nghiên cứu ảnh hưởng của việc đầm chặt không đều khi đắp đến an toàn của đập đất và biện pháp xử lý, áp dụng cho đập ban tiện - hà nội

- 1 -
LỜI NÓI ĐẦU

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

Hà Nội, tháng 2 năm 2013
Tác giả



Nguyễn Văn Chính

- 2 -
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Ở nước ta việc sử dụng vật liệu địa phương cho các công trình thuỷ lợi là rất
phổ biến, hầu hết các hồ chứa nước đều có đập được xây dựng bằng vật liệu địa
phương là đất, đá. Đập đất là công trình được đánh giá là bền và chịu chấn động tốt
tuy nhiên trong quá trình làm việc do tác động của các yếu tố tự nhiên và yếu tố con
người đã xảy ra tình trạng hư hỏng tại nhiều đập đất với các mức độ khác nhau.
Trong quá trình khai thác sử dụng nhiều đập đã bị sự cố, hư hỏng do một loạt các
nguyên nhân: đất đắp đập không đồng nhất, thiếu vật liệu chống thấm, đầm nén
không tốt, xử lý tiếp giáp kém, thiết bị thoát nước bị hỏng làm mất ổn định công
trình gây ra các thiệt hại lớn trong phạm vi ảnh hưởng của hồ chứa. Theo các báo
cáo tổng kết trên thế giới công trình thuỷ lợi bị hư hỏng do dòng thấm gây ra là
nguyên nhân lớn nhất gây nên sự cố ở các đập vật liệu địa phương chiếm khoảng
35% đến 40% tổng số các nguyên nhân gây ra hư hỏng công trình. Đây là một trong
những nguyên nhân chính gây trượt mái hạ lưu và giảm độ bền thấm trong thân đập.
Khi thiết kế đập đất để đảm bảo đập làm việc an toàn về thấm và ổn định thì người
thiết kế phải hiểu rõ các yếu tố ảnh hưởng đến đập như: hình dạng mặt cắt đập, địa
chất nền, chỉ tiêu cơ lý của vật liệu đắp, biện pháp thi công, độ đầm chặt vv Vì
vậy đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng của việc đầm chặt không đều khi đắp đến
an toàn của đập đất và biện pháp xử lý, áp dụng cho đập Ban Tiện - Hà Nội ”
sẽ giúp người thiết kế hiểu rõ về tầm quan trọng của độ đầm chặt và từ đó đề xuất
được các biện pháp thi công, thiết bị thi công hợp lý đảm bảo đầm chặt đất đắp đập
đều, để đảm bảo chất lượng đắp đập và đập làm việc an toàn trong các điều kiện
khác nhau; giúp người thi công, người giám sát thi công và các nhà quản lý biết
được việc đầm chặt không đều khi đắp đập đất sẽ ảnh hưởng đến an toàn của đập
đất, để có các biện pháp thi công, quản lý thi công đập đảm bảo yêu cầu kỹ thuật.

2. Mục đích của đề tài
Chỉ ra được thực trạng và nguyên nhân của việc đầm chặt không đều khi đắp
đập đất.


- 3 -
Tính toán xác định ảnh hưởng của việc đầm chặt không đều đến an toàn về
thấm, ổn định và biến dạng của đập đất.
Các biện pháp xử lý để đảm bảo an toàn đập đất.
3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
3.1.Cách tiếp cận
- Từ thực tế làm việc của các đập mà đặt ra nhiệm vụ nghiên cứu.
- Nghiên cứu tài liệu lưu trữ về kiểm soát chất lượng đắp đập và bổ sung tài
liệu khảo sát hiện trạng.
Từ nghiên cứu cho công trình cụ thể để khái quát hóa và khuyến cáo áp dụng
cho công trình tương tự.
3.2. Phương pháp nghiên cứu
- Tổng hợp các tài liệu đã có về chất lượng đắp đập đất, trong đó tập trung
xem xét vấn đề đầm chặt không đều; các biểu hiện mất an toàn của đập do thân đập
được đầm chặt không đều.
- Khảo sát bổ sung các tài liệu để phục vụ tính toán.
- Sử dụng mô hình toán để dự báo khả năng mất an toàn về thấm, ổn định,
biến dạng của đập.
- Ứng dụng cho công trình cụ thể, nghiên cứu các biện pháp xử lý.
4. Kết quả đạt được
- Tổng quan về đập đất, hiện trạng của các đập và tình hình kiểm soát chất
lượng đắp đập.
- Các phương pháp khảo sát, bổ sung tài liệu phục vụ cho tính toán an toàn đối
với đập đã xây dựng.
- Các nội dung và phương pháp tính toán để đánh giá an toàn của đập (về

thấm, ổn định, biến dạng) khi thân đập không đảm bảo độ đồng đều theo yêu cầu
thiết kế.
- Kết quả nghiên cứu điển hình cho đập Ban Tiện- Sóc Sơn- Hà Nội và biện
pháp xử lý.



- 4 -
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ ĐẬP ĐẤT
VÀ VẤN ĐỀ KIỂM SOÁT CHẤT LƯỢNG ĐẮP ĐẬP

1.1. Tình hình xây dựng đập đất ở Việt Nam
Đập đất là một loại đập xây dựng bằng các loại đất hiện có ở vùng xây dựng
như: sét, á sét, á cát, cát, sỏi, cuội Đập đất có cấu tạo đơn giản, vững chắc, có khả
năng cơ giới hóa cao khi thi công và trong đa số trường hợp công trình xây dựng có
giá thành hạ nên loại đập này được ứng dụng rộng rãi nhất ở hầu hết các nước.
Đập đất là loại đập không tràn có nhiệm vụ dâng nước trong các hồ chứa hoặc
cùng với các loại đập và công trình khác tham gia nhiệm vụ dâng nước trong các hệ
thống thủy lợi.
Đập thường chiếm một vị trí quan trọng trong cụm công trình đầu mối của các
hồ chứa hoặc các công trình dâng nước. Để xây dựng các đập trên sông, suối người
ta sử dụng nhiều loại vật liệu khác nhau, trong đó dùng đất để đắp đập khá phổ biến.
Các loại vật liệu đất có sẵn ở địa phương từ các sản phẩm của bồi tích, sườn tích
hoặc phong hóa, như: á sét, sét, á cát, cuội, sỏi, đều có thể dùng cho đắp đập.
Những ưu điểm của đập đất chúng ta đều đã biết, tuy nhiên trong một số trường hợp
đập đất vẫn còn một số tồn tại như:
- Do đập đất có khối lớn nên diện tích chiếm đất vĩnh viễn và chiếm đất tạm
thời lớn, ảnh hưởng đến môi trường sinh thái và môi trường xã hội.
- Ở những sông suối có sự chênh lệch mực nước giữa các mùa lớn, khi xây

dựng đập đất sẽ không kinh tế do chiều cao đập lớn, công trình tràn lớn.
- Ảnh hưởng do mực nước trước công trình rút nhanh đến các chỉ tiêu cơ lý
của đất đắp đến áp lực kẽ rỗng trong thân công trình và sự ổn định của mái dốc
thượng lưu nói riêng, ổn định tổng thể của công trình nói chung






- 5 -
Bảng 1-1. Thống kê một số đập đất, đá lớn ở Việt Nam
TT Tên hồ Tỉnh Loại Đập Hmax (m)
Năm hoàn
thành
1
Khuôn Thần
Bắc Giang
Đất
26.00
1963
2
Đa Nhim
Lâm Đồng
Đất
38.00
1963
3
Suối Hai
Hà Tây

Đất
24.00
1963
4
Thượng Tuy
Hà Tĩnh
Đất
25.00
1964
5
Cẩm Ly
Quảng Bình
Đất/đá
30.00
1965
6
Tà Keo
Lạng Sơn
Đất
35.00
1972
7
Cấm Sơn
Bắc Giang
Đất
42.50
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
Núi Cốc
Thái Nguyên
Đất
26.00
1978
12
Pa Khoang
Lai Châu
Đất
26.00
1978
13
Kẻ Gỗ
Hà Tĩnh

Đất
37.50
1979
14
Yên Mỹ
Thanh Hoá
Đất
25.00
1980
15
Yên Lập
Quảng Ninh
Đất/ Đá
40.00
1980
16
Vĩnh Trinh
Quảng Nam
Đất
23.00
1980
17
Liệt Sơn
Quảng Ngãi
Đất
29.00
1981
18
Phú Ninh
Quảng Nam

Đất
39.40
1982
19
Sông Mực
Thanh Hoá
Đất
33.40
1983
20
Quất Đông
Quảng Ninh
Đất
22.60
1983
21
Xạ Hương
Vĩnh Phúc
Đất
41.00
1984
22
Hoà Trung
Đà Nẵng
Đất
26.00
1984
23
Hội Sơn
Bình Định

Đất
29.00
1985
24
Dầu Tiếng
Tây Ninh
Đất
28.00
1985
25
Biển Hồ
Gia Lai
Đất
21.00
1985
26
Núi Một
Bình Định
Đất
30.00
1986
27
Vực Tròn
Quảng Bình
Đất
29.00
1986
28
Tuyền Lâm
Lâm Đồng

Đất
32.00
1987


- 6 -
TT Tên hồ Tỉnh Loại Đập Hmax (m)
Năm hoàn
thành
29
Đá Bàn
Khánh Hoà
Đất
42.50
1988
30
Khe Tân
Quảng Nam
Đất
22.40
1989
31
Kinh Môn
Quảng Trị
Đất
21.00
1989
32
Khe Chè
Quảng Ninh

Đất
25.20
1990
33
Phú Xuân
Phú Yên
Đất
23.70
1996
34
Gò miếu
Thái nguyên
Đất
30.00
1999
35
Cà Giây
Bình thuận
Đất
30.00
1999
36
Sông Hinh
Phú Yên
Đất
50.00
2000
37
Sông Sắt
Ninh thuận

Đất
29.00
2005
38
Sông Sào
Nghệ An
Đất
30.00
2006
39
Easoup
ĐắkLắc
Đất
29.00
2005
40
Hà Động
Quảng Ninh
Đất
30.00
2007
41
IaM’La
Gia Lai
Đất
37.00
2009
42
Tân Sơn
Gia Lai

Đất
29.20
2009
43 Tả Trạch
Thừa Thiên –
Huế


Đất 60.00 2012
44
Suối Mỡ
Bắc Giang
Đất
27.80
2012

1.2. Thực trạng làm việc của các đập và những tồn tại cần khắc phục
1.2.1. Thực trạng làm việc của các đập đất
Phần lớn các công trình đập đất xây dựng trước năm 1990, thời kỳ đất nước
có nhiều khó khăn, trình độ kinh tế - xã hội nói chung còn thấp, các nhu cầu dùng
nước chưa cao, tiêu chuẩn thiết kế còn hạn chế, các nguồn vốn đầu tư cho thủy lợi
còn eo hẹp, năng lực khảo sát thiết kế thi công, quản lý còn nhiều bất cập, chưa có
kinh nghiệm, nên công trình đã thiết kế và xây dựng không tránh khỏi các nhược
điểm: chưa đồng bộ, chất lượng thấp, thiếu mỹ quan, chưa hiện đại, hiệu quả đầu tư
chưa cao, chưa thật an toàn. Trải qua thời gian dài khai thác, hầu hết các công trình
đều có hư hỏng, xuống cấp hoặc có sự cố. Các công trình xây dựng sau năm 190 và


- 7 -
các năm gần đây có nhiều tiến bộ hơn, độ an toàn và bền vững cao hơn, nhưng vẫn

có công trình bị sự cố, do các bài học kinh nghiệm về tồn tại của các công trình
trước chưa được tổng kết kịp thời để rút kinh nghiệm, như công trình đập Am Chúa
sự cố năm 1992, Cà Giây năm 1998.
Hiện trạng chung các đập đất có thể nhìn nhận như sau:
Chưa an toàn cao về ổn định thấm ở nền và thân công trình. Các đập sau một thời
gian làm việc đều bị thấm lậu, rò rỉ, uy hiếp an toàn công trình. Do thấm gây ra như
thấm mạnh, sủi nước ở nền đập Đồng Mô-Hà Tây, Suối Giai -Sông Bé, Vân Trục -
Vĩnh Phúc… Thấm mạnh, sủi nước ở vai đập Khe Chè -Quảng Ninh, Pa Khoang-
Lai Châu, Sông Mây-Đồng Nai… Thấm mạnh ở nơi tiếp giáp với tràn hoặc cống
như đập Vĩnh Trinh -Đà Nẵng, Dầu Tiếng -Tây Ninh…. Loại hư hỏng biểu hiện do
thấm chiếm khoảng 44,9%.
Thiết bị bảo vệ mái hạ lưu chưa đảm bảo yêu cầu kỹ thuật. Số đập bị hư hỏng
kết cấu bảo vệ mái chiếm 35,4%.
Các hư hỏng khác như sạt mái, lún không đều, nứt, tổ mối, … chiếm khoảng
19,7%.
Có thể nói đập đất là hạng mục công trình quan trọng nhất ở công trình hồ
chứa, những hư hỏng nặng ở đập dễ dẫn tới nguy cơ sự cố hồ chứa.
1.2.2. Những tồn tại cần khắc phục
Việc tổng hợp và đánh giá thực trạng làm việc của các đập đất thấy đập đất có
những tồn tại cần khắc phục trong quá trình khảo sát, thiết kế, thi công và quản lý

vận hành như sau:
Phần lớn các công trình được thiết kế trước đây áp dụng các tiêu chuẩn, quy
phạm với tần suất thiết kế và mức đảm bảo an toàn thấp và thiếu chỉ tiêu kiểm soát
về chất lượng đắp đập. Cụ thể tiêu chuẩn trước đây cấp công trình, tần suất thiết kế
được xác định theo TCVN-5060-90 và TCXDVN 285-2002 có mức đảm bảo an
toàn nói chung và cho cho đập đất nói riêng thấp hơn theo QCVN 04-
05:2012/BNNPTNT 01 cấp .
Các công trình đập đất thiết kế trước năm 2005 áp dụng quy phạm thiết kế đập

- 8 -
đất đầm nén QPVN 11-77 chưa có chỉ tiêu thiết kế về độ đầm chặt của đất (hay còn
gọi là hệ số đầm nén), từ năm 2005 đến nay tiêu chuẩn thiết kế đập đất đầm nén
14TCN 157-2005 cũng như TCVN 8216-2009 ban hành mới bổ sung chỉ tiêu độ
chặt thiết kế để kiểm soát chất lượng đắp đập.
Hệ thống quản lý vận hành chưa đáp ứng được yêu cầu thực tế, như trang thiết
bị để kiểm tra đánh giá hiện trạng công trình còn thiếu và lạc hậu, chủ yếu là đánh
giá dựa trên cơ sở lý thuyết và kinh nghiệm của người quản lý, dẫn đến nhiều công
trình không nhận biết trước được các dấu hiệu mất an toàn.
Còn một vấn đề về kiểm soát chất lượng đắp đập hiện nay là các tiêu chuẩn
thiết kế đập đất chưa đưa ra chỉ tiêu và quy trình kiểm soát hệ số thấm của đất thân
đập tại hiện trường trong quá trình đắp. Theo quy trình, quy phạm, tiêu chẩn hiện
nay thì hệ số thấm của đất đắp đập chỉ được lấy mẫu đại diện và thí nghiệm trong
phòng sau đó đưa vào mô hình tính, mà chưa có sự đối chứng với thực tế ở hiện
trường; Do đó những đập được đắp với đất có mức độ đồng nhất kém thường gây ra
những hư hại do dòng thấm gây ra sau một thời gian công trình đi vào khai thác vận
hành.
Để khắc phục những tồn tại trong thiết kế, thi công của các đập đất thiết kế thi
công theo tiêu chuẩn cũ trước năm 2005, các ban ngành hữu quan cần sớm triển
khai hệ thống giám sát, kiểm tra, đánh giá một cách toàn diện về mức độ an toàn
của các đập đất để sớm phát hiện những ẩn họa gây mất an toàn công trình, từ đó đề
ra phương án ứng xử kịp thời và bổ sung chỉ tiêu kiểm soát hệ số thấm của đập
trong quá trình xây dựng vào tiêu chuẩn thiết kế, thi công.

1.3. Vấn đề kiểm soát chất lượng đắp đập hiện nay
Mặc dù ngày nay trình độ và công nghệ thi công phát triển, nhưng do thời gian
thi công nhanh nên vấn đề kiểm soát chất lượng đắp đập cần phải quan tâm hơn bao
giờ hết để quyết định chất lượng đập; Việc kiểm soát chất lượng đắp đập cần tập
trung thực hiện các công việc chính sau:

1. Thực hiện thí nghiệm hiện trường: Để đưa ra các thông số kỹ thuật đầm nén
đất đảm bảo độ chặt thiết kế.


- 9 -
2. Kiểm tra chất lượng khối đắp trong quá trình thi công: Từng lớp đất đắp
phải được kiểm tra độ chặt để đánh giá chất lượng khối đắp đảm bảo yêu cầu thiết
kế. Từng loại đất đắp, từng khối đất đắp phải tiến hành thí nghiệm thấm hiện trường
để đánh giá tiêu chuẩn thấm đảm bảo yêu cầu thiết kế thông qua việc so sánh với hệ
số thấm thiết kế.
3. Kiểm định chất lượng khi nghiệm thu: Công tác nghiệm thu giai đoạn và
hoàn công công tác đắp phải căn cứ vào kết quả kiểm định chất lượng. Công tác
kiểm định phải thực hiện khoan lấy mẫu khối đắp ở hiện trường mang về phòng để
phân tích xác định các chỉ tiêu cơ lý đất đắp và độ chặt, làm thí nghiệm thấm tại
hiện trường. Căn cứ vào các kết quả thí nghiệm hiện trường và trong phòng tiến
hành tính toán kiểm định mức độ an toàn thấm và ổn định đập; khi các kết quả kểm
định đạt yêu cầu thiết kế thì mới được nghiệm thu và hoàn công.
1.4. Các nội dung nghiên cứu để kiểm soát an toàn đập khi chất lựơng thân
đập không đồng đều
Để kiểm soát an toàn đập khi chất lựơng thân đập không đồng đều cần phải
nghiên cứu các vấn đề sau:
1. Khảo sát đánh địa hình, địa chất, địa kỹ thuật đánh giá hiện trạng đập (tập
trung đánh giá mức độ không đồng đều của đập).
2. Tính toán và đánh giá an toàn về thấm.
3. Tính toán và đánh giá an toàn về ổn định mái đập.
4. Tính toán và đánh giá an toàn về ứng suất - biến dạng của thân đập.
5. Tính toán, phân tích lựa chọn biện pháp xử lý đập đảm bảo các yêu cầu kinh
tế, kỹ thuật.

- 10 -
CHƯƠNG 2
KHẢO SÁT, THU THẬP TÀI LIỆU
PHỤC VỤ CHO ĐÁNH GIÁ AN TOÀN CỦA ĐẬP ĐẤT

2.1. Các tài liệu về hiện trạng của đập
2.1.1. Khảo sát thực tế tại hiện trường
Quan sát và chụp ảnh hiện trạng đập, kiểm tra bên ngoài các bộ phận của đập
đất, quan sát các khu vực nghi ngờ có ẩn họa, như các vị trí thấm ở hạ lưu hoặc các
vị trí đập bị biến dạng.
2.1.2. Khảo sát địa hình
- Yêu cầu chung: Khảo sát địa hình, thể hiện đầy đủ các yếu tố tương quan
giữa địa hình, địa vật, hình dạng, kích thước của đập, đảm bảo đủ tài liệu để phục
vụ tính toán, đánh giá an toàn đập.
- Tiêu chuẩn áp dụng: Tuân thủ theo TCVN8478:2010 Công trình thủy lợi-
Yêu cầu về thành phần, khối lượng khảo sát địa hình trong các giai đoạn lập dự án
và thiết kế công trình thuỷ lợi và các quy trình quy phạm hiện hành về khảo sát địa
hình.
- Nội dung khảo sát: Đo vẽ hiện trạng khu vực xây dựng đập gồm, do vẽ bình
đồ tỉ tệ 1/500 đường đồng mức 0,5m; đo vẽ cắt dọc đập; đo vẽ cắt ngang đập
khoảng cách giữa các mặt cắt 20÷50m.
2.1.3. Khảo sát địa chất
- Yêu cầu Chung: Khảo sát địa chất để đánh giá tổng thể hiện trạng địa chất

thân và nền đập; Xác định các chỉ tiêu cơ lý của đất thân đập, xác định những vị trí
có dấu hiệu về ẩn họa trong thân và đập.
- Tiêu chuẩn áp dụng: Công tác khảo sát địa chất phải tuân thủ theo
TCVN8478:2010 thành phần, khối lượng khảo sát địa chất trong các giai đoạn lập
dự án và thiết kế công trình thủy lợi và các tiêu chuẩn, quy trình quy phạm hiện
hành về chuyên môn công tác khảo sát địa chất.
- Nội dung khảo sát:
Lập mặt cắt địa tầng của mặt cắt dọc, ngang đập.


- 11 -
Xác định được các chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất nền và đất đắp đập.
Xác định chỉ tiêu thấm của nền và của vật liệu đắp đập.
Tất cả các công tác khảo sát địa chất: khoan, đào hố, thí nghiệm hiện trường,
lấy mẫu, bảo quản mẫu, vận chuyển mẫu, gửi mẫu phân tích, thí nghiệm trong
phòng đều phải được tuân thủ nghiêm ngặt theo các quy trình, quy phạm, tiêu chuẩn
ngành hiện hành.
Báo cáo địa chất trong đó mô tả các đặc điểm địa chất của khu vực và các
hạng mục công trình.
Các mặt cắt địa chất phải thể hiện đầy đủ, chính xác địa tầng.
Số hóa toàn bộ số liệu trên máy tính, lưu trên đĩa và cấp cho bộ phận tính toán.
Cần có biện pháp kỹ thuật để đảm bảo an toàn lao động cũng như các an toàn
về kỹ thuật khoan.
Quá trình khoan phải mô tả liên tục các lớp đất từ trên xuống theo các hiệp
khoan. Nếu gặp các lớp đất đá đặc biệt phải báo cáo ngay với chủ nhiệm địa chất để
có biện pháp xử lý. Các hố khoan khi đã đạt tới độ sâu yêu cầu mà vẫn nằm trong
lớp đất yếu thì phải kéo dài cho đến khi gặp lớp đất tốt.
Công tác lấy mẫu phải đảm bảo theo quy phạm hiện hành, các mẫu nguyên
dạng phải được bảo vệ trong hộp có vỏ cứng và đóng gói kín bằng nilon hoặc tráng
parafin đảm bảo độ ẩm tự nhiên.

2.2. Thu thập các tài liệu lưu trữ về khảo sát, thiết kế, thi công và nghiệm thu đập
2.2.1. Tài liệu khảo sát đập
- Thu thập các tài liệu khảo sát địa hình giai đoạn thiết kế để làm cơ sở đối
chiếu những thay đổi về hiện trạng khu vực đập.
- Thu thập các tài liệu khảo sát địa chất các giai đoạn lập dự án và thiết kế làm
cơ sở xem xét khảo sát bổ sung và đối chứng với kết quả khảo sát bổ sung.
2.2.2. Tài liệu thiết kế đập
Cần thu thập các hồ sơ thiết kế ở bước TKKT và TKBVTC gồm:
- Các báo cáo chính, thuyết minh chung.
- Báo cáo chuyên đề tính toán thủy văn.


- 12 -
- Báo cáo chuyên đề tính toán thủy công (đặc biệt quan tâm đến các mục tính
toán thấm, ổn định, ứng suất biến dạng đập).
- Báo cáo chuyên đề thiết kế tổ chức thi công.
- Các bản vẽ thiết kế thi công đập.
2.2.3. Tài liệu thi công và nghiệm thu đập
Cần phải thu thập toàn bộ các tài liệu thi công và nghiệm thu đập gồm:
- Tài liệu thí nghiệm hiện trường.
- Các biên bản nghiệm thu thành phần công tác thi công đập.
- Các kết quả thí nghiệm xác định chất lượng của từng lớp đất đắp.
- Các biên bản xử lý
kỹ thuật hiện trường.
- Kết quả kiểm định chất lượng khi nghiệm thu.
- Kết quả kiểm định sự phù hợp về chất lượng thi công đập.
- Các bản vẽ hoàn công đập.
2.3. Các tài liệu quan trắc đập
Cần thu thập các tài liệu quan trắc sau:
- Tài liệu quan trắc thấm.

- Tài liệu quan trắc ứng suất, biến dạng đập.
2.4. Các phương pháp khảo sát bổ sung tài liệu về chất lượng thân đập
2.4.1. Phương pháp địa vật l ý
Để bổ sung tài liệu về chất lượng thân đập hiện nay các đơn vị khảo sát
thường kết hợp giữa phương pháp địa vật lý kết hợp với phương pháp khoan xuyên
lấy mẫu thí nghiệm.
Phương pháp địa vật l
ý được thực hiện trước để xác định các vị trí dị thường
trong thân đập sau đó sử dụng phương án khoan xuyên lấy mẫu thí nghiệm xác định
chất lượng thân đập.
Các phương pháp địa vật l ý như thăm dò điện, địa chấn, từ, trọng lực, phóng
xạ đã được ứng dụng
rộng rãi trong công tác thăm dò địa chất ở nước ta.
Phương pháp địa vật lý bằng Rađa địa thám là phương pháp mới bắt đầu áp
dụng ở Việt Nam từ năm 1999 bởi Viện vật lý địa cầu có trụ sở nhà A8, 18 Hoàng


- 13 -
Quốc Việt, Cầu Giấy, Hà Nội; nay phương pháp này được áp dụng phổ biến trong
công tác khảo sát bổ sung tài liệu chất lượng thân đập.
2.4.1.1. Phương pháp Rađa xuyên đất
Phương pháp Rađa xuyên đất là phương pháp địa vật lý dựa trên nguyên lý
của sự lan truyền sóng điện từ trong môi trường đất đá. Khi máy Rađa phát ra sóng
điện từ tần số cao truyền xuống môi trường đất đá, khi sóng gặp các ranh giới vật
chất có hằng số điện môi khác nhau nó sẽ phản xạ quy trở lại mặt đất và được ăng
ten thu lại truyền tín hiệu về máy thu (máy tính), bằng phần mềm phân tích tín hiệu
chuyên dụng cho biết các vị trí nghi ngờ có ẩn họa trong thân đập.

Hình 2.1- Ảnh khảo sát bằng Rađa xuyên đất
2.4.1.2. Phương pháp đo sâu điện đối xứng

Phương pháp đo sâu điện đối xứng là phương pháp địa vật lý dựa trên nguyên
lý đo điện trở suất của đất, đá; Mỗi loại đất đá có một độ dẫn điện khác nhau và
người ta đo giá trị điện trở suất của đất đá để xác định độ dẫn điện của chúng.
Điện trở suất phụ thuộc vào thành phần thạch học, độ rỗng, độ bão hòa các chất lưu
trong đất đá, nhiệt độ và áp suất, đối với từng loại đất đá và khoáng vật chúng có
một hằng số điện trở suất khác nhau.
Khi máy đo sâu điện đối xứng phát ra dòng điện có cường độ lớn dòng điện


- 14 -
truyền qua môi trường đất đá khi gặp địa tầng khác nhau thì có hằng số điện trở
khác nhau nó sẽ hiển thị trên máy đo tại hiện trường và kỹ sư thực hiện tại hiện
trường ghi vào sổ mẫu lập sẵn tại hiện trường sau đó chuyển về phòng sử dụng phần
mềm máy tính chuyên dụng lập các mặt cắt địa chất.

Hình 2.2- Ảnh khảo sát bằng máy đo sâu điện đối xứng
2.4.2. Phương pháp khoan xuyên và thí nghiệm
2.4.2.1. Khoan xuyên lấy mẫu
Đây là phương pháp truyền thống khảo sát địa chất công trình, phương pháp
này dùng máy khoan xuyên vào đất và lấy mẫu đưa về phòng thí nghiệm xác định
các chỉ tiêu cơ lý của đất để đánh giá phân loại đất và lấy các chỉ tiêu cơ lý phục vụ
tính toán.





- 15 -

Hình 2.2- Ảnh khoan xuyên khảo sát đánh giá chất lượng thân đập

2.4.2.2. Thí nghiệm đổ nước hố khoan
Tiến hành thí nghiệm đổ nước hố khoan để xác định hệ số thấm của đất thân
đập tại hiện trường.

Hình 2.3: Ảnh thí nghiệm đổ nước trong hố khoan
2.3. Kết luận chương 2
Công tác khảo sát, thu thập tài liệu là bước quan trọng trong công tác đánh giá
an toàn đập, vì có khảo sát kỹ lưỡng thì mới có số liệu đáng tin cậy để phân tích và


- 16 -
đánh giá an toàn đập với kết quả tốt.
Căn cứ vào kết quả thu thập khảo sát người đánh giá an toàn đập có thể xem
xét lại các chi tiết sai khác giữa bản thiết kế với hồ sơ hoàn công và mức độ ảnh
hưởng tới hệ số an toàn, đồng thời kiểm tra lại được quá trình xây dựng nhằm phân
tích một cách khoa học những diễn biến trong quá trình thi công ảnh hưởng đến an
toàn đập như thế nào; kiểm tra các vấn đề: tính hợp lý của kết cấu, ổn định của công
trình, các vấn đề về thấm, xói nền tương ứng với các tổ hợp tải trọng có thể xảy ra.
Căn cứ vào kết quả thu thập khảo sát người đánh giá an toàn đập lập được các
giả thuyết và mô hình hóa được các bài toán, tính toán xác định được mức độ an
toàn đập, xác định được các nguyên nhân ảnh hưởng tới an toàn đập, từ đó đề xuất
được phương án kinh tế, kỹ thuật xử lý đập đảm bảo an toàn.

- 17 -
CHƯƠNG 3
NGHIÊN CỨU CÁC CƠ SỞ ĐỂ ĐÁNH GIÁ AN TOÀN ĐẬP
KHI ĐẤT ĐẮP CÓ CHẤT LƯỢNG KHÔNG ĐỀU

3.1. Các tiêu chuẩn kỹ thuật sử dụng trong đánh giá an toàn đập đất
- QCVN 04-05:2012/BNNPTNT: Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia công trình
thủy lợi - các quy định chủ yếu về thiết kế.
- TCVN 8216-2009: Tiêu chuẩn thiết kế đập đất đầm nén.
- TCVN 8297-2009: Công trình thủy lợi- Đập đất- Yêu cầu kỹ thuật trong thi
công bằng phương pháp đầm nén.
- TCXD 161-1987 Công tác thăm dò điện trong khảo sát xây dựng.
- Các quy định quản lý chất lượng công trình thuỷ lợi.
- Các quy phạm, tiêu chuẩn hiện hành khác có liên quan.
- Sổ tay đánh giá an toàn đập.
3.2. Phương pháp tính toán và đánh giá an toàn về thấm
3.2.1. Phương pháp tính toán thấm
Thấm trong công trình thuỷ lợi là sự lan truyền nước trong môi trường xốp từ

nơi có đầu nước cao đến nơi có đầu nước thấp. Thấm là một trong những nguyên
nhân cơ bản gây nên các sự cố về đập trên những phương diện sau:
- Gây mất nước hồ chứa.
- Phát sinh áp lực thủy động, làm mất ổn định mái đập.
- Gây xói ngầm trong thân và nền đập, đặc biệt là mái hạ lưu phần tiếp xúc
giữa lõi và bộ phận lọc tiêu nước.
- Dòng thấm cũng là một yếu tố gây nên sự thay đổi về trạng thái ứng suất và
biến dạng trong thân và nền đập.
Để giải các bài toán thấm cơ bản thường dùng các phương pháp sau:
- Phương pháp nghiên cứu lý luận gồm có 2 phương pháp: phương pháp cơ
học chất lỏng và phương pháp thủy lực.
- Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm: dùng mô hình để xác định những đặc
trưng của dòng thấm; Phương pháp này gồm có những loại chính sau đây:


- 18 -
+ Phương pháp tương tự điện-thuỷ động.
+ Phương pháp thí nghiệm bằng khe hẹp.
+ Phương pháp thí nghiệm bằng máng kính.
- Phương pháp đồ giải: vẽ lưới thấm bằng tay để xác định các đặc trưng của
dòng thấm.
- Phương pháp số: Khi nghiên cứu thấm thường dẫn đến các phương trình vi
tích phân phi tuyến. Phương pháp số giúp ta giải gần đúng các phương trình này,
các phương pháp số thường dùng để giải là phương pháp sai phân hữu hạn và
phương pháp phần tử hữu hạn. Hiện nay công nghệ máy tính đã phát triển, phương
pháp PTHH đã được sử dụng làm cơ sở lập trình các phần mềm tính toán thấm có
tính kỹ thuật và thương mại cao và phổ biến. Trong luận văn này tác giả trình bầy
cơ sở tính toán thấm bằng phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH).
3.2.1.1.Nội dung cơ bản phương pháp phần tử hữu hạn
Phương pháp PTHH là một phương pháp rất tổng quát và hữu hiệu cho lời giải

chính xác đối với các bài toán kỹ thuật khác nhau. Từ việc phân tích trạng thái ứng
suất, biến dạng trong các kết cấu công trình thủy lợi, xây dựng dân dụng, giao thông
v.v đến các bài toán của lý thuyết trường như: lý thuyết truyền nhiệt, cơ học chất
lỏng, thủy đàn hồi, khí đàn hồi, điện - từ trường v.v.
3.2.1.2.Trình tự giải bài toán bằng phương pháp phần tử hữu hạn
- Chia miền tính toán thành nhiều miền nhỏ gọi là các phần tử.
Các phần tử được nối với nhau bằng một số hữu hạn các điểm nút. Các nút
này có thể là đỉnh các phần tử, cũng có thể là một số điểm được quy ước trên cạnh
của phần tử.
- Rời rạc hoá miền xác định:
Trình tự tính toán của phương pháp PTHH được nghiên cứu đầy đủ trong bài
toán thấm ổn định phẳng. Cần phải xác định sự phân bố cột áp dưới đập, gradient
thấm và tổng lưu lượng dòng thấm. Ở đây cột áp được xem là hàm chưa biết H. Mặt
trơn của hàm H được xấp xỉ bằng một bộ các mảnh mặt phẳng tam giác dạng i’, j’,
k’ như hình 3.1 xác định trên miền con tam giác i, j, k thuộc miền nghiên cứu trong


- 19 -
mặt phẳng xy.
Vị trí mặt phẳng trong không gian được xác định đơn trị bằng 3 điểm không
nằm trên một đường thẳng. Hiển nhiên là để xấp xỉ mặt hàm trơn H bằng các mảnh
mặt phẳng thì các phần tử hữu hạn i, j, k phải là phần tử tam giác.
I'
z
I
x
K'
y
K
j

J'

Hình 3.1: Minh hoạ mặt hàm xấp xỉ H của phần tử.
Độ sai lệch của mặt phân mảnh xấp xỉ so với mặt trơn thực tế sẽ càng lớn khi
độ cong của mặt trơn càng lớn và kích thước phần tử càng lớn. Từ đó rút ra quy tắc
cơ bản xây dựng lưới các phần tử là làm dầy đặc lưới tại những nơi có gradient hàm
cần tìm cao, chẳng hạn như các cột áp.
Công cụ toán học của phương pháp PTHH đảm bảo đưa ra bài toán tích phân
phương trình vi phân song điều hòa về phép giải hệ thống các phương trình đại số
tuyến tính, trong đó giá trị cột áp tại các nút phần tử hiện diện như là các ẩn số.
Do giới hạn lời giải của bài toán thấm dừng trên cơ sở định luật Darcy.
V = -K.J = -K.
H
l
∆
∆
(3.1)
Trong đó:
K: ma trận hệ số thấm.
V: véc tơ vận tốc thấm.
∆H chênh lệch cột nước giữa 2 mặt cắt tính toán cách nhau một khoảng ∆l
Hay có thể viết dưới dạng vi phân:
V = - K.
dH
dS
(3.2)


- 20 -
Cơ sở của phương pháp PTHH để giải bài toán thấm dựa trên nguyên lý biến

phân mà phiếm hàm được chọn là:
L=
2
2
V
1H H
Kx Ky dV
2x y



∂∂


+



∂∂






∫∫∫
(3.3)
Trong đó Kx, Ky lần lượt là các hệ số thấm theo phương x,y.
Trong phạm vi của mỗi phần tử giả thiết một dạng phân bố xác định nào đó
của hàm cần tìm. Đối với bài toán thấm thì hàm xấp xỉ có thể là hàm cột nước.

Thường giả thiết hàm xấp xỉ là những đa thức nguyên mà hệ số của nó được
gọi là các thông số. Trong phương pháp PTHH, các thông số này được biểu diễn
qua các trị số của hàm và có thể là trị số của đạo hàm của nó tại các điểm nút của
phần tử. Dạng đa thức nguyên của hàm xấp xỉ phải được chọn đảm bảo để bài toán
hội tụ. Nghĩa là khi tăng số phần tử lên khá lớn thì kết quả tính toán sẽ tiệm cận đến
kết quả chính xác.
Ngoài ra hàm xấp xỉ của bài toán thấm được chọn phải đảm bảo tuân theo định
luật Darcy. Song để thoả mãn chặt chẽ tất cả các yêu cầu thì sẽ gặp nhiều khó khăn
trong việc lựa chọn mô hình và lập thuật toán giải. Do đó trong thực tế người ta phải
giảm bớt một số yêu cầu nào đó nhưng vẫn đảm bảo được nghiệm đạt độ chính xác
yêu cầu.
Dựa vào phương trình cơ bản của bài toán nghiên cứu để tìm các đại lượng
khác. Đối với bài toán thấm sử dụng định luật Darcy để tìm trường lưu tốc thấm,
trường gradient thấm, lưu lượng thấm v.v

3.2.1.3. Giải bài toán thấm bằng phương pháp PTHH [13]
Đo đặc thù của đập vật liệu địa phương, thường có chiều dài lớn hơn nhiều so
với chiều cao, do vậy việc nghiên cứu bài toán thấm trong phạm vi luận văn này chỉ
dừng lại ở mô hình bài toán phẳng, thấm ổn định. Lúc đó có thể cắt một đoạn đập
dài bằng đơn vị để nghiên cứu như hình 3.2 dưới đây:


- 21 -
H
H
I A
B
C
D
E F

G
S
S
S
S
S
1
H
1
3
4
5
2
2
y
x

Hình 3.2: Sơ đồ thấm qua đập
Biên S
1
: H = H
1

Biên S
2
: H = H
2

Biên S
3

:
0=
∂
∂
n
H

Biên S
4
:
0=
∂
∂
n
H
; H = Z
Biên S
5
: H = Z.
a/ Ma trận độ cứng của phần tử và của hệ thống các phần tử
- Mảnh mặt phẳng xấp xỉ hàm cột nước trên 1 phần tử có phương trình dạng
đa thức tuyến tính:
H=α
1
+ α
2
x +α
3
y (3.4)
+ Trong đó α

1
,α
2
,α
3
là các hằng số.
- Tại các điểm nút i, j, k của các phần tử, các giá trị cột áp bằng H
i
, H
j
, H
k
và
chúng được xác định bằng phương trình (3.4) khi x, y lần lượt bằng x
i
, y
i
, x
j
, y
j
, x
k
,
y
k
. Hệ thức này có thể viết dưới dạng ma trận:
H
e
= M

e
. α (3.5)
+ Trong đó: H
e
= {H
i
, H
j
,H
k
}- là véc tơ cột áp ở điểm nút của phần tử.
M
e
=










ykxk
yjxj
yixi
1
1
1

; α = { α
1
; α
2
; α
3
}
T
;
+ Trong đó T: véc tơ chuyển trí.
- Giải hệ phương trình tuyến tính (3.5) đối với véc tơ α:
α = M
e
-1
H
e
= a
e
H
e
(3.6)


- 22 -
Trong đó: a
e
=











k
j
i
k
ji
kj
i
c
cc
bb
b
a
aa
(3.7)
- Đặt (3.5) vào (3.7) ta được:










=
=
−
=
kji
jk
i
j
k
k
j
x
S
c
y
S
b
yx
y
x
2
1
2
1
)(
2S
1

a

i
(3.8)
x
mn
= x
m
– x
n
; y
mn
= y
m
– y
n
; m, n = i, j, k và m ≠ n
- Thực hiện hoán vị vòng quanh ta có:









=
=
−=
ik
j

kij
kj
jk
x
S
c
y
S
b
yx
yx
2
1
2
1
)
(
2S
1

a
j
(3.9)










=
=
−=
jik
ijk
ij
ji
x
S
c
y
S
b
yxy
x
2
1
2
1
)(
2S
1
a
k
(3.10)
+ Với S là diện tích phần tử:
2S = x
i

y
jk
+ x
j
y
ki
+ x
k
y
ij
(3.11)
- Đặt (3.6) và (3.7) vào (3.4) được:
H = N H
e
(3.12)
+ Trong đó N là ma trận hàm toạ độ
N = [ N
i
N
j
N
k
]





++=
++=

++=
yck bk x ak Nk
y cj x bj aj Nj
y ci x bi ai Ni
(3.13)
- Từ (3.12) và (3.13) có được:


- 23 -
[ ]
[ ]







=
∂
∂
=
∂
∂
eekji
eekji
cHHccc
x
H
bHHbbb

x
H
(3.14)
- Thay (3.14) vào (3.3) được:
L =
[ ]
tdscHkbHk
eyex
s
2222
)()(
2
1
+
∫∫
(3.15)
- Giả thiết q = hằng số trên biên của phần tử.
L =
∑
=
n
e
e
L
1
(3.16)
+ n: số phần tử trong miền xét.
- Điều kiện cực tiểu của phiếm hàm L:
∑
=

=
∂
∂
=
∂
∂
n
e
H
Le
H
L
1
0
(3.17)
- Đặt (3.15) vào (3.17) được:
K.H + F = 0 (3.18)
+ K: là ma trận đặc trưng cho tính thấm của các phần tử. Sau đây để thống
nhất thuật ngữ học viên sẽ gọi ma trận K là ma trận độ cứng.
+ F: véc tơ tải của hệ:
K =
∑
=
n
e
e
K
1

F =

∑
=
n
e
e
F
1
(3.19)
Với:










=
333231
232221
131211
kkk
kkk
kkk
K
e

K

ij
= S (k
x
b
i
b
j
+ k
y
c
i
c
j
) (3.20)










=
3
2
1
F
F

F
F
e



- 24 -
i ii
q
F Nld
k
Ω
= Ω
∫
(3.21)
i, j = 1, 2, 3.
- Thay (2.8) và (2.9) vào (2.20) được:
22
11 x 23 y 32
12 x 23 31 y 32 21
13 x 23 12 y 32 21
21 12
22
22 x 31 y 13
23 x 31 12 y 31 21
31 13
32 23
22
33 x 12 y 21
1

K (k y k x )
2S
1
K (k y y k x x )
2S
1
K (k y y k x x )
2S
KK
1
K (k y k x )
2S
1
K (k y y k x x )
2S
KK
KK
1
K (k y k x )
2S

= +



= +



= +



=


= +



= +


=


=


= +



(3.22)
- Véc tơ Fe chỉ được xác định các nút trên biên.
- Điều kiện biên: Trên hình 3.2 có các điều kiện biên trong bài toán thấm
không áp.
Biên S
1
: H
IAB

= H
1

Biên S
2
: H
DEF
= H
2

Biên S
3
:
0=
∂
∂
FGHI
n
H

Biên S
4
:
0==
∂
∂
yBC
ql
n
H

k
; H = Z
Biên S
5
: H
BCD
= Z(x)
- Điều kiện biên (S1), (S2) xử lý như kiểu gán 0 hoặc vô cùng lớn như đã trình
bày ở trên. Riêng biên BC: đường bão hoà cần thoả mãn điều kiện (S4) và (S5).
Điều kiện (S4) đã tự thoả mãn trong quá trình thiết lập hệ phương trình cơ bản bài
toán. Còn điều kiện biên (S5) chưa thể xác định được vì đường bão hoà chưa xác


- 25 -
định, nó còn là một ẩn số cần tìm. Trong tính toán phải dùng phương pháp lặp để
xác định đường này. Trình tự tiến hành như sau: Đầu tiên xác định đường bão hoà
thấm bằng một phương pháp đơn giản nào đó hoặc tự giả thiết. Như vậy ta tạm thời
xác định được miền tính toán. Tiếp tục dời rạc hoá miền tính toán này bằng lưới các
phần tử. Giải bài toán với lưới phần tử này xác định được véctơ H tại các điểm nút
của các phần tử. Kiểm tra điều kiện biên (S5) bằng cách so sánh giá trị H
i
tại các
điểm nút trên đường bão hoà, với toạ độ Z
i
của điểm đó. Nếu chúng thoả mãn điều
kiện biên (S5) với sai số ε cho trước là được, tức là:
H
i
- Z
i


≤
ε (3.23)
- Nếu chưa thoả mãn yêu cầu trên ta lại giả thiết lại đường bão hoà thấm và lặp
lại quá trình trên cho đến khi thoả mãn được (3.23).
- Sau khi xác định được vị trí của đường bão hoà, có thể xác định được các
thông số của dòng thấm như gradient thấm, lưu lượng thấm. Gọi J
x
và J
y
là gradient
dòng thấm theo phương x và y, ta có:
J
x
=
x
H
∂
∂
= -b H
e

J
y
=
y
H
∂
∂
= -c H

e
(3.24)
- Ma trận b, c xác định theo (3.8), (3.9) và:
b = [b
i
b
j
b
k
] (3.25)
c = [c
i
c
j
c
k
] (3.26)
- Lưu lượng thấm qua một tiết diện ωn nào đó bằng:
Q = K
n
ω
n
J
n
(3.27)
+ n: phương pháp tuyến tiết diện đang xét.
+ J
n
: gradient thấm tại tiết diện xét theo phương n.
3.2.2. Phương pháp đánh giá an toàn về thấm

3.2.2. 1. Xác định đất xói ngầm và đất không xói ngầm
a. Phương pháp thứ nhất [13]
Nếu: 0,77 D
o max
> d
min
→ Đất xói ngầm (3.28)