Nghiên cứu nguyên nhân và đề xuất giải pháp xử lý xói lở nền cống và vai cống sau sự cố cống tắc giang

1 MỞ DẦU I Tính cấp thiết Đề tài Cống qua đê hạng mục qua trọng hệ thống đê, có 1102 cống lớn nhỏ nằm tuyến đê [3] Lịch sử xây dựng cống qua đê gắn liền với trình nâng cấp đê phục vụ phát triển bảo vệ sản xuất, tính mạng tài sản nhà nước nhân dân Các cống xây dựng nhiều thời kỳ khác nên kết cấu khác nhau, độ khác Đặc điểm làm việc cống qua đê là: Cột nước công tác thấp, chế độ tiêu sau cống thường phức tạp đặc biệt cống vùng triều, vai cống thường loại đất yếu, thấm nước; hạ lưu cống dễ bị xói lở; ẩn khuyết cống hai bên vai cống thường khó phát hiện; thi cơng cống phải đào hố móng làm mái nghiêng sau đắp đất bù hai bên vai cống nên tiêu lý lớp đất thường không đồng đều; công tác quan trắc, kiểm tra đánh giá trình vận hành cống chưa quan tâm thường xuyên Do cống làm việc mùa lũ cột nước công tác biến động nhiều, dòng thấm từ thượng lưu hạ lưu gây cố cống như: Giảm lưu lượng nước qua cống; gây áp lực thấm làm ổn định cống; gây xói ngầm, trơi đất vai cống; gây ngập úng hạ lưu cống Từ thực tế cố cụm công trình đầu mối cống Tắc Giang Hà Nam ngày 01/08/2012 xảy tượng nước thấm qua thân đê, cống hai bên vai cống, gây sụt lún nhiều vùng phía chân đê, hạ lưu cống có nhiều vị trí có cát đùn sủi với khối lượng lớn, nhà lắp đặt tủ điện vận hành cống bị sụt hồn tồn xuống hố xói Như việc đảm bảo cống làm việc bình thường cống qua đê mùa lũ cần thiết Vì đề tài “ NGHIÊN CỨU NGUYÊN NHÂN VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP XỬ LÝ XÓI LỞ NỀN CỐNG VÀ VAI CỐNG-SAU SỰ CỐ CỐNG TẮC GIANG’’ với mục tiêu phân tích xác định nguyên nhân đề xuất số giải pháp khắc xử lý cố cống qua đê nói chung, nhằm giảm tối đa thiệt hại cố xói lở vai cống quan trọng, có ý nghĩa kinh tế, khoa học thực tiễn quản lý, vận hành công trình thủy lợi thường gặp II Mục đích Đề tài - Xác định nguyên nhân xảy cố xói lở vai cống; - Đề xuất giải pháp kỹ thuật khắc phục khẩn cấp lâu dài cố xói lở vai cống; - Kiến nghị q trình khảo sát, thi cơng, quản lý vận hành đảm bảo an toàn cho cống cống qua đê III Đối tượng phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu cống qua đê nói chung nghiên cứu cụ thể cống Tắc Giang-Hà Nam IV Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu - Cách tiếp cận + Tìm hiểu thơng tin qua tài liệu, giáo trình chuyên ngành nghiên cứu ứng dụng; + Nghiên cứu hồ sơ khảo sát thiết kế, thi cơng, quy trình vận hành u cầu quản lý cụm cơng trình đầu mối cống Tắc Giang; + Nghiên cứu tài liệu khảo sát, đo đạc thực trạng cống Tắc Giang xảy cố - Phương pháp nghiên cứu + Thu thập tài liệu liên quan đến cống, phân tích để tìm ngun nhân thường gặp xảy tượng xói lở vai cống; + Khảo sát, đo đạc, đánh giá trạng cống Tắc Giang; + Phân tích lý luận: Lý thuyết tính tốn thấm theo phương pháp giải tích phương pháp phần tử hữu hạn CHƯƠNG TỔNG QUAN CHUNG VỀ CỐNG QUA ĐÊ 1.1 Nhiệm vụ, phân loại, cấu tạo đặc điểm làm việc cống 1.1.1 Nhiệm vụ phân loại cống 1.1.1.1 Nhiệm vụ cống Cống cơng trình thủy lợi xây dựng đập, đê, hệ thống tưới, tiêu, phân lũ, ngăn triều, để khống chế mực nước điều tiết lưu lượng với nhiệm vụ như: Lấy nước, tiêu nước, phân lũ, giao thông, điều tiết, tháo cát 1.1.1.2 Phân loại cống Theo vị trí mục đích sử dụng - Cống lấy nước: Lấy nước từ sông, kênh từ hồ chứa phục vụ yêu cầu lấy nước; - Cống điều tiết: Xây dựng sông, kênh để dâng cao mực nước, đảm bảo yêu cầu lấy nước giao thông thủy thượng lưu; chống úng cho hạ lưu cách đóng phần hồn tồn cửa van; - Cống tiêu: Tháo nước, chống úng cho vùng định hệ thống; - Cống phân lũ: Tháo phần lưu lượng mùa lũ sông sang hướng khác, vào vùng định để hạ thấp đỉnh lũ sơng chính; - Cống ngăn triều: Xây dựng vùng ven biển, chịu ảnh hưởng trực tiếp thủy triều Ở thời kỳ định, thủy triều dâng cống mở để lấy nước vào đồng; triều rút vào mùa lũ, lợi dụng chân triều thấp cống mở tháo nước từ đồng ra, thay đổi nước đồng để thau chua rửa mặn; vào mùa khơ cống đóng để ngăn triều giữ ngọt; - Cống tháo cát: Để xói rửa bùn cát lắng đọng phía trước cơng trình dâng điều tiết nước; - Cống đa chức năng: Cống kết hợp nhiều mục đích sử dụng khác như: Tưới, tiêu, ngăn mặn, giao thông thủy… Phân loại theo kết cấu - Cống lộ thiên ( cống hở, cống đồng bằng): Là loại cống phía hở khơng đắp đất, xây dựng trên, đầu cuối kênh, sông; Hình 1.1 Cống hạ lưu Liên Mạc: Xây dựng sơng Nhuệ, có nhiệm vụ: Dâng nước, lấy nước tưới, tiêu nước, phục vụ giao thơng thủy, hình thức cống hở - Cống ngầm ( cống kiểu kín): Là loại cống xây dựng thân đập thân đê; cống ngầm thường xây dựng nơi khơng có u cầu giao thơng thủy Hình 1.2 Cống Tắc Giang-Phủ Lý-Hà Nam, xây Km 129+530 đê Hữu Hồng, cống có nhiệm vụ: Lấy nước, phục vụ giao thơng thủy, hình thức cống ngầm 1.1.2 Cấu tạo cống +10.9 phía bể xả trạm bơm hữu bị +10.0 75 BTCT M200 đổ chỗ dày 10cm BT lót M100 dµy 5cm +7.75 275 10 1130 620 Cäc tre L=3m 25 cäc /m2 50 50 50 50 Khíp nèi ngang BTCT M200 đổ chỗ dày 10cm BT lót M100 dµy 5cm +5.00 16 +1.50 +1.00 50 50 50 4040 1200 Cäc tre L=3m 25 cäc /m2 m=1.5 17 30 m= 13 15 460 Khíp nèi ngang Cäc tre L=3m 25 cäc /m2 1500 1400 820 20 60 m=1.5 m=1.5 19 m= BTCT M200 dày 50 cm BT lót M100 dày 10cm 960 50 +1.5 BTCT M200 dày 100 cm BT lãt M150 dày 10 cm +4.02 (MNKC) 14 100 50 20 BTCT M200 20 BTCT M200 dày 60 cm 13 BT lãt M150 dày 10 cm 50 50 BTCT M200 đổ chỗ dày 10cm BT lãt M100 dµy 5cm +5.00 (+4.50) 14 +1.50 BTCT M200 dày 20 cm BT lãt M150 dày cm 30 +4.20 70 75 m=3 50 60 +5.00 i=10% +4.20 +4.08 +1.50 251 80 +1.50 100 10 m= 10 m=1.5 đất đắp đầm nện chỈt 55 30 +5.50 10 +5.4 (MNTLmax) 95 300 +6.50 m=1.5 m=1.5 450 200 60 +6.50 15 PHÍ A kênh tưới trạm bơm hữu bị 50 75 25 25 11 BTCT M200 dày 20cm BT lót M150 dày 5cm 18 500 Cõ BTCT dµi 5m 12 Hình 1.3 Cống tưới trạm bơm Hữu Bị- xã Mỹ Phúc- huyện Mỹ Lộc- tỉnh Nam Định Cống gồm ba phận: Bộ phận nối tiếp thượng lưu, phận thân cống phận nối tiếp hạ lưu 1.1.2.1 Bộ phận nối tiếp thượng lưu - Tác dụng: Hướng dòng chảy vào cống thuận dòng ổn định; giảm tổn thất cột nước, chống thấm, chống xói; - Các phận chính: Tường cánh thượng lưu (5): Có hình thức kết cấu như: Tường sườn, tường trọng lực, tường hộp, tường neo…; vật liệu gạch xây, đá xây, bê tông, bê tông cốt thép Sân trước (3, 4): Làm vật liệu thấm như: Đất thịt, đất sét, bê tông cốt thép…, kết cấu liền khối tách rời đáy cống Có thể có kênh dẫn thượng lưu: Đáy kênh (1), mái kênh (2) 1.1.2.2 Bộ phận thân cống - Tác dụng: Điều tiết, khống chế lưu lượng mực nước, liên kết thân cống với bờ cơng trình khác bên cạnh, giữ ổn định cống, chống thấm, chống xói cho nền; - Các phận chính: + Bản đáy (6): Tác dụng truyền phân bố lực phận thân cống lên đồng thời tạo lực ma sát với nền; giữ ổn định thân cống; chống thấm chống xói cho nền; + Trụ pin( mố giữa) (7), trụ bên ( tường bên, mố bên), trần cống (8)(cống ngầm); khe van (9), cửa van, khe phai (10), cầu công tác (11), cầu thả phai Cầu giao thông (cống lộ thiên); tường ngực để giảm chiều cao cửa van, tăng ổn định ngang cho mố; + Khi cống có nhiều đoạn đáy cống với sân trước, sân sau tách rời, cần phải bố trí khớp nối ngang ( 13) để liên kết đoạn thân cống với liên kết đáy với sân trước, sân sau đồng thời làm nhiệm vụ chống thấm tránh tượng nứt cống lún không Khi thân cống với tường cánh thượng lưu tường cánh hạ lưu tách rời, cần bố trí khớp nối đứng (14) để liên kết thân cống với tường cánh thượng lưu tường cánh đồng thời làm nhiệm vụ chống thấm tránh tượng nứt cống lún không đều; + Hàng cừ mép thượng lưu đáy (12): Để giảm áp lực thấm tác dụng lên đáy cống Còn để giảm gradien thấm cửa thường đóng hàng cừ khơng sâu trước cửa ra, nhiên cần lưu ý cừ làm tăng áp lực thấm tác dụng lên đáy cống Để chống thấm vòng quanh bờ tăng ổn định cho thân cống bố trí tường chống thấm thượng lưu, hạ lưu thân cống cắm vào thân đê, nhiên cần lưu ý tường hạ lưu có tác dụng giảm gradien thấm cửa làm tăng cột nước thấm sau lưng tường bên cống Tường thượng lưu Phía đê Tường thân cống Tường hạ lưu Lòng cống Hỡnh 1.4 Tng chng thm vũng quanh bờ, nối tiếp tường bên cống đê 1.1.2.3 Bộ phận nối tiếp hạ lưu - Tác dụng: Tiêu phịng xói, nối tiếp phân bố dịng chảy khỏi cống; - Các phận: Tường cánh hạ lưu (16): Hình thức, kết cấu tương tự tường cánh thượng lưu Thiết bị tiêu năng: Bể tiêu (15), tường tiêu năng; thiết bị tiêu phụ, thiết bị hướng dịng ( mố, ngưỡng, dầm….) Phía sân tiêu thường bố trí lỗ nước, tầng lọc ngược để giảm áp lực thấm tác dụng lên đáy giảm gradien thấm cửa để đảm bảo khơng phát sinh xói ngầm Sân sau thứ hai (17) để tiêu hao lượng thừa lại chống xói cho kênh dẫn hạ lưu; hố phịng xói (có thể có khơng) Có thể có kênh dẫn hạ lưu: Đáy kênh (18), mái kênh (19) 1.1.3 Đặc điểm làm việc cống - Dòng chảy qua cống có lưu tốc trung bình lớn, phân bố không đều, mạch động lưu tốc mạch động áp lực xảy với mức độ lớn; - Mực nước thượng hạ lưu lưu lượng qua cống thay đổi theo thời gian trạng thái chảy qua cống thay đổi; - Bề rộng cống thường nhỏ nhiều so với bề rộng kênh nên tạo phân bố dịng chảy ngoằn ngo hình thành xốy cuộn phía hạ lưu; - Phần lớn cống cống qua đê vùng đồng sông Hồng thường nằm thấm mạnh, dễ ổn định thấm; - Với cống qua đê cịn có đặc điểm riêng [3]: + Cấp cống thường theo cấp đê: Cấp cống xác định theo cấp cơng trình tưới, tiêu cấp đê theo tiêu chuẩn phân cấp đê hành Nên chọn cấp cơng trình cơng trình cao cấp để đảm bảo an tồn cơng trình Đối với tuyến đê phân cấp, cấp cống cấp đê; + Việc khảo sát, thi cơng phải đảm bảo an tồn đê mùa lũ Thi công cống cần tuân thủ đầy đủ kỹ thuật thiết kế đề chấp hành nghiêm chỉnh pháp lệnh đê điều Nhà nước ban hành Cần tổ chức thi công cống mùa khô, không xong mùa cần có giải pháp đảm bảo an tồn mùa lũ Thi công phần đất tận dụng tối đa thi công giới Căn vào tài liệu địa chất, thủy văn cơng trình để tính tốn để tính tốn bố trí hệ thống tiêu nước hố móng, cần ý thiết kế biện pháp tiêu nước hố móng hợp lý xây dựng vùng cát chảy; + Do thân cống đặt sâu thân đê nên vấn đề ổn định trượt cống thường đảm bảo cống hư hỏng việc sữa chữa khó khăn cống hở Hệ số ổn định cho phép cống lấy hệ số ổn định cho phép đê có cấp tương đương ( cấp đê cao cấp cơng trình tưới tiêu) Trị số ổn định tính tốn khơng vượt q hệ số ổn định cho phép 20%; + Việc quản lý vận hành cống qua đê phải tuân thủ chặt chẽ quy định phòng chống bão lụt phải kịp thời xử lý có cố khẩn cấp; + Đối với cống qua đê cho khu vực Bắc thời đoạn thi công cống từ 15 tháng 10 năm trước đến 30 tháng năm sau năm sau, thời hạn phải Bộ nông nghiệp Phát triển nông thôn cho phép 1.2 Các cố thường gặp nguyên nhân chủ yếu cố cống qua đê Cống hạng mục quan trọng hệ thống đê, năm qua hệ thống đê tôn cao, đắp dày nên nhiều cống phải nối dài, tải trọng tác dụng lên cống lớn nhiều so với thiết kế Một số cống xây dựng mới, chất lượng nâng cao trước song thiết kế thi công bộc lộ khơng tồn xử lý nền, khớp nối, cửa van, bể tiêu năng, đắp đất xung quanh cống… Công tác quản lý vận hành cống chưa thường xuyên, xảy hư hỏng không sữa chữa kịp thời, gặp lũ lớn gây cố bất ngờ Sự cố cống xảy q trình thi cơng như: Sạt lở cống Hiệp Hòa hệ thống thủy nông Đô Lương tỉnh Nghệ An; xảy trình quản lý, vận hành như: Sự cố cống Mai Lâm Đê tả sông Đuống, cống bị cố thấm qua vai cống năm 1957 gây vỡ đê; cống Kênh Khê Đê tả sông Hồng, cống bị đùn sủi, tràn đê gây vỡ đê khu vực hai bên cống năm 1915…Kết điều tra 855 cống qua đê Đề tài độc lập cấp Nhà nước “ Nghiên cứu giải pháp Khoa học Công nghệ để sữa chữa nâng cấp cống đê thuộc sơng Hồng sơng Thái Bình” năm 2006 cho thấy, hệ thống sơng Hồng sơng Thái Bình có 132 cống bị hư hỏng cần sữa chữa, số liệu thống kê số cố cống qua đê bảng 1.1 [3] Nguyên nhân chung gây cố cống khảo sát, thiết kế, thi công, quản lý vận hành số nguyên nhân khác như: Nước lũ vượt mức thiết kế, thay đổi điều kiện sử dụng Tuy nhiên với cố lại nguyên nhân cụ thể sau: Bảng 1.1 Thống kê số cố xảy cống [3] TT Loại cố Lún, nứt, chuyển vị tường, thân trần cống Số lượng (%) 57/132 (43,18) Lún, nứt, chuyển vị tường cánh thượng, 40/132 (30,3) hạ lưu Xói, bồi bể sau tiêu 41/132 (31,06) Thấm qua nền, vai cống 30/132 (22,73) Hỏng cửa van 24/132 (18,18) Sạt mái bảo vệ thượng, hạ lưu 23/132 (17,42) Cống ngắn cần nối dài 14/132 (10,6) Hỏng khớp nối 11/132 (8,33) 1.2.1 Lún, nứt, chuyển vị tường, thân trần cống Loại cố (%) 57/240 (23,75) 40/240 (16,66) 41/240 (17,08) 30/240 (12,5) 24/240 (12,66) 23/240 (9,58) 14/240 (5,83) 11/240 (4,56) - Hiện tượng: Xuất vết nứt thân cống, cao trình đỉnh cống khơng đảm bảo theo thiết kế, xuất dịng thấm rị rỉ qua thân cống; Hình 1.5 Lún, chuyển vị tường, thân, trần cống - Ngun nhân: Do bê tơng co ngót, cường độ chịu kéo kém, đê tôn cao làm tăng sức chịu tải cống, phân đoạn cống không hợp lý nên lún không làm nứt thân cống Khi cống bị chuyển vị vượt giới hạn cho phép gây nứt, vết nứt mở rộng làm nước rò rỉ qua thân cống 1.2.2 Lún, nứt, chuyển vị tường cánh thượng, hạ lưu - Hiện tượng: Xuất vết nứt tường cánh, mùa lũ tường bị chuyển vị, thường gặp cống có tường đá xây bê tơng thường, móng xử lý cọc tre khơng; - Ngun nhân: Do lực đẩy phía sau tường cánh lớn tính tốn, thi cơng tường cánh đất đắp phía sau lưng tường khơng đảm bảo chất lượng 1.2.3 Hạ lưu cống bị xói sâu - Hiện tượng: Quan sát thấy dịng chảy khơng êm thuận, thường có dịng xốy quẩn cuộn cịn nghe tiếng réo Hố xói sâu rộng sập tường cánh, ăn sâu vào cống phía hạ lưu, đe dọa nghiêm trọng đến an tồn cống; Hình 1.6 Hạ lưu cống bị xói sâu - Ngun nhân: Hạ lưu cống khơng có thiết bị tiêu năng, có khơng đảm bảo u cầu chống xói; tính tốn sai chế độ thủy lực sau cống, nước nhảy phát sinh sân tiêu làm hạ lưu sân tiêu bị xói sâu; đóng mở cống khơng quy trình 1.2.4 Dịng thấm qua nền, vai cống Từ kết thống kê bảng 1.1 ta thấy 132 cống bị hư hỏng cần sữa chữa, cố thấm có 30 cống chiếm tỷ lệ lớn (22,73%) [3] Một số cống xây dựng gần bị cố thấm cống D10 ( 2002), cống Mai Trang ( 2001), cống Tắc Giang (2012)…Hiện tượng thấm cần phải tiếp tục nghiên cứu Tuy 10 nhiên với cống xây dựng qua đê vùng đồng sơng Hồng, đưa số nhận định sau: - Các cống qua đê xây dựng cát chảy, đặc trưng địa chất nhạy cảm thấm chạy dọc từ Hà Nội xuống Hà Nam Nam Định [4]; - Các cống xử lý đóng cọc bê tơng cốt thép, số cống có đóng cừ chống thấm [4]; - Quan sát trạng cống bị cố cho thấy dòng thấm mang theo lượng cát trơi xuống hạ lưu Ví dụ như: Cống Đập Phúc phải bơm 360m3 vữa ( cát + xi măng), Vĩnh Mộ ( 150m3), Tắc Giang ( 600m3)…có cống rỗng 3m, cống đứng đầu cọc [4]; Thấm qua cống: Hiện tượng mùa lũ cửa cống đóng sân tiêu hay đoạn kênh nối tiếp sau sân tiêu phát sinh tượng mạnh sủi, lỗ phụt; Hình 1.7 Thấm qua cống Thấm qua vai cống: Hiện tượng mực nước sông dâng cao, quan sát vai cống phía đồng thấy nước rịn mái đê chỗ tiếp giáp đê cống, có nước chảy thành vịi; Hình 1.8 Thấm qua vai cống Nguyên nhân: - Do khảo sát: Tài liệu khảo sát không đầy đủ; khảo sát địa chất không tuân thủ chặt chẽ quy định Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 8477:2010 “Cơng trình thủy lợi - u cầu thành phần khối lượng khảo sát địa chất giai đoạn lập dự án thiết kế, khảo sát theo quy định địa chất khu vực xây dựng phức tạp, 112 PHỤC LỤC MƠ HÌNH HĨA, ĐIỀU KIỆN BIÊN, BIỂU ĐỒ GRADIEN THẤM -TRƯỜNG HỢP CÓ TƯỜNG CHỐNG THẤM PHÍA THƯỢNG LƯU DÀI 19mPHÍA HẠ LƯU VÀ DỌC HAI BÊN VAI CỐNG DÀI 5m, LỚP BÙ NỀN CÓ HỆ SỐ THẤM K = 10-3m/s, ĐẤT ĐẮP LỚP 1, CÓ HỆ SỐ THẤM K = 10-6m/s, MTTL = +7,1m, MNHL = +2,18m Phụ lục 5.1 Mô hình hóa điều kiện biên mặt cắt vai phải cống âu thuyền Phụ lục 5.2 Biểu đồ gradien thấm cửa Phụ lục 5.3 Kết tính gradien thấm mặt cắt vai phải cống âu thuyền J max = 0,22 mép hạ lưu 113 Phụ lục 5.4 Mơ hình hóa điều kiện biên mặt cắt vai phải sát mép cống Phụ lục 5.5 Biểu đồ gradien thấm cửa Phụ lục 5.6 Kết tính gradien thấm mặt cắt vai phải sát mép cống J max = 0,2 mép hạ lưu 114 Phụ lục 5.7 Mơ hình hóa điều kiện biên mặt cắt vai trái cống Phụ lục 5.8 Biểu đồ gradien thấm cửa Phụ lục 5.9 Kết tính gradien thấm mặt cắt vai trái cống J max = 0,033 mép hạ lưu 115 Phụ lục 5.10 Mơ hình hóa điều kiện biên mặt cắt vai trái sát mép cống Phụ lục 4.11 Biểu đồ gradien thấm cửa Phụ lục 5.12 Kết tính gradien thấm mặt cắt vai trái sát mép cống J max = 0,031 mép hạ lưu 116 Phụ lục 5.13 Mơ hình hóa điều kiện biên mặt cắt chéo qua thân cống Phụ lục 5.13 Biểu đồ gradien thấm cửa Phụ lục 5.14 Kết tính gradien thấm mặt cắt chéo qua thân cống J max = 0,24 mép hạ l 117 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi, chưa công bố, kết nêu Luận văn trung thực, số liệu sử dụng người khác ghi đầy đủ nguồn trích dẫn Tác giả Nguyễn Thị Hằng LỜI CẢM ƠN Luận văn “ Nghiên cứu nguyên nhân đề xuất giải pháp xử lý xói lở cống vai cống-sau cố cống Tắc Giang” thuộc xã Chuyên Ngoại xã Nguyên Lý, hai huyện Duy Tiên Huyện Lý Nhân tỉnh Hà Nam, hoàn thành giúp đỡ tận tình Thầy giáo, gia đình, đồng nghiệp quan Có thành nhờ truyền đạt kiến thức Thầy, Cô giáo trực tiếp giảng dạy trường Đại học Thủy lợi suốt thời gian Tác giả học tập trường Tác giả vô biết ơn TS Ngô Anh Quân-viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam GS.TS Phạm Ngọc Quý-trường Đại học Thủy lợi tận tình hướng dẫn Tác giả q trình học tập hồn thành luận văn Tác giả xin chân thành cảm ơn TS Nguyễn Quốc Đạt-sở Nông nghiệp Phát triển Nông thôn tỉnh Hà Nam, trường Cao đẳng Thủy Lợi-Bắc Bộ, gia đình, bạn bè đồng nghiệp tạo điều kiện thuận lợi để Tác giả hoàn thành luận văn Hà Nội, ngày 20 tháng năm 2014 Tác giả Nguyễn Thị Hằng MỤC LỤC MỞ ĐẦU……………………………………………………………… I Tính cấp thiết Đề tài……………………………………………… II Mục đích Đề tài………………………………………………… III Đối tượng phạm vi nghiên cứu…………………………………… IV Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu………………………… CHƯƠNG TỔNG QUAN CHUNG VỀ CỐNG QUA ĐÊ…………… Nhiệm vụ, phân loại, cấu tạo đặc điểm làm việc cống ……… 1.1.1 Nhiệm vụ phân loại cống………………………………………… 1.1.2 Cấu tạo cống………………………………………………………… 1.1.3 Đặc điểm làm việc cống…………………………………… 1.1 1.2 1.3 Các cố thường gặp nguyên nhân chủ yếu cố cống qua đê………………………………………………………………… Giải pháp xử lý cố cống qua đê ……………………………… 13 1.3.1 Giải pháp xử lý khẩn cấp cống qua đê mùa lũ ……………… 13 1.3.2 Giải pháp xử lý lâu dài cố thấm cống qua đê…………………… 17 1.4 Kết nghiên cứu nước ổn định thấm…………………… 22 1.4.1 Các kết nghiên cứu ổn định thấm…………………………… 22 1.4.2 Kết luận …………………………………………………………… 23 1.5 Kết luận chương…………………………………………………… 23 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU NGUYÊN NHÂN XẢY RA SỰ CỐ 24 CỐNG TẮC GIANG……………………………………………………… 2.1 Giới thiệu chung cống Tắc Giang……………………………… 24 2.1.1 Giới thiệu chung hệ thống thủy lợi Tắc Giang-Phủ lý 24 2.1.2 Vị trí nhiệm vụ cống Tắc Giang …………………………… 25 2.1.3 Các thông số kỹ thuật điều kiện địa chất cơng trình……… 26 2.1.4 Q trình thi cơng cơng trình………………………………………… 35 2.1.5 Mực nước vận hành………………………………………………… 37 Sự cố cống Tắc Giang ứng xử khẩn cấp …………… …… 37 2.2 2.2.1 Thời gian diễn biến cố………………………………………… 37 2.2.2 Ứng xử khẩn cấp xảy cố…………………………………… 38 Khảo sát trạng cống xảy cố………………………… 40 2.3.1 Mục đích nội dung khảo sát……………………………………… 40 2.3 2.3.2 Khảo sát trạng cống xảy cố…………………………… 40 Tính tốn ổn định thấm cống xảy cố ………………… 43 2.4.1 Các tài liệu tính tốn………………………………………………… 43 2.4 2.4.2 Tính tốn ổn định thấm …………………………………………… 45 2.5 Phân tích xác định nguyên nhân……………………………………… 56 2.6 Kết luận chương……………………………………………………… 57 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP XỬ LÝ SỰ CỐ CỐNG TẮC GIANG…………………………………………………… 3.1 Mục đích, yêu cầu quan điểm xử lý cố cống qua đê…………… 3.1.1 Mục đích yêu cầu xử lý cố …………………………………… 3.1.2 Quan điểm xử lý cố……………………………………………… 3.2 Các phương án tính tốn phương án xử lý cố cống Tắc Giang…………………………………………………………………… 3.2.1 Các phương án xử lý cố…………………………………………… 3.2.2 Tính tốn phương án xử lý cố……………………………… 3.3 Phân tích chọn phương án xử lý cố hợp lý………………………… 3.3.1 Phân tích chọn phương án xử lý cố……………………………… 3.3.2 Các giai đoạn xử lý cố…………………………………………… 3.4 Kết luận chương…………………………………………………… KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ……………………………………………… Kết luận……………………………………………………………… Những vấn đề tồn Luận văn cần nghiên cứu………………… Kiến nghị…………………………………………………………… TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………………… 59 59 59 59 60 60 66 80 80 80 84 86 86 86 87 89 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Cống hạ lưu Liên Mạc: Xây dựng sơng Nhuệ, có nhiệm vụ: Dâng nước, lấy nước tưới, tiêu nước, phục vụ giao thơng thủy, hình thức cống hở……………………………………………………………………… Hình 1.2 Cống Tắc Giang-Phủ Lý-Hà Nam, xây Km 129+530 đê Hữu Hồng, cống có nhiệm vụ: Lấy nước, phục vụ giao thơng thủy, hình thức cống ngầm……………………………………………………………… Hình 1.3 Cống tưới trạm bơm Hữu Bị - xã Mỹ Phúc- huyện Mỹ Lộc- tỉnh Nam Định…………………………………………………………………… Hình 1.4 Tường chống thấm vòng quanh bờ, nối tiếp tường bên cống đê Hình 1.5 Lún, chuyển vị tường, thân, trần cống…………………………… Hình 1.6 Hạ lưu cống bị xói sâu…………………………………………… Hình 1.7 Thấm qua cống……………………………………………… 10 Hình 1.8 Thấm qua vai cống……………………………………………… 10 Hình 1.9 Xử lý hạ lưu cống bị xói sâu…………………………………… 13 Hình 1.10 Xử lý mạch sủi hạ lưu cống………………………………… 14 Hình 1.11 Xử lý cánh cửa van bị kênh, nước rị rỉ qua cửa van, khe van…… 15 Hình 1.12 Xử lý phai bị gẫy………………………………………… 16 Hình 1.13 Hoành triệt cống cánh cửa cống bị gẫy……………………… 16 Hình 1.14 Sân trước đất sét…………………………………………… 17 Hình 1.15 Bố trí cừ chống thấm đáy cống………………… 18 Hình 1.16 Làm tường chống thấm vịng quanh bờ………………………… 19 Hình 1.17 Làm lỗ nước tầng lọc ngược cửa ra…………………… 19 Hình 1.18 Xử lý cống Tiêu D10- Phủ Lý- Hà Nam………………………… 20 Hình 1.19 Tường chống thấm cắt dọc diện thượng lưu cống TiêuD10……………………………………………………………………… 21 Hình 1.20 Hiện trạng cống Cầu Bùng trước sữa chữa………………… 21 Hình 1.21 Cống Cầu Bùng sau sữa chữa……………………………… 21 Hình 1.22 Xử lý chống thấm cống Cui- Châu Thành- Long An…………… 21 Hình 1.23 Khoan theo cơng nghệ Jet-grouting cống Sơng Cui……… 22 Hình 2.1 Bản đồ vị trí cống Tắc Giang…………………………………… 25 Hình 2.2 Vị trí cống Tắc Giang…………………………………………… 26 Hình 2.3 Mặt cống-âu thuyền Tắc Giang…………………………… 27 Hình 2.4 Cắt dọc cống Tắc Giang……………………………………… 27 Hình 2.5 Mặt cắt địa chất dọc tuyến cống…………………………………… 29 Hình 2.6 Sơ đồ bố trí cọc thân cống…………………………………… 33 Hình 2.7 Sơ đồ bố trí cừ chống thấm……………………………………… 34 Hình 2.8 Mặt bố trí thiết bị quan trắc thấm cống Tắc Giang………… 34 Hình 2.9 Mặt bố trí tiêu nước hố móng……………………………… 35 Hình 2.10 Bố trí tiêu nước hố móng Tư vấn thiết kế lập……………… 36 Hình 2.11 Bố trí tiêu nước hố móng Nhà thầu xây lắp………………… 36 Hình 2.12 Một số hình ảnh xảy cố……………………………… 38 Hình 2.13 Ứng xử khẩn cấp xảy cố……………………………… 39 Hình 2.14 Rải vải chống thấm, bao tải cát đắp đê quai thượng lưu……… 40 Hình 2.15 Phạm vi cố mặt ……………………………… 41 Hình 2.16 Phạm vi cố cắt dọc cống (A-A)………………………… 42 Hình 2.17 Cắt dọc cống bên phải sát mép tường bên (B-B)………………… 42 Hình 2.18 Cắt dọc cống bên trái sát mép tường bên (C-C)………………… 43 Hình 2.19 Mặt cắt chéo qua thân cống (D-E-E-D)………………………… 43 Hình 2.20 Sơ đồ tính tốn ổn định thấm chung …………………………… 45 Hình 2.21 Sơ đồ phần tử hình tam giác…………………………………… 47 Hình 2.22 Mặt cắt chéo qua thân cống (D-E-E-D)………………………… 50 Hình 2.23 Vị trí mặt cắt chéo qua thân cống mặt cống (D-E-E-D) 51 Hình 2.24 Sơ đồ tính tốn mặt cắt chéo qua thân cống (D-E-E-D)………… 51 Hình 2.25 Mơ hình hóa điều kiện biên trường hợp ∆H= 2,4m………… 52 Hình 2.26 Biểu đồ gradien thấm cửa trường hợp ∆H = 2,4m …… 53 Hình 2.27 Kết tính gradien thấm trường hợp ∆H = 2,4m, J max = 0,33 mép thân cống hạ lưu bên trái…………………………………………… 53 Hình 2.28 Mơ hình hóa điều kiện biên trường hợp ∆H= 3,26m………… 53 Hình 2.29 Biểu đồ gradien thấm cửa trường hợp ∆H = 3,62m……… 54 Hình 2.30 Kết tính gradien thấm trường hợp ∆H= 3,62m, J max = 0,51 mép thân cống hạ lưu bên trái…………………………………………… 54 Hình 2.31 Mơ hình hóa điều kiện biên trường hợp ∆H = 4,92m……… 55 Hình 2.32 Biểu đồ gradien thấm cửa trường hợp ∆H = 4,92m……… 55 Hình 2.33 Kết tính gradien thấm trường hợp ∆H = 4,92m, J max = 0,68 mép thân cống hạ lưu bên trái …………………………………………… 55 Hình 3.1 Biện pháp kéo dài sân trước làm lỗ thoát nước, tầng lọc ngược cửa dòng thấm……………………………………………………… 61 Hình 3.2 Biện pháp đóng cừ thép hai bên vai cống phía thượng lưu vị trí tiếp giáp sân trước đáy cống………………………………………… 61 Hình 3.3 Biện pháp chống thấm tường xi-măng đất hai bên vai cống phía thượng lưu vị trí tiếp giáp sân trước đáy cống………………… 62 Hình 3.4 Sơ đồ bố trí cọc xi măng- đất phía thượng lưu ………………… 63 Hình 3.5 Sơ đồ bố trí cọc xi măng- đất phía hạ lưu ……………………… 64 Hình 3.6 Sơ đồ bố trí cọc xi măng- đất vị trí tiếp giáp với cừ thép…… 65 Hình 3.7 Mặt cắt vai phải cống âu thuyền…………………… …… 68 Hình 3.8 Mặt cắt vai trái cống……………………………………………… 68 Hình 3.9 Mặt cắt chéo qua thân cống……………………………………… 69 Hình 3.10 Mặt cắt dọc cống, khớp nối thượng hạ lưu hỏng………………… 69 Hình 3.11 Mặt cắt dọc cống, hàng cừ thượng hạ lưu hỏng………………… 69 Hình 3.12 Mặt cắt vịng quanh bờ vai phải cống…………………………… 70 Hình 3.13 Mặt cắt vai phải cống âu thuyền………………………… 72 Hình 3.14 Mặt cắt vai trái cống………………………………………… 72 Hình 3.15 Mặt cắt chéo qua thân cống……………………………………… 72 Hình 3.16 Mặt cắt vịng quanh bờ vai phải cống…………………………… 73 Hình 3.17 Mặt cắt vai phải cống âu thuyền………………………… 75 Hình 3.18 Mặt cắt vai phải sát mép cống…………………………………… 75 Hình 3.19 Mặt cắt vai trái cống……………………………………………… 76 Hình 3.20 Mặt cắt vai trái sát mép cống…………………………………… 76 Hình 3.21 Mặt cắt chéo qua thân cống……………………………………… 76 Hình 3.22 Mặt cắt dọc cống, hàng cừ thượng hạ lưu hỏng, hạ lưu có tầng lọc ngược…………………………………………………………………… 77 Hình 3.23 Mặt cắt vịng quanh bờ vai phải cống, chưa có cọc xi măng đất vai cống………………………………………………………………… 77 Hình 3.24 Mặt cắt vịng quanh bờ vai phải cống, có cọc xi măng đất vai cống……………………………………………………………………… 77 Hình 3.25 Mặt bố trí cọc ximăng- đất ………………………………… 82 Hình 3.26 Nối tiếp cọc xi măng đất với cừ thượng lưu cống……………… 82 Hình 3.27 Nối tiếp cọc xi măng đất với tường hai bên vai cống……… 82 Hình 3.28 Nối tiếp cọc xi măng đất với cừ phía hạ lưu cống……………… 83 Hình 3.29 Mặt cắt ngang cống (C-C)……………………………………… 83 Hình 3.30 Mặt cắt tường xi măng đất phía thượng lưu (A-A)……………… 83 Hình 3.31 Mặt cắt tường xi măng đất phía hạ lưu (B-B)…………………… 84 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Thống kê số cố xảy cống…………………………… Bảng 2.1 Bảng 2.1 Tổng hợp mực nước dùng thiết kế…………… 28 Bảng 2.2 Thí nghiệm phòng giai đoạn thiết kế kỹ thuật vẽ thi công…………………………………………………………………………… 29 Bảng 2.3 phân bố từ xuống địa chất cống Tắc Giang ………………… 30 Bảng 2.4 Chỉ tiêu lý đất đắp vai cống……………………………… 31 Bảng 2.5 Các giai đoạn thi cống móng trình tự thi công………………… 35 Bảng 2.6 Biện pháp tiêu nước hố móng…………………………………… 36 Bảng 2.7 Các mực nước dùng tính tốn……………………………… 43 Bảng 2.8 Các lớp đất hệ số thấm dùng tính tốn………………… 44 Bảng 2.9 Các phương án giả định tính tốn ổn định thấm chung…………… 46 Bảng 2.10 Kết tính tốn kiểm tra ổn định thấm chung……………… 47 Bảng 2.11 Các phương án giả định tính tốn ổn định thấm cục bộ………… 49 Bảng 2.12 Kết tính tốn kiểm tra ổn định thấm cục ……………… 55 Bảng 3.1 Bảng tổng hợp cặp mực nước ………………………………… 66 Bảng 3.2 Các lớp đất hệ số thấm dùng tính tốn………………… 67 Bảng 3.3 Kết tính tốn kiểm tra ổn định thấm cục chưa có tường chống thấm…………………………………………………………… 70 Bảng 3.4 Các lớp đất hệ số thấm dùng tính tốn………………… 71 Bảng 3.5 Kết tính tốn kiểm ổn định thấm cục phương án 1… 73 Bảng 3.6 Các lớp đất hệ số thấm dùng tính tốn………………… 74 Bảng 3.7 Kết tính tốn kiểm ổn định thấm cục phương án 2…… 78 Bảng 3.8 Kết tính tốn kiểm ổn định thấm cục phương án 3…… 79 ... nên cống lún khơng khớp nối bị hỏng; phân loại cống bố trí khớp nối khơng hợp lý 1.3 Giải pháp xử lý cố cống qua đê 1.3.1 Giải pháp xử lý khẩn cấp cố cống qua đê mùa lũ 1.3.1.1 Hạ lưu cống bị xói. .. Mục đích Đề tài - Xác định nguyên nhân xảy cố xói lở vai cống; - Đề xuất giải pháp kỹ thuật khắc phục khẩn cấp lâu dài cố xói lở vai cống; - Kiến nghị trình khảo sát, thi công, quản lý vận hành... trạng cống Tắc Giang xảy cố - Phương pháp nghiên cứu + Thu thập tài liệu liên quan đến cống, phân tích để tìm nguyên nhân thường gặp xảy tượng xói lở vai cống; + Khảo sát, đo đạc, đánh giá trạng cống