Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng bentonite đến ứng suất, biến dạng của tường hào xi măng bentonite áp dụng cho đập vũ quang tỉnh hà tĩnh

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan, đây là công trình nghiên cứu độc lập của bản thân với sự giúp đỡ
của giáo viên hướng dẫn. Các số liệu, kết quả trong luận văn là trung thực và chưa
được công bố trong các công trình khác. Những số liệu thu thập và tổng hợp của cá
nhân đảm bảo tính khách quan và trung thực. Nếu không đúng như trên tôi xin hoàn
toàn chịu trách nhiệm về đề tài của mình.
Tác giả

Hà Văn Hạnh

i


LỜI CẢM ƠN
Tác giả luận văn xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất đến PGS.TS Nguyễn Cảnh Thái
là người hướng dẫn trực tiếp tác giả thực hiện luận văn. Xin cảm ơn thầy đã dành
nhiều công sức, trí tuệ và thời gian hướng dẫn để tác giả hoàn thành luận văn nghiên
cứu. Tác giả xin cảm ơn Th.S Phạm Huy Dũng đã hướng dẫn và tạo điều kiện trong
thời gian thí nghiệm tại phòng thí nghiệm Địa Kỹ Thuật trường Đại học Thủy Lợi.
Tác giả xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo đã giảng dạy trong thời gian học cao
học tại Trường Đại học Thuỷ lợi, các thầy cô giáo trong Khoa Công trình Trường Đại
học Thuỷ lợi Hà Nội, phòng Đào tạo đại học và sau đại học đã tận tình giúp đỡ và
truyền đạt kiến thức để tôi có thể hoàn thành được luận văn này.
Cuối cùng tác giả xin chân thành cảm ơn bạn bè và gia đình đã động viên, khuyến
khích để tác giả hoàn thiện luận văn nghiên cứu.
Tác giả

Hà Văn Hạnh

ii

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài..............................................................................................1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐẬP VẬT LIỆU ĐỊA PHƯƠNG. GIỚI THIỆU VỀ
TƯỜNG HÀO XI MĂNG – BENTONITE. ..................................................................3
1.1.Tổng quan về đập vật liệu địa phương. ..................................................................... 3
1.2. Các sự cố công trình do dòng thấm gây ra và các biện pháp xử lý. ......................... 4
1.2.1 Thấm qua đập đất đá .............................................................................................. 4
1.2.2 Các biện pháp chống thấm cho đập đất ................................................................. 6
1.3. Công nghệ chống thấm bằng tường hào xi măng-bentonite cho đập vật liệu địa
phương. .......................................................................................................................... 12
1.4. Một số công trình chống thấm bằng tường hào Bentonite ở Việt Nam và những
nghiên cứu đã có liên quan đến tính ứng suất, biến dạng của tường hào...................... 14
1.4.1. Một số công trình chống thấm bằng tường hào Bentonite ở Việt Nam.............. 14
1.4.2 Những nghiên cứu đã có liên quan đến tính ứng suất, biến dạng của tường hào.15
1.5. Giới thiệu chi tiết tường chống thấm bằng xi măng-bentonite............................... 16
1.5.1 Công dụng của tường hào xi măng – bentonite ................................................... 16
1.5.2 Các yêu cầu của tường hào xi măng – bentonite ................................................. 17
1.5.3 Cấp phối vật liệu của xi măng - bentonite........................................................... 17
1.5.4 Kích thước tường hào ........................................................................................... 18
1.5.5 Quy trình thi công hào xi măng - bentonite......................................................... 18
Kết luận chương 1 ......................................................................................................... 23
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT THÍ NGHIỆM VÀ TÍNH TOÁN TƯỜNG HÀO
BENTONITE................................................................................................................24
2.1. Các phương pháp thí nghiệm ảnh hưởng của hàm lượng bentonite tới trạng thái
ứng suất biến dạng. ........................................................................................................ 25
2.1.1 Thí nghiệm cắt trực tiếp........................................................................................ 25
2.1.2 Thí nghiệm nén 3 trục........................................................................................... 26

2.1.3 Thí nghiệm nén 1 trục........................................................................................... 29

3


2.2. Phân tích các phương pháp tính toán trạng thái ứng suất biến dạng. ..................... 31
2.2.1. Các phương pháp tính toán ứng suất biến dạng (ƯSBD) ................................... 31
2.2.2. Nội dung phương pháp phần tử hữu hạn ............................................................ 31
2.2.3. Giải bài toán ứng xuất biến dạng và cố kết bằng phương pháp PTHH.............. 32
2.3. Lựa chọn phần mềm tính toán. ............................................................................... 41
Kết luận chương 2 ......................................................................................................... 42
CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN
CƯỜNG ĐỘ CỦA TƯỜNG HÀO XI MĂNG – BENTONITE..................................43
3.1. Đặc điểm,tính chất và thành phần của xi măng, bentonite, tro bay........................ 43
3.1.1. Đặc điểm ,tính chất và thành phần của bentonite ............................................... 43
3.1.2. Đặc điểm ,tính chất và thành phần của xi măng ................................................. 46
3.1.3. Đặc điểm ,tính chất và thành phần của tro bay .................................................. 47
3.2. Thí nghiệm xác định các chỉ tiêu về cường độ của tường hào ứng với các hàm
lượng khác nhau. ........................................................................................................... 51
3.2.1. Trộn hỗn hợp vật liệu và tạo mẫu thí nghiệm. .................................................... 51
3.3. Kết quả thí nghiệm và đánh giá, nhận xét. ............................................................. 62
3.3.1. Kết quả thí nghiệm............................................................................................... 62
3.3.2. Đánh giá, nhận xét kết quả thí nghiệm................................................................ 68
Kết luận chương 3 ......................................................................................................... 70
CHƯƠNG 4. ÁP DỤNG TÍNH TOÁN CHO ĐẬP VŨ QUANG TỈNH HÀ TĨNH...71
4.1 Giới thiệu về công trình........................................................................................... 71
4.2. Quá trình xử lý và thi công tường hào xi măng bentonite chống thấm.................. 73
4.3 Phân tích ứng suất, biến dạng hào Xi măng – Bentonite đập Vũ Quang. ............... 74
4.3.1 Tài liệu cho trước ................................................................................................. 74
4.3.2 Mặt cắt tính toán................................................................................................... 75

4.3.3. Kết quả tính toán ................................................................................................. 76
4.3.4. Nhận xét ............................................................................................................... 78
Kết luận chương 4 ......................................................................................................... 79
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ......................................................................................80
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................84

4


v


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1. 1: Nước thấm qua thân đập ở hồ Nao Kon Đơi huyện Đác Glong tỉnh Đắc
Nông gây sạt lở mái đập hạ lưu. .....................................................................................5
Hình 1. 2: Đập có tường nghiêng mềm .......................................................................... 6
Hình 1. 3: Đập có tường lõi mềm................................................................................... 7
Hình 1. 4: Đập đất đồng chất có tường răng. ................................................................. 7
Hình 1. 5: Đập có tường lõi chân răng. .......................................................................... 8
Hình 1. 6: Đập có tường nghiêng chân răng. ................................................................. 8
Hình 1. 7: Chống thấm cho nền bằng bản cọc................................................................ 8
Hình 1. 8: Chống thấm bằng tường nghiêng, sân phủ.................................................... 9
Hình 1. 9: Quá trình thi công chống thấm bằng vải địa kỹ thuật cho đập.................... 10
Hình 1. 10: Sơ đồ bố trí thiết bị thi công công nghệ Jet Grouting. .............................. 11
Hình 1. 11: Tường chống thấm bằng xi măng – bentonite........................................... 12
Hình 1. 12: Quá trình thi công tường hào xi măng – bentonite.................................... 13
Hình 1. 13: Hệ thống ủ vật liệu. ................................................................................... 20
Hình 1. 14: Mô hình tường dẫn. ................................................................................... 21
Hình 1. 15: Thi công theo thứ tự từ panel có số thứ tự bé đến panel có thứ tự lớn. .... 22
Hình 2. 1: Thiết bị đo cắt trực tiếp. .............................................................................. 25

Hình 2. 2: Máy nén 3 trục............................................................................................. 26
Hình 2. 3: Máy nén 3 trục ELE 25-3518/01................................................................. 28
Hình 2. 4: Máy thí nghiệm nén một trục. ..................................................................... 30
Hình 2. 5: Các điều kiện biên. ...................................................................................... 35
Hình 2. 6: Sơ đồ xác định lượng nước thấm qua biên.................................................. 40
Hình 3.1: Khuôn mẫu thí nghiệm................................................................................ 52
Hình 3.2: Dung dịch bentonite khi ở trạng thái huyền phù......................................... 55
Hình 3.3: Quá trình dùng sàng mắt nhỏ để trộn vật liệu............................................. 55
Hình 3.4: Đổ hỗn hợp vật liệu vào khuôn................................................................... 56
Hình 3.5: Mẫu đã đông kết.......................................................................................... 56
Hình 3.6: Kết quả co ngót của vật liệu sau 1 ngày ......................................................57
Hình 3.7: Kết quả co ngót của vật liệu sau 14 ngày.................................................... 58
Hình 3.8 : Cắt gọt mẫu theo tiêu chuẩn trước khi đo cường độ.................................. 59

vi


Hình 3.9: Tiến hành thí nghiệm nén 1 trục.................................................................. 61
Hình 3.10: Mẫu thí nghiệm sau khi thí nghiệm nén.....................................................62
Hình 4. 1: Sơ đồ mặt cắt tính toán................................................................................ 75
Hình 4. 2: Mô hình lưới phần tử................................................................................... 75
Hình 4. 3: Các điểm bị chảy dẻo (ô vuông màu đen) sau khi tích nước. ..................... 76
Hình 4. 4: Phân bố ứng suất hiệu quả σ x sau khi xây dựng đập................................... 76
Hình 4. 5: Phân bố ứng suất hiệu quả σ y sau khi xây dựng đập và tích nước.............. 77
Hình 4. 6: Phân bố ứng suất hiệu quả σ xy sau khi xây dựng đập. ................................ 77
Hình 4. 7: Biến dạng tổng của nền dập Vũ Quang khi xây dựng xong đập và tích nước
...................................................................................................................................... 78

vii

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1: Thông số áp dụng xây dựng tường hào ở Việt Nam.................................... 15
Bảng 3.1: Hàm lượng vật liệu theo các tỷ lệ. ............................................................... 53
Biểu đồ 3.1: Biểu đồ quan hệ ứng suất và thời gian..................................................... 63
3

Biểu đồ 3.2: Biểu đồ quan hệ ứng với 53 Kg bentonite/m ......................................... 65
Biểu đồ 3.3: Biểu đồ quan hệ giữa ứng suất và hàm lượng cát.................................... 66
Biểu đồ 3.4: Biểu đồ quan hệ biến dạng lún và thời gian. .......................................... 66
Bảng 4. 1: Bảng thông số kỹ thuật đập dâng Vũ Quang .............................................. 72
Bảng 4. 2: Bảng thông số cống lấy nước Vũ Quang .................................................... 73
Bảng 4. 3 Tài liệu tính toán cho trước .......................................................................... 74

viii


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Từ trước đến nay, ở nước ta cũng như trên toàn thế giới đập vật liệu địa phương là loại
hình ngăn sông được sử dụng phổ biến. Tận dụng được nguồn vật liệu sẵn có phổ biến
tại khu vực xây dựng công trình, giá thành xây dựng rẻ hơn rất nhiều so với loại hình
ngăn sông khác. Là hạng mục quan trọng của hồ chứa nước có nhiệm vụ tích giữ nước
để phục vụ sản xuất nông nghiệp, công nghiệp, sinh hoạt, cải tạo khí hậu môi trường
sinh thái, cảnh quan khu vực. Về sau, đập đất ngày càng đóng vai trò quan trọng trong
các hệ thống thủy lợi nhằm lợi dụng tổng hợp tài nguyên dòng nước. Tuy vậy, trong
quá trình sử dụng một số đập đã xuất hiện những sợ cố, hư hỏng, mất ổn định công
trình. Nhiều công trình đã xây dựng bằng đập vật liệu địa phương trước đây có hiện
tượng thấm mạnh cần phải có các biện pháp khắc phục xử lý thấm đảm bảo an toàn

cho đập. Trong những năm gần đây công nghệ thi công chống thấm cho các công trình
xây dựng nói chung và công trình thủy lợi nói riêng đang phát triển rất mạnh và rất đa
dạng. Trong đó có công nghệ chống thấm bằng tường hào xi măng-bentonite đã khắc
phục được tương đối tốt vấn đề thấm đặt ra, đảm bảo yêu cầu về kỹ thuật và kinh tế.
Công nghệ này tạo nên hố móng hẹp, dài và rất sâu, vách hố móng được giữ ổn định
bằng dung dịch xi măng-bentonite, ngoài ra tường hào có cường độ khá cao nên rất
thích hợp với những nơi đòi hỏi yêu cầu cao về khả năng chịu lực.Tuy nhiên các công
trình tường chống thấm thi công bằng phương pháp đào hào trong dung dịch bentonite
từ trước tới nay ở nước ta (từ năm 1999) đều được thiết kế và kiểm tra chất lượng theo
số liệu của công trình đã có ở nước ngoài và 1 số ít công trình trong nước. Điều này đã
gây ra nhiều khó khăn cho công tác thiết kế, thi công cũng như đánh giá kiểm định
chất lượng về khả năng chống thấm cũng như khả năng chịu lưc của tường hào. Hiện
nay công tác thiết kế, nâng cấp, sửa chữa nhằm mục tiêu an toàn hồ đập trong phạm vi
cả nước đang rất được chú trọng nên việc ứng dụng công nghệ xây dựng tường hào
chống thấm xi măng-bentonite có tính khả thi và hiệu quả cao. Do đó việc thí nghiệm,
nghiên cứu để có thể tự kiểm tra chất lượng và so sánh với số liệu của các công trình
đã được ứng dụng công nghệ này trước đây là rất cần thiết.

1


2. Mục đích của đề tài
Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng xi măng, Bentonite đến ứng suất, biến dạng
của tường hào Xi măng – Bentonite. Qua đó ứng dụng tính toán cho công trình đập
Vũ Quang tỉnh Hà Tĩnh.
3. Phạm vi nghiên cứu
- Nghiên cứu chi tiết về tường hào xi măng – bentonite
- Ứng dụng tính toán cho đập Vũ Quang tỉnh Hà Tĩnh
4. Phương pháp nghiên cứu
- Điều tra ,thống kê và tổng hợp tài liệu nghiên cứu có liên quan đến đề tài.

- Nghiên cứu cở sở lý thuyết
- Tiến hành thí nghiệm trong phòng thí nghiệm
- Lựa chọn các phương pháp tính toán và phần mềm hợp lý để tính toán ứng suất biến
dạng của tường hào.
5. Kết quả đạt được
- Tìm ra được sự thay đổi ứng suất, biến dạng của tường hào qua các yếu tố ảnh
hưởng như hàm lượng vật liệu, thời gian, điều kiện dưỡng hộ.
- Tính toán kết quả cho công trình đập Vũ Quang tỉnh Hà Tĩnh.


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐẬP VẬT LIỆU ĐỊA PHƯƠNG. GIỚI
THIỆU VỀ TƯỜNG HÀO XI MĂNG – BENTONITE.
1.1. Tổng quan về đập vật liệu địa phương.
Đập vật liệu địa phương được hiểu một cách đơn giản là đập được xây dựng từ các vật
liệu lấy ngay tại địa phương có công trình xây dựng, không phải vận chuyển xa,
không qua công nghệ chế biến phức tạp. Vì vậy đập vật liệu địa phương còn được gọi
là đập vật liệu tại chỗ (các tên gọi này được sử dụng khá phổ biến trong các tài liệu
chuyên môn của Liên Xô cũ và của CHLB Nga ngày nay). Tuy nhiên về mặt cơ học
đất, đá đập vật liệu địa phương được hiểu là đập đuợc xây dựng trực tiếp từ các sản
phẩm phong hoá (các loại đất, cát, sỏi) và chưa phong hoá (đá đổ, đá dăm) của vỏ trái
đất. Về nguyên tắc bất cứ loại vật liệu gì là sản phẩm phong hoá của vỏ trái đất đều có
thể dùng để xây dựng đập. Tuy nhiên trong thực tế xây dựng phổ biến hơn cả vẫn là
đập đất – đá. Ngay cả khi xây dựng đập đất đồng chất thì bắt buộc vẫn phải có thiết bị
tiêu nước (hoặc lăng trụ hoặc lát mái) bằng đá đổ, đá dăm và cát. Như vậy xét về tổng
thể nó không còn là đồng chất nữa nên đập vật liệu địa phương, đập vật liệu tại chỗ,
đập đá đổ lõi giữa, đập đá đổ tường nghiêng, đập đất đá hỗn hợp (không chọn lọc),
đập đất đồng chất v.v... đều gọi chung là đập đất - đá.[1]
Đập đất đá có cấu tạo đơn giản, vững chắc, có khả năng cơ giới hóa cao khi thi công
và trong đa số trường hợp có giá thành hạ nên là loại đập được ứng dụng rộng rãi nhất
trong hầu hết các nước. Đập đất đá là loại đập không tràn có nhiệm vụ dâng nước và

giữ nước trong các hồ chứa hoặc cùng với các loại đập và công trình khác tham gia
nhiệm vụ dâng nước trong các hệ thống thủy lợi hay xây dựng nhằm mục đích chỉnh
trị dòng sông. Từ mấy nghìn năm trước công nguyên, đập đất đá đã được xây dựng
nhiều ở Ai cập, Ấn độ, Trung quốc và các nước Trung Á của Liên xô với mục đích
dâng và giữ nước để tưới hoặc phòng lũ. Về sau, đập đất ngày càng đóng vai trò quan
trọng trong các hệ thống thủy lợi nhằm lợi dụng tổng hợp tài nguyên dòng nước. Ngày
nay, nhờ sự phát triển của các ngành khoa học như cơ học đất, địa chất thuỷ văn, địa
chất công trình, lý luận thấm v.v… cũng như ứng dụng rộng rãi cơ giới hoá trong thi
công nên đập đất đá càng có xu hướng phát triển mạnh mẽ.


Tính đến nay các nước đã xây dựng hàng nghìn đập đất – đá (riêng Nhật đã có 1281
đập cao trên 15m) trong đó có trên 70 đập cao hơn 75m. Ở Mỹ, nếu tính từ 1963 trở
lại đây thì đập vật liệu địa phương mà chủ yếu là đập đất chiếm 75% trong toàn bộ số
đập đã xây dựng. Cũng trong thời gian đó ở Canada chỉ xây duy nhất 1 đập bê tông
còn lại đều là đập vật liệu đại phương. Ở Anh, trước 1964 đập đất – đá chỉ chiếm 45%
tổng số các loại đập mà sau 1964 trở lại đây đã nâng lên 67%. Đặc biệt các nước như
Trung Quốc, Nga hiện đang phát triển rất mạnh mẽ loại đập này.
Đối với nước ta, đập đất – đá là công trình dâng nước phổ biến nhất khi xây dựng
những hồ chứa. Do đặc điểm về địa hình, địa chất, vật liệu xây dựng, phương tiện thi
công, giá thành… của nước ta nên ngoài rất nhiều những công trình lớn đã được xây
dựng như Hoà Bình, Dầu Tiếng, Trị An… trong tương lai đập vật liệu địa phương còn
có triển vọng phát triển hơn nữa.
1.2. Các sự cố công trình do dòng thấm gây ra và các biện pháp xử lý.
1.2.1 Thấm qua đập đất đá
Các công trình đập vật liệu địa phương đã xây dựng trước đây yếu dựa khá nhiều vào
kinh nghiệm có sẵn nên đã có nhiều sự cố công trình xảy ra gây thiệt hại không nhỏ
cho vùng phạm vi ảnh hưởng của hồ đập. Ngày nay với sự phát triển của các ngành
địa kỹ thuật, thuỷ văn công trình làm cơ sở để hoàn thiện các lý thuyết khi tiến hành
thiết kế, xây dựng đập đất đá. Các sự cố công trình xảy ra do một số nguyên nhân như

sức chịu tải của nền không đủ dẫn đến trượt, lật hoặc sai sót trong thi công, thiết kế
nhưng những trường hợp này chiếm tỷ lệ không nhiều. Sự cố công trình chủ yếu do
dòng thấm gây ra, chiếm tỷ lệ cao hơn tới 3/4 các công trình bị hỏng. Một số đập bị
hỏng ở nước ta cũng do dòng thấm gây ra như đập Am Chúa, Dầu Tiếng ...
Thấm là tình trạng xảy ra rất phổ biến ở các đập đất, nhiều hồ chứa bị thấm rất
nghiêm trọng mà việc xử lý lại rất tốn kém khó khăn và gây tổn thất lớn vê kinh tế. Sự
cố về thấm rất muôn hình muôn vẻ, nó có thể xảy ra khi công trình mới thi công xong,
điển hình như hồ chứa nước Nam Du – tỉnh Kiên Giang: thi công xong hồ cạn hết
nước phải xử lý chống thấm rất tốn kém, hay đập Cà Giây – Bình Thuận khi chưa
hoàn công (1988) đã xuất hiện thấm ở chân mái hạ lưu với lưu lượng 5 ÷ 7 (l/phút),


sau đó lưu lượng tăng nhanh dần có nguy cơ vỡ đập. Hoặc nhiều công trình sau một
vài năm hiện tượng thấm mới xảy ra mãnh liệt gây tổn hại rất lớn đến công trình như:
sự cố thấm gây vỡ đập đất của hồ chứa Suối Hành, Suối Trầu, Am Chúa – Khánh
Hoà, đập Vực Tròn – Quảng Bình... là một trong những ví dụ điển hình. Còn những
đập chưa vỡ nhưng phải xử lý rất tốn kém như Dầu Tiếng – Tây Ninh, Easoup
Thượng – Đắc Lắc...

Hình 1.1: Nước thấm qua thân đập ở hồ Nao Kon Đơi huyện Đác Glong tỉnh Đắc
Nông gây sạt lở mái đập hạ lưu.
Hiện tượng thấm xảy ra do rất nhiều nguyên nhân khác nhau: do địa chất nền công
trình, do thi công phần tiếp giáp với bê tông kém, do nén lún không đều,do đặc trưng
cấu tạo của thân và nền có tính chất cơ lý khác nhau như hệ số thấm, cấp phối hạt, độ
chặt nên khi đắp đập không tốt dòng thấm sẽ xuất hiện chảy theo thân và nền đập.
Ngoài ra, còn có thể do khi thiết kế chưa đưa ra biện pháp xử lý tối ưu đối với hiện
tượng thấm qua thân và nền đập hoặc nhà thầu thi công không tuân thủ nghiêm ngặt
kỹ thuật cũng như quy trình thi công như đầm sót, đầm dối... gây ra các vùng thấm
trong thân đập.
Sau nhiều sự cố đối với đập đất ở một số công trình hồ chứa thì vấn đề nghiên cứu

giải pháp chống thấm thích hợp nhất cho mỗi loại công trình là vô cùng quan trọng


đảm bảo cho công trình làm việc bình thường trong quá trình khai thác. Với tình hình
làm việc của đập như vậy, hiện nay trong quá trình thiết kế mới và sửa chữa nâng cấp
các đập đất đã áp dụng khá nhiều phương án và các giải pháp kỹ thuật để xử lý chống
thấm cho thân đập và nền nhằm tránh các thiệt hại do dòng thấm gây ra.[2]
1.2.2 Các biện pháp chống thấm cho đập đất
1.2.2.1 Chống thấm cho những công trình mới xây dựng
a. Chống thấm cho thân đập
- Tường nghiêng mềm
Tường nghiêng thường đắp bằng đất sét, đất thịt có hệ số thấm nhỏ, ít thấm nước đặt ở
sát mái thượng lưu có tác dụng chống thấm cho thân đập. Bề dày của tường tăng từ
trên xuống dưới. Bề dày đỉnh không nhỏ hơn 0,8m, chân tường không nhỏ hơn H/10
(với H là cột nước tác dụng) và không nên nhỏ hơn 2÷3m. Độ vượt cao của đỉnh
tường so với mực nước dâng bình thường ở thượng lưu dựa theo cấp công trình:
δ=0,5÷0,8m. Trên mặt tường nghiêng có phủ một lớp bảo vệ đủ dày(khoảng 1m) để
tránh nắng mưa. Giữa tường nghiêng và lớp bảo vệ bố trí một tầng lọc ngược. Phần
tiếp giáp giữa tường nghiêng và nền cần liên kết tốt. Nếu nền là đá thì lên kết bằng các
răng chống thấm. Nếu nền bị nứt nẻ và thấm nước sẽ xử lý bằng phụt vữa chống thấm.

Hình 1.2: Đập có tường nghiêng mềm
- Tường lõi mềm
Lõi giữa thân đập có dạng thẳng đứng, làm bằng đất sét có hệ số thấm nhỏ. Độ dày
của đỉnh tường lõi không nhỏ hơn 0,8m, độ dày chân tường không nhỏ hơn 1/10 cột
nước nhưng phải đảm bảo ≥2m. Đỉnh tường lõi phải cao hơn mực nước thượng lưu và
mực nước mao dẫn trong đất với độ vượt cao δ=0,3÷0,6m tuỳ theo cấp công trình. Độ


cắm sâu của tường lõi vào nền đất chặt, lớn hơn 0,5 ÷ 1,25m. Bộ phận nối tường lõi và

nền đá phải làm rất cẩn thận với các hình thức như đế răng, tường răng bê tông cắm
sâu vào khối đá tốt 0,6÷1,2m.

Hình 1.3: Đập có tường lõi mềm.
b. Chống thấm cho nền đập
Chống thấm cho nền đập cũng rất quan trọng. Khi mực nước thượng lưu dâng cao
trong thân đập sẽ hình thành dòng thấm nên đập đất xây dựng trên nền thấm nước cần
phải có những biện pháp chống thấm cho nền nhằm hạn chế sự mất nước, tránh biến
dạng thấm trong nền đập. Hình thức chống thấm cho nền đập còn phụ thuộc vào loại
đập, chiều dày và địa chất của nền.
Đối với đập đồng chất xây trên nền thấm nước thì thông thường chọn hình thức chống
thấm cho nền là tường răng, bản cọc hoặc tường xi măng. Tường răng áp dụng với nền
thấm không sâu lắm (T≤5m), vật liệu làm tường răng có thể lấy chính bằng vật liệu
làm thân đập nếu có hệ số thấm nhỏ hoặc một số vật liệu chống thấm tốt như đất sét, á
sét... Nếu tầng thấm nước lớn không xây dựng được tường răng thì cần phải dùng bản
cọc hoặc phun màng chống thấm xuống tận tầng không thấm nước. Nếu tầng thấm
quá sâu thì bản cọc hoặc xi măng chỉ cắm xuống 1 đoạn trong đất nền.[3]

Hình 1.4: Đập đất đồng chất có tường răng.


Đối với đập không đồng chất (có lõi giữa hoặc tường nghiêng) thì phần chống thấm
cho nền thường nối tiếp với chống thấm cho đập. Dùng hình thức nào phụ thuộc vào
chiều sâu tầng nền, tính chất đất nền và kỹ thuật thi công. Khi tầng thấm T ≤ 5m dùng
tường răng làm vật chống thấm cho nền và nối tiếp với vật chống thấm cho thân như
tường nghiêng, tường lõi. Tường răng cần cắm sâu xuống một đoạn ≥ 0,5m.

Hình 1.5: Đập có tường lõi chân răng.

Hình 1.6: Đập có tường nghiêng chân răng.

Khi tầng thấm tương đối sâu thì có thể chống thấm bằng hình thức bản cọc. Bản cọc
cắm sâu vào lõi giữa hoạc tường nghiêng và tầng không thấm một độ dài nhất định để
tránh không sinh ra xói ngầm cục bộ tại đầu mút bản cọc.

Hình 1.7: Chống thấm cho nền bằng bản cọc.
Khi tầng thấm quá dày hoặc vô hạn thì nên dùng hình thức sân phủ chống thấm. Sân
trước được kéo dài ra phía thượng lưu và được làm bằng vật liệu chống thấm nên


giảm lưu lượng thấm qua nền và giúp tăng ổn định thấm cho nền. Theo điều kiện thi
công chiều dày sân trước ≥0,5m đối với đập thấp và ≥1m đối với đập cao. Mặt trên
của sân trước phủ một lớp dày 1,5 ÷ 2,5m bằng các vật liệu hạt lớn như cuội, sỏi, cát
để tránh hư hỏng do nhiệt độ thay đổi và tác dụng của sóng khi tháo cạn hồ chứa.

Hình 1.8: Chống thấm bằng tường nghiêng, sân phủ.
1.2.2.2 Chống thấm cho các công trình đã xây dựng trước đây
Một số biện pháp điển hình thường được sử dụng để xử lý chống thấm cho đập đã cho
hiệu quả rất tốt như:
- Công nghệ chống thấm bằng vải địa kỹ thuật (Geomembrane)
Vải địa kỹ thật là loại vải có tính thấm, được sử dụng để lót trong đất nên có khả năng
phân cách lớp đất, lọc thấm thoát nước, giữ các hạt đất có kích thước nhỏ, bảo vệ và
gia cường các tính năng cơ lý của đất mà đặc biệt là tính chịu kéo để phân bố lại lực
-12

gia tải, có hệ số thấm rất thấp K = 10

-16

÷ 10

cm/s, có khả năng chịu lực, bền trong

các điều kiện bất lợi của môi trường. Công nghệ được áp dụng theo nguyên lý: sử
dụng chống thấm kiểu tường nghiêng cho mái đập thượng lưu rải một lớp vải địa kỹ
thuật có khả năng chống thấm tốt, hạn chế tối đa lưu lượng thấm qua bản thân đập. Để
bảo vệ cho lớp vải không bị ô xi hoá, hư hỏng do tác động của môi trường cần phải
phủ lên lớp vải này một lớp đất tương đối dày, có hệ thống cọc neo giữ cho vải được
đúng vị trí khi công trình được đưa vào vận hành.[4]


Hình 1.9: Quá trình thi công chống thấm bằng vải địa kỹ thuật cho đập
Sử dụng công nghệ này có ưu điểm là chống thấm tốt, độ bền cơ học cao, dễ thi công,
sửa chữa, giá thành rẻ. Tuy nhiên nhược điểm của công nghệ này là phải kết hợp với
vật liệu khác mới phát huy được hiệu quả và độ bền, không thi công được trong nước,
mặt vải trơn nên vật liệu phủ bên trên dễ bị xô trượt, phải có biện pháp chống rách
cũng như vải lão hoá, thời gian sử dụng ngắn.
- Công nghệ khoan phụt cao áp Jet – Grouting
Phương pháp này dựa vào nguyên lý cắt nham thạch bằng dòng nước áp lực. Khi thi
công, trước hết dùng máy khoan để đưa ống bơm có vòi phun bằng hợp kim vào tới
độ sâu phải gia cố (nước + XM) với áp lực khoảng 20 MPa từ vòi bơm phun xả phá
vỡ tầng đất. Với lực xung kích của dòng phun và lực li tâm, trọng lực... sẽ trộn lẫn
dung dịch vữa, rồi sẽ được sắp xếp lại theo một tỉ lệ có qui luật giữa đất và vữa theo
khối lượng hạt. Sau khi vữa cứng lại sẽ thành một khối xi măng đất đồng nhất.


Hình 1.10: Sơ đồ bố trí thiết bị thi công công nghệ Jet Grouting.
Ưu điểm của công nghệ này là phạm vi áp dụng rộng, thích hợp mọi loại đất, xử lý
dưới móng hoặc kết cấu hiện có mà không cần ảnh hưởng đến công trình, mặt bằng thi
công nhỏ, ít chấn động, ít tiếng ồn, hạn chế tối đa ảnh hưởng đến các công trình lân
cận, thiết bị nhỏ gọn có thể thi công trong không gian có chiều cao hạn chế và chướng

ngại vật, khả năng xử lý linh hoạt trong những điều kiện khó khăn: dưới đáy công
trình, cục bộ dưới sâu, đặc biệt thích hợp cho các công trình có kết cấu lớn.
Nhược điểm của công nghệ này là thiết bị thi công hoạt động ở chế độ áp lực cao đòi
hỏi công nghệ thiết bị phức tạp, đặc biệt là bơm cao áp.[5]
- Công nghệ chống thấm bằng tường hào xi măng – bentonite.
Công nghệ chống thấm bằng tường hào xi măng – bentonite áp dụng cho đập đất khi
đã làm việc trong thời một khoảng thời gian từ 5 năm trở lên mà công trình bị thấm
mạnh cần được xử lý. Đây là công nghệ có giá thành cao nhưng hiệu quả chống thấm
tốt và lâu dài, qua trình thi công không mấy khó khăn, mặt bằng thi công khá gọn.


Hình 1.11: Tường chống thấm bằng xi măng – bentonite.
Tuy nhiên, vấn đề là sử dụng biện pháp, công nghệ nào thích hợp để đạt hiệu quả cao
trong thi công, rút ngắn thời gian thi công cũng như đảm bảo giá thành hợp lý còn tuỳ
thuộc vào mỗi công trình cần xử lý. Trong phạm vi nghiên cứu của luận văn này tác
giả chỉ đi sâu nghiên cứu công nghệ chống thấm cho đập và nền bằng tường hào xi
măng – bentonite.
1.3. Công nghệ chống thấm bằng tường hào xi măng-bentonite cho đập vật liệu
địa phương.
- Nguyên lý của công nghệ:
Tường hào xi măng – bentonite là loại tường chống thấm được thi công bằng biện
pháp đào hào trong dung dịch bentonite, sau đó sử dụng hỗn hợp vật liệu ximăng +
bentonite + phụ gia + nước, sau một khoảng thồi gian nhất định đông cứng tạo thành
tường chống thấm cho thân đập và nền đập. Hào thường có chiều rộng từ 0,5 ÷ 1,2m,
nhưng thực tế những công trình nước ta thi công gần đây như: Dầu Tiếng – Tây Ninh,
Dương Đông- Phú Quốc bề rộng hào thường là 0,6m do trong quá trình thi công bề
rộng hào phụ thuộc vào thiết bị thi công là gầu đào. Hiện nay với công nghệ kỹ thuật
tiên tiến, chúng ta có thể thi công những hào có chiều sâu từ 5 ÷ 120m. Ví dụ như đập
đất của nhà máy thuỷ điện Kureika của Nga có hào bentonite sâu 120m.
Khi thi công hào cần phải duy trì liên tục hỗn hợp bentonie đầy trong hào để giữ cho

vách hào luôn được ổn định vì hào có chiều sâu là rất lớn. Khi tường hào đông kết hệ
-5

-7

số thấm của tường khá nhỏ (K = 10 ÷ 10 cm/s) nên có tác dụng chống thấm rất tốt.


Hình 1.12: Quá trình thi công tường hào xi măng – bentonite.
- Đối tượng áp dụng:
+ Đối với nền đập: Nền cát hay cát cuội sỏi, không áp dụng với nền đá nứt nẻ


+ Đối với thân đập: áp dụng cho các đập thi công chất lượng không tốt như đầm
không đều, hoặc vật liệu đắp đập cấp phối chưa hợp lý, khi thi công tường hào ở trạng
thái lỏng sẽ nhét đầy vào các lỗ rỗng, kẽ hở.
- Ưu điểm:
-5

-7

+ Có tác dụng chống thấm đạt hiệu quả cao(hệ số thấm nhỏ K = 10 ÷ 10 cm/s)
+ Dung dịch xi măng – bentonite được trộn theo dây chuyền công nghệ theo tiêu
chuẩn thống nhất nên thuận tiện trong thiết kế, thi công, vận chuyển và kiểm soát chất
lượng
+ Áp dụng được cả với những nền cát có hệ số thấm lớn và tầng thấm nằm rất sâu.
- Nhược điểm:
+ Máy móc khá cồng kềnh, phức tạp
+ Không thi công được trên nền có lẫn đá lăn, đá tảng
+ Giá thành cao.

1.4. Một số công trình chống thấm bằng tường hào Bentonite ở Việt Nam và
những nghiên cứu đã có liên quan đến tính ứng suất, biến dạng của tường
hào.
1.4.1. Một số công trình chống thấm bằng tường hào Bentonite ở Việt Nam
Tường chống thấm bằng vữa xi măng - bentonite là một trong những giải pháp chống
thấm rất hiệu quả, ở Việt Nam đã áp dụng cho một số công trình lớn như: Dầu Tiếng –
Tây Ninh, Am chúa – Khánh Hoà, Dương Đông – Phú Quốc... sau đây là một số
thông số đã được áp dụng để xây dựng tường chống thấm cho một số công trình ở
nước ta.


Bảng 1.1: Thông số áp dụng xây dựng tường hào ở Việt Nam

Đ
C
hỉ ơ H
ti n 1
ê
8
u
Đ
ố
i
t

D
ầ A
u Ia
H S mu CK
2

ố h a
3 i ú o

D
ư
ơ
n
g

E
a
s
o
u
p

N
T
N
N
ề
h
ề
ền
n
â
n cá n
c c t
á á
đ

T N T
h ề h
â n â
n
n
c
đ á đ

3 1
8 4
5 0

3 1
1 7
2 8
0
2 2 2
1 1 0

ư
C
h m 1
6
i
2
ề
C
h m 3
3

i
ề
C
m 0
h
.
6
i

3 2
9 5

0 0 0 0 0 0
. . . . . .
6 6 6 6 6 6

H

4.
5
0 0 0 0 0 0x
1
s Những nghiên cứu đã có liên quan đến tính ứng suất, biến dạng của tường
1.4.2
hào.
C
ệ m
/s

1

1 1 1 1 1

Phương pháp xử lý chống thấm cho đập và nền ở Việt Nam vẫn còn khá mới và chưa
được sử sụng phổ biến nên cho đến hiện tại có rất ít những nghiên cứu liên quan đến
tính ứng suất biến dạng của tường hào.


Năm 2011, PGS.TS Nguyễn Cảnh Thái cùng Ths Bùi Thị Thu Hà đã nghiên cứu ảnh
hưởng của thời điểm thi công tường hào chống thấm đến trạng thái ứng suất trong
thân hào, các tác giả đã nghiên cứu về một số trường hợp:
- Nghiên cứu trạng thái ứng suất - biến dạng của tường hào với các độ cứng khác
nhau.
- Nghiên cứu trạng thái ứng suất - biến dạng của tường hào tại các thời điểm khác
nhau trong quá trình làm việc của tường hào.
- Nghiên cứu trạng thái ứng suất - biến dạng của tường hào với các thời gian cố kết
khác nhau.
Qua nghiên cứu tính toán thông qua các trường hợp, các tác giả đã phân tích, đánh giá
và đưa ra một số kết luận quan trọng về ảnh hưởng của quá trình xây dựng hào, vật
liệu làm hào tới ứng suất biến dạng, khả năng làm việc của tường hào xi măng
bentonite.[6]
Tuy nhiên cho đến nay vẫn còn quá ít các nghiên cứu như trên, phần lớn các tường
hào được thiết kế và thi công dựa theo kinh nghiệm và dựa theo một số tài liệu ở nước
ngoài nên có rất ít các nghiên cứu về khả năng chống thấm cũng như ứng suất biến
dạng của tường hào ở Việt Nam. Vì thế, trong phạm vi luận văn này, tác giả sẽ nghiên
cứu về một số yếu tố ảnh hưởng đến ứng suất, biến dạng của tường hào bằng phương
pháp thí nghiệm để từ đó làm tài liệu tham khảo phục vụ cho việc xây dựng các công
trình sau này.
1.5. Giới thiệu chi tiết tường chống thấm bằng xi măng-bentonite.
1.5.1 Công dụng của tường hào xi măng – bentonite

- Chống thấm cho thân và nền đập, khả năng chống thấm của tường hào phụ thuộc vào
các yếu tố như: vật liệu làm tường, do các màng ngăn hình thành trong quá trình thi
công, do độ lưu động, độ mịn của các hạt bentonite khi xâm nhập vào các lỗ rỗng của
đất làm tăng khả năng chống thấm.


- Tăng khả năng chịu lực cho đập đất: vì tường hào có cường độ khá cao nên rất thích
hợp với những công trình có yêu cầu cao về khả năng chịu lực, giúp ổn định về cường
độ cho công trình.
1.5.2 Các yêu cầu của tường hào xi măng – bentonite
- Về mặt kỹ thuật:
+ Đảm bảo lượng nước thấm qua đập nhỏ hơn lưu lượng thấm cho phép của công
trình
+ Đảm bảo ổn định hai bên vách hào, không xói ngầm đối với nền công trình
+ Giảm áp lực thấm lên bản đáy công trình
+ Phù hợp với kỹ thuật và máy móc, thiết bị hiện nay
2

+ Cường độ vữa xi măng - bentonite sau 28 ngày R > 1,5 kg/cm

.

- Yêu cầu về kinh tế:
Vì giá thành để thi công tường hào không rẻ nên phương án tối ưu nhất trên cơ sở
phân tích so sánh cả về kinh tế và kỹ thuật, chất lượng.
1.5.3 Cấp phối vật liệu của xi măng - bentonite.
Đối với yêu cầu kỹ thuật của tường chống thấm, đặc tính lý hoá và tính chất cơ học
của vữa xi măng - bentonite cần phải lựa chọn vật liệu và tỷ lệ pha trộn hỗn hợp vật
liệu hợp lý . Hỗn hợp vật liệu gồm có xi măng + bentonite + phụ gia + nước. Xi măng
là cốt liệu chính để nâng cao cường độ của tường hào, bentonite vừa có tác dụng

chống thấm vừa có tác dụng tạo hiệu quả cơ học giữ vách hào không bị sạt lở trong
quá trình thi công. Phụ gia làm chậm thời gian đông kết của xi măng, duy trì độ nhớt
thấp trong thời gian dài để phục vụ cho việc vận chuyển vật liệu thi công dễ dàng.
Hỗn hợp cần phải có tỷ lệ bentonite phù hợp để khi trương nở có thể chui vào lấp đầy
các lỗ rỗng nhằm đáp ứng yêu cầu chống thấm và giữ ổn định thành vách hào trong
quá trình thi công. Hàm lượng thành phần không chỉ liên quá đến yếu tố kỹ thuật mà