“Nghiên cứu cơ sở khoa học và đề xuất giải pháp công nghệ xử lý chống thấm đập nền đất ven biển Nam Trung Bộ bằng cọc xi măng đất”.

LỜI CẢM ƠN
Tác giả được giao nhiệm vụ thực hiện đề tài luận văn thạc sĩ “Nghiên cứu
cơ sở khoa học và đề xuất giải pháp công nghệ xử lý chống thấm đập nền đất
ven biển Nam Trung Bộ bằng cọc xi măng - đất”.
Với sự phấn đấu nỗ lực của bản thân cùng sự tận tình giúp đỡ của Giáo viên
hướng dẫn, bạn bè đồng nghiệp và các đơn vị thực hiện dự án, luận văn đã được
hoàn thành đúng thời gian quy định.
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc PGS.TS Đỗ Văn Lượng, giáo viên
hướng dẫn chính, đã định hướng, hướng dẫn, tận tình chỉ bảo trong quá trình làm
luận văn để đạt được thành quả như hôm nay.h
Tác giả xin bày tỏ sự biết ơn sâu sắc đối với Ban Giám hiệu, các thầy, cô
Khoa Đại học và sau Đại học, Khoa công trình trường Đại học Thuỷ lợi đã giảng
dạy, giúp đỡ nhiệt tình trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn.
Xin chân thành cám ơn lãnh đạo Viện Đào tạo và Khoa học ứng dụng Miền
Trung – Trường Đại học Thuỷ lợi, Ban lãnh đạo Viện thủy công, Ban QLDA Nông
nghiệp, BQLDA ODA Ninh Thuận, Sở NN&PTNN Ninh Thuận các đơn vị liên
quan và bạn bè đồng nghiệp đã giúp đở và tạo mọi điều kiện để bản thân được tiếp
cận nghiên cứu hồ sơ tài liệu phục vụ tốt cho việc hoàn thành luận văn.
Xin bày tỏ lòng biết ơn đến các thầy, cô giáo Trường Đại học Thủy lợi đã
tận tình giảng dạy để tác giả có đủ kiến thức tiếp cận nội dung và hoàn thành tốt đề
tài của mình ./.
Ninh Thuận, ngày

tháng

Tác giả

Lê Quang Cảnh

năm 2012

BẢNG CHỮ VIẾT TẮT
- BTCT:

Bê tông cốt thép

- CKD:

Chất kết dính

- CT:

Công thức

- DM:

Công nghệ trộn sâu

- ĐKT:

Địa kỹ thuật

- HS:

Hệ số

- KPALC:

Khoan phụt áp lực cao

- TCXDVN: Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam
- TCT:

Tường công tác

- TXMĐ:

Tường xi măng đất

- N:

Nước

- N/X:

Tỷ lệ nước trên xi măng

- PP:

Phương pháp

- XMĐ:

Xi măng - đất

- XMB:

Xi măng + bentonite

- X, XM:

Xi măng

- XMBx:

Hàm lượng (x) kg xi măng + 5 kg bentonite trong 1m3 đất


MỤC LỤC
MỤC LỤC ................................................................................................................... 1
THỐNG KÊ CÁC HÌNH VẼ ...................................................................................... 6
THỐNG KÊ CÁC BẢNG BIỂU................................................................................. 8
MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... 1
1. Tính cấp thiết của đề tài .......................................................................................... 1
2. Mục đích của đề tài ................................................................................................. 2
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ........................................................................... 2
3.1. Đối tượng nghiên cứu........................................................................................... 2
3.2. Phạm vi nghiên cứu .............................................................................................. 2
4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu ............................................................. 2
4.1. Cách tiếp cận ........................................................................................................ 2
4.2. Phương pháp nghiên cứu...................................................................................... 3
4.2.1. Nghiên cứu lý thuyết dựa trên các nguồn tài liệu ............................................. 3
4.2.2. Nghiên cứu thực nghiệm ................................................................................... 4
5. Kết quả dự kiến đạt được ........................................................................................ 4
Chương 1.TỔNG QUAN VỀ ĐẬP ĐẤT VÀ CÁC GIẢI PHÁP CHỐNG THẤM .. 5
NỀN ĐẬP ĐẤT ......................................................................................................... 5
1.1. Tình hình xây dựng đập vật liệu địa phương trên thế giới ................................... 5
1.2. Tình hình xây dựng đập vật liệu địa phương trong nước..................................... 6
1.3. Sự cần thiết xây dựng đập đất .............................................................................. 6
1.4. Đập đất và tính chất làm việc của đập đất............................................................ 7

1.4.1. Khái niệm về đập đất......................................................................................... 7
1.4.2. Đặc điểm và tính chất làm việc của đập đất ...................................................... 7
1.5. Phân loại đập đất .................................................................................................. 8
1.5.1. Phân loại theo chiều cao cột nước lớn nhất ...................................................... 8
1.5.2. Phân loại theo kết cấu mặt cắt ngang đập [6] ................................................... 8
1.5.3. Phân loại theo thiết bị chống thấm nền đập [6]................................................. 9
1.6. Hư hỏng đập đất ................................................................................................. 10
1.6.1. Những sự cố về đập đất trên thế giới .............................................................. 10
1.6.2. Hư hỏng do thấm ............................................................................................. 11
1.6.3. Hư hỏng do mối .............................................................................................. 14
1.6.4. Hư hỏng do các nguyên nhân khác ................................................................. 15
1.7. Các công nghệ chống thấm cho đập đất ............................................................. 15
1.7.1. Tường nghiêng, sân phủ bằng đất sét.............................................................. 15
1.7.2. Tường nghiêng bằng màng HDPE, thảm sét địa kỹ thuật, ... ........................ 15
1.7.3. Lõi giữa (bằng đất sét, pha sét hoặc vật liệu khác) ......................................... 16
1.7.4. Tường hào Bentonite (hoặc ximăng-sét)......................................................... 16
1.7.5. Chống thấm bằng khoan phụt (khoan phụt truyền thống) .............................. 17
1.7.6. Tường bằng cọc xi măng-đất .......................................................................... 18
1.8. Kết luận chương 1 .............................................................................................. 21


Chương 2. CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA VIỆC SỬ DỤNG TƯỜNG HÀO XI MĂNG
ĐẤT ĐỂ CHỐNG THẤM CHO ĐẬP ĐẤT ............................................................ 22
2.1. Tổng quát về phương pháp cọc xi măng đất ...................................................... 22
2.1.1. Tổng quát ........................................................................................................ 22
2.1.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến cọc xi măng đất .................................................... 23
2.2. Quy trình công nghệ thi công cọc xi măng đất .................................................. 24
2.2.1. Giới thiệu chung về công nghệ trộn sâu cọc xi măng đất ............................... 24
2.2.2. Phương pháp khô ............................................................................................ 26
2.2.3. Phương pháp ướt ............................................................................................. 27

2.3. Nguyên lý tính toán ............................................................................................ 33
2.3.1. Nguyên lý cột cứng ......................................................................................... 33
2.3.2. Nguyên lý cột nửa cứng .................................................................................. 33
2.4. Phương pháp tính toán ....................................................................................... 33
2.4.1. Khả năng chịu tải theo đất nền [17] ................................................................ 33
2.4.2. Khả năng chịu tải theo vật liệu cọc [17] ......................................................... 34
2.4.3. Khả năng chống thấm [9] ................................................................................ 34
2.4.4. Phương pháp thí nghiệm xác định [ J xmđ ] ....................................................... 35
2.5. Một số cách bố trí tường chống thấm bằng ximăng-đất trong đập đất .............. 37
2.5.1. Tường lõi xi măng - đất................................................................................... 37
2.5.2. Tường đanh XMĐ kết hợp tường nghiêng...................................................... 38
2.5.3.Tường ngầm XMĐ cắt qua lớp xen kẹp .......................................................... 38
2.6. Ứng dụng cọc xi măng đất làm tường chống thấm trong đập đất ...................... 38
2.6.1. Cơ sở bố trí tường xi măng đất trong đập đất ................................................. 38
2.6.2. Các hình thức bố trí ......................................................................................... 40
2.6.3. Lựa chọn phương pháp tính toán .................................................................... 40
2.6.4. Tính toán kiểm tra cọc xi măng đất trong nền đập đất.................................... 43
2.7. Kết luận chương 2 .............................................................................................. 46
Chương 3. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM KHẢ NĂNG CHỐNG THẤM CỦA
TƯỜNG XI MĂNG ĐẤT ......................................................................................... 47
3.1. Một số yếu tố ảnh hưởng đến hệ số thấm của tường xi măng đất ..................... 48
3.1.1. Ảnh hưởng của lỗ rỗng.................................................................................... 48
3.1.2. Ảnh hưởng của chất kết dính .......................................................................... 48
3.2. Kết quả nghiên cứu trên mẫu hiện trường xác định độ bền thấm của XMĐ ..... 49
3.2.1. Điều kiện đất nền ............................................................................................ 49
3.2.2. Kết quả thí nghiệm mẫu xi măng đất trộn thực tế ở hiện trường .................... 50
3.3. Nghiên cứu bổ sung của mẫu XMĐ trên mẫu chế bị trong phòng .................... 55
3.3.1. Vật liệu gia cố ................................................................................................. 55
3.3.2. Trộn, đúc mẫu và bảo dưỡng .......................................................................... 55
3.3.3. Thí nghiệm nén 1 trục không hạn chế nở hông của mẫu đất gia cố (UCT) .... 55

3.3.4. Thí nghiệm thấm cột nước thay đổi ................................................................ 57
3.3.5. Tổng hợp và so sánh số liệu thí nghiệm .......................................................... 58
3.4. Kết luận chương 3 .............................................................................................. 66


Chương 4. NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ XỬ LÝ CHỐNG
THẤM NỀN ĐẬP ĐẤT VEN BIỂN NAM TRUNG BỘ BẰNG CỌC XI MĂNG
ĐẤT ........................................................................................................................... 67
4.1. Đặc điểm địa hình, địa chất ven biển Nam Trung Bộ [7] ................................. 67
4.1.1. Đặc điểm địa hình ........................................................................................... 67
4.1.2. Đặc trưng chung về địa chất............................................................................ 68
4.1.3. Đặc điểm của vật liệu đắp đập khu vực Nam Trung Bộ ................................. 68
4.2. Tình hình xây dựng và sự cố công trình hồ đập ở khu vực nghiên cứu............. 68
4.2.1. Sự cố xảy ra đối với các đập vật liệu địa phương trong khu vực.................... 69
4.2.2. Các nguyên nhân chính gây ra sự cố ............................................................... 70
4.3. Khái quát về công trình Hồ Núi Một, tỉnh Ninh Thuận ..................................... 71
4.3.1. Nhiệm vụ của công trình ................................................................................. 71
4.3.2. Đặc điểm địa hình ........................................................................................... 72
4.3.3. Đặc điểm địa chất công trình .......................................................................... 72
4.3.4. Vật liệu xây dựng ............................................................................................ 74
4.3.5. Các thông số kỹ thuật của công trình .............................................................. 75
4.3.6. Chọn hình thức mặt cắt ngang đập, đề xuất giải pháp chống thấm cho thân
đập và nền đập ........................................................................................................... 75
4.3.7. Biện pháp xử lý chống thấm nền đập .............................................................. 76
4.3.8. Lựa chọn phương án chống thấm nền đập ...................................................... 78
4.4. Phân tích bài toán gia cố chống thấm nền bằng tường hào cột đất xi măng với
phần mềm Geo Slope 2004 ....................................................................................... 80
4.4.1. Quan niệm mô phỏng tường cột đất xi măng .................................................. 80
4.4.2. Điều kiện biên tính toán .................................................................................. 81
4.4.3. Các phương án kết cấu mặt cắt ngang đập ...................................................... 83

4.4.4. Nội dung tính toán ........................................................................................... 83
4.4.5. Kết quả tính toán ............................................................................................. 84
4.4.6. Tổng hợp kết quả tính toán ............................................................................. 90
4.4.7. Kiểm tra các điều kiện cho phép và nhận xét ................................................. 91
4.5. Chọn chiều dày tường theo hàm lượng xi măng và bentonite ........................... 93
4.5.1. Tính toán kiểm tra chiều dày tường ................................................................ 93
4.5.2. Nhận xét và lựa chọn chiều dày tường hợp lý ................................................ 94
4.6. Kết luận chương 4 .............................................................................................. 96
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ................................................................................... 97
1. Những kết quả đã đạt được ................................................................................... 97
2. Những tồn tại trong quá trình thực hiện luận văn ................................................. 98
3. Những kiến nghị .................................................................................................... 99
4. Hướng nghiên cứu tiếp theo .................................................................................. 99


THỐNG KÊ CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Đập đất Nurek trên sông Vakhsh ở Tajikistan ........................................... 5
Hình 1.2. Đập đất Hàm Thuận.................................................................................... 6
Hình 1.3. Đập Sông sắt Ninh Thuận .......................................................................... 6
Hình 1.4. Các loại đập đất .......................................................................................... 9
Hình 1.5. Biểu đồ tỷ lệ vỡ đập ở các châu lục [18] ................................................. 11
Hình 1.6. Biểu đồ tỷ lệ nguyên nhân sự cố đập đất [8] ............................................ 11
Hình 1.7. Đập Teton (Mỹ) bị vỡ ............................................................................... 12
Hình 1.8. Mặt cắt ngang đập Unmun (Hàn Quốc) bị vỡ .......................................... 12
Hình 1.9. Mặt cắt ngang cống D10 .......................................................................... 19
Hình 1.10. Cắt dọc, cắt ngang hồ chứa nước Đá Bạc............................................... 20
Hình 1.11. Sơ đồ thi công đê quây Thủy điện Sơn La ............................................. 20
Hình 2.1. Sơ đồ thi công cọc xi măng đất theo phương pháp khô ........................... 27
Hình 2.2. Trình tự thi công cọc xi măng đất theo phương pháp trộn khô ................ 27
Hình 2.3. Công nghệ S ............................................................................................. 27

Hình 2.4. Công nghệ D ............................................................................................. 28
Hình 2.5. Công nghệ T ............................................................................................. 28
Hình 2.6. Trình tự thi công cọc XMĐ theo phương pháp ướt.................................. 29
Hình 2.7. Thí nghiệm xói ngầm................................................................................ 36
Hình 2.8. Sơ đồ thí nghiệm thấm có cột nước thay đổi ............................................ 37
Hình 2.9. Tường lõi XMĐ ........................................................................................ 37
Hình 2.10. Tường đanh XMĐ kết hợp tường nghiêng ............................................. 38
Hình 2.11. Tường ngầm XMĐ cắt qua lớp xen kẹp ................................................. 38
Hình 2.12. Sơ đồ thí nghiệm ly tâm (Kitazumi et al, 2000) ..................................... 41
Hình 2.13. Phá hoại xô lệch trụ và uốn trụ (Kitazumi et al, 2000) .......................... 41
Hình 2.14. Các dạng phá hoại của tường xi măng đất ............................................. 41
Hình 3.1. Quan hệ giữa hệ số thấm và độ rỗng ........................................................ 48
Hình 3.2. Quan hệ k với hàm lượng ximăng cho mẫu chế bị và mẫu thực tế .......... 49
Hình 3.3. Đồ thị quan hệ k và H ở tuổi 28 ngày....................................................... 52
Hình 3.4. Đồ thị quan hệ k và H ở tuổi 7 ngày......................................................... 52
Hình 3.5. Đồ thị quan hệ K và H ở tuổi 28 ngày (không có bentonite) ................... 53
Hình 3.6. Nén mẫu xi măng đất không hạn chế nở hông ......................................... 55
Hình 3.7. Thí nghiệm thấm mẫu xi măng đất bằng Hộp thấm Nam Kinh ............... 57
Hình 3.8. Dụng cụ gradient áp lực thay đổi ............................................................. 57
Hình 3.9. Biểu đồ quan hệ giữa q u với các hàm lượng xi măng không bentonite .... 59


Hình 3.10. Biểu đồ quan hệ giữa qu với các hàm lượng xi măng + 5kg bentonite .. 60
Hình 3.11. Biểu đồ quan hệ giữa E 50 với các hàm lượng xi măng .......................... 61
Hình 3.12. Biểu đồ quan hệ giữa E 50 với các hàm lượng xi măng+5kg bentonite .. 61
Hình 3.13. Biểu đồ quan hệ giữa C và hàm lượng xi măng ..................................... 62
Hình 3.14. Biểu đồ quan hệ giữa C và hàm lượng xi măng+5kg bentonite ............. 63
Hình 3.15. Biểu đồ quan hệ giữa φ và hàm lượng xi măng không bentonite .......... 64
Hình 3.16. Biểu đồ quan hệ giữa φ và hàm lượng xi măng + 5kg bentonite ........... 64
Hình 3.17. Biểu đồ quan hệ giữa k và hàm lượng xi măng không bentonite ........... 65

Hình 3.18. Biểu đồ quan hệ giữa k và hàm lượng xi măng + 5kg bentonite ........... 65
Hình 4.1. Biểu đồ số lượng - tỷ lệ hư hỏng công trình ............................................. 69
Hình 4.2. Biểu đồ mức độ hư hỏng công trình ......................................................... 70
Hình 4.3. Vị trí đập dự kiến xây dựng ở Ninh Thuận .............................................. 71
Hình 4.4. Cắt dọc địa chất tim đập ........................................................................... 73
Hình 4.5. Mặt cắt ngang đập phương án 1 ............................................................... 76
Hình 4.6. Mặt cắt ngang đập phương án 2 ............................................................... 76
Hình 4.7. Sơ đồ thi công tường hào bentonite.......................................................... 77
Hình 4.8. Sơ đồ tường cọc xi măng đất (đoạn 2 hàng)............................................. 78
Hình 4.9. Sơ đồ công nghệ thi công cọc xi măng đất ............................................... 78
Hình 4.10. Sơ đồ tính toán thấm và ổn định PA1..................................................... 84
Hình 4.11. Sơ đồ đường bão hòa và đẳng cột nước PA1 ......................................... 84
Hình 4.12. Sơ đồ đường bão hòa và Gradien thấm PA1 .......................................... 84
Hình 4.13. Sơ đồ kết quả tính toán ổn định mái hạ lưu PA1................................... 85
Hình 4.14. Sơ đồ tính toán thấm và ổn định PA2..................................................... 85
Hình 4.15. Sơ đồ đường bão hòa và đẳng cột nước PA2 ......................................... 86
Hình 4.16. Sơ đồ đường bão hòa và Gradien thấm PA2 .......................................... 86
Hình 4.17. Sơ đồ kết quả tính toán ổn định mái hạ lưu PA2................................... 86
Hình 4.18. Sơ đồ chuyển vị tổng thể của đập PA2.................................................. 87
Hình 4.19. Biểu đồ chuyển vị theo chiều sâu cọc phương (X) và (Y) PA2 ............. 87
Hình 4.20. Biểu đồ ứng suất pháp và ứng suất cắt theo chiều sâu cọc PA 2 ........... 87
Hình 4.21. Sơ đồ tính toán thấm và ổn định PA3..................................................... 88
Hình 4.22. Sơ đồ đường bão hòa và đẳng cột nước PA3 ......................................... 88
Hình 4.23. Sơ đồ đường bão hòa và Gradien thấm PA3 .......................................... 88
Hình 4.24. Sơ đồ kết quả tính ổn định mái hạ lưu PA3 ........................................... 89
Hình 4.25. Sơ đồ chuyển vị tổng thể của đập PA3................................................... 89
Hình 4.26. Biểu đồ chuyển vị theo chiều sâu cọc phương (X) và (Y) PA3 ............. 90
Hình 4.27. Biểu đồ ứng suất pháp và ứng suất cắt theo chiều sâu cọc PA3 ............ 90

THỐNG KÊ CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Phân cấp đập đất theo tiêu chuẩn Việt Nam TCXDVN 285: 2002............ 8
Bảng 1.2. Tỷ lệ vỡ đập qua các thời kỳ [18] ............................................................ 10
Bảng 2.1. Các thông số khoan phụt áp lực cao ......................................................... 31
Bảng 2.2. Gradient thấm kiểm tra cho phép ............................................................. 37
Bảng 2.3. Hệ số an toàn cho phép của đập đất ......................................................... 46
Bảng 3.1. Các chỉ tiêu cơ lý của đất nền .................................................................. 49
Bảng 3.2. Kịch bản thí nghiệm thấm ........................................................................ 50
Bảng 3.3. Hệ số thấm k (10-5cm/s) với hàm lượng XM=100kg/m3 đất nền; Tuổi bê
tông: 28 ngày tuổi...................................................................................................... 51
Bảng 3.4. Hệ số thấm k (10-5cm/s) với hàm lượng XM = 200kg/m3 đất nền; Tuổi
bê tông: 7 ngày tuổi ................................................................................................... 51
Bảng 3.5. Hệ số thấm k (10-5cm/s) với hàm lượng Ximăng kg/m3 đất nền, không
(B); Tuổi bê tông: 28 ngày tuổi ................................................................................. 51
Bảng 3.6. Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm q u ....................................................... 59
Bảng 3.7. Bảng tổng hợp kết quả xác định E 50 ........................................................ 60
Bảng 3.8. Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm lực dính C ......................................... 62
Bảng 3.9. Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm xác định góc ma sát trong φ.............. 63
Bảng 3.10. Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm xác định hệ số thấm k ..................... 65
Bảng 4.1. Chỉ tiêu của các lớp đất nền đập .............................................................. 73
Bảng 4.2. Kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý đất đắp đập ................................... 74
Bảng 4.3. Các thông số của hồ chứa và đập chính ................................................... 75
Bảng 4.4. Các chỉ tiêu cơ lý của đất đắp đập và nền đập ......................................... 81
Bảng 4.5. Các chỉ tiêu của tường xi măng đất .......................................................... 82
Bảng 4.6. Tổng hợp kết quả tính toán các trường hợp ............................................. 90
Bảng 4.7. Bảng tổng hợp kết quả kiểm tra ổn định thấm và ổn định trượt ............. 91
Bảng 4.8. Kết quả tính toán các chỉ tiêu ứng với chiều dày tường khác nhau và theo
hàm lượng XMB khác nhau ...................................................................................... 93

1

1. Tính cấp thiết của đề tài

MỞ ĐẦU

Việt Nam có hệ thống công trình đập tạo hồ rất đa dạng, phong phú, nhưng
chủ yếu là đập vật liệu địa phương, trong đó có 1% là đập đất đá hỗn hợp, còn lại
99% là đập đất, được phân bố theo vùng, lãnh thổ. Việc xây dựng đập thường ở trên
nền thấm nước nên thấm qua công trình là không tránh khỏi, đặc biệt là khi xây
dựng đập trên nền bồi tích ven biển có chiều dày cát, cuội, sỏi lớn, hệ số thấm cao
làm mất nước hồ chứa, gây xói lở, vỡ đập, trượt mái công trình. Do vậy việc lựa
chọn giải pháp xử lý chống thấm cho nền đập đất phải đảm bảo thấm ở mức độ cho
phép, đáp ứng mục tiêu về kinh tế, kỹ thuật phù hợp với điều kiện thiết bị thi công ở
Việt Nam là một yêu cầu quan trọng trong thiết kế, thi công công trình thủy lợi.
Để xử lý chống thấm cho đập đất, các giải pháp thường áp dụng như: tường
nghiêng chân đanh, tường nghiêng sân phủ bằng đất sét; tường nghiêng bằng các
loại vật liệu mới như màng HDPE, thảm sét ĐKT; lõi giữa (bằng đất sét, pha sét
hoặc vật liệu khác); tường hào Bentonite (hoặc ximăng-sét); chống thấm bằng
khoan phụt truyền thống…Tuy nhiên đối với một số công trình trên nền đất bồi tích
thì các phương án trên đều chưa đảm bảo. Trường hợp xử lý bằng thay đất nền
nhưng đào bóc móng đập gặp khó khăn do tầng thấm sâu, mực nước ngầm cao, điều
kiện thi công phức tạp làm tăng khối lượng và giá thành xây dựng công trình.
Việc nghiên cứu ứng dụng cọc xi măng đất đã được thực hiện ở một số nơi
để xử lý nền khối đắp như đường giao thông, sân bay, bến cảng, chống thấm qua
nền, thân đập một số công trình thủy lợi... nhưng xử lý cho đập trên nền đất có hệ
số thấm lớn của các hồ chứa ven biển Nam Trung Bộ chưa đuợc nghiên cứu và ứng
dụng rộng rãi, vấn đề đáng quan tâm là phải tạo ra được một tường chống thấm nằm
dưới nền đất, đồng thời phải lấp bịt được các hang hốc ở nền; Độ sâu xử lý phải cắt
qua được các lớp bồi tích nằm sâu dưới đáy đập; Thi công trong điều kiện địa hình

chật hẹp, thậm chí phải thi công trong nước. Vấn đề thứ hai là địa điểm bố trí, cách
thức bố trí cọc như thế nào để đảm bảo độ kín khít, giảm hệ số thấm, không gây lún,
gây võng, làm nứt đập cục bộ. Ngoài ra còn phải quan tâm đến diễn biến cố kết, lún


2

trong quá trình đắp đập.
Để làm rõ thêm vấn đề trên, việc nghiên cứu cơ sở khoa học và đề xuất giải
pháp công nghệ xử lý chống thấm đập cho đập bằng cọc xi măng đất được tác giả
lựa chọn, nhằm đánh giá một cách cụ thể và khả năng ứng dụng giải pháp này trong
thiết kế, thi công đập đất trên nền bồi tích ven biển Nam Trung Bộ.
2. Mục đích của đề tài
- Đánh giá được thực trạng làm việc của đập vật liệu địa phương, nguyên
nhân hư hỏng, sự cố công trình;
- Cơ sở khoa học và thực tiễn của các giải pháp chống thấm cho đập đất trên
các nền địa chất, ưu nhược điểm và phạm vi ứng dụng từng giải pháp;
- Nghiên cứu cơ sở khoa học và thực nghiệm của cọc xi măng đất; quy trình
công nghệ khoan phụt áp lực cao (Jet-Grouting) tạo tường chống thấm cho đập đất
nhằm đem lại hiệu quả kinh tế, kỹ thuật cao, với mục tiêu là phải đảm bảo các tiêu
chuẩn về cường độ, ổn định, biến dạng, thấm và xói ngầm.
- Đề xuất các giải pháp thiết kế, thi công, kiểm soát chất lượng của cọc xi
măng làm tường chống thấm.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
3.1. Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu là cọc xi măng đất sử dụng làm tường chống thấm.
3.2. Phạm vi nghiên cứu
Phạm vi nghiên cứu là chống thấm cho nền đập đất ven biển Nam Trung Bộ
bằng khoan phụt áp lực cao (Jet-Grouting). Trong đó, trọng tâm là công trình Hồ
Núi Một - huyện Ninh Phước - tỉnh Ninh Thuận.

4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
4.1. Cách tiếp cận
- Tiếp cận có kế thừa
+ Điều tra, thu thập, tổng hợp và phân tích tài liệu;
+ Khảo sát thực tế những công trình đã ứng dụng công nghệ xử lý chống
thấm đập đất của Việt Nam;


3

+ Nghiên cứu tài liệu, tiêu chuẩn trong và ngoài nước đã công bố về cọc xi
măng đất để có hướng đi đúng đắn.
- Tiếp cận bằng thực tiễn và xuất phát từ thực tiễn
Tiến hành điều tra, thống kê, phân loại hư hỏng công trình thủy lợi, từ đó
nắm bắt được nguyên nhân hư hỏng và đề xuất phương pháp chống thấm cho công
trình trên các loại đất nền.
- Tiếp cận trên cơ sở hiệu quả kinh tế- kỹ thuật
Việc ứng dụng công nghệ Jet-grouting là điều tương đối mới chưa được áp
dụng nhiều cho việc chống thấm nền công trình thủy lợi do vậy phải xem xét điều
kiện áp dụng; ưu nhược điểm của phương pháp và phải đảm bảo yêu cầu kỹ thuật,
tiến độ thi công, mức đầu tư, giải phóng mặt bằng và tính hiệu quả kinh tế - xã hội.
4.2. Phương pháp nghiên cứu
4.2.1. Nghiên cứu lý thuyết dựa trên các nguồn tài liệu
- Báo cáo tổng kết đề tài độc lập cấp Nhà nước "Nghiên cứu giải pháp
KHCN để nâng cấp sửa chữa cống dưới đê". Trong báo cáo này đã trình bày một số
kết quả nghiên cứu bước đầu về hệ số thấm của XMĐ, kết quả chống thấm cho các
công trình đã thử nghiệm;
- Báo cáo kết quả thí nghiệm cọc và vật liệu XMĐ thi công bằng phương
pháp Jet-grouting tại bãi thử cọc Đồ Sơn - Hải Phòng do Viện KHCNXD thực hiện,
năm 2004 trong khuôn khổ của đề tài Cống dưới đê;

- Báo cáo tổng kết dự án sản xuất thử nghiệm độc lập cấp Nhà nước “Hoàn
thiện công nghệ khoan phụt vữa áp lực cao nhằm tăng khả năng chống thấm cho
công trình thuỷ lợi” do Viện Khoa học Thủy lợi thực hiện năm 2009.
- Tài liệu nghiên cứu của nước ngoài đã công bố như:
+ A. Porbaha at all: “State of the art in deep mixing technology” part II and
II:-Ground improvement (1998). Trong tài liệu này đã công bố một số kết quả
nghiên cứu khá toàn diện và đầy đủ về công nghệ vật liệu, trong đó có hệ số thấm
của cọc xi măng đất;
+ Tiêu chuẩn Châu Âu EN 12716: 2001. Tiêu chuẩn thực hiện các công tác


4

địa kỹ thuật đặc biệt: Khoan phụt cao áp (Jet-grouting), được CEN thông qua ngày
16 tháng 4 năm 2001. Các thành viên cuả CEN bắt buộc phải tuân thủ các quy định
nội bộ của CEN/CENELEC nhằm tạo điều kiện đưa tiêu chuẩn này vào sử dụng ở
mỗi nước như tiêu chuẩn quốc gia của nước đó mà không có bất cứ thay đổi nào về
nội dung;
- TCXD VN 385-2006: Xử lý đất yếu bằng cột ximăng đất. Tiêu chuẩn này
do Viện KHCNXD soạn thảo. Nội dung chủ yếu liên quan đến ứng dụng cột xi
măng đất để gia cố nền công trình, công nghệ đề cập chủ yếu cho cột xi măng đất
trộn cơ khí (vữa phun khô hoặc ướt với áp lực thấp từ 50~70at).
4.2.2. Nghiên cứu thực nghiệm
- Kế thừa các thí nghiệm trong phòng:
+ Thí nghiệm mẫu đúc trong phòng với đất lấy từ công trình Hồ Núi Một;
+ Lấy mẫu khoan hiện trường về thí nghiệm thấm trong phòng.
- Kế thừa thí nghiệm hiện trường:
+ Các cọc hiện trường sau khi khoan đổ nước thí nghiệm trong các hố khoan
để đánh giá hệ số thấm của tường;
+ Thí nghiệm đánh giá độ kín khít, khuyết tật của tường theo yêu cầu của

thiết kế bằng đo điện trở suất.
5. Kết quả dự kiến đạt được
- Nêu ra được hiện trạng và các nguyên nhân hư hỏng gây mất an toàn đập đất;
so sánh, đánh giá, phân tích được mức độ an toàn của các đập đất được xây dựng
trên nền địa chất khác nhau;
- Lựa chọn hình thức kết cấu, giải pháp và công nghệ thi công xử lý chống
thấm phù hợp với điều kiện đập đất trên nền bồi tích ven biển Nam Trung Bộ;
- Đề xuất, giới thiệu cơ sở khoa học công nghệ chống thấm nền đập bằng cọc
xi măng đất phù hợp với địa chất chung của ven biển Nam Trung Bộ;
- Vận dụng kết quả nghiên cứu để thiết kế, thi công đập đất Hồ Núi Một,
huyện Ninh Phước, tỉnh Ninh Thuận.


5

Chương 1
TỔNG QUAN VỀ ĐẬP ĐẤT VÀ CÁC GIẢI PHÁP CHỐNG THẤM
NỀN ĐẬP ĐẤT
1.1. Tình hình xây dựng đập vật liệu địa phương trên thế giới
Từ mấy nghìn năm trước công nguyên, đập đã được xây dựng ở nhiều nước
như Ai Cập, Ấn Độ, Trung Quốc và các nước Trung Á của Liên Xô với mục đích
dâng và trữ nước để tưới hoặc phòng lũ. Theo thống kê của Hội đập cao thế giới
(ICOLD) tính đến năm 2000 trên thế giới có khoảng 45.000 đập lớn.
Bảng thống kê số lượng đập các châu lục xem bảng Phụ lục 1.
Các thống kê về thể loại đập của ICOLD - 1986 cho thấy: 78% xây dựng là
đập đất, 5% đập đá đổ, 12% đập bê tông trọng lực, đập vòm 4%. Điển hình là ở
Mỹ, nếu tính từ năm 1963 trở lại đây thì đập bằng vật liệu địa phương, trong đó chủ
yếu là đập đất chiếm đến 75% trong toàn bộ những đập đã xây dựng trong cùng thời
gian. Còn ở Canada cũng trong thời gian đó chỉ xây dựng 1 đập bê tông duy nhất
còn lại là đập bằng vật liệu địa phương. Ở Anh, trước năm 1964 đập vật liệu địa

phương chỉ chiếm 4%, từ năm 1964 trở lại đây, đập vật liệu địa phương đã chiếm
đến 67% số lượng đập được xây dựng. Trong các nước thuộc Liên Xô cũ và Trung
Quốc đập vật liệu địa phương cũng phát triển mạnh mẽ. [18, 19]
Trong số các đập vật liệu địa phương đã được xây dựng thì loại hình đập xây
dựng bằng đất là phổ biến. Bảng thống kê số liệu về đập đất lớn xây dựng trên thế
giới xem bảng Phụ lục 2 và một số hình ảnh đập trên thế giới được trích từ
VNCOLD “Hội đập lớn và phát triển nguồn nước Việt Nam”

Hình 1.1. Đập đất Nurek trên sông Vakhsh ở Tajikistan


6

1.2. Tình hình xây dựng đập vật liệu địa phương trong nước
Cùng với lịch sử xây dựng và phát triển các hồ chứa nước trên thế giới, hàng
loạt các đập ở nước ta cũng đã và đang được xây dựng. Theo cách phân loại của Hội
đập cao thế giới (ICOLD) cho đến nay nước ta có gần 500 đập cao (H≥10 m), trong
đó chủ yếu là đập vật liệu địa phương.
Đập vật liệu địa phương của Việt Nam tương đối đa dạng. Đập đất được đắp
bằng các loại đất: Đất pha tàn tích sườn đồi, đất bazan, đất ven biển Miền Trung.
Phần lớn các đập ở Miền Bắc và Miền Trung được xây dựng theo hình thức đập đất,
đồng chất hoặc đập có thiết bị chống thấm tường nghiêng, tường tâm, chân
khay,…bằng đất sét. Một số năm gần đây sử dụng một số công nghệ mới như tường
lõi chống thấm bằng các tấm bê tông cốt thép liên kết khớp ở đập Tràng Vinh, thảm
sét Bentonite cho đập Núi Một, hào Bentonite cho đập Eaksup Đắc Lắc,…
Xem hình 1.2, hình 1.3 và được thống kê qua bảng Phụ lục 3.

Hình 1.2. Đập đất Hàm Thuận

Hình 1.3. Đập Sông sắt Ninh Thuận

1.3. Sự cần thiết xây dựng đập đất
Công trình thủy lợi có vai trò vô cùng quan trọng trong nền kinh tế quốc dân,
trong đó có những hồ chứa nước loại cực lớn có ý nghĩa sử dụng tổng hợp, hàng
trăm loại vừa và nhỏ, nhiều hệ thống công trình đầu mối và kênh tưới tiêu, hệ thống
đê điều, cống ngăn mặn, công trình đê quai lấn biển,.. góp phần giảm nhẹ thiên tai,
cải tạo môi trường, cấp thoát nước, phát điện,.. tạo điều kiện cho việc phát triển
kinh tế, nâng cao không ngừng đời sống mọi mặt của nhân dân.
Trong xây dựng hồ chứa, đập đất chiếm ưu thế trong hệ thống công trình đầu


7

mối chắn giữ nước do tận dụng được nguồn nguyên liệu tại chỗ, giá thành rẻ, thi
công không phức tạp, thích hợp với nhiều điều kiện địa hình, địa chất. Tuy nhiên,
đặc điểm chính của các đập đất là thường xuyên chịu áp lực nước tĩnh và động. Qua
phân tích sự làm việc đập đất là loại công trình có nhiều vấn đề kỹ thuật hơn cả. Sự
có mặt thường xuyên của dòng thấm trong thân và nền của các công trình đã dẫn
đến sự tăng kích thước mặt cắt ngang cũng như đòi hỏi quá trình thi công nghiêm
ngặt. Để hạn chế đến mức tối thiểu tác hại do các loại ngoại lực bên ngoài tác động
lên các đập đất, đá mà vẫn đảm bảo tính kinh tế kỹ thuật, nhất thiết phải hiểu được
bản chất của các loại nội lực phát sinh trong thân và nền công trình.
Ngày nay, cùng với sự phát triển của các công cụ tính toán, đặc biệt là sự
phát triển cực kỳ nhanh chóng của các phần mềm ứng dụng, đã cho phép chúng ta
giải quyết được rất nhiều vấn đề khoa học và công nghệ phức tạp đặt ra đối với các
công trình thuỷ công.
1.4. Đập đất và tính chất làm việc của đập đất
1.4.1. Khái niệm về đập đất
Đập đất là đập xây dựng bằng các loại vật liệu có sẵn ở địa phương từ các
sản phẩm của bồi tích, sườn tích hoặc phong hoá như sét, á sét, á cát, cuội sỏi…

Đập đất có hình dạng cấu tạo đơn giản, giá thành rẻ, bền, chống động đất tốt,
có khả năng cơ giới hóa cao trong thi công, dễ quản lý dễ tôn cao, đắp dày và có thể
đắp đập trên mọi loại nền đây là loại đập được ứng dụng rộng rãi nhất ở nhiều nước
trên thế giới và ở Việt Nam.
1.4.2. Đặc điểm và tính chất làm việc của đập đất
- Đập đất thường là loại không cho nước tràn qua bề mặt và có nhiệm vụ
dâng, giữ nước tạo nên hồ chứa và kết hợp với các công trình khác cùng tham gia
như đập tràn, cống lấy nước....trong hệ thống công trình.
- Có khối lượng xây dựng lớn và chịu tác dụng của ngoại lực rất phức tạp
nên thân đập và nền đập đòi hỏi phải đảm bảo điều kiện chịu lực. Đặc biệt phải đảm
bảo điều kiện ổn định về thấm và chống trượt của nền và mái dốc.
- Mái đập thường xuyên chịu tác động trực tiếp của sóng, gió, mưa nắng nên


8

nguy cơ gây sạt lở mái rất cao, vì vậy mái đập đất thường được gia cố bằng các loại
vật liệu khác như lát đá, tấm bê tông, trồng cỏ bảo vệ.
- Dòng thấm trong thân đập không những làm giảm khả năng ổn định chống
trượt của mái mà nó còn có thể gây ra xói ngầm làm hư hỏng công trình. Dòng thấm
xuất hiện ở cả trong thân đập, nền đập và vai đập với những trị số và phương tác
dụng khác nhau. Tại các vị trí tiếp giáp, cửa ra do gradien của dòng thấm lớn
thường gây ra hiện tượng trồi, đùn đất. Vì thế đập đất phải có các thiết bị lọc ngược
trong thân đập hoặc mái hạ lưu đập nhằm ngăn cản sự chuyển dịch của hạt đất theo
phương dòng thấm.
- Đối với đập đất nằm trên nền yếu hoặc đập làm việc trong thời gian dài,
hiện tượng thấm gây hậu quả nghiêm trọng và nguy cơ mất an toàn đập rất cao.
1.5. Phân loại đập đất
Có nhiều cách phân loại đập đất: Theo chiều cao cột nước dâng trong hồ,
theo phương pháp xây dựng, theo cấu tạo mặt cắt ngang đập, thiết bị chống thấm

nền đập và theo cấp công trình.
1.5.1. Phân loại theo chiều cao cột nước lớn nhất
Bảng 1.1. Phân cấp đập đất theo tiêu chuẩn Việt Nam TCXDVN 285: 2002
Cấp đập

Trị số cột nước lớn nhất (m)
Nền đất cát, đất hòn thô,
> 75

Nền đất sét bão hoà
> 50

I

Nền đá
> 100

II

>70 – 100

> 35 – 75

> 25 – 50

III

> 25 – 70

> 15 – 35

> 15 – 25

IV

> 10 – 25

> 8 – 15

> 8 – 15

V

≤ 10

≤8

≤8

1.5.2. Phân loại theo kết cấu mặt cắt ngang đập [6]
- Đập đồng chất: Là đập chỉ xây dựng bằng một loại đất thường dùng với
nền không thấm hoặc ít thấm (hình 1.4a).
- Đập hỗn hợp: Là đập được xây dựng bằng nhiều loại đất có tính cơ lý khác
nhau. Trong loại đập này, đất có tính chống thấm tốt được đặt ở phía thượng lưu
hoặc ở giữa thân đập. Ngoài ra còn có loại đập hỗn hợp đất đá (hình 1.4d).


9

- Đập có tường nghiêng: Là đập có vật chống thấm loại dẻo (như sét, á sét,

vải lọc,..) hoặc cứng (như bê tông, bê tông cốt thép, kim loại) đặt ở mái thượng lưu,
thường dùng khi có yêu cầu chống thấm cao đối với thân đập (hình 1.4g).
- Đập có lõi giữa: Là đập có vật chống thấm loại cứng hay loại dẻo đặt giữa
thân đập (hình 1.4h,j).

Hình 1.4. Các loại đập đất
1.5.3. Phân loại theo thiết bị chống thấm nền đập [6]
Khi nền có tính thấm nước lớn, để chống thấm thường dùng hình thức tường
nghiêng hay lõi giữa cắm sâu xuống tầng không thấm. Thực tế có những loại sau:
- Đập đồng chất chân răng: Là đập đồng chất có chân răng cắm vào nền.
Thường dùng khi hệ số thấm K đập << K nền và tầng không thấm nằm không sâu lắm
(hình 1.4j).
- Đập có lõi giữa tường răng: Kéo dài lõi giữa xuống tận tầng không thấm.
Dùng khi tầng thấm không lớn (hình 1.4k).
- Đập có tường nghiêng chân răng: Kéo dài tường nghiêng xuống tận tầng
không thấm. Dùng khi tầng thấm không lớn (hình 1.4l).
- Đập có bản cọc (còn gọi là tường cừ): Bản cọc dùng trong trường hợp nền
thấm nước không phải là đá. Nếu nền thấm nước có bề dày giới hạn thì bản cọc có


10

thể cắm xuống tận tầng không thấm (hình 1.4m ). Còn nếu tầng thấm nước rất sâu
hoặc được xem như vô hạn thì bản cọc chỉ đóng xuống một giới hạn nhất định (hình
1.4n) nhằm gia tăng chiều dài đường thấm, giảm gradient thấm và giảm độ thấm
nước qua nền đập.
- Đập có màng phun xi măng: Dùng màng xi măng để chống thấm trong
trường hợp đá bị nứt nẻ, mạch thấm ngầm, đá vôi có hiện tượng các-tơ, tầng cuội
sỏi tương đối dày. Tuỳ theo độ sâu của nền đá bị nứt nẻ và khả năng thi công màng
xi măng mà có thể cắm sâu đến tầng không thấm (hình 1.4p) hoặc chỉ cắm sâu đến

một giới hạn nhất định (hình 1.4q).
- Đập có tường nghiêng sân trước: Trong trường hợp nền thấm nước rất
sâu hoặc vô hạn thì có thể dùng hình thức chống thấm cho nền là sân trước. Sân
trước có thể làm bằng vật liệu xây dựng đồng chất hoặc vật liệu như tường nghiêng,
lõi giữa (hình 1.4o).
1.6. Hư hỏng đập đất
1.6.1. Những sự cố về đập đất trên thế giới
Theo thống kê đánh giá của Ủy ban Quốc tế về đập lớn (ICOLD) thì tỷ lệ vỡ
đập qua các thời kỳ được thể hiện ở bảng 1.2.
Bảng 1.2. Tỷ lệ vỡ đập qua các thời kỳ [18]
Thời gian

Tỷ lệ vỡ đập %

Trước năm 1920

4,0%

Năm 1930

3,0%

Năm 1950

2,2%

Năm 1970

1,0%

Năm 1980

0,85%

Trong đó châu Á, châu Mỹ, châu Âu là những châu lục xây dựng nhiều đập
nên tỷ lệ vỡ đập cũng nhiều nhất. Theo số liệu của (ICOLD) thì đến năm 1998 tỷ lệ
vỡ đập của các châu lục theo biểu đồ (hình 1.4) sau:


11

Hình 1.5. Biểu đồ tỷ lệ vỡ đập ở các châu lục [18]
Đối với đập đất, theo thống kê sự cố các công trình thủy lợi trên thế giới [8]
nguyên nhân gây ra các vụ vỡ đập đất do:
- Nước lũ tràn đỉnh đập

30%

- Thấm

25%

- Trượt mái

25%

- Dò đường ống

13%

- Nguyên nhân khác

7%

Hình 1.6. Biểu đồ tỷ lệ nguyên nhân sự cố đập đất [8]
1.6.2. Hư hỏng do thấm
Tình trạng thấm là tình trạng xảy ra rất phổ biến ở các đập đất, nhiều hồ chứa
bị thấm rất nghiêm trọng dẫn đến sự cố công trình, sau đây là một số điển hình:
1.6.2.1. Trên thế giới
Đập đất Teton được xây dựng trên sông Teton, bang Idaho, tây bắc nước Mỹ
có chiều cao 93 m, chiều dài ở đỉnh 940 m, đáy rộng 520 m, tạo hồ chứa có dung


12

tích 289 triệu m3. Đập được khởi công năm 1975 và hoàn thành sau hơn 1 năm khi
hồ đầy nước, khi lũ lớn về thì bị vỡ ngày 5/6/1976. Nguyên nhân được xác định là
nền đá rhyolite có nhiều nứt nẻ nhưng khoan phụt không đạt yêu cầu, nước hồ dâng
cao tạo thành dòng thấm mạnh, đập bị xói ngầm nghiêm trọng rồi vỡ đập.

Hình 1.7. Đập Teton (Mỹ) bị vỡ
.

Đập Unmun nằm ở phía Tây nam Hàn Quốc xây dựng năm 1992 và nâng cấp

năm 1998, chiều cao 55m, chiều dài 407m, dung tích hồ 126 triệu m3, nhiệm vụ cấp
nước. Năm 1998 xuất hiện 3 hố sụt trên đỉnh đập kích thước mỗi hố gần 2m. Kết
quả đo thấm vượt mức cho phép 1200 ~ 6000 m3/ngày đêm dẫn đến sụt đất. Từ cao
trình 113 đến 125 của lõi đất sét trong thân đập do thi công không tốt, làm thành
một tầng xung yếu chạy suốt chiều dài đập. Khi hồ tích nước đã xuất hiện dòng

thấm qua chỗ xung yếu này.

Hình 1.8. Mặt cắt ngang đập Unmun (Hàn Quốc) bị vỡ
1.6.2.2. Ở Việt Nam
* Đập cũ: Với các đập vừa và nhỏ do chất lượng thi công đắp đập không
đảm bảo kỹ thuật gây ra thấm, thậm chí gây vỡ đập. Điển hình như vụ vỡ đập Suối


13

Trầu (1998), đập Suối Hành (1999), đập Zếch 20 (2009), ... Hiện tại còn có hàng
loạt đập thấm nghiêm trọng phải xử lý như thấm lớn qua nền đập Dầu Tiếng (Tây
Ninh) đã phải xử lý bằng tường ximăng- Bentonite; thấm qua thân các đập Khe
Chè, Chúc Bài Sơn (Quảng Ninh), Kim Sơn (Hà Tĩnh), Hoà Trung (Đà Nẵng), Hội
Sơn (Bình Định), Cù Lây (Hà Tĩnh), Am Chúa (Khánh Hòa), Nước Ngọt, Sông
Biêu, Phước Trung (Ninh Thuận) có những công trình thậm chí đã phải cho tháo
cạn hồ đề phòng vỡ đập.
Nguyên nhân của thấm
- Thấm do Thi công:
+ Kỹ thuật đầm: nhiều đập nhỏ do các đơn vị thi công không chuyên làm
thường rất ẩu. Có nơi dùng lu bánh lốp để đầm đất, tạo thành từng lớp phân cách,
khi tích nước dòng thấm phun qua các mặt phân cách này;
+ Đầm sót: một số đập chia cho 2 đơn vị thi công, tại vị trí ranh giới giữa 2
nhà thầu thường rất dễ gây thấm do đầm sót. Cũng có đập do giám sát không chặt
chẽ nên đơn vị thi công lấy đất ở vùng khác không đạt tiêu chuẩn đến để đắp, đến
khi tích nước dòng thấm xuất hiện tại vị trí này;
+ Xử lý tiếp giáp: tại vị trí tiếp giáp với cống lấy nước, vùng vai đập đầm
máy không xử lý được phải dùng đầm cóc thủ công. Đơn vị thi công không quan
tâm đúng mức, không theo dõi chặt chẽ cũng dễ gây ra thấm tại các vị trí tiếp giáp.
- Thấm do thiết kế:

+ Quy định chỉ tiêu kỹ thuật trên bản vẽ không chặt chẽ: nhiều bản thiết kế
chỉ quy định dung trọng khô khi đắp đập. Điều đó chỉ đúng khi mỏ vật liệu đắp là
đồng đều. Nếu trong khi thi công gặp phải vùng mỏ vật liệu đắp có lẫn nhiều hạt thô
thì dung trọng đạt nhưng độ chặt không đạt cũng gây thấm lớn;
+ Xử lý vật liệu đắp đập: vùng vật liệu đất đắp có tính trương nở, tan rã hoặc
vùng đất có hàm lượng sét quá cao dẫn đến độ ẩm lớn nhưng thiết kế không chỉ rõ
biện pháp xử lý khi đắp cũng có nguy cơ gây nứt đập, thấm lớn;
+ Xử lý tiếp giáp: vùng vai đập có độ dốc lớn nếu không xử lý đúng kỹ thuật
cũng dễ gây trượt giữa đất đắp và nền khi đắp xong gây thấm. Hoặc bản vẽ quy định


14

mái dốc của đợt đắp trước quá dốc, khi đắp đợt sau cũng gây trượt giữa 2 khối đắp.
+ Đất đắp không đạt yêu cầu về thấm: Nhiều vùng do khan hiếm vật liệu có
tính chống thấm, nhưng thiết kế không có giải pháp chống thấm tăng cường cũng dễ
gây ra thấm.
- Thấm do nguyên nhân khác:
+ Hỏng khớp nối cống: khớp nối cống bị hỏng, dòng chảy có áp phun ra
xung quanh gây thấm dọc theo cống;
+ Tắc thoát nước: trong quá trình vận hành các hạt đất chui vào các kết cấu
thoát nước (lăng thể đá hạ lưu, ống khói thoát nước giữa đập, ...) làm tắc lọc. Đường
bão hòa trong thân đập dâng cao, dòng thấm xuất hiện ngay trên mái hạ lưu đập.
* Đập đang thi công:
- Thấm qua nền: đây là hiện tượng gặp rất nhiều ở các đập đang xây dựng
hiện nay. Đập xây dựng ở vùng Duyên hải Miền Trung thường nằm trên tầng cát
dày 10 đến 20m, gặp trường hợp này thường phải có biện pháp xử lý thấm qua nền
trước khi đắp. Vùng Trung du có những thấu kính cát nằm dưới lòng suối, trong giai
đoạn khảo sát không đầy đủ nên không phát hiện ra, đến khi tích nước mới phát
sinh dòng thấm quá mức phải xử lý;

- Thấm qua thân đập: Vùng khan hiếm vật liệu đắp, nếu chở vật liệu từ xa
đến thì giá thành cao. Giải pháp lựa chọn là vẫn đắp đập với dung trọng đảm bảo ổn
định và bổ sung kết cấu chống thấm sau khi đắp xong. Giải pháp bổ sung có thể là
rải màng chống thấm mái thượng lưu, làm tường hào chống thấm trong thân đập.
Theo số liệu của “Chương trình an toàn hồ – Bộ Nông nghiệp và Phát triển
Nông thôn” điều tra năm 2002, số lượng các hồ chứa cần xử lý thấm gồm:
+ Loại Wtrữ ≥ 10 triệu m3:

39/79

+ Loại Wtrữ = 5÷10 triệu m3:

5/66

+ Loại Wtrữ = 1÷5 triệu m3:

67/442

+ Loại Wtrữ <1 triệu m3:

hồ
hồ (thấm nhẹ 40 hồ)
hồ

255/1.370 hồ

1.6.3. Hư hỏng do mối
Trong quá trình vận hành, do sự thay đổi về khí hậu các mùa khác nhau nên

15

hình thành và phát triển các tổ mối trong thân, vai đập vào mùa khô thường phát
triển rất nhanh. Các tổ mối này phát triển ngày một lớn tạo nên các vùng đất xốp,
rỗng trong thân đập, khi mùa mưa tới, mực nước trong hồ dâng cao, các tổ mối bị
tan rã dưới tác dụng của cột nước áp lực và dòng thấm gây phá huỷ thân đập.
Chính vì vậy, trong quá trình lập dự án sửa chữa, nâng cấp các đập đất, Bộ
Nông nghiệp và phát triển Nông thôn đã lưu ý đến việc khảo sát và xử lý mối nhằm
tránh hậu quả đáng tiếc xảy ra.
1.6.4. Hư hỏng do các nguyên nhân khác
Ngoài các nguyên nhân hư hỏng đập đất nói trên còn có sự tác động của một
số nguyên nhân khác như công tác thi công, công tác quản lý, vận hành; đào tạo
trình độ cho cán bộ cơ sở, diễn biến thời tiết phức tạp…
Tóm lại, các nguyên nhân gây hư hỏng đập đất thì rất nhiều. Nhưng chủ yếu
là việc thấm qua nền. Sự mất ổn định thấm kéo theo sự mất nước hồ chứa, sự xói
ngầm, đùn đất ở hạ lưu và hậu quả là dẫn đến mất ổn định và phá hoại đập. Vì vậy,
nghiên cứu giải pháp để chống thấm cho đập đất là nhiệm vụ quan trọng hàng đầu
trong việc đánh giá, thiết kế và vận hành hồ chứa.
1.7. Các công nghệ chống thấm cho đập đất
Với tình hình làm việc của đấp đất như vậy, hiện nay trong quá trình thiết kế
mới và sửa chữa các đập đất đã áp dụng khá nhiều phương án và giải pháp kỹ thuật
để xử lý. Tiêu điểm là biện pháp chống thấm qua thân, nền đập và hạ thấp ở cửa ra
đường bão hòa trong thân đập. Các biện pháp xử lý được áp dụng hiện nay:
1.7.1. Tường nghiêng, sân phủ bằng đất sét
Tường nghiêng, sân phủ có tác dụng kéo dài đường viền thấm. Là giải pháp
thường vẫn áp dụng ở nhiều công trình. Ưu điểm dễ thi công, giá thành rẻ. Tuy
nhiên, nhiều công trình nền thấm nước có chiều dày lớn lại không có sẵn đất sét
(như khu vực Nam Trung Bộ, Tây Nguyên) thì giải pháp này không kinh tế;
Với các hồ đập đang tích nước thì giải pháp này thường không được chọn vì
phải tháo cạn hồ để thi công.

1.7.2. Tường nghiêng bằng màng HDPE, thảm sét địa kỹ thuật, ...


16

Phương pháp này đã được áp dụng ở một số công trình cỡ vừa và nhỏ
(H<20m), tuy nhiên số lượng cũng chưa nhiều. Ví dụ: khi sửa chữa đập phụ Dầu
Tiếng đã chọn giải pháp kéo dài sân phủ bằng màng HDPE. Đập Đá Bạc, đập Nhà
Đường (Hà tĩnh) sử dụng HDPE phủ lên mái thượng lưu, đập Sông Biêu (Ninh
Thuận) sử dụng thảm sét địa kỹ thuật (Geo-clay) làm tường nghiêng trên mái
thượng lưu, đập phụ Dầu tiếng sử dụng màng HDPE dày 1,5mm, .... Về lâu dài còn
cần phải tiếp tục theo dõi, đánh giá hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của giải pháp này;
Cũng như tường nghiêng sân phủ bằng đất sét, với các hồ đập đang tích nước
thì giải pháp này thường không khả thi vì phải tháo cạn hồ để thi công.
1.7.3. Lõi giữa (bằng đất sét, pha sét hoặc vật liệu khác)
Giải pháp chống thấm qua đập đất bằng tường lõi so với tường nghiêng có
khối lượng nhỏ hơn và dễ thi công hơn. Đặc biệt thích hợp cho kết cấu đập nhiều
khối với thiết bị thoát nước kiểu ống khói được áp dụng nhiều ở khu vực Miền
Trung và Tây Nguyên.
Hệ số thấm của tường lõi không được lớn hơn 10-5 cm/s (ít ra cũng phải nhỏ
hơn 100 lần hệ số thấm của đất đắp đập thì mới phát huy hiệu quả). Do đó, những
nơi không có sẵn đất sét thì giải pháp này không kinh tế. Một số công trình như
Tràng Vinh làm tường lõi bằng BTCT.
1.7.4. Tường hào Bentonite (hoặc ximăng-sét)
Công nghệ này sử dụng máy đào hào chuyên dụng để moi đất và thay thế
vào đó bằng vật liệu (dung dịch ximăng + bentonite hoặc ximăng + đất sét tại chỗ
nghiền mịn) có tính chống thấm cao. Trong quá trình đào phải chống sập vách bằng
vữa bentonite. Hệ số thấm của tường hào có thể đạt từ 10-4 cm/s đến 10-7 cm/s tùy
thuộc nhiều vào công nghệ vật liệu cấu thành và trình độ thi công của nhà thầu. Là
công nghệ mới được áp dụng trong vài năm gần đây, rất thích hợp với các đập có

nền thấm nước dày (trên 10m) khi mà xét thấy việc bóc bỏ để làm chân đanh bằng
đất tốt là khó khăn và tốn kém.
+ Ưu điểm của công nghệ này là có độ tin cậy cao, chủ động kiểm soát chất
lượng; vật liệu chống thấm dễ mua trên thị trường.


17

+ Nhược điểm là thiết bị thi công cồng kềnh, phải chuyển bằng thiết bị siêu
trường - siêu trọng (xe có tải trọng >40T), không thích hợp với các đập vùng sâu
vùng xa; mặt bằng thi công yêu cầu tối thiểu rộng 10m; không thi công được trong
nước, hoặc nền lẫn đá lăn, đá tảng vì gầu đào hoạt động theo cơ chế tự trọng; thời
gian thi công dài; giá thành công trình tương đối cao.
Với một số đập đất cũ (như Dầu Tiếng, Dương Đông, ...) cho kết quả tốt;
nhưng với đập mới đắp (như Easup Thượng, Ia Mlá ...) thì có hiện tượng nứt - tách
giữa tường và thân đập; vì vậy hiện nay khuyến cáo chỉ nên áp dụng để chống thấm
cho các đập cũ. Với các đập đắp mới, chỉ nên áp dụng cho nền đập, thân đập sử
dụng giải pháp chống thấm khác.
1.7.5. Chống thấm bằng khoan phụt (khoan phụt truyền thống)
Khoan phụt truyền thống còn được gọi là khoan phụt có nút bịt (1 nút, 2
nút); nguyên lý của nó là bơm dung dịch chất kết dính (ximăng, đất sét, hoá chất, ...)
vào trong đất dưới một áp lực phù hợp (thường từ vài at đến vài chục at tùy thuộc
đối tượng xử lý, loại đất và thiết bị công nghệ). Nút bịt có tác dụng bịt không cho
dung dịch trào lên miệng hố khoan.
Xuất xứ của khoan phụt truyền thống là để lấp bịt các kẽ nứt trong nền đá.
Sau đó đã có những cải tiến để khoan phụt cho đập đất. Để khoan phụt được trong
nền đất, người ta đã có những cải tiến về nút bịt và điều chỉnh tăng áp suất: sử dụng
nút bịt kép (ống măng-sét, công nghệ tuần hoàn ngược). Với các tầng cuội sỏi cũng
đã dùng bằng cách bổ sung thêm công đoạn bồi tường (như đê quây Nhà máy Thủy
điện Sơn La đã làm).

Ưu điểm: Thích hợp với chống thấm nền đá nứt nẻ; thiết bị thi công đơn
giản, yêu cầu kỹ thuật đơn giản, máy móc phổ biến, gọn nhẹ, tính cơ động cao; vật
liệu đem xử lý dễ mua, dễ kiếm trên thị trường.
Nhược điểm: Khó kiểm soát mức độ lấp đầy của vữa trong lỗ rỗng; không
áp dụng tốt đối với nền cuội sỏi, nền cát và nền đất có mực nước ngầm; hiệu quả thi
công không cao trong điều kiện ngập nước; dễ bị xô, dồn ép cốt liệu khi nền rời và
có kết cấu mềm yếu; chỉ ứng dụng được cho chiều sâu xử lý dưới 20m, môi trường