Đánh giá hiện trạng và đề xuất giải pháp sửa chữa hồ chứa nước tuyền tung tỉnh quảng ngãi

LỜI CẢM ƠN Qua quá trình nỗ lực phấn đấu học tập và nghiên cứu của bản thân cùng với sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô giáo Trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng và các bạn bè đồng nghiệp,

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH THỦY

Người hướng dẫn khoa học: TS Nguyễn Văn Hướng

Đà Nẵng – 2019

LỜI CẢM ƠN

Qua quá trình nỗ lực phấn đấu học tập và nghiên cứu của bản thân cùng với sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô giáo Trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng và các bạn

bè đồng nghiệp, luận văn thạc sỹ “Đánh giá hiện trạng và đề xuất giải pháp sửa chữa

hồ chứa nước Tuyền Tung – tỉnh Quảng Ngãi” đã được tác giả hoàn thành

Để có được thành quả này, tác giả xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS.Nguyễn Văn Hướng đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo và cung cấp các thông tin khoa học cần thiết trong quá trình thực hiện luận văn Tác giả xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô giáo Khoa Xây dựng Thủy lợi - Thủy điện của trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng đã giảng dạy, tạo điều kiện giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình thực hiện luận văn

Mặc dù đã hết sức cố gắng nhưng do hạn chế về thời gian, kiến thức khoa học

và kinh nghiệm thực tế của bản thân tác giả nên luận văn không thể tránh khỏi những thiếu sót Tác giả rất mong nhận được ý kiến đóng góp và trao đổi chân thành giúp tác giả hoàn thiện hơn đề tài của luận văn

Xin trân trọng cảm ơn!

Quảng Ngãi, tháng 8 năm 2019

Lê Quang Nhựt

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi

Các số liệu và kết quả tính toán đưa ra trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả luận văn

Lê Quang Nhựt

ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP SỬA CHỮA HỒ CHỨA

NƯỚC TUYỀN TUNG – TỈNH QUẢNG NGÃI

Học viên: Lê Quang Nhựt Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình thủy

Mã số: 858 0202 Khóa: K35 Trường đại học Bách Khoa – Đại học Đà Nẵng

Tóm tắt – Công trình hồ chứa nước Tuyền Tung được xây dựng trên địa bàn huyện

Bình Sơn, tỉnh Quảng Ngãi với mục tiêu tích trữ và tưới tiêu cho 400ha ruộng lúa đã đi vào sử dụng từ năm 2008 Tuy nhiên, đến mùa bão năm 2009, tại hai vai đập xuất hiện nhiều vết nứt và các điểm rò rỉ nước thấm qua thân đập Tính đến nay đã được tầm 10 năm, hiện trạng công trình hồ đập vẫn khiến cho người dân phía hạ du hoang mang, lo

sợ Do vậy, đề tài “Đánh giá hiện trạng và đề xuất giải pháp sửa chữa hồ chứa nước

Tuyền Tung” đã được tác giả hoàn thành Đây là cơ sở cho việc phân tích, xác định

các nguyên nhân và đề xuất giải pháp xử lý cho hồ chứa, đảm bảo an toàn cho công trình đồng thời nâng cao năng suất sử dụng của hồ chứa trong điều kiện phát triển kinh

tế - xã hội như hiện nay

Từ khóa – Hồ chứa nước, thấm, đập, vai đập, thân đập

ASSESS THE CURRENT SITUATION AND PROPOSE SOLUTIONS TO REPAIR TUYEN TUNG RESERVOIR – QUANG NGAI PROVINCE

Abstract – Tuyen Tung reservoir is built in Binh Son district, Quang Ngai

province with the goal of storing and irrigating 400ha of rice fields that have been put into use since 2008 However, in the 2009 storm season, There are many cracks and leakage points of water through the dam body Up to now, it has been about 10 years, the current state of dam construction still makes people in the downstream panic and fear Therefore, the topic "Assessing the current situation and proposing solutions to repair Tuyen Tung reservoir" has been completed by the author This is the basis for analyzing, identifying the causes and proposing treatment solutions for reservoirs, ensuring safety for the construction and improving the productivity of the reservoir in terms of economic development - society as it is today

Key words – Reservoir, seepage, dam, shoulder dam, dam body

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Mục tiêu nghiên cứu 1

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 1

4 Phương pháp nghiên cứu 1

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 2

6 Cấu trúc của luận văn 2

CHƯƠNG 1 ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG CÔNG TRÌNH HỒ CHỨA NƯỚC TUYỀN TUNG 3

1.1 Tổng quan về công trình 3

1.1.1 Vị trí xây dựng 3

1.1.2 Đặc điểm địa hình địa mạo 7

1.1.3 Đặc điểm khí hậu 7

1.1.4 Đặc điểm địa chất thủy văn 8

1.1.5 Hệ thống giao thông 9

1.2 Đánh giá hiện trạng thấm và ổn định qua đập Tuyền Tung 9

1.2.1 Hiện trạng Đập Tuyền Tung 9

1.2.2 Hình ảnh hiện trạng Đập Tuyền Tung 10

1.2.3 Đánh giá nguyên nhân mất nước hồ 17

CHƯƠNG 2 ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP NÂNG CẤP VÀ SỬA CHỮA ĐẬP TUYỀN TUNG 19

2.1 Tuyến công trình 19

2.2 Giải pháp nâng cấp sửa chữa 19

2.3 Phân tích chọn biện pháp công trình 19

2.4 Phương án kỹ thuật 21

CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH THẤM CHO CÔNG TRÌNH ĐẬP BÊ TÔNG 27

3.1 Khái niệm về thấm 27

3.1.1 Nguyên nhân gây thấm 27

3.1.2 Phân loại dòng thấm 28

3.2 Vấn đề về nghiên cứu dòng thấm 30

3.3 Phương pháp tính toán thấm 30

3.3.1 Các giả thiết cơ bản 30

3.3.2 Tính thấm bằng phương pháp giải tích 31

3.3.3 Tính thấm bằng phương pháp sử dụng lưới thấm 37

3.3.4 Tính thấm bằng phương pháp số 40

3.4 Cơ sở lý luận và thực tiễn thiết kế chống thấm cho đập bê tông 41

CHƯƠNG 4 XÂY DỰNG BÀI TOÁN THẤM SỬ DỤNG MÔ HÌNH GEOSTUDIO 2012 44

4.1 Mô tả về công trình đập Tuyền Tung 44

4.2 Mục đích của việc tính toán thấm cho đập Tuyền Tung 44

4.3 Phương pháp tính toán 45

4.4 Lựa chọn mô hình tính toán 46

4.5 Xây dựng mô hình tính thấm 48

4.5.1 Trường hợp tính toán 48

4.5.2 Phương pháp tính toán 48

4.5.3 Mặt cắt tính toán 48

4.5.4 Khai báo điều kiện biên 54

4.5.5 Chạy mô phỏng 55

4.5.6 Kết quả tính toán thấm 55

4.5.7 Đánh giá và nhận xét 59

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI (BẢN SAO)

Số hiệu

1.1 Các thông số thiết kế hồ chứa nước Tuyền Tung 52.1 Bảng tổng hợp chi phí các phương án đề xuất 202.2 Phân tích ưu nhược điểm của các phương án 212.3 Tính toán xác định cao trình đỉnh đập không tràn 223.1 Công thức xác định chiều dày giới hạn tầng thấm Ttt 35

4.1 Chỉ tiêu cơ lý của đất nền đập Tuyền Tung 53

Số hiệu hình Tên hình Trang

1.1 Bình đồ vị trí xây dựng công trình đập Tuyền Tung

1.10 Tiếp giáp phần đập tràn và đập không tràn bên vai

1.16 Nền bị sụt lún hạ lưu đập không tràn (vai hữu) 16

3.3 Sơ đồ vùng thấm mao dẫn (a), biểu đồ áp lực nước

3.4 Lưới thấm trong trường hợp nền thấm sâu vô hạn

3.5 Sơ đồ áp lực thấm tác dụng lên bản đáy đặt ngay

3.6 Sơ đồ phân miền thấm theo phương pháp hệ số sức

4.1 Sơ đồ tác động lực của dòng thấm ở nền đập 45

Số hiệu hình Tên hình Trang

4.2 Mặt bằng bố trí công trình đập Tuyền Tung 49

4.4 Mô tả mặt cắt lòng sông bài toán hiện trạng 504.5 Mô tả mặt cắt lòng sông sau khi nâng cấp 50

4.7 Mặt cắt tính thấm bờ phải giả định (bài toán hiện

4.8 Mặt cắt tính thấm bờ phải giả định (bài toán nâng

4.11 Khai báo hàm lượng nước (Vol Water Content

4.18 Biểu đồ áp lực thấm lòng sông sau khi nâng cấp 574.19 Biểu đồ Gradient thấm lòng sông sau khi nâng cấp 574.20 Biểu đồ áp lực thấm ven bờ sau khi nâng cấp 584.21 Biểu đồ Gradient thấm ven bờ sau khi nâng cấp 58

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Hồ chứa nước Tuyền Tung nằm giữa dãy núi cao trên đỉnh đèo Thọ An thuộc địa phận thôn Thọ An, xã Bình An (Bình Sơn) Đây là công trình thủy lợi quan trọng trong quá trình phát triển sản xuất nông nghiệp và nuôi trồng thủy sản cho người dân xã Bình An, Bình Khương, Bình Minh và các xã lân cận

Năm 2003 công trình hồ chứa được khởi công xây dựng với mục tiêu tích trữ và đưa nước về tưới tiêu cho những cánh đồng chỉ sản xuất một vụ/năm chủ yếu dựa vào nước trời dưới chân đèo Thọ An Theo thiết kế, hồ chứa nước Tuyền Tung có diện tích gần 21ha có khả năng tưới tiêu cho 400ha ruộng lúa với tổng vốn đầu tư 13 tỷ đồng do Tổng Công ty Cao su Việt Nam làm chủ đầu tư Năm 2008 công trình hoàn thành, đưa vào sử dụng đã mang lại niềm vui cho người dân các xã khu Tây huyện Bình Sơn Tuy nhiên, đến mùa mưa bão năm 2009 thì tại hai vai thân đập xuất hiện nhiều vết nứt và các điểm rò rỉ nước thấm qua thân đập chảy mạnh như suối Ngay cả bờ chắn thân đập bằng mắt thường chúng tôi vẫn dễ dàng nhìn thấy những vết nứt toạc chạy dài được đơn vị chủ quản "vá" lại.Những ngày cuối tháng 9, ảnh hưởng của áp thấp nhiệt đới, mưa rừng dồn dập đổ về làm cho mực nước trong lòng hồ đỏ quạch và dâng cao, những vết nứt lại xối xả tuôn nước, khiến cho người dân phía dưới chân hồ

lo sợ

Trong điều kiện biến đổi khí hậu ngày càng khắc nhiệt như các năm gần đây, thêm vào đó sự phát triển kinh tế - xã hội của địa phương thì nhu cầu sử dụng nước ngày càng tăng, trong khi công trình xây dựng đã lâu, qua thời gian sử dụng một số hạng mục (đập đất, tràn xả lũ, cống lấy nước, đường quản lý…) đã xuống cấp nghiêm trọng; diện tích tưới thực tế không đảm bảo yêu cầu Do đó, việc nghiên cứu, phân tích xác định nguyên nhân và đề xuất giải pháp xử lý thấm, đảm bảo an toàn cho việc vận hành hồ chứa nước Tuyền Tung là hết sức cần thiết trong tình hình hiện nay

2 Mục tiêu nghiên cứu

- Đánh giá tổng thể hiện trạng đập tràn hồ chứa nước Tuyền Tung;

- Nghiên cứu nguyên nhân thấm, mất ổn định và đề xuất các giải pháp sửa chữa đập

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu:Hồ chứa nước Tuyền Tung;

- Phạm vi nghiên cứu:Đập tràn hồ chứa nước Tuyền Tung

4 Phương pháp nghiên cứu

- Khảo sát thực tế hiện trường, thu thập phân tích các tài liệu đã có kết hợp với nghiên cứu các phương pháp kỹ thuật mới nhằm đề xuất giải pháp kỹ thuật phù hợp;

- Ứng dụng phần mềm địa kỹ thuật GEO STUDIO (Canada) để tính toán, xác định và kiểm tra các thông số, đảm bảo tính hợp lý cả về nghiên cứu và thực tế

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

- Đánh giá tổng thể hiện trạng hồ chứa nước Tuyền Tung từ đó xây dựng các phương án, giải pháp khắc phục;

- Căn cứ đề xuất sửa chữa, nâng cấp, đảm bảo an toàn đập trong điều kiện hiện nay;

- Kết quả là cơ sở lý luận giải quyết một số vấn đề bất cập về hiện trạng thấm công trình trong thực tế và là nền tảng cho việc xây dựng các dự án nghiên cứu trong tương lai

6 Cấu trúc của luận văn

Mở đầu

Chương 1: Đánh giá hiện trạng công trình hồ chứa nước Tuyền Tung

Chương 2: Đề xuất giải pháp nâng cấp và sửa chữa đập Tuyền Tung

Chương 3: Nghiên cứu tính toán ổn định thấm cho công trình

Chương 4: Xây dựng bài toán thấm sử dụng mô hình Geo Studio 2012

Kết luận và kiến nghị

CHƯƠNG 1 ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG CÔNG TRÌNH HỒ CHỨA NƯỚC

TUYỀN TUNG

1.1 Tổng quan về công trình

1.1.1 Vị trí xây dựng

Hồ chứa nước Tuyền Tung: là cụm công trình đầu mối thuộc địa phận thôn Thọ

An, xã Bình An, huyện Bình Sơn và khu hưởng lợi thuộc các xã Bình An, Bình Khương, Bình Minh, huyện Bình Sơn, tỉnh Quảng ngãi Công trình được xây dựng vào năm 2003, có nhiệm vụ tưới cho 200 ha đất sản xuất Hồ có diện tích lưu vực 20,0km2, tổng dung tích 0,4 triệu m3 nước (Hình 1.1)

Hình 1.1 Bình đồ vị trí xây dựng công trình đập Tuyền Tung – Quảng Ngãi

Hệ thống công trình nằm cách thành phố Quảng Ngãi 37 km về phía Nam bao gồm 3 hạng mục chính như sau:

- Đập dâng nước:Gồm đập không tràn và đập tràn

+ Đập không tràn: Hình thức đập trọng lực, cao trình đỉnh đập 168,50m, chiều

dài đỉnh đập L= 64,0m, chiều rộng đỉnh đập B= 2,0m, chiều cao đập H= 12,5m Kết cấu bằng đá xây và đắp đất trong lòng;

+ Đập tràn: Hình thức tràn tự do, mặt cắt thực dụng, cao trình ngưỡng tràn

165,50, bề rộng ngưỡng tràn 60,0m, chiều cao đập H=10,0m, hình thức tiêu năng mũi phun Kết cấu bằng đá xây và được bọc 1 lớp bê tông cốt thép bên ngoài

- Cống lấy nước: Gồm cống lấy nước Bắc và cống lấy nước Nam

+ Cống lấy nước phía Bắc: Hình thức cống tròn bằng ống thép D=50cm, chảy có

áp và van đóng mởhạ lưu, chiều dài cống 152,0m;

+ Cống lấy nước phía Nam: Hình thức cống tròn bằng ống thép D=50cm, chảy có

áp và van đóng mởhạ lưu, chiều dài cống 30,0m

- Cống xả cát: Cống xả cát Nam: Hình thức cống hộp bằng bê tông cốt thép,

khẩu diện cống bxh= (1,5x2,0)m

Hồ chứa nước có nhiệm vụ chính là cung cấp nước phục vụ phát triển nông nghiệp và dân sinh Hiện nay nhiều hạng mục của công trình đã bị xuống cấp.Nhằm đáp ứng nhu cầu về nước, Đập Tuyền Tung sau khi sửa chữa đáp ứng các nhiệm vụ như sau:

+ Đảm bảo an toàn hồ chứa, giảm thiểu nguy cơ vỡ đập, bảo vệ người và tài sản ở

hạ lưu công trình;

+ Đảm bảo cấp nước tưới cho 245 ha đất sản xuất nông nghiệp; trong đó diện tích lúa 120,0ha và diện tích màu 125,0ha;

+ Nâng tần suất bảo đảm tưới từ 75% lên 85%

Hình 1.2 Hồ chứa nước Tuyền Tung (Nguồn GoogleEarth ngày 6.6.2019)

Đập dâng nước

Lòng suối Lòng hồ

Bảng 1.1 Các thông số thiết kế hồ chứa nước Tuyền Tung

HIỆN TRẠNG

5 Lưu lượng dòng chảy bình quân năm Qo m3/s 0,902

6 Lưu lượng dòng chảy năm thiết kế P=85% m3/s 0,530

9 Lưu lượng lũ kiểm tra P=0,5% (Theo QCVN) m3/s 609,0

TT THÔNG SỐ ĐƠN VỊ GIÁ TRỊ

1.1.2 Đặc điểm địa hình địa mạo

Khu vực dự án thuộc địa hình đồi, núi thấp, xen kẽ đồng bằng nhỏ hẹp Sườn địa hình dốc, độ dốc từ 100 đến 200, đỉnh núi trong vùng thường tròn, rộng Bề mặt sườn phủ nhiều đá lăn, đặc biệt sườn múi bên vai tả đập phủ nhiều tảng lăn kích thước lớn,

cá biệt có tảng từ 1.0 m đến 3.0m

Với địa hình trên trong vùng tồn tại dạng địa mạo bào mòn, rửa trôi mạnh Địa tầng cấu tạo nên dạng địa mạo này chủ yếu là đất sét pha, cát pha lẫn nhiều dăm sạn, màu vàng nhạt, vàng nâu, nguồn gốc sườn tích - tàn tích (edQ)

- Lòng suối phía thượng lưu là bãi đất thải xây dựng phủ lấp, bề mặt lồi lõm nhấp nhô, độ chênh cao giữa các khối đất khoảng từ 0.5 đến 1.0m Thành phần vật chất cấu tạo nên bãi đất này là hỗn hợp đá dăm, cát, đất sét pha, đất có độ chặt kém, tính thấm nước mạnh Diện phân bố của bãi rộng khoảng 20m tính từ tường trước đập lên phía thượng lưu;

- Lòng suối phía hạ lưu rộng khoảng 60m, lộ thiên đá gốc tạo thành nhiều bậc thang thấp từ 0.5 đến 2.0m Nền đá gốc là đá granitognais, đá nứt nẻ mạnh, còn khá tươi, đá cứng chắc Lòng suối hình thành kiểu địa mạo xâm thực, rửa trôi mạnh;

- Hai vai đập được gối lên sườn đồi thấp, sườn địa hình thoải, độ dốc sườn từ 7 –

120 Phát triển lên cao là đỉnh đồi tròn, rộng, đất đá cấu tạo nên địa hình này chủ yếu là đất sét pha chứa nhiều dăm sạn, có nguồn gốc sườn tích tàn tích (edQ) Sườn địa hình của cả hai bên vai đập không có hiện tượng sụt trượt xảy ra, trên mặt địa hình chỉ sảy

ra hiện tượng bào mòn, rửa trôi Với dạng địa hình trên khu vực hai vai của cụm đầu mối tồn tại kiểu địa mạo bóc mòn, rửa trôi Ngay sát hai vai đập là đường thi công rộng 4.0m, đường đất còn tốt Thực vật hai bên vai đập là rừng trồng, chủng loại thực vật chủ yếu là keo, ngoài ra còn một số loại thực vật tự nhiên khác, cây cối ở đây phát triến tốt

1.1.3 Đặc điểm khí hậu

Khí hậu của tỉnh Quảng Ngãi nói chung, chịu ảnh hưởng chung của khí hậu nhiệt đới ẩm gió mùa, một năm có hai mùa rõ rệt: mùa nắng từ tháng 2 đến tháng 8; mùa mưa bắt đầu từ tháng 9 đến tháng 1 năm sau

- Nhiệt độ: tháng nóng nhất từ tháng 5 đến tháng 8 Nhiệt độ cao nhất ngoài trời

có khi lên tới 410C Tháng lạnh nhất là từ tháng 12 đến tháng 2 Nhiệt độ trung bình trong năm là 25,70C Nhiệt độ thấp nhất trung bình 19,20C Nhiệt độ cực đại là 41,40C, nhiệt độ cựa tiểu là 12,40C;

- Độ ẩm: không khí trung bình năm là 85,3%, các tháng mùa mưa độ ẩm tăng lên

88% đến 89% Mùa khô độ ẩm trung bình 80% đến 82% và giảm dần từ Bắc vào Nam;

- Nắng: nhiều nhất từ tháng 3 đến tháng 9, trung bình số giờ nắng mỗi ngày là từ

6 đến 8 giờ, số giờ nắng mỗi tháng là 200 đến 270 giờ Thời kỳ từ tháng 10 đến tháng

2 năm sau là thời kỳ ít nắng, tháng ít nắng nhất là tháng 11 & 12 chỉ có khoảng 110 giờ nắng/tháng;

- Chế độ gió: Từ tháng 9 đến tháng 2, hướng gió chính là hướng bắc và đông bắc

Từ tháng 3 đếng tháng 8, hướng gió chính là hướng nam và đông nam;

- Mùa mưa: kéo dài từ tháng 9 đến tháng 12 Lượng chiếm 73 đến 75% tổng

lượng mưa cả năm Lượng mưa hàng năm biến động rất lớn, năm mưa nhiều lượng mưa lớn gấp 2 đến 3 lần lượng mưa của năm mưa ít, (có năm từ 2 đến 4 tháng không

có mưa hoặc mưa không đáng kể) Tổng lượng mưa cả năm là 2181,1mm

1.1.4 Đặc điểm địa chất thủy văn

Trong khu vực nghiên cứu, mạng lưới thủy văn phát triến khá mạnh, đặc trưng bởi khá nhiều khe suối nhỏ; các khe suối nhỏ này có dòng chảy chủ yếu đổ vào dòng chảy chính là suối Nước Lạnh Lòng suối hẹp, dòng chảy có độ dốc lớn Vào mùa mưa, lượng nước tập trung đổ về suối chính từ các sườn dốc địa hình thông qua hệ thống suối nhỏ trong vùng, làm cho suối Nước Lạnh có mực nước dâng cao nhanh, độ cao mực nước dâng từ 3.0m đến 5.0m so với bình thường Với lưu vực như trên nên suối Nước Lạnh có nước thường xuyên trong năm

a Nước lỗ hổng (Lớp 2)

Tồn tại trong lớp hỗn hợp đất sét pha, dăm sạn và đá hộc, có diện phân bố hẹp trong bãi thải xây dựng trước thân đập; lớp này có hệ số rỗng lớn, có tính thấm chứa nước Hệ số thấm K = 4.2x10-5 cm/s, đất có tính thấm nước yếu

b Đới nứt nẻ mạnh (lớp 3)

Qua kết quả theo dõi khoan, mô tả mẫu lõi khoan ở trên và thí nghiệm ép nước,

lỗ khoan LK1 đoạn chiều sâu từ 2.8m đến 4.5m, tại lỗ khoan LK4 đoạn chiều sâu từ 3.8m đến 6.5m, tại lỗ khoan LK6 đoạn chiều sâu từ 4.8m đến 8.5m, lượng nước rửa mùn khoan hầu như tiêu hao hết, không có hiện tượng nước dâng lên miệng lỗ khoan Mẫu lõi khoan lấy lên, quan sát thấy đá bị phong hóa, nứt nẻ mạnh, mẫu lõi khoan bị dập vỡ mạnh tạo dăm, trên mặt của khe nứt có vết bám của oxít sắt, chứng tỏ đới này

có nước vận động rất mạnh qua các khe nứt

Đới nứt nẻ mạnh này đã thí nghiệm ép nước vào lỗ khoan LK3đoạn 4.5 đến 7.0m, cho kết quả:

+ Lưu lượng tiêu hao trung bình Q = 7.02 l/ph ;

+ Lưu lượng hấp thu đơn vị q = 2.807 l/ph.m;

+ Lưu lượng tiêu hao trung bình Q = 2.90 l/ph;

+ Lưu lượng hấp thu đơn vị q = 0.096 l/ph.m;

1.2 Đánh giá hiện trạng thấm và ổn định qua đập Tuyền Tung

1.2.1 Hiện trạng Đập Tuyền Tung

- Đập đá xây: Hình thức đập trọng lực, cao trình đỉnh đập 168,50, chiều dài đỉnh

đập L= 64,0m, chiều rộng đỉnh đập B= 2,0m, chiều cao đập H= 12,5m Kết cấu bằng

đá xây và đắp đất phía hạ lưu

+ Tả đập:Thượng lưu đập phần bê tông ốp mặt có hiện tượng rổ và có lỗ rỗng, cơ

hạ lưu đập phần gia cố bằng đá xây hiện trạng có nhiều cây cỏ mọc trên mái và thân

Hệ thống lan can thép xuống cơ hạ lưu đập đã bị hư hỏng Tại những vị trí tiếp xúc với tường biên đã bị sụp lún

+ Đỉnh đập rộng B=2,0m, mặt đập bằng đá xây, bố trí lan cang bảo vệ thượng hạ lưu bằng ống thép cao 80cm Lan can thép đã bị hư hỏng

+ Tường biên hạ lưu đập xuấthiện nhiều vị trí thấm, có nhiều vị trí nước chảy thành vòi

- Hữu đập: Thượng lưu đập bằng đá xây, các mạch hồ đã bị bong tróc Tại vị trí

tiếp giáp với tràn đã bị hư hỏng nặng và bị sạt lở 1 mảng lớn, nước chảy qua tạo thành dòng và làm sạt lở ở phía hạ lưu đập

+ Hạ lưu đập bề mặt được gia cố bằng đá xây, nhưng hiện trạng có nhiều cây bụi mọc Đặt biệt là xuất hiện rảnh sụt lún chạy theo tường biên tiếp giáp với tràn.Tường biên hạ lưu bằng đá xây đã bị hư hỏng nặng, các mạch vữa đã bị thốikhông còn có tác dụng liên kết nên xuất hiện nhiều hàm ếch khi hồ tích nước tạo dòngthấm qua thân đập

và chảy thành dòng, gây mất ổn định cho công trình

+ Hệ thống lan cang bảo vệ bằng ống thép cao 80cm đã bị hư hỏng

- Tràn xả lũ:

+ Hình thức tràn tự do, mặt cắt thực dụng, cao trình ngưỡng tràn 165,50, bề rộng ngưỡng tràn 60,0m, chiều cao đập H=10,0m, hình thức tiêu năng mặt Kết cấu bằng đá xây và được bọc 1 lớp bê tông cốt thép bên ngoài

+ Ngưỡng tràn tại những vị trí cắt khớp thi công đã bị hư hỏng

+ Hạ lưu tràn bị nứt nhiều đường theo phương dọc và phương ngang với độ rộng vết nứt từ 1 -:- 5cm với chiều dài vết nứt khoảng 50m theo phương dọc đập Tại chân mũi phun có nhiều vị trí bị hỏng nước thấm qua chảy thành vòi

+ Lớp bê tông mặt tràn đã bị hư hỏng xuất hiện nhiều điểm vở, tại vị trí cắt khớp thi công đã bị bong tróc, khớp nối đã bị hỏng Nhiều vị trí nước thấm qua thân tràn

1.2.2 Hình ảnh hiện trạng Đập Tuyền Tung

Hình 1.3 Mặt thương lưu đập tràn

Hình 1.4 Mặt thượng lưu đập trong thời kỳ tích nước

Đập không tràn

Đập tràn

Hình 1.7 Phần thượng lưu đập tràn

Hình 1.8 Khớp nối thượng lưu đập tràn

Đoạn sạt lở

Khớp nối bị hỏng

Hình 1.9 Thượng lưu vai hữu đập không tràn

Hình 1.10 Tiếp giáp phần đập tràn và đập không tràn bên vai hữu

Hình 1.11 Hạ lưu vai tả đập không tràn

Hình 1.12 Hạ lưu đập Tuyền Tung

Thấm qua thân

Hình 1.13: Hạ lưu mái đập tràn

Hình 1.14 Tường bên hạ lưu vai hữu đập

Vết nứt chạy dọc thân đập tràn

Vị trí nối bị hỏng

Hình 1.15 Hiện tượng thấm qua vai hữu đập

Hình 1.16 Nền bị sụt lún hạ lưu đập không tràn (vai hữu)

1.2.3 Đánh giá nguyên nhân mất nước hồ

Đập được xây dựng năm 2003 sau khi đưa vào sử dụng thì xảy ra hiện tượng thấm nước Năm 2007 đã được xữ lý nhưng vì kinh phí có hạn nên chỉ xử lý thấm qua đoạn đập phần không tràn bằng hình thức khoan phụt chống thấm phía thượng lưu với

2 hàng khoan và mặt thượng lưu Tả đập không tràn được đổ bê tông cốt thép M200 áp mặt từ đáy nền lên đến cao trình 165,50m

Theo quan sát hạ thượng lưu đập và kết quả khoan địa chất, nguyên nhân chính mất nước hồ là do thấm qua nền và thấm qua thân đập

- Thấm qua nền: Đập nằm trên nền đá nứt nẻ vừa và mạnh nhưng chân khay cắt

thấm không qua hết phần nứt nẻ, dẫn đến xuất hiện dòng thấm qua nền Thấm qua nền với những nguyên nhân sau:

Về điều kiện địa chất: Địa chất nền có cấu tạo từ trên xuống gồm các lớp:

+ Lớp 1: Xuất hiện tại thượng lưu tràn, là hỗn hợp cát sỏi bụi đây là lớp bồi lắng

trước tràn, thấm mạnh, xuất hiện tại lỗ khoan số 2 và số 6

+ Lớp 2: Xuất hiện tại thượng lưu đập, là lớp sét pha, chứa nhiều dăm sạn, màu

vàng nâu, trạng thái ẩm, nữa cứng kết cấu chặt, hệ số thấm k=4,2x10-5 ( lỗ khoan 1,3,4,5,7)

+ Lớp 3: Xuất hiện tại thượng lưu đập và tràn, là lớp đá Granitognais, đá nứt nẻ

mạnh, khe nút tách, mặt khe nứt có vết bám của ô xít sắt có màu nâu đỏ; phong hóa yếu, đá có mầu xám đục, phớt màu vàng nhạt, hệ số thấm k=6,285m/ngày ( trên toàn

bộ lỗ khoan)

+ Lớp 4: Xuất hiện tại thượng lưu đập và tràn, là lớp đá Granitognais, đá nứt nẻ

ít, còn tươi màu trắng xám, xám xanh, đá có cấu tạo khối, tỷ lệ noãn khoan 100% Hệ

số thấm k=0,280m/ngày ( lỗ khoan 1,2,3,4,5,6)

Với số liệu địa chất như trên cũng như phân bố địa tầng thì nền đập nằm trên lớp 2 và nền tràn nằm chủ yếu trên lớp 3 Đây là lớp có hệ số thấm cao ( lớp 3 thấm mạnh) nên dẽ phát sinh dòng thấm một khi chịu tác động của cột nước lớn ( khi hồ tích nước)

Tại hạng mục tràn nằm trên nền lớp 2 và lớp 3 thì với độ chênh cao giữa đỉnh tràn ở cao trình 165,5m so với đáy tiêu năng 155,5m trên chiều dài 13,0m nên gradient thấm trong nền là rất lớn

- Thấm qua thân đập với những nguyên nhân sau:

Về công tác thi công:

+ Chất lượng thi công không được tốt

+ Phạm vi đập tràn xuất hiện nhiều vết nứt chạy dọc đập với khe nứt từ (1 đến 5)cm, tại các vị trí khớp nối vật liệu chống thấm đã bị hỏng

+ Tiếp xúc giữa đập và nền bằng bê tông M150 chỉ dày dày 50cm khả năng dòng

thấm xảy ra rất cao (vì chất lượng và kiểm soát thi công)

+ Hiện trạng vai hữu đập bằng đá xây xuất hiện nhiều vết nứt và các mạch vữa bị bong tróc, đặc biệt tại vị trí tiếp giáp với tràn xuất hiện vết sạt lở lớn, tạo dòng thấm qua thân đập và gây sụp lún ở phía hạ lưu đập, xuất hiện thành dòng

Hiện trạng thấm qua đập rất lớn, gây mất ổn định cho công trình, đe dọa trực tiếp tính mạng và tài sản của nhân dân trong vùng Công trình bị thấm qua thân và nền rất mạnh, dẫn đến hồ chứa mất nước nhanh không đảm bảo công tác vận hành khai thác trong thời gian qua

- Đập: Tim tuyến đập chọn trùng với tim tuyến đập cũ;

- Tràn xả lũ: Tuyến tràn xả lũ chọn trùng với tuyến tràn cũ;

- Cống lấy nước:tuyến cống lấy nước Bắc, Nam không sửa chữa

2.2 Giải pháp nâng cấp sửa chữa

Qua mô tả hiện trạng công trình hiện nay là do hiện tượng thấm qua nền và thân công trình với lưu lượng lớn gây mất ổn định và đe dọa đến an toàn công trình

Theo đó giải pháp xây dựng chọn là tiến hành nâng cấp, sửa chữa chống thấm cho công trình và sửa chữa những khiếm khuyết còn tồn tại trong thi công trước đây để công trình ổn định và vận hành khai thác tốt

2.3 Phân tích chọn biện pháp công trình

Căn cứ vào:

+ Nhiệm vụ công trình;

+ Các điều kiện tự nhiên, địa hình, địa chất, thủy vănkhu vực;

+ Hiện trạng hư hỏng của công trình;

+ Nguyên nhân gây ra hư hỏng công trình;

Biện pháp sửa chữa: Đề xuất các phương án để tiến hành phân tích từ đó chọn

phương án tối ưu làm phương án thiết kế như sau:

- Phương án 1: Làm mới vai Hữu đập, sửa chữa xử lý chống thấm vai Tả đập và

tràn xả lũ, cống lấy nước sử dụng lại

+ Hữu đập: Làm mới bằng bê tông, chống thấm bằng lớp BTCT M300 dày 1m

phía thượng lưu, hạ lưu bằng bê tông M150 độn đá hộc Chân khay đập cắt qua lớp 3 và cắm vào lớp 4 khoảng 100cm, đáy chân khay B=1,0m Với chiều dài L= 41,20m, mặt đập rộng B=2,0m, có lan can bảo vệ thượng hạ lưu bằng ống thép;

+ Tả đập: Xử lý chống thấm nền bằng giải pháp khoan phụt tạo màng chống

thấm Tiến hành khoan phụt 3 hàng phía thượng lưu đập, cách mặt đập hiện trạng 2,45m bố trí hàng khoan đầu tiên Phạm vi khoan phụt: Điểm đầu cách mép tràn xả lũ

về giữa tràn 3m, đến vào hết vai Tả đập, L= 27m Dung dịch phụt bằng hỗn hợp xi măng + sét qua nền đất và vữa xi măng qua nền đá đến cao trình (151,00 - 153,50)m, chiều sâu hố khoan từ H = (5,50 - 13,00)m

+ Sân phủ bằng BTCT M300 dày 50cm rộng 4,20m, kết hợp với mặt thượng

lưuđập hiện trạng được ốp 1 lớp BTCT M300, liên kết với lớp đập cũ bằng thép neo D16, dùng sika để liên kết giữa thép neo và bê tông cũ Với chiều dài L= 24,75m Mặt đập rộng B=2,0m, có lan cang bảo vệ thượng hạ lưu bằng ống thép

+ Tràn: Làm sân phủ thượng lưu rộng 3,5m bằng BTCT M300, dày 50cm kết hợp

với chân khay cắt thấm bằng BTCT M300 cắm vào lớp 4 khoảng 100cm, đáy chân khay B=1,0m Tràn hiện trạng được bọc lớp BTCT M300, dày 100cm phía thượng lưu ngưỡng tràn, mặt và hạ lưu tràn bọc lớp BTCT M300 dày 30cm Với chiều rộng tràn bằngB= 60,0m

- Phương án 2: Làm mới 2 vai Hữu, Tả đập, sửa chữa xử lý chống thấm tràn xả

lũ, làm mới cống lấy nước Nam bằng ống thép D50cm

+ Hữu, Tả đập: Làm mới bằng bê tông, chống thấm bằng lớp BTCT M300 dày

1,0m phía thượng lưu, hạ lưu bằng bê tông M150 độn đá hộc Chân khay đập cắt qua lớp 3 và cắm vào lớp 4 khoảng 100cm, đáy chân khay b=1,0m Với chiều dài Lđập= 65,95m, Hữu đập L =41,20m, Tả đập L= 65,95m, mặt đập rộng B=2,0m, có lan cang bảo vệ bằng ống thép

+ Tràn: Làm sân phủ thượng lưu dài 3,5m bằng BTCT M300, dày 50cm kết hợp

với chân khay cắt thấm bằng BTCT M300 cắm vào lớp 4 khoảng 100cm, đáy chân khay b=1,0m Tràn hiện trạng được bọc lớp BTCT M300, dày 100cm phía thượng lưu ngưỡng tràn, mặt và hạ lưu tràn bọc lớp BTCT M300 dày 30cm Với chiều rộng bằngB= 60,0m

+ Cống lấy nước Nam: Làm mới bằng ống thép D50cm, bọc bên ngoài bằng

BTCT M300

Phân tích lựa chọn phương án

- Về kinh tế: Bảng tổng hợp chi phí các phương án

Bảng 2.1 Bảng tổng hợp chi phí các phương án đề xuất

Phương án Gía trị (tỷ đồng)

Phương án 1 Làm mới vai Hữu đập và sửa chữa vai Tả đập và tràn xả lũ 16,294

Phương án 2 Làm mới vai Hữu, Tả đập và sửa chữa tràn xả lũ, làm mới cống lấy nước Nam 18,251

-

- Về kỹ thuật:

Bảng 2.2 Phân tích ưu nhược điểm của các phương án

- Thi công nhanh, giá thành chi phí thấp;

- Hạn chế của phương án là không kiểm

soát hết phía trong cống xả cát và cống

lấy nước Nam

- Kiểm soát được dòng thấm trong nền

- Thời gian thi công chậm hơn phương án

1, giá thành chi phí cao

Kết Luận:Qua phân tích ưu nhược điểm và dựa theo tiêu chí, mục tiêu của dự án

tác giả chọn Phương án 1: Làm phương án thiết kế Đây là phương án đảm bảo chống thấmgần như triệt để cho công trình với điều kiện yêu cầu kỹ thuật không quá phức tạp, dễ dàng trong việc kiểm soát chất lượng công trình

- Trường hợp 2: ứng với MNLTK (MNLTK), Z2 = MNLTK + h’ + hsl’ + a’;

- Trường hợp 3: ứng với MNLKT, Z3 = MNLKT + h’ + a”;

Trong đó:

+ h, h’: độ dềnh của nước do gió ứng với tần suất gió thiết kế (m);

+ hsl, hsl’: chiều cao sóng leo lên mái ứng với tần suất gió thiết kế (m)

+ a, a’, a”: độ vượt cao an toàn (m), tra bảng 2 - TCVN 8216-2009: Tiêu chuẩn thiết kế đập đất đầm nén, ứng với công trình cấp III (cấp II - theo QCVN 04-05:2011) có:

Bảng 2.3 Tính toán xác định cao trình đỉnh đập không tràn

Thông số Ký hiệu

Trường hợp tính Bình

thường

Lũ Thiết

kế

Lũ kiểm tra

Giả thiết sóng là sóng sâu

Kiểm tra điều kiện sóng

Cao trình đỉnh đập lớn nhất trong các trường hợp kể trên: 169,16m

Với cao trình MN lũ kiểm tra theo WB:169,15m để đảm bảo yêu cầu không cho

lũ tràn qua, chọn cao trình đỉnh đập:169,20m ( lấy tròn)

b Lựa chọn các thông số thiết kế mặt cắt ngang đập:

+ Thời gian thi công nhanh

- Nhược điểm của giải pháp:

+ Khó kiểm soát chất lượng khoan phụt chống thấm trên mặt bằng thi công lớn,

kỹ thuật thi công phức tạp

+ Không khắc phục triệt để được các vấn đề bất lợi trong nền móng

2 Giải pháp chân khay chống thấm

Nền đập thấm mạnh qua lớp 2&3, đào chân khay chống thấm cắt qua lớp 3 và cắm sâu vào lớp 4 (lớp đá tươi) khoảng 100cm; đồng thời làm sân phủ thượng lưu và

ốp lớp áo bằng BTCT M300mặt thân đập thượng lưu để tăng chống thấm qua thân đập Chiều rộng chân khay B = 1,0m; cao trình đáy chân khay (156,70 - 157,70)m

- Nhược điểm của giải pháp:

+ Khối lượng đào đất, đá lớn

+ Thời gian thi công dài và phụ thuộc vào tình hình thời tiết tại công trình

- Ưu điểm của giải pháp:

+ Thi công và quản lý chất lượng đơn giản;

+ Hoàn toàn kiểm soát chất lượng bê tông chân khay của công trình;

+ Khắc phục, kiểm soát được địa chất nềnchân khay

Căn cứ vào địa chất nền và hiện trạng của công trình, thì giải pháp thiết kế chọn chống thấm cho nền là: Tảđập làm mới sẽ chống thấm nền bằng chân khay chống thấm Hữu đập sửa chữa chọn chống thấm nền bằng hình thức khoan phụt tạo màng chống thấm

Mặt cắt đập: (Làm mới Hữu đập, Tả đập sửa chữa)

Hữu đập:Đã bị hư hỏng xuống cấp nghiêm trọng xuất hiện nhiều dòng thấm

thành vòi ở hạ lưu đập, gây mất ổn định cho công trình khi hồ tích nước Đề xuất làm mới Hữu đập bằng đập bê tông trọng lực, kết cấu bằng bê tông cốt thép M300 dày 1,0m phía thượng lưu, hạ lưu bằng bê tông M150 độn đá hộc Chân khay đập đập cắt qua lớp 3 và cắm sâu vào lớp 4 khoảng 100cm Với chiều dài hữu đập Lhđập = 41,20m, mặt đập rộng B=2,0m, có lan cang bảo vệ bằng ống thép cao 80cm hai bên thượng lạ hưu đập;

+ Cao trình đỉnh đập: 169,20m;

+ Cao trình đáy chân khay đập chạy từ:(156,0 -:- 163,20) m;

+ Bề rộng bản đáy chân khay đập chạy từ:( 13,90-:- 5,50)m

+ Cơ hạ lưu đập rộng B=15,70m, bằng đất đắp K=0,97 được chắn bằng tường bê tông M250

+ Tường chắn hạ lưu đập bằng BT M250, Bề rộng bản đáy tường B= 2,2m, bề rộng đỉnh tường B=30cm, chiều cao tường hạ lưu H= 3,7m L= 16+5=21,0m

Hình 2.2 Mặt cắt hữu sau khi nâng cấp

Tả đập: đã bị hư hỏngxuất hiện nhiều dòng thấm thành vòi ở hạ lưu đập, gây mất ổn định cho công trình khi hồ tích nước, đề xuất sửa chữa là:

+ Tiến hành khoan phụt 3 hàng phía thượng lưu đập, cách mặt đập hiện trạng 2,45m bố trí hàng khoan đầu tiên Phạm vi khoan phụt: Điểm đầu cách mép tràn xả lũ

về giữa tràn 3m, đến vào hết vai Tả đập, L= 27m Dung dịch phụt bằng hỗn hợp xi măng + sét qua nền đất và vữa xi măng qua nền đá đến cao trình (151,00 -:- 153,50)m, chiều sâu hố khoan từ H = (5,50-:- 13,00)m Bố trí khoan phụt theo hình hoa mai: 3 hàng khoan A, B và C,cách khoảng 1m, các lỗ trong cùng hàng cách khoảng 2m Trước khi tiến hành khoan phụt, dọn sạch móng, đổ bê tông phản áp M250, dày 30cm Trước khi tiến hành khoan phụt đại trà, cần khoan thí nghiệm để chọn các thông số: nồng độ dung dịch vữa, định mức hao hụt vữa … Đểđiều chỉnh hợp lý, có báo cáo đánh giá kết quả khoan phụt thí nghiệm để áp dụng cho khoan phụt đại trà

+ Sân phủ bằng BTCT M300 dày 50cm rộng 4,20m, kết hợp với mặt thượng lưuđập hiện trạng được ốp 1 lớp BTCT M300 dày 1m từ đáy nền lến đến cao trình 165,8 và từ cao trình 165,8 đến đỉnh đập bề dày lớp bê tông là 60cm, liên kết với lớp đập cũ bằng thép neo D16, dùng sika để liên kết giữa thép neo và bê tông cũ Với chiều dài L= 24,75m Mặt đập rộng B=2,0m, có lan cang bảo vệ thượng hạ lưu bằng ống thép

Hình 2.3 Mặt cắt tả đập sau khi nâng cấp

CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH THẤM CHO

CÔNG TRÌNH ĐẬP BÊ TÔNG

3.1 Khái niệm về thấm

Thấm là sự chuyển động của chất lỏng trong đất, trong đá nứt nẻ hoặc trong môi trường (rỗng, xốp) nói chung của đất được diễn ra dưới tác dụng của lực trọng trường khi có sự chênh lệch cột nước giữa các điểm khác nhau trong môi trường xốp

Hình 3.1 Hiện tượng thấm hồ chứa

Tính thấm nước của đất đá phụ thuộc nhiều nhân tố, quan trọng nhất là kích thước, hình dạng lỗ rỗng và độ rỗng, nó được quyết định bởi độ phân tán và thành phần khoáng vật của đất đá

Sự xuất hiện của dòng thấm qua đập bê tông gây nên những tác hại nhiều lúc rất lớn về mặt tổn thất lượng nước cũng như tính bền vững của công trình Tuy nhiên, vấn

đề về dòng thấm qua đập bê tông hiện nay chưa thực sự được tập trung nghiên cứu trên nhiều quốc gia, trong đó có Việt Nam

3.1.1 Nguyên nhân gây thấm

Nguyên nhân gây ra thấm là do thế chuyển động của dòng thấm hay chính là Gradient cột nước thấm Nguyên nhân gây thấm trong vật liệu không bão hòa nước ngoài tác nhân chính là Gradient cột nước thủy lực (bao gồm Gradient áp lực và Gradient cao trình) còn do Gradient độ ẩm, Gradient hút dính Ua-Uw Trong đó Ua

chính là áp lực khí lỗ rỗng, Uw là á lực nước lỗ rỗng

Thế chuyển động của dòng thấm: xác định năng lượng hay khả năng của dòng Năng lượng tại một điểm được tính theo mức chuẩn Mức chuẩn được chọn tuỳ ý vì chỉ gradient năng lượng giữa hai điểm là quan trọng để mô tả dòng thấm

Tổng năng lượng tại một điểm có thể biểu thị năng lượng trên trọng lượng đơn vị được gọi là vị thế hay cột nước thủy lực

2g - Cột nước lưu tốc trong đất (m)

Do cột nước lưu tốc trong vật liệu là rất nhỏ so với cột nước trọng lực nên công thức (3.1) có thể viết thành:

3 w w

Dưới góc độ đảm bảo sự làm việc tin cậy của đập đất đá thì nghiên cứu thấm không ổn định có một vai trò quan trọng Đáng chú ý là trường hợp chuyển động thấm không ổn định ở khu vực nêm thượng lưu của đập và ở mái dốc hai bờ phía thượng lưu, khi mực nước trong hồ chứa hạ đột ngột với tốc độ lớn Hiện tượng này thường xảy ra khi cần tháo nước hồ chứa để tạo dung tích phòng lũ trước thời điểm có lũ lớn theo dự báo hoặc trong tình huống sự cố Do vị trí đường bão hòa trong thân đập cao hơn mực nước hồ cho nên sẽ hình thành sự chuyển động thấm ngược về phía hồ chứa,

và hiện tượng thấm ngược có thể gây mất ổn định cho mái dốc thượng lưu hoặc làm trượt lớp gia cố bảo vệ mái dốc

b Thấm có áp và thấm không áp

Dòng thấm có áp – khi nó bị giới hạn từ phía trên bởi biên cứng, dòng thấm không có mặt thoáng, chuyển động của dòng thấm giống như nước chảy trong ống có

áp Đây là trường hợp khi xét dòng thấm dưới đáy công trình

Dòng thấm không áp – khi nó không bị giới hạn từ phía trên bởi công trình Đây

là trường hợp dòng thấm hai bên vai công trình, dòng thấm qua thân đập đất Giới hạn phía trên của dòng thấm là mặt thoáng hay mặt bão hòa, tại đây có áp suất bằng áp suất khí trời

c Dòng thấm phẳng và thấm không gian

Đối với các đập xây dựng ở sông đồng bằng thường có chiều cao nhỏ, chiều dài lớn, do đó chuyển động thấm trong phạm vi phần lớn chiều dài đập là thấm gần như phẳng, nghĩa là dòng thấm gần vuông góc với trục dọc của đập Các đập cao xây dựng

ở vùng núi, hoặc trên các sông suối hẹp thì chuyển động của dòng thấm có tính không gian rõ rệt

Hình 3.2 Dòng thấm phẳng

d Hiện tượng mao dẫn trong thấm không áp

Dòng thấm qua đập đất đá là thấm không áp có mặt bão hòa là mặt thoáng tự do,

vì vậy phía trên mặt bão hòa hình thành vùng đất có độ ẩm giảm dần dưới tác dụng của lực mao dẫn (wm< wb, trong đó: wm - độ ẩm của đất ở vùng mao dẫn, wb - độ ẩm của đất trong điều kiện bão hòa nước - đất nằm dưới đường bão hòa) Chiều cao mao dẫn

và sự phân bổ độ ẩm của đất ở vùng mao dẫn phụ thuộc vào kích thước kẽ rỗng giữa các hạt đất đá

Hình 3.3 Sơ đồ vùng thấm mao dẫn (a), biểu đồ áp lực nước trong đập đất (b)

Nước mao dẫn tham gia chuyển động thấm ở vùng bão hòa Nếu kể tới chuyển động mao dẫn thì cột nước thấm được tính như sau:

H = +h h a (m)

Trong đó:

+ Ht : cột nước thấm có kể đến mao dẫn (m);

+ h : cột nước thấm kể từ đường bão hòa đến đáy đập (m);

+ hm : chiều cao mao dẫn (m);

+ a :hệ số kể đến mức độ chứa nước trong lớp mao dẫn lấy bằng 0,3 ÷ 0,4

3.2 Vấn đề về nghiên cứu dòng thấm

Nhiệm vụ của nghiên cứu dòng thấm là tìm ra các quy luật chuyển động của nó phụ thuộc vào hình dạng, kích thước các bộ phận công trình là biên của dòng thấm; xác định các đặc trưng phân bố áp lực thấm lên các bộ phận công trình, phân bố gradien thấm trong miền thấm, và trị số lưu lượng thấm Trên cơ sở các tính toán này, người thiết kế sẽ chọn được hình thức, kích thước, cấu tạo hợp lý của công trình, đảm bảo điều kiện làm việc an toàn của nó (ổn định về trượt, ngăn ngừa biến hình nền ) và tính kinh tế của phương án được chọn

Vấn đề nghiên cứu dòng thấm từ lâu đã thu hút sự quan tâm của các nhà khoa học thế giới Vào thế kỷ 18 đã có các công trình nghiên cứu của Lômônôxôv, Becnoulli, Euler.Từnăm1856,Darcyđãtiếnhànhnghiêncứuthựcnghiệmvà tìmrađịnhluật thấm tuyến tính mà ngày nay được gọi là định luật thấm Darcy

Những thành tựu nổi bật về lý thuyết thấm đã được công bố trong các tác phẩm của Jucovxki (1898), Pavlovxki (1922) Đóng góp vào sự phát triển phương pháp thuỷ lực trong lý thuyết thấm có công của Duypuy, Côzeny, Aravin, Numerov, Ughintrux, Trugaev và nhiều nhà khoa học khác Việc giải bài toán thấm bằng phương pháp thuỷ lực đã đạt được kết quả phong phú cho các sơ đồ bài toán phẳng của thấm có áp Với bài toán thấm không có áp mới chỉ giải quyết được cho một số sơ đồ đơn giản

Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ của các phương pháp số và công cụ máy tính, nói chung có thể giải được bài toán thấm với biên bất kỳ cho bài toán phẳng và bài toán không gian, thấm ổn định và không ổn định

3.3 Phương pháp tính toán thấm

3.3.1 Các giả thiết cơ bản

Lời giải lý thuyết của bài toán thấm có áp được đưa ra trên cơ sở một số giả thiết

cơ bản đơn giản hoá môi trường thấm và dòng thấm Các giả thiết đó như sau:

- Đất nền là môi trường đồng nhất đẳng hướng;

- Nước chứa đầy miền thấm và không ép co được;

Theo giả thiết này, không còn hiện diện của cốt đất trong miền thấm ảnh hưởng của cốt đất chỉ thể hiện gián tiếp qua hệ số thấm k

- Dòng thấm ổn định;

- Dòng thấm chảy tầng và tuân theo định luật Darcy:

V=k.J (3.3)