Nghiên cứu thấm và đề xuất giải pháp xử lý mất ổn định do thấm, đập vật liệu địa phương khu vực Bắc Miền Trung

LỜI CAM ĐOAN
Kính gửi:
- Phịng Đào tạo Đại học & Sau Đại học
- Khoa Cơng trình
Tên tơi là Đặng Quốc Toản, học viên cao học lớp 22C11, chuyên ngành Xây
dựng cơng trình thủy. Tơi xin cam đoan luận văn thạc sĩ “Nghiên cứu thấm và đề
xuất giải pháp xử lý mất ổn định do thấm, đập vật liệu địa phương khu vực Bắc
miền Trung.” là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi, tôi không sao chép và kết quả
của luận văn này chưa cơng bố trong bất kỳ cơng trình nghiên cứu khoa học nào.
Hà Nội, ngày tháng 05 năm 2017
Tác giả

Đặng Quốc Toản

1


LỜI CẢM ƠN
Luận văn thạc sĩ với đề tài “Nghiên cứu thấm và đề xuất giải pháp xử lý mất ổn
định do thấm, đập vật liệu địa phương khu vực Bắc miền Trung.” đã được tác giả
hoàn thành với sự nỗ lực của bản thân, sự giúp đỡ nhiệt tình của các Thầy, Cô trong
bộ môn Thủy công, khoa sau Đại học – Trường Đại học Thủy Lợi và bạn bè đồng
nghiệp.
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo TS. Lê Thanh Hùng
người đã tận tình hướng dẫn, cung cấp thơng tin, tài liệu và vạch ra những định hướng
khoa học cần thiết để tác giả hoàn thành luận văn này.
Tác giả xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong bộ môn Thủy cơng, Khoa
cơng trình, Phịng đào tạo Đại học và sau Đại học cùng tồn thể các thầy cơ giáo trong
trường Đại học Thủy lợi đã giúp đỡ và truyền đạt kiến thức trong thời gian tác giả học
tập và nghiên cứu.

Tác giả cũng xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè, đồng nghiệp và những
người đi trước đã chỉ bảo, khích lệ, động viên, ủng hộ nhiệt tình và tạo điều kiện,
giúp đỡ cho tác giả về mọi mặt trong q trình học tập cũng như hồn thiện luận văn.
Tuy đã có những cố gắng song do thời gian có hạn, trình độ bản thân cịn hạn
chế nên luận văn này khơng thể tránh khỏi những thiếu sót và tồn tại, tác giả mong

nhận được mọi ý kiến đóng góp và trao đổi chân thành của các thầy cô giáo, anh
chị em và các bạn đồng nghiệp.
Hà Nội, ngày

tháng 05 năm 2017

Tác giả

Đặng Quốc Toản

2


MỤC LỤC
PHẦN 1: MỞ ĐẦU........................................................................................................ 7
I/ Tính cấp thiết của đề tài: .......................................................................................... 7
II/ Mục đích của Đề tài: ................................................................................................ 7
III/ Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:........................................................................ 8
IV/ Cách tiếp cận và Phương pháp nghiên cứu: ........................................................ 8
Chương I. TỔNG QUAN VỀ THẤM ĐẬP VLĐP KHU VỰC BẮC MIỀN
TRUNG ........................................................................................................................ 10
1.1.
Tình hình xây dựng đập đất tại Việt Nam .................................................. 10
1.2.

Hiện trạng đập đất ở khu vực Bắc Miền Trung và tỉnh Thanh Hóa ........ 15
1.2.1. Hiện trạng đập đất ở khu vực Bắc Miền Trung ............................................ 15
1.2.2. Hiện trạng đập đất tỉnh Thanh Hóa ............................................................. 20
1.3.
Hiện trạng thấm và khả năng mất ổn định đập do thấm: ......................... 21
1.3.1. Một số cơng trình nghiên cứu tiêu biểu trên thế giới :Error! Bookmark not defined.
1.3.2. Tổng quan về ổn định của đập đất ở Việt Nam.Error! Bookmark not defined.
1.4.
Kết luận chương 1.......................................................................................... 23
Chương II. PHÂN TÍCH NGUYÊN NHÂN THẤM VÀ MẤT ỔN ĐỊNH ĐẬP
DO THẤM, ĐẬP VLĐP KHU VỰC BẮC MIỀN TRUNG .................................... 25
2.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến thấm: ......................................................................... 25
2.1.1. Các yếu tố về vật liệu đắp đập. ........................................................................ 25
2.1.2. Các yếu tố về thi công, xử lý nền, quản lý hồ đập. ......................................... 29
2.1.3. Các yếu tố về địa hình, địa chất và địa chất thủy văn. ................................... 31
2.1.3.1. Địa hình: .............................................................................................. 31
2.1.3.2. Địa chất và địa chất thủy văn: ............................................................. 32
2.2. Cơ sở lý thuyết về thấm và mất ổn định đập do thấm: ........................................ 32
2.2.1. Các định luật thấm cơ bản............................................................................. 33
2.2.1.1. Định luật thấm tuyến tính (định luật Darcy) [1] .................................. 33
2.2.1.2. Định luật thấm phi tuyến ....................................................................... 34
2.2.2. Tổng quan về phương pháp tính tốn thấm. ................................................. 34
2.2.2.1. Sơ lược q trình phát triển ................................................................... 34
2.2.2.2. Tầm quan trọng của lý thuyết thấm ....................................................... 35
2.2.2.3. Các phương pháp giải bài toán thấm .................................................... 36
2.2.3. Các phương pháp tính ổn định....................................................................... 38
2.2.3.1. Lý luận tính tốn ổn định mái dốc ......................................................... 38
2.2.3.2. Một số phương pháp tính ổn định mái theo phương pháp mặt trượt .... 39
2.3. Đề xuất giải pháp chống thấm và phòng chống mất ổn định đập do thấm: ..... 44
3

2.3.1. Tường chống thấm bằng các loại vật liệu mới như màng địa kỹ thuật, thảm
bê tông, thảm sét địa kỹ thuật. ..................................................................................... 45
2.3.1.1. Công nghệ chống thấm bằng màng địa kỹ thuật.................................... 45
2.3.1.2. Công nghệ chống thấm bằng thảm bê tông. .......................................... 46
2.3.1.3. Tường nghiêng chống thấm bằng thảm sét địa kỹ thuật ........................ 47
2.3.2. Công nghệ khoan phụt chống thấm (khoan phụt truyền thống) .................. 48
2.3.3. Công nghệ phụt cao áp (Jet – grouting) ........................................................ 49
2.3.4. Công nghệ chống thấm bằng tường hào bentonite. ...................................... 50
2.3.5. Tường nghiêng sân phủ thượng lưu chống thấm ......................................... 51
2.3.6. Phân tích tổng hợp lựa chọn phương án chống thấm cho đập. ................... 52
2.4. Kết luận chương 2: ............................................................................................... 54
Chương III. TÍNH TỐN ÁP DỤNG CHO ĐẬP CHÍNH HỒ CHỨA NƯỚC
ĐỒNG BỂ – NHƯ THANH – THANH HÓA ........................................................... 55
3.1 Giới thiệu cơng trình hồ chứa nước Đồng Bể – Như Thanh – Thanh Hóa: .... 55
3.1.1. Vị trí địa lý ..................................................................................................... 55
3.1.2. Quy mô và các thông số kỹ thuật. ................................................................. 55
3.2. Tính tốn thấm và đề xuất giải pháp: ................................................................ 57
3.2.1. Hiện trạng thấm và khả năng mất ổn định đập Đồng Bể. ........................... 57
3.2.2. Giải pháp chống thấm nâng cao tính ổn định đập. ....................................... 58
3.2.3. Tính tốn thấm, ổn định đập Đồng Bể........................................................... 60
3.3. Kết luận chương 3: ............................................................................................... 72
PHẦN 2: KẾT LUẬN & KIẾN NGHỊ : .................................................................... 73
1. Kết quả đạt được của Luận văn: ........................................................................... 73
1.1. Về lý thuyết. ........................................................................................................ 73
1.2. Về thực nghiệm. ................................................................................................. 73
2. Một số vấn đề tồn tại:.............................................................................................. 73
3. Hướng tiếp tục nghiên cứu: .................................................................................... 74

4


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1: Hồ chứa nước Kẻ Gỗ - Hà Tĩnh
Hình 1.2: Hồ chứa nước Bộc Nguyên - Hà Tĩnh
Hình 1.3: Hồ chứa nước Đá Bạc - Hà Tĩnh
Hình 1.4: Hồ chứa nước Khe Xanh - Hà Tĩnh
Hình 1.5: Hồ chứa nước Kim Sơn - Hà Tĩnh
Hình 1.6: Hình ảnh hạ du hồ Tàu Voi và thấm thân, nền đập Tàu Voi – tỉnh Hà Tĩnh
Hình 1.7: Vỡ đập Đồng Tráng, Trường Lâm – Tĩnh Gia – Hà Tĩnh
Hình 2.1 : Cấu tạo mặt cắt ngang các loại đập thơng dụng
Hình 2.2: sơ đồ tính tốn theo phương pháp mặt trượt trụ trịn
Hình 2.3: Chống thấm bằng vải địa kỹ thuật
Hình 2.4: Ứng dụng thảm bê tơng chống thấm hồ chứa
Hình 2.5: Cơng tác khoan phụt chống thấm cho Đập
Hình 2.6: Cọc xi măng đất thi cơng bằng cơng nghệ Jet – grouting
Hình 2.7: Tường hào chống thấm bằng bentonite
Hình 2.8: Chống thấm bằng tường nghiêng sân phủ
Hình 2.9: Mặt cắt đập điển hình trường hợp đập đồng chất có thiết bị thốt nước thân
đập ống khói kết hợp với lăng trụ thốt nước
Hình 3.1: Vị trí Hồ Đồng Bể
Hình 3.2: Hiện trạng đập chính Hồ Đồng Bể

5


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1: Xếp theo thứ tự thời gian đập đất ở Việt Nam
Bảng 1.2: Thống kê một vài sự cố hồ chứa trong 5 năm gần đây ở khu vực Bắc Miền

Trung
Bảng 2.1: Tổng hợp chỉ tiêu cơ lý và hình thức một số đập ở tỉnh Thanh Hóa
Bảng 2.2: Phân tính tổng hợp các phương án
Bảng 3.1: Các thông số kỹ thuật chủ yếu
Bảng 3.2: Tổng hợp các giá trị lưu lượng thấm đơn vị & gradient trong các trường
hợp tính
Bảng 3.3: Tổng hợp trị số K minmin ứng với các trường hợp tính tốn cho các mặt cắt
đập
Bảng 3.4: Các trường hợp tính tốn thấm - ổn định đập đất

6


PHẦN 1: MỞ ĐẦU
I/ Tính cấp thiết của đề tài:
Ở nước ta việc nghiên cứu lý thuyết thấm cũng như kinh nghiệm trong việc giải quyết
các vấn đề thấm trong thực tiễn thiết kế, xây dựng và khai thác các đập dâng nước
bằng vật liệu địa phương còn nhiều vấn đề chưa được nghiên cứu. Vì vậy việc nghiên
cứu để ứng dụng các tiến bộ khoa học, sử dụng các phần mềm chuyên dụng của các
nước tiên tiến trong lĩnh vực này vào Việt Nam là rất cần thiết. Khó khăn lớn nhất
trong nghiên cứu thấm cho các đập đã xây dựng là xác định đúng chế độ thấm và điều
kiện ổn định thấm do những cơng trình này xây dựng đã lâu, tài liệu thiết kế ít, thiếu
hoặc khơng có. Để hạn chế tới mức tối thiểu nhất tác hại do dịng thấm gây ra mà vẫn
đảm bảo tính kinh tế kĩ thuật, nhất thiết phải hiểu được bản chất của dòng thấm trong
đất cũng như tác động của nó lên thân và nền cơng trình khi có dịng thấm đi qua.
Trong thời gian vừa qua, việc thiết kế thi công hàng loạt các hồ chứa nước ở khu vực
Bắc Miền Trung đã góp phần rất lớn trong việc cải thiện tình hình thiếu nước sinh
hoạt, sản xuất cho nhân dân trong vùng, nâng cao năng suất trong sản xuất kinh tế;
Đồng thời cắt, giảm lũ vùng hạ du, cải tạo môi trường sinh thái. Tuy nhiên do những
đặc tính rất riêng về điều kiện địa hình, địa chất, khí hậu, vật liệu đắp đập, xử lý các

lớp trầm tích yếu nền đập chưa triệt để nên đã xảy ra hiện tượng thấm cục bộ, tạo
thành vùng sình lầy phía chân đập đồng thời gây tắc hệ thống tiêu thoát nước trong
thân đập dẫn tới việc xây dựng, vận hành các hồ chứa nước gặp nhiều sự cố, đặc biệt
là sự cố do dòng thấm qua đập gây ra.
Nghiên cứu, phân tích xác định nguyên nhân và đề xuất giải pháp xử lý thấm, đảm bảo
an toàn cho việc sử dụng và vận hành các hồ chứa tại khu vực Bắc Miền Trung nói
chung và tỉnh Thanh Hóa nói riêng là việc làm hết sức cần thiết.
Vì vậy tác giả đã lựa chọn đề tài luận văn thạc sĩ: “Nghiên cứu thấm và đề xuất giải
pháp xử lý mất ổn định đập do thấm, đập VLĐP khu vực Bắc Miền Trung.”, từ đó là
cơ sở nghiên cứu cho các đập ở Thanh Hóa và khu vực Bắc Miền Trung.
II/ Mục đích của Đề tài:
7


Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến thấm qua nền và thân đập ở tỉnh thanh Hóa và khu
vực Bắc miền Trung
Đề xuất các giải pháp chống thấm cho nền và thân đập, tính tốn kiểm tra bằng phần
mềm Seep/w.
Đưa ra kiến nghị về việc sử dụng các biện pháp tổng hợp nhằm đảm bảo an toàn thấm
cho đập đất khi xây dựng tại khu vực tỉnh Thanh Hóa nói riêng và khu vực Bắc Trung
Bộ nói chung.
III/ Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
1) Đối tượng nghiên cứu:
Hiện tượng Thấm, sự mất ổn định đập vật liệu địa phương do thấm ở Thanh Hóa và
khu vực Bắc Miền Trung.
2) Phạm vi nghiên cứu:
Nghiên cứu một số đập vật liệu địa phương thuộc khu vực Bắc Miền Trung. Tập trung
vào nghiên cứu giải quyết sự cố thấm cho đập chính hồ chứa nước Đồng Bể – huyện
Như Thanh – tỉnh Thanh Hóa.
IV/ Cách tiếp cận và Phương pháp nghiên cứu:

1) Cách tiếp cận:
Thông qua việc nghiên cứu các sự cố về đập, các tài liệu của một số cơ quan Nghiên
cứu, Khảo sát Thiết kế, Thi công và Quản lý xây dựng loại đập đắp bằng vật liệu khu
vực Bắc Miền Trung.
Khảo sát, nghiên cứu thực địa tại hồ chứa nước Đồng Bể, huyện Như Thanh, tỉnh
Thanh Hóa.
2) Phương pháp nghiên cứu:
Điều tra thu thập các đập vật liệu địa phương đã xây dựng xảy sự cố do thấm và thành
công trong khu vực nghiên cứu.
Tổng hợp các nghiên cứu khoa học, các hội thảo về sự cố đập do thấm đánh giá
nguyên nhân và đề xuất các giải pháp công nghệ khắc phục.
Dùng phương pháp phần tử hữu hạn để phân tích kiểm tra thấm: Sử dụng phần mềm
GEO-SLOPE.
8


Nghiên cứu các tài liệu khảo sát, thiết kế, thi cơng.
Xin đóng góp ý kiến của các chun gia.

9


Chương I. TỔNG QUAN VỀ THẤM ĐẬP VLĐP
KHU VỰC BẮC MIỀN TRUNG
1.1.

Tình hình xây dựng đập đất tại Việt Nam

Hồ chứa ở Việt Nam là biện pháp cơng trình chủ yếu để chống lũ cho các vùng hạ du;
cấp nước tưới ruộng, công nghiệp, sinh hoạt, phát điện, phát triển du lịch, cải tạo môi

trường nuôi trồng thủy sản, phát triển giao thơng, thể thao, văn hóa.
Theo thời gian, trước năm 1964 việc xây dựng hồ chứa diễn ra chậm, có ít hồ chứa
được xây dựng trong giai đoạn này. Sau năm 1964, đặc biệt từ khi nhà nước thống
nhất thì việc xây dựng hồ chứa phát triển mạnh. Từ năm1976 đến nay số hồ chứa xây
dựng mới chiếm 67%. Không những tốc độ phát triển nhanh, mà cả về quy mơ cơng
trình cũng lớn lên khơng ngừng.Hiện nay, đã có nhiều hồ lớn, đập cao ở những nơi có
điều kiện tự nhiên phức tạp.
Tính đến nay, ở nước ta có 6648 hồ chứa thuộc địa bàn của 45/64 tỉnh thành, trong đó,
có gần 100 hồ chứa nước có dung tích trên 10 triệu mét khối, hơn 567 hồ có dung tích
từ 1÷10 triệu mét khối, cịn lại là các hồ nhỏ. Tổng dung tích trữ nước của các hồ là
35,8 tỷ mét khối, trong đó có 26 hồ chứa thủy điện lớn có dung tích 27 tỷ mét khối
nước cịn lại là các hồ có nhiệm vụ tưới là chính với tổng dung tích 8,8 tỷ mét khối
nước đảm bảo tưới cho 80 vạn hecta.
Bảng 1.1: Xếp theo thứ tự thời gian đập đất ở Việt Nam
TT

Tên hồ

Tỉnh

Loại đập

Hmax
(m)

Năm hồn
thành

1

Cây Trường

Hà Tĩnh

Đất

23,50

1961

2

Khn Thần

Bắc Giang

Đất

26,00

1963

3

Đa Nhim

Lâm Đồng

Đất

38,00

1963

4

Suối Hai

Hà Tây

Đất

24,00

1963

5

Thượng Tuy

Hà Tĩnh

Đất

25,00

1964

6

Cẩm Ly

Quảng Bình

Đất

30,00

1965

7

Tà Keo

Lạng Sơn

Đất

35,00

1972

8

Cấm Sơn

Bắc Giang

Đất

42,50

1974

9

Vực Trống

Hà Tĩnh

Đất

22,80

1974

10

Đồng Mơ

Hà Tây

Đất

21,00

1974

10

11

Tiên Lang

Quảng Bình

Đất

32,30

1978

12

Núi Cốc

Thái Nguyên

Đất

26,00

1978

13

Pa Khoang

Lai Châu

Đất

26,00

1978

14

Kẻ Gỗ

Hà Tĩnh

Đất

37,50

1979

15

Yên Mỹ

Thanh Hóa

Đất

25,00

1980

16

n Lập

Quảng Ninh

Đất

40,00

1980

17

Vĩnh Trinh

Quảng Nam

Đất

23,00

1980

18

Liệt Sơn

Quảng Ngãi

Đất

29,00

1981

19

Phú Ninh

Quảng Nam

Đất

39,40

1982

20

Sơng Mực

Thanh Hóa

Đất

33,40

1983

21

Quất Đơng

Quảng Ninh

Đất

22,60

1983

22

Xạ Hương

Vĩnh Phúc

Đất

41,00

1984

23

Cống Khê

Thanh Hóa

Đất

18,00

1984

24

Mậu Lâm

Thanh Hóa

Đất

9,50

1984

25

Hịa Trung

Đà Nẵng

Đất

26,00

1984

26

Hội Sơn

Bình Định

Đất

29,00

1985

27

Dầu Tiếng

Tây Ninh

Đất

28,00

1985

28

Biển Hồ

Gia Lai

Đất

21,00

1985

29

Núi Một

Bình Định

Đất

30,00

1986

30

Vực Trịn

Quảng Bình

Đất

29,00

1986

31

Tuyền Lâm

Lâm Đồng

Đất

32,00

1987

32

Đá Bàn

Khánh Hịa

Đất

42,50

1988

33

Khe Tân

Quảng Nam

Đất

22,40

1989

34

Kinh Mơn

Quảng Trị

Đất

21,00

1989

35

Khe Chè

Quảng Ninh

Đất

25,20

1990

36

Phú Xn

Phú n

Đất

23,70

1996

37

Gị Miếu

Thái Ngun

Đất

30,00

1999

38

Cà Giây

Bình Thuận

Đất

30,00

1999

39

Sơng Hinh

Phú n

Đất

50,00

2000

40

Vũng Sú

Thanh Hóa

Đất

25,00

2003

41

Sơng Sắt

Ninh Thuận

Đất

29,00

2005

42

Sơng Sào

Nghệ An

Đất

30,00

2006

43

Easoup

Đắc Lắc

Đất

29,00

2005

44

Hà Động

Quảng Ninh

Đất

30,00

2007

11


45

IaM’La

Gia Lai

Đất

37,00

2009

46

Tân Sơn

Gia Lai

Đất

29,20

2009

47

Hao Hao

Thanh Hóa

Đất

24,2

2009

48

Trưa Vân

Thanh Hóa

Đất

22

2010

49

Tả Trạch

Thừa Thiên
Huế

Đất

60,00

2012

50

Suối Mỡ

Bắc Giang

Đất

27,80

2012

Trong hai thập kỷ qua, sau khi phát triển kinh tế nói chung và xây dựng đập
cao nói riêng người ta dần dần càng thấy nổi lên những tác hại về mặt môi
trường khiến người ta đã so sánh thận trọng hơn, mặt khác cũng có thể những
cơng trình dễ làm có hiệu ích cao hơn đều đã được làm, những cơng trình cịn
lại suất đầu tư thường cao và nhiều bất lợi về mặt môi trường nên người ta ít
làm. Do vậy việc xây dựng đập cao trên thế giới đã giảm hẳn.

Hình 1.1 : Hồ chứa nước Kẻ Gỗ - Hà Tĩnh

12


Hình 1.2 : Hồ chứa nước Bộc Nguyên-Hà Tĩnh

Hình 1.3 : Hồ chứa nước Đá Bạc – Hà Tĩnh

13


Hình 1.4 : Hồ chứa nước Khe Xanh – Hà Tĩnh

Hình 1.5 : Hồ chứa nước Kim Sơn – Hà Tĩnh

14

1.2.

Hiện trạng đập đất ở khu vực Bắc Miền Trung và tỉnh Thanh Hóa

1.2.1. Hiện trạng đập đất ở khu vực Bắc Miền Trung
Bắc Trung Bộ là phần phía bắc của Trung Bộ Việt Nam có địa bàn từ Nam dãy
núi Tam Điệp tới Bắc đèo Hải Vân. Khu vực Bắc Miền Trung gồm có 6 tỉnh:
Thanh Hóa, Nghệ An, Hà Tĩnh, Quảng Bình, Quảng Trị, Thừa Thiên Huế.
Đập hồ chứa được đưa vào sử dụng đã đáp ứng được nhu cầu dùng nước rất lớn
của người dân cũng như của doanh nghiệp, giúp tăng năng suất, sản lượng
trong sản xuất nông nghiệp và công nghiệp, phát triển kinh tế. Nhưng bên cạnh
đó, tình hình khai thác vận hành đập hồ chứa đã xảy ra những sự cố mất ổn
định, ảnh hưởng nghiêm trọng đến hạ du của đập đất. Nguyên nhân một phần là
do biến đổi mực nước thượng lưu đập, mực nước thượng lưu tăng đột ngột
ngoài dự báo, ban quản lý vận hành đập phải mở xả toàn bộ để tránh đập bị vỡ.
Đã xảy ra trường hợp, khả năng xả tràn của đập chậm hơn lượng nước đổ,
khiến đập bị vỡ như đập Đồng Đáng, huyện Tĩnh Gia, Thanh Hóa.
Các Đập hồ chứa chủ yếu được xây dựng từ trước năm 1990 trong điều kiện nền kinh
tế đất nước cịn nhiều khó khăn, cơng tác khảo sát, thiết kế và thi cơng cịn nhiều thiếu
sót, các cơng trình đầu mối khơng được xây dựng hồn thiện. Thời gian khai thác, sử
dụng các hồ đã lâu, việc quản lý chưa được quan tâm đúng mức, thiếu kinh phí để duy
tu sửa chữa, dẫn đến nhiều hồ chứa nước nhanh chóng bị xuống cấp, gây mất an tồn
cơng trình. Trong thời gian qua nhiều hồ chứa có quy mô vừa và nhỏ đã bị vỡ gây
thiệt hại đáng kể tới người, tài sản của nhân dân.
Đập dâng ở khu vực Bắc Miền Trung 100% là đập vật liệu địa phương, đất đắp thân
đập cũ phần lớn đắp bằng thủ công, đầm nén kém, nhiều hồ không được xử lý móng ở
lịng khe. Một số hồ đắp cao chống lũ bằng đắp vuốt mái làm giảm chiều rộng mặt đập
và không đảm bảo mặt cắt theo tiêu chuẩn kỹ thuật. Đối với các hồ được nâng cấp sửa
chữa trong giai đoạn vừa qua, giải pháp chủ yếu là đắp áp trúc mở rộng và tơn cao đập.

Do tính chất cơ lý giữa đất đắp cũ và mới khác nhau nhiều và việc xử lý tiếp giáp
không tốt dẫn đến cơng trình bị thấm và mất ổn định tại hầu hết các hồ chứa. Để phát
huy mặt lợi và đề phịng các diễn biến bất lợi, cơng tác đầu tư sửa chữa, nâng cấp,
15


quản lý hồ chứa cần được quan tâm và tăng cường nhằm bảo đảm an tồn cơng trình
và nâng cao hiệu quả của hồ chứa.
Cùng với đó trước tình hình biến đổi khí hậu tồn cầu mà khu vực Bắc Miền Trung
cũng đang chịu ảnh hưởng nghiêm trọng từ biến đổi khí hậu, nước biển dâng, các
cơng trình thuỷ lợi trên địa bàn đã ngày càng lộ rõ nhiều bất cập.

Hình 1.6.Hình ảnh hạ du hồ Tàu Voi và thấm thân, nền đập Tàu Voi – tỉnh
Hà Tĩnh
Hiện nay, cả thế giới đang phải đối mặt với các vấn đề biến đổi khí hậu, trong
đó có hiện tượng mưa lũ vượt ra ngồi các quy luật thơng thường. Đợt lũ lịch
sử đầu tháng 10 năm 2010 ở Hà Tĩnh, Quảng Bình, Nghệ An là một ví dụ. Xảy
ra hiện tượng lũ chồng lên lũ, con lũ trước chưa rút hết thì con lũ sau đã đổ về.
Thêm vào đó, cường suất của con lũ sau là rất lớn; lượng mưa 1 ngày tại Chu
Lễ (Hương Khê – Hà Tĩnh) đo được là 800mm; tổng lượng mưa 5 ngày lên tới
1300÷1500mm. Tổng lượng nước này được dồn vào các thung lũng sơng gây
nên lũ lụt kinh hồng. Trong điều kiện mưa lũ lớn như vậy, các hồ đập thủy lợi
rất dễ bị tổn thương bởi các lý do sau đây:
Các hồ đập thường khống chế một lưu vực nhất định. Toàn bộ nước mưa trên lưu vực
được dồn vào bụng hồ phía trước đập. Lưu vực càng lớn, nước dồn về càng nhiều;
rừng bị phá, mặt đệm trơ trọi, nước dồn về càng nhanh làm cho đường tràn xả nước
không kịp, gây tràn và vỡ đập.
16

Hơn 90% số đập tạo hồ ở nước ta hiện nay là đập đất, trong đó có khu vực Bắc miền
Trung. Kết cấu đập đất đa dạng, tuy nhiên qua thu thập số liệu thực tế một số hồ chứa
ở bắc miền Trung thì kết mặt cắt điển hình có 2 dạng chính: đập đồng chất có thiết bị
chống thấm dưới nền là chân khay, thiết bị thoát nước thân đập là lăng trụ thốt nước
và đập hai khối có thiết bị chống thấm dưới nền là chân khay, thiết bị thốt nước thân
đập ống khói kết hợp với lăng trụ thốt nước; tầng thấm có chiều dày trung bình từ 0
÷ 10m. Loại đập này có điểm yếu là khi nước tràn qua thì dễ gây xói, moi sâu vào
thân dẫn đến bị vỡ.Ngoài ra, khi cường suất mưa lớn và kéo dài, đất thân đập bị bão
hòa nước làm giảm khả năng chống đỡ, dẫn đến trượt mái và hư hỏng đập.
Trong thiết kế và xây dựng đập ở nước ta hiện nay, tiêu chuẩn phòng lũ được xác
định theo cấp cơng trình. Ví dụ đập cấp I chống được con lũ thiết kế có chu kỳ xuất
hiện lại là 500÷1000 năm; trị số tương ứng của đập cấp II là 200 năm; cấp III: 100
năm; cấp IV: 67 năm; cấp V: 50 năm. Như vậy các đập cấp IV, V khả năng chống lũ
thấp, khả năng nước tràn dẫn đến vỡ đập là lớn.
Ngoài ra, số lượng các đập loại này rất nhiều; việc quản lý, bảo dưỡng các đập
nhỏ cũng không được chặt chẽ, bài bản như đối với các đập lớn.
Thực tế đã xảy ra ở nước ta trong những năm qua là hư hỏng, sự cố và vỡ đập
chỉ xảy ra ở đập vừa và nhỏ. Trong trận lũ lịch sử tháng 10 năm 2010 ở Hà
Tĩnh vừa qua, đập Khe Mơ bị vỡ là một đập nhỏ, trong khi các đập lớn như Kẻ
Gỗ, Bộc Ngun, Sơng Rác … vẫn an tồn.
Đập dù lớn hay nhỏ khi bị vỡ đều gây ra tổn thất nặng nề cho bản thân cơng trình, và
cho vùng hạ du. Ở các đập mà hạ du là khu dân cư hoặc kinh tế, văn hóa thì thiệt hại
do vỡ đập gây ra ở hạ du lớn hơn gấp nhiều lần so với thiệt hại đối với bản thân cơng
trình, và phải mất nhiều năm sau mới có thể khắc phục được.
Những đặc điểm trên đây cho thấy tầm quan trọng đặc biệt của cơng tác đảm bảo an
tồn hồ - đập thủy lợi, nhất là trong mùa mưa lũ lớn.
Với tình hình thực tế về sự xuống cấp của các cơng trình đập đất và hồ chứa, cũng
như những diễn biến phức tạp của biến đổi khí hậu, trong đó các cơn bão hàng năm
đang có chiều hướng diễn biến phức tạp và rất khó dự đốn chính xác về lượng mưa,

17


ảnh hưởng trực tiếp đến chiều cao mực nước thượng lưu của đập. Vì vậy, cần thiết
phải có những phương án phòng và chống để đập đất và hồ chứa làm việc ổn định,
trong đề tài này, tác giả tập trung nghiên cứu về mối quan hệ giữa chiều cao mực
nước thượng lưu đập và sự ổn định của đập đất. Những yếu tố tác động đến an toàn
đập như mưa lũ kéo dài, mưa rào với lưu lượng nước tăng đột ngột, vượt dự báo, ảnh
hưởng trực tiếp đến sự làm việc ổn định của đập đất. Từ đó đưa ra phương án an tồn
cho đập, giúp q trình vận hành đập ở mức đảm bảo.
Bảng 1.2 : Thống kê một vài sự cố hồ chứa trong 5 năm gần đây ở khu vực Bắc Miền
Trung
Vị trí

Năm
xảy
ra sự
cố

Loại
đập

Dung
tích
(triệu
m3)

Sự cố

Đồng

Bể

Thanh
Hóa

2013

Đập
đất

2.76

Thấm mạnh
qua đập đất

Khe
Sắn
Đập
Làng

Hà
Tĩnh
Hà
Tĩnh
Hà
Tĩnh

0.425

Vỡ đập

0.5

Vỡ đập

0.25

Đe dọa vỡ
đập

2.8

Nước tràn
qua đỉnh đập

S
T
T

Tên hồ

1
2
3
4

Đá Bạc

5

Tràng
Đen

Nghệ
An

6

Đồng
Đẻn

7

Đá Bàn

Nghệ
An
Nghệ
An

8

9

Đồng
Chùa

Đập
Z20

Thanh
Hóa

Hà
Tĩnh

2007
2007
2007
2008
2008
2008

2008

2009

Đập
đất
Đập
đất
Đập
đất
Đập
đất
Đập
đất
Đập
đất

Đập
đất

Đập
đất

0.6
0.7

0.6

0.9

Thấm mạnh
qua đập đất,
sạt mái hạ lưu
đập
Cơng trình
xây dựng lâu
năm trên nền
địa chất yếu
kết hợp với
mưa dầm vai
tả đập đất tiếp
giáp tràn bị
bão hịa gây
xói lở đe dọa
vỡ đập
Vỡ đập trong
thời gian thi

công

18

Nguyên nhân

Cách khắc phục

Mưa lớn làm
mực nước hồ
dâng cao

Khoan phụt xi măng

Mưa lớn do ảnh
hưởng của cơn
bão số 2 và số 5

Hiện vẫn chưa có
kinh phí để khắc
phục

Mực nước hồ
lên nhanh
Mưa lớn làm
mực nước hồ
dâng cao

Hạ thấp ngưỡng
tràn

Đắp con trạch đỉnh
đập

Mưa lớn kéo dài

Hạ thấp cao trình
ngưỡng tràn tránh
vỡ đập chính

Mưa lớn làm lũ
đến vượt tần
suất thiết kế

Xây dựng tràn mới
cách tràn cũ 61m về
phía vai hữu, với
hình thức tràn xả
sâu điều tiết bằng
van cung vận hành
bằng tời điện thay
cho tràn tự do cũ

Từ cả công tác
tư vấn thiết kế,
thi công và công
tác quản lý đã
không kiểm tra
và phát hiện kịp
thời nước chảy

10

Khe
Mơ

Hà
Tĩnh

2010

Đập
đất

0.7

Vỡ đập

11

Vàng
Anh

Hà
Tĩnh

2010

Đập
đất

0.4

Vỡ đập

12

Khe
Làng

2011

Đập
đất

3.14

Đe dọa vỡ
đập

1.2

Mới sửa chữa
xong chưa
bàn giao khai
thác sử dụng

0.58

Thấm mạnh

qua mang
cống đe doạ
vỡ đập

13

14

Tây
Nguyên

Đập
Lim

Nghệ
An

Nghệ
An

Nghệ
An

2012

2012

Đập
đất

Đập
đất

19

qua mang cống
gây xói lở và
làm vỡ đập
Mưa cực lớn
đến 2.000mm
và kéo dài gây
ra lũ lịch sử làm
mực nước hồ
lên nhanh
Cống lấy nước
bị vỡ nhiều
điểm khiến đất
đắp đập sụt vào
cống, nhưng vì
chỉ mới được xử
lý tạm thời,
phần đá lát mái
thượng lưu bị
xô tụt nhiều
chỗ, mái hạ lưu
xói lở nhiều
điểm
Có tổ mối nằm
trong thân đập,
lõi của đập cũ

được đắp thủ
cơng, đất dùng
đắp đập có lẫn
cả cỏ, rác và sỏi
đá nhỏ nên đất
yếu, không
đồng nhất. Mặt
khác, mực nước
trong hồ đạt
mực nước thiết
kế mà chưa tiến
hành xả tràn,
nguồn nước ở
thượng lưu tiếp
tục đổ về gây áp
lực lớn lên đập
làm đập bị vỡ

Đắp vá lại phần
thân đập bị vỡ

Hạ thấp ngưỡng
tràn để bảo đảm an
toàn cho đập đất


1.2.2. Hiện trạng đập đất tỉnh Thanh Hóa
Thanh Hóa là tỉnh có địa hình phức tạp, số lượng cơng trình hồ chứa nhiều, với tổng
số 524 cơng trình hồ chứa vừa và nhỏ. Trong đó có 1 hồ chứa quan trọng cấp Quốc
gia và 9 hồ chứa quan trọng cấp tỉnh. Các Công ty thủy nông quản lý 26 công trình,

Bộ Nơng nghiệp và PTNT quản lý 01 cơng trình cịn lại là các địa phương quản lý.
Tổng diện tích tưới hàng năm của các cơng trình hồ chứa theo thiết kế là 114.000 ha,
diện tích tưới thực tế là 71.000 ha.
Hiện trạng cơng trình: Các cơng trình tiểu vùng này hầu hết là đập dâng, các cơng
trình trong vùng chủ yếu là các cơng trình loại nhỏ cụ thể như sau:
+ Loại cơng trình tưới được từ 1÷10ha có 16 cơng trình. Đây chủ yếu là các bai đập
tạm, diện tích nhỏ lẻ tưới tại chỗ, các cơng trình này thường bị hư hỏng sau mỗi mùa
mưa lũ.
+ Loại tưới từ 10÷40ha là 39 cơng trình, trong đó có một số cơng trình mới được cải
tạo nâng cấp năm 2008-2009 như: Đập Pù Quăn, Đập Bản Cơm, đập Na Tao, đập bản
Sộp,... hiện hoạt động tốt. Còn lại hầu hết là các cơng trình tạm hiện đã bị hư hỏng và
xuống cấp.
Ngồi ra cịn nhiều cơng trình đầu mối là đập tạm làm bằng đá xếp và đá xây mác thấp
hoặc cọc tre... nhiều cơng trình tạm do dân tự đắp phục vụ tưới tại chỗ, nhiều khi
không đảm bảo nhu cầu tưới. Nhiều cơng trình bị lũ phá hỏng, cuốn trôi sau mỗi mùa
mưa lũ, các đập tạm như đập Pù Ngùa, Pà Hốc, Na Lầu...

20


Hình 1.7.Vỡ đập Đồng Đáng, Trường Lâm - Tĩnh Gia - Thanh Hóa.
1.3.

Hiện trạng thấm và khả năng mất ổn định đập do

Hiện trạng chung các đập đất có thể nhìn nhận như sau:
Chưa an tồn cao về ổn định thấm ở nền và thân cơng trình, nhất là ở các đập
đất. Các đập sau một thời gian làm việc đều bị thấm lậu, rị rỉ, uy hiếp an tồn
cơng trình. Do thấm gây ra như thấm mạnh, như sủi nước ở nền đập.
Thiết bị bảo vệ mái hạ lưu chưa đảm bảo yêu cầu kỹ thuật.

Các hư hỏng khác như sạt mái, lún không đều, nứt, tổ mối…
Qua hàng ngàn năm phát triển, đập đất ngày càng phổ biến nhờ những ưu điểm:
Có cấu tạo đơn giản nhưng rất phong phú;
-

Cho phép sử dụng các loại đất có sẵn ở khu vực cơng trình;

-

Có thể xây dựng trên mọi loại nền và trong mọi điều kiện khí hậu

-

Cho phép cơ giới hóa các cơng đoạn thi cơng từ khai thác vật liệu, chuyên chở
đắp, đầm nén, v.v...

Tuy nhiên đập đất có một số nhược điểm như vật liệu tự nhiên có độ bền vững
tương đối thấp, bị ảnh hưởng nhiều bởi thời tiết lúc thi cơng, q trình vận
hành phải theo dõi sát xao, thường trực để ứng phó với lũ… Các vấn đề ảnh
hưởng chính đến sự ổn định của đập đất đó là:

21


-

Yếu tố tự nhiên

-

Yếu tố khảo sát, thiết kế

-

Yếu tố thi công

-

Yếu tố khai thác và quản lý

-

Yếu tố chiến tranh

Vấn đề an toàn đập vật liệu địa phương ngày càng trở nên cấp thiết và được
quan tâm đúng mực hơn trong thời kì biến đổi khí hậu hiện nay. Đã có nhiều
nghiên cứu được sử dụng như tài liệu tham khảo để thiết kế, thi cơng, đánh giá
an tồn đập.
Sổ tay an toàn đập được lập ra để đảm bảo tính hệ thống về an tồn đập từ các
khâu thiết kế, thi cơng, quản lý vận hành, bảo trì, kiểm tra đánh giá mức độ an
toàn đập theo định kỳ, cơng tác tổ chức an tồn đập và trách nhiệm đối với an
toàn đập từ chủ đập đến các cấp, cơ quan quản lý, các ngành có liên quan đến
an toàn đập theo quy định của Nghị định 72/2007/NĐ-CP.
GS.TS. Phan Sỹ Kỳ đã thống kê sự cố một số cơng trình thủy lợi ở Việt Nam,
tìm ra ngun nhân và đề ra biện pháp phòng tránh. Nguyễn Văn Mạo và nhóm
nghiên cứu (ĐHTL) năm 2010 đã tiến hành nghiên cứu cơ sở khoa học để từ đó
đề xuất các giải pháp kỹ thuật nhằm đảm bảo an toàn cho các cơng trình xây
dựng trong điều kiện thiên tai bất thường miền Trung.
Nguyễn Phương Mậu và nhóm nghiên cứu (ĐHTL) năm 2009 đã nghiên cứu
giải pháp quản lý các hồ chứa vừa và nhỏ miền Trung và Tây Nguyên nhằm

chống hạn trong những thời kỳ thiếu nước từ đó đưa ra các kiến nghị quản lý,
sử dụng nguồn nước hồ hợp lý để phục vụ pháp triển nông nghiệp trong những
năm hạn.
Nguyễn Thế Hùng và nhóm nghiên cứu (ĐHBKĐN) đã sử dụng mơ hình số
tương tác giữa nước và kết cấu mặt không thẳng đứng ở thượng lưu đập để xác
định chính xác áp suất thủy động (áp suất dao động của nước do động đất) tác
dụng lên kết cấu đập trong vùng địa chấn. Kết quả nghiên cứu nêu lên hình
dạng bề mặt thượng lưu của đập ảnh hưởng khá lớn đến độ lớn và sự phân bố
22


của áp lực thủy động. Kết quả nghiên cứu này cần được quan tâm và áp dụng
đúng mức khi thiết kế đập trong vùng chịu ảnh hưởng của động đất như sự khuyến cáo
của các nhà địa chất trong thời gian gần đây trên các vùng có khả năng động đất cao.
1.4.

Kết luận chương 1.

Đập đất là cơng trình dâng nước tạo hồ chứa rất phổ biến trên thế giới cũng như ở
Việt Nam. Nhờ những lợi ích thiết thực mà đập hồ chứa mang lại nên trên thế giới và
tại Việt Nam được xây dựng và phát triển rất đa dạng, phong phú.
Đập đất có một số nhược điểm như vật liệu tự nhiên có độ bền vững tương đối thấp,
bị ảnh hưởng nhiều bởi nhiều yếu tố chủ quan và khách quan như yếu tố tự nhiên,
khảo sát thiết kế, q trình thi cơng và trong khâu quản lý khai thác do đó trong trong
q trình thi cơng, vận hành phải theo dõi sát xao, thường trực để ứng phó với lũ…
Việt Nam là một trong những nước có nhiều hồ chứa, đa số các đập đầu mối là đập đất
và được xây dựng từ những năm 70-80, điều kiện và khả năng xây dựng lúc bấy giờ cịn
khó khăn nên nhiều đập đã xuống cấp nghiêm trọng. Đến nay do tác động của biến đổi
khí hậu nên có nhiều hiện tượng thiên tai bất thường như bão lũ làm ảnh hưởng trực tiếp
đến sự làm việc an toàn của đập.

Khu vực Bắc Miền Trung là nơi chịu ảnh hưởng nhiều so với cả nước về mưa bão, lũ
lụt. Khu vực này các cơng trình đập tạo hồ chủ yếu là đất. Kết cấu đập đất đa dạng,
tuy nhiên qua thu thập số liệu thực tế một số hồ chứa ở bắc miền Trung thì kết mặt
cắt điển hình có 2 dạng chính: đập đồng chất có thiết bị chống thấm dưới nền là chân
khay, thiết bị thoát nước thân đập là lăng trụ thoát nước và đập hai khối có thiết bị
chống thấm dưới nền là chân khay, thiết bị thốt nước thân đập ống khói kết hợp với
lăng trụ thốt nước; tầng thấm có chiều dày trung bình từ 0-10m.
Do đặc điểm vùng miền núi là vùng cao, xa xơi hẻo lánh, trên những địa hình dốc,
nên cơng trình của vùng chủ yếu thuộc cơng trình hồ đập loại vừa, nhỏ.
Các cơng trình được xây dựng đã lâu, không đồng bộ. Hệ thống đầu mối các đập
dâng một số bị hư hỏng nặng do các trận mưa lũ. Cao trình đập khơng đáp ứng đủ
chiều cao chống lũ. Mặt đập bị rửa trôi. mái đập thượng và hạ lưu chưa được gia cố.
Tràn xả lũ xuống cấp. hầu hết các tường bên bị sạt. Mặt tràn bị lũ phá hỏng do xả lũ
và kích thước khơng đảm bảo thoát lũ. phần lớn tràn xả lũ chưa được xây dựng kiên
23


cố như đập Chòm Khằm, đập Pá Quăn, Chòm Mờng, Đập kênh bản Ngố... đến nay
chưa có kinh phí để sửa chữa kịp thời.
Một trong những nguyên nhân mất ổn định đập một phần là do biến đổi mực nước
thượng lưu đập, mực nước thượng lưu tăng đột ngột ngoài dự báo, ban quản lý vận
hành đập phải mở xả toàn bộ để tránh đập bị vỡ. Đã xảy ra trường hợp, khả năng xả
tràn của đập chậm hơn lượng nước đổ, khiến đập bị vỡ như đập Đồng Đáng, huyện
Tĩnh Gia, Thanh Hóa...

24


Chương II. PHÂN TÍCH NGUYÊN NHÂN THẤM VÀ MẤT ỔN ĐỊNH ĐẬP
DO THẤM, ĐẬP VLĐP TỈNH THANH HÓA

2.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến thấm:
2.1.1. Các yếu tố về vật liệu đắp đập.
Theo tài liệu kết quả phân loại đất tỷ lệ 1/50.000 về điều chỉnh, bổ sung hoàn thiện
bản đồ đất phục vụ công tác quản lý tài nguyên mơi trường tỉnh Thanh Hóa, đất tỉnh
Thanh Hóa có 10 nhóm và 25 đơn vị đất và 60 đơn vị phụ đất sau:
a. Phân loại đất:
(i) Nhóm đất cát (C) có 5 loại:
+ Đất cồn cát trắng vàng (Cc) có diện tích 425,00ha, bằng 0,05%;
+ Đất cát trung tính ít chua (C) có diện tích 7966,61ha, bằng 0,89%;
+ Đất cát chua (Cc) có diện tích 2399,61ha, bằng 0,27%;
+ Đất cát có tấng đốm gỉ (Cr) có diện tích 9009,50ha, bằng 0,56%;
+ Đất cát glây (Cg) có diện tích 61,00ha, bằng 0,01% diện tích tự nhiên;
(ii) Nhóm đất mặn (M) có 2 loại:
+ Đất mặn nhiều (Mn) có diện tích 4348,97ha, bằng 0,48%;
+ Đất mặn ít (M) có diện tích 4230,8 ha, bằng 0,47% diện tích tự nhiên;
(iii) Nhóm đất phù sa (P) có 4 loại:
+ Đất phù sa trung tính ít chua (P) có diện tích 39496,11ha, bằng 4,4%;
+ Đất phù sa chua (Pc) có diện tích 44860,05ha, bằng 4,99%.
+ Đất phù sa glay (Pg) có diện tích 23997,68ha, bằng 2,67%;
+ Đất phù sa có tầng đốm gỉ (Pr) có diện tích 54929,53ha, bằng 6,11%;
(iv) Nhóm đất Glay (Gl) có 3 loại:
+ Đất glay trung tính ít chua (GL) Diện tích 1405,33a, bằng 0,16% diện tích tự nhiên.
+ Đất glay chua (GLc) Diện tích 2287,08a, bằng 0,25% diện tích tự nhiên.
+ Đất glay có tầng đốm gỉ (GLr) có diện tích 227,00ha, bằng 0,03%;
25