Với sự giúp đỡ của phòng Đào tạo Đại học và Sau Đại học, Khoa Công trình trường Đại học thuỷ lợi, Viện kỹ thuật công trình-Trường ĐH Thủy lợi, cùng các thầy cô giáo, bạn bè, đồng nghiệp và gia đình đến nay Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật chuyên ngành Xây dự...
Tác giả xin tỏ lòng biết ơn chân thành đến các cơ quan đơn vị và các cá nhân đã truyền đạt kiến thức, cho phép sử dụng tài liệu đã công bố cũng như sự giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi của lãnh đạo Công ty Tư vấn và Chuyển giao Công nghệ - Trường Đại h...
Đặc biệt tác giả xin được tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Giáo sư, Tiến sĩ Nguyễn Chiến người đã trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ tận tình cho tác giả trong quá trình thực hiện luận văn này.
Với thời gian và trình độ còn hạn chế, luận văn không thể tránh khỏi những thiếu sót. Tác giả rất mong nhận được sự chỉ bảo và đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo, của các nhà khoa học và các bạn đồng nghiệp gần xa để đề tài nghiên cứu được hoàn thiệ...
Luận văn được hoàn thành tại Khoa Công trình, Trường Đại học Thủy lợi.
1. Tính cấp thiết của đề tài
Ở nước ta việc sử dụng vật liệu địa phương cho các công trình thuỷ lợi là rất phổ biến, hầu hết các hồ chứa nước đều có đập được xây dựng bằng vật liệu địa phương là đất, đá. Đập đất là công trình được đánh giá là bền và chịu chấn động tốt tuy nhiên ...
2. Mục đích của đề tài
Chỉ ra được thực trạng và nguyên nhân của việc đầm chặt không đều khi đắp đập đất.
Tính toán xác định ảnh hưởng của việc đầm chặt không đều đến an toàn về thấm, ổn định và biến dạng của đập đất.
Các biện pháp xử lý để đảm bảo an toàn đập đất.
3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
- Từ thực tế làm việc của các đập mà đặt ra nhiệm vụ nghiên cứu.
- Nghiên cứu tài liệu lưu trữ về kiểm soát chất lượng đắp đập và bổ sung tài liệu khảo sát hiện trạng.
Từ nghiên cứu cho công trình cụ thể để khái quát hóa và khuyến cáo áp dụng cho công trình tương tự.
- Tổng hợp các tài liệu đã có về chất lượng đắp đập đất, trong đó tập trung xem xét vấn đề đầm chặt không đều; các biểu hiện mất an toàn của đập do thân đập được đầm chặt không đều.
- Khảo sát bổ sung các tài liệu để phục vụ tính toán.
- Sử dụng mô hình toán để dự báo khả năng mất an toàn về thấm, ổn định, biến dạng của đập.
- Ứng dụng cho công trình cụ thể, nghiên cứu các biện pháp xử lý.
4. Kết quả đạt được
- Tổng quan về đập đất, hiện trạng của các đập và tình hình kiểm soát chất lượng đắp đập.
- Các phương pháp khảo sát, bổ sung tài liệu phục vụ cho tính toán an toàn đối với đập đã xây dựng.
- Các nội dung và phương pháp tính toán để đánh giá an toàn của đập (về thấm, ổn định, biến dạng) khi thân đập không đảm bảo độ đồng đều theo yêu cầu thiết kế.
- Kết quả nghiên cứu điển hình cho đập Ban Tiện- Sóc Sơn- Hà Nội và biện pháp xử lý.
1.1. Tình hình xây dựng đập đất ở Việt Nam
Đập đất là một loại đập xây dựng bằng các loại đất hiện có ở vùng xây dựng như: sét, á sét, á cát, cát, sỏi, cuội... Đập đất có cấu tạo đơn giản, vững chắc, có khả năng cơ giới hóa cao khi thi công và trong đa số trường hợp công trình xây dựng có giá ...
Đập đất là loại đập không tràn có nhiệm vụ dâng nước trong các hồ chứa hoặc cùng với các loại đập và công trình khác tham gia nhiệm vụ dâng nước trong các hệ thống thủy lợi.
Đập thường chiếm một vị trí quan trọng trong cụm công trình đầu mối của các hồ chứa hoặc các công trình dâng nước. Để xây dựng các đập trên sông, suối người ta sử dụng nhiều loại vật liệu khác nhau, trong đó dùng đất để đắp đập khá phổ biến. Các loại ...
- Do đập đất có khối lớn nên diện tích chiếm đất vĩnh viễn và chiếm đất tạm thời lớn, ảnh hưởng đến môi trường sinh thái và môi trường xã hội.
- Ở những sông suối có sự chênh lệch mực nước giữa các mùa lớn, khi xây dựng đập đất sẽ không kinh tế do chiều cao đập lớn, công trình tràn lớn.
- Ảnh hưởng do mực nước trước công trình rút nhanh đến các chỉ tiêu cơ lý của đất đắp đến áp lực kẽ rỗng trong thân công trình và sự ổn định của mái dốc thượng lưu nói riêng, ổn định tổng thể của công trình nói chung...
Bảng 1-1. Thống kê một số đập đất, đá lớn ở Việt Nam
1.2. Thực trạng làm việc của các đập và những tồn tại cần khắc phục
1.2.1. Thực trạng làm việc của các đập đất
Phần lớn các công trình đập đất xây dựng trước năm 1990, thời kỳ đất nước có nhiều khó khăn, trình độ kinh tế - xã hội nói chung còn thấp, các nhu cầu dùng nước chưa cao, tiêu chuẩn thiết kế còn hạn chế, các nguồn vốn đầu tư cho thủy lợi còn eo hẹp, ...
Hiện trạng chung các đập đất có thể nhìn nhận như sau:
Chưa an toàn cao về ổn định thấm ở nền và thân công trình. Các đập sau một thời gian làm việc đều bị thấm lậu, rò rỉ, uy hiếp an toàn công trình. Do thấm gây ra như thấm mạnh, sủi nước ở nền đập Đồng Mô-Hà Tây, Suối Giai -Sông Bé, Vân Trục -Vĩnh Phúc…...
Thiết bị bảo vệ mái hạ lưu chưa đảm bảo yêu cầu kỹ thuật. Số đập bị hư hỏng kết cấu bảo vệ mái chiếm 35,4%.
Các hư hỏng khác như sạt mái, lún không đều, nứt, tổ mối, … chiếm khoảng 19,7%.
Có thể nói đập đất là hạng mục công trình quan trọng nhất ở công trình hồ chứa, những hư hỏng nặng ở đập dễ dẫn tới nguy cơ sự cố hồ chứa.
1.2.2. Những tồn tại cần khắc phục
Việc tổng hợp và đánh giá thực trạng làm việc của các đập đất thấy đập đất có những tồn tại cần khắc phục trong quá trình khảo sát, thiết kế, thi công và quản lý vận hành như sau:
Phần lớn các công trình được thiết kế trước đây áp dụng các tiêu chuẩn, quy phạm với tần suất thiết kế và mức đảm bảo an toàn thấp và thiếu chỉ tiêu kiểm soát về chất lượng đắp đập. Cụ thể tiêu chuẩn trước đây cấp công trình, tần suất thiết kế được xá...
Các công trình đập đất thiết kế trước năm 2005 áp dụng quy phạm thiết kế đập đất đầm nén QPVN 11-77 chưa có chỉ tiêu thiết kế về độ đầm chặt của đất (hay còn gọi là hệ số đầm nén), từ năm 2005 đến nay tiêu chuẩn thiết kế đập đất đầm nén 14TCN 157-2005...
Hệ thống quản lý vận hành chưa đáp ứng được yêu cầu thực tế, như trang thiết bị để kiểm tra đánh giá hiện trạng công trình còn thiếu và lạc hậu, chủ yếu là đánh giá dựa trên cơ sở lý thuyết và kinh nghiệm của người quản lý, dẫn đến nhiều công trình kh...
Còn một vấn đề về kiểm soát chất lượng đắp đập hiện nay là các tiêu chuẩn thiết kế đập đất chưa đưa ra chỉ tiêu và quy trình kiểm soát hệ số thấm của đất thân đập tại hiện trường trong quá trình đắp. Theo quy trình, quy phạm, tiêu chẩn hiện nay thì hệ...
Để khắc phục những tồn tại trong thiết kế, thi công của các đập đất thiết kế thi công theo tiêu chuẩn cũ trước năm 2005, các ban ngành hữu quan cần sớm triển khai hệ thống giám sát, kiểm tra, đánh giá một cách toàn diện về mức độ an toàn của các đập đ...
1.3. Vấn đề kiểm soát chất lượng đắp đập hiện nay
Mặc dù ngày nay trình độ và công nghệ thi công phát triển, nhưng do thời gian thi công nhanh nên vấn đề kiểm soát chất lượng đắp đập cần phải quan tâm hơn bao giờ hết để quyết định chất lượng đập; Việc kiểm soát chất lượng đắp đập cần tập trung thực h...
1. Thực hiện thí nghiệm hiện trường: Để đưa ra các thông số kỹ thuật đầm nén đất đảm bảo độ chặt thiết kế.
2. Kiểm tra chất lượng khối đắp trong quá trình thi công: Từng lớp đất đắp phải được kiểm tra độ chặt để đánh giá chất lượng khối đắp đảm bảo yêu cầu thiết kế. Từng loại đất đắp, từng khối đất đắp phải tiến hành thí nghiệm thấm hiện trường để đánh gi...
3. Kiểm định chất lượng khi nghiệm thu: Công tác nghiệm thu giai đoạn và hoàn công công tác đắp phải căn cứ vào kết quả kiểm định chất lượng. Công tác kiểm định phải thực hiện khoan lấy mẫu khối đắp ở hiện trường mang về phòng để phân tích xác định cá...
1.4. Các nội dung nghiên cứu để kiểm soát an toàn đập khi chất lựơng thân đập không đồng đều
Để kiểm soát an toàn đập khi chất lựơng thân đập không đồng đều cần phải nghiên cứu các vấn đề sau:
1. Khảo sát đánh địa hình, địa chất, địa kỹ thuật đánh giá hiện trạng đập (tập trung đánh giá mức độ không đồng đều của đập).
2. Tính toán và đánh giá an toàn về thấm.
3. Tính toán và đánh giá an toàn về ổn định mái đập.
4. Tính toán và đánh giá an toàn về ứng suất - biến dạng của thân đập.
5. Tính toán, phân tích lựa chọn biện pháp xử lý đập đảm bảo các yêu cầu kinh tế, kỹ thuật.
2.1. Các tài liệu về hiện trạng của đập
Quan sát và chụp ảnh hiện trạng đập, kiểm tra bên ngoài các bộ phận của đập đất, quan sát các khu vực nghi ngờ có ẩn họa, như các vị trí thấm ở hạ lưu hoặc các vị trí đập bị biến dạng.
- Yêu cầu chung: Khảo sát địa hình, thể hiện đầy đủ các yếu tố tương quan giữa địa hình, địa vật, hình dạng, kích thước của đập, đảm bảo đủ tài liệu để phục vụ tính toán, đánh giá an toàn đập.
- Tiêu chuẩn áp dụng: Tuân thủ theo TCVN8478:2010 Công trình thủy lợi- Yêu cầu về thành phần, khối lượng khảo sát địa hình trong các giai đoạn lập dự án và thiết kế công trình thuỷ lợi và các quy trình quy phạm hiện hành về khảo sát địa hình.
- Nội dung khảo sát: Đo vẽ hiện trạng khu vực xây dựng đập gồm, do vẽ bình đồ tỉ tệ 1/500 đường đồng mức 0,5m; đo vẽ cắt dọc đập; đo vẽ cắt ngang đập khoảng cách giữa các mặt cắt 20÷50m.
- Yêu cầu Chung: Khảo sát địa chất để đánh giá tổng thể hiện trạng địa chất thân và nền đập; Xác định các chỉ tiêu cơ lý của đất thân đập, xác định những vị trí có dấu hiệu về ẩn họa trong thân và đập.
- Tiêu chuẩn áp dụng: Công tác khảo sát địa chất phải tuân thủ theo TCVN8478:2010 thành phần, khối lượng khảo sát địa chất trong các giai đoạn lập dự án và thiết kế công trình thủy lợi và các tiêu chuẩn, quy trình quy phạm hiện hành về chuyên môn công...
- Nội dung khảo sát:
Lập mặt cắt địa tầng của mặt cắt dọc, ngang đập.
Xác định được các chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất nền và đất đắp đập.
Xác định chỉ tiêu thấm của nền và của vật liệu đắp đập.
Tất cả các công tác khảo sát địa chất: khoan, đào hố, thí nghiệm hiện trường, lấy mẫu, bảo quản mẫu, vận chuyển mẫu, gửi mẫu phân tích, thí nghiệm trong phòng đều phải được tuân thủ nghiêm ngặt theo các quy trình, quy phạm, tiêu chuẩn ngành hiện hành.
Báo cáo địa chất trong đó mô tả các đặc điểm địa chất của khu vực và các hạng mục công trình.
Các mặt cắt địa chất phải thể hiện đầy đủ, chính xác địa tầng.
Số hóa toàn bộ số liệu trên máy tính, lưu trên đĩa và cấp cho bộ phận tính toán.
Cần có biện pháp kỹ thuật để đảm bảo an toàn lao động cũng như các an toàn về kỹ thuật khoan.
Quá trình khoan phải mô tả liên tục các lớp đất từ trên xuống theo các hiệp khoan. Nếu gặp các lớp đất đá đặc biệt phải báo cáo ngay với chủ nhiệm địa chất để có biện pháp xử lý. Các hố khoan khi đã đạt tới độ sâu yêu cầu mà vẫn nằm trong lớp đất yếu ...
Công tác lấy mẫu phải đảm bảo theo quy phạm hiện hành, các mẫu nguyên dạng phải được bảo vệ trong hộp có vỏ cứng và đóng gói kín bằng nilon hoặc tráng parafin đảm bảo độ ẩm tự nhiên.
2.2. Thu thập các tài liệu lưu trữ về khảo sát, thiết kế, thi công và nghiệm thu đập
- Thu thập các tài liệu khảo sát địa hình giai đoạn thiết kế để làm cơ sở đối chiếu những thay đổi về hiện trạng khu vực đập.
- Thu thập các tài liệu khảo sát địa chất các giai đoạn lập dự án và thiết kế làm cơ sở xem xét khảo sát bổ sung và đối chứng với kết quả khảo sát bổ sung.
Cần thu thập các hồ sơ thiết kế ở bước TKKT và TKBVTC gồm:
- Các báo cáo chính, thuyết minh chung.
- Báo cáo chuyên đề tính toán thủy văn.
- Báo cáo chuyên đề tính toán thủy công (đặc biệt quan tâm đến các mục tính toán thấm, ổn định, ứng suất biến dạng đập).
- Báo cáo chuyên đề thiết kế tổ chức thi công.
- Các bản vẽ thiết kế thi công đập.
Cần phải thu thập toàn bộ các tài liệu thi công và nghiệm thu đập gồm:
- Tài liệu thí nghiệm hiện trường.
- Các biên bản nghiệm thu thành phần công tác thi công đập.
- Các kết quả thí nghiệm xác định chất lượng của từng lớp đất đắp.
- Các biên bản xử lý kỹ thuật hiện trường.
- Kết quả kiểm định chất lượng khi nghiệm thu.
- Kết quả kiểm định sự phù hợp về chất lượng thi công đập.
- Các bản vẽ hoàn công đập.
2.3. Các tài liệu quan trắc đập
Cần thu thập các tài liệu quan trắc sau:
- Tài liệu quan trắc thấm.
- Tài liệu quan trắc ứng suất, biến dạng đập.
2.4. Các phương pháp khảo sát bổ sung tài liệu về chất lượng thân đập
Để bổ sung tài liệu về chất lượng thân đập hiện nay các đơn vị khảo sát thường kết hợp giữa phương pháp địa vật lý kết hợp với phương pháp khoan xuyên lấy mẫu thí nghiệm.
Phương pháp địa vật lý được thực hiện trước để xác định các vị trí dị thường trong thân đập sau đó sử dụng phương án khoan xuyên lấy mẫu thí nghiệm xác định chất lượng thân đập.
Các phương pháp địa vật lý như thăm dò điện, địa chấn, từ, trọng lực, phóng xạ đã được ứng dụng rộng rãi trong công tác thăm dò địa chất ở nước ta.
Phương pháp địa vật lý bằng Rađa địa thám là phương pháp mới bắt đầu áp dụng ở Việt Nam từ năm 1999 bởi Viện vật lý địa cầu có trụ sở nhà A8, 18 Hoàng Quốc Việt, Cầu Giấy, Hà Nội; nay phương pháp này được áp dụng phổ biến trong công tác khảo sát bổ su...
Phương pháp Rađa xuyên đất là phương pháp địa vật lý dựa trên nguyên lý của sự lan truyền sóng điện từ trong môi trường đất đá. Khi máy Rađa phát ra sóng điện từ tần số cao truyền xuống môi trường đất đá, khi sóng gặp các ranh giới vật chất có hằng số...
Phương pháp đo sâu điện đối xứng là phương pháp địa vật lý dựa trên nguyên lý đo điện trở suất của đất, đá; Mỗi loại đất đá có một độ dẫn điện khác nhau và người ta đo giá trị điện trở suất của đất đá để xác định độ dẫn điện của chúng. Điện trở...
Khi máy đo sâu điện đối xứng phát ra dòng điện có cường độ lớn dòng điện truyền qua môi trường đất đá khi gặp địa tầng khác nhau thì có hằng số điện trở khác nhau nó sẽ hiển thị trên máy đo tại hiện trường và kỹ sư thực hiện tại hiện trường ghi vào s...
Đây là phương pháp truyền thống khảo sát địa chất công trình, phương pháp này dùng máy khoan xuyên vào đất và lấy mẫu đưa về phòng thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ lý của đất để đánh giá phân loại đất và lấy các chỉ tiêu cơ lý phục vụ tính toán.
Tiến hành thí nghiệm đổ nước hố khoan để xác định hệ số thấm của đất thân đập tại hiện trường.
2.3. Kết luận chương 2
Công tác khảo sát, thu thập tài liệu là bước quan trọng trong công tác đánh giá an toàn đập, vì có khảo sát kỹ lưỡng thì mới có số liệu đáng tin cậy để phân tích và đánh giá an toàn đập với kết quả tốt.
Căn cứ vào kết quả thu thập khảo sát người đánh giá an toàn đập có thể xem xét lại các chi tiết sai khác giữa bản thiết kế với hồ sơ hoàn công và mức độ ảnh hưởng tới hệ số an toàn, đồng thời kiểm tra lại được quá trình xây dựng nhằm phân tích một các...
Căn cứ vào kết quả thu thập khảo sát người đánh giá an toàn đập lập được các giả thuyết và mô hình hóa được các bài toán, tính toán xác định được mức độ an toàn đập, xác định được các nguyên nhân ảnh hưởng tới an toàn đập, từ đó đề xuất được phương án...
3.1. Các tiêu chuẩn kỹ thuật sử dụng trong đánh giá an toàn đập đất
- QCVN 04-05:2012/BNNPTNT: Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia công trình thủy lợi - các quy định chủ yếu về thiết kế.
- TCVN 8216-2009: Tiêu chuẩn thiết kế đập đất đầm nén.
- TCVN 8297-2009: Công trình thủy lợi- Đập đất- Yêu cầu kỹ thuật trong thi công bằng phương pháp đầm nén.
- TCXD 161-1987 Công tác thăm dò điện trong khảo sát xây dựng.
- Các quy định quản lý chất lượng công trình thuỷ lợi.
- Các quy phạm, tiêu chuẩn hiện hành khác có liên quan.
- Sổ tay đánh giá an toàn đập.
3.2. Phương pháp tính toán và đánh giá an toàn về thấm
Thấm trong công trình thuỷ lợi là sự lan truyền nước trong môi trường xốp từ nơi có đầu nước cao đến nơi có đầu nước thấp. Thấm là một trong những nguyên nhân cơ bản gây nên các sự cố về đập trên những phương diện sau:
- Gây mất nước hồ chứa.
- Phát sinh áp lực thủy động, làm mất ổn định mái đập.
- Gây xói ngầm trong thân và nền đập, đặc biệt là mái hạ lưu phần tiếp xúc giữa lõi và bộ phận lọc tiêu nước.
- Dòng thấm cũng là một yếu tố gây nên sự thay đổi về trạng thái ứng suất và biến dạng trong thân và nền đập.
Để giải các bài toán thấm cơ bản thường dùng các phương pháp sau:
- Phương pháp nghiên cứu lý luận gồm có 2 phương pháp: phương pháp cơ học chất lỏng và phương pháp thủy lực.
- Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm: dùng mô hình để xác định những đặc trưng của dòng thấm; Phương pháp này gồm có những loại chính sau đây:
+ Phương pháp tương tự điện-thuỷ động.
+ Phương pháp thí nghiệm bằng khe hẹp.
+ Phương pháp thí nghiệm bằng máng kính.
- Phương pháp đồ giải: vẽ lưới thấm bằng tay để xác định các đặc trưng của dòng thấm.
- Phương pháp số: Khi nghiên cứu thấm thường dẫn đến các phương trình vi tích phân phi tuyến. Phương pháp số giúp ta giải gần đúng các phương trình này, các phương pháp số thường dùng để giải là phương pháp sai phân hữu hạn và phương pháp phần tử hữu ...
Phương pháp PTHH là một phương pháp rất tổng quát và hữu hiệu cho lời giải chính xác đối với các bài toán kỹ thuật khác nhau. Từ việc phân tích trạng thái ứng suất, biến dạng trong các kết cấu công trình thủy lợi, xây dựng dân dụng, giao thông v.v.. ...
- Chia miền tính toán thành nhiều miền nhỏ gọi là các phần tử.
Các phần tử được nối với nhau bằng một số hữu hạn các điểm nút. Các nút này có thể là đỉnh các phần tử, cũng có thể là một số điểm được quy ước trên cạnh của phần tử.
- Rời rạc hoá miền xác định:
Trình tự tính toán của phương pháp PTHH được nghiên cứu đầy đủ trong bài toán thấm ổn định phẳng. Cần phải xác định sự phân bố cột áp dưới đập, gradient thấm và tổng lưu lượng dòng thấm. Ở đây cột áp được xem là hàm chưa biết H. Mặt trơn của hàm H đượ...
Vị trí mặt phẳng trong không gian được xác định đơn trị bằng 3 điểm không nằm trên một đường thẳng. Hiển nhiên là để xấp xỉ mặt hàm trơn H bằng các mảnh mặt phẳng thì các phần tử hữu hạn i, j, k phải là phần tử tam giác.
Độ sai lệch của mặt phân mảnh xấp xỉ so với mặt trơn thực tế sẽ càng lớn khi độ cong của mặt trơn càng lớn và kích thước phần tử càng lớn. Từ đó rút ra quy tắc cơ bản xây dựng lưới các phần tử là làm dầy đặc lưới tại những nơi có gradient hàm cần tìm ...
Công cụ toán học của phương pháp PTHH đảm bảo đưa ra bài toán tích phân phương trình vi phân song điều hòa về phép giải hệ thống các phương trình đại số tuyến tính, trong đó giá trị cột áp tại các nút phần tử hiện diện như là các ẩn số.
Do giới hạn lời giải của bài toán thấm dừng trên cơ sở định luật Darcy.
V = -K.J = -K. (3.1)
Trong đó:
K: ma trận hệ số thấm.
V: véc tơ vận tốc thấm.
(H chênh lệch cột nước giữa 2 mặt cắt tính toán cách nhau một khoảng (l Hay có thể viết dưới dạng vi phân:
V = - K. (3.2)
Cơ sở của phương pháp PTHH để giải bài toán thấm dựa trên nguyên lý biến phân mà phiếm hàm được chọn là:
L= (3.3)
Trong đó Kx, Ky lần lượt là các hệ số thấm theo phương x,y.
Trong phạm vi của mỗi phần tử giả thiết một dạng phân bố xác định nào đó của hàm cần tìm. Đối với bài toán thấm thì hàm xấp xỉ có thể là hàm cột nước.
Thường giả thiết hàm xấp xỉ là những đa thức nguyên mà hệ số của nó được gọi là các thông số. Trong phương pháp PTHH, các thông số này được biểu diễn qua các trị số của hàm và có thể là trị số của đạo hàm của nó tại các điểm nút của phần tử. Dạng đa t...
Ngoài ra hàm xấp xỉ của bài toán thấm được chọn phải đảm bảo tuân theo định luật Darcy. Song để thoả mãn chặt chẽ tất cả các yêu cầu thì sẽ gặp nhiều khó khăn trong việc lựa chọn mô hình và lập thuật toán giải. Do đó trong thực tế người ta phải giảm b...
Dựa vào phương trình cơ bản của bài toán nghiên cứu để tìm các đại lượng khác. Đối với bài toán thấm sử dụng định luật Darcy để tìm trường lưu tốc thấm, trường gradient thấm, lưu lượng thấm v.v..
Đo đặc thù của đập vật liệu địa phương, thường có chiều dài lớn hơn nhiều so với chiều cao, do vậy việc nghiên cứu bài toán thấm trong phạm vi luận văn này chỉ dừng lại ở mô hình bài toán phẳng, thấm ổn định. Lúc đó có thể cắt một đoạn đập dài bằng đơ...
Biên S1 : H = H1
Biên S2 : H = H2
Biên S3 :
Biên S4 : ; H = Z
Biên S5 : H = Z.
a/ Ma trận độ cứng của phần tử và của hệ thống các phần tử
- Mảnh mặt phẳng xấp xỉ hàm cột nước trên 1 phần tử có phương trình dạng đa thức tuyến tính:
H=(1+ (2x +(3y (3.4)
+ Trong đó (1,(2,(3 là các hằng số.
- Tại các điểm nút i, j, k của các phần tử, các giá trị cột áp bằng Hi, Hj, Hk và chúng được xác định bằng phương trình (3.4) khi x, y lần lượt bằng xi, yi, xj, yj, xk, yk. Hệ thức này có thể viết dưới dạng ma trận:
He = Me . ( (3.5)
+ Trong đó: He = {Hi, Hj,Hk}- là véc tơ cột áp ở điểm nút của phần tử.
Me = ; ( = { (1; (2; (3}T ;
+ Trong đó T: véc tơ chuyển trí.
- Giải hệ phương trình tuyến tính (3.5) đối với véc tơ (:
( = Me-1 He = ae He (3.6)
Trong đó: ae = (3.7)
- Đặt (3.5) vào (3.7) ta được:
(3.8)
xmn = xm – xn ; ymn = ym – yn ; m, n = i, j, k và m ( n
- Thực hiện hoán vị vòng quanh ta có:
(3.9)
(3.10)
+ Với S là diện tích phần tử:
2S = xi yjk + xj yki + xk yij (3.11)
- Đặt (3.6) và (3.7) vào (3.4) được:
H = N He (3.12)
+ Trong đó N là ma trận hàm toạ độ
N = [ Ni Nj Nk ]
(3.13)
- Từ (3.12) và (3.13) có được:
(3.14)
- Thay (3.14) vào (3.3) được:
L = (3.15)
- Giả thiết q = hằng số trên biên của phần tử.
L = (3.16)
+ n: số phần tử trong miền xét.
- Điều kiện cực tiểu của phiếm hàm L:
(3.17)
- Đặt (3.15) vào (3.17) được:
K.H + F = 0 (3.18)
+ K: là ma trận đặc trưng cho tính thấm của các phần tử. Sau đây để thống nhất thuật ngữ học viên sẽ gọi ma trận K là ma trận độ cứng.
+ F: véc tơ tải của hệ:
K =
F = (3.19)
Với:
Kij = S (kxbibj + ky ci cj) (3.20)
(3.21)
i, j = 1, 2, 3.
- Thay (2.8) và (2.9) vào (2.20) được:
(3.22)
- Véc tơ Fe chỉ được xác định các nút trên biên.
- Điều kiện biên: Trên hình 3.2 có các điều kiện biên trong bài toán thấm không áp.
Biên S1: H(IAB = H1
Biên S2: H(DEF = H2
Biên S3 :
Biên S4 : ; H = Z
Biên S5 : H(BCD = Z(x)
- Điều kiện biên (S1), (S2) xử lý như kiểu gán 0 hoặc vô cùng lớn như đã trình bày ở trên. Riêng biên BC: đường bão hoà cần thoả mãn điều kiện (S4) và (S5). Điều kiện (S4) đã tự thoả mãn trong quá trình thiết lập hệ phương trình cơ bản bài toán. Còn đ...
(Hi - Zi( ( (3.23)
- Nếu chưa thoả mãn yêu cầu trên ta lại giả thiết lại đường bão hoà thấm và lặp lại quá trình trên cho đến khi thoả mãn được (3.23).
- Sau khi xác định được vị trí của đường bão hoà, có thể xác định được các thông số của dòng thấm như gradient thấm, lưu lượng thấm. Gọi Jx và Jy là gradient dòng thấm theo phương x và y, ta có:
Jx = = -b He
Jy = = -c He (3.24)
- Ma trận b, c xác định theo (3.8), (3.9) và:
b = [bi bj bk] (3.25)
c = [ci cj ck ] (3.26)
- Lưu lượng thấm qua một tiết diện (n nào đó bằng:
Q = Kn (n Jn (3.27)
+ n: phương pháp tuyến tiết diện đang xét.
+ Jn: gradient thấm tại tiết diện xét theo phương n.
a. Phương pháp thứ nhất [13]
Nếu: 0,77 Do max > d min ( Đất xói ngầm (3.28)
Nếu :0,77 Do max < d min ( Đất không xói ngầm (3.29)
b. Phương pháp thứ hai [13]
Nếu : ( Đất không xói ngầm (3.30)
Nếu : ( Đất xói ngầm (3.31)
Trong đó:
+ Giới hạn sử dụng hệ số không đều hạt [13]
- Đối với đất không xói ngầm
(cp1 = < 25 (3.32)
- Đối với đất xói ngầm
(cp1 = < 15 (3.33)
(cp1 – Là hệ số không đều hạt trung bình
a. Đối với đất không dính
(3.38)
(3.39)
Trong đó :
(3.40)
mg , nd : Đường kính nhỏ nhất của hạt vật liệu không dính (cát sỏi v.v..)
dtv : Đường kính hạt tạo vòm của đất
( 0 : Hệ số vận tốc tới hạn
(0 = (3.41)
fv – Hệ số ma sát tính đổi, tính theo công thức thực nghiệm.
fv = 0,82 – 1,8 mg + 0,0062 (( - (c) (3.42)
( – Góc giữa phương của Gradien thấm J và lực trọng trường
( – Hệ số Clicte = 0,14 ÷0,15 phụ thuộc vào độ chặt của đất, lấy bằng 0,41 đất chặt ít, lấy bằng 0,15 đất rất chặt.
( – Hệ số nhớt động học
b. Đối với đất dính
(3.43)
Trong đó: D0 max – Đường kính lớn nhất của kẽ rỗng
D0 max = (3.44)
C = 0,455 (3.45)
X = 1 + 0,05 ( (3.46)
+ Xác định đất dính và đất không dính
Hiện nay có khá mhiều phương pháp phần loại đất dính và đất không dính. Cách phân loại sau đây là dựa vào hàm lượng hạt sét [13].
Đất không dính là đất có hàm lượng hạt sét (d < 0,005 mm)< 10%, và ngược lại, nếu hàm lượng hạt sét > 10 % thì được gọi là đất dính.
+ Xác định kích thước hạt tạo vòm
Đối với đất không xói ngầm
(3.47)
Trong đó :
B = 3 - 8
X = 1 + 1,28 lg (đ
(đ – Là hệ số không đều hạt ứng với P = 10%
Đối với đất xói ngầm
Dxn = (3.48)
3.3. Phương pháp tính toán và đánh giá an toàn về ổn định mái đập
Dựa trên cơ sở phân tích ứng suất trong toàn miền của công trình và nền của chúng. Dùng các thuyết bền như: Morh-Coulomb, Hill-Tresca, Nieses-Shleiker,... kiểm tra ổn định cục bộ tại mỗi điểm trong toàn miền. Công trình được coi là mất ổn định khi t...
Phương pháp cân bằng giới hạn dựa trên cơ sở giả định trước mặt trượt (mặt trượt có thể là trụ tròn, hỗn hợp hoặc bất kỳ), coi khối trượt như một cố thể và phân tích trạng thái cân bằng giới hạn của các phân tố đất trên mặt trượt giả định trước.
Mức độ ổn định được đánh giá bằng tỷ số giữa thành phần lực chống trượt so với thành phần lực gây trượt. Hiện nay có nhiều phương pháp giải quyết đối với bài toán phẳng như Bishop, Spenser, Janbu...
Trong phạm vi luận văn này tác giả phân tích ổn định mái đập theo phương pháp Bishop.
Với mái dốc có hình dáng phức tạp, nhất là trường hợp mái dốc không đồng chất, mái đất do nhiều lớp tạo thành thì việc tính toán trọng lượng và xác định trọng tâm khối trượt sẽ rất khó khăn. Mặt khác trong trường hợp này do áp lực pháp tuyến và cường ...
Để khắc phục khó khăn trên khi phân tích ổn định mái dốc, người ta thường chia khối trượt thành nhiều thỏi theo phương thẳng đứng tiếp đó tính mô men chống trượt và gây trượt đối với tâm trượt O của mỗi thỏi rồi tổng hợp lại để tính hệ số ổn định F th...
(3.49)
- Giả thiết của phương pháp:
Phương trình tính hệ số ổn định:
Với: (3.51)
Trong đó:
Ci, (i, : lực dính đơn vị và góc nội ma sát của đất (Chỉ tiêu cường độ chống cắt hiệu quả của đất).
li : chiều dài đáy dải thứ i.
bi : chiều rộng dải thứ i.
Wi : trọng lượng bản thân dải thứ i.
Ni : lực pháp tuyến trên đáy của dải có chiều dài li.
(i : góc giữa tiếp tuyến với đáy dải i và phương ngang.
ui : ứng suất trung hòa tại điểm giữa của độ dài cung trượt li của dải thứ i.
Vì trong công thức tính hệ số ổn định FS có hệ số ổn định FS trong m(i dùng phương pháp tính thử dần để xác định vị trí mặt trượt nguy hiểm nhất và hệ số an toàn nhỏ nhất. Cần giả thiết nhiều mặt trượt khác nhau, ứng với mỗi mặt trượt, bằng cách thử ...
3.4. Phương pháp tính toán và đánh giá an toàn về ứng suất - biến dạng của thân đập
Có rất nhiều phương pháp tính toán xác định ứng suất biến dạng trong đập vật liệu địa phương. Mỗi phương pháp có ưu nhược điểm riêng, trong đó phương pháp phần tử hữu hạn giải được các bài toán có biên phức tạp, phản ánh đúng với thực tế sự làm việc ...
Mặc dù khối lượng tính toán lớn, nhưng với sự phát triển của máy tính điện tử đã giúp ta giải bài toán một cách dễ dàng, thuận lợi hơn. Hơn nữa, phương pháp này ngày càng được sử dụng rộng rãi vì những ưu việt của nó, với miền tính toán bao gồm các lo...
Trong phạm vi luận văn này tác giả chọn phương pháp phần tử hữu hạn làm cơ sở để tính toán và đánh giá an toàn về ứng suất - biến dạng của thân đập.
Bài toán phần tử hữu hạn phân tích dựa trên hai nguyên lý cơ bản sau:
Khi vật thể ở trạng thái cân bằng thì tổng công khả dĩ nội lực và ngoại lực sẽ bằng không.
Nguyên lý này đựơc thể hiện trong công thức sau:
(3.52)
Xét một vật thể có thể tích V cân bằng dưới tác dụng của tải trọng và điều kiện biên.
Tổng thế năng của hệ (thế năng biến dạng và thế năng của tải trọng):
(3.53)
Nguyên lý cực tiểu thế năng Lagrange: Phiến hàm thế năng J của hệ sẽ nhận giá trị dừng khi vật thể ở trạng thái cân bằng.
(J = 0 (3.54)
Bài toán phẳng của lý thuyết đàn hồi bao gồm hai trường hợp riêng của ứng suất biến dạng:
Trạng thái ứng suất phẳng và trạng thái biến dạng phẳng, nhưng cả hai trường hợp, tất cả các trạng thái của ứng suất biến dạng chỉ phụ thuộc vào hai toạ độ x, y và các phương trình cơ bản của hai loại bài toán này chỉ khác nhau ở phương trình vật lý,...
Đối với bài toán ứng suất phẳng chính là bài toán đối với một tấm chỉ tác dụng của tải trọng theo chiều dày của tấm. Do tấm rất mỏng lại chịu lực theo phương song song với mặt của tấm và không biến đổi theo chiều dày nên có thể coi các ứng suất cũng ...
(3.55)
Điều đó có nghĩa không có ứng suất trong mặt phẳng vuông góc với mặt phẳng trung bình của tấm.
Như vậy chỉ còn lại ba thành phần ứng suất nằm trong mặt phẳng song song với mặt phẳng xy là: (x; (y; (xy;
Đối với bài toán biến dạng phẳng chuyển vị của phần tử chỉ xảy theo hai phương x và y. Các biến dạng theo phương x đều bằng không tức là:
ez = 0; (xz = (yz =0; (3.56)
Khi đó hàm thế năng toàn phần của trạng thái ứng suất phẳng có thể viết dưới dạng:
(3.57)
Với các véc tơ chuyển vị, ứng suất, biến dạng tương ứng là:
; ; (3.58)
Với giả thiết đàn hồi biến dạng phẳng thì quan hệ giữa ứng suất và biến dạng theo quan hệ sau:
( = D*( và ( = (.f
Trong đó: D - là ma trận hệ số đàn hồi.
Đối với bài toán ứng suất phẳng thì
; (3.59)
Đối với bài toán biến dạng phẳng thì
(3.60)
Hoặc vẫn sử dụng công thức (2-8) xong thay E=E* và (=(* với
(3.61)
Với E: Môđuyn đàn hồi;
(: Hệ số poison
Còn toán tử vi phân
(3.62)
Khi giải bài toán phẳng của lý thuyết đàn hồi thường sử dụng các phần tử tam giác, tứ giác, hình quạt. Ở đây chỉ xét phần tử tam giác có ba điểm nút. Với phần tử tam giác phẳng mỗi nút có hai bậc tự do nên cả phần tử có sáu bậc tự do. Trong trường hợp...
(3.63)
Véc tơ chuyển vị:
(3.64)
Véc tơ chuyển vị nút phần tử:
Ue = [ui vi uj vj uk vk]T
Thay các toạ độ nút của phần tử được:
Ne=
Ae: Ma trận định vị phần tử.
Véc tơ biến dạng phần tử:
( = .f (3.68)
Hay: ( = Be.Ue
Với:
(3.69)
Trong đó: Se là diện tích phần tử
(3.70)
còn xmn=xm-xn; ymn=ym-yn; m,n=i,j,k; m n
Thay (3.58) vào (3.68) ta được: (=D.Be.Ue (3.71)
Ma trận cứng của phần tử:
(3.72)
Véc tơ tải của phần tử:
(3.73)
Với bài toán phẳng, phần tử có chiều dày t không đổi: Thay (3.69); (3.59) vào (3.72) và (3.73) ta được:
(3.74)
Với t là chiều dày của phần tử.
Thay biểu thức của D và B vào (2-23) xác định được ma độ trận cứng của phần tử tam giác phẳng có ba điểm nút.
(3.75)
Các thành phần có giá trị như sau
Với:
Theo nguyên lý cực tiểu thế năng:
(3.76)
Ta có: (3.77)
Đây là hệ phương trình cơ bản của phương pháp PTHH.
Trong đó: K: là ma trận cứng của toàn kết cấu của hệ.
F: Véc tơ tải của toàn kết cấu của hệ.
(: Véc tơ chuyển vị nút của toàn kết cấu.
Sau khi thiết lập được hệ phương trình cơ bản của bài toán ta xử lý điều kiện biên và giải hệ phương trình trên bằng phương pháp khử Gause. Sau khi giải ta xác định được những chuyển vị nút và sử dụng các phương trình của lý thuyết đàn hồi (3.68) và (...
Trong cơ học đất có rất nhiều mô hình vật liệu khác nhau: Mô hình đàn hồi tuyến tính, mô hình đàn dẻo, mô hình đàn hồi phi tuyến, mô hình mũ, mô hình lưu tuyến... Do thời gian có hạn tác giả chỉ đề cập đến hai mô hình vật liệu là mô hình đàn hồi tuyến...
Mô hình đàn hồi tuyến tính là mô hình tuân theo quy luật Hoocke có biến dạng tỷ lệ thuận với ứng suất hình 3.5. Các tham số của mô hình này là: Mô đun đàn hồi E, hệ số poisson (.
Quan hệ giữa ứng suất và biến dạng được thể hiện theo công thức:
(3.78)
Mô hình này là sự tổng quát hoá của môi trường đàn hồi và dẻo cứng có tính ma sát trong. Các thông số đặc trưng cho mô hình này là: Mô đun đàn hồi E, hệ số Poison (, góc ma sát trong (, lực dính C.
Nếu ứng suất trong môi trường không vượt quá giới hạn (Vòng tròn Mohr nằm dưới đường bao phá hoại (=C+(tg() thì liên hệ giữa ứng suất và biến dạng được mô tả bằng định luật Hooke:
(3.79)
Trong hình 3.6 biểu diễn trạng thái biến dạng của phần tử xảy ra trong điều kiện (3= hằng số. Ứng suất chính (1 đạt giá trị lớn nhất tại điểm hoá dẻo và không đổi trong miền vật liệu bị hoá dẻo hoàn toàn.
Trong mô hình tính toán đất được giả định có độ dẻo tăng dần (Hill, 1950). Khi vật liệu bắt đầu hoá dẻo thì biến dạng gia tăng của vật liệu sẽ gồm hai thành phần biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo:
hay là (3.80)
Với
Chỉ có thành phần ứng suất đàn hồi mới làm thay đổi ứng suất trong thân đập. Sự thay đổi đó được tính theo công thức:
hay (3.81)
Quỹ tích của điểm hoá dẻo được mô tả bằng một hàm số gọi là hàm dẻo. Trong đồ án giả thiết hàm dẻo chỉ phụ thuộc vào trạng thái ứng suất trong miền vật liệu. Công thức tổng quát của hàm dẻo là:
(3.83)
Đạo hàm H ta có:
hay (3.84)
Theo lý thuyết miền hoá dẻo thì H (0, khi trạng thái ứng suất của vật liệu ở trạng thái hoá dẻo thì dH =0. Công thức (2-32) trở thành
(3.85)
Sự biến dạng dẻo được xác định theo công thức:
(3.86)
Trong đó ( là hệ số hoá dẻo
Thay (3.85) vào (3.81) ta có:
(3.87)
Thay (3-85) vào (3-83) ta có:
(3.88)
Từ công thức (3.87) và công thức (3.86) ta có:
(3.89)
Với
* Xác định hàm H
Theo lý thuyết của Mohr - Coulomb vật liệu sẽ bị biến dạng dẻo khi vòng tròn Mohr tiếp xúc với đường (=C+(tg(. Phương trình của tọa độ điểm này có thể viết dưới dạng:
(3.90)
Phương trình (3-88) được viết dưới dạng (Chen and Zhang, 1991):
H= (3.91)
Trong đó:
(3.92)
góc Lode. (3.93)
J3 = (0(xy - ((x-(0)( (y-(0)(0
I1 = (x + (y
J2, J3: các bất biến tenxơ lệch ứng suất.
I1: Bất biến thứ nhất.
ứng suất trung bình.
Đạo hàm phương trình (3.90) theo J2, ( và I1 ta có:
(3.94)
Với
(3.95)
Từ công thức (3.91) ta có:
(3.96)
Trong trường hợp ứng suất trong miền vật liệu đạt H =0 (theo công thức (3.90) thì giá trị D trong công thức (3.70), (3.71), (3.73) sẽ được thay thế bằng giá trị (D-Dd) với Dd được xác định trong công thức (3.88).
3.5. Kết luận chương 3
Căn cứ vào các tiêu chuẩn kỹ thuật, lý thuyết các phương pháp tính toán và đánh an toàn thấm, ổn định, ứng suất- biến dạng đập tác giả lựa chọn phần mềm tính toán tương thích để đánh giá an toàn đập khi đất đắp có chất lượng không đều như sau:
- Tính toán thấm và ổn định bằng phần mềm Geo - Slop Ver 6.2 của Hãng Geo-Slope Canada.
- Tính toán ứng suất, biến dạng bằng sử dụng phần mềm ANSYS của Mỹ, phần mềm này có đầy đủ các tính năng có thể mô phỏng khá chính xác điều kiện biên cũng như yêu cầu của bài toán.
4.1. Các thông số chung về đập Ban Tiện
Công trình thủy lợi hồ chứa nước Ban Tiện thuộc xã Minh Phú, huyện Sóc Sơn, thành phố Hà Nội xây dựng dưới chân núi Tam Đảo, cách quốc lộ 2B tại KM13 khoảng 2km, cách thành phố Vĩnh Yên khoảng 15km về phía Đông Bắc.
- Hồ được xây dựng từ những năm 70 với đập chính cao 9m, cao trình đỉnh đập là 39,0 m.
- Hồ được nâng cấp năm 1996 bằng cách nâng đỉnh đập lên cao trình 41,2m, đỉnh tường chắn sóng ở cao trình 42,0m; làm lại đường tràn và cống lấy nước dưới đập, hoàn thành và đưa vào sử dụng năm 1997.
- Trong quá trình khai thác, hồ vận hành bình thường, các bộ phận như đập tràn, cống lấy nước làm việc ổn định; Đập chính có hiện tượng rò rỉ nước ra hạ lưu, nhưng mức độ thấm vẫn trong phạm vi cho phép; mái đập ổn định.
- Tháng 5 năm 2010, cán bộ quản lý khai thác hồ phát hiện có nhiều vết nứt trên đập chính. Các vết nứt có phương vuông góc với trục đập, chiều rộng từ 1÷3cm; chiều dài và chiều sâu vết nứt chưa xác định.
- Thời điểm phát hiện vết nứt, mực nước trong hồ ở cao trình mực nước chết 34,50m; do mực nước hồ thấp nên tình hình thấm không nghiêm trọng và đập vẫn ổn định.
Thời điểm khảo sát mực nước hồ cao hơn mực nước chết, do có đường bão hòa tăng lên, độ ẩm đất thân đập tăng nên bề rộng khe nứt giảm, lượng thấm ra mái hạ lưu nhỏ. Tuy nhiên do vết nứt vẫn tồn tại trong thân đập với số lượng, vị trí, chiều sâu và chi...
Vì vậy cần thiết phải khảo sát, đánh giá tình trạng an toàn đập chính, phân tích nguyên nhân và ảnh hưởng của các hiện tượng dị thường đến an toàn của đập chính, tiến hành xử lý để đảm bảo an toàn đập chính.
Theo hồ sơ thiết kế sửa chữa nâng cấp công trình năm 1996, Công trình có các thông số kỹ thuật chính như sau.
Hồ có nhiệm vụ cung cấp nước tưới cho 140ha đất canh tác của xã Minh Phú; cấp nước sinh hoạt cho các hộ dân trong vùng hưởng lợi.
- Cao trình mực nước chết: MNC = 34,5m.
- Cao trình mực nước dâng bình thường: MNDBT = 39,75m.
- Dung tích hồ: Vh = 659.600 m3.
- Cao trình mực nước lũ thiết kế: MNLTK = 40,95m.
- Đập chính: Đập đất, cao 11,2 m; chiều dài đỉnh: 385 m;
- Đập phụ: Đập đất cao 9,0m; chiều dài đỉnh đập: 70 m;
- Đường tràn: Tràn tự do, Bt = 20m; Cao trình ngưỡng tràn: 39,75m; Lưu lượng tràn thiết kế Qtk=37,4m3/s.
- Cống lấy nước: Cống hộp bằng bê tông cốt thép BxH = 0,6x0,8m; Qc=0,242 m3/s.
4.2. Khảo sát địa chất bổ sung phục vụ cho việc đánh giá an toàn đập
Để có đủ tài liệu địa chất phục vụ cho việc đánh giá an toàn đập chính hồ Ban Tiện, các công tác khảo sát được thực hiện bổ sung như sau:
- Khảo sát vị trí, mức độ rỗng, xốp, nứt nẻ của thân đập bằng phương pháp địa vật lý- Đo sâu điện đối xứng tại tuyến đập chính.
- Tiến hành khảo sát địa chất 3 mặt cắt ngang đập, mỗi mặt cắt khoan 2 hố, một hố trên đỉnh đập có chiều sâu 15m, một hố trên cơ thượng lưu có chiều sâu 10m. Lấy mẫu thí nghiệm 17 chỉ tiêu cơ lý của đất đắp thân và nền đập.
- Khoan tạo lỗ để đổ nước thí nghiệm tại 3 vị trí vết nứt có chiều rộng lần lượt là max, min và trung bình để xác định mức độ thấm mất nước do vết nứt gây ra.
- Đổ nước thí nghiệm tại 3 hố khoan đỉnh đập của vị trí khoan khảo sát lấy mẫu thí nghiệm để xác định hệ số thấm thực tế của đập.
- Công tác khoan máy thực hiện tại 9 hố, tổng chiều dài 49,0m
Thí nghiệm hiện trường- Đổ nước thí nghiệm trong hố khoan: 18 đoạn
Thí nghiệm trong phòng- thí nghiệm mẫu đất nguyên dạng (17 chỉ tiêu): 20 mẫu.
Khảo sát bằng địa vật lý: Đo sâu điện đối xứng tuyến đập chính: 35 điểm
Kết quả 35 điểm đo lập được 5 tuyến cắt dọc và 7 tuyến cắt ngang như các hình sau:
Kết quả khảo sát địa vật lý trên 5 tuyến dọc và 7 tuyến ngang của đập chính cho thấy tồn tại nhiều khu vực đất có độ xốp cao trong thân đập, có thể coi như những túi xốp. Các túi xốp này tuy không liên thông từ thượng lưu về hạ lưu, nhưng có kích thướ...
Kết quả 9 hố khoan lập được 1 tuyến cắt dọc và 3 tuyến cắt ngang như các hình vẽ sau:
Địa tầng từ trên xuống, gồm các lớp 1A (đất đắp đập mới), 1B (đất đắp đập cũ), 2 (lớp phủ nền) và 3 ( nền đá gốc), Tính chất các lớp như sau:
Lớp 1A: Sét pha màu nâu đỏ, nâu vàng trạng thái nửa cứng đến cứng, kết cấu kém chặt, bở rời, chứa nhiều mảnh răm vụn đá, sạn sỏi. Có nhiều vị trí hàm lượng hạt sạn sỏi rất cao (trên 30%), hàm lượng hạt sét thấp (dưới 15%), đất hầu như không có tính dí...
Lớp 1B: Sét pha, sét màu nâu đỏ, nâu vàng, trạng thái dẻo cứng đến nửa cứng, chứa nhiều mảnh dăm vụn đá, sạn sỏi, đất có hàm lượng sét khá cao (25÷30%), dính kết tốt, hệ số thấm của mẫu nguyên dạng khá nhỏ (K=5x10-6cm/s). Tuy nhiên, trên toàn bộ chiều...
Lớp 2: Lớp đất nền có nguồn gốc hỗn hợp tàn tích và sườn tích. Phía trên là phần sườn tích có thành phần là sét pha lẫn mảnh dăm vụn, đôi chỗ là sỏi thô, trạng thái dẻo mềm đến dẻo cứng, có lẫn ít hữu cơ. Phía dưới là đất sét pha lẫn mảnh dăm vụn đá, ...
Lớp 3: Tầng đá gốc có thành phần là sét bột kết màu nâu đỏ, xám sáng, cấu tạo phân lớp mỏng, phong hóa mạnh; không có dấu hiệu đứt gãy và nứt, sức chịu tải của đất nền là tốt.
Chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất được tổng hợp như bảng sau.
Bảng 4-1: Bảng tổng hợp chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất
Như vậy, bằng các phương tiện khảo sát địa chất khác nhau đều cho thấy mức độ không đồng đều của vật liệu thân đập, đặc biệt là phần thân đập mới đắp sau năm 1996. Sự tồn tại các túi xốp trong thân đập có hệ số thấm lớn (mất dung dịch ồ ạt) chính là m...
4.3. Phân tích nguyên nhân hình thành vết nứt ở thân đập
Từ thực tế xuất hiện nhiều vết nứt ngang đập, với bề rộng vết nứt lớn nhất là 3÷5cm, chiều sâu trên 3m, có thể hình dung các kịch bản hình thành vết nứt như sau:
Kịch bản 1: Do vết nứt kiến tạo có sẵn ở nền đập, trong quá trình khai thác, các địa khối 2 bên vết nứt tiếp tục vận động làm cho vết nứt lan đến thân đập.
Kịch bản 2: Do lún không đều của nền đập. Do chất tải khi đắp đập, nền đập có khả năng chịu lực không đều giữa các đoạn có độ lún khác nhau, dẫn đến hình thành các vết nứt ngang đập.
Kịch bản 3: Do co ngót của đất thân đập, khi nước từ thân đập bị bốc hơi, độ ẩm của lớp đất gần mặt ngoài sẽ giảm làm cho đất bị co khô, dẫn đến hình thành vết nứt.
Trong điều kiện cụ thể của đập Ban Tiện, trên cơ sở thông tin thu thập từ hiện trường, kết hợp với kết quả khảo sát địa chất, tiến hành phân tích khả năng phù hợp của các kịch bản như sau.
Xem xét về tài liệu lưu trữ về địa chất tuyến đập khi thiết kế nâng cấp đập năm 1996 cho thấy không có vết nứt kiến tạo ở nền đập Ban Tiện.
Kết quả khảo sát địa vật lý (đo sâu điện đối xứng điện) cho thấy có những túi xốp trong thân đập, còn ở nền đập thì không thấy có dấu hiệu của khe nứt kiến tạo.
Vì vậy có thể kết luận là nền đập chính Ban Tiện hiện tại không có khe nứt kiến tạo. Giả thiết về nứt đập do tồn tại khe nứt kiến tạo ở nền bị loại bỏ.
Kết quả khảo sát địa chất bổ sung tuyến đập chính hồ Ban Tiện cho thấy nền đập hiện tại gồm các lớp như sau.
Lớp 2: Đất có nguồn gốc hỗn hợp tàn tích và sườn tích, trạng thái dẻo cứng đến nửa cứng, đôi chỗ cứng, kết cấu chặt vừa, ít thấm nước, mô đun biến dạng của lớp đất này khá lớn và khả năng lún mạnh là không có, khả năng lún không đều cũng rất ít do tổn...
Lớp 3: tầng đá gốc sét bột kết, phong hóa, địa tầng đồng nhất, khả năng chịu lực lớn so với tải trọng thân đập (Đập cao khoảng 11m).
Từ thực tế trên cho thấy khả năng lún nhiều và lún không đều ở nền đập là không thể xảy ra, do đó nguyên nhân gây nứt đập do lún không đều cũng bị loại bỏ.
Kết quả khảo sát địa chất bổ sung bao gồm khoan máy và đo sâu điện đối xứng cho thấy vật liệu thân đập, đặc biệt là ở phần mái đắp bổ sung năm 1997 là không đều, có nhiều túi xốp, chứng tỏ trong thi công đầm nện chưa đạt độ chặt yêu cầu.
Vật liệu đắp trong giai đoạn nâng cấp được khai thác từ các bãi đất trong lòng hồ, do đó tại thời điểm thi công có độ ẩm cao vượt quá độ ẩm tốt nhất, dẫn đến hiệu suất đầm nén, độ chặt đạt được thấp hơn yêu cầu và lượng ngậm nước trong thân đập lớn.
Khi đập đã đắp xong, vào mùa khô, nước từ thân đập sẽ bốc hơi dần, lớp đất trên mặt bị khô trước sẽ bị co ngót gây ra các vết nứt trên mặt. Gặp những năm có thời gian khô hạn dài, vết nứt sẽ phát triển theo chiều sâu vào thân đập.
Về mùa mưa, do độ ẩm đất thân đập lớn, đất nở ra làm cho bề rộng khe nứt bị thu hẹp lại, nhưng các khe nứt vẫn tồn tại trong thân đập. Khi mực nước hồ cao, nước sẽ thấm mạnh theo các khe nứt, rò rỉ ra mái hạ lưu ở cao trình lớn. Điều này đã được xác n...
Năm 2010 thời tiết ở Việt Nam nói chung và khu vực Bắc Bộ nói riêng có tình trạng khô hạn, nắng nóng kéo dài. Trong điều kiện đó đập Ban Tiện vốn đã tồn tại các khe nứt ngang thân đập, kết hợp nắng nóng kéo dài làm nước thân đập bốc hơi, mức độ co ngó...
Vào thời điểm tháng 7, 8 năm 2010, khi đã có mưa, độ ẩm đất thân đập được bổ sung, đất nở ra làm giảm chiều rộng khe nứt. Tuy nhiên, các khe nứt vẫn tồn tại trong đập và nguy cơ ẩn họa về phá hoại đập do thấm vẫn tồn tại.
Từ những phân tích trên cho thấy giả thiết về hình thành vết nứt ở đập Ban Tiện do đất thân đập bị co ngót trong thời kỳ nắng hạn là có cơ sở. Tuy nhiên, trong những năm qua tại đây chưa có sự cố lớn là do vào mùa mưa đất nở ra,chiều rộng khe nứt giả...
4.4. Tính toán đánh giá an toàn của đập hiện tại
Tính toán thấm cho mặt cắt đại diện C4 đập chính với 2 sơ đồ.
Sơ đồ 1: Đập không đồng chất (bao gồm các lớp đất 1A, 1B có các chỉ tiêu cơ lý khác nhau), không có túi xốp trong thân đập.
Sơ đồ 2: Đập không đồng chất, có túi xốp trong thân đập (theo kết quả khảo sát địa vật lý)
Trị số hệ số thấm tại các vùng trong thân đập lấy từ kết quả khảo sát như sau:
Đất 1A: K=4,2x10-4cm/s
Đất 1B: K=5,0x10-6cm/s
Đất lớp 2 (nền): K=3,4x10-7cm/s
Đất tại túi xốp: K=10-2cm/s
Tiến hành tính toán cho 2 trường hợp:
Trường hợp 1: Hồ có MNDBT = 39,75m; hạ lưu đập không có nước (h2 = 0).
Trường hợp 2: Hồ có MNLTK = 40,95m; độ sâu nước hạ lưu đập h2 = 1,0m.
Sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn, và sử dụng modun seep/w của bộ phần mềm địa kỹ thuật Geo-Slop (Canada) để tính. Các kết quả tính toán như các hình dưới đây.
a. Kết quả tính với sơ đồ 1
Đường bão hòa và lưu lượng thấm (q=7,89 x 10-7 m3/s.m)
Đường đẳng gradien thấm (Jmax = 0,30)
Đường bão hòa và lưu lượng thấm (q=1,03 x 10-6 m3/s.m)
Đường đẳng gradien thấm (Jmax = 0,4)
b. Kết quả tính với sơ đồ 2
Đường bão hòa và lưu lượng thấm (q=6,36 x 10-7 m3/s.m)
a) Cấp công trình
Với đập chính là đập đất cao 11,0m trên nền đất á sét (nền nhóm B), theo QCVN 04 - 05: 2012/BNNPTNT quy chuẩn kỹ thuật quốc gia công trình thủy lợi - các quy định chủ yếu về thiết kế, đập Ban Tiện thuộc nhóm công trình cấp 3.
b) Các tiêu chuẩn kiểm tra
Do không có các nghiên cứu và số liệu đầu vào cần thiết để tính toán xác định Građient cho phép [Jk]cp của khối đắp thân đập, đồng thời đập là công trình cấp 3, do đó Građient cho phép [Jk]cp của khối đắp thân đập Ban Tiện được lấy theo bảng 5 tiêu ...
Bảng 4.2- Tóm tắt kết quả tính gradient thấm
Từ kết quả tính toán cho thấy:
Với sơ đồ 1: Đất đắp thân đập không có các túi xốp thì trị số Jmax<[Jk]cp , đập không có nguy cơ mất ổn định về thấm, tuy nhiên đường bão hòa đổ ra mái hạ lưu ở vị trí khá cao, nơi không có lớp đá áp mái bảo vệ nên dễ gây biến dạng cục bộ mái đập, đặ...
Với sơ đồ 2: Đất đắp trong thân đập có túi xốp thì trị số Jmax>[Jk]cp, đập có nguy cơ mất ổn định về thấm, xói ngầm làm cho thân đập bị moi rỗng, dẫn đến sập đổ.
Tính toán thấm cho mặt cắt đại diện C4 đập chính với 2 sơ đồ:
Sơ đồ 1: Đập không đồng chất (bao gồm các lớp đất 1A, 1B có các chỉ tiêu cơ lý khác nhau), không có túi xốp trong thân đập.
Sơ đồ 2: Đập không đồng chất, có túi xốp trong thân đập (theo kết quả khảo sát địa vật lý).
Chỉ tiêu cơ lý của ất thân đập lấy từ kết quả khảo sát bổ sung bảng 4.1.
Tiến hành tính toán cho 3 trường hợp:
Trường hợp 1(tổ hợp lực cơ bản): Hồ có MNDBT = 39,75m; Hạ lưu không có nước (h2 = 0); ( mực nước hạ lưu lớn nhất trong thời kỳ cấp nước chưa tới chân đập).
Trường hợp 2 (tổ hợp lực cơ bản): Hồ có MNLTK = 40,95m; độ sâu nước hạ lưu đập h2 = 1,0m, tương ứng với lưu lượng xả lưu lượng xả qua tràn QTK.
Trường hợp 3 (tổ hợp lực đặc biệt): Hồ có MNDBT = 39,75m; Hạ lưu không có nước (h2 = 0); có động đất cấp cấp 7, theo thang MSK-64 hoặc thang Modified Mecalli thì gia tốc nền cực đại tương ứng là amax = 150 cm/s2, tạm tính với thời gian tắt dần là 24 ...
Sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn, và sử dụng modun Slop/w của bộ phần mềm địa kỹ thuật Geo-Slop (Canada) để tính. Các kết quả tính toán như các hình dưới đây.
a. Kết quả tính với sơ đồ 1 :
b. Kết quả tính với sơ đồ 2
a) Cấp công trình
Với đập chính là đập đất cao 11,0m trên nền đất á sét (nhóm B), theo QCVN 04 - 05 : 2012/BNNPTNT quy chuẩn kỹ thuật quốc gia công trình thủy lợi - các quy định chủ yếu về thiết kế đập Ban Tiện là công trình cấp 3.
b) Các tiêu chuẩn kiểm tra
Theo bảng 5 tiêu chuẩn thiết kế đập đất đầm nén TCVN 8216-2009,
Hệ số ổn định mái cho phép với tổ hợp lực cơ bản: [Kcp]= 1,30
Hệ số ổn định mái cho phép với tổ hợp lực đặc biệt: [Kcp]= 1,10
Bảng 4.3- Tóm tắt kết quả tính ổn định mái hạ lưu
Từ kết quả tính toán cho thấy mái hạ lưu đảm bảo ổn định với các trường hợp tính toán ở sơ đồ 1, khi thân đập không có túi xốp.
Khi trong thân đập tồn tại vùng xốp rỗng như thời điểm khảo sát thì hệ số ổn định mái đập suy giảm, không đảm bảo ổn định; đặc biệt khi có động đất đập sẽ bị vỡ do mất ổn định mái.
Tính toán kiểm tra trạng thái ứng suất biến dạng nhằm đánh giá mức độ ảnh hưởng của độ chặt của đất đến điều kiện làm ciệc của đập, đặc biệt là khi đập có các khối xốp rỗng tồn tại trong thân đập.
Để kiểm tra trạng thái ứng suất biến dạng thân đập học viên chọn vị trí tính toán đại diện có tính điển hình. Dựa vào kết quả khảo sát đo sâu điện xác định được vị trí xốp rỗng cần tính kiểm tra, cụ thể với đập Ban Tiện học viên chọn mặt cắt có tính đ...
- Sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn và sử dụng phần mềm ANSYS của Hoa Kỳ, phần mềm có đầy đủ các tính năng có thể mô phỏng khá chính xác điều kiện biên cũng như yêu cầu của bài toán với trường hợp như đập Ban Tiện.
a. Kết quả tính toán chuyển vị
Chuyển vị lớn nhất xuất hiện ở đỉnh đập và mái đập tại vị trí xuất hiện túi xốp trong thân đập. Vùng chuyển vị lớn này chạy ngang thân đập theo chiều dài của khối xốp rỗng phía dưới. Giá trị của chuyển vị phụ thuộc vào độ lớn của vùng xốp rỗng phía dưới.
b. Kết quả tính toán ứng suất
Qua quan sát cho thấy vùng có ứng suất kéo hoặc ứng suất nhỏ xuất kiện trên mặt đập có xu thể ăn sâu vào thân đập tại vị có khối rỗng phía dưới, đây là điều kiện dẫn đến khả năng gây nứt theo mặt cắt ngang đập.
Từ kết quả tính toán cho thấy sự tồn tại các túi rỗng xốp trong thân đập gây ra những bất lợi về ứng suất và biến dạng như sau:
Biến dạng của phần thân đập phía trên túi rỗng tăng lên, dẫn đến hình thành các rãnh trũng cắt ngang thân đập từ thượng về hạ lưu. Đây cũng là một trong các nguyên nhân gây ra các vết nứt ngang đập.
Xung quanh túi xốp hình thành sự phân bố ứng suất bất lợi: Ứng suất nén có giá trị nhỏ, hoặc có cả ứng suất kéo; Vùng ứng suất nhỏ này ăn sâu vào thân đập nơi có tồn tại vùng xốp. Đây cũng là một nguyên nhân làm xuất hiện vết nứt.
Như vậy các vùng xốp rỗng tồn tại trong thân đập là một trong các nguyên nhân gây ra vết nứt ngang đập. Và nếu các túi xốp này chứa đầy nước thấm thì áp lực nước đẩy ra phía vách túi có thể thắng ứng suất nén từ phía đất làm cho vết nứt có nguy cơ mở...
4.5. Biện pháp xử lý để đảm bảo an toàn đập Ban Tiện
Từ những phân tích về ổn định thấm, ổn định trượt và ứng suất biến dạng ở trên cho thấy khi trong thân đập tồn tại các vết nứt và các túi xốp do vật liệu thân đập không đồng đều khi mực nước trong hồ dâng cao (MNDBT, MNLTK), hoặc có động đất, thân đậ...
Mất ổn định về thấm, do chiều dài đường thấm bị rút ngắn bởi sự tồn tại các túi xốp; Gradien thấm lớn hơn Gradien cho phép của đất thân đập.
Mất ổn định về trượt, do khả năng chống trượt của túi xốp là rất nhỏ.
Mở rộng khe nứt do áp lực nước trong túi xốp lớn hơn ứng suất nén bên ngoài, làm cho khả năng mất ổn định về thấm càng trầm trọng hơn.
Vì vậy cần thiết phải có biện pháp xử lý để đảm bảo an toàn cho đập.
Mối đe dọa đối với ổn định của đập Ban Tiện chủ yếu do các nguyên nhân sau: Tồn tại các khe nứt ngang đập, xuyên thông từ thượng về hạ lưu; Tồn tại các túi xốp trong thân đập như những hang thấm tập trung.
Vì vậy hướng xử lý cần phải tập trung khắc phục những tồn tại nêu trên. Xuất phát từ hiện trạng công trình và khả năng công nghệ hiện có, các hướng xử lý được đề xuất như sau:
- Khoan phụt vữa xi măng bentonite để lấp bít các khe nứt và các túi xốp trong thân đập.
- Làm tường hào bentonite dọc theo trục đập để ngăn chặn nước thấm qua thân đập, hạ thấp đường bão hòa phía sau tường.
Trên cơ sở các hướng xử lý này, các phương án cụ thể được đề xuất như sau:
a.Phương án 1:
Khoan phụt vữa xi măng bentonite tạo màn chống thấm dọc theo trục đập
Khoan phụt dọc theo tuyến các khe nứt được phát hiện.
Khoan phụt lấp bịt các túi xốp trong thân đập.
b.Phương án 2:
Làm tường hào bentonite dọc theo trục đập để ngăn chặn nước thấm.
c. Phương án 3:
Kết hợp cả hai phương án xử lý trên; Làm tường hào bentonite dọc theo trục đập + Khoan phụt lấp bịt các khe nứt và các túi xốp trong thân đập.
Do đặc điểm của đập Ban Tiện là công trình có quy mô nhỏ, nhưng cần phải xử lý khẩn cấp trước mùa mưa lũ, các tiêu chí được đặt ra về mặt kỹ thuật như sau:
Đảm bảo được an toàn cho đập trong mùa mưa lũ 2010 và những năm sau.
Thi công phải hoàn thành trước mùa mưa lũ, tức thời gian thi công chỉ trong vòng 1 tháng.
Kết hợp được với công tác chỉnh trang công trình, gia cố mặt đập và đường quản lý.
a) Ưu điểm
Công nghệ không phức tạp, dễ triển khai thi công.
Có thể hoàn thành trong thời gian ngắn ( 01 tháng).
Sau khi hoàn thành khoan phụt thì có thể triển khai ngay công tác gia cố bê tông mặt đập.
b) Nhược điểm
Việc phát hiện hết các vết nứt và túi xốp trong thân đập để xử lý là khó và nói chung là không thể xử lý triệt để.
Kinh nghiệm ở các đập khác cho thấy nếu kiểm soát chất lượng khoan phụt vữa không chặt chẽ thì hiệu quả chống thấm không cao và sau một thời gian khoảng 5÷6 năm, tình trạng thấm mạnh có thể tái diễn.
a) Ưu điểm
Với giải pháp đào hào và lấp đầy hào bằng xi măng bentonite hoặc hỗn hợp đất bentonite sẽ đảm bảo tạo được một tường chống thấm liên tục trong thân đập từ đáy đến đỉnh và từ phải qua trái, khả năng chống thấm tốt; Tuổi thọ của tường hào là cao.
b) Nhược điểm
Không xử lý được các khe nứt và túi xốp trong thân đập phía sau tường.
Sau khi thi công hào cần phải có thời gian chờ lún của hào ổn định mới được đổ bê tông gia cố mặt đập. Thời gian lún của tường xi măng-bentonite là nhiều tháng, của tường đất-bentonite cũng phải 2÷3 tháng.
a) Ưu điểm
Khả năng chống thấm tốt, tuổi thọ của tường hào cao như phương án 2.
Lấp bịt được cả các khe nứt và túi xốp phía hạ lưu tường hào, đảm bảo độ tin cậy cao về ổn định và chống thấm.
b) Nhược điểm:
Cần kéo dài thời gian để xử lý, như phương án 2.
Từ kết quả phân tích ở trên, có thể thấy về mặt kỹ thuật thì xử lý theo phương án 3 là triệt để nhất, đảm bảo độ tin cậy cao. Tuy nhiên phương án này đòi hỏi phải kéo dài thời gian xử lý và không thể hoàn thành xong trước mùa mưa lũ, nếu tính cả công...
Với quy mô của đập Ban Tiện, để phù hợp với tính chất xử lý khẩn cấp thì phương án 1 là khả thi nhất. Tuy nhiên để đảm bảo chất lượng xử lý, cần lưu ý:
Tiến hành công tác khoan phụt thí nghiệm để xác định các thông số khoan phụt, như thành phần vữa, áp lực phụt, bố trí cự ly hố khoan….
Giám sát chặt chẽ quy trình khoan phụt và thí nghiệm kiểm soát để đảm bảo chất lượng xử lý.
Ngoài khoan phụt dọc tuyến đập, còn phải khoan phụt theo các tuyến ngang để đảm bảo lấp bịt các vết nứt và các túi xốp trong thân đập.
4.6. Kết luận chương 4
Từ kết quả thu thập tài liệu, khảo sát, phân tích, đánh giá an toàn đập Ban Tiện có thể rút ra các kết luận sau:
1. Để có cơ sở phân tích ảnh hưởng của việc đầm chặt không đều khi đắp đến an toàn của đập Ban Tiện và biện pháp xử lý cần phải tiến hành thu thập tài liệu lưu trữ, quan trắc hiện trường, thực hiện công tác khảo sát địa chất bao gồm khoan và thí nghiệ...
2. Phân tích kết quả khảo sát địa chất và công tác địa vật lý xác định được khối đất đắp đập lớp 1A, phần thân đập được tôn cao năm 1997 có độ đồng đều thấp, tồn tại nhiều túi xốp, đất đắp rời rạc, không có dính kết, độ rỗng lớn, khả năng thấm rất lớn...
3. Xác định nguyên nhân gây ra hiện tượng bất thường từ kết quả tính bởi mô hình tính toán thấm, ổn định, ứng suất biến dạng xác đinh được nguyên nhân chính làm xuất hiện vết nứt ngang đập và hình thành các túi xốp rỗng trong trong thân đập là do việc...
4. Kết luận nguyên nhân dẫn đến những biến dạng bất thường là do vệc đầm chặt không đều khi đắp dẫn đến sự hình thành các túi xốp trong thân đập sẽ làm cho đập bị mất an toàn về cả 3 phương diện: thấm, ổn định trượt và mở rộng khe nứt khi mực nước hồ ...
5. Dề xuất các phương án có thể xử lý khắc phục tồn tại do việc đầm chặt không đều khi đắp gây ra có là khoan phụt vữa xi măng – bentonite lấp đầy các khe nứt và túi xốp, hoặc làm tường hào bebtonite dọc trục đập, hoặc kết hợp cả hai giải pháp trên.
6. Kiến nghị sau khi xử lý; Do việc phát hiện và xử lý khoan phụt lấp đầy hết các túi xốp trong thân đập là rất khó nên sau khi xử lý vẫn phải tiếp tục theo dõi kỹ tình hình thấm rò ra mái đập trong những mùa lũ tới và cả những năm sau, để có những ứn...
1. Các kết quả đạt được của luận văn
Với kiến thức đã được học trong chương trình đào tạo cao học tại Trường Đại học Thủy lợi, tác giả đã áp dụng “Nghiên cứu ảnh hưởng của việc đầm chặt không đều khi đắp đến an toàn của đập đất và biện pháp xử lý, áp dụng cho đập Ban Tiện - Hà Nội ”
Với nội dung của luận văn có ý nghĩa thực tiễn cao có thể áp dụng trong công tác thiết kế, thi công và quản lý khai thác vận hành các công trình đập đất. Các kết quả nghiên cứu trong luận văn đã đạt được như sau:
1) Đập đất là lọai công trình dâng nước được áp dụng phổ biến, do có nhiều ưu điểm về sử dụng vật liệu tại chỗ, thích ứng với nhiều loại địa hình, địa chất, công nghệ thi công đơn giản, dễ mở rộng tôn cao…..
Tuy nhiên, do đất là vật liệu xốp, dễ thấm nước, dễ biến dạng, nên trong quá trình làm việc, đập đất cũng thường xẩy ra các hư hỏng, sự cố như lún, nứt, sạt trượt mái, thấm nước mạnh… Một trong những nguyên nhân quan trọng dẫn đến những hư hỏng nêu tr...
2) Mặc dù chúng ta đã tích lũy được nhiều kinh nghiệm về thiết kế, xây dựng, quản lý đập đất, nhưng rà soát lại hệ thống tiêu chuẩn và quy định qua các thời kỳ thì vẫn còn những tồn tại bất cập, cần được tiếp tục nghiên cứu để khắc phục. Một số điểm ...
- Các đập được xây dựng từ năm 2005 trở về trước, cụ thể là các đập được thiết kế theo tiêu chuẩn QPVN 11-77 không có quy định về kiểm soát hệ số đầm chặt đất, nên khi sử dụng các loại đất khác nhau để đắp thì thân đập được đầm chặt không đều, tiềm ẩn...
- Các tiêu chuẩn thiết kế và thi công hiện hành (TCVN 8216-2009 và TCVN8279-2009) đều không có yêu cầu (trong thiết kế) và quy trình (trong thi công) về quản lý chỉ tiêu hệ số thấm của đất đắp thân đập.
- Hệ thống quản lý vận hành ở nhiều công trình hiện nay chưa đáp ứng được yêu cầu thực tế như thiếu quy trình và trang thiết bị kiểm tra đánh giá hiện trạng đập, do đó không phát hiện được các dấu hiệu mất an toàn. Hệ thống thiết bị quan trắc đập thư...
3) Để đánh giá an toàn của một đập đất cần tiến hành nghiên cứu đầy đủ các bước từ thu thập tài liệu, khảo sát, tính toán và phân tích đánh giá khả năng an toàn của đập với các trường hợp làm việc khác nhau. Các nội dung chính cần thực hiện như sau:
- Thu thập tài liệu: tài liệu khảo sát, thiết kế, thi công, quản lý đập. Cần đặc biệt lưu ý những vấn đề bất lợi cho đập đã xẩy ra trong quá trình thi công và khai thác.
- Khảo sát hiện trường: quan sát thực tế để phát hiện các vết nứt, lún, xê dịch, đo đạc độ lún, khảo sát địa chất thân đập để phát hiện các vùng xốp rỗng, thí nghiệm để xác định các chỉ tiêu cơ lý thực tế của đất thân đập tại các vị trí đặc trưng.
- Tiến hành tính toán thấm, ổn định, phân tích ứng suất-biến dạng của đập ứng với các trường hợp làm việc khác nhau, đối chiếu với các tiêu chuẩn thiết kế hiện hành để kết luận về khả năng làm việc an toàn của đập.
4) Ứng dụng cho công trình thực tế là đập Ban Tiện huyện Sóc Sơn, Hà Nội. Đề tài đã đạt được những kết quả sau:
- Thu thập đủ tài liệu về quá trình xây dựng, nâng cấp đập, khảo sát hiện trạng các vết nứt, khảo sát địa chất (địa vật lý và khoan lấy mẫu thí nghiệm kết hợp thí nghiệm tại hiện trường) để có hình dung tổng thể về hiện trạng đập và thiết lập các bài...
- Trên cơ sở xem xét các kịch bản khác nhau đã giải thích được nguyên nhân hình thành các vết nứt ngang thân đập Ban Tiện là do đất thân đập khi đắp có độ ẩm quá lớn, không được đầm chặt theo yêu cầu, đến thời kỳ nắng hạn, nước trong thân đập bốc hơi...
- Kết quả tính toán cho thấy do trong thân đập có vùng xốp rỗng nên khi mực nước hồ dâng cao đập sẽ bị mất an toàn về thấm (Jk>Jkcp), về ổn định (Kmin<Kcp) và về biến dạng (mở rộng khe nứt). Vì vậy cần thiết phải xử lý khẩn cấp đảm bảo an toàn cho đậ...
- Biện pháp xử lý khẩn cấp được lựa chọn là khoan phụt vữa bentonite tạo màn chống thấm dọc theo trục đập, kết hợp với khoan phụt lấp đầy các khe nứt và túi xốp được phát hiện trong thân đập (phương án 1). Tuy nhiên giải pháp xử lý để ổn định lâu dà...
2. Hướng tiếp tục nghiên cứu
Kết quả nghiên cứu cho thấy đề tài có tính thực tiễn cao trong việc áp dụng đánh giá an toàn đập nói chung và đánh giá an toàn cho các đập có sự ảnh hưởng của việc đầm chặt không đều nói riêng. Vậy hướng tiếp tục nghiên cứu là cần phải nâng cấp đề tài...
Cần mở rộng phạm vi nghiên cứu cho nhiều công trình có tính chất tương tự trên toàn quốc.
3. Kiến nghị
Để khắc phục những tồn tại trong thiết kế, thi công của các đập đất hiện nay cần phải có sự quan tâm của các Bộ ngành liên quan, cần phải có sự đầu tư kinh phí của nhà nước để thực hiện các vấn đề sau:
Với các đập cũ khi xây dựng chưa có sự kiểm soát về độ đầm chặt của đất đắp cần phải khẩn trương cho khảo sát và đánh giá an toàn đập. Để phát hiện và xử lý kịp thời các ẩn họa của các đập, đồng thời bổ sung trang thiết bị để kiểm tra đánh giá hiện tr...
Với các đập đất đang và sẽ xây dựng cần phải nghiên cứu bổ sung trong thiết kế về quy trình thi công và quản lý chỉ tiêu hệ số thấm của đất đắp thân đập tại hiện trường trong quá trình xây dựng đập.
1. Nguyễn Văn Hạnh: Bài giảng Cao học, Ứng suất đập vật liệu địa phương.
2. Phạm Ngọc Khánh: Phương pháp phần tử hữu hạn; Bài giảng Cao học.
3- Phan Sỹ Kỳ (2000), Sự cố một số công trình thuỷ lợi ở Việt Nam và các biện pháp phòng tránh, NXB Xây dựng Hà Nội.
4- Phạm Ngọc Khánh (1998), Phương pháp phần tử hữu hạn, NXB Xây dựng Hà Nội.
5- Nguyễn Văn Mạo (2005), Đề tài khoa học: Nghiên cứu các giải pháp KHCN bảo đảm an toàn hồ chứa thuỷ lợi vừa và lớn ở các tỉnh miền Bắc và miền Trung Việt Nam, Hà Nội.
6- QCVN 04 - 05:2012/BNNPTNT: Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia công trình thủy lợi - các quy định chủ yếu về thiết kế.
7- TCVN 8216- 2009: Thiết kế đập đất đầm nén.
8- TCVN 8297- 2009: Đập đất - Yêu cầu kỹ thuật thi công bằng phương pháp đầm nén.
9- TCVN8477:2010 Công trình thủy lợi- Yêu cầu về thành phần, khối lượng khảo sát địa chất trong các giai đoạn lập dự án và thiết kế công trình thuỷ lợi;
10- TCVN8478:2010 Công trình thủy lợi- Yêu cầu về thành phần, khối lượng khảo sát địa hình trong các giai đoạn lập dự án và thiết kế công trình thuỷ lợi;
11- TCXD 161-1987 Công tác thăm dò điện trong khảo sát xây dựng.
12- TCXDVN 375 : 2006 Thiết kế công trình chịu động đất.
13 - Nguyễn Cảnh Thái: Bài giảng cao học “ thiết kế đập vật liệu địa phương’’.
14 - Trường Đại Học Thuỷ Lợi (2004), Giáo trình thuỷ công tập 1, NXB Xây dựng Hà Nội.
15 - Nguyễn Xuân Trường (1976), Thiết kế đập đất, NXB khoa học-kỹ thuật Hà Nội.
16 - Viện kỹ thuật Công trình trường đại học Thuỷ lợi (2010). Hồ sơ đánh giá nguyên nhân nứt đập và biện pháp khắc phục sự cố hồ Ban Tiện- Sóc Sơn - Hà Nội.