nghiên cứu ảnh hưởng của hình dạng đáy đập vật liệu địa phương đến lưu lượng và đường bão hòa

B GIO DC V ĐO TO B NÔNG NGHIP V PTNT
TRƯNG ĐI HC THY LI




NGÔ LAN HƯƠNG





NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CA HÌNH DNG
ĐY ĐẬP VẬT LIU ĐỊA PHƯƠNG ĐẾN
LƯU LƯNG V ĐƯNG BÃO HÒA




LUẬN VĂN THC S

Hà Nội 8/2013


B GIO DC V ĐO TO B NÔNG NGHIP V PTNT
TRƯNG ĐI HC THY LI



NGÔ LAN HƯƠNG



NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CA HÌNH DNG
ĐY ĐẬP VẬT LIU ĐỊA PHƯƠNG ĐẾN
LƯU LƯNG V ĐƯNG BÃO HÒA



Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy
Mã số: 60-58-40



LUẬN VĂN THC S

Ngưi hưng dn khoa hc: PGS.TS. Nguyn Cnh Thi

Hà Nội 8/2013






MC LC
33TMỤC LỤC33T 3
33TDANH MỤC BẢNG BIỂU33T 5
33TDANH MỤC HÌNH VẼ33T 7
33TMỞ ĐẦU33T 1
33TCHƯƠNG 1:33T 33TTỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU ĐỐI VỚI ĐẬP ĐÂT33T 5
33T1.133T 33TKhái nim v đập đất33T 5
33T1.233T 33TCác loại đập đất đã xây dựng33T 5
33T1.333T 33TCác sự cố nghiêm trọng của đập đất33T 10
33T1.433T 33TNguyên nhân gây thấm33T 10
33T1.533T 33TẢnh hưởng của đường thấm đến đập đất33T 11
33T1.633T 33TMt số sự cố do dng thấm gây ra33T 11
33T1.733T 33TCác bin pháp phng chống thấm33T 14
33T1.7.133T 33TChống thấm cho những công trình mới xây dựng33T 14
33T1.7.233T 33TChống thấm cho những công trình đã xây dựng trước đây33T 16
33TCHƯƠNG 2:33T 33TL THUYT THM V ỔN ĐNH33T 17
33T2.133T 33TTổng quan v phương pháp tính toán thấm33T 17

33T2.1.133T 33TSơ lược quá trình phát triển33T 17
33T2.1.233T 33TTầm quan trọng của lý thuyết thấm33T 17
33T2.1.333T 33TCác phương pháp giải bài toán thấm33T 18
33T2.233T 33TTổng quan v phương pháp tính ổn định mái dốc33T 21
33T2.2.133T 33TLý luận tính toán ổn định mái dốc33T 21
33T2.2.233T 33TCách chia thi đất và cách xác định trọng lượng thi33T 28
33T2.2.333T 33TCác phương pháp tính h số an toàn ổn định mái dốc33T 31
33T2.2.433T 33TCác phương pháp tính toán ổn định mái dốc33T 33
33TCHƯƠNG 3:33T 33TỨNG DỤNG PHƯƠNG PHP PHẦN T  HU HN TRONG TÍNH
THM V TÍNH ỔN ĐNH MI DỐC CỦA ĐẬP ĐT33T 40
33T3.133T 33TPhương pháp phần t hữu hạn33T 40
33T3.233T 33TMục đích tính toán33T 42
33T3.333T 33TLựa chọn các thông số tính toán33T 42


33T3.3.133T 33TĐập đất33T 42
33T3.3.233T 33TNn đập33T 43
33T3.433T 33TPhần mm tính toán33T 43
33T3.533T 33TTrình tự tính toán33T 43
33T3.5.133T 33TTính thấm qua đập đất33T 44
33T3.5.233T 33TTính toán ổn định trượt mái đập33T 45
33T3.5.333T 33TTổ hợp các trường hợp tính toán33T 46
33T3.5.433T 33TKết quả tính toán và đánh giá33T 47
33T3.633T 33THướng dẫn s dụng biểu đồ tra33T 78
33TKT LUẬN V KIN NGH33T 84
33TTI LIỆU THAM KHẢO33T 86
33TPHỤ LỤC33T 87

DANH MC BẢNG BIỂU

33THình 0-1: Đập trên nn nằm nghiêng33T 2
33THình 0-2: Sơ đồ đập nghiêng33T 3
33THình 0-3: Sơ đồ các vị trí tính toán33T 4
33THình 1-1: Đập đất đồng chất33T 6
33THình 1-2: Đập không đồng chất33T 7
33THình 1-3: Đập c tường li mm33T 8
33THình 1-5:

Sình lầy do thấm hạ lưu đập Kim Sơn- Hà Tĩnh33T 13
33THình 1-6: Mạch sủi hạ lưu đập Am Chúa- Khánh Hòa33T 13
33THình 1-7: Đập đất đồng chất c tường răng.33T 15
33THình 1-8: Đập c tường nghiêng chân răng, tường li chân răng33T 15
33THình 1-9: Chống thấm cho nn bằng bản cọc33T 15
33THình 1-10: Chống thấm bằng tường nghiêng sân phủ33T 16
33THình 2-1: Xác định moment chống trượt và gây trượt với mt trụ trn33T 23
33THình 2-2: Xác định gc ma sát và lực dính huy đng33T 25
33THình 2-3: Các lực tác dụng vào mỗi thi33T 28
33THình 2-4: Sơ đồ tính lực thấm theo phương pháp Bishop đơn giản33T 32
33THình 2-5: Dịch chuyển điểm trên cung trượt33T 34
33THình 2-6: Mt cắt ngang mái dốc33T 39
33THình 3-1: Sơ đồ chia lưới phần t và các điu kin biên33T 45
33THình 3-2: Sơ đồ khai báo điu kin tính toán ổn định đập đất33T 46
33THình 3-3: Sơ đồ tính thấm qua đập đất h số mái m = 2, chiu cao đập HR
đ
R = 20m33T 48
33THình 3-4: Biểu đồ quan h JR
ra
R~ L tại mái hạ lưu33T 48

33THình 3-5: Sơ đồ tính ổn định cho đâp đất h số mái m = 2, chiu cao đập HR
đ
R = 20m33T 49
33THình 3-6: Biểu đồ quan h Q ~ HR
đ
R.33T 50
33THình 3-7: Biểu đồ quan h JR
ra
R ~ HR
đ
R33T 51
33THình 3-8: Biểu đồ quan h HR
đ
R ~ K33T 52
33THình 3-9: Sơ đồ tính toán tổng quát đập trên nn nằm nghiêng33T 53
33THình 3-10: Tính thấm qua đập c h số mái m = 2, HR
đ
R = 20m, α = 6P
o
P.33T 53


33THình 3-12: Quan h q ~ α với trường hợp h số mái m = 233T 56
33THình 3-13: Quan h JR
ra
R ~ α với trường hợp h số mái m = 233T 56
33THình 3-14: Quan h K ~ α với trường hợp h số mái m = 233T 57
33THình 3-15: Quan h q ~ α với trường hợp h số mái m = 2,533T 59
33THình 3-16: Quan h JR
ra

R ~ α với trường hợp h số mái m = 2,533T 59
33THình 3-17: Quan h K ~ α với trường hợp h số mái m = 2,533T 60
33THình 3-18: Quan h q ~ α với trường hợp h số mái m = 3,033T 62
33THình 3-19: Quan h JR
ra
R ~ α với trường hợp h số mái m = 3,033T 62
33THình 3-20: Quan h K ~ α với trường hợp h số mái m = 3,033T 63
33THình 3-21: Quan h q ~ α với trường hợp h số mái m = 3,533T 65
33THình 3-22: Quan h JR
ra
R ~ α với trường hợp h số mái m = 3,533T 65
33THình 3-23: Quan h K ~ α với trường hợp h số mái m = 3,533T 66
33THình 3-25: Quan h JR
ra
R ~ α với trường hợp h số mái m = 4,033T 68
33THình 3-26: Quan h K ~ α với trường hợp h số mái m = 4,033T 69
33THình 3-27: Quan h (HR
bđ
R/HR
đ
R ~ α), trường hợp m = 2,033T 74
33THình 3-28: Quan h (HR
bđ
R/HR
đ
R ~ α), trường hợp m = 2,533T 75
33THình 3-29: Quan h (HR
bđ
R/HR
đ

R ~ α), trường hợp m = 3,033T 75
33THình 3-30: Quan h (HR
bđ
R/HR
đ
R ~ α), trường hợp m = 3,533T 76
33THình 3-31: Quan h (HR
bđ
R/HR
đ
R ~ α), trường hợp m = 4,033T 76
33THình 3-32: Biểu đồ quan h (HR
bđ
R/HR
đ
R ~ α), ứng với các hế số mái đập khác nhau33T 77
33THình 3-33: Sơ đồ đập tính toán33T 78
33THình 3-34: Biểu đồ tra quan h (HR
bđ
R/HR
đ
R ~ α)33T 79
33THình 3-35: Sơ đồ đập biến đổi trên nn nằm ngang33T 79
33THình 3-36: Sơ đồ tính thấm bằng phương pháp thủy lực33T 81


DANH MC HÌNH VẼ

33TBảng 2-1: Bảng tm tắt số lượng n trong vic tìm h số an toàn.33T 29
33TBảng 2-2: Bảng tm tắt số lượng các đại lượng đã biết trong tìm h số an toàn33T 31

33TBảng 3-1: Các tổ hợp được tính toán trong đ tài (x)33T 46
33TBảng 3-2: Lưu lượng thấm qua đập đất ứng với các h số mái và chiu cao đập (q=10P
-
6
PmP
3
P/s)33T 50
33TBảng 3-3: Građiên thấm lớn nhất trên mái hạ lưu ứng với các hế số mái và chiu cao đập33T 51
33TBảng 3-4: H số ổn định mái hạ lưu đập ứng với các h số mái và chiu cao đập33T 52
33TBảng 3-5: Giá trị lưu lượng thấm q và građiên thấm tại chân mái hại lưu ứng với các chiu
cao đập và gc nghiêng nn33T 55
33TBảng 3-6: H số ổn định K ứng với các chiu cao đập và gc nghiêng nn, mái hạ lưu m =
233T 56
33TBảng 3-7: Giá trị lưu lượng thấm q và građiên thấm tại chân mái hại lưu JR
ra
R ứng với các
chiu cao đập và gc nghiêng nn33T 58
33TBảng 3-8: H số ổn định K ứng với các chiu cao đập và gc nghiêng, mái hạ lưu m = 2,533T 60
33TBảng 3-9: Giá trị lưu lượng thấm q và građiên thấm tại chân mái hại lưu JR
ra
R ứng với các
chiu cao đập và gc nghiêng nn33T 61
33TBảng 3-10: H số ổn định K ứng với các chiu cao đập và gc nghiêng, mái hạ lưu m = 3,033T . 63
33TBảng 3-11: Giá trị lưu lượng thấm q và građiên thấm tại chân mái hại lưu JR
ra
R ứng với các
chiu cao đập và gc nghiêng nn33T 64
33TBảng 3-12: H số ổn định K ứng với các chiu cao đập và gc nghiêng, mái hạ lưu m = 3,533T . 66
33TBảng 3-13: Giá trị lưu lượng thấm q và građiên thấm tại chân mái hại lưu JR
ra

R ứng với các
chiu cao đập và gc nghiêng nn33T 67
33TBảng 3-14: H số ổn định K ứng với các chiu cao đập và gc nghiêng, mái hạ lưu m = 4,033T . 69
33TBảng 3-15: Bảng tổng hợp kết quả ứng với HR
đ
R, HR
bđ1
R, HR
bđ2
R, HR
bđ3
R với HR
đ
R = 10m33T 70
33TBảng 3-16: Bảng tổng hợp kết quả ứng với HR
đ
R, HR
bđ1
R, HR
bđ2
R, HR
bđ3
R với HR
đ
R = 15 m33T 71
33TBảng 3-17: Bảng tổng hợp kết quả ứng với HR
đ
R, HR
bđ1
R, HR

bđ2
R, HR
bđ3
R với HR
đ
R = 20m33T 72
33TBảng 3-18: Bảng tổng hợp kết quả ứng với HR
đ
R, HR
bđ1
R, HR
bđ2
R, HR
bđ3
R với HR
đ
R = 25 m33T 72
33TBảng 3-19: Bảng tổng hợp kết quả ứng với HR
đ
R, HR
bđ1
R, HR
bđ2
R, HR
bđ3
R với HR
đ
R = 30 m33T 73
33TBảng 3-20: Quan h (HR
bđ

R/HR
đ
R ~ α) với các h số mái khác nhau33T 77



LI CẢM ƠN


Tôi đã hoàn thành luận văn này theo đúng thời gian quy định của nhà
trường.
Để có được kết quả như vậy, trước hết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu
sắc đến PGS. TS. Nguyễn Cảnh Thái, người đã nhiệt tình hướng dẫn tôi thực
hiện nghiên cứu của mình.
Nhân đây, tôi cũng xin cùng bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới các giảng
viên Khoa sau Đại học, những người đã đem lại cho tôi những kiến thức bổ
trợ, vô cùng có ích trong những năm học vừa qua.
Xin được gửi lời cám ơn chân thành tới Trung tâm Đào tạo và Hợp tác
quốc tế trực thuộc Viện Khoa học thủy lợi Việt Nam đã tạo điều kiện cho tôi
trong suốt quá trình học tập.
Cuối cùng tôi xin gửi lời cám ơn sâu sắc đến gia đình, bạn bè, những
người đã luôn bên tôi, động viên và khuyến khích tôi trong quá trình thực
hiện đề tài nghiên cứu của mình.


BẢN CAM ĐOAN

Tên tôi là Ngô Lan Hương, học viên cao học lớp 18C21, chuyên ngành
Xây dựng công trình thủy, khoá 2010-2013. Tôi xin cam đoan luận văn thạc
sĩ ‘‘Nghiên cứu ảnh hưởng của hình dạng đáy đập vật liệu địa phương đến

lưu lượng và đường bão hòa’’ là công trình nghiên cứu của riêng tôi, tôi
không sao chép và kết quả của luận văn này chưa công bố trong bất kỳ công
trình nghiên cứu khoa học nào.


Hc viên




Ngô Lan Hương







-1-

MỞ ĐẦU

I) TÍNH CẤP THIẾT CA ĐỀ TI
Vì vậy, vic tính toán thấm và ổn định của đập đất là mt phần rất
quan trọng trong thiết kế và xây dựng các công trình thủy lợi, n ảnh hưởng
trực tiếp đến giá thành và sự làm vic an toàn của công trình.
Trong thực tế, người thiết kế thường gp rất nhiu mt cắt đập phức tạp
mà vic tính toán thấm theo phương pháp thủy lực gp rất nhiu kh khăn,
mt khác trong giai đoạn thiết kế sơ b, người thiết kế cũng chưa c được các
thông số chi tiết như v h số thấm, dung trọng riêng của đất, lực dính đơn vị,

gc ma sát trong Và vic lựa chọn cho đập mt thiết kế tối ưu v đ cao,
mái dốc sẽ khiến người thiết kế tốn rất nhiu thời gian để giả thiết các trường
hợp rồi chạy phần mm thấm, ổn định để đưa ra được mt bản thiết kế tối ưu
nhất.
Bên cạnh đ, đối với đập c đáy nằm nghiêng, người thiết kế vẫn phải
tính toán và xây dựng mô hình khá phức tạp so với đáy nằm ngang. Chính vì
vậy, luận văn đã đi vào nghiên cứu nhằm kết hợp giữa phương pháp thủy lực
và phương pháp phần t hữu hạn (giải bằng phần mm Geo Slope ) để đưa ra
kết quả tính toán cho đập c đáy nằm nghiêng mt cách nhanh và đáng tin
cậy, bên cạnh đ, luận văn cũng đưa ra khuyến nghị lựachọn vị trí chiu cao
đập biến đổi v đáy nằm ngang cho kết quả phù hợp nhất đối với đáy nằm
nghiêng thực tế của đập. Cũng chính từ chiu cao đập quy đổi, người thiết kế
c thể dựa vào đ để tính toán, thiết kế nhanh và đơn giản hơn nhiu so với
đập c đáy nghiêng trên thực tế.
Với mục đích giúp người thiết kế chỉ với vài biểu đồ tra cơ bản c thể
sơ b vạch ra được cho mình mt thiết kế công trình tối ưu, luận văn đã đi vào
nghiên cứu và đưa ra các biểu đồ để từ đ người thiết kế c thể xác định sơ b
Ngô Lan Hương Luận văn thạc sĩ ngành Xây dựng công trình thủy


-2-

chiu cao đập thiết kế, mái dốc, gc nghiêng đáy, lưu lượng thấm, Gradien
thấm…
§Ëp ®Êt
§Ëp ®Êt

Hình 0-1: Đập trên nền nằm nghiêng

Do vậy, khi tính toán cần thiết phải biến đổi để đưa các dạng đ v sơ

đồ cơ bản. Tuy nhiên, vic lựa chọn vị trí xác định chiu cao đập quy đổi như
thế nào thì hin nay vẫn chưa c mt đ tài nào nghiên cứu vấn đ này. Trong
phạm vi nghiên cứu, đ tài sẽ nghiên cứu và đưa ra khuyến nghị v vị trí
chiu cao đập biến đổi phù hợp nhất cũng như các bảng biểu giúp người thiết
kế sơ b tra nhanh được các thông số cơ bản mà không cần phải s dụng phần
nào.
II) MC TIÊU CA ĐỀ TI
Nghiên cứu ảnh hưởng của nn nằm nghiêng đến các yếu tố thấm của
đập.
Nghiên cứu vị trí chiu cao đập quy đổi để c thể khuyến nghị người s
dụng lựa chọn.
Bin pháp x lý biến đổi sơ đồ đập trên nn nằm nghiêng v sơ đồ đập
trên nn nằm ngang để tính toán thấm bằng phương pháp thủy lực dựa trên
mt số các điu kin như lưu lượng thấm, Građiên thấm, h số ổn định mái
III) ĐỐI TƯNG V PHM VI NGHIÊN CỨU TRONG ĐỀ TI
1) Đối tượng
Nghiên cứu công trình dâng nước làm bằng đập vật liu địa phương
2) Phạm vi nghiên cứu
Các công trình đập đất trên nn không thấm nước nằm nghiêng với các
Ngô Lan Hương Luận văn thạc sĩ ngành Xây dựng công trình thủy


-3-

gc nghiêng v phía hạ lưu các gc khác nhau.
Ký hiu:
MNTL: Mực nước thượng lưu
L
R
đ

R: Chiu dài đáy nghiêng của đập
m: Chiu cao đập tính từ đỉnh xuống tới đáy thấp nhất
M: mái dốc đập
α: Gc nghiêng giữa đáy đập và mt đất nằm ngang
m
α
MNTL
m
H
®
L®

Hình 0-2: Sơ đồ đập nghiêng

IV) PHƯƠNG PHP NGHIÊN CỨU
Đ tài đã s dụng các phương pháp nghiên cứu theo mt số bước
chung sau:
- Tổng quan v áp dụng công trình đập dâng làm bằng vật liu địa
phương ở trong nước;
- Tổng hợp lý thuyết, lựa chọn phương pháp tính thấm và ổn định cho
công trình đập vật liu địa phương.
- Lựa chọn phần mm mô phng bài toán thấm và ổn định đối với công
trình đập vật liu địa phương.
- Lựa chọn vị trí biến đổi chiu cao đập H
R
đ1
R, HR
đ2
R, HR
đ3

R ứng với các vị trí
1/3L
R
đ
R, 1/2LR
đ
R, 2/3LR
đ.

Ngô Lan Hương Luận văn thạc sĩ ngành Xây dựng công trình thủy


-4-

L®
®
H
m
MNTL
α
m
H
®1
®2
H
H
®3
1
2
3

Hình 0-3: Sơ đồ cc vị trí tính ton
- Thiết lập các mối quan h giữa h số ổn định mái, lưu lượng thấm và
chiu cao đập, giữa lưu lượng thấm, h số ổn định và gc nghiêng α của
nn, giữa chiu cao đập biến đổi với gc nghiêng α.
- Đưa ra khuyến nghị lựa chọn chiu cao đập biến đổi H
R
bđ
Rđể thu được
các giá trị v thấm, ổn định chính xác nhất, phù hợp nhất so với trường
hợp tính toán cho đập đáy nghiêng

V) GIỚI HN V PHM VI NGHIÊN CỨU CA ĐỀ TI
Do hạn chế v thời gian, phạm vi nghiên cứu của đ tài sẽ được giới
hạn theo các ni dung sau:
Nghiên cứu các trường hợp đập nghiêng gc α phía hạ lưu.

Ngô Lan Hương Luận văn thạc sĩ ngành Xây dựng công trình thủy


-5-

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU ĐỐI VỚI ĐẬP ĐÂT

1.1 Khi nim về đập đất
Trên thế giới, từ mấy nghìn năm trước công nguyên, đập đất đã được
xây dựng nhiu ở Ai Cập, n Đ, Trung Quốc và các nước Trung  của Liên
Xô với mục đích dâng và giữ nước để tưới hoc phng lũ. Sau đ, đập đất lại
ngày càng đng vai tr quan trọng hơn trong các h thống thủy lợi nhằm lợi
dụng tổng hợp tài nguyên dng nước.[4]

Ngày nay, cùng với sự phát triển của nhiu ngành khoa học như cơ học
đất, lý luận thấm, địa chất thủy văn, địa chất công trình… cũng như vic ứng
dụng cơ giới ha, thủy cơ giới ha trong thi công nên vic xây dựng đập đất
càng c xu thế phát triển mạnh. Hin nay, trên thế giới đã xây dựng được
hàng ngàn đập đất, ở Vit Nam ni riêng cũng đã xây dựng hàng trăm đập
đất.
Đập vật liu địa phương (đập đất) là mt loại đập được xây dựng bằng
các loại đất hin c trong vùng xây dựng như: sét, á sét, á cát, si cui Đập
đất c cấu tạo đơn giản, vững chắc, c khả năng cơ giới hoá cao khi thi công,
và trong đa số các trường hợp c giá thành hạ nên là loại đập được ứng dụng
rng rãi nhất ở hầu hết các nước trên thế giới. Đc bit là đối với nước ta,
trong điu kin kinh tế cn kh khăn thì giá thành xây dựng công trình là mt
điu kin quan trọng khi lựa chọn phương án xây dựng công trình. [4]
1.2 Cc loại đập đất đã xây dựng
Ở Vit Nam hin nay, các loại đập đất được xây dựng cũng tương đối
phong phú và đa dạng, tùy thuc đc điểm địa hình, địa chất, thủy văn của địa
phương. C thể kể ra đây mt số loại đập đất [1],[4]:

a. Đập kết cấu đồng chất
Ngô Lan Hương Luận văn thạc sĩ ngành Xây dựng công trình thủy


-6-

Kết cấu đập đồng chất là loại đập được xây dựng khá phổ biến ở nhiu
địa phương. Đập được đắp bằng loại vật liu địa phương sẵn c c h số thấm
lớn, để đảm bảo ổn định thấm thường dùng bin pháp tăng kích thước mt cắt
đập và khối lượng đắp đập.
MNDBT

Hình 1-1: Đập đất đồng chất
Ưu điểm của kết cấu đập đồng chất:
+ Kết cấu đập đơn giản
+ S dụng vật liu tại chỗ
+ Thi công dễ dàng, nhanh chng
+ Giá thành xây dựng thấp
Nhược điểm:
+ Kích thước mt cắt đập thường lớn, khối lượng đất đắp nhiu

b. Kết cấu đập không đồng chất
Trong thực tế, đất đắp đập không đồng nhất mt loại do phải lấy đất
đắp ở nhiu bãi vật liu, tính chất cơ lý của đất ở các bãi vật liu này khác
nhau. Trong trường hợp đ phải nghiên cứu kết cấu đập để s dụng hợp lý các
loại đất nhằm khắc phục các mt bất lợi và phát huy các mt lợi của chúng để
phòng tránh sự cố đập do đất gây ra. Mt khác cũng để tận dụng tối đa các vật
liu sẵn c tại chỗ nhằm giảm chi phí đầu tư.
Ngô Lan Hương Luận văn thạc sĩ ngành Xây dựng công trình thủy


-7-

MNDBT
A B
C
MNDBT
MNC
MNC
I
II
III

Hình 1-2: Đập không đồng chất
Trong đ:
(A): Khối lăng trụ thượng lưu
(B): Khối trung tâm
(C): Khối lăng trụ hạ lưu
(I): Vùng thường xuyên bão ha
(II): Vùng bị bão ha từng thời kỳ
(III): Vùng khô ướt thay đổi trong năm
Ưu điểm của kết cấu đập không đồng chất:
+ Tận dụng được các loại vật liu tại chỗ của địa phương
+ Kết cấu ổn định, khả năng chống thấm tốt
Nhược điểm:
+ Kết cấu phức tạp
+ Thi công kh khăn

c. Kết cấu đập có tường lõi mềm
Trong trường hợp khối đất trung tâm vùng B bằng sét hoc đất sét pha
cát, h số thấm nh, khả năng chống thấm trở thành tường li mm. Yêu cầu
Ngô Lan Hương Luận văn thạc sĩ ngành Xây dựng công trình thủy


-8-

chủ yếu với đất sét làm vật liu chống thám là ít thấm nước và c tính dẻo,
phải đảm bảo hẹ số thấm nh hơn h số thấm của đất thân đập (50-100) lần.
Đồng thời đất làm tường li chống thấm phải đủ dẻo, dễ thích ứng với biến
hình của thân đập mà không gây nứt nẻ. Cấu tạo của b dày tường li đắp
bằng đất sét không nh quá 0,8m, đ dày chân tường li không nh hơn 1/10
ct nước.

MNDBT
0,3-0,6m
0,5-1,25m
0,5-1,25m
0,3-0,6m
MNDBT
(a)
(b)

Hình 1-3: Đập c tưng li mềm
Ưu điểm:
+ Khả năng chống thấm tốt
Lún dễ đu
Nhược điểm:
+ Khan hiếm nguồn vật liu đất sét chống thấm tại chỗ.
+ Kỹ thuật thi công phức tạp.
Ngoài ra cũng cn nhiu dạng kết cấu đập đất khác như kết cấu đập
tường nghiêng mm, kết cấu đập đất c tường nghiêng và sân phủ phía trước
mm, kết cấu đập đất c tường nghiêng và chân khay mm, kết cấu đập đất c
Ngô Lan Hương Luận văn thạc sĩ ngành Xây dựng công trình thủy


-9-

màng chồng thấm khoan phụt vữa ximăng-bentonite… Tuy nhiên, trong phạm
vi nghiên cứu của đ tài này chỉ xét tới trường hợp đập đất c kết cấu đồng
chất.

d. Đập có tường nghiêng mềm
Tường nghiêng đắp bằng đất sét, đất thịt ít thấm nước được đt ở sát

mái thuợng lưu đập c tác dụng chống thấm cho thân đập. B dày tường
nghiêng phụ thuc vào các yêu cầu cấu tạo và gradien thủy lực cho phép của
đất đắp tường. B dày tường tăng từ trên xuống dưới. B dày đỉnh tường
không nên nh hơn 0,8m. Chân tường không nh hơn H/10 (H - ct nước tác
dụng), và không nên nh hơn 2 ÷ 3m. Đ vượt cao của đỉnh tường nghiêng trên
mực nước dâng bình thường ở thượng lưu được dựa theo cấp công trình δ =
0,5÷0,8m. Đỉnh tường không được thấp hơn mực nước tĩnh gia cường.
Trên mt tường nghiêng c phủ mt lớp bảo v đủ dày (khoảng 1m) để
tránh mưa nắng. Giữa tường nghiêng và lớp bảo v bố trí mt tầng lọc ngược.
Sự liên kết giữa tường nghiêng và nn phải tốt. Nếu nn đập là đá thì
liên kết tường nghiêng với nn bằng các răng chống thấm. Khi nn bị nứt nẻ
và thấm nước nhiu sẽ x lý bằng phụt vữa chống thấm.

Hình 1-4: Đập đất c tưng nghiêng mềm
Ưu điểm:
- Hạ thấp đường bão hoà rất nhanh làm cho đất trong thân đập được
khô ráo và tăng thêm tính ổn định của mái hạ lưu.
- Thi công sa chữa dễ dàng.
Nhược điểm:
- Lớp bảo v và tường nghiêng dễ bị mất ổn định trượt.

Ngô Lan Hương Luận văn thạc sĩ ngành Xây dựng công trình thủy


-10-


1.3 Cc sự cố nghiêm trng của đập đất
Hồ chứa đem lại cho chúng ta rất nhiu lợi ích to lớn, n không chỉ đơn
thuần là mt công trình thủy lợi điu tiết dng chảy, phát đin mà bên cạnh đ

n cn đng vai tr quan trọng trong vic thoát lũ, cấp nước phục vụ nông
nghip, nuôi trồng thủy sản, cải tạo điu kin khí hậu…. Tuy nhiên nếu để
xảy ra sự cố vỡ đập thì ngược lại n sẽ gây nguy hiểm và thit hại không nh
cho khu vực hạ lưu.
Chỉ tính trong 30 năm đầu thế kỷ 20, trên thế giới đã c 159 đập đất, 12
đập đá đổ, 67 đập đá xây và bê tông trọng lực, 7 đập vm, 293 loại đập khác
c chiu dài từ 15-150m xảy ra sự cố nghiêm trọng. Chính vì lý do như vậy,
vic nghiên cứu tính toán thiết kế để đảm bảo an toàn đập là hết sức quan
trọng và cần thiết.
1.4 Nguyên nhân gây thấm
Nguyên nhân gây thấm trong đất bão ha nước là do thế chuyển đng
của dng thấm hay chính là gradient ct nước thủy lực . Nguyên nhân gây
thấm trong đất không bão ha ngoài tác nhân chính là gradient ct nước thủy
lực (bao gồm gradient áp lực và gradient cao trình ) còn do grad ient đ m ,
gradient hút dính [6] đ hút dính là U
R
a
R - UR
w
Rtrong đ UR
a
R chính là áp lực khí lỗ
rỗng, U
R
w
R chính là áp lực nước lỗ rỗng.
Thế chuyển đng của dng nước thấm.
Tổng năng lượng tại điểm A c thể biểu thị theo năn g lượng trên trọng
lượng đơn vị được gọi là vị thế hay ct nước thủy lực:
(1-1)

Trong đ
h
R
w –
Rct nước thủy lực hay ct nước tổng
y – ct nước trọng lực
Ngô Lan Hương Luận văn thạc sĩ ngành Xây dựng công trình thủy


-11-

– ct nước áp lực
- ct nước tốc đ trong đất không đáng kể, do đ công thức trên c
thể viết lại thành
(1-2)
Nước sẽ thấm từ nơi c tổng ct nước cao đến nơi c tổng ct nước
thấp hơn, bất kể áp lực nước lỗ rỗng là âm hay là dương.
1.5 Ảnh hưởng của đưng thấm đến đập đất
Đập vật liu địa phương là mt loại công trình dâng nước làm bằng vật
liu xốp (đất), chính vì vậy cho dù c đầm cht đến đâu cũng không thể đảm
bảo tuyt đối không thấm nước. Khi hồ chứa đưa vào vận hành thì thân đập
cũng bắt đầu chịu áp lực của nước và phát sinh hin tượng thấm, đập chịu tác
dụng của ct nước và hình thành dng thấm đi xuyên qua đập và nn. Dòng
thấm đi qua thân đập, nn và thấm vng quanh bờ làm mất nước ở hồ chứa và
ảnh hưởng lớn đến ổn định của đập (xi ngầm và trượt mái dốc). Thân đập
càng cao thì nước thấm càng nhiu.
Chính vì vậy vic nghiên cứu vấn đ thấm và ổn định đối với đập vật
liu địa phương luôn là bài toán đc bit quan trọng luôn phải đt lên hàng
đầu trong quá trình nghiên cứu thiết kế đập nhằm đảm bảo đập hoạt đng an

toàn.
1.6 Một số sự cố do dng thấm gây ra
Như chúng ta đã biết, mt cắt đập đất c dạng hình thang với mái dốc
lớn để đảm bảo ổn định trượt nên mt cắt đập khá rng, trị số gradien trong
thân đập không lớn lắm và thường không dẫn đến những nguy hiểm đáng kể.
Vì vậy vấn đ nguy hiểm đối với đập đất v mt xi ngầm do dng thấm gây
ra không phải là sự xi ngầm bình thường như chúng ta thường hiểu mà là sự
phá hoại do xuất hin những hang thấm tập trung. Những hang này đầu tiên
Ngô Lan Hương Luận văn thạc sĩ ngành Xây dựng công trình thủy


-12-

không phải do dng thấm gây nên mà do nhiu 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 đu v.v Trong quá trình khai
thác công trình , dưới tác dụng của dng thấm và dng chảy của nước mà
những hang này bị bào mn, mở rng 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
mt phần hoc phá hoại hoàn toàn là do hin tượng thấm tập trung này ở Mỹ
trong số 72 đập bị phá hoại đã c 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 nn đập.
Sự cố v thấm rất muôn hình muôn vẻ, n c thể xảy ra ngay khi công
trình mới hoàn thành: điển hình như hồ chứa nước mưa Nam Du - tỉnh Kiên
Giang, khi thi công xong hồ cạn hết nước dẫn đến phải x lý chống thấm rất
tốn kém, hay như đập Cà Giây - Bình Thuận khi chưa hoàn công (1988) đã
xuất hin thấm ra ở chân mái hạ lưu với lưu lượng 5 ÷ 7(l/phút), sau đ lưu
lượng tăng nhanh c nguy cơ vỡ đập. Hoc sau mt vài năm làm vic hin

tượng thấm mới xảy ra mãnh lit gây tổn hại rất lớn đến công trình như: sự cố
thấm gây vỡ đập đất của hồ chứa Suối Hành, Suối Trầu, Am Chúa-Khánh
Hoà, đập Vực Trn - Quảng Bình… là mt trong những ví dụ điển hình. Đ là
những đập đã bị vỡ rồi cn những đập tuy chưa vỡ nhưng phải x lý thấm rất
tốn kém như đập Dầu Tiếng-Tây Ninh, Easoup thượng - Đắc Lắc…, rồi mt
loạt hồ chứa bị sự cố thấm phải hạ thấp MNDBT như hồ Phú Ninh, hồ Đồng
Mô - Ngải Sơn để hạn chế hin tượng xi ngầm và dng thấm thoát ra mái
quá cao gây mất ổn định mái hạ lưu đập. Mt số công trình bị hư hng do
dng thấm rất mạnh gây hin tượng sủi đất ở nn đập như: đập Đồng Mô-Hà
Tây, Suối Giai - Sông Bé, Vân Trục - Vĩnh Phúc… Hin tượng thấm mạnh
Ngô Lan Hương Luận văn thạc sĩ ngành Xây dựng công trình thủy


-13-

sủi nước ở vai đập Khe Chè - Quảng Ninh, Ba Khoang - Lai Châu, Sông Mây
- Đồng Nai…

Hình 1-5:

Sình lầy do thấm hạ lưu đập Kim Sơn- Hà Tĩnh

Hình 1-6: Mạch sủi hạ lưu đập Am Chúa- Khánh Hòa
Từ các sự cố xảy ra do thấm đối với đập đất đã diễn ra muôn màu muôn
vẻ như đã nêu ở trên cho thấy vic nghiên cứu thấm đối với các công trình
đập đất là vô cùng quan trọng và thiết thực. Mục tiêu an toàn hồ đập trong
mùa lũ, ổn định công trình trong khai thác s dụng hin nay đang là vấn đ
được các cấp các ngành hết sức quan tâm.

Ngô Lan Hương Luận văn thạc sĩ ngành Xây dựng công trình thủy

-14-

1.7 Cc bin php phng chống thấm
1.7.1 Chống thấm cho những công trình mới xây dựng
Đối với các đập đất khi thiết kế xây dựng mới, nếu mức đ thấm của
vật liu đất đắp đập hoc địa chất nn đập không đảm bảo v lưu lượng thấm
qua thân đập và qua nn trong phạm vi cho phép thì nguời thiết kế sẽ áp dụng
mt số các bin pháp chống thấm sau đây nhằm khắc phục các yếu tố này.
a. Chống thấm cho thân đập
Vật liu chống thấm cho thân đập thường c dạng li hoc tường
nghiêng. Chi tiết các phương pháp được trình bày ở mục 1.2.
b. Chống thấm cho nền đập
Nn đập và thân đập ni chung đu thấm nước. Khi mực nước thượng
lưu dâng cao trong thân đập sẽ hình thành dng thấm từ thựợng lưu v hạ lưu.
Vì vậy, đập đất xây dựng trên nn thấm nước cần thiết phải c những bin
pháp chống thấm cho nn đập nhằm hạn chế sự mất nước đồng thời đ phng
biến dạng thấm trong nn đập. Hình thức chống thấm trong nn đập phụ thuc
vào loại đập, chiu sâu tầng nn thấm nước và địa chất của nn.
 Đập đồng chất xây trên nền thấm nước thì hình thức chống thấm
cho nền thông thường là tường răng, bản cọc hoặc màng xi măng.
Tường răng thích hợp đối với nn c tầng thấm nước không sâu lắm
(thường T ≤ 5m) và làm bằng chính vật liu làm thân đập hoc bằng vật liu
chống thấm tốt như sét, á sét… Nếu tầng thấm nước lớn không thể xây dựng
được tường răng thì cần phải dùng bản cọc hoc phun màng chống thấm
xuống tận tầng không thấm nước. Trong trường hợp tầng thấm nước nằm quá
sâu hoc vô hạn thì bản cọc hoc màng xi măng chỉ cắm xuống mt đoạn
trong tầng nn.
Ngô Lan Hương Luận văn thạc sĩ ngành Xây dựng công trình thủy

-15-


Hình 1-7: Đập đất đồng chất c tưng răng.
 Đối với đập không đồng chất (có lõi giữa hoặc tường nghiêng) thì vật
chống thấm trong nền thường nối tiếp với vật chống thấm của thân
đập.
Hình thức chống thấm c thể là: tường răng, sân trước. Dùng hình thức
nào phụ thuc vào chiu sâu tầng nn, tính chất đất nn và kỹ thuật thi công.
- Tầng thấm nh T ≤ 5m dùng tường răng làm vật chống thấm cho nn
và nối tiếp với li giữa hoc tường nghiêng của đập. Tường răng cần cắm sâu
xuống tầng không thấm mt đoạn ≥ 0,5m.

Hình 1-8: Đập c tưng nghiêng chân răng, tưng li chân răng
- Tầng thấm nước tương đối sâu thì hình thức chống thấm cho nn c
thể là bản cọc. Bản cọc cắm sâu vào li giữa hoc tường nghiêng và tầng
không thấm mt đ dài nhất định nhằm tránh không sinh ra xi ngầm cục b
tại hai đầu mút bản cọc.

Hình 1-9: Chống thấm cho nền bằng bn cc
Ngô Lan Hương Luận văn thạc sĩ ngành Xây dựng công trình thủy


-16-

- Khi tầng thấm nước khá dày hoc sâu vô hạn thì sân phủ chống thấm
là bin pháp hay dùng. Sân trước làm bằng vật liu c h số thấm nh kéo dài
ra phía thượng lưu nên c hiu ích giảm lưu lượng thấm qua nn và tăng ổn

định thấm cho nn. Theo điu kin thi công chiu dày sân trước ≥ 0,5m đối
với đập thấp và ≥ 1m đối với đập cao. Mt trên của sân trước phủ mt lớp dày
1,5 ÷ 2,5m bằng các loại vật liu hạt lớn như: cát, si, cui… để tránh hư
hng do nhit đ thay đổi và tác dụng của sng khi tháo cạn hồ chứa.

Hình 1-10: Chống thấm bằng tưng nghiêng sân phủ
1.7.2 Chống thấm cho những công trình đã xây dựng trước đây
V nguyên tắc khi thiết kế sa chữa, nâng cấp cho đập đất thuc các hồ
chứa đu dựa theo nguyên lý làm vic của các bin pháp chống thấm khi thiết
kế mới đ ra. Tuy nhiên vấn đ cần được giải quyết ở đây là s dụng bin
pháp nào, áp dụng công ngh nào để đạt hiu quả cao trong thi công, rút ngắn
thời gian xây dựng và hạ giá thành công trình. Mt số bin pháp điển hình
thường được s dụng để x lý chống thấm cho đập đã cho hiu quả rất tốt
như:
- Công ngh chống thấm bằng màng địa kỹ thuật (Geomembrane).
- Công ngh khoan phụt chống thấm. Công ngh khoan phụt cao áp
Jet-Grouting
- Công ngh chống thấm bằng tường hào xi măng - Bentonite.


Ngô Lan Hương Luận văn thạc sĩ ngành Xây dựng công trình thủy