Nghiên cứu giải pháp chống thấm và ổn định cho đập đất hồ chứa nước chống lũ lộc an

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập- Tự do- Hạnh phúc TP Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2018 BẢN CAM KẾT Tên học viên: Hoàng Văn Tuy Tôi xin cam đoan đề tài luận văn tơi hồn tồn tơi làm Những kết nghiên cứu không chép từ nguồn thông tin khác Những số liệu kết nghiên cứu có sử dụng luận văn trích dẫn theo quy định Học viên Hoàng Văn Tuy Học viên: Hoàng Văn Tuy i GVHD: PGS.TS Nguyễn Cảnh Thái LỜI CẢM ƠN Luận văn hoàn thành dựa cố cố gắng thân, giúp đỡ nhiệt tình giáo viên hướng dẫn PGS.TS Nguyễn Cảnh Thái, từ lúc chọn đề tài, lập đề cương kết thúc luận văn Tuy nhiên trình độ điều kiện cịn nhiều hạn chế, luận văn không tránh khỏi khiếm khuyết, sai sót, tác giả mong muốn nhận bảo thầy giáo, đóng góp ý kiến đồng nghiệp để luận văn mang lại ý nghĩa thiết thực Nhân dịp tác giả xin chân thành cảm ơn PGS.TS Nguyễn Cảnh Thái, thầy cô giáo trường Đại học Thủy Lợi, bạn bè, đồng nghiệp giúp đỡ nhiệt tình trình làm luận văn Tác giả xin cám ơn đến Lãnh đạo quan Sở Nông nghiệp PTNT tỉnh Đồng Nai, nơi tác giả công tác cung cấp tài liệu cần thiết cho luận văn tạo điều kiện bố trí thời gian để hồn thành khóa học luận văn Xin chân thành cảm ơn Tác giả Hoàng Văn Tuy Học viên: Hoàng Văn Tuy ii GVHD: PGS.TS Nguyễn Cảnh Thái MỤC LỤC BẢN CAM KẾT .i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC HÌNH VẼ vi MỞ ĐẦU 1 Tên đề tài: Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu, đối tượng, phạm vi nghiên cứu 3.1 Mục tiêu: 3.2 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu: .2 Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu 4.1 Cách tiếp cận 4.2 Phương pháp nghiên cứu Kết đạt NỘI DUNG LUẬN VĂN CHƯƠNG 1: TỒNG QUAN VỀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU VÀ CÁC VẤN ĐỀ CẦN GIẢI QUYẾT 1.1 Tổng quan thấm qua đập vật liệu địa phương giới nước ta: 1.1.1 Ngoài nước .3 1.1.2 Trong nước .5 1.2 Các cố thấm ổn định Đập vật liệu địa phương (VLĐP) 10 1.2.1 Sự cố thấm nguyên nhân hình thành ( xói ngầm, mạnh đùn mạch xủi, đường bão hịa cao, trồi đất ) 10 1.2.2 Sự cố ổn định nguyên nhân hình thành (sạt mái, trượt mái ) 12 1.3 Các giải pháp xử lý thấm nâng cao ổn định đập vật liệu địa phương .13 1.3.1 Các giải pháp xử lý thấm phạm vi ứng dụng: 13 1.3.2 Các giải pháp nâng cao ổn định: 30 1.4 Tổng kết chương 1: 31 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ KHOA HỌC VỀ LÝ THUYẾT THẤM VÀ ỔN ĐỊNH 32 2.1 Đặc trưng dòng thấm 32 Học viên: Hoàng Văn Tuy iii GVHD: PGS.TS Nguyễn Cảnh Thái 2.1.1 Những khái niệm chung 32 2.1.2 Gradient thủy lực ban đầu dòng thấm môi trường đất 33 2.1.3 Sự hình thành dịng thấm 35 2.1.4 Qui luật dòng thấm môi trường hạt lớn: 36 2.1.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến đặc tính thấm đất 36 2.2 Cơ sở lý thuyết thấm phương pháp tính thấm 37 2.2.1 Cơ sở lý thuyết thủy động lực dịng thấm qua móng vai đập 37 2.2.2 Các phương pháp tính thấm 39 2.2.3 Giới thiệu Module SEEP/W thuộc phần mềm tính thấm GEO-SLOPE 39 2.3 Các phương pháp tính ổn định 43 2.3.1 Giới thiệu phương pháp tính ổn định 43 2.3.2 Giới thiệu phần mềm Slope/W 50 2.4 Kết luận chương 2: 51 CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH LỰA CHỌN GIẢI PHÁP CHỐNG THẤM PHÙ HỢP CHO HỒ CHỨA NƯỚC LỘC AN 52 3.1 Vị trí địa lý điều kiện tự nhiên khu vực nghiên cứu 52 3.1.1 Vị trí địa lý: 52 3.1.2 Địa hình: 52 3.1.3 Thổ nhưỡng: 52 3.1.4 Khí tượng thủy văn 52 3.2 Giới thiệu chung cơng trình: 54 3.2.1 Vị trí địa lý cơng trình: 54 3.2.2 Nhiệm vụ cơng trình 55 3.2.3 Quy mơ cơng trình: 56 3.2.4 Đánh giá chung hồ chứa nước Lộc An 57 3.3 Đánh giá thấm ổn định công trình chưa có giải pháp chống thấm: 57 3.3.1 Thực trạng vật liệu đắp đập, địa chất lòng hồ: 57 3.3.2 Tính tốn thấm với đập đồng chất chưa có giải pháp chống thấm: 59 3.3.3 Tính tốn ổn định mái đập: 65 3.3.4 Đề xuất giải pháp xử lý chống thấm nâng cao ổn định cho hồ chứa nước Lộc An: 67 Học viên: Hoàng Văn Tuy iv GVHD: PGS.TS Nguyễn Cảnh Thái 3.4 Tính tốn thấm ổn định với giải pháp chống thấm khác nhau: 67 3.4.1 Tính tốn với giải pháp dùng màng HDPE chống thấm 67 3.4.2 Tính tốn với giải pháp tường hào chống thấm Xi măng – Bentonite: 74 3.4.3 Tính tốn với giải pháp khoan vật liệu chống thấm: 80 3.5 So sánh giải pháp đề xuất lựa chọn phương án .88 3.5.1 so sánh kết tính tốn giải pháp chống thấm .88 3.5.2 Phân tích kết chọn giải pháp hợp lý : 92 3.5.3 Lựa chon phương án tối ưu đề xuất áp dụng: 93 3.6 Kết luận chương 3: 93 Những kết đạt luận văn: 94 Một số vấn đề tồn luận văn: 94 Kiến nghị, hướng tiếp tục nghiên cứu .95 TÀI LIỆU THAM KHẢO 96 Học viên: Hoàng Văn Tuy v GVHD: PGS.TS Nguyễn Cảnh Thái DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1 Sự cố vỡ đập Tenton Hình 2: Hồ Núi Một (Ninh Thuân) Hình 1.3: Hồ Hội Sơn (Bình Định) Hình 1.4 Hồ Suối Trầu (Khánh Hòa) Hình 1.5 : Sự cố vỡ đập Am Chúa (Khánh Hòa - 1992) 10 Hình 1.6 : Tường hào chống thấm Bentonite 16 Hình 1.7 : Thi cơng tường chống thấm biện pháp đào hào dung dịch bentonite hồ Dầu Tiếng; Thi công tường chống thấm Easup 18 Hình : Kết cấu đập đất chống thấm qua khoan vữa xi măng 19 Hình 1.9 : Công nghệ đơn pha 23 Hình 1.10: Cơng nghệ hai pha 24 Hình 1.11 : Cơng nghệ ba pha 25 Hình 1.12: Mơ tả q trình thi công tạo tường chống thấm 26 Hình 1.13 : Phạm vi ứng dụng hiệu loại công nghệ khoan 27 Hình 1.14 : Các giải pháp nước, chống xói ngầm 29 Hình 15 : Mặt cắt qua tầng lọc ngược 29 Hình Quy luật thấm đất cát đất sét chặt 34 Hình 2 Sơ đồ tính tốn ổn định mái dốc theo phương pháp mặt trượt 45 Hình Bình đồ tổng thể Hồ Lộc An 55 Hình Sơ đồ tính tốn trạng mặt cắt vai phải (MC K0+300) 61 Hình 3 Mơ hình chia lưới phần từ điều kiện biên mặt cắt vai phải 61 Hình Sơ đồ tính tốn trạng mặt cắt lịng sơng (MC K0+408) 62 Hình Sơ đồ tính tốn trạng mặt cắt lịng sơng (MC K0+408) 62 Hình Sơ đồ tính tốn trạng mặt cắt vai trái (MC K0+510) 62 Hình Mơ hình chia lưới phần từ điều kiện biên mặt cắt vai trái (MC K0+510) 63 Hình Lưới phần từ điều kiện biên mặt cắt lịng sơng 66 Hình Lưới phần từ điều kiện biên xử lý màng HDPE mặt cắt lịng sơng 69 Hình 10 Lưới phần từ điều kiện biên xử lý màng HDPE mặt cắt lịng sơng 71 Hình 11 Lưới phần tử điều kiện biên xử lý tường hào bentonite 75 Học viên: Hoàng Văn Tuy vi GVHD: PGS.TS Nguyễn Cảnh Thái Hình 12 Lưới phần từ điều kiện biên mặt cắt lòng sơng 77 Hình 13 Lưới phần tử điều kiện biên xử lý giải pháp khoan .81 Hình 14 Lưới phần từ điều kiện biên mặt cắt lịng sơng 84 Học viên: Hoàng Văn Tuy vii GVHD: PGS.TS Nguyễn Cảnh Thái DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1 Một số cơng trình xử lý chống thấm khoan vữa xi măng 19 Bảng Kết nghiên cứu tính thấm mơi trường hạt lớn 36 Bảng Tổng hợp yếu tố khí hậu: 54 Bảng Thơng số chi tiết cơng trình 57 Bảng 3 Tổng hợp tiêu lớp đất 58 Bảng Tổng hợp tiêu đất bãi vật liệu 59 Bảng Các trường hợp tính tốn 60 Bảng Tổng hợp kết kiểm tra trạng thấm 64 Bảng Tổng lượng nước thấm qua đập hàng năm 64 Bảng Các trường hợp tính tốn 65 Bảng Tổng hợp kết kiểm tra ổn định trạng 66 Bảng 10 Thông số kỹ thuật màng chống thấm SD-HDPE 68 Bảng 11 Các trường hợp tính tốn thấm 69 Bảng 12 Kết tính tốn xử lý thấm giải pháp màng HDPE 70 Bảng 13 Các trường hợp tính tốn thấm 70 Bảng 14 Tổng hợp kết kiểm tra ổn định sau xử lý thấm màng HDPE 71 Bảng 15 Tính kỹ thuật tường hào Xi măng – Bentonite 74 Bảng 16 Các trường hợp tính tốn thấm 75 Bảng 17 Kết tính tốn xử lý thấm giải pháp tường hào Bentonite 76 Bảng 18 Các trường hợp tính tốn 76 Bảng 19 Kết kiểm tra ổn định sau xử lý thấm tường hào bentonite 77 Bảng 20 Bảng quan hệ tỷ lệ Đ/N với lượng nước đơn vị q 80 Bảng 21 Các trường hợp tính tốn thấm 82 Bảng 22 Kết tính toán xử lý thấm giải pháp khoan 83 Bảng 23 Các trường hợp tính tốn ổn định 83 Bảng 24 Kết kiểm tra ổn định sau xử lý thấm khoan 84 Bảng 25 Trường hợp tính tốn mực nước dâng bình thường 88 Bảng 26 Trường hợp mực nước dâng gia cường 88 Bảng 27 Lượng nước hồ chứa trước sau xử lý 90 Bảng 28 Bảng tổng hợp dự toán hạng mục xử lý thấm hồ Lộc An 92 Học viên: Hoàng Văn Tuy viii GVHD: PGS.TS Nguyễn Cảnh Thái MỞ ĐẦU Tên đề tài: Nghiên cứu giải pháp chống thấm ổn định cho đập đất hồ chứa nước Lợc An Tính cấp thiết đề tài Xã Lộc An xã thuộc diện nghèo huyện Long Thành, có tổng diện tích tự nhiên 1.915,7 ha, diện tích đất nơng nghiệp tồn xã 1.641,6 (chiếm 85% diện tích tự nhiên) Tổng dân số tồn xã có 4.058 nhân (976 hộ), mật độ dân số 212 người/km2 Kinh tế chủ yếu xã dựa vào ngành sản xuất nông nghiệp (thu hút 87% lao động); ngành thương mại – dịch vụ dạng buôn bán nhỏ, lẻ; ngành công nghiệp tiểu thu công nghiệp chưa phát triển Cơ sở vật chất hạ tầng nghèo nàn, phát triển, đời sống, sinh hoạt nhân dân gặp nhiều khó khăn Xã Lộc An nằm phía hạ lưu suối Ơng Quế, khu vực có địa hình đồi dốc, suối ngắn dốc nên hết mưa khô hạn, hàng năm vào mùa mưa lũ, dòng suối hẹp, độ dốc lớn nên thường gây ngập úng cho nhân dân khu vực, làm ảnh hưởng lớn đến đời sống sinh hoạt nhân dân Hơn nữa, lũ lưu vực suối Ông Quế chảy hạ lưu gây ngập úng thị trấn Long Thành Xuất phát từ tình hình nêu trên, Sở Nông nghiệp PTNT nghiên cứu lập dự án đầu tư xây dựng cơng trình hồ chứa nước Lộc An, với mục đích cắt lũ cho hạ lưu suối Ông Quế gồm xã Lộc An – huyện Long Thành phần thị trấn Long Thành, đồng thời tạo nguồn tưới cho khoảng 300 trồng cạn xã Tuy nhiên trình thi công xây dựng hồ Lộc An, chủ đầu tư phát đất đắp đập không đảm bảo thiết kế, mẫu vật liệu đắp đập lấy bãi vật liệu có hệ số thấm lớn, không đảm bảo chống thấm cho đập thi công gây ổn định cho đập Nếu khơng có biện pháp chống thấm cho đập đất dẫn đến an toàn cho đập hồ chứa xây dựng xong đưa vào sử dụng Trước yêu cầu cấp thiết đó, phải tính tốn, phân tích đưa giải pháp tốt để chống thấm đảm bảo ổn định cho đập đất hồ chứa, đảm bảo an tồn cho hồ chứa cơng trình thi công xong đưa vào sử dụng Học viên: Hoàng Văn Tuy GVHD: PGS.TS Nguyễn Cảnh Thái Mục tiêu, đối tượng, phạm vi nghiên cứu 3.1 Mục tiêu: Đưa giải pháp thích hợp việc chống thấm, đảm bảo ổn định cho đập đất hồ chứa nước chống lũ Lộc An, huyện Long Thành, tỉnh Đồng Nai 3.2 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu: Phạm vi nghiên cứu đề tài giới hạn khu vực hồ chứa nước Lộc An, xã Lộc An, huyện Long Thành, tỉnh Đồng Nai Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu 4.1 Cách tiếp cận Đối tượng nghiên cứu thuộc loại đập vật liệu địa phương, nên cần thiết phải có hướng tiếp cận đối tượng từ tổng thể bước: từ phân tích đánh giá chi tiết trạng, sau xác định nguyên nhân gây thấm, ổn định đập, từ đề xuất tính tốn giải pháp chống thấm, tạo ổn định cho đập Kế thừa kết nghiên cứu trước nguồn liệu địa hình, địa chất, thủy văn… dự án phục vụ cho tính tốn, kiểm định mơ hình tốn Tiếp cận từ việc sử dụng loại vật liệu, công nghệ, phương pháp để đưa giải pháp hợp lý 4.2 Phương pháp nghiên cứu Khảo sát thực địa, để có tổng quan đối tượng nghiên cứu, vấn đề cần xử lý Sử dụng mơ hình tốn để tính tốn mơ yếu tố thủy động lực, ổn định đập nhằm xác định tính hợp lý giải pháp chống thấm, tạo ổn định cho đập Kết đạt Đề xuất giải pháp chống thấm cho đập đất hồ chứa nước chống lũ Lộc An huyện Long Thành, tỉnh Đồng Nai Học viên: Hoàng Văn Tuy GVHD: PGS.TS Nguyễn Cảnh Thái 3.4.3.2 Tính tốn ởn định thấm: a Phương pháp tính tốn Tính tốn thấm theo phương pháp phần tử hữu hạn dựa phần mềm SEEP/W hãng GEO-SLOPE International Ltd Canada Bảng 22 Các trường hợp tính tốn thấm Trường hợp Thượng lưu Hạ lưu MNDBT = +20,93 m Khơng có nước MNDGC = +22,96 m Khơng có nước b Kết tính tốn thấm Theo tiêu chuẩn TCVN 8216 : 2009: đất đắp đập đất sét, cơng trình cấp Trị số Gradient cho phép: - Thân đập đất sét: [Jk]đ = 0,90 - Nền đập đất cát trung bình: [J]n Học viên: Hoàng Văn Tuy 82 = 0,65 GVHD: PGS.TS Nguyễn Cảnh Thái Bảng 23 Kết tính toán xử lý thấm giải pháp khoan Kết quả/Trường hợp tính S T T Mặt cắt tính tốn MNDBT MNDGC Jnền Jđập q (m³/s/m) Jnền Jđập q (m³/s/m) [J]n [J]đ Mặt cắt vai phải 0,051 0,035 4,008 x10-6 0,102 0,127 1,041 x10-5 0,65 0,9 Mặt cắt lòng suối 0,528 0,628 1,775 x10-4 0,581 0,771 2,306 x10-4 0,65 0,9 Mặt cắt vai trái 0,296 0,509 4,592 x10-5 0,337 0,632 6,390 x10-5 0,65 0,9 Kết luận: Trong tất trường hợp tính tốn Jmax < [JK]CP , nên đảm bảo điều kiện ổn định xói ngầm học đùn đất trường hợp tính tốn với mực nước dâng gia cường Chi tiết kết tính tốn xem phụ lục tính tốn (Mục 4) 3.4.3.3 Tính tốn ởn định mái đập: a Phương pháp tính tốn Tiến hành kiểm tra ổn định mái đập vị trí nguy hiểm Tính tốn ổn định mái đập đất dùng phương pháp cân giới hạn tổng quát b Các trường hợp tính tốn ổn định: Tính tốn ổn định mái đập tiến hành mặt cắt ngang lớn lịng sơng vai đập cho trường hợp sau Bảng 24 Các trường hợp tính tốn ổn định Trường hợp Thượng lưu Hạ lưu MNDBT = +20,93 Khơng có nước MNDGC = +22,96 Khơng có nước c Kết tính tốn ổn định: Tiến hành mơ hình hóa tốn modul Slope/W Học viên: Hồng Văn Tuy 83 GVHD: PGS.TS Nguyễn Cảnh Thái H ệ số thấm Lớp 1: K1 = Lớp 2: K2 = Lớp 4: K4 = Lớp 5: K5 = CƠNG TRÌNH: HỒ CHỨA NƯỚC CHỐNG LŨ LỘC AN ĐỊA ĐIỂM: HUYỆN LONG THÀNH-TỈNH ĐỒNG NAI MẶT CẮT LỊNG SƠNG 2,5E-04 1,8E-03 1,1E-04 2,7E-02 31 29 27 25 23 m=3.5 m=3.5 21 19 DAT DAP 17 LOP 15 13 DAT DAP LOP DA LOP Khoan phut LOP 11 LOP -30 -20 -10 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Chieu dai Hình 14 Lưới phần từ điều kiện biên mặt cắt lịng sơng Chạy modul Slope/W cho kết quả: (Phụ lục: mục tính tốn khoan phụt) Theo tiêu chuẩn TCVN 8216 : 2009: cơng trình cấp IV, đập làm việc điều kiện bình thường hệ số an toàn ổn định cho phép mái đập Kcp = 1,25 Bảng 25 Kết kiểm tra ổn định sau xử lý thấm khoan Kết quả/Trường hợp tính STT Mặt cắt tính tốn MNDBT MNDGC Ktt Ktt [KCP] Mặt cắt vai phải 3,082 2,812 1,25 Mặt cắt lòng suối 2,148 2,134 1,25 Mặt cắt vai trái 2,095 1,982 1,25 Kết luận: Trong tất trường hợp tính tốn ổn định Ktt > Kcp = 1,25 hệ số mái đập đảm bảo an toàn Chi tiết kết tính tốn xem phụ lục tính tốn Học viên: Hoàng Văn Tuy 84 GVHD: PGS.TS Nguyễn Cảnh Thái d Kinh phí khối lượng thực Kinh phí thực hiện: STT Khoản mục chi phí Ký hiệu Cách tính Thành tiền I CHI PHÍ TRỰC TIẾP Chi phí Vật liệu VL 1.232.496.743, + Theo tổng hợp vật tư A1 Chi phí Nhân cơng NC + Theo tổng hợp vật tư B1 Chi phí Máy thi cơng M + Theo tổng hợp vật tư C1 Cộng chi phí trực tiếp T A1 Bảng tổng hợp vật tư B1 Bảng tổng hợp vật tư C1 Bảng tổng hợp vật tư VL + NC + M II CHI PHÍ CHUNG C T x 5,5% 190.493.927,8 III THU NHẬP CHỊU THUẾ TÍNH TRƯỚC TL (T+C) x 5,5% 200.971.093,8 Chi phí xây dựng trước thuế G (T+C+TL) 3.854.990.982, IV THUẾ GIÁ TRỊ GIA TĂNG GTGT G x 10% 385.499.098,2 V Chi phí xây dựng sau thuế LÀM TRỊN Gxd G+GTGT 4.240.490.080, 4.240.490.000, 1.232.496.743, 1.650.105.502, 1.650.105.502, 580.923.715, 580.923.715, 3.463.525.960, Bằng chữ : Bốn tỷ hai trăm bốn mươi triệu bốn trăm chín mươi nghìn đồng chẵn./ Học viên: Hồng Văn Tuy 85 GVHD: PGS.TS Nguyễn Cảnh Thái Bảng khối lượng chi tiết: ST T Mã số Đơn giá Tên công tác / Diễn giải khối lượng HM HẠNG MỤC Khối lượng Vật liệu Đơn giá Nhân công Thành tiền Máy T.C Khoan thí nghiệm a KH.20010 DG.03 PH.10020 DG.01 Công tác vữa Phụt vữa xi măng xử lý cơng trình thủy lợi Độ sâu ≤30m Xi măng PC40 DG.02 DM.01 10 AK.41124 a AL.51210 vd DG.04 11 DG.05 12 b 13 KH.20010 14 DG.03 Đơn vị Công tác khoan tạo lỗ với độ sâu khoan