Luận Văn Thạc Sĩ: Nghiên Cứu Giải Pháp Xử Lý Nền Đập Đất Đầm Nén Hồ Chứa Nước Mỹ Lâm Phú Yên

Giải pháp xử lý nền đập đất đầm nén hồ chứa nước Mỹ Lâm Phú Yên, luận văn thạc sĩ chi tiết, hiệu quả, ứng dụng thực tiễn trong xây dựng công trình thủy lợi.

• Tác giả: Bùi Thị Lương
• Người hướng dẫn: PGS.TS. Trịnh Minh Thụ
• Trường học: Trường Đại học Thủy lợi
• Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình thủy lợi
• Đề tài: Nghiên cứu giải pháp xử lý nền đập đất đầm nén hồ chứa nước Mỹ Lâm - Phú Yên
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2013
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Giới thiệu chung

Luận văn thạc sĩ 'Giải Pháp Xử Lý Nền Đập Đất Đầm Nén Hồ Chứa Nước Mỹ Lâm Phú Yên' tập trung nghiên cứu các giải pháp xử lý nền đập đất đầm nén nhằm tăng cường ổn định và hiệu quả kinh tế cho công trình hồ chứa nước Mỹ Lâm, tỉnh Phú Yên. Đập đất đầm nén là loại công trình thủy lợi phổ biến tại Việt Nam, đặc biệt trong bối cảnh nhu cầu quản lý nước ngày càng cao. Tuy nhiên, các vấn đề liên quan đến thấm nước, biến dạng nền, và ổn định công trình thường xuyên xảy ra, đòi hỏi các giải pháp kỹ thuật hiệu quả.

1.1. Tính cấp thiết của đề tài

Các công trình thủy lợi, đặc biệt là đập đất, thường chịu tác động lớn từ điều kiện tự nhiên và con người. Thấm nước là nguyên nhân chính gây ra sự cố, dẫn đến xói mòn, trượt mái, và mất ổn định công trình. Việc nghiên cứu và áp dụng các giải pháp xử lý nền như tường nghiêng, tường hào bentonite, và khoan phụt là cần thiết để đảm bảo an toàn và kéo dài tuổi thọ công trình.

1.2. Mục đích nghiên cứu

Luận văn nhằm mục đích phân tích và đánh giá hiệu quả của các giải pháp xử lý nền đối với đập đất đầm nén. Cụ thể, nghiên cứu tập trung vào việc giảm thiểu thấm nước, tăng cường ổn định trượt, và kiểm soát biến dạng nền. Kết quả nghiên cứu sẽ là cơ sở để lựa chọn phương án tối ưu về cả kỹ thuật và kinh tế.

II. Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Luận văn sử dụng các phương pháp lý thuyết và thực nghiệm để phân tích thấm nước và ổn định nền. Các công cụ như phần mềm GEO-SLOPE được áp dụng để mô phỏng và tính toán các thông số kỹ thuật. Phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH) được sử dụng để đánh giá ứng suất và biến dạng của nền đập.

2.1. Môi trường thấm và nguyên nhân gây thấm

Thấm nước là hiện tượng phổ biến trong các công trình thủy lợi, đặc biệt là đập đất. Nguyên nhân chính bao gồm cấu trúc đất không đồng nhất, áp lực nước cao, và thiếu các biện pháp chống thấm hiệu quả. Luận văn phân tích các yếu tố này để đề xuất giải pháp phù hợp.

2.2. Phương pháp tính toán thấm

Các phương pháp tính toán thấm bao gồm định luật thấm đường thẳng và phi tuyến. Phương pháp phần tử hữu hạn được sử dụng để mô phỏng dòng thấm qua nền đập, từ đó xác định lưu lượng thấm, đường bão hòa, và gradient thấm.

III. Giải pháp xử lý nền đập đất đầm nén

Luận văn đề xuất và phân tích các giải pháp xử lý nền như tường nghiêng sân phủ, tường hào bentonite, và khoan phụt. Mỗi phương pháp có ưu nhược điểm riêng, phù hợp với điều kiện địa chất và yêu cầu kỹ thuật của công trình.

3.1. Tường nghiêng sân phủ

Phương pháp này sử dụng tường nghiêng kết hợp với sân phủ để giảm thiểu thấm nước qua nền đập. Ưu điểm là chi phí thấp và dễ thi công, nhưng hiệu quả phụ thuộc vào chất lượng vật liệu và độ dốc của tường.

3.2. Tường hào bentonite

Tường hào bentonite là giải pháp hiệu quả để chống thấm, đặc biệt trong điều kiện nền đất yếu. Phương pháp này tạo ra một lớp chắn thấm bằng hỗn hợp bentonite và xi măng, giúp giảm đáng kể lưu lượng thấm.

IV. Ứng dụng và đánh giá hiệu quả

Luận văn áp dụng các giải pháp xử lý nền vào công trình hồ chứa nước Mỹ Lâm, tỉnh Phú Yên. Kết quả tính toán cho thấy phương pháp tường hào bentonite mang lại hiệu quả cao nhất về cả kỹ thuật và kinh tế.

4.1. Phân tích thấm qua nền

Kết quả tính toán cho thấy lưu lượng thấm giảm đáng kể sau khi áp dụng các giải pháp xử lý. Phương pháp tường hào bentonite giảm thấm nước xuống mức tối thiểu, đảm bảo an toàn cho công trình.

4.2. Đánh giá ổn định trượt và biến dạng

Các giải pháp xử lý nền cũng giúp tăng cường ổn định trượt và kiểm soát biến dạng nền. Phương pháp khoan phụt và tường hào bentonite cho thấy hiệu quả cao trong việc giảm thiểu nguy cơ sụt lún và trượt mái.

V. Kết luận và kiến nghị

Luận văn kết luận rằng việc áp dụng các giải pháp xử lý nền là cần thiết để đảm bảo an toàn và hiệu quả cho công trình hồ chứa nước Mỹ Lâm. Phương pháp tường hào bentonite được đề xuất là giải pháp tối ưu, kết hợp hiệu quả kỹ thuật và kinh tế.

5.1. Kiến nghị hướng nghiên cứu tiếp theo

Cần tiếp tục nghiên cứu các phương pháp xử lý nền tiên tiến, kết hợp công nghệ mới để nâng cao hiệu quả và giảm chi phí. Đồng thời, cần đánh giá tác động môi trường của các giải pháp để đảm bảo phát triển bền vững.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH XÂY DỰNG ĐẬP Ở VIỆT NAM VÀ CÁC BIỆN PHÁP XỬ LÝ NỀN 1. TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH XÂY DỰNG ĐẬP Ở VIỆT NAM Hồ chứa nước là loại hình công trình thuỷ lợi phổ biến nhất ở nước ta, chỉ trừ các tỉnh thuộc đồng bằng sông Cửu Long và một số tỉnh của đồng bằng Bắc bộ như Thái Bình, Nam Định và Hà Nam còn tất cả các tỉnh khác đều có hồ chứa. Theo tài liệu điều tra cho đến năm 2000, toàn quốc có trên 550 hồ chứa loại vừa và lớn (với dung tích 1 triệu m3 nước trở lên và có chiều cao đập trên 10m) và hàng ngàn hồ chứa nước loại vừa và nhỏ có dung tích nhỏ hơn 1 triệu m3 nước và đập cao < 10m. Trong đó tuyệt đại đa số là hồ phục vụ cho tưới, P P có khoảng 100 hồ sử dụng tổng hợp (tưới, phát điện, du lịch, cấp nước công nghiệp, sinh hoạt và thuỷ sản) và một số ít hồ chỉ có mục đích phát điện.

Trong các loại hình đập tạo hồ thì đại đa số là đập đất, một số ít đập đá và đập bê tông. Các hồ chứa chủ yếu tập trung ở miền Trung và Tây nguyên, khoảng 80% còn lại là ở miền núi và trung du Bắc Bộ [9]. Đập đất là loại đập làm bằng vật liệu địa phương được xây dựng phổ biến ở nước ta và trên thế giới. Đây là một loại đập tận dụng được vật liệu tại chỗ, cấu tạo đơn giản, công nghệ thi công không phức tạp, trên mọi loại nền đều có thể xây dựng đập đất, vì vậy giá thành thường rẻ.

Bảng 1-1: Thống kê một số đập đất, đá lớn ở Việt Nam [8] Hmax Năm hoàn TT Tên hồ Tỉnh Loại Đập (m) thành 1 Đa Nhim Lâm Đồng Đất 38,00 1963 2 Suối Hai Hà Tây Đất 29,00 1964 3 Thượng Tuy Hà Tĩnh Đất 25,00 1964 4 Thác Bà Yên Bái Đá 45,00 1964(XD) 5 Cẩm Ly Quảng Bình Đất 30,00 1965 6 Tà Keo Lạng Sơn Đất 35,00 1972 7 Cấm Sơn Bắc Giang Đất 41,50 1974 8 Vực Trống Hà Tĩnh Đất 22,80 1974 9 Đồng Mô Hà Tây Đất 21,00 1974 10 Tiên Lang Quảng Bình Đất 32,30 1978 11 Pa Khoang Lai Châu Đất 26,00 1978 12 Hòa Bình Hòa Bình Đất/đá 128,00 1978(XD) 13 Yên Mỹ Thanh Hoá Đất 25,00 1980 14 Yên Lập Quảng Ninh Đất/ Đá 40,00 1980 15 Vĩnh Trinh Quảng Nam Đất 23,00 1980 16 Núi Một Bình Định Đất 32,50 1980 17 Liệt Sơn Quảng Ngãi Đất 29,00 1981 18 Phú Ninh Quảng Nam Đất 40,00 1982 19 Núi Cốc Thái Đất 27,00 1982 20 Xạ Hương Vĩnh Phúc Đất 42,00 1982 21 Sông Mực Thanh Hoá Đất 33,40 1983 22 Quất Động Quảng Ninh Đất 22,60 1983 23 Xạ Hương Vĩnh Phúc Đất 41,00 1984 24 Hoà Trung Đà Nẵng Đất 26,00 1984 25 Hội Sơn Bình Định Đất 29,00 1985 26 Dầu Tiếng Tây Ninh Đất 28,00 1985 27 Biển Hồ Gia Lai Đất 21,00 1985 28 Núi Một Bình Định Đất 30,00 1986 29 Vực Tròn Quảng Bình Đất 29,00 1986 30 Tuyền Lâm Lâm Đồng Đất 32,00 1987 31 Đá Bàn Khánh Hoà Đất 42,50 1988 32 Kẻ Gỗ Hà Tĩnh Đất 37,40 1988 33 Khe Tân Quảng Nam Đất 22,40 1989 34 Kinh Môn Quảng Trị Đất 21,00 1989 35 Khe Chè Quảng Ninh Đất 25,20 1990 36 Phú Xuân Phú Yên Đất 23,70 1996 37 Sông Rác Hà Tĩnh Đất 26,80 1996 38 Thuận Ninh Bình Định Đất 29,20 1996 39 Đồng Nghệ Đà Nẵng Đất 25,00 1996 40 Sông Quao Bình Thuận Đất 40,00 1997 41 Gò miếu Thái nguyên Đất 30,00 1999 42 Cà Giây Ninh thuận Đất 35,40 1999 43 Ayun Hạ Gia Lai Đất 36,00 1999 44 Sông Hinh Phú Yên Đất 50,00 2000 45 Easoupe Đăk Lắc Đất 27,00 2005 46 Lòng Sông Bình Thuận Bê tông 35,00 2006 47 Tân Giang Ninh Thuận Bê tông 38,00 2006 48 Sông Sắt Ninh thuận Đất 29,00 2007 1. KHÁI QUÁT VỀ CÁC VẤN ĐỀ SỰ CỐ GÂY HƯ HỎNG ĐẬP TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM 1. Khái quát về sự cố công trình thủy lợi Trước khi tìm hiểu các vấn đề về sự cố hư hỏng đập chúng ta cần quan tâm tới đặc điểm làm việc của đập đất. Đập đất có những đặc điểm quan trọng sau: Đập đất thường là loại không tràn nước.

Để đảm bảo tháo lũ, lấy nước tưới hoặc cung cấp nước phải xây dựng những công trình riêng như đường tràn tháo lũ, cống lấy nước. * Thấm qua thân đập và nền: Nền đập và thân đập nói chung đều thấm nước. Khi mực nước thượng lưu dâng cao trong thân đập sẽ hình thành dòng thấm từ thượng lưu về hạ lưu. Trong thân đập có mặt bão hòa, trên mặt cắt ngang đập thể hiện là đường bão hòa.

Phía trên đường bão hòa có khu mao dẫn 5 ÷ 15cm, dưới đường bão hòa đất chịu đẩy nổi của nước và chịu lực thủy động do thấm. Dưới tác động của lực thấm thủy động, mái đập càng dễ mất ổn định. * Ảnh hưởng của nước thượng hạ lưu đối với mái đập: Mực nước thượng hạ lưu đập có thể gây phá hoại đất ở mái đập. Dưới tác dụng của sóng các kết cấu bảo vệ mái đập có thể bị phá vỡ, gây xói lở thân mái, làm trôi các tầng lọc bảo vệ.

* Tác hại của nước mưa và nhiệt độ: Trong thời gian mưa một phần nước sẽ thấm vào đập, một phần chảy trên mái đập có thể gây bào mòn và xói đất, hiện tượng này tiếp diễn làm giảm mặt cắt đập, gây biến dạng. Trong thiết kế đập đất cần có hệ thống thoát nước mưa ở đỉnh và mái đập. Khi nhiệt độ thay đổi có thể gây nứt nẻ thân đập, nhất là các loại đất sét, pha sét có tính co ngót lớn. * Biến dạng của nền và thân đập: Dưới tác dụng của trọng lượng bản thân, đất thân đập và nền bị biến dạng.

Chuyển vị đứng làm giảm chiều cao đập. Biến dang làm đập và các thiết bị chống thấm bằng đất bị nứt nẻ gây nguy hiểm cho đập. Những đặc điểm trên có ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng của công trình thủy lợi, vì thế nếu để xảy ra kém chất lượng ở bất kỳ khâu nào, trong thời gian nào cũng có thể dẫn tới sự cố lớn hoặc nhỏ. Điều đó cũng có nghĩa là sự cố các công trình thủy lợi thủy lợi có quan hệ mật thiết với những đặc điểm đã nêu trên.

Sự cố các công trình thủy lợi có những đặc điểm: - Do một hoặc nhiều nguyên nhân gây ra, trong đó có khảo sát (địa hình, địa chất công trình, địa chất thủy văn, thủy văn công trình), thiết kế (thủy công, cơ khí, điện), chế tạo lắp đặt, thi công và quản lý khai thác. Tuy nhiên thực tế nguyên nhân phổ biến là: Khảo sát, thiết kế, thi công. - Sự cố lớn thường xảy ra đối với các công trình thủy công (đập đất, cống lấy nước, tràn xả lũ) - Sự cố xảy ra không phải chỉ có ngay sau khi hoàn thành công trình mà thường là sau nhiều năm. Tuy nhiên sự cố lớn và nghiêm trọng thường xảy ra khi gặp lũ cực lớn và trong quá trình thi công (vỡ đập Sông Mực - Thanh Hóa, sự cố 3 lần vỡ đập Suối Trầu - Khánh Hòa, đập Cà Giây - Bình Thuận).

- Những sự cố lớn và nghiêm trọng thường xảy ra rất đột ngột, trong một thời gian rất ngắn, không kịp ứng phó. - Hậu quả do sự cố gây ra thường 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 hưởng xấu về kinh tế và tình hình xã hội. Sự cố đối với đập đất Đập đất là hạng mục quan trọng nhất đối với đầu mối công trình thủy lợi. Sự cố về đập đất rất nghiêm trọng và không lường hết được hậu quả.

Theo thống kê các sự cố các công trình ở Việt Nam như sau [6]: - Sạt mái thượng lưu: 25,84% - Hỏng đập tràn xả lũ: 25,39% - Cống bị hỏng: 17,3% - Đập bị thấm: 15,06% - Đỉnh đập thấp: 9% - Cửa bị hỏng: 3,6% Sạt mái thượng lưu Hỏng đập tràn xả lũ 9 3,6 25,84 Cống bị hỏng 15,06 Đập bị thấm 17,3 25,39 Đỉnh đập thấp Cửa bị hỏng Hình 1-1: Biểu đồ sự cố công trình thủy lợi Trong lịch sử xây dựng các hồ chứa nước ở nước ta thì những sự cố xảy ra đa số xảy ra ở những hồ chứa vừa và nhỏ và với đập dâng nước là đập đất. Tuy là hồ chứa nhỏ nhưng khi có sự cố có sức tàn phá ghê gớm, ví dụ năm 1978 hồ chứa của một nông trường cà phê ở Đắk Lắk chỉ có dung tích 500.000m3 bị vỡ đã làm chết hơn 30 người, hồ chứa Nhà Trò ở Nghệ An dung tích 2 triệu m3 bị vỡ đã làm chết 27 người và gần đây nhất 1 hồ chứa rất nhỏ ở Hà Tĩnh chỉ chứa 250.000m3 nước bị vỡ đã làm trôi hơn 200 m đường sắt Bắc Nam làm tê liệt hàng chục đoàn tàu trong nhiều ngày. Hình 1-2: Hồ Lanh Ra bị vỡ khi đang thi công hôm 30.2011 Đối với đập đất những sự cố thường gặp và nguyên nhân xảy ra sự cố được tổng kết như sau: 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 vượt tần suất thiết kế, không có tràn dự phòng. - Đỉnh đập đắp thấp hơn cao trình thiết kế. Sạt mái thượng lưu Do các nguyên nhân sau đây gây ra: - Tính sai cấp bão.

- Biện pháp gia cố mái không đủ sức chịu đựng sóng do bão gây ra. - Thi công lớp gia cố kém chất lượng. - Đất mái thượng lưu đầm nện không đủ độ chặt. Thấm mạnh làm xói nền đập Do các nguyên nhân sau đây gây ra: - Đánh giá sai địa chất nền đập.

- Biện pháp thiết kế xử lý nền không đảm bảo chất lượng. - Thi công xử lý không đúng thiết kế. Thấm và sủi nước ở vai đập Do các nguyên nhân sau đây gây ra: - Thiết kế sai biện pháp tiếp giáp giữa đập và vai. - Thi công không đúng thiết kế, bóc lớp thảo mộc không hết.

- Đầm nện chỗ tiếp giáp không tốt. Thấm mạnh, sủi nước qua thân đập Do các nguyên nhân sau đây gây ra: - Vật liệu đắp không tốt. - Khảo sát vật liệu không đúng với thực tế, thí nghiệm sai các chỉ tiêu cơ lý lực học của vật liệu đất. - Thiết kế sai dung trọng khô của đập.

- Không có biện pháp xử lý thích hợp đối với độ ẩm của đất. - Thi công đầm nén không đảm bảo kỹ thuật. - Thiết bị tiêu thoát nước qua thân đập không làm việc.