Nghiên cứu giải pháp xử lý sự cố thấm đập đất ứng dụng cho công trình hồ chứa nước bản muông thành phố sơn la

LỜI CẢM ƠN
Luận văn thạc sĩ chuyên ngành Địa kỹ thuật xây dựng với đề tài: “Nghiên
cứu giải pháp xử lý sự cố thấm đập đất, ứng dụng cho công trình hồ chứa nước
Bản Mng, thành phố Sơn La” được hồn thành với sự giúp đỡ tận tình của các
Thầy giáo, Cô giáo trong Bộ môn Địa kỹ thuật, Khoa Cơng trình, Trường đại học
Thủy lợi cùng các bạn bè và đồng nghiệp.
Tác giả xin chân thành cảm ơn các Thầy giáo, Cơ 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. Bùi Văn
Trường, các thầy cô giáo là đồng nghiệp của tác giả trong Bộ môn Địa kỹ thuật,
Khoa Công trình, Trường Đại học Thủy lợi, các nhà chun mơn đang công tác tại
Hội đập lớn Việt Nam, Viện Thủy công – Viện khoa học thủy lợi Việt Nam, Công
ty tư vấn địa kỹ thuật – Tổng công ty xây dựng thủy lợi Việt Nam (HEC) đã tận
tình hướng dẫn, giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi để tác giả hồn thành luận văn tốt
nghiệp.
Tuy đã có những cố gắng nhất định, nhưng do thời gian có hạn và trình độ
cịn hạn chế, vì vậy cuốn luận văn này cịn nhiều thiếu sót. Tác giả kính mong Thầy
giáo, Cơ giáo, Bạn bè & Đồng nghiệp góp ý để tác giả có thể tiếp tục học tập và
nghiên cứu hồn thiện đề tài.
Xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày

tháng 08 năm 2014

Tác giả luận văn

Nguyễn Trung Kiên


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: Nguyễn Trung Kiên
Học viên cao học lớp: 21ĐKT
Chuyên ngành: Địa kỹ thuật xây dựng
Mã học viên: 128580204028
Theo Quyết định số 116/QĐ – ĐHTL ngày 23/01/2014 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 đợt 1 năm 2014, tôi đã được nhận đề tài “Nghiên cứu giải pháp xử lý
sự cố thấm đập đất, ứng dụng cho cơng trình hồ chứa nước Bản Muông, thành
phố Sơn La” dưới sự hướng dẫn của thầy giáo TS. Bùi Văn Trường.
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 08 năm 2014

Tác giả luận văn

Nguyễn Trung Kiên

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ SỰ CỐ ĐẬP ĐẤT VÀ TÌNH HÌNH NGHIÊN
CỨU THẤM CƠNG TRÌNH ĐẬP ............................................................................ 4
1.1. Tình hình xây dựng đập đất trên thế giới và ở 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 ......................................................... 7
1.2. Tổng quan về sự cố cơng trình đập .................................................................. 10
1.2.1. Nguyên nhân khách quan .............................................................................. 11
1.2.2. Nguyên nhân chủ quan .................................................................................. 11
1.2.3. Một số sự cố vỡ đập điển hình trên thế giới ................................................. 13
1.2.4. Một số sự cố công trình đập ở Việt Nam ...................................................... 18
1.3. Tình hình nghiên cứu về thấm ở thân và nền đập ............................................ 22
1.4. Kết luận chương 1 ............................................................................................ 24
CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP XỬ LÝ SỰ CỐ ĐẬP ĐẤT DO THẤM25
2.1. Cơ sở lý thuyết thấm ......................................................................................... 25
2.1.1. Tầm quan trọng của lý thuyết thấm ............................................................... 25
2.1.2. Nguyên nhân gây ra thấm .............................................................................. 26
2.1.3. Phân loại dòng thấm ....................................................................................... 26
2.1.4. Phân loại môi trường thấm ............................................................................. 29
2.1.5. Định luật thấm cơ bản .................................................................................... 30
2.2. Phương pháp giải bài toán thấm ........................................................................ 32
2.2.1. Phương pháp giải tích ..................................................................................... 32
2.2.2. Phương pháp mơ hình .................................................................................... 36
2.2.3. Phân tích thấm bằng mơ hình số .................................................................... 39
2.3. Giải pháp phịng chống thấm cho cơng trình đập ............................................ 42
2.3.1. Sân phủ chống thấm thượng lưu (sân trước) ................................................. 42
2.3.2. Tường chống thấm bằng các loại vật liệu mới như màng HDPE, thảm sét địa
kỹ thuật ..................................................................................................................... 43

2.3.3. Giải pháp chống thấm bằng tường răng kết hợp lõi giữa .............................. 44
2.3.4. Chân khay chống thấm .................................................................................. 45
2.3.5. Cừ chống thấm .............................................................................................. 46
2.3.6. Giải pháp chống thấm bằng tường hào Bentonite ......................................... 47
2.3.7. Chống thấm bằng khoan phụt truyền thống .................................................. 48
2.3.8. Giải pháp chống thấm bằng cọc xi măng - đất(XMĐ)[9] ............................. 50
2.4. Các giải pháp xử lý sự cố do thấm cho cơng trình đập ..................................... 51
2.4.1. Xử lý bằng phương pháp khoan phụt chống thấm[15] ................................. 52
2.4.2. Xử lý bằng phương pháp thi công tường hào chống thấm trong thân đập[11]52
2.4.3. Xử lý bằng phương pháp thi công cọc xi măng đất ...................................... 53
2.4.4. Xử lý bằng sân phủ và tường nghiêng chống thấm ...................................... 54
2.4.5. Xử lý bằng cừ chống thấm ............................................................................. 55
2.5. Đánh giá, lựa chọn giải pháp xử lý sự cố do thấm ............................................ 55
2.6. Kết luận chương 2 ............................................................................................ 56
CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ XỬ LÝ SỰ CỐ ĐẬP ĐẤT HỒ CHỨA NƯỚC BẢN
MUÔNG – THÀNH PHỐ SƠN LA ........................................................................ 58
3.1. Giới thiệu cơng trình ........................................................................................ 58
3.1.1. Điều kiện địa chất cơng trình ........................................................................ 59
3.1.2. Điều kiện địa chất thủy văn ............................................................................. 65
3.1.3. Kết quả đo địa vật lý ....................................................................................... 67
3.1.4. Đánh giá điều kiện địa chất cơng trình ............................................................. 70
3.2. Sự cố cơng trình ............................................................................................... 71
3.3. Ngun nhân sự cố ........................................................................................... 72
3.3.1. Phương pháp khảo sát xác định nguyên nhân ............................................... 72
3.3.2. Kết quả xác định nguyên nhân ...................................................................... 73
3.3.3. Đánh giá nguyên nhân ................................................................................... 74
3.4. Phân tích lựa chọn giải pháp xử lý sự cố do thấm ........................................... 74
3.5. Thiết kế phương án xử lý sự cố ....................................................................... 75
3.5.1. Cơ sở thiết kế phương án xử lý .................................................................. 75

3.5.2. Yêu cầu chung của thiết kế phương án xử lý ............................................ 75
3.5.3. Khoan phụt thí nghiệm ................................................................................... 80
3.5.4. Thiết kế khoan phụt xử lý sự cố do thấm .................................................... 82
3.5.5. Công tác kiểm tra ........................................................................................... 88
3.5.6. Một số yêu cầu kỹ thuật chi tiết ..................................................................... 89
3.5.7. Hồ sơ hoàn cơng ............................................................................................. 89
3.5.8. An tồn lao động ............................................................................................ 90
3.6. Xử lý khớp nối cống và bê tông thành cống ..................................................... 90
3.6.1. Giải pháp kỹ thuật và phương án xử lý .......................................................... 90
3.6.2. Biện pháp kỹ thuật sửa chữa chi tiết của phương án ..................................... 91
3.7. Tính tốn kiểm tra ổn định thấm trước và sau khoan phụt xử lý sự cố thấm –
Cơng trình Hồ chứa nước Bản Mng, thành phố Sơn La ...................................... 92
3.7.1. Giới thiệu Module SEEP/W trong phân tích thấm ........................................ 92
3.7.2. Giải bài tốn thấm bằng phương pháp phần tử hữu hạn[7] ........................... 94
3.7.3. Phân tích lựa chọn mặt cắt và trường hợp tính tốn ...................................... 95
3.7.4. Cơ sở số liệu ................................................................................................... 96
3.7.5. Xây dựng mô hình bài tốn ............................................................................ 96
3.7.6. Phân tích kết quả tính toán ............................................................................. 97
3.8. Kết luận chương 3 .......................................................................................... 100
KẾT LUẬN ............................................................................................................ 101


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
CHƯƠNG 1
Hình 1.1. Các loại đập trên thế giới ............................................................................4
Hình 1.2. Đập đất Hirakud, Orissa, India[24] .............................................................6
Hình 1.3. Đập đất Nurek, Tajikistan[28] ....................................................................6
Hình 1.4. Đập đất Oroville, California, United States[29] .........................................7

Hình 1.5. Đập thủy điện Hịa Bình[2] .........................................................................9
Hình 1.6. Đập Ea súp – Đắc Lắk[10] ........................................................................10
Hình 1.7. Đập Núi Cốc – Thái Nguyên[10] ..............................................................10
Hình 1.8. Sự cố vỡ đập Teton, Hoa Kỳ .....................................................................13
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............................................18
Hình 1.14. Tràn xả lũ Dầu Tiếng[10]........................................................................18
Hình 1.15. Đập Suối Hành, Cam Ranh, Khánh Hịa[22] ..........................................19
Hình 1.16. Hồ chứa nước Suối Trầu, Ninh Hịa, Khánh Hịa[23] ............................21
Hình 1.17. Các loại đập đất[21] ................................................................................22
CHƯƠNG 2
Hình 2.1. Sơ đồ áp lực thấm tác dụng lên bản đáy đặt ngay trên mặt nền…………32
Hình 2.2. Sơ đồ phân miền thấm theo phương pháp hệ số sức kháng ...................... 33
Hình 2.3. Sơ đồ tính thấm theo phương pháp tỷ lệ đường thẳng ..............................36
Hình 2.4. Sơ đồ lưới sai phân ....................................................................................39
Hình 2.5. Lưới sai phân và các loại ô trong mô hình ...............................................40
Hình 2.6. Sơ đồ phần tử tam giác .............................................................................40
Hình 2.7. Minh họa khả năng làm việc của SEEP/W ...............................................42
Hình 2.8. Bố trí sân trước bằng đất sét......................................................................43


Hình 2.9. Giải pháp đắp sân phủ thượng lưu ............................................................43
Hình 2.10. Màng địa kỹ thuật chống thấm GCL và HDPE[14] ................................44
Hình 2.11. Sơ đồ thấm qua đập có tường lõi + chân răng ........................................44
Hình 2.12. Các hình thức bố trí chân khay ...............................................................46
Hình 2.13. Cấu tạo và kích thước một số bản cừ bằng bê tơng cốt thép ..................46
Hình 2.14. Tường hào chống thấm bằng Bentonite .................................................47

Hình 2.15. Thi cơng tường chống thấm bằng biện pháp đào hào trong....................48
Hình 2.16. Nguyên lý một số công nghệ khoan phụt chống thấm cho .....................49
Hình 2.17. Nút phụt đơn và nút phụt kép[5] .............................................................49
Hình 2.18. Sơ đồ tường cọc xi măng đất ..................................................................51
Hình 2.19. Sơ đồ giải pháp xử lý sự cố do thấm trong đập đất.................................56
Hình 2.20. Sơ đồ trình tự xử lý sự cố thấm trong đập đất.........................................56
CHƯƠNG 3
Hình 3.1. Đập Bản Mng – Thành phố Sơn La ......................................................58
Hình 3.2. Đổ chất chỉ thị màu trong hố khoan .........................................................66
Hình 3.3. Chất chỉ thị từ hố khoan chảy qua hang thấm, ..........................................66
Hình 3.4. Đo địa vật lý tìm vùng dị thường ở thân đập và nền đập ..........................68
Hình 3.5. Sơ đồ đo sâu điện bằng thiết bị kiểu Slumbeger .......................................68
Hình 3.6. Mặt cắt đẳng ơm tuyến dọc bên trái cống ngầm .......................................69
Hình 3.7. Mặt cắt điện ngang cống ngầm tuyến T1 (cắt qua hố khoan KM2) .........69
Hình 3.8. Mặt cắt điện ngang cống ngầm tuyến T2 (cắt qua hố khoan KM3) .........69
Hình 3.9. Mặt cắt điện ngang cống ngầm tuyến T3 (cắt qua hố khoan KM4) .........70
Hình 3.10. Mặt cắt điện ngang cống ngầm tuyến T4 (cắt qua điểm đo sâu ds14) ....70
Hình 3.11. Sự cố tại vị trí tháp van cơng trình Hồ chứa nước Bản Mng ..............72
Hình 3.12. Mặt cắt địa chất cơng trình dọc tuyến bên trái cống ngầm .....................73
Hình 3.13. Kiểm tra, đánh giá hiện trạng tại vị trí khớp nối thứ 2 kể từ tháp van ....74
Hình 3.14. Sơ đồ bố trí các hố khoan phụt thí nghiệm .............................................81
Hình 3.15. Sơ đồ khoan phụt.....................................................................................84
Hình 3.16. Các sơ đồ của bài toán thấm trong SEEP/W[13] ....................................93


Hình 3.17. Cơ sở lý thuyết của SEEP/W ..................................................................93
Hình 3.18. Chia phần tử hữu hạn ..............................................................................94
Hình 3.19. Mơ hình tính toán ổn định thấm dọc mang bên trái cống ngầm .............96
Hình 3.20. Mơ hình tính tốn ổn định thấm dọc mang bên phải cống ngầm............96
Hình 3.21. Mơ hình tính tốn ổn định thấm dọc mang bên trái cống ngầm .............96

Hình 3.22. Mơ hình tính tốn ổn định thấm dọc mang bên phải cống ngầm............97


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
CHƯƠNG 1
Bảng 1.1. Thống kê đập đất cao trên thế giới (ICOLD) .............................................5
Bảng 1.2. Các hồ chứa thủy lợi, thủy điện quan trọng[6] ...........................................8
CHƯƠNG 2
Bảng 2.1. Hệ số phụ thuộc tính chất đất nền C .........................................................35
CHƯƠNG 3
Bảng 3.1. Bảng tổng hợp chỉ tiêu cơ lý của lớp 2 (tuyến cống ngầm)......................60
Bảng 3.2. Bảng tổng hợp chỉ tiêu cơ lý của lớp 3 (tuyến cống ngầm)......................61
Bảng 3.3. Bảng tổng hợp chỉ tiêu cơ lý của lớp 4 (tuyến cống ngầm).....................62
Bảng 3.4. Bảng tổng hợp chỉ tiêu cơ lý của lớp 2 (tuyến tim ngang đập) ................64
Bảng 3.5. Kết quả thí nghiệm thấm đất đắp thân đập và nền đập .............................67
Bảng 3.6. Thành phần vữa xi măng-sét ổn định .......................................................78
Bảng 3.7. Chọn nồng độ vữa phụt.............................................................................78
Bảng 3.8. Kết quả tính tốn thấm trước và sau khi khoan phụt ................................99


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU
h

: Cột nước tổng

u

: Áp lực nước lỗ rỗng

γw

: Trọng lượng riêng của nước

v

: Vận tốc dòng thấm

g

: Gia tốc trọng trường

Z

: Cột nước thế

σ'

: Ứng suất hiệu quả

σ

: Ứng suất tổng

Q

: Lưu lượng dòng thấm

K

: hệ số thấm

Δh

: Chênh lệch cột nước

l

: Chiều dài dòng thấm

F

: Tiết diện ướt của dòng thấm

J

: Độ dốc thủy lực (Gradient thấm)

R

: Hệ số Reynolds

d

: Đường kính hiệu dụng của hạt đất

e

: Hệ số rỗng của đất

ν

: Hệ số nhớt động học

ξi

: Hệ số sức kháng

q

: Lưu lượng thấm đơn vị

Ltt

: Chiều dài tính tốn của dịng thấm

Lđ

: Chiều dài tổng cộng của các đoạn đường viền thấm
đứng hoặc nghiêng góc >45o so với phương ngang

Ln

: Chiều dài tổng cộng của các đoạn đường viền nằm
ngang, hoặc nghiêng góc α < 450 so với phương ngang

H

: Độ chênh lệch mực nước thượng, hạ lưu

C

: Hệ số phụ thuộc tính chất đất nền

Jđ

: Gradient thấm theo phương đứng

vđ

: Vận tốc thấm theo phương đứng


Jn

: Gradient thấm theo phương ngang

vn

: Vận tốc thấm theo phương đứng

T

: Chiều dài bình quân của tầng thấm

m

: Hệ số mái của đập ở thượng, hạ lưu

Qxả

: Lưu lượng thiết kế của tràn xả lũ

W

: Độ ẩm của đất

ρ

: Khối lượng thể tích tự nhiên

ρk

: Khối lượng thể tích khô

Δ

: Khối lượng riêng

e

: Hệ số rỗng

n

: Độ lỗ rỗng

G

: Độ bão hòa

Wl

: Giới hạn chảy

Wp

: Giới hạn dẻo

Ip

: Chỉ số dẻo

Is

: Chỉ số chảy

Ctt

: Lực dính kết

ϕtt

: Góc ma sát trong

a1-2

: Hệ số nén lún

E1-2

: Mô đun biến dạng tổng

Ptkế

: Áp lực phụt thiết kế tối đa cho đoạn phụt

<N>

: Hàm dạng của phần tử

{X}, {Y}

: Tọa độ của các điểm nút phần tử

[B]

: Ma trận Gradient

[C]

: Ma trận hệ số thấm của phần tử

{H}

: Cột nước tại các điểm nút

<M>

: Ma trận khối lượng

[K]

: Ma trận cứng(K)

{Q}

: Vector lưu lượng nút


1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Đập đất là một loại đập xây dựng bằng các loại đất hiện có ở vùng xây dựng
như: sét, á sét, á cát, cát, sỏi, cuội… Đập đất có cấu tạo đơn giản, vững chắc, có khả
năng cơ giới hóa cao khi thi cơng 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[18].
Đập đất là loại đập có ưu điểm tận dụng được vật liệu tại chỗ, sẵn có ở nơi
xây dựng cơng trình, giá thành xây dựng rẻ so với các loại đập khác có cùng quy
mơ. Tuy nhiên, đập đất cũng chứa đựng nhiều rủi ro, dễ xảy ra sự cố mất an toàn
cho đập nếu công tác thiết kế và thi công không đảm bảo các yêu cầu trong xử lý
nền móng, chọn kết cấu đập, quy hoạch vật liệu đất đắp hợp lý, đầm nén đảm bảo
độ chặt và độ đồng đều của từng lớp đắp… Nguyên nhân gây mất an toàn hồ chứa
xây dựng bằng đập vật liệu địa phương theo thống kê do thấm gây ra chiếm một tỷ
lệ khá lớn.
Trên cả nước có gần 7.000 hồ chứa thủy lợi, thủy điện đang hoạt động, các
hồ chứa này đã phát huy hiệu quả, góp phần quan trọng trong phát triển kinh tế - xã
hội, đặc biệt là phát triển nông nghiệp, ổn định đời sống nhân dân[17]. Qua nhiều
năm trong công tác khảo sát, thiết kế, thi công, quản lý vận hành cơng trình và khắc
phục các sự cố, cùng với sự phát triển của công nghệ mới… đã rút được nhiều kinh

nghiệm trong công tác xây dựng đập đất, cho nên đã khắc phục được những tồn tại
và thiếu sót trước đây và không ngừng phát triển lớn mạnh về mọi mặt. Tuy nhiên,
chúng ta cũng cần phải xem xét đánh giá nguyên nhân gây sự cố thấm qua đập, để
nghiên cứu đề ra những giải pháp, công nghệ xử lý chống thấm hiệu quả, nhằm
khắc phục, hạn chế những sự cố xảy ra.
Hồ chứa nước Bản Muông, thành phố Sơn La được Bộ Nông nghiệp và Phát
triển Nông thôn phê duyệt thiết kế kỹ thuật, tổng dự toán theo Quyết định số
2390/QĐ-BNN/ĐTXDCB ngày 01/7/1999. Cơng trình đã xây dựng hồn thành và
đưa vào sử dụng từ năm 2004.
Ngày 25/6/2013, Công ty Cổ phần khai thác cơng trình thủy lợi tỉnh Sơn La
(đơn vị quản lý vận hành) báo cáo đã phát hiện một hố sụt tiếp giáp với tháp cống


2

lấy nước phía vai tả đập, có đường kính khoảng 0,80 m, sâu khoảng 2,10 m nằm
trên mực nước hồ hiện tại 1,66 m (mực nước hồ tại thời điểm đó ở cao trình 795,40
m cách cao trình tràn xả lũ 2,66 m).
Để đảm bảo cho sự an toàn của cơng trình trong q trình vận hành khai thác
sau này, cần xác định được nguyên nhân của hiện tượng nói trên, từ đó đề ra biện
pháp xử lý hữu hiệu và kinh tế. 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 cơng
trình hồ chứa nước Bản Mng, thành phố Sơn La” cũng nhằm giải quyết
những vấn đề trên.
2. Mục đích nghiên cứu
Mục đích chính của đề tài là nghiên cứu nguyên nhân gây ra sự cố và cơ sở
lý thuyết thấm để lựa chọn, đề xuất phương pháp tính tốn và giải pháp phù hợp xử
lý sự cố thấm đập đất, từ đó ứng dụng cho cơng trình cụ thể Hồ chứa nước Bản
Muông, thành phố Sơn La.
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 cơng trình đập;
- Cơ sở lý thuyết thấm và phương pháp giải bài toán thấm;
- Các giải pháp xử lý sự cố do thấm cho cơng trình đập đất;
- Nguyên nhân gây ra và giải pháp xử lý sự cố cơng trình hồ chứa nước Bản
Mng, thành phố Sơn La.
4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu sự cố thấm của đập đất, công nghệ chống thấm và ứng dụng
công nghệ chống thấm cho Hồ chứa nước Bản Muông – thành phố Sơn La.
5. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp thu thập, tổng hợp và phân tích tài liệu thực tế (tài liệu khảo
sát địa chất, tài liệu thiết kế, tài liệu hồn cơng…) để làm rõ ngun nhân gây sự cố
cơng trình đập đất;
- Phân tích và tính tốn lý thuyết để lựa chọn phương pháp tính tốn, giải
pháp hợp lý xử lý sự cố thấm đập đất;


3

- Phương pháp phần tử hữu hạn, phương pháp mô hình số với việc sử
dụng phần mềm Geo-slope để phân tích bài tốn thấm, xác định ngun nhân,
kiểm tra ổn định thấm của đập.
6. Kết quả đạt được
- Chỉ rõ ngun nhân dẫn đến sự cố cơng trình đập đất;
- Đề xuất phương pháp tính tốn và giải pháp phù hợp xử lý sự cố thấm đập
đất theo hướng trước mắt và lâu dài đảm bảo an tồn cơng trình;
- Kết quả ứng dụng thiết kế giải pháp xử lý sự cố do thấm cho cơng trình
thực tế: Hồ chứa nước Bản Muông, thành phố Sơn La.
7. Cơ sở tài liệu luận văn
- Báo cáo kết quả khảo sát, kiểm tra, đánh giá hiện trạng sự cố cơng trình;

- Bài giảng Thấm và cơng trình đất – Bộ mơn Địa kỹ thuật - Trường đại học
Thuỷ lợi;
- Hồ sơ thiết kế bản vẽ thi công hồ chứa nước Bản Muông do Trung tâm
khoa học & Triển khai kỹ thuật Thuỷ lợi – Trường đại học Thuỷ lợi;
- Một số sự cố cơng trình thủy lợi ở Việt Nam và các biện pháp xử lý;
- Quy trình xác định độ thấm nước của đá bằng phương pháp thí nghiệm đổ
nước và ép nước vào hố khoan;
- Quy phạm kỹ thuật an toàn trong xây dựng TCVN 5308-91;
- Tiêu chuẩn kỹ thuật khoan phụt xi măng vào nền đá TCVN 8645:2011;
- Công trình thủy lợi – Yêu cầu kỹ thuật khoan phụt vữa gia cố đê TCVN
8644:2011;
- Tiêu chuẩn ngành 14TCN72 – 2002: Nước dùng cho bê tông thủy công –
Các yêu cầu kỹ thuật.


4

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ SỰ CỐ ĐẬP ĐẤT VÀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU THẤM
CƠNG TRÌNH ĐẬP
1.1.

Tình hình xây dựng đập đất trên thế giới và ở 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[25].

 

Hình 1.1. Các loại đập trên thế giới
Trong đó, đập đất chiếm 62% (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 cơng và
trong đa số các trường hợp. Ngồi ra, nhờ sự phát triển của nhiều lĩnh vực khoa học
như Cơ học đất, lý thuyết thấm, địa chất thủy văn, địa chất cơng trình… cũng như
ứng dụng rộng rãi của cơng nghệ chống thấm, cơ giới hóa trong thi cơng cho nên
đập đất ngày càng có xu hướng phát triển mạnh.


5

Bảng 1.1. Thống kê đập đất cao trên thế giới (ICOLD)
Tên đập

Chiều cao

Quốc gia

(m)

ROGUN (C)

335

Tajikistan

NUREK

300

Tajikistan

MANUEL MORENO TORRES (CHICOASÉN)

262

Mexico

TEHRI (THDC)

260

India

BADOOSH

256

Iraq

MICA

243

Canada

OROVILLE

235

United States of America

BEKHME (C)

230

Iraq

IRAPÉ

209

Brazil

ITAIPU

196

Paraguay/Brazil

SEVEN OAKS DAM

193

United States of America

NEW MELONES

190

United States of America

LA PAROTA

189

Mexico

TUPOLANG/MUSH

188

Uzbekistan

EL CAJÓN

186

Mexico

MAOPINGXI

185

China

BENNETT W.A.C.

183

Canada

DON PEDRO MAIN

178

United States of America

SIKIA (C)

170

Greece

CHANGLING

170

China


6

 

Hình 1.2. Đập đất Hirakud, Orissa, India[24]

 

Hình 1.3. Đập đất Nurek, Tajikistan[28]

7

 

Hình 1.4. Đập đất Oroville, California, United States[29]
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 sơng có chiều dài từ 10 km trở lên, trong đó có
109 sơng chính. Tồn quốc có 16 lưu vực sơng 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 ngồi diện
tích lãnh thổ chiếm đến 72%[16]. Tiềm năng khai thác hợp lý về thủy điện của cả
nước ước khoảng 60 tỷ KWh. Có các hệ thống sơng như sơng Đồng Nai, sơng
Hồng, sông Đáy, sông Mê Kông, sông Cả, sông Mã…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.


8

Theo thống kê của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nơng thơn, tính đến năm 2002,
cả nước ta có 1967 hồ (dung tích mỗi hồ trên 2.105 m3). Trong đó có 10 hồ thủy điện có
dung tích 19 tỷ m3, cịn lại là 1957 hồ thủy nơng với dung tích 5.842 tỷ m3[16].
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…
Bảng 1.2. Các hồ chứa thủy lợi, thủy điện quan trọng[6]
Lưu vực

Số lượng

sông

hồ chứa

1

Hồng

8

2

Mã

5

3

Cả

4

4

Hương

4

STT

5
6
7
8

Vu Gia –
Thu Bồn
Trà Khúc
Kơn – Hà
Thanh
Ba

6
2
3
5

Tên hồ chứa
Sơn La, Hịa 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 sơng A Sáp thuộc lưu vực sông Sê Kông)
A Vương, Đắk Mi 4, Sông Tranh 2, Sông Bung
2, Sông Bung 4 và Đắk Mi 1)
Đak Đrinh và Nước Trong
Vĩnh Sơn A – Vĩnh Sơn B, Bình Định và Núi
Một
Sơng Ba Hạ, Sông Hinh, Krông Hnăng, Ayun
Hạ và cụm hồ An Khê – Kanak


9

Lưu vực

Số lượng

sông

hồ chứa

9

Sê San

5

10

Srêpốk

6

STT

Tên hồ chứa
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,

11

Đồng Nai

13

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

 

Hình 1.5. Đập thủy điện Hịa Bình[2]


10

 

Hình 1.6. Đập Ea súp – Đắc Lắk[10]

 

Hình 1.7. Đập Núi Cốc – Thái Nguyên[10]
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 cơng 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[12]:


11

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, khơng có tràn xả lũ dự phịng;

-

Cửa đập tràn bị kẹt;

-

Hỏng khớp nối của cơng trình;

-

Cống bị thủng;

-

Thiết bị tiêu nước bị tắc;

-

Lún đột biến do chất lượng nền kém;

-

Nước hồ chứa dâng cao đột ngội 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 hịa;

-

Tiêu thốt nước mưa trên mặt mái hạ lưu khơng tốt, khi mưa kéo dài tồn
thân đập bị bão hịa nước ngồi dự kiến của thiết kế.

1.2.2. Ngun nhân chủ quan
1.2.2.1.

Nguyên nhân về khảo sát

Công tác khảo sát địa hình, địa chất đóng vai trị quan trọng trong việc cung
cấp tài liệu cho thiết kế, thi công.
Công tác khảo sát địa chất cơng trình nhằm đánh giá điều kiện địa chất cơng
trình khu vực xây dựng và đề xuất các giải pháp xử lý các vấn đề địa chất cơng trình

có thể gặp trong q trình thiết kế, thi cơng. Một số sai sót trong q trình khảo sát
địa chất cơng trình có thể dẫn đến các sự cố như:
-

Đánh giá sai tình hình địa chất nền, để sót lớp thấm mạnh khơng 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, khơng thí nghiệm đầy đủ các chỉ tiêu


12

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
khơng hợp lý;
-

Đắp đất cơng trình khơng 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 ngun nhân trong các sự cố cơng trình đập là sai sót trong
khâu tính tốn thiết kế cơng trình:
-

Tính tốn 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 cơng khơng có biện pháp xử lý khớp nối thi cơng do phân
đoạn đập để đắp trong q trình thi công;

-

Thiết kế chọn tổ hợp tải trọng không phù hợp với thực tế, chọn sai sơ đồ tính
tốn ổn định;

1.2.2.3. Nguyên nhân về thi công
Đây là nguyên nhân quan trọng, có ảnh hưởng lớn đến an tồn đập. Có nhiều
yếu tố trong q trình thi cơng 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;


13

-

Thi cơng lớp gia cố kém chất lượng: Kích thước đá lát hoặc tấm bê tông nhỏ
hơn thiết kế; chất lượng đá hoặc bê tông kém; đá lát đặt nằm, khơng chèn
chặt các hịn đá;

-

Đất mái đập thượng lưu đầm nện không chặt, hoặc không xén mái;

-

Biện pháp thi công xử lý nền không đảm bảo chất lượng: khoan phụt khơng
đạt u cầu; hót khơng sạch lớp bồi tích; thi công chân khay, sân phủ kém
dẫn đến thủng lớp cách nước; khơng bóc hết lớp thảo mộc ở các vai đập;

-

Thi công đắp đập không đúng thiết kế, như: Chiều dày lớp đắp lớn hơn so
với thiết kế, số lần đầm ít hơn thiết kế. Phần tiếp giáp giữa các lớp đắp, các

khối đắp và phần mang cống thường thi công không đảm bảo, độ chặt kém.

1.2.3. Một số sự cố vỡ đập điển hình trên thế giới
1.2.3.1.

Sự cố đập Teton[10]

Đập đất Teton được xây dựng trên sông Teton, bang Idaho, Tây Bắc nước
Mỹ. Đập có chiều cao 93m, chiều dài ở đỉnh 940m, đáy rộng 520m.

Hình 1.8. Sự cố vỡ đập Teton, Hoa Kỳ
Đập Teton là một đập đất ở Idaho, Hoa Kỳ, được xây dựng bởi Cục khai
hoang, một trong 08 cơ quan Liên bang có thẩm quyền để xây dựng đập. Đập nằm
trên sơng Teton ở phía đơng của bang, giữa Fremont và Madison, nó đã xảy ra sự cố
thảm khốc ngày 05/06/1976 khi nó đang được đắp lần đầu tiên.
Đập được xây dựng phía đơng sơng Snake trong nhiều năm, để điều tiết dòng
chảy và cung cấp nước phục vụ sinh hoạt vào mùa hè.


14

Địa tầng khu vực xây dựng đập bao gồm đá bazan và đá ryolite, cả hai đều
được coi là không phù hợp cho việc xây dựng đập vì tính thấm cao. Điều này đã
được đánh giá bằng kết quả thí nghiệm địa chất thủy văn. Kết quả khoan khảo sát
địa chất cơng trình cũng chỉ ra nõn khoan của đá ở đập có nhiều khe nứt và khơng
ổn định, đặc biệt là phía bên phải của thung lũng. Các kẽ nứt rộng nhất được xác
định lên đến 4,3cm. Đơn vị thi công đã tiến hành khoan phụt tạo màn chống thấm
trong đá.
Đập được hoàn thành vào tháng 11 năm 1975, và q trình đắp đập được thi
cơng với lớp dày 0,3m/ngày. Tuy nhiên, tuyết rơi nặng vào mùa đông, và 05 tháng

sau đó, nhà thầu yêu cầu cho phép đắp với khối lượng gấp đôi mỗi ngày, trong khi
tiếp tục kiểm tra các vết rò rỉ và quan trắc mực nước ngầm. Một tháng sau, mặc dù
quan trắc chỉ ra rằng mực nước ngầm đang chảy nhanh hơn tốc độ ban đầu đến
1000 lần, quá trình đắp vẫn được thi công với chiều dày các lớp đắp lên đến
1,2m/ngày.
Ngày 03 và 04/06/1976, ba dòng chảy nhỏ được phát hiện ở hạ lưu của đập,
mặc dù nước chảy qua các vết rị rỉ là khá rõ ràng. Ở thời điểm đó, hồ chứa hầu như
đã tích nước hết cơng suất. Trường hợp khẩn cấp đã được thơng báo khi nó có thể
mang 24m3 nước/giây.
7 giờ 30 phút sáng ngày 05/06/1976, qua những vết rò rỉ xuất hiện bùn được
cuốn theo, nhưng những người kỹ sư cho rằng đó là vấn đề khơng đáng quan tâm.
Lúc 9 giờ 30 phút, dịng chảy bề mặt ở hạ lưu của đập đã phát triển một điểm ẩm
ướt bắt đầu xả nước với tốc độ 0,57-0,85m3/giây và vật liệu đắp bắt đầu bị rửa trôi.
Lúc 11 giờ 55 phút, đỉnh đập cong võng và sụp đổ mang theo 57.000 m3 nước và
đất đá đi mỗi giây.
Sự sụp đổ của đập dẫn đến cái chết của 11 người và 13.000 đầu gia súc. Đập
chi phí khoảng 100 triệu USD để xây dựng, và chính phủ liên bang phải trả hơn 300
triệu USD trong khắc phục những sự cố liên quan nó. Tổng số ước tính thiệt hại lên
đến 2 tỷ USD.