Đang tải... (xem toàn văn)
An toàn đập của các hồ chứa là vần đề hết sức quan trong đối với mỗi địa phương cũng như đối với quốc gia. Đề tài luận văn đề cập và giải quyết về thiết bị chống thấm và thiết bị thoát nước thấm đảm bảo an toàn ổn định cho các đập vật liệu địa phương. Vì vậy đề tài có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao, là vấn đề cấp thiết trong ngành thuỷ lợi hiện nay.
B GIO DC V O TO B NễNG NGHIP V PHT TRIN NT TRNG I HC THY LI Nghiên cứu hiệu quả thiết bị chống thấm và thoát nớc thấm của đập vật liệu địa phơng LUN VN THC S K THUT H NI Mục lục Mở đầu 4 CH NG 1 Tổng quan về thiết bị chống thấm và thoát n ớc thấm trong thân đập VLĐP 6 1.1Tình hình xây dựng đập VLĐP trên thế giới 6 1.2Tình hình xây dựng đập VLĐP ở Việt Nam 7 1.3Tình hình sự cố đập VLĐP - Giải pháp khắc phục 7 1.4Các hình thức thiết bị chống thấm trong thân đập VLĐP 18 1.5Các hình thức thiết bị thoát nớc trong thân đập VLĐP 23 1.6Về tiêu chuẩn thiết kế đập đất đầm nén và thiết bị tiêu nớc 29 1.7Thiết bị chống thấm và tiêu thoát nớc thấm cho đập đã áp dụng 29 1.8Kết luận chơng I 33 Khảo sát một số phơng pháp Tính toán thấm , kiểm tra độ bền thấm và ổn định mái dốc 34 2.1Một số phơng pháp tính thấm 34 2.2Lựa chọn phơng pháp tính toán thấm trong luận văn 37 2.3Các phơng pháp kiểm tra độ bền thấm cho ĐVLĐP 40 2.4Các phơng pháp phân tích toán ổn định mái dốc 44 2.5Kết luận chơng II 48 CH NG 3 Hiệu quả của thiết bị chống thấm và thiết bị thoát nớc thấm 49 3.2Tác dụng của thiết bị tiêu thoát nớc thấm 50 3.3Các yêu cầu kỹ thuật đối với thiết bị chống thấm và thiết bị tiêu thoát nớc thấm 50 3.4Điều kiện ứng dụng thiết bị chống thấm và thiết bị tiêu thoát nớc thấm: 55 3.5Xây dựng các tiêu chí đánh giá hiệu quả của thiết bị chống thấm và thiết bị tiêu thoát nớc thấm 59 3.6Một số lu ý khi thiết kế thiết bị chống thấm và thiết bị thoát nớc thấm 62 3.7Một số giải pháp chống thấm và thoát nớc thấm đã đợc áp dụng cho đập VLĐP ở nớc ta 64 3.8Kết luận 67 CH NG 4 phân tích hiệu quả thiết bị chống thấm và thiết bị tiêu thoát nớc thấm cho một vài đập điển hình 68 4.1Trờng hợp đập Thuận Ninh 68 4.2Trờng hợp đập Tràng Vinh 74 4.3Trờng hợp đập Đu Đủ 80 4.4Kết luận Chơng 4 88 Kết luận và kiến Nghị 89 Mở đầu Nghiên cứu hiệu quả làm việc của một số kiểu thiết bị chống thấm và thoát nớc thấm đối với đập vật liệu địa phơng là tìm hiểu, tính toán các đặc trng của dòng thấm, đánh giá và dự báo khả năng xảy ra biến dạng thấm, đối với các thiết bị chống thấm cũng nh thiết kế các kết cấu tiêu thoát nớc thấm, phòng chống thấm hợp lý, tin cậy, có hiệu quả là nhiệm vụ rất quan trọng, không thể thiếu đợc trong thiết kế, thi công và quản lý vận hành các đập bằng vật liệu địa phơng. Thực tế, nhiều đập đã xảy ra biến dạng thấm với mức độ khác nhau, thậm chí có đập bị sự cố và bị vỡ do biến dạng thấm. Các vấn đề trên thờng cha đợc giải quyết triệt để, việc thiết kế, tính toán cha đúng với điều kiện thấm thực tế. Vì vậy ta cần chọn biện pháp chống thấm và tiêu nớc thấm thật hợp lý cho đập vật liệu địa phơng để các hồ chứa với đập dâng dùng vật liệu địa phơng đi vào vận hành an toàn, mang lại nhiều hiệu quả trong đời sống kinh tế xã hội. Nội dung chính của luận văn Nghiên cứu hiệu quả thiết bị chống thấm và thoát nớc thấm của đập vật liệu địa phơng bao gồm: Tổng kết các loại đập vật liệu địa phơng và các loại thiết bị thoát nớc. Phân tích, đánh giá u, nhợc điểm, điều kiện sử dụng của một số kiểu thiết bị chống thấm và thoát nớc thấm. Xác định các tiêu chí đánh giá hiệu quả của các loại thiết bị chống thấm và thoát nớc thấm đề ra. Sử dụng phơng pháp mô hình toán học thông qua phần mềm Geo-slope để phân tích thấm, ổn định của các trờng hợp nghiên cứu nhằm xác định vai trò và hiệu quả của thiết bị chống thấm và thoát nớc thấm. Rút ra các kết luận, kiến nghị cần thiết để phục vụ cho việc thiết kế và nghiên cứu công trình tiếp theo. Đối tợng nghiên cứu: Đối tợng nghiên cứu là một số loại thiết bị chống thấm và thoát nớc thấm dùng cho đập vật liệu địa phơng. Phạm vi nghiên cứu: Một số đập vật liệu địa phơng có áp dụng thiết bị chống thấm và tiêu thoát nớc thấm ở nớc ta Mục đích của đề tài: Nghiên cứu hiệu quả của một số loại thiết bị chống thấm và thoát nớc thấm của đập vật liệu địa phơng thông qua việc phân tích trạng thái thấm, ổn định các phơng án thiết bị chống thấm và thiết bị thoát nớc thấm khác nhau. Qua đó rút ra một số kiến nghị cần lu ý trong việc thiết kế và thi công thiết bị chống thấm và thoát n ớc thấm dùng trong đập vật liệu địa phơng. Tính cấp thiết của đề tài: An toàn đập của các hồ chứa là vần đề hết sức quan trong đối với mỗi địa phơng cũng nh đối với quốc gia. Đề tài luận văn đề cập và giải quyết về thiết bị chống thấm và thiết bị thoát nớc thấm đảm bảo an toàn ổn định cho các đập vật liệu địa phơng. Vì vậy đề tài có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao, là vấn đề cấp thiết trong ngành thuỷ lợi hiện nay. Phơng pháp nghiên cứu: Tổng hợp, phân tích các tài liệu về thiết kế, thi công, quản lý khai thác đập vật liệu địa phơng đã đợc xây dựng, các công trình nghiên cứu của các tác giả đi trớc đã công bố. Sử dụng phơng pháp mô hình toán học thông qua phần mềm Geo-slope để phân tích thấm, ổn định của các trờng hợp nghiên cứu nhằm xác định vai trò và hiệu quả của thiết bị chống thấm và thiết bị thoát nớc thấm. Bố cục của luận văn: Luận văn bao gồm những nội dung sau: Mở đầu Chơng 1: Tổng quan về thiết bị chống thấm và thoát nớc thấm trong thân đập VLĐP Chơng 2: Khảo sát một số phơng pháp tính toán thấm, kiểm tra độ bền thấm và ổn định mái dốc Chơng 3: Hiệu quả của thiết bị chống thấm và thiết bị thoát nớc thấm Chơng 4: Phân tích hiệu quả thiết bị chống thấm và thiết bị tiêu thoát nớc thấm cho một vài đập điển hình. Kết luận và kiến nghị. Phụ lục. Tài liệu tham khảo. CHNG 1 Tổng quan về thiết bị chống thấm và thoát nớc thấm trong thân đập VLĐP 1.1 Tình hình xây dựng đập VLĐP trên thế giới Đập đất là một công trình thuỷ công đợc xây dựng từ mấy nghìn năm trớc công nguyên, đập đất đợc xây dựng nhiều ở Ai cập, ấn độ, Trung quốc, và các nớc Trung á của Liên xô cũ với mục đích dâng nớc và giữ nớc để tới hoặc phòng lũ. Về sau, đập đất ngày càng đóng vai trò quan trọng trong các hệ thống thuỷ lợi nhằm lợi dụng tổng hợp tài nguyên nớc. Trên thế giới các loại đập thấp để chứa nớc, cung cấp nớc cho thành thị đợc xây dựng ở Ai Cập 4400 năm TCN, ở Trung Quốc 2280 năm TCN, đê bảo vệ lãnh thổ Hà Lan cũng đợc xây dựng 2000 năm TCN. ở Ceylou( Xrilanca) vào năm 405 TCN . Việc sử dụng khối lợng lớn vật liệu tự nhiên sẵn có tại khu vực xây dựng công trình là một yếu tố kinh tế thuận lợi của đập đất, đồng thời với công nghệ thi công đơn giản đã làm giảm chi phí cho công trình. Kinh phí công trình đập đất thông th- ờng chỉ bằng một nửa kinh phí của đập xây. Vì vậy, việc xây dựng đập đất đợc phổ biến khắp các nớc trên thế giới, nhất là đối với các hồ chứa nớc loại nhỏ. Đến năm 1900 cha có đập cao trên 50m, đến năm 1930 cha có đập cao trên 100m. Ngày nay, nhờ sự phát triển của nhiều ngành khoa học nh cơ học đất cận đại, lý luận thấm, địa chất thuỷ văn và địa chất công trình nên việc xây dựng đập có nhiều tiến bộ rõ rệt. Kết hợp với thiết bị cơ giới hiện đại năng suất rất cao, do đó có đủ điều kiện xây dựng loại đập đất cao trên 100m. Một số đập có chiều cao lớn nh: Đập Dơmatlam - Pakitstan cao:110m, dài 4000m, hoàn thành năm 1960; Đập Oroville- Mỹ: cao 224m, dài 1520m; Đập Swift Mỹ: cao 156m, dài 640m, hoàn thành năm 1959; Đập Serre Ponson - Pháp: cao 122m, dài 600m, hoàn thành năm 1960; Đập Maltmark Thuỵ sĩ: cao 115m, dài 780m, hoàn thành năm 1960; Đập đất đợc xây dựng trên thế giới ngày càng nhiều, chất lợng ngày càng tốt hơn, tuy nhiên sự cố xảy ra đối với đập đất vẫn xảy ra, mặc dù kỹ thuật thi công đập đất của một số nớc tiên tiến rất hiện đại. Trên phạm vi toàn cầu, trớc năm 1950 tỷ lệ sự cố là 2,2%; từ năm 1951 tỷ lệ sự cố là 0,5%; sự cố thờng xảy ra với đập vừa và nhỏ, ít xảy ra với đập lớn. Trong thực tế đã từng xảy ra sự cố vỡ đập lớn, thờng là do bão lũ. Theo thống kê, hơn 70% sự cố xảy ra trong 10 năm làm việc đầu tiên, và tỷ lệ này còn tăng cao trong năm đầu tiên đa vào khai thác. Tổng kết và phân tích những nguyên nhân gây ra sự cố công trình đất trên thế giới Middle Brookss cho thấy: trên 60% những sự cố công trình đất do thấm gây ra và khoảng 10% sự cố công trình có tác nhân kích thích từ thấm, còn lại 30% là do các nguyên nhân khác nh tràn qua mặt đập, trợt mái 1.2 Tình hình xây dựng đập VLĐP ở Việt Nam Hồ chứa đợc xây dựng nhiều sau năm 1964, đặc biệt là từ khi thống nhất đất nớc (năm 1975). Đập vật liệu địa phơng phát triển không ngừng về cả số lợng và quy mô.Từ trớc đến nay, đập chắn ở các công trình hồ chứa nớc ta có chiều cao dới 25m chiếm tỷ lệ lớn (87,18%). Đối với đập có chiều cao vợt quá 25m hiện nay đang đợc các ngành các cấp quan tâm nghiên cứu đầu t và đặc biệt chú trọng đến vấn đề an toàn đập và hồ chứa. Hiện nay, chúng ta đang xây dựng nhiều hồ lớn có đập cao, ngay cả những nơi có điều kiện địa hình, địa chất phức tạp. Với trình độ khoa học tiên tiến có nhiều biện pháp xử lý cho đập để đảm bảo an toàn hồ chứa. Một trong những vấn đề đảm bảo an toàn đập và hồ chứa là phải khảo sát đầy đủ, nghiêm túc và nghiên cứu chi tiết, cẩn thận để đánh giá đúng tình hình địa chất khu vực xây dựng đập, sau đó là tìm đợc biện pháp đúng đắn và thích hợp để xử lý. Ngoài ra cần phải có đội ngũ khoa học kỹ thuật có bề dày kinh nghiệm để giải quyết vấn đề này. Các công trình đầu mối ở hồ chứa trớc đây còn nhiều đơn điệu, ít có sự đổi mới. Đảng và Nhà nớc không ngừng đầu t khuyến khích cho các đề tài nghiên cứu khoa học mang ý nghĩa thực tiễn về việc áp dụng công nghệ mới, vật liệu mới trong xây dựng đập đất để theo kịp với tiến bộ khoa học kỹ thuật, đạt đến trình độ chung của khu vực cũng nh trên thế giới. Đa số các công trình làm việc an toàn phát huy hiệu quả, phục vụ phát triển thuỷ điện (Hoà Bình, Thác Bà, Yaly, Trị An, Thác mơ, Đami Hàm Thuận), cung cấp nớc cho sinh hoạt, phục vụ sản xuất nông công nghiệp (Dầu Tiếng, Núi Cốc, Vệ Vừng, Kẻ Gỗ, ) tạo ra những biến đổi sâu sắc về đời sống và xã hội một cách toàn diện trong cả nớc. Bên cạnh đó cũng không ít công trình hiệu quả kém, chủ yếu do các sự cố phát sinh từ phía đập hạng mục quan trọng phổ biến và cần thiết nhất trong việc xây dựng các hồ chứa nớc. Để giảm bớt những công trình nh vậy, cần thiết phải đầu t nghiên cứu một cách đúng đắn có khoa học các biện pháp đảm bảo an toàn đập cũng nh hồ chứa mang lại lợi ích tổng hợp cho đời sống kinh tế xã hội. 1.3 Tình hình sự cố đập VLĐP - Giải pháp khắc phục 1.3.1 Những sự cố thờng gặp ở đập đất Theo nghiên cứu của GS.TS. Phan Sỹ Kỳ, những sự cố thờng gặp ở đập đất là: Thấm mạnh hoặc sủi nớc ở nền đập (Đập Biển hồ- Hình 1.1). Thấm mạnh hoặc sủi nớc ở vai đập (Đập hồ Ea Bông- Hình 1-5). Thấm mạnh hoặc sủi nớc ở mang công trình (Đập hồ Phú Xuân- Hình 1-9) Thấm mạnh hoặc sủi nớc trong phạm vi thân đập (Đập hồ Phú Ninh-Hình 1.10). Trợt sâu mái thợng, hạ lu đập (Đập hồ chứa Đăk Săk - Đăk Mil- Đăk Lăk) Lũ tràn qua đỉnh đập. Sạt mái đập thợng lu (Đập hồ Hội Sơn - Bình Định). Nứt ngang đập (Đập Suối Hành Khánh Hòa nứt ngày 01/12/1986). Nứt dọc đập (Đập Suối Hành Khánh Hòa nứt ngày 01/12/1986). Nứt nẻ sâu mặt hoặc mái đập. (Đập Suối Hành Khánh Hòa nứt mái thợng ngày 01/01/1986) Thấm qua đê, đập vật liệu địa phơng và thấm qua nền đất của các công trình thuỷ lợi dâng nớc đợc quan tâm nhiều nhất. Hoạt động của dòng thấm gây mất nớc hồ, thậm chí làm mất ổn định mái dốc, gây ra biến hình thấm cục bộ Theo kết quả tổng kiểm tra, đánh giá hiện trạng công trình năm 1992 của Bộ Thuỷ Lợi đã xác định sự cố Đập bị thấm ở nớc ta là 15,06%. Tính toán thấm qua đập có vai trò rất quan trọng không chỉ trong thiết kế, mà cả trong thi công và quản lý vận hành. Thông thờng, cần phải tính toán xác định các đặc trng của dòng thấm qua thân và nền đập đất và thấm vòng quanh bờ, kiểm tra khả năng xảy ra biến dạng thấm, tính toán lực thuỷ động do dòng thấm gây ra để phân tích ổn định mái dốc đập đất, ổn định chống trợt và ổn định đẩy nổi công trình, ổn định chống đẩy bục tầng phủ nền chịu tác động thuỷ lực của dòng thấm có áp trong nền cát Chỉ sau khi xác định đợc các yếu tố dòng thấm, tác động thuỷ lực của dòng thấm, mới quyết định đợc hình thức và kết cấu của các thiết bị chống thấm, thiết bị thoát nớc thấm, và mới có thể đủ điều kiện để đánh giá ổn định, độ bền và kích thớc hợp lý của công trình. Khảo sát đánh giá môi trờng thấm, tính toán các đặc trng của dòng thấm, đánh giá và dự báo khả năng xảy ra biến dạng thấm, cũng nh thiết kế các kết cấu phòng chống thấm , kết cấu tiêu thoát nớc thấm hợp lý, tin cậy, có hiệu quả là nhiệm vụ rất quan trọng, không thể thiếu đợc trong thiết kế, thi công và quản lý vận đập bằng vật liệu địa phơng nói riêng. Một số hình ảnh minh họa về sự cố đập vật liệu địa phơng: Hình 1.1. Đập chính Biển Hồ mái trũng sụn, nhiều tổ mối, sau đống đá có 1 mạch sùn Hình 1.2. Đập chính Biển Hồ mái hạ lu có hiện tợng lún và xệ Hình 1.3. Đập Long Mỹ kênh sau cống đập đang bị rò thấm Hình 1.4. Hồ Ea Bông mái hạ lu bị thấm ớt sũng từ cơ lên Hình 1.5. Hồ Ea Bông góc bên tả tràn xả lũ, tờng bên đá xây có nhiều lỗ rò nớc , do thấm từ vai tả của tràn Hình 1.6. Hồ Ea Bông vùng thấm tại cao trình 452.50 Hình 1.7. Đập Hồ Ea Bông vùng thấm tại cao trình 453.20 Hình 1.8. Đập hồ EaBông ranh giới thấm tại điểm cao nhất Hình 1.9. Đập hồ Phú Xuân nớc thấm ở đập từ rãnh tiêu nớc sát bên trái cống thấm ra rãnh tiêu dọc chân đập Hình 1.10. Đập Phú Ninh rò thấm ở mái hạ lu Hình 1.11. Đập Dơng lâm thấm bên hữu Hình 1.12. Thẩm lậu gây sạt mái hạ l- u đập ĐăkHlang [...]... và thiết thực - Chơng một đã thu thập đợc một số tài liệu thiết kế, thi công, theo dõi trong quá trình quản lý khai thác,các số liệu quan trắc về thấm trong thân đập của một số đập điển hình đã thiết kế và thi công ở nớc ta - Để việc lựa chọn hình thức và thiết kế thiết bị chống thấm và thoát n ớc thấm cho các đập có hiệu quả, cần phải nghiên cứu điều kiện áp dụng thiết bị chống thấm và thoát nớc thấm, ... Kết luận chơng I - Đập vật liệu địa phơng chủ yếu là vật liệu hạt tạo nên các kẽ rỗng nên thấm qua thân đập, nền đập và vai đập là khó tránh khỏi Đờng bão hòa dâng cao, áp lực thấm lớn dễ gây biến dạng thấm dẫn đến mất ổn định mái dốc Chính vì vậy thiết bị chống thấm và thoát nớc thấm là hai bộ phận quan trọng hàng đầu trong việc thiết kế và thi công đập vật liệu địa phơng - Các loại thiết bị chống thấm. .. vật liệu dẻo (các lại đất chống thấm tốt và các loại vật liệu polyme ), hoặc vật liệu cứng Các hình thức bộ phận chống thấm trong thân đập tuỳ thuộc vào điều kiện vật liệu đắp đập, vật liệu chống thấm và kết cấu đập Tuy nhiên còn một số vấn đề cần quan tâm: Các đập đều cha đảm bảo an toàn về chống thấm, các sự cố mất ổn định về thấm đều xảy ra khi đập làm việc cha đến MNDBT thiết kế, nhiều đập rò thấm. .. trừ Quy phạm thiết kế tầng lọc ngợc công trình thuỷ công QPTL C575 1.7 Thiết bị chống thấm và tiêu thoát nớc thấm cho đập đã áp dụng 1.7.1 Về thiết bị chống thấm Chống thấm trong thân đập VLĐP có vai trò hết sức quan trọng trong quá trình vận hành nhằm đảm bảo an toàn đập và giữ nớc cho hồ chứa Vật chống thấm cho thân đập thờng có dạng tờng lõi giữa hoặc tờng nghiêng Lõi giữa và tờng nghiêng cũng có... thấm bố trí phía thợng lu đập và khối đất thấm ở phía hạ lu Khối đất ít thấm có tác dụng chống thấm cho thân đập. (Hình 1.21) MNTL Khốiưđất thấm Khối chống đấtưít thấm Hình1.21 Khối chống thấm thợng lu Vật chống thấm bằng vật liệu cứng chỉ dùng trong những trờng hợp khi không có điều kiện sử dụng vật liệu dẻo hoặc dùng vật liệu dẻo không kinh tế và nền ít biến dạng vì vật chống thấm cứng có kết cấu phức... nh tờng lõi vật liệu làm tờng nghiêng có thể là loại đất ít thấm hoặc các loại vật liệu chống thấm khác không phải là đất nh: bê tông, bê tông cốt thép, bê tông nhựa đờng, vật liệu polyme(hóa dẻo) MNTL Tư ờngưnghiêng Hình1.20 Thiết bị chống thấm thân đập tờng nghiêng 1.4.1.3 Khối chống thấm thợng lu: Khi xây dựng không đủ vật liệu làm đập đồng chất thờng làm đập nhiều khối có khối đất ít thấm bố trí... bị chống thấm và thoát nớc thấm rất phong phú và đa dạng phụ thuộc vật liệu đắp đập, địa chất đất nền, địa hình, quy mô đập và loại kết cấu đập Chúng đợc trải nghiệm thực tế ở trong nớc cũng nh các nớc trên thế giới thành công có, thất bại có Kế thừa kinh nghiệm thành công và tránh các sai lầm, thất bại cũng nh nghiên cứu cải tiến, bổ sung, hoàn thiện thiết bị chống thấm và thoát nớc thấm vẫn là vấn... +30,1m) Đập cao 28,5m, dung tích hồ nhỏ (2,88.10 6m3) Thấm ở cả nền và thân đập, lu lợng thấm lớn (Qthấm = 31,58l/s), gần gây vỡ đập nếu không kịp thời cứu chữa Đập Buôn Bông (Đaklak) Đập đã xảy ra hiện tợng thấm nghiêm trọng, bị vỡ năm 1993 do lũ lớn Đập Đaksak (Daklak) Đập cao 17m, V = 5,7.10 6m3, thấm ở thân và vai đập năm 1996, ngoài ra còn bị lún ở vai, mái hạ lu bị sạt và h hỏng ở cống lấy nớc Đập. .. đất ít thấm hoặc các loại vật liệu chống thấm khác không phải là đất nh: bê tông, bê tông cốt thép, bê tông nhựa đờng, vật liệu polyme(hóa dẻo), tờng lõi kiểu màn phụt vữa MNTL MNTL a b Hình1.19 Thiết bị chống thấm thân đập tờng lõi 1.4.1.2 Tờng nghiêng: Tờng nghiêng nằm dọc theo mái thợng lu và có nhiệm vụ chống thấm cho toàn bộ thân đập, thờng đợc áp dụng cho đập nhiều khối có chiều cao thấp và nền... màng chống thấm xi măng ở nền đập của đập suối Hành (hình 1.25) 500 Nềnưđá Hàngưkhoanưgiữa Tấmưđệmưbằngưbêưtông Cácưhàngưkhoanưngoài Hình 1.25 Sơ đồ màng chắn xi măng ở nền đập 1.4.2.3 Sân phủ MNTL MNTL a b Hình1.26 Vật chống thấm sân phủ Khi tầng thấm nớc khá dày hay vô hạn thì có thể dùng sân phủ chống thấm nền Nếu đập có thiết bị chống thấm trong thân đập là tờng nghiêng thì ta có phơng án tờng nghiêng