Nghiên cứu đề xuất giải pháp sửa chữa đập đất hồ chứa nước đập làng tỉnh quảng ngãi

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHẠM HOÀNG VÂN NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP SỬA CHỮA ĐẬP ĐẤT HỒ CHỨA NƯỚC ĐẬP LÀNG, TỈNH QUẢNG NGÃI LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH THỦY Đà Nẵng - Năm 2019 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHẠM HOÀNG VÂN NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP SỬA CHỮA ĐẬP ĐẤT HỒ CHỨA NƯỚC ĐẬP LÀNG, TỈNH QUẢNG NGÃI Chuyên ngành Mã số : XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH THỦY : 858.02.02 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH THỦY Người hướng dẫn khoa học: TS VŨ HUY CÔNG Đà nẵng - Năm 2019 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu nêu luận văn trung thực kết luận văn chưa công bố cơng trình khác Tác giả luận văn ii LỜI CẢM ƠN Qua trình nỗ lực phấn đấu học tập nghiên cứu thân với giúp đỡ tận tình thầy cô giáo Trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng bạn bè đồng nghiệp, luận văn thạc sỹ “Nghiên cứu đề xuất giải pháp sửa chữa đập đất Hồ chứa nước Đập Làng, huyện Nghĩa Hành, tỉnh Quảng Ngãi” tác giả hồn thành Để có thành này, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Thầy TS.Vũ Huy Công 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, giáo Phịng Đào tạo Đại học & Sau đại học 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, Ủy ban nhân dân tỉnh Quảng Ngãi nơi tác giả cơng 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 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 iii NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP CHỐNG THẤM ĐẬP ĐẤT HỒ CHỨA NƯỚC ĐẬP LÀNG, TỈNH QUẢNG NGÃI Học viên: Phạm Hồng Vân Chun ngành: Xây dựng cơng trình thủy Mã số: 60.58.02.02 Khóa: K35CTT-QNg, Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng Tóm tắt- Cơng trình Hồ chứa nước Đập Làng tỉnh Quảng Ngãi, xây dựng vào năm 1978 Sau gần 37 năm khai thác sử dụng, cơng trình có dấu hiệu xuống cấp Đập có tượng thấm qua thân đập xuất vùng lịng sơng cũ, phạm vi khoảng 350m chiều dài đập Đường bão hòa xuất mái, cao đỉnh đống đá tiêu nước Trong điều kiện bình thường, thấm chưa gây xói ngầm thân đập gặp lũ lớn, mức nước hồ dâng cao, tiềm ẩn nguy xói ngầm thân đập đất Tại vị trí hai bên mang cống có dịng thấm làm ướt phần mái hạ lưu đập Ngoài ra, lớp đá bảo vệ mái thượng lưu bị sóng mạnh gây sạt lở, lún sụt cục Nguy sạt trượt thân đập mùa mưa bão đến lớn, có nguy an tồn đập Nghiên cứu tác giả trình bày giải pháp sửa chữa chống thấm, tăng ổn định cho hồ chứa nước Đập Làng, tỉnh Quảng Ngãi Từ khóa: Đập Làng, dịng thấm, Đập đất, Jet Grouting, Geo slope STUDY AND PROPOSE SOLUTIONS TO REPAIR DAP LANG DAM IN NGHIA HANH DITRICT, QUANG NGAI PROVINCE Abstract - The Dap Lang dam in Quang Ngai province was built in 1978 After nearly 37 years of exploitation and use, the dam has shown signs of degradation The seepage through the dam body in the old riverbed, within about 350m of the dam length The seepage line appears on the slope, higher than the top of the rock toe Under normal conditions, seepage does not cause erosion of the dam body but when the flood is large, the water level is high, there is a potential for erosion of the dam body At the two sides of the sluice gate, there are also the seepage flows In addition, the layer protecting the upstream roof has been destroyed by strong waves causing landslides and subsidence locally The risk of slipping down of dam slope is very high in rainy season In this study, the author presented the solution of waterproofing and stabilizing for Dam Lang reservoir, Quang Ngai province Keywords: Dap Lang, seepage, earth Dam, Jet Grouting, Geo-slope iv MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN I LỜI CẢM ƠN II MỤC LỤC IV DANH MỤC CÁC HÌNH VII DANH MỤC CÁC BẢNG X MỞ ĐẦU 1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI MỤC ĐÍCH VÀ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KẾT QUẢ DỰ KIẾN ĐẠT ĐƯỢC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ THẤM QUA ĐẬP ĐẤT 1.1 KHÁI NIỆM VỀ THẤM 1.1.1 Nguyên nhân gây thấm 1.1.2 Môi trường thấm 1.1.3 Phân loại dòng thấm 1.1.4 Tính chất đẳng hướng dị hướng vật liệu 1.1.5 Ảnh hưởng loại đất đắp đập đến dòng thấm 1.2 CÁC TÁC NHÂN GÂY MẤT AN TOÀN ĐẬP ĐẤT 1.2.1 Các tác nhân gây an tồn cơng trình đầu mối: 1.2.2 Sự cố cơng trình thường gặp dịng thấm gây đập đất: 12 1.2.3 Nguyên nhân gây an tồn cơng trình 13 1.3 TÍNH TỐN THẤM QUA ĐẬP ĐẤT 14 1.3.1 Mục đích việc tính tốn thấm qua đập đất 14 1.3.2 Nghiên cứu tính tốn thấm 14 1.3.3 Phương pháp nghiên cứu thấm qua đập 16 1.3.4 Phương pháp phần tử hữu hạn 19 1.4 ỔN ĐỊNH ĐẬP ĐÂT 20 1.4.1 Tổng quan 20 1.4.2 Điều kiện làm việc đập đất 21 1.4.3 Các trường hợp tính tốn ổn định mái đập 22 v 1.4.4 Cơ sở lý thuyết tính tốn ổn định mái dốc 23 1.5 TỔNG QUAN CÁC PHƯƠNG PHÁP CHỐNG THẤM 30 1.5.1 Yêu cầu chống thấm thân đập [7] 30 1.5.2 Phương án chống thấm thân, đập 31 1.5.3 Phương án chống thấm thân đập, giải pháp chống thấm cọc xi măng đất (phương pháp Jet – Grouting) 39 1.6 KẾT LUẬN CHƯƠNG 52 CHƯƠNG 2: ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG THẤM VÀ ỔN ĐỊNH ĐẬP LÀNG 54 2.1 GIỚI THIỆU VỀ HỒ CHỨA NƯỚC ĐẬP LÀNG 54 2.1.1 Vị trí cơng trình 54 2.1.2 Mục tiêu nhiệm vụ cơng trình 55 2.1.3 Các thông số kỹ thuật chủ yếu hồ chứa 55 2.2 HIỆN TRẠNG ĐẬP ĐẤT CỦA HỒ CHỨA 58 2.2.1 Hiện trạng Cơng trình hồ chứa nước Đập Làng 58 Hình 51 Mặt cắt ngang trạng đập Làng 60 2.2.2 Đánh giá trạng 61 2.2.3 Hiệu thực tế cơng trình 71 2.3 TÍNH ỔN ĐỊNH HIỆN TRẠNG ĐẬP LÀNG 72 2.3.1 Mặt cắt trường hợp tính tốn 72 2.3.2 Tính chất lý 72 2.3.3 Kết tính tốn trạng 73 2.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 76 CHƯƠNG 3: ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP SỬA CHỮA CHO ĐẬP LÀNG 78 3.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP CHỐNG THẤM ĐẬP LÀNG 78 3.2 PHƯƠNG ÁN CHỐNG THẤM BẰNG CHÂN KHAY (DO CÔNG TY CP TƯ VẤN XÂY DỰNG VÀ ĐẦU TƯ QUẢNG NGÃI ĐỀ XUẤT) 79 3.3 PHƯƠNG ÁN CHỐNG THẤM BẰNG CỌC XI MĂNG ĐẤT (ĐỀ XUẤT) 82 3.4 LỰA CHỌN PHẦN MỀM TÍNH TỐN 88 3.5 TÍNH TỐN KIỂM TRA THẤM VÀ ỔN ĐỊNH CỦA ĐẬP 89 vi 3.5.1 Tính thấm ổn định theo phương án Công ty Cổ phần Tư vấn XD Đầu tư Quảng Ngãi 89 3.5.2 Tính thấm ổn định theo phương án tạo tường chống thấm Jet-grouting 97 3.6 PHÂN TÍCH KINH TẾ VÀ ỔN ĐỊNH THẤM CỦA PHƯƠNG ÁN 107 3.6.1 Phân tích sơ kinh tế 107 3.6.2 Phân tích kết thấm, ổn định, đánh giá lựa chọn phương án 108 3.6.3 Lựa chọn phương án 111 3.7 KẾT LUẬN CHƯƠNG 111 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 112 KẾT LUẬN 112 KIẾN NGHỊ 112 HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 112 TÀI LIỆU THAM KHẢO 114 vii DANH MỤC CÁC HÌNH Hình Hiện tượng thấm hồ chứa Hình Sơ đồ đất bão hịa, đất khơng bão hịa, đất khơ Hình Dòng thấm phẳng Hình Sơ đồ vùng thấm mao dẫn (a), biểu đồ áp lực nước đập đất (b) Hình Thiết bị đóng mở tràn gặp cố [6] 10 Hình Sạt mái thượng lưu đập [6] 11 Hình Sự cố vỡ đập Đầm Hà Động (Quảng Ninh) [6] 11 Hình Nứt thân đập [6] 12 Hình Thấm mái hạ lưu đập [6] 13 Hình 10 Mơ hình thí nghiệm thấm máng kính [6] 17 Hình 11.Thí nghiệm thấm khe hẹp [6] 18 Hình 15 mặt cắt ngang mái dốc 24 Hình 16.Các đạng di chuyển khối đất đá 24 Hình 26 Biện pháp chống thấm tường nghiêng bê tơng cốt thép 32 Hình 27 Biện pháp chống thấm màng HPDE 33 Hình 28 Biện pháp tường lõi bê tông cốt thép 34 Hình 29 Biện pháp vữa chống thấm 35 Hình 30 Sân phủ đập đất 36 Hình 31 Thi cơng tường hào bentonite chống thấm 37 Hình 32 Thi cơng cọc bê tơng 39 Hình 33 Sơ đồ nguyên lý dây chuyền công nghệ Jet – Grouting 40 Hình 34 Quy trình thi công công nghệ jet grouting 40 Hình 40 Máy khoan YBM-2P, D=60,5 mm 41 Hình 41 Máy bơm vữa cao áp SG-75MK(II), Pmax=40 MPa, Qmax=200l/p 41 Hình 42 Máy trộn YGM – 42 Hình 43 Máy phát điện 250 kVA 43 Hình 44 Thiết bị Cơng nghệ trộn khô 44 Hình 45 Sơ đồ cơng nghệ trộn khơ 44 Hình 46 Thiết bị Công nghệ trộn ướt 45 Hình 47 Sơ đồ công nghệ trộn ướt 46 Hình 48 Nguyên lý số công nghệ khoan 47 Hình 49.Bình đồ vị trí hồchứa nước Đập Làng tỉnh Quảng Ngãi 54 Hình 50 Bản đồ hồ chứa nước Đập Làng (1/50.000) 55 Hình 51 Mặt cắt ngang trạng đập Làng 60 viii Hình 52 Hiện trạng lịng hồ HCN Đập Làng 61 Hình 53 Hiện trạng mặt đỉnh đập 62 Hình 54 Hiện trạng thấm hạ lưu đập 62 Hình 55 Cây cỏ mọc um tùm mái TL 63 Hình 56 Mái thượng lưu đá lát bị bong tróc 63 Hình 57 Ngưỡng tràn bị bong tróc 65 Hình 58 Ngưỡng tràn bị trôi 65 Hình 59 Vết nứt dốc nước sân tiêu 66 Hình 60 Tường đá xây bị bong tróc 66 Hình 61 Vết nứt ngang, dọc 67 Hình 62 Vết nứt dọc 67 Hình 63 Dàn van cơng tác cống 68 Hình 64 Cửa cống bị rị rỉ 68 Hình 65 Hiện trạng đường quản lý 69 Hình 66 Đường quản lý giáp đầu vai đập 70 Hình 67 Kênh đất chưa kiên cố 71 Hình 68 Kết tính thấm, tổ hợp bản, MNTL = 28,80 m, HL= MĐTN 73 Hình 69 Kết tính thấm, tổ hợp đặc biệt, MNTL = 28,8-:-24,0 m, HL = MĐTN 74 Hình 70.Kết tính ổn định, tổ hợp bản, MNTL = 28,80 m, HL = MĐTN (cơ bản) 75 Hình 71 Kết tính ổn định, tổ hợp đặc biệt, MNTL = 28,8-:-24.0 m, HL = MĐTN (nước rút) 75 Hình 72 Mặt cắt ngang đập (Phương án sữa chữa) đơn vị Tư vấn thiết kế 81 Hình 73 Kết tính thấm, tổ hợp thi cơng, MNTL = 22,93 m, HL = MĐNT 90 Hình 74 Kết tính thấm, tổ hợp bản, MNDBT = 28,8 m, HL = MĐTN 90 Hình 75 Kết tính thấm, tổ hợp đặc biệt, MNTL = 31,24 m, HL = MĐNT m 91 Hình 76 Kết tính thấm, tổ hợp đặc biệt, MNTL = 31,67 m, HL = MĐTN 91 Hình 77 Kết tính thấm, tổ hợp đặc biệt, MNTL = 31,67 m, HL = MĐTN (Tắc lọc) 91 Hình 78 Kết tính thấm, tổ hợp bản, MNTL =(31,24-:-28,80) m, HL = MĐTN (nước rút) 92 Hình 79 Kết tính thấm, tổ hợp bản, MNTL =(28,80-:-24,00) m, HL = MĐTN (nước rút) 92 108 D