Thạc Sĩ Nghiên cứu ảnh hưởng của việc đầm chặt không đều khi đắp đến an toàn của đập đất và biện pháp xử lý,

LUẬN VĂN THẠC SỸ
NĂM 2014



MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU 1
MỞ ĐẦU . 2
1. Tính cấp thiết của đề tài 2
2. Mục đích của đề tài . 2
3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu . 3
3.1.Cách tiếp cận 3
3.2. Phương pháp nghiên cứu 3
4. Kết quả đạt được . 3
CHƯƠNG 1 4
TỔNG QUAN VỀ ĐẬP ĐẤT . 4
VÀ VẤN ĐỀ KIỂM SOÁT CHẤT LƯỢNG ĐẮP ĐẬP . 4
1.1. Tình hình xây dựng đập đất ở Việt Nam . 4
1.2. Thực trạng làm việc của các đập và những tồn tại cần khắc phục 6
1.2.1. Thực trạng làm việc của các đập đất 6
1.2.2. Những tồn tại cần khắc phục 7
1.3. Vấn đề kiểm soát chất lượng đắp đập hiện nay . 8
1.4. Các nội dung nghiên cứu để kiểm soát an toàn đập khi chất lựơng thân đập
không đồng đều . 9
CHƯƠNG 2 10
KHẢO SÁT, THU THẬP TÀI LIỆU . 10
PHỤC VỤ CHO ĐÁNH GIÁ AN TOÀN CỦA ĐẬP ĐẤT 10
2.1. Các tài liệu về hiện trạng của đập . 10
2.1.1. Khảo sát thực tế tại hiện trường . 10
2.1.2. Khảo sát địa hình . 10
2.1.3. Khảo sát địa chất 10
2.2. Thu thập các tài liệu lưu trữ về khảo sát, thiết kế, thi công và nghiệm thu đập 11
2.2.1. Tài liệu khảo sát đập 11 - 91 -
2.2.2. Tài liệu thiết kế đập . 11
2.2.3. Tài liệu thi công và nghiệm thu đập 12
2.3. Các tài liệu quan trắc đập . 12
2.4. Các phương pháp khảo sát bổ sung tài liệu về chất lượng thân đập 12
2.4.1. Phương pháp địa vật l ý 12
2.4.2. Phương pháp khoan xuyên và thí nghiệm . 14
2.3. Kết luận chương 2 15
CHƯƠNG 3 17
NGHIÊN CỨU CÁC CƠ SỞ ĐỂ ĐÁNH GIÁ AN TOÀN ĐẬP . 17
KHI ĐẤT ĐẮP CÓ CHẤT LƯỢNG KHÔNG ĐỀU . 17
3.1. Các tiêu chuẩn kỹ thuật sử dụng trong đánh giá an toàn đập đất 17
3.2. Phương pháp tính toán và đánh giá an toàn về thấm . 17
3.2.1. Phương pháp tính toán thấm . 17
3.2.2. Phương pháp đánh giá an toàn về thấm 25
3.3. Phương pháp tính toán và đánh giá an toàn về ổn định mái đập . 28
3.3.1. Phương pháp phân tích giới hạn 28
3.3.2. Phương pháp cân bằng giới hạn . 28
3.4. Phương pháp tính toán và đánh giá an toàn về ứng suất - biến dạng của thân đập . 30
3.4. 1. Cơ sở của phương pháp PTHH để giải bài toán 31
3.4. 2. Các công thức tính ứng suất 31
3.4. 3. Các mô hình vật liệu 37
3.5. Kết luận chương 3 41
CHƯƠNG 4 42
NGHIÊN CỨU ĐIỂN HÌNH CHO ĐẬP BAN TIỆN 42
HUYỆN SÓC SƠN, THÀNH PHỐ HÀ NỘI . 42
4.1. Các thông số chung về đập Ban Tiện 42
4.1.1. Vị trí, nhiệm vụ 42
4.1.2. Quá trình hoạt động và hiện trạng đập 43
4.1.3. Nhiệm vụ và quy mô công trình 44
- 92 -
4.2. Khảo sát địa chất bổ sung phục vụ cho việc đánh giá an toàn đập 45
4.2.1. Nội dung các công tác khảo sát . 45
4.2.2. Kết quả kảo sát bằng phương pháp địa vật lý: Đo sâu điện đối xứng 45
4.2.3. Kết quả kảo sát bằng phương pháp khoan xuyên lấy mẫu 52
4.3. Phân tích nguyên nhân hình thành vết nứt ở thân đập . 57
4.3.1. Giả thiết các kịch bản hình thành vết nứt 57
4.3.2. Phân tích lựa chọn kịch bản phù hợp . 58
4.4. Tính toán đánh giá an toàn của đập hiện tại 60
4.4.1. Đánh giá an toàn về thấm 60
4.4.2. Đánh giá an toàn về ổn định mái . 65
4.4.3. Đánh giá an toàn về ứng suất - biến dạng 73
4.5. Biện pháp xử lý để đảm bảo an toàn đập Ban Tiện . 81
4.5.1. Sự cần thiết phải xử lý để đảm bảo an toàn đập 81
4.5.2. Đề xuất các hướng xử lý 81
4.5.3. Các tiêu chí để lựa chọn phương án 82
4.5.4. Phân tích, lựa chọn phương án 82
4.6. Kết luận chương 4 84
KẾT LUẬN - KIẾN NGHỊ 86
1. Các kết quả đạt được của luận văn . 86
2. Hướng tiếp tục nghiên cứu . 88
3. Kiến nghị . 88
TÀI LIỆU THAM KHẢO . 89

THỐNG KÊ CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1-1. Thống kê một số đập đất, đá lớn ở Việt Nam 5
Bảng 4-1: Bảng tổng hợp chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất . 56
Bảng 4.2- Tóm tắt kết quả tính gradient thấm 65
Bảng 4.3- Tóm tắt kết quả tính ổn định mái hạ lưu 73

- 93 -

THỐNG KÊ CÁC HÌNH VẼ
Hình 2.1- Ảnh khảo sát bằng Rađa xuyên đất 13
Hình 2.2- Ảnh khảo sát bằng máy đo sâu điện đối xứng 14
Hình 2.2- Ảnh khoan xuyên khảo sát đánh giá chất lượng thân đập 15
Hình 2.2: Ảnh thí nghiệm đổ nước trong hối khoan . 15
Hình 3.1: Minh hoạ mặt hàm xấp xỉ H của phần tử. 19
Hình 3.2: Sơ đồ thấm qua đập 21
Hình 3.3: Sơ đồ tính ổn định theo phương pháp Bishop 29
Hình 3.4 34
Hình 3.5 37
Hình 3.6 38
Hình 4.1: Ảnh vị trí hồ Ban Tiện nhìn từ vệ tinh . 42
Hình 4.2: Mặt bằng tổng thể công trình hồ Ban Tiện . 43
Hình 4.2A: Vết nứt ngang đập 44
Hình 4.3:Nứt tường chắn sóng tại vị trí vết nứt đập . 44
Hình 4.4:Mặt bằng vị trí các tuyến đo địa vật lý 46
Hình 4.5: Kết quả đo địa vật đo địa vật lý - Tuyến dọc đập D+2 . 47
Hình 4.6: Kết quả đo địa vật đo địa vật lý - Tuyến dọc đập D+1 . 47
Hình 4.7: Kết quả đo địa vật đo địa vật lý - Tuyến dọc đập D-0 47
Hình 4.8: Kết quả đo địa vật đo địa vật lý - Tuyến dọc đập D-1 48
Hình 4.9: Kết quả đo địa vật đo địa vật lý - Tuyến dọc đập D-2 48
Hình 4.10: Kết quả đo địa vật vật lý - Tuyến ngang đập N 0 . 48
Hình 4.11: Kết quả đo địa vật vật lý - Tuyến ngang đập N 1 . 49
Hình 4.12: Kết quả đo địa vật vật lý - Tuyến ngang đập N 2 . 49
Hình 4.13: Kết quả đo địa vật vật lý - Tuyến ngang đập N 3 . 50
Hình 4.14: Kết quả đo địa vật vật lý - Tuyến ngang đập N 4 . 50
Hình 4.15: Kết quả đo địa vật vật lý - Tuyến ngang đập N 5 . 51
Hình 4.16: Kết quả đo địa vật vật lý - Tuyến ngang đập N 6 . 51
Hình 4.17: Mặt bằng vị trí các hố khoan 52
- 94 -
Hình 4.18: Mặt cắt dọc địa chất tuyến đập chính . 53
Hình 4.19: Mặt cắt ngang địa chất tuyến đập chính – C3 54
Hình 4.20 : Mặt cắt ngang địa chất tuyến đập chính – C4 . 54
Hình 4.21: Mặt cắt ngang địa chất tuyến đập chính – C6 55
Hình 4.22: Kết quả tính thấm sơ đồ 1; Trường hợp 1 61
Hình 4.23: kết quả tính thấm sơ đồ 1; Trường hợp 1 . 61
Hình 4.24: Kết quả tính thấm sơ đồ 1; Trường hợp 2 62
Hình 4.25: kết quả tính thấm sơ đồ 1; Trường hợp 2 . 62
Hình 4.26: Kết quả tính thấm sơ đồ 2; Trường hợp 1 63
Hình 4.27: Kết quả tính thấm sơ đồ 2; Trường hợp 1 63
Hình 4.28: Kết quả tính thấm sơ đồ 2; Trường hợp 2 64
Hình 4.29: Kết quả tính thấm sơ đồ 2; Trường hợp 2 64
Hình 4.30. Phổ gia tốc nền tính toán 66
Hình 4.31: Kết quả ổn định sơ đồ 1; Trường hợp 1 . 67
Hình 4.32: Kết quả tính ổn định sơ đồ 1; Trường hợp 2 68
Hình 4.33: Kết quả tính ổn định sơ đồ 1; Trường hợp 3 69
Hình 4.34: Kết quả tính ổn định sơ đồ 2; Trường hợp 1 70
Hình 4.35: Kết quả tính ổn định sơ đồ 2; Trường hợp 2 71
Hình 4.36: Kết quả tính ổn định sơ đồ 2; Trường hợp 3 72
Hình 4.37: Sơ đồ tính toán 74
Hình 4.38. Chuyển vị tổng tại MC4 . 75
Hình 4.39. Chuyển vị theo phương thẳng đứng tại MC4 . 76
Hình 4.40. Ứng suất chính S1 tại MC4 77
Hình 4.41. Giá trị ứng suất chính S2 tại MC4 78
Hình 4.42. Giá trị ứng suất chính S3 tại MC1 79
Hình 4.43. Giá trị ứng suất chính phương Z tại MC1 . 80



LỜI NÓI ĐẦU

Với sự giúp đỡ của phòng Đào tạo Đại học và Sau Đại học, Khoa Công trình
trường Đại học thuỷ lợi, Viện kỹ thuật công trình-Trường ĐH Thủy lợi, cùng các
thầy cô giáo, bạn bè, đồng nghiệp và gia đình đến nay Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật
chuyên ngành Xây dựng công trình thủy với đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng của
việc đầm chặt không đều khi đắp đến an toàn của đập đất và biện pháp xử lý,
áp dụng cho đập Ban Tiện - Hà Nội ” đã được hoàn thành.
Tác giả xin tỏ lòng biết ơn chân thành đến các cơ quan đơn vị và các cá nhân
đã truyền đạt kiến thức, cho phép sử dụng tài liệu đã công bố cũng như sự giúp đỡ,
tạo điều kiện thuận lợi của lãnh đạo Công ty Tư vấn và Chuyển giao Công nghệ -
Trường Đại học Thủy lợi nơi tác giả công tác trong quá trình học tập, nghiên cứu
vừa qua.
Đặc biệt tác giả xin được tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Giáo sư, Tiến sĩ Nguyễn
Chiến người đã trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ tận tình cho tác giả trong quá trình
thực hiện luận văn này.
Với thời gian và trình độ còn hạn chế, luận văn không thể tránh khỏi những
thiếu sót. Tác giả rất mong nhận được sự chỉ bảo và đóng góp ý kiến của các thầy
cô giáo, của các nhà khoa học và các bạn đồng nghiệp gần xa để đề tài nghiên cứu
được hoàn thiện hơn.
Luận văn được hoàn thành tại Khoa Công trình, Trường Đại học Thủy lợi.
Hà Nội, tháng 2 năm 2013
Tác giả



Nguyễn Văn Chính - 2 -
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Ở nước ta việc sử dụng vật liệu địa phương cho các công trình thuỷ lợi là rất
phổ biến, hầu hết các hồ chứa nước đều có đập được xây dựng bằng vật liệu địa
phương là đất, đá. Đập đất là công trình được đánh giá là bền và chịu chấn động tốt
tuy nhiên trong quá trình làm việc do tác động của các yếu tố tự nhiên và yếu tố con
người đã xảy ra tình trạng hư hỏng tại nhiều đập đất với các mức độ khác nhau.
Trong quá trình khai thác sử dụng nhiều đập đã bị sự cố, hư hỏng do một loạt các
nguyên nhân: đất đắp đập không đồng nhất, thiếu vật liệu chống thấm, đầm nén
không tốt, xử lý tiếp giáp kém, thiết bị thoát nước bị hỏng . làm mất ổn định công
trình gây ra các thiệt hại lớn trong phạm vi ảnh hưởng của hồ chứa. Theo các báo
cáo tổng kết trên thế giới công trình thuỷ lợi bị hư hỏng do dòng thấm gây ra là
nguyên nhân lớn nhất gây nên sự cố ở các đập vật liệu địa phương chiếm khoảng
35% đến 40% tổng số các nguyên nhân gây ra hư hỏng công trình. Đây là một trong
những nguyên nhân chính gây trượt mái hạ lưu và giảm độ bền thấm trong thân đập.
Khi thiết kế đập đất để đảm bảo đập làm việc an toàn về thấm và ổn định thì người
thiết kế phải hiểu rõ các yếu tố ảnh hưởng đến đập như: hình dạng mặt cắt đập, địa
chất nền, chỉ tiêu cơ lý của vật liệu đắp, biện pháp thi công, độ đầm chặt vv . Vì
vậy đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng của việc đầm chặt không đều khi đắp đến
an toàn của đập đất và biện pháp xử lý, áp dụng cho đập Ban Tiện - Hà Nội ”
sẽ giúp người thiết kế hiểu rõ về tầm quan trọng của độ đầm chặt và từ đó đề xuất
được các biện pháp thi công, thiết bị thi công hợp lý đảm bảo đầm chặt đất đắp đập
đều, để đảm bảo chất lượng đắp đập và đập làm việc an toàn trong các điều kiện
khác nhau; giúp người thi công, người giám sát thi công và các nhà quản lý biết
được việc đầm chặt không đều khi đắp đập đất sẽ ảnh hưởng đến an toàn của đập
đất, để có các biện pháp thi công, quản lý thi công đập đảm bảo yêu cầu kỹ thuật.
2. Mục đích của đề tài
Chỉ ra được thực trạng và nguyên nhân của việc đầm chặt không đều khi đắp
đập đất.
- 3 -
Tính toán xác định ảnh hưởng của việc đầm chặt không đều đến an toàn về
thấm, ổn định và biến dạng của đập đất.
Các biện pháp xử lý để đảm bảo an toàn đập đất.
3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
3.1.Cách tiếp cận
- Từ thực tế làm việc của các đập mà đặt ra nhiệm vụ nghiên cứu.
- Nghiên cứu tài liệu lưu trữ về kiểm soát chất lượng đắp đập và bổ sung tài
liệu khảo sát hiện trạng.
Từ nghiên cứu cho công trình cụ thể để khái quát hóa và khuyến cáo áp dụng
cho công trình tương tự.
3.2. Phương pháp nghiên cứu
- Tổng hợp các tài liệu đã có về chất lượng đắp đập đất, trong đó tập trung
xem xét vấn đề đầm chặt không đều; các biểu hiện mất an toàn của đập do thân đập
được đầm chặt không đều.
- Khảo sát bổ sung các tài liệu để phục vụ tính toán.
- Sử dụng mô hình toán để dự báo khả năng mất an toàn về thấm, ổn định,
biến dạng của đập.
- Ứng dụng cho công trình cụ thể, nghiên cứu các biện pháp xử lý.
4. Kết quả đạt được
- Tổng quan về đập đất, hiện trạng của các đập và tình hình kiểm soát chất
lượng đắp đập.
- Các phương pháp khảo sát, bổ sung tài liệu phục vụ cho tính toán an toàn đối
với đập đã xây dựng.
- Các nội dung và phương pháp tính toán để đánh giá an toàn của đập (về
thấm, ổn định, biến dạng) khi thân đập không đảm bảo độ đồng đều theo yêu cầu
thiết kế.
- Kết quả nghiên cứu điển hình cho đập Ban Tiện- Sóc Sơn- Hà Nội và biện
pháp xử lý.