Nghiên cứu sử dụng số liệu quan trắc trong đánh giá an toàn đập đất, ứng dụng cho đập sông Hinh

LỜI CẢM ƠN

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật chuyên ngành xây dựng công trình thủy với đề tài “
Nghiên cứu sử dụng số liệu quan trắc trong đánh giá an toàn đập đất, ứng
dụng cho đập sông Hinh ” được hoàn thành ngoài sự cố gắng không ngừng của
bản thân , tôi còn được sự giúp đỡ, động viên khích lệ của các thầy, cô, bạn bè đồng
nghiệp và người thân. Qua trang viết này tác giả xin gửi lời cảm ơn tới những người
đã giúp đỡ tôi trong thời gian học tập - nghiên cứu khoa học vừa qua.
Tôi xin tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc đối với thầy giáo GS.TS Nguyễn
Chiến đã trực tiếp tận tình hướng dẫn cũng như cung cấp tài liệu thông tin khoa học
cần thiết cho Luận văn này và các thầy tham gia giảng dạy Cao học trường Đại học
Thủy lợi đã truyền đạt cho tôi những tri thức khoa học vô cùng quý giá.
Xin chân thành cảm ơn Ban Lãnh đạo trường Đại học Thủy lợi, khoa Công
trình và Bộ môn Thủy công đã tạo điều kiện cho tôi hoàn thành tốt công việc nghiên
cứu khoa học của mình.
Tuy đã có những cố gắng nhất định, nhưng do thời gian có hạn và trình độ
còn nhiều hạn chế, vì vậy Luận văn này chắc chắn còn nhiều thiếu sót. Tác giả kính
mong các Thầy, Cô giáo, Bạn bè và đồng nghiệp góp ý để Tác giả có thể tiếp tục
nghiên cứu để hoàn thiện đề tài.
Xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội ngày 06 tháng 08 năm 2014
TÁC GIẢ

Dương Văn Thủy





LỜI CAM KẾT

Tên tôi là: Dương Văn Thủy
Học viên lớp: 20C21
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, những nội dung, kết
quả trình bày trong Luận văn là trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ
công trình khoa học nào./.

Hà nội, ngày 06 tháng 08 năm 2014
TÁC GIẢ


Dương Văn Thủy
















MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1
1. Tính cấp thiết của đề tài
1
2. Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu 1
3. Phương pháp nghiên cứu 1
4. Kết quả đạt được 2
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ XÂY DỰNG ĐẬP ĐẤT VÀ HỆ THỐNG
QUAN TRẮC ĐẬP ĐẤT 3
1.1.Tổng quan về xây dựng đập đất
3
1.1.1. Tình hình xây dựng đập đất trên thế giới 3
1.1.2. Tình hình xây dựng đập đất ở Việt Nam 4
1.1.3. Các vấn đề mất an toàn của đập đất ở Việt Nam hiện nay 5
1.2. Những kiến thức về quan trắc
8
1.2.1. Các nội dung quan trắc 8
1.2.2. Phương pháp quan trắc 10
1.2.3. Xử lý số liệu quan trắc 10
1.3. Các yêu cầu lắp đặt thiết bị quan trắc đập đất
11
1.3.1. Các yêu cầu về quan trắc thấm trong đập đất 12
1.3.2. Các yêu cầu quan trắc biến dạng và chuyển vị 12
1.3.3. Các yêu về quan trắc ứng suất trong đập đất 13
1.4. Tình hình lắp đặt và sử dụng hệ thống quan trắc đập đất
13
1.4.1. Nhận thức về vấn đề quan trắc trong đập đất 14
1.4.2. Về đội ngũ làm công tác quan trắc 14
1.4.3. Về chất lượng thiết bị đo 14
1.4.4. Về quản lý sử dụng thiết bị đo 15

1.4.5. Về xử lý, sử dụng số liệu đo 15
1.5. Giới hạn phạm vi trong nghiên cứu
15
1.6. Kết luận chương 1 16

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA VIỆC SỬ DỤNG TÀI LIỆU QUAN
TRẮC TRONG ĐÁNH GIÁ AN TOÀN ĐẬP ĐẤT. 17
2.1. Các nội dung quan trắc trong đập đất
17
2.1.1.Quan trắc thấm 17
2.1.2. Quan trắc chuyển vị 17
2.1.3. Quan trắc ứng suất trong thân đập và nền đập 17
2.2.Các tiêu chí đánh giá tình trạng làm việc của đập đất từ số liệu quan trắc.
18
2.2.1. Quan trắc lưu lượng thấm 18
2.2.2. Sử dụng số liệu quan trắc về đường bão hòa và áp lực thấm 19
2.2.3. Các tiêu chí đánh giá về biến dạng và chuyển vị 23
2.3. Các nội dung tính toán đánh giá
25
2.3.1. Mở đầu. 25
2.3.2. Tính toán thấm có sử dụng số liệu quan trắc 25
2.3.3. Tính toán ổn định với việc sử dụng với việc sử dụng số liệu quan trắc 29
2.4. Kết luận chương 2
37
CHƯƠNG 3. ỨNG DỤNG CHO ĐẬP CHÍNH CỦA HỒ THỦY ĐIỆN SÔNG
HINH 38
3.1. Giới thiệu công trình thủy điện sông Hinh
38
3.2. Hệ thống quan trắc đập chính sông Hinh 40
3.2.1. Hệ thống quan trắc chuyển vị 40

3.2.2. Hệ thống quan trắc thấm 40
3.3. Đánh giá về thấm qua đập sông Hinh
42
3.3.1. Tài liệu sử dụng trong tính toán 42
3.3.2. Kiểm tra mức độ thấm dị hướng 43
3.3.3. Kiểm tra gradien thấm trong thân đập. 49
3.4. Đánh giá ổn định mái đập sông Hinh.
50
3.4.1. Trường hợp tính toán: 50
3.4.2. Phương pháp tính toán 50
3.4.3. Kết quả tính toán 50
3.4.4. Kết luận về ổn định mái của đập chính sông Hinh 51

3.5. Về ứng suất, biến dạng và các vấn đề khác. 51
3.6. Đánh giá tổng quan về an toàn đập sông Hinh. 52
3.7. Đề xuất giải pháp nâng cao hiệu hiệu quả của thiết bị quan trắc. 52
3.8. Kết luận chương 3. 53
KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ 54
I – Kết quả đạt được của Luận văn
54
II – Một số điểm tồn tại. 54
III – Hướng tiếp tục nghiên cứu 55
TÀI LIỆU THAM KHẢO 56


DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1-1: Toàn cảnh đập Anderson Ranch 4
Hình 1-2: Đập Trinity tại Lewiston, California xây dựng năm1957 4
Hình 1-3: Đập Đa Nhim khánh thành năm 1964 , dài 1460 m, cao 38m. 5

Hình 1-4: Đập chính hồ Đầm Hà Động cao 31,5m, dài 244m do Công ty Tư vấn &
CGCN – ĐH ThủyLợi thiết kế 5

Hình 1-5: Vỡ đập thủy điện IaKrel 2 thuộc địa phận xã Ia Dom, H.Đức Cơ, Gia
Lai, (bị vỡ ngày 12/6/2013) 7

Hình 1-6: Dòng chảy lớn dưới chân đập Am Chúa –Diên Khánh,Khánh Hòa 8
Hình 1-7: Mái đập Am Chúa bị sạt do hiện tượng thấm 8
Hình 1-8: Hệ thống giám sát hình ảnh ở đập Kamasat ( Nhật) 10
Hình 1-9: Thiết bị đo lưu lượng tại hồ Vĩnh Sơn A 14
Hình 1-10: Thiết bị quan trắc ở đập Vĩnh Sơn B 14
Hình 1-11: Số liệu quan trắc ở đập Tân Giang được ghi thủ công 15
Hình 2-1. Sơ đồ bố trí cụm 2 thiết bị đo 18
Hình 2-2. Sơ đồ bố trí cụm 9 thiết bị đo 18
Hình 2-3: Hình dạng của hạt đất khi thấm 24
Hình 2-4: Phần tử chữ nhật 26
Hình 2-5: Phần tử tam giác 26
Hình 2-6: Tại vị trí quan trắc PĐ1 cao độ đường bão hòa thực đo thấp hơn cao độ
đường bão hòa tính toán 28

Hình 2-7: Lực tác dụng lên phân tố đất trong trường hợp mặt trượt tròn 30
Hình 2-8: Lực tác dụng lên phân tố đất trong trường hợp mặt trượt tổ hợp 31
Hình 2-9: Lực tác dụng lên phân tố đất trong trường hợp mặt trượt gẫy khúc 31
Hình 3-1: Vị trí địa lý của đập Sông Hinh 38
Hình 3-2: Hình ảnh tràn chính thủy điện sông Hinh 39
Hình 3-3: Hình ảnh đập tràn sự cố thủy điện sông Hinh 39

Hình 3-4: Hình ảnh đập chính thủy điện sông Hinh 40
Hình 3-5: Các thiết bị quan trắc đường bão hòa thân đập của đập chính sông Hinh 41
Hình 3-6: Các thiết bị đo lưu lượng thấm của hồ sông Hinh 41

Hình 3-8: Sơ đồ tính: mặt cắt lòng sông – đập chính hồ thủy điện sông Hinh 44
Hình 3-9: Sơ đồ chia lưới phần tử 45
Hình 3-10: Sơ đồ gán điều kiện biên 46
Hình 3-11: Hình ảnh các tổ mối trên mái đập sông Hinh 51


DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1-1: Các đập đất lớn trên thế giới 3
Bảng 2-1: Trị số građient cho phép [J
k
]
cp
ở khối đắp thân đập 20
Bảng 2-2: Trị số građient trung bình tới hạn [J
k
]
th
ở các bộ phận chống thấm 20
Bảng 2-3: Hệ số an toàn ổn định nhỏ nhất của mái đập [K
cp
] 21
Bảng 2-4: Các trường hợp tính toán ổn định đập đất 22
Bảng 3-1: Số liệu quan trắc đường đo áp trong thân đập sông Hinh tại mặt cắt lòng
sông ( hình 3-8).[4] 42

Bảng 3-2: Các chỉ tiêu cơ lý của đất nền và đất đắp đập chính Sông Hinh [3] 43
Bảng 3-3: Kết quả chiều cao đường bão hòa tại PĐ 1 và PĐ 2 ứng với hệ số thấm dị
hướng K=1của đập chính hồ sông Hinh 47

Bảng 3-4: Kết quả chiều cao đường bão hòa tại PĐ 1 và PĐ 2 ứng với hệ số thấm dị
hướng K=2 của đập chính hồ sông Hinh 48

Bảng 3-5: Kết quả chiều cao đường bão hòa tại PĐ 1 và PĐ 2 ứng với hệ số thấm dị
hướng K=3 của đập chính hồ sông Hinh 48

Bảng 3-6: Tổng hợp kết quả gradient thấm thân đập ứng với hệ số thấm dị hướng
K=1 của đập chính hồ sông Hinh 49

Bảng 3-7: Các trường hợp tính toán ổn định mái của đập chính hồ sông Hinh 50
Bảng 3-8: Kết quả tính toán ổn định mái của đập chính hồ sông Hinh 50




1
MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của đề tài
Đập đất là dạng đập phổ biến nhất ở nước ta hiện nay. Đất là vật liệu chính dùng
để đắp đập. Do tính thấm nước và do tính dễ biến dạng của đất, nên các vấn đề về
thấm và biến dạng của đập cần phải được quan tâm trong thiết kế cũng như trong
quá trình vận hành, khai thác đập. Các thiết bị quan trắc được bố trí trong đập để
cung cấp số liệu nhằm đánh giá an toàn đập trong vận hành. Tuy nhiên, nước ta
trong thời gian qua do nhiều lý do khác nhau mà việc bố trí các thiết bị quan trắc ở
nhiều đập chưa được chú trọng. Nhưng điều đáng lưu ý hơn là ở nhiều đập, mặc dù
đã đầu tư lắp đặt thiết bị quan trắc theo quy định chung, nhưng việc quan trắc
thường xuyên, tiến hành lưu trữ các số liệu quan trắc lại không được quan tâm đúng
mức. Nhiều thiết bị quan trắc đã không được bảo dưỡng kịp thời và dần mất tác
dụng. Như vậy, vấn đề lắp đặt, bảo dưỡng, khai thác hệ thống quan trắc đập đất nói

chung hiện nay còn có những bất cập. Do đó, việc nghiên cứu về hệ thống quan trắc
trong đập đất và ứng dụng chúng trong đánh giá an toàn đập là cấp thiết và có ý
nghĩa khoa học và thực tiễn.
2. Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu
- Làm rõ vai trò và tác dụng của hệ thống quan trắc trong việc đánh giá an toàn
của đập đất.
- Chỉ rõ hiện trạng của hệ thống quan trắc đập đất ở nước ta hiện nay.
- Nghiên cứu điển hình ở một công trình cụ thể.
- Đưa ra những khuyến cáo về lắp đặt, quản lý và sử dụng số liệu quan trắc
đập đất.
3. Phương pháp nghiên cứu
- Điều tra và thu thập số liệu thực tế.
- Tổng hợp các kết quả nghiên cứu đã có.
- Ứng dụng các phần mềm tính toán thấm, ổn định và biến dạng trong phân tích
đánh giá an toàn đập.
- Nghiên cứu điển hình trong công trình thực tế.


2
4. Kết quả đạt được
- Tổng quan về xây dựng đập đất và hệ thống thiết bị quan trắc đập đất.
- Sử dụng số liệu quan trắc để đánh giá an toàn đập đất.
- Ứng dụng cho đập chính hồ thủy điện sông Hinh.
- Đưa ra những khuyến cáo về quản lý và khai thác hệ thống thiết bị quan trắc
đập đất.

3
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ XÂY DỰNG ĐẬP ĐẤT VÀ HỆ THỐNG QUAN TRẮC
ĐẬP ĐẤT
1.1. Tổng quan về xây dựng đập đất
1.1.1. Tình hình xây dựng đập đất trên thế giới [12]
Đập đất là loại đập sử dụng vật liệu địa phương thi công đơn giản được xây
dựng từ rất lâu. Ở các nước Ai Cập, Trung Quốc, Ấn Độ và một số nước khác người
ta xây dựng đập đất từ 2500-4700 năm trước Công nguyên. Đập đất đá hỗn hợp
Sadd – el – Kafara được xây dựng ở Ai Cập vào khoảng 2778 – 2563 trước công

nguyên có chiều dài 108m, cao 12m, đập Marduka cao 12m được xây dựng năm
2500 trước công nguyên trên sông Tygrys ở Irak. Ở Trung Quốc có đập dài 300m,
cao 30m xây dựng năm 240 trước công nguyên, ở Nhật Bản đập dài 260m cao 17m
xây dựng năm 162 trước công nguyên.
Do kinh tế và khoa học ngày càng phát triển, nhu cầu dùng nước không ngừng
tăng lên nên các đập ngăn nước được xây dựng ngày càng nhiều. Do nhiều ưu điểm
và lợi thế nên đập vật liệu địa phương càng được sử dụng nhiều so với các loại đập
khác như đập bê tông, đã xây…
Nhờ sử dụng được các thành quả ngày càng hoàn thiện của các ngành địa kỹ
thuật, lý thuyết thấm, nghiên cứu ứng suất và biến dạng công trình và biện pháp thi
công cơ giới nên hình thức kết cấu đập vừa hợp lý,vừa kinh tế.
Bảng 1-1: Các đập đất lớn trên thế giới
TT
Tên đập
Địa điểm xây
dựng
Năm xây
dựng
Chiều cao
(m)
1
Đập Anderson Ranch
Mỹ
1950
139
2
Đập Xerơ Pôngxông
Pháp
1961
122

3
Đập Bariri
Braxin
1967
112





4

Hình 1-1: Toàn cảnh đập Anderson
Ranch

Hình 1-2: Đập Trinity tại Lewiston,
California xây dựng năm1957

Đập đất có những ưu điểm sau:
- Dùng vật liệu tại chỗ, tiết kiệm được các vật liệu quý như sắt, thép, xi măng.
Công tác chuẩn bị trước khi xây dựng không tốn nhiều công sức như các loại đập
khác.
- Cấu tạo đập đất đơn giản, giá thành hạ.
- Bền và chống chấn động tốt.
- Dễ quản lý, tôn cao, đắp dầy thêm.
- Yêu cầu về nền không cao nên phạm vi sử dụng rộng rãi.
- Thế giới đã tích lũy được nhiều kinh nghiệm về thiết kế, thi công và quản
lý đập.
1.1.2. Tình hình xây dựng đập đất ở Việt Nam
Viêṭ Nam là môṭ nước có nhiều hồ chứa với khoảng 10 nghìn hồ chứa lớn nhỏ

trong đó có gần 500 hồ chứa có đâp
̣
lớn (theo Ủy hội Đập lớn Thế giới - ICOLD).
Các hồ chứa chủ yếu đươc
̣
xây dựng trong thời kỳ khôi phuc
̣
xây dựng đất nước từ
những năm 60 của thế kỷ trước để đáp ứng yêu cầu dùng nước, phòng chống lũ và
phát điêṇ . Phần lớn các đập đất được xây dựng là đập đồng chất, mái thượng lưu


5
được bảo vệ bằng đá xếp, mái hạ lưu trồng cỏ. Theo chiều cao đập có khoảng 20%
số đập là cấp ba, hơn 70% là đập cấp bốn và cấp năm, còn lại khoảng 10% là đập từ
cấp hai trở lên. Các đập được xây dựng thời kỳ trước 1960 khoảng 6%, từ 1960 đến
1975 khoảng 44%, từ 1975 đến nay khoảng 50% [8]


Hình 1-3: Đập Đa Nhim khánh thành
năm 1964 , dài 1460 m, cao 38m.

Hình 1-4: Đập chính hồ Đầm Hà Động
cao 31,5m, dài 244m do Công ty Tư vấn
& CGCN – ĐH ThủyLợi thiết kế


1.1.3. Các vấn đề mất an toàn của đập đất ở Việt Nam hiện nay
Trong những năm gần đây do tình hình biến động phức tạp của thời tiết cộng với
những thiếu sót trong công tác khảo sát thiết kế, thi công và quản lý khai thác nên

hệ thống đập đất ở Việt Nam có nhiều sự cố xảy ra như [10]:
1.1.3.1. Lũ tràn qua đỉnh đập
Nguyên nhân:
- Tính toán thuỷ văn sai
- Cửa đập tràn bị kẹt
- Lũ vượt tần suất thiết kế
- Đỉnh đập đắp thấp hơn cao trình thiết kế



6
1.3.1.2. Sạt mái đập ở thượng lưu
Nguyên nhân:
- Tính sai cấp bão
- Biện pháp gia cố mái không đủ sức chịu của sóng do bão gây ra
- Thi công lớp gia cố kém chất lượng
- Đất mái thượng lưu đầm nện không đủ độ chặt
1.3.1.3. Thấm mạnh làm xói nền đập
Nguyên nhân:
- 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
1.3.1.4. Thấm và sủi nước ở vai đập
Nguyên nhân:
- Thiết kế sai biện pháp tiếp giáp giữa đập và vai
- Thi công không đúng thiết kế, bóc bỏ lớp thảo mộc không hết
- Đầm nện chỗ tiếp giáp không tốt
1.3.1.5. Thấm mạnh, sủi nước qua thân đập
Nguyên nhân:
- Vật liệu đắp không tốt

- Khảo sát vật liệu không đúng với thực tế, thí nghiệm sai các chỉ tiêu cơ lý lực
học của vật liệu đất
- Thiết kế sai dung trọng khô của đập
- Không có biện pháp xử lý thích hợp đối với độ ẩm của đất
- Thi công đầm nén không đảm bảo kỹ thuật
- Thiết bị tiêu nước qua thân đập không làm việc
1.3.1.6. Nứt ngang đập
Nguyên nhân:
- Nền đập bị lún
- Thân đập lún không đều


7
- Đất đắp đập bị lún ướt lớn hoặc tan rã nhanh
1.3.1.7. Nứt dọc đập
Nguyên nhân:
- Nước hồ dâng cao đột ngột do lũ về nhanh
- Nước hồ rút xuống đột ngột gây giảm tải đột ngột ở mái thượng lưu
- Nền đập bị lún theo chiều dài tim đập
- Đất đắp đập khối thượng lưu có tính lún ướt và tan rã nhanh nhưng khảo sát
không phát hiện ra hoặc thiết kế không có biện pháp đề phòng.
1.3.1.8. Trượt mái thượng và hạ lưu đập
Nguyên nhân:
- Sóng bão kéo dài phá hỏng lớp gia cố
- Nước hồ rút nhanh
- Thiết kế chọn sai sơ đồ tính toán ổn định, tổ hợp tải trọng
- Địa chất nền xấu không xử lý triệt để
- Chất lượng thi công không đảm bảo
- Thiết bị tiêu nước thấm trong thân đập không làm việc, thiết bị tiêu nước mưa
trên mái không tốt.

Một số hình ảnh đâp đất bị hư hỏng như trên hình 1-5 đến 1-7


Hình 1-5: Vỡ đập thủy điện IaKrel 2 thuộc địa phận xã Ia Dom, H.Đức Cơ, Gia
Lai, (bị vỡ ngày 12/6/2013)


8

Hình 1-6: Dòng chảy lớn dưới chân đập
Am Chúa –Diên Khánh,Khánh Hòa

Hình 1-7: Mái đập Am Chúa bị sạt do
hiện tượng thấm

1.2. Những kiến thức về quan trắc
1.2.1. Các nội dung quan trắc
Các công trình đầu mối Thủy lợi được lắp các thiết bị quan trắc để thu thập số
liệu thực tế phục vụ cho công tác quản lý, vận hành, khai thác công trình, nghiên
cứu để làm rõ thêm hoặc chính xác hóa các vấn đề lý thuyết tính toán. Dựa vào kết
quả thu thập được từ hệ thống quan trắc, sau khi xử lý có thể đưa ra khuyến cáo về
độ an toàn của công trình.
Quy định nội dung thiết kế bố trí thiết bị đo phục vụ công tác quan trắc [1]
2.2.1.1. Quan trắc chuyển vị bao gồm:
- Quan trắc lún mặt, lún của từng lớp đất trong thân khối đất đắp và nền ( lún
sâu);
- Quan trắc chuyển vị phương ngang, nghiêng, lệch;
- Quan trắc độ mở rộng hay thu hẹp của khớp nối, khe hở;
2.2.1.2. Quan trắc thấm bao gồm:
- Quan trắc độ cao mực nước thượng lưu của đập hồ chứa và công trình chắn

nước bằng vật liệu có tính thấm; trước sau mặt cắt bố trí thiết bị đo; trước sau
công trình xả, cống lấy nước, v.v …;
- Quan trắc đường bão hòa;


9
- Quan trắc áp lực nước thấm lên công trình;
- Quan trắc lưu lượng thấm;
2.2.1.3. Quan trắc nhiệt độ:
Để quan trắc nhiệt độ trong công trình bê tông, cần đặt các nhiệt kế đo từ xa,
trong đó nhiệt kế điện trở được áp dụng nhiều nhất.
Nhiệt kế được bố trí trong công trình ngay thi công. Hệ thống dây dẫn được
nối từ nhiệt kế đến điểm tập trung.
Số lượng nhiệt kế bố trí trong công trình phụ thuộc vào kích thước, hình
dạng công trình và nhiệm vụ đề ra cho công tác quan trắc. Việc bố trí nhiệt
kế cần phải thông qua tính toán. Nguyên tắc cơ bản là phải đủ điểm để vẽ
được biểu đồ đồng nhiệt độ, để so sánh với lý thuyết tính toán.
2.2.1.4. Quan trắc ứng suất trong công trình và nền công trình:
Để quan trắc ứng suất trong công trình đất cũng như công trình bê tông, có
thể áp dụng một trong hai phương pháp: Quan trắc trực tiếp trị số ứng suất hoặc
quan trắc trị số ứng suất biến dạng sau đó tính toán bằng lý thuyết đàn hồi hoặc
dẻo.
Khi thiết kế bố trí thiết bị đo từ xa cần chú ý kết hợp với thiết kế và bố trí hệ
thống nhiệt kế sẽ tiết kiệm dây dẫn ra điểm quan trắc
2.2.1.5. Quan trắc ứng lực cốt thép:
Để đo ứng lực trong các cốt thép chịu lực của kết cấu bê tông cốt thép, sử
dụng lực kế ( Load cell) hàn trực tiếp vào cốt thép chịu lực ( không được hàn
vào đoạn cốt thép cong ). Vị trí đặt lực kế căn cứ vào biểu đồ mô men tính toán.
2.2.1.6. Quan trắc áp lực nước, áp lực mạch động của dòng chảy:
Để quan trắc áp lực nước, áp lực mạch động của dòng chảy sử dụng thiết bị

cảm biến kiểu tự cảm. Các thiết bị này có thể được lắp đặt ngay khi bắt đầu
đổ bê tông hoặc khi hoàn thành đổ bê tông và phải có bộ phận đặt sẵn trong
khối bê tông để đảm bảo liên kết chắc chắn giữa thiết bị đo với mặt bê tông.
Trường hợp phải đặt thiết bị đo trong thời gian thi công bê tông, cần thiết kế
vỏ bọc bằng kim loại để bảo vệ thiết bị khỏi chịu va đập trong quá trình xây


10
dựng. Trước khi đưa thiết bị đo vào vận hành phải tháo bỏ các vỏ bọc. Thiết
bị đo phải lắp đặt hoàn chỉnh trước khi công trình ngập nước hoặc trước khi
xả lũ, vì vậy trong thời gian lắp đặt thiết bị cần phải đảm bảo bê tông chèn có
đủ cường độ.
Trong thực tế , tùy theo loại và quy mô công trình để quy định nội dung và mức độ
quan trắc.
1.2.2. Phương pháp quan trắc
Có 2 phương pháp quan trắc đó là: Quan trắc trực quan và quan trắc tự động hóa
1.2.2.1. Quan trắc trực quan: Số liệu được quan trắc ghi chép bằng thủ công. Cách
làm này thường mất nhiều thời gian, số liệu bằng trực quan không đủ chính xác,
thiếu khách quan.
1.2.2.2. Quan trắc tự động: Ở những nước phát triển hệ thống quan trắc tự động
được sử dụng cho những đập lớn. Ở Việt Nam hiện nay cũng có một số công trình
sử dụng hệ thống quan trắc tự động: Hệ thống Scada ở các hồ lớn như Dầu Tiếng,
Kẻ Gỗ, Cấm Sơn . Hiện nay ở một số nước phát triển sử dụng nhiều hệ thống quan
trắc tự động hiện đại, giúp con người xử lý thông tin chính xác khách quan và kịp
thời.

Hình 1-8: Hệ thống giám sát hình ảnh ở đập Kamasat ( Nhật)
1.2.3. Xử lý số liệu quan trắc
Công nghệ quan trắc được áp dụng cho công trình để kiểm soát sự cố có thể xảy
ra trong quá trình thi công, điều chỉnh thiết kế trong quá trình thi công, cung cấp số


11
liệu về ứng xử của công trình trong quá trình sử dụng và cung cấp số liệu cho mục
đích nghiên cứu. Tuy nhiên, mức độ chính xác của số liệu quan trắc phụ thuộc vào
nhiều yếu tố khác nhau, cụ thể là:
- Yếu tố môi trường: mưa gió, nhiệt độ, độ ẩm… ảnh hưởng cục bộ đến số liệu
đo;
- Yếu tố máy móc, thiết bị: Thiết bị quan trắc không được kiểm tra, bảo dưỡng
thường xuyên sẽ dẫn đến hỏng hóc, mất tín hiệu chỉ báo, hoặc có tín hiệu nhưng chỉ
báo không chính xác, chẳng hạn Pezomet chỉ cao độ đường bão hòa cao hơn mực
nước hồ , trong khi mực nước hồ đang ổn định và không có yếu tố bên ngoài làm
dâng cao đường bão hòa.
- Yếu tố con người: Tùy theo điều kiện ngoại cảnh và yếu tố tâm lý, có thể làm
cho người quan trắc đọc số liệu không chính xác, hoặc nhầm lẫn trong ghi chép, làm
cho số liệu quan trắc không phản ánh đúng thực tế khác quan.
Như vậy có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến tính chính xác và mức độ trung thực của
số liệu quan trắc . Do đó cần thiết phải xử lý số liệu quan trắc, loại bỏ đi những số
đo vô lý, không phù hợp với thực tế khách quan ( như ví dụ nêu ở trên). Công tác
xử lý số liệu quan trắc phải do cấp có thẩm quyền ( Chủ đập ) quyết định để tránh
tùy tiện trong quản lý số liệu. Người được cử làm công tác xử lý số liệu phải có kiến
thức về công trình, kinh nghiệm trong công tác quan trắc, và đặc biệt phải có ý thức
trách nhiệm cao đối với công việc được giao.Việc xử lý số liệu tuỳ tiện sẽ làm cho

số liệu quan trắc bị sai lệch, không phản ánh đúng thực tế khách quan, có thể dẫn
đến những quyết định sai, gây nguy hại trong xử lý đối với công trình.
1.3. Các yêu cầu lắp đặt thiết bị quan trắc đập đất
Nguyên tắc chung khi lựa chọn phương pháp và thiết bị quan trắc là ưu tiên các
phương pháp đơn giản, thiết bị dễ sử dụng, bền và đảm bảo yêu cầu về độ chính xác
và việc lắp đặt ít bị ảnh hưởng bởi quá trình thi công. Công tác lắp đặt các thiết bị
đòi hỏi người lắp đặt phải có năng lực và kinh nghiệm, được đào tạo và tập huấn về
kỹ năng lắp đặt và vận hành.


12
1.3.1. Các yêu cầu về quan trắc thấm trong đập đất
1.3.1.1. Nội dung quan trắc thấm [1]
- Đo lưu lượng thấm;
- Quan trắc đường bão hòa trong thân, nền và hai bên vai đập;
- Đo áp lực thấm ở nền và các vị trí đặc biệt;
- Quan trắc độ cao mực nước trước, sau đập
1.3.1.2. Quy định về cao trình đặt ống đo áp và tuyến đo áp [1].
- Để quan trắc đường bão hòa trong đập, bố trí các ống đo áp ( Observation well).
Cao trình đặt ống đo áp cũng như chiều dài đoạn thu nước của ống đo áp được xác
định bằng tính toán nhưng phải thấp hơn giá trị tính toán đường bão hòa một đoạn
tối thiểu từ 1 m đến 2m.
Các ống đo áp bố trí trong mặt cắt ngang của đập gọi là tuyến đo áp. Tuyến đo áp
được quy định như sau:
+ Ở phần thềm sông, các tuyến bố trí cách nhau từ 150 m đến 200 m;
+ Ở phần lòng sông, các tuyến đo thấm cách nhau từ 100 m đến 150 m;
+ Khi bố trí tuyến đo thấm chú ý đặt ở những vị trí có sự thay đổi về địa chất nền
hoặc kết cấu đập. Số lượng tuyến đo thấm cho mỗi đập không ít hơn 3.
Số lượng ống đo áp trong một tuyến tuỳ thuộc chiều cao đập, hình thức và kết cấu
đập, nhưng không được ít hơn 4, trong đó bố trí một ống ở mái thượng lưu trên mực

nước dâng bình thường (MNDBT); từ 1 ống đến 2 ống trên đỉnh đập nhưng phải
nằm ngoài phạm vi đường giao thông; từ 2 ống đến 3 ống trên mái hạ lưu, tốt nhất
tại cơ hạ lưu và trước thiết bị tiêu nước nếu có.
1.3.2. Các yêu cầu quan trắc biến dạng và chuyển vị
Quan trắc chuyển vị nhằm xác định sự dịch chuyển của đất đắp thân đập, sự dịch
chuyển của nền đập do chịu tải trọng của đập.
1.3.2.1. Nội dung quan trắc chuyển vị [1]
+ Quan trắc lún công trình và bộ phận công trình;
+ Quan trắc chênh lệch lún giữa các bộ phận hoặc giữa các đơn nguyên của công
trình;


13
+ Quan trắc chuyển vị ngang, nghiêng giữa các bộ phận hoặc giữa các đơn
nguyên của công trình; quan trắc độ mở rộng, thu hẹp của khe nối
1.3.2.2. Quy định về thiết bị quan trắc chuyển vị [1]:
+ Thiết bị đo độ mở rộng hay thu hẹp của khe nối đối với công trình đất trên nền
đá thường sử dụng như: Mốc trắc đạc, Qủa lắc thuận – đảo, Thiết bị đặt nghiên (
Inlinometer), v.v
+ Đối với những đập thấp ( cấp IV, V), để quan trắc độ mở rộng khe nứt, có thể
dùng hệ thống mốc trắc đạt đặt trên công trình, nên đặt đối xứng qua khe nối.
+ Số lượng thiết bị đo quan trắc khe nối phụ thuộc vào chiều cao, chiều rộng và
kết cấu đập; Theo chiều dọc khe nối cứ cách nhau từ 10 đến 15 m bố trí một điểm
đo.
1.3.3. Các yêu về quan trắc ứng suất trong đập đất
Chỉ những công trình cấp II trở lên mới cần bố trí thiết bị đo ứng suất. Thiết bị
đo ứng suất trong thân đập đất là các áp kế (pressure cell) cấu tạo giống như áp kế
đo áp lực đất lên công trình bê tông. Các quy định về bố trí tuyến và số lượng các
thiết bị đo ứng suất [1]
1.3.3.1. Tuyến quan trắc ứng suất được quy định như sau:

+ Phần bãi ( thềm sông ) bố trí các áp kế cách nhau 150 m đến 200 m;
+ Phần lòng sông bố trí các áp kế cách nhau từ 100 m đến 150 m
Trong thực tế để thuận lợi cho việc lắp đặt và quan trắc, nên bố trí tuyến quan
trắc ứng suất trùng với tuyến quan trắc lún
1.3.3.2. Số lượng áp lực kế
Số lượng thiết bị đo trong mỗi tuyến phụ thuộc vào bề rộng mặt cắt đập nhưng
không ít hơn 5
1.4. Tình hình lắp đặt và sử dụng hệ thống quan trắc đập đất
Lịch sử phát triển của đập đất gắn liền với lịch sử phát triển của con người.
Kinh tế và Khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển, các phương tiện máy móc hiện
đại hơn, và con người ngày càng chú trọng hơn trong vấn đề an toàn đập. Hệ thống
quan trắc sẽ giúp con người sớm phát hiện các sự cố và sớm có biện pháp khắc
phục. Tuy nhiên ở nước ta hiện nay vấn đề quan trắc đang còn nhiều bất cập


14
1.4.1. Nhận thức về vấn đề quan trắc trong đập đất
Hiện nay đang còn rất nhiều người ( trong đó có cả cán bộ kỹ thuật ) còn nhận
thức chưa đầy đủ về quan trắc, họ cho rằng đập đất có cấu tạo và vận hành đơn gian
nên không cần bố trí hệ thống quan trắc vì vậy khi có nguy cơ sự cố xảy ra thì
không có thiết bị để theo dõi. Mặt khác có nhiều đập đất đã được đầu tư lắp đặt hệ
thống quan trắc nhưng chưa được sử dụng thường xuyên hoặc có số liệu nhưng
chưa được xử lý và sử dụng.
1.4.2. Về đội ngũ làm công tác quan trắc
Cán bộ về lĩnh vực quan trắc không được đào tạo bài bản nên các kiến thức
về quan trắc rất hạn chế. Đa số là các kỹ sư thủy lợi tự học và tự tìm hiểu nên gặp
nhiều khó khăn trong việc phân tích và xử lý số liệu thu thập được, đội ngũ thợ lắp
đặt thì mới được hình thành chưa có kinh nghiệm, chưa hiểu biết tường tận về từng
loại thiết bị, điều kiện lắp đặt và bảo dưỡng chúng.
1.4.3. Về chất lượng thiết bị đo

Nhìn chung trong các đập đất (đập lớn) đã được đầu tư lắp đặt hệ thống quan
trắc nhưng các thiết bị đang còn đơn giản, chưa mang tính hiện đại và tự động hóa.
Chính vì vậy ở các đập đất của ta hiện nay hệ thống quan trắc chưa hoàn thiện được
hết nhiệm vụ, chưa thể cảnh báo được hết các hiện tượng bất thường có thể xảy ra
trong đập.


Hình 1-9: Thiết bị đo lưu lượng tại hồ Vĩnh
Sơn A
Hình 1-10: Thiết bị quan trắc ở đập
Vĩnh Sơn B


15
1.4.4. Về quản lý sử dụng thiết bị đo
Hiện nay có rất nhiều đập đất các thiết bị đo không được quản lý và bảo dưỡng
đúng cách dẫn đến hư hỏng hoặc đo sai số rất nhiều ( hình 1-9).
1.4.5. Về xử lý, lưu giữ, sử dụng số liệu đo
Số liệu đo chưa được xử lý và sử dụng kịp thời. Sau khi thu thập được số liệu thì
chưa có sự phân tích đầy đủ để đánh giá chính xác mức độ làm việc của công trình.
Hiện nay vẫn còn rất nhiều công trình số liệu được ghi chép thủ công mang tính
chất thô sơ nên rất khó cho công tác lưu giữ ( hình 1-11).
Tóm lại ở nước ta hiện nay công tác quan trắc công trình thủy lợi nói chung và đập
đất nói riêng còn có nhiều thiếu sót, bất cập, dẫn đến các nguy cơ sự cố ở đập chưa
được phát hiện kịp thời. Để đảm bảo an toàn hồ đập cũng như tính mạng, tài sản của
dân cư ở khu vực hạ du đập thì công tác quan trắc và xử lý đập cần phải được quan
tâm đầy đủ hơn.

Hình 1-11: Số liệu quan trắc ở đập Tân Giang được ghi thủ công
1.5. Giới hạn phạm vi trong nghiên cứu

Trong Luận văn này tập trung nghiên cứu về quan trắc đập đất , cụ thể là việc
bố trí thiết bị quan trắc và sử dụng số liệu quan trắc để đánh giá khả năng làm việc
an toàn của đập. Trên cơ sở lý luận chung, Luận văn sẽ áp dụng nghiên cứu cho một
công trình cụ thể, làm rõ thực trạng thiết bị quan trắc của đập này, thu thập các số
liệu quan trắc thực tế và ứng dụng để tính toán đánh giá an toàn cho đập được
nghiên cứu.


16
1.6. Kết luận chương 1
Do những ưu điểm về vật liệu và công nghệ xây dựng nên đập đất được ứng dụng
rộng rãi trên thế giới cũng như ở Việt Nam. Tuy nhiên do đất là vật liệu xốp, dễ
thấm nước và dễ biến dạng nên khi làm việc đập đất chịu nhiều tác động bất lợi do
thấm và biến dạng của thân và nền đập gây ra. Do đó việc bố trí các thiết bị để quan
trắc thấm và biến dạng của đập đất để từ đó đánh giá được mức độ làm việc an toàn
của công trình là rất cần thiết.
Tuy nhiên, do nhiều lý do khác nhau, hệ thống thiết bị quan trắc đập đất ở Việt
Nam hiện nay còn nhiều khiếm khuyết, thiếu đồng bộ, chưa được bảo dưỡng và sử
dụng đúng quy trình; số liệu quan trắc cũng chưa được xử lý và sử dụng kịp thời
cho công tác quản lý đập.
Luận văn hướng tới làm rõ việc sử dụng số liệu quan trắc để đánh giá an toàn đập
và ứng dụng cho một công trình cụ thể trong thực tế.


17
CHƯƠNG 2
CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA VIỆC SỬ DỤNG TÀI LIỆU QUAN TRẮC
TRONG ĐÁNH GIÁ AN TOÀN ĐẬP ĐẤT.

2.1. Các nội dung quan trắc trong đập đất

Các nội dung quan trắc đập đất được thể chế hóa trong tiêu chuẩn Việt Nam:
“Công trình thủy lợi – Các quy định chủ yếu về thiết kế, bố trí thiết bị quan trắc
cụm công trình đầu mối ” – TCVN 8215:2009 [1].
2.1.1. Quan trắc thấm
Nội dung quan trắc thấm gồm :
- Quan trắc độ cao mực nước thượng lưu của đập hồ chứa và công trình
chắn nước bằng vật liệu có tính thấm; trước sau mặt cắt bố trí thiết bị đo; trước sau
công trình xả, cống lấy nước, v.v ;
- Quan trắc đường bão hoà;
- Quan trắc áp lực nước thấm lên công trình;
- Quan trắc lưu lượng thấm.
2.1.2. Quan trắc chuyển vị
Nội dung quan trắc chuyển vị gồm :
- Quan trắc lún mặt, lún của từng lớp đất trong thân khối đắp và nền (lún
sâu);
- Quan trắc chuyển vị ngang, nghiêng, lệch;
- Quan trắc độ mở rộng hay thu hẹp của khớp nối, khe hở.
Để quan trắc được chuyển vị có thể dùng thước, dùng máy để đo sự dịch
chuyển của đất thân đập.
2.1.3. Quan trắc ứng suất trong thân đập và nền đập
- Quan trắc ứng suất trong thân đập và nền đập đất chỉ tiến hành đối với các
loại đập cấp I và cấp II trở lên. Có thể áp dụng 2 phương pháp: Quan trắc trực tiếp
trị số ứng suất hoặc quan trắc trị số biến dạng sau đó tính toán bằng lý thuyết đàn
hồi hoặc dẻo để xác định ứng suất.