Đang tải... (xem toàn văn)
Thực trạng thấm nước qua đập Kẻ Gỗ, tính toán xác định các đặc trưng dị hướng của môi trường thấm thân đập, giải pháp đảm bảo an toàn về thấm cho đập Kẻ Gỗ là những nội dung chính trong bài viết Kết quả bước đầu về nghiên cứu thấm qua môi trường không đồng nhất ở đập Kẻ Gỗ và biện pháp khắc phục. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung bài viết để nắm bắt thông tin chi tiết.
Kết bước đầu Nghiên cứu thấm qua môi trường không đồng đập Kẻ Gỗ biện pháp khắc phục PGS.TS Nguyễn Chiến - Đại học Thuỷ Lợi KS Nguyễn Việt Hà - BQL Dự án Kẻ Gỗ Tóm tắt: Trong thực tế xây dựng đập đất, đặc điểm hình thành đất (đối với nền) đặc điểm trình đắp đập (đối với thân đập), tồn môi trường thấm không ®ång nhÊt, tøc hƯ sè thÊm ë c¸c khu vùc miền thấm khác nhau, hệ số thấm theo phương khác điểm miền thấm đập Kẻ Gỗ (Hà Tĩnh) biểu thấm qua môi trường không đồng dòng thấm thoát mái hạ lưu điểm có cao độ khác cao so với dự tính thiết kế (môi trường đồng nhất) Trong giới thiệu trạng thấm qua đập Kẻ Gỗ, tiến hành phân tích, đánh giá mức độ thấm dị hướng thân đập đề xuất giải pháp xử lý để bảo đảm an toàn cho đập Đặt vấn đề: Trong xây dựng công trình thuỷ lợi, toán thấm qua môi trường đồng đẳng hướng nghiên cứu tương đối kỹ với trường hợp dòng thấm có áp (dưới công trình) không áp (trong thân đê, đập) Tuy nhiên, thực tế, đặc điểm hình thành môi trường thấm (hình thành tự nhiên, đất phong hoá từ đá gốc, hay trầm đọng lớp qua thời gian; hình thành nhân tạo: đất đắp lớp tạo thành đê, đập), tồn môi trường thấm không đồng nhất, không đẳng hướng, làm cho kết tính toán thấm truyền thống không phản ánh thực tế, đe doạ an toàn ổn định công trình Quan sát thực tế đập đất xây dựng cho thấy số đập xuất dòng thấm mạnh số khu vực, gây nước hồ chứa dẫn đến xói ngầm nguy hiểm, gây cố vỡ đập (như trường hợp đập Am Chúa năm 1993, đập Cà Giây năm 1998) số đập khác, dòng thấm hạ lưu không mạnh, chưa gây xói ngầm nguy hiểm, điểm thoát dòng thấm mái hạ lưu lại cao nhiều so với kết tính toán thiết kế, xảy với đập Đồng Mô, đập Thuận Ninh, gần đập Kẻ Gỗ Dòng thấm thoát vị trí cao mái hạ lưu làm bão hoà nước toàn phần đất phía điểm lộ nước tiềm ẩn nguy sạt trượt cục mái hạ lưu, dẫn ®Õn mÊt ỉn ®Þnh ®Ëp ë ViƯt Nam thêi gian qua có số công trình nghiên cứu dâng cao đường bão hoà đập dòng thấm không gian xẩy đập Cần Đơn, Thác Mơ, Hoà Bình [5] Vấn đề thấm dị hướng thân đập đất đề cập Trong tập trung nghiên cứu tình trạng thấm nước qua đập Kẻ Gỗ ví dụ thấm nước qua môi trường không đồng nhất, không đẳng hướng Thực trạng thấm nước qua đập Kẻ Gỗ: 2.1 Giới thiệu chung công trình Kẻ Gỗ [4]: Đập Kẻ Gỗ xây dựng sông Rào Cái thuộc xã Cẩm Mỹ, huyện Cẩm Xuyên, tỉnh Hà Tĩnh Đập có chiều cao 37,5m, chiều dài đỉnh 1004m, thuộc loại đập đồng chất Hồ chứa đập tạo có dung tích toàn 345 triệu mét khối, đảm bảo lượng nước tưới cho 21.136 đất canh tác, tạo nguồn cấp nước cho sinh hoạt công nghiệp 52,5 triệu m3/năm Công trình bắt đầu xây dựng từ năm 1976, đến tháng 2/1978 bắt đầu tích nước phần; năm 1983 công trình hoàn thành thức đưa vào khai thác 2.2 Thực trạng thấm nước qua đập Kẻ Gỗ: Qua 30 năm khai thác, đập Kẻ Gỗ đảm bảo ổn định hồ chứa đáp ứng nhiệm vụ đặt Tuy nhiên, trình quản lý khai thác đập hồ chứa phát thấy điểm bất cập nguy tiềm ẩn đe doạ an toàn đập Nói riêng tình hình thấm nước qua đập, theo tính toán thiết kế, ứng với mực nước hồ đường bão hoà thấm đổ vào thiết bị thoát nước hạ lưu (dưới cao trình 12,0m đoạn lòng sông tăng cao dần phía đầu đập) Tuy nhiên, qua quan s¸t thùc tÕ, mùc níc hå b»ng cao mức 30,6m mái hạ lưu xuất nhiều điểm thoát nước thấm vị trí cao đỉnh thiết bị thoát nước phần mái phía cao trình 24,0m, điểm lộ nước thÊm chđ u ë d¹ng cơc bé, cã diƯn tÝch không lớn Nhưng từ cao trình 24,0m trở xuống khu vực xuất lộ nước thấm trải diện tích rộng, gồm nhiều điểm Nhiều nơi vết thấm chạy dài theo đường ngang cao độ 18m quan sát thấy có dải thấm dài gần 100m [2] số điểm xử lý cục đá lát khan (áp mái) Nước thấm rỉ nước (chưa xảy xói ngầm) Hiện trạng số điểm lộ nước đặc trưng h.1 a) b) c) d) Hình 1: Hình ảnh số điểm lộ nước đặc trưng mái hạ lưu đập Kẻ Gỗ a/ Tại cao trình 18,0m; b/ Tại cao trình 14,0m; c/ Tại cao trình 21,0m (đã xử lý thoát nước) d/ Tại cao trình 25,0m (đã xử lý thoát nước) 2.3 Phân tích nguyên nhân: Hiện trạng nước thấm rỉ mái hạ lưu đập Kẻ Gỗ mô tả rõ ràng không bình thường, nằm dự kiến thiết kế Để hiểu nguyên nhân tượng cần phải nghiên cứu kỹ tài liệu thiết kế trình thi công đập Trong thiết kế, tính toán thấm cho đập Kẻ Gỗ sử dụng sơ đồ đập đồng chất với hệ số thấm K = x 10-5 cm/s Kết khảo sát địa chất năm 2006 cho mục đích sửa chữa nâng cấp ®Ëp ®· cho thÊy thùc tÕ th©n ®Ëp tån khu vực đất có hệ số thấm khác Một số tiêu lý lớp đất bảng Từ số liệu bảng cho thấy tiêu lý lớp đất đắp đập không chênh nhiều Điều đáng quan tâm hệ số thấm lớp đất đắp lớn lớn nhiều so với trị số tính toán thiết kế Bảng Một số tiêu lý đất thân đập Kẻ Gỗ [1] TT Chỉ tiêu Đơn vị Đất lớp Đất lớp Đất lớp §Êt líp (nỊn) k T/m3 1,69 1,62 1,75 1,68 ®é 16 18 17 27 C Kg/cm2 0,22 0,24 0,18 0,21 K 10-4cm/s 2,2 2,0 2,8 3,1 Về mặt thi công, đắp đập Kẻ Gỗ sử dụng loại đầm chân đê mặt đập Với loại đầm chân đê có trọng lượng không lớn số lượt đầm không giám sát chặt chẽ bề mặt tiếp giáp lớp đầm dễ bị sượng, không nén chặt đều, làm cho khả thấm nước theo phương ngang lớn so với phương đứng (do dòng thấm phương đứng phải xuyên qua phần đầm chặt lớp) Đây nguyên nhân quan trọng tượng thấm dị hướng thân đập Đối chiếu với trạng thấm nước mái hạ lưu đập Kẻ Gỗ, đánh sau: - Một số điểm thoát nước thấm cao trình +24,0m đường thấm tập trung nối thông với mặt thượng lưu đập Các đường thấm tập trung tồn chủ yếu đầm không kỹ đắp đập Mặc dù mức độ thấm nước qua vị trí không lớn, chúng cần xử lý để phòng ẩn hoạ sau - Các điểm thoát nước thấm tập trung cao trình 24,0m mái hạ lưu phản ánh đặc trưng thấm dị hướng đồng (giữa mặt cắt) thân đập Thấm dị hướng làm cho điểm đường bão hoà nằm cao so với tính toán thiết kế (theo mô hình thấm đẳng hướng) 10 - Nguyên nhân tượng dâng cao đường bão hoà đập dòng thấm không gian xẩy đập Cần Đơn, Thác Mơ [5]: địa hình vai đập dốc, nước thấm từ vai chảy dồn vào khoảng đập tạo dòng thấm tập trung Tuy nhiên, với đập Kẻ Gỗ có chiều dài lớn (L=1004m), hai vai đập thoải ảnh hưởng thấm không gian không đáng kể Sau tiến hành tính toán để tìm đặc trưng dị hướng môi trường thấm thân đập Kẻ Gỗ 3.Tính toán xác định đặc trưng dị hướng môi trường thấm thân đập 3.1 Phương pháp giải toán thấm dị hướng: Sau trình bày phương pháp giải toán thấm phẳng, ổn định Môi trường thấm có hệ số thấm theo phương ngang (từ thượng hạ lưu) Kx, theo phương đứng Ky Phương trình vi phân toán là: H H 0 (1) kx ky x x y y Trong H = H(x, y) cột nước thấm Trong phạm vi định miền thÊm cã thÓ coi Kx = const; Ky = const, ®ã: 2 H 2H (2) k 0 y x y Theo nguyên lý biến phân, việc giải phương trình (2) tương đương với tìm cực tiểu phiếm hàm có dạng: kx 2 H H k x ky dxdy a.H ds x y 2 ( L) (3) Trong đó: L - đường cong biên phần diện tích miền thấm ; ds vi phân đường cong L; a hệ số, phụ thuộc vào điều kiện bổ sung nước điểm tính toán đường cong L Phương trình (3) kết hợp với điều kiện biên cụ thể miền thấm giải theo phương pháp phần tử hữu hạn Kết xác định hàm cột níc thÊm H = H(x,y), gradient thÊm (Jx, Jy) t¹i điểm miền thấm, lưu lượng thấm đơn vị (q) Trong phạm vi nghiên cứu này, tác giả sư dơng modul SEEP/W cđa phÇn mỊm SLOPE/W V.5 GEO-SLOPE office để giải toán thấm dị hướng qua đập đất 3.2 Phương pháp xác định đặc trưng thấm dị hướng thân đập (bài toán phẳng): Đối với môi trường thấm dị hướng, đặc trưng quan trọng hệ số dị hướng A = Kx/Ky Trong thực tế trị số Ky xác định thí nghiệm, trị số Kx (hay A) xác 35.4 32.5 12.0 2.0 m =3 24.0 = m định tính thử dần lấy kết quan trắc thực tế để đối chiếu Cụ thể nh sau: - øng víi mét mùc níc thỵng lu xác định quan trắc tung độ số điểm đường bão hoà Y1, Y2, Y3(tương ứng với hoành độ xác định X1, X2, X3 ) - Bằng thí nghiệm xác định hệ số thấm đứng Ky - Giả thiết trị số A, từ đó: Kx = AKy - Giải toán thấm dị hướng với Kx, Ky điều kiện biên biết, tìm tung độ Yi điểm tương ứng Nếu Yi Yi (sai sè ph¹m vi sai sè cho phép) trị số A giả thiết đúng; Yi Yi giả thiết trị số khác A đạt yêu cầu nêu 3.3 ứng dụng tính toán cho đập Kẻ Gỗ: Sơ đồ tính toán cho mặt cắt ngang đại biểu đập hình Các điều kiện biên thực ®o lµ: MNTL = +32,5m, MNHL = +2,5m (øng víi H2 = 0); cao ®é ®iĨm cđa ®êng b·o hoà mái Y2 = 18,0m Về nguyên tắc, cần phải khống chế trùng khớp kết tính toán số liệu quan trắc toạ độ điểm đường bão hoà Tuy nhiên, điều kiện đập Kẻ Gỗ tại, có số liệu quan trắc điểm: đầu vào (Y1) đầu (Y2) Vì vậy, kết tính toán thấm mức tham khảo cần tiếp tục quan trắc, thu thập thêm tài liệu để x¸c ho¸ Líp m =3 0 m=3 24.0 m =3 Líp Líp 12.0 m =3 Lớp Lớp đá gốc Hình - Sơ đồ mặt cắt tính toán đập Kẻ Gỗ Tiến hành tính toán cho trường hợp môi trường thấm đẳng hướng (A = 1) dị hướng (A = 8) Thông số đầu vào cho trường hợp tính toán ghi bảng 11 Bảng Thông số đầu vào trường hợp tính toán thấm Hệ sè thÊm (10-4cm/s) Líp ®Êt Kx Ky A=1 A=3 A=4 A=5 A=6 A=7 A =8 Líp 2,2 2,2 6,6 8,8 11,0 13,2 15,4 17,6 Líp 2,0 2,0 6,0 8,0 10,0 12,0 14,0 16,0 Líp 2,8 2,8 8,4 11,2 14,0 16,8 19,6 22,4 Líp (nỊn) 3,1 3,1 3,1 3,1 3,1 3,1 3,1 3,1 Sư dơng modul SEEP/W phần mềm SLOPE/W V.5 để tính toán thấm cho trường hợp Kết xác định thông số dòng thấm bảng Bảng Kết xác định số thông số dòng thấm Thông số Lưu lượng đơn vị q Đơn vị l/s.m A=1 A=3 A=4 A=5 A=6 A=7 A=8 0.01296 0.01380 0.01397 0.01410 0.01419 0.01426 0.01433 Jmax ®Ëp 0.48 0.41 0.39 0.38 0.37 0.36 0.35 Jmax nÒn 0.28 0.28 0.28 0.28 0.28 0.28 0.28 14.9 16,4 16,9 17,1 17,4 18,0 18,1 Cao độ ĐBH (Y) m Từ kết tính toán cho thấy với trị số cao độ đường bão hoà điểm mái hạ lưu đập mặt cắt đại biểu 18,0m phù hợp với kết tính toán tương ứng với độ dị hướng môi trường thấm thân đập A = Ngoài kết tính toán q, J cho thấy lưu lượng gradien thấm thân đập giới hạn an toàn Giải pháp đảm bảo an toàn thấm cho đập Kẻ Gỗ: Như phân tích, có tượng thấm dị hướng thân đập Kẻ Gỗ làm cho đường bão hoà đổ mái hạ lưu vị trí cao nhiều so với tính toán thiết kế trị số lưu lượng gradien thấm giới hạn an toàn Tuy nhiên việc thấm nước mái hạ lưu cao độ lớn làm bão hoà nước toàn phần thân đập tiềm ẩn diễn biến bất lợi gây sạt lở cục mái, nước thấm tập trung thành rãnh xói mở rộng gây hư hỏng mái đập Vì vậy, cần thiết phải có 12 giải pháp xử lý để đảm bảo an toàn cho đập Trong phạm vi báo xin đề xuất số biện pháp sau: 4.1 Trước mắt làm thiết bị thoát nước kiểu áp mái có đỉnh cao điểm đường bão hoà thấm, kết hợp làm rãnh thoát nước dọc theo dọc chân mái, tập trung nước phần lăng trụ chân đập lòng sông 4.2 Tiến hành tính toán kiểm tra ổn định mái với đường bão hoà dâng cao Nếu mái đập thiếu ổn định với đường bão hoà dâng cao theo tiêu chuẩn hành cần làm tầng gia trọng chân mái hạ lưu để tăng ổn định Kích thước tầng gia trọng xác định thông qua tính toán ổn định mái 4.3 Đặt thiết bị đo lưu lượng thấm hạ lưu Nếu thấy tổng lưu lượng thấm tăng lên mức cho phép cần có giải pháp xử lý triệt để Giải pháp đề xuất làm tường hào bentonite theo tuyến tim đập để cắt ngang dòng thấm, hạ thấp đường bão hoà phía sau tường giảm lưu lượng thấm Kích thước vật liệu tường hào cần xác định thông qua tính toán Kết luận: 5.1 Đối với đập đất, đặc điểm vật liệu phương pháp thi công làm cho thân đập không môi trường thấm đồng nhất, đẳng hướng Hiện tượng thấm dị hướng thân đập đất phổ biến làm cho đường bão hoà dâng cao, nước thấm rỉ mái vị trí cao đỉnh thiết bị thoát nước chọn theo kết tính toán thấm đẳng hướng Điều gây bất lợi cho an toàn ổn định đập 5.2 Phương pháp tính toán có sử dụng số liệu quan trắc thấm giới thiệu cho phép xác định mức độ dị hướng môi trường thấm thân đập xây dựng Phương pháp đề ngh sử dụng kiểm tra an toàn cho đập đất xây dựng đập Kẻ Gỗ, điều kiện số liệu quan trắc đường bão hoà thấm hạn chế, kết tính toán cho mức độ dị hướng A = Kx/Ky = số liệu tham khảo, cần thiết phải tiếp tục quan trắc đường bão hoà thấm xác hoá số liệu tính toán 5.3 Các giải pháp đảm bảo an toàn thấm nêu cho đập Kẻ Gỗ, tham khảo áp dụng cho đập khác có điều kiện tương tự 5.4 Trong thiết kế đập đất, cần dự kiến trước khả phát sinh thấm dị hướng thân đập để chủ động ngăn ngừa diễn biến bất lợi xảy Một số giải pháp để chủ động ngăn ngừa dòng thấm mạnh đề nghị làm tường nghiêng tường lõi chống thấm, kết hợp với thiết bị thoát nước kiểu ống khói thân đập Tài liệu tham khảo Công ty Cổ phần xây dựng Thuỷ Lợi Quảng Bình (2006), Báo cáo khảo sát địa chất đập Kẻ Gỗ CPO (2001), Kỷ yếu Hội thảo an toàn đập 14TCN 157 2005, Tiêu chuẩn thiết kế đập đất đầm nén Viện Thiết kế Thuỷ lợi Thuỷ điện (1976), Tài liệu thiết kế hồ Kẻ Gỗ Lê Thị Nhật (2003), Nghiên cứu giải toán thấm không gian cho đập vật liệu địa phương có biên phức tạp, luận án Tiến sĩ kỹ thuật, Đại học Thuỷ lợi Hà Nội Summary: Initial result of Study on the seeppage through heterogeneous environment at ke go dam and counter measures ASSOC ProF.Dr NguyÔn ChiÕn – Water resourcer university Eng Ngun ViƯt Hµ - Project management unit Ke Go In the construction of the earth dam, due to the earth composition (in dam foundation) and the particular characteristics of the construction process (in the dam body), many inhomogeneous seepage environments may exist, causing uneven seepage rates in different seepage areas or uneven dimensional seepage rates in one point of seepage In Ke Go dam (Ha Tinh province), the seepage status in inhomogeneous environments can be presented most clearly by seepage flows through downstream slope in different points of different elevations (higher than in the original design with homogeneous environments) This document presents the seepage status in Ke Go dam, analysis and assessment of the 2D seepage in the dam’s body, and recommendations in order to ensure the dam safety Người phản biện: GS Nguyễn Văn Mạo 13 ... dị hướng môi trường thấm thân đập Kẻ Gỗ 3.Tính toán xác định đặc trưng dị hướng môi trường thấm thân đập 3.1 Phương pháp giải toán thấm dị hướng: Sau trình bày phương pháp giải toán thấm phẳng,... địa hình vai đập dốc, nước thấm từ vai chảy dồn vào khoảng đập tạo dòng thấm tập trung Tuy nhiên, với đập Kẻ Gỗ có chiều dài lớn (L=1004m), hai vai đập thoải ảnh hưởng thấm không gian không đáng... chế trùng khớp kết tính toán số liệu quan trắc toạ độ điểm đường bão hoà Tuy nhiên, điều kiện đập Kẻ Gỗ tại, có số liệu quan trắc điểm: đầu vào (Y1) đầu (Y2) Vì vậy, kết tính toán thấm mức tham