nghiên cứu giải pháp xử lý nền đập đất đầm nén hồ chứa nước mỹ lâm - phú yên

Bộ GIáO DụC Và ĐàO TạO
Bộ NÔNG NGHIệP Và PTNT
Trờng đại học THủY LợI




BùI THị LƯƠNG




NGHIÊN CứU GIảI PHáP Xử Lý NềN ĐậP ĐấT
ĐầM NéN Hồ ChứA nớc mỹ lâm - phú yên




Luận văn thạc sĩ







hà nội - 2013

LỜI CẢM ƠN
Sau thời gian thực hiện luận văn, với sự giúp đỡ tận tình của các thầy
cô giáo, bạn bè đồng nghiệp cùng với sự nỗ lực không ngừng của bản thân,
luận văn thạc sĩ với đề tài “Nghiên cứu giải pháp xử lý nền đập đất đầm nén
hồ chứa nước Mỹ Lâm - Phú Yên” đã hoàn thành.
Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, tác giả xin gửi lời cảm ơn tới thầy
giáo hướng dẫn PGS.TS Trịnh Minh Thụ đã tận tình giúp đỡ, chỉ bảo và tạo
mọi điều kiện thuận lợi cho tác giả trong suốt thời gian thực hiện luận văn.
Tác giả xin gửi lời cảm ơn tới thầy giáo ThS Trần Thế Việt, Trường Đại
học Thủy lợi Hà Nội, phòng đào tạo đại học và sau đại học, khoa công trình
cùng toàn thể các thầy cô giáo đã giảng dạy, giúp đỡ tác giả trong quá trình học
tập cũng như thực hiện luận văn.
Tác giả cũng xin gửi lời cảm ơn tới Công ty tư vấn và chuyển giao
công nghệ - Trường Đại học Thủy lợi đã giúp đỡ tác giả trong quá trình thu
thập tài liệu Hồ chứa nước Mỹ Lâm - tỉnh Phú Yên.
Xin chân thành cảm ơn lãnh đạo phòng Kinh tế - UBND thị xã Từ Sơn
đã tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả trong suốt thời gian học tập và làm luận
văn này.
Cuối cùng tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đối với những người thân
trong gia đình đã ủng hộ, động viên tác giả về mọi mặt trong suốt quá trình
học tập và thực hiện luận văn.
Tác giả xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 24 tháng 5
năm 2013

TÁC GIẢ


Bùi Thị Lương





LỜI CAM ĐOAN
Tên tôi là Bùi Thị Lương. Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên
cứu của riêng tôi. Các nội dung và kết quả nghiên cứu trong luận văn là trung
thực, chưa được người nào công bố trong bất kỳ một nghiên cứu nào.

TÁC GIẢ


Bùi Thị Lương







MỤC LỤC
22TUMỞ ĐẦUU22T 1
22TU1. Tính cấp thiết của đề tàiU22T 4
22TU2. Mục đích của đề tàiU22T 6
22TU3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứuU22T 6

22TU4. Kết quả dự kiến đạt đượcU22T 6
22TU5. Cấu trúc luận vănU22T 7
22TUCHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH XÂY DỰNG ĐẬP Ở
VIỆT NAM VÀ CÁC BIỆN PHÁP XỬ LÝ NỀN
U22T 8
22TU1.1. TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH XÂY DỰNG ĐẬP Ở VIỆT NAMU22T 8
22TU1.2. KHÁI QUÁT VỀ CÁC VẤN ĐỀ SỰ CỐ GÂY HƯ HỎNG ĐẬP
TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM
U22T 10
22TU1.2.1. Khái quát về sự cố công trình thủy lợiU22T 10
22TU1.2.2. Sự cố đối với đập đấtU22T 12
22TU1.2.3. Một số sự cố đập đã xảy ra ở nước ta U22T 16
22TU1.3. TÌNH HÌNH SỰ CỐ ĐẬP DO BIẾN DẠNG THẤM GÂY RAU22T 22
22TU1.3.1. Các biến hình thấm của đất và biện pháp phòng chống U22T 22
22TU1.3.2. Sự cố đập do biến dạng thấm gây ra ở nước taU22T 26
22TU1.4. TÌNH HÌNH MẤT ỔN ĐỊNH ĐẬP DO BIẾN DẠNG NỀN GÂY
NÊN [15]
U22T 27
22TU1.5. TÌNH HÌNH MẤT ỔN ĐỊNH ĐẬP DO TRƯỢT GÂY NÊNU22T 29
22TUCHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾTU22T 31
22TU2.1. MÔI TRƯỜNG THẤM VÀ NGUYÊN NHÂN GÂY RA THẤMU22T 31
22TU2.1.1. Môi trường thấmU22T 31
22TU2.1.2. Nguyên nhân gây thấmU22T 32
22TU2.2. CÁC ĐỊNH LUẬT THẤM CƠ BẢN U22T 33
22TU2.2.1. Định luật thấm đường thẳngU22T 33

22TU2.2.2. Định luật thấm phi tuyếnU22T 34
22TU2.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TOÁN THẤM BẰNG LÝ
THUYẾT CỔ ĐIỂN
U22T 34
22TU2.3.1. Các phương pháp tính toán thấmU22T 35
22T2.3.2. Phương pháp số…………………………………………………… 36
22TU2.4. GIẢI BÀI TOÁN THẤM BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ
HỮU HẠN
U22T 37
22TU2.5. KHÁI QUÁT VỀ ỨNG SUẤT VÀ BIẾN DẠNGU22T 38
22TU2.6. TÍNH ỨNG SUẤT – BIẾN DẠNG CỦA NỀN THEO PHƯƠNG
PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN
U22T 39
22TU2.7. CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH CÔNG TRÌNHU22T 41
22TU2.7.1. Phương pháp tính toán theo trạng thái giới hạn U22T 41
22TU2.7.2. Phương pháp ứng suất cho phépU22T 41
22TU2.7.3. Phương pháp tính theo hệ số an toànU22T 42
22TU2.7.4. Phương pháp tính theo độ tin cậyU22T 42
22TU2.8. CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH MÁI DỐCU22T 42
22TU2.8.1. Cơ sở các phương pháp tính ổn định trượt máiU22T 42
22TU2.8.2. Một số phương pháp tính ổn định mái theo phương pháp mặt trượtU22T 43
22TUCHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ CHỐNG
THẤM CHO NỀN ĐỂ TĂNG CƯỜNG ỔN DỊNH ĐẬP
U22T 50
22TU3.1. GIỚI THIỆU CHUNGU22T 50
22TU3.2. GIẢI PHÁP CHỐNG THẤM BẰNG TƯỜNG NGHIÊNG VÀ
SÂN PHỦ
U22T 51
22TU3.3. GIẢI PHÁP TƯỜNG RĂNG KẾT HỢP VỚI LÕI GIỮAU22T 53
22TU3.4. GIẢI PHÁP TƯỜNG HÀO BENTONITE U22T 55

22TU3.5. GIẢI PHÁP KHOAN PHỤTU22T 60
22TU3.6. GIẢI PHÁP CỌC ĐẤT – XI MĂNG U22T 64





22TUCHƯƠNG 4 ỨNG DỤNG TÍNH TOÁN XỬ LÝ NỀN CHO ĐẬP
ĐẤT HỒ CHỨA NƯỚC MỸ LÂM - TỈNH PHÚ YÊN
U22T 69
22TU4.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÔNG TRÌNHU22T 69
22TU4.1.1 Vị trí địa lýU22T 69
22TU4.1.2. Đặc điểm địa hìnhU22T 70
22TU4.1.3. Điều kiện địa chấtU22T 71
22TU4.1.4. Mục tiêu và nhiệm vụ của dự ánU22T i
22TU4.1.5. Các thông số kỹ thuật chủ yếu và quy mô công trìnhU22T ii
22TU4.2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PHẦN MỀM GEO-SLOPEU22T iii
22TU4.2.1. Cơ sở lý thuyết của SEEP/WU22T v
22TU4.2.2. Cơ sở lý thuyết của SIGMA /WU22T vi
22TU4.2.3. Cơ sở lý thuyết của SLOPE /WU22T vii
22TU4.3. TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH THẤM CÔNG TRÌNHU22T vii
22TU4.3.1 Phân tích nềnU22T vii
22TU4.3.2 Lựa chọn mặt cắt tính toánU22T vii
22TU4.3.3 Trường hợp tính toánU22T viii
22TU4.3.4. Các thông số cần quan tâmU22T ix
22TU4.4. PHÂN TÍCH THẤM QUA NỀN TRƯỚC KHI XỬ LÝU22T x
22TU4.4.1 Các thông số trong sơ đồ tính:U22T x
22TU4.4.2 Sơ đồ mặt cắt trong trường hợp 1 (nền thiên nhiên chưa được xử
lý) được trình bày ở hình 4-3
U22T x

22TU4.4.3 Kết quả tính toánU22T xii
22TU4.5. PHÂN TÍCH THẤM QUA NỀN SAU KHI XỬ LÝ.U22T xiii
22TU4.5.1 Xử lý nền bằng phương pháp tường nghiêng sân phủU22T xiii
22TU4.5.2 Xử lý nền bằng phương pháp tường hào xi măng - BentoniteU22T xvi
22TU4.5.3 Xử lý nền bằng phương pháp khoan phụtU22T xix





22TU4.6. SO SÁNH LỰA CHỌN GIẢI PHÁP XỬ LÝ NỀN ĐẢM BẢO
VỀ KINH TẾ VÀ KỸ THUẬT
U22T xxii
22TU4.7. TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH TRƯỢT, ỔN ĐỊNH VỀ BIẾN DẠNG
(LÚN) VỚI BIỆN PHÁP XỬ LÝ NỀN BẰNG TƯỜNG HÀO XI
MĂNG – BENTONITE TRƯỜNG HỢP MỰC NƯỚC THƯỢNG
LƯU LÀ MNDBT
U22T xxiii
22TU4.8. TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH TRƯỢT VỚI BIỆN PHÁP XỬ LÝ NỀN
BẰNG TƯỜNG HÀO XI MĂNG - BENTONITE TRƯỜNG HỢP
MỰC NƯỚC RÚT NHANH
U22T xxvii
22TU KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊU22T xxix
22TU KẾT LUẬNU22T xxix
22T UNHỮNG TỒN TẠI VÀ HẠN CHẾU22T xxx
22T UKIẾN NGHỊ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEOU22T xxxi
22TUTÀI LIỆU THAM KHẢOU22T xxxii

DANH MỤC BẢNG

22TUBảng 1-1: Thống kê một số đập đất, đá lớn ở Việt Nam U22T 9
22TUBảng 1-2: Một số đập đất bị vỡ do hạ thấp mực nước trước đập U22T 30
22TUBảng 3-1: Một số công trình xử lý nền bằng phương pháp Bentonite U22T 57
22TUBảng 3-2: Một số công trình xử lý nền bằng phương pháp khoan phụtU22T 61
22TUBảng 3-3: Một số công trình xử lý nền bằng cọc đất xi măngU22T 67
22TUBảng 4-1: Các chỉ tiêu cơ lý đề nghị tính toán của đất nềnU22T 75
22TUBảng 4-2: Các chỉ tiêu cơ lý đề nghị tính toán của vật liệu đất đắpU22T i
22TUBảng 4-3: Các thông số hồ chứa nước Mỹ LâmU22T ii
22TUBảng 4-4: Các thông số đập chính hồ Mỹ LâmU22T iii
22TUBảng 4-5: Thông số tính toán trường hợp chưa xử lý nềnU22T xiii
22TUBảng 4-6: Thông số tính toán trường hợp xử lý bằng tường nghiêng sân phủU22T xvi
Bảng 4-7: Thông số tính toán trường hợp xử lý bằng tường hào xi măng -
bentonite………………………………………………………… 94
22TUBảng 4-8: Thông số tính toán trường hợp xử lý bằng khoan phụt tạo màng
chống thấm
U22T xxii
22TUBảng 4-9: Thông số tính toán 4 trường hợpU22T xxii
22TUBảng 4-10: Thông số tính toán trường hợp 4U22T xxv





DANH MỤC HÌNH
22TUHình 1: Phân loại đập theo loại hình vật liệuU22T 2

22TUHình 1-1: Biểu đồ sự cố công trình thủy lợiU22T 13
22TUHình 1-2: Hồ Lanh Ra bị vỡ khi đang thi công hôm 30.5.2011U22T 13
22TUHình 1-3: Sạt trượt mái thượng lưu đập Bản ChànhU22T 16
22TUHình 1-4: Mái kênh bị sạt do nước rútU22T 16
22TUHình 2-1: Sơ đồ phần tử U22T 37
22TUHình 2-2: Biểu đồ xác định Cx, Cy, Cxy U22T 40
22TUHình 2-3: Sơ đồ tính toán ổn định mái dốc theo phương pháp mặt trượt….U22T44
22TUHình 3-1: Sơ đồ thấm qua đập có tường nghiêng + sân phủ U22T 52
22TUHình 3-2: Sơ đồ tính thấm qua đập có tường lõi + chân răngU22T 54
22TUHình 3-3: Trạm ủ , trộn Bentonite+NướcU22T 59
22TUHình 3-4: Gàu chuyên dùng của Công Ty Sông CầuU22T 59
22TUHình 3-5: Thi công Panel Sơ cấpU22T 59
22TUHình 3-6: Kiểm tra chất lượng vữaU22T 59
22TUHình 3-7: Tường hào chống thấm bằng xi măng- BentoniteU22T 60
22TUHình 3- 8: Kết cấu đập đất chống thấm qua nền bằng khoan phụt vữa xi măngU22T 60
22TUHình 3-9 : Công tác khoan phụt tại công trình Tân Giang (Ninh Thuận)U22T 63
22TUHình 3-10: Sơ đồ khoan phụt U22T 63
22TUHình 3-11: Hình ảnh thi công cọc đất xi măngU22T 68
22TUHình 3-12: Hình ảnh cột đất xi măng được đào lên để thí nghiệmU22T 68
22TUHình 3-13: Hình ảnh máy khoan cọc đất xi măngU22T 68
22TUHình 4-1: Bản đồ dự án hồ chứa nước Mỹ Lâm U22T 69
22TUHình 4-2: Sơ đồ mặt cắt tính toánU22T viii
22TUHình 4-3 : Sơ đồ mặt cắt tính toán thấm trường hợp 1.U22T x
22TUHình 4-4 : Sơ đồ chia lưới phần tử tính toán thấm trường hợp 1U22T xi
22TUHình 4-5 : Kết quả tính toán đường bão hòa , lưu lượng thấm qua đập trường hợp1U22T xi
22TUHình 4-6 : Kết quả tính toán đường đẳng gradien qua đập trường hợp 1U22T xii
22TUHình 4-7 : Kết quả lưới thấm qua đập trường hợp1U22T xii

22TUHình 4-8: Sơ đồ mặt cắt tính toán thấm trường hợp 2U22T xiii
22TUHình 4-9 : Sơ đồ chia lưới phần tử tính toán thấm trường hợp 2U22T xiv
22TUHình 4-10: Kết quả tính toán đường bão hòa , lưu lượng thấmU Uqua đập trường
hợp 2
U xiv
22TUHình 4-11: Kết quả tính toán gradien qua đập trường hợp 2U22T xv
22TUHình 4-12 : Kết quả lưới thấm qua đập trường hợp 2U22T xv
22TUHình 4-13 : Sơ đồ mặt cắt tính toán thấm, ổn định trường hợp 3U22T xvi
22TUHình 4-14: Sơ đồ chia lưới phần tử tính toán thấm trường hợp 3U22T xvii
22TUHình 4-15 : Kết quả tính toán đường bão hòa, lưu lượng thấm qua đập trường
hợp 3
U22T xvii
22TUHình 4-16 : Kết quả tính toán đường đẳng gradien qua đập trường hợp 3U22T xviii
22TUHình 4-17: Kết quả tính toán đường dòng qua đập trường hợp 3U22T xviii
22TUHình 4-18: Sơ đồ mặt cắt tính toán ổn định thấm trường hợp 4U22T xix
22TUHình 4-19 : Sơ đồ chia lưới phần tử tính toán thấm trường hợp 4U22T xx
22TUHình 4-20: Kết quả tính toán đường bão hòa , lưu lượng thấmU Uqua đập trường
hợp 4
U xx
22TUHình 4-21 : Kết quả tính toán đường đẳng gradien qua đập trường hợp 4U22T xxi
22TUHình 4-22 : Kết quả tính toán lưới thấm qua đập trường hợp 4U22T xxi
22TUHình 4-23: Xác định tâm và bán kính cung trượt tính ổn định mái hạ lưu đập
trường hợp 3, MNDBT +33,4m, mực nước hạ lưu +12m
U22T xxiv
22TUHình 4-24: Kết quả tính toán hệ số ổn định mái hạ lưu đập trường hợp 3,
MNDBT +33,4m, mực nước hạ lưu +12m
U22T xxv
22TUHình 4-25: Khai báo điều kiện biên của bài toán trường hợp 3U22T xxvi

22TUHình 4-26: Kết quả giá trị lún lớn nhất của đập trường hợp 3U22T xxvi
22TUHình 4-27: Khai báo điều kiện biên của bài toán tính thấm trường hợp 3 khi
mực nước rút nhanh
U22T xxvii
22TUHình 4-28: Kết quả tính toán đường bão hòa, cung trượt, hệ số ổn định mái
trường hơp 3 của bài toán mực nước rút nhanh từ MNDBT
(+33,4m) xuống mực nước chết (+15.32m)
U22T xxviii





DANH MỤC VIẾT TẮT

STT
Ký hiệu
Ý nghĩa
1
MNLTK
Mực nước lũ thiết kế
2
MNLKT
Mực nước lũ kiểm tra
3
MNDBT
Mực nước dâng bình thường
4
MNC
Mực nước chết

5
PTHH
Phần tử hữu hạn
6
KL
Khối lượng





MỞ ĐẦU
Từ bao đời nay, nước là nguồn tài nguyên quan trọng không chỉ đối với
con người mà đối với tất cả các sinh vật sống và hàng loạt các quá trình khác
trên trái đất. Theo thời gian, dân số và kinh tế ngày càng phát triển dẫn đến
nhu cầu sử dụng nước ngày càng tăng cao cả về số lượng lẫn chất lượng.
Trong khi đó, phân bố nguồn nước tự nhiên lại không đều theo không gian và
thời gian. Theo không gian, những nơi có nguồn nước được xem là dồi dào cả
về chất lẫn lượng thì nhu cầu nước chưa hẳn đã lớn và ngược lại. Theo thời
gian, những lúc có nhu cầu sử dụng lớn thì nguồn nước lại không đầy đủ hoặc
thiếu trầm trọng. Do vậy, để khắc phục những hạn chế này đáp ứng nhu cầu
sử dụng nước một cách tốt hơn, hàng loạt các hoạt động liên quan đến phát
triển tài nguyên nước đã và đang diễn ra ngày càng mạnh mẽ.
Xây dựng các công trình hồ chứa trên các lưu vực sông nhằm điều chỉnh
sự phân bố một cách không cân bằng so với nhu cầu sử dụng là một trong
những hoạt động mang lại hiệu quả cao. Theo báo cáo của Uỷ hội quốc tế về
đập (tháng 12 năm 2000) thì đến năm 1950 có ít nhất 45.000 đập lớn thế giới
phục vụ cho việc phát điện, cấp nước và tưới. Đến đầu thế kỷ 21 này, vẫn còn
khoảng 1/3 các quốc gia trên thế giới với một nửa nhu cầu điện năng của họ
phụ thuộc vào thuỷ điện. Trong cơ cấu sản xuất điện tại Việt Nam, năm 1995

thuỷ điện chiếm 72,3%, và năm 2000 là 54,7%. Các hồ chứa lớn đã sản xuất
khoảng 19% tổng lượng điện sử dụng trên thế giới. Hơn một nửa số đập trên
thế giới được xây dựng phục vụ tưới, và khoảng 40% trong tổng số 271 triệu
ha diện tích tưới trên thế giới phụ thuộc vào sự cung cấp nước của các đập
dâng, hồ chứa. Rõ ràng, việc xây dựng hồ chứa đã đóng vai trò rất quan trọng
trong việc đáp ứng các nhu cầu sử dụng của con người [7].
Trong những năm qua Nhà nước đã đầu tư hàng chục nghìn tỷ đồng xây
dựng các công trình thủy lợi lớn và nhỏ để đảm bảo tưới tiêu cho hàng triệu




ha đất canh tác, ngăn mặn, cải tạo đất, giảm nhẹ thiên tai, cấp nước cho các
ngành kinh tế quốc dân. Nhiều công trình mang tầm vóc thế kỷ với quy mô
lớn, có kỹ thuật phức tạp đã được áp dụng các công nghệ mới từ công tác
khảo sát, thiết kế, thi công, quản lý vận hành công trình. Đó là niềm tự hào
của những người làm công tác thủy lợi.
Hồ chứa là nơi trữ nước với các dung tích lớn nhỏ khác nhau. Ở nước ta
hồ chứa đã, đang và sẽ được xây dựng rất nhiều. Đập đất là loại đập không
tràn có nhiệm vụ dâng nước và giữ nước trong hồ chứa, là loại đập xây dựng
bằng vật liệu địa phương, bằng loại đất hiện có của vùng xây dựng. Đập đất
có cấu tạo vững chắc, có khả năng cơ giới cao khi thi công và trong đa số các
trường hợp có giá thành hạ nên đập đất được ứng dụng rỗng rãi nhất trong hầu
hết các nước. Ở nước ta do đặc điểm địa hình, địa chất, vật liệu xây dựng,
phương tiện thi công … trong tương lai đập đất có triển vọng phát triển hơn
nữa. Đối với các đập có chiều cao đập <100m thì đập vật liệu địa phương
chiếm tới hơn 80% được thể hiện ở hình 1 [10].
84
12
4

0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Đập bê tông trọng
lực
Đập vật liệu địa
phương
Đập bê tông vòm
Thể loại đập
% trên tổng số đập

Hình 1: Phân loại đập theo loại hình vật liệu
Theo đặc tính làm việc của đập đất: Đập đất có tính thấm khá lớn. Thấm
qua thân đập, qua nền đập và thấm vùng quanh bờ làm mất nước của hồ chứa
và ảnh hưởng xấu đến sự ổn định của đập (các hiện tượng xói ngầm, trượt mái




dốc) cho nên cần phải tính thấm cho đập đất để xác định lưu lượng thấm,
đường bão hòa và gradient thấm, từ đó có các biện pháp xử lý cho đập.
Tổng kết và phân tích những nguyên nhân gây ra sự cố công trình đất
trên thế giới Middle Brooks cho thấy: Trên 60% những sự cố công trình đất

do thấm gây ra và khoảng 10% sự cố công trình có tác nhân kích thích từ
thấm, 30% sự cố công trình do tràn nước mặt đập, trượt mái và các nguyên
nhân khác [18]. Như vậy sự cố đối với công trình đất chủ yếu do thấm gây ra.
10THiện tượng thấm khá phổ biến trong sự cố đập ở khu vực Nam Trung
Bộ, Đông Nam. Hiện tượng thấm xảy ra sau một thời gian khai thác, có nơi
vài ba năm, mười năm, có nơi mới chỉ 1-2 năm đã phát sinh thấm, thậm chí có
những đập bị thấm mạnh ngay sau khi tích nước lần đầu tiên (Cà Giây, Sông
Quao). Qua quan trắc nhận thấy rằng phần lớn lưu lượng thấm đo được
thường lớn hơn nhiều lần so với lượng thấm tính toán thiết kế, vị trí đường
bão hòa cao hơn dự kiến và không đổ vào đống đá tiêu nước gây nên xói
ngầm ở nền và thân đập.

Đập đất đầm nén tuy có yêu cầu không cao đối với nền như các loại hình
đập bê tông, nhưng công tác xử lý nền (XLN) có vị trí rất quan trọng, nhất là
đối với đập cao, có ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng và an toàn Đập, đến
tiến độ và giá thành xây dựng, là một trong các yếu tố quan trọng trong việc
phát triển đập hiện đại. Sự cố đập xảy ra trong và ngoài nước do nguyên nhân
về XLN chiếm trên 40% cho thấy điều đó.
Luận văn với mục đích tìm hiểu sâu hơn về các phương pháp xử lý nền,
tập trung vào phân tích thấm để giúp cho thiết kế đưa ra được giải pháp xử lý
nền đảm bảo an toàn và hiệu quả kinh tế; qua đó kiểm tra ổn định trượt, ổn
định về biến dạng (lún) giải pháp được chọn.






1. Tính cấp thiết của đề tài
Đối với công trình thủy lợi, sức phá hoại của tự nhiên là một yếu tố

thường xuyên tồn tại. Cho đến nay toàn bộ lý luận và kinh nghiệm mà loại
người đã tích lũy được trong thực tiễn tuy đã có thể hạn chế được khả năng
phá hoại của công trình trong một phạm vi nhất định nhưng vẫn không thể
xóa bỏ triệt để được khả năng này.
Trong các yếu tố tự nhiên uy hiếp an toàn của công trình thủy lợi thì yếu
tố chủ yếu là điều kiện thủy văn, thủy lực và địa chất. Ngoài ra các yếu tố do
con người gây ra như công tác khảo sát, thiết kế, thi công, vận hành và quản lý
công trình không hợp lý hay không đảm bảo đúng yêu cầu kỹ thuật hay cả
những tác động phá hoại môi trường như đốt phá rừng bừa bãi, việc đô thị hóa
làm giảm diện tích lớp phủ thực vật dẫn đến thay đổi môi trường tự nhiên làm
thay đổi điều kiện khí hậu, chế độ thủy văn, thủy lực của lưu vực sông … cũng
gây ra những thảm họa, những sự cố công trình thủy lợi không chỉ thiệt hại về
của cải vật chất mà nhiều khi tổn thất về nhân mạng cũng rất nghiêm trọng.
Phá hoại của đập đất thường xảy ra do quá trình thấm gây nên. Dòng
thấm qua thân đập và nền có khả năng gây nên xói mòn tạo thành những kênh
nhỏ trong đất. Những kênh này từ phía chân đập sẽ phát triển ngược về phía
mặt trước của đập và sẽ gây sụt đổ đập.
Cần phải tính thấm qua đập và thân nền để làm cơ sở tính toán ổn định
mái, kết cấu chống thấm, kết cấu các bộ phận tiêu nước hợp lý và kinh tế
nhất. Trong tính thấm cần phải xác định các thông số của dòng thấm ở thân
đập và nền đập: lưu lượng thấm qua thân đập và nền, trên cơ sở đó tìm lượng
nước tổn thất của hồ do thấm gây ra và có biện pháp phòng chống thấm thích
hợp; vị trí đường bão hòa, từ đó sẽ tìm được áp lực thấm dụng trọng tính toán
ổn định của mái đập. gradient thấm của dòng chảy trong thân đập, nền đập




nhất là chỗ dòng thấm thoát ra ở hạ lưu để kiểm tra xói ngầm, đẩy trồi đất và
xác định kích thước cấu tạo của tầng lọc ngược.

Do vậy, những vấn đề thấm và ổn định thấm của đập cần phải được phân
tích kỹ khi xây dựng đập. Một số công trình mất ổn định do biến dạng thấm
gây nên (Đập Suối Hành, Đập Phú Ninh, Đập Cà Giây, đập Ngãi Sơn Đồng
Mô….). Hiện nay, ở Việt Nam các vấn đề xử lý chống thấm cho nền các công
trình thủy lợi đã được nghiên cứu và ứng dụng khá phổ biến, tuy nhiên mỗi
phương pháp chống thấm thường chỉ phù hợp và mang lại những hiệu quả
nhất định ứng với từng kiểu cấu trúc đất nền. Vì vậy việc nghiên cứu các biện
pháp xử lý nền nhằm giảm tính thấm cho các công trình thủy lợi là vấn đề hết
sức cấp bách và có ý nghĩa thực tiễn và khoa học.
Xử lý nền là một lĩnh vực phát triển nhanh nhất cạnh tranh nhất và có
nhiều sáng tạo nhất trong địa kỹ thuật. Nó là vũ khí của các kỹ sư địa kỹ thuật
để khắc phục nền đất yếu. Trong đó, các kỹ sư bắt buộc nền đất phải đáp ứng
các yêu cầu của công trình bằng cách đổi trạng thái tự nhiên của nền thay vào
việc thiết kế công trình theo các hạn chế của nền đất.
Các kỹ thuật xử lý nền được giới chuyên môn về địa kỹ thuật tiếp nhận
nhanh chóng, là một bằng chứng cho nhiều ích lợi, nhất là về chi phí, tiến độ và
tác động môi trường. Các biện pháp xử lý nền các công trình thuỷ công đã,
đang được áp dụng tại nhiều nước trên thế giới: Giải pháp thay đất nền (đào
chân khay, tường nghiêng sân phủ hoặc tường tâm), tạo màng chống thấm (hào
bentonite, tạo hàng cọc xi măng đất, cọc cừ kết hợp với các biện pháp chống
thấm khác, khoan phụt xi măng đất sét,các giải pháp hóa lý, ).
Một số phương
pháp được kết hợp với nhau để giảm chi phí và nâng cao hiệu quả xử lý. Bên
cạnh các lợi ích về kỹ thuật, các phương pháp xử lý nền còn đưa lại các lợi ích
trong lĩnh vực bảo vệ môi trường, chống ô nhiễm do rác thải gây ra.




Vì vậy để giải quyết vấn đề cấp bách đặt ra, đề tài tập trung nghiên cứu

các giải pháp xử lý nền các công trình thủy lợi đã, đang và được áp dụng rộng
rãi đối với đập đất đầm nén hồ chứa nước Mỹ Lâm - tỉnh Phú Yên, trên cơ sở
đó phân tích những ưu nhược điểm của mỗi phương pháp từ đó kiến nghị biện
pháp xử lý nền hữu hiệu đảm bảo an toàn và kinh tế; kiểm tra tính ổn định
trượt, ổn định biến dạng (lún); kiểm tra ổn định trượt mái khi nước rút nhanh
với giải pháp lựa chọn.
2. Mục đích của đề tài
- Tổng quan về các giải pháp xử lý chống thấm cho nền.
- Nêu cơ sở khoa học và thực tiễn của mỗi phương pháp xử lý nền.
- Tính toán ổn định thấm công trình cho mỗi phương pháp xử lý. Phân tích
tính ổn định thấm cho mỗi phương án tính toán, tìm ra biện pháp xử nền hữu
hiệu; kiểm tra ổn định trượt, ổn định biến dạng (lún); ổn định trượt mái khi
nước rút nhanh với giải pháp được chọn.
3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
- Thu thập các tài liệu đã được công bố;
- Nghiên cứu các cơ sở lý thuyết về tính thấm, ổn định, biến dạng nền và
thân đập.
- Các phương pháp xử lý nền thấm nước.
- Tính toán ổn định công trình bằng phương pháp phần tử hữu hạn.
- Phân tích về mặt kinh tế và kỹ thuật của từng phương án xử lý nền,
kiến nghị giải pháp xử lý nền hữu hiệu cho công trình.
4. Kết quả dự kiến đạt được
- Phân tích, tính toán ổn định thấm của công trình bằng phần mềm Địa
kỹ thuật với các giải pháp xử lý nền khác nhau.
- So sánh lựa chọn giải pháp hữu hiệu.




- Kiến nghị và kiểm tra ổn định trượt, ổn định về biến dạng (lún)); ổn

định trượt mái khi nước rút nhanh theo phương án chọn đảm bảo công trình
an toàn.
5. Cấu trúc luận văn
Ngoài phần mở đầu, mục lục, danh mục các bảng biểu, hình vẽ, danh
mục tài liệu tham khảo, danh mục viết tắt và kết luận; luận văn được trình bày
gồm 4 chương:
Chương 1: Tổng quan về tình hình xây dựng đập ở Việt Nam và các biện
pháp xử lý nền
Chương 2: Cơ sở lý thuyết
Chương 3: Nghiên cứu các giải pháp xử lý chống thấm cho nền để tăng
cường ổn định đập
Chương 4: Ứng dụng tính toán xử lý nền cho đập đất hồ chứa nước Mỹ
Lâm - tỉnh Phú Yên





CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH XÂY DỰNG ĐẬP Ở VIỆT
NAM VÀ CÁC BIỆN PHÁP XỬ LÝ NỀN

1.1. TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH XÂY DỰNG ĐẬP Ở VIỆT NAM
Hồ chứa nước là loại hình công trình thuỷ lợi phổ biến nhất ở nước ta,
chỉ trừ các tỉnh thuộc đồng bằng sông Cửu Long và một số tỉnh của đồng
bằng Bắc bộ như Thái Bình, Nam Định và Hà Nam còn tất cả các tỉnh khác
đều có hồ chứa.
Theo tài liệu điều tra cho đến năm 2000, toàn quốc có trên 550 hồ chứa
loại vừa và lớn (với dung tích 1 triệu m3 nước trở lên và có chiều cao đập trên
10m) và hàng ngàn hồ chứa nước loại vừa và nhỏ có dung tích nhỏ hơn 1 triệu

m
P
3
P nước và đập cao < 10m. Trong đó tuyệt đại đa số là hồ phục vụ cho tưới,
có khoảng 100 hồ sử dụng tổng hợp (tưới, phát điện, du lịch, cấp nước công
nghiệp, sinh hoạt và thuỷ sản) và một số ít hồ chỉ có mục đích phát điện.
Trong các loại hình đập tạo hồ thì đại đa số là đập đất, một số ít đập đá và đập
bê tông. Các hồ chứa chủ yếu tập trung ở miền Trung và Tây nguyên, khoảng
80% còn lại là ở miền núi và trung du Bắc Bộ [9
].
Đập đất là loại đập làm bằng vật liệu địa phương được xây dựng phổ
biến ở nước ta và trên thế giới. Đây là một loại đập tận dụng được vật liệu tại
chỗ, cấu tạo đơn giản, công nghệ thi công không phức tạp, trên mọi loại nền
đều có thể xây dựng đập đất, vì vậy giá thành thường rẻ.




Bảng 1-1: Thống kê một số đập đất, đá lớn ở Việt Nam [8]
TT Tên hồ Tỉnh Loại Đập
Hmax
(m)
Năm hoàn
thành
1
Đa Nhim
Lâm Đồng
Đất
38,00
1963

2
Suối Hai
Hà Tây
Đất
29,00
1964
3
Thượng Tuy
Hà Tĩnh
Đất
25,00
1964
4
Thác Bà
Yên Bái
Đá
45,00
1964(XD)
5
Cẩm Ly
Quảng Bình
Đất
30,00
1965
6
Tà Keo
Lạng Sơn
Đất
35,00
1972

7
Cấm Sơn
Bắc Giang
Đất
41,50
1974
8
Vực Trống
Hà Tĩnh
Đất
22,80
1974
9
Đồng Mô
Hà Tây
Đất
21,00
1974
10
Tiên Lang
Quảng Bình
Đất
32,30
1978
11
Pa Khoang
Lai Châu
Đất
26,00
1978

12
Hòa Bình
Hòa Bình
Đất/đá
128,00
1978(XD)
13
Yên Mỹ
Thanh Hoá
Đất
25,00
1980
14
Yên Lập
Quảng Ninh
Đất/ Đá
40,00
1980
15
Vĩnh Trinh
Quảng Nam
Đất
23,00
1980
16
Núi Một
Bình Định
Đất
32,50
1980

17
Liệt Sơn
Quảng Ngãi
Đất
29,00
1981
18
Phú Ninh
Quảng Nam
Đất
40,00
1982
19
Núi Cốc
Thái

Đất
27,00
1982
20
Xạ Hương
Vĩnh Phúc
Đất
42,00
1982
21
Sông Mực
Thanh Hoá
Đất
33,40

1983
22
Quất Động
Quảng Ninh
Đất
22,60
1983
23
Xạ Hương
Vĩnh Phúc
Đất
41,00
1984
24
Hoà Trung
Đà Nẵng
Đất
26,00
1984
25
Hội Sơn
Bình Định
Đất
29,00
1985
26
Dầu Tiếng
Tây Ninh
Đất
28,00

1985
27
Biển Hồ
Gia Lai
Đất
21,00
1985




28
Núi Một
Bình Định
Đất
30,00
1986
29
Vực Tròn
Quảng Bình
Đất
29,00
1986
30
Tuyền Lâm
Lâm Đồng
Đất
32,00
1987
31

Đá Bàn
Khánh Hoà
Đất
42,50
1988
32
Kẻ Gỗ
Hà Tĩnh
Đất
37,40
1988
33
Khe Tân
Quảng Nam
Đất
22,40
1989
34
Kinh Môn
Quảng Trị
Đất
21,00
1989
35
Khe Chè
Quảng Ninh
Đất
25,20
1990
36

Phú Xuân
Phú Yên
Đất
23,70
1996
37
Sông Rác
Hà Tĩnh
Đất
26,80
1996
38
Thuận Ninh
Bình Định
Đất
29,20
1996
39
Đồng Nghệ
Đà Nẵng
Đất
25,00
1996
40
Sông Quao
Bình Thuận
Đất
40,00
1997
41

Gò miếu
Thái nguyên
Đất
30,00
1999
42
Cà Giây
Ninh thuận
Đất
35,40
1999
43
Ayun Hạ
Gia Lai
Đất
36,00
1999
44
Sông Hinh
Phú Yên
Đất
50,00
2000
45
Easoupe

Đăk Lắc
Đất
27,00
2005

46
Lòng Sông
Bình Thuận
Bê tông
35,00
2006
47
Tân Giang
Ninh Thuận
Bê tông
38,00
2006
48
Sông Sắt
Ninh thuận
Đất
29,00
2007

1.2. KHÁI QUÁT VỀ CÁC VẤN ĐỀ SỰ CỐ GÂY HƯ HỎNG ĐẬP
TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM
1.2.1. Khái quát về sự cố công trình thủy lợi
Trước khi tìm hiểu các vấn đề về sự cố hư hỏng đập chúng ta cần quan tâm
tới đặc điểm làm việc của đập đất. Đập đất có những đặc điểm quan trọng sau:
Đập đất thường là loại không tràn nước. Để đảm bảo tháo lũ, lấy nước
tưới hoặc cung cấp nước phải xây dựng những công trình riêng như đường
tràn tháo lũ, cống lấy nước.

* Thấm qua thân đập và nền: Nền đập và thân đập nói chung đều thấm
nước. Khi mực nước thượng lưu dâng cao trong thân đập sẽ hình thành dòng
thấm từ thượng lưu về hạ lưu.
Trong thân đập có mặt bão hòa, trên mặt cắt ngang đập thể hiện là đường
bão hòa. Phía trên đường bão hòa có khu mao dẫn 5 ÷ 15cm, dưới đường bão
hòa đất chịu đẩy nổi của nước và chịu lực thủy động do thấm. Dưới tác động
của lực thấm thủy động, mái đập càng dễ mất ổn định
* Ảnh hưởng của nước thượng hạ lưu đối với mái đập: Mực nước
thượng hạ lưu đập có thể gây phá hoại đất ở mái đập. Dưới tác dụng của sóng
các kết cấu bảo vệ mái đập có thể bị phá vỡ, gây xói lở thân mái, làm trôi các
tầng lọc bảo vệ.
* Tác hại của nước mưa và nhiệt độ: Trong thời gian mưa một phần
nước sẽ thấm vào đập, một phần chảy trên mái đập có thể gây bào mòn và xói
đất, hiện tượng này tiếp diễn làm giảm mặt cắt đập, gây biến dạng. Trong
thiết kế đập đất cần có hệ thống thoát nước mưa ở đỉnh và mái đập. Khi nhiệt
độ thay đổi có thể gây nứt nẻ thân đập, nhất là các loại đất sét, pha sét có tính
co ngót lớn.
* Biến dạng của nền và thân đập: Dưới tác dụng của trọng lượng bản
thân, đất thân đập và nền bị biến dạng. Chuyển vị đứng làm giảm chiều cao
đập. Biến dang làm đập và các thiết bị chống thấm bằng đất bị nứt nẻ gây
nguy hiểm cho đập.
Những đặc điểm trên có ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng của công
trình thủy lợi, vì thế nếu để xảy ra kém chất lượng ở bất kỳ khâu nào, trong
thời gian nào cũng có thể dẫn tới sự cố lớn hoặc nhỏ. Điều đó cũng có nghĩa
là sự cố các công trình thủy lợi thủy lợi có quan hệ mật thiết với những đặc
điểm đã nêu trên.

Sự cố các công trình thủy lợi có những đặc điểm:
- Do một hoặc nhiều nguyên nhân gây ra, trong đó có khảo sát (địa hình,
địa chất công trình, địa chất thủy văn, thủy văn công trình), thiết kế (thủy
công, cơ khí, điện), chế tạo lắp đặt, thi công và quản lý khai thác. Tuy nhiên
thực tế nguyên nhân phổ biến là: Khảo sát, thiết kế, thi công.
- Sự cố lớn thường xảy ra đối với các công trình thủy công (đập đất,
cống lấy nước, tràn xả lũ)
- Sự cố xảy ra không phải chỉ có ngay sau khi hoàn thành công trình mà
thường là sau nhiều năm. Tuy nhiên sự cố lớn và nghiêm trọng thường xảy ra
khi gặp lũ cực lớn và trong quá trình thi công (vỡ đập Sông Mực - Thanh
Hóa, sự cố 3 lần vỡ đập Suối Trầu - Khánh Hòa, đập Cà Giây - Bình Thuận).
- Những sự cố lớn và nghiêm trọng thường xảy ra rất đột ngột, trong một
thời gian rất ngắn, không kịp ứng phó.
- Hậu quả do sự cố gây ra thường là nghiêm trọng, việc xử lý rất tốn kém
gây ra tổn thất lớn về tính mạng, tài sản của nhân dân và tài sản quốc gia có
ảnh hưởng xấu về kinh tế và tình hình xã hội.
1.2.2. Sự cố đối với đập đất
Đập đất là hạng mục quan trọng nhất đối với đầu mối công trình thủy lợi.
Sự cố về đập đất rất nghiêm trọng và không lường hết được hậu quả.
Theo thống kê các sự cố các công trình ở Việt Nam như sau [6]:
- Sạt mái thượng lưu: 25,84%
- Hỏng đập tràn xả lũ: 25,39%
- Cống bị hỏng: 17,3%
- Đập bị thấm: 15,06%
- Đỉnh đập thấp: 9%
- Cửa bị hỏng: 3,6%

25,84
25,39
17,3
15,06
9
3,6
Sạt mái thượng
lưu
Hỏng đập tràn xả
lũ
Cống bị hỏng
Đập bị thấm
Đỉnh đập thấp
Cửa bị hỏng

Hình 1-1: Biểu đồ sự cố công trình thủy lợi
Trong lịch sử xây dựng các hồ chứa nước ở nước ta thì những sự cố xảy
ra đa số xảy ra ở những hồ chứa vừa và nhỏ và với đập dâng nước là đập đất.
Tuy là hồ chứa nhỏ nhưng khi có sự cố có sức tàn phá ghê gớm, ví dụ năm
1978 hồ chứa của một nông trường cà phê ở Đắk Lắk chỉ có dung tích
500.000m3 bị vỡ đã làm chết hơn 30 người, hồ chứa Nhà Trò ở Nghệ An
dung tích 2 triệu m3 bị vỡ đã làm chết 27 người và gần đây nhất 1 hồ chứa rất
nhỏ ở Hà Tĩnh chỉ chứa 250.000m3 nước bị vỡ đã làm trôi hơn 200 m đường
sắt Bắc Nam làm tê liệt hàng chục đoàn tàu trong nhiều ngày
.

Hình 1-2: Hồ Lanh Ra bị vỡ khi đang thi công hôm 30.5.2011

Đối với đập đất những sự cố thường gặp và nguyên nhân xảy ra sự cố
được tổng kết như sau:
1. Lũ tràn qua đỉnh đập
Do các nguyên nhân sau đây gây ra:
- Tính toán thủy văn sai.
- Cửa đập tràn bị kẹt.
- Lũ vượt tần suất thiết kế, không có tràn dự phòng.
- Đỉnh đập đắp thấp hơn cao trình thiết kế.
2. Sạt mái thượng lưu
Do các nguyên nhân sau đây gây ra:
- Tính sai cấp bão.
- Biện pháp gia cố mái không đủ sức chịu đựng sóng do bão gây ra.
- Thi công lớp gia cố kém chất lượng.
- Đất mái thượng lưu đầm nện không đủ độ chặt.
3. Thấm mạnh làm xói nền đập
Do các nguyên nhân sau đây gây ra:
- Đánh giá sai địa chất nền đập.
- Biện pháp thiết kế xử lý nền không đảm bảo chất lượng.
- Thi công xử lý không đúng thiết kế.
4. Thấm và sủi nước ở vai đập
Do các nguyên nhân sau đây gây ra:
- Thiết kế sai biện pháp tiếp giáp giữa đập và vai.
- Thi công không đúng thiết kế, bóc lớp thảo mộc không hết.
- Đầm nện chỗ tiếp giáp không tốt.
5. Thấm mạnh, sủi nước qua thân đập
Do các nguyên nhân sau đây gây ra:

- Vật liệu đắp không tốt.