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

-1LỜI NĨI ĐẦU Với giúp đỡ phịng Đào tạo Đại học Sau Đại học, Khoa Cơng trình trường Đại học thuỷ lợi, Viện kỹ thuật cơng trình-Trường ĐH Thủy lợi, thầy cô giáo, bạn bè, đồng nghiệp gia đình đến Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật chun ngành Xây dựng cơng trình thủy với đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng việc đầm chặt khơng đắp đến an tồn đập đất biện pháp xử lý, áp dụng cho đập Ban Tiện - Hà Nội ” hoàn thành Tác giả xin tỏ lòng biết ơn chân thành đến quan đơn vị cá nhân truyền đạt kiến thức, cho phép sử dụng tài liệu công bố giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi lãnh đạo Công ty Tư vấn Chuyển giao Công nghệ Trường Đại học Thủy lợi nơi tác giả cơng tác q trình học tập, nghiên cứu vừa qua Đặc biệt tác giả xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Giáo sư, Tiến sĩ Nguyễn Chiến người trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ tận tình cho tác giả trình thực luận văn Với thời gian trình độ cịn hạn chế, luận văn khơng thể tránh khỏi thiếu sót Tác giả mong nhận bảo đóng góp ý kiến thầy giáo, nhà khoa học bạn đồng nghiệp gần xa để đề tài nghiên cứu hoàn thiện Luận văn hồn thành Khoa Cơng trình, Trường Đại học Thủy lợi Hà Nội, tháng năm 2013 Tác giả Nguyễn Văn Chính -21 Tính cấp thiết đề tài MỞ ĐẦU Ở nước ta việc sử dụng vật liệu địa phương cho cơng trình thuỷ lợi phổ biến, hầu hết hồ chứa nước có đập xây dựng vật liệu địa phương đất, đá Đập đất công trình đánh giá bền chịu chấn động tốt nhiên trình làm việc tác động yếu tố tự nhiên yếu tố người xảy tình trạng hư hỏng nhiều đập đất với mức độ khác Trong trình khai thác sử dụng nhiều đập bị cố, hư hỏng loạt nguyên nhân: đất đắp đập không đồng nhất, thiếu vật liệu chống thấm, đầm nén không tốt, xử lý tiếp giáp kém, thiết bị thoát nước bị hỏng làm ổn định cơng trình gây thiệt hại lớn phạm vi ảnh hưởng hồ chứa Theo báo cáo tổng kết giới cơng trình thuỷ lợi bị hư hỏng dòng thấm gây nguyên nhân lớn gây nên cố đập vật liệu địa phương chiếm khoảng 35% đến 40% tổng số ngun nhân gây hư hỏng cơng trình Đây nguyên nhân gây trượt mái hạ lưu giảm độ bền thấm thân đập Khi thiết kế đập đất để đảm bảo đập làm việc an tồn thấm ổn định người thiết kế phải hiểu rõ yếu tố ảnh hưởng đến đập như: hình dạng mặt cắt đập, địa chất nền, tiêu lý vật liệu đắp, biện pháp thi cơng, độ đầm chặt vv Vì đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng việc đầm chặt khơng đắp đến an tồn đập đất biện pháp xử lý, áp dụng cho đập Ban Tiện - Hà Nội ” giúp người thiết kế hiểu rõ tầm quan trọng độ đầm chặt từ đề xuất biện pháp thi công, thiết bị thi công hợp lý đảm bảo đầm chặt đất đắp đập đều, để đảm bảo chất lượng đắp đập đập làm việc an toàn điều kiện khác nhau; giúp người thi công, người giám sát thi công nhà quản lý biết việc đầm chặt không đắp đập đất ảnh hưởng đến an toàn đập đất, để có biện pháp thi cơng, quản lý thi cơng đập đảm bảo yêu cầu kỹ thuật Mục đích đề tài Chỉ thực trạng nguyên nhân việc đầm chặt không đắp đập đất -3Tính tốn xác định ảnh hưởng việc đầm chặt khơng đến an tồn thấm, ổn định biến dạng đập đất Các biện pháp xử lý để đảm bảo an toàn đập đất Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu 3.1.Cách tiếp cận - Từ thực tế làm việc đập mà đặt nhiệm vụ nghiên cứu - Nghiên cứu tài liệu lưu trữ kiểm soát chất lượng đắp đập bổ sung tài liệu khảo sát trạng Từ nghiên cứu cho cơng trình cụ thể để khái qt hóa khuyến cáo áp dụng cho cơng trình tương tự 3.2 Phương pháp nghiên cứu - Tổng hợp tài liệu có chất lượng đắp đập đất, tập trung xem xét vấn đề đầm chặt khơng đều; biểu an tồn đập thân đập đầm chặt không - Khảo sát bổ sung tài liệu để phục vụ tính tốn - Sử dụng mơ hình tốn để dự báo khả an toàn thấm, ổn định, biến dạng đập - Ứng dụng cho cơng trình cụ thể, nghiên cứu biện pháp xử lý Kết đạt - Tổng quan đập đất, trạng đập tình hình kiểm sốt chất lượng đắp đập - Các phương pháp khảo sát, bổ sung tài liệu phục vụ cho tính tốn an toàn đập xây dựng - Các nội dung phương pháp tính tốn để đánh giá an toàn đập (về thấm, ổn định, biến dạng) thân đập không đảm bảo độ đồng theo yêu cầu thiết kế - Kết nghiên cứu điển hình cho đập Ban Tiện- Sóc Sơn- Hà Nội biện pháp xử lý -4CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐẬP ĐẤT VÀ VẤN ĐỀ KIỂM SOÁT CHẤT LƯỢNG ĐẮP ĐẬP 1.1 Tình hình xây dựng đập đất Việt Nam Đập đất loại đập xây dựng loại đất có vùng xây dựng như: sét, sét, cát, cát, sỏi, cuội Đập đất có cấu tạo đơn giản, vững chắc, có khả giới hóa cao thi cơng đa số trường hợp cơng trình xây dựng có giá thành hạ nên loại đập ứng dụng rộng rãi hầu Đập đất loại đập khơng tràn có nhiệm vụ dâng nước hồ chứa với loại đập công trình khác tham gia nhiệm vụ dâng nước hệ thống thủy lợi Đập thường chiếm vị trí quan trọng cụm cơng trình đầu mối hồ chứa cơng trình dâng nước Để xây dựng đập sông, suối người ta sử dụng nhiều loại vật liệu khác nhau, dùng đất để đắp đập phổ biến Các loại vật liệu đất có sẵn địa phương từ sản phẩm bồi tích, sườn tích phong hóa, như: sét, sét, cát, cuội, sỏi, dùng cho đắp đập Những ưu điểm đập đất biết, nhiên số trường hợp đập đất số tồn như: - Do đập đất có khối lớn nên diện tích chiếm đất vĩnh viễn chiếm đất tạm thời lớn, ảnh hưởng đến môi trường sinh thái môi trường xã hội - Ở sơng suối có chênh lệch mực nước mùa lớn, xây dựng đập đất không kinh tế chiều cao đập lớn, cơng trình tràn lớn - Ảnh hưởng mực nước trước cơng trình rút nhanh đến tiêu lý đất đắp đến áp lực kẽ rỗng thân cơng trình ổn định mái dốc thượng lưu nói riêng, ổn định tổng thể cơng trình nói chung -5Bảng 1-1 Thống kê số đập đất, đá lớn Việt Nam TT Tên hồ Tỉnh Loại Đập Hmax (m) Năm hoàn thành Khuôn Thần Bắc Giang Đất 26.00 1963 Đa Nhim Lâm Đồng Đất 38.00 1963 Suối Hai Hà Tây Đất 24.00 1963 Thượng Tuy Hà Tĩnh Đất 25.00 1964 Cẩm Ly Quảng Bình Đất/đá 30.00 1965 Tà Keo Lạng Sơn Đất 35.00 1972 Cấm Sơn Bắc Giang Đất 42.50 1974 Vực Trống Hà Tĩnh Đất 22.80 1974 Đồng Mô Hà Tây Đất 21.00 1974 10 Tiên Lang Quảng Bình Đất 32.30 1978 11 Núi Cốc Thái Nguyên Đất 26.00 1978 12 Pa Khoang Lai Châu Đất 26.00 1978 13 Kẻ Gỗ Hà Tĩnh Đất 37.50 1979 14 Yên Mỹ Thanh Hoá Đất 25.00 1980 15 Yên Lập Quảng Ninh Đất/ Đá 40.00 1980 16 Vĩnh Trinh Quảng Nam Đất 23.00 1980 17 Liệt Sơn Quảng Ngãi Đất 29.00 1981 18 Phú Ninh Quảng Nam Đất 39.40 1982 19 Sơng Mực Thanh Hố Đất 33.40 1983 20 Quất Đông Quảng Ninh Đất 22.60 1983 21 Xạ Hương Vĩnh Phúc Đất 41.00 1984 22 Hoà Trung Đà Nẵng Đất 26.00 1984 23 Hội Sơn Bình Định Đất 29.00 1985 24 Dầu Tiếng Tây Ninh Đất 28.00 1985 25 Biển Hồ Gia Lai Đất 21.00 1985 26 Núi Một Bình Định Đất 30.00 1986 27 Vực Trịn Quảng Bình Đất 29.00 1986 28 Tuyền Lâm Lâm Đồng Đất 32.00 1987 -6TT Tên hồ Tỉnh Loại Đập Hmax (m) Năm hoàn thành 29 Đá Bàn Khánh Hoà Đất 42.50 1988 30 Khe Tân Quảng Nam Đất 22.40 1989 31 Kinh Môn Quảng Trị Đất 21.00 1989 32 Khe Chè Quảng Ninh Đất 25.20 1990 33 Phú Xuân Phú Yên Đất 23.70 1996 34 Gò miếu Thái nguyên Đất 30.00 1999 35 Cà Giây Bình thuận Đất 30.00 1999 36 Sông Hinh Phú Yên Đất 50.00 2000 37 Sông Sắt Ninh thuận Đất 29.00 2005 38 Sông Sào Nghệ An Đất 30.00 2006 39 Easoup ĐắkLắc Đất 29.00 2005 40 Hà Động Quảng Ninh Đất 30.00 2007 41 IaM’La Gia Lai Đất 37.00 2009 42 Tân Sơn Gia Lai Đất 29.20 2009 43 Tả Trạch Đất 60.00 2012 44 Suối Mỡ Đất 27.80 2012 Thừa Thiên – Huế Bắc Giang 1.2 Thực trạng làm việc đập tồn cần khắc phục 1.2.1 Thực trạng làm việc đập đất Phần lớn cơng trình đập đất xây dựng trước năm 1990, thời kỳ đất nước có nhiều khó khăn, trình độ kinh tế - xã hội nói chung cịn thấp, nhu cầu dùng nước chưa cao, tiêu chuẩn thiết kế hạn chế, nguồn vốn đầu tư cho thủy lợi eo hẹp, lực khảo sát thiết kế thi cơng, quản lý cịn nhiều bất cập, chưa có kinh nghiệm, nên cơng trình thiết kế xây dựng không tránh khỏi nhược điểm: chưa đồng bộ, chất lượng thấp, thiếu mỹ quan, chưa đại, hiệu đầu tư chưa cao, chưa thật an toàn Trải qua thời gian dài khai thác, hầu hết cơng trình có hư hỏng, xuống cấp có cố Các cơng trình xây dựng sau năm 190 -7các năm gần có nhiều tiến hơn, độ an tồn bền vững cao hơn, có cơng trình bị cố, học kinh nghiệm tồn cơng trình trước chưa tổng kết kịp thời để rút kinh nghiệm, công trình đập Am Chúa cố năm 1992, Cà Giây năm 1998 Hiện trạng chung đập đất nhìn nhận sau: Chưa an tồn cao ổn định thấm thân cơng trình Các đập sau thời gian làm việc bị thấm lậu, rị rỉ, uy hiếp an tồn cơng trình Do thấm gây thấm mạnh, sủi nước đập Đồng Mô-Hà Tây, Suối Giai -Sông Bé, Vân Trục Vĩnh Phúc… Thấm mạnh, sủi nước vai đập Khe Chè -Quảng Ninh, Pa KhoangLai Châu, Sông Mây-Đồng Nai… Thấm mạnh nơi tiếp giáp với tràn cống đập Vĩnh Trinh -Đà Nẵng, Dầu Tiếng -Tây Ninh… Loại hư hỏng biểu thấm chiếm khoảng 44,9% 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 sạt mái, lún không đều, nứt, tổ mối, … chiếm khoảng 19,7% Có thể nói đập đất hạng mục cơng trình quan trọng cơng trình hồ chứa, hư hỏng nặng đập dễ dẫn tới nguy cố hồ chứa 1.2.2 Những tồn cần khắc phục Việc tổng hợp đánh giá thực trạng làm việc đập đất thấy đập đất có tồn cần khắc phục trình khảo sát, thiết kế, thi công quản lý vận hành sau: Phần lớn cơng trình thiết kế trước áp dụng tiêu chuẩn, quy phạm với tần suất thiết kế mức đảm bảo an toàn thấp thiếu tiêu kiểm soát chất lượng đắp đập Cụ thể tiêu chuẩn trước cấp cơng trình, tần suất thiết kế xác định theo TCVN-5060-90 TCXDVN 285-2002 có mức đảm bảo an tồn nói chung cho cho đập đất nói riêng thấp theo QCVN 0405:2012/BNNPTNT 01 cấp Các cơng trình đập đất thiết kế trước năm 2005 áp dụng quy phạm thiết kế đập -8đất đầm nén QPVN 11-77 chưa có tiêu thiết kế độ đầm chặt đất (hay gọi hệ số đầm nén), từ năm 2005 đến tiêu chuẩn thiết kế đập đất đầm nén 14TCN 157-2005 TCVN 8216-2009 ban hành bổ sung tiêu độ chặt thiết kế để kiểm soát chất lượng đắp đập Hệ thống quản lý vận hành chưa đáp ứng yêu cầu thực tế, trang thiết bị để kiểm tra đánh giá trạng công trình cịn thiếu lạc hậu, chủ yếu đánh giá dựa sở lý thuyết kinh nghiệm người quản lý, dẫn đến nhiều cơng trình khơng nhận biết trước dấu hiệu an toàn Cịn vấn đề kiểm sốt chất lượng đắp đập tiêu chuẩn thiết kế đập đất chưa đưa tiêu quy trình kiểm soát hệ số thấm đất thân đập trường trình đắp Theo quy trình, quy phạm, tiêu chẩn hệ số thấm đất đắp đập lấy mẫu đại diện thí nghiệm phịng sau đưa vào mơ hình tính, mà chưa có đối chứng với thực tế trường; Do đập đắp với đất có mức độ đồng thường gây hư hại dòng thấm gây sau thời gian cơng trình vào khai thác vận hành Để khắc phục tồn thiết kế, thi công đập đất thiết kế thi công theo tiêu chuẩn cũ trước năm 2005, ban ngành hữu quan cần sớm triển khai hệ thống giám sát, kiểm tra, đánh giá cách toàn diện mức độ an toàn đập đất để sớm phát ẩn họa gây an tồn cơng trình, từ đề phương án ứng xử kịp thời bổ sung tiêu kiểm soát hệ số thấm đập trình xây dựng vào tiêu chuẩn thiết kế, thi cơng 1.3 Vấn đề kiểm sốt chất lượng đắp đập Mặc dù ngày trình độ công nghệ thi công phát triển, thời gian thi cơng nhanh nên vấn đề kiểm sốt chất lượng đắp đập cần phải quan tâm hết để định chất lượng đập; Việc kiểm soát chất lượng đắp đập cần tập trung thực công việc sau: Thực thí nghiệm trường: Để đưa thông số kỹ thuật đầm nén đất đảm bảo độ chặt thiết kế -92 Kiểm tra chất lượng khối đắp q trình thi cơng: Từng lớp đất đắp phải kiểm tra độ chặt để đánh giá chất lượng khối đắp đảm bảo yêu cầu thiết kế Từng loại đất đắp, khối đất đắp phải tiến hành thí nghiệm thấm trường để đánh giá tiêu chuẩn thấm đảm bảo yêu cầu thiết kế thông qua việc so sánh với hệ số thấm thiết kế Kiểm định chất lượng nghiệm thu: Cơng tác nghiệm thu giai đoạn hồn cơng cơng tác đắp phải vào kết kiểm định chất lượng Công tác kiểm định phải thực khoan lấy mẫu khối đắp trường mang phòng để phân tích xác định tiêu lý đất đắp độ chặt, làm thí nghiệm thấm trường Căn vào kết thí nghiệm trường phịng tiến hành tính tốn kiểm định mức độ an toàn thấm ổn định đập; kết kểm định đạt yêu cầu thiết kế nghiệm thu hồn cơng 1.4 Các nội dung nghiên cứu để kiểm sốt an tồn đập chất lựơng thân đập không đồng Để kiểm sốt an tồn đập chất lựơng thân đập không đồng cần phải nghiên cứu vấn đề sau: Khảo sát đánh địa hình, địa chất, địa kỹ thuật đánh giá trạng đập (tập trung đánh giá mức độ khơng đồng đập) Tính tốn đánh giá an tồn thấm Tính tốn đánh giá an tồn ổn định mái đập Tính tốn đánh giá an tồn ứng suất - biến dạng thân đập Tính tốn, phân tích lựa chọn biện pháp xử lý đập đảm bảo yêu cầu kinh tế, kỹ thuật - 10 CHƯƠNG KHẢO SÁT, THU THẬP TÀI LIỆU PHỤC VỤ CHO ĐÁNH GIÁ AN TOÀN CỦA ĐẬP ĐẤT 2.1 Các tài liệu trạng đập 2.1.1 Khảo sát thực tế trường Quan sát chụp ảnh trạng đập, kiểm tra bên phận đập đất, quan sát khu vực nghi ngờ có ẩn họa, vị trí thấm hạ lưu vị trí đập bị biến dạng 2.1.2 Khảo sát địa hình - Yêu cầu chung: Khảo sát địa hình, thể đầy đủ yếu tố tương quan địa hình, địa vật, hình dạng, kích thước đập, đảm bảo đủ tài liệu để phục vụ tính tốn, đánh giá an tồn đập - Tiêu chuẩn áp dụng: Tn thủ theo TCVN8478:2010 Cơng trình thủy lợiYêu cầu thành phần, khối lượng khảo sát địa hình giai đoạn lập dự án thiết kế cơng trình thuỷ lợi quy trình quy phạm hành khảo sát địa hình - Nội dung khảo sát: Đo vẽ trạng khu vực xây dựng đập gồm, vẽ bình đồ tỉ tệ 1/500 đường đồng mức 0,5m; đo vẽ cắt dọc đập; đo vẽ cắt ngang đập khoảng cách mặt cắt 20÷50m 2.1.3 Khảo sát địa chất - Yêu cầu Chung: Khảo sát địa chất để đánh giá tổng thể trạng địa chất thân đập; Xác định tiêu lý đất thân đập, xác định vị trí có dấu hiệu ẩn họa thân 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 giai đoạn lập dự án thiết kế cơng trình thủy lợi tiêu chuẩn, quy trình quy phạm hành chuyên môn công tác khảo sát địa chất - Nội dung khảo sát: Lập mặt cắt địa tầng mặt cắt dọc, ngang đập - 94 Hình 4.18: Mặt cắt dọc địa chất tuyến đập 53 Hình 4.19: Mặt cắt ngang địa chất tuyến đập – C3 54 Hình 4.20 : Mặt cắt ngang địa chất tuyến đập – C4 54 Hình 4.21: Mặt cắt ngang địa chất tuyến đập – C6 55 Hình 4.22: Kết tính thấm sơ đồ 1; Trường hợp 61 Hình 4.23: kết tính thấm sơ đồ 1; Trường hợp 61 Hình 4.24: Kết tính thấm sơ đồ 1; Trường hợp 62 Hình 4.25: kết tính thấm sơ đồ 1; Trường hợp 62 Hình 4.26: Kết tính thấm sơ đồ 2; Trường hợp 63 Hình 4.27: Kết tính thấm sơ đồ 2; Trường hợp 63 Hình 4.28: Kết tính thấm sơ đồ 2; Trường hợp 64 Hình 4.29: Kết tính thấm sơ đồ 2; Trường hợp 64 Hình 4.30 Phổ gia tốc tính tốn 66 Hình 4.31: Kết ổn định sơ đồ 1; Trường hợp 67 Hình 4.32: Kết tính ổn định sơ đồ 1; Trường hợp 68 Hình 4.33: Kết tính ổn định sơ đồ 1; Trường hợp 69 Hình 4.34: Kết tính ổn định sơ đồ 2; Trường hợp 70 Hình 4.35: Kết tính ổn định sơ đồ 2; Trường hợp 71 Hình 4.36: Kết tính ổn định sơ đồ 2; Trường hợp 72 Hình 4.37: Sơ đồ tính tốn 74 Hình 4.38 Chuyển vị tổng MC4 75 Hình 4.39 Chuyển vị theo phương thẳng đứng MC4 76 Hình 4.40 Ứng suất S1 MC4 77 Hình 4.41 Giá trị ứng suất S2 MC4 78 Hình 4.42 Giá trị ứng suất S3 MC1 79 Hình 4.43 Giá trị ứng suất phương Z MC1 80 ... ? ?Nghiên cứu ảnh hưởng việc đầm chặt không đắp đến an toàn đập đất biện pháp xử lý, áp dụng cho đập Ban Tiện - Hà Nội ” giúp người thiết kế hiểu rõ tầm quan trọng độ đầm chặt từ đề xuất biện pháp. .. chặt không đắp đập đất -3Tính tốn xác định ảnh hưởng việc đầm chặt khơng đến an tồn thấm, ổn định biến dạng đập đất Các biện pháp xử lý để đảm bảo an toàn đập đất Cách tiếp cận phương pháp nghiên. .. biết việc đầm chặt không đắp đập đất ảnh hưởng đến an toàn đập đất, để có biện pháp thi cơng, quản lý thi công đập đảm bảo yêu cầu kỹ thuật Mục đích đề tài Chỉ thực trạng nguyên nhân việc đầm chặt