Nghiên cứu giải pháp xử lý sự cố thấm đập đất, ứng dụng cho công trình hồ chứa nước Bản Muông, thành phố Sơn La

LỜI CẢM ƠN
Luận văn thạc sĩ chuyên ngành Địa kỹ thuật xây dựng với đề tài: “Nghiên
cứu giải pháp xử lý sự cố thấm đập đất, ứng dụng cho công trình hồ chứa nước
Bản Muông, thành phố Sơn La”
được hoàn thành với sự giúp đỡ tận tình của các
Thầy giáo, Cô giáo trong Bộ môn Địa kỹ thuật, Khoa Công trình, Trường đại học
Thủy lợi cùng các bạn bè và đồng nghiệp.
Tác giả xin chân thành cảm ơn các Thầy giáo, Cô giáo, Gia đình, Bạn bè &
Đồng nghiệp đã tạo điều kiện cho tác giả trong suốt quá trình học tập và thực hiện
luận văn tốt nghiệp. Đặc biệt tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đế
n TS. Bùi Văn
Trường, các thầy cô giáo là đồng nghiệp của tác giả trong Bộ môn Địa kỹ thuật,
Khoa Công trình, Trường Đại học Thủy lợi, các nhà chuyên môn đang công tác tại
Hội đập lớn Việt Nam, Viện Thủy công – Viện khoa học thủy lợi Việt Nam, Công
ty tư vấn địa kỹ thuật – Tổng công ty xây dựng thủy lợi Việt Nam (HEC) đã tận
tình hướng dẫn, giúp đỡ, tạo điều kiệ
n thuận lợi để tác giả hoàn thành luận văn tốt
nghiệp.
Tuy đã có những cố gắng nhất định, nhưng do thời gian có hạn và trình độ
còn hạn chế, vì vậy cuốn luận văn này còn nhiều thiếu sót. Tác giả kính mong Thầy
giáo, Cô giáo, Bạn bè & Đồng nghiệp góp ý để tác giả có thể tiếp tục học tập và
nghiên cứu hoàn thiện đề tài.
Xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày tháng 08 năm 2014
Tác gi
ả luận văn


Nguyễn Trung Kiên

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

BẢN CAM KẾT

Kính gửi: Ban Giám hiệu Trường Đại học Thủy lợi
Phòng Đào tạo Đại học và Sau Đại học – Trường Đại học Thủy lợi

Tên tôi là: Nguyễn Trung Kiên
Học viên cao học lớp: 21ĐKT
Chuyên ngành: Địa kỹ thuật xây dựng
Mã học viên: 128580204028
Theo Quyết định số 116/QĐ – ĐHTL ngày 23/01/2014 của Hiệu trường
Trường Đại học Thủy lợi, về việc giao đề tài luận vă
n và cán bộ hướng dẫn cho học
viên cao học đợt 1 năm 2014, tôi đã được nhận đề tài “Nghiên cứu giải pháp xử lý
sự cố thấm đập đất, ứng dụng cho công trình hồ chứa nước Bản Muông, thành
phố Sơn La” dưới sự hướng dẫn của thầy giáo TS. Bùi Văn Trường.
Tôi xin cam đoan luận văn là kết quả nghiên cứu của tôi, không sao chép của
ai. Nội dung luận văn có tham khả
o và sử dụng các tài liệu, thông tin được đăng tải
trên các tài liệu và các trang website theo danh mục tài liệu tham khảo của luận văn.
Hà Nội, ngày tháng 08 năm 2014
Tác giả luận văn



Nguyễn Trung Kiên
MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ SỰ CỐ ĐẬP ĐẤT VÀ TÌNH HÌNH NGHIÊN
CỨU THẤM CÔNG TRÌNH ĐẬP 4
1.1. Tình hình xây dựng đập đất trên thế giới và ở Việt Nam 4
1.1.1. Tình hình xây dựng đập đất trên thế giới 4
1.1.2. Tình hình xây dựng đập đất ở Việt Nam 7
1.2. Tổng quan về sự cố công trình đập 10
1.2.1. Nguyên nhân khách quan 11
1.2.2. Nguyên nhân chủ quan 11
1.2.3. Một số sự cố vỡ đập điển hình trên thế giới 13
1.2.4. Một số sự cố công trình đập ở Việt Nam 18
1.3. Tình hình nghiên cứu về thấm ở thân và nền đập 22
1.4. Kết luận chương 1 24
CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP XỬ LÝ SỰ CỐ ĐẬP ĐẤT DO THẤM25
2.1. Cơ sở lý thuyết thấm 25
2.1.1. Tầm quan trọng của lý thuyết thấm 25
2.1.2. Nguyên nhân gây ra thấm 26
2.1.3. Phân loại dòng thấm 26
2.1.4. Phân loại môi trường thấm 29
2.1.5. Định luật thấm cơ bản 30
2.2. Ph
ương pháp giải bài toán thấm 32
2.2.1. Phương pháp giải tích 32
2.2.2. Phương pháp mô hình 36
2.2.3. Phân tích thấm bằng mô hình số 39
2.3. Giải pháp phòng chống thấm cho công trình đập 42
2.3.1. Sân phủ chống thấm thượng lưu (sân trước) 42
2.3.2. Tường chống thấm bằng các loại vật liệu mới như màng HDPE, thảm sét địa
kỹ thuật 43

2.3.3. Giải pháp chống thấm bằng tường răng kết hợp lõi giữa 44
2.3.4. Chân khay chống thấm 45
2.3.5. Cừ chống thấm 46
2.3.6. Giải pháp chống thấm bằng tường hào Bentonite 47
2.3.7. Chống thấm bằng khoan phụt truyền thống 48
2.3.8. Giải pháp chống thấm bằng cọc xi măng - đất(XMĐ)[9] 50
2.4. Các giải pháp xử lý sự cố do thấm cho công trình đập 51
2.4.1. Xử lý bằng phương pháp khoan phụt chống thấm[15] 52
2.4.2. Xử lý b
ằng phương pháp thi công tường hào chống thấm trong thân đập[11]52
2.4.3. Xử lý bằng phương pháp thi công cọc xi măng đất 53
2.4.4. Xử lý bằng sân phủ và tường nghiêng chống thấm 54
2.4.5. Xử lý bằng cừ chống thấm 55
2.5. Đánh giá, lựa chọn giải pháp xử lý sự cố do thấm 55
2.6. Kết luận chương 2 56
CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ XỬ LÝ SỰ CỐ ĐẬP ĐẤT HỒ CHỨA NƯỚC BẢN
MUÔNG – THÀNH PHỐ SƠN LA 58
3.1. Giới thiệu công trình 58
3.1.1. Điều kiện địa chất công trình 59
3.1.2. Điều kiện địa chất thủy văn 65
3.1.3. Kết quả đo địa vật lý 67
3.1.4. Đánh giá điều kiện địa chất công trình 70
3.2. Sự cố công trình 71
3.3. Nguyên nhân sự cố 72
3.3.1. Phương pháp khảo sát xác định nguyên nhân 72
3.3.2. Kết quả xác định nguyên nhân 73
3.3.3. Đánh giá nguyên nhân 74
3.4. Phân tích lựa chọn giải pháp xử lý sự cố do thấm 74
3.5. Thiế
t kế phương án xử lý sự cố 75

3.5.1. Cơ sở thiết kế phương án xử lý 75
3.5.2. Yêu cầu chung của thiết kế phương án xử lý 75
3.5.3. Khoan phụt thí nghiệm 80
3.5.4. Thiết kế khoan phụt xử lý sự cố do thấm 82
3.5.5. Công tác kiểm tra 88
3.5.6. Một số yêu cầu kỹ thuật chi tiết 89
3.5.7. Hồ sơ hoàn công 89
3.5.8. An toàn lao động 90
3.6. Xử lý khớp nối cống và bê tông thành cống 90
3.6.1. Giải pháp kỹ thuật và phương án xử lý 90
3.6.2. Biện pháp kỹ thuật sửa chữa chi tiết của phương án 91
3.7. Tính toán kiểm tra ổn
định thấm trước và sau khoan phụt xử lý sự cố thấm –
Công trình Hồ chứa nước Bản Muông, thành phố Sơn La 92
3.7.1. Giới thiệu Module SEEP/W trong phân tích thấm 92
3.7.2. Giải bài toán thấm bằng phương pháp phần tử hữu hạn[7] 94
3.7.3. Phân tích lựa chọn mặt cắt và trường hợp tính toán 95
3.7.4. Cơ sở số liệu 96
3.7.5. Xây dựng mô hình bài toán 96
3.7.6. Phân tích kết quả tính toán 97
3.8. Kết luận chương 3 100
KẾT LUẬN 101
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

CHƯƠNG 1
Hình 1.1. Các loại đập trên thế giới 4
Hình 1.2. Đập đất Hirakud, Orissa, India[24] 6
Hình 1.3. Đập đất Nurek, Tajikistan[28] 6
Hình 1.4. Đập đất Oroville, California, United States[29] 7
Hình 1.5. Đập thủy điện Hòa Bình[2] 9

Hình 1.6. Đập Ea súp – Đắc Lắk[10] 10
Hình 1.7. Đập Núi Cốc – Thái Nguyên[10] 10
Hình 1.8. Sự cố vỡ đập Teton, Hoa Kỳ 13
Hình 1.9. Cảnh tượng vỡ đập Teton, Hoa Kỳ 15
Hình 1.10. Phần đập đất Delhi bị xói dữ dội 16
Hình 1.11. Vỡ đập Cocal da Estacao, Brasil 16
Hình 1.12. Vỡ đập Situ Gintung 17
Hình 1.13. Đập Bản Kiều sau thảm họa - Ảnh: litverse 18
Hình 1.14. Tràn xả lũ Dầu Tiếng[10] 18
Hình 1.15. Đập Suối Hành, Cam Ranh, Khánh Hòa[22] 19
Hình 1.16. Hồ chứa nước Suối Trầu, Ninh Hòa, Khánh Hòa[23] 21
Hình 1.17. Các loại đập đất[21] 22
CHƯƠNG 2
Hình 2.1. Sơ đồ áp lực thấm tác dụng lên bản đáy đặt ngay trên mặt nền…………32
Hình 2.2. Sơ đồ phân miền thấm theo phương pháp hệ số sức kháng 33
Hình 2.3. Sơ đồ tính thấm theo phương pháp tỷ lệ đường thẳng 36
Hình 2.4. Sơ đồ lưới sai phân 39
Hình 2.5. Lưới sai phân và các loạ
i ô trong mô hình 40
Hình 2.6. Sơ đồ phần tử tam giác 40
Hình 2.7. Minh họa khả năng làm việc của SEEP/W 42
Hình 2.8. Bố trí sân trước bằng đất sét 43
Hình 2.9. Giải pháp đắp sân phủ thượng lưu 43
Hình 2.10. Màng địa kỹ thuật chống thấm GCL và HDPE[14] 44
Hình 2.11. Sơ đồ thấm qua đập có tường lõi + chân răng 44
Hình 2.12. Các hình thức bố trí chân khay 46
Hình 2.13. Cấu tạo và kích thước một số bản cừ bằng bê tông cốt thép 46
Hình 2.14. Tường hào chống thấm bằng Bentonite 47
Hình 2.15. Thi công tường chống thấm bằng biện pháp đào hào trong 48
Hình 2.16. Nguyên lý một số công nghệ khoan phụt chống thấm cho 49

Hình 2.17. Nút phụt đơn và nút phụt kép[5] 49
Hình 2.18. Sơ đồ tường cọc xi măng đất 51
Hình 2.19. Sơ đồ giải pháp xử lý sự cố do thấm trong đập đất 56
Hình 2.20. Sơ đồ trình tự xử lý sự cố thấm trong đập đất 56
CHƯƠNG 3
Hình 3.1. Đập Bản Muông – Thành phố Sơn La 58
Hình 3.2. Đổ chất chỉ thị màu trong hố khoan 66
Hình 3.3. Chất chỉ thị từ hố khoan chảy qua hang thấm, 66
Hình 3.4. Đo địa vật lý tìm vùng dị thường ở thân đập và nền đập 68
Hình 3.5. Sơ đồ đo sâu điện bằng thiết bị kiểu Slumbeger 68
Hình 3.6. Mặt cắt đẳng ôm tuyến dọc bên trái cống ngầm 69
Hình 3.7. Mặt cắt điện ngang cống ngầm tuyến T1 (cắt qua hố khoan KM2) 69
Hình 3.8. Mặt cắt điện ngang cống ngầm tuyến T2 (cắt qua hố khoan KM3) 69
Hình 3.9. Mặt cắt điện ngang cống ngầm tuyến T3 (cắt qua hố khoan KM4) 70
Hình 3.10. Mặt c
ắt điện ngang cống ngầm tuyến T4 (cắt qua điểm đo sâu ds14) 70
Hình 3.11. Sự cố tại vị trí tháp van công trình Hồ chứa nước Bản Muông 72
Hình 3.12. Mặt cắt địa chất công trình dọc tuyến bên trái cống ngầm 73
Hình 3.13. Kiểm tra, đánh giá hiện trạng tại vị trí khớp nối thứ 2 kể từ tháp van 74
Hình 3.14. Sơ đồ bố trí các hố khoan phụt thí nghiệm 81
Hình 3.15. Sơ đồ khoan phụt 84
Hình 3.16. Các sơ đồ
của bài toán thấm trong SEEP/W[13] 93
Hình 3.17. Cơ sở lý thuyết của SEEP/W 93
Hình 3.18. Chia phần tử hữu hạn 94
Hình 3.19. Mô hình tính toán ổn định thấm dọc mang bên trái cống ngầm 96
Hình 3.20. Mô hình tính toán ổn định thấm dọc mang bên phải cống ngầm 96
Hình 3.21. Mô hình tính toán ổn định thấm dọc mang bên trái cống ngầm 96
Hình 3.22. Mô hình tính toán ổn định thấm dọc mang bên phải cống ngầm 97
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

CHƯƠNG 1
Bảng 1.1. Thống kê đập đất cao trên thế giới (ICOLD) 5
Bảng 1.2. Các hồ chứa thủy lợi, thủy điện quan trọng[6] 8
CHƯƠNG 2
Bảng 2.1. Hệ số phụ thuộc tính chất đất nền C 35
CHƯƠNG 3
Bảng 3.1. Bảng tổng hợp chỉ tiêu cơ lý của lớp 2 (tuyến cống ngầm) 60
Bảng 3.2. Bảng tổng hợp chỉ
tiêu cơ lý của lớp 3 (tuyến cống ngầm) 61
Bảng 3.3. Bảng tổng hợp chỉ tiêu cơ lý của lớp 4 (tuyến cống ngầm) 62
Bảng 3.4. Bảng tổng hợp chỉ tiêu cơ lý của lớp 2 (tuyến tim ngang đập) 64
Bảng 3.5. Kết quả thí nghiệm thấm đất đắp thân đập và nền đập 67
Bảng 3.6. Thành phần vữa xi măng-sét ổn định 78
Bảng 3.7. Chọn nồng độ vữ
a phụt 78
Bảng 3.8. Kết quả tính toán thấm trước và sau khi khoan phụt 99

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU

h : Cột nước tổng
u : Áp lực nước lỗ rỗng
w
γ
: Trọng lượng riêng của nước
v : Vận tốc dòng thấm
g : Gia tốc trọng trường
Z : Cột nước thế
'
σ

: Ứng suất hiệu quả
σ

: Ứng suất tổng
Q : Lưu lượng dòng thấm
K : hệ số thấm
hΔ
: Chênh lệch cột nước
l : Chiều dài dòng thấm
F : Tiết diện ướt của dòng thấm
J : Độ dốc thủy lực (Gradient thấm)
R : Hệ số Reynolds
d : Đường kính hiệu dụng của hạt đất
e : Hệ số rỗng của đất
ν

: Hệ số nhớt động học
ξ
i
: Hệ số sức kháng
q : Lưu lượng thấm đơn vị
L
tt
: Chiều dài tính toán của dòng thấm
L
đ
: Chiều dài tổng cộng của các đoạn đường viền thấm
đứng hoặc nghiêng góc >45
o

so với phương ngang
L
n
: Chiều dài tổng cộng của các đoạn đường viền nằm
ngang, hoặc nghiêng góc α < 45
0
so với phương ngang
H : Độ chênh lệch mực nước thượng, hạ lưu
C : Hệ số phụ thuộc tính chất đất nền
J
đ
: Gradient thấm theo phương đứng
v
đ
: Vận tốc thấm theo phương đứng
J
n
: Gradient thấm theo phương ngang
v
n
: Vận tốc thấm theo phương đứng
T : Chiều dài bình quân của tầng thấm
m : Hệ số mái của đập ở thượng, hạ lưu
Q
xả
: Lưu lượng thiết kế của tràn xả lũ
W : Độ ẩm của đất
ρ
: Khối lượng thể tích tự nhiên
ρ

k

: Khối lượng thể tích khô
Δ
: Khối lượng riêng
e : Hệ số rỗng
n : Độ lỗ rỗng
G : Độ bão hòa
W
l
: Giới hạn chảy
W
p
: Giới hạn dẻo
I
p
: Chỉ số dẻo
I
s
: Chỉ số chảy
C
t
t
: Lực dính kết
ϕ
tt

: Góc ma sát trong
a
1-2

: Hệ số nén lún
E
1-2
: Mô đun biến dạng tổng
P
tkế
: Áp lực phụt thiết kế tối đa cho đoạn phụt
<N> : Hàm dạng của phần tử
{X}, {Y} : Tọa độ của các điểm nút phần tử
[B] : Ma trận Gradient
[C] : Ma trận hệ số thấm của phần tử
{H} : Cột nước tại các điểm nút
<M> : Ma trận khối lượng
[K] : Ma trận cứng(K)
{Q} : Vector lưu lượng nút

1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
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 có giá thành hạ nên là
loại đập được ứng dụng rộng rãi nhất trong hầu hết các n
ước[18].
Đập đất là loại đập có ưu điểm tận dụng được vật liệu tại chỗ, sẵn có ở nơi
xây dựng công trình, giá thành xây dựng rẻ so với các loại đập khác có cùng quy
mô. Tuy nhiên, đập đất cũng chứa đựng nhiều rủi ro, dễ xảy ra sự cố mất an toàn
cho đập nếu công tác thiết kế và thi công không đảm bảo các yêu cầu trong xử lý
nền móng, chọn kết cấu
đập, quy hoạch vật liệu đất đắp hợp lý, đầm nén đảm bảo

độ chặt và độ đồng đều của từng lớp đắp… Nguyên nhân gây mất an toàn hồ chứa
xây dựng bằng đập vật liệu địa phương theo thống kê do thấm gây ra chiếm một tỷ
lệ khá lớn.
Trên cả nước có gần 7.000 hồ chứa thủy lợi, thủy điện đang hoạt động, các
hồ chứa này đã phát huy hiệu quả, góp phần quan trọng trong phát triển kinh tế - xã
hội, đặc biệt là phát triển nông nghiệp, ổn định đời sống nhân dân[17]. Qua nhiều
năm trong công tác khảo sát, thiết kế, thi công, quản lý vận hành công trình và khắc
phục các sự cố, cùng với sự phát triển của công nghệ mới… đã rút được nhiều kinh
nghiệm trong công tác xây dựng đập đất, cho nên đã khắc phục được những tồn tại
và thiếu sót trước đây và không ngừng phát triển lớn mạnh về m
ọi mặt. Tuy nhiên,
chúng ta cũng cần phải xem xét đánh giá nguyên nhân gây sự cố thấm qua đập, để
nghiên cứu đề ra những giải pháp, công nghệ xử lý chống thấm hiệu quả, nhằm
khắc phục, hạn chế những sự cố xảy ra.
Hồ chứa nước Bản Muông, thành phố Sơn La được Bộ Nông nghiệp và Phát
triển Nông thôn phê duyệt thiết kế kỹ thuật, tổng dự toán theo Quyết
định số
2390/QĐ-BNN/ĐTXDCB ngày 01/7/1999. Công trình đã xây dựng hoàn thành và
đưa vào sử dụng từ năm 2004.
Ngày 25/6/2013, Công ty Cổ phần khai thác công trình thủy lợi tỉnh Sơn La
(đơn vị quản lý vận hành) báo cáo đã phát hiện một hố sụt tiếp giáp với tháp cống

2
lấy nước phía vai tả đập, có đường kính khoảng 0,80 m, sâu khoảng 2,10 m nằm
trên mực nước hồ hiện tại 1,66 m (mực nước hồ tại thời điểm đó ở cao trình 795,40
m cách cao trình tràn xả lũ 2,66 m).
Để đảm bảo cho sự an toàn của công trình trong quá trình vận hành khai thác
sau này, cần xác định được nguyên nhân của hiện tượng nói trên, từ đó đề ra biện
pháp xử lý hữu hiệu và kinh tế. Chính vì vậy, đề tài nghiên cứu c
ủa luận văn được

đặt ra là: “Nghiên cứu giải pháp xử lý sự cố thấm đập đất, ứng dụng cho công
trình hồ chứa nước Bản Muông, thành phố Sơn La” cũng nhằm giải quyết
những vấn đề trên.
2. Mục đích nghiên cứu
Mục đích chính của đề tài là nghiên cứu nguyên nhân gây ra sự cố và cơ sở
lý thuyết thấm để lựa chọn, đề xuấ
t phương pháp tính toán và giải pháp phù hợp xử
lý sự cố thấm đập đất, từ đó ứng dụng cho công trình cụ thể Hồ chứa nước Bản
Muông, thành phố Sơn La.
3. Nội dung nghiên cứu
Đề tài sẽ chủ yếu tập trung nghiên cứu những nội dung sau:
- Sự cố và các nguyên nhân gây sự cố công trình đập;
- Cơ sở lý thuyết thấm và phương pháp giải bài toán thấm;
- Các giải pháp xử lý sự cố do th
ấm cho công trình đập đất;
- Nguyên nhân gây ra và giải pháp xử lý sự cố công trình hồ chứa nước Bản
Muông, thành phố Sơn La.
4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu sự cố thấm của đập đất, công nghệ chống thấm và ứng dụng
công nghệ chống thấm cho Hồ chứa nước Bản Muông – thành phố Sơn La.
5. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp thu thập, tổng hợp và phân tích tài liệu thực tế
(tài liệu khảo
sát địa chất, tài liệu thiết kế, tài liệu hoàn công…) để làm rõ nguyên nhân gây sự cố
công trình đập đất;
- Phân tích và tính toán lý thuyết để lựa chọn phương pháp tính toán, giải
pháp hợp lý xử lý sự cố thấm đập đất;

3
- Phương pháp phần tử hữu hạn, phương pháp mô hình số với việc sử

dụng phần mềm Geo-slope để phân tích bài toán thấm, xác định nguyên nhân,
kiểm tra ổn định thấm của đập.
6. Kết quả đạt được
- Chỉ rõ nguyên nhân dẫn đến sự cố công trình đập đất;
- Đề xuất phương pháp tính toán và giải pháp phù hợp xử lý sự cố thấm đập
đất theo hướng trước mắ
t và lâu dài đảm bảo an toàn công trình;
- Kết quả ứng dụng thiết kế giải pháp xử lý sự cố do thấm cho công trình
thực tế: Hồ chứa nước Bản Muông, thành phố Sơn La.
7. Cơ sở tài liệu luận văn
- Báo cáo kết quả khảo sát, kiểm tra, đánh giá hiện trạng sự cố công trình;
- Bài giảng Thấm và công trình đất – Bộ môn Địa kỹ thuật - Trường đại học
Thuỷ lợi;
- Hồ sơ thiết kế bản vẽ thi công hồ chứa nước Bản Muông do Trung tâm
khoa học & Triển khai kỹ thuật Thuỷ lợi – Trường đại học Thuỷ lợi;
- Một số sự cố công trình thủy lợi ở Việt Nam và các biện pháp xử lý;
- Quy trình xác định độ thấm nước của đá bằng phương pháp thí nghiệm đổ
nước và ép nước vào hố khoan;
- Quy phạm kỹ thuật an toàn trong xây dự
ng TCVN 5308-91;
- Tiêu chuẩn kỹ thuật khoan phụt xi măng vào nền đá TCVN 8645:2011;
- Công trình thủy lợi – Yêu cầu kỹ thuật khoan phụt vữa gia cố đê TCVN
8644:2011;
- Tiêu chuẩn ngành 14TCN72 – 2002: Nước dùng cho bê tông thủy công –
Các yêu cầu kỹ thuật.

4
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ SỰ CỐ ĐẬP ĐẤT VÀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU THẤM
CÔNG TRÌNH ĐẬP

1.1. Tình hình xây dựng đập đất trên thế giới và ở Việt Nam
1.1.1. Tình hình xây dựng đập đất trên thế giới
Theo thống kê của Hội đập lớn thế giới (ICOLD), trên thế giới có khoảng
39.188 đập[25].

Hình 1.1. Các loại đập trên thế giới
Trong đó, đập đất chiếm 62% (với 24.395 đập). Lý do đập đất là phổ biến vì
nó có cấu tạo đơn giản, vững chắc, có khả năng cơ giới hóa cao trong thi công và
trong đa số các trường hợp. Ngoài ra, nhờ sự phát triển của nhiều lĩnh vực khoa học
như Cơ học đất, lý thuyết thấm, địa chất thủy văn, địa chất công trình… c
ũng như
ứng dụng rộng rãi của công nghệ chống thấm, cơ giới hóa trong thi công cho nên
đập đất ngày càng có xu hướng phát triển mạnh.

5
Bảng 1.1. Thống kê đập đất cao trên thế giới (ICOLD)
Tên đập
Chiều cao
(m)
Quốc gia
ROGUN (C) 335 Tajikistan
NUREK 300 Tajikistan
MANUEL MORENO TORRES (CHICOASÉN) 262 Mexico
TEHRI (THDC) 260 India
BADOOSH 256 Iraq
MICA 243 Canada
OROVILLE 235 United States of America
BEKHME (C) 230 Iraq
IRAPÉ 209 Brazil

ITAIPU 196 Paraguay/Brazil
SEVEN OAKS DAM 193 United States of America
NEW MELONES 190 United States of America
LA PAROTA 189 Mexico
TUPOLANG/MUSH 188 Uzbekistan
EL CAJÓN 186 Mexico
MAOPINGXI 185 China
BENNETT W.A.C. 183 Canada
DON PEDRO MAIN 178 United States of America
SIKIA (C) 170 Greece
CHANGLING 170 China

6

Hình 1.2. Đập đất Hirakud, Orissa, India[24]


Hình 1.3. Đập đất Nurek, Tajikistan[28]

7

Hình 1.4. Đập đất Oroville, California, United States[29]
1.1.2. Tình hình xây dựng đập đất ở Việt Nam
1.1.2.1. Sự phát triển hồ đập ở Việt Nam
Việt Nam có hơn 2.360 con sông có chiều dài từ 10 km trở lên, trong đó có
109 sông chính. Toàn quốc có 16 lưu vực sông với diện tích lưu vực lớn hơn 2.500
km
2
, 10/16 lưu vực có diện tích trên 10.000 km
2

. Tổng diện tích các lưu vực sông
trên cả nước lên đến trên 1.167.000 km
2
, trong đó, phần lưu vực nằm ngoài diện
tích lãnh thổ chiếm đến 72%[16]. Tiềm năng khai thác hợp lý về thủy điện của cả
nước ước khoảng 60 tỷ KWh. Có các hệ thống sông như sông Đồng Nai, sông
Hồng, sông Đáy, sông Mê Kông, sông Cả, sông Mã…Điều kiện tự nhiên này thuận
lợi trong việc xây dựng và khai thác các hồ chứa nước để đáp ứng nhu cầu nước và
năng lượng cho dân sinh và các ngành kinh t
ế.

8
Theo thống kê của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, tính đến năm 2002,
cả nước ta có 1967 hồ (dung tích mỗi hồ trên 2.10
5
m
3
). Trong đó có 10 hồ thủy điện có
dung tích 19 tỷ m
3
, còn lại là 1957 hồ thủy nông với dung tích 5.842 tỷ m
3
[16].
1.1.2.2. Đập vật liệu địa phương ở Việt Nam
Đập vật liệu địa phương của Việt Nam tương đối đa dạng. Đập đất được đắp
bằng các loại đất: Đất pha tàn tích, đất bazan, đất ven biển. Phần lớn các đập ở miền
Bắc và miền Trung được xây dựng theo hình thức đập đất, đồng chất hoặc đập
nhiều khối có thiế
t bị chống thấm tường nghiêng, tường tâm, chân khay… Một số
năm gần đây sử dụng một công nghệ mới như tường lõi chống thấm bằng các tấm

bê tông cốt thép liên kết khớp ở đập Tràng Vinh, thảm sét Bentonite ở đập Núi Một,
hào Bentonite ở đập Eaksup Đắk Lắk, Hồ Dầu Tiếng, Hồ Đá Đen…
Bảng 1.2. Các hồ chứa thủy lợi, thủy điện quan tr
ọng[6]
STT
Lưu vực
sông
Số lượng
hồ chứa
Tên hồ chứa
1 Hồng 8
Sơn La, Hòa Bình, Thác Bà, Tuyên Quang,
Huổi Quảng, Bản Chát, Nậm Na 3 và Lai Châu
2 Mã 5
Cửa Đạt, Hủa Na, Trung Sơn, Pa Ma và Huổi
Tạo
3 Cả 4 Bản Vẽ, Khe Bố, Bản Mồng và Ngàn Trươi
4 Hương 4
Bình Điền, Hương Điền, Tả Trạch và A Lưới
(trên sông A Sáp thuộc lưu vực sông Sê Kông)
5
Vu Gia –
Thu Bồn
6
A Vương, Đắk Mi 4, Sông Tranh 2, Sông Bung
2, Sông Bung 4 và Đắk Mi 1)
6 Trà Khúc 2 Đak Đrinh và Nước Trong
7
Kôn – Hà
Thanh

3
Vĩnh Sơn A – Vĩnh Sơn B, Bình Định và Núi
Một
8 Ba 5
Sông Ba Hạ, Sông Hinh, Krông Hnăng, Ayun
Hạ và cụm hồ An Khê – Kanak

9
STT
Lưu vực
sông
Số lượng
hồ chứa
Tên hồ chứa
9 Sê San 5
Plêy Krông, Ialy, Sê San 4, Thượng Kon Tum
và Sê San 4A
10 Srêpốk 6
Buôn Tua Srah, Buôn Kuốp, Srêpốk 3, Srêpốk
4, Đức Xuyên và Srêpốk 7
11 Đồng Nai 13
Dầu Tiếng, Trị An, Thác Mơ, Đơn Dương,
Hàm Thuận – Đa Mi – Cầu Đơn, Đại Ninh,
Đồng Nai 2, Đồng Nai 3, Đồng Nai 4, Srok
Phu Miêng và Phước Hòa



Hình 1.5. Đập thủy điện Hòa Bình[2]

10

Hình 1.6. Đập Ea súp – Đắc Lắk[10]

Hình 1.7. Đập Núi Cốc – Thái Nguyên[10]
1.2. Tổng quan về sự cố công trình đập
Việc xây dựng hồ, đập mang lại nhiều lợi ích cuộc sống cho con người. Tuy
nhiên, cùng với thời gian khai thác, các công trình bị xuống cấp và hư hỏng gây ra
nhiều thiệt hại nghiêm trọng.
Trong lịch sử xây dựng đập đất trên thế giới, cũng như Việt Nam đến nay đã
chứng kiến nhiều sự cố do thấ
m gây thiệt hại lớn về người và của. Những sự cố
thường gặp và nguyên nhân gây ra sự cố ở đập đất như sau[12]:

11
1.2.1. Nguyên nhân khách quan
Những nguyên nhân khách quan có thể gây ra sự cố cho đập đất phải kể đến
các đặc điểm về khí hậu, địa hình, địa chất… Các nguyên nhân khách quan sau
thường được đề cập đến trong các sự cố thường gặp ở đập đất:
- Lũ vượt tần suất thiết kế, không có tràn xả lũ dự phòng;
- Cửa đập tràn bị kẹt;
-
Hỏng khớp nối của công trình;
- Cống bị thủng;
- Thiết bị tiêu nước bị tắc;
- Lún đột biến do chất lượng nền kém;
- Nước hồ chứa dâng cao đột ngội gây ra tải trọng trên mái đập thượng lưu
tăng đột biến;
- Nước hồ rút xuống nhanh gây ra giảm tải đột ngột trên mái thượng lưu;
- Nền đậ

p bị lún trên chiều dài dọc tim đập;
- Địa chất nền đập xấu, không xử lý được;
- Thiết bị tiêu nước bị tắc làm dâng cao đường bão hòa;
- Tiêu thoát nước mưa trên mặt mái hạ lưu không tốt, khi mưa kéo dài toàn
thân đập bị bão hòa nước ngoài dự kiến của thiết kế.
1.2.2. Nguyên nhân chủ quan
1.2.2.1. Nguyên nhân về khảo sát
Công tác khảo sát địa hình, địa chất đóng vai trò quan trọng trong việc cung
cấp tài liệu cho thiết kế, thi công.
Công tác khảo sát địa chất công trình nhằm đánh giá điều kiện địa chất công
trình khu vực xây dựng và đề xuất các giải pháp xử lý các vấn đề địa chất công trình
có thể gặp trong quá trình thiết kế, thi công. Một số sai sót trong quá trình khảo sát
địa chất công trình có thể dẫn đến các sự cố như:
- Đánh giá sai tình hình địa chất nền, để sót lớp thấm mạnh không đượ
c xử lý;
- Kết quả khảo sát sai với thực tế, cung cấp sai các chỉ tiêu cơ lý, do khảo sát
sơ sài, khối lượng khảo sát thực hiện ít, không thí nghiệm đầy đủ các chỉ tiêu

12
cơ lý cần thiết, từ đó đánh giá sai chất lượng đất đắp, đất đắp đập có tính chất
đặc biệt (tính trương nở tự do mạnh, lún ướt lớn hoặc tan rã mạnh) nhưng khi
khảo sát không phát hiện ra, hoặc có phát hiện ra nhưng thiết kế kết cấu đập
không hợp lý;
- Đắp đất công trình không đảm bảo chất lượng: chất lượng đất đắp không
được l
ựa chọn kỹ, không dọn vệ sinh sạch sẽ để loại bỏ các tạp chất trước khi
đắp đất, đầm nện không kỹ; hàm lượng cát, bụi dăm sạn nhiều, hàm lượng
sét ít, đất bị tan rã mạnh.
1.2.2.2. Nguyên nhân về thiết kế
Một trong những nguyên nhân trong các sự cố công trình đập là sai sót trong

khâu tính toán thiết kế công trình:
- Tính toán thủy văn sai: Mưa gây ra lũ tính nhỏ, lưu lượng đỉnh lũ nhỏ; t
ổng
lượng lũ nhỏ hơn thực tế; các dạng lũ thiết kế không phải là bất lợi; thiếu khu
vực; lập đường cong dung tích hồ W = f(H) lệch về phía lớn, lập đường
cong khả năng xả lũ của đập tràn Q = f(H) sai lệch với thực tế;
- Chọn dung trọng khô thiết kế quá thấp, nên đất sau khi đầm, đất vẫn chưa
đảm bảo độ chặ
t dẫn đến hệ số thấm cao hơn hệ số thấm cho phép của thiết
kế;
- Tính sai cấp bão;
- Thiết kế và thi công không có biện pháp xử lý khớp nối thi công do phân
đoạn đập để đắp trong quá trình thi công;
- Thiết kế chọn tổ hợp tải trọng không phù hợp với thực tế, chọn sai sơ đồ tính
toán ổn định;
1.2.2.3. Nguyên nhân về thi công
Đây là nguyên nhân quan trọng, có
ảnh hưởng lớn đến an toàn đập. Có nhiều
yếu tố trong quá trình thi công có liên quan đến chất lượng đập, cũng như khả năng
xảy ra các sự cố, như:
- Đỉnh đập đắp thấp hơn cao trình thiết kế;
- Biện pháp thiết kế gia cố mái không đủ sức chịu đựng sóng do bão gây ra;

13
- Thi công lớp gia cố kém chất lượng: Kích thước đá lát hoặc tấm bê tông nhỏ
hơn thiết kế; chất lượng đá hoặc bê tông kém; đá lát đặt nằm, không chèn
chặt các hòn đá;
- Đất mái đập thượng lưu đầm nện không chặt, hoặc không xén mái;
- Biện pháp thi công xử lý nền không đảm bảo chất lượng: khoan phụt không
đạt yêu cầu; hót không sạch lớp bồi tích; thi công chân khay, sân phủ kém

dẫn
đến thủng lớp cách nước; không bóc hết lớp thảo mộc ở các vai đập;
- Thi công đắp đập không đúng thiết kế, như: Chiều dày lớp đắp lớn hơn so
với thiết kế, số lần đầm ít hơn thiết kế. Phần tiếp giáp giữa các lớp đắp, các
khối đắp và phần mang cống thường thi công không đảm bảo, độ chặt kém.
1.2.3. Một số sự
cố vỡ đập điển hình trên thế giới
1.2.3.1. Sự cố đập Teton[10]
Đập đất Teton được xây dựng trên sông Teton, bang Idaho, Tây Bắc nước
Mỹ. Đập có chiều cao 93m, chiều dài ở đỉnh 940m, đáy rộng 520m.

Hình 1.8. Sự cố vỡ đập Teton, Hoa Kỳ
Đập Teton là một đập đất ở Idaho, Hoa Kỳ, được xây dựng bởi Cục khai
hoang, một trong 08 cơ quan Liên bang có thẩm quyền để xây dựng đập. Đập nằm
trên sông Teton ở phía đông của bang, giữa Fremont và Madison, nó đã xảy ra sự cố
thảm khốc ngày 05/06/1976 khi nó đang được đắp lần đầu tiên.
Đập được xây dựng phía đông sông Snake trong nhiều năm, để điều tiết dòng
chảy và cung cấp nước phục vụ sinh hoạt vào mùa hè.

14
Địa tầng khu vực xây dựng đập bao gồm đá bazan và đá ryolite, cả hai đều
được coi là không phù hợp cho việc xây dựng đập vì tính thấm cao. Điều này đã
được đánh giá bằng kết quả thí nghiệm địa chất thủy văn. Kết quả khoan khảo sát
địa chất công trình cũng chỉ ra nõn khoan của đá ở đập có nhiều khe nứt và không
ổn định, đặc biệt là phía bên phải của thung lũng. Các kẽ nứt rộng nhất được xác
định lên đến 4,3cm. Đơn vị thi công đã tiến hành khoan phụt tạo màn chống thấm
trong đá.
Đập được hoàn thành vào tháng 11 năm 1975, và quá trình đắp đập được thi
công với lớp dày 0,3m/ngày. Tuy nhiên, tuyết rơi nặng vào mùa đông, và 05 tháng
sau đó, nhà thầu yêu cầu cho phép đắp với khối lượng gấp đôi mỗi ngày, trong khi

tiếp tục kiểm tra các vết rò rỉ và quan trắc mực nước ngầm. Một tháng sau, mặc dù
quan trắc chỉ ra rằng mực nước ngầm đang chảy nhanh hơn tốc độ ban đầu đến
1000 lần, quá trình đắp vẫn được thi công với chiều dày các lớp đắp lên đến
1,2m/ngày.
Ngày 03 và 04/06/1976, ba dòng chảy nhỏ được phát hiện ở hạ lưu của đập,
mặc dù nước chảy qua các vết rò rỉ là khá rõ ràng. Ở thời điểm đó, hồ chứa hầu như
đã tích nước hết công suất. Trường hợp khẩn cấp đã được thông báo khi nó có thể
mang 24m
3
nước/giây.
7 giờ 30 phút sáng ngày 05/06/1976, qua những vết rò rỉ xuất hiện bùn được
cuốn theo, nhưng những người kỹ sư cho rằng đó là vấn đề không đáng quan tâm.
Lúc 9 giờ 30 phút, dòng chảy bề mặt ở hạ lưu của đập đã phát triển một điểm ẩm
ướt bắt đầu xả nước với tốc độ 0,57-0,85m
3
/giây và vật liệu đắp bắt đầu bị rửa trôi.
Lúc 11 giờ 55 phút, đỉnh đập cong võng và sụp đổ mang theo 57.000 m
3
nước và
đất đá đi mỗi giây.
Sự sụp đổ của đập dẫn đến cái chết của 11 người và 13.000 đầu gia súc. Đập
chi phí khoảng 100 triệu USD để xây dựng, và chính phủ liên bang phải trả hơn 300
triệu USD trong khắc phục những sự cố liên quan nó. Tổng số ước tính thiệt hại lên
đến 2 tỷ USD.