Nghiên cứu xử lý chống thấm nền đập Nậm Ngam - Pú Nhi - Tỉnh Điện Biên

LỜI CẢM ƠN Trong trình thực luận văn “Nghiên cứu xử lý chống thấm đập Nậm Ngam-Pú Nhi-Tỉnh Điện Biên” học viên nhận giúp đỡ thầy, cô giáo trường Đại Học Thủy Lợi, đặc biệt hướng dẫn trực tiếp PGS.TS Nguyễn Quang Hùng Đến tơi hồn thành luận văn thạc sĩ theo kế hoạch đề Mong muốn học viên góp phần nhỏ bé vào việc nghiên cứu xử lý chống thấm đập nói chung cơng trình đập Nậm Ngam-Pú Nhi nói riêng Tuy nhiên hiểu biết thân thời gian thực luận văn có hạn với thiếu thốn trang thiết bị nên nội dung luận văn không tránh khỏi thiếu sót Rất mong nhận ý kiến đóng góp, bảo thầy, cô để nâng cao hiểu biết có điều kiện phát triển thêm nội dung nghiên cứu luận văn sau Học viên xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đến PGS.TS Nguyễn Quang Hùng người trực tiếp hướng dẫn, bảo tận tình, cung cấp kiến thức khoa học cho suốt thời gian qua Qua gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy, cô giáo mơn , Khoa cơng trình, Phịng đào tạo Đại học Sau đại học trường Đại học Thủy Lợi giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi để tơi hồn thành luận văn Thạc sĩ Hà nội, ngày…….tháng…… năm 2014 Học viên Hồ Khánh Linh LỜI CAM ĐOAN Tôi Hồ Khánh Linh, học viên cao học lớp 20C21 - Trường Đại học Thủy lợi Tôi tác giả luận văn này, tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các nội dung kết nghiên cứu trung thực, chưa công bố cơng trình khác Tác giả Hồ Khánh Linh MỤC LỤC MỞ ĐẦU .1 CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ ĐẬP VẬT LIỆU ĐỊA PHƯƠNG VÀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tình hình xây dựng đập vật liệu địa phương giới Việt Nam 1.2 Một số hỏng đập vật liệu địa phương tác hại dòng thấm 1.3 Nguyên nhân phát sinh dịng thấm đáy móng cơng trình 1.3.1 Dịng thấm có áp 1.3.2 Dịng thấm khơng áp 1.4 Những vấn đề dòng thấm đáy móng cơng trình 1.5 Những nhân tố ảnh hưởng đến dòng thấm đáy móng cơng trình 1.6 Xử lý thấm cho đập số cơng trình giới Việt Nam 1.7 Kết luận chương I .12 CHƯƠNG II CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU .13 2.1 Mở đầu 13 2.2 Các mơ hình tính tốn thấm đáy móng cơng trình .13 2.2.1 Tính thấm phương pháp giải tích 13 2.2.2 Tính thấm phương pháp sử dụng lưới thấm 15 2.2.3 Tính thấm phương pháp số .16 2.3 Đặc điểm phân loại đập 32 2.4 Yêu cầu xử lý chống thấm cho đập .32 2.5 Tường chống thấm tường kết hợp lõi 33 2.6 Chống thấm sân phủ 34 2.6.1 Chiều dài: 35 2.6.2 Chiều dày: 35 2.7 Chống thấm cừ 37 2.7.1 Bố trí cừ: 37 2.7.2 Cấu tạo: 38 2.8 Chống thấm tường nghiêng sân phủ mềm .39 2.9 Chống thấm khoan vữa xi măng .40 2.10 Chống thấm tường hào Bentonite 41 2.11 Chống thấm cọc xi măng đất 43 2.12 Các giải pháp kết hợp khác 46 2.13 Những tiêu chí để lựa chọn phương pháp xử lý chống thấm cho đập 48 2.14 Kết luận chương II 48 CHƯƠNG III LỰA CHỌN GIẢI PHÁP CHỐNG THẤM CHO NỀN ĐẬP NẬM NGAM- PÚ NHI TỈNH ĐIỆN BIÊN .49 3.1 Giới thiệu cơng trình 49 3.1.1 Tóm tắt nội dung phương án cơng trình phê duyệt dự án đầu tư 49 3.1.2 Vị trí địa lý vùng cơng trình, khu hưởng lợi đối tượng hưởng lợi .50 3.2 Đề xuất phương án xử lý chống thấm cho đập hồ chứa Nậm Ngam 53 3.2.1 Cơ sở lựa chọn giải pháp xử lý chống thấm cho đập 53 3.2.2 Lựa chọn phương án xử lý chống thấm cho đập 64 3.2.3 Phân tích thấm qua sau xử lý 78 3.3 Phân tích lựa chọn phương án xử lý chống thấm .81 3.3.1 So sánh thiết bị thi công phương án 85 3.3.2 Tính tốn ổn định chung đập 87 3.4 Tính tốn thiết kế cho phương án lựa chọn :Khoan vữa xi măng phụ gia tạo màng chống thấm 95 3.4.1 Nhiệm vụ công tác xử lý chống thấm đập 95 3.4.2 Phạm vi công tác xử lý đập 95 3.5 Phương pháp xử lý chống thấm đập 96 3.5.1 Vật liệu 97 3.5.2 Thiết bị khoan 97 3.6 Khoan xử lý chống thấm đập 99 3.6.1 Thiết kế mạng lưới hố khoan chống thấm đập 99 3.6.2 Khoan thí nghiệm 101 3.6.3 Khoan đại trà 105 3.6.4 Công tác khoan kiểm tra sau khoan đại trà 110 3.6.5 Tiến độ thi công khoan xử lý chống thấm đập 112 3.6.6 Cơng tác an tồn lao động .112 3.6.7 Các tài liệu 113 3.7 Kết luận chương III 113 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .115 TÀI LIỆU THAM KHẢO .118 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Những đập đất - đá cao 100 m Bảng 1.2: Một số đập đất đá xây dựng Việt Nam Bảng 3.1: Tổng hợp tiêu kinh tế kỹ thuật chủ yếu cơng trình 51 Bảng 3.2: Các mực nước thiết kế 57 Bảng 3.3: Các kích thước đập 57 Bảng 3.4: Các tiêu lý vật liệu đắp đập .58 Bảng 3.5 Bảng kết tính tốn thấm phương án chưa xử lý 64 Bảng 3.6: Bảng tính tốn thấm tổ hợp khoan vữa xi măng+phụ gia 79 Bảng 3.7: Bảng tính tốn thấm phương án khoan vữa xi măng .80 Bảng 3.8: Bảng tính tốn thấm phương án tường hào bentonite .80 Bảng 3.9: Bảng tổng hợp kết tính tốn thấm trước sau xử lý 82 Bảng 3.10 Các trường hợp tính tốn ổn định đập đất 87 Bảng 3.11 Kết tính tốn ổn định .94 DANH MỤC HÌNH Hình 2.1 : Sơ đồ tính thấm phương pháp lưới a) Lưới thấm; b) Biểu đồ gradien thấm Jr .15 Hình 2.2: Sơ đồ lưới sai phân 19 Hình 2.3: Nối tiếp đập 33 Hình 2.4: Sơ đồ thấm qua đập có tường lõi + chân 33 Hình 2.5: Bố trí sân trước đất sét .35 Hình 2.6: Các sơ đồ liên kết cừ với cơng trình .38 Hình 2.7: Cấu tạo loại cừ thép 38 Hình 2.8: Cấu tạo kích thước số cừ bêtông cốt thép .39 Hình 2.9: Kết cấu đập đất có tường nghiêng sân phủ mềm 39 Hình 2.10: Kết cấu đập đất chống thấm qua khoan vữa xi măng .40 Hình 2.11: Tường hào chống thấm Bentonite .42 Hình 2-12 : Sơ đồ tường cọc xi măng đất 44 Hình 2-13 : Mơ tả q trình thi cơng tạo tường chống thấm 45 Hình 2.14: Thi công chống thấm vai đập khoan vữa xi măng 47 Hình 2.15: Thi cơng chống thấm thân đập 47 Hình 3.1: Mặt cắt tính tốn D22 60 Hình 3.3: Đường bão hòa thấm trường gradient thấm chưa xử lý mc D22-Tổ hợp 62 Hình 3.4: Đường bão hịa thấm trường gradient thấm chưa xử lý mc D22-Tổ hợp 63 Hình 3.5: Đường bão hòa thấm trường gradient thấm xử lý mc D22 phương án I -Tổ hợp 1.1A .66 Hình 3.6: Đường bão hòa thấm trường gradient thấm xử lý mc D22 phương án I -Tổ hợp 1.2A .67 Hình 3.7: Đường bão hịa thấm trường gradient thấm xử lý mc D22 phương án I -Tổ hợp 1.3A .68 Hình 3.8: Đường bão hịa thấm trường gradient thấm xử lý mc D22 phương án I -Tổ hợp 2.1A .69 Hình 3.9: Đường bão hòa thấm trường gradient thấm xử lý mc D22 phương án I -Tổ hợp 2.2A .70 Hình 3.10: Đường bão hịa thấm trường gradient thấm xử lý mc D22 phương án I -Tổ hợp 2.3A .71 Hình 3.11: Đường bão hịa thấm trường gradient thấm xử lý mc D22 phương án I -Tổ hợp 3.1A .72 Hình 3.12: Đường bão hòa thấm trường gradient thấm xử lý mc D22 phương án I -Tổ hợp 3.2A .73 Hình 3.13: Đường bão hịa thấm trường gradient thấm xử lý mc D22 phương án I-Tổ hợp 3.3A 74 Hình 3.14: Đường bão hịa thấm trường gradient thấm xử lý mc D22 phương án II – Tổ hợp 1B 75 Hình 3.15: Đường bão hòa thấm trường gradient thấm xử lý mc D22 phương án II – Tổ hợp 2B 76 Hình 3.16: Đường bão hịa thấm trường gradient thấm xử lý mc D22 phương án II – Tổ hợp 3B 77 Hình 3.17: Đường quan hệ số hàng khoan gradient thấm J tiếp xúc 79 Hình 3.18: Đường quan hệ số hàng khoan lưu lượng thấm q 79 Hình 3.19: Đường quan hệ gradient J tiếp xúc phương án trước sau xử lý 83 Hình 3.20: Đường quan hệ lưu lượng thấm phương án trước sau xử lý 83 Hình 3.21: Đường quan hệ gradient J cửa vào phương án trước sau xử lý 84 Hình 3.22: Đường quan hệ gradient J cửa phương án trước sau xử lý 84 Hình 3.23: Tính tốn ổn định mái hạ lưu đập-Tổ hợp 89 Hình 3.24: Tính tốn ổn định mái hạ lưu đập-Tổ hợp 89 Hình 3.25: Tính tốn ổn định mái hạ lưu đập-Tổ hợp 90 Hình 3.26: Tính tốn ổn định mái hạ lưu đập-Tổ hợp 1A 90 Hình 3.27: Tính toán ổn định mái hạ lưu đập-Tổ hợp 2A 91 Hình 3.28: Tính tốn ổn định mái hạ lưu đập-Tổ hợp 3A 91 Hình 3.29: Tính tốn ổn định mái hạ lưu đập-Tổ hợp 1B .92 Hình 3.30: Tính tốn ổn định mái hạ lưu đập-Tổ hợp 2B .92 Hình 3.31: Tính toán ổn định mái hạ lưu đập-Tổ hợp 3B .93 Hình 3.32 :Đường quan hệ Kminmin phương án trước sau xử lý 94 Hình 3.24: Mặt khoan 106 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài: Ở nước ta việc nghiên cứu lý thuyết thấm kinh nghiệm việc giải vấn đề thấm thực tiễn thiết kế, xây dựng khai thác đập dâng nước vật liệu địa phương chưa nhiều Vì việc để nghiên cứu ứng dụng tiến khoa học giới lĩnh vực vào Việt nam cần thiết Với cơng trình hồ chứa nước Nậm ngam- Pú Nhi Tỉnh Điện Biên Đập đất có chiều cao lớn, địa hình bên vai phải đập dốc, công tác thi công cần phải đảm bảo xử lý tốt móng, đặc biệt chân khay đập phải xử lý triệt để, bóc bỏ hồn tồn tầng cuội sỏi lịng hồ lớp đất có hệ số thấm lớn Cần xử lý lớp đắp tiếp giáp với mái ta luy tốt, chặt tiếp xúc tốt với đất hai vai đập Đất mơi trường xốp có chứa nhiều lỗ rỗng, có chênh lệch cột nước hình thành dịng thấm, khơng kiểm sốt dịng thấm gây hư hỏng : hư hỏng hạt bị hư hỏng khơng kiểm sốt dịng thấm gây nên Do chuyên đề nghiên cứu biện pháp xử lý thấm cho đập đất cần thiết Mục đích đề tài: Nghiên cứu tổng quan giải pháp chống thấm cho cơng trình điều kiện ứng dụng giải pháp Đề xuất lựa chọn giải pháp chống thấm cho đập hồ chứa Nậm ngam- Pu Nhí Tỉnh Điện Biên Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu: Tiếp cận thực tế: đập xử lý chống thấm giới Việt Nam Tiếp cận lý thuyết : sở tính tốn mặt cắt đập theo tiêu chuẩn lưu lượng thấm, đường bão hoà thân đập, độ bền thấm đập Phương pháp nghiên cứu: theo phương pháp phần tử hữu hạn cách sử dụng phần mềm SEEP/W hãng GEO-SLOPE Canada Kết dự kiến đạt được: Nắm tổng quan phương pháp xử lý chống thấm cho cơng trình điều kiện ứng dụng Đề xuất giải pháp chống thấm cho đập hồ chứa 104 chèn bê tông phản áp, ngày sau đổ xong vữa chèn khoan đoạn Các đoạn thực theo công nghệ áp lực cao theo phương pháp vữa bịt miệng hố, phương thức phân đoạn tuần hoàn từ xuống - Tiến hành khoan đoạn thứ đến hết chiều sâu hố khoan thiết kế với chiều dài đoạn phụt, áp lực phụt, nồng độ vữa điều kiện dừng Trong trình khoan hố khoan thí nghiệm (TN i ) cần tiến hành ép nước thí nghiệm phân đoạn dự kiến, với áp lực ép nước 0.8xP max ( Áp lực thiết kế lớn nhất) phân đoạn đó, khơng lớn 10KG/cm2 Kết ép nước thí nghiệm phân đoạn sở để chọn nồng độ vữa thích hợp cho cơng tác thí nghiệm - Trong q trình thí nghiệm cần theo dõi biến động hố quan trắc để xác định mức độ lan vữa từ hố thí nghiệm dựa vào kết thí nghiệm xác định xác hóa thơng số khoảng cách hàng phụt, hố khoan hàng phụt, áp lực nồng độ dung dịch - Sau kết thúc hố khoan thí nghiệm tiến hành hố quan trắc khu vực thí nghiệm theo trình tự hố thí nghiệm sử dụng công nghệ áp lực cao theo phương pháp vữa bịt miệng hố, phương thức tuần hoàn từ lên - Lấp hố khoan khu vực thí nghiệm vữa xi măng đặc ( tỷ lệ 1/1) - Khoan hố kiểm tra ép nước kiểm tra kết thí nghiệm tiến hành sau thời điểm đoạn thí nghiệm cuối kết thúc, tối thiểu 14 ngày lấp xong hố khoan khu vực thí nghiệm - Tại khu vực thí nghiệm bố trí từ 1-2 hố khoan kiểm tra, vị trí hố kiểm tra Chủ Đầu Tư ( bên A) chọn trường, trường hợp Chủ Đầu Tư ( bên A) cho phép chọn vị trí hố khoan kiểm tra KT i Chiều sâu hố khoan kiểm tra chiều sâu hố khoan thí nghiệm Khối 105 lượng khoan ép nước kiểm tra sau khoan thí nghiệm tính tổng khối lượng kiểm tra chung Sau kết thúc công tác kiểm tra, tiến hành lấp hố khoan kiểm tra yêu cầu hố thông thường - Đánh giá kết cơng tác khoan thí nghiệm để có sở tiến hành cơng tác khoan đại trà Tiêu chuẩn đánh giá chất lượng thí nghiệm lấy theo lượng nước đơn vị yêu cầu q ≤ 0.05 (l/ph.m.m), ép nước kiểm tra đoạn phải đạt yêu cầu 100%, đoạn ép tỷ lệ đạt khơng nhỏ 90% Trong tất hố khoan kiểm tra tiến hành ép nước thí nghiệm phân đoạn từ xuống, chiều dài đoạn ép trung bình 5m, áp lực ép thí nghiệm lấy theo cấp áp lực P=0.8 lần áp lực lớn đoạn tương ứng, không vượt 10KG/ cm2 - Nếu kết ép nước kiểm tra đạt yêu cầu mạng lưới bố trí hố khoan phù hợp, khơng đạt phải điều chỉnh lại mạng lưới khoan Sau kết thúc công tác kiểm tra tiến hành lấp hố yêu cầu hố thông thường - Sau điều chỉnh lại mạng lưới khoan mà khối lượng tăng 10% so với khối lượng thiết kế phải thiết kế lại phải cấp phê duyệt - Nếu điều chỉnh lại mạng lưới thiết kế mà khối lượng tăng nhỏ 10% so với khối lượng thiết kế Chủ nhiệm đồ án khoan điều chỉnh lại đồ án thiết kế cho phù hợp với khối lượng phê duyệt Sau điều chỉnh lại, cần tiến hành thí nghiệm lại để kiểm tính phù hợp mạng lưới khoan 3.6.3 Khoan đại trà 3.6.3.1 Trình tự biện pháp thi công khoan đại trà Công tác khoan đại trà thực sau có kết đánh giá cơng tác khoan thí nghiệm, đồ án thiết kế khoan hiệu chỉnh cần thiết thiết phải sau kết thúc công tác khoan gia cố khu vực 106 Trên sở mốc sở đầu đập dùng máy đo đạc địa hình để xác định vị trí hàng hố khoan Các mốc sở bao gồm mốc DH bên vai phải đập, vị trí mốc sở thể hình 3.22 Hình 3.24: Mặt khoan Thứ tự khoan hàng hố hàng thực sau: 1.Thứ tự hàng phụt: Khu vực bố trí hàng phụt: Hàng A ÷ Hàng B Khu vực bố trí hàng phụt: Hàng A ÷ Hàng B ÷ Hàng C 2.Trên hàng phụt: Phụt hố khu vực thung lũng trước tiến dần hai phía vai đập theo đợt khác nhau: + Đợt I – khoan hố theo bước cách hố, ( hố - - ,v,v ), + Đợt II – khoan hố hai hố đợt I, ( hố - ,v,v ), + Đợt III – khoan hố hố phụt, ( hố - - - ,v,v ), Cụ thể theo sơ đồ sau: 107 Phụt đợt I Phụt đợt II Phụt đợt III -Pht theo phng phỏp tun hon: Các hố đợt I đợt II tiến hành phân đoạn từ xuống, hố đợt III phân đoạn từ lên 3.6.3.2 Phân đoạn Chiều dài đoạn chiều dài tính từ đáy tầng bê tơng phản áp tới đáy hố khoan Như chiều dài đoạn đoạn sau chiều dài đoạn trước cộng với độ sâu khoan bổ sung -Dự kiến sau : đoạn dài 2m, đoạn sâu thêm 3m chiều dài đoạn 2m+3m=5m Từ đoạn trở đoạn gia tăng thêm 5m, riêng đoạn cuối độ sâu lại hố Nếu độ sâu cịn lại ≤ 3m, chiều sâu bổ sung thêm cho đoạn phía trên, chiều dài đoạn khơng lớn 7m -Công tác thực liên tục mà không cần đợi đông kết 3.6.3.3 Áp lực -Áp lực lấy theo trị số đồng hồ làm chuẩn Khi phụt, áp lực cần nhanh chóng đạt tới áp lực ban đầu cho đoạn phụt, thông thường áp lực ban đầu thường lấy 0.7 lần áp lực thiết kế tối đa, lượng ăn vữa lớn có khả bị đẩy trồi lên nâng từ áp lực lên cấp, cấp 1KG/cm2 sau phút - Cần lưu ý giá trị áp lực thiết kế chủ yếu sử dụng đá phong hóa vừa-nhẹ đá phong hóa mạnh Trường hợp đá phong hóa hồn tồn đất pha tàn tích, tùy thuộc vào điều kiện thực tế trình mà điều chỉnh cho phù hợp Trên sở xác định áp lực phụt, nồng độ vữa thích hợp 108 cho đá phong hóa hồn tồn, đảm bảo kết tốt mà không gây tượng phá hoại Do đoạn phong hóa đá hồn tồn có chiều sâu thường 5 5/1-3/1 3/1-2/1 2/1 -1/1 1/1-0,8/1 0,5/1 3.6.3.6 Điều kiện tăng giảm nồng độ dung dịch vữa -Khi trì áp lực khơng đổi mà lượng ăn vữa liên tục giảm lượng vữa không đổi làm áp lực liên tục tăng khơng thay đổi nồng độ vữa -Khi lượng ăn vữa cấp áp lực đạt 300 lít cho đoạn thời gian đạt đến 30 phút mà áp lực lượng ăn vữa khơng có thay đổi thay đổi khơng rõ ràng cần tăng nồng độ vữa lên cấp -Khi lượng ăn vữa lớn 30(l/ph) tùy thuộc vào điều kiện thực tế mà tăng nồng độ vữa lên cấp - Trong trình mà áp lực lượng ăn vữa tăng đột ngột phải nhanh chóng làm rõ nguyên nhân có biện pháp xử lý phù hợp -Sau thay đổi nồng độ vữa, áp lực tăng lên lượng vữa tiêu hao giảm, phải trở nồng độ trước thay đổi tiếp tục -Trong trình phụt, cần theo dõi chặt chẽ nồng độ vữa qua đầu đo cảm biến xác định nồng độ vữa lắp đồng hệ thống thiết bị tự động theo dõi trình Vữa xi măng sau thời gian khơng nên sử dụng để -Trong trình dung dịch xẩy cố phải ngừng lâu 30 phút cần nhanh chóng khơi phục lại cơng tác phụt, khơng phải rửa hố khoan tiếp tục Khi lại nên dùng vữa xi măng với nồng độ trước gặp cố lượng vữa tiêu hao gần trước, lượng vữa tiêu hao 110 tăng nhiều cần tăng nồng độ vữa, lượng ăn vữa giảm nhiều tới mức khơng vữa cần có biện pháp khác hỗ trợ -Khi lượng vữa đoạn lớn chọn biện pháp áp lực thấp, vữa đặc gián đoạn -Trong trình vữa ống dẫn phải thường xuyên chuyển động chuyển động lên xuống Lưu lượng vữa hồi quy nên lớn 15(l/ph) thích hợp, nhằm phịng ngừa đông cứng vữa bên ống 3.6.3.7 Điều kiện dừng Phụt vữa cho đoạn coi hoàn thành đạt điều kiện đây: -Trong đá phong hóa hồn tồn phong hóa mạnh áp lực thiết kế tối đa(P max ) đoạn phụt, lưu lượng vữa giảm xuống mức