NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN ĐỘ CHẶT ĐẮP ĐẬP HỢP LÝ TRONG ĐIỀU KIỆN ĐỘ ẨM CAO CHO VÙNG BẮC TRUNG BỘ VIỆT NAM

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

TRẦN VĂN HIỂN

NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN ĐỘ CHẶT ĐẮP ĐẬP HỢP LÝ
TRONG ĐIỀU KIỆN ĐỘ ẨM CAO CHO VÙNG BẮC TRUNG
BỘ - VIỆT NAM

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI, NĂM 2016


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

TRẦN VĂN HIỂN

NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN ĐỘ CHẶT ĐẮP ĐẬP HỢP LÝ
TRONG ĐIỀU KIỆN ĐỘ ẨM CAO CHO VÙNG BẮC TRUNG
BỘ VIỆT NAM

Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy
Mã số: 62 58 40 01

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

1. PGS. TS. Lê Văn Hùng

2. GS. TS. Lê Kim Truyền

HÀ NỘI, NĂM 2016


LỜI CAM ĐOAN
Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả. Các kết quả
nghiên cứu và các kết luận trong luận án là trung thực, không sao chép từ bất kỳ một
nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào. Việc tham khảo các nguồn tài liệu (nếu có) đã
được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định.
Tác giả luận án

Trần Văn Hiển

i


LỜI CÁM ƠN
Sau thời gian thực hiện, với sự nỗ lực của bản thân cùng với sự giúp đỡ tận tình của
các nhà khoa học, thầy cô giáo, gia đình và các đồng nghiệp, luận án tiến sĩ: “Nghiên
cứu lựa chọn độ chặt đắp đập hợp lý trong điều kiện độ ẩm cao cho vùng Bắc
Trung bộ Việt Nam” đã hoàn thành.
Tác giả xin bày tỏ sự biết ơn sâu sắc đến Ban giám hiệu, Phòng đào tạo Đại học và Sau
đại học, Khoa Công trình, Bộ môn Công nghệ và Quản lý xây dựng, Trường Đại học
Thuỷ Lợi; Công ty CP tư vấn xây dựng Thủy lợi 2; Phòng thí nghiệm Las XD151 –
HEC2; Ban QLĐTXD Thủy Lợi 4,5; Tổng công ty CP tư vấn xây dựng Thủy Lợi Việt
Nam; Tổng công ty XD Thủy Lợi 4; Công ty CP tư vấn và XD Quảng Trị đã giúp đỡ
tạo điều kiện tốt nhất cho tác giả trong thời gian thực hiện luận án.
Tác giả xin đặc biệt cám ơn sự hướng dẫn, giúp đỡ tận tình của PGS.TS.Lê Văn Hùng,
GS.TS.Lê Kim Truyền, các nhà khoa học, thầy cô giáo trong và ngoài trường đã

hướng dẫn, góp ý, tạo điều kiện tốt nhất cho tác giả trong quá trình học tập và hoàn
thành luận án.
Tác giả xin chân thành cám ơn gia đình, các đồng nghiệp và bạn bè luôn bên cạnh
khích lệ, nhiệt tình giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả trong quá trình học tập
và thực hiện luận án.
Mặc dù đã rất cố gắng, song luận án không tránh khỏi những thiếu sót. Tác giả kính
mong các nhà khoa học, thầy cô giáo chỉ bảo, các bạn đồng nghiệp đóng góp ý kiến để
tác giả có thể hoàn thiện, tiếp tục nghiên cứu và phát triển đề tài.
Hà Nội, ngày 12 tháng 10 năm 2016
Tác giả luận án

Trần Văn Hiển

ii


MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH ................................................................................. vi
DANH MỤC BẢNG BIỂU ......................................................................................viii
MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... 1
1. Tính cấp thiết của luận án ........................................................................................ 1
2. Mục tiêu nghiên cứu ................................................................................................ 2
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ............................................................................ 2
4. Nội dung nghiên cứu ............................................................................................... 3
5. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu ............................................................... 3
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn ................................................................................. 4
7. Cấu trúc luận án....................................................................................................... 4
CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ XÂY DỰNG ĐẬP ĐẤT ĐẦM NÉN ................... 5

1.1 Tổng quan về tình hình xây dựng đập đất đá ....................................................... 5
1.1.1 Khái quát về lịch sử phát triển xây dựng đập đất đá......................................... 5
1.1.2 Sự phát triển xây dựng đập đất đá trên thế giới ................................................ 6
1.1.3 Sự phát triển xây dựng đập đất đá ở Việt Nam ................................................ 8
1.2 Yêu cầu kỹ thuật cơ bản thi công đập đất ............................................................ 9
1.2.1 Yêu cầu đối với đất đắp đập ............................................................................ 9
1.2.2 Yếu tố quyết định đến hiệu quả đầm chặt đất ................................................ 11
1.3 Điều kiện tự nhiên khu vực nghiên cứu - Bắc Trung bộ [12] ............................. 15
1.3.1 Vị trí địa lý và đặc điểm địa hình .................................................................. 15
1.3.2 Đặc điểm khí tượng thủy văn ........................................................................ 16
1.3.3 Đặc điểm địa hình địa mạo ............................................................................ 20
1.3.4 Ảnh hưởng của điều kiện tự nhiên đến quá trình xây dựng đập ..................... 20
1.4 Quy hoạch phát triển thủy lợi và yêu cầu xây dựng đập đất đầm nén trong khu
vực nghiên cứu .......................................................................................................... 21
1.5 Những nghiên cứu về đập đất ở Việt Nam ......................................................... 22
1.5.1 Khái quát ...................................................................................................... 22
1.5.2 Lựa chọn và điều chỉnh độ ẩm trong thi công ................................................ 24
1.5.3 Thi công đắp đập đất trong điều kiện độ ẩm cao ............................................ 25
1.6 Kết luận chương ................................................................................................ 26
CHƯƠNG 2
CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN XÂY DỰNG ĐẬP ĐẤT
ĐẦM NÉN
........................................................................................................ 28
2.1 Đất xây dựng ..................................................................................................... 28
2.1.1 Nguồn gốc hình thành ................................................................................... 28
2.1.2 Phân loại đất ................................................................................................. 28
2.1.3 Các đặc trưng cơ lý của đất ........................................................................... 32
2.1.4 Đất dính và một số tính chất đặc trưng .......................................................... 32
2.1.5 Tính hút ẩm của đất ....................................................................................... 42

iii


2.1.6 Lý thuyết phá hoại Mohr-Coulomb ............................................................... 44
2.1.7 Thấm của nước trong đất ............................................................................... 45
2.1.8 Áp lực nước lỗ rỗng và ứng suất hiệu quả ..................................................... 47
2.1.9 Các nghiên cứu về lún của đất ....................................................................... 50
2.2 Quan hệ dung trọng khô lớn nhất với độ ẩm ...................................................... 59
2.2.1 Lý luận về đầm chặt đất ................................................................................ 59
2.2.2 Kinh nghiệm chọn dung trọng và độ ẩm thi công đất hạt mịn của Borkievich 62
2.2.3 Kiến nghị chọn độ ẩm thi công của Phạm Văn Cơ, 1994 và một số tác giả ... 62
2.2.4 Lựa chọn độ ẩm và độ chặt đất đắp đập đầm nén theo tiêu chuẩn hiện hành .. 63
2.2.5 Ảnh hưởng của độ chặt đến ứng suất biến dạng ............................................. 64
2.3 Kết luận chương ................................................................................................ 64
CHƯƠNG 3
NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÂY DỰNG ĐẬP ĐẤT ĐẦM
NÉN TRONG ĐIỀU KIỆN ĐỘ ẨM CAO ................................................................. 66
3.1 Đặt vấn đề ......................................................................................................... 66
3.2 Phân bố vật liệu đất đắp đập của khu vực .......................................................... 66
3.2.1 Đặc điểm địa tầng ......................................................................................... 66
3.2.2 Trầm tích Aluvi và trầm tích sông, biển ........................................................ 67
3.2.3 Sườn tàn tích và tàn tích trên đá biến chất (đá phiến sét và cát kết) ............... 68
3.3 Nội dung thí nghiệm .......................................................................................... 70
3.3.1 Thí nghiệm trong phòng ................................................................................ 70
3.3.2 Phương pháp thí nghiệm hiện trường sau khi đắp .......................................... 76
3.4 Thời gian, khối lượng thí nghiệm ...................................................................... 77
3.4.1 Thời gian thí nghiệm ..................................................................................... 77
3.4.2 Khối lượng thí nghiệm .................................................................................. 78
3.5 Kết quả thí nghiệm trong phòng ........................................................................ 78

3.5.1 Đất trầm tích ................................................................................................. 78
3.5.2 Đất tàn tích.................................................................................................... 80
3.6 Kết quả thí nghiệm hiện trường ......................................................................... 87
3.7 Tổng hợp phân tích kết quả thí nghiệm về độ chặt đầm nén K và độ ẩm W ....... 88
3.7.1 Đối với đất trầm tích đắp khối chống thấm .................................................... 88
3.7.2 Đối với đất tàn tích đắp khối chịu lực ............................................................ 88
3.8 Giải pháp giảm ẩm cho đất trầm tích đắp khối chống thấm ................................ 88
3.8.1 Các giải pháp thường áp dụng ....................................................................... 89
3.8.2 Phương án 1 .................................................................................................. 91
3.8.3 Phương án 2 .................................................................................................. 92
3.9 Kết luận chương 3 ............................................................................................. 94
3.9.1 Vật liệu sử dụng đắp đập của khu vực ........................................................... 95
3.9.2 Đối với đất trầm tích đắp khối chống thấm .................................................... 95
3.9.3 Đối với đất tàn tích đắp khối chịu lực ............................................................ 95
3.9.4 Giải pháp giảm ẩm và lựa chọn độ ẩm hợp lý ................................................ 95
CHƯƠNG 4
LỰA CHỌN ĐỘ CHẶT ĐẮP ĐẬP HỢP LÝ CHO VÙNG BẮC
TRUNG BỘ TRONG ĐIỀU KIỆN ĐỘ ẨM CAO ..................................................... 96

4.1 Đặt vấn đề ......................................................................................................... 96
4.2 Lựa chọn phương pháp tính ổn định đập đất đầm nén trong thi công ................. 96
iv


4.2.1 Giới thiệu phương pháp tính.......................................................................... 96
4.2.2 Các phương trình cơ bản ............................................................................... 97
4.2.3 Giới thiệu phần mềm Plaxis .......................................................................... 99
4.2.4 Lựa chọn công cụ tính toán ổn định............................................................. 101
4.2.5 Điều kiện ổn định của mái đập [51] ............................................................. 101
4.3 Nghiên cứu tốc độ thi công đập đất đầm nén ................................................... 101

4.3.1 Các dạng mặt cắt điển hình của đập đất đầm nén ......................................... 102
4.3.2 Tốc độ đắp đập đất đồng chất ...................................................................... 102
4.3.3 Tốc độ đắp đập nhiều khối .......................................................................... 108
4.3.4 Các bước giải bài toán tốc độ đắp đập ......................................................... 113
4.3.5 Qui trình tính toán lựa chọn tốc độ đắp đập ................................................. 115
4.4 Ứng dụng kiểm chứng cho đập đồng chất Đá Hàn và cho đập nhiều khối Tả
Trạch ....................................................................................................................... 116
4.4.1 Đập Đá Hàn ................................................................................................ 116
4.4.2 Đập Tả Trạch .............................................................................................. 121
4.5 Kết luận chương .............................................................................................. 128
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.................................................................................. 129
NHỮNG CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ................................................................. 131
1. Bài báo khoa học ............................................................................................. 131
2. Hội nghị khoa học ........................................................................................... 131
3. Đề tài khoa học ............................................................................................... 131
4. Công trình thực tiễn ......................................................................................... 131
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................ 133
PHỤ LỤC ................................................................................................................ 138

v


DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Đồ thị quan hệ dung trọng – độ ẩm.............................................................. 12
Hình 1.2 Tương quan: Lực đầm nén – Dung trọng khô lớn nhất – Độ ẩm tối ưu [9]... 12
Hình 1.3 Lu rung Dynapac CA 4000 D, vấu mềm ...................................................... 14
Hình 1.4 Tác dụng lực đầm theo chiều dày của lớp đất đắp........................................ 15
Hình 1.5 Bản đồ khu vực nghiên cứu [12].................................................................. 16
Hình 1.6 Hình ảnh mặt đập Tả Trạch trước và sau lũ ................................................. 25
Hình 2.1 Đường cong thành phần hạt (đường cấp phối hạt) ....................................... 31

Hình 2.2 Đường cong thành phần hạt [37] ................................................................. 31
Hình 2.3 Phân tố đơn vị của khoáng vật sét. a) Khối bốn mặt; b) Khối tám mặt. [10] 35
Hình 2.4 Cấu trúc lưới-lớp của khoáng vật sét [10] .................................................... 36
Hình 2.5 Cấu trúc và kích thước các khoáng vật sét chủ yếu [10]............................... 36
Hình 2.6 Chỉ số hút ẩm và độ ẩm của đất ................................................................... 42
Hình 2.7 Lí thuyết phá hoại Mohr – Coulomb ............................................................ 45
Hình 2.8 Sơ đồ thấm phẳng Duypuy .......................................................................... 46
Hình 2.9 Theo dõi lún một số đập [44], [45], ............................................................. 51
Hình 2.10 Các hệ số chuyển vị dưới móng mềm [47] ................................................. 53
Hình 2.11 Sơ đồ tính lún đất lớp mỏng ...................................................................... 53
Hình 2.12 Cố kết một hướng ...................................................................................... 55
Hình 2.13 Hộp nén và máy nén một trục không nở hông [48] .................................... 56
Hình 2.14 Đường cong hệ số rỗng - ứng suất hiệu quả ............................................... 57
Hình 2.15 Đường cong nở và nén .............................................................................. 57
Hình 2.16 Đường cong ứng suất – biến dạng của thí nghiệm cắt đất [10] ................... 64
Hình 2.17 Hiệu quả của tăng dung trọng khô đến ứng suất – biến dạng của đất [53]. . 64
Hình 3.1 Kết quả thí nghiệm proctor đất trầm tích ..................................................... 68
Hình 3.2 Kết quả thí nghiệm proctor đất tàn tích ........................................................ 69
Hình 3.3 Mặt cắt điển hình của đập Tả Trạch............................................................. 71
Hình 3.4 Lấy mẫu kiểm tra chỉ tiêu cơ lý tại mặt đập ................................................. 72
Hình 3.5 Xác định độ ẩm tương ứng với độ chặt khi gia công mẫu ............................ 73
Hình 3.6 Thí nghiệm xác định hệ số thấm trong phòng .............................................. 75
Hình 3.7 Thí nghiệm xác định hệ số thấm tại hiện trường .......................................... 75
Hình 3.8 Thí nghiệm xác định lực dính c và góc ma sát trong () ............................. 76
Hình 3.9 Tương quan hệ số thấm với độ chặt đầm nén (k~K) của đất trầm tích ......... 81
Hình 3.10 Tương quan góc ma sát với độ chặt đầm nén (φ~K) của đất trầm tích ....... 82
Hình 3.11 Hàm quan hệ giữa góc ma sát với độ chặt (φ~K) của đất trầm tích ............ 82
Hình 3.12 Tương quan lực dính với độ chặt đầm nén (c~K) của đất trầm tích ............ 83
Hình 3.13 Tương quan hệ số thấm với độ chặt đầm nén (k~K) của đất tàn tích .......... 85
Hình 3.14 Tương quan góc ma sát với độ chặt đầm nén (φ~K) của đất tàn tích ......... 86

Hình 3.15 Tương quan lực dính với độ chặt đầm nén (c~K) của đất tàn tích .............. 86
Hình 3.16 Tương quan độ chặt đầm nén với độ ẩm (K~W) khi đắp đất trầm tích ....... 87
Hình 3.17 Phơi đất để giảm độ ẩm tại bãi vật liệu ...................................................... 89
Hình 3.18 Hệ thống rãnh thoát nước giảm ẩm bãi vật liệu .......................................... 90

vi


Hình 3.19 Phơi đất để giảm độ ẩm tại mặt đập ........................................................... 90
Hình 3.20 Xác định độ ẩm W tương ứng với các cấp độ chặt đầm nén K ................... 91
Hình 3.21 Cấu tạo hệ thống thoát nước và cắt nước mao dẫn ..................................... 93
Hình 4.1 Sơ đồ tính toán theo phương pháp PTHH của phần mềm Plaxis ................ 100
Hình 4.2 Cấu tạo mặt cắt ngang các loại đập đất thông dụng.................................... 102
Hình 4.3 Đắp lên đều toàn mặt cắt ........................................................................... 103
Hình 4.4 Đắp lên đều theo mặt cắt chống lũ ............................................................. 103
Hình 4.5 Mặt cắt ngang đập đồng chất điển hình ..................................................... 105
Hình 4.6 Đập đồng chất - Biểu đồ diễn biến áp lực nước lỗ rỗng nền đập phụ thuộc
tốc độ đắp đập.......................................................................................................... 107
Hình 4.7 Đập đồng chất - Chuyển vị đứng của đỉnh đập phụ thuộc vào tốc độ đắp đập
................................................................................................................................ 107
Hình 4.8 Mặt cắt ngang đập nhiều khối điển hình ................................................... 108
Hình 4.9 Đập nhiều khối - Biểu đồ diễn biến áp lực nước lỗ rỗng nền đập phụ thuộc
tốc độ đắp đập.......................................................................................................... 112
Hình 4.10 Đập nhiều khối - Chuyển vị đứng của đỉnh đập phụ thuộc vào tốc độ đắp
đập. .......................................................................................................................... 112
Hình 4.11 Mặt cắt điển hình đập chính Đá Hàn – Hà Tĩnh ....................................... 119
Hình 4.12 Mặt cắt ngang đập đồng chất Đá Hàn ...................................................... 119
Hình 4.13 Đập đồng chất Đá Hàn – Chia lưới phần tử tính toán ............................... 120
Hình 4.14 Đập đồng chất Đá Hàn – Áp lực nước lỗ rỗng trong đập và nền khi đắp đập
xong đợt 1 ứng với K=0,97 ...................................................................................... 120

Hình 4.15 Đập đồng chất Đá Hàn – Ứng suất hiệu quả trong đập và nền khi đắp đập
xong đợt 1 ứng với K=0,97 ...................................................................................... 120
Hình 4.16 Đập đồng chất Đá Hàn – Mô hình cung trượt của đập và nền khi đắp đập
xong đợt 1 ứng với K=0,97 ...................................................................................... 120
Hình 4.17 Mặt cắt ngang đập nhiều khối Tả Trạch .................................................. 121
Hình 4.18 Toàn cảnh đập Tả Trạch .......................................................................... 121
Hình 4.19 Đập nhiều khối Tả Trạch – Phân chia lưới phần tử tính toán ................... 125
Hình 4.20 Đập nhiều khối Tả Trạch – Áp lực nước lỗ rỗng trong đập và nền khi đắp
đập xong đợt 1 ứng với K=0,95 ............................................................................... 125
Hình 4.21 Đập nhiều khối Tả Trạch – Ứng suất hiệu quả trong đập và nền khi đắp đập
xong đợt 1 ứng với K=0,95 ...................................................................................... 125
Hình 4.22 Phân chia khối đắp đập ............................................................................ 126
Hình 4.23 Thứ tự đắp đập (khối lõi lên trước) .......................................................... 127

vii


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1 Số lượng đập lớn các loại [3],1988................................................................ 7
Bảng 1.2 Số lượng đập vật liệu địa phương ở các nước trên thế giới (H≥15m)............. 7
Bảng 1.3 Số lượng và phân loại hồ chứa thủy lợi, không kể hồ thủy điện..................... 8
Bảng 1.4 Đập lớn bằng vật liêu địa phương thuộc quản lý của TCTL (2012) ............. 10
Bảng 1.5 Một số đập cao bằng vật liệu địa phương điển hình ở Việt Nam ................. 11
Bảng 1.6 Thiết bị thí nghiệm dung trọng – độ ẩm theo [7], [8] ................................... 11
Bảng 2.1 Các nhóm đất xây dựng chính [10]; [37] ..................................................... 29
Bảng 2.2 Phân loại hạt đất theo kích thước [38] ......................................................... 29
Bảng 2.3 Các nhóm đất xây dựng chính [37] ............................................................. 30
Bảng 2.4 Phân loại cỡ hạt theo tiêu chuẩn một số nước [39] ...................................... 30
Bảng 2.5 Các đặc trưng tính chất vật lý của đất [36] .................................................. 33
Bảng 2.6 Một số khoáng vật sét dạng lưới – lớp [39] ................................................. 36

Bảng 2.7 Các khoáng vật sét [39]............................................................................... 37
Bảng 2.8 Lượng nước hấp phụ gần đúng [10] ............................................................ 38
Bảng 2.9 Thành phần hóa học đất sét trầm tích Pleixtoxen, Holoxen ở Việt Nam [39]
.................................................................................................................................. 40
Bảng 2.10 Phân loại đất trương nở theo tiêu chuẩn Anh USBR .................................. 41
Bảng 2.11 Phân loại đất trương nở theo tiêu chuẩn Nga (Snhip): CHИП 2-05-08-1985
.................................................................................................................................. 41
Bảng 2.12 Chiều cao hút ẩm (mao dẫn) hc (mm) và đường kính mao quản r (mm) theo
cỡ hạt và loại khoáng vật [39] .................................................................................... 43
Bảng 2.13 Chiều cao hút ẩm (mao dẫn) hc của các loại đất [40] ................................. 44
Bảng 2.14 Gradient thủy lực cho phép [Jk]cp ở khối đắp thân đập [5] ......................... 47
Bảng 2.15 Gradient trung bình tới hạn [Jk]th ở các bộ phận chống thấm [5] ................ 47
Bảng 2.16 Trị số gradient thấm cho phép của đất nền (TCVN 9902-2013) ............... 47
Bảng 2.17 Giá trị tính toán của hệ số áp lực nước lỗ rỗng B [10] ............................... 49
Bảng 2.18 Giá trị của hệ số áp lực nước lỗ rỗng Af [10] ............................................ 49
Bảng 2.19 Các giá trị điển hình của hệ số Poisson [10], [46]...................................... 52
Bảng 3.1 Chỉ tiêu cơ lý đất trầm tích ở khu vực Bắc Trung bộ ................................... 67
Bảng 3.2 Chỉ tiêu đất tàn tích các công trình xây dựng ở khu vực Bắc Trung bộ ........ 69
Bảng 3.3 Bảng thống kê khối lượng thí nghiệm trong phòng ..................................... 78
Bảng 3.4 Các chỉ tiêu cơ lý về trương nở và tan rã của đất trầm tích .......................... 79
Bảng 3.5 Tả Trạch – Tương quan (K và W)~(φ, c, k) của đất trầm tích lớp 2b đợt 1 .. 79
Bảng 3.6 Tả Trạch - Tương quan (K và W)~(φ, c, k) của đất trầm tích lớp 2b đợt 2... 79
Bảng 3.7 Thủy Yên - Tương quan (K và W)~(φ, c, k) của đất trầm tích lớp 4 ............ 80
Bảng 3.8 Ngàn Trươi - Tương quan (K và W)~(φ, c, k) của đất trầm tích lớp 2a........ 81
Bảng 3.9 Tả Trạch - Tương quan (K và W)~(φ, c, k) của đất tàn tích 3b đợt 1 ........... 83
Bảng 3.10 Tả Trạch - Tương quan (K và W)~(φ, c, k) của đất tàn tích 3b đợt 2 ......... 84
Bảng 3.11 Thủy Yên - Tương quan (K và W) ~ (φ, c, k) của đất tàn tích lớp 3 và lớp
3c đợt 1...................................................................................................................... 84
Bảng 3.12 Thủy Yên - Tương quan (K và W)~(φ, c, k) của đất tàn tích lớp 3 và lớp 3c
đợt 2 .......................................................................................................................... 85

viii


Bảng 3.13 Tả Trạch-Bảng giá trị trung bình các chỉ tiêu thí nghiệm đất trầm tích ...... 87
Bảng 3.14 Độ ẩm tự nhiên của lớp 2b theo các năm ................................................... 92
Bảng 3.15 Đập Tả Trạch - So sánh chi phí giảm ẩm để đắp đập với độ chặt K=0,95 cho
khối chống thấm theo các phương án. ........................................................................ 94
Bảng 4.1 Đập đồng chất - Các chỉ tiêu cơ lý đối với đất đắp đập sử dụng trong tính
toán.......................................................................................................................... 104
Bảng 4.2 Đập đồng chất - Chỉ tiêu cơ lý của nền và đập Đá Hàn trong tính toán Plaxis
................................................................................................................................ 104
Bảng 4.3 Đập đồng chất - Các phương án nghiên cứu về tốc độ đắp đập.................. 104
Bảng 4.4 Đập đồng chất - Kịch bản về tốc độ lên đập với chiều cao mỗi khối đắp 1,5m
................................................................................................................................ 105
Bảng 4.5 Đập đồng chất - Kịch bản về tốc độ lên đập với chiều cao mỗi khối đắp 3,0m
................................................................................................................................ 106
Bảng 4.6 Đập đồng chất - Kịch bản về tốc độ lên đập với chiều cao mỗi khối đắp 4,5m
................................................................................................................................ 107
Bảng 4.7 Đập nhiều khối - Chỉ tiêu cơ lý của nền và đập Tả Trạch phục vụ tính toán
Plaxis ....................................................................................................................... 108
Bảng 4.8 Đập nhiều khối - Các chỉ tiêu cơ lý đối với đất đắp đập trong tính toán..... 109
Bảng 4.9 Đập nhiều khối - Các phương án nghiên cứu về tốc độ đắp đập ................ 109
Bảng 4.10 Đập nhiều khối - Kịch bản về tốc độ lên đập với chiều cao mỗi khối đắp 3m
................................................................................................................................ 110
Bảng 4.11 Đập nhiều khối – Kịch bản về tốc độ lên đập với chiều cao mỗi khối đắp
4,5m ........................................................................................................................ 111
Bảng 4.12 Đập nhiều khối - Kịch bản về tốc độ lên đập với chiều cao mỗi khối đắp 6m
................................................................................................................................ 111
Bảng 4.13 Thông số thiết kế đập chính Đá Hàn ....................................................... 117
Bảng 4.14 Chỉ tiêu cơ lý của đất đắp đập Đá Hàn .................................................... 118

Bảng 4.15 Đập đồng chất - Tốc độ lên đập Đá Hàn ứng với độ đầm chặt K ............. 118
Bảng 4.16 Tiến độ thi công thiết kế ......................................................................... 122
Bảng 4.17 Khối lượng đất đắp thực tế không kể khối lượng đá xây, cát cuội sỏi và
đống đá tiêu nước .................................................................................................... 122
Bảng 4.18 Kết quả thí nghiệm trộn đất với EC – Stein ............................................. 124
Bảng 4.19 Đập nhiều khối - Tốc độ lên đập thực tế của Tả Trạch ............................ 126

ix


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ GIẢI THÍCH THUẬT NGỮ
CFRD

Đập đá đổ đầm nén bản mặt bê tông

ĐHTL

Trường Đại học Thủy lợi

ICOLD

Hội đập lớn thế giới

LATS

Luận án tiến sĩ

QCVN

Qui chuẩn quốc gia Việt Nam

TCTL

Tổng cục thủy lợi

TCVN

Tiêu chuẩn quốc gia Việt Nam

VNCOLD

Hội đập lớn Việt Nam

VN

Việt Nam

Bắc Trung Bộ, Việt Bao gồm các tỉnh Thanh Hóa, Nghệ An, Hà Tĩnh, Quảng Trị,
Nam
Quảng Bình và Thừa Thiên Huế

𝑚𝑎𝑥

(Với: -dung trọng đất đắp; max-dung trọng lớn nhất)

Độ chặt K

K=

Độ chặt hợp lý

Là độ chặt sử dụng trong thiết kế, thi công và kiểm tra đất đắp
đập đảm bảo kỹ thuật, khả thi khi thi công, đẩy nhanh tiến độ
thi công và kinh tế

Độ ẩm cao

Là độ ẩm tự nhiên cao hơn nhiều so với độ ẩm tối ưu, khi đắp
đập phải có giải pháp kỹ thuật

Thi công trong điều Là xây dựng công trình trong điều kiện độ ẩm tự nhiên của đất
kiện độ ẩm cao
và độ ẩm tương đối của không khí ≥80%
Mô hình đàn-dẻo

Là mô hình có sự thay đổi góc ma sát trong và lực dính

x


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của luận án
Đập đất là một trong những công trình quan trọng trong hệ thống công trình đầu mối
thủy lợi, thủy điện. Nó được sử dụng rộng rãi ở nước ta bởi vì có những ưu điểm sau:
Sử dụng được nguồn vật liệu địa phương nên chi phí xây dựng thấp, kỹ thuật thi công
đơn giản, sử dụng các thiết bị phổ biến sẵn có trong nước, công tác xử lý nền móng
yêu cầu không phức tạp…
Đập đất là công trình quan trọng chắn ngang sông suối, sau khi ngăn sông chúng ta
phải xử lý hàng loạt vấn đề như bơm nước hố móng, xử lý nền… Phải thi công đắp
đập nhanh để vượt lũ trong điều kiện thời gian thi công có hạn (thời gian thi công

trong mùa khô).
Việt Nam đã có nhiều bài học kinh nghiệm và thành tựu về khoa học công nghệ xây
dựng đập đất đá ở cả ba miền Bắc, Trung, Nam và Tây Nguyên. Trước năm 1975,
nhiều đập đất đá đã được xây ở miền Bắc, chủ yếu ở vùng núi và trung du từ Thanh
Hóa trở ra. Sau năm 1975, pham vi nghiên cứu được mở rông về phía Nam. Những
nghiên cứu về vật liệu đất đá đắp đập cũng như công tác khảo sát, thiết kế và thi công
nhiều công trình lớn như: Thác Bà, Hòa Bình… được áp dụng thành công. Sau năm
1975, việc xây dựng đập đất đá gặp phải bài học lớn về xây dựng đập với đất dính có
các đặc trưng cơ lý đặc biệt như lún ướt, trương nở co ngót và tan rã mạnh khác hẳn
đất dính từ Thanh Hóa trở ra phía Bắc. Vấn đề này cũng đã được giải quyết tốt sau
nhiều bài học đắt giá. Các kỹ sư và nhà khoa học có nhiều công bố về vấn đề này.
Đối với khu vực Bắc miền Trung, những năm gần đây chúng ta gặp phải vấn đề nan
giải khác. Đó là, đất dính đắp đập trong điều kiện mưa nhiều kéo dài và khí hậu ẩm
ướt. Những công trình đầu mối ở các tỉnh miền Trung từ Thanh Hóa đến Thừa Thiên
Huế như: Truồi, Tả Trạch, Ngàn Trươi, Thủy Yên-Thủy Cam, Đá Hàn, Bản Mồng…
nằm trong khu vực độ ẩm không khí luôn luôn cao, thời gian mưa kéo dài về mùa
mưa. Nhiều tháng độ ẩm không khí lớn hơn 80%. Do đó, việc bảo đảm chất lượng

1


công trình theo đồ án thiết kế, như thi công đầm nén đất dính đạt độ chặt K≥0,97
tương ứng độ ẩm của đất W = W opt  3% theo thiết kế rất khó khăn, thời gian thi công
kéo dài, không đáp ứng được tiến độ cũng như mục tiêu phát triển kinh tế, xã hội, hiệu
quả vốn đầu tư giảm, thời gian thu hồi vốn kéo dài.
Để đáp ứng được mục tiêu hoàn thành xây dựng công trình, đảm bảo chất lượng, thi
công đúng tiến độ, giá thành hợp lý, chúng ta phải chủ động đề xuất các giải pháp xây
dựng đập đất bằng phương pháp đầm nén trong điều kiện độ ẩm cao. Nếu không có
giải pháp chủ động trong quá trình thiết kế, thi công, công trình không đảm bảo về
chất lượng và tiến độ sẽ gây hậu quả khó lường, nhiều đập bị vỡ khi đang thi công gây

thiệt hại nghiêm trọng về kinh tế và tác động xấu đến an sinh xã hội.
Hiện tại và những năm tới đây, theo qui hoạch và định hướng phát triển kinh tế đến
2030 và tầm nhìn 2050, khu vực Bắc miền Trung sẽ phải xây dựng nhiều đập đất đá
trong điều kiện độ ẩm cao. Bên cạnh đó còn chịu tác động của biến đổi khí hậu toàn
cầu, những diễn biến bất thường và thiên tai. Để chủ động bảo đảm mục tiêu xây dựng
công trình đúng tiến độ trong điều kiện hiện nay, cần nghiên cứu giải pháp xây dựng
đập đất bằng phương pháp đầm nén phù hợp trong điều kiện độ ẩm cao. Đây chính là
khó khăn lớn nhất đặt ra, cần phải nghiên cứu đề xuất giải pháp kịp thời nhằm đáp ứng
được yêu cầu của lý luận và thực tiễn.

2. Mục tiêu nghiên cứu
Luận án nghiên cứu loại đất và các chỉ tiêu của đất đắp đập khu vực Bắc Trung bộ và
giải pháp về thiết kế, thi công xây dựng đập đất đầm nén hợp lý và an toàn, đáp ứng
được yêu cầu phát triển kinh tế, xã hội, an ninh, quốc phòng của đất nước.

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
3.1.

Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của luận án là đất và các chỉ tiêu của đất đắp đập, giải pháp về
thiết kế, thi công xây dựng đập đất đầm nén khu vực Bắc Trung bộ.
3.2.

Phạm vi nghiên cứu

2


3.2.1. Giới hạn phạm vi nghiên cứu về chuyên môn

-

Nghiên cứu về lý thuyết và thực nghiệm cho đất đắp đập của Bắc Trung bộ;

-

Ứng dụng kết quả nghiên cứu vào lựa chọn độ chặt và độ ẩm hợp lý để xây
dựng đập đất.

3.2.2. Phạm vi nghiên cứu về địa lý
Các địa phương thuộc Bắc Trung bộ từ Thanh Hóa đến Thừa Thiên Huế.

4. Nội dung nghiên cứu
Để đạt được mục tiêu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu trên đây, tác giả sẽ tập trung
vào nghiên cứu các nội dung chính như sau:
a) Nghiên cứu về vật liệu đắp đập và điều kiện tự nhiên của khu vực Bắc Trung bộ, từ
Thanh Hóa đến Thừa Thiên Huế, đánh giá đặc trưng đất xây dựng của khu vực khi sử
dựng đắp đập;
b) Đề xuất giải pháp giảm ẩm thích hợp đối với đất đắp đập của khu vực;
c) Lựa chọn độ chặt hợp lý khi đắp đập trong điều kiện độ ẩm cao của khu vực;
d) Xây dựng qui trình xác định tốc độ đắp đập phù hợp với độ chặt và độ ẩm lựa chọn;
e) Áp dụng kết quả nghiên cứu mới vào đánh giá an toàn trong thi công của đập Đá
Hàn và đập Tả Trạch.

5. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
5.1.

Cách tiếp cận

Để đạt được mục đích nghiên cứu, tác giả đã tổng hợp, phân tích các công trình nghiên

cứu trong nước và trên thế giới, từ đó lựa chọn cách tiếp cận vừa mang tính kế thừa,
vừa mang tính hiện đại, phù hợp với điều kiện Việt Nam.
5.2.

Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu tổng quan;

3


- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết, kế thừa các kết quả nghiên cứu liên quan đến việc xây
dựng đập đất theo phương pháp đầm nén đã được công bố trong và ngoài nước;
- Phương pháp thực nghiệm kết hợp phân tích lý thuyết có sử dụng một số phần mềm
hỗ trợ;
- Phương pháp quan sát và phân tích tổng kết kinh nghiệm thực tế;
- Phương pháp chuyên gia, hội thảo.

6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Kết quả nghiên cứu của luận án góp phần làm giàu thêm tư liệu cho nghiên cứu và
thực tiễn xây dựng đập đất đầm nén.
Về lý thuyết: Luận án tổng hợp được những nội dung cơ bản khi đánh giá và lựa chọn
vật liệu cũng như phương án xây dựng đập đất đầm nén, trên cơ sở tổng hợp, kế thừa
và phát triển những nghiên cứu về đập đất khi ứng dụng ở các vùng miền có điều kiện
khác nhau hoặc tương tự. Diễn biến theo độ chặt và độ ẩm của các chỉ tiêu cơ lý đất
đắp đập vùng Bắc Trung bộ.
Về thực tiễn: Luận án xây dựng được dữ liệu cơ bản, các giải pháp cũng như ứng dụng
cụ thể cho công trình thực tế trong phạm vi nghiên cứu từ Thanh Hóa đến Thừa Thiên
Huế. Đề xuất lựa chọn độ chặt và độ ẩm hợp lý đắp đập cho khu vực và giải pháp giảm
ẩm hiệu quả.

7. Cấu trúc luận án
Ngoài phần mở đầu và kết luận, luận án gồm 4 chương chính:
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ XÂY DỰNG ĐẬP ĐẤT ĐẦM NÉN
Chương 2. CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN XÂY DỰNG ĐẬP ĐẤT ĐẦM
NÉN
Chương 3. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÂY DỰNG ĐẬP ĐẤT ĐẦM NÉN
TRONG ĐIỀU KIỆN ĐỘ ẨM CAO
Chương 4. LỰA CHỌN ĐỘ CHẶT ĐẮP ĐẬP HỢP LÝ CHO VÙNG BẮC TRUNG
BỘ TRONG ĐIỀU KIỆN ĐỘ ẨM CAO

4


CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ XÂY DỰNG ĐẬP ĐẤT ĐẦM NÉN

1.1 Tổng quan về tình hình xây dựng đập đất đá
1.1.1 Khái quát về lịch sử phát triển xây dựng đập đất đá
Đập đất là loại đập sử dụng các loại đất tại chỗ như: sét, á sét, á cát, đất lẫn cuội sỏi.
Nhu cầu sử dụng tổng hợp nguồn nước trên các lưu vực sông không ngừng tăng lên,
các đập ngăn nước tạo hồ chứa hoặc dâng cột nước được xây dựng ngày càng nhiều.
Do có nhiều ưu điểm và lợi thế nên đập đất được ứng dụng nhiều so với các loại đập
khác như đập bê tông, đá xây, đặc biệt là đập vừa và nhỏ chiếm 70%÷80% là đập đất.
Tuy tỉ lệ số lượng đập đất so với đập bê tông có khác nhau ở mỗi nước, nhưng nói
chung đập đất và đập vật liệu địa phương luôn chiếm tỉ lệ cao và có xu hướng phát
triển.
Đập đất có lịch sử phát triển lâu đời. Ở Ai Cập, Trung Quốc, Ấn Độ và một số nước
khác người ta đã xây dựng đập đất từ 2500 – 4700 năm trước công nguyên. Ví dụ: đập

đất đá hỗn hợp Sadd - el - Kafara ở Ai Cập được xây năm 2778-2563 trước công
nguyên có chiều dài 108m cao 12m; Đập Marduka ở Iraq xây dựng năm 2500 trước
công nguyên trên sông Tygrys có chiều cao 12m; Ở Trung Quốc, Ấn Độ, Nhật Bản từ
thế kỷ III đến II trước công nguyên đã xây dựng nhiều đập vật liệu địa phương bằng
đất đá. Ở Trung Quốc có đập cao 30m, dài 300m được xây dựng năm 240 trước công
nguyên. Ở Nhật Bản đập dài 260m, cao 17m được xây dựng năm 162 trước công
nguyên [1].
Đập đất là những công trình thủy lợi cổ điển nhất. Ở những nước có nền văn hóa cổ
đại phát triển (Ai Cập, Ấn Độ, Trung Quốc, Peru) từ trước công nguyên vài nghìn năm
đã xây dựng những đập đất bằng phương pháp thủ công, xây dựng đập bằng đất dính
với khối lượng rất lớn trong thời gian dài (10-15 năm). Đá trong những đập này được
dùng rất ít. Chiều cao đập không quá 10-15m. Một đập đất được xây dựng ở Ceylou
(Xrilanca) vào năm 504 trước công nguyên dài 17 km cao 21.5 m có khối lượng đất
đắp 13 triệu m3 [2]. Đập bằng đá có thiết bị chống thấm không phải là đất được xây
dựng muộn hơn, giữa thế kỷ XIX, trong điều kiện địa chất và thiên nhiên phức tạp.

5


Ngày nay, với phát triển mạnh của khoa học công nghệ với thành quả của các ngành
địa kĩ thuật, lý thuyết thấm, ứng suất và biến dạng công trình... và thiết bị thi công, đập
vật liệu địa phương nói chung và đập đất nói riêng được xây dựng nhiều với qui mô
lớn và chất lượng ngày càng cao.
1.1.2 Sự phát triển xây dựng đập đất đá trên thế giới
Mặc dù lịch sử phát triển đập đất đá có từ lâu nhưng trước năm 1900 chưa có đập vật
liệu địa phương nào cao trên 50m và đến năm 1930 chưa có đập nào cao trên 100m.
Vào nửa sau của thế kỷ XIX ở nhiều nước (Anh, Pháp, Mỹ) đã bắt đầu một chương
trình xây dựng các công trình thủy lợi lớn. Do đó đã xuất hiện các yêu cầu cần thiết
phải tính toán và nghiên cứu những phương pháp xây dựng phù hợp. Cuối thế kỷ XIX
đã có những phương pháp tính khác nhau về ổn định và thấm ... cho đập. Phương pháp

đắp đập đất bằng cơ giới thủy lực (phương pháp bồi lắng) được ứng dụng đầu tiên ở
Mỹ.
Trong những năm 1920-1930, việc xây dựng đập rất phát triển. Nhờ ứng dụng cơ giới
hóa cao, nhiều đập cao và khối lượng lớn, sử dụng đa dạng vật liệu đất đá cát sỏi. Đập
đá đổ có tường nghiêng chống thấm bằng các loại vật liệu như bê tông, nhựa đường,
gỗ ... bắt đầu được xây dựng phổ biến.
Ngày nay, có rất nhiều đập cao là đập đất, đất đá hỗn hợp như: Đập Anderson Ranch
(Mỹ) xây năm 1950 cao 139m, Đập Orovin (Mỹ) cao 221m; Đập Xerơ Pongxong
(Pháp) xây năm 1961 cao 122m; Đập Bariri (Brazin) xây năm 1967 cao 112m... [1]
Hội đập lớn thế giới (ICOLD) một tổ chức phi chính phủ nhưng là cơ quan đại diện
cho hơn 80 nước xây dựng đập. Tổ chức này xúc tiến trao đổi ý kiến và kinh nghiệm
giữa các khu vực trong thiết kế, xây dựng và vận hành, bao gồm cả điều kiện môi
trường. Hội đập lớn của nhiều nước đã công bố trên các website của mình danh mục
đập và hồ chứa.
Trước năm 1950, trong tổng số các loại đập đất đá và đập bê tông có chiều cao trên
15m đã được xây dựng trên thế giới thì đập đất đá chiếm tỷ lệ khoảng 62%, vào những
năm 1951 đến 1977 tỷ lệ là 75% và vào những năm 1978 đến 1982 do phát triển mạnh

6


của các thiết bị cơ giới cỡ lớn mà tỷ lệ này là 83.5%. Những năm gần đây, do xuất
hiện loại đập trọng lực bằng bê tông đầm lăn thì tỷ lệ trên có giảm nhưng các đập lớn
bằng vật liệu đất đá vẫn phát triển rất mạnh, đập lớn bằng vật liệu địa phương chiếm
82,9% [3].
Bảng 1.1 Số lượng đập lớn các loại [3],1988
Nhóm
Đập vật liệu địa phương

Loại

Đất đắp
Đá đắp

Loại (ký hiệu theo ICOLD)
TE
ER
36.235

Tổng số đập lớn

%
82,9

Bảng 1.2 Số lượng đập vật liệu địa phương ở các nước trên thế giới (H≥15m)
TT
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15

16

Tên nước
Trung Quốc
Mỹ
Ấn Độ
Nhật
Tây Ban Nha
Canada
Hàn Quốc
Thổ Nhĩ Kỳ
Brazin
Pháp
Nam Phi
Mexico
Italia
Vương Quốc Anh
Oxtraylia
Việt Nam

Số lượng
22000
6575
4291
2675
1196
793
765
625
594

569
539
537
524
517
486
460

TT
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31

Tên nước
Na Uy
CHLB Đức
Al-ba-ni
Ru-ma-ni

Zim-ba-buê
Thái Lan
Thụy Điển
Bulgari
Thụy Sĩ
Áo
Cộng hòa Séc
Algerie
Bồ Đào Nha
Indonesia
Nga

Số lượng
335
311
306
246
213
204
190
180
156
149
118
107
103
96
91

Ghi chú: Đến 2015, Việt Nam có 63 đập cao 30m trở lên; 492 đập cao từ 15m đến

dưới 30m (Bảng 1.3; Bảng 1.4; Bảng 1.5). Đập lớn được định nghĩa bởi ICOLD là đập
có chiều cao trên 15m, hoặc trong trường hợp đập cao từ 10m đến 15m, phân loại theo
tiêu chuẩn khác, dung tích hồ vượt 106 m3 hoặc lưu lượng xả lũ lớn hơn 2.000m3/s.
“Danh sách đập trên thế giới” (ICOLD,1988a) thống kê 36.235 đập đã hoàn thành và
trong thời gian thi công (đã loại trừ các loại đập phục vụ mục đích công nghiệp không

7


còn giá trị sử dụng). Trong số này có hơn 19.000 đập tại Trung Quốc và 5.459 đập tại
Mỹ. Số liệu này vượt xa so với con số 5.196 đập trên toàn thế giới vào năm 1950.
Hội đập lớn Nhật Bản (JCOLD) thống kê các đập cao 15-30m (chủ yếu là đập đất) xây
dựng từ năm 400 đến 2009 có khoảng 2.300 đập; đập cao trên 30m từ năm 700 đến
2009 có khoảng 1.120 đập (chủ yếu là đập đất hoặc đập đất đá hỗn hợp). Điều này dễ
hiểu vì đây là loại đập chịu động đất tốt mà Nhật Bản là quốc gia động đất diễn ra
thường xuyên.
Số liệu thống kê gần chính xác về đập lớn trong “Danh sách đập trên thế giới”, năm
1998 chỉ tính đến các đập có chiều cao trên 30m với tổng số đập được thống kê là
25.410 [4] và số lượng đập ở một số nước rút gọn hơn, đáng kể là Trung Quốc.
1.1.3 Sự phát triển xây dựng đập đất đá ở Việt Nam
Ở Việt Nam, trước năm 1964 việc xây dựng hồ chứa diễn ra chậm, có ít hồ chứa được
xây dựng trong giai đoạn này. Sau năm 1964, đặc biệt từ khi đất nước thống nhất thì
việc xây dựng hồ chứa phát triển mạnh. Từ năm 1976 đến nay số hồ chứa xây dựng
mới chiếm 67%. Không những tốc độ phát triển nhanh, mà cả về quy mô công trình
cũng lớn lên không ngừng. Hiện nay, đã có nhiều hồ lớn, đập cao ở những nơi có điều
kiện tự nhiên phức tạp.
Bảng 1.3 Số lượng và phân loại hồ chứa thủy lợi, không kể hồ thủy điện
Dung tích hồ (triệu m3)
Thống kê 2012
Thống kê 2015

>100
16
19

10-100
87
105

5-10
68
170

3-5
84
520

1-3
459
821

0,2-1
1752
1743

<0,2
4182
3285

Tổng

6648
6663

Nguồn: Tổng cục Thủy lợi, Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn.
Hồ chứa nước lớn (2012) có 551 hồ. Các tỉnh có nhiều hồ chứa lớn, gồm: Lạng Sơn:
45 hồ, Nghệ An: 33 hồ, Quảng Nam: 23 hồ, Bình Định: 28 hồ, Đắk Lắk: 38 hồ, Đắk
Nông: 15 hồ. Chủ yếu đập ở các hồ này là đập đất hoặc đập đất đá hỗn hợp. Bảng 1.3
cho thấy hồ thủy lợi thời gian qua nâng cấp rất nhiều hồ chứa, hồ xây mới ít nên con
số thống kê năm 2015 khác nhiều năm 2012 của TCTL. Tuy nhiên, số lượng đập thống
kê theo chiều cao H=15-30m và H>30m chưa có con số chính xác. Theo thống kê

8


chưa đầy đủ của tác giả về hồ đập do TCTL quản lý đến 2015: Số đập cao 30m trở lên
là 63; Số đập cao từ 15m đến dưới 30m là 492.
Đập lớn có chiều cao trên 50m, chủ yếu là đập thủy điện do Bộ công thương và các
chủ đập khác quản lý. Trong số đó, đập bê tông, bê tông đầm lăn, đá đổ và đá đổ bản
mặt bê tông chiếm đa số.
Đập đá đổ được ứng dụng rộng rãi cho những đập có chiều cao lớn như Thác Bà, Hoà
Bình, Hàm Thuận - Đa Mi v.v.... Các đập này chủ yếu chống thấm bằng hình thức lõi
đất sét. Đập đá đổ lõi giữa hoặc tường nghiêng đất sét có nhiều ưu điểm như chịu động
đất tốt, ổn định nhưng do mái quá soải nên tốn vật liệu, đường tháo nước thi công phải
làm dài và tốn kém. Ngoài ra, loại đập này còn có hạn chế khi thi công lõi đập đất sét
trong mùa mưa.
1.2 Yêu cầu kỹ thuật cơ bản thi công đập đất
Yêu cầu kỹ thuật thiết kế và thi công đập đất được trình bày chi tiết trong [5] và [6].
Nội dung sau đây sẽ điểm lại một số vấn đề cốt lõi về yêu cầu kỹ thuật thi công đất
đầm nén.
1.2.1 Yêu cầu đối với đất đắp đập

Đất đắp vào thân đập thường phải thoả mãn các yêu cầu sau:
-

Sức kháng cắt cao (c, )
Hệ số thấm nhỏ (k)
Hàm lượng chất hữu cơ, tạp chất nhỏ hơn 5%, hàm lượng muối tan < 0,3%.
Chỉ số dẻo IP= WL- WP =(720)%
Thành phần hạt Cn = d60/ d10 < (30-100), khi thiết kế đã chỉ ra đường bao cấp
phối cho phép.
Không bị biến chất, phong hoá hoặc gây biến dạng lớn sau khi đầm nện.
Hàm lượng hạt sét không chiếm nhiều hơn (50-60)%, tốt nhất nằm trong
khoảng (10-25)%.
Khi đập có tường lõi chống thấm thì hệ số thấm của tường phải nhỏ hơn của đất
hai bên khoảng (20-50) lần.
Lưu ý khi lựa chọn đất có các tính chất cơ lý đặc biệt như: trương nở, co ngót,
lún ướt, tan rã.

9


-

Các yếu tố quyết định đến hiệu quả đầm chặt: dung trọng khô , độ ẩm W, áp
lực đầm nén (loại đầm), loại đất (cấp phối, hàm lượng các hạt, chiều dày lớp
rải).
Bảng 1.4 Đập lớn bằng vật liêu địa phương thuộc quản lý của TCTL (2012)

TT
1
2

3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32

33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44

Tên hồ
Khuôn Thần
Đơn Dương
(Đa Nhim)
Suối Hai
Thượng Tuy
Cẩm Ly
Tà Keo
Cấm Sơn
Vực Trống
Đồng Mô
Tiên Lang
Núi Cốc
Pa Khoang
Kẻ Gỗ
Yên Mỹ
Yên Lập

Vĩnh Trinh
Liệt Sơn
Phú Ninh
Sông Mực
Quất Đông
Xạ Hương
Hòa Trung
Hội Sơn
Dầu Tiếng
Biển Hồ
Núi Một
Vực Tròn
Tuyền Lâm
Đá Bàn
Khe Tân
Kinh Môn
Khe Chè
Phú Xuân
Gò Miếu
Cà Giây
Sông Hinh
Sông Sắt
Sông Sào
Easoup
Hà Động
IaM’La
Tân Sơn
Tả Trạch
Suối Mỡ

Tỉnh
Bắc Giang

Loại đập
Đất

H (m)
26,00

Năm hoàn thành
1963

Lâm Đồng

Đất

38,00

1963

Hà Nội
Hà Tĩnh
Quảng Bình
Lạng Sơn
Bắc Giang
Hà Tĩnh
Hà Nội
Quảng Bình
Thái Nguyên
Điện Biên

Hà Tĩnh
Thanh Hóa
Quảng Ninh
Quảng Nam
Quảng Ngãi
Quảng Nam
Thanh Hóa
Quảng Ninh
Vĩnh Phúc
Đà Nẵng
Bình Định
Tây Ninh
Gia Lai
Bình Định
Quảng Bình
Lâm Đồng
Khánh Hòa
Quảng Nam
Quảng Trị
Quảng Ninh
Phú Yên
Thái Nguyên
Bình Thuận
Phú Yên
Ninh Thuận
Nghệ An
Đắc Lắc
Quảng Ninh
Gia Lai
Gia Lai

Thừa Thiên Huế
Bắc Giang

Đất
Đất
Đất
Đất
Đất
Đất
Đất
Đất
Đất
Đất
Đất
Đất
Đất
Đất
Đất
Đất
Đất
Đất
Đất
Đất
Đất
Đất
Đất
Đất
Đất
Đất
Đất

Đất
Đất
Đất
Đất
Đất
Đất
Đất
Đất
Đất
Đất
Đất
Đất
Đất
Đất
Đất

24,00
25,00
30,00
35,00
42,50
22,80
21,00
32,30
26,00
26,00
37,50
25,00
40,00
23,00

29,00
39,40
33,40
22,60
41,00
26,00
29,00
28,00
21,00
30,00
29,00
32,00
42,50
22,40
21,00
25,20
23,70
30,00
30,00
50,00
29,00
30,00
29,00
30,00
37,00
29,20
60,00
27,80

1963

1964
1965
1972
1974
1974
1974
1978
1978
1978
1979
1980
1980
1980
1981
1982
1983
1983
1984
1984
1985
1985
1985
1986
1986
1987
1988
1989
1989
1990
1996

1999
1999
2000
2005
2006
2005
2007
2009
2009
2012
2012

10


Bảng 1.5 Một số đập cao bằng vật liệu địa phương điển hình ở Việt Nam
TT

Tên đập

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

11

Truồi
Vĩnh Sơn
Sông Hinh
Sông Ba Hạ
Đá Bàn
Đại Ninh
Yaly
Easoup
Trị An
Thác Mơ
Dầu Tiếng

Trên sông

Loại đập

Chiều cao (m)

Năm

Đất đá hỗn hợp
Đập đất
Đất đá hỗn hợp
Đất đá hỗn hợp
Đất đá hỗn hợp
Đất đá hỗn hợp
Đá đổ lõi giữa
Đập đất

Đập đất
Đất đá hỗn hợp
Đập đất

49
37
42
60
42
50
69
26
40
46
27

1996-2002
1992-1994
1995
2004-2009
1976-1985
2003-2008
1993-2002
2001-2007
1984-1991
1991-1995
1981-1985

1.2.2 Yếu tố quyết định đến hiệu quả đầm chặt đất
1.2.2.1 Quan hệ dung trọng khô tối đa với độ ẩm

Dung trọng khô tối đa có thể đạt được ứng với độ ẩm tốt nhất được xác định thông qua
thí nghiệm đầm chặt. Để đánh giá khả năng đầm chặt, có thể dùng một trong ba thí
nghiêm tiêu chuẩn trong phòng, qui định chi tiết trong các tiêu chuẩn [7], [8].
Bảng 1.6 Thiết bị thí nghiệm dung trọng – độ ẩm theo [7], [8]

Qui định của BS
Đất:
- Khối lượng
- Kích thước hạt
max
Khuôn:
- Thể tích
- Đường kính trong
- Chiều cao
Đầm
- Khối lượng
- Đường kính mặt
- Chiều cao rơi
Số lớp đầm
Số lần đầm cho mỗi lớp

Proctor
Phương pháp 2,5kg
5kg
20mm
1000 cm3
105mm
115,5mm
2,5kg
50mm

300mm
3
27

11

Tên thí nghiệm
AASHTO cải tiến
Phương pháp
4,5kg

Búa rung
Phương pháp búa
rung

5kg
20mm

25kg
37,5mm

1000 cm3
105mm
115,5mm

2305 cm3
152mm
127mm

4,5kg

50mm
450mm
5
27

Búa rung
145mm
3
Rung trong 60sec


0
Hình 1.1 Đồ thị quan hệ dung trọng – độ ẩm
Trên Hình 1.1 cho thấy γk lớn nhất tương ứng với độ ẩm tối ưu Wopt. Khi thi công,
người ta cố gắng có được đất có độ ẩm tốt nhất. Tuy nhiên, thực tế thường phải có giải
pháp tăng hoặc giảm ẩm cho đất tự nhiên.

Hình 1.2 Tương quan: Lực đầm nén – Dung trọng khô lớn nhất – Độ ẩm tối ưu [9]

12


Trên Hình 1.2 cho thấy khi công năng đầm càng lớn, giá trị dung trọng khô lớn nhất
tăng tương ứng với độ ẩm tốt nhất giảm dần. Biểu đồ kết quả thí nghiệm trên của
Wightman cho ta xu thế dung trọng khô tăng - độ ẩm tốt nhất giảm. Kết quả này phù
hợp qui luật.
Mặt khác, trên biểu đồ của Wightman cho thấy khi đầm nén với độ ẩm cao hơn độ ẩm
tốt nhất, lượng bọt khí giảm, thể hiện trên các đường lỗ rỗng chứa khí tiến gần đến 0%.
Điều này giải thích thêm chắc chắn cho luận cứ: giảm độ bền chống cắt để đầm chặt có
hiệu quả ở lõi sét chống thấm của đập [10] (Whitlow, 1996, mục 3.7).

1.2.2.2 Yếu tố quyết định độ chặt đầm nén
a) Ảnh hưởng của lượng ngậm nước (độ ẩm W%)
Nếu đất quá khô thì hiệu quả đầm rất kém, nếu đất quá ướt thì nước thừa chứa trong kẽ
rỗng làm giảm lực đầm có ích nên đầm cũng không hiệu quả. Như vậy chỉ có lượng
ngậm nước nhất định làm cho đầm hiệu quả được coi là độ ẩm tốt nhất.
Độ ẩm tốt nhất thay đổi phụ thuộc vào loại đất và công năng của đầm. Công năng càng
lớn thì độ ẩm tốt nhất càng nhỏ.
Trước khi thi công cần thí nghiệm để xác định được chiều dày rải đất tương ứng có
khối lượng đầm nén ít nhất mà đạt được độ đầm chặt (K) yêu cầu, từ đó xác định lượng
ngậm nước thích hợp.
b) Ảnh hưởng của loại đất
Đất dính, lực keo kết lớn, lực ma sát nhỏ nên khi đầm nén dễ bị co ép hoặc dãn nở
nhưng tính thoát nước kém nên khó đầm chặt.
Đất không dính, lực keo kết nhỏ, ma sát lớn, dễ thoát nước nên dễ đầm chặt.
Đất bao gồm nhiều loại hạt tổ thành. Nếu nhiều hạt đều và nhỏ thì độ rỗng lớn. Nếu
cấp phối hạt tốt thì độ rỗng nhỏ, đầm dễ đạt dung trọng lớn.
c) Thiết bị đầm
Máy đầm đất theo từng lớp được chia ra làm 3 nhóm:

13