Nghiên cứu ảnh hưởng của giải pháp xử lý mái đến ổn định mái hạ lưu đập

1 LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan cơng trình nghiên cứu thân tác giả Các kết nghiên cứu kết luận luận văn trung thực, không chép từ nguồn hình thức nào.Việc tham khảo nguồn tài liệu thực trích dẫn ghi nguồn tài liệu tham khảo quy định Hà nội, ngày 05 tháng 10 năm 2017 Tác giả Nguyễn Văn Thắng i LỜI CẢM ƠN Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật chuyên ngành Xây dựng cơng trình thủy với đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng giải pháp xử lý mái đến ổn định mái hạ lưu đập - áp dụng cho hồ chứa nước Trước Đơng – Đà Nẵng” hồn thành với giúp đỡ tận tình Q thầy giáo Khoa Cơng trình, Khoa Sau đại học, mơn Thủy công, cán trường Đại học Thủy lợi, đồng nghiệp, gia đình bạn bè Xin chân thành cảm ơn Quý quan, Quý thầy cô, đồng nghiệp, gia đình bạn bè ln động viên khích lệ, tạo nhiều thuận lợi cho học viên suốt trình học tập thực luận văn tốt nghiệp Đặc biệt tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến thầy giáo – TS Hồ Sỹ Tâm tận tình giúp đỡ, hướng dẫn, tạo điều kiện để học viên vượt qua trở ngại hồn thành luận văn Tuy có cố gắng định, thời gian trình độ có hạn, luận văn khơng tránh khỏi sai sót Kính mong Q thầy cơ, Q đồng nghiệp bạn bè góp ý xây dựng để học viên hoàn thiện đề tài Xin chân thành cảm ơn ! Hà nội, ngày 05 tháng 10 năm 2017 Tác giả Nguyễn Văn Thắng ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH SÁCH HÌNH ẢNH v DANH SÁCH BẢNG BIỂU vi MỞ ĐẦU CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ HỒ CHỨA, ĐẬP VÀ AN TOÀN HỒ ĐẬP 1.1 Tổng quan đập , hồ chứa 1.1.1 Nhiệm vụ, chức đập, hồ chứa 1.1.2 Phân loại hồ, đập 1.1.3 Đặc điểm làm việc đập vật liệu địa phương 1.2 Tổng quan tình hình sửa chữa nâng cấp đập đất, hồ chứa 1.2.1 Tình hình sửa chữa, nâng cấp đập đất,hồ chứa 1.2.2 Giải pháp sửa chữa nâng cấp đập đất hồ chứa 12 1.2.3 Nâng cao đập đất biện pháp đắp áp trúc hạ lưu 12 1.3 Kết luận chương 1: 19 CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TỐN THẤM, ỔN ĐỊNH, BIẾN DẠNG ĐẬP ĐẤT 20 2.1 Các hình thái đắp áp trúc mái hạ lưu 20 2.1.1 Các hình thái đắp áp trúc mái hạ lưu 20 2.2 Cơ sở lý thuyết, tính tốn thấm cho đập đất 24 2.2.1 Mục đích tính toán thấm 24 2.1.2 Các phương pháp tính thấm 24 2.1.3 Giải toán thấm phương pháp phần tử hữu hạn 26 2.2 Cở sở lý thuyết, tính tốn ổn định cho đập đất 31 2.2.1 Các phương pháp tính tốn ổn định mái 31 2.2.2 Tính tốn ổn định mái theo phương pháp cân giới hạn 32 2.3 Cơ sở lý thuyết, phân tích tính tốn ứng suất – biến dạng đập đất 37 2.3.1 Các biến dạng đập hậu 37 2.3.2 Tính ứng suất biến dạng đập đất theo phương pháp phần tử hữu hạn 38 iii 2.4 Giới thiệu phần mềm Geo-Studio 2007/w 39 2.5 Ứng dụng phần mềm Geo-Studio nghiên cứu phân tích tính tốn 40 2.5.1 Trường hợp nghiên cứu 40 2.5.2 Phân tích kết tính toán thấm 44 2.5.3 Phân tích kết tính tốn ổn định 46 2.6 Kết luận 57 CHƯƠNG III: ÁP DỤNG HỒ CHỨA NƯỚC TRƯỚC ĐÔNG - ĐÀ NẴNG 59 3.1 Giới thiệu hồ chứa nước Trước Đông – Đà Nẵng 59 3.1.1 Nhiệm vụ cơng trình 59 3.1.2 Điều kiện tự nhiên 59 3.1.3 Hiện trạng cơng trình 60 3.1.4 Điều kiện địa chất cơng trình 61 3.1.5 Điều kiện dân sinh, kinh tế 63 3.2 Thông số thiết kế kỹ thuật 63 3.2.1 Cấp cơng trình 63 3.2.2 Chỉ tiêu thiết kế 63 3.2.3 Đặc trưng thủy văn 64 3.3 Thông số thiết kế nâng cao đập 65 3.3.1 Cao trình đỉnh đập 65 3.3.2 Bề rộng cấu tạo đỉnh đập 66 3.3.3 Mái đập bảo vệ mái đập 66 3.4 Tính tốn ổn định, biến dạng đập 67 3.4.1 Tính tốn thấm ổn định thấm 67 3.5 Kết luận 71 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 73 I Kết đạt luận văn 73 II Những hạn chế, tồn 74 III Kiến nghị 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO 75 Tài liệu tiếng Việt 75 Tài liệu tiếng Anh 75 PHỤ LỤC 76 iv DANH SÁCH HÌNH ẢNH Hình 1-1: Phân bố đập hồ chứa giới Hình 1-2: Hiện tượng thấm qua thân đập Hình 1-3: Hiện tượng sạt lở mái đập .9 Hình 2-1: Sơ đồ minh họa đắp thiết bị thoát nước kiểu áp mái 20 Hình 2-2: Sơ đồ minh họa đắp thiết bị thoát nước kiểu áp mái kết hợp đắp đập .21 Hình 2-3: Sơ đồ minh họa đắp đống đá tiêu nước nông chân đập .21 Hình 2-4: Sơ đồ minh họa đắp đống đá tiêu nước sâu chân đập .21 Hình 2-5: Sơ đồ minh họa đắp đống đá tiêu nước sâu chân đập đắp đập 22 Hình 2-6: Sơ đồ minh họa đắp đống đá tiêu nước chân đập có rãnh tiêu đắp đập 22 Hình 2-7: Sơ đồ minh họa đắp lớp phủ bảo vệ tầng lọc ngược kiểu ống khói 23 Hình 2-8: Sơ đồ minh họa đắp tầng lọc ngược kiểu ống khói bên 23 Hình 2-9: Sơ đồ minh họa đắp tầng lọc cho mặt tiếp giáp với đập cũ 23 Hình 2-10: Sơ đồ thấm qua đập 26 Hình 2-11: Sơ đồ tính tốn ổn định mái dốc theo phương pháp mặt trượt 33 Hình 2-12: Ứng suất tổng phương Y đập sau đắp đất 48 Hình 2-13: Biểu đồ ứng suất mặt tiếp xúc HBP 49 Hình 2-14: Biểu đồ ứng suất mặt tiếp xúc HTCGC30 49 Hình 2-15: Biểu đồ ứng suất mặt tiếp xúc HGC50 .50 Hình 2-16: Biểu đồ ứng suất mặt tiếp xúc HTCGC50 50 Hình 2-17: Biểu đồ ứng suất mặt tiếp xúc HTCGC 51 Hình 2-18: Chuyển vị đập sau đắp áp trúc 53 Hình 2-19: Biểu đồ chuyển vị mặt tiếp xúc HBP 54 Hình 2-20: Biểu đồ chuyển vị mặt tiếp xúc HGC30 .54 Hình 2-21: Biểu đồ chuyển vị mặt tiếp xúc HGC50 .55 Hình 2-22: Biểu đồ chuyển vị mặt tiếp xúc HGC70 .55 Hình 2-23: Biểu đồ chuyển vị mặt tiếp xúc HTCBP 56 Hình 2-24: Biểu đồ chuyển vị mặt tiếp xúc HTCGC .56 Hình 3-1: Hồ chứa nước Trước Đông đồ vệ tinh 59 Hình 3-2: Hiện trạng đập đất hồ Trước Đông .60 Hình 3-3: Hiện trạng đập đất hồ Trước Đơng .61 Hình 3-4: Kết ứng suất - biến dạng đập Trước Đông đào giật cấp 71 v DANH SÁCH BẢNG BIỂU Bảng 1-1: Thống kê số lượng hồ chứa địa phương Bảng 1-2: Các hồ chữa nâng cấp 18 Bảng 2-1: Phân loại chiều cao đập đất 40 Bảng 2-2: Chọn mặt cắt điển hình 40 Bảng 2-3: Chỉ tiêu lớp đất 41 Bảng 2-4: Kết tính thấm MNDBT 43 Bảng 2-5: Kết tính thấm MNLTK 43 Bảng 2-6: Kết thấm MNLKT 44 Bảng 2-7: Kết ổn định MNDBT 45 Bảng 2-8: Kết hệ số ổn định MNLTK 45 Bảng 2-9: Kết hệ số ổn định MNLKT 45 Bảng 3-1: Bảng tiêu vật liệu đất đắp 62 Bảng 3-2: Theo tiêu chuẩn WB 64 Bảng 3-3: Đặc trưng hình thái lưu vực sơng 64 Bảng 3-4: Kết tính tốn lượng mưa bình qn lưu vực hồ chứa 64 Bảng 3-5: Phân phối mưa năm thiết kế 64 Bảng 3-6: Kết tính tốn lượng mưa gây lũ lưu vực hồ chứa 65 Bảng 3-7: Kết tính tốn chuẩn dòng chảy năm cho lưu vực hồ chứa 65 Bảng 3-8: Tổng hợp kết tính toán lưu lượng đỉnh lũ tuyến đập 65 Bảng 3-9: Kết tính tốn điều tiết lũ cho phương án tràn cải tạo, nâng cấp 65 Bảng 3-10: Kết tính tốn cao trình đỉnh đập thiết kế 65 Bảng 3-11: Gradien thấm cho phép đất đắp thân đập (TCVN 8216-2009) 68 Bảng 3-12: Gradien thấm cho phép đất đập.(TCVN 4253-2013) 68 Bảng 3-13: Kết tính tốn thấm cho mặt cắt đập thiết kế hồ Trước Đông 68 Bảng 3-14: Kết tính tốn 69 vi MỞ ĐẦU 1.Tính cấp thiết đề tài Việt Nam có hệ thống hạ tầng thủy lợi (hồ, đập hệ thống tưới, tiêu) thuộc loại lớn giới Trong số gần 7.000 đập có quy mơ khác nhau, có 675 đập xếp loại đập lớn (có chiều cao 15m từ ÷ 15m với dung tích hồ chứa triệu m3) số lượng đập nhỏ (có chiều cao 15m dung tích đập triệu m3), ước tính có 6.000 đập phần lớn số đập đất Với nhiệm vụ hồ chứa thủy lợi thủy điện, nhiều đập số đập có nhiệm vụ đa mục tiêu, hỗ trợ điều tiết lũ cung cấp nước với khối lượng lớn Nhận thức tầm quan trọng việc đảm bảo an tồn hồ chứa, nhằm trì tăng trưởng kinh tế, Chính phủ đưa Chương trình Quốc gia an tồn đập vào năm 2003 Chương trình rà sốt đánh giá trạng an toàn đập nước xác định khoảng 1.800 hồ chứa thủy lợi có nguy an toàn, cần sửa chữa nâng cấp Chi phí khơi phục cơng thiết kế cải thiện an tồn đập ước tính khoảng 17.000 tỷ đồng Sau 10 năm thực hiện, nhiều nguồn vốn (trái phiếu Chính phủ, ODA, ngân sách địa phương), chương trình sửa chữa, nâng cấp cho khoảng 600 hồ chứa (khoảng 30% so với nhu cầu) với kinh phí đầu tư xấp xỉ 12.000 tỷ đồng, đào tạo cán quản lý nhân viên vận hành cho số địa phương đơn vị quản lý hồ chứa sửa chữa Hiện Chương trình rà sốt điều chỉnh trình Chính phủ phê duyệt vào năm 2015 Theo số liệu thống kê từ Tổng cục thủy lợi - Bộ Nông nghiệp Phát triển nông thơn, cịn khoảng 1.150 đập cần khơi phục cơng thiết kế và/hoặc cải thiện an tồn Ước tính cần 19.000 tỷ đồng để hỗ trợ cho hoạt động tổng thể nhằm cải thiện an toàn đập từ cấp Quốc gia đến hệ thống Dự án Sửa chữa nâng cao an toàn đập (DaRSIP/WB8) vay vốn Ngân hàng Thế giới WB chuẩn bị thực nằm dự án hỗ trợ cho Chương trình bảo đảm an tồn hồ chứa Chính phủ Mục tiêu dự án tăng cường bảo vệ cho người dân sở hạ tầng kinh tế xã hội hạ du đập phải đối mặt với rủi ro cố, tăng cường thể chế nâng cao lực quản lý an toàn đập cấp Quốc gia cấp hệ thống phù hợp với định hướng phát triển ngành Phạm vi thực dự án 34 tỉnh thuộc miền Bắc miền Trung - Tây Nguyên Kết chủ yếu dự án 450 đập có nguy cố cao sửa chữa, nâng cấp để khôi phục nhiệm vụ thiết kế, tăng cường ổn định, bảo đảm thoát lũ giảm thiểu rủi ro, nâng cao mức an toàn, xác định số rủi ro trước sau trình cải tạo; 718 hồ chứa thủy lợi thiết lập hệ thống giám sát, hỗ trợ vận hành cảnh báo lũ hạ du; Số lượng 450 hồ chứa có nguy an tồn cao xác định có hư hỏng thường gặp kết cấu như: - Thấm/ rò rỉ qua thân đập, thấm dọc cống lấy nước - Lún/ chuyển vị tuyến phận thân đập - Sạt lở/ xói mịn mái đập, đỉnh đập - Không đủ khả xả lũ - Hư hỏng khớp nối xói lở dọc cống lấy nước; cửa van điều tiết cống lấy nước gặp hư hỏng như: han rỉ, mục ruỗng, thiết bị nâng hạ bị kẹt, hầu hết hồ chứa thiếu quy trình vận hành - bảo trì kế hoạch ứng phó khẩn cấp Hiện nay, phương pháp đắp áp trúc nhữ phương pháp thường gặp việc nâng cấp hồ chứa, cụ thể đắp áp mái hạ lưu nhằm nâng cao đỉnh đập tăng ổn định mái Tuy nhiên, đắp thi công đắp áp trúc theo tiêu chuẩn TCVN 8297-2009 mái có hệ số mái lớn khơng cần giật cấp Nhưng thực tế thi cơng đơn vị thi công cho đào giật cấp tăng độ ma sát với mái đấp lại làm cho vùng giật cấp bị đầm khơng chặt Vì vậy, việc nghiên cứu đề tài cấp thiết để độ ổn định mái đắp hạ lưu Mục đích đề tài Mục tiêu đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng giải pháp xử lý mái đến ổn định mái hạ lưu đập - áp dụng cho hồ chứa nước Trước Đông – Đà Nẵng” là: - Nội dung đề tài đề cập đến trình xử lý mặt tiếp xúc,cơng tác đắp áp trúc q trình thi cơng Nghiên cứu tính ổn định biến dạng mái đất - Nghiên cứu tính ổn định biến dạng hồ chứa Trước Đơng mặt tích nước hồ chứa đánh giá có xem xét cách đặc biệt đến an tồn đập - Q trình đắp áp trúc khơng rút cạn hồ chứa Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu 3.1 Cách tiếp cận - Xuất phát từ thực tiễn, tìm hiểu tổng kết đánh giá phương pháp đắp áp trúc nâng cao ổn định mái • Hệ thống hồ chứa giới nói chung Việt Nam nói riêng cịn nhiều tồn tại, khiếm khuyết cần khắc phục chiếm vị quan trọng phát triển kinh tế - xã hội bảo vệ môi trường quốc gia, vùng lãnh thổ Đó sản phẩm vơ quý giám kết bao hệ dày cơng nghiên cứu, đầu tư sức lực, trí tuệ vật chất đáng trân trọng 3.2 Phương pháp nghiên cứu - Thu thập tổng hợp kế thừa tài liệu từ nhiều nguồn đáng tin cậy - Nghiên cứu lý thuyết - Sử dụng mơ hình tính tốn Geoslope Kết đạt - Tổng quan ổn định mái hạ lưu đập - Kiểm tra ảnh hưởng phương pháp xử lý mái đến ổn định đập đất - Đánh giá phương án tối ưu cho loại đập đất CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ HỒ CHỨA, ĐẬP VÀ AN TOÀN HỒ ĐẬP 1.1 Tổng quan đập , hồ chứa 1.1.1 Nhiệm vụ, chức đập, hồ chứa Hồ chứa nước giới xây dựng phát triển đa dạng, phong phú Hiện giới có 45.000 hồ Trong châu Á có 31.340 hồ (chiếm 70%), Bắc Trung Mỹ có 8.010 hồ, Tây Âu có 4.227 hồ, Đơng Âu có 1.203 hồ, châu Phi 1.260 hồ, châu Đại Dương 577 hồ (ICOLD) Ngoài số kể số lượng hồ đập nhỏ với mục tiêu tưới (hồ thủy lợi) gấp nhiều lần, đặc biệt các\ nước Canada, Nauy, Iceland, Đức, Úc, Mỹ, Trung Quốc, Việt Nam Hình 1-1: Phân bố đập hồ chứa giới Hồ chứa cơng trình sử dụng tổng hợp nguồn nước mang tính đa chức Hồ cấp nước cho ngành sản xuất công nghiệp, nông nghiệp, sinh hoạt; hồ điều tiết dòng chảy, phòng chống lũ lụt, chống hạn, hồ tạo nguồn thuỷ cho phát điện, nuôi trồng thuỷ sản, giao thông, du lịch, thể dục thể thao, y tế, hồ cải tạo cảnh quan môi trường, sinh thái, cấp nước trì dịng chảy sơng mùa kiệt Khi hồ chứa nước xây dựng, tạo ổn định phát triển kinh tế xã hội cho khu vực; tạo công ăn việc làm, giải thất nghiệp, phân bổ lao động, lập trung tâm dân cư Mặt khác, số trường hợp cịn góp phần đảm bảo an ninh, quốc phòng 97 98 99 100 101  Kết phân tích ứng suất – biến dạng đập 102 103 104 105 106 107 108 109 PHỤ LỤC TÍNH TỐN ĐẬP TRƯỚC ĐƠNG  Nâng cao đập đất Trước Đông đào bạt phẳng  110  Nâng cao đập Trước Đông đào giật cấp 111 ... việc nghiên cứu đề tài cấp thiết để độ ổn định mái đắp hạ lưu Mục đích đề tài Mục tiêu đề tài: ? ?Nghiên cứu ảnh hưởng giải pháp xử lý mái đến ổn định mái hạ lưu đập - áp dụng cho hồ chứa nước Trước... Tổng quan ổn định mái hạ lưu đập - Kiểm tra ảnh hưởng phương pháp xử lý mái đến ổn định đập đất - Đánh giá phương án tối ưu cho loại đập đất CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ HỒ CHỨA, ĐẬP VÀ AN TOÀN HỒ ĐẬP...LỜI CẢM ƠN Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật chuyên ngành Xây dựng cơng trình thủy với đề tài ? ?Nghiên cứu ảnh hưởng giải pháp xử lý mái đến ổn định mái hạ lưu đập - áp dụng cho hồ chứa nước