Nghiên cứu đề xuất các giải pháp chống thấm cho đập đất vùng ven biển tỉnh ninh thuận, ứng dụng cho đập đất hồ chứa nước núi một

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 Việc tham khảo nguồn tài liệu (nếu có) thực trích dẫn ghi nguồn tài liệu tham khảo quy định Tác giả Phan Thanh Việt i LỜI CẢM ƠN Luận văn thạc sĩ kỹ thuật chun ngành xây dựng cơng trình thủy với đề tài “Nghiên cứu đề xuất giải pháp chống thấm cho đập đất vùng ven biển tỉnh Ninh Thuận, ứng dụng cho đập đất hồ chứa nước Núi Một” hoàn thành ngồi cố gắng khơng ngừng thân, tơi cịn giúp đỡ, động viên khích lệ thầy, cô, bạn bè đồng nghiệp người thân Qua trang viết tác giả xin gửi lời cảm ơn tới người giúp đỡ thời gian học tập - nghiên cứu khoa học vừa qua Tơi xin tỏ lịng kính trọng biết ơn sâu sắc thầy giáo TS Nguyễn Công Thắng trực tiếp tận tình hướng dẫn cung cấp tài liệu thông tin khoa học cần thiết cho Luận văn thầy tham gia giảng dạy Cao học trường Đại học Thủy lợi truyền đạt cho tri thức khoa học vô quý giá Xin chân thành cảm ơn Ban Lãnh đạo trường Đại học Thủy lợi, khoa Cơng trình Bộ mơn Thủy cơng tạo điều kiện cho tơi hồn thành tốt cơng việc nghiên cứu khoa học Tuy có cố gắng định, thời gian có hạn trình độ cịn nhiều hạn chế, Luận văn chắn cịn nhiều thiếu sót Tác giả kính mong nhận ý kiến góp ý để Tác giả tiếp tục nghiên cứu để hoàn thiện đề tài Xin chân thành cảm ơn! Ninh Thuận, ngày 12 tháng 02 năm 2018 Tác giả Phan Thanh Việt ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN I LỜI CẢM ƠN II DANH MỤC HÌNH VẼ V DANH MỤC BẢNG BIỂU VII DANH MỤC VIẾT TẮT VIII MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐẬP ĐẤT VÀ CÁC GIẢI PHÁP CHỐNG THẤM ĐẬP ĐẤT 1.1 Tổng quan xây dựng đập đất Việt Nam 1.2 Tình hình xây dựng đập đất vùng ven biển tỉnh Ninh Thuận[1] 1.2.1 Đặc điểm địa lí điều kiện tự nhiên tỉnh Ninh Thuận 1.2.2 Tình hình xây dựng đập đất Ninh Thuận 1.3 Các điều kiện tự nhiên cho xây dựng đập đất vùng ven biển tỉnh Ninh Thuận[1] 1.3.1 Điều kiện khí hậu 1.3.2 Điều kiện địa hình 10 1.3.3 Điều kiện địa chất 10 1.4 Các giải pháp chống thấm phù hợp cho đập đất vùng ven biển tỉnh Ninh Thuận 12 1.4.1 Tường nghiêng, sân phủ 12 1.4.2 Tường nghiêng màng HDPE, thảm sét địa kỹ thuật, 13 1.4.3 Lõi (bằng đất sét, pha sét vật liệu khác) 14 1.4.4 Tường hào Bentonite (hoặc ximăng-sét) 15 1.4.5 Chống thấm khoan (khoan truyền thống) 16 1.4.6 Tường cọc xi măng-đất 17 1.5 Các giải pháp chống thấm cho đập áp dụng cho đập đất vùng ven biển tỉnh Ninh Thuận – trạng, đánh giá nhận xét 18 1.5.1 Giới thiệu cơng trình hồ chứa nước Nước Ngọt[3] 18 1.5.2 Giới thiệu cơng trình hồ chứa nước Bầu Ngứ[4] 21 1.6 Giới hạn phạm vi nghiên cứu 23 1.7 Kết luận chương 24 CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ LUẬN TÍNH THẤM VÀ ỔN ĐỊNH CHO ĐẬP ĐẤT 25 2.1 Đặt vấn đề 25 2.2 Bài toán thấm ổn định 25 iii 2.2.1 Bài toán thấm 25 2.2.2 Bài toán ổn định 26 2.3 Cơ sở lý thuyết tính tốn thấm[5] 27 2.3.1 Định luật Darcy cho đất khơng bão hịa 27 2.3.2 Hàm thấm 28 2.3.3 Phương trình vi phân 29 2.4 Cơ sở lý thuyết tính tốn ổn định[5] 31 2.5 Giải toán thấm ổn định 32 2.5.1 Các phương pháp giải toán thấm 32 2.5.2 Lựa chọn phương pháp giải toán thấm 34 2.5.3 Các phương pháp giải toán ổn định[7] 37 2.5.4 Lựa chọn phương pháp giải phần mềm tính tốn 44 2.6 Kết luận chương 45 CHƯƠNG ỨNG DỤNG LỰA CHỌN GIẢI PHÁP CHỐNG THẤM PHÙ HỢP CHO ĐẬP ĐẤT HỒ CHỨA NƯỚC NÚI MỘT 46 3.1 Giới thiệu chung hồ chứa nước Núi Một[2] 46 3.2 Các điều kiện tự nhiên cho xây dựng hồ chứa nước Núi Một[2] 46 3.2.1 Điều kiện địa hình 46 3.2.2 Điều kiện địa chất 47 3.2.3 Điều kiện vật liệu đất đắp 48 3.3 Lựa chọn giải pháp chống thấm cho đập đất hồ chứa nước Núi Một 50 3.3.1 Các thơng số kỹ thuật cơng trình 50 3.3.2 Đề xuất giải pháp chống thấm hợp lý cho thân đập đập 51 3.4 Tính tốn cho giải pháp chống thấm lựa chọn 53 3.4.1 Điều kiện biên tính tốn 53 3.4.2 Các phương án kết cấu mặt cắt ngang đập: 54 3.4.3 Nội dung tính tốn 55 3.4.4 Kết tính tốn 55 3.4.5 Tổng hợp kết tính tốn 67 3.5 Phân tích, lựa chọn giải pháp phù hợp 68 3.6 Kết luận chương 69 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO 72 iv DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1-1: Đập đất Hàm Thuận Hình 1-2: Đập Sơng sắt Ninh Thuận Hình 1-3: Hệ thống thủy lợi hồ Sơng Trâu, dung tích chứa 31,50 triệu m3 nước, cung cấp cho 3.000 đất nông nghiệp nước phục vụ sinh hoạt, cơng nghiệp Hình 1-4: Hệ thống thủy lợi hồ Trà Co, có dung tích chứa 10 triệu m3 nước cung cấp cho 1.050 đất nông nghiệp phục vụ sinh hoạt Hình 1-5: Bản đồ phân bố đất cát tỉnh Ninh Thuận, Bình Thuận 12 Hình 1-6: Kết cấu đập đất có tường nghiêng sân phủ 13 Hình 1-7: Màng địa kỹ thuật chống thấm GLC HDPE 14 Hình 1-8: Kết cấu đập đất có tường lõi 14 Hình 1-9: Tường hào chống thấm Bentonite 15 Hình 1-10: Kết cấu đập đất chống thấm qua khoan vữa xi măng 16 Hình 1-11: Sơ đồ tường cọc xi măng đất 17 Hình 1-12: Sơ đồ cơng nghệ Jet-grouting làm tường chống thấm 17 Hình 1-13: Chân khay kết hợp với tường nghiêng thượng lưu chống thấm 21 Hình 2-1: Các đạng di chuyển khối đất đá 26 Hình 2-2: Quan hệ hệ số thấm độ hút dính 29 Hình 2-3: Các loại phần tử 35 Hình 2-4: Mặt trượt trụ trịn 37 Hình 2-5: Các lực tác dụng phương pháp thông dụng 38 Hình 2-6: Dạng mặt trượt trụ tròn 39 Hình 2-7: Đa giác lực – Phương pháp Bishop đơn giản 39 Hình 2-8: Lực tác dụng lên mặt trượt thơng qua khối trượt mặt trượt trụ tròn 41 Hình 2-9: Lực tác dụng lên mặt trượt thơng qua khối trượt mặt trượt tổ hợp 42 Hình 2-10: Lực tác dụng lên mặt trượt thông qua khối trượt với đường trượt đặc biệt 42 Hình 3-1: Vị trí đập xây dựng Ninh Thuận 46 Hình 3-2: Cắt dọc địa chất tim đập 48 Hình 3-3: Mặt cắt ngang đập phương án 52 Hình 3-4: Mặt cắt ngang đập phương án 52 Hình 3-5: Mặt cắt ngang đập phương án 53 Hình 3-6: Biểu đồ đường đẳng cột nước thấm phương án (TH1) 56 v Hình 3-7: Biểu đồ Gradient thấm véc tơ vận tốc thấm phương án (TH1) 56 Hình 3-8: Ổn định mái hạ lưu - Cung trượt nguy hiểm nhất, phương án (TH1) 56 Hình 3-9: Biểu đồ đường đẳng cột nước phương án (TH2) 57 Hình 3-10: Biểu đồ Gradient thấm véc tơ vận tốc thấm phương án (TH2) 57 Hình 3-11: Ổn định mái hạ lưu - Cung trượt nguy hiểm nhất, phương án (TH2) 57 Hình 3-12: Biểu đồ đường đẳng cột nước phương án (TH3) 58 Hình 3-13: Biểu đồ Gradient thấm véc tơ vận tốc thấm phương án (TH3) 58 Hình 3-14: Ổn định mái hạ lưu - Cung trượt nguy hiểm nhất, phương án (TH3) 58 Hình 3-15: Biểu đồ đường đẳng cột nước phương án (TH1) 59 Hình 3-16: Biểu đồ Gradient thấm véc tơ vận tốc thấm phương án (TH1) 59 Hình 3-17: Ổn định mái hạ lưu - Cung trượt nguy hiểm nhất, phương án (TH1) 60 Hình 3-18: Biểu đồ đường đẳng cột nước phương án (TH2) 60 Hình 3-19: Biểu đồ Gradient thấm véc tơ vận tốc thấm phương án (TH2) 61 Hình 3-20: Ổn định mái hạ lưu - Cung trượt nguy hiểm nhất, phương án (TH2) 61 Hình 3-21: Biểu đồ đường đẳng cột nước phương án (TH3) 62 Hình 3-22: Biểu đồ Gradient thấm véc tơ vận tốc thấm phương án (TH3) 62 Hình 3-23: Ổn định mái hạ lưu - Cung trượt nguy hiểm nhất, phương án (TH3) 62 Hình 3-24: Biểu đồ đường đẳng cột nước phương án (TH1) 63 Hình 3-25: Biểu đồ Gradient thấm véc tơ vận tốc thấm phương án (TH1) 64 Hình 3-26: Ổn định mái hạ lưu - Cung trượt nguy hiểm nhất, phương án (TH1) 64 Hình 3-27: Biểu đồ đường đẳng cột nước phương án (TH2) 65 Hình 3-28: Biểu đồ Gradient thấm véc tơ vận tốc thấm phương án (TH2) 65 Hình 3-29: Ổn định mái hạ lưu - Cung trượt nguy hiểm nhất, phương án (TH2) 65 Hình 3-30: Biểu đồ đường đẳng cột nước phương án (TH3) 66 Hình 3-31: Biểu đồ Gradient thấm véc tơ vận tốc thấm phương án (TH3) 66 Hình 3-32: Ổn định mái hạ lưu - Cung trượt nguy hiểm nhất, phương án (TH3) 67 vi DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1-1: Các hồ chứa xây dựng đến năm 2000 Bảng 1-2: Các hồ chứa xây dựng từ năm 2000-2013 Bảng 1-3: Bảng tiêu có lý đập 20 Bảng 1-4: Bảng tiêu đất bãi vật liệu bổ sung 20 Bảng 1-5: Chỉ tiêu lý đất đắp đập 22 Bảng 1-6: Chỉ tiêu lý đất đập 23 Bảng 3-1: Chỉ tiêu lớp đất đập 47 Bảng 3-2: Kết thí nghiệm tiêu lý đất đắp đập 49 Bảng 3-3: Các thơng số hồ chứa đập 50 Bảng 3-4: Các tiêu lý đất đắp đập đập 53 Bảng 3-5: Tổng hợp kết tính tốn trường hợp 67 vii DANH MỤC VIẾT TẮT - BTCT: Bê tông cốt thép - CKD: Chất kết dính - CT: Cơng thức - DM: Công nghệ trộn sâu - ĐKT: Địa kỹ thuật - HS: Hệ số - KPALC: Khoan áp lực cao - TCXDVN: Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam - TCT: Tường công tác - TXMĐ: Tường xi măng đất - N: Nước - N/X: Tỷ lệ nước xi măng - PP: Phương pháp - XMĐ: Xi măng - đất - XMB: Xi măng + bentonite - X, XM: Xi măng - XMBx: Hàm lượng (x) kg xi măng + kg bentonite 1m3 đất viii MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Ninh Thuận tỉnh thuộc vùng duyên hải Nam Trung Bộ có vị trí địa lý quan trọng nằm ngã ba nối liền vùng kinh tế trọng điểm Đông Nam Bộ với Nam Trung Bộ Tây Nguyên Tuy vậy, lại vùng có khí hậu khắc nghiệt với tổng lượng mưa thấp nước, khí hậu nắng nóng, khơ hạn quanh năm nên thường xuyên xuất tình trạng thiếu nước Để tạo nguồn nước, giải vấn đề thiếu nước nhiều cơng trình hồ, đập xây dựng địa bàn tỉnh Ninh Thuận Vùng ven biển tỉnh Ninh Thuận nói chung vùng hồ Núi Một nói riêng có cấu tạo địa chất đập, đất đắp đập tồn số lớp đất có tính thấm lớn (đất cát đất sét có hệ số thấm lớn từ 10-2cm/s đến 10-3cm/s) nên việc phân tích lựa chọn giải pháp chống thấm hợp lý cho cơng trình ven biển cần thiết để đảm bảo ổn định thấm cho đập Thực tế thi công hồ chứa nước Núi Một cho thấy, lượng đất đắp đập vận chuyển từ hồ Sông Trâu khoảng 50 km dẫn đến có chi phi vận chuyển lớn, để giảm chi phí vận chuyển, cần nghiên cứu để đưa giải pháp sử dụng vật liệu chỗ để xây dựng đập Do phần lớn lượng đất đắp đập vùng ven biển tỉnh Ninh Thuận có hệ số thấm lớn, nên để đảm bảo cơng trình vận hành an tồn tránh xảy cố thấm qua đập cần phải có biện pháp kỹ thuật chống thấm cho đập hợp lý để đảm bảo ổn định thấm cho cơng trình Vì vậy, tác giả lựa chọn đề tài cho luận văn là: “Nghiên cứu đề xuất giải pháp chống thấm cho đập đất vùng ven biển tỉnh Ninh Thuận, ứng dụng cho đập đất hồ chứa nước Núi Một” Mục đích đề tài: - Nghiên cứu giải pháp chống thấm cho đập đất vùng ven biển địa bàn tỉnh Ninh Thuận - Đề xuất giải pháp chống thấm cho đập hồ chứa nước Núi Một tỉnh Ninh Thuận Cách tiếp cận phương pháp thực hiện: - Thu thập, phân tích tài liệu, số liệu khảo sát thực tiễn - Tổng kết kinh nghiệm thu thập tài liệu từ cơng trình xử lý chống thấm, kết đạt ý kiến nhà khoa học - Giải toán thấm phương pháp phần tử hữu hạn (ứng dụng phần mềm hãng GEO-SLOPE để giải toán thấm) - Nghiên cứu giải pháp cơng trình xây dựng vùng ven biển tỉnh Ninh Thuận Từ phân tích lựa chọn giải pháp phù hợp để thiết kế chống thấm cho đập hồ Núi Một tỉnh Ninh Thuận Kết dự kiến đạt được: - Tìm phương pháp hợp lý để chống thấm cho cơng trình vùng ven biển tính Ninh Thuận - Đề xuất phương pháp phù hợp chống thấm cho đập cơng trình hồ Núi Một đưa kiến nghị trình khảo sát, thiết kế thi công đảm bảo độ bền thấm cho đập xây dựng vùng có điều kiện tương tự ... chống thấm cho đập đất vùng ven biển tỉnh Ninh Thuận, ứng dụng cho đập đất hồ chứa nước Núi Một? ?? Mục đích đề tài: - Nghiên cứu giải pháp chống thấm cho đập đất vùng ven biển địa bàn tỉnh Ninh. .. ngành xây dựng cơng trình thủy với đề tài ? ?Nghiên cứu đề xuất giải pháp chống thấm cho đập đất vùng ven biển tỉnh Ninh Thuận, ứng dụng cho đập đất hồ chứa nước Núi Một? ?? hoàn thành ngồi cố gắng khơng... CHỌN GIẢI PHÁP CHỐNG THẤM PHÙ HỢP CHO ĐẬP ĐẤT HỒ CHỨA NƯỚC NÚI MỘT 46 3.1 Giới thiệu chung hồ chứa nước Núi Một[ 2] 46 3.2 Các điều kiện tự nhiên cho xây dựng hồ chứa nước Núi Một[ 2]