Tài liệu Công trình Thủy điện Hòa Bình_ Phần 9 doc

9
ĐÁNH GIÁ AN TOÀN ỔN ĐỊNH
CÁC ĐẬP VẬT LIỆU ĐỊA PHƯƠNG

___________________________
Đập vật liệu địa phương – CTTĐ Trị An
1
CÔNG TRÌNH THUỶ ĐIỆN TRỊ AN
SAU 10 NĂM VẬN HÀNH

MỤC LỤC

Trang
Mở đầu................................................................................................................. 3
CHƯƠNG I
PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ĐỂ XÁC ĐỊNH ĐƯỜNG BÃO HOÀ GIỚI HẠN
& ỔN ĐỊNH CỦA ĐẬP VẬT LIỆU ĐỊA PHƯƠNG
I. 1. Phương phạp luận để nghiên cứu đập ......................................................5
1.1.1 Xác định đường bão hoà giới hạn ............................................................5
1.1.2 Tính toán ổn định trượt ..............................................................................6
1.1.3 Tính toán ổn định thấm ..............................................................................6
1.1.4 Lựa chọn công thức tính toán ..................................................................9
CHƯƠNG II
KẾT QUẢ TÍNH TOÁN KIỂM TRA
2.1. Tài liệu cơ bản và chương trình tính toán ..............................................10
2.1.1 Tài liệu cơ bản .........................................................................................10
2.1.2 Chương trình tính toán .............................................................................10
2.2 .Kết quả tính toán ........................................................................................10
2.2.1 Đường bão hoà giới hạn .........................................................................10
2.2.2 Kiểm tra ổn định trượt mái đập ...............................................................12
2.2.3 Kiểm tra ổn định thấm .............................................................................12

CHƯƠNG III
ĐÁNH GIÁ CÁC ĐẬP VẬT LIỆU ĐỊA PHƯƠNG
SAU 10 NĂM VẬN HÀNH
3. 1. Tình hình vận hành của công trình ..........................................................15
3.1.1 Diễn biến của đường bão hoà .................................................................15
3.1.2 Sự rò rỉ nước .............................................................................................15
3.1.3 Hiện tượng nứt trượt đất .........................................................................17
3.2. Đánh giá sự vận hành của công trình ......................................................19
3.2.1 Quan trắc thực tế ở hiện trường .............................................................20
3.2.2 Tính toán kiểm tra ổn định chung ...........................................................20
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................21
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................22
___________________________
Đập vật liệu địa phương – CTTĐ Trị An
2
MỞ ĐẦU
Như chúng ta đã biết, Công trình thuỷ điện Trị An là một trong những công trình
năng lượng trọng điểm của nước ta.được Liên xô (cũ) thiết kê và do các đơn vị thi
công Việt Nam xây dựng từ đầu những năm tám mươi và đưa vào vận hành (tổ máy
đầu tiên) vào năm 1987.
Trải qua 10 năm đầu vận hành, Công trình thuỷ điện Trị An đã đóng góp phần
quan trọng vào sản lượng điện của nước ta. Trong quãng thời gian đó, các đập vât
liệu địa phương nói chung là vận hành tốt, an toàn. và cơ quan quản lý vận hành đã
liên tục quan trắc, đo đạc được rất nhiều tài liệu về lún, chuyển dịch, thấm của công
trình.
Những tài liệu quan trắc đo đạc này có ý nghĩa rất quan trọng về mặt khoa học và
thực tiễn. Các tài liệu này cần phải được nghiên cứu, phân tích, đánh giá một cách
hệ thống để hiểu đúng trạng thái làm việc của công trình, góp phần làm sáng tỏ
những vấn đề còn chưa rõ, những khiếm khuyết trong tính toán thiết kế, v.v...
Mặt khác ở một vài hạng mục công trình vẫn còn tồn tại những vấn đề kỹ thuật

cần phải được theo dõi tiếp. (như đập vai cửa lấy nước, đập chính tiếp giáp tràn
v.v... ). Những vấn đề này đã thu hút sự quan tâm chú ý không chỉ của các cơ quan
quản ly, khai thác vận hành, cơ quan thiết kế mà còn của các nhà khoa học xa gần.
Chính vì vậy mà việc đánh giá các đập đất đá của Công trình thuỷ điện Trí An sau
10 năm đầu vận hành, rõ ràng là hết sức cần thiết và cấp bách.. Bởi vì kết qủa
nghiên cứu theo vấn đề này, sẽ giúp cho các cơ quan quản lý , khai thác vận hành
có thêm nhiều thông tin để chủ động trong quản lý khai thác. làm cho công trình
vận hành an toàn và hợp lý về mặt kỹ thuật, đồng thời đề tài này cũng góp phần
nhỏ trong việc làm phong phú thêm các hiểu biết cũng như kinh nghiệm của các kỹ
sư , các cán bộ kỹ thuật trong lĩnh vực thuỷ công.(như thiết kế, quản lý khai thác
các các đập vât liệu địa phương).
Cũng cần phải nhấn mạnh rằng trong suốt thời gian qua, mỗi khi xẩy ra các sự cố
dù lớn hay nhỏ ở các đập đất đá đều được các co quan thiết kế phối hợp với Nhà
máy kịp thời xử lý (xử lý nước thấm, gia cố mái hạ lưu đập phụ, đập vai cửa lấy
nước, khoan phụt xử lý nước rò rỉ ở đập chính phần tiếp giáp đập tràn v.v... ), điều
này vừa nói lên tính tích cực chủ động của các cơ quan chức năng vừa nói lên tính
phức tạp về kỹ thuật khi công trình vận hành. Do tính đa dạng và phức tạp của vấn
đề như vậy nên trong các NGHIÊN CỨU TỔNG KẾT này chỉ giới hạn trong việc
đánh giá các hạng mục sau:
1.) Xác định đường bão hòa giới hạn trong các mặt cắt của:
- Đập chính lòng sông
___________________________
Đập vật liệu địa phương – CTTĐ Trị An
3
- Đập vai cửa lấy nước
- Đập phụ bờ phải
2.) Tính toán ổn định trượt cho các mặt cắt của:
- Đập chính lòng sông
- Đập vai cửa lấy nước
3.) Tính toán ổn định thấm cho các mặt cắt của:

- Đập chính lòng sông
- Đập vai cửa lấy nước
Lần đầu tiên, sau 10 năm vận hành chúng ta đã xác định được các đường bão hoà
giới hạn một cách có hệ thống cho hầu hết các mật cắt cuả các đập đất đá, dựa trên
những luận cứ khoa học chặt chẽ, những phướng pháp tính tiên tiến.
- Dựa vào các tài liệu quan trắc thực tế, các qúa trình nghiên cứu tính toán xử lý
công trình của cơ quan thiết kế, các nghiên cứu tính toán mới nhất theo đề tài này,
chúng ta đã rút ra được những kết luận khoa học về sự vận hành của công trình.
*
Trong quá trình thực hiện các nghiên cứu tổng kết này, chúng tôi đã tham khảo và
sử dụng các tài liệu sau ( đã được công bố và lưu trữ ở các thư viện cơ quan) :
- Các tài liệu quan trắc lún của đập, đường bão hoà thực đo của các đập, các tài liệu
này do Nhà máy thuỷ điện Trị An lập từ năm 1988 đến 1997, tài liệu lưu trũ ở thư
viện của nhà máy.
- Báo cáo của Hội đồng nghiệm thu cơ sở về việc đưa Công trình thuỷ điện Trị An
vào sử dụng, Tp. Hồ Chí Minh, tháng 11/1992
- Báo cáo khoa học đề tài KC - 03 - 11 “ Nâng cao hiệu qủa khai thác Công trình
thuỷ điện Trị An”, Tp.Hồ Chí Minh, tháng 10/1993 do Kỹ sư Lê Quang Huyến làm
chủ nhiệm đề tài
- Báo cáo thuyết minh thiết kế hoàn công. Đánh giá chất lượng thi công Trạng thái
làm việc của đập phụ bờ phải,Tp. Hồ Chí Minh, tháng 12/1991 do Kỹ sư Nguyễn
Ngọc Bích chủ trì
- Báo cáo kết quả công tác khoan phụt trong đất đắp (tiếp giáp giữa đập đất đá lòng
sông và đập tràn), Tp. Hồ Chí Minh, tháng 1/1994 của Kỹ sư Chủ nhiệm địa chất
Nguyễn Văn Tài
- Báo cáo về hiện tượng nứt trượt mái hạ lưu đập vai phải cửa nhận nước, Báo cáo
của Nhà máy thuỷ điện Trị An, tháng 1/2/1994
- Báo cáo chuyên đề về xử lý vết nứt ở mái hạ lưu đập vai cửa lấy nước‘,Tp. Hồ Chí
Minh, tháng 1/1995 do Kỹ sư Nguyễn Ngọc Bích chủ trì
___________________________

Đập vật liệu địa phương – CTTĐ Trị An
4
- Báo cáo kết qủa nghiên cứu khảo sát trạng thái đất đắp đập đất đá lòng sông dọc
theo giải tiếp giáp giữa đất và tường bê tông bờ phải đập tràn, Tp. Hồ Chí Minh,
tháng 11 / 1995 của Kỹ sư, Chủ nhiệm địa chất Nguyễn Văn Tài
- Báo cáo kết qủa thực hiện hợp đồng nghiên cứu KH-CN “Khảo sát thấm ở đập
tràn Trị An bằng kỹ thuật chỉ thị đồng vị“,Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/1995 do
PTS Lê Văn Khôi làm chủ nhiệm đề tài.
___________________________
Đập vật liệu địa phương – CTTĐ Trị An
5
CHƯƠNG I
PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ĐỂ XÁC ĐỊNH
ĐƯỜNG BÃO HÒA GIỚI HẠN & ỔN ĐỊNH CỦA
ĐẬP VẬT LIỆU ĐỊA PHƯƠNG
1. 1 PHUONG PHÁP LUẬN ĐỂ NGHIÊN CỨU ĐẬP
1.1.1 XÁC ĐỊNH ĐƯỜNG BÃO HÒA GIỚI HẠN
a.) Ðể xác định đường bão hòa giới hạn cùng một vị trí phải thoả mãn hai điều
kiện : vừa đảm bảo ổn định thấm vừa đảm bảo ổn định trượt là một bài toán hết sức
phức tạp, vì cả 2 tiêu chuẩn đó đều phải tính thử dần. cách làm này gọi là phương
pháp thử đúng-sai.
Các đường bão hòa giới hạn sẽ được xác định dựa trên nguyên tắc là nếu đường
bão hòa thực tế xuất hiện trong thân đập bằng đường bão hòa giới hạn thì khi đó về
mặt ổn định trượt đập có hệ số ổn định xấp xỉ hệ số cho phép ứng với tổ hợp tải
trọng đặc biệt; về mặt ổn định thấm, dòng thấm trong thân đập có Gradient thấm lớn
nhất J
max
xấp xỉ Gradient thấm cho phép [ J ]
cp
.

Trên thực tế tính toán xác đinh được đường bão hoà có trị số chính xác như
nguyên tắc trên là một việc hết sức khó khăn, tốn kém rất nhiều thời gian. Vì vậy
các tính toán thử dần chỉ có thể thực hiện được với giá tri xấp xỉ + 5% đến +10 %
giá trị tiêu chuẩn
- Thuật toán để xác định đường bão hòa giới hạn như sau :
a.) Xuất phát từ đường bão hòa thực đo trong mỗi mặt cắt, ta xác định được tỷ số
q/k (q : lưu lượng đơn vị, k : hệ số thấm) khi đã biết h
1
và h
2
(hay h đầu và h cuối)
trên mối đoạn của đường bão hòa thực đo.
b.) Sau đó ta thay đổi tỷ số q/k (và một vài điều kiến biên khác ) để đường bão
hòa dâng cao, đến vị trí Ni nào đó thì dừng lại. Vị trí N phải đạt các tiêu chuẩn sau :
+ Trong quá trình thực hiện bài toán theo phương pháp phần tử hữu hạn (PP
PTHH ), điểm Ni trên đường bão hoà phải có chiều cao cột nước H
i
bằng tung độ y
i
của đường bão hòa (H
i
= y
i
, điều kiện bắt buộc của PP PTHH) .
+ Ở vị trí N
i
lưới thấm phải có J
max
> hoặc gần xấp xỉ = [J
CP

]
+ Ở vị trí N
i
cung trượt phải có :
___________________________
Đập vật liệu địa phương – CTTĐ Trị An
6
K
ô.đ
> hoặc gần xấp xỉ = [K
.CP
]
c.) Để giảm nhẹ các tính toán thử dần, trong PP PTHH đã sử dụng các dạng
đường
bão hoà có sẵn theo các sơ đồ (a) cho đập có lăng trụ tiêu nước ở hạ lưu, sơ đồ (b)
cho đập có thiết bị tiêu nước lát mái, (xem các sơ đồ và công thức tính toán kèm
theo)
d.) Các gia số trong tính toán theo PP PTHH (để thử dần tìm vi trí đường bão
hòa) đã lấy ∆x = ± 0.01
1.1.2. TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH TRƯỢT MÁI ĐẬP
Để có cái nhìn tổng quát về các công thức tính toán ổn định trượt, trong phần giới
thiệu phương pháp tính toán ổn định trượt sẽ đưa ra một số công thức thông dụng,
qua đó có thể so sánh, lựa chọn công thức tính toán vừa đơn giản vừa phù hợp với
thực tế
- Các mặt cắt đập vai được tính toán kiểm tra ổn định trượt với mặt cắt đã gia cố.
- Các tính toán được tiến hành trong đề tài này là những tính toán kiểm tra. Các
chỉ tiêu thiên cơ lý được chọn là thiên bé (so với các chỉ tiêu cho đập Trị An trong
đề tài KC-03-11), như vậy ở những mặt cắt có chỉ tiêu lớn hơn công trình càng an
toàn.
- Đối với đập chính các chỉ tiêu cơ lý được tính với từng lớp khác nhau theo độ

sâu.
1.1.3. TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH THẤM CỦA ĐẬP
Ổn định thấm là một bài toán khá phức tạp vì nó đề cập đến nhiều vấn đề. Đối với
các đập đất đá Trị An đã khai thác vận hành được 10 năm, bài toán thấm chỉ nhằm
kiểm tra ổn định thấm (chứ không phải định ra các mặt cắt hợp lý về ổn định thấm)
nên chỉ giới hạn trong 2 vấn đề : Xói ngầm cục bộ và xói ngầm tiếp xúc
a.) Xói ngầm cục bộ
Như chúng ta đã biết, mặt cắt đập đất có dạng hình thang với mái dốc lớn để đảm
bảo ổn định trượt nên mặt cắt đập khá rộng, trị số gradien trong thân đập không lớn
lắm và thường không dẫn đến những nguy hiểm đáng kể. Vì vậy vấn đề nguy hiểm
đối với đập đất về mặt xói ngầm do dòng thấm gây ra không phải là sự xói ngầm
bình thường như chúng ta thường hiểu mà là sự phá hoại do xuất hiện những hang
thấm tập trung. Những hang này đầu tiên không phải do dòng thấm gây nên mà do
nhiều nguyên nhân khác nhau trong thi công, tạo ra những khe hở ở các lớp tiếp
giáp của đất đắp hay tiếp giáp với công trình bê tông, các khe nứt do lún không đều
v.v.. Trong qúa trình khai thác công trình , dưới tác dụng của dòng thấm và dòng
___________________________
Đập vật liệu địa phương – CTTĐ Trị An
7
chảy của nước mà những hang này bị bào mòn, mở rộng ra thành những hang thấm
tập trung dẫn đến phá hoại dập
Trong thực tế thiết kế và xây dựng đập đất đá, không ít đập bị phá hoại một phần
hoặc phá hoại hoàn toàn là do hiện tượng thấm tập trung này Ở Mỹ trong số 72 đập
bị phá hoại đã có 27 đập là do nguyên nhân này (gần 40 %). Điển hình nhất là đập
Triton đã bị phá hoại hoàn toàn do hang thấm tập trung ở phần tiếp giáp của thân và
nền đập.
. Để xác định điều kiện không xẩy ra các hang thấm tập trung (xói ngầm cục bộ)
không chỉ dựa vào các định luật cơ học chặt chẽ mà còn phải dưa vào sự phân tích
các công trình thực tế đang khai thác vận hành và những kết luận tìm được phần
nào mang tính thống kê từ những công trình đó. Từ quan niệm như vậy, giáo sư R.

R. Trugaev cho rằng muốn đảm bảo không xuất hiện xói ngầm cục bộ cần phải thỏa
mãn điều kiện
J
TT
< [ J ]
CP
Trong đó : J
TT
– Là gradien thực của dòng thấm xuất hiện trong thân đập, được
xác định bằng tính toán hoặc bằng đo đạc trực tiếp
[ J ]
CP
– Là gradien cho phép tương ứng với các loại đất trong thân đập, được xác
định bằng thí nghiệm hoặc bằng thống kê
1.) Xác định J
TT
Từ những năm 50 trở về trước khi các phương pháp tính toán và các công cụ (máy
tính) tiên tiến chưa được phổ biến, người ta thường dùng phương pháp Len-Blai để
tính J
TT
. Tuy nhiên, dựa vào các tài liệu thống kê đo đạc ở các công trình trong
nhiều năm, người ta thấy rằng phương pháp đơn giản này đã không phản ánh đúng
thực tế. Ngày nay thông dụng nhất để xác định gradien dòng thấm người ta sử dụng
phương pháp phần tử hữu hạn để giải các bài toán thấm trên máy vi tính. Phương
pháp này, cho đến giờ phút này vẫn là phương pháp tiên tiến nhất được nhiều nước
thừa nhận và sử dụng rất phổ biến khi tính toán công trình.
Để tính toán thấm cho các đập đất đá Trị An chúng tôi cũng sử dụng phương pháp
PTHH. .
2.) Xác định [ J ]
cp

Để xác định trị số [J
K
]
cp
giáo sư R.R Tsugaev tính toán và quan trắc đo đạc trị số
Jk cho 161 đập đất đã xây dựng và hoạt động tốt. Những đập này được chia ra từng
loại, mà mỗi loại gồm nhiều đập xây dựng cùng một chất đất giống nhau và xác
định được trị số gradien lớn nhất [J
K
]
max
của những đập cùng một loại đất. Trong quá
trình tính toán này, tác giả có lưu ý rằng đối với những đập mới xây dựng thường có
trị số [Jk] lớn hơn so với những đập xây dựng trước kia, với nhận xét đó cho phép
___________________________
Đập vật liệu địa phương – CTTĐ Trị An
8
[Jk]cp không chỉ phụ thuộc vào trình độ tiến hoá của khoa học kỹ thuật phản ánh
trong thiết kế và thi công, mà đặc trưng của sự phụ thuộc này là cấp công trình. Sự
phụ thuộc cuối cùng này, dĩ nhiên, còn phụ thuộc theo thời gian nghĩa là trong
tương lai khi trình độ thiết kế và thi công được nâng cao thì trị số gradien cho phép
cũng được nâng lên.
Trên cơ sở tính toán và phân tích như trên, cuối cùng R.R Tsugaev xác định được
trị số [J
K
]
cp
ứng với từng loại đất đấp đập và cấp công trình giới thiệu trong bảng
sau (lấy theo tài liệu của R.R. Tsugaev “ Công trinh thuỷ lợi bằng đất”, bảng 3-2,
trang 157 )

Loại đất Cấp công trình
I II III IV-V
Sét 1,00 1,10 1,20 1,30
Á sét 0,70 0,75 0,85 0,90
Cát trung bình 0,50 0,55 0,60 0,65
Loại đất Cấp công trình
I II III IV-V
Á cát 0,40 0,45 0,50 0,55
Cát mịn 0,35 0,40 0,45 0,50
b.) Xói ngầm tiếp xúc
Về bài toán xói ngầm tiếp xúc, do khuôn khổ của đề tài nên chủ yếu giải quyết
vấn đề tiếp giáp giữa đất thân đập và các thiết bị chống thấm (các tầng lọc của các
lăng trụ tiêu nước và tầng lọc của các lớp đá bảo vê mái hạ lưu). Điều kiện để
không gây ra xói ngầm tiếp xúc :
J
RA
< [ J
RA
]
CP
Trong đó : J
RA
– là gradien thực của dòng thấm đi ra ở lăng trụ tiêu nước ( nếu đập
có đống đá tiêu nước ) hoặc đi ra ở mái đập ( nếu đập không có đống đá tiêu nước ),
được xác định bằng tính toán
[ J
RA
]
CP
– Là gradien cho phép đi ra của dòng thấm tương ứng với các loại đất

trong thân đập, được xác định bằng thí nghiệm hoặc bằng thống kê
Để xác định J
RA
tính toán có thể sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn. Để xác
định [ J
RA
]
CP
có thể sử dụng các công thức giới thiệu trong quy phạm thiết kế tầng
lọc ngược QP TL-C-5-75. Trong trường hợp không đủ tài liệu về thành phần hạt
của đất được bảo vệ và của các lớp lọc, có thể sử dụng các trị số của [ J
RA
]
CP
được
kiến nghị trong sổ tay thiết kế các công trình thuỷ công, ứng với từng loại đất đắp
đập và cấp công trình cho trong bảng sau : (lấy theo bảng 4.15 trang 151 trong “
sổ tay thiết kế công trình thuỷ công của Viện thiết kế thuỷ công CHLB Nga)
___________________________
Đập vật liệu địa phương – CTTĐ Trị An
9