Biện pháp chống thấm công trình thủy lợi

Các biện pháp phòng chống thấm
Khi thiết kế, sửa chữa công trình cần nghiên cứu va đưa ra
các giải pháp phòng chống thấm thiên về an toàn vì một số
lý do sau
- Chưa nắm vững điều kiện địa chất và vật liệu nền
- Sự xuống cấp của các thiết bị chống thấm
- Thay đổi chế độ làm việc của đập
- Khó kiểm tra chặt chẽ chất lượng trong quá trình thi công


Các giải pháp chống thấm cho nền đập

Giảm thấm

Theo phương ngang
Theo phương đứng

Thoát nước

Theo phương ngang

Theo phương đứng
Kết hợp hai giải pháp trên

Sân phủ tự nhiên
Sân phủ đất sét
Vật liệu tổng hợp
Phụt vữa
Phụt hai nút
Tường bê tông
Tường bentonite

Tường cừ
Jet grouting
Thoát nước gối phẳng
Thoát nước hành lang
Vật liệu tổng hợp
Giếng giảm áp
Hào giảm áp
Vật liệu tổng hợp


1- Đập nhiều khối
2- Thoát nước ống khói
3- Thoát nước gối phẳng
4- Thiết bị tập trung nước
5- Thoát nước lăng trụ
6- Tường lõi, chân khay
7- Phụt vữa
8- Hào bentonite
9- Phụt vữa trong ống
manchet
10- sân phủ thượng lưu
11- Giêng, hào giảm áp
12- Hành lang
13- Sử lý nền
14- Cơ hạ lưu


• Thoát nước kiểu ống khói:
- Đảm bảo khối đất hạ lưu không bị bão hòa
- Mái hạ lưu có thể làm dốc hơn

- Phòng được xói ngầm
- Có thể bị hỏng khi có biến dạng không đều
- Nếu được thiết kế cẩn thận có thể phòng chống hiện tượng
xói ngầm đối với đất tan rã
- Cần được thiết kế theo tiêu chuẩn thấm và tầng lọc.
• Thiết bị tập trung nước
- Được bố trí tại đáy ống khói tiêu nước.
- Mục đích tập trung nước thừ ống khói
- Thường làm bằng cuội sỏi để đảm bảo khả năng thoát nước


• Thoát nước gối phẳng:
- Bố trí gần mặt nền tự nhiên
- Nối phần ống khói với lăng trụ thoát nước hạ lưu
- Ngăn chặt hiện tượng xói ngầm qua nền
- Khi phần ống khói bị bỏ đi thiết bị gối phẳng thoát cả
nước thấm từ thân đập
- Đảm bảo yêu cầu về thoát nước và tầng lọc
• Thoát nước kiểu băng:
- Nối phần ống khói với lăng trụ thoát nước hạ lưu
- Thường bố trí cách nhau 30m, có độ dốc 3%
- Không đủ để thoát nước nền
- Đảm bảo yêu cầu về thoát nước và tầng lọc
• Thoát nước kiểu lăng trụ (1/3 H)


Một số điểm cần chú ý trong thực tế
• Ống khói cần kéo dài sát tường lõi và chân khay, yêu cầu này
là bắt buộc khi đất đắp đập có tính tan rã và có khả năng
chênh lệch lún giữa các miền trong đập

• Cần bố trí lọc xung quanh cống ngầm tại vị trí cửa ra
• Hê số an toàn (theo khả năng thoát nước lý thuyết) khoảng
30-500 là phù hợp để xét đến những yếu tố chưa biết


Xác định kích thước của thiết bị thoát nước ống khói
q1 

k2 .h2 w
L2

k .h2
q
2. L
k2: hệ số thấm của bộ phận ống khói.
w: chiều rộng của thiết bị thoát nước.
q1: lưu lượng thấm qua thân đập
q2: lưu lượng thấm qua thân
và nền đập


•

•
•

•
•

Khi kiểm tra khả năng thoát nước của bộ phận gối phẳng

cần lưu ý:
Lượng nước thấm từ vai đập sẽ chảy về phía thấp của thiết bị
thoát nước trước khi thoát ra chân đập vì vậy yêu cầu khả năng
thoát nước trên một đơn vị bề rộng của thiết bị thoát nước trong
khu vực này cao hơn khả năng thoát nước trung bình.
Nếu thiết bị thoát nước có tầng lọc thì lớp đá bên trong đóng vai
trò chủ yếu.
Cần chọn hệ số thấm của nền thiên nhỏ khi tính toán thiết kế
thoát nước gối phẳng. Hệ số thấm của vật liệu thoát nước cân
bằng tối thiểu 20 lần hệ số thấm lý thuyết được sử dụng để tính
toán kích thước.
Khi có các lớp cát thô, cuội sỏi trong tầng trần tích hoặc đất
laterit cần bố trí lớp lọc giữa đất đắp đập và nền.
Cần phải đặt thiết bị thoát nước lên lớp đất nền thấm nước khi
đó nước thấm trong nền có thể đi vào thiết bị thoát nước và
thoát ra hạ lưu. Khi nền đập có lớp phủ mỏng có hệ số thấm nhỏ
lớp đất này cần được bóc bỏ.


•
•

•

•

Vị trí và hình dạng của thiết bị thoát nước ống khói:
Ống khói nghiêng hoặc thẳng đứng được bố trí ngay hạ lưu lõi
chống thấm.
Đỉnh của ống khói cần cao hơn đường bão hòa ứng với mực

nước hồ lớn nhất để ngăn ngừa dòng thấm chảy bên trên thiết bị
thoát nước.
Khi vẽ lưới thấm và đường bão hòa để xác định vị trí và chiều
cao của thiết bị thoát nước kiểu ống khói cần chọn tỷ số kh/kv
thiên lớn để đảm bảo dòng thấm không vượt qua đỉnh của thiết bị
thoát nước.
Nếu đập được xây dựng tại khu vực động đất chiều cao ống khói
cần nâng cao hết chiều cao đập.


Khi vật liệu làm thiết bị
thoát nước phải vận
chuyển từ xa đến với giá
thành cao phần gối phẳng
có thể làm thành các ống
như trên hình thay vì gối
phẳng liên tục.

Mặt cắt ngang của các ống thoát nước cần đảm bảo khả năng thoát nước
thấm.
Các ống thoát nước này được thi công bằng cách đào các rãnh có chiều rộng
khoảng 2m (ở trong đập hoặc nên cách nhau khoảng 15-30m).
Các rãnh thoát nước nên có mái nghiêng tránh vách thẳng đứng để tránh hiện
tượng tập trung ứng suất có thể gây nứt nẻ.
rãnh thoát nước cần được đầm chặt để tránh hiện tượng cố kết khi đập bão
hoà nước.


Thiết kế lớp lọc.
Cấp phối của vật liệu hạt thô làm lọc.

điểm chung nhất trong các thuyết xác định lớp lọc là cần phải
thiết kế đường bao giới hạn sự phân bố cỡ hạt của vật liệu lọc.
Đầu tiên lớp lọc thứ nhất (cát) bảo vệ cho lớp lõi, sau đó lớp lọc
thứ 2 (đá dăm) bảo vệ cho lớp lọc thứ nhất...
vật liệu sử dụng làm thiết bị lọc trong đập còn phải được xác
định bằng những đường cong cấp phối hạt phụ thuộc vào sự
phân bố thành phần hạt của lớp vật liệu được bảo vệ.


Thiết kế tầng lọc ngược
Chống xói ngầm:

D15, filter < 5 d85, đất

Thoát nước tốt:

5Hàm lượng hạt mịn có đường kính
<0.075 mm không vựot 5%
Đất tan rã phải có độ đầm chăt K>98%
Hàm lược chất hữu cơ <2%

  20

D15, filter < 20 d15, đất
D50, filter < 25 d50, đất

- Theo Terzaghi & Peck (1967)

- theo US Navy (1971)

Đường cấp phối của vật liệu làm tầng lọc phải song song với
đường cấp phối của đất


Sử dụng vải địa kỹ thuật làm lọc.
Khi sử dụng vải địa kỹ thuật cần thực hiện các bước sau:
- Cần xác định rõ điều kiện thuỷ lực và đánh giá kỹ lưỡng những vị trí
nguy hiểm.
- Đối với đất không dính, có dòng thấm theo 1 chiều, vải địa kỹ thuật
cần ngăn lại hạt có đường kính D85 của lớp đất được bảo vệ. Nếu đất
có cấp phối không tốt có thể phải sử dụng loại vải địa kỹ thuật có kích
thước lỗ nhỏ hơn để ngăn một lượng lớn các hạt nhỏ dịch chuyển. Cần
đặc biệt cẩn thận khi thiết kế tầng lọc cho đất có các hạt đồng đều vì
chỉ cần một chút sai sót toàn bộ các hạt đều có thể chui qua lớp vải lọc.
- Đối với đất dính, trong điều kiện không có tính tan rã tại mặt tiếp xúc
của lớp lọc đồng thời không có dòng thấm tập trung qua các vết nứt có
thể sử dụng loại vải có lỗ nhỏ.
- Nếu có khả năng xuất hiện dòng thấm tập trung qua các vết nứt
trong đất dính, kỹ thuật hiện nay vẫn chưa đảm bảo chắc chắn việc sử
dụng vải lọc. Tầng lọc cát nhìn chung an toàn hơn trong việc ngăn chặn
xói ngầm so với vải địa kỹ thuật


•

•

•

•

Hệ số thấm của vải địa kỹ thuật
Để phù hợp với thiết kế tầng lọc sử dụng vật liệu rời, cần phải
xem xét hệ số thấm của vải địa kỹ thuật và hệ số thấm của lớp
lọc.
Kinh nghiệm sử dụng vải địa kỹ thuật cho thấy nó có xu hướng
bị bịt một phần bởi các hạt mịn. Trong nhiều trường hợp hệ số
thấm giảm từ 5-70 lần.
Hội đập lớn thế giới kiến nghị sử dụng một hệ số giảm nhỏ hơn
hệ số thấm để dự kiến hệ số thấm của vải địa kỹ thuật bị bịt đồng
thời kiến nghị hệ số thấm của vải địa kỹ thuật đã bị bịt cần lớn
hơn hệ số thấm của đất.
Một số tác giả kiến nghị hệ số thấm của vải địa kỹ thuật cần bằng
100 lần hệ số thấm của khối đất được bảo vệ.


Hệ số thấm của vải địa kỹ thuật
• Để phù hợp với thiết kế tầng lọc sử dụng vật liệu rời, cần
phải xem xét hệ số thấm của vải địa kỹ thuật và hệ số thấm
của lớp lọc.
• Kinh nghiệm sử dụng vải địa kỹ thuật cho thấy nó có xu
hướng bị bịt một phần bởi các hạt mịn. Trong nhiều trường
hợp hệ số thấm giảm từ 5-70 lần.
• Hội đập lớn thế giới kiến nghị sử dụng một hệ số giảm nhỏ
hơn hệ số thấm để dự kiến hệ số thấm của vải địa kỹ thuật bị
bịt đồng thời kiến nghị hệ số thấm của vải địa kỹ thuật đã bị
bịt cần lớn hơn hệ số thấm của đất.
• Một số tác giả kiến nghị hệ số thấm của vải địa kỹ thuật cần
bằng 100 lần hệ số thấm của khối đất được bảo vệ.

Sử dụng vải địa kỹ thuật trong đập
• cần có sự cân nhắc về hiệu quả, về tính năng lọc và thoát
nước. khả năng làm việc lâu dài, độ bền, đặc biệt nếu vải địa
kỹ thuật đảm nhiệm chức năng quan trọng và được bố trí ở nơi
không thể tiếp cận được để kiểm tra trạng thái hoạt động và
sửa chữa.
• I COLD đưa ra một số kết luận như sau:
• - Cần hết sức cẩn thận khi sử dụng vải địa kỹ thuật để ngăn
ngừa xói ngầm tại các mặt tiếp xúc nơi dòng thấm từ hồ đi ra
• - Việc sử dụng vải lọc thành công ở những vị trí không nguy
hiểm ở phía dưới lớp bảo vệ mái không được coi là tiêu chuẩn
để đánh giá mức độ thành công của việc sử dụng vải lọc ở các
vị trí khác..
• - Vải lọc khi đã được chôn xuống đất có độ bền tương tự như
các vật liệu nhân tạo khác nhưng nó bị phá huỷ nhanh chóng
khi bị phơi ra nắng trong và sau thời gian xây dựng.
• Vải lọc thường xuyên được sử dụng làm lớp ngăn cách giữa
lớp cát mịn và lớp hạt thô trong thiết bị thoát nước.


Khi sử dụng vải lọc cần có một số lưu ý sau:
• Các vết nối của vải phải được khâu lại, không được chỉ để
chồng lên nhau.
• Cần bóc bỏ và đầm nện nền cẩn thận trước khi đặt thiết bị lọc.
• Cần phải ngăn ngừa cỏ, cây mọc làm hỏng vải lọc.
• Lớp cát lọc cần phải phủ bên ngoài vải lọc để ngăn ánh sáng
mặt trời trực tiếp chiếu vào đồng thời ngăn cát hạt mịn bịt lỗ
của vải lọc.

H 2.14. Sử dụng vải địa kỹ thuật làm lớp lọc




Chân khay chống thấm
• Là bộ phận kéo dài của tường lõi cắm vào trong nền
• Làm chân khay đến chỗ đất nền tự nhiên tốt hơn đất đắp
• Chân khay cần cắm vào nền đá, nếu chân khay chỉ sâu
bằng 80% nền, lưu lượng chi giảm 50%
• Mái của chân khay chid dốc tối đa 1:1


Khoan phụt tạo màng chống thấm
• Khoan phụt thông thường áp dụng cho nền đá, chiều sâu
khoan phụt xấp xỉ cột nước trước đập
• Khoảng cách giữa các lỗ khoan khoảng 1.5m
• Đơn vị Lugeon (LU) thường được dùng để đo khả năng
thấm của nền đá.
Lu= 10Q/(P.L) - Q: lượng nước tổn thất (l/ph)
- P: áp lực bơm (kg/cm2)
- L: chiều dài đoạn thí nghiệm(m)
1.0 Lu ≈ 1.10-5 cm/s
• Thường khoan phụt đến giá trị Lu=3
• Khi khoan phụt trong đất thường sử dụng ống Manshet

Khoan phụt 2 nút


Jet grouting
• Là phương pháp xử lý nền được phát triển ở Nhật, Ý, Anh
• Kết cấu của đất nền bị phá vỡ bởi tia nước hoặc vữa được phun
ra với áp lực rất cao. Vùng đất này sau đó được trộn với dung
dịch vữa tạo thành các cột đất.
• Jet grouting được sử dụng thay thế khoan phụt thông thường
đối với nền đất
• So sánh giá thành so với khoan phụt thông thường khó khăn
• Thời gian thi công nhanh hơn
• Có thể sử lý cục bộ ở độ sâu nào đó
• Sử dụng hiệu quả đối với không dích (cát, cuội sỏi)
• Không hiệu quá đối với đất dích cao
• Không dùng được đối với nền đá, nền có cuội sỏi lớn