Nghiên cứu giải pháp xử lý sự cố thấm đập đất ứng dụng cho hồ chứa nước an long huyện quế sơn, tỉnh quảng nam

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
LỜI CẢM ƠN
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật chuyên ngành Địa kỹ thuật xây dựng với đề tài:
“Nghiên cứu giải pháp xử lý sự cố thấm đập đất ứng dụng cho hồ chứa nước

An Long huyện Quế Sơn, tỉnh Quảng Nam” được hoàn thành với sự giúp đỡ tận
tình của các Thầy giáo, Cô giáo trong Bộ môn Địa kỹ thuật, Khoa Công trình, Trường
đại học Thủy lợi cùng các bạn bè và đồng nghiệp.
Tác giả xin chân thành cảm ơn các Thầy giáo, Cô giáo, Gia đình, Bạn bè &
Đồng nghiệp đã tạo điều kiện cho tác giả trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận
văn tốt nghiệp. Đặc biệt tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đến TS. Phạm Quang Đông,
GS.TS. Trịnh Minh Thụ, các thầy cô giáo trong Bộ môn Địa kỹ thuật, Khoa Công
trình, Trường Đại học Thủy lợi, Công ty TNHH một thành viên Khai thác thủy lợi
Quảng Nam đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi để tác giả hoàn
thành luận văn tốt nghiệp.
Tuy đã có những cố gắng nhất định, nhưng do thời gian có hạn và trình độ còn
hạn chế, vì vậy cuốn luận văn này còn nhiều thiếu sót. Tác giả kính mong Thầy giáo,
Cô giáo, Bạn bè & Đồng nghiệp góp ý để tác giả có thể tiếp tục học tập và nghiên cứu
hoàn thiện đề tài.
Xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày

tháng

Tác giả luận văn

Phạm Luyến

i

năm 2017


CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
BẢN CAM KẾT

Kính gửi:
- Ban Giám hiệu Trường Đại học Thủy lợi;
- Phòng Đào tạo Đại học và Sau Đại học – Trường Đại học Thủy lợi.
Tên tôi là:

Phạm Luyến

Học viên cao học lớp:

23C12

Chuyên ngành:

Địa kỹ thuật xây dựng

Mã học viên:

1581580202038

Theo Quyết định số 1549/QĐ – ĐHTL ngày 02/8/2016 của Hiệu trường Trường
Đại học Thủy lợi, về việc giao đề tài luận văn và cán bộ hướng dẫn cho học viên cao

học của lớp 23C12 và Quyết định số 2813/QĐ-ĐHTL, ngày 12/10/2016 về bổ sung
người hướng dẫn luận văn cho học viên Phạm Luyến, tôi đã được nhận đề tài
“Nghiên cứu giải pháp xử lý sự cố thấm đập đất ứng dụng cho hồ chứa nước

An Long huyện Quế Sơn, tỉnh Quảng Nam” dưới sự hướng dẫn của thầy giáo TS.
Phạm Quang Đông, GS.TS. Trịnh Minh Thụ.
Tôi xin cam đoan luận văn là kết quả nghiên cứu của tôi, không sao chép của ai.
Nội dung luận văn có tham khảo và sử dụng các tài liệu, thông tin được đăng tải trên
các tài liệu và các trang website theo danh mục tài liệu tham khảo của luận văn.
Hà Nội, ngày

tháng

Tác giả luận văn

Phạm Luyến

ii

năm 2017


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .............................................................................................................. 1
1.Tính cấp thiết của đề tài .................................................................................. 1
2. Mục đích nghiên cứu của đề tài ..................................................................... 2
3. Nội dung nghiên cứu...................................................................................... 2
4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ................................................................. 2
5. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu .................................................... 2
6. Kết quả dự kiến đạt được ............................................................................... 3

7. Bố cục của luận văn ...................................................................................... 3
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ SỰ CỐ ĐẬP ĐẤT VÀ PHÁ HOẠI DO
THẤM ĐẬP ......................................................................................................... 4
1.1. Tình hình xây dựng đập đất ở trên thế giới và Việt Nam ........................ 4
1.1.1. Tình hình xây dựng đập đất trên thế giới ................................................ 4
1.1.2. Tình hình xây dựng đập đất ở Việt Nam ................................................. 9
1.1.2.1. Sự phát triển hồ đập ở Việt Nam...................................................... 9
1.1.2.2. Đập vật liệu địa phương ở Việt Nam ............................................... 9
1.2. Tổng quan về sự cố công trình đập ......................................................... 12
1.2.1. Nguyên nhân khách quan....................................................................... 12
1.2.2. Nguyên nhân chủ quan .......................................................................... 12
1.2.2.1. Nguyên nhân về khảo sát ............................................................... 12
1.2.2.2. Nguyên nhân về thiết kế .................................................................. 13
1.2.2.3. Nguyên nhân về thi công................................................................. 13
1.2.3. Một số sự cố vỡ đập điển hình trên thế giới .......................................... 14
1.2.3.1. Sự cố đập Teton ............................................................................. 14
1.2.3.2. Sự cố vỡ đập Delhi (bang Iowa, Hoa Kỳ) ..................................... 15
1.2.3.3 Sự cố đập ở Brazil ............................................................................ 16
1.2.3.4. Sự cố đập Situ Gintung (Indonesia) ............................................... 17
1.2.3.5. Sự cố đập Bản Kiều (Trung Quốc) ................................................ 17
iii


1.2.4. Một số sự cố công trình đập ở Việt Nam ............................................... 18
1.2.4.1. Đập tràn hồ chứa nước Dầu Tiếng ................................................. 18
1.2.4.2. Đập Suối Hành, Cam Ranh, Khánh Hòa ........................................ 18
1.2.4.3. Đập Suối Trầu, Ninh Hòa, Khánh Hòa .......................................... 20
1.3. Tình hình phá hoại do thấm ở thân đập và nền đập ............................. 21
1.4. Kết luận chương 1 ...................................................................................... 23
CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP XỬ LÝ ĐẬP ĐẤT DO THẤM 24

2.1. Cơ sở lý thuyết thấm .................................................................................. 24
2.1.1. Tầm quan trọng của lý thuyết thấm ....................................................... 24
2.1.2. Nguyên nhân gây ra thấm ...................................................................... 24
2.1.3. Phân loại dòng thấm............................................................................... 25
2.1.3.1. Theo trạng thái chảy ........................................................................ 25
2.1.3.2. Theo yếu tố thời gian ....................................................................... 25
2.1.3.3. Theo đặc điểm, tính chất của biên trên miền thấm.......................... 26
2.1.3.4. Theo tính chất không gian của miền thấm ...................................... 26
2.1.4. Phân loại môi trường thấm..................................................................... 27
2.1.4.1. Theo tính chất của môi trường ........................................................ 27
2.1.4.2. Theo đối tượng nghiên cứu thấm .................................................... 27
2.1.4.3. Theo tính chất bão hòa của môi trường ........................................... 27
2.1.5. Định luật thấm cơ bản ............................................................................ 28
2.1.5.1. Định luật thấm tuyến tính (định luật Darcy) .................................. 28
2.1.5.2. Các định luật thấm phi tuyến ........................................................... 28
2.2. Phương pháp giải bài toán thấm ............................................................... 30
2.2.1. Phương pháp giải tích ............................................................................ 30
2.2.1.1. Phương pháp cơ học chất lỏng ........................................................ 30
2.2.1.2. Phương pháp hệ số sức kháng ......................................................... 31
2.2.1.3. Phương pháp tỷ lệ đường thẳng....................................................... 34
2.2.2. Phương pháp mô hình ............................................................................ 36
2.2.3. Phân tích thấm bằng mô hình số ............................................................ 39
iv


2.2.3.1. Phân tích thấm bằng mô hình sai phân hữu hạn.............................. 39
2.2.3.2. Phân tích thấm bằng mô hình phần tử hữu hạn ............................... 40
2.3. Giải pháp xử lý thấm cho công trình đập ................................................ 44
2.3.1. Sân phủ kết hợp với tường nghiêng chống thấm thượng lưu (sân trước)
.......................................................................................................................... 44

2.3.2. Tường chống thấm bằng các loại vật liệu mới như màng HDPE, thảm
sét địa kỹ thuật ................................................................................................. 45
2.3.3. Chân khay kết hợp với tường nghiêng chống thấm............................... 46
2.3.4. Chân khay kết hợp với lõi giữa chống thấm.......................................... 47
2.3.5. Giải pháp tường cừ chống thấm............................................................. 47
2.3.6. Giải pháp chống thấm bằng tường hào Bentonite ................................. 49
2.3.6.1. Vật liệu làm tường hào .................................................................... 50
2.3.6.3 Thiết bị và quy trình thi công tường hào chống thấm ...................... 52
2.3.6.4. Ưu khuyết điểm và phạm vi ứng dụng ........................................... 53
2.3.7. Chống thấm bằng khoan phụt truyền thống .......................................... 53
2.4. Các giải pháp xử lý sự cố do thấm cho công trình đập .......................... 58
2.4.1. Xử lý bằng phương pháp khoan phụt chống thấm ............................... 58
2.4.2. Xử lý bằng phương pháp tường hào chống thấm trong thân đập ......... 59
2.4.3. Xử lý bằng phương pháp cọc xi măng - đất .......................................... 59
2.4.4. Xử lý bằng sân phủ và tường nghiêng chống thấm ............................... 60
2.4.5. Xử lý bằng cừ chống thấm..................................................................... 61
2.5. Đánh giá, lựa chọn giải pháp xử lý sự cố do thấm .................................. 61
2.6. Kết luận chương 2 ...................................................................................... 62
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ XỬ LÝ SỰ CỐ HỒ CHỨA NƯỚC AN LONG . 64
3.1. Giới thiệu công trình .................................................................................. 64
3.1.1. Điều kiện địa chất công trình ................................................................. 70
3.1.1.1. Địa chất công trình .......................................................................... 70
3.1.1.2. Địa chất............................................................................................ 71
3.1.2. Điều kiện địa chất thủy văn .................................................................. 73
v


3.1.2.1. Nước mặt ........................................................................................ 73
3.1.2.2. Nước ngầm ..................................................................................... 74
3.1.2.3. Kết quả thí nghiệm tính thấm của đất đắp thân đập và nền đập .... 74

3.2. Sự cố công trình ......................................................................................... 75
3.3. Nguyên nhân sự cố .................................................................................... 75
3.3.1. Phương pháp khảo sát xác định nguyên nhân........................................ 75
3.3.2. Đánh giá hiện trạng ................................................................................ 75
3.3.3. Kết quả xác định nguyên nhân ............................................................... 75
3.4. Phân tích lựa chọn giải pháp xử lý sự cố do thấm ................................. 76
3.5. Thiết kế phương án xử lý sự cố ................................................................ 76
3.5.1. Cơ sở thiết kế phương án xử lý .............................................................. 76
3.5.2. Yêu cầu chung của thiết kế phương án xử lý......................................... 77
3.5.2.1. Tiêu chuẩn gia cường lớp đất yếu và chống thấm........................... 77
3.5.2.2. Biện pháp thi công ........................................................................... 77
3.5.2.3. Phương pháp phụt xử lý .................................................................. 78
3.5.2.4. Yêu cầu kỹ thuật .............................................................................. 78
3.5.2.5 Vật liệu phụt ..................................................................................... 79
3.5.2.6 Nước trộn dung dịch ......................................................................... 80
3.5.2.7. Thiết bị khoan phụt .......................................................................... 80
3.5.3. Khoan phụt thí nghiệm........................................................................... 81
3.5.3.1. Mục đích .......................................................................................... 81
3.5.3.2. Trình tự tiến hành công tác khoan phụt thí nghiệm ........................ 81
3.5.4. Thiết kế khoan phụt xử lý sự cố do thấm .............................................. 82
3.5.4.1. Phạm vi xử lý thấm giữa vai đập và sườn đồi ................................ 82
3.5.4.2. Mạng lưới hố khoan phụt chống thấm ............................................ 86
3.5.4.3. Trình tự khoan phụt thi công ........................................................... 87
3.5.4.4. Khoan tạo lỗ, rửa hố và đặt nút ...................................................... 89
3.5.4.5. Áp lực phụt ..................................................................................... 90
3.5.4.6. Điều kiện tăng hoặc giảm nồng độ vữa .......................................... 90
vi


3.5.4.7. Điều kiện dừng phụt ....................................................................... 91

3.5.4.8. Lấp hố ............................................................................................. 92
3.5.5. Công tác kiểm tra ................................................................................... 92
3.5.6. Một số yêu cầu kỹ thuật chi tiết ............................................................. 93
3.5.7. Hồ sơ hoàn công .................................................................................... 93
3.5.8. An toàn lao động .................................................................................... 94
3.6. Tính toán kiểm tra ổn định thấm trước và sau khoan phụt xử lý sự cố
thấm – Công trình Hồ chứa nước An Long huyện Quế Sơn ........................ 94
3.6.1. Phân tích lựa chọn mặt cắt ..................................................................... 94
3.6.2. Cơ sở số liệu .......................................................................................... 97
3.6.3. Trường hợp tính toán ............................................................................. 98
3.6.4. Kêt quả tính toán .................................................................................... 98
3.7. Kết luận chương 3 .................................................................................... 100
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................................ 101
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................. 104
PHỤ LỤC ......................................................................................................... 106

vii


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Bảng 1. 1. Thống kê những đập có chiều cao (>165m) trên thế giới (ICOLD).... 5
Bảng 1. 2. Các hồ chứa thủy lợi, thủy điện quan trọng ...................................... 10
Bảng 2. 1. Chiều dày tầng thấm .......................................................................... 34
Bảng 2. 2. Hệ số phụ thuộc tính chất đất nền C .................................................. 35
Bảng 2. 3. Tổng hợp một số công trình ứng dụng giải pháp chống thấm đập bằng
tường hào bentonite ............................................................................................. 49
Bảng 2. 4. So sánh các tính năng kỹ thuật của 2 loại tường hào đất – bentonite và
cement - bentonite ............................................................................................... 50
Bảng 3.1. Các thông số kỹ thuật chính của hồ chứa An Long ........................... 65
Bảng 3.2. Kết quả thí nghiệm một số chỉ tiêu cơ bản như sau:........................... 73

Bảng 3.3. Tính chất cơ lý của đất nền đất đắp .................................................... 74
Bảng 3.4. Thành phần vữa xi măng-sét ổn định.................................................. 79
Bảng 3.5. Chọn nồng độ vữa phụt ....................................................................... 80
Bảng 3.6. Số liệu đầu vào .................................................................................... 98
Bảng 3.7. Kết quả tính toán thấm qua đập đất công trình ................................... 98
Bảng 3.8. Số liệu thời điểm chưa có màng chống thấm và đã có màng chống
thấm ..................................................................................................................... 99

viii


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Hình 1.1. Các loại đập trên thế giới ...................................................................... 4
Hình 1. 2. Đập đất Hirakud, Orissa, India............................................................. 8
Hình 1. 3. Đập đất Nurek, Tajikistan .................................................................... 8
Hình 1. 4. Đập Xiaowan, China ............................................................................ 8
Hình 1. 5. Đập thủy điện Hòa Bình có dung tích 9.450 triệu m3 ........................ 11
Hình 1. 6. Đập Ea- Soup tỉnh Đắck lắk có dung tích 147 triệu m3 .................... 11
Hình 1. 7. Hồ Tả Trạch tỉnh Thừa Thiên Huế xây dựng 2013 với dung tích
646 triệu m3 ......................................................................................................... 11
Hình 1. 8. Sự cố vỡ đập Teton, Hoa Kỳ .............................................................. 14
Hình 1. 9. Cảnh tượng vỡ đập Teton, Hoa Kỳ .................................................... 15
Hình 1. 10. Phần đập đất Delhi bị xói dữ dội..................................................... 16
Hình 1. 11. Vỡ đập Cocal da Estacao, Brasil ...................................................... 16
Hình 1. 12. Vỡ đập Situ Gintung ........................................................................ 17
Hình 1. 13. Đập Bản Kiều sau thảm họa - Ảnh: litverse ................................... 17
Hình 1. 14. Tràn xả lũ hồ chứa nước Dầu Tiếng ............................................... 18
Hình 1.15. Đập Suối Hành, Cam Ranh, Khánh Hòa .......................................... 19
Hình 1.16. Hồ chứa nước Suối Trầu, Ninh Hòa, Khánh Hòa ............................. 20
Hình 1. 17. Các loại đập đất ................................................................................ 21

Hinh 2. 1 .Sơ đồ áp lực thấm tác dụng lên bản đáy đặt ngay trên mặt nền ........ 30
Hinh 2. 2. Sơ đồ phân miền thấm theo phương pháp hệ số sức kháng ............... 31
Hinh 2. 3. Sơ đồ tính thấm theo phương pháp tỷ lệ đường thẳng ....................... 36
Hinh 2. 4 Sơ đồ lưới sai phân .............................................................................. 39
Hinh 2. 5. Lưới sai phân và các loại ô trong mô hình ......................................... 40
Hinh 2. 6. Sơ đồ phần tử tam giác ....................................................................... 41
Hinh 2. 7. Minh họa khả năng làm việc của SEEP/W ........................................ 42
Hình 2.7a. Cơ sở lý thuyết của SEEP/W............................................................. 42
Hình 2.7b. Chia phần tử hữu hạn ........................................................................ 43
ix


Hinh 2. 8. Giải pháp sân phủ kết hợp với tường nghiêng thượng lưu
chống thấm .......................................................................................................... 45
Hinh 2. 9. Màng địa kỹ thuật chống thấm GCL và HDPE ................................ 45
Hinh 2. 10. Giải pháp chân khay kết hợp với tường nghiêng thượng lưu chống
thấm ..................................................................................................................... 46
Hinh 2. 11. Giải pháp chân khay kết hợp với lõi giữa chống thấm ................... 47
Hinh 2. 12. Giải pháp tường cừ kết hợp tường nghiêng hoặc tường lỏi chống
thấm ..................................................................................................................... 48
Hinh 2. 13. Hình ảnh thi công cọc cừ BTCT và chi tiết khớp nối cọc................ 49
Hinh 2. 14. Giải pháp tường hào bentonite chống thấm ..................................... 50
Hinh 2. 15. Sơ đồ công nghệ trộn vữa................................................................. 52
Hinh 2. 17. Hình ảnh thi công tường hào bentonite chống thấm. ....................... 53
Hinh 2.18. Sơ đồ khoan phụt vữa tạo màng chống thấm. ................................... 54
Hinh 2.19. Nút phụt đơn và nút phụt kép trong công nghệ khoan phụt. ............. 55
Hinh 2. 20. Sơ đồ công nghệ Jet-grouting làm tường chống thấm. .................... 56
Hinh 2. 21. Phạm vi ứng dụng hiệu quả trong công nghệ khoan phụt ................ 57
Hinh 2. 22. Hình ảnh chống thấm cho đê quai công trình Sơn La ...................... 57
Hinh 2.24. Sơ đồ trình tự xử lý sự cố thấm trong đập đất................................... 62

Hình 3.1. Bản đồ hành chính tỉnh Quảng Nam ................................................... 64
Hình 3.2. Bản đồ ảnh vệ tinh Hồ An Long ......................................................... 65
Hình 3.3. Thấm qua vai đập bờ tả ....................................................................... 66
Hình 3.4. Thấm lộ ra mái (sình lầy) và trượt cục bộ ........................................... 67
Hình 3.5. Thấm lộ ra mái và trượt cục bộ ........................................................... 67
Hình 3.6. Sạt lở lớp gia cố mái thượng lưu ......................................................... 67
Hình 3.7. Hiện trạng vật thoát nước lăng trụ....................................................... 68
Hình 3.8.Hiện trạng mặt ngưỡng tràn ................................................................. 69
Hình 3.9. Hiện trạng dốc nước (nứt và thấm) sau tràn xả lũ ............................... 69
Hình 3.10. Hiện trạng tháp đóng mở của Cống lấy nước ................................... 70
Hình 3.11. Hiện trạng cửa ra cống ..................................................................... 70
x


Hình 3.12. Mặt cắt đại diện hiện trạng hồ chứa An Long................................... 74
Hình 3.13. Sơ đồ bố trí khoan phụt thí nghiệm. .................................................. 82
Hình 3.14. Sơ đồ chiều dày màn chống thấm T .................................................. 83
Hình 3.15. Chiều dày màn phụt chống thấm....................................................... 85
Hình 3.16. Sơ đồ bố trí mạng lưới hố khoan....................................................... 86
Hình 3.17. Sơ đồ thứ tự phụt theo phân đợt. ....................................................... 89
Hình 3.18. Mặt cắt dọc tuyến đập khi chưa có màn chống thấm........................ 95
Hình 3.19. Mặt cắt ngang tuyến đập khi chưa có màn chống thấm.................... 95
Hình 3.20. Sơ đồ tính toán thấm khi chưa có màn chống thấm .......................... 95
Hình 3.21. Sơ đồ tính toán ổn định khi chưa có màn chống thấm...................... 96
Hình 3.22. Mặt cắt dọc tuyến đập khi có màn chống thấm ................................ 96
Hình 3.23. Mặt cắt ngang tuyến đập khi có màn chống thấm ............................ 96
Hình 3.24. Sơ đồ tính toán thấm khi có màn chống thấm................................... 97
Hình 3.25. Sơ đồ tính toán thấm khi có màn chống thấm................................... 97

xi

MỞ ĐẦU
1.Tính cấp thiết của đề tài
Trong sự nghiệp xây dựng và phát triển thủy lợi trên thế giới cũng như ở nước ta, thì
đập vật liệu địa phương đã có vai trò quan trọng trong việc xây dựng các hồ chứa
nước. Do có nhiều ưu điểm về mặt kinh tế - kỹ thuật, cho nên loại đập này đã chiếm ưu
thế và phát triển mạnh ngay về số lượng cũng như tốc độ xây dựng và quy mô công
trình. Nhờ có sự phát triển mạnh mẻ của nhiều ngành khoa học cơ sở như: cơ học đất,
địa chất thủy văn, địa chất công trình, lý thuyết thấm,… cũng như việc ứng dụng rộng
rãi cơ giới hóa trong thi công, nên tốc độ và số lượng xây dựng đập vật liệu địa phương
ngày càng nhiều hơn so với các loại đập khác.
Ở nước ta có số lượng lớn hồ chứa nước (hơn 6.080 hồ), hầu hết công trình các hồ
chứa sau khi xây dựng đưa vào phục vụ sản xuất đều phát huy hiệu quả tốt. Tuy nhiên,
trong quá trình khai thác và sử dụng, một số công trình bị hư hỏng, gặp sự cố do nhiều
nguyên nhân khác nhau như: do quá trình khảo sát, thiết kế; do quá trình thi công của
nhà thầu; do các nguyên nhân chủ quan khác,… Trong đó, phần lớn các hồ chứa bị hư
hỏng do nguyên nhân thấm là chủ yếu. Vì vậy, cần phải cập nhật những thông tin, kỹ
thuật và phương pháp tiên tiến để đưa ra các giải pháp tối ưu trong việc xử lý chống
thấm cho đập đất và sự cố các công trình hồ chứa.
Hồ chứa nước An Long thuộc địa bàn xã Quế Phong, huyện Quế Sơn, tỉnh Quảng
Nam. Công trình được xây dựng từ năm 1985 và hoàn thành đưa vào sử dụng năm
1987. Theo thiết kế công trình có nhiệm vụ tưới nước 250 ha đất sản xuất nông nghiệp
của xã Quế Phong, huyện Quế Sơn, tỉnh Quảng Nam; Công trình hồ chứa nước An
Long cách Quốc lộ 1A (Hương An) 40km về phía Tây Nam; có tọa độ địa lý của hồ
nằm trong khoảng 15o36’00’’ vĩ độ Bắc và 108o09’00” kinh độ Đông.
Đến nay đã qua 30 năm đưa vào sử dụng, công trình đã góp phần vào việc ổn định sản
xuất nông nghiệp, tăng năng suất, sản lượng cây trồng và từng bước nâng cao mức
sống người dân trong vùng. Đập đất hồ chứa nước An Long có biểu hiện thấm qua

thân đập (đường bão hòa lộ ra mái đập). Do đó, việc nghiên cứu, phân tích xác định
được nguyên nhân của hiện tượng nói trên từ đó đề ra biện pháp hữu hiệu và kinh tế,
đảm bảo an toàn cho việc vận hành đập đất hồ chứa nước An Long huyện Quế Sơn,
tỉnh Quảng Nam sau này là hết sức cần thiết. Chính vì vậy, đề tài nghiên cứu của luận
văn được đặt ra là “Nghiên cứu giải pháp xử lý sự cố thấm đập đất ứng dụng cho hồ
1


chứa nước An Long huyện Quế Sơn, tỉnh Quảng Nam” là nhằm giải quyết những
vấn đề nêu trên.
2. Mục đích nghiên cứu của đề tài
Mục đích chính của đề tài là phân tích đánh giá sự cố mất ổn định của công trình đập
đất hồ chứa nước An Long, xác định nguyên nhân sự cố, qua đó đề xuất lựa chọn giải
pháp xử lý phù hợp để đảm bảo ổn định công trình.
3. Nội dung nghiên cứu
Đề tài sẽ chủ yếu tập trung nghiên cứu những nội dung sau:
- Sự cố và các nguyên nhân gây sự cố công trình đập;
- Cơ sở lý thuyết thấm và phương pháp giải bài toán thấm;
- Các giải pháp xử lý sự cố do thấm cho công trình đập đất;
- Nguyên nhân gây ra và giải pháp xử lý sự cố công trình hồ chứa nước An Long
huyện Quế Sơn, tỉnh Quảng Nam.
4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: Một số công trình đập đất được xây dựng ở Việt Nam đã xảy
ra sự cố do tác động của dòng thấm.
- Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu các giải pháp xử lý sự cố thấm đập đất ứng dụng
cho hồ chứa nước An Long huyện Quế Sơn, tỉnh Quảng Nam.
5. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
* Cách tiếp cận:
- Tiếp cận trên cơ sở đánh giá nhu cầu: Với trên 6.080 hồ chứa nước trên cả nước, đến
nay còn khoảng 1.200 hồ chứa nước hư hỏng, xuống cấp cần phải được đầu tư nâng

cấp, sửa chữa. Các nguyên nhân chủ yếu gây ra sự cố cho các đập đất gồm:
+ Nguyên nhân do yếu tố tự nhiên, địa chất, mưa bão, lũ…
+ Nguyên nhân do yếu tố khảo sát, thiết kế.
+ Nguyên nhân do yếu tố thi công.
+ Nguyên nhân do quản lý vận hành.
Trong đó, hiện tượng thấm là một trong những nguyên nhân nêu trên làm cho công
trình không phát huy được hiệu quả, gây ảnh hưởng đến sự mất an toàn của hồ chứa.
Nhiệm vụ đặt ra là “Nghiên cứu giải pháp xử lý sự cố thấm của đập hồ chứa nước An
Long huyện Quế Sơn, tỉnh Quảng Nam” do Công ty TNHH một thành viên Khai thác
thủy lợi Quảng Nam quản lý vận hành và khai thác;

2


Trong quá trình quản lý, đơn vị đã phát hiện có biểu hiện thấm qua thân đập. Để đảm
bảo an toàn lâu dài cho đập cần khảo sát kiểm tra, đánh giá xác định rõ nguyên nhân từ
đó có biện pháp xử lý phù hợp.
- Tiếp cận trên cơ sở đảm bảo các tiêu chuẩn hiện hành:
+ Các tiêu chuẩn về thiết kế đập;
+ Các tiêu chuẩn về thấm, ổn định.
* Phương pháp nghiên cứu:
Luận văn này, tác giả sử dụng các phương pháp sau:
- Thu thập, tổng hợp và phân tích tài liệu thực tế (tài liệu khảo sát, tài liệu địa chất, tài
liệu thiết kế, tài liệu hoàn công…) để làm rõ nguyên nhân gây sự cố công trình đập
đất;
- Phân tích và tính toán lý thuyết để lựa chọn phương pháp tính toán, giải pháp hợp lý
và xử lý sự cố đập đất;
- Phương pháp phần tử hữu hạn, phương pháp mô hình số với việc sử dụng phần mềm
GeoStudio-V7-2007 để phân tích kiểm tra ổn định thấm và biến dạng của đập đất.
6. Kết quả dự kiến đạt được

- Chỉ rõ nguyên nhân dẫn đến sự cố công trình đập đất hồ An Long;
- Đề xuất phương pháp tính toán và giải pháp phù hợp xử lý sự cố thấm đập đất để
đảm bảo an toàn cho công trình;
- Kết quả ứng dụng thiết kế phương án xử lý cho công trình thực tế: Hồ chứa nước An
Long huyện Quế Sơn, tỉnh Quảng Nam.
7. Bố cục của luận văn
Luận văn dự kiến gồm các chương mục sau:
- Mục lục
- Mở đầu
1. Tính cấp thiết của đề tài.
2. Mục đích nghiên cứu của đề tài.
3. Nội dung nghiên cứu.
4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.
5. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu.
6. Kết quả đạt được.

3


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ SỰ CỐ ĐẬP ĐẤT VÀ PHÁ HOẠI DO
THẤM ĐẬP
1.1. Tình hình xây dựng đập đất ở trên thế giới và Việt Nam
1.1.1. Tình hình xây dựng đập đất trên thế giới
Theo thống kê của Hội đập lớn thế giới (ICOLD), trên thế giới có khoảng 39.188 đập
[18].

00%
01%

05%

06%

01%

Đập Đất (24395)
Đập đá đổ (3065)
Đập trọng lực (6688)
17%

Đập trụ chống (426)
Đập dâng (525)
62%

08%

Đập vòm (1839)
Đập liên vòm (172)
Loại khác (2351)

Hình 1.1. Các loại đập trên thế giới
Trong đó, đập đất chiếm 61,8% (với 24.395 đập). Lý do đập đất là phổ biến vì nó có
cấu tạo đơn giản, vững chắc, có khả năng cơ giới hóa cao trong thi công và trong đa số
các trường hợp. Ngoài ra, nhờ sự phát triển của nhiều lĩnh vực khoa học như Cơ học
đất, lý thuyết thấm, địa chất thủy văn, địa chất công trình,… cũng như ứng dụng rộng
rãi của công nghệ chống thấm, cơ giới hóa trong thi công cho nên đập đất ngày càng
có xu hướng phát triển mạnh.

4

Bảng 1. 1. Thống kê những đập có chiều cao (>165m) trên thế giới (ICOLD)

(2)

m
(3)

Dung tích
hồ chứa
tỷ m3
(4)

Năm
hoàn
thành
(5)

Vakhsh, Tajikistan

335

11,600

2013

Yalong, China

305

7,700

2014

Vakhsh, Tajikistan

300

10,500

1980

Lancang, china

292

15,000

2009

Dixence, Switzerland

285

0,400

1962

Jinsha, China

273

12,900

2015

Inguri

Inguri, Georgia

272

1,100

1984

Vaiont

Vaiont, Italy

262

0,169

1961

Manuel M. Torres

Grijalva, Mexico

261

1,660

1981

Tehri

Bhagirathi, India

261

3,540

2006

Aslvaro Obregón

Mextiquic, Mexico

260

-

1926

Mauvoisin

Drance de Bagnes,
Switerland

250

0,180

1957

Alberto Lleras

Orinoco, Colombia

243

1,000

1989

Mica

British Columbia,
Canada

243

24,670

1972

Yenisei, Russia

242

31,300

1980

Yangtze/Yalong, China

240

5,800

1999

Batá, Colombia

237

0,815

1975

Kishau

Tons, India

236

2,400

1985

Oroville

Feather, Calif, U.S.A

235

4,299

1968

El Cajón

Humuya, Honduras

234

5,650

1984

Chirkey

Sulak, Russia

233

2,780

1977

Shuibuya

Qingjiang, China

233

4,580

2007

Sutlej, India

226

9,870

1963

Đập
(1)
Rogun
Jinping1
NureK
Xiaowan
Grande Dixence
Xiluodu

SayanoShushenskaya
Ertan

La Esmeralda

Bhakra

Chiều cao

Sông,
Quốc gia

5


Đập

Luzzone
Hoover
Karun-4
Contra
Mratinje
Dworshak
Longtan
Glen Canyon
Toktogul
Daniel Johnson
Keban
Zimapan
Bakun
Karun-3
Lakhwar
Dez

Almendra
Berke
Khudoni
Kölnbrein
Altinkaya
New Bullards Bar
New Melones
Itaipu
Miel1
Kurobe 4
Swift
Mossyrock
Oymopinar
Atatürk
Shasta

m

Dung tích
hồ chứa
tỷ m3

Năm
hoàn
thành

225

0,087

1963

223

35,154

1936

222
220
220

2,320
0,086
0,880

2007
1965
1973

219

4,259

1974

216
216
215
214

210
207
205
205
204
203
202
201
201
200
195
194
191
190
188
186
186
185
185
184

33,304
19,500
141,852
31,000
—.
43,800
2,900
0,580
3,340

2,649
—
—
0,205
5,763
1,184
2,960
29,000
—
0,199
0,932
1,603
0,310
48,700

2009
1964
1978
1968
1974
1994
2010
1976
1985
1963
1970
2000
1982
1977
1986

1968
1979
1982
2002
1964
1958
1968
1983
1990

183

5,612

1945

Chiều cao

Sông,
Quốc gia
Brenno di Luzzone,
Switzerland
Colorado, Ariz.-Nev.,
U.S.A
Karun, Iran
Verzasca, Switzerland
Piva, Herzegovina
North Fork Clearwater,
Idaho, U.S.A
Hongshui, China

Colorado, Ariz., U.S.
Naryn, Kyrgyzstan
Manicouagan, Canada
Firat, Turkey
Moctezuma, Mexico
Balui, Malaysia
Karun, Iran
Yamuna, India
Dez, Abi, Iran
Tormes, Spain
Ceyhan, Turkey
Inguri, Georgia
Malta, Austria
Kizil Irmak, Turkey
No. Yuba, Calif., U.S.A
Stanislaus, Calif, U.S.A
Paraná, Brazil/Paraguay
Miel, Columbia
Kurobe, Japan
Lewis, Wash, U.S.A
Cowlitz, Wash, U.S.A
Manavgat, Turkey
Firat, Turkey
Sacramento, Calif,
U.S.A

6


Đập

Bennett WAC
Nam Ngum 2
Karakaya
Tignes
Amir Kabir (Karad)
Tachien
Dartmouth

Peace, Canada
Nam Ngum, Laos
Firat, Turkey
Isère, France
Karadj, Iran
Tachia, Taiwan

m
183
182
180
180
180
180

Dung tích
hồ chứa
tỷ m3
70,309
4,886
9,580
0,230

0,205
0,232

Năm
hoàn
thành
1967
2011
1986
1952
1962
1974

Mitta-Mitta, Australia

180

4,000

1978

180
180
180
179
178
178

0,940
0,225

0,090
0,106
2,504
0,65

1983
1974
1986
1986
1971
1965

177

—

1963

176
175
175
175

0,076
1,620
1,078
5,300

1979
1978

1980
1984

172

4,280

1953

172
171
171
170
169
168
168
168
166

24,700
63,000
0,320
0,100
1,996
2,000
0,225
11,582
0,465

1983

1974
1987
1982
1974
1970
1980
1942
1965

Chiều cao

Sông,
Quốc gia

Ozkoy
Emosson
Zillergrundl
Los Leones
New Don Pedro
Alpa-Gera
Kopperston Tailings
3
Takase
Nader Shah
Hasan Ugurlu
Revelstoke

Gediz, Turkey
Barberine, Switzerland
Ziller, Austria

Los Leones, Chile
Tuolumne, Calif, U.S.A
Cormor, Italy
Jones Branch, W. Va,
U.S.A
Takase, Japan
Marun, Iran
Yesil Irmak, Turkey
Columbia, B.C, Canada
S.Fk., Flathead, Mont,
Hungry Horse
U.S.A
Longyangxia
Huanghe, China
Cabora Bassa
Zambezi, Mozambique
Maqarin
Yarmuk, Jordan
Amaluza
Paute, Ecuador
Idikki
Periyar, India
Charvak
Chirchik, Uzbekistan
Gura Apelor Retezat
Riul Mare, Romania
Grand Coulee
Columbia, Washington
Vidraru
Arges, Romania

7


Hình 1. 2. Đập đất Hirakud, Orissa, India[17]

Hình 1. 3. Đập đất Nurek, Tajikistan[21]

Hình 1. 4. Đập Xiaowan, China [15]

8


1.1.2. Tình hình xây dựng đập đất ở Việt Nam
1.1.2.1. Sự phát triển hồ đập ở Việt Nam
Việt Nam có hơn 2.360 con sông có chiều dài từ 10 km trở lên, trong đó có 109 sông
chính. Toàn quốc có 16 lưu vực sông với diện tích lưu vực lớn hơn 2.500 km2, 10/16
lưu vực có diện tích trên 10.000 km2. Tổng diện tích các lưu vực sông trên cả nước lên
đến trên 1.167.000 km2, trong đó, phần lưu vực nằm ngoài diện tích lãnh thổ chiếm
đến 72%. Tiềm năng khai thác hợp lý về thủy điện của cả nước ước khoảng 60 tỷ
Kwh. Có các hệ thống sông như sông Đồng Nai, sông Hồng, sông Đáy, sông Mê
Kông, sông Cả, sông Mã, hệ thống sông Vu Gia – Thu Bồn,…Điều kiện tự nhiên này
thuận lợi trong việc xây dựng và khai thác các hồ chứa nước để đáp ứng nhu cầu nước
và năng lượng cho dân sinh và các ngành kinh tế.
Theo thống kê của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, tính đến tháng 4 năm
2014, cả nước ta có 6.080 hồ các loại với tổng dung tích (theo thiết kế) hồ chứa thủy
lợi là 12.477 triệu m3, trong đó:
- Đồng bằng sông Hồng: 448 hồ chứa với tổng dung tích 619 triệu m3.
- Trung du và miền núi phía Bắc: 2.169 hồ chứa với 1.259 triệu m3.
- Bắc trung bộ và Duyên hải miền trung: 2.296 hồ chứa với 7.066 triệu m3.

-Tây nguyên: 1.069 hồ chứa với 1.389 triệu m3.
- Đông Nam bộ và TP. Hồ Chí Minh 86 hồ chứa với 2.137 triệu m3.
- Đồng bằng sông Cửu Long 12 hồ chứa với 8 triệu m3.
1.1.2.2. Đập vật liệu địa phương ở Việt Nam
Đập vật liệu địa phương của Việt Nam tương đối đa dạng. Đập đất được đắp bằng các
loại đất: Đất pha tàn tích, đất bazan, đất ven biển. Phần lớn các đập ở miền Bắc và
miền Trung được xây dựng theo hình thức đập đất, đồng chất hoặc đập nhiều khối có
thiết bị chống thấm tường nghiêng, tường tâm, chân khay,… Một số năm gần đây sử
dụng một công nghệ mới như tường lõi chống thấm bằng các tấm bê tông cốt thép liên
kết khớp ở đập Tràng Vinh, thảm sét Bentonite ở đập Núi Một, hào Bentonite ở đập
Eaksup Đắk Lắk, Hồ Dầu Tiếng, Hồ Đá Đen,…

9


Bảng 1. 2. Các hồ chứa thủy lợi, thủy điện quan trọng [1]
TT

Lưu vực

Số lượng

1.

Sông Hồng

8

2.

Sông Mã

5

3.

Sông Cả

4

4.

Sông Hương

4

5.

Sông Vu Gia –
Thu Bồn

6.

Sông Tam Kỳ

7.

Sông Trà Khúc

8.

9.

10.
11.

Sông Kôn –
Hà Thanh

5

Sơn La, Hòa Bình, Thác Bà, Tuyên Quang, Huổi
Quảng, Bản Chát, Nậm Na 3 và Lai Châu
Cửa Đạt, Hủa Na, Trung Sơn, Pa Ma và Huổi
Tạo
Bản Vẽ, Khe Bố, Bản Mồng và Ngàn Trươi
Bình Điền, Hương Điền, Tả Trạch và A Lưới
(trên sông A Sáp thuộc lưu vực sông Sê Kông)
A Vương, Đắk Mi 4, Sông Tranh 2, Sông Bung
4, Sông Bung 5)

1

Phú Ninh

2

Đak Đrinh và Nước Trong

3

Sông Ba

5

Sông Sê San

5

Sông Srêpốk

Tên hồ chứa

6

Vĩnh Sơn A – Vĩnh Sơn B, Bình Định và Núi
Một
Sông Ba Hạ, Sông Hinh, Krông Hnăng, Ayun
Hạ và cụm hồ An Khê – Kanak
Plêy Krông, Ialy, Sê San 4, Thượng Kon Tum
và Sê San 4A
Buôn Tua Srah, Buôn Kuốp, Srêpốk 3, Srêpốk
4, Đức Xuyên và Srêpốk 7
Dầu Tiếng, Trị An, Thác Mơ, Đơn Dương, Hàm

12.

Sông Đồng Nai

13

Thuận – Đa Mi – Cầu Đơn, Đại Ninh, Đồng Nai
2, Đồng Nai 3, Đồng Nai 4, Srok Phu Miêng và
Phước Hòa

10


Hình 1. 5. Đập thủy điện Hòa Bình có dung tích 9.450 triệu m3[2]

Hình 1. 6. Đập Ea- Soup tỉnh Đắck lắk có dung tích 147 triệu m3 [3]

Hình 1. 7. Hồ Tả Trạch tỉnh Thừa Thiên Huế xây dựng 2013 với dung tích 646 triệu
m3 [3]

11


1.2. Tổng quan về sự cố công trình đập
Việc xây dựng hồ, đập mang lại nhiều lợi ích cuộc sống cho con người. Tuy nhiên,
cùng với thời gian khai thác, các công trình bị xuống cấp và hư hỏng gây ra nhiều thiệt
hại nghiêm trọng.
Trong lịch sử xây dựng đập đất trên thế giới, cũng như Việt Nam đến nay đã chứng
kiến nhiều sự cố do thấm gây thiệt hại lớn về người và của. Những sự cố thường gặp
và nguyên nhân gây ra sự cố ở đập đất như sau:
1.2.1. Nguyên nhân khách quan
Những nguyên nhân khách quan có thể gây ra sự cố cho đập đất phải kể đến các đặc
điểm về khí hậu, địa hình, địa chất… Các nguyên nhân khách quan sau thường được
đề cập đến trong các sự cố thường gặp ở đập đất:
- Lũ vượt tần suất thiết kế, không có tràn xả lũ dự phòng;
- Cửa đập tràn bị kẹt;

- Hỏng khớp nối của công trình;
- Cống bị thủng;
- Thiết bị tiêu nước bị tắc;
- Lún đột biến do chất lượng nền kém;
- Nước hồ chứa dâng cao đột ngột gây ra tải trọng trên mái đập thượng lưu tăng đột
biến;
- Nước hồ rút xuống nhanh gây ra giảm tải đột ngột trên mái thượng lưu;
- Nền đập bị lún trên chiều dài dọc tim đập;
- Địa chất nền đập xấu, không xử lý được;
- Thiết bị tiêu nước bị tắc làm dâng cao đường bão hòa;
- Tiêu thoát nước mưa trên mặt mái hạ lưu không tốt, khi mưa kéo dài toàn thân đập
bị bão hòa nước ngoài dự kiến của thiết kế.
1.2.2. Nguyên nhân chủ quan
1.2.2.1. Nguyên nhân về khảo sát
Công tác khảo sát địa hình, địa chất đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp tài
liệu cho thiết kế, thi công.
Công tác khảo sát địa chất công trình nhằm đánh giá điều kiện địa chất công trình khu
vực xây dựng và đề xuất các giải pháp xử lý các vấn đề địa chất công trình có thể gặp

12


trong quá trình thiết kế, thi công. Một số sai sót trong quá trình khảo sát địa chất công
trình có thể dẫn đến các sự cố như:
- Đánh giá sai tình hình địa chất nền, để sót lớp thấm mạnh không được xử lý;
- Kết quả khảo sát sai với thực tế, cung cấp sai các chỉ tiêu cơ lý, do khảo sát sơ sài,
khối lượng khảo sát thực hiện ít, không thí nghiệm đầy đủ các chỉ tiêu cơ lý cần thiết,
từ đó đánh giá sai chất lượng đất đắp, đất đắp đập có tính chất đặc biệt (tính trương nở
tự do mạnh, lún ướt lớn hoặc tan rã mạnh) nhưng khi khảo sát không phát hiện ra,
hoặc có phát hiện ra nhưng thiết kế kết cấu đập không hợp lý;

- Đắp đất công trình không đảm bảo chất lượng: chất lượng đất đắp không được lựa
chọn kỹ, không dọn vệ sinh sạch sẽ để loại bỏ các tạp chất trước khi đắp đất, đầm nện
không kỹ; hàm lượng cát, bụi dăm sạn nhiều, hàm lượng sét ít, đất bị tan rã mạnh.
1.2.2.2. Nguyên nhân về thiết kế
Một trong những nguyên nhân trong các sự cố công trình đập là sai sót trong khâu tính
toán thiết kế công trình:
- Tính toán thủy văn sai: Mưa gây ra lũ tính nhỏ, lưu lượng đỉnh lũ nhỏ; tổng lượng lũ
nhỏ hơn thực tế; các dạng lũ thiết kế không phải là bất lợi; thiếu khu vực; lập đường
cong dung tích hồ W = f(H) lệch về phía lớn, lập đường cong khả năng xả lũ của đập
tràn Q = f(H) sai lệch với thực tế;
- Chọn dung trọng khô thiết kế quá thấp, nên đất sau khi đầm, đất vẫn chưa đảm bảo
độ chặt dẫn đến hệ số thấm cao hơn hệ số thấm cho phép của thiết kế;
- Tính sai cấp bão;
- Thiết kế và thi công không có biện pháp xử lý khớp nối thi công do phân đoạn đập
để đắp trong quá trình thi công;
- Thiết kế chọn tổ hợp tải trọng không phù hợp với thực tế, chọn sai sơ đồ tính toán ổn định;

1.2.2.3. Nguyên nhân về thi công
Đây là nguyên nhân quan trọng, có ảnh hưởng lớn đến an toàn đập. Có nhiều yếu tố
trong quá trình thi công có liên quan đến chất lượng đập, cũng như khả năng xảy ra
các sự cố, như:
- Đỉnh đập đắp thấp hơn cao trình thiết kế;
- Biện pháp thiết kế gia cố mái không đủ sức chịu đựng sóng do bão gây ra;
- Thi công lớp gia cố kém chất lượng: Kích thước đá lát hoặc tấm bê tông nhỏ hơn

13