3.2.1.1. Đập đất.
Phần bê tông bảo vệ mái thượng lưu bị chuyển vị lún dài 17m, khe hở dọc tại khớp nối giữa các tấm bê tông rộng từ (1,5-2)cm (phần lòng sông).
Khe lún tường chắn sóng tại vị trí cách đầu đập phía hữu 115m đã chuyển vị, độ hở lớn nhất 7mm.
Trên mặt đập tại vị trí cách đầu đập phía hữu 101m có vết nứt hình chữ Y, dài 14,1m, rộng từ (1,0-1,5)cm. Vết nứt ngang đập cắt chéo so với tim đập dài 4,7m và có bề rộng khe nứt chỗ lớn nhất rộng tới 1,7cm, đã đào hết lớp bê tông mặt bộc lộ phần đất để kiểm tra, kết quả thấy phần đất đắp dưới lớp mặt bê tông khe nứt không rõ.
3.2.1.2. Tràn xã lũ.
Mùa mưa năm 2010 đã làm bong hỏng 24 đoạn mố nhám. Mùa lũ năm 2011 lốc tiếp 56 mố và đã sữa chữa tháng 4/2012, nước bị tràn qua tường bên bờ hữa khi xả lũ. Bờ hữu của tràn cuối bể tiêu năng, chân tường bể có 2 lỗ có nước chảy ra mạnh, có lỗ này đã đặt ống nhựa và 1 lỗ φ6,5 khi thi công. Phía trước sân trước (gần tường cánh của phần đập) của tràn có hố xói sâu khoảng 1m.
3.2.1.3. Tuy nen eo Văn Liễn
- Thành tháp phía bờ hữu: 5 lỗ phun nước mạnh từ phía ngoài tháp vào trong tháp. Đường kính lỗ phun nước từ 15 – 20mm.
- Tường ngực: Diện tích mặt sau tường từ ∇24,50m xuống ∇17,80 có 7 lỗ phun nước đường kính từ 15 ÷20mm.
- Cánh cửa cống hở, ốp tỳ của cánh cửa cống đều hỏng và ổ khóa bị sứt bánh răng đĩa, nên vận hành khó khăn.
3.2.2. Điều kiện biên tính toán.
Căn cứ vào tài liệu thiết kế xác định được mặt cắt ngang đập Hao Hao như sau:
Hình 3.1:Cắt ngang đập Hao Hao
Căn cứ vào các tài liệu khảo sát địa chất, thông số của vật liệu được xác định ở trong bảng dưới đây.Các lớp đất đá được mô phỏng bằng mô hình tiêu biểu Mohr-Coulomb.
Bảng 3.2: Các thông sốcủa vật liệu
Thông số Lớp 2 Lớp 3 Lớp 4 Đơn vị
γ 20.5 18.5 24,0 kN/m3
K 7.3e-8 1.0e-5 5.0e-6 m/s
C 24.2 0.1 18,0 kPa
ϕ 22.9 30.0 22,0 O
Theo Quy chuẩn Việt nam (QCVN 04-05:2012/BNNPTNT) với chiều cao đập mà tác giả đang xét (Hđ = 20 ÷ 30m) thì đập thuộc công trình cấp II nên hệ số an toàn ổn định nhỏ nhất của mái đập [K] = 1,15. Đất đắp đập lấy gần đúng thuộc dạng á sét, công trình cấp II nên trị số građient cho phép ở khối đắp thân đập [J] = 0.75 [11].
3.3 Tính toán, đánh giá khả năng ổn định đập đất của hồ chứa Hao Hao
Theo hình 3.1 thì nhận thấy hồ chứa Hao Hao có chiều cao đập là 23,30m, nằm trong khoảng đập có chiều cao từ 20÷25m có chiều dày tầng thấp (T) là 10m. Áp dụng biểu đồ xây dựng được ở hình 2.6 mục 2.4 trong
luận văn có thể dự đoán được khả năng tích nước thêm của hồ chứa (tính từ mực nước lũ thiết kế) là 0,45m.
3.3.1. Tính toán ổn định với mực nước lũ thiết kế.
Với cao trình mực nước lũ thiết kế của hồ chứa nước Hao Hao là +26,9 m. Căn cứ vào tài liệu thiết kế và báo cáo khảo sát địa chất giai đoạn TKKT, sơ đồ hình học của mặt cắt ngang hồ Hao Hao được mô phỏng trong phần mềm tính toán geoslope như sau:
Hình 3.2: Mô phỏng mặt cắt ngang đập đất hồ chứa Hao Hao trong mô hình tính toán bằng phần mềm geoslope.
Tiến hành tính toán với các điều kiện biên đã nêu ở mục 3.2.2 cho đập đất hồ chứa nước Hao Hao ta có kết quả tính toán ở mực nước lũ thiết kế +26,90 được kết quả như bảng sau:
Bảng 3.3: Kết quả tính toán ổn định hồ chứa Hao Hao với MNLTK
(J1, J2, J3, J4 - giá trị gradient tại đáy chân khay phía thượng lưu và hạ lưu đập)
Gradien tại chân khay Kminmin Nhận xét (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
J1 J2 J3 J4
Hình 3.3: Kết quả tính thấm ứng với MNLTK = +26,90 m
Hình 3.4: Giá trị gradien tại đáy chân khay phía thượng lưu và hạ lưu đập với MNLTK = +26,90 m
Hình 3.5: Kết quả tính ổn định ứng với MNLTK = +26,90 m
Nhận xét: Với mực nước lũ thiết kế +26,90 m thì đập của hồ chứa nước Hao Hao vẫn đảm bảo ổn định.
3.3.2. Tính toán với mực nước +27,40 m.
Tính toán với trường hợp khả năng tích thêm nước ở hồ chứa Hao Hao là ΔH = 0,5m, như vậy cao trình MNLTK mới của hồ hiện giờ là +27,40 m.
Tiến hành tính toán với các điều kiện biên đã nêu ở mục 3.2.2 cho đập đất hồ chứa nước Hao Hao ta có kết quả tính toán ở mực nước lũ thiết kế mới là +27,4 được kết quả như bảng sau:
Bảng 3.4: Kết quả tính toán ổn định hồ chứa Hao Hao với mực nước +27,40 (J1, J2, J3, J4 - giá trị gradient tại đáy chân khay phía thượng lưu và hạ lưu
đập) Gradien tại chân khay
Kminmin Nhận xét
J1 J2 J3 J4
Hình 3.6: Kết quả tính thấm ứng với MNLTK = +27,40 m
Hình 3.7: Giá trị gradien tại đáy chân khay phía thượng lưu và hạ lưu đập với MNLTK = +26,90 m
Hình 3.8: Kết quả tính ổn định ứng với mực nước +27,40 m
Nhận xét: Với mực nước lũ thiết kế +27,40m thì đập của hồ chứa nước Hao Hao bắt đầu mất ổn định về thấm. Như vậy kết quả tính toán đưa ra ở mục 2.4 của luận văn này là tương đối chính xác, điềunày cũng làm sáng tỏ thêm khả năng sử dụng biểu đồ hình 2.6(Biểu đồ quan hệ giữa chiều cao đập (Hđ), chiều dày tầng thấm (T) và khả năng tích thêm nước của hồ chứa (∆H)) trong việc tra cứu sơ bộ khả năng tăng thêm dung tích của hồ chứa nước khu vực bắc miền trung ứng với trường hợp đập đất có thiết bị thoát nước dạng ống khói kết hợp với lăng trụ thoát nước.
3.4 Các giải pháp tăng sự ổn định của đập đất.
3.4.1. Lựa chọn giải pháp tăng sự ổn định cho đập đất của hồ chứa Hao Hao. Hao.
Như đã trình bày ở mục 2.5.của luận văn, hiện nay với sự tiến bộ của công nghệ hiện đại có nhiều phương pháp và công nghệ đã được áp dụng trong thực tế để làm tăng sự ổn định của đập đã cho hiệu quả tốt như:
- Công nghệ chống thấm bằng màng địa kỹ thuật (Geomembrane). - Công nghệ khoan phụt chống thấm. Công nghệ khoan phụt cao áp Jet- Grouting
- Công nghệ chống thấm bằng tường hào xi măng - Bentonite. - Nâng cao đập hiện trạng.
Tuy vậy mỗi phương pháp đều có các ưu điểm và nhược điểm khác nhau, do đó tùy vàotừng điều kiện thực tế mà lựa chọn các phương pháp đó cho phù hợp.
Với trường hợp cụ thể cho đập của hồ chứa nước Hao Hao, khi tăng tới mực nước ở cao trình +27,40 m (tăng thêm 0,5m so với MNLTK) thì đập bắt đầu bị mất ổn định thấm. Theo tài liệu địa chất ở dưới chân khay của đập là lớpvật liệusố 3 có đặc điểm: thành phần là cát hạt thô màu xám, xám trắng lẫn dăm sạn sỏi, kết cấu chặt vừa, có hệ số thấm tương đối cao k = 1.10-5
(m/s), do vậy lớp vật liệu số 3 là nguyên nhân lớn làm mất ổn định thấm tại chân khay của đập. Dựa vào các biện pháp làm tăng sự ổn định đập được đưa ra ở trên, tác giả nhận thấy với công trình đập đất của hồ chứa nước Hao Hao sử dụng công nghệ phụt cao áp Jet – grouting (Cọc xi măng đất ) là phù hợp nhất bởi công nghệ này có những đặc điểm sau:
- Có thể chống thấm cho nền là cát sỏi rời đến đất bùn sét. - Có thể xuyên qua cáclớp đất cứng hoặc các tấm bê tông.
- Khả năng xử lý sâu, thi công được trong điều kiện chật hẹp, công trình bị ngập nước, xử lý được phần nền dưới bản đáy.
Tuy vậy, ở hồ chứa Hao Hao có cao trình đỉnh đập là +28,10 m; cao trình MNLKT là 27,7 m ( độ cao an toàn a = 0,40 m), cao trình MNLTK là +26,90 m (nhỏ hơn MNLKT 0,80 m). Khi tăng MNLTK lên ΔH = 0,5m thì cần phải tính toán lại MNLKT, vì thời gian có hạn nên trong khuôn khổ luận văn này tác giả giả thiết MNLKT mới sẽ là +28,20m (tăng lên 0,5 m). Hồ chứa Hao Hao có đập đất là công trình cấp II, theo tiêu chuẩn TCVN-8216 (bảng 2 điều 6.1.3) [11] độ cao an toàn sẽ là a = 0,30m (tính với MNLKT) nên lúc này cao trình đỉnh đập của đập sẽ là +28,50 m (cộng thêm độ cao an toàn a = 0,30m). Do đó, với hồ chứa nước Hao Hao muốn tăng cao dung tích hồ chứa thì cần phải tiến hành nâng caođỉnh đập lên cao trình +28,50m.
Từ những phân tích như trên, với công trình đập đất của hồ chứa nước Hao Hao muốn tăng cao dung tích hồ chứa lên 0,5m nhưng vẫn đảm bảo đủ
điều kiện an toàn đập thì cần kết hợp 2 phương pháp đó là sử dụng công nghệ phụt cao áp Jet – grouting (cọc xi măng đất) và tiến hành nâng cao đỉnh đập lên cao trình +28,50 m. Giải pháp nâng cao trình là đắp áp trúc mái hạ lưu của đập và đống đá thoát nước theo hệ số mái cũ (hình 3.9)
3.4.2. Tính toán ổn định cho đập đất của hồ chứa Hao Hao với các giải pháp lựa chọn. pháp lựa chọn. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Khi tiến hành nâng cao đỉnh đập lên cao trình +28,50 m, tác giả giữ nguyên hệ số mái thượng lưu, hạ lưu, chiều rộng đỉnh đập, các cao trình cơ hạ lưu thượng lưu đập và cao trình lăng trụ thoát nước. Mặt cắt ngang đập của hồ chứa nước Hao Hao được thể hiện cụ thể ở hình 3.9 ( với các đường nét đứt là đỉnh đập, mái hạ lưu và lăng trụ thoát nước của đập trước khi chưa tiến hành nâng cao)
Hình 3.9: Mặt cắt ngang đập sau khi tiến hành phụt cao áp Jet – grouting và nâng cao cao trình đỉnh đập.
Tiến hành tính toán ổn định cho đập của hồ chứa Hao Hao, thông số của vật liệu được xác định ở trong bảng dưới đây.Các lớp đất đá được mô phỏng bằng mô hình tiêu biểu Mohr-Coulomb.
Bảng 3.5: Các thông số của vật liệu
Thông số Lớp 2 Lớp 3 Lớp 4 Cọc xi măng đất Đơn vị
γ 20.5 18.5 24,0 - kN/m3
k 7.3e-8 1.0e-5 5.0e-6 6,9.10-8 m/s
c 24.2 0.1 18,0 - kPa
ϕ 22.9 30.0 22,0 - o
Sau khi tính toán ổn định cho đập của hồ chứa Hao Hao, tác giả thu được các kết quả như sau:
Bảng 3.6: Kết quả tính toán ổn định sau khi xử lý ổn định đậpvới mực nước +27,40 m. (J1, J2, J3, J4 - giá trịgradient tại đáy chân khay phía thượng lưu
và hạ lưu đập) Gradien tại chân khay
Kminmin Nhận xét
J1 J2 J3 J4
0,545 0,22 0,223 0,010 1,821 Ổn định
Hình 3.10: Kết quả tính thấm sau khi xử lý ổn định ứng với MNLTK = +27,40 m
Hình 3.11: Giá trị gradien tại đáy chân khay phía thượng lưu và hạ lưu đập sau khi đã xử lý ổn định với MNLTK = +27,40 m
Hình 3.12: Kết quả tính ổn định đập sau khi đã xử lý ổn định ứng với mực nước +27,40 m
Nhận xét: Đối với đập của hồ chứa nước Hao Hao khi nâng mực nước thượng lưu lên cao trình +27,40m (tăng ΔH = 0,5m), sau khi sử dụng kết hợp 2 giải pháp là sử dụng công nghệ phụt cao áp Jet – grouting (cọc xi măng đất) và tiến hành nâng cao đỉnh đập lên cao trình +28,50 m thì đập đảm bảo điều kiện ổn định.
3.5 Kết luận chương 3
- Trong điều kiện biến đổi khí hậu và nhu cầu dùng nước khu vực hạ du
tăng lên hiện nay thì vấn đề tăng thêm dung tích hồ chứa là cần thiết. Hồ chứa nước Hao Hao Thanh Hóa là một trong những công trình điển hình và quan trọng của khu vực Bắc Miền Trung do đó nhu cầu tăng thêm dung tích hồ chứa nước tại đây là vô cùng cấp thiết.
- Song song với việc nâng cao dung tích hồ chứa của hồ Hao Hao thì cũng cần phải đảm bảo yêu cầu an toàn đập tại đây.Hiện nay với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ đã có nhiều biện pháp làm tăng sự ổn định của các công trình đập đất đã xây dựng, tuy vậy mỗi phương pháp đều có các ưu điểm và nhược điểm khác nhau, do đó tùy vào từng điều kiện thực tế mà lựa chọn các phương pháp đó cho phù hợp.
- Với điều kiện thực tế hiện nay tại hồ chứa nước Hao Hao chỉ có thể nâng được mực nước thượng lưu tối đa lên thêm 0,45m là công trình bắt đầu
mất ổn định. Sử dụng giải pháp làm tăng sự ổn định đập đó là sử dụng công
nghệ phụt cao áp Jet – grouting (cọc xi măng đất) và tiến hành nâng cao đỉnh đập lên cao trình +28,50m thì mực nước thượng lưu có thể nâng lên thêm được 0,50m.
CHƯƠNG IV
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ I. Những kết quả đã đạt được
Trong luận văn này tập trung nghiên cứu ảnh hưởng biến đổi mực nước thượng lưu đến ổn định của đập đất khu vực bắc miền Trung. Từ các kết quả nghiên cứu có thể rút ra được các kết luận sau:
1. Khu vực Bắc Trung Bộ là khu vực thường xuyên chịu ảnh hưởng của lũ lụt, các công trình hồ chứa chủ yếu là sử dụng đập vật liệu địa phương với chiều cao đập chủ yếu là từ 20 – 30m. Mặc dù đã có nhiều hồ chứa được xây dựng nơi đây nhưng phần lớn đều được xây dựng vào những năm 70 – 80, khi mà điều kiện và khả năng xây dựng lúc bây giờ còn khó khăn, nên với hiện tượng thiên tai bất thường, mực nước thượng lưu đập cao hơn so với mực nước thiết kế đã gây ra nhiều sự cố về đập. Nguyên nhân mất ổn định đập một phần là do biến đổi mực nước thượng lưu đập, mực nước thượng lưu tăng đột ngột ngoài dự báo, ban quản lý vận hành đập phải mở xả toàn bộ để tránh đập bị vỡ. Đã xảy ra trường hợp, khả năng xả tràn của đập chậm hơn lượng nước đổ, khiến đập bị vỡ như đập Đồng Đáng, huyện Tĩnh Gia, Thanh Hóa... (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
2. Qua các số liệu thu thập thì các công trình đập tạo hồ Khu vực Bắc Trung Bộ chủ yếu là đất. Kết cấu đập đất đa dạng, tuy nhiên qua thu thập số liệu thực tế một số hồ chứa ở Bắc miền trung thì kết cấu mặt cắt điển hình có 2 dạng chính: đập đồng chất có thiết bị chống thấm dưới nền là chân khay, thiết bị thoát nước thân đập là lăng trụ thoát nước và đập có thiết bị chống thấm dưới nền là chân khay, thiết bị thoát nước thân đập ống khói kết hợp với lăng trụ thoát nước.
3. Qua quá trình tính toán nghiên cứu ảnh hưởng của mực nước thượng lưu tới sự ổn định của đập đất có thể rút ra được một số kết luận sau:
- Khi nâng cao dung tích hồ chứa cần phải xem xét đến đặc điểm của tầng thấm nước T (lớp nền), nếu không sẽ gây mất ổn định đập.
- Tầng thấm nước T (lớp nền) ảnh hưởng đến khả năng nâng cao dung tích hồ chứa, tầng thấm càng lớn thì khả năng nâng cao dung tích càng ít.
- Với đập càng cao thì giá trị gradient càng cao và hệ số ổn định càng thấp. Điều đó chứng tỏ rằng với đập càng cao thì khả năng tăng dung tích hồ chứa càng thấp.
- Biểu đồ hình 2.6 là biểu đồ quan hệ giữa chiều cao đập (Hđ), chiều dày tầng thấm (T) và khả năng tích thêm nước của hồ chứa (∆H) được xây dựng dựa trên các cơ sở khoa học và thực tiễn diễn ra ở khu vực Bắc Miền Trung ứng với đập đất có thiết bị thoát nước là ống khói kết hợp với lăng trụ thoát nước. Biểu đồ này có thể dùng làm tài liệu tham khảo đánh giá sơ bộ về khả năng tích nước thêm của từng hồ chứa từ đó có giải pháp công trình cụ thể để đập đầu mối làm việc an toàn.Ngoài ra, đối với loại đập chất có thiết bị thoát nước là lăng trụ thì có thể tham khảo thêm tài liệu đã nghiên cứu trước [8] (thể hiện ở hình 2.3) trong luận văn này để tra cứu khả năng nâng cao