Nghiên cứu nguyên nhân sự cố sạt trượt và đề xuất giải pháp ổn định tràn sự cố qua đê
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (5.15 MB, 95 trang )
bộ giáo dục và đào tạo
bộ nông nghiệp và phát triển nông thôn
Trường đại học thủy lợi hà nội
Nguyễn văn hồng
Nghiên cứu nguyên nhân sự cố sạt trượt
và đề xuất giải pháp ổn định tràn sự cố qua đê
luận văn thạc sĩ kỹ thuật
Hà Nội - 2011
Bộ giáo dục và đào tạo
bộ nông nghiệp và phát triển nông thôn
Trường đại học thủy lợi
Nguyễn văn hồng
Nghiên cứu nguyên nhân sự cố sạt trượt
và đề xuất giải pháp ổn định tràn sự cố qua đê
Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy
MÃ số
: 605 - 840 - 0033
Luận văn thạc sĩ
Người hướng dẫn khoa học:
gs.ts. Phạm Ngọc Khánh
Hà Nội năm 2011
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
LờI CảM ƠN
Tác giả xin chân thành cảm ơn Phòng Đào tạo đại học và sau đại học,
Khoa Công trình, Thư viện, các Thày giáo, Cô giáo của Trường Đại học Thủy
lợi, Cơ quan, Chi cục Đê điều và phòng chống lụt bÃo Ninh Bình đà tạo mọi
điều kiện để tác giả được học tập, nâng cao trình độ và hoàn thành Luận văn
này.
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới GS.TS. Phạm Ngọc Khánh
đà tận tình chỉ bảo và giúp đỡ trong thời gian nghiên cứu thực hiện Luận văn.
Sự thành công của Luận văn gắn liền với quá trình giúp đỡ động viên
của gia đình, bạn bè và các đồng nghiệp. Tác giả xin chân thành cảm ơn.
Trong khuôn khổ Luận văn, do vấn đề nghiên cứu là mới và rộng lớn
đối với tác giả nên chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót. Tác giả rất
mong nhận được sự chỉ bảo của các Thày giáo, Cô giáo, đồng nghiệp, bạn bè
và những người quan tâm.
Chuyên ngành: Xây dựng công tr×nh thđy
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
Mục lục
Trang
Mở đầu
1. Tính cấp thiết của đề tài .................................................................... 1
2. Mục đích của đề tài ........................................................................... 2
3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu ........................................ 2
4. Kết quả dự kiến đạt được ................................................................... 2
5. Bố cục của luận văn .......................................................................... 2
Chương 1
Tổng quan về công trình và sự cố xảy ra ở tràn
1.1. Giới thiệu chung về lưu vực sông Hoàng Long ............................. 4
1.2. Giới thiệu về dự án và công trình ................................................... 24
1.3. Tràn Lạc Khoái và sự cố sảy ra trong mùa mưa lũ ......................... 27
CHƯƠNG 2
Nghiên cứu, lựa chọn phương pháp tính toán ổn định
2.1. Phương pháp tính toán ổn định thấm ............................................. 34
2.2. Phương pháp tính toán ổn định mái dốc ........................................ 46
CHƯƠNG 3
ứng dụng tính toán kiểm tra ổn định tràn lạc khoái
và đề xuất biện pháp khắc phục
3.1. Các thông số kỹ thuật tính toán ...................................................... 60
3.2. Tính toán thấm .............................................................................. 61
3.3. Tính toán ổn định mái dốc ............................................................ 71
3.4. Những nguyên nhân gây sạt trượt và đề xuất biện pháp khắc phục..82
3.5. Đề xuất giải pháp ổn định tràn sự cố qua đê ................................. 85
CHƯƠNG 4
Kết luận và kiến nghị
4.1. Những kết quả đạt được của luận văn ........................................... 88
4.2. Tồn tại của luận văn ...................................................................... 88
4.3. Kiến nghị ....................................................................................... 89
Tài liệu tham khảo ........................................................................................... 90
Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
Mở đầu
1. Tính cấp thiết của Đề tài:
Trong những năm gần đây, việc xây dựng các công trình thủy lợi đÃ
góp phần rất quan trọng trong việc giảm nhẹ thiên tai, bảo vệ dân sinh - kinh
tÕ, cung cÊp níc cho n«ng nghiƯp, c«ng nghiƯp, sinh hoạt... , xây dựng cơ sở
hạ tầng tạo đà cho các ngành kinh tế phát triển một cách bền vững, góp phần
cải tạo môi trường sinh thái.
Quá trình nghiên cứu, xây dựng và phát triển, bên cạnh những thành tựu
to lớn đà đạt được vẫn có một số tồn tại trong việc khảo sát, thiết kế, thi công,
vận hành sử dụng dẫn đến sự cố hư hỏng một phần hoặc toàn bộ công trình.
Đại bộ phận là các công trình ngầm, chịu tải trọng lớn, đặc biệt là tải
trọng của đất và áp lực nước. Nhiều công trình bị sự cố do xói ngầm và mất
ổn định.
Thực tế cho thấy, nhiều công trình sau khi xây dựng xong, khi đưa vào
khai thác đà sảy ra sự cố mất ổn định như: lún, sụt trượt, sạt lở mái dốc, ...
Hậu quả do sự cố công trình thường rất lớn, mức độ thường nghiêm
trọng, có khi là thảm họa, ảnh hưởng kéo dài có khi đến hàng chục năm. Việc
khắc phục sự cố công trình thường phức tạp và rất tốn kém.
Tràn sự cố Lạc Khoái nằm trên đê hữu sông Hoàng Long thuộc lưu vực
sông Hoàng Long. Tràn Lạc Khoái được xây dựng tại xà Gia Lạc - Huyện Gia
Viễn - Tỉnh Ninh Bình cách Thành phố Ninh Bình ~ 20km về phía Tây Bắc.
Tràn có thân tràn kết cấu lõi đất, mái tràn phía sông được gia cố bản mặt bê
tông cốt thép.
Trong mùa mưa lũ tháng 6 năm 2009, mưa kéo dài, cường độ lớn, mực
nước sông Hoàng Long dâng cao và rút xuống sau vài ngày tràn Lạc Khoái đÃ
xảy ra sự cố gây sạt trượt mái thượng lưu, phá vỡ bản mặt bê tông cốt thép
gây mất ổn định tràn, ảnh hưởng nghiêm trọng tới dân sinh, kinh tế - xà hội
vùng phân lũ.
Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy
1
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
Do đó, cần thiết phải kiểm tra hiện trường, thu thập tài liệu công trình.
Trên cơ sở đó tính toán kiểm tra xác định nguyên nhân gây ra sự cố sạt trượt
của tràn và đề xuất biện pháp khắc phục nhằm giảm nhẹ thiên tai cho khu vực
là rất cần thiết và cấp bách .
Vì vậy, đề tài Nghiên cứu nguyên nhân sạt trượt và đề xuất giải pháp
ổn định tràn sự cố qua đê là hết sức cần thiết, có ý nghĩa khoa học và thực
tiễn cao.
2. Mục đích của Đề tài:
- Nghiên cứu, tính toán kiểm tra xác định nguyên nhân sự cố sạt trượt
của tràn Lạc Khoái thuộc dự án: Nâng cấp đê hữu sông Hoàng Long, tỉnh
Ninh Bình. và đề xuất biện pháp khắc phục.
- Đề xuất giải pháp ổn định tràn sự cố qua đê.
3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu:
- Trên cơ sở tài liệu của công trình, đánh giá sơ bộ sự cố công trình.
- Nghiên cứu kết cấu, lựa chọn phương pháp đánh giá ổn định.
- ứng dụng tính toán kiểm tra xác định nguyên nhân gây ra sự cố sạt
trượt của tràn và đề xuất biện pháp khắc phục.
- Đề xuất giải pháp ổn định tràn sự cố qua đê.
4. Kết quả dự kiến đạt được:
- Tìm ra được nguyên nhân gây ra sự cố sạt trượt tràn Lạc Khoái và đề
xuất biện pháp khắc phục.
- Đề xuất giải pháp ổn định tràn sự cố qua đê.
5. Bố cục của luận văn:
Phần mở đầu
Nêu và khẳng định tính cấp thiết của đề tài, các mục tiêu cần đạt được
khi thực hiện đề tài, cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu để đạt được
mục tiêu đó.
Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy
2
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
Chương 1. Tổng quan về công trình và sự cố xảy ra
Chương này giới thiệu về lưu vực sông Hoàng Long, dự án và công
trình, đặc điểm làm việc của tràn Lạc Khoái và sự cố sảy ra ở tràn sự cố. Vấn
đề cấp thiết cần nghiên cứu và ứng dụng cho thực tế.
Chương 2. nghiên cứu, lưa chọn phương pháp tính toán ổn định
Chương này tổng hợp các phương pháp tính toán ổn định về thấm, ổn
định về trượt mái dốc. So sánh và lựa chọn phương pháp nghiên cứu, tính toán
cho đề tài.
Chương 3. áp dụng tính toán kiểm tra ổn định tràn lạc
khoái và đề xuất biện pháp ổn định
Dùng phương pháp tính toán ổn định đà lựa chọn, tính toán kiểm tra lại
sự cố sạt trượt tràn Lạc Khoái và đề xuất biện pháp khắc phục. Đề xuất giải
pháp ổn định tràn sự cố qua đê.
Chương 4. Kiến nghị và kết luận
Nêu nên những kết quả đạt được trong quá trình nghiên cứu, tồn tại của
luận văn và kiến nghị.
Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy
3
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
Chương 1
Tổng quan về công trình và sự cố xảy ra
ở tràn lạc khoái
1.1. giới thiệu chung về lưu vực sông hoàng long [1]
1.1.1. Đặc điểm chung
Lưu vực sông Hoàng Long với diện tích 1.550 km2 (trong đó diện tích
P
P
đá vôi là 295km2) là hợp lưu của 3 con sông: Sông Bôi, sông Đập và sông
P
P
Lạng. Sông Hoàng Long bắt nguồn từ vùng đồi núi của tỉnh Hoà Bình chảy
qua 2 huyện Nho Quan và Gia Viễn tỉnh Ninh Bình để hợp lưu vào sông Đáy
tại Gián Khẩu.
Lưu vực sông Hoàng Long dài 125km và rộng 15,5km, độ cao trung
bình lưu vực 173m, độ dốc trung bình lưu vực 9,6% và mật độ lưới sông
0,81km/km2. Chiều dài sông kể từ Hưng Thi đến Gián Khẩu là 63,2km và
P
P
đoạn sông chảy qua khu Bắc Ninh Bình dài khoảng 10km. Đây là con sông
lớn nhất của tỉnh Ninh Bình, có chế độ thuỷ văn rất đa dạng:
+ Mực nước mùa kiệt phụ thuộc vào nước dềnh lên từ sông Đáy do ảnh
hưởng thuỷ triều và lượng nước bổ sung vào sông Đáy từ sông Đào Nam Định.
+ Mùa lũ, nước lũ từ thượng du đổ về đến khu vực nghiên cứu thường
bị dồn ứ do mực nước lũ trên sông Đáy. Khi mực nước lũ trên sông Hoàng
Long dâng cao để bảo vệ hệ thống đê hạ du sông Hoàng Long thì phải phân
lũ vào các khu phân chậm lũ.
Thời kỳ mùa lũ, sông Hoàng Long vừa bị tác động của lũ thượng nguồn
của 3 nhánh: Sông Bôi, sông Đập và sông Lạng dồn về. Mặt khác còn chịu tác
động rất lớn của lũ sông Đáy, lũ sông Hồng phân qua sông đào Nam Định. Tổ
hợp của 3 dạng lũ này khá phức tạp, ít khi xuất hiện đồng bộ 3 dạng lũ lớn nhất.
Nhưng thường gặp ở dạng lũ trung bình và mức nước cao làm cản trở việc tiêu
thoát lũ của sông Hoàng Long, nhất là 2 huyện Nho Quan và Gia Viễn.
Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy
4
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
1.1.2. Hệ thống khu phân, chậm và ngập lũ
1.1.2.1. Khu thường xuyên chịu lũ
Bao gồm 5 x· hun Nho Quan (XÝch Thỉ, Gia S¬n, Gia Lâm, Gia
Thuỷ, Phú Sơn và 1 phần xà Lạc Vân) và vùng ngoài đê của các huyện Nho
Quan và huyện Gia Viễn.
1.1.2.2. Khu phân lũ Lạc Khoái
Khu phân lũ sông Hoàng Long qua tràn Lạc Khoái gồm 12 xà trong ®ã
cã 4 x· thc hun Gia ViƠn (Gia L¹c, Gia Phong, Gia Sinh vµ Gia Minh), 8
x· thc Hun Nho Quan (Thượng Hoà, Sơn Thành, Thanh Lạc, Sơn Lai,
Quỳnh Lưu, Phú Sơn, Văn Phú và Văn Phương) với tổng diện tích tự nhiên là
9.530 ha, diện tích đất canh tác 5.169 ha, d©n sè trong vïng 55.000 ngêi,
12.600 hé.
Níc lị vào khu phân lũ sau đó chảy vào sông Bến Đang sau đó chảy
ra sông Đáy ở cửa Vạc. Dung tích trữ của khu ở cao trình +4,0m khoảng 18
triệu m3 níc.
P
P
1.1.2.3. Khu chËm lị Gia Têng- §øc Long
ChËm lị sông Hoàng Long qua tràn Gia Tường và tràn Đức Long. Khi
phân lũ ảnh hưởng đến 3 xà với 2.609 ha tự nhiên, 1.720ha canh tác, 3.576 hộ
bị ngập sâu.
Sau khi phân, nước lũ lại quay trở lại sông Hoàng Long qua các cống dưới
đê và mực nước trong khu chậm lũ phụ thuộc vào mực nước sông Hoàng Long.
1.1.2.4. Khu Đầm Cút
Phân lũ từ sông Hoàng Long (tràn Mai Phương) sang sông Đáy (Cống
Địch Lộng) qua khu vực Mai Phương - Đầm Cút - Địch Lộng.
Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy
5
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
Chuyên ngành: Xây dựng công tr×nh thđy
6
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
Chuyên ngành: Xây dựng công tr×nh thđy
7
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
Bản đồ phương án phân chậm lũ lưu vực sông Hoàng Long
Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy
8
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
1.1.3. Đặc điểm địa hình, địa chất của lưu vực sông Hoàng Long
1.1.3.1. Đặc điểm địa hình:
Lưu vực có địa hình đa dạng: Có vùng ®åi nói, nưa ®åi nói, ®åi nói xen
lÉn rng trịng, đồng bằng.
Diễn biến lòng sông phức tạp, có hướng dốc tạo hướng thoát nước
chính ra sông Đáy, sông Càn và Biển.
Mặt cắt ngang sông Hoàng Long từ Bến Đế đến Gián Khẩu:
Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy
9
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
Chuyên ngành: Xây dựng công tr×nh thđy
10
Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy
-6
-4
-2
0
2
4
6
8
0
100
200
300
400
500
600
Ct ngang sụng Hong Long - v trớ Bn
700
800
Luận văn thạc sĩ kỹ thuËt
11
Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy
-6
-4
-2
0
2
4
6
8
0
100
200
300
400
500
600
Ct ngang sụng Hong Long - v trớ Lc Khoỏi
700
800
Luận văn thạc sĩ kỹ thuËt
12
Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy
-6
-4
-2
0
2
4
6
8
0
100
200
300
400
Ct ngang sụng Hong Long - v trớ u Lờ
500
Luận văn thạc sĩ kỹ thuËt
13
Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy
-6
-4
-2
0
2
4
6
8
0
100
200
300
400
500
Ct ngang sụng Hong Long - v trớ kố Trng Yờn
600
Luận văn thạc sĩ kü thuËt
14
Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy
-8
-6
-4
-2
0
2
4
6
8
0
100
200
300
400
Ct ngang sụng Hong Long - v trớ u Chanh
500
Luận văn thạc sĩ kỹ thuËt
15
Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy
-6
-4
-2
0
2
4
6
8
0
50
100
150
200
250
300
350
Ct ngang sụng Hong Long - v trớ trm TV Giỏn Khu
400
Luận văn thạc sÜ kü thuËt
16
Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy
-8
-6
-4
-2
0
2
4
6
8
0
50
100
150
200
250
Ct ngang sụng Hong Long - Thng lu Giỏn Khu
300
Luận văn thạc sĩ kỹ thuËt
17
Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy
-8
-6
-4
-2
0
2
4
6
8
0
50
100
150
Ct ngang sụng Hong Long - Cu Giỏn Khu
200
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
18
Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy
-6
-4
-2
0
2
4
6
0
50
100
150
Ct ngang sụng Hong Long - H lu Giỏn Khu
200
Luận văn thạc sĩ kỹ thuËt
19
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
1.1.3.2. Đặc điểm địa chất:
Địa chất vùng nghiên cứu khá phức tạp, chủ yếu là trầm tích có 3 hệ
chính: hệ Triát (T), hệ Neogen (N) và hệ Đệ Tứ (Q).
- Hệ Triat (T) với đá vôi xuất hiện trên diện rộng cả ở khu vực đồng bằng
và hầu hết khu vực bán sơn địa, đồi núi. Trong khu vực đá vôi thường có
nhiều hang níc, má níc, ngn sinh thủ vµ mÊt níc khã xác định. Việc
tính toán thuỷ văn, phương án và kết cấu công trình là gặp nhiều khó khăn.
- Hệ Neogen HƯ tÇng Hang Mon (N 1 3 - N 2 1 hm), lộ ra một diện nhỏ
R
RP
P
R
RP
P
khoảng vài km2 ở gần ga Đồng Giao. Mặt cắt hệ tầng gồm 2 phần:
P
P
+ Phần dưới gồm cuội kết, cát kết, dày 100m.
+ Phần trên chủ yếu là bột kết xen cát kết và sét vôi dày 100 - 150m,
chứa 4 vỉa than dạng thấu kính có bề dày 0,1 ữ 2,5m. Than khá rắn chắc, giá
trị công nghiệp hạn chế vì trữ lượng ít.
- Hệ Đệ Tứ, bao gồm các hệ tầng trầm tích, phân bố trên toàn tỉnh Ninh
Bình, việc xây dựng công trình đều cần phải xem xét, xử lý do ổn định kém,
độ mất nước lớn (do đất pha cát và đất cát).
1.1.4. Tình hình ngập lụt
Mưa sinh lũ trên sông Hoàng Long thường xảy ra vào tháng 9, tháng 10
muộn hơn lũ sông Hồng, hiện tại đà nhỏ đi nhiều do việc xây dựng các hồ
chứa Suối Hai, Đồng Mô - Ngải Sơn và nhiều hồ chứa nhỏ khác.
Lũ sông Hoàng Long dồn về hạ du sông Hoàng Long (Bắc Ninh Bình)
rất nhanh song việc thoát ra lại phụ thuộc vào lũ sông Hồng sang và lũ sông
Đáy về cùng với thuỷ triều, thường chậm và bị dồn ứ lại duy trì mực nước cao
dài ngày tạo ra mét khu vùc ngËp réng lín nh lµ hå chøa điều tiết (Xích Thổ,
Gia Tường, Gia Thuỷ). Có những năm lũ lớn để bảo vệ cho hạ du buộc phải
phân lũ vào khu hữu Hoàng Long. Theo số liệu thống kê từ năm 1960 đến
nay, thì các trận lũ tháng 9/1985, 8/1996 và 10/2007 được xem là các trận lũ
lớn nhất đà xuất hiện trên sông Hoàng Long và đà gây thiệt hại rất lớn cho
Ninh Bình. Có thể nêu diễn biến các trận lũ lớn này như sau:
Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy
20
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
* Trận lũ lịch sử tháng 9/1985: Lượng mưa đo được tại Nho Quan 743
mm; Ninh Bình 503 mm; mực nước lớn nhất tại Bến Đế là +5,24 m. Mặc dù
đà phải phân, chậm lũ vào khu Gia Tường - Đức Long, hữu Hoàng Long
nhưng đê tả Hoàng Long vẫn bị tràn và vỡ.
* Trận lũ tháng 9/1996: Mực nước đỉnh lũ tại Bến Đế là +4,81 m. ĐÃ
phải phân lũ vào khu hữu Hoàng Long, khi mức nước sông Hoàng Long mấp
mé đỉnh phần mềm đà được tôn cao của tràn Lạc Khoái tới cao trình +4,7 m.
* Trận lũ tháng 10/2007: Do có mưa lớn ở thượng nguồn, gây lũ lớn
trên sông Hoàng Long. Khi mực nước lũ trên sông Hoàng Long tại Bến Đế
đạt đến +4,40 m, lúc 17 giờ ngày 5/10/2007 đà phải xả lũ qua tràn Gia Tường,
Đức Long vào khu chËm lị Gia Têng - §øc Long. §Õn 21 giờ cùng ngày,
mực nước tại Bến Đế là +4,96 m phải xả lũ qua tràn Lạc Khoái và khu hữu
Hoàng Long. Mực nước lũ tại Bến Đế tiếp tục lên ®Õn ®Ønh lµ +5,17 m lóc 0
giê ngµy 6/10/2007 vµ bắt đầu hạ xuống.
Một vài hình ảnh trước và sau vỡ tràn Lạc Khoái trận lũ tháng 10/2007:
Lực lượng dân quân, bộ đội gia cố thêm bao tải cát trên mặt tràn
Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy
21
