Nghiên cứu ứng dụng bản mặt bê tông cốt thép để chống thấm cho đập đất

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật LỜI CẢM ƠN Luận văn thạc sĩ kỹ thuật chuyên ngành Xây dựng cơng trình thủy với đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng mặt bê tông cốt thép để chống thấm cho đập đất” hoàn thành với giúp đỡ tận tình Thầy giáo, Cơ giáo Khoa Cơng trình, Phịng đào tạo đại học sau đại học, Bộ môn thủy công Trường đại học Thủy lợi bạn bè đồng nghiệp Tác giả xin chân thành cảm ơn Thầy giáo, Cơ giáo, Gia đình, Bạn bè & Cơ quan tạo điều kiện cho tác giả suốt trình học tập thực luận văn tốt nghiệp Đặc biệt tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đến GS.TS Nguyễn Chiến tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi để tác giả hoàn thành luận văn tốt nghiệp Tuy có cố gắng định, thời gian trình độ cịn nhiều hạn chế, luận văn chắn nhiều thiếu sót Tác giả kính mong Thầy giáo, Cơ giáo, Bạn bè Đồng nghiệp góp ý để tác giả tiếp tục học tập nghiên cứu hoàn thiện đề tài Xin chân thành cảm ơn ! Hà nội, ngày tháng 12 năm 2010 Tác giả Luyện Thành Thắng Luyện Thành Thắng Luận văn thạc sĩ kỹ thuật MỤC LỤC MỤC LỤC CÁC BẢNG BIỂU MỤC LỤC CÁC HÌNH VẼ MỞ ĐẦU TÍNH CẤP THIẾT VÀ TÍNH KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 10 CHƯƠNG 11 TỔNG QUAN VỀ ĐẬP ĐẤT 11 VÀ CÁC BIỆN PHÁP CHỐNG THẤM CHO THÂN ĐẬP 11 1-1 Tình hình xây dựng đập đất nước 11 1-2 Tổng quan biện pháp chống thấm cho thân đập 15 1-3 Nhu cầu khả áp dụng mặt bê tông chống thấm cho đập đất 21 1-4 Giới hạn phạm vi nghiên cứu 22 CHƯƠNG 23 NGHIÊN CỨU THẤM VÀ ỔN ĐỊNH CỦA ĐẬP ĐẤT CÓ BẢN MẶT 23 BÊ TÔNG CHỐNG THẤM 23 2-1 Sơ đồ bố trí mặt bê tông cốt thép 23 2-2 Nghiên cứu thấm qua đập đất có mặt bê tơng chống thấm 23 2.4 Nghiên cứu ổn định mặt bê tông mái nghiêng 34 CHƯƠNG 36 NGHIÊN CỨU ỨNG SUẤT – BIẾN DẠNG THÂN ĐẬP VÀ ĐỘ BỀN KẾT CẤU BẢN MẶT BÊ TÔNG CỐT THÉP 36 3-1 Nguyên lý phân tích ứng suất – biến dạng thân đập 36 3-2 Tính tốn cho mơ hình đập có chiều cao khác 40 3-3 Phân tích kết tính tốn 42 3-4 Tính tốn kết cấu mặt 59 3-4-1- Mục đích tính tốn 59 3-4-2- Các điều kiện tính tốn 60 Luyện Thành Thắng Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 3-4-2-1- Bản mặt bê tông 60 3-4-2-2- Kích thước đập 61 3-4-3- Phương pháp tính tốn 61 3-4-4- Kết tính tốn cho trường hợp điển hình 62 3-4-4-1- Xác định Mgh (cho dầm có b=1m) 62 3-4-4-2- Xác định M (cho dầm có b=1m) 64 3-4-5- Phân tích kết tính tốn 64 CHƯƠNG 66 ỨNG DỤNG CHO ĐẬP NƯỚC NGỌT (NINH THUẬN) 66 4-1 Giới thiệu cơng trình hồ chứa Nước Ngọt 66 4-2 Bố trí mặt cắt đập mặt bê tông chống thấm 70 4-3 Phân tích ứng suất - biến dạng thân đập (cho trường hợp làm việc điển hình) 71 4-4 Kiểm tra điều kiện bền ổn định mặt bê tông cốt thép 76 4-5 Một số cấu tạo chi tiết 78 CHƯƠNG 81 KẾT LUẬN - KIẾN NGHỊ 81 5.1 Các kết luận luận văn 81 5.2 Những tồn hạn chế 82 5.3 Kiến nghị 83 TÀI LIỆU THAM KHẢO 84 PHỤ LỤC 86 KẾT QUẢ TÍNH TỐN ĐẬP CAO 20M 86 PHỤ LỤC 93 KẾT QUẢ TÍNH TỐN ĐẬP CAO 30M 93 PHỤ LỤC 100 KẾT QUẢ TÍNH TỐN ĐẬP CAO 40M 100 PHỤ LỤC 107 KẾT QUẢ TÍNH TỐN ĐẬP NƯỚC NGỌT 107 Luyện Thành Thắng Luận văn thạc sĩ kỹ thuật MỤC LỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1-1: Thống kê số đập đất, đá lớn Việt Nam 12 Bảng 1-2: Thống kê số đập đất, đá lớn giới 15 Bảng 2-1 Chỉ tiêu lý đất đắp đập đập 26 Bảng 2.2 Tổng hợp giá trị lưu lượng thấm đơn vị & gradient sơ đồ khơng có tường bê tông chống thấm thượng lưu: 30 Bảng 2.3 Tổng hợp giá trị lưu lượng thấm đơn vị & gradient sơ đồ có tường bê tơng chống thấm thượng lưu: 30 Bảng 3-1 MNDBT ứng với chiều cao đập khác 41 Bảng 3-2 tiêu lý vật liệu đập 42 Bảng 3-3 Ứng suất σmax mặt bê tông (KN/m2) 46 Bảng 3-4 Ứng suất σmin mặt bê tông (KN/m2) 46 Bảng 3-5 Ứng suất σy lớn thân đập tim (KN/m2) 48 Bảng 3-6 Ứng suất σmax lớn mặt bê tông (KN/m2) 52 Bảng 3-7 Ứng suất σmin lớn mặt bê tông (KN/m2) 52 Bảng 3-8 Ứng suất σy thân đập tim (KN/m2) 53 Bảng 3-9 Chuyển vị Sy lớn tim đập 56 Bảng 3-10 Chuyển vị Sy lớn tim đập 59 Bảng 3-11 Kết tính Mgh cho phương án 64 Bảng 3-12 Kết tính M cho phương án 64 Bảng 4-1 Các thông số kỹ thuật cụm cơng trình đầu mối 68 Bảng 4-2 Thông số mặt cắt đập 72 Bảng 4-3 Chỉ tiêu lý vật liệu đập 72 Bảng 4-4 Kết tính Mgh cho đập Nước Ngọt 77 Bảng 4-5 Kết tính Mgh cho đập Nước Ngọt (T.m) 77 Luyện Thành Thắng Luận văn thạc sĩ kỹ thuật MỤC LỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1-1: Đập có tường lõi mềm………………………………………………17 Hình 1-2: Kết cấu đập tường nghiêng mềm……………………………………18 Hình 1-3: Kết cấu đập đất có tường nghiêng sân phủ trước mềm 19 Hình 1-4: Đập đất có tường nghiêng chân mềm 20 Hình 1-5: Đập có màng chống thấm khoan vữa ximăng-Bentonite 20 Hình 1-6: Đập có tường chống thấm cứng…………………………………… 21 Hình 2-1: Sơ đồ bố trí đập có mặt bê tơng đá ………………… 23 Hình 2-2: Sơ đồ tính thấm qua đập có tường nghiêng…………………………23 Hình 2-3: Mặt cắt tính tốn theo sơ đồ …………………………………… 25 Hình 2-4: Mặt cắt tính tốn theo sơ đồ 2……………………………………….25 Hình 2-5: Mặt cắt tính tốn theo sơ đồ …………………………………… 25 Hình 2-6: Mặt cắt tính tốn theo sơ đồ …………………………………… 26 Hình 2-7: Kết tính tốn theo sơ đồ 29 Hình 2-8: Kết tính tốn theo sơ đồ 29 Hình 2-9: Kết tính tốn theo sơ đồ 29 Hình 2-10: Kết tính tốn theo sơ đồ 30 Hình 2-11: Sơ đồ tính ổn định trượt mái ………………………………………32 Hình 2-12: Sơ đồ tính tốn ổn định mặt bê tông mái nghiêng … 35 Hình 3-1: Mặt cắt tính tốn khơng xét đến ảnh hưởng nền……………… 41 Hình 3-2: Mặt cắt tính tốn có xét đến ảnh hưởng .41 Hình 3-3: Các vị trí cần phân tích trạng thái ứng suất – biến dạng…… 42 Hình 3-4: Đường đẳng σx – Thi cơng xong .43 Hình 3-5: Đường đẳng σy – Thi công xong .43 Hình 3-6: Đường đẳng σx – Hồ tích nước 44 Luyện Thành Thắng Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Hình 3-7: Đường đẳng σy – Hồ tích nước 44 Hình 3-8: ƯSmax mặt BT-Thi công xong không xét ảnh hưởng nền…… 45 Hình 3-9: ƯSmin mặt BT-Thi cơng xong khơng xét ảnh hưởng nền….… 45 Hình 3-10: ƯSmax mặt BT-Hồ tích nước khơng xét ảnh hưởng nền…… 45 Hình 3-11: ƯSmin mặt BT- Hồ tích nước khơng xét ảnh hưởng 45 Hình 3-12: ƯS thân đập theo phương Y -Thi công xong không xét ảnh hưởng .45 Hình 3-13: ƯS thân đập theo phương Y -Hồ tích nước khơng xét ảnh hưởng 45 Hình 3-14: Đường đẳng σx – Thi cơng xong…………………………… 48 Hình 3-15: Đường đẳng σy – Thi cơng xong…………………………… 49 Hình 3-16: Đường đẳng σx – Hồ tích nước…………………………… 49 Hình 3-17: Đường đẳng σy – Hồ tích nước…………………………… 49 Hình 3-18: ƯSmax mặt BT-Thi cơng xong xét ảnh hưởng 50 Hình 3-19: ƯSmin mặt BT-Thi công xong xét ảnh hưởng 50 Hình 3-20: ƯSmax mặt BT-Thi cơng xong xét ảnh hưởng 50 Hình 3-21: ƯSmin mặt BT- Hồ tích nước xét ảnh hưởng 50 Hình 3-22: ƯS thân đập theo phương Y-Thi cơng xong xét ảnh hưởng .51 Hình 3-23: ƯS thân đập theo phương Y-Hồ tích nước xét ảnh hưởng 51 Hình 3-24: Biến dạng Sx – Thi cơng xong……………………………… 54 Hình 3-25: Biến dạng Sy – Thi cơng xong………………………………… 54 Hình 3-26: Biến dạng Sx – Hồ tích nước ………………………………… .54 Hình 3-27: Biến dạng Sy – Hồ tích nước ………………………………… .55 Hình 3-28: Chuyển vị theo phương Y- Thi công xong không xét ảnh hưởng nền…………………………………………………………………………… 55 Hình 3-29: Chuyển vị theo phương Y- Hồ tích nước khơng xét ảnh hưởng Luyện Thành Thắng Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Hình 3-30: Biến dạng Sx – Thi cơng xong.………………………………… 57 Hình 3-31: Biến dạng Sy – Thi công xong ………………………………… 57 Hình 3-32: Biến dạng Sx – Hồ tích nước ………………………………… 57 Hình 3-33: Biến dạng Sy– Hồ tích nước …………………………………… 58 Hình 3-34: Chuyển vị theo phương Y- Thi cơng xong-xét ảnh hưởng … 58 Hình 3-35: Chuyển vị theo phương Y- Hồ tích nước-xét ảnh hưởng …… 58 Hình 4-1 : Bố trí mặt cắt đập-MC Đ16 ……………………………………… 70 Hình 4-2 : Chi tiết bố trí chân mái đập-MC Đ16…………………………… 70 Hình 4-3 : Bố trí mặt cắt đập-MC Đ20……………………………………… 70 Hình 4-4 : Chi tiết bố trí chân mái đập-MC Đ20.…………………………… 71 Hình 4-5 : Cắt dọc tuyến đập hồ suối Nước Ngọt ………………………… 71 Hình 4-6 : Đường đẳng ứng suất σx – Thi cơng xong ……………………… 73 Hình 4-7 : Đường đẳng ứng suất σy – Thi công xong ……………………… 73 Hình 4-8 : Đường đẳng ứng suất σx – Hồ tích nước ……………………… 74 Hình 4-9 : Đường đẳng ứng suất σy – Hồ tích nước ………………………… 74 Hình 4-10: ƯSmax mặt BT-Thi cơng xong……………………………… 75 Hình 4-11: ƯSmin mặt BT-Thi cơng xong… ………………………… 75 Hình 4-12: ƯSmax mặt BT-Hồ tích nước ……………………………… 75 Hình 4-13: ƯSmin mặt BT- Hồ tích nước … ………………………… 75 Hình 4-14: ƯSmax thân đập theo phương Y – Thi công xong …………………75 Hình 4-15: ƯSmin thân đập theo phương Y – Thi cơng xong.……………… 75 Hình 4-16: ƯSmax thân đập theo phương Y – Hồ tích nước ……………… 76 Hình 4-17: ƯSmin thân đập theo phương Y – Hồ tích nước ……………… 76 Hình 4-18: Một số cấu tạo chi tiết đập.…………… ……… ………… 78 Hình 4-21: Một số hình ảnh đập Nước Ngọt…… ……………………… … 78 Luyện Thành Thắng Luận văn thạc sĩ kỹ thuật MỞ ĐẦU Đập đất loại cơng trình xây dựng loại đất có vùng xây dựng Đập đất có cấu tạo đơn giản, vững chắc, có khả giới hóa cao thi cơng đa số trường hợp có giá thành hạ nên loại đập ứng dụng rộng rãi hầu Đập đất thường loại không tràn nước, có nhiệm vụ dâng nước giữ nước hồ chứa với loại đập cơng trình khác tham gia nhiệm vụ dâng nước hệ thống thủy lợi hay xây dựng nhằm mục đích chỉnh trị dịng sơng Từ nghìn năm trước Công nguyên, đập đất xây dựng nhiều Ai Cập, Ấn Độ, Trung Quốc với mục đích dâng giữ nước để tưới phòng lũ Về sau, đập đất ngày đóng vai trị quan trọng hệ thống thủy lợi nhằm lợi dụng tổng hợp tài nguyên dòng nước Ngày nay, nhờ phát triển nhiều ngành khoa học như: Cơ học đất, lý luận thấm, địa chất thủy văn địa chất công trình…cũng việc áp dụng rộng rãi giới hóa thủy hóa thi cơng đập đất có xu hướng phát triển mạnh mẽ Cho đến nay, nước xây dựng hàng nghìn đập đất lớn nhỏ Là loại cơng trình dâng nước mà xây dựng vật liệu địa phương (các loại đất) trình khai thác đập đất mang đặc tính như: - Đập đất có khối lượng lớn chịu tác dụng ngoại lực phức tạp thân đập cần bảo đảm điều kiện chịu lực (trạng thái ứng suất) Đặc biệt phải bào đảm điều kiện chống trượt mái dốc trường hợp - Do tác dụng sóng gió hồ chứa tác dụng lên đập đất gây hư hỏng mái dốc thượng lưu Vì mái dốc thượng lưu cần dùng hình thức gia cố chắn Mưa rào thay đổi nhiệt độ gây nên hư hỏng mái dốc hạ lưu cần phải có biện pháp bảo vệ mái dốc hạ lưu Luyện Thành Thắng Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - Do nước thấm qua thân đập, đập thầm vòng quanh bờ làm nước hồ chứa có ảnh xấu đến ổn định đập (xói ngầm trượt mái dốc), cần phải có biện pháp chống thấm Ngồi thấm cịn gây nguy hiểm vùng tiếp xúc đập đất với cơng trình khác vùng dịng thấm mái dốc hạ lưu, trường hợp nước hồ chứa hạ xuống đột ngột Việc bố trí mặt bê tông cốt thép mái thượng lưu vừa có tác dụng chống thấm vừa làm nhiệm vụ bảo vệ mái đáng quan tâm nghiên cứu đối tượng nghiên cứu luận văn TÍNH CẤP THIẾT VÀ TÍNH KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI Đập đất loại đập sử dụng phổ biến nước ta Khi đất đắp đập thuộc loại thấm mạnh cần thiết phải có thiết bị chống thấm cho thân đập Sơ đồ chống thấm thân đập thường dùng đập có tường nghiêng tường lõi đất sét Tuy nhiên có trường hợp mà vị trí đắp đập nằm cách xa mỏ đất sét, điều kiện khí hậu có mưa nhiều khơng thuận lợi cho việc thi cơng đắp đất sét Khi xem xét sơ đồ chống thấm khác, mà số dùng tường nghiêng bê tơng cốt thép Hình thức gần ứng dụng thành công cho loại đập đá đắp Tuy nhiên với loại đập đất đắp sơ đồ chống thấm mặt bê tông chưa ý nhiều Để ứng dụng sơ đồ cần làm rõ vấn đề kỹ thuật ảnh hưởng biến dạng thân đập đến độ bền, tiếp giáp mặt với nền, với thân đập, kết cấu khớp nối, biện pháp thi cơng…Do đề tài “Nghiên cứu ứng dụng mặt bê tông cốt thép để chống thấm cho đập đất” có tính cấp thiết có ý nghĩa thực tiễn MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI - Chỉ rõ điều kiện phạm vi áp dụng tường nghiêng bê tông cốt thép cho đập đất - Nghiên cứu đặc trưng biến dạng đập đất có ảnh hưởng đến độ bền Luyện Thành Thắng Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 10 tường nghiêng bê tông cốt thép - Nghiên cứu kết cấu nối tiếp tường nghiêng với nền, với thân đập, chống thấm khớp nối mặt - Nghiên cứu biện pháp xử lý (nếu q trình tính tốn thấy cần thiết) để đảm bảo độ bền ổn định đập mặt bê tơng cốt thép - Tính tốn áp dụng cho cơng trình thực tế NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1 Nội dung phương pháp nghiên cứu - Đưa điều kiện phạm vi áp dụng tường nghiêng bê tông cốt thép cho đập đất - Nghiên cứu đặc trưng biến dạng đập đất có ảnh hưởng đến độ bền tường nghiêng bê tông cốt thép - Nghiên cứu kết cấu nối tiếp tường nghiêng với nền, với thân đập, chống thấm khớp nối mặt - Tính tốn áp dụng cho cơng trình thực tế 3.2 Phương pháp nghiên cứu - Tổng hợp tài liệu nghiên cứu có biện pháp chống thấm cho đập đất - Điều tra tình hình thực tế nhu cầu khả áp dụng mặt bê tông chống thấm cho đập đất - Sử dụng phần mềm phân tích ứng suất - biến dạng thân đập với mặt bê tông - Ứng dụng tính tốn cho đập Nước Ngọt – Ninh Thuận - Phân tích đánh giá kết - Đưa nhận xét chung, ý kiến công trình Luyện Thành Thắng Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 99 Kết tính nội lực đập cao 30m-t1=0,2m Kết tính nội lực đập cao 30m-t1=0,3m Luyện Thành Thắng Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 100 PHỤ LỤC KẾT QUẢ TÍNH TỐN ĐẬP CAO 40M Luyện Thành Thắng Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Luyện Thành Thắng 101 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Luyện Thành Thắng 102 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Luyện Thành Thắng 103 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Luyện Thành Thắng 104 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Luyện Thành Thắng 105 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 106 Kết tính nội lực đập cao 40m-t1=0,2m Kết tính nội lực đập cao 40m-t1=0,3m Luyện Thành Thắng Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 107 PHỤ LỤC KẾT QUẢ TÍNH TỐN ĐẬP NƯỚC NGỌT Luyện Thành Thắng Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Luyện Thành Thắng 108 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Luyện Thành Thắng 109 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Luyện Thành Thắng 110 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Luyện Thành Thắng 111 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Luyện Thành Thắng 112 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 113 Kết tính nội lực đập Nước Ngọt - t1=0,2m Kết tính nội lực đập Nước Ngọt - t1=0,3m Luyện Thành Thắng ... CỦA ĐẬP ĐẤT CÓ BẢN MẶT 23 BÊ TÔNG CHỐNG THẤM 23 2-1 Sơ đồ bố trí mặt bê tơng cốt thép 23 2-2 Nghiên cứu thấm qua đập đất có mặt bê tông chống thấm 23 2.4 Nghiên cứu. .. ? ?Nghiên cứu ứng dụng mặt bê tông cốt thép để chống thấm cho đập đất? ?? có tính cấp thiết có ý nghĩa thực tiễn MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI - Chỉ rõ điều kiện phạm vi áp dụng tường nghiêng bê tông. .. vi nghiên cứu - Chỉ rõ điều kiện phạm vi áp dụng tường nghiêng bê tông cốt thép cho đập đất - Nghiên cứu đặc trưng biến dạng đập đất có ảnh hưởng đến độ bền tường nghiêng bê tông cốt thép - Nghiên