Nghiên cứu đề xuất giải pháp xử lý chống thấm cho đập phụ hồ chứa nước dầu tiếng tỉnh tây ninh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI TRẦN ANH DŨNG NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP XỬ LÝ CHỐNG THẤM CHO ĐẬP PHỤ HỒ CHỨA NƯỚC DẦU TIẾNG TỈNH TÂY NINH Chun ngành : Xây dựng cơng trình thủy Mã số : 60 – 58 – 40 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Người hướng dẫn khoa học: GS.TS Trần Thị Thanh TS Nguyễn Hùng Sơn Hà Nội - 2012 LỜI CẢM ƠN Luận văn " Nghiên cứu đề xuất giải pháp xử lý chống thấm cho đập phụ hồ chứa nước Dầu Tiếng, tỉnh Tây Ninh” hồn thành nhờ giúp đỡ nhiệt tình thầy, cô giáo, bạn bè đồng nghiệp, quan gia đình Có thành nhờ truyền thụ kiến thức thầy giáo, cô giáo trực tiếp giảng dạy công tác Trường Đại học Thủy lợi suốt thời gian tác giả học tập trường Tác giả xin chân thành cảm ơn giúp đỡ thầy giáo, cô giáo Trường Đại học Thủy lợi thời gian tác giả học tập đây, quan tâm giúp đỡ Ban Lãnh đạo Ban Quản lý Đầu tư Xây dựng Thủy lợi 9, gia đình, bạn bè đồng nghiệp công tác học tập để tác giả hoàn thành luận văn Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới GS.TS Trần Thị Thanh, TS Nguyễn Hùng Sơn thầy cô giáo môn Thủy công trường Đại học Thủy lợi quan Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam, Công ty TNHH thành viên Quản lý khai thác Thủy lợi Dầu Tiếng – Phước Hịa tận tình hướng dẫn cung cấp tài liệu cần thiết cho luận văn Hà Nội ngày 14 tháng 05 năm 2012 Trần Anh Dũng MỤC LỤC MỞ ĐẦU TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI: MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI: MỤC TIÊU, NỘI DUNG, CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU: 3.1 Mục tiêu 3.2 Nội dung thực 3.3 Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu: PHẠM VI NGHIÊN CỨU, Ý NGHĨA VÀ KẾT QUẢ DỰ KIẾN ĐẠT ĐƯỢC: 4.1 Phạm vi nghiên cứu 4.2 Ý nghĩa nghiên cứu đề tài 4.3 Kết dự kiến đạt đề tài 10 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ VỀ TÌNH HÌNH THẤM QUA THÂN VÀ NỀN ĐẬP VẬT LIỆU ĐỊA PHƯƠNG 11 1.1 TỔNG QUAN VỀ THẤM QUA THÂN VÀ NỀN ĐẬP VẬT LIỆU ĐỊA PHƯƠNG 11 1.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN THẤM 12 1.3 NHỮNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VỀ XỬ LÝ DÒNG THẤM GÂY RA SỰ CỐ Ở ĐẬP ĐẤT 14 1.3.1 Những kết nghiên cứu nước giới xử lý dòng thấm gây cố đập đất 14 1.3.2 Những kết nghiên cứu nước xử lý dòng thấm xảy cố đập đất 20 1.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 22 CHƯƠNG 23 NGHIÊN CỨU VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP XỬ LÝ CHỐNG THẤM CHO THÂN VÀ NỀN ĐẬP VẬT LIỆU ĐỊA PHƯƠNG 23 2.1 THẤM VÀ MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU THẤM QUA ĐẬP ĐẤT [13] 23 2.2 ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN VỀ THẤM VÀ PHẠM VI ỨNG DỤNG [13] 24 2.3 CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ THẤM 25 2.3.1 Giải pháp tường hào bentonite chống thấm [8] 25 2.3.2 Giải pháp chống thấm vật liệu màng chống thấm địa kỹ thuật [3],[8] 31 2.3.3 Giải pháp khoan vữa chống thấm [3] 36 2.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 45 CHƯƠNG 46 XỬ LÝ CHỐNG THẤM CHO ĐẬP PHỤ 46 HỒ CHỨA NƯỚC DẦU TIẾNG 46 3.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CƠNG TRÌNH 47 3.1.1 Vị trí địa lý 47 3.1.2 Đặc điểm tự nhiên 47 3.1.3 Đặc điểm địa chất [7] 51 3.1.4 Tình hình Dân sinh – Kinh tế – Xã hội [9] 55 3.1.5 Qui mô, nhiệm vụ, tiêu thiết kế cơng trình, đặc điểm kết cấu [6] 56 3.2 ĐÁNH GIÁ CHUNG VỀ HIỆN TRẠNG ĐẬP PHỤ HỒ DẦU TIẾNG [8],[9] 58 3.3 NGUYÊN NHÂN GÂY RA THẤM Ở ĐẬP PHỤ HỒ DẦU TIẾNG 59 3.4 PHÂN TÍCH, ĐỀ XUẤT BIỆN PHÁP XỬ LÝ CHỐNG THẤM 60 3.4.1 Yêu cầu xử lý chống thấm 60 3.4.2 Cơ sở lựa chọn biện pháp chống thấm 60 3.4.3 Phương án chọn 61 3.5 TÍNH TỐN KHOAN PHỤT CHO ĐẬP PHỤ HỒ DẦU TIẾNG 61 3.5.1 Xác định chiều dài màng L m : 61 3.5.2 Xác định khoảng cách hai hố khoan hàng L : 61 3.5.3 Xác định khoảng cách hai hàng khoan L : 62 3.5.4 Xác định chiều dày màng T (m): 62 3.5.5 Bố trí mạng lưới khoan: 63 3.5.6 Thiết bị khoan thí nghiệm: 64 3.5.7 Khoan thí nghiệm khoan kiểm tra: 65 3.5.8 Trình tự khoan đại trà: 67 3.6 ỨNG DỤNG MƠ HÌNH TỐN ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CỦA BIỆN PHÁP KHOAN PHỤT CHỐNG THẤM 81 3.6.1 Lựa chọn phần mềm tính tốn 81 3.6.2 Nội dung kết tính tốn 81 3.7 KỸ THUẬT THI CÔNG KHOAN PHỤT: 86 3.7.1 Chỉ tiêu kỹ thuật khoan chống thấm: 86 3.7.2 Cấp phối vật liệu khoan chống thấm: 86 3.7.3 Quy trình thi cơng: 87 3.8 KẾT LUẬN CHƯƠNG 90 CHƯƠNG 92 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 92 4.1 NHỮNG KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC CỦA LUẬN VĂN 92 4.2 NHỮNG VẤN ĐỀ TỒN TẠI VÀ KIẾN NGHỊ 92 TÀI LIỆU THAM KHẢO 94 PHỤ LỤC 96 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1- Tổng hợp số cơng trình ứng dụng giải pháp chống thấm đập tường hào bentonite 25 Bảng 2.2 - So sánh tính kỹ thuật loại tường hào đất – 27 Bảng 2.3 - Quy cách sản xuất tiêu chuẩn màng SD-HDPE .32 Bảng 2.4- Thông số kỹ thuật màng chống thấm SD-HDPE .32 Bảng 2.5- Một số cơng trình Thủy lợi ứng dụng phương pháp khoan truyền thống .41 Bảng 3.1- Các đặc trưng thống kê lượng mưa năm trạm 49 Bảng 3.2- Lượng mưa hàng năm trạm lưu vực hồ Dầu Tiếng .49 Bảng 3.3- Các tiêu lý đất thân đập đập .54 Bảng 3.4- Diện tích, dân số xã ven hồ Dầu Tiếng 56 Bảng 3.5 – Một số tiêu hồ chứa nước Dầu Tiếng 57 Bảng 3.6- Bảng xác định khoảng cách hàng khoan 62 Bảng 3.7- Phân định đất, đá theo mức độ 73 Bảng 3.8- Sơ chọn dung dịch N/X theo q .74 Bảng 3.9- Các cấp nồng độ vữa thiết kế 74 Bảng 3.10- Bảng xác định trị số Po P 76 Bảng 3.11- Lưu lượng vữa nhỏ cho phép ngừng 77 Bảng 3.12- Các cấp áp lực ép nước kiểm tra 79 Bảng 3.13- Kết ép nước kiểm tra cơng trình 80 Bảng 3.14 - Kết tính toán thấm đập phụ hồ Dầu Tiếng .84 Bảng 3.15 Kết tính tốn ổn định mái đập phụ hồ Dầu Tiếng 85 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Sơ đồ chống thấm cho đập đất có tường nghiêng sân phủ 15 Hình 1.2 Sơ đồ chống thấm cho đập đất hào chân khay chống thấm 15 Hình 1.3 Sơ đồ chống thấm cho đập đất có màng chống thấm khoan vữa ximăng-bentonite .17 Hình 1.4 Sơ đồ chống thấm cho đập đất cừ thép .18 Hình 1.5 Mặt cắt điển hình đập Brơng Bách ban đầu 19 Hình 2.1 Giải pháp tường hào bentonite chống thấm 26 Hình 2.2 Sơ đồ cơng nghệ trộn vữa .28 Hình 2.3 Sơ đồ thi cơng tường hào bentonite chống thấm 29 Hình 2.4 Hình ảnh thi cơng tường hào bentonite chống thấm 30 Hình 2-5 Sơ đồ màng chống thấm Địa kỹ thuật 31 Hình 2.6 Hình ảnh thi cơng màng chống thấm HDPE cơng trình Hồ chứa nước Dầu Tiếng 35 Hình 2.7 Giải pháp khoan tạo màng chống thấm đập 37 Hình 2.8 Các phương pháp cơng nghệ khoan vữa chống thấm 37 Hình 2.9 Sơ đồ khoan vữa tạo màng chống thấm 38 Hình 2.10 Nút đơn nút kép công nghệ khoan 40 Hình 2.11 Hình ảnh khoan Đập phụ 42 Hình 2.12 Sơ đồ cơng nghệ Jet-grouting làm tường chống thấm .43 Hình 2.13 Phạm vi ứng dụng hiệu công nghệ khoan 44 Hình 3.1 Vị trí hồ Dầu Tiếng lưu vực sơng Sài Gịn – Đồng Nai 46 Hình 3.2 Chiều dày màng chống thấm 63 Hình: 3.3 Sơ đồ bố trí mạng lưới hố khoan .64 Hình: 3.4 Bố trí khoan thí nghiệm 66 Hình: 3.5 Sơ đồ khoan .69 Hình 3.6 Trình tự khoan 70 Hình 3.7 Mơ tốn tính tốn thấm trạng, MNDBT 82 Hình 3.8 Gradient thân đập lưu lượng thấm trạng, MNDBT 85 Hình 3.9 Gradient cửa lưu lượng thấm trạng, MNDBT 85 Hình 3.10 Mơ tốn thấm sau xử lý chống thấm, MNDBT 83 Hình 3.11 Gradient thân đập lưu lượng thấm sau xử lý chống thấm, MNDBT 84 Hình 3.13 Mơ tốn tính toán ổn định trạng 85 Hình 3.14 Kết tính tốn ổn định mái hạ lưu trạng, MNDBT .85 MỞ ĐẦU TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI: Sau Miền Nam hồn tồn giải phóng, hàng loạt cơng trình Thuỷ lợi đời góp phần giảm nhẹ thiên tai, cải tạo mơi tường sinh thái, xố đói giảm nghèo, tạo sở hạ tầng kỹ thuật cho ngành kinh tế phát triển Đặc biệt khu vực Miền Đông Nam Bộ vùng kinh tế trọng điểm nước ta, nên nhu cầu dùng nước cho dân sinh phát triển kinh tế xã hội cao, lượng nước cung cấp chủ yếu sông chảy qua vùng này, nhiên lưu lượng lại phân bố không năm Do đó, nhiều cơng trình thủy lợi trữ cấp nước xây dựng vùng, hồ Chứa Nước Đá đen, Hồ chứa nước Lộc Quang, hồ chứa nước Dầu Tiếng,… Đặc biệt hồ chứa nước Dầu Tiếng, hồ chứa nước có dung tích lớn khu vực Đông Nam Bộ phục vụ cho nước sinh hoạt tưới (dung tích 1,5 tỷ m3 ) xây dựng từ năm 1977÷1985 Các hồ chứa nước xây dựng đa số có đập ngăn nước đắp đất chỗ (vật liệu địa phương), biện pháp kinh tế hiệu Nhưng vùng Đơng Nam Bộ có địa hình núi, biển đồng bằng, cấu tạo địa chất phức tạp, vật liệu đất đắp đập có hàm lượng sỏi sạn lớn, tính co ngót – trương nở cao, năm trước am hiểu vật liệu đắp đập khu vực bị hạn chế nên sau thời gian vận hành cố chủ yếu thấm hạ lưu có tượng nước (đập hồ Dầu Tiếng - Tây Ninh, đập Suối Giai – Bình Phước …) Mặt khác q trình xây dựng, cơng tác khảo sát thiết kế, cơng tác thi cơng cịn nhiều tồn đập ngăn sông vật liệu địa phương, khu vực Miền Đông Nam Bộ mà điển hình hồ Dầu Tiếng Vì mà đề tài: “ Nghiên cứu đề xuất giải pháp xử lý chống thấm cho đập phụ hồ chứa nước Dầu Tiếng tỉnh Tây Ninh” thực cần thiết MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI: Hầu hết cơng trình đập đất khu vực Miền Đơng Nam Bộ xây dựng loại đất Bazan, đất Bazan lẫn dăm sạn, đất tàn tích bột cát kết, hiểu biết kinh nghiệm sử dụng loại đất xây dựng đập đất chưa nhiều nên sau thời gian vận hành khai thác, cơng trình xuất thấm bất thường Với mục đích nâng cao ổn định thấm cho đập đất khu vực, nghiên cứu nguyên nhân gây thấm tìm giải pháp chống thấm cho đập phụ Hồ Dầu Tiếng nhằm nâng cao ổn định, an toàn cho cơng trình đáp ứng nhu cầu dùng nước cho khu vực Thành Phố Hồ Chí Minh, Tây Ninh, Bình Dương, Bình Phước tỉnh Long An MỤC TIÊU, NỘI DUNG, CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU: 3.1 Mục tiêu Dựa vào tài liệu thu thập, tài liệu khảo sát nghiên cứu tượng thấm nước khu vực nghiên cứu, tài liệu thiết kế - thi công đập trước đây, kết hợp với quan trắc thực tế trường để tìm nguyên nhân gây tượng nước đập, từ đề xuất giải pháp xử lý chống thấm cho đập 3.2 Nội dung thực - Thu thập tài liệu dân sinh, kinh tế xã hội khu vực nghiên cứu; - Thu thập tài liệu đất đai, thổ nhưỡng, khí hậu, khí tượng thủy văn khu vực nghiên cứu; - Thu thập tài liệu khảo sát - thiết kế - thi công đập khu vực nghiên cứu, tài liệu liên quan khác; - Điều tra, khảo sát đánh giá trạng đập đất vùng; - Đánh giá thực trạng thấm, tìm nguyên nhân gây thấm; - Đề xuất giải pháp cơng nghệ chống thấm; - Hồn thiện luận văn 3.3 Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu: * Cách tiếp cận: - Thu thập tài liệu tìm hiểu đập đất, đặc biệt khu vực nghiên cứu 84 Hình 3.11 Gradient thân đập lưu lượng thấm sau xử lý chống thấm, MNDBT Hình 3.12 Gradient cửa lưu lượng thấm sau xử lý chống thấm, MNDBT Các trường hợp cịn lại tác giả trình bày phần phụ lục luận văn Bảng 3.14 - Kết tính toán thấm đập phụ hồ Dầu Tiếng Hiện trạng Xử lý khoan chống thấm [J] Gradient thân đập J thânđập -MNDBT 0,04 0,30 0,65 Gradient thân đập J thânđập -MNGC 0,06 0,40 0,65 Gradient cửa J -MNDBT 0,28 0,15 0,55 Gradient cửa J -MNGC 0,33 0,18 0,55 q.10-5 (m3/s-m) thấm-MNDBT 4,674 4,330 q.10-5 (m3/s-m) thấm-MNGC 5,455 5,053 Thơng số 85 Kết tính tốn ổn định Hình 3.13 Mơ tốn tính tốn ổn định trạng Hình 3.14 Kết tính tốn ổn định mái hạ lưu trạng, MNDBT Các trường hợp cịn lại tác giả trình bày phần phụ lục luận văn Bảng 3.15 Kết tính tốn ổn định mái đập phụ hồ Dầu Tiếng Thông số Hiện trạng Xử lý khoan chống thấm [K] MNDBT K HL 3,25 3,45 1,25 MNDGC K HL 3,19 3,41 1,05 86 Kết tính tốn cho thấy - Gradient thấm cửa lưu lượng thấm đơn vị lớn Đường bão hoà thân đập nằm mức cao mái hạ lưu - Hiện trạng đập có hệ số ổn định mái tốt - Sau xử lý chống thấm biện pháp khoan phụt: + Các trị số J nhỏ nhiều so với [J] cho phép Trong thân đập J lại có xu hướng tăng lên đảm bảo điều kiện J cho phép thân đập + Đường bão hoà hạ thấp đổ chân thiết bị tiêu nước + Lưu lượng thấm đơn vị qua mặt cắt đập tính tốn giảm, giảm nước cho đập + Hệ số ổn định mái hạ lưu đập sau xử lý thấm lớn hệ số ổn định phương án trạng Như vậy, kết sau xử lý biện pháp khoan đảm bảo hiệu chống thấm tăng ổn định cho đập 3.7 KỸ THUẬT THI CÔNG KHOAN PHỤT: 3.7.1 Chỉ tiêu kỹ thuật khoan chống thấm: Tường chống thấm thi công công nghệ khoan vữa Có lực vữa P=200atm, tốc độ xoay 2vòng/bước, tốc độ rút cần dự kiến 2.7 phút/1m (4.05s/bước) Hệ số thấm yêu cầu : K 5->9) Đợt II: Khoan hố hai hố đợt I(hố ->7) Đợt III: Khoan hố hố (hố ->4->6->8) - Di chuyển máy khoan vào vị trí tim cọc xác định - Khoan hạ đầu phun xuống đất, vừa khoan vừa phun nước với áp lực 10-20 Mpa - Sau khoan đến độ sâu mũi cọc dừng khoan điều chỉnh khoan sang chế độ phun vữa - Công tác phun vữa: Bước 1: Cho đầu mũi khoan xoay chộ tăng dần áp lực bơm đạt áp lực thiết kế Bước 2: Sau đạt áp lức bơm thiết kế, điều chỉnh máy khoan vừa xoay vừa rút 89 cần lên theo tốc độ thiết kế Bước 3: Sau đầu phun rút lên đến đỉnh đầu cọc thiết kế ngừng phun Rút mũi khoan lên khỏi mặt đất Bước 4: Di chuyển máy khoan đến vị trí Dây chuyền gồm thiết bị sau: (1) - Máy khoan-phun vữa YBM-2P (S) II, nặng 750 kg, cơng suất động 7,5Kw; 200V/3 pha; đường kính cần khoan 42mm, đoạn cần dài 3m ghép nối ren cơn, khoan đến độ sâu 20m; vịi bơm cao áp vươn xa 100m máy hoạt động theo chế độ tự động đặt trước (2) - Máy bơm áp lực cao SG – 75 SV nặng 750 kg, áp lức bơm 200 – 400 Atm, công suất động 55 Kw,điện 200V/3 pha; (3) – Máy trộn vữa GM – nặng 370 kg công suất 60 lít/phút; động 4Kw (4) – Máy phát điện 155 Kw A/3 pha 200 V; nặng 2T (5) – Cẩu thủy lực 5T; ô tô 7T; máy bơm nước Khả thi cơng 13 cọc/giờ (tính điều kiện lý thuyết, không kể thời gian dịch chuyển máy công việc phụ khác) thời gian dịch chuyển máy dự kiến Nhân cơng vận hành chính: người (không kể lao động phổ thông khác) d Khoan kiểm tra: Để kiểm tra chất lượng màng chống thấm sau tạo, hố khoan kiểm tra tiến hành khu sau kết thúc cơng tác khu vực tuần Vị trí hố khoan kiểm tra xác định thực địa sở phân tích kết khoan thực Số lượng hố khoan kiểm tra không vượt % tổng số hố khoan Các hố khoan kiểm tra khoan thẳng đứng với độ sâu đáy màng chống thấm tương ứng khu vực Trong tất hố khoan kiểm tra tiến hành ép nước thí nghiệm phân đoạn từ xuống ép theo cấp áp lực áp lực Kết khoan coi đạt yêu cầu lượng nước đơn vị đá đoạn q