Tài liệu Nghiên cứu đề xuất biện pháp đảm bảo an toàn đập đa tôn, tỉnh đồng nai

LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả. Các kết quả nghiên cứu và các kết luận trong luận văn là trung thực, không sao chép từ bất kỳ một nguồn nào và dƣới bất kỳ hình thức nào. Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã đƣợc thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định. Tác giả luận văn Dƣ Đình Tùng i LỜI CÁM ƠN Qua quá trình đƣợc đào tạo và rèn luyện bản thân tại mái trƣờng Đại học Thuỷ lợi, cùng với sự hƣớng dẫn khoa học tận tình của các thầy, cô và sự động viên giúp đỡ của gia đình, đồng nghiệp, các bạn hữu, luận văn thạc sĩ: “Nghiên cứu đề xuất biện pháp đảm bảo an toàn đập Đa Tôn, tỉnh Đồng Nai” đã đƣợc hoàn thành. Tác giả xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của các thầy giáo, cô giáo của trƣờng Đại học Thuỷ lợi trong thời gian học tập tại đây, sự quan tâm giúp đỡ của Ban lãnh đạo Công ty tƣ vấn 11, gia đình, bạn bè đồng nghiệp trong công tác và học tập để tác giả hoàn thành luận văn này. Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS. Nguyễn Cảnh Thái, các thầy cô giáo trong Khoa Công Trình trƣờng Đại học Thuỷ lợi đã tận tình hƣớng dẫn và cung cấp các tài liệu cần thiết cho luận văn này. Hà Nội, ngày tháng Dƣ Đình Tùng ii năm 2017 MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH ...................................................................................vi DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU .................................................................................. x MỞ ĐẦU ....................................................................................................................... 1 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ AN TOÀN ĐẬP VÀ CÁC GIẢI PHÁP.................... 3 1.1. Tổng quan về tình hình xây dựng đập ở Việt Nam ................................................. 3 1.1.1. Sự phát triển hồ đập ở Việt Nam [1] ............................................................. 3 1.1.2. Đập vật liệu địa phƣơng ở Việt Nam ............................................................. 4 1.2. Khái quát về các vấn đề sự cố gây hƣ hỏng đập. .................................................... 6 1.2.1. Tổng quan về sự cố công trình thủy lợi. .................................................... 6 1.2.2. Đặc điểm làm việc của đập đất ..................................................................... 7 1.2.3. Đặc điểm về sự cố của đập đất [2] [3] ....................................................... 8 1.2.3.1. Lũ tràn qua đỉnh đập .................................................................................. 9 1.2.3.2. Thấm mạnh hoặc sủi nƣớc ở nền đập ......................................................... 9 1.2.3.3. Thấm mạnh hoặc sủi nƣớc ở vai đập, thân đập, mang công trình. ............ 10 1.2.3.4. Nứt ngang đập. ......................................................................................... 11 1.2.3.5. Nứt dọc đập. ............................................................................................. 11 1.2.3.6. Nứt nẻ sau mặt hoặc mái đập. .................................................................. 12 1.2.3.7. Trƣợt sâu mái thƣợng lƣu. ........................................................................ 12 1.2.3.8. Trƣợt sâu mái hạ lƣu ................................................................................ 13 1.2.3.9. Hƣ hỏng do mối. ...................................................................................... 14 1.2.3.10. Hƣ hỏng do công tác xây lắp .................................................................. 14 1.3. Một số giải pháp xử lý công trình. .................................................................... 15 1.3.1. Sự cố công trình hồ đập [4] ......................................................................... 15 1.3.1.1. Sự cố Đập Suối Hành: .............................................................................. 15 1.3.1.2. Sự cố đập Suối Trầu: ................................................................................ 15 1.3.1.3. Sự cố đập Phú Ninh: ................................................................................ 15 1.3.1.4. Sự cố đập hồ Hội Sơn: ............................................................................. 16 1.3.2. Giải pháp xử lý chống thấm công trình thủy lợi. ......................................... 16 1.3.2.1. Chân khay chống thấm. [5] [6] [7] ........................................................... 16 1.3.2.2. Tƣờng chống thấm bằng cừ thép. ............................................................. 17 iii 1.3.2.3. Tƣờng chống thấm bentonite. [8] [9] [10] ............................................... 17 1.3.2.4. Tƣờng chống thấm cứng. ......................................................................... 18 1.3.2.5. Tƣờng chống thấm bê tông – bentonite dẻo. ............................................ 18 1.3.2.6. Khoan phụt. [11] [12] .............................................................................. 19 1.3.2.7. Khoan phụt cao áp (Jet – grouting). [13] ................................................. 20 1.4. Kết luận chƣơng 1. ........................................................................................... 21 CHƢƠNG 2: CÁC LÝ THUYẾT VỀ ĐÁNH GIÁ THẤM VÀ ỔN ĐỊNH ĐẬP ....... 23 2.1. Các phƣơng pháp tính thấm. [14] ..................................................................... 23 2.1.1. Phƣơng pháp giải tích – cơ học chất lỏng. .................................................. 23 2.1.2. Phƣơng pháp mô hình ................................................................................. 24 2.1.3. Phân tích thấm bằng mô hình số ................................................................. 26 2.1.3.1. Phân tích thấm bằng mô hình sai phân hữu hạn ....................................... 26 2.1.3.2. Phân tích thấm bằng mô hình phần tử hữu hạn. [15] [16] ........................ 27 2.1.3.3. Giải bài toán thấm bằng phƣơng pháp PTHH .......................................... 31 2.1.3.4. Lựa chọn và phân tích dòng thấm, ổn định bằng phần mềm .................... 38 2.2. Vấn đề về tính toán ổn định mái. ...................................................................... 40 2.3. Kết luận chƣơng 2. ........................................................................................... 42 CHƢƠNG 3: ỨNG DỤNG ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG VÀ GIẢI PHÁP XỬ LÝ AN TOÀN ĐẬP ĐA TÔN ................................................................................................. 43 3.1. Giới thiệu chung ............................................................................................... 43 3.1.1. Tổng quan ................................................................................................... 43 3.1.2. Tài liệu địa chất thiết kế. ............................................................................ 45 3.2. Hiện trạng và đánh giá nguyên nhân................................................................. 53 3.2.1. Đánh giá hiện trạng thấm, ổn định của công trình ...................................... 53 3.2.3. Phân tích thấm, ổn định đập theo điều kiện hiện trạng. ............................... 55 3.2.3.1. Số liệu tính toán ...................................................................................... 55 3.2.3.2. Trƣờng hợp tính toán thấm và ổn định..................................................... 56 3.2.4. Đánh giá mức độ an toàn của công trình..................................................... 61 3.3. Đề xuất các giải pháp xử lý thấm cho đập Đa Tôn. .............................................. 61 3.3.1. Tƣờng nghiêng, sân phủ thƣợng lƣu đập:.................................................... 62 iv 3.3.2. Tạo màng chống thấm lõi giữa bằng phƣơng pháp khoan phụt dịch sét – xi măng. [21] ............................................................................................................. 62 3.3.3. Tạo màng chống thấm lõi giữa bằng phƣơng pháp thi công cọc xi măng đất (Jet-grouting). [22] ................................................................................................ 63 3.3.4. Tƣờng hào đất – Bentonite ......................................................................... 63 3.4. Tính toán thấm, ổn định ứng với các giải pháp xử lý chủ yếu........................... 63 3.4.1 Xử lý thấm bằng phƣơng pháp khoan phụt dịch sét – xi măng. .................. 63 3.4.1.1. Các thông số tính toán .............................................................................. 64 3.4.1.2. Tính toán xử lý thấm, ổn định đập; .......................................................... 64 3.4.1.3. Kết quả tính toán ...................................................................................... 67 3.4.2 Xử lý thấm bằng khoan phụt cao áp Jet-Grouting. ...................................... 67 3.4.2.1. Các thông số tính toán .............................................................................. 67 3.4.2.2. Tính toán xử lý thấm, ổn định đập. .......................................................... 68 3.4.2.3. Kết quả tính toán ...................................................................................... 70 3.4.3 Xử lý thấm bằng hào đất - Bentonite. ......................................................... 71 3.4.3.1. Các thông số tính toán .............................................................................. 71 3.4.2.2. Tính toán xử lý thấm, ổn định đập ........................................................... 71 3.4.2.3. Kết quả tính toán ...................................................................................... 73 3.5. Phân tích so sánh lựa chọn giải pháp phù hợp................................................... 74 3.5.1. Xây dựng tiêu chí lựa chọn. ........................................................................ 74 3.5.2. Đánh giá, lựa chọn phƣơng án .................................................................... 74 3.5.2.1. Đánh giá kết quả tính toán........................................................................ 74 3.5.2.2. Đánh giá theo tiêu chí lựa chọn ................................................................ 76 3.6. Kết luận chƣơng 3................................................................................................. 78 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..................................................................................... 79 Các kết quả đạt đƣợc của luận văn............................................................................... 79 Một số điểm tồn tại ...................................................................................................... 79 Kiến nghị. .................................................................................................................... 80 TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................... 81 PHỤ LỤC .................................................................................................................... 81 v DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Biểu đồ phân bố hồ chứa nƣớc toàn quốc (dung tích > 200.000m3) ............. 3 Hình 1.2: Hồ Tràng Vinh tỉnh Quảng Ninh dung tích 75 triệu m3. ............................... 5 Hình 1.3: Hồ Tả Trạch tỉnh Thừa Thiên Huế với dung tích 646 triệu m3. .................... 5 Hình 1.4: Hồ Ea-Soup tỉnh Đắk Lắk có dung tích 147 triệu m3. ................................... 6 Hình 1.5: Hồ Dầu Tiếng tỉnh Tây Ninh Có dung tích 1110 triệu m3 ............................ 6 Hình 1.6: Nƣớc tràn qua đỉnh đập ................................................................................. 9 Hình 1.7: Mạch sủi hạ lƣu đập hồ chứa Am Chúa ....................................................... 10 Hình 1.8: Thấm mạnh qua thân đập Núi Cốc – Thái Nguyên...................................... 11 Hình 1.9: Nứt dọc thân đập Ea M‟rông do lún ............................................................ 12 Hình 1.10: Sạt trƣợt mái thƣợng lƣu đập Bản Chành .................................................. 13 Hình 1.11: Sạt trƣợt mái hạ lƣu đập ............................................................................ 14 Hình 1.12: Sự cố vỡ đập Ia Krêt do nƣớc thấm qua mang cống .................................. 14 Hình 1.13: Đập có tƣờng nghiêng và chân khay mềm (đất sét) ................................... 17 Hình 1.14: Đập có tƣờng chống thấm bằng cừ thép .................................................... 17 Hình 1.15: Quy trình xây dựng tƣờng hào Bentonite .................................................. 18 Hình 1.16: Một số công nghệ khoan phụt chống thấm cho công trình thủy lợi ........... 19 Hình 1.17: Sơ đồ khoan phụt có nút bịt. ...................................................................... 20 Hình 2.1: Sơ đồ lƣới sai phân ...................................................................................... 24 Hình 2.2: Sơ đồ thấm qua thân đập ............................................................................. 32 Hình 3.1: Bản đồ vị trí hồ chứa nƣớc Đa Tôn ............................................................. 43 Hình 3.2: Mặt bằng đập chính hồ Đa Tôn ................................................................... 50 Hình 3.3: Cắt ngang đập tại mặt cắt 1-1„ ..................................................................... 50 Hình 3.4: Cắt ngang đập tại mặt cắt 2-2„ ..................................................................... 51 Hình 3.5: Cắt ngang đập tại mặt cắt 3-3„ ..................................................................... 52 Hình 3.6: Ảnh mái thƣợng lƣu (Vị trí trắng là tổ mối). ............................................... 53 Hình 3.7: Ảnh mái đập ở xung quanh chân tháp lấy nƣớc bị lõm xuống. .................... 53 Hình 3.8: Ảnh hạ lƣu cống luôn ngập nƣớc khi đã đóng cửa cống .............................. 54 Hình 3.9: Ảnh nƣớc thấm ra tại mái hạ lƣu đập .......................................................... 55 Hình 3.10: Trƣờng hợp tính thấm khi hồ ở MNDBT .................................................. 57 Hình 3.11: Trƣờng hợp tính ổn định mái hạ lƣu khi hồ ở MNDBT ............................ 58 vi Hình 3.12: Trƣờng hợp tính thấm khi hồ ở MNDGC về MNC trong 2 ngày ............... 59 Hình 3.13: Trƣờng hợp tính ổn định mái thƣợng lƣu khi hồ ở MNDGC về MNC trong 2 ngày .......................................................................................................................... 59 Hình 3.14: Trƣờng hợp tính ổn định mái hạ lƣu khi hồ ở MNDBT có động đất.......... 59 Hình 3.15: Trƣờng hợp tính thấm khi hồ ở MNDGC .................................................. 60 Hình 3.16: Trƣờng hợp tính ổn định mái hạ lƣu khi hồ ở MNDGC .................................. 60 Hình 3.17: Sơ đồ thấm qua đập có tƣờng nghiêng + sân phủ....................................... 62 Hình 3.18: Trƣờng hợp tính thấm khi hồ ở MNDBT ................................................... 65 Hình 3.19: Trƣờng hợp tính ổn định mái hạ lƣu khi hồ ở MNDBT ............................. 65 Hình 3.20: Trƣờng hợp tính ổn định mái thƣợng lƣu khi hồ ở MNDGC về MNC trong 2 ngày .......................................................................................................................... 66 Hình 3.21: Trƣờng hợp tính ổn định mái hạ lƣu khi hồ ở MNDBT có động đất.......... 66 Hình 3.22: Trƣờng hợp tính thấm khi hồ ở MNDGC .................................................. 66 Hình 3.23: Trƣờng hợp tính ổn định mái hạ lƣu khi hồ ở MNDGC..............................67 Hình 3.24: Trƣờng hợp tính thấm khi hồ ở MNDBT................................................... .68 Hình 3.25: Trƣờng hợp tính ổn định mái hạ lƣu khi hồ ở MNDBT........................... ...68 Hình 3.26: Trƣờng hợp tính ổn định mái thƣợng lƣu khi hồ ở MNDGC về MNC trong 2 ngày.............................................................................................................................69 Hình 3.27: Trƣờng hợp tính ổn định mái hạ lƣu khi hồ ở MNDBT có động đất...........69 Hình 3.28: Trƣờng hợp tính thấm khi hồ ở MNDGC....................................................69 Hình 3.29: Trƣờng hợp tính ổn định mái hạ lƣu khi hồ ở MNDGC..............................70 Hình 3.30: Trƣờng hợp tính thấm khi hồ ở MNDBT................................................ ....71 Hình 3.31: Trƣờng hợp tính ổn định mái hạ lƣu khi hồ ở MNDBT........................... ...72 Hình 3.32: Trƣờng hợp tính ổn định mái thƣợng lƣu khi hồ ở MNDGC về MNC trong 2 ngày.............................................................................................................................72 Hình 3.33: Trƣờng hợp tính ổn định mái hạ lƣu khi hồ ở MNDBT có động đất........ ..72 Hình 3.34: Trƣờng hợp tính thấm khi hồ ở MNDGC............................................... ....73 Hình 3.35: Trƣờng hợp tính ổn định mái hạ lƣu khi hồ ở MNDGC..............................73 Hình 4.1: Trƣờng hợp tính thấm khi hồ ở MNDBT.................................................. ....83 Hình 4.2: Trƣờng hợp tính ổn định mái hạ lƣu khi hồ ở MNDBT............................. ...83 Hình 4.3: Trƣờng hợp tính thấm khi hồ ở MNDGC về MNC trong 2 ngày..................83 vii Hình 4.4: Trƣờng hợp tính ổn định mái thƣợng lƣu khi hồ ở MNDGC về MNC trong 2 ngày................................................................................................................................84 Hình 4.5: Trƣờng hợp tính ổn định mái hạ lƣu khi hồ ở MNDBT có động đất.......... ..84 Hình 4.6: Trƣờng hợp tính thấm khi hồ ở MNDGC......................................................84 Hình 4.7: Trƣờng hợp tính ổn định mái hạ lƣu khi hồ ở MNDGC................................85 Hình 4.8: Trƣờng hợp tính thấm khi hồ ở MNDBT.............................................. ........85 Hình 4.9: Trƣờng hợp tính ổn định mái hạ lƣu khi hồ ở MNDBT.......................... ......85 Hình 4.10: Trƣờng hợp tính thấm khi hồ ở MNDGC về MNC trong 2 ngày................86 Hình 4.11: Trƣờng hợp tính ổn định mái thƣợng lƣu khi hồ ở MNDGC về MNC trong 2 ngày.............................................................................................................................86 Hình 4.12: Trƣờng hợp tính ổn định mái hạ lƣu khi hồ ở MNDBT có động đất....... ...86 Hình 4.13: Trƣờng hợp tính thấm khi hồ ở MNDGC....................................................87 Hình 4.14: Trƣờng hợp tính ổn định mái hạ lƣu khi hồ ở MNDGC..............................87 Hình 4.15: Trƣờng hợp tính thấm khi hồ ở MNDBT............................................... .....88 Hình 4.16: Trƣờng hợp tính ổn định mái hạ lƣu khi hồ ở MNDBT............................. 88 Hình 4.17: Trƣờng hợp tính ổn định mái thƣợng lƣu khi hồ ở MNDGC về MNC trong 2 ngày.............................................................................................................................88 Hình 4.18: Trƣờng hợp tính ổn định mái hạ lƣu khi hồ ở MNDBT có động đất........ .89 Hình 4.19: Trƣờng hợp tính thấm khi hồ ở MNDGC....................................................89 Hình 4.20: Trƣờng hợp tính ổn định mái hạ lƣu khi hồ ở MNDGC..............................89 Hình 4.21: Trƣờng hợp tính thấm khi hồ ở MNDBT.....................................................90 Hình 4.22: Trƣờng hợp tính ổn định mái hạ lƣu khi hồ ở MNDBT............................ ..90 Hình 4.23: Trƣờng hợp tính ổn định mái thƣợng lƣu khi hồ ở MNDGC về MNC trong 2 ngày.............................................................................................................................90 Hình 4.24: Trƣờng hợp tính ổn định mái hạ lƣu khi hồ ở MNDBT có động đất........ 91 Hình 4.25: Trƣờng hợp tính thấm khi hồ ở MNDGC....................................................91 Hình 4.26: Trƣờng hợp tính ổn định mái hạ lƣu khi hồ ở MNDGC..............................91 Hình 4.27: Trƣờng hợp tính thấm khi hồ ở MNDBT.....................................................92 Hình 4.28: Trƣờng hợp tính ổn định mái hạ lƣu khi hồ ở MNDBT............................. 92 Hình 4.29: Trƣờng hợp tính ổn định mái thƣợng lƣu khi hồ ở MNDGC về MNC trong 2 ngày............................................................................................................. .............92 viii Hình 4.30: Trƣờng hợp tính ổn định mái hạ lƣu khi hồ ở MNDBT có động đất......... .93 Hình 4.31: Trƣờng hợp tính thấm khi hồ ở MNDGC....................................................93 Hình 4.32: Trƣờng hợp tính ổn định mái hạ lƣu khi hồ ở MNDGC..............................93 Hình 4.33: Trƣờng hợp tính thấm khi hồ ở MNDBT.....................................................94 Hình 4.34: Trƣờng hợp tính ổn định mái hạ lƣu khi hồ ở MNDBT............................ ..94 Hình 4.35: Trƣờng hợp tính ổn định mái thƣợng lƣu khi hồ ở MNDGC về MNC trong 2 ngày.............................................................................................................................94 Hình 4.36: Trƣờng hợp tính ổn định mái hạ lƣu khi hồ ở MNDBT có động đất........ 95 Hình 4.37: Trƣờng hợp tính thấm khi hồ ở MNDGC....................................................95 Hình 4.38: Trƣờng hợp tính ổn định mái hạ lƣu khi hồ ở MNDGC..............................95 Hình 4.39: Trƣờng hợp tính thấm khi hồ ở MNDBT................................................ ....96 Hình 4.40: Trƣờng hợp tính ổn định mái hạ lƣu khi hồ ở MNDBT............................. 96 Hình 4.41: Trƣờng hợp tính ổn định mái thƣợng lƣu khi hồ ở MNDGC về MNC trong 2 ngày.............................................................................................................................96 Hình 4.42: Trƣờng hợp tính ổn định mái hạ lƣu khi hồ ở MNDBT có động đất......... .97 Hình 4.43: Trƣờng hợp tính thấm khi hồ ở MNDGC....................................................97 Hình 4.44: Trƣờng hợp tính ổn định mái hạ lƣu khi hồ ở MNDGC.......................... ...97 Hình 4.45: Trƣờng hợp tính thấm khi hồ ở MNDBT............................................... ....98 Hình 4.46: Trƣờng hợp tính ổn định mái hạ lƣu khi hồ ở MNDBT............................. 98 Hình 4.47: Trƣờng hợp tính ổn định mái thƣợng lƣu khi hồ ở MNDGC về MNC trong 2 ngày.............................................................................................................................98 Hình 4.48: Trƣờng hợp tính ổn định mái hạ lƣu khi hồ ở MNDBT có động đất......... .99 Hình 4.49: Trƣờng hợp tính thấm khi hồ ở MNDGC....................................................99 Hình 4.50: Trƣờng hợp tính ổn định mái hạ lƣu khi hồ ở MNDGC..............................99 ix DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Các tỉnh đã xây dựng nhiều hồ chứa…………………………………………1 Bảng 1.2: Các hồ chứa thủy lợi, thủy điện quan trọng ………………………………....2 Bảng 3.1: Tổng hợp các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật chủ yếu.............................................42 Bảng 3.2: Tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý đất đắp và đất nền đập..................................... .46 Bảng 3.3: Các kích thƣớc cơ bản……………………………………………………...53 Bảng 3.4: Các chỉ tiêu cơ lý tính toán....……………………………………………... 54 Bảng 3.5: Tổng hợp các giá trị tính toán ứng với các trƣờng hợp.................................60 Bảng 3.6: Tổng hợp các giá trị Kminmin ứng với các trƣờng hợp tính toán............... .61 Bảng 3.7: Tổng hợp các giá trị tính toán ứng với các trƣờng hợp.................................67 Bảng 3.8: Tổng hợp các giá trị Kminmin ứng với các trƣờng hợp tính toán.............. ..67 Bảng 3.9: Tổng hợp các giá trị tính toán ứng với các trƣờng hợp.................................70 Bảng 3.10: Tổng hợp các giá trị Kminmin ứng với các trƣờng hợp tính toán.............. 70 Bảng 3.11: Tổng hợp các giá trị tính toán ứng với các trƣờng hợp...............................73 Bảng 3.12: Tổng hợp các giá trị Kminmin ứng với các trƣờng hợp tính toán............. .74 Bảng 3.13: Tổng hợp kết quả tính thấm của các phƣơng án chống thấm......................75 Bảng 3.14: Tổng hợp kết quả tính ổn định của các phƣơng án chống thấm..................75 Bảng 3.15: Bảng chi phí dự kiến của các phƣơng án chống thấm.................................78 x MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của Đề tài: Tỉnh Đồng Nai hầu nhƣ không có ao hồ tự nhiên mà chỉ có khoảng hơn 3.000ha đầm lầy, quanh năm ngập nƣớc và chƣa đƣợc khai thác đúng mức. Đến năm 1995, tỉnh Đồng Nai đã có 23 hồ, đập đƣợc xây dựng và đang phát huy hiệu quả nhƣ hồ Sông Mây, Suối Vọng , Đa Tôn…. Sự xuất hiện hồ nƣớc thay thế cho một vùng đất, rừng rộng lớn trƣớc đây đã tạo nên một cảnh quan mới, kéo theo sự thay đổi các yếu tố tiểu khí hậu. Hồ giúp điều tiết nƣớc trong mùa khô, đẩy lùi nƣớc mặn về phía hạ lƣu, tạo cơ hội tốt cho việc tăng vụ của các xã ven sông. Trong đó có Hồ chứa nƣớc Đa Tôn thuộc xã Thanh Sơn huyện Tân Phú tỉnh Đồng Nai, cách Thành phố Biên Hòa khoảng 80km về phía Đông Bắc. Tọa độ địa lý vị trí tim đập ở vào khoảng 11o19‟10‟‟ vĩ độ Bắc, 107o28‟20‟‟ kinh độ Đông. Công trình đƣợc khởi công xây dựng năm 1987 và hoàn thành đƣa vào khai thác năm 1989 với đập ngăn nƣớc đƣợc đắp bằng vật liệu đất tại chỗ (vật liệu địa phƣơng) đây là giải pháp kinh tế và hiệu quả nhất. Sau một thời gian vận hành khai thác đến nay, hồ Đa Tôn đã có nhiều hạng mục xuống cấp nên cần thiết phải nghiên cứu đánh giá nguyên nhân, đề xuất giải pháp xử lý an toàn cho hệ thống công trình Hồ chứa nƣớc Đa Tôn, Đồng Nai nói riêng, và từ đấy đề ra giải pháp đảm bảo an toàn cho hồ đập trong khu vực sau một thời gian vận hành khai thác nói chung. 2. Mục đích của Đề tài. - Dựa vào các báo cáo chuyên đề địa hình, địa chất để nghiên cứu các yếu tố tác động đến sự hình thành dòng thấm, chế độ thấm cũng nhƣ quá trình khảo sát, thiết kế, thi công để xác định nguyên nhân chính dẫn đến sự cố thấm qua đập Đa Tôn. - Đề xuất biện pháp xử lý đảm bảo an toàn và ổn định thấm cho đập Đa Tôn, tính toán kiểm tra bằng phần mềm Geo-Studio. - Đƣa ra kiến nghị về việc sử dụng các biện pháp tổng hợp nhằm đảm bảo an toàn thấm cho đập đất khi xây dựng tại khu vực tỉnh Đồng Nai nói riêng và khu vực nói chung. 1 3. Cách tiếp cận và phƣơng pháp nghiên cứu. a. Nội dung. - Thông qua việc nghiên cứu các sự cố về đập, các tài liệu của một số cơ quan Nghiên cứu, Khảo sát Thiết kế, Thi công và Quản lý xây dựng về các biện đảm bảo an toàn hồ đập. - Điều tra, thu thập tài liệu khảo sát, nghiên cứu thực địa tại hồ chứa nƣớc Đa Tôn, tỉnh Đồng Nai. b. Phƣơng pháp nghiên cứu. - Điều tra thu thập các hồ đập đã xây dựng xảy sự cố và biện pháp xử lý trong khu vực nghiên cứu. - Tổng hợp các nghiên cứu khoa học, các hội thảo về sự cố về đập đánh giá nguyên nhân và đề xuất các giải pháp công nghệ khắc phục. - Nghiên cứu lý thuyết, Dùng phƣơng pháp phần tử hữu hạn để phân tích kiểm tra thấm, Sử dụng phần mềm thƣơng mại tính toán cho công trình. - Nghiên cứu các tài liệu khảo sát, thiết kế, thi công. 4. Kết quả dự kiến đạt đƣợc. - Tìm ra các nguyên nhân chính gây ra sự cố mất ổn định, thấm qua thân đập hồ chứa nƣớc Đa Tôn. - Đề xuất giải pháp xử lý khắc phục sự cố thấm. - Đƣa ra những kiến nghị về quá trình khảo sát, thiết kế và thi công đảm bảo an toàn thấm cho các đập vật liệu địa phƣơng trong khu vực. 5. Cấu trúc của luận văn Chƣơng 1: Tổng quan về an toàn đập và các giải pháp. Chƣơng 2: Các lý thuyết về đánh giá thấm và ổn định đập. Chƣơng 3: Ứng dụng đánh giá hiện trạng và giải pháp xử lý an toàn đập Đa Tôn. 2 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ AN TOÀN ĐẬP VÀ CÁC GIẢI PHÁP 1.1. Tổng quan về tình hình xây dựng đập ở Việt Nam 1.1.1. Sự phát triển hồ đập ở Việt Nam [1] Việt Nam có hơn 2.360 con sông có chiều dài từ 10km trở lên, trong đó có 109 sông chính. Toàn quốc có 16 lƣu vực sông với diện tích lƣu vực lớn hơn 2.500km2. Tổng diện tích các lƣu vực sông trên cả nƣớc lên đến 1.167.000 km2, trong đó phần lƣu vực nằm ngoài diện tích lãnh thổ chiếm đến 72%. Tiềm năng khai thác hợp lý về thủy điện của cả nƣớc ƣớc khoảng 60 tỷ KWh. Có các hệ thống sông nhƣ sông Hồng, sông Đáy, sông Đồng Nai, sông Mê Kông, sông Cả, sông Mã… Điều kiện tự nhiên này thuận lợi trong việc xây dựng và khai thác các hồ chứa nƣớc để đáp ứng nhu cầu và năng lƣợng cho dân sinh và các ngành kinh tế. Tính đến 01/04/2014 chúng ta đã xây dựng đƣợc trên 6.080 hồ chứa các loại với tổng dung tích (thiết kế) hồ chứa thủy lợi là 12.477 triệu m3 trong đó có 560 hồ chứa có dung tích trữ nƣớc lớn hơn 3 triệu m3 hoặc đập cao trên 15m, 1752 hồ có dung tích từ 0,2 triệu đến 3 triệu m3 nƣớc, còn lại là những hồ đập nhỏ có dung tích dƣới 0,2 triệu m3 nƣớc. Tỉnh, Thành phố Hình 1.1: Biểu đồ phân bố hồ chứa nƣớc toàn quốc (dung tích > 200.000m3) 3 Nghệ An 625 Tỉnh Số hồ Bảng 1.1: Các tỉnh đã xây dựng nhiều hồ chứa Thanh Hòa Tuyên Bắc Đắc Hà Vĩnh Hóa Bình Quang Giang Lắc Tĩnh Phúc 618 521 503 461 439 345 209 Bình Định 161 Phú Thọ 124 1.1.2. Đập vật liệu địa phương ở Việt Nam Hầu hết các đập đã đƣợc xây dựng ở nƣớc ta là đập đất. Đất đắp đập đƣợc lấy tại chỗ gồm các loại đất: đất pha tàn tích sƣờn đồi, đất Bazan, đất ven biển miền Trung. Theo chiều cao đập có khoảng 20 lại khoảng 10 số đập là cấp III, hơn 70 là đập cấp IV và cấp V, còn là đập từ cấp II trở lên. Các đập đƣợc xây dựng thời kỳ trƣớc 1960 khoảng 6 , từ 1960 đến 1975 khoảng 44 , từ 1975 đến nay khoảng 50 . Phần lớn các đập đất đƣợc xây dựng theo hình thức đập đất đồng chất, mái thƣợng lƣu đƣợc bảo vệ bằng đá xếp, mái hạ lƣu trồng cỏ trong các ô đổ sỏi. Một số năm gần đây, công tác thiết kế, xây dựng đập đất đã sử dụng một số công nghệ mới nhƣ tƣờng lõi chống thấm bằng các tấm bê tông cốt thép liên kết khớp ở đập Tràng Vinh, thảm sét bentonite cho đập Núi Một, hào bentonite cho đập EaSosup - Đắk Lắk, hồ Dầu Tiếng… TT Lƣu vực sông 1 Hồng 2 3 4 Mã Cả Hƣơng Vu Gia Thu Bồn Trà Khúc Kôn - Hà Thanh 5 6 7 Bảng 1.2: Các hồ chứa thủy lợi, thủy điện quan trọng Số lƣợng Tên hồ chứa hồ chứa Sơn La, Hòa Bình, Thác Bà, Tuyên Quang, Huổi 8 Quảng, Bản Chát, Nậm Na 3 và Lai Châu 5 Cửa Đạt, Hủa Na, Trung Sơn, Pa Ma và Huổi Tạo 4 Bản Vẽ, Khe Bố, Bản Mồng và Ngàn Trƣơi-Cẩm Trang 4 Bình Điền, Hƣơng Điền, Tả Trạch và A Lƣới A Vƣơng, Đắk Mi 1, Đắk Mi 4, Sông Tranh 2, Sông 6 Bung 2 và Sông Bung 4 2 Đak Đrinh và Nƣớc Trong 3 8 Ba 5 9 Sê San 5 10 Srêpốk 6 11 Đồng Nai 13 Vĩnh Sơn A - Vĩnh Sơn B, Bình Định và Núi Một Sông Ba Hạ, Sông Hinh, Krông Hnăng, Ayun hạ và cụm hồ An Khê-Kanak Plêy Krông, Ialy, Sê San 4, Thƣợng Kon Tum Buôn Tua Srah, Buôn Kuốp, Srêpốk 3, Srêpốk 4, Srêpốk 7 và Đức Xuyên Dầu Tiếng, Trị An, Thác Mơ, Đơn Dƣơng, Hàm Thuận - Đa Mi - Cầu Đơn, Đại Ninh, Đồng Nai 2, Đồng Nai 3, Đồng Nai 4, Srok Phu Miêng và Phƣớc Hòa 4 Hình 1.2: Hồ Tràng Vinh tỉnh Quảng Ninh dung tích 75 triệu m3. Hình 1.3: Hồ Tả Trạch tỉnh Thừa Thiên Huế với dung tích 646 triệu m3. 5 Hình 1.4: Hồ Ea-Soup tỉnh Đắk Lắk có dung tích 147 triệu m3. Hình 1.5: Hồ Dầu Tiếng tỉnh Tây Ninh Có dung tích 1110 triệu m3 . 1.2. Khái quát về các vấn đề sự cố gây hƣ hỏng đập. 1.2.1. Tổng quan về sự cố công trình thủy lợi. Khi tìm hiểu các vấn đề về sự cố hƣ hỏng đập, chúng ta cần quan tâm tới đặc điểm của các công trình thủy lợi. Các công trình đó có những đặc điểm quan trọng sau: 6 - Cải tạo thiên nhiên, khai thác các mặt lợi và khắc phục các mặt có hại để phục vụ cho nhu cầu của con ngƣời. - Phải thƣờng xuyên đối mặt trực tiếp với sự tàn phá của thiên nhiên, trong đó có sự phá hoại thƣờng xuyên và phá hoại bất thƣờng. - Là kết quả tổng hợp và có quan hệ mật thiết về lao động của rất nhiều ngƣời trong lĩnh vực, bao gồm từ công tác quy hoạch, nghiên cứu khoa học, khảo sát, thiết kế, thi công và quản lý khai thác v.v… - Chứa đựng rất nhiều lĩnh vực khoa học kỹ thuật xây dựng khác nhau. - Vốn đầu tƣ thƣờng rất lớn. - Thời gian để hoàn thiện một công trình thủy lợi phải mất nhiều năm và hàng chục năm đối với công trình lớn. Tuổi thọ công trình là hàng chục năm đến hàng trăm năm theo cấp công trình, Những đặc điểm trên có ảnh hƣởng trực tiếp đến chất lƣợng của công trình thủy lợi, vì thế khi có vấn đề ở bất kỳ khâu nào, trong thời gian nào cũng có thể dẫn đến sự cố lớn hoặc nhỏ. Điều đó có nghĩa là các sự cố công trình thủy lợi có quan hệ mật thiết với những đặc điểm đã nêu trên. - Sự cố lớn thƣờng xảy ra đối với các công trình thủy công (đập đất, cống lấy nƣớc, tràn xả lũ). Sự cố lớn và nghiêm trọng thƣờng xảy ra khi gặp lũ cực lớn và trong quá trình thi công (vỡ đập Sông Mục – Thanh Hóa, Đập Cà Giây – Bình Thuận). Tuy nhiên có những sự cố không xảy ra khi hoàn thành công trình mà thƣờng là sau nhiều năm. Những sự cố lớn và nghiêm trọng thƣờng xảy ra rất đột ngột, trong một thời gian ngắn, không kịp ứng phó. - Hậu quả sự cố gây ra thƣờng là nghiêm trọng, việc xử lý rất tốn kém, gây ra tổn thất lớn về tính mạng, tài sản của nhân dân và tài sản quốc gia, có ảnh hƣởng xấu đếm tình hình kinh tế và tình hình xã hội. 1.2.2. Đặc điểm làm việc của đập đất Đập đất là công trình dâng nƣớc, xây dựng bằng các vật liệu địa phƣơng (đất, đá) nên 7 trong quá trình khai thác đập đất mang những đặc tính sau: - Đập đất là loại đập không tràn có nhiệm vụ dâng nƣớc và giữ nƣớc trong các hồ chức hoặc cùng với các loại đập khác tham gia nhiệm vụ dâng nƣớc trong hệ thống thủy lợi. - Có khối lƣợng lớn và chịu tác dụng của ngoại lực khá phức tạp, thân đập cần đảm bảo điều kiện chịu lực. Đặc biệt phải đảm bảo điều kiện ổn định chống trƣợt của hai mái dốc và nền. - Mái đập thƣợng lƣu thƣờng xuyên chịu tác động của sóng, gió trong hồ, mƣa gây sạt lở làm giảm khả năng ổn định của công trình. Vì vậy mái thƣợng lƣu đập cần có các biện pháp gia cố để bảo vệ. - Dòng thấm trong thân đập không chỉ làm giảm khả năng ổn định chống trƣợt của mái mà nó còn có thể gây xói ngầm làm hƣ hỏng công trình. Dòng thấm xuất hiện trong thân đập, nền đập, vai đập, tại các vị trí tiếp giáp của ra do gradient của dòng thấm lớn thƣờng gây ra hiện tƣợng trôi đất. Vì vậy, kết cấu đập phải bố trí các thiết bị lọc ngƣợc trong thân đập hoặc mái hạ lƣu đập. - Theo thời gian đập còn bị lún xuống do tác dụng của tải trọng bản thân và do quá trình cố kết thấm. 1.2.3. Đặc điểm về sự cố của đập đất [2] [3] Theo tài liệu thống kê cứ 100 hồ đã có dự án sửa chữa cải tạo hoặc nâng cấp thì 71 hồ có hiện tƣợng hƣ hỏng ở đập cần sửa chữa. Các hƣ hỏng xảy ra ở đập thƣờng là: - Do thấm gây ra nhƣ thấm mạnh, sủi nƣớc ở nền đập Đồng Mô - Hà Tây, Suối GiaiSông Bé, Vân Trục-Vĩnh Phúc… Thấm mạnh, sủi nƣớc ở vai đập Khe Chè-Quảng Ninh, Pa Khoang-Lai Châu, Sông Mây-Đồng Nai… Thấm mạnh ở nơi tiếp giáp với tràn hoặc cống nhƣ đập Vĩnh Trinh- Đà Nẵng, Dầu Tiếng-Tây Ninh… Loại hƣ hỏng biểu hiện do thấm chiếm khoảng 44,9%. - Hƣ hỏng thiết bị bảo vệ mái thƣợng lƣu. Khoảng 85 các đập đã xây dựng đƣợc bảo vệ mái bằng đá lát hoặc đá xây còn lại là tấm bê tông lắp ghép hoặc bê tông đổ tại chỗ. 8 Số đập có hƣ hỏng kết cấu bảo vệ mái chiếm 35,4%. - Các hƣ hỏng khác nhƣ sạt mái, lún không đều, nứt, tổ mối,… chiếm khoảng 19,7%. Có thể nói đập là hạng mục công trình quan trọng nhất ở công trình hồ chứa, những hƣ hỏng nặng ở đập dễ dẫn tới nguy cơ sự cố vỡ đập. Nguyên nhân các sự cố của đập nhƣ sau: 1.2.3.1. Lũ tràn qua đỉnh đập Do các nguyên nhân sau đây gây ra: - Tính toán thủy văn sai; - Cửa đập tràn bị kẹt; - Lũ vƣợt tần suất thiết kế, không có tràn dự phòng; - Đỉnh đập bị lún thấp hơn cao trình thiết kế. Hình 1.6: Nƣớc tràn qua đỉnh đập 1.2.3.2. Thấm mạnh hoặc sủi nước ở nền đập Do các nguyên nhân sau đây gây ra: - Đánh giá sai tình hình địa chất nền, để sót lớp thấm nƣớc mạnh không đƣợc xử lý‟ - Biện pháp xử lý nền không đƣợc đảm bảo; 9 - Chất lƣợng xử lý nền kém: Khoan phụt không đạt yêu cầu, bóc không sạch lớp bồi tích; thi công chân khay, sân phủ kém dẫn đến thủng lớp cách nƣớc; - Xử lý tiếp giáp nền và thân đập không tốt do thiết kế không đề ra biện pháp xử lý, hoặc do khi thi công không thực hiện tốt biện pháp xử lý. Hình 1.7: Mạch sủi hạ lƣu đập hồ chứa Am Chúa 1.2.3.3. Thấm mạnh hoặc sủi nước ở vai đập, thân đập, mang công trình. Do các nguyên nhân sau đây gây ra: - Thiết kế không đề ra các biện pháp xử lý hoặc biện pháp xử lý đề ra không tốt; - Không bóc hết lớp phong hoá ở vai đập; - Đầm nền đất trên đoạn tiếp giáp ở vai đập không tốt; - Kết quả khảo sát sai với thực tế, cung cấp sai các chỉ tiêu cơ lý, lực học do khảo sát sơ sài, không thí nghiệm đầy đủ các chỉ tiêu cơ lý lực học cần thiết; - Chọn dung trọng khô thiết kế quá thấp, nên đất sau khi đầm vẫn tơi xốp, bở rời; - Không có biện pháp thích hợp để xử lý độ ẩm, do đó độ ẩm đất đắp không đều; - Thi công biện pháp xử lý tiếp giáp không tốt. Đầm nện không đủ độ chặt yêu cầu do 10