Đánh giá hiện trạng và đề xuất giải pháp sửa chữa hồ chứa nước Tuyền Tung – tỉnh Quảng Ngãi

Tuy nhiên, đến mùa mưa bão năm 2009 thì tại hai vai thân đập xuất hiện nhiều vết nứt và các điểm rò rỉ nước thấm qua thân đập chảy mạnh như suối, một số hạng mục đập đất, tràn xả lũ, cốn

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình thủy

Mã số: 858 02 02

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SỸ

KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH THỦY

Đà Nẵng - Năm 2019

Công trình được hoàn thành tại TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Người hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN VĂN HƯỚNG

Phản biện 1:

TS Huỳnh Ngọc Hào

Phản biện 2:

TS Nguyễn Thanh Hải

Luận văn được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Chuyên ngành Kỹ thuật xây dựng công trình thủy họp tại Trường đại học Bách khoa vào ngày 29 tháng 8 năm 2019

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

- Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng tại 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

1 Tính cấp thiết của đề tài

Hồ chứa nước Tuyền Tung thuộc địa phận thôn Thọ An, xã Bình

An (Bình Sơn) Theo thiết kế, hồ chứa nước Tuyền Tung có diện tích gần 21ha có khả năng tưới tiêu cho 400ha ruộng lúa được khởi công xây dựng năm 2003 đến năm 2008 công trình hoàn thành, đưa vào sử dụng đã mang lại niềm vui cho người dân các xã khu Tây huyện Bình Sơn Tuy nhiên, đến mùa mưa bão năm 2009 thì tại hai vai thân đập xuất hiện nhiều vết nứt và các điểm rò rỉ nước thấm qua thân đập chảy mạnh như suối, một số hạng mục (đập đất, tràn xả lũ, cống lấy nước, đường quản lý…) đã xuống cấp nghiêm trọng; diện tích tưới thực tế không đảm bảo yêu cầu

Do đó, việc nghiên cứu, phân tích xác định nguyên nhân và đề xuất giải pháp xử lý thấm, đảm bảo an toàn cho việc vận hành hồ chứa nước Tuyền Tung là hết sức cần thiết

2 Mục tiêu nghiên cứu

- Đánh giá tổng thể hiện trạng đập tràn hồ chứa nước Tuyền Tung;

- Nghiên cứu nguyên nhân thấm, mất ổn định và đề xuất các giải pháp sửa chữa đập

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu: Hồ chứa nước Tuyền Tung;

- Phạm vi nghiên cứu: Đập tràn hồ chứa nước Tuyền Tung

4 Phương pháp nghiên cứu

- Khảo sát thực tế hiện trường, thu thập phân tích các tài liệu đã có kết hợp với nghiên cứu các phương pháp kỹ thuật mới nhằm đề xuất giải pháp

kỹ thuật phù hợp;

- Ứng dụng phần mềm địa kỹ thuật GEO STUDIO (Canada) để tính toán, xác định và kiểm tra các thông số, đảm bảo tính hợp lý cả về nghiên cứu và thực tế

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

- Đánh giá tổng thể hiện trạng hồ chứa nước Tuyền Tung từ đó xây dựng các phương án, giải pháp khắc phục;

- Căn cứ đề xuất sửa chữa, nâng cấp, đảm bảo an toàn đập trong điều kiện hiện nay;

- Kết quả là cơ sở lý luận giải quyết một số vấn đề bất cập về hiện trạng thấm công trình trong thực tế và là nền tảng cho việc xây dựng các dự án nghiên cứu trong tương lai

6 Cấu trúc của luận văn

Mở đầu

Chương 1: Đánh giá hiện trạng công trình đập Tuyền Tung Chương 2: Đề xuất giải pháp nâng cấp và sửa chữa đập Tuyền Tung Chương 3: Nghiên cứu tính toán ổn định thấm cho công trình Chương 4: Xây dựng bài toán thấm sử dụng mô hình Geo Studio

2012

Kết luận và kiến nghị

CHƯƠNG 1 ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG CÔNG TRÌNH HỒ CHỨA NƯỚC

TUYỀN TUNG 1.1 Tổng quan về công trình

1.1.1 Vị trí xây dựng

Hồ chứa nước Tuyền Tung: là cụm

công trình đầu mối thuộc địa phận

thôn Thọ An, xã Bình An, huyện

Bình Sơn và khu hưởng lợi thuộc các

xã Bình An, Bình Khương, Bình

Minh, huyện Bình Sơn, tỉnh Quảng

ngãi Công trình được xây dựng vào

năm 2003, có nhiệm vụ tưới cho 200

ha đất sản xuất Hồ có diện tích lưu

vực 20,0km2, tổng dung tích 0,4

triệu m3 nước Hình 1.2: Công trình hồ chứa nước

Tuyền Tung

Bảng 1.1 Các thông số đặc trưng công trình

1.1.2 Đặc điểm địa hình địa mạo

Khu vực dự án thuộc địa hình đồi, núi thấp, xen kẽ đồng bằng nhỏ hẹp Sườn địa hình dốc, độ dốc từ 100 đến 200, đỉnh núi trong vùng thường tròn, rộng Bề mặt sườn phủ nhiều đá lăn, đặc biệt sườn múi bên vai tả đập phủ nhiều tảng lăn kích thước lớn, cá biệt có tảng từ 1.0 m đến 3.0m

Địa tầng cấu tạo nên dạng địa mạo này chủ yếu là đất sét pha, cát pha lẫn nhiều dăm sạn, màu vàng nhạt, vàng nâu, nguồn gốc sườn tích - tàn tích (edQ)

1.1.4 Đặc điểm địa chất thủy văn

Trong khu vực nghiên cứu, mạng lưới thủy văn phát triến khá

mạnh, đặc trưng bởi khá nhiều khe suối nhỏ; các khe suối nhỏ này có dòng chảy chủ yếu đổ vào dòng chảy chính là suối Nước Lạnh, làm cho suối Nước Lạnh có nước thường xuyên trong năm

Qua kết quả khảo sát địa chất công trình hồ chứa nước Tuyền Tung, nền địa chất thủy văn công trình xuất hiện 3 tầng thấm: Nước lỗ hổng (Lớp 2); Đới nứt nẻ mạnh (Lớp 3); Đới nứt nẻ yếu (Lớp 4)

1.2 Đánh giá hiện trạng thấm và ổn định qua đập Tuyền Tung

1.2.1 Hiện trạng Đập Tuyền Tung

- Đập đá xây: Hình thức đập trọng lực, cao trình đỉnh đập 168,50, chiều dài đỉnh đập L= 64,0m, chiều rộng đỉnh đập B= 2,0m, chiều cao đập H= 12,5m Kết cấu bằng đá xây và đắp đất phía hạ lưu + Tả đập: Thượng lưu đập phần bê tông ốp mặt có hiện tượng rổ và

có lỗ rỗng, cơ hạ lưu đập phần gia cố bằng đá xây hiện trạng có nhiều cây

cỏ mọc trên mái và thân Hệ thống lan can thép xuống cơ hạ lưu đập đã bị

hư hỏng Tại những vị trí tiếp xúc với tường biên đã bị sụp lún

+ Đỉnh đập rộng B=2,0m, mặt đập bằng đá xây, bố trí lan cang bảo vệ thượng hạ lưu bằng ống thép cao 80cm Lan can thép đã bị hư hỏng

+ Tường biên hạ lưu đập xuất hiện nhiều vị trí thấm, có nhiều vị trí nước chảy thành vòi

- Hữu đập: Thượng lưu đập bằng đá xây, các mạch hồ đã bị bong tróc Tại vị trí tiếp giáp với tràn đã bị hư hỏng nặng và bị sạt lở 1 mảng lớn, nước chảy qua tạo thành dòng và làm sạt lở ở phía hạ lưu đập

+ Hạ lưu đập bề mặt được gia cố bằng đá xây, nhưng hiện trạng

có nhiều cây bụi mọc Đặt biệt là xuất hiện rảnh sụt lún chạy theo tường biên tiếp giáp với tràn Tường biên hạ lưu bằng đá xây đã bị hư hỏng nặng, các mạch vữa đã bị thối không còn có tác dụng liên kết nên xuất hiện nhiều hàm ếch khi hồ tích nước tạo dòng thấm qua thân đập và chảy thành dòng, gây mất ổn định cho công trình

- Tràn xả lũ:

+ Hình thức tràn tự do, mặt cắt thực dụng, cao trình ngưỡng tràn 165,50, bề rộng ngưỡng tràn 60,0m, chiều cao đập H=10,0m, hình thức

tiêu năng mặt Kết cấu bằng đá xây và được bọc 1 lớp bê tông cốt thép bên ngoài

+ Ngưỡng tràn tại những vị trí cắt khớp thi công đã bị hư hỏng + Hạ lưu tràn bị nứt nhiều đường theo phương dọc và phương ngang với độ rộng vết nứt từ 1 -:- 5cm với chiều dài vết nứt khoảng 50m theo phương dọc đập Tại chân mũi phun có nhiều vị trí bị hỏng nước thấm qua chảy thành vòi

+ Lớp bê tông mặt tràn đã bị hư hỏng xuất hiện nhiều điểm vở, tại

vị trí cắt khớp thi công đã bị bong tróc, khớp nối đã bị hỏng Nhiều vị trí nước thấm qua thân tràn

1.2.2 Hình ảnh hiện trạng đập Tuyền Tung

1.2.3 Đánh giá nguyên nhân mất nước hồ

Theo quan sát hạ thượng lưu đập và kết quả khoan địa chất, nguyên nhân chính mất nước hồ là do thấm qua nền và thấm qua thân đập

- Thấm qua nền: Đập nằm trên nền đá nứt nẻ vừa và mạnh nhưng chân khay cắt thấm không qua hết phần nứt nẻ, dẫn đến xuất hiện dòng thấm qua nền Thấm qua nền với những nguyên nhân sau:

Về điều kiện địa chất: Địa chất nền có cấu tạo từ trên xuống gồm các lớp:

+ Lớp 1: Xuất hiện tại thượng lưu tràn, là hỗn hợp cát sỏi bụi đây

là lớp bồi lắng trước tràn, thấm mạnh, xuất hiện tại lỗ khoan số 2 và số

6

+ Lớp 2: Xuất hiện tại thượng lưu đập, là lớp sét pha, chứa nhiều dăm sạn, màu vàng nâu, trạng thái ẩm, nữa cứng kết cấu chặt, hệ số thấm k=4,2x10-5 ( lỗ khoan 1,3,4,5,7)

+ Lớp 3: Xuất hiện tại thượng lưu đập và tràn, là lớp đá Granitognais, đá nứt nẻ mạnh, khe nút tách, mặt khe nứt có vết bám của

ô xít sắt có màu nâu đỏ; phong hóa yếu, đá có mầu xám đục, phớt màu vàng nhạt, hệ số thấm k=6,285m/ngày

+ Lớp 4: Xuất hiện tại thượng lưu đập và tràn, là lớp đá Granitognais, đá nứt nẻ ít, còn tươi màu trắng xám, xám xanh, đá có cấu tạo khối, tỷ lệ noãn khoan 100% Hệ số thấm k=0,280m/ngày ( lỗ khoan

+ Thấm qua thân đập với những nguyên nhân sau: Chất lượng thi công không được tốt;Phạm vi đập tràn xuất hiện nhiều vết nứt chạy dọc đập với khe nứt từ (1 đến 5)cm, tại các vị trí khớp nối vật liệu chống thấm đã bị hỏng;t iếp xúc giữa đập và nền bằng bê tông M150 chỉ dày 50cm khả năng dòng thấm xảy ra rất cao (vì chất lượng và kiểm soát thi công); Hiện trạng vai hữu đập bằng đá xây xuất hiện nhiều vết nứt và các mạch vữa bị bong tróc, đặc biệt tại vị trí tiếp giáp với tràn xuất hiện vết sạt lở lớn, tạo dòng thấm qua thân đập và gây sụp lún ở phía hạ lưu đập, xuất hiện thành dòng

2.2 Giải pháp nâng cấp sửa chữa

Qua mô tả hiện trạng công trình hiện nay là do hiện tượng thấm qua nền và thân công trình với lưu lượng lớn gây mất ổn định và đe dọa đến an toàn công trình Theo đó giải pháp xây dựng chọn là tiến hành nâng cấp, sửa chữa chống thấm cho công trình

2.3 Phân tích chọn biện pháp công trình

Căn cứ vào nhiệm vụ, các điều kiện tự nhiên, địa hình, địa chất thủy văn khu vực nghiên cứu; hiện trạng và nguyên nhân hư hỏng công trình, tác giả nhận định một số phương án sửa chữa đập như sau:

- Phương án 1: Làm mới vai Hữu đập, sửa chữa xử lý chống thấm vai Tả đập và tràn xả lũ, cống lấy nước sử dụng lại

+ Hữu đập: Làm mới bằng bê tông, chống thấm bằng lớp BTCT M300 dày 1m phía thượng lưu, hạ lưu bằng bê tông M150 độn đá hộc Chân khay đập cắt qua lớp 3 và cắm vào lớp 4 khoảng 100cm, đáy chân khay B=1,0m Với chiều dài L= 41,20m, mặt đập rộng B=2,0m, có lan can bảo vệ thượng hạ lưu bằng ống thép;

+ Tả đập: Xử lý chống thấm nền bằng giải pháp khoan phụt tạo màng chống thấm Tiến hành khoan phụt 3 hàng phía thượng lưu đập Phạm vi khoan phụt: Điểm đầu cách mép tràn xả lũ về giữa tràn 3m, đến vào hết vai Tả đập, L= 27m Dung dịch phụt bằng hỗn hợp xi măng + sét qua nền đất và vữa xi măng qua nền đá đến cao trình (151,00 - 153,50)m, chiều sâu hố khoan từ H = (5,50 - 13,00)m

+ Sân phủ bằng BTCT M300 dày 50cm rộng 4,20m, kết hợp với mặt thượng lưu đập hiện trạng được ốp 1 lớp BTCT M300, liên kết với lớp đập cũ bằng thép neo D16, dùng sika để liên kết giữa thép neo và bê tông cũ

- Tràn: Làm sân phủ thượng lưu rộng 3,5m bằng BTCT M300, dày 50cm kết hợp với chân khay cắt thấm bằng BTCT M300 cắm vào lớp 4 khoảng 100cm, đáy chân khay B=1,0m Tràn hiện trạng được bọc lớp BTCT M300, dày 100cm phía thượng lưu ngưỡng tràn, mặt và hạ lưu tràn bọc lớp BTCT M300 dày 30cm

- Phương án 2: Làm mới 2 vai Hữu, Tả đập, sửa chữa xử lý chống thấm tràn xả lũ, làm mới cống lấy nước Nam bằng ống thép D50cm

+ Hữu, Tả đập: Làm mới bằng bê tông, chống thấm bằng lớp BTCT M300 dày 1,0m phía thượng lưu, hạ lưu bằng bê tông M150 độn

đá hộc Chân khay đập cắt qua lớp 3 và cắm vào lớp 4 khoảng 100cm, đáy chân khay b=1,0m

+ Tràn: Làm sân phủ thượng lưu dài 3,5m bằng BTCT M300, dày 50cm kết hợp với chân khay cắt thấm bằng BTCT M300 cắm vào lớp 4 khoảng 100cm, đáy chân khay b=1,0m Tràn hiện trạng được bọc lớp BTCT M300, dày 100cm phía thượng lưu ngưỡng tràn, mặt và hạ lưu tràn bọc lớp BTCT M300 dày 30cm

+ Cống lấy nước Nam: Làm mới bằng ống thép D50cm, bọc bên ngoài bằng BTCT M300

Kết luận: Qua phân tích ưu nhược điểm và dựa theo tiêu chí,

mục tiêu của dự án tư vấn chọn Phương án 1: Làm phương án thiết kế Đây là phương án đảm bảo chống thấm gần như triệt để cho công trình với điều kiện yêu cầu kỹ thuật không quá phức tạp, dễ dàng trong việc kiểm soát chất lượng công trình

2.4 Phương án kỹ thuật

2.4.1 Đập

a Xác định cao trình đỉnh đập: Với cao trình MN lũ kiểm tra:

169,15m để đảm bảo yêu cầu không cho lũ tràn qua, chọn cao trình đỉnh đập: 169,20m (lấy tròn)

b Lựa chọn các thông số thiết kế mặt cắt ngang đập:

- Đập bê tông trọng lực, mái thượng lưu m=0; Cao trình đỉnh đập:

169,20m; Bề rộng đỉnh đập chọn B = 2,0m Bố trí cơ ở hạ lưu đập đồng thời tăng khối đắp kết hợp chống thấm Hệ số mái hạ lưu đập m=1,0 Cao trình cơ hạ lưu đập 163,0m, mặt cơ hạ lưu đập gia cố bằng bê tông M150 dày 15cm

c Hình thức nâng cấp sửa chữa

1 Giải pháp khoan phụt chống thấm: Khoan phụt chống thấm nền đập bằng hỗn hợp xi măng sét và xi măng đến cao trình (151,0 - 153,5)m, chiều sau hố khoan H = (5,5 - 13,0)m

2 Giải pháp chân khay chống thấm: Nền đập thấm mạnh qua lớp 2&3, đào chân khay chống thấm cắt qua lớp 3 và cắm sâu vào lớp 4 (lớp đá tươi) khoảng 100cm; đồng thời làm sân phủ thượng lưu và ốp lớp áo bằng BTCT M300 mặt thân đập thượng lưu để tăng chống thấm qua thân đập Chiều rộng chân khay B = 1,0m; cao trình đáy chân khay

(156,70 - 157,70)m

3 Mặt cắt đập: (Làm mới Hữu đập, Tả đập sửa chữa)

- Hữu đập: Đề xuất làm mới Hữu đập bằng đập bê tông trọng lực, kết cấu bằng bê tông cốt thép M300 dày 1,0m phía thượng lưu, hạ lưu bằng bê tông M150 độn đá hộc Chân khay đập đập cắt qua lớp 3 và cắm sâu vào lớp 4 khoảng 100cm

+ Cao trình đỉnh đập : 169,20m;

+ Cao trình đáy chân khay đập chạy từ: (156,0 -:- 163,20) m; + Bề rộng bản đáy chân khay đập chạy từ :( 13,90-:- 5,50)m + Chiều cao đập từ : ( 6,0-:- 13,20)m

+ Kết cấu đập: Bê tông cốt thép M300 và bê tông M150

+ Tả đập: Tiến hành khoan phụt 3 hàng phía thượng lưu đập, cách mặt đập hiện trạng 2,45m bố trí hàng khoan đầu tiên Phạm vi khoan phụt: Điểm đầu cách mép tràn xả lũ về giữa tràn 3m, đến vào hết vai Tả đập, L= 27m Dung dịch phụt bằng hỗn hợp xi măng + sét qua nền đất

và vữa xi măng qua nền đá đến cao trình (151,00 -:- 153,50)m, chiều sâu hố khoan từ H = (5,50-:- 13,00)m Bố trí khoan phụt theo hình hoa mai: 3 hành khoan A, B và C, cách khoảng 1m, các lỗ trong cùng hàng cách khoảng 2m

+ Sân phủ bằng BTCT M300 dày 50cm rộng 4,20m, kết hợp với mặt thượng lưu đập hiện trạng được ốp 1 lớp BTCT M300 dày 1m từ đáy nền lến đến cao trình 165,8 và từ cao trình 165,8 đến đỉnh đập bề dày lớp bê tông là 60cm, liên kết với lớp đập cũ bằng thép neo D16, dùng sika để liên kết giữa thép neo và bê tông cũ

CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH THẤM CHO

CÔNG TRÌNH ĐẬP BÊ TÔNG

3.1 Khái niệm về thấm

Thấm là sự chuyển động của chất lỏng trong đất, trong đá nứt nẻ hoặc trong môi trường (rỗng, xốp) nói chung của đất được diễn ra dưới tác dụng của lực trọng trường khi có sự chênh lệch cột nước giữa các điểm khác nhau trong môi trường xốp Tính thấm nước của đất đá phụ thuộc nhiều nhân tố, quan trọng nhất là kích thước, hình dạng lỗ rỗng và

độ rỗng, nó được quyết định bởi độ phân tán và thành phần khoáng vật của đất đá

3.1.1 Nguyên nhân gây thấm

Nguyên nhân gây ra thấm là do thế chuyển động của dòng thấm hay chính là Gradient cột nước thấm Nguyên nhân gây thấm trong vật liệu không bão hòa nước ngoài tác nhân chính là Gradient cột nước thủy lực (bao gồm Gradient áp lực và Gradient cao trình) còn do Gradient độ

động của nó phụ thuộc vào hình dạng, kích thước các bộ phận công trình

là biên của dòng thấm; xác định các đặc trưng phân bố áp lực thấm lên các bộ phận công trình, phân bố gradien thấm trong miền thấm, và trị số lưu lượng thấm Trên cơ sở các tính toán này, người thiết kế sẽ chọn được hình thức, kích thước, cấu tạo hợp lý của công trình, đảm bảo điều kiện làm việc an toàn của nó (ổn định về trượt, ngăn ngừa biến hình nền ) và tính kinh tế của phương án được chọn

3.3 Phương pháp tính toán thấm

3.3.1 Các giả thiết cơ bản

Lời giải lý thuyết của bài toán thấm có áp được đưa ra trên cơ sở một số giả thiết cơ bản đơn giản hoá môi trường thấm và dòng thấm Các giả thiết đó như sau:

- Đất nền là môi trường đồng nhất đẳng hướng;

- Nước chứa đầy miền thấm và không ép co được;

- Dòng thấm ổn định;

- Dòng thấm chảy tầng và tuân theo định luật Darcy

Những kết quả tính toán thu được dựa vào các giả thiết nêu trên

là rất phù hợp với thực tiễn, có độ chính xác đảm bảo yêu cầu của kỹ thuật

Đối với các bài toán thấm có áp nêu dưới đây, còn đưa thêm 2 giả thiết bổ sung là:

- Trong miền thấm không có điểm tiếp nước và điểm rút nước;

- Bài toán thấm phẳng

Các giả thiết trên là cơ sở lý luận để đơn giản hoá các điều kiện của bài toán, từ đó thiết lập các phương trình tính toán để tìm ra các thông số của dòng thấm là: cột nước thấm h, lưu lượng thấm, phân bố gradien và vận tốc thấm trong toàn miền