Đánh giá hiện trạng và đề xuất phương án sửa chữa đập đất hồ chứa nước an phong tỉnh quảng ngãi

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA  NGUYỄN THÀNH NGÂN TÊN ĐỀ TÀI ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG VÀ ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN SỬA CHỮA ĐẬP ĐẤT HỒ CHỨA NƯỚC AN PHONG, TỈNH QUẢNG NGÃI LUẬN VĂN THẠC SĨ CHUN NGÀNH KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH THỦY Đà Nẵng – 2019 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA  NGUYỄN THÀNH NGÂN TÊN ĐỀ TÀI ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG VÀ ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN SỬA CHỮA ĐẬP ĐẤT HỒ CHỨA NƯỚC AN PHONG, TỈNH QUẢNG NGÃI Chun ngành : Kỹ thuật xây dựng cơng trình thủy Mã số : 60.58.02.02 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Nguyễn Thanh Hải TS Nguyễn Văn Hướng Đà Nẵng – 2019 i LỜI CẢM ƠN Qua trình nỗ lực phấn đấu học tập nghiên cứu thân với giúp đỡ tận tình thầy giáo Trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng bạn bè đồng nghiệp, luận văn thạc sỹ “Đánh giá trạng đề xuất phương án sửa chữa đập đất hồ chứa nước An Phong, tỉnh Quảng Ngãi” tác giả hồn thành Để có thành này, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS Nguyễn Thanh Hải TS Nguyễn Văn Hướng tận tình hướng dẫn, bảo cung cấp thơng tin khoa học cần thiết q trình thực luận văn Tác giả xin chân thành cảm ơn thầy giáo, cô giáo Khoa Xây dựng Thủy lợi - Thủy điện trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng giảng dạy, tạo điều kiện giúp đỡ tác giả suốt trình thực luận văn Cuối tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Công ty Cổ phần Tư vấn xây dựng Đầu tư Quảng Ngãi, Phịng Tài - Kế hoạch huyện Tư Nghĩa nơi tác giả công tác, gia đình, bạn bè động viên, tạo điều kiện thuận lợi để tác giả hoàn thành luận văn Mặc dù cố gắng hạn chế thời gian, kiến thức khoa học kinh nghiệm thực tế thân tác giả nên luận văn khơng thể tránh khỏi thiếu sót Tác giả mong nhận ý kiến đóng góp trao đổi chân thành giúp tác giả hoàn thiện đề tài luận văn Xin trân trọng cảm ơn! Quảng Ngãi, tháng năm 2019 Nguyễn Thành Ngân ii LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu kết tính tốn đưa luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tác giả luận văn Nguyễn Thành Ngân iii ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG VÀ ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN SỬA CHỮA ĐẬP ĐẤT HỒ CHỨA NƯỚC AN PHONG, TỈNH QUẢNG NGÃI Học viên: Nguyễn Thành Ngân Mã số: 60.58.02.02 Khóa: K35 Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình thủy Trường đại học Bách Khoa – Đại học Đà Nẵng Tóm tắt – Cơng trình hồ chứa nước An Phong xây dựng hoàn thành đưa vào sử dụng từ năm 1984 xã Bình Mỹ, huyện Bình Sơn, tỉnh Quảng Ngãi với dung tích hữu ích 0,265.106 m3 diện tích lưu vực 3,15km2; lực thiết kế tưới cho 82ha Từ cơng trình đưa vào sử dụng góp phần cải thiện sinh kế, xóa đói giảm nghèo cho người dân vùng dự án thông qua việc đảm bảo diện tích canh tác, tăng sản lượng nơng nghiệp Đồng thời, đảm bảo an ninh lương thực chỗ, nâng cao đời sống, ổn định sản xuất khai thác có hiệu tiềm đất đai nguồn nước khu vực Tuy nhiên, với tình hình biến đổi khí hậu ngày khắc nghiệt năm gần đây, thêm vào phát triển kinh tế - xã hội địa phương nhu cầu sử dụng nước ngày tăng, cơng trình xây dựng lâu, qua thời gian sử dụng số hạng mục (đập đất, tràn xả lũ, cống lấy nước, đường quản lý…) xuống cấp nghiêm trọng; diện tích tưới thực tế khơng đảm bảo u cầu Do đó, việc nghiên cứu, phân tích xác định nguyên nhân đề xuất giải pháp xử lý thấm, đảm bảo an toàn cho việc vận hành đập đất hồ chứa nước An Phong cần thiết tình hình Từ khóa – Hồ chứa nước An Phong, đập đất, tràn xả lũ, cống lấy nước ASSESS THE CURRENT SITUATION AND PROPOSE A PLAN TO REPAIR AN PHONG EARTH DAM, QUANG NGAI PROVINCE Abstract – An Phong reservoir is built and put into use since 1984 in Binh My commune, Binh Son district, Quang Ngai province with a useful capacity of 0.265,106 m3 and a catchment area of 3.15 km2; Design capacity to irrigate 82ha Since the project was put into use, it has contributed to improving livelihoods, reducing poverty for people in the project area through securing cultivated area and increasing agricultural output At the same time, ensuring food security on the spot, improving living standards, stabilizing production and effectively exploiting land and water resources in the region However, with climate change becoming more and more intense as in recent years, in addition to the local socio-economic development, the demand for water use is increasing, while construction works For a long time, over time using a number of items (earth dams, flood spillways, water drains, management roads ) were seriously degraded; Actual irrigation area does not meet requirements Therefore, the research and analysis determine the causes and propose solutions to treat seepage, ensure safety for the operation of An Phong reservoir dam is essential in the current situation Key words – An Phong reservoir, earth dam, flood spillway, water intake iv MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i LỜI CAM ĐOAN ii MỤC LỤC iv DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU viii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ix MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài .2 Cấu trúc luận văn CHƯƠNG 1: ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG KHU VỰC NGHIÊN CỨU 1.1 Vị trí địa lý khu vực nghiên cứu 1.2 Tình hình kinh tế - xã hội .4 1.2.1 Về phát triển kinh tế 1.2.2 Tình hình phát triển văn hóa - xã hội 1.2.3 Về lĩnh vực nội chính, quốc phịng, an ninh 1.3 Giới thiệu hồ chứa nước An Phong 1.3.1 Vị trí cơng trình 1.3.2 Mục tiêu nhiệm vụ cơng trình a Mục tiêu b Nhiệm vụ 1.3.3 Các thông số kỹ thuật chủ yếu hồ chứa 1.4 Đánh giá trạng hồ chứa nước An Phong 1.4.1 Đập đất 1.4.2 Tràn xả lũ .11 1.4.4 Hiệu thực tế cơng trình 12 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ THẤM VÀ ỔN ĐỊNH ĐẬP ĐẤT 13 2.1 Khái niệm thấm 13 v 2.1.1 Nguyên nhân gây thấm 13 2.1.2 Môi trường thấm 14 2.1.3 Phân loại dòng thấm 15 a Thấm ổn định thấm không ổn định 15 b Thấm có áp thấm không áp .16 c Dịng thấm phẳng thấm khơng gian 16 d Hiện tượng mao dẫn thấm không áp 16 2.1.4 Tính chất đẳng hướng dị hướng vật liệu 17 2.1.5 Ảnh hưởng loại đất đắp đập đến dòng thấm 18 2.2 Các tác nhân gây an toàn đập đất 19 2.2.1 Các tác nhân gây an tồn cơng trình đầu mối 19 a Các yếu tố cơng trình .19 b Các yếu tố quản lý: 20 c Các yếu tố tự nhiên 20 2.2.2 Các cố cơng trình thường gặp dịng thấm gây đập đất 20 2.2.3 Nguyên nhân gây an tồn cơng trình 21 2.3 Tính tốn thấm qua đập đất 22 2.3.1 Mục đích việc tính tốn thấm qua đập đất 22 2.3.2 Nghiên cứu tính tốn thấm 22 2.3.3 Phương pháp nghiên cứu .24 a Nghiên cứu lý luận 24 b Nghiên cứu thực nghiệm .24 c Phương pháp phần tử hữu hạn .25 d Áp dụng phương pháp phần tử hữu hạn cho toán thấm 27 CHƯƠNG 3: ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG THẤM VÀ ỔN ĐỊNH CHO CƠNG TRÌNH ĐẬP ĐẤT AN PHONG 34 3.1 Phương pháp tính tốn 34 3.1.1 Giới thiệu phần mềm tính tốn GeoStudio .34 a Module tính thấm SEEP/W 34 b Module tính tốn ổn định SLOPE/W 36 3.1.2 Giới thiệu phần mềm ANSYS 37 3.1.3 Phương án tính tốn .38 vi 3.2 Mô tả cơng trình đập An Phong .38 3.3 Xây dựng tốn thấm ổn định sử dụng mơ hình Geo Studio 2012 39 3.3.1 Trường hợp tính tốn 39 3.3.2 Mơ tả mặt cắt tính tốn 39 3.3.3 Chỉ tiêu lý tính tốn 40 3.3.4 Điều kiện biên toán 42 3.3.5 Miền lưới tính tốn 42 3.3.6 Kết tính tốn 43 3.3.7 Đánh giá nhận xét 45 a Bài toán thấm 45 b Bài toán ổn định 45 CHƯƠNG 4: ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP NÂNG CẤP - SỬA CHỮA ĐẬP ĐẤT AN PHONG .46 4.1 Lý cần nâng cấp, sửa chữa đập 46 4.2 Đề xuất giải pháp kỹ thuật 46 4.3 Phân tích so sánh phương án kỹ thuật .47 4.3.1 Giải pháp chống thấm cho thân đập .47 a Phương án: Khoan chống thấm thân .47 b Chân khay chống thấm .48 4.3.2 Giải pháp nâng cao cao trình đỉnh đập 48 a Phương án áp trúc mái hạ lưu 48 b Phương án áp trúc mái thượng lưu 49 4.4 Tính tốn thấm ổn định cho phương án đề xuất 49 4.4.1 Trường hợp tính tốn 49 4.4.2 Mơ tả mặt cắt tính tốn 50 4.5.3 Khai báo vật liệu 51 4.5.4 Điều kiện biên toán 51 4.5.5 Miền lưới tính tốn 53 4.5.6 Kết tính tốn 53 4.5.7 Đánh giá nhận xét 55 a Bài toán thấm 55 b Bài toán ổn định 56 vii 4.5 Giải pháp nâng cấp đập đất An Phong 57 4.5.1 Lựa chọn hình thức kết cấu đập 57 4.5.2 Biện pháp xử lý .57 a Các thông số đập đất 58 b Mái đập đập 59 c Tiêu thoát nước mặt .59 d Thiết bị tiêu thoát nước thân đập 59 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .61 I Kết luận 61 II Kiến nghị .61 TÀI LIỆU THAM KHẢO 63 PHỤ LỤC 1: TÍNH TỐN DUNG TÍCH HỮU ÍCH CỦA HỒ CHỨA PHỤ LỤC 2: TÍNH TỐN TRÀN PHỤ LỤC 3: KẾT QUẢ THẤM – ỔN ĐỊNH viii DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Các thơng số kỹ thuật hồ chứa nước An Phong Bảng 2.1 Hệ số thấm loại đất đá khác nhau( theo N.M Maxiov) 18 Bảng 2.2 Trị số građient cho phép [Jk]cp khối đắp thân đập 23 Bảng 2.3 Trị số građient trung bình tới hạn [Jk]th phận chống thấm 23 Bảng 3.1: Các thông số cơng trình đập đất An Phong 39 Bảng 3.2: Các trường hợp tính tốn thấm ổn định đập đất An Phong 39 Bảng 3.3: Chỉ tiêu lý tính tốn đất 40 Bảng 3.4: Tổng hợp kết tính tốn thấm ổn định cho toán trạng 45 Bảng 4.1: Các trường hợp tính tốn đập nâng cấp sửa chữa 49 Bảng 4.2: Chỉ tiêu lý tính tốn 51 Bảng 4.3: Quan hệ đường đặc tính lịng hồ An Phong 51 Bảng 4.4: Điều kiện biên toán mực nước hồ rút nhanh 53 Bảng 4.5: Kết tính tốn thấm ổn định cho giải pháp nâng cấp 54 Bảng 4.6: Giá trị Gradient thấm lớn khối đắp thân đập & phận chống thấm55 Bảng 4.6: Kết tính tốn cao trình đỉnh đập 58 Bảng PL1: Tính tốn điều tiết hồ có tính tổn thất 48 Bảng PL3-1: Kết tính tốn thấm ổn định cho toán trạng .66 Bảng PL3-2: Kết tính tốn thấm ổn định cho giải pháp nâng cấp .63 Bảng PL 3-3: Giá trị Gradient lớn khối đắp thân đập phận chống thấm 63 Hình PL3-59: Biểu đồ Gradient thấm trường hợp Hình PL3-60: Hệ số ổn định mái hạ lưu đập trường hợp Hình PL3-61: Biểu đồ phân bố áp lực nước trường hợp Hình PL3-62: Biểu đồ Gradient thấm trường hợp Hình PL3-63: Hệ số ổn định mái thượng lưu đập trường hợp Hình PL3-64: Biểu đồ phân bố áp lực nước trường hợp Hình PL3-65: Biểu đồ Gradient thấm trường hợp Hình PL3-66: Hệ số ổn định mái thượng lưu đập trường hợp Hình PL3-67: Biểu đồ phân bố áp lực nước trường hợp Hình PL3-68: Biểu đồ Gradient thấm trường hợp Hình PL3-69: Hệ số ổn định mái thượng lưu đập trường hợp d Phương án 4: Áp mái thượng lưu kết hợp chân khay chống thấm, vật nước Hình PL3-70: Mặt cắt đại diện phương án Hình PL3-71: Ổn định mái hạ lưu trường hợp Hình PL3-72: Ổn định mái thượng lưu trường hợp Hình PL3-73: Biểu đồ phân bố áp lực nước trường hợp Hình PL3-74: Biểu đồ Gradient thấm trường hợp Hình PL3-75: Hệ số ổn định mái hạ lưu đập trường hợp Hình PL3-76: Biểu đồ phân bố áp lực nước trường hợp Hình PL3-77: Biểu đồ Gradient thấm trường hợp Hình PL3-78: Hệ số ổn định mái hạ lưu đập trường hợp Hình PL3-79: Biểu đồ phân bố áp lực nước trường hợp Hình PL3-80 Biểu đồ Gradient thấm trường hợp Hình PL3-81: Hệ số ổn định mái hạ lưu đập trường hợp Hình PL3-82: Biểu đồ phân bố áp lực nước trường hợp Hình PL3-83: Biểu đồ Gradient thấm trường hợp Hình PL3-84: Hệ số ổn định mái thượng lưu đập trường hợp Hình PL3-85: Biểu đồ phân bố áp lực nước trường hợp Hình PL3-86: Biểu đồ Gradient thấm trường hợp Hình PL3-87: Hệ số ổn định mái thượng lưu đập trường hợp Hình PL3-88: Biểu đồ phân bố áp lực nước trường hợp Hình PL3-89: Biểu đồ Gradient thấm trường hợp Hình PL3-90: Hệ số ổn định mái thượng lưu đập trường hợp ... ĐẠI HỌC BÁCH KHOA  NGUYỄN THÀNH NGÂN TÊN ĐỀ TÀI ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG VÀ ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN SỬA CHỮA ĐẬP ĐẤT HỒ CHỨA NƯỚC AN PHONG, TỈNH QUẢNG NGÃI Chuyên ngành : Kỹ thuật xây dựng cơng trình... đánh giá trạng thấm ổn định cho cơng trình hồ chứa nước An Phong giới thiệu chương 34 CHƯƠNG 3: ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG THẤM VÀ ỔN ĐỊNH CHO CƠNG TRÌNH ĐẬP ĐẤT AN PHONG Căn vào trạng cơng trình đập. .. nhân đề xuất giải pháp xử lý thấm, đảm bảo an toàn cho việc vận hành đập đất hồ chứa nước An Phong cần thiết tình hình Mục tiêu nghiên cứu - Đánh giá tổng thể trạng đập đất hồ chứa nước An Phong;