Nghiên cứu xử lý vật liệu bồi tích trẻ để nâng cấp, xây dựng đập đất vùng tây nguyên tt

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

MAI THỊ HỒNG

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ VẬT LIỆU BỒI TÍCH TRẺ ĐỂ NÂNG CẤP,
XÂY DỰNG ĐẬP ĐẤT VÙNG TÂY NGUYÊN

Chuyên ngành:
Mã số chuyên ngành:

Kỹ thuật xây dựng công trình thủy
958 02 02

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI, NĂM 2019


Công trình được hoàn thành tại Trường Đại học Thủy lợi

Người hướng dẫn khoa học:

PGS.TS. Nguyễn Trọng Tư

Phản biện 1:

GS.TS. Lê Kim Truyền

Phản biện 2:

PGS.TS. Lê Xuân Roanh

Phản biện 3:

PGS.TS. Hoàng Việt Hùng

Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án họp tại
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
vào lúc 8 giờ 30’ ngày 16 tháng 4 năm 2019

Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện:
- Thư viện Quốc gia
- Thư viện Trường Đại học Thủy lợi


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Các tỉnh Tây Nguyên có mạng lưới sông suối khá dày, nhiều ghềnh thác, là nơi
khởi nguồn của 4 hệ thống sông chính gồm: hệ thống sông Pô Kô - Sê San ở Kon
Tum đổ vào sông Mê Kông; hệ thống sông Ba - Ayun ở Gia Lai đổ vào sông Đà
Rằng chảy ra biển Đông; hệ thống sông Sêrêpôk ở Đắk Lắk đổ vào sông Mê
Kông và hệ thống sông Đồng Nai ở Đắk Nông và Lâm Đồng chảy ra biển Đông.
Khu vực Tây Nguyên, tỷ lệ lượng nước yêu cầu nhỏ hơn nhiều so với lượng nước
tiềm năng, nhưng hiện tượng thiếu hụt nước phục vụ cho nông nghiệp và các
ngành kinh tế khác vẫn diễn ra gay gắt. Như vậy vẫn có một lượng nước dư thừa
rất lớn chưa được sử dụng phục vụ cho phát triển đời sống xã hội và dân sinh

kinh tế. Khu vực Tây Nguyên có trên 1000 hồ thủy lợi lớn nhỏ, phần lớn sử dụng
đập đất được xây dựng bằng phương pháp đầm nén, trong đó có đa số các công
trình được xây dựng từ những năm tám mươi, chín mươi với điều kiện thi công
và công nghệ xây dựng còn hạn chế, nên nhiều công trình đã xuống cấp, không
đảm bảo an toàn cho khai thác, sử dụng như sạt lở mái thượng hạ lưu, thấm qua
thân đập. Mặt khác, theo nhu cầu phát triển kinh tế xã hội ở Tây Nguyên, theo
dự báo, yêu cầu dùng nước cho nông nghiệp tăng từ 1112%; nước cho công
nghiệp tăng 1.71.8 lần, nước cho sinh hoạt tăng 1.92.0 lần so với hiện nay.
Nhu cầu dùng nước ngày càng tăng cao, nhưng điều kiện xây dựng các hồ chứa
mới rất khó khăn. Vì vậy yêu cầu nâng cấp, sửa chữa các công trình thủy lợi ở
Tây Nguyên rất lớn, đặc biệt các hồ chứa loại vừa và nhỏ được xây dựng bằng
phương pháp đầm nén, nó thường nằm rải rác phân tán, khối lượng vật liệu sử
dụng cho việc nâng cấp hồ đập là không lớn lắm. Ngoài ra, các vùng đất Tây
Nguyên đã được quy hoạch thành các khu trồng cây ăn quả, cây công nghiệp nên
việc lấy đất để sửa chữa, nâng cấp đập là khó khăn. Nên việc nghiên cứu sử dụng
vật liệu tại chỗ tại vùng có công trình xây dựng để nâng cấp, sửa chữa là cần
thiết, mang lại giá trị kinh tế và kỹ thuật cao. Mặc dù đã có nhiều công trình
nghiên cứu việc sử dụng đất Tây Nguyên để đắp đập, nhưng chưa có đề tài đi sâu
1


nghiên cứu sử dụng hợp lý các loại vật liệu bồi tích trẻ ở các hồ đập, sông suối
để tận dụng sử dụng cho việc nâng cấp, sửa chữa đập.
Với những lý do trên, việc nghiên cứu các giải pháp cải tạo vật liệu tại chỗ để
phục vụ nâng cấp, xây dựng đập sẽ giúp tiết kiệm kinh phí xây dựng. Do vậy, tôi
lựa chọn đề tài của luận án: “Nghiên cứu xử lý vật liệu bồi tích trẻ để nâng
cấp, xây dựng đập đất vùng Tây Nguyên”.
2. Mục tiêu nghiên cứu
- Xác định hàm lượng dăm sạn để tăng dung trọng khô của đất;
- Xác định hàm lượng ximăng hợp lý để giảm tính tan rã của đất có chứa nhiều

dăm sạn;
- Xác định hàm lượng xi măng và vôi hợp lý để giảm tính thấm của đất có chứa
nhiều dăm sạn.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
3.1. Đối tượng nghiên cứu
- Các đập đất thủy lợi vừa và nhỏ ở Tây Nguyên;
- Loại đất nghiên cứu: Đất bồi tích trẻ có khối lượng thể tích khô hay dung trọng
khô nhỏ và có tính thấm lớn, tan rã mạnh;
- Dăm sạn có đường kính nhỏ hơn hoặc bằng 10mm
- Các chất kết dính là xi măng và vôi.
3.2. Phạm vi nghiên cứu
- Khu vực nghiên cứu: Các tỉnh thuộc Tây Nguyên;
- Sử dụng xi măng Vicem Hoàng Thạch PCB 30.
4. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết;
- Phương pháp thực nghiệm;
2


- Phương pháp chuyên gia;
- Phương pháp nghiên cứu ứng dụng.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
- Ý nghĩa khoa học: Luận án đã bổ sung làm sâu sắc thêm các vấn đề khoa học
của đất Tây Nguyên để nghiên cứu nhằm xử lý vật liệu bồi tích trẻ để nâng cấp,
xây dựng đập vùng Tây Nguyên.
- Ý nghĩa thực tiễn: Kết quả nghiên cứu của luận án là những cơ sở khoa học để
nâng cấp, xây dựng đập đất vùng Tây Nguyên.
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐẬP SỬ DỤNG VẬT LIỆU TẠI CHỖ
VÀ ĐẬP ĐẤT Ở TÂY NGUYÊN
1.1

Đập đất và những yêu cầu khi thiết kế, thi công

Đập đất được xây dựng ở bằng các loại đất hiện có ở gần vùng xây dựng công
trình, là loại đập không cho phép nước tràn qua, có nhiệm vụ dâng nước và giữ
nước trong các hồ chứa.
Từ xa xưa đập đất đã được xây dựng để trữ nước phục vụ cho dân sinh, trồng
trọt. Ở Ai Cập đập đất được xây dựng từ 4400 năm trước công nguyên, ở Trung
Quốc 2280 năm trước công nguyên. Khi đó đập được xây dựng bằng các biện
pháp thủ công, sử dụng đất dính với khối lượng vật liệu lớn và thời gian thi công
dài (1015 năm), chiều cao đập không quá 15m.
1.1.1

Yêu cầu về thiết kế

Khi thiết kế đập đất phải đảm bảo các yêu cầu: Đập và nền đập phải ổn định trong
thời gian thi công và khai thác; Thấm qua nền và thân đập không gây mất nước
quá lớn từ hồ chứa, không gây xói ngầm; Không cho phép nước tràn qua; Có các
thiết bị bảo vệ đập khỏi bị tác hại của sóng, gió, mưa, nắng ....; Lựa chọn loại đập
đất, cấu tạo các bộ phận, thời gian và phương pháp thi công hợp lý, sử dụng và
quản lý thuận lợi, giá thành rẻ.

3


Yêu cầu về vật liệu đắp đập

1.1.2

Lựa chọn vật liệu đắp đập khi thi công đập đất đầm nén, phải đảm bảo các yêu

cầu sau:
- Đất đắp vào thân đập thường phải thoả mãn các yêu cầu sau: Sức kháng cắt (C,

) cao; Hệ số thấm (k) nhỏ; 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 Cc = d60/ d10 < (30100), khi thiết kế đã chỉ ra đường bao cấp
phối cho phép; Đất 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, theo Tiêu chuẩn xây
dựng (TCXD) Việt Nam 4447-87 khối lượng thể tích khô còn gọi là dung trọng
khô (c) chỉ được phép sai lệch thấp hơn 0.03T/m3 so với yêu cầu của thiết kế và
số mẫu không đạt yêu cầu so với tổng số mẫu lấy thí nghiệm không được lớn hơn
5%.
1.2

1.2.1

Đặc điểm hồ chứa và nhu cầu dùng nước trong những năm tới ở Tây
Nguyên
Đặc điểm hồ chứa và đập đất ở Tây Nguyên

Hiện tại toàn vùng Tây Nguyên đã xây dựng được 2352 công trình thủy lợi
(CTTL), trong đó 1190 hồ chứa, 970 đập dâng, 130 trạm bơm, 62 công trình
khác. Với diện tích tưới thiết kế 289604 ha, diện tích tưới thực tế là 215.765 ha.
Trong khi đó tổng diện tích cần tưới là 772189 ha, so với diện tích cây trồng cần
tưới, diện tích tưới được bằng CTTL mới chỉ đạt 27.94%.
Phần lớn các hồ chứa ở Tây Nguyên là hồ chứa vừa và nhỏ, có dung tích nhỏ hơn
3 triệu m3 và nằm rải rác trên phạm vi rộng, cơ sở hạ tầng giao thông chưa phát
triển nên việc đi lại rất khó khăn. Các hồ chứa được xây dựng từ 30 đến 40 năm

trước, nên đã bị xuống cấp nghiêm trọng, không còn đảm bảo nhiệm vụ tưới và
an toàn phòng chống lũ bão hiện nay. Đa số các đập của hồ chứa vừa và nhỏ ở
4


Tây Nguyên là đập đất, đập này thường xảy ra các hiện tượng hư hỏng như thấm
ở nền, thân, vai đập, hư hỏng phần mái, mặt đập…
1.2.2

Nhu cầu dùng nước trong tương lai

Theo số liệu thống kê từ Viện Quy hoạch Thủy lợi, tổng nhu cầu dùng nước cho
phát triển kinh tế, xã hội và môi trường trên toàn vùng Tây Nguyên vào khoảng
11 tỷ m3/năm 2015 và sẽ tăng lên khoảng 12 tỷ m3/năm vào năm 2030. Với nhu
cầu dùng nước hiện tại ở khu vực Tây Nguyên, nhu cầu dùng nước chỉ chiếm
23% lượng nước đến hàng năm ở khu vực, nhưng lượng nước đến phân bố không
đồng đều theo thời gian nên tình trạng thiếu nước vào mùa khô vẫn xảy ra gay
gắt, mùa mưa lại gây ra lũ lụt. Vì vậy, ở Tây Nguyên hiện tại thiếu khoảng 5.0 tỷ
m3/năm và khả năng sẽ thiếu 5.5 tỷ m3/năm vào năm 2030, do nhu cầu dùng nước
của các ngành đều tăng cao.
1.3
1.3.1

Những nghiên cứu về đập vật liệu tại chỗ
Nghiên cứu đập vật liệu tại chỗ trên Thế giới

Theo Nhichiporovich nghiên cứu đất sử dụng chung cho đắp đập trên toàn hành
tinh của chúng ta thông thường có các loại: Đất trầm tích - Aluvi; Đất sườn tàn
tích, tàn tích; Đất hoàng thổ; Để khắc phục tính tan rã của đất, Shearard, J.L.,
Decker R.S., & Ryker, N.L., nghiên cứu sử dụng phương pháp trộn vôi bột có

hiệu quả ngay khi bổ sung lượng vôi vào đất; Nghiên cứu của Nelson, J.D., &
Miller, D.J. (1992) cho thấy tính trương nở của đất phụ thuộc cơ bản vào thành
phần chất keo có trong đất; Nghiên cứu chất lượng thi công đập đất đầm nén phụ
thuộc vào các yếu tố: i) Thành phần hạt của đất đắp; ii) Độ ẩm đất; iii) Chiều dày
dải đất đầm; iv) Loại đầm và số lần đầm.
1.3.2

Nghiên cứu đập vật liệu tại chỗ trong nước

Nguyễn Công Mẫn, Nguyễn Văn Thơ và Phạm Văn Thìn nghiên cứu đất đỏ bazan
là sản phẩm phong hóa từ đá gốc bazan được phân bổ rộng khắp ở khu vực Tây
Nguyên và Đông Nam Bộ. Phạm Văn Thìn nghiên cứu đất đỏ bazan ở khu vực
5


Tây Nguyên có những đặc tính khác nhau, loại bazan không chứa kết von laterit
có dung trọng khô lớn nhất trong khoảng 1.281.41 (g/cm3), trong khi đó loại đất
bazan chứa kết von laterit có thể đạt dung trọng khô lớn nhất 1.551.94 (g/cm3),
tăng 2137.8% so với loại đất bazan không chứa kết von laterit; Nguyễn Văn
Thơ, Trần Thị Thanh nghiên cứu đất đỏ bazan khu vực Tây Nguyên có hàm lượng
sét bụi lớn, dung trọng khô nhỏ từ 1.01.2 T/m3, khi đầm nện tiêu chuẩn dung
trọng khô lớn nhất đạt được không cao từ 1.31.4 T/m3, nếu tăng công đầm cũng
chỉ đạt khoảng 1.6 T/m3. Các kết quả nghiên cứu cũng chỉ ra rằng, khi tăng dung
trọng khô của đất, sức chống cắt của đất tăng và tính nén lún đạt giá trị trung
bình, vì vậy có thể sử dụng đất đỏ bazan làm vật liệu đắp đập; Nguyễn Văn Thơ,
Phạm Văn Thìn và một số tác giả khác nghiên cứu khi đầm nén đất đỏ bazan, nếu
đảm bảo độ ẩm thích hợp thì dung trọng khô của đất tăng và khi ở trạng thái bão
hoà nước đất có sức chống cắt tương đối cao; Nguyễn Văn Thơ và Phạm Văn
Thìn; Nguyễn Văn Chiển; Nguyễn Công Mẫn nghiên cứu về tính chất khoáng
hóa, tính chất cơ lý của đất bazan có chứa kết von laterit trong việc sử dụng làm

vật liệu đắp đập và nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng hạt thô đến tính chất
cơ lý của đất kết luận rằng hàm lượng hạt thô và đặc tính vật lý của đất như hình
dạng và cấu tạo hạt có ảnh hưởng rõ rệt đến tính chất xây dựng của đất; Nguyễn
Văn Thơ nghiên cứu khi hàm lượng hạt thô (N) thay đổi thì dung trọng khô,
cường độ chống cắt và hệ số thấm cũng thay đổi, hệ số thấm của đất hầu như
không thay đổi khi hàm lượng hạt thô N = (0  50)%, khi hàm lượng hạt thô tăng
hơn 50% thì hệ số thấm bắt đầu tăng; Phạm Văn Thìn đã xây dựng một số công
thức xác định các chỉ tiêu cơ học và hệ số thấm của đất bazan có chứa kết von
laterit dạng tròn đặc sít, không cần phải tiến hành thí nghiệm trên các thiết bị cỡ
lớn mà vẫn phù hợp với điều kiện sản xuất thực tế; Phạm Văn Cơ và Nguyễn
Hữu Ký nghiên cứu sơ bộ về các loại đất có nguồn gốc khác nhau cho thấy khi
hàm lượng hạt thô trong đất tăng thì các cường độ chống cắt , C tăng, nhưng hệ
số thấm k giảm; Lê Thanh Bình nghiên cứu sự thay đổi hàm lượng hạt thô N lên
các tính chất cơ lý của đất.

6


1.4

1.4.1

Những nghiên cứu về sử dụng xi măng và vôi để gia cố đất trên Thế
giới và Việt Nam
Nghiên cứu sử dụng xi măng và vôi để gia cố đất trên Thế giới

Mitchell và Freitag nghiên cứu đối với đất có tính dẻo thấp, đất cát hàm lượng
XM sử dụng để gia cố đất từ 5÷14% so với trọng lượng của đất; Lượng XM yêu
cầu phụ thuộc vào loại đất, trạng thái của đất cần gia cố; Hisaa Aboshi và
Nashahiko Kuwabara (Nhật Bản) nghiên cứu gia cố cho các loại đất yếu khác

nhau, kết quả nghiên cứu cho thấy mức độ cải thiện cường độ đối với đất bùn và
sét không cao bằng đất cát và cuội sỏi; Shiells nghiên cứu phương pháp trộn ướt
sử dụng tỷ lệ đất và XM cao hơn so với phương pháp trộn khô, cụ thể cần một
lượng XM từ 180÷400kg/m3 đất cần gia cố đối với phương pháp trộn ướt; còn
đối với phương pháp trộn khô chỉ cần lượng XM từ 90÷180kg/m3, có nghĩa là
phương pháp trộn khô hàm lượng XM chỉ khoảng 50% so với phương pháp trộn
ướt; Nghiên cứu của Law ở Viện kỹ thuật châu Á, khi trộn 5% XM với đất sét
yếu ở Băng Cốc (Thái Lan) làm tăng độ bền nén nở hông lên 10 lần, hệ số cố kết
tăng 10÷40 lần; Meei-Hoan Ho và Chee-Ming Chan đã nghiên cứu đất sét yếu
lấy tại Trung tâm nghiên cứu đất yếu thuộc Đại học Tun Hussein ở Malaysia
(UTHM) ở độ sâu từ 1.52.0m, khi cải tạo đất bằng XM sẽ cải thiện các đặc
trưng cơ học của đất; Nguyễn Duy Quang nghiên cứu đất bùn nạo vét ở cửa sông
vùng Ariake Nhật Bản để làm đất đắp tại chỗ.
Như vậy, các kết quả nghiên cứu của các tác giả trên Thế giới đều cho thấy việc
cải tạo đất bằng vôi hoặc vôi kết hợp XM đã mang lại hiệu quả nhất định về đặc
tính cơ học của đất sau cải tạo.
1.4.2

Nghiên cứu sử dụng xi măng và vôi để gia cố đất ở Việt Nam

Đã có nhiều nghiên cứu sử dụng XM và vôi để cải tạo đất như Phạm Văn Huỳnh;
Lê Xuân Roanh; Nguyễn Quốc Dũng. Tóm lại các nghiên cứu về sử dụng CKD
vô cơ trong việc cải tạo đất ở trong nước đều khẳng định khi tăng hàm lượng XM
làm thay đổi các chỉ tiêu cơ lý của đất, làm tăng cường độ cho đất và đất thích
7


hợp với việc gia cố bằng XM là đất cuội sỏi, cát hạt, á cát hoặc á sét nhẹ, còn khi
bổ sung phụ gia vôi vào đất làm giảm tính tan rã. Tuy nhiên các nghiên cứu chủ
yếu tập trung làm tăng cường độ cho đất, còn nghiên cứu giải pháp trộn XM vào

đất để giảm tính thấm và tan rã chưa được nghiên cứu và thường nghiên cứu với
các loại đất nguyên thổ có các chỉ số cơ lý tự nhiên ổn định.
1.5

Những nội dung đặt ra cho nghiên cứu

1/ Nghiên cứu các tính chất cơ lý và tính chất đặc biệt của một số loại vật liệu
bồi tích trẻ ở Tây Nguyên khi sử dụng chúng để đắp đập;
2/ Đề xuất các giải pháp nhằm cải tạo vật liệu bồi tích trẻ cho phù hợp với các
yêu cầu theo tiêu chuẩn hiện hành để sử dụng cho việc nâng cấp, xây dựng đập
đất vùng Tây Nguyên;
3/ Lựa chọn các tỷ lệ pha trộn hợp lý nhằm cải thiện các tính chất đặc biệt, các
tồn tại của các loại vật liệu bồi tích trẻ không đáp ứng được các tiêu chuẩn đặt
ra;
4/ Áp dụng kết quả nghiên cứu mới để nâng cấp đập vật liệu tại chỗ Buôn Sa.
1.6

Kết luận chương 1

Đã có nhiều nghiên cứu về sử dụng VLTC để đắp đập ở khu vực Tây Nguyên,
nhưng các nghiên cứu này hầu hết đều chỉ nghiên cứu sử dụng đất phong hóa từ
đá gốc được hình thành lâu đời và nghiên cứu các giải pháp thiết kế, thi công phù
hợp với từng loại đất, các loại đất đó hiện nay thường sử dụng cho việc canh tác
nông nghiệp. Còn các nghiên cứu về việc: i) Sử dụng CKD là XM và vôi để gia
cố đất yếu để sử dụng cho việc xây dựng các công trình giao thông, tuy nhiên các
nghiên cứu này tập trung vào việc tăng cường độ cho đất, còn việc sử dụng CKD
để giảm tính thấm và tính tan rã của đất đối với đất bồi tích trẻ chưa được đề cập
nghiên cứu; ii) Sử dụng phương pháp thi công, cụ thể là phương pháp đầm chặt
để tăng dung trọng khô của đất, nhưng hiệu quả của giải pháp đầm chặt lại phụ
thuộc rất nhiều vào thành phần hạt và độ ẩm đất. Vì vậy đây chính là những nội

dung đặt ra cho luận án cần được nghiên cứu.
8


CHƯƠNG 2 CƠ SỞ KHOA HỌC CẢI THIỆN VẬT LIỆU BỒI TÍCH
TRẺ ĐÁP ỨNG YÊU CẦU NÂNG CẤP, XÂY DỰNG ĐẬP ĐẤT VÙNG
TÂY NGUYÊN
2.1

Vật liệu đắp đập ở khu vực Tây Nguyên

Đất Tây Nguyên được hình thành từ đá bazan, đá trầm tích lục nguyên, đá biến
chất và đá xâm nhập sâu. Theo nguồn gốc thành tạo, có thể chia đất Tây Nguyên
thành hai loại chính: Đất Aluvi và đất sườn tàn tích, tàn tích trên các nền đá có
nguồn gốc thành tạo khác nhau.
2.2

Một số giải pháp kỹ thuật để cải tạo đất đắp đập

Cải tạo đất đất đắp đập nhằm cải tạo những tồn tại của đất, đáp ứng những yêu
cầu theo thiết kế như: tăng sức chịu tải của đất; cải thiện một số tính chất cơ lý
của đất yếu như giảm tính thấm của đất, giảm tính tan rã của đất, tăng dung trọng
khô của đất, đảm bảo ổn định cho khối đất, giảm hệ số rỗng, giảm tính nén lún,
tăng độ chặt, tăng trị số modul biến dạng, tăng cường độ chống cắt của đất,....
Mục đích của các biện pháp cải tạo đều làm tăng cường độ liên kết giữa các hạt
đất và làm tăng độ chặt của đất nền nhằm đáp ứng được yêu cầu của việc cải tạo
đất. Hiện nay có rất nhiều phương pháp xử lý gia cố đất như: i) Cải tạo đất bằng
biện pháp cơ học: Làm chặt đất bằng búa đầm; xe lu; đầm rung;…; ii) Cải tạo đất
bằng các phương pháp bổ sung thành phần hạt; iii) Cải tạo đất bằng bằng các
CKD vô cơ hoặc hữu cơ như XM; vôi; bitum;…

2.3

Cơ sở khoa học lựa chọn chất kết dính để cải tạo đất có tính thấm lớn
và tính tan rã mạnh

Các loại đất có tính thấm lớn và tan rã mạnh thường giàu hàm lượng Na, Mg, khi
hàm lượng iôn Na+ đủ lớn thì ion Na+ có thể thay thế iôn Ca++. Khi iôn Na+ tập
trung gần bề mặt khoáng sét thì tham gia trực tiếp vào lớp khuyếch tán đôi, làm
chiều dày lớp này tăng lên. Vì vậy giải pháp hữu hiệu là phải thay thế loại ion
này bằng các iôn khác trong dãy, tác giả lựa chọn ion thay thế là ion Ca++. Điều

9


này có thể thực hiện được bằng cách bổ sung hợp chất giàu can xi vào đất, vật
liệu thông dụng là vôi bột hoặc XM.
Nếu giảm được chiều dày của lớp khuyếch tán đôi, tức là tăng lên lực hút bám
Vall Der Wall khi các hạt sét xích lại gần nhau. Khi tăng hàm lượng iôn Ca++ lên
tức là giảm tỉ lệ các iôn Na+ xuống cũng đồng nghĩa với việc thay thế iôn có trong
đất. Vì vậy, biện pháp hữu hiệu là trộn một trong các hợp chất sau vào đất như:
Can xi ôxit CaO, can xi hydrô xít Ca(OH)2, hoặc các chất khác giàu Ca sẽ thay
đổi căn bản tính tan rã và tính thấm của đất. Hàm lượng sử dụng trộn vào đất phụ
thuộc vào loại đất, độ chặt đầm nén, hàm lượng muối tan trong nước, phương
pháp thi công,... Trước khi chọn tỷ lệ trộn cần phải tiến hành thí nghiệm để xác
định tỷ lệ hợp lý. Đây là tiền đề để tác giả nghiên cứu thực nghiệm ở chương 3.
2.4

Cơ sở khoa học lựa chọn hạt thô để tăng dung trọng khô của đất

Có rất nhiều nghiên cứu để tăng dung trọng khô của đất như phương pháp đầm

chặt, phương pháp này đơn giản, đỡ tốn kém. Tuy nhiên, hiệu quả đầm chặt lại
phụ thuộc rất nhiều vào độ ẩm, thành phần cấp phối hạt của đất đắp và công cụ
đầm nén. Theo các nghiên cứu trước phương pháp đầm chặt chỉ áp dụng hiệu quả
khi hàm lượng sét bé hơn 15%. Thêm vào đó trong đất sét (đất dính) thường tồn
tại bọc khí hay túi khí làm ảnh hưởng đến quá trình ép co dưới tác dụng của lực
bên ngoài, cần hạn chế sự tồn tại của các túi khí, làm tăng tính thông khí của đất,
do tính thông khí phụ thuộc vào thành phần hạt và độ rỗng của đất.
Ngoài ra, dung trọng khô của đất được xác định theo công thức:

 tc . cm
  t
 c (1  N )  N  cm
tm
c

2.5

Kết luận chương 2

Với mục tiêu nghiên cứu đề ra, tác giả lựa chọn các giải pháp để cải thiện một số
chỉ tiêu cơ lý và tính chất đặc biệt của đất như sau: i) Lựa chọn giải pháp sử dụng
CKD để giảm tính thấm và tính tan rã của đất; ii) Lựa chọn giải pháp thay đổi
10


thành phần hạt, cụ thể lựa chọn giải pháp bổ sung thêm hàm lượng hạt thô để gia
cố đất nhằm nâng cao dung trọng khô của đất. Đó là những cơ sở khoa học cho
tác giả nghiên cứu ứng dụng ở các chương sau.
CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU CẢI THIỆN MỘT SỐ CHỈ TIÊU CƠ LÝ
CỦA ĐẤT VẬT LIỆU BỒI TÍCH TRẺ ĐỂ NÂNG CẤP ĐẬP ĐẤT Ở TÂY

NGUYÊN
3.1

Đặt vấn đề

Kết quả nghiên cứu ở chương 1 và chương 2 cho thấy đập đất khu vực Tây
Nguyên thường là đập đất vừa và nhỏ, đã xây dựng cách đây khá lâu, vì vậy nhiều
công trình đã xuống cấp và không đáp ứng được nhu cầu dùng nước theo thiết
kế. Mặt khác CTTL ở Tây Nguyên lại phân bố rải rác trong khu vực, việc sử dụng
vật liệu tại chỗ để nâng cấp đập đất là nhu cầu cấp bách, hơn nữa khối lượng vật
liệu sử dụng cho việc nâng cấp là không lớn. Nhưng những nguồn vật liệu có thể
sử dụng để nâng cấp đập đã được nhiều tác giả nghiên cứu đã được quy hoạch và
sử dụng cho việc trồng cây nông nghiệp và công nghiệp. Vì vậy, việc nghiên cứu
nguồn vật liệu mới, cụ thể là những nguồn vật liệu bồi tích trẻ là nhu cầu cấp
thiết. Tuy nhiên, những nguồn vật liệu này thường có một số chỉ tiêu cơ lý và
tính chất đặc biệt không đáp ứng được nhu cầu nâng cấp, xây dựng đập đất.
3.2

Lựa chọn mẫu đất nghiên cứu

- Mẫu đất MA được lấy tại bãi vật liệu A gần khu vực hồ chứa nước Tân Sơn
(Gia Lai) đại diện cho nhóm đất loại I có đường kính hạt nhỏ chiếm đa số;
- Mẫu đất MB và MC được lấy tại bãi vật liệu B và C gần khu vực hồ chứa nước
Eamlô và Buôn Sa (Đắk Lăk) đại diện cho nhóm đất loại II có đường kính hạt
lớn hơn 2mm chiếm đa số.
3.3

Tổng hợp nhận xét kết quả thí nghiệm

Qua kết quả thí nghiệm của các mẫu đất MA, MB và MC có một số chỉ tiêu cơ

lý và tính chất đặc biệt thỏa mãn yêu cầu xây dựng hoặc nâng cấp, sửa chữa đập

11


theo TCVN 8216-2009 và TCVN 8297-2009. Nhưng vẫn còn một số chỉ tiêu
không đảm bảo như sau:
- Mẫu đất MA: Có dung trọng khô nhỏ và độ ẩm tốt nhất cao, theo TCVN 82972009;
- Mẫu đất MB: Thời gian tan rã đất nhanh, chỉ sau 500s mẫu đất tan rã hoàn toàn;
- Mẫu đất MC: Đất có hệ số thấm lớn, không thỏa mãn yêu cầu đắp đập theo
TCVN 8216-2009.
Vì vậy, cần có giải pháp xử lý cải tạo để đáp ứng các chỉ tiêu cơ lý và tính chất
đặc biệt của đất để đảm bảo yêu cầu sử dụng cho đắp đập.
Nghiên cứu giải pháp tăng khả năng chống thấm

3.4

1/ Xét trường hợp 1: Hàm lượng XM thay đổi là 1%, 2%, 3%, 5%, 7% và hàm
lượng vôi cố định là 2%.
Bảng 3. 1 Kết quả thí nghiệm thấm theo hàm lượng XM và 2% vôi
STT
1
2
3
4
5

Hỗn hợp đất
và phụ gia
MC-1-2

MC-2-2
MC-3-2
MC-5-2
MC-7-2

Hàm lượng
XM (%)
1
2
3
5
7

Hàm lượng vôi
(%)
2
2
2
2
2

Hệ số thấm k
(cm/s)
9.0710-05
6.3110-05
4.3110-05
2.7210-05
1.2410-05

10

k (10-5 cm/s)

8
6
4
2
0
0

1

2

3

4

5

6

7

8

X (%)

Hình 3. 1 Ảnh hưởng của hàm lượng XM và 2% lượng vôi với hệ số thấm

12


Khi tăng hàm lượng XM, hệ số thấm k giảm rõ rệt, nguyên nhân do XM và vôi
có thành phần hạt là hạt mịn nên dễ dàng chiếm chỗ những lỗ rỗng của đất, thêm
vào đó việc trộn XM và vôi sẽ tạo ra các phản ứng thủy hóa với nước trong đất,
làm cho các hạt đất kết tinh lại dẫn đến tính thấm giảm. Khi hàm lượng XM là
3% kết hợp với hàm lượng vôi là 2% thì hệ số thấm k = 4.3110-05 cm/s.
2/ Xét trường hợp 2: Hàm lượng vôi thay đổi là 1%, 2%, 3%, 5%, 7% và hàm
lượng XM là cố định 2%.
Bảng 3. 2 Kết quả thí nghiệm thấm theo hàm lượng vôi và 2% hàm lượng XM
STT
1
2
3
4
5

Hỗn hợp đất
và phụ gia
MC-2-1
MC-2-2
MC-2-3
MC-2-5
MC-2-7

Hàm lượng
XM (%)
2
2

2
2
2

Hàm lượng vôi
(%)
1
2
3
4
7

Hệ số thấm k
(cm/s)
9.3810-05
6.3110-05
2.0510-05
0.81910-05
0.42710-05

k (10-5 cm/s)

10
8
6
4
2
0

0

1

2

3

4

5

6

7

8

V (%)

Hình 3. 2 Ảnh hưởng của hàm lượng vôi và 2% lượng xi măng với hệ số thấm
Kết quả thí nghiệm cho thấy hệ số thấm giảm khi tăng hàm lượng XM và vôi,
đồng thời phụ gia vôi có hiệu quả giảm thấm tốt hơn so với XM. Hệ số thấm
giảm nhanh khi hàm lượng vôi tăng từ 13%, khi hàm lượng vôi lớn hơn 3% thì
hệ số thấm vẫn giảm, nhưng tốc độ giảm nhẹ. Do vậy, để tăng hiệu quả giảm hệ
số thấm và xét cả điều kiện kinh tế, đề xuất sử dụng hàm lượng vôi là 3% và XM
là 2%, khi đó hệ số thấm k của đất là 2.0510-05cm/s, thỏa mãn TCVN 8216-2009
để sử dụng đắp đập hoặc nâng cấp đập.

13

Sau khi lựa chọn hàm lượng XM và vôi nhằm giảm tính thấm của đất là 2% XM
và 3% vôi, cần kiểm tra lại các tính chất về kháng cắt, biến dạng của đất cũng
được kiểm chứng nhằm đánh giá ảnh hưởng của phụ gia XM và vôi.
Kết quả thí nghiệm cho thấy, khi sử dụng hàm lượng CKD XM là 2% và vôi 3%
thì các chỉ tiêu về kháng cắt và biến dạng đều tăng, chỉ có lực dính đơn vị C giảm,
nhưng không đáng kể. Do vậy, tác già đề xuất chọn tỷ lệ CKD XM là 2% và vôi
3% là cải tạo tính thấm của đất.
Nghiên cứu giải pháp chống tan rã đất

3.5
3.5.1

Nghiên cứu lựa chọn hàm lượng XM để tăng thời gian tan rã của đất

Sau khi mẫu đất được chế bị với các hàm lượng XM khác nhau là 0%, 1%, 2%,
3%, 4%, 5%, 7% và 9%. Tiến hành thí nghiệm thời gian tan rã của đất.
Bảng 3. 3 Kết quả thí nghiệm xác định đặc trưng tan rã của đất

STT

Tên mẫu thí
nghiệm

1
2
3
4
5
6

7
8

MB-0
MB-1
MB-2
MB-3
MB-4
MB-5
MB-7
MB-9

Hàm lượng XM
%
0
1
2
3
4
5
7
9

Thể tích đất bị
tan rã
%
100
100
100
100

100
100
100
100

Thời gian
tan rã
phút
8.3
12.6
22.7
35.5
46.4
64.3
75.6
116.2

120

t (phút)

100
80
60
40
20
0
0

2

4

6

8

10

X (%)

Hình 3. 3 Ảnh hưởng của hàm lượng XM đến thời gian tan rã của đất

14


Nhận thấy rằng, khi tăng hàm lượng XM, thời gian tan rã của đất tăng lên đáng
kể, khi trộn hàm lượng XM là 1% thời gian tan rã tăng hơn 1.5 lần, với hàm lượng
XM là 3% thì thời gian tan rã tăng hơn 4.3 lần. Khi hàm lượng XM là 9% thời
gian tan rã tăng hơn 14 lần.
Thời gian tan rã của đất tăng khi tăng hàm lượng XM là do khi tăng hàm lượng
hạt mịn XM thì tỷ diện bề mặt tăng, nên bề mặt phản ứng giữa các hạt XM và đất
tăng. Tuy nhiên, để đảm bảo điều kiện kinh tế, cần chú ý khi hàm lượng XM là
5%, thời gian tan rã tăng 7.75 lần so với khi không sử dụng phương pháp trộn
XM, còn khi hàm lượng XM là 9% thời gian tan rã tăng 14 lần. Vì vậy, để đảm
bảo yêu cầu cả về kinh tế và tăng hiệu quả sử dụng nhằm giảm tính tan rã, sơ bộ
chọn hàm lượng XM sử dụng trong nghiên cứu tiếp là 5%.
3.5.2

Nghiên cứu các chỉ tiêu cơ học của hỗn hợp đất khi trộn 5% hàm

lượng XM

Kết quả thí nghiệm cho thấy khi trộn 5% hàm lượng XM góc ma sát trong của
đất giảm, do khi trộn thêm hàm lượng XM, làm tăng các hạt tròn cạnh có trong
XM, dẫn đến góc ma sát trong  giảm, nhưng lực dính đơn vị tăng, tính nén lún
tăng và tính thấm của đất giảm đảm bảo theo TCVN 8216-2009. Sự tăng độ bền
kháng cắt, giảm tính biến dạng của đất, là kết quả của quá trình phản ứng trao đổi
ion giữa đất với XM, tạo ra các kết bông cũng giống như phản ứng puzolan. Các
cation Ca2+, Mg2+ thay thế Na+ và H+ trong lớp điện kép trên bề mặt các hạt sét.
Vì vậy, để tăng thời gian tan rã của đất, tác giả kiển nghị sử dụng hàm lượng XM
là 5% so với khối lượng riêng khô của đất để trộn vào đất có tính tan rã mạnh.
3.6

Nghiên cứu giải pháp để nâng cao dung trọng khô của đất

Vật liệu bồi tích trẻ (mẫu đất MA) được lấy ở khu vực gần hồ đập Tân Sơn có
dung trọng khô nhỏ. Tác giả đề xuất sử dụng giải pháp thay đổi thành phần cỡ
hạt của đất, cụ thể tác giả lựa chọn giải pháp trộn thêm dăm sạn. Lý do là các hạt
dăm sạn không có đặc tính ưa nước nên sẽ làm giảm độ ẩm tối ưu của vật liệu.
Ngoài ra sự có mặt của các hạt thô sẽ làm cho các hạt mịn dễ dàng chiếm chỗ lỗ
rỗng giữa các hạt thô từ đó làm tăng hiệu quả đầm chặt.
15


Ảnh hưởng của hàm lượng dăm sạn lên dung trọng khô lớn nhất và
độ ẩm tốt nhất của đất

3.6.1

Khi pha trộn dăm sạn vào mẫu đất sẽ làm tăng dung trong khô và suy giảm của

độ ẩm tối ưu. Sự thay đổi này được tính toán theo TCVN 4201:2012
2

40
35
30

Wop (%)

c (g/cm3)

1.8

1.6

1.4

25
20

1.2

15
10

1
0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

0

55

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

mS (%)

mS (%)

Ảnh hưởng của hàm lượng dăm sạn lên
dung trọng khô lớn nhất

Ảnh hưởng của hàm lượng dăm sạn đến
độ ẩm tốt nhất

Ảnh hưởng của hàm lượng dăm sạn lên khả năng kháng cắt của đất

3.6.2

0.5

45
40

0.4

C (kG/cm2)

 (®é)

35
30
25
20

0.3

0.2

0.1

15

0
0

10
0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

mS (%)

55

mS (%)

Ảnh hưởng của hàm lượng dăm sạn lên
góc ma sát trong của đất

3.6.3

Ảnh hưởng của hàm lượng dăm sạn lên
lực dính đơn vị

Ảnh hưởng của hàm lượng dăm sạn lên tính biến dạng và tính thấm
của đất
400

700

350

600

k (10-6 cm/s)

E1-2 (kG/cm2)

300
250
200
150

500
400
300
200

100
50

100

0
0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

0

55

0

ms (%)

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

ms (%)

Ảnh hưởng của hàm lượng dăm sạn lên
môđun biến dạng

Ảnh hưởng của hàm lượng dăm sạn lên
hệ số thấm

16


3.6.4

Phân tích lựa chọn tỷ lệ dăm sạn hợp lý

Mẫu đất nghiên cứu MA, có một số tính chất vật lý, cơ học và tính chất đặc biệt
đều đảm bảo yêu cầu về chất lượng đất đắp theo. Tuy nhiên kết quả thí nghiệm
đầm nén cho thấy đất có dung trọng khô khá nhỏ với giá trị cmax = 1.42 T/m3 và
độ ẩm tốt nhất cao Wop= 30.34% không thỏa mãn yêu cầu theo TCVN 8297-2009
về dung trọng khô và độ ẩm tốt nhất. Khi chưa sử dụng giải pháp thay đổi thành
phần hạt nhằm tăng dung trọng khô c của đất đắp thì vật liệu có sức chịu tải và
tính biến dạng trung bình (mô đun biến dạng E1-2 = 82.37 kG/cm2, tính kháng cắt
trung bình với góc ma sát  = 18.4o, lực dính C = 0.278 kG/cm2, tính thấm tương
đối nhỏ với hệ số thấm trung bình k = 1.63×10-6 cm/s, đảm bảo các chỉ tiêu thiết
kế.
Dựa vào kết quả nghiên cứu, đề xuất pha trộn dăm sạn nhằm tăng dung trọng khô
và giảm độ ẩm tốt nhất. Kết quả nghiên cứu cũng chỉ ra rằng khi tăng hàm lượng
dăm sạn khả năng chống cắt tăng, giảm tính biến dạng, tuy nhiên khả năng chống
thấm giảm. Đặc biệt khi hàm lượng dăm sạn vượt quá 25% thì hệ số thấm tăng
nhanh vượt qua giá trị 5×10-5 cm/s. Theo TCVN 8216-2009, yêu cầu khi thiết kế
đập đất yêu cầu hệ số thấm k không được lớn hơn 110-4 cm/s để đảm bảo an
toàn cần chọn hệ số thấm k < 5.2310-5 cm/s, tương ứng với hàm lượng dăm sạn
≤ 25%. Do đó kiến nghị sử dụng hàm lượng dăm sạn từ 2025% pha trộn với vật
liệu đất hạt mịn nhằm cải thiện tính chất của vật liệu đất hạt mịn để đắp đập.
3.7

Kết luận chương 3

Tác giả nghiên cứu lựa chọn 2 loại đất bồi tích trẻ điển hình và đại diện trong khu
vực Tây Nguyên, đó là đất có chứa nhiều dăm sạn và đất thành phần hạt mịn
chiếm đa số hay đất có dung trọng khô nhỏ. Cụ thể tác giả đã lựa chọn 3 vị trí lấy
mẫu tại ba bãi vật liệu khác nhau lần lượt là các bãi A, B và C tại vị trí gần khu
vực hồ đập Tân Sơn, tỉnh Gia Lai; hồ đập Eamlô, hồ đập Buôn Sa tỉnh Đắk Lăk
để nghiên cứu. Tác giả đã nghiên cứu được 524 tổ mẫu thí nghiệm bao gồm các

đặc tính ban đầu của các loại đất, như thành phần hạt, các chỉ tiêu vật lý, cơ học
và các tính chất đặc biệt của đất. Từ đó đề các xuất giải pháp phù hợp để cải thiện
17


một số tính chất cơ lý của đất, nhằm sử dụng vật liệu bồi tích trẻ để nâng cấp, sửa
chữa đập đáp ứng các Tiêu chuẩn TCVN 8216-2009 và 8297-2009, bao gồm:
- Đối với đất chứa nhiều dăm sạn: i) Đối với loại đất có tính thấm lớn có thể áp
dụng biện pháp trộn là 2% hàm lượng XM và 3% vôi nhằm giảm tính thấm của
đất; ii) Đối với đất có tính tan rã mạnh, tác giả kiến nghị sử dụng hàm lượng XM
từ 35% pha trộn với đất.
- Đối với đất có dung trọng khô nhỏ: Tác kiến nghị trộn thêm hàm lượng dăm
sạn từ 2025% để tăng dung trọng khô của đất, khi đó độ ẩm tốt nhất giảm, tính
biến dạng giảm, khả năng chống cắt tăng và tính thấm tăng nhưng vẫn thỏa mãn
yêu cầu đắp đập theo tiêu chuẩn hiện hành.
CHƯƠNG 4 ỨNG DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ĐỂ NÂNG CẤP,
SỬA CHỮA MỘT SỐ ĐẬP ĐẤT Ở TÂY NGUYÊN
4.1
4.1.1

Lựa chọn công trình nghiên cứu
Lựa chọn và giới thiệu công trình

Công trình được lựa chọn nghiên cứu là đập đất Buôn Sa thuộc Buôn Reng, xã
Ea’bông, Huyện Krông Ana. Đập hiện trạng là đập đất đồng chất, có các thông
số cơ bản được thể hiện trên Bảng 4. 1.
Bảng 4. 1 Các thông số cơ bản của đập đất hồ chứa Buôn Sa
STT

Các thông số cơ bản

Kích thước

1

Cao trình đỉnh đập

463.54 m

2

Cao trình đỉnh tường chắn sóng

463.84 m

3

Mực nước dâng bình thường

461.0 m

4

Chiều rộng đỉnh đập

3.0 m

5

Chiều cao đập

12.0 m

6

Hệ số mái thượng, hạ lưu

18

3.0


Đánh giá hiện trạng đập và đề xuất giải pháp nâng cấp

4.1.2

Qua điều tra khảo sát nhận thấy đập đất đang có dấu hiệu xuống cấp rõ rệt; Mái
thượng và hạ lưu không được gia cố, cây cối mọc um tùm; Mặt đập chưa được
gia cố qua nhiều năm sử dụng bị xói mòn, không còn đủ kích thước hình học như
thiết kế; Mái hạ lưu đập xuất hiện nhiều lỗ rỗng, không có thiết bị tiêu thoát nước;
Vùng mái hạ lưu đập xuất hiện nhiều vùng thấm mạnh đặc biệt là tại vị trí lòng
suối cũ.
Hiện tại đập đang bị thấm, do vậy nhu cầu nâng cấp, sửa chữa chống thấm để
đảm bảo an toàn của đập đất là rất cần thiết. Yêu cầu đặt ra, cần chống thấm cho
thân đập (đoạn lòng suối cũ); mở rộng mặt cắt đập, đắp áp trúc thượng lưu đập,
sử dụng VLTC đã xử lý để cải thiện một số tính chất cơ lý của đất đắp và làm
mới lăng trụ thoát nước sau đập (tăng mức độ ổn định cho mái đập hạ lưu).
4.2
4.2.1

Kết quả nâng cấp đập sử dụng giải pháp đắp áp trúc mái thượng lưu
Kết quả tính toán thấm với các trường hợp khác nhau

Tác giả đề xuất trường hợp tính toán với hệ số mái đắp áp trúc TL m = 3.5 để
nghiên cứu tính toán thấm và ổn định đập khi nâng cấp đập, với chiều dày khối
đắp với chiều rộng đỉnh đập lần lượt thay đổi B = 4.0; 4.5 và 5.0m.
472
469
466
463

448

0.4

0.3

0.35

5
0.2

439
436
-65

-60

-55

-50

-45

-40

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

25

30

5

442

0.1

0.05

445

0.2

451

0.15

454

0.0

m³/sec
3.5582e-006
0.2

457

0.1

Cao ®é

460

35

40

45

50

55

60

65

70

Kho¶ng c¸ch

Hình 4. 1 Kết quả tính thấm với chiều rộng đỉnh đập B = 4.0m
472
469
466

0.6

463

Cao ®é

0.1

454
451

0.4

0.1

445

0.2

448

0.3

457

3.4136e-006 m³/sec
0.2

0.5
0.8
0.40.7

460

442
439
436
-65

-60

-55

-50

-45

-40

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

70

Kho¶ng c¸ch

Hình 4. 2 Kết quả tính thấm với chiều rộng đỉnh đập B = 4.5m

19


472
469
466

0.35

463

0.05

451
448

0.3

0.1

442

0.1

0.2

5
0.0

445

0.1
5

3.2902e-006 m³/sec

Cao ®é

457
454

0.25

0.2
0.4

460

439
436
-65

-60

-55

-50

-45

-40

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

70

Kho¶ng c¸ch

Hình 4. 3 Kết quả tính thấm với chiều rộng đỉnh đập B = 5.0m
4.2.2

Kết quả tính toán ổn định mái đập

1/ Tính cho trường hợp ổn định mái thượng lưu:

2.799

472
469
466
463

Cao ®é

460
457
454
451
448
445
442
439
436
-65

-60

-55

-50

-45

-40

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

70

Kho¶ng c¸ch

Hình 4. 4 Kết quả tính ổn định mái TL với chiều rộng đỉnh đập B = 4.0m
2.790

472
469
466
463

Cao ®é

460
457
454
451

448
445
442
439
436
-65

-60

-55

-50

-45

-40

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

70

Kho¶ng c¸ch

Hình 4. 5 Kết quả tính ổn định mái TL với chiều rộng đỉnh đập B = 4.5m

2.767

472
469
466
463

Cao ®é

460
457
454
451
448
445
442
439
436
-65

-60

-55

-50

-45

-40

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

70

Kho¶ng c¸ch

Hình 4. 6 Kết quả tính ổn định mái TL với chiều rộng đỉnh đập B = 5.0m
20


2/ Tính cho trường hợp ổn định mái hạ lưu:
1.638

472
469

466
463

Cao ®é

460
457
454
451
448
445
442
439
436
-65

-60

-55

-50

-45

-40

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

70

Kho¶ng c¸ch

Hình 4. 7 Kết quả tính ổn định mái hạ lưu với chiều rộng đỉnh đập B = 4.0m
1.643

472
469
466
463

Cao ®é

460
457
454
451
448
445
442
439

436
-65

-60

-55

-50

-45

-40

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

70

Kho¶ng c¸ch

Hình 4. 8 Kết quả tính ổn định mái hạ lưu với chiều rộng đỉnh đập B=4.5m

1.648

472
469
466
463

Cao ®é

460
457
454
451
448
445
442
439
436
-65

-60

-55

-50

-45

-40

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

70

Kho¶ng c¸ch

Hình 4. 9 Kết quả tính ổn định mái hạ lưu với chiều rộng đỉnh đập B=5.0m
4.2.3

STT

Nhận xét kết quả
Bảng 4. 2 Kết quả tính toán hệ số ổn định mái đập
Chiều rộng đỉnh đập
B thay đổi

Jmax

Kmin min ở

Kmin min ở
hạ lưu
1.638

1.30

[K]

1

B = 4.0

0.405

TL
2.799

2

B = 4.5

0.351

2.790

1.643

1.30

3

m = 5.0

0.322

2.767

1.648

1.30

Qua kết quả tính toán thấm và ổn định mái thượng, hạ lưu, tác giả nhận thấy sử
dụng hệ số mái đắp áp trúc TL m = 3.5 với chiều dày khối đắp B = 4.0; 4.5 và
21


5.0 m đều thỏa mãn khả năng chống thấm và ổn định công trình. Tuy nhiên để
đảm bảo khả năng thi công bằng cơ giới và nâng cao an toàn đập, tác giả kiến
nghị lựa chọn chiều rộng đỉnh đập sau nâng cấp là 4.5m.
4.3

Kết luận chương 4

Tác giả nghiên cứu hiện trạng công trình đập đất Buôn Sa, từ đó đề xuất giải pháp
nâng cấp đập theo yêu cầu chống thấm và kiến nghị sử dụng giải pháp đắp áp
trúc thượng lưu để nâng cấp chống thấm đập. Tác giả vận dụng kết quả nghiên
cứu thực nghiệm ở chương 3 về nâng cấp khả năng chống thấm cho đập, tác giả
đề nghị sử dụng mẫu đất đã được xử lý MC trộn thêm 3% vôi và 2%XM để đắp
áp trúc mái thượng lưu đập. Qua tính toán theo chương trình SEEP/GEOSLOPES, tác giả nhận thấy với hệ số mái đắp m = 3.5 và chiều rộng đỉnh đập B
= 4.5 thì đập đảm bảo các yêu cầu chống thấm, ổn định chống trượt mái thượng,

hạ lưu đập và đảm bảo cả yêu cầu thi công cơ giới.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
I. Kết quả đạt được của Luận án
Trên cơ sở kết quả nghiên cứu đạt được, Luận án đưa ra một số kết luận sau:
1) Tổng hợp được đặc điểm và tính chất cơ lý của đất khu vực Tây Nguyên, từ
đó lựa chọn loại đất đại biểu để nghiên cứu, là đất có hàm lượng hạt mịn chiếm
đa số và đất có chứa nhiều dăm sạn;
2) Dựa vào việc phân tích cơ sở khoa học và một số giải pháp kỹ thuật để cải tạo
đất, tác giả đã lựa chọn 3 giải pháp cải tạo đất với 3 loại đất như sau: Đối với đất
có tính thấm lớn sử dụng giải pháp trộn XM kết hợp với vôi để tăng hiệu quả
giảm thấm; Đối với đất có tính tan rã mạnh giải pháp sử dụng XM để trộn với
đất; Đối với đất có dung trọng khô nhỏ, cần sử dụng giải pháp thay đổi thành
phần hạt, cụ thể trộn thêm hàm lượng hạt dăm sạn;

22


3) Đối với loại đất có tính thấm lớn áp dụng biện pháp trộn XM và vôi với tỷ lệ
thích hợp để giảm tính thấm, cụ thể trong Luận án tác giả đề xuất hàm lượng trộn
là vôi 3% và XM 2%.
4) Đối với đất có tính tan rã lớn có thể áp dụng biện pháp trộn XM để giảm tính
tan rã của đất, cụ thể kiến nghị sử dụng hàm lượng XM là 5% pha trộn với vật
liệu đất đắp nhằm cải tạo đất có tính tan rã.
5) Đối với đất có dụng trọng khô nhỏ, kiến nghị giải pháp pha trộn hàm lượng
dăm sạn nhằm tăng dung trọng khô của đất. Khi dung trọng khô tăng, độ ẩm tối
ưu giảm, khả năng chống cắt và chống biến dạng tăng, tuy nhiên khả năng chống
thấm giảm đáng kể khi tăng hàm lượng dăm sạn. Tác giả kiến nghị sử dụng hàm
lượng dăm sạn pha trộn từ 2025%, với tỷ lệ này sẽ phát huy hiệu quả tối đa tính
chất xây dựng của đất khi sử dụng làm vật liệu đắp đập.
6) Để nâng cấp đập đất bị thấm qua thân đập, có thể dùng giải pháp đắp áp trúc

mái TL sử dụng vật liệu tại chỗ có trộn XM và vôi để nâng cấp đấp đất và đề xuất
hệ số mái của khối đất đắp m =3.5 và mở rộng chiều rộng đỉnh đập là 1.5m.
II. Những điểm mới của Luận án
1) Đề xuất được hàm lượng dăm sạn hợp lý từ 2025% trộn với đất bồi tích trẻ
có dung trọng khô nhỏ, làm tăng dung trọng khô và giảm độ ẩm tối ưu của đất,
tăng khả năng chống cắt và chống biến dạng, thỏa mãn tiêu chuẩn đất sử dụng để
nâng cấp và xây dựng đập.
2) Đề xuất sử dụng 3% vôi và 2% xi măng vào đất bồi tích trẻ có tỷ lệ dăm sạn
cao ( 48%) để giảm tính thấm từ 10-4 cm/s xuống 10-5 cm/s thỏa mãn yêu cầu
chống thấm cho đập.
III. Những tồn tại và kiến nghị
1. Tồn tại
1) Do kinh phí và thời gian hạn chế, tác giả mới chỉ lựa chọn 3 địa điểm lấy
mẫu đại diện cho đất bồi tích trẻ ở Tây Nguyên để nghiên cứu.
23