Cỏc cụng trỡnh xõy dựng như nhà mỏy, khu chứa thải, kho bói, v.v. sẽ được xõy dựng theo tiờu chuẩn quốc tế bảo đảm cú khả năng trỏnh được cỏc sự cố (như chỏy, động đất, lũ lụt hay cỏc tai nạn xảy ra trong khi hoạt động).
Trong cỏc cụng trỡnh xõy dựng tại mỏ, độ bền vững của cỏc đập chắn thải ở thung lũng suối Lũ là cụng trỡnh được đặc biệt quan tõm và sẽ được trỡnh bày chi tiết hơn dưới đõy.
PHÂN TÍCH TÍNH ỔN ĐỊNH CỦA ĐẬP CHỨA THẢI:
Mục đớch của cụng tỏc phõn tớch là:
• Xỏc định sự độ ổn định của cụng trỡnh đập sau khi hoàn thành trong điều kiện tĩnh và điều kiện xảy ra địa chấn.
• Xỏc định độ ổn định của cụng trỡnh đập trong quỏ trỡnh vận hành bỡnh thường trong điều kiện tĩnh và điều kiện xảy ra địa chấn.
• Xỏc định đụ ổn định của cụng trỡnh đập trong điều kiện phải giữ nước mưa trong thời gian ngắn trong điều kiện tĩnh và điều kiện xảy ra địa chấn.
CễNG TRèNH ĐẬP:
Theo Nghị định số 209/2004/NĐ-CP, đập chứa thải quặng thuộc loại cụng trỡnh đầu mối cấp III, cụng trỡnh kờnh mương cấp IV. Cỏc tiờu chuẩn được ỏp dụng khi thiết kế tương ứng với TCVN 285-2002 với lũ thiết kế P=1,0%, lũ kiểm tra P=0,2%; dẫn dũng thi cụng P=10%. Quy mụ và cỏc thụng số cơ bản của đập chứa thải: diện tớch lưu vực: 2,13km2; cao độ yờu cầu chứa thải: +105.00m; mực nước dõng gia cường: +106,56m.
Cỏc số liệu lượng mưa của 23 năm ghi nhận được ở trạm Tiờn Phước đó được sử dụng làm cơ sở cho việc tớnh toỏn cõn bằng nước ở khu vực cụng trỡnh này.
Đập chớnh là đập chứa thải từ dõy chuyền tuyển trọng lực sẽ được xõy dựng ngang qua vị trớ thắt cổ chai của thung lũng suối Lũ (Xa Kok Sau). Thung lũng này cú cỏc tầng bồi tớch đất sột, cỏt và sỏi và phần nền đất hai đầu đập gồm hỗn hợp đất sột và đỏ phong húa nằm trờn đỏ biến đổi (đỏ phiến) tại nhiều độ sõu khỏc nhau.
Đập được thiết kế gồm: thõn đập được chia thành vựng thượng lưu được làm bằng đất sột đầm chặt và vựng hạ lưu bằng đất sột và sỏi đầp chặt, và một tầng tiờu thoỏt nước ngấm ở hạ lưu. Vựng thượng lưu được làm bằng đất sột đầm chặt kết hợp với mương ngăn thấm nhằm mục đớch làm giảm lượng nước rũ rỉ ngấm qua thõn đập. Vựng hạ lưu giỳp sẽ hạ thấp mặt nước ngầm trong đập, qua đú cú thể nõng cao tối đa cỏc yếu tố an toàn khỏng lại sự mất ổn định của cụng trỡnh. Ngoài ra, cỏc yếu tố an toàn cũn được hỗ trợ của vựng lọc được làm bằng sỏi/cỏt tuyển sạch được trải bờn một phần diện tớch múng của cụng trỡnh. Tầng tiờu thoỏt nước ngấm được bọc một lớp vải địa và được đặt ngay bờn dưới vựng lọc và mặt trờn tầng này tiếp xỳc với vựng lọc đỏ pha sột để làm giảm thiểu khả năng chẩy xúi đất từ trong tầng múng hay trong thõn đập ra ngoài.
Theo thiết kế trong quỏ trỡnh xõy dựng sẽ búc đi ớt nhất 2m đất mặt đến tầng đất sột cứng hay tầng vật liệu đạt yờu cầu thiết kế trong phạm vi thõn đập . Từ cao độ này sẽ đào sõu thờm vào tầng vật liệu đạt yờu cầu thiết kế này thờm 3m nữa để làm mương ngăn thấm (sõu 5m so với đất mặt tự nhiờn). Cụng tỏc đỏnh giỏ sự ổn định của đập dựa trờn tớnh toỏn rằng sẽ khụng giữ nước vĩnh viễn trong đập và quặng thải của nhà mỏy sẽ xả ra mặt đập sẽ đẩy vựng ngậm nước trong đập ra xa chõn đập về phớa thung lũng. chõn đập sẽ khụng cú nước tụ vĩnh cửu và cụng tỏc xả thải sẽ được quản lý sao cho chất thải sẽ được tập trung vào chõn đập để dồn nước tụ ra xa sõu vào lũng thung lũng.
Theo thiết kế, vật liệu sẽ được trải thành từng lớp riờng dày khoảng 300mm và được đầm chặt đạt 95% mức đầm chuẩn và nồng độ ẩm của vật liệu được kiểm tra nghiờm ngặt để đảm bảo phự hợp với kết quả thớ nghiệm đó được thực hiện để đảm bảo tớnh cố kết như đó được thiết kế .
Kớch thước hỡnh học của thõn đập
Đập chớnh là đập chứa thải từ dõy chuyền tuyển trọng lực cú cỏc thuộc tớnh sau:
• Cao độ tổng thể RL=107m cao độ của giai đoạn 1: RL=102m,
• Độ rộng của đỉnh đập là 6m
• Độ dốc của phần thượng lưu đập: 1:2.5 (theo phương đứng : theo phương ngang)
• Độ dốc của phần hạ lưu đập: 1:3 (theo phương đứng : theo phương ngang) và độ rộng của bậc chuyển tiếp tại cao độ RL=97m là 5m.
• Độ dày tối thiểu của tầng tiờu thoỏt nước ngấm hạ lưu là 700mm. PHÂN TÍCH SỰ ỔN ĐỊNH CỦA CễNG TRèNH
Thụng số về vật liệu
Cỏc thụng số sử dụng phõn tớch độ ổn định của cụng trỡnh được trỡnh bày trong bảng 5.1 Bảng 5.1. Cỏc thụng số phõn tớch sự ổn định Loại vật liệu Thành phần Độ kết dớnh (c-kPa) Gúc ma sỏt trong (Φ-độ) Trọng lượng (γd-kN/m3) Nền múng đập (Đỏ DW) Đỏ phiến 150 30 25 Nền múng đập* (đất sột cứng) Đất sột – hỗn hợp đất sột/đỏ 0 24 18 Vật liệu đỏ pha sột đầm chặt (hạ lưu) Vật liệu làm đập được đầm chặt, vựng 2 hạ lưu 10 30 20
Tầng lọc Vật liệu cỏt/ sỏi được tuyển và làm sạch 0 35 19 Vật liệu pha sột được đầm chặt (thượng lưu) Vật liệu xõy dựng đập, vựng 1 10 25 18 *
Quặng thải Quặng thải được
chứa trong đập 0 35 22
Nước Nước được chứa
trong đập 0 0 9.8
* Tham số được căn cứ hay lấy từ kết quả phõn tớch thớ nghiệm
Cỏc thụng số về vật liệu được sử dụng trong phõn tớch này được căn cứ theo kết quả thớ nghiệm nếu thớch hợp, hoặc cỏc thụng số giả định được căn cứ theo loại vật liệu nhiệt đới tương tự được dựng xõy dựng cỏc đập tương tự ở khu vực khớ hậu nhiệt đới. Cỏc thụng số về khả năng chịu lực sẽ được xỏc định và cụng tỏc phõn tớch sự ổn định của cụng trỡnh sẽ được đỏnh giỏ lại khi điều kiện và thụng số về đất của khu vực mỏ được cung cấp.
Đỏnh giỏ tỡnh hỡnh địa chấn
Thụng tin về tỡnh hỡnh địa chất khu vực Bồng Miờu là rất ớt, tuy nhiờn nú cũng cho thấy rằng hoạt động địa chấn ở đõy rất thấp. Đỏnh giỏ về tỡnh hỡnh địa chấn đó được trỡnh bày trong Bỏo cỏo Nghiờn cứu khả thi Phước Sơn và được túm tắt như sau:
“Cụng tỏc đỏnh giỏ địa chấn được thực hiện dựa trờn việc kiểm tra chộo kết quả từ những nguồn thụng tin khỏc nhau. Bản danh sỏch cỏc nguồn thụng tin dưới đõy được xắp xếp theo trỡnh tự phổ thụng và độ tin cậy nhất.
• Bản đồ dự bỏo nguy cơ địa chấn toàn cầu.
• Căn cứ theo bản đồ dự bỏo nguy cơ địa chấn toàn cầu, chương trỡnh đỏnh giỏ nguy cơ địa chấn toàn cầu (GSHAP, 1999) đó xỏc định được chấn động đỉnh theo phương ngang đến khu vực dự ỏn cú chu kỳ trở lại là 475 năm và khu vực này nằm trong dẫy hoạt động từ 0.02g đến 0.04g.
• Căn cứ theo tài liệu của Uniform Building Code, Tp. Hồ Chớ Minh được xếp vào vựng 0, đõy là vựng cú hoạt động địa chấn thấp nhất. Chương trỡnh GSHAP xếp Tp. Hồ Chớ Minh vào nằm cựng vựng với khu dự ỏn. Điều đú cú nghĩa là nguy cơ xảy ra địa chấn tại khu vực dự ỏn là rất thấp.
Vỡ khu vực dự ỏn nằm ở vựng 0 và nằm tương đối xa cỏc vựng lõn cận, đõy là lý do để thiết kế đập với gia tốc địa chấn là 0.04g PGA.
Căn cứ theo số liệu của Trung tõm thụng tin động đất quốc gia Mỹ (NEIC) về cỏc đợt địa chấn lớn trong lịch sử từ năm 1973 đến 1999 trong bỏn kớnh 500km của khu vực dự ỏn chỉ cú một đợt địa chấn lớn xảy ra trong bỏn kớnh cỏch khu mỏ 300 km với cường độ 3.8 độ Richter cỏch khu vực dự ỏn 110km.Sự kiện này khụng được
cho là cú thể gõy ra dịch chuyển đất tại khu vực dự ỏn. Sỏu đợt địa chấn khỏc cú cường độ R = 4.7 đó xảy ra trong vũng bỏn kớnh 500km so với khu vực dự ỏn, tuy nhiờn khụng gõy ra bất kỳ tỏc động nào đến khu vực dự ỏn.
Nhưng do mục đớch thiết kế, cỏc cụng trỡnh xõy dựng phải cú khả năng chịu được gia tốc địa chấn PGA = 0.04g. Với giỏ trị gia tốc này, chu kỳ lặp của địa chấn là 475 năm và đõy cũng là giỏ trị phổ biến được sử dụng trong cỏc thiết kế của hầu hết cỏc cụng trỡnh.”
Mặc dự khụng được xem là cú khả năng xảy ra, tuy nhiờn đỏnh giỏ về cỏc nguồn địa chấn cú khả năng tỏc động cực lớn đến sự ổn định của đập với giỏ trị gia tốc bằng 0.12 g (xấp xỉ 10000 năm mới xuất hiện một lần) đó được thực hiện và được phõn tớch trong trường hợp 6.
Phương phỏp phõn tớch độ ổn định
Cụng tỏc phõn tớch đụ ổn định đó được thực hiện và là một phần cụng việc của bỏo cỏo này bằng chương trỡnh vi tớnh Slope W. Chương trỡnh này sử dụng phương trỡnh cõn bằng giới hạn để tớnh toỏn cỏc yếu tố an toàn cho cỏc cụng trỡnh đập và tường chắn . Phương phỏp phõn tớch theo khả năng hỡnh thành cung trượt của Bishop đó được sử dụng để phõn tớch từng phần của cung trượt. Phương phỏp phõn tớch Wedge Failure cũng đó được sử dụng để phõn tớch cỏc mặt trượt đặc trưng.
Cỏc trường hợp phõn tớch độ ổn định của thõn đập trong trường hợp được xõy dựng đến độ cao tổng thể
Theo thiết kế đập số 1 cú thể được xõy đến độ cao tổng thể RL = 107m theo phương ỏn xõy dựng hoàn chỉnh ngay từ ban đầu. Bảng 2 tổng kết cỏc trường hợp tải (1-6) đó được kiểm nghiệm để đỏnh giỏ thõn đập.
Bảng 5.2: Cỏc trường hợp phõn tớch độ ổn định của đập với cao độ tổng thể Trường
hợp tải Chỳ thớch
TH1 Đỉnh đập chớnh với cao độ RL=107m, đập chỉ chịu tải trọng bản thõn, cung trượt về phớa thượng lưu
TH1A Giống như TH1 nhưng chịu thờm hoạt tải do động đất. Gia tốc ngang = 0.06g (tương ứng với chu kỳ lặp 500 năm/lần) đó được sử dụng để tớnh toỏn những ảnh hưởng của cỏc nguồn địa chấn cú khả năng tỏc động đến sự ổn định của đập.
TH2 Đỉnh đập chớnh với cao độ RL=107m, đập chỉ chịu tải trọng bản thõn, cung trượt về phớa hạ lưu
TH2A Giống như TH2 tuy nhiờn tựy thuộc vào cường độ của địa chấn. Gia tốc ngang = 0.06g (tương ứng với chu kỳ lặp 500 năm/ lần) đó được sử dụng để tớnh toỏn cỏc cường độ địa chấn cú khả năng tỏc động
đến sự ổn định của đập.
TH3* Đỉnh đập chớnh với cao độ RL=107m, trong điều kiện quỏ tải, cung trượt về phớa hạ lưu
TH3A Giống như TH3 tuy nhiờn phụ thuộc vào độ lớn của hoạt tải do động đất. Gia tốc ngang bằng 0.06 g (tương ứng với chu kỳ lặp 500 năm /lần) đó được sử dụng để tớnh toỏn cường độ địa chấn cú khả năng tỏc động đến sự ổn định của đập.
TH4 Đỉnh đập chớnh với cao độ RL=107m, trong điều kiện quỏ tải, chịu thờm hoạt tải ngắn hạn do nước mưa tụ lại trong đập, cung trượt về phớa hạ lưu
TH4A Giống như TH4 tuy nhiờn phụ thuộc vào độ lớn của hoạt tải do địa chấn địa chấn. Gia tốc ngang bằng 0.06 g (tương ứng với chu kỳ lặp là 500 năm /lần) đó được sử dụng để tớnh toỏn cường độ địa chấn cú khả năng tỏc động đến sự ổn định của đập.
TH5 Độ cao của đỉnh đập chớnh RL=107m, trong điều kiện hoạt động quỏ tải, cung trượt hỡnh nờm về phớa hạ lưu
TH5A Giống như TH5 tuy nhiờn phụ thuộc vào độ lớn của hoạt tải do độ của địa chấn. Gia tốc ngang bằng 0.06 g (tương ứng với chu kỳ lặp là 500 năm /lần) đó được sử dụng để tớnh toỏn cường độ địa chấn cú khả năng tỏc động đến sự ổn định của đập.
TH6 Giống như TH5 tuy nhiờn phụ thuộc vào cường độ của địa chấn. Gia tốc ngang bằng 0.12 g (tương ứng với chu kỳ lặp là 10.000 năm/lần) đó được sử dụng để phõn tớch độ lớn của hoạt tải do địa chấn cú khả năng tỏc động nghiờm trọng đến sự ổn định của đập.
Cần chỳ ý rằng trong phần đỏnh giỏ tỏc động địa chấn, cỏc nguồn địa chấn cú khả năng tỏc động đến sự ổn định của đập đó được đỏnh giỏ theo cỏc trường hợp khỏc với gia tốc ngang = 0.04g, tuy nhiờn mục đớch của đỏnh giỏ này là phõn tớch cỏc nguồn địa chấn để đảm bảo an toàn và do đú gia tốc địa chấn đó được làm tăng lờn đụi chỳt so với thực tế là 0.06g. Tất cả cỏc địa chấn cú khả năng cao nhất tỏc động đến sự ổn định của đập đó được đỏnh giỏ ở mức gia tốc ngang ở mức 0.12g, cú chu kỳ lặp là 10.000 năm/lần, xem trường hợp 6.
Kết quả phõn tớch sự ổn định của cụng trỡnh đập với độ cao tổng thể được trỡnh bày trong bảng 5.3.
Bảng 5.3 Kết quả phõn tớch tớnh ổn định của đập Trường hợp
Hệ số vượt tải Hệ số an toàn vượt tải tối thiểu theo tiờu chuẩn*
TH1 1.60 (thượng lưu) 1.50*
TH2 2.19 (hạ lưu) 1.50* TH2A 1.90 (hạ lưu) 1.10* TH3 1.92 1.50* TH3A 1.65 1.10* TH4 1.59 1.50* TH4A 1.36 1.10* TH5 2.81 1.50* TH5A 2.31 1.10* TH6 1.28 1.10*
Ghi chỳ: * Hệ số an toàn được đề nghị theo tiờu chuẩn ANCOLD(1992)2.
Kết quả phõn tớch sự ổn định chỉ ra rằng cỏc trường hợp đó được phõn tớch (TH1-6) ỏp dụng rất đầy đủ giỏ trị của hệ số an toàn khi so sỏnh với hệ số an toàn tối thiểu được đề nghị trong tiờu chuẩn ANCOLD (1992)2, đối với cả trường hợp hoạt động bỡnh thường và trường hợp xảy ra địa chấn. Kết quả phõn tớch cỏc trường hợp từ 2 đến 4 cho thấy rằng mỏi đất bị trượt khụng cú chõn ngập sõu qua hết xuống phần múng của đập mà chỉ chỉ năm trong khoảng thõn đập, và mặt dưới của cung trượt sẽ thẳng hàng với bề mặt của tầng tiờu nước hạ lưu. Để xỏc định sự thống nhất của đập, một mỏi trượt hỡnh nờm ở phần tầng lọc đó được đỏnh giỏ như chi tiết trong TH5 và 5A. Kết quả phõn tớch trường hợp 6, đó kiểm nghiệm đập theo cỏc cường độ địa chấn cú khả năng lớn nhất tỏc động đến sự ổn định của đập kết hợp với điều kiện trong đập cú chứa nước, hệ số an toàn theo thớ nghiệm này là 1.05 thấp hơn hệ số vượt tải thấp nhất theo tieu chuẩn ANCOLD là 1.10, hệ số an toàn này cú thể trỏnh được bằng cỏch đảm bảo rằng khụng cho nước tớch tụ lại trờn bề mặt của khu chứa thải trong điều kiện hoạt động khụng bỡnh thường.
Cỏc trường hợp phõn tớch tớnh ổn định của đập trong phương ỏn xõy dựng nhiều giai đoạn.
Theo thiết kế cũng đó tớnh toỏn đến khả năng cho phộp phộp xõy dựng đập chớnh (Đập 1 trong hai giai đoạn. Giai đoạn 1, đập sẽ được xõy dựng đến độ cao RL= 102m, được coi là giai đoạn 1 của chương trỡnh xõy dựng ban đầu và giai đoạn 2 đập sẽ được xõy dựng đến cao độ tổng thể như thiết kể RL=107m. Cỏc trường hợp phõn tớch sự ổn định của đập được lập trong bảng 4 (trường hợp 7-9) đú là những trường hợp đó được kiểm tra đỏnh giỏ độ ổn định của thõn đập theo mặt cắt ngang của giai đoạn 1.
Bảng 5.4. Cỏc trường hợp phõn tớch sự ổn định cụng trỡnh đập giai đoạn 1
TH7 Cao độ đập chớnh giai đoạn 1 RL=102m, đập chỉ chịu tải trọng bản thõn, cung trượt về phớa thượng lưu
TH7A Giống như TH7 tuy nhiờn tựy thuộc vào độ lớn của hoạt tải do địa chấn. Gia tốc ngang = 0.06g (tương ứng với chu kỳ lặp là 500 năm/ lần) đó được sử dụng để tớnh toỏn cỏc cường độ địa chấn cú khả năng tỏc động đến sự ổn định của đập.
TH8 Cao độ đập chớnh giai đoạn 1 RL=102m, đập chỉ chịu tải trọng bản thõn, cung trượt về phớa hạ lưu
TH9 Đỉnh đập chớnh giai đoạn 1 với cao độ RL=102m, trong điều kiện hoạt động quỏ tải, do chịu thờm hoạt tải ngắn hạn gõy ra bởi nước