 TĨM 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 HOÀNG NGỌC TUẤN Phản biện 1: TS NGUYỄN VĂN HƯỚNG Phản biện 2: TS KIỀU XUÂN TUYỂN Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật xây dựng công trình thủy họp Trường Đại học Bách khoa vào ngày 10 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 Trong suốt trình vận hành khai thác, nhiều lần đầu tư sửa chữa, nâng cấp cơng trình tiềm ẩn nhiều rủi ro, nguy an toàn lớn Trong đợt mưa lũ từ ngày 13 đến ngày 17/10/2017, nước qua tràn xả lũ Nam Thạch Hãn làm phá vỡ phần kết cấu sân tiêu phía bờ Nam với diện tích gần 1000 m2, chiều sâu trung bình 2m, chỗ sâu 3,5m, nhiều vị trí khác phần bê tơng mặt tràn bị phồng rộp lún sập; phần cát sỏi khoan xử lý đá bị trơi, phía bê tơng tạo nhiều hang rỗng; phần xử lý tiếp giáp với lòng sơng, kết cấu đá xây bị sập, nhiều chổ bị xói rỗng vào sân sau tràn Việc nghiên cứu giải pháp đảm bảo an tồn cho cơng trình đập tràn tháo lũ Nam Thạch Hãn, tỉnh Quảng Trị cần thiết cấp bách Mục tiêu đề tài Mục tiêu đề tài phân tích, xác định ngun nhân gây an tồn cơng trình đập tràn Nam Thạch Hãn để từ đề xuất giải pháp hợp lý đảm bảo an toàn cho cơng trình Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng: Là cơng trình đầu mối thủy lợi Nam Thạch Hãn, chủ yếu Tràn tháo lũ đặc trưng khí tượng thủy văn, điều kiện địa hình, địa chất - Phạm vi nghiên cứu: Tồn khu vực xây dựng cơng trình đầu mối, thượng lưu, hạ lưu có ảnh hưởng tác động cơng trình Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp điều tra, khảo sát, thu thập; - Phương pháp kế thừa; - Phương pháp tổng hợp, phân tích, đánh giá; - Phương pháp thực nghiệm; - Phương pháp sử dụng mơ hình, phần mềm tính tốn địa kỹ thuật để tính tốn Ý nghĩa khoa học ý nghĩa thực tiễn đề tài - Ý nghĩa khoa học: Luận văn sử dụng phương pháp nghiên cứu truyền thống xác định ngun nhân gây an tồn cho cơng trình đập tràn tháo lũ Nam Thạch Hãn Đã sử dụng phần mềm địa kỹ thuật SEEP/W GEO-SLOPE Office để xác định mức độ ổn định thấm đáy cơng trình cách xác - Ý nghĩa thực tiển: Đã đề xuất giải pháp đảm bảo an tồn cho cơng trình đập tràn Nam Thạch Hãn, góp phần để đảm bảo cấp nước tưới tiêu cho 13.867 đất canh tác huyện thị (Triệu Phong, Hải Lăng, TX Quảng Trị), tạo nguồn cung cấp cho 200 đất nuôi trồng thủy sản vùng đất nhiễm mặn cấp nước sinh hoạt cho 86.000 dân hệ thống nước thị xã Quảng Trị Cấu trúc luận văn Chương 1-TỔNG QUAN VỀ ĐẦU MỐI CƠNG TRÌNH THỦY LỢI 1.1 Tình hình xây dựng đập tràn dâng nước tràn tháo lũ giới Trình bày số thơng số cơng trình thủy lợi có 1.2 Phân tích, đánh giá nguyên nhân gây an tồn cho cơng trình đập tràn - Các cố nguyên nhân khảo sát - Các cố nguyên nhân thiết kế - Các cố nguyên nhân thi công - Các cố nguyên nhân Quản lý vận hành 1.3 Cơ sở lý thuyết tính tốn, thiết kế cơng trình 1.3.1 Tính tốn thủy văn Nhiệm vụ tính tốn thủy văn dự báo đặc trưng thủy văn xảy cho cơng trình thời gian thi cơng vận hành, cung cấp sở cho thiết kế cơng trình 1.3.2 Tính tốn thủy lực cho tràn tháo lũ Nhiệm vụ tính tốn thủy lực xác định khả tháo đập tràn; biện pháp tiêu tính tốn tiêu sau đập tràn 1.3.3 Tính tốn ổn định đập bê tông trọng lực Đập tràn dạng đập bê tơng trọng lực, có xem xét đến yếu tố nước chảy qua tràn; địa chất tràn Nam Thạch Hãn đá, nên ổn định đập tràn Nam Thạch Hãn tính ổn định đập bê tông trọng lực đá 1.3.4 Tính tốn thấm đáy đập bê tông trọng lực Giới thiệu Module SEEP/W dùng để tính tốn thấm phần mềm Geostudio Nghiên cứu chống thấm cho tràn tháo lũ khoan truyền thống 1.4 Tổng quan chung khu vực nghiên cứu: 1.4.1 Điều kiện tự nhiên Cơng trình đầu mối Nam Thạch Hãn có tọa độ 16o41’30” Vĩ độ Bắc; 107o08’50” Kinh độ Đông, thuộc thôn Đá Đứng, xà Hải Lệ, thị xã Quảng Trị, tỉnh Quảng Trị Sông Thạch Hãn: Bắt nguồn từ dãy Trường Sơn độ cao 700m, chảy vùng đồi núi Quảng Trị, xuống đồng đổ biển Cửa Việt Diện tích lưu vực 2660 km2, có chiều dài 156 km, hệ số uốn khúc 2,5o, chiều rộng bình quân lưu vực 38,6 km Sơng có tất 28 phụ lưu số phụ lưu lại nằm phía Bắc sông nhánh Vĩnh Phước, sông Hiếu, Rào Quán - Trên sơng Thạch Hãn có trạm thủy văn Rào Quán trạm thủy văn Quảng Trị Trạm Rào Quán đo đạc năm(1983-1985), trạm thủy văn Thạch Hãn trạm ảnh hưởng triều quan trắc mực nước Lân cận lưu vực sơng Thạch Hãn có trạm thủy văn Gia Vòng sơng Bến Hải, trạm Kiến Giang sơng Kiến Giang (tỉnh Quảng Bình) Bảng 1.3: Tình hình tài liệu thuỷ văn khu vực T Tên trạm Tên sông Yếu tố Thời gian đo đạc quan trắc Rào Quán Rào Quán Q, H 1983-1985 Thạch Hãn Thạch Hãn H 1976-2015 Gia Vòng Bến Hải Q, H 1977-2015 1.4.2 Hệ thống thủy lợi, thủy điện khu vực nghiên cứu Trên dòng sơng Thạch Hãn, thượng lưu đập Nam Thạch Hãn có cơng trình Thủy lợi - Thủy điện Quảng Trị cơng trình thủy điện Hạ Rào Qn sơng Rào Qn Trên sơng Đak Rơng có thủy điện thủy điện Đak Rông 1,2,3 1.4.3 Hệ thống thủy lợi Nam Thạch Hãn Hệ thống thủy nông Nam Thạch Hãn xây dựng tháng 3/1978 Cơng trình vừa khai thác vừa thi cơng, đến tháng 9/1990 hồn thành bàn giao cho tỉnh Quảng Trị Hệ thống sử dụng lượng nước sông Thạch Hãn hồ thượng nguồn Công trình đầu mối xây dựng Thuộc thơn Đá Đứng, xã Hải Lệ, thị xã Quảng Trị, tỉnh Quảng Trị Toạ độ địa lý: 16o41'30" vĩ độ Bắc; 107o08'15" kinh độ Đơng Tràn xả lũ bố trí sơng Thạch Hãn Hình 1: Vị trí cơng trình Đập tràn Nam Thạch Hãn đồ khu vực TX.Quảng Trị Bảng 1.4: Các thông số chủ yếu hệ thống thủy lợi Nam Thạch Hãn Thông số TT I Các thông số kỹ thuật hồ chứa Diện tích lưu vực (Flv) Tần suất lũ thiết kế p=0,5% Đơn vị Theo QTVH 830/2012 Km2 1.301,0 - Q(0,5% ) (m3/s) 6.850,0 - W(0,5% ) (106 m3) 366,31 - Q(0,1% ) (m3/s) 8.290,0 - W(0,1% ) (106 m3) 386,4 - Q(0,01%) (m3/s) 10.460,0 - W(0,01%) (106 m3) 456,0 (m3/s) 1.473,0 (m3/s) 1.668,0 106 m3 17,8 Tần suất lũ KT p=0,1% Tần suất lũ cực hạn p=0,01% Lưu lượng xả lũ nhà máy thủy điện Quảng Trị p=0,5 % Lưu lượng xả lũ nhà máy thủy điện Quảng Trị p=0,1 % Dung tích ứng với MNDBT có đập cao su MNDBT (khi có đập cao su) m +10,5 MNLTK ứng với P=0,5% m +18,62 10 MNLKT với P=0,1% m +19,99 11 MNLKT ứng với P=0,01% m +20,88 II Các hạng mục cơng trình Đập Tuyến Đập phụ Tuyến Cống lấy nước kết hợp âu thuyền Cái cống xả cát Tràn xã lũ - Tràn cố - III Thơng số tràn tháo lũ Vị trí Hình thức tràn Kết cấu Số lượng cửa Vai trái đập phụ Tràn tự BTCT Cửa 02 Khẩu độ tràn; Btràn m 2x67,5=135 Cao độ ngưỡng tràn m +8,5 Chiều dài ngưỡng tràn m 20 Đập cao su bơm đầy nước m +10,5 Cột nước thiết kế m 10,12 10 Lưu lượng xả thiết kế, Qtk (m3/s) 6.740,0 11 Cột nước lũ kiểm tra tràn (m) 11,49 12 Lưu lượng xả lũ kiểm tra (m3/s) 8.150,0 13 Hình thức nối tiếp với hạ lưu 14 Hình thức tiêu Sân tiêu 15 Nối tiếp hạ lưu Sông tự nhiên Dốc nước Chương 2- ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG VÀ PHÂN TÍCH CÁC NGUYÊN NHÂN HƯ HỎNG ĐẬP TRÀN THÁO LŨ NAM THẠCH HÃN 2.1 Đánh giá trạng tràn tháo lũ Nam Thạch Hãn 2.1.1 Quá trình xây dựng tình hình hư hỏng Ngay từ xây dựng, tràn xả lũ Nam Thạch Hãn gặp cố liên tiếp năm từ 1981-1983, diển biến cố sau: - Năm 1980 1981: Do đập đất thi công xong nên tràn vừa thi cơng vừa phải tháo lũ nên gây xói nghiêm trọng ngưỡng tràn mái bờ Bắc, hình thành hố xói hình van có đường kính lớn 45m Sau lũ xử lý bằng: Cát sỏi lấp kín hố xói, mặt đổ bê tơng Hình 2.2 Mặt tình hình xói tràn lũ năm 1981 1- Hố xói chân tường bờ bắc dài 45m rộng 30m; - Đáy hố xói bờ bắc cao trình 1,47m; - Hố xói ngưỡng dốc nước dài 60m rộng 40m; - Đáy hố xói cao trình -2,35m; - Tường chắn bị đổ; - Rọ đá bị hư hỏng nặng; - bê tông rộng 12,5 dài 25,2m bị gãy trôi - Năm 1982 phải xả lũ qua đập tràn chưa thi công nên tiếp tục gây xói thêm bờ Bắc bờ Nam tạo thành hố xói sâu từ 0,5 10 triệu m3, đập cao su thay mùa khô năm 2016; (2) Đào đá kè để cải tạo lòng dẫn hạ lưu - Năm 2010, Dự án ADB4 tiếp tục sửa chữa số vị trí bề mặt bê tơng bị bong xói sân tiêu bê tông cốt thép dày 20cm gia cố hố xói hạ lưu tràn - Trong đợt mưa lũ từ ngày 13 đến ngày 17/10/2016, nước qua làm phá phần kết cấu bê tông sân tiêu phía bờ Nam với diện tích gần 1000 m2, chiều sâu trung bình 2m, chỗ sâu 3,5m, nhiều vị trí khác phần bê tơng mặt bị phồng rộp lún sập; quan sát thấy phần cát sỏi khoan xử lý đá bị trôi, phía bê tơng tạo nhiều hang rỗng Hình 2.5: Sự cố xói sân tiêu lũ năm 2016 - Để xử lý hố xói tạm thời, hạn chế khơng phát triển thêm, đảm bảo an tồn cơng trình mùa mưa lũ 2016, nhằm hạn chế thiệt hại trận lũ tiếp theo, gia cố bảo vệ hố xói cách đổ tường bê tơng trọng lực bao quanh phía thượng lưu bên hố xói 2.1.2 Hiện trạng hư hỏng số hạng mục tràn + Sân tiêu bờ phải : Hiện nhiều nơi mặt bê tông bị nứt, vỡ hở cốt thép, nhiều chỗ bị lún Khu vực cuối sân tiêu bê tông bị phá vỡ với diện tích gần 1000 m2, tạo thành hố có chiều sâu trung 11 bình 2m, chỗ sâu 3,5m, đập cao su đóng, nước chảy mạnh từ phần tiếp giáp bê tông sân tiêu Mép bờ hạ lưu sân tiêu hố xói, bê tơng bị nứt, vỡ sập, nhiều chỗ lộ nước lũ phá hủy đá (đá cát bột kết xen kẹp phiến sét phong hóa vừa) tạo thành hốc bên gầm sân bê tông - Hố xói: Khu vực hố xói phân bố đá cát bột kết xen kẹp phiến sét phong hóa vừa đến phong hóa nhẹ, tràn xả lũ, khu vực phân bố đá phiến sét phong hóa vừa có tiêu lý thấp bị bào phá mạnh tạo thành hố sâu, nhiều chỗ tạo thành hàm ếch bên bê tông mép hạ lưu sân tiêu năng, khu vực phân bố đá cát kết phong hóa nhẹ cứng bền vững đá nhơ cao Hố xói trạng hình thành sâu, cao độ trung bình khoảng - 6m, cá biệt có số vị trí cao độ - 10m Hình 2.8: Cận cảnh xói ngược từ hạ lưu vào sân tiêu Đánh giá xói rỗng tiếp giáp với bê tơng tràn xả lũ - Quan sát trường nhìn thấy có dòng nước chảy từ thân dốc nước, bê tông sân tiêu năng, gia cố mái bờ hạ lưu chứng tỏ bị thấm xói rỗng nghiêm trọng 12 2.2 Phân tích, đánh giá nguyên nhân hư hỏng tràn tháo lũ Nam Thạch Hãn Có nhiều nguyên nhân ảnh hưởng đến hư hỏng Tràn xả lũ Nam Thạch Hãn nguyên nhân khảo sát, nguyên nhân thiết kế nguyên nhân thi công 2.2.1 Nguyên nhân khảo sát Khi tính tốn thủy văn khơng điều tra vết lũ lịch sử xảy năm 1926 sông Thạch Hãn trận lũ lớn gần trận lũ thiết kế, mực nước dùng để thiết kế sông Thạch Hãn cửa kênh xả sau tràn kết tính tốn, khơng có số liệu thực đo để kiểm chứng, kết cao so với thực tế đo sau 2.2.2 Nguyên nhân thiết kế - Chênh lệch mực nước thượng - hạ lưu thực đo lớn nhiều so với số liệu thiết kế ban đầu Sự sai lệch lại thiên phía bất lợi gây an tồn cho cơng trình Bảng 2.1: Số liệu mực nước thượng, hạ lưu đập tràn STT Lưu Mực nước thượng lưu lượng (m) m3/s Mực nước hạ lưu (m) Thiết Thực Chênh Thiết Thực Chênh kế đo lệch kế đo lệch 1000 10,50 10,50 0,00 6,10 5,10 +1,00 2000 12,90 12,90 0,00 8,40 6,60 +1,80 3000 14,30 14,30 0,00 10,40 7,70 +2,70 4000 15,50 15,50 0,00 12,50 8,60 +3,90 5000 16,80 16,60 0,20 14,20 9,40 +4,80 6000 18,30 17,50 0,80 15,80 10,00 +5,80 7000 19,80 18,50 1,30 17,10 10,50 +6,60 7330 20,05 18,80 1,25 17,50 10,70 +6,80 13 - Khi khảo sát phát địa chất đập có xen kẹp lớp diệp thạch phong hóa mạnh mềm yếu Thực tế mở móng xấu dự kiến lại chấp nhận giảm bớt chiều dày tồn bê tơng đập tràn -Khi tính tốn đường mực nước kênh xả sau tràn, vào tài liệu địa hình trạng, mà không xem xét điều kiện địa chất cơng trình tuyến kênh xả có đá gốc nằm sâu tới hàng chục mét, lớp phủ mặt lại bở rời nên bị xói lỡ với lưu tốc v=1 m/s, lưu tốc kênh xả V> 6m/s; lòng kênh xả sau tràn vừa bị xói rộng 200m vừa bị xói sâu 10m suốt chiều dài kênh xả làm cho mực nước hạ lưu tràn hạ thấp tới 6,80 m so với thiết kế trận lũ thiết kế - Do xác định sai cột nước thiết kế mức nước hạ lưu dẫn đến thay đổi chế độ thủy lực hạ lưu đập tràn, nên thiết kế xác định sai chế độ thủy lực nối tiếp sau đập tràn, thay nước nhảy ngập phóng xa lại cho chảy ngập, hình thức tiêu bể tiêu lại chọn hình thức sân tiêu năng, lượng chưa tiêu hao hết phạm vi sân tiêu phá hoại mãnh liệt hạ lưu đập tràn suốt chiều dài kênh xả 2.2.3 Nguyên nhân thi công Do tiến độ thi công nên vừa thi công, vừa phải tham gia tháo lũ, trận lũ năm 1980,1981, 1983 gây xói lớn sâu tràn, sau đắp lại đất cát cuội sỏi Chương 3- NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP ĐẢM BẢO AN TOÀN CHO CƠNG TRÌNH TRÀN THÁO LŨ NAM THẠCH HÃN Tập trung nghiên cứu chế độ thủy văn, tính tốn đường mực nước sau tràn trang; đề xuất giải pháp khắc phục hạn chế 14 mặt thủy lực thấm qua tràn Tính tốn thấm, ổn định phương án đề xuất 3.1 Cơ sở đề xuất giải pháp tài liệu phục vụ tính tốn 3.1.1 Cơ sở đề xuất giải pháp Hồ sơ thiết kế cơng trình Viện Khảo sát thiết kế thủy lợi Căn vào Quy chuẩn, tiêu chuẩn, quy phạm… hành Xem xét lại chế độ thủy văn : diện tích lưu vực, tần suất thiết kế (theo QCVN 04-05:2012/BNNPTNT)… Tham khảo tài liệu tính tốn thủy văn Tổng Công ty Tư vấn Xây dựng Thủy lợi Việt NamCTCP cung cấp tài liệu thực đo mực nước thượng hạ lưu tràn Công ty TNHH MTV QLKT CTTL Quảng Trị Phân tích khác đường mực nước hạ lưu lũ lên lũ xuống (cùng cấp lưu lượng) Tính tốn đường mực nước kênh xả sau tràn theo trạng, xem xét điều kiện địa chất cơng trình tuyến kênh xả 3.1.2 Các tài liệu phục vụ tính tốn 3.1.2.1 Tài liệu khảo sát địa hình địa chất - Tài liệu khảo sát lập dự án sửa chữa năm 1987;tài liệu khảo sát nâng cấp năm 2009 (dự án ADB 4); tài liệu Công ty TNHH MTV QLKT CTTL Quảng Trị trình quản lý - Tài liệu địa chất Tổng Công ty Tư vấn Xây dựng Thủy lợi Việt Nam- CTCP cung cấp; 3.1.2.2 Tài liệu phục vụ tính tốn thủy văn - Quy trình vận hành điều tiết Hệ thống thủy lợi Nam Thạch Hãn ban hành kèm theo Quyết định số 830/QĐ-UBND ngày 11/5/2012 UBND tỉnh Quảng Trị; 15 - Tài liệu đo đạc mực nước Công ty TNHH MTV QLKT CTTL Quảng Trị trình quản lý; - Tài liệu tính tốn thủy văn Tổng Công ty Tư vấn Xây dựng Thủy lợi Việt Nam- CTCP cung cấp 3.1.3 Kết tính tốn thủy văn: Tham khảo tài liệu tính tốn thủy văn kết hợp với việc sử dụng tài liệu mực nước thực đo 3.1.3.1 Các đặc điểm địa lý thủy văn khu vực 3.1.3.2 Tài liệu khí tượng 3.1.3.3 Tài liệu thuỷ văn 3.1.3.4 Tính tốn kiểm tra dòng chảy lũ , xác định quan hệ Q ~ f(Z) hạ lưu tràn xả lũ 3.2 Tính tốn thủy lực tràn xả lũ trạng 3.2.1 Các thông số tràn xả lũ 3.2.2 Tiêu chuẩn tài liệu tính tốn 3.2.3 Quan hệ lưu lượng lũ Q với mực nước ZHL 3.2.4 Hệ số lưu lượng, lực xả mực nước thiết kế tràn 3.2.5 Tính tốn kiểm tra chế độ thủy lực hạ lưu tràn 3.2.5.1 Đường mực nước sau ngưỡng tràn chế độ chảy hạ lưu Đường mực nước sau ngưỡng tràn đường nước đổ, vị trí đầu dốc chiều sâu cột nước chiều sâu phân giới hk , vị trí cuối dốc nước điểm đầu sân tiêu năng, chỗ dòng chảy xiết nhất, gọi hc, Chiều dài nước nhảy tính theo cơng thức Pavlopxki sau :Ln = 2.5(1.9h"c - hc) 16 3.2.5.2 Tính tốn chế độ thủy lực lòng sơng chưa bị xói Ở thiết kế ban đầu năm 1977 lòng sơng đào đến cao trình +2.2m lúc chế độ thủy lực hạ lưu tràn thể hình 3.1 20.0 Z hå Ho L hl 25.2 50.0 Vc.ng = 4.1-8.5 m/s Ht +8.50 10m-210m Z hl hk m=4 P hc Vc = 12-15.6 m/s +2.20 h cb Vcb = 9.5-15.1 m/s h chl h hl V s = 5.3-7.5 m/s Vcs = 5.9-9.4 m/s áp lực đẩy ng-ợc từ h¹ l-u Hình 3.6 : Sơ đồ thủy lực từ dốc nước đến hết sân tiêu lòng sơng trường hợp lòng dẫn chưa bị xói, đáy sơng +2.2m Nhận xét: - Độ sâu dòng chảy hc mặt cắt cuối dốc nước (đầu sân tiêu năng) tạo nên độ sâu liên hiệp nước nhảy hc" > hhl cấp lưu lượng nên nước nhảy sân tiêu - Dòng chảy sân tiêu dòng xiết có vận tốc lớn từ 12.6m/s đến 15.54 m/s Vận tốc sân tiêu lớn vận tốc cho phép bê tơng nên tình hình xói xâm thực bề mặt bê tơng phát triển mạnh - Dòng chảy lòng sơng dòng chảy xiết, đường mực nước dâng lên đến độ sâu đạt độ sâu hchl độ sâu liên hiệp hhl xuất nước nhảy, vị trí xuất nước nhảy phải sau dốc nước khoảng cách Lhl = 60 đến 260m, vận tốc dòng chảy đoạn từ 5.9 đến 14.9m/s lớn nhiều so với vận tốc cho phép đất đá lòng dẫn, đất đá lòng dẫn đá trầm tích sét phiến có [Vs] = 3.1m/s, lòng dẫn hạ lưu sân tiêu bị xói mạnh Sau 17 nước nhảy vận tốc giảm xuống 3.25 đến 6.47 m/s lớn [Vs] nên lòng sơng bị xói tiếp 3.2.5.3 Tính tốn chế độ thủy lực lòng sơng bị xói 20.0 Z hå Ho 25.2 L rhx 50.0 L nhx Vc.ng = 4.1-8.5 m/s Ht +8.50 Z hl hk m=4 P hc Vc = 12-15.6 m/s +2.20 Pcs h cb h"cs h csngËp Vcb = 9.5-15.1 m/s h cs áp lực đẩy ng-ợc từ hạ l-u V s = 1.1-4.1 m/s h hl -4.5 ®Õn -6.5 -6.5 ®Õn -8.5 Vcs = 16.1-19.5 m/s Hình 3.7 : Sơ đồ thủy lực từ dốc nước đến hết sân tiêu lòng sơngtrường hợp lòng dẫn bị xói, đáy sơng -5.5 đến -7.5m Đáy sơng vị trí hố xói cao trình khoảng -7.5m, đáy sơng hạ lưu trung bình khoảng -5.5m; Chiều rộng trung bình vị trí hố xói lòng sơng hạ lưu khoảng 105.6m Dòng chảy sau sân tiêu có dạng đường nước rơi sau tràn, độ sâu dòng chảy đến vị trí hố xói đạt tới độ sâu co hẹp hcs sau nối tiếp với dòng hạ lưu qua nước nhảy độ sâu hcs", hhl cao h"sc sinh nước nhảy ngập hcs hcsng Tính tốn với cấp lưu lượng từ 1000m3/s đến 9790m3/s Nhận xét: - Đường mực nước sau sân tiêu đường nước rơi đến đáy hố xói đạt độ sâu co hẹp hcs = 0.58 đến 3.52 m (cao độ đáy khoảng -7.5m), độ sâu liên hiệp hcs độ sâu qua nước nhảy hcs" = 5.19 đến 15.55 m < hshl = 10.78 đến 17.69 m cấp lưu lượng từ 1000m3/s đến lũ thiết kế 7641m3/s (Q1%), độ sâu mực nước hạ lưu hshl lớn hcs" từ 5.59m đến 3.15m đạt tỷ lệ = hshl =2.08 đến ,, hhcs 18 1.22 > 1.05 nên ln đảm bảo có nước nhảy ngập ổn định hố xói sau sân tiêu - Dòng chảy hố xói dòng co hẹp (xiết) có vận tốc lớn từ 16.1m/s (khi Q=1000m3/s, hc=0.58m) đến 19.6 m/s (khi Q=7641m3/s, hc=3.52m), với đá loại đá trầm tích sét phiến có vận tốc cho phép khoảng 3.1m/s nên khả xói sau sân tiêu (hố xói) tiếp diễn cần đề phòng dòng chảy xói sâu xói ngược lên đá sân tiêu - Dòng chảy lòng sơng sau nước nhảy (lòng sơng xói sâu nên diện tích ướt tăng) có lưu tốc từ 1.02 đến 3.92 m/s so với vận tốc cho phép 3.1 m/s lòng sơng khơng bị xói cấp lưu lượng Q < 6000 m3/s - Do có nước nhảy ngập sau sân tiêu nên mực nước hạ lưu phía sau sân tiêu cao, tạo nên áp lực đẩy ngược từ hạ lưu lên đáy móng bê tơng sân tiêu lớn nhiều so với trường hợp lòng sơng chưa xói, dòng chảy sân tiêu dòng xiết có độ sâu mực nước thấp, trọng lượng nước bê tông sân tiêu nhỏ áp lực đẩy ngược từ hạ lưu lên đáy móng nên bê tơng lúc dễ dàng bị đẩy bị nước lên đập xuống gây bóc xói tượng xói lún sập diện tích bê tơng sân tiêu bờ phải trận lũ bão số năm 2016 vừa qua Kết luận: Để giữ ổn định cho tràn cần tạo chế độ chảy ngập ổn định sân tiêu làm giảm vận tốc dòng chảy đảm bảo chống xâm thực tăng chiều sâu lớp nước bê tông để đảm bảo ổn định chống đẩy đồng thời cần gia cố mái hạ lưu sân sau đến đáy hố xói chân mái hố xói bê tơng để bảo vệ chống xói sâu xói ngược lên sân tiêu 19 3.3 Tính tốn xác định thơng số cơng trình tiêu tràn tháo lũ 3.3.1 Giải pháp cơng trình Bể tiêu Hình 3.8: Sơ đồ thủy lực bể tiêu hạ lưu sân tiêu 3.3.2 Giải pháp cơng trình Tường kết hợp bể tiêu 3.3.2.1 Sơ đồ thủy lực Hình 3.9: Sơ đồ thủy lực sân tiêu bể tiêu hạ lưu 3.3.2.2 Tính tốn xác định chiều cao tường C (bể tiêu số 1) Tính toán với trường hợp xả lũ thiết kế: Xác định chiều cao tường C = 3,4m 20 3.3.2.3 Tính tốn bể tiêu số (sau tường tiêu năng) Tính chiều dài nước nhảy: Ln = 2.5(1.9h"c - hc) = 50.3m, với lũ kiểm tra Ln = 55.01m; Do độ ngập nước nhảy lớn nên chiều dài bể lấy : Lb = 0,8.Ln = 44,0m Chọn chiều dài bể tiêu số Lb = 44,0m 3.4 Phân tích lựa chọn phương án hợp lý để đề xuất áp dụng 3.4.1 Phương án Bể tiêu Ưu điểm: Gia cố mái hạ lưu sân tiêu đảm bảo chống xói ngược từ hạ lưu lên sân tiêu Vấn đề tiêu hạ lưu cơng trình đảm bảo Nhược điểm : Chưa giải vấn đề dòng chảy xiết sân tiêu 25m đoạn thượng lưu Chiều sâu lớp nước sân tiêu cũ (vẫn dòng xiết cũ) nên hệ số ổn định bê tông chưa cao 3.4.2 Phương án Tường kết hợp bể tiêu Ưu điểm : Tường tiêu cuối sân tạo nước nhảy ngập ổn định sân tiêu nên lưu tốc dòng chảy cuối sân 1.2 đến 4.2m/s đảm bảo nhỏ vận tốc cho phép bê tông M200, tình hình xói xâm thực bề mặt bê tông sân tiêu đảm bảo Lớp nước bể tiêu dâng lên nên hệ số ổn định chống đẩy bê tông sân tiêu đảm bảo Nhược điểm : Ở sân tiêu phải chịu thêm lưu tốc mạch động tác dụng lên bề mặt bê tông bể tiêu 3.4.3 Lựa chọn Phương án đề xuất áp dụng Qua so sánh ưu nhược điểm trên, đề xuất lựa chọn phương án Tường kết hợp bể tiêu để áp dụng 21 3.5 Biện pháp xử lý, gia cố đập tràn Khoan chống thấm : Dọc tim ngưỡng tràn bố trí hàng khoan chống thấm có độ sâu 16m (1H+3m); khoảng cách hàng 2m; khoảng cách hố 3m Khoan gia cố bố trí tồn thân dốc nước, sân tiêu phần lại ngưỡng tràn Mật độ hàng cách hàng 3m; hố cách hố 3m; độ sâu khoan gia cố 4m Vật liệu khoan dung dịch xi măng 3.6 Tính tốn kiểm tra thấm đáy tràn tháo lũ 3.6.1 Phương pháp tính thấm Để tính tốn kiểm tra thấm , sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn Quá trình thực cách sử dụng modul SEEP/W phần mềm GEO-SLOPE (Geostudio 2007), Canada 3.6.2 Mục tiêu tính tốn - Tính tốn, kiểm tra trạng thấm tràn xả lũ , xác định mối nguy hiểm thấm có cơng trình Tính tốn, kiểm tra thấm qua tràn xả lũ sau áp dụng biện pháp đề xuất 3.6.3 Các trường hợp tính tốn : 04 trường hợp - Trường hợp 1: Tràn không xả lũ, mực nước thượng lưu (MNTL) giữ ổn định cao trình +10.50m, hạ lưu tràn khơng có nước - Trường hợp 2: Tràn không xả lũ, mực nước thượng lưu giữ ổn định cao trình +10.50m, hạ lưu tràn mực nước tương ứng +2,3m - Trường hợp 3: Tràn xả lũ, thượng lưu mực nước lũ thiết kế +19,30m, hạ lưu tràn mực nước tương ứng +10,19m - Trường hợp 4: Tràn xả lũ, thượng lưu mực nước lũ kiểm tra +21,24m, hạ lưu tràn mực nước tương ứng +11,33m Cả trường hợp tính với thời điểm (Hiện trạng) thời điểm áp dụng biện pháp đảm bảo an tồn 22 3.6.4 Số liệu tính tốn 3.6.5 Sơ đồ tính tốn Hình 3.12: Sơ đồ tính tốn thấm cho tràn trạng Hình 3.13: Sơ đồ tính tốn thấm tràn sau áp dụng giải pháp đề xuất 3.6.6 Kết tính tốn Hiện trạng Trường hợp qt Jra (m3/s.m) max [Jcp] Kết luận Trường hợp 4,7111.10-5 0,650 0,55 Thấm khơng an tồn Trường hợp 3,0130.10-5 0,152 0,55 Thấm an toàn 23 Hiện trạng Trường hợp [Jcp] Kết luận Trường hợp 3,3216.10-5 0,155 0,55 Thấm an toàn Trường hợp 3,4416.10-5 0,200 0,55 Thấm an toàn qt Jra (m3/s.m) max Như vậy: Hiện trạng tràn khơng đảm bảo an tồn thấm (nguy xảy biến hình thấm) trường hợp MNTL= +10.5m, hạ lưu khơng có nước Sau áp dụng Trường hợp [Jcp] Kết luận 0,450 0,55 Thấm an toàn 1,5367.10-5 0,252 0,55 Thấm an toàn Trường hợp 1,8033.10-5 0,253 0,55 Thấm an toàn Trường hợp 1,9430.10-5 0,255 0,55 Thấm an toàn qt (m3/s.m) Jra max Trường hợp 3,0772.10-5 Trường hợp Nhận xét: Tràn xả lũ đảm bảo an tồn thấm, lưu lượng thấm nhỏ, khơng gây nguy hiểm cho cơng trình 3.7 Tính tốn kiểm tra ổn định tràn 3.7.1 Mục tiêu tính tốn ổn định: Nhằm kiểm tra mức độ an toàn tràn trường hợp bất lợi nhất.Trong phạm vi luận văn này, tác giải tính tốn kiểm tra ổn định phận Tường + Bể tiêu sau áp dụng giải pháp 3.7.2 Số liệu phục vụ tính tốn: 3.7.3 Các trường hợp tính tốn: Tính tốn 04 trường hợp tính tốn thấm 24 3.7.4 Kết tính tốn: Kết tính tốn TT Trường hợp Ktr Kcl  max (T/m )  (T/m ) Trường hợp 4,81 3,21 15,08 3,40 Trường hợp 2,68 6,07 12,06 4,53 Trường hợp 1,70 2,87 23,97 6,50 Trường hợp 1,09 1,49 12,39 3,17 Như vậy, cơng trình đảm bảo an toàn sau áp dụng biện pháp đề xuất KẾT LUẬN Luận văn đánh giá xác định nguyên nhân chủ yếu gây an toàn tràn tháo lũ nam Thạch Hãn, đặc biệt nguyên nhân khảo sát xác định mực nước lũ lịch sử, điều kiện địa chất hạ lưu cơng trình tràn; hình thức nối tiếp tiêu không phù hợp với thực tế; Đã nghiên cứu, tính tốn, có sử dụng phần mềm tính tốn địa kỹ thuật SEEP/W để tính tốn thấm xác định hình thức nối tiếp tiêu hợp lý cho cơng trình tràn tháo lũ Nam Thạch Hãn sở xem xét phương án tiêu bể tiêu năng; tường kết hợp bể tiêu năng; Đề xuất giải pháp đảm bảo an tồn cho cơng trình tràn tháo lũ Nam Thạch Hãn sau: Phương án Tường kết hợp Bể tiêu + Khoan chống thấm gia cố tràn Phương án giải nguyên nhân tồn trước gây ổn định cho cơng trình, đảm bảo chế độ thủy lực nhảy ngập ổn định hạ lưu tràn, đảm bảo điều kiện ổn định thấm ổn định đập ... tiêu hợp lý cho cơng trình tràn tháo lũ Nam Thạch Hãn sở xem xét phương án tiêu bể tiêu năng; tường kết hợp bể tiêu năng; Đề xuất giải pháp đảm bảo an tồn cho cơng trình tràn tháo lũ Nam Thạch Hãn... nhiều hang rỗng; phần xử lý tiếp giáp với lòng sơng, kết cấu đá xây bị sập, nhiều chổ bị xói rỗng vào sân sau tràn Việc nghiên cứu giải pháp đảm bảo an toàn cho cơng trình đập tràn tháo lũ Nam Thạch. .. thấm đáy cơng trình cách xác - Ý nghĩa thực tiển: Đã đề xuất giải pháp đảm bảo an tồn cho cơng trình đập tràn Nam Thạch Hãn, góp phần để đảm bảo cấp nước tưới tiêu cho 13.867 đất canh tác huyện