Nghiên cứu trạng thái ứng suất biến dạng của hào bentonite chống thấm bằng phương pháp phần tử hữu hạn

LỜI CẢM ƠN
Sau một thời gian dài tập trung nghiên cứu và làm việc nghiêm túc, tác
giả đã hoàn thành luận văn đúng thời hạn theo quy định nhà trường đã giao.
Có được kết quả trên, trước tiên tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đến
thầy giáo PGS.TS. Nguyễn Cảnh Thái đã dành nhiều thời gian, tâm huyết, tận
tình hướng dẫn để tác giả hoàn thành luận văn này.
Tác giả xin chân thành cảm ơn các giảng viên khoa sau Đại học,
trường Đại học Thủy lợi đã tận tình giảng dạy, giúp đỡ, truyền đạt kiến thức
tới tác giả trong suốt quá trình học tập ở Đại học cũng như trong quá trình học
Cao học.
Tác giả xin trân trọng cảm ơn tới Ban giám đốc Sở NN&PTNT Nghệ
An, Phòng QLXD cơng trình đã tạo điều điện thuận lợi về thời gian để tác giả
có thời gian nghiên cứu và hồn thành luận văn này
Tác giả xin bày tỏ lịng biết ơn đến Gia đình đã ni dưỡng, động viên
và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tác giả học tập và nghiên cứu.
Cuối cùng, tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành đến bạn bè, những
người đã luôn nhiệt tình giúp đỡ tác giả để hồn thành tốt luận văn này.
Hà Nội, ngày 25 tháng 5 năm 2012

Vũ Quý Phát


LỜI CAM KẾT

Tên tôi là: Vũ Quý Phát
Học viên lớp: 18C21
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tơi. Những nội
dung và kết quả trình bày trong luận văn là trung thực và chưa được ai cơng
bố trong bất kỳ cơng trình khoa học nào.

Tác giả luận văn

Vũ Quý Phát


MỤC LỤC
PHẦN MỞ ĐẦU .......................................................................................... 1
I. Tính cấp thiết của đề tài .......................................................................... 1
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐẬP VẬT LIỆU ĐỊA PHƯƠNG ........ 3
1.1. Vai trò của nguồn nước và đập đất ......................................................... 3
1.2. Các sự cố cơng trình do dòng thấm gây ra......................................... 4
1.3. Những biện pháp chống thấm khi xây dựng cơng trình mới ........... 7
1.3.1 Chống thấm thân đập............................................................................ 7
1.3.2. Chống thấm cho nền đập ................................................................... 10
1.4. Những biện pháp chống thấm cho cơng trình đã xây dựng ........... 12
1.4.1. Chống thấm cho đập đất bằng vải địa kỹ thuật................................. 12
1.4.2. Chống thấm bằng công nghệ khoan phụt chống thấm ...................... 13
1.4.3. Chống thấm bằng công nghệ tường hào Bentonite ........................... 17
1.4.4. Công nghệ chống thấm bằng tường hào đất-bentonite……………...20
CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN ỨNG SUẤT- BIẾN
DẠNG TƯỜNG HÀO ĐẤT - BENTONITE........................................... 27
2.1. Trạng thái ứng suất- biến dạng hào đất- bentonite và đất nền..... 27
2.1.1. Trạng thái ứng suất tại chỗ ở đất đắp từ hỗn hợp đất-bentonite ...... 27
2.1.2 Biến dạng của Tường chống thấm đất-bentonite và phần đất xung
quanh ........................................................................................................... 32
2.2. Các phương pháp tính tốn ứng suất- biến dạng ............................ 37
2.3. Giải bài toán ứng suất- biến dạng bằng phương pháp PTHH ....... 38
2.3.1. Nội dung cơ bản phương pháp phần tử hữu hạn............................... 38
2.3.2. Giải bài toán US - BD và cố kết bằng phương pháp PTHH ............ 38
2.4. Các mơ hình vật liệu trong phương pháp PTHH ............................ 48
2.4.1 Mơ hình đàn hối tuyến tính................................................................. 48

2.4.2 Mơ hình Mohr – Coulomb (mơ hình dẻo tuyệt đối)............................ 49
2.4.3. Mơ hình đất mềm (soft – soil)............................................................ 49
2.4.4. Mơ hình Hardening soil (Mơ hình tăng bền kép) .............................. 49
2.4.5. Mơ hình tương tác giữa tường hào và đất trong PP PTHH.............. 51
2.5. Lựa chọn mơ hình vật liệu trong tính tốn ...................................... 51
2.6. Lựa chọn phần mềm tính toán .......................................................... 51
CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT BIẾN DẠNG
CỦA TƯỜNG HÀO ĐẤT- BENTONITE............................................... 52
3.1. Đặt vấn đề ............................................................................................ 52
3.2. Ảnh hưởng của bề rộng hào đến ứng suất- biến dạng hào đấtbentonite trong quá trình cố kết............................................................... 52
3.2.1. Mặt cắt điển hình tính tốn................................................................ 52
3.2.2. Chỉ tiêu cơ lý trong tính tốn............................................................. 53
3.2.3. Mơ hình hóa các bước tính tốn trong tổ hợp................................... 54
3.2.4. Kết quả tính toán ............................................................................... 56
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ................................................................... 82
1. KẾT LUẬN.............................................................................................. 82
2. NHỮNG HẠN CHẾ ................................................................................ 83
3. KIẾN NGHỊ............................................................................................. 83


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1. Sự cố thấm mái hạ lưu đập Am Chúa- Khánh Hịa......................... 5
Hình 1.2. Mạch sủi hạ lưu đập Am Chúa- Khánh Hịa.................................... 5
Hình 1.3. Sình lầy do thấm hạ lưu đập Kim Sơn- Hà Tĩnh .............................. 6
Hình 1.6. Đập đất đồng chất có tường răng. ................................................. 10
Hình 1.7. Đập có tường nghiêng chân răng, tường lõi chân răng ................ 11
Hình 1.8. Chống thấm cho nền bằng bản cọc ................................................ 11

Hình 1.9. Chống thấm bằng tường nghiêng sân phủ ..................................... 12
Hình 1.10. Chống thấm bằng vải địa kĩ thuật ................................................ 13
Hình 1.11. Nguyên lý một số cơng nghệ khoan phụt chống thấm.................. 14
Hình 1.12. Phạm vi ứng dụng của các loại khoan phụt ................................. 14
Hình 1.13. Sơ đồ khoan phụt có nút bịt.......................................................... 15
Hình 1.14. Thi cơng cọc xi măng đất ............................................................. 16
Hình 1.16. Thi cơng hào chống thấm ............................................................. 20
Hình 1.17. Một số cơng trình hào đất- bentonite được xây dựng .................. 23
Hình 2.1 Ảnh hưởng của áp lực cố kết đến hệ số thấm.................................. 27
Hình 2.2. Đồ thị ứng suất theo chiều sâu của hào ........................................ 29
Hình 2.3. Biến dạng nền do thi cơng tường hào. ........................................... 32
Hình 2.4. Lún của nền lân cận do thi cơng tường hào (Cowland and Thorley
1985)................................................................................................................ 34
Hình 2.5. Ứng suất hiệu quả trong hào đất theo chiều rộng ......................... 37
Hình 2.6. Các điều kiện biên ......................................................................... 41
Hình 2.7 Sơ đồ xác định lượng nước thấm qua biên..................................... 46
Hình 3.1. Mơ hình sử dụng plaxis trong tính tốn ......................................... 53
Hình 3.2. Mơ hình lưới phần tử trong tính tốn............................................. 55
Hình 3.3. Phát sinh áp lực lỗ rỗng ban đầu ................................................... 55


Hình 3.4. Phát sinh ứng suất hiệu quả ban đầu ............................................. 56
Hình 3.5. Lưới chuyển vị hào B=,12m sau cố kết 30 ngày ............................ 57
Hình 3.6. Chuyển vị đứng hào B=1,2m sau cố kết 30 ngày.......................... 57
Hình 3.7. Ứng suất tổng σy hào B=1,2m sau cố kêt 30 ngày ....................... 58
Hình 3.8. Ứng suất tổng σy hào B=1,2m sau cố kết 30 ngày ........................ 58
Hình 3.9. Ứng suất hiệu quả thẳng đứng hào B=1,2m sau cố kết 30 ngày ... 59
Hình 3.10. Ứng suất hiệu quả σ'y hào B=1,2m sau cố kết 30 ngày .............. 59
Hình 3.11. Lưới chuyển vị hào B=1,2m sau cố kết 60 ngày .......................... 60
Hình 3.12. Chuyển vị đứng hào B=1,2m sau cố kết 60 ngày......................... 60

Hình 3.13. Ứng suất tổng σy hào B=1,2m sau cố kêt 60 ngày ..................... 61
Hình 3.14. Ứng suất tổng σy hào B=1,2m sau cố kết 60 ngày ...................... 61
Hình 3.15. Ứng suất hiệu quả thẳng đứng hào B=1,2m sau cố kết 60 ngày . 62
Hình 3.16. Ứng suất hiệu quả σ'y hào B=1,2m sau cố kết 60 ngày .............. 62
Hình 3.17. Lưới chuyển vị hào B=1,2m sau cố kết 90 ngày .......................... 63
Hình 3.18. Chuyển vị đứng hào B=1,2m sau cố kết 90 ngày......................... 63
Hình 3.19. Ứng suất tổng σy hào B=1,2m sau cố kêt 90 ngày ..................... 64
Hình 3.20. Ứng suất tổng σy hào B=1,2m sau cố kết 90 ngày ...................... 64
Hình 3.21. Ứng suất hiệu quả thẳng đứng hào B=1,2m sau cố kết 90 ngày . 65
Hình 3.22. Ứng suất hiệu quả σ'y hào B=1,2m sau cố kết 90 ngày .............. 65
Hình 3.23. Lưới chuyển vị hào B=1,2m sau cố kết 180 ngày ........................ 66
Hình 3.24. Chuyển vị đứng hào B=1,2m sau cố kết 180 ngày....................... 66
Hình 3.25. Ứng suất tổng σy hào B=1,2m sau cố kêt 180 ngày ................... 67
Hình 3.26. Ứng suất tổng σy hào B=1,2m sau cố kết 180 ngày .................... 67
Hình 3.27. Ứng suất hiệu quả thẳng đứng hào B=1,2m sau cố kết 180 ngày68
Hình 3.28. Ứng suất hiệu quả σ'y hào B=1,2m sau cố kết 180 ngày ............ 68
Hình 3.29. Chuyển vị mặt hào B=0,9m theo thời gian……………………..…69


Hình 3.30. Chuyển vị mặt hào B=1,2m theo thời gian .................................. 72
Hình 3.31. Chuyển vị mặt hào B=1,5m theo thời gian .................................. 73
Hình 3.32. Chuyển vị mặt hào B=1,8m theo thời gian .................................. 75
Hình 3.33. Ứng suất, chuyển vị hào sau thời gian cố kết 30 ngày................. 76
Hình 3.34. Ứng suất, chuyển vị hào sau thời gian cố kết 60 ngày................. 77
Hình 3.35. Ứng suất, chuyển vị hào sau thời gian cố kết 90 ngày................. 78
Hình 3.36. Ứng suất, chuyển vị hào sau thời gian cố kết 180 ngày............... 79
Hình 3.37. Kết quả quan trắc lún…………………………………………………80
Hình 3.38. Ứng suất hiệu quả thẳng đứng tính tốn theo cơng thức (2.2)….80

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1. Thống kê một số công trình tường hào đất - bentonite..............................21
Bảng 3.1. Chuyển vị hào B=0,9m cố kết theo thời gian..................................69
Bảng 3.2. Ứng suất hiệu quả hào B=0,9m cố kết theo thời gian ....................70
Bảng 3.3. Chuyển vị hào B=1,2m cố kết theo thời gian..................................71
Bảng 3.4. Ứng suất hiệu quả hào B=1,2m cố kết theo thời gian ....................71
Bảng 3.5. Chuyển vị hào B=1,5m cố kết theo thời gian..................................72
Bảng 3.6. Ứng suất hiệu quả hào B=1,5m cố kết theo thời gian ....................73
Bảng 3.7. Chuyển vị hào B=1,8m cố kết theo thời gian..................................74
Bảng 3.8. Ứng suất hiệu quả hào B=1,8m cố kết theo thời gian ....................74


1

PHẦN MỞ ĐẦU
I. Tính cấp thiết của đề tài
Đập vật liệu địa phương là loại hình ngăn sơng được sử dụng phổ biến
ở nước ta cũng như trên toàn thế giới. Tận dụng được nguồn vật liệu sẵn có
phổ biến tại khu vực xây dựng cơng trình, giá thành xây dựng rẻ hơn rất nhiều
so với loại hình ngăn sơng khác. Trong quá trình khai thác sử dụng một số
đập đã xuất hiện một số những sự cố, hư hỏng, mất ổn định cơng trình. Có rất
nhiều ngun nhân dẫn đến sự cố, hư hỏng của đập đất như đầm nén khơng
tốt, sử lý tiếp giáp kém, thiết bị thốt nước bị hỏng, ảnh hưởng của dòng
thấm… Theo các báo cáo tổng kết trên thế giới, cơng trình thuỷ lợi làm bằng
vật liệu địa phương bị hư hỏng do dòng thấm gây ra là nguyên nhân lớn nhất
chiếm khoảng 35 ÷ 40% tổng số các nguyên nhân gây ra hư hỏng. Vì vậy việc
sử lý thấm cho đập, nền lúc thiết kế mới và lúc sửa chữa đóng vai trị rất quan
trọng đảm bảo cho sự hoạt động hiệu quả và an tồn của đập.
Những năm gần đây, đã có nhiều biện pháp chống thấm mới được áp

dụng cho các cơng trình thuỷ lợi nói chung và cơng trình đập đất nói riêng, đã
khắc phục được thấm tương đối tốt vấn đề đặt ra, đáp ứng được yêu cầu về kĩ
thuật và kinh tế. Trong đó cần phải kể đến công nghệ tường chống thấm thi
công bằng biện pháp đào hào trong dung dịch Bentonite. Công nghệ này tạo
nên các hố móng hẹp dài và rất sâu, vách hố móng được giữ ổn định bằng
dung dịch Bentonite. Ở nước ta một số đập như đập Dầu Tiếng, Am chúa,
Iakao, Easoup-Đắk Lắc, Dương Đông-Kiên Giang… đã được sử lý chống
thấm bằng công nghệ này và đều cho hiệu quả chống thấm tốt và giá thành
hợp lý. Tuy nhiên tất cả các cơng trình tường chống thấm thi cơng bằng biện
pháp đào hào trong dung dịch Bentonite được thi công ở nước ta từ năm 1999
(thời điểm cơng trình đầu tiên ở nước ta được áp dụng công nghệ thi công
tường chống thấm bằng biện pháp đào hào trong dung dịch Bentonite) cho tới


2

nay đều thiết kế hay kiểm tra chất lượng dựa theo kinh nghiệm hay số liệu của
các cơng trình đã có ở nước ngồi và số ít các cơng trình trong nước. Điều đó
đã gây rất nhiều khó khăn trong công tác thiết kế, thi công và công tác đánh
giá kiểm định chất lượng tường chống thấm. Hiện nay công tác thiết kế, nâng
cấp, sửa chữa nhằm mục tiêu an toàn hồ đập trong phạm vi cả nước đang
được chú trọng. Việc ứng dụng công nghệ xây dựng tường hào chống thấm
Bentonite có tính khả thi và hiệu quả cao. Do đó đặt ra vấn đề cần có sự
nghiên cứu đầu tư kĩ lưỡng, đề xuất biện pháp tiêu chuẩn thiết kế, thi cơng
thích hợp đơn giản là u cầu rất bức thiết.
II. Mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu trạng thái ứng suất biến dạng hào trong q trình thi cơng
tường chống thấm đất – bentonite. Tính tốn và phân tích kết quả, lập ra các
bảng biểu đồ thị giúp cho người thiết kế có thể lựa chọn nhanh hơn các thơng
số kỹ thuật hợp lý.

- Ứng dụng tính tốn cho một cơng trình cụ thể.
III. Phương pháp nghiên cứu
- Thu thập tài liệu: Trình tự thiết kế, thi cơng, cấp phối vật liệu, kích
thước tường hào ở một số cơng trình đã xây dựng
- Ứng dụng phần mềm Plaxis V8.5 tính tốn trạng thái ứng suất biến
dạng cho các tổ hợp khác nhau.
IV. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
- Áp dụng cơng nghệ mới kết hợp máy tính để giải quyết những vấn
đề ứng suất biến dạng của vách hào phục vụ công tác thiết kế, thi
công.
- Tiếp cận với công nghệ mới áp dụng vào thực tiễn khi xây dựng
mới, nâng cấp sửa chữa cơng trình ở nước ta.


3

CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ ĐẬP VẬT LIỆU ĐỊA PHƯƠNG
1.1. Vai trò của nguồn nước và đập đất
Nước chiếm vai trò rất quan trọng trong cuộc sống của con người là
thành phần quan trọng nhất của sự sống trên trái đất. Nguồn nước được sử
dụng vào công nghiệp nông nghiệp, sinh hoạt của con người chủ yếu là nước
ngọt. Trữ lượng nước ngọt chiếm tỷ trọng ít chỉ là một phần nhỏ trong trữ
lượng toàn thế giới. Do vậy việc giữ, sử dụng nước ngọt làm sao cho hợp lý
đảm bảo đủ cung cấp cho các ngành, nghề, sinh hoạt rất quan trọng. Hiện nay,
do hiện tượng biến đổi khí hậu tồn cầu trái đất nóng lên dẫn đến băng tan
nước biển ngày càng dâng cao, ô nhiễm môi trường… dẫn đến những chu
trình tuần hồn của nguồn nước khơng cịn như tự nhiên trước đây. Nguồn
nước ngọt ngày càng bị thu hẹp lại, đứng trước nguy cơ thiếu nước sinh hoạt,
phục vụ nông nghiệp, công nghiệp trong giai đoạn phát triển tiếp theo. Việc

giữ, sử dụng hợp lý nguồn nước ngọt đang là nhu cầu cấp bách hiện nay của
toàn thế giới nói chung và nước ta nói riêng.
Ở nước ta, nguồn tài nguyên nước rất dồi dào phong phú trải dài trong
phạm vi cả nước. Nhưng phân bố không đều theo thời gian và không gian,
lượng nước ngọt tập chung chủ yếu vào mùa mưa lũ dẫn đến vấn đề mùa thì
thừa nước mùa thì thiếu nước. Địa hình dốc mạnh từ tây sang đơng do đó
dịng chảy tập chung do mưa sẽ nhanh chóng chảy ra biển.Vì vậy việc xây
dưng các cơng trình thuỷ lợi nhằm mục đích giữ lại nước ở mùa thừa nước
cung cấp cho mùa thiếu nước, góp phần vào q trình phịng chống lũ cho hạ
lưu. Xây đập giữ nước đang là hình thức phổ biến và hữu dụng cho việc tích
trữ và phân bố nguồn nước hợp lý cho các mùa. Đập vật liệu địa phương mà
cụ thể là đập đất được sử dụng rộng rãi trên toàn đất nước.


4

Có thể nói cơng trình thuỷ lợi đã và đang góp phần khơng nhỏ vào cơng
cuộc phát triển kinh tế. Từ năm 1955 đến nay đã có hơn 5000 cơng trình thuỷ
lợi được xây dựng đưa vào sử dụng đã và đang góp phần vào cơng tác phát
triển kinh tế ổn định xã hội của nước ta. Điều hồ khơng khí, phịng chống lũ
cho hạ lưu, ngăn xâm nhập mặn. Vấn đề đặt ra lớn nhất trong các năm gần
đây đó là nâng cao sự ổn định của hồ đập, đảm bảo được nguồn nước đủ cung
cấp cho các nhu cầu về nông nghiệp, công nghiệp và sinh hoạt.
1.2. Các sự cố cơng trình do dịng thấm gây ra
Việc xây đập giữ nước đã được tiến hành từ rất sớm trên thế giới chủ
yếu nhằm mục đích phục vụ tưới tiêu và sản xuất nông nghiệp. Đập vật liệu
địa phương được sử dụng phổ biến và thông dụng. Trước đây, quá trình xây
dựng hồ đập chỉ dựa chủ yếu vào kinh nghiệm nên đã có rất nhiều sự cố cơng
trình xảy ra gây thiệt hại không nhỏ cho vùng phạm vi ảnh hưởng của hồ.
Ngày nay, với sự phát triển của khoa học kỹ thuật đặc biệt là sự phát triển của

ngành địa kỹ thuật, thuỷ văn cơng trình. Đã góp phần vào hồn thiện cơ bản
các lý thuyết khi tiến hành thiết kế đập đất. Các sự cố công trình xảy ra do
nguyên nhân sức chịu tải của nền khơng đủ dẫn đến trượt, lật thường lỗi sai
sót trong thiết kế, thi công những trường hợp này chiếm tỷ lệ khơng nhiều. Sự
cố cơng trình tập chung chủ yếu vào lý do dòng thấm gây ra, chiếm tỷ lệ cao
hơn tới 3/4 các cơng trình bị hỏng. Một số đập đất ở nước ta đã bị hỏng như:
đập Am Chúa, Hồ Dầu Tiếng…


5

Hình 1.1. Sự cố thấm mái hạ lưu đập Am Chúa- Khánh Hịa

Hình 1.2. Mạch sủi hạ lưu đập Am Chúa- Khánh Hòa


6

Hình 1.3. Sình lầy do thấm hạ lưu đập Kim Sơn- Hà Tĩnh
Hiện tượng thấm xảy ra do nhiều rất ngun nhân khác nhau, do địa
chất nền cơng trình, do thi công phần tiếp giáp với bê tông kém, do nén lún
khơng đều. Trong q trình khai thác sử dụng dịng thấm do những ngun
nhân này gây ra có thể gây ra hậu quả khó lường trước được.
Sự cố cơng trình do thấm gây ra xảy ra rất khác nhau, ngay cả với cơng
trình vừa mới thi cơng xong. Điển hình như hồ chứa nước mưa Nam Du- Kiên
Giang, khi thi công xong hồ cạn hết nước dẫn đến phải sử lý chống thấm rất
tốn kém, đập Cà Giây- Bình Thuận khi chưa hồn cơng (1988) đã xuất hiện
dịng thấm ở chân hạ lưu với lưu lượng 5-7(l/phút), sau đó dịng thấm tăng
nhanh có nguy cơ vỡ đập. Hoặc sau một vài năm hoạt động dòng thấm mới
xảy ra mãnh liệt gây tổn hại lớn đến cơng trình như sự cố: Gây vở đập hồ

chứa nước Suối Hành, Suối Trầu, Am Chúa- Khánh Hồ, đập Vực Trịn –
Quảng Bình… là một trong các ví dự điển hình. Đó là những đập bị vỡ rồi
còn những đập chưa vỡ nhưng phải sử lý thấm rất tốn kém đó là Đập Dầu
Tiếng- Tây Ninh, đập Easuop Thượng- Đắc Lắc…, rồi một số đập bị sự cố
thấm phải hạ MNDBT như hồ Phú Ninh, hồ Đồng Mô- Ngải Sơn để hạn chế


7

hiện tượng xói ngầm và dịng thấm thốt ra ở mái quá cao gây mất ổn định
mái hạ lưu đập. Một số cơng trình bị hư hỏng do dịng thấm rất mạnh gây hiện
tưởng sủi đất ở nền như đập Đồng Mô- Hà Tây, Suối Gai- Sông Bé, Vân
Trục- Vĩnh Phúc… Hiện tượng thấm mạch sủi ở vai đập Khe Chè –Quảng
Ninh, Ba Khoang- Lai Châu, Sông Mây- Đồng Nai.., thấm mạnh nơi tiếp giáp
giữa tràn và cống như đập Vĩnh Trinh- Đà Nẵng.
Với những sự cố cơng trình do dịng thấm gây ra mn hình mn vẻ.
Việc nghiên cứu giải pháp chống thấm thích hợp cho từng cơng trình là vơ
cùng quan trọng đảm bảo cơng trình hoạt động bình thường như thiết kế trong
quá trình sử dụng. Hiện nay, với mục tiêu đề ra là an toàn hồ đập trong mùa
mưa lũ, ổn định cơng trình trong khai thác sử dụng. Đã và đang được các đơn
vị trong cả nước quan tâm, nghiên cứu đề xuất rất nhiều phương pháp thích
hợp đáp ứng được yêu cầu đề ra.
1.3. Những biện pháp chống thấm khi xây dựng cơng trình mới
Cùng với sự phát triển của khoa học kĩ thuật, lý thuyết về dòng thấm đã
được rất nhiều các nhà khoa học trên thể giới quan tâm. Lý thuyết dòng thấm
đã được hồn thành tương đối cơ bản. Do đó các biện pháp phòng, chống
thấm đã được nghiên cứu dựa trên các cơ sở lý thuyết đã công bố. Đối với các
cơng trình mới xây dựng khi vật liệu xây dựng tại địa phương không đáp ứng
nhu cầu chống thấm cần phải có những biện pháp cơng trình phù hợp. Hiện
nay có các biện pháp chống thấm cơ bản như sau:

1.3.1. Chống thấm thân đập
a) Đập đất có tường lõi mềm
Lõi giữa bằng đất sét có hệ số thấm nhỏ có dạng thẳng đứng nằm
chính giữa hoặc gần như chính giữa thân đập. Theo cấu tạo bề dày đỉnh tường
lõi không nhỏ hơn 0,8m, độ dày chân tường không nhỏ hơn 1/10 cột nước


8

nhưng phải đảm bảo ≥ 2m. Đỉnh tường lõi phải đảm bảo khơng cho nước phía
thượng lưu vượt q đồng thời phải cao hơn mực nước mao dẫn trong đất với
độ vượt cao δ = (0,3÷0,6)m tuỳ theo cấp cơng trình.
Phải đặc biệt lưu ý đến việc liên kết giữa tường lõi và nền. Độ cắm sâu
của tường lõi vào nền đất chặt, ít thấm nước phải 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, hoặc tường răng bê tông cắm sâu vào khối đá tốt 0,6 ÷ 1,2m.

Hình 1.4. Đập có tường lõi mềm.
* Ưu điểm:
- Chống chấn động tốt, lún dễ đều.
- Khả năng chống thấm tốt.
- Ổn định trong trường hợp nền bị biến dạng nhiều.
* Nhược điểm:
- Yêu cầu một lượng sét lớn nên khó khăn tại nơi khan hiếm nguồn vật
liệu đất sét chống thấm.
- Kỹ thuật thi công phức tạp và chậm hơn tường nghiêng.
- Khi bị hư hỏng khó sửa chữa.
* Phạm vi ứng dụng:
- Chủ yếu dùng cho những đập đất tương đối cao
b) Đập đất có tường nghiêng mềm.

Tường nghiêng đắp bằng đất sét, đất thịt ít thấm nước được đặt ở sát
mái thuợng lưu đập có tác dụng chống thấm cho thân đập. Bề dày tường


9

nghiêng phụ thuộc vào các yêu cầu cấu tạo và gradien thủy lực cho phép của
đất đắp tường. Bề dày tường tăng từ trên xuống dưới. Bề dày đỉnh tường
không nên nhỏ hơn 0,8m. Chân tường không nhỏ hơn H/10 (H - cột nước tác
dụng), và không nên nhỏ hơn 2 ÷ 3m. Độ vượt cao của đỉnh tường nghiêng trên
mực nước dâng bình thường ở thượng lưu được dựa theo cấp cơng trình δ =
0,5÷0,8m. Đỉnh tường khơng được thấp hơn mực nước tĩnh gia cường.
Trên mặt tường nghiêng có phủ một lớp bảo vệ đủ dày (khoảng 1m) để
tránh mưa nắng. Giữa tường nghiêng và lớp bảo vệ bố trí một tầng lọc ngược.
Sự liên kết giữa tường nghiêng và nền phải tốt. Nếu nền đập là đá thì
liên kết tường nghiêng với nền bằng các răng chống thấm. Khi nền bị nứt nẻ
và thấm nước nhiều sẽ xử lý bằng phụt vữa chống thấm.

Hình1.5. Đập đất có tường nghiêng mềm.
*Ưu điểm:
- Hạ thấp đường bão hoà rất nhanh làm cho đất trong thân đập được
khô ráo và tăng thêm tính ổn định của mái hạ lưu.
- Thi công sửa chữa dễ dàng.
* Nhược điểm:
- Lớp bảo vệ và tường nghiêng dễ bị mất ổn định trượt.
* Công trình thực tế đã áp dụng:
- Đập Đá Bàn (Phú Khánh), đập Núi Một (Bình Định)… đã áp dụng
hình thức kết cấu này và cho hiệu quả chống thấm khá tốt.

10

1.3.2. Chống thấm cho nền đập
Nền đập vụ thân đập nói chung đều thấm nước. Khi mực nước thượng
lưu dâng cao trong thân đập sẽ hình thành dịng thấm từ thượng lưu về hạ lưu.
Vì vậy, đập đất xây dựng trên nền thấm nước cần thiết phải có những biện
pháp chống thấm cho nền đập nhằm hạn chế sự mất nước đồng thời đề phòng
biến dạng thấm trong nền đập. Hình thức chống thấm trong nền đập phụ thuộc
vào loại đập, chiều sâu tầng nền thấm nước và địa chất của nền.
a) Đập đồng chất xây trên nền thấm nước thì hình thức chống thấm cho
nền thơng thường là tường răng, bản cọc hoặc màng xi măng.
- Tường răng thích hợp đối với nền có tầng thấm nước khơng sâu lắm
(thường T ≤ 5m) và làm bằng chính vật liệu làm thân đập hoặc bằng vật liệu
chống thấm tốt như sét, á sét… Nếu tầng thấm nước lớn không thể xây dựng
được tường răng thì cần phải dùng bản cọc hoặc phun màng chống thấm
xuống tận tầng không thấm nước. Trong trường hợp tầng thấm nước nằm quá
sâu hoặc vô hạn thì bản cọc hoặc màng xi măng chỉ cắm xuống một đoạn
trong tầng nền.

Hình 1.6. Đập đất đồng chất có tường răng.
b) Đối với đập khơng đồng chất (có lõi giữa hoặc tường nghiêng) thì
vật chống thấm trong nền thường nối tiếp với vật chống thấm của thân đập.


11

- Hình thức chống thấm có thể là: tường răng, sân trước. Dùng hình
thức nào phụ thuộc vào chiều sâu tầng nền, tính chất đất nền và kỹ thuật thi
cơng.
+ Tầng thấm nhỏ T ≤ 5m dùng tường răng làm vật chống thấm cho nền

và nối tiếp với lõi giữa hoặc tường nghiêng của đập. Tường răng cần cắm sâu
xuống tầng khơng thấm một đoạn ≥ 0,5m.

Hình 1.7. Đập có tường nghiêng chân răng, tường lõi chân răng
+ Tầng thấm nước tương đối sâu thì hình thức chống thấm cho nền có
thể là bản cọc. Bản cọc cắm sâu vào lõi giữa hoặc tường nghiêng và tầng
không thấm một độ dài nhất định nhằm tránh khơng sinh ra xói ngầm cục bộ
tại hai đầu mút bản cọc.

Hình 1.8. Chống thấm cho nền bằng bản cọc
+ Khi tầng thấm nước khá dày hoặc sâu vơ hạn thì sân phủ chống thấm
là biện pháp hay dùng. Sân trước làm bằng vật liệu có hệ số thấm nhỏ kéo dài
ra phía thượng lưu nên có hiệu ích giảm lưu lượng thấm qua nền và 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 loại vật liệu hạt lớn như: cát, sỏi, cuội… để tránh hư
hỏng do nhiệt độ thay đổi và tác dụng của sóng khi tháo cạn hồ chứa.


12

Hình 1.9. Chống thấm bằng tường nghiêng sân phủ
1.4. Những biện pháp chống thấm cho cơng trình đã xây dựng
Đối với các cơng trình đã xây dựng, việc tiến hành xử lý các biện pháp
chống thấm hoặc xử lý các vấn đề mất ổn định cơng trình khác đều phải đảm
bảo cơng trình phải hoạt động theo đúng ý đồ của người thiết kế ban đầu. Vấn
đề đặt ra cho q trình xử lý thấm là cơng tác xử lý nhanh, tiết kiệm kinh phí,
đảm bảo được yêu cầu kĩ thuật. Hiện nay một số công nghệ đã được áp dụng
chống thấm cho đập đất cho kết quả tốt như sau:
1.4.1. Chống thấm cho đập đất bằng vải địa kỹ thuật

Vải địa kỹ thuật là một loại vải (sản xuất từ polymer như polypropylene
hoặc polyester) có tính thấm, được sử dụng để lót trong đất do có khả năng
phân cách lớp đất; lọc thấm thoát nước, giữ lại 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 gia tải, có hệ số thấm rất thấp K=10-12 ÷10-16cm/s, có khả
năng chịu lực, bền trong các điều kiện bất lợi của môi trường. Hiện nay công
nghệ sản xuất được phát triển rộng rãi trên tồn thế giới và có khả năng cung
ứng đầy đủ cho yêu cầu của xây dựng các công trình.
Ngun lý áp dụng cơng nghệ: Sử dụng sử dụng chống thấm kiểu
tường nghiêng cho mái thượng lưu đập sử dụng rải một lớp vải địa có khả
năng chống thấm tốt, hạn chế tốt đa lưu lượng thấm qua bản thân đập. Để bảo
vệ cho lớp vải địa khỏi bị ô xi hóa, hư hỏng do tác động của ánh sáng, môi
trường, cần phải phủ lên lớp vải này một lớp đất tương đối dày, có hệ thống


13

cọc neo giữ cho vải được nằm đúng vị trí khi cơng trình đưa vào vận hành.

Hình 1.10. Chống thấm bằng vải địa kĩ thuật
Ưu điểm:
- Chống thấm tốt
- Độ bền cơ học cao, dễ vận chuyển
- Thi công sửa chữa dễ dàng
- Giá thành rẻ, thị trường cung cấp phong phú
Nhược điểm:
- Phải kết hợp một số vật liệu khác mới phát huy được hết hiệu quả và
độ bền.
- Khơng thi cơng được trong nước, trong q trình thi cơng phải hạ
thấp mực nước hồ.

- Phải có biện pháp bảo vệ chống rách cũng như vải lão hóa, thời gian
sử dụng ngắn.
- Mặt vải rất trơn nên vật liệu phủ lên trên dễ bị xô trượt, đặc biệt khi
trời mưa xuất hiện dòng chảy trên bề mặt vải với lớp vật liệu đè phủ.
Phạm vi áp dụng: Áp dụng xử lý cho những cơng trình đập vừa và nhỏ.
1.4.2. Chống thấm bằng công nghệ khoan phụt chống thấm
Áp dụng cho những cơng trình trong q trình thi cơng có những tầng
địa chất yếu chưa được xử lý, gia cố thêm cho nền và đập nhằm tăng ổn định


14

cơng trình. Sau nhiều năm vận hành sẽ hình thành các cấp bậc thấm khác
nhau, dẫn đến nền móng của cơng trình bị rị rỉ và trồi đất. Q trình khoan
phụt khơng làm ảnh hưởng đến kết cấu, hình dạng của cơng trình.

Hình 1.11. Ngun lý một số cơng nghệ khoan phụt chống thấm

Hình 1.12. Phạm vi ứng dụng của các loại khoan phụt
a) Khoan phụt truyền thống:
Khoan phụt truyền thống (cịn được gọi là khoan phụt có nút bịt) được
thực hiện theo sơ đồ hình 2. Mục tiêu của phương pháp là sử dụng áp lực phụt
để ép vữa xi măng (hoặc ximăng – sét) lấp đầy các lỗ rỗng trong các kẽ rỗng
của nền đá nứt nẻ. Gần đây, đã có những cải tiến để phụt vữa cho cơng trình
đất (đập đất, thân đê, ... ).Phương pháp này sử dụng khá phổ biến trong khoan
phụt nền đá nứt nẻ, quy trình thi cơng và kiểm tra đã khá hoàn chỉnh. Tuy
nhiên, với đất cát mịn hoặc đất bùn yếu, mực nước ngầm cao hoặc nước có áp


15

thì khơng kiểm sốt được dịng vữa sẽ đi theo hướng nào.

Hình 1.13. Sơ đồ khoan phụt có nút bịt
b) Khoan phụt kiểu ép đất
Khoan phụt kiểu ép đất là biện pháp sử dụng vữa phụt có áp lực, ép vữa
chiếm chỗ của đất.
c) Khoan phụt thẩm thấu
Khoan phụt thẩm thấu là biện pháp ép vữa (thường là hoá chất hoặc
ximăng cực mịn) với áp lực nhỏ để vữa tự đi vào các lỗ rỗng. Do vật liệu sử
dụng có giá thành cao nên phương pháp này ít áp dụng.
d) Khoan phụt cao áp (Jet – grouting)
Công nghệ trộn xi măng với đất tại chỗ- dưới sâu tạo ra cọc XMĐ được
gọi là công nghệ trộn sâu (Deep Mixing-DM). Hiện nay phổ biến hai công
nghệ thi công cọc XMĐ là: Công nghệ trộn khô (Dry Mixing) và Công nghệ
trộn ướt (Wet Mixing).
Công nghệ jet grouting là một công nghệ trộn sâu dạng ướt (wet
mixing).
Công nghệ khoan phụt cao áp (KPCA) được phát minh ở Nhật Bản năm 1970.


16

Sau đó các cơng ty của Ý, Đức đã mua lại phát minh trên và đến nay nhiều
công ty xử lý nền móng hàng đầu thế giới hiện nay như công ty Layne
Christensen (Mỹ), Bauer (Đức), Keller (Anh), Frankipile (Úc) đều có sử dụng
cơng nghệ này. Trải qua hơn ba mươi năm hồn thiện và phát triển, đến nay
cơng nghệ này đã được thừa nhận rộng khắp, được kiểm nghiệm và đưa vào
tiêu chuẩn ở các nước phát triển trên thế giới. Khoan phụt vữa cao áp là một
quá trình bê tơng hố đất. Nhờ có tia nước và tia vữa phun ra với áp suất cao

(200400 atm), vận tốc lớn ( 100 m/s), các phần tử đất xung quanh lỗ khoan bị
xói tơi ra và hồ trộn với vữa phụt đông cứng tạo thành một khối “Xi măngđất” đồng nhất - tạm gọi là xi măng-đất.
Ngun lý cơng nghệ:

Hình 1.14. Thi công cọc xi măng đất
Công nghệ Jet gruoting xử lý nền đất yếu bằng công nghệ khoan phụt
cao áp. Phương pháp này dựa vào nguyên lý cắt nham thạnh bằng dịng nước
áp lực. Khi thi cơng trước hết phải đưa máy khoan để đưa ống bơm có vịi
phun bằng hợp kim vào tới độ sâu phải gia cố ( nước+ xi măng) với áp lực
>20 Mpa từ vòi bơm phun xả phá vỡ tầng đá. Với lực xung kích của dịng
phun và lực lí tâm, trọng lực … sẽ trộn lẫn dung dịch vữa rồi xắp sếp lại theo
một tỷ lệ có quy luật giữa đất và vữa theo khối lượng hạt. Sau khi vữa đông


17

cứng lại tạo thành cọc xi măng đất.
Nếu thi công chồng lẫn lên nhau sẽ tạo thành tường chống thấm bằng xi
măng đất, đường kính cọc xi măng phụ thuộc vào loại đất nền, áp lực vòi
phun và tốc độ xoáy và rút cần, tùy thuộc vào thiết bị với thiết bị lớn có thể
tạo ra các cọc có đường kính lớn hơn 3m. Vật liệu sử dụng tạo cọc xi măng
đất bao gồm: chất kết dính, nước, phụ gia để ngăn ngừa vữa khỏi bị quá chảy
hoặc chậm ninh kết. Xi măng, vôi và hỗn hợp của chúng là những chất kết
dính thường dùng nhất, Theo kinh nghiệm hàm lượng xi măng trong khoảng
50-300kg/m3 là phù hợp với tỷ lệ xi măng thay đổi theo từng lọa đất.
Cường độ chịu nén của cọc xi măng đất là 50-100( kg/cm2) phụ thuộc
vào loại vữa, hàm lượng xi măng, tỷ lệ nước/xi măng và loại nền. Khả năng
chống thấm của cọc XMĐ phụ thuộc vào các yếu tố cơ bản hàm lượng của xi
măng và bentonite trộn vào trong đất (kg/m3) ngày tuổi của xi măng đất sau
khi khoan phụt, cột nước tác dụng. Như vậy cường độ và khả năng chống

thấm của cọc XMĐ phụ thuộc vào nhiều yếu tố chủ quan và khách quan
Ưu điểm:
- Phạm vi áp dụng rộng, thích hợp mọi loại đất, từ bùn sét đền cuội sỏi
- Có thể xử lý các lớp đất yếu một cách cục bộ, không ảnh hưởng đến
các lớp đất tốt
- Có thể xử lý dưới móng hoặc kết cấu hiện có mà khơng cần ảnh
hưởng đến cơng trình
- Thi cơng được trong nước
- Mặt bằng thi cơng nhỏ, ít chấn động, ít ồn hạn chế tối đa ảnh hưởng
đến cơng trình.
1.4.3. Chống thấm bằng cơng nghệ tường hào Bentonite
Trong những năm gần đây công nghệ làm tường hào chống thấm xi
măng- bentonite đã và đang được quan tâm của nhiều nhà nghiên cứu trên cả