Nghiên cứu đánh giá hiệu quả của một số công nghệ khoan phụt chống thấm cho công trình thủy lợ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIN NễNG THễN

TRNG I HC THU LI
-----------------------

NGuyễn thị h-ơng liên

NGHIấN CỨU ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CỦA MỘT SỐ
CÔNG NGHỆ KHOAN PHỤT CHỐNG THẤM CHO
CƠNG TRÌNH THUỶ LỢI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI, 2010


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIN NễNG THễN

TRNG I HC THU LI
-----------------------

NGuyễn thị h-ơng liên

NGHIấN CỨU ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CỦA MỘT SỐ
CÔNG NGHỆ KHOAN PHỤT CHỐNG THẤM CHO
CƠNG TRÌNH THUỶ LỢI

Chun ngành : Xây dựng cơng trình thủy
Mã Số

: 60 - 58 - 40

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Người hướng dẫn khoa học:
PGS.TS Nguyễn Quốc Dũng

HÀ NỘI, 2010


1

LỜI CẢM ƠN
Luận văn “Nghiên cứu đánh giá hiệu quả của một số công nghệ khoan
phụt chống thấm cho công trình thủy lợi” được hồn thành với sự giúp đỡ nhiệt
tình của Phịng đào tạo đại học và sau đại học, Khoa cơng trình cùng các thầy cơ
giáo của Trường Đại học Thuỷ Lợi Hà Nội.
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS. Nguyễn Quốc Dũng đã
tận tình hướng dẫn, dìu dắt tác giả hồn thành luận văn này, xin trân thành cảm ơn
các thầy cô giáo trong Khoa Cơng Trình, Phịng đào tạo đại học và sau đại học Trường đại học Thuỷ Lợi, các đồng nghiệp trong và ngoài nước đã cung cấp các tài
liệu và số liệu cho luận văn nay.
Tác giả xin trân thành cảm ơn cơ quan và các cá nhân nói trên đã chia sẻ
những khó khăn, truyền bá kiến thức, tạo điều kiện thuận lợi cho tôi học tập và hồn
thành luận văn này.
Tác giả có được kết quả hơm nay chính là nhờ sự chỉ bảo ân cần của các thầy
cô giáo, cùng sự giúp đỡ, động viên của cơ quan, gia đình và bạn bè đồng nghiệp
trong những năm qua. Một lần nữa tác giả xin ghi nhớ tất cả các đóng góp to lớn đó.

Với thời gian và trình độ có hạn, luận văn khơng tránh khỏi những sai sót.
Rất mong nhận được sự chỉ bảo và đóng góp trân tình của Q thầy cơ giáo và các
bạn đồng nghiệp.
Hà Nội, tháng 11 năm 2010
Tác giả

Nguyễn Thị Hương Liên


11

MỞ ĐẦU
1.Tính cấp thiết của đề tài
Mức độ an tồn của cơng trình thuỷ lợi phụ thuộc vào việc bảo đảm an toàn
về thấm. Trong nhiều trường hợp, khoan phụt chống thấm là phương pháp được áp
dụng nhiều nhất hiện nay.
Tuy nhiên, khái niệm về khoan phụt hiện nay còn bị hiểu một cách chưa đầy
đủ, đồng thời việc sử dụng công nghệ nào, dung dịch phụt ra sao, ... cịn tuỳ thuộc
vào tình hình địa chất và u cầu cụ thể của từng cơng trình.
Đến nay, chúng ta mới chỉ có tiêu chuẩn ngành về khoan phụt xi măng trong
nền đá áp dụng chung cho nhiều trường hợp và yêu cầu khác nhau dẫn đến lãng phí
và nhiều khi cơng trình khơng đạt hiệu quả như mong muốn.
Vì vậy, đề tài “NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CỦA MỘT SỐ CƠNG
NGHỆ KHOAN PHỤT CHỐNG THẤM CHO CƠNG TRÌNH THỦY LỢI” là hết
sức cần thiết, có ý nghĩa đối với khoa học và thực tiễn.
2.Mục đích của đề tài
-

Làm rõ nguyên lý, cơ chế tác dụng của một số công nghệ khoan phụt chống
thấm hiện đang áp dụng.

-

Nêu phạm vi ứng dụng của mỗi loại công nghệ khoan phụt chống thấm.

-

Phân tích đánh giá hiệu quả khoan phụt chống thấm cho đê quai hạ lưu cơng
trình nhà máy thủy điện Sơn La, qua đó làm rõ thêm vấn đề nghiên cứu.

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
-

Đối tượng nghiên cứu: Nền cơng trình thuỷ lợi, chủ yếu là đập đất.

-

Phạm vi nghiên cứu: Thấm qua nền và thân đập đất.

4. Phương pháp nghiên cứu
a- Nghiên cứu tài liệu
-

Các tài liệu, sách, báo trong và ngoài nước.

-

Tài liệu khảo sát, thiết kế, thí nghiệm cho đê quai hố móng cơng trình nhà
máy thuỷ điện Sơn La.

12

b- Nghiên cứu trên mơ hình tốn
Mơ phỏng vài tốn thấm qua đê quai hố móng cơng trình nhà máy thuỷ điện
Sơn La bằng phần mềm Geoslope.


2

MỤC LỤC
Tiêu đề

Trang

LỜI CẢM ƠN

1

MỤC LỤC

2

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

8

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

9

MỞ ĐẦU

10

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

13

1.1. TỔNG QUAN VỀ CÁC HÌNH THỨC MẤT ỔN ĐỊNH DO

13

THẤM ĐỐI VỚI CƠNG TRÌNH THỦY LỢI
1.1.1. Đập cũ

14

1.1.2. Đập đang thi cơng

15

1.1.3. Một số sự cố đập xảy ra ở Việt Nam

16

1.2. TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ THẤM CHO

18

CÔNG TRÌNH THỦY LỢI
1.2.1. Tường nghiêng, sân phủ bằng đất sét

18

1.2.2. Tường nghiêng bằng các loại vật liệu mới như màng HDPE,

19

thảm sét ĐKT,...
1.2.3. Lõi giữa (bằng đất sét, pha sét hoặc vật liệu khác)

19

1.2.4. Chân khay chống thấm

19

1.2.5. Tường chống thấm bằng cừ thép

20

1.2.6. Tường hào Bentonite (hoặc xi măng - sét)

20

1.2.7. Chống thấm bằng khoan phụt truyền thống

21

1.3. TỔNG QUAN VỀ CƠNG TÁC KHOAN PHỤT

21

1.3.1. Bản chất của cơng tác phụt

22

1.3.2. Công nghệ phụt ở Việt Nam và những tiến bộ công nghệ trên

22

thế giới
1.3.3. Những vấn đề và giải pháp

23


3

1.3.4. Một số cơng trình xử lý thấm bằng phương pháp khoan phụt ở

24

Việt Nam và trên thế giới.
1.3.4.1. Một số cơng trình xử lý nền bằng phương pháp khoan phụt ở

24

Việt Nam

1.3.4.2. Một số dự án sửa chữa đập trên thế giới bằng khoan phụt

27

1.5. MỘT SỐ HÌNH ẢNH THI CÔNG KHOAN PHỤT CHỐNG

30

THẤM NỀN Ở VIỆT NAM VÀ TRÊN THẾ GIỚI
1.5.1. Xử lý chống thấm đê quây thượng hạ lưu nhà máy thuỷ điện

30

Sơn La
1.5.2. Xử lý chống thấm nền bản chân đập chính- cơng trình hồ chứa

31

nước Cửa Đạt
1.5.3 Thi công trộn sâu trên thế giới

31

1.6. KẾT LUẬN CHƯƠNG

32

CHƯƠNG 2: CƠ CHẾ VÀ PHẠM VI ỨNG DỤNG CỦA MỘT

33

SỐ CÔNG NGHỆ KHOAN PHỤT ĐANG ĐƯỢC ÁP DỤNG Ở
VIỆT NAM
2.1. GIỚI THIỆU CÁC CÔNG NGHỆ KHOAN PHỤT HIỆN CÓ

33

2.2. KHOAN PHỤT ÁP LỰC CAO (PRESSURE GROUTING)

35

2.2.1. Phương pháp phụt vữa xi măng thuần áp truyền thống

35

2.2.1.1. Bản chất của phương pháp

35

2.2.1.2. Kết quả ứng dụng phương pháp phụt vữa xi măng gia cố nền ở

37

Việt Nam
2.2.1.3. Ưu nhược - điểm của phương pháp phụt vữa xi măng truyền

37

thống
2.2.2. Phương pháp phụt vữa xi măng tuần hoàn áp lực cao

38

2.2.2.1. Bản chất của phương pháp

38

2.2.2.2.Tác dụng của phương pháp phụt vữa xi măng tuần hoàn áp lực

41


4

cao
2.2.1.3. Vật liệu và thiết bị

42

2.2.1.4. Yêu cầu kỹ thuật khoan phụt vữa xi măng tuần hoàn áp lực cao

44

2.2.2.5.Ưu nhược điểm và phạm vi ứng dụng

47

2.3.KHOAN PHỤT KIỂU TIA (JET-GROUTING)

50

2.3.1.Nguyên lý kỹ thuật

50

2.3.1.1. Công nghệ đơn pha - xi măng đất S

52

2.3.1.2. Công nghệ hai pha - xi măng đất D

52

2.3.1.3. Công nghệ ba pha-xi măng đất T

53

2.3.2. Phương pháp thi cơng

54

2.3.2.1. Thiết bị thi cơng

54

2.3.2.2. Trình tự thi công

55

2.3.3. Sản phẩm cọc xi măng đất

57

2.3.3.1. Về cường độ

57

2.3.3.2. Về khả năng chống thấm

57

2.3.4. Ưu nhược điểm và phạm vi ứng dụng

58

2.3.4.1.Ưu điểm

58

2.3.4.2.Nhược điểm

58

2.3.4.3.Phạm vi ứng dụng

58

2.4.KHOAN PHỤT NÉN ÉP ĐẤT (COMPACT GROUTING)

59

2.4.1.Nguyên lý kỹ thuật

60

2.4.2. Tính khả thi - lợi ích và ứng dụng

61

2.4.2.1. Tính khả thi - lợi ích

61

2.4.2.2.Phạm vi ứng dụng

61

2.5.KHOAN PHỤT THẨM THẤU (PERMEATION GROUTING)

62

2.5.1.Vật liệu

62

2.5.2.Những yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng tường chống thấm

63

2.5.3.Ưu nhược điểm và phạm vi ứng dụng

65

2.5.3.1.Ưu điểm

65


5

2.5.3.2.Nhược điểm

65

2.5.3.3.Phạm vi ứng dụng

65

2.6. KẾT LUẬN CHƯƠNG

66

CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP

67

GIẢI BÀI TOÁN THẤM TRƯỚC VÀ SAU KHI CÓ BIỆN
PHÁP KHOAN PHỤT XỬ LÝ NỀN
3.1. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA NGHIÊN CỨU THẤM

67

3.2. MÔI TRƯỜNG THẤM VÀ NGUYÊN NHÂN GÂY RA THẤM

68

3.2.1 Nguyên nhân gây thấm

68

3.2.2. Môi trường thấm

68

3.3. ĐIỀU KIỆN LÀM VIỆC CỦA CƠNG TRÌNH THỦY LỢI

69

3.4. CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TỐN

70

3.5. CÁC PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TOÁN THẤM BẰNG LÝ

71

THUYẾT CỔ ĐIỂN
3.5.1.Phương pháp cơ học chất lỏng

71

3.5.2.Phương pháp thủy lực

72

3.5.3.Phương pháp thực nghiệm

73

3.5.4.Phương pháp vẽ lưới thấm

74

3.5.5.Phương pháp số

74

3.6. GIẢI BÀI TOÁN THẤM BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ

75

HỮU HẠN
3.7.KẾT LUẬN CHƯƠNG

79

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ KHOAN PHỤT CHỐNG THẤM CHO

80

ĐÊ QUAI HẠ LƯU GIAI ĐOẠN 2 - CƠNG TRÌNH NHÀ MÁY
THỦY ĐIỆN SƠN LA
4.1.GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CƠNG TRÌNH.

80

4.1.1.Vị trí cơng trình

80

4.1.2.Quy mơ cơng trình

81


6

4.2. ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT CƠNG TRÌNH NỀN ĐÊ QUAI HẠ LƯU

82

4.2.1.Lớp đất đắp (ký hiệu là lớp 1)

83

4.2.2.Lớp bồi tích lịng sơng

83

4.2.3.Lớp đá lăn, đá đổ (ký hiệu lớp 2a)

83

4.2.4.Lớp đá gốc (IB)

84

4.2.5.Đứt gãy kiến tạo

84

4.2.LỰA CHỌN GIẢI PHÁP CHỐNG THẤM NỀN ĐÊ QUAI HẠ

86

LƯU GIAI ĐOẠN 2
4.2.1. Điều kiện địa chất thực tế của nền đê quai

86

4.2.2. Ảnh hưởng của biến động lòng dẫn nền đê quai trong thời gian

86

chống lũ năm 2005
4.2.3.Bản vẽ thi công theo thiết kế kỹ thuật được duyệt

87

4.2.4.Sự cần thiết phải hiệu chỉnh kết cấu chống thấm của đê quai hạ

87

lưu giai đoạn 2
4.2.5.Phân vùng các biện pháp chống thấm cho đê quai hạ lưu giai

88

đoạn 2.
4.3.TÍNH TỐN KIỂM TRA ỔN ĐỊNH THẤM TRƯỚC VÀ SAU

92

KHI CÓ BIỆN PHÁP KHOAN PHỤT XỬ LÝ NỀN.
4.3.1.Sơ đồ tính tốn

92

4.3.2.Các số liệu tính tốn

92

4.3.3.Tính tốn kiểm tra ổn định thấm trước và sau khi có biện pháp

93

khoan phụt xử lý nền theo giải pháp đã chọn.
4.3.3.1.Điều kiện an tồn thấm

93

4.3.3.2.Tính tốn thấm

94

4.3.3.3. Kết quả tính tốn

94

4.3.4. Kết luận

95

4.4.KẾT LUẬN CHƯƠNG

95


7

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

96

1.Những kết quả đạt được

96

2. Những tồn tại và hạn chế

96

3. Hướng tiếp tục nghiên cứu của đề tài

97

TÀI LIỆU THAM KHẢO

99

PHỤ LỤC TÍNH TỐN

101


8


13

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. TỔNG QUAN VỀ CÁC HÌNH THỨC MẤT ỔN ĐỊNH DO THẤM ĐỐI
VỚI CƠNG TRÌNH THỦY LỢI
Đối với cơng trình thủy lợi, sức phá hoại của tự nhiên là một yếu thường
xuyên tồn tại. Cho đến nay, toàn bộ lý luận và kinh nghiệm mà loài người đã tích
lũy được trong thực tiễn tuy đã có thể hạn chế được khả năng phá hoại cơng trình
trong một phạm vi nhất định nhưng vẫn khơng thể xóa bỏ triệt để được khả năng
này.
Trong các yếu tố tự nhiên uy hiếp an tồn của cơng trình thủy lợi thì yếu tố
chủ yếu là điều kiện thủy văn, thủy lực và địa chất. Ngoài ra , các yếu tố do con

người gây ra như công tác khảo sát, thiết kế, thi công, vận hành và quản lý không
hợp lý hay không đảm bảo đúng yêu cầu kỹ thuật, hay cả những tác động phá hoại
môi trường tự nhiên làm thay đổi điều kiện khí hậu, chế độ thủy văn, thủy lực của
các lưu vực sông, ...cũng gây ra những thảm họa, những sự cố cơng trình thủy lợi
khơng chỉ thiệt hại về vật chất mà nhiều khi tổn thất về nhân mạng cũng rất nghiêm
trọng.
Các nguyên nhân gây sự cố ở cơng trình thủy lợi có thể phân theo các
ngun nhân sau:
-

Nguyên nhân do yếu tố tự nhiên (địa chất, mưa bão, lũ...)

-

Nguyên nhân do yếu tố khảo sát thiết kế.

-

Nguyên nhân do yếu tố thi công.

-

Nguyên nhân do yếu tố quản lý, vận hành.

Trong đó hiện tượng thấm mất nước qua cơng trình thủy lợi là một trong
những ngun do có thể hội tụ một vài hay tất cả các ngun nhân nói trên, khiến
cho cơng trình khơng phát huy được hiệu quả. Qua nghiên cứu thấy rằng hiện tượng
thấm qua cơng trình thủy lợi nói chung và qua đập đất nói riêng là điều khó tránh
khỏi, vấn đề là thấm ở mức độ nào để cơng trình vẫn phát huy được hiệu quả đã đề
ra. Điều đó địi hỏi sự quan tâm đúng mức từ khâu khảo sát, thiết kế đến thi cơng và

vận hành cơng trình sau khi đã hoàn thành.


14

Trong phạm vi giới hạn của đề tài, tác giả xin trình bày nguyên nhân các hiện
tượng thấm qua đập đất cần phải ngăn chặn.
1.1.1.Đập cũ
Với các đập vừa và nhỏ do chất lượng thi công đất đắp đập không đảm bảo
kỹ thuật gây ra thấm, thậm chí gây vỡ đập. Điển hình như vụ vỡ đập Suối Trầu
(1998), đập Suối Hành (1999), đập Zêch 20 (2009),...Hiện tại còn hàng chục đập
thấm nghiêm trọng, thậm chí đã phải tháo cạn hồ đề phòng vỡ đập. Nguyên nhân
của hiện tượng thấm là do các nguyên nhân dưới đây:
 Do thi công:
-

Kỹ thuật đầm:Nhiều đập nhỏ do các đơn vị thi công khơng chun thường
làm rất ẩu. Có nơi dùng lu bánh lốp để đầm đất tạo thành từng lớp phân cách.
Khi tích nước dịng thấm sẽ đi qua các mặt phân cách này.

-

Đầm sót: Một số đập chia cho 2 đơn vị thi cơng, tại vị trí gianh giới giữa hai
nhà thầu thường rất dễ gây thấm do đầm sót. Cũng có đập do giám sát khơng
chặt chẽ nên đơn vị thi công lấy đất ở vùng khác không đạt tiêu chuẩn để
đắp. Đến khi tích nước dịng thấm dễ xuất hiện ở vị trí này.

-

Xử lý tiếp giáp: Tại vị trí tiếp giáp với cống lấy nước, vùng vai đập đầm máy

khơng xử lý được phải dùng đầm cóc thủ công. Do nhiều đơn vị thi công
quan tâm không đúng mức, không theo dõi chặt chẽ cũng dễ gây ra thấm tại
các vị trí tiếp giáp.

 Do thiết kế
-

Quy định chỉ tiêu kỹ thuật trên bản vẽ không chặt chẽ: Nhiều bản thiết kế chỉ
quy định dung trọng khô khi đắp đập. Điều đó chỉ đúng khi mỏ vật liệu đắp
là đồng đều. Nếu trong khi thi công gặp phải vùng mỏ vật liệu đắp có lẫn
nhiều hạt thơ thì dung trọng đạt nhưng độ chặt không đạt cũng gây thấm lớn.

-

Xử lý vật liệu đắp đập: Vùng vật liệu đất đắp có tính trương nở, tan rã hoặc
vùng đất có hàm lượng sét quá cao dẫn đến độ ẩm lớn nhưng thiết kế không
chỉ rõ biện pháp xử lý nên khi đắp cũng có nguy cơ gây nứt đập, thấm lớn.


15

-

Xử lý tiếp giáp: Vùng vai đập có độ dốc lớn, nếu không xử lý đúng kỹ thuật
cũng dễ gây trượt giữa đất đắp và nền khi đắp xong gây thấm. Hoặc bản vẽ
quy định mái dốc của đợt đắp trước để quá dốc, khi đắp tiếp đợt sau cũng
gây trượt giữa hai khối đắp.

-

Đất đắp không đạt yêu cầu về thấm: Nhiều vùng do khan hiếm vật liệu có
tính chống thấm, nhưng thiết kế khơng có giải pháp chống thấm tăng cường
cũng dễ gây ra thấm.

 Do nguyên nhân khác
-

Mối: Là nguyên nhân rất phổ biến gây ra thấm ở các đập cũ.

-

Hỏng khớp nối cống: Khớp nối cống bị hỏng, dịng chảy có áp phun ra xung
quanh gây thấm dọc theo cống.

-

Tắc thốt nước: Trong q trình vận hành, các hạt đất chui vào các kết cấu
thoát nước (lăng thể đá hạ lưu, ống khói thốt nước giữa đập,...) làm tắc lọc.
Đường bão hòa trong thân đập dâng cao, dòng thấm xuất hiện ngay trên mái
hạ lưu đập.

1.1.2.Đập đang thi công
 Thấm qua nền
Đây là hiện tượng gặp rất nhiều ở các đập đang xây dựng hiện nay. Đập xây
dựng vùng duyên hải miền Trung thường nằm trên tầng cát dày từ 10-20m, gặp
trường hợp này thường phải có biện pháp xử lý thấm qua nền trước khi đắp. Vùng
trung du có những thấu kính cát nằm dưới lịng suối, trong giai đoạn khảo sát khơng
đầy đủ nên khơng phát hiện ra. Đến khi tích nước mới phát sinh dòng thấm quá mức
phải xử lý.
 Thấm qua thân đập

Vùng khan hiếm vật liệu đắp, nếu chở vật liệu từ xa đến thì giá thành quá
cao. Giải pháp lựa chọn là vẫn đắp đập với dung trọng đảm bảo ổn định và bổ sung
kết cấu chống thấm sau khi đắp xong. Giải pháp bổ sung có thể là rải màng chống
thấm mái thượng lưu, làm tường hào chống thấm trong thân đập.


16

1.1.3.Một số sự cố đập xảy ra ở Việt Nam
Bảng 1.1: Thống kê một số sự cố đập xảy ra ở Việt Nam
Cơng
trình

Sự cố

Địa điểm

(năm)

Ngun nhân

Biện pháp
khắc phục

Hồ

Huyện

-Vỡ 180m đập Chủ yếu do khảo - Khoan phụt xử

Suối

Cam

đất phía cống sát thiết kế không lý nền đập.

Hành

Ranh

lấy nước bờ tả

hợp lý, thiếu kinh - Lựa chọn lại

(Đập đất)

Tỉnh

- Năm 1986

nghiệm

kết cấu đập.

Khánh

- Chọn lại chỉ

Hoà

tiêu cơ lý đất
đắp đập

Hồ

Huyện

- 3 lần sự cố Do thiết kế và thi - Chọn lại đất

Suối Trầu Ninh Hồ vỡ đập chính, cơng.
( Đập đất)

Tỉnh
Khánh
Hòa

đắp đập, kết cấu

1 lần vỡ đập - Thiết kế chưa đạt đập
phụ

yêu cầu chỉ tiêu đất

- Năm 1977, đắp, biện pháp xử
1978, 1980 và lý tiếp giáp mang
năm 1983.

cống và đập.
- Thi công chưa
đảm bảo chất lượng

Hồ Phú

Huyện

Ninh

Tam Kỳ

( Đập đất)

tỉnh
Quảng
Nam

-

Sủi

nước - Thiết kế: Khảo sát Lần 1: Thiết kế

mạch ở đập chưa đánh giá hết bổ sung tầng lọc
chính.

khả

năng

- Năm 1979

nước nền đập.

thấm ngược tốt phía
ngồi phạm vi

- Thi cơng: Chân chân đập hạ lưu,
khay chống thấm có chạy suốt chân
một số đoạn thi đập
công không đảm Lần 2: Làm 2


17

bảo chất lượng

dải lọc xuyên
qua lớp bồi tích
ở nến đập dọc 2
bên bờ để dẫn
nước ngầm từ
trong

lớp

bồi

tích ở nền đập
chảy vào lăng
trụ tiêu nước.
Hồ

Huyện

Sơng

Như

trong q trình thay đổi phương án đập và đắp lại

Mực

Xuân

thi công

(Đập đất)

Tỉnh

-

Vỡ

đập Do đơn vị thi cơng

Xử lý lại móng

dẫn dịng, để nước đập
tràn qua đập đất gây
vỡ đập.

Thanh
Hố
Hồ

Huyện

- Thấm đập - Đơn vị thi cơng sử

Vực Trịn

Quảng

chính (1984)

(Đập đất)

Trạch

- Sạt lớp gia đúng quy hoạch vật thân đập

Tỉnh

cố mái thượng liệu.

Quảng

lưu (1984)

- Khoan phụt xi

dụng đất đắp không măng

sét

vào

- Gia cố vào mái

- Thi công lớp gia thượng lưu
cố mái khơng đúng

Bình

theo thiết kế: đường
kính lớp đá, cường
độ đá.
Hồ
Cà Giây
( Đập đất)

Huyện

- Thấm qua - Lũ thiết kế tính - Xây dựng 1

Bắc Bình đập chính
Tỉnh
Bình
Thuận

- Năm 1998

nhỏ.

đập tràn sự cố.

- Do lún nền và sập Khai quật và đắp
nền

lại đoạn đập bị

- Thẩm lậu qua tiếp sự cố.


18

giáp các lớp đất qua - Khoan phụt xi
các năm thi cơng

măng sét thân
đập

trên

tồn

tuyến
1.2. TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ THẤM CHO CƠNG
TRÌNH THỦY LỢI.
Nền cần xem là một bộ phận cấu thành thống nhất của cơng trình, cùng với

thân cơng trình chống lại tác động phá hoại thường xuyên của thiên nhiên mà trước
hết là nước để đảm bảo cơng trình làm việc an tồn và bền vững lâu dài. Vì vậy điều
kiện địa chất nền có vai trị rất quan trọng đối với sự an tồn của cả cơng trình . Để
cho nền có chất lượng tốt phòng tránh được sự cố, nhiệm vụ của thiết kế là cần tìm
được biện pháp xử lý nền thích hợp. Trước hết cần nhận thức được tầm quan trọng
đặc biệt của nền cơng trình, để có sự quan tâm đúng mức, đầu tư nghiên cứu cẩn
thận tài liệu về địa chất nền, sau đó tìm ra biện pháp xử lý tốt nhất. Kinh nghiệm
thực tế cho thấy chi phí cho biện pháp xử lý nền thường là rất tốn kém nhưng u
cầu của thiết kế cơng trình là chất lượng nền tốt và cơng trình an tồn, bởi vì nếu
xảy ra sự cố do nền cơng trình gây ra thì hậu quả sẽ rất nghiêm trọng, có khi cịn
gây tai họa và khi ấy chi phí để khắc phục sự cố do nền đập gây ra có khi cịn lớn
hơn rất nhiều lần chi phí để xử lý nền ban đầu.
Xử lý nền đập đất bao gồm xử lý mặt nền bên trên và xử lý sâu trong nền để
đảm bảo chất lượng nền. Có nhiều giải pháp chống thấm cho nền đập; hiện nay ở
nước ta thường sử dụng các giải pháp sau:
1.2.1.Tường nghiêng, sân phủ bằng đất sét
Tường nghiêng, sân phủ có tác dụng kéo dài đường viền thấm. Là giải pháp
lâu nay vẫn được áp dụng ở nhiều cơng trình.
 Ưu điểm: Giải pháp này dễ thi cơng, giá thành rẻ.
 Nhược điểm: Nhiều cơng trình nền thấm nước có chiều dày lớn lại khơng có sẵn
đất sét (như khu vực miền Trung, Tây Nguyên,...) thì giải pháp này không kinh


19

tế. Đồng thời, với các hồ đập đang tích nước thì giải pháp này thường khơng
được chọn vì phải tháo cạn hồ để thi công [17].
1.2.2.Tường nghiêng bằng các loại vật liệu mới như màng HDPE, thảm sét
ĐKT,...
Giải pháp này đã được áp dụng ở một số cơng trình cỡ vừa và nhỏ (H<20m),

tuy nhiên số lượng cũng chưa nhiều. Ví dụ:
-

Đập phụ Dầu Tiếng: Khi sửa chữa đã chọn giải pháp kép dài sân phủ bằng
màng HDPE dày 1.5mm.

-

Đập Đá Bạc, đập Nhà Đường (Hà Tĩnh): Sử dụng HDPE phủ lên mái thượng
lưu

-

Đập Sông Biêu (Ninh Thuận): Sử dụng thảm sét địa kỹ thuật (Geo-clay) làm
tường nghiêng trên mái thượng lưu.

 Ưu điểm:Giải pháp này về lâu dài còn cần phải tiếp tục theo dõi, đánh giá hiệu
quả kinh tế - kỹ thuật.
 Nhược điểm: Cũng như tường nghiêng sân phủ bằng đất sét, với các hồ đập đang
tích nước thì giải pháp này khơng khả thi vì phải tháo cạn hồ để thi công [17]
1.2.3.Lõi giữa (bằng đất sét, pha sét hoặc vật liệu khác)
Giải pháp chống thấm qua đập đất bằng tường lõi so với tường nghiêng có
khối lượng nhỏ hơn và dễ thi cơng hơn. Đặc biệt thích hợp cho kết cấu đập nhiều
khối với thiết bị thốt nước kiểu ống khói được áp dụng nhiều ở khu vực Miền
Trung và Tây Nguyên.
Hệ số thấm của tường lõi khơng được lớn hơn 10-5cm/s (ít ra cũng phải nhỏ
P

P

hơn 100 lần hệ số thấm của đất đắp đập) thì mới phát huy hiệu quả. Do đó, những
nơi khơng có sẵn đất sét thì giải pháp này khơng kinh tế. Một số cơng trình (như
Tràng Vinh) làm tường lõi bằng bê tông cốt thép [17] .
1.2.4. Chân khay chống thấm
Trước đây ở nước ta chủ yếu là xây dựng đập đất, nên biện pháp chống thấm
nền bằng chân khay chống thấm cũng có sớm và phát triển. Đối với nền bồi tích có
chiều sâu H < 3-5m thì biện pháp xử lý thơng dụng, triệt để và có hiệu quả nhất,


20

đơn giản nhất là xây dựng chân khay cắt hết tầng bồi tích. Chân khay chống thấm
thường được làm bằng vật liệu thấm ít (đất sét), phải được cắm sâu vào tầng khơng
thấm (nền đá hoặc đất thấm nước ít). Tùy theo nền là đá hay đất và chất lượng nền
mà có thiết kế kích thước chân khay hợp lý và phải có biện pháp chống xói ngầm
cho chân khay dưới tác dụng của dòng thấm dưới nền và trong chân khay. Ví dụ
cơng trình đã chọn xử lý nền bằng chân khay chống thấm: Đập Ngải Sơn (Đồng
Mô), đập Phú Ninh (Quảng Nam), đập Gò Miếu (Thái Nguyên),... Tuy nhiên ở cơng
trình đập Ngải Sơn và đập Phú Ninh do biện pháp thi công không đảm bảo yêu cầu
nên chất lượng xử lý nền chưa tốt.
 Điều kiện áp dụng: Giải pháp chân khay chống thấm dùng rất tốt đối với nền bồi
tích có chiều sâu H < 5m, cá biệt có những nơi chiều dày lớp bồi tích tới 10m,
nhưng mức nước ngầm ở thấp vẫn có thể dùng chân khay [17].
1.2.5. Tường chống thấm bằng cừ thép
Khi sử dụng cừ thép cần có cấu tạo mũ cừ bằng bêtơng cốt thép hoặc đất sét
để chống thấm. Ví dụ cơng trình đã xử lý thấm cho nền bằng cừ thép: đập Dầu
Tiếng (mũ cừ bằng đất sét), đập Đáy (mũ cừ bằng bêtông cốt thép), ...
 Điều kiện áp dụng: Giải pháp tường chống thấm bằng cừ thép dùng trong trường
hợp cần chống thấm cho đập đất trong phạm vi lớp bồi tích, đồng thời trong lớp
đó khơng có đá lăn, đá tảng; chiều dày lớp bồi tích T < 12m (chiều dài cừ thép có

thể đạt được), và có luận chứng kinh tế thì đơn giản nhất là dùng cừ thép đóng
trực tiếp vào trong chân khay, thay vì phải đào hết cuội sỏi rồi lấp lại [17]
1.2.6.Tường hào Bentonite (hoặc xi măng - sét)
Công nghệ này sử dụng máy đào hào chuyên dụng để moi đất và thay thế
vào đó bằng vật liệu (dung dịch xi măng + bentonite hoặc xi măng +đất sét tại
chỗ nghiền mịn) có tính chống thấm cao. Trong q trình đào phải chống sập
vách bằng vữa bentonite. Hệ số thấm của tường hào có thể đạt từ 10-4-10-7 cm/s,
P

P

P

P

tùy thuộc nhiều vào cơng nghệ vật liệu cấu thành và trình độ thi công của nhà
thầu.


21

 Ưu điểm: Cơng nghệ này có độ tin cậy cao, chủ động kiểm soát chất lượng.
 Điều kiện áp dụng: Là công nghệ mới được áp dụng trong vài năm gần đây, số
lượng trên dưới 10 cái; rất thích hợp với các đập có nền thấm nước dày (trên
10m) khi mà xét thấy việc bóc bỏ để làm chân khay bằng đất tốt là khó khăn và
tốn kém [17].
1.2.7. Chống thấm bằng khoan phụt truyền thống
Giải pháp này sử dụng máy khoan vào nền đập, sau đó phụt vào nền đập
dung dịch xi măng+sét (đối với nền đất) hoặc xi măng (đối với nền đá).
Phương pháp này đã ra đời khá lâu, đem lại hiệu quả chống thấm tốt nên

được sử dụng rộng rãi trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng. Với giải
pháp khoan phụt, nhiều cơng trình rất phức tạp đã được xử lý thành công, tiêu biểu
như:
-

Khoan phụt xi măng xử lý chống thấm cho đê quai nền và thân đập Bái
Thượng (Thanh Hóa), kết quả đã hạn chế được mức độ thấm của đập.

-

Xử lý chống thấm cho đập hồ Suối Hành, đập tràn Nam Thạch Hãn cho kết
quả khả quan.

-

Xử lý chống thấm cho nhà máy thủy điện Na Hang (Cao Bằng)

-

Xử lý chống thấm cho đê và đập như đê Vân Cốc (Hà Tây), đập Đồng Mô
(Hà Tây), cho nền cống hồ chứa nước Pa Khoang (Điện Biên), hồ chứa nước
Khe Chè (Quảng Ninh), hồ chứa nước Núi Một (Bình Định)...

-

Xử lý chống thấm trong tầng cuội sỏi cho đê quai Thạch Nham (Quảng
Ngãi), đập Vực Trịn (Quảng Bình).

1.3. TỔNG QUAN VỀ CƠNG TÁC KHOAN PHỤT
Đối với cơng trình thủy lợi, việc tiến hành xử lý chống thấm và gia tăng ổn

định là công việc rất quan trọng. Một trong những giải pháp hiệu quả là khoan phụt.
Trong nhiều trường hợp, nhờ kết quả của khoan phụt mà không cần phải thay đổi
thiết kế kết cấu đê đập. Hiện nay, các công nghệ trong lĩnh vực khoan phụt ngày
càng được ứng dụng và phổ biến rộng rãi.


22

1.3.1.Bản chất của công tác phụt
Về bản chất, phụt là kỹ thuật đưa một lượng hỗn hợp chất lưu( lỏng- khí) vµo
mơi trường đất có khe-lỗ hổng hoặc đá nứt nẻ-lỗ rỗng nhằm mục đích giảm tính
thấm xuống mức cần thiết hoặc gia cường tính ổn định và chịu lực của chúng, hoặc
cả hai.
Những mục đích phụt nêu trên có hai mức độ thời gian: tạm thời hoặc vĩnh
cửu. Dây chuyền thiết bị trên mặt đất nhằm tạo ra và đưa chất lưu vào đất đá gọi là
công nghệ phụt, cịn chính chất lưu có các tính năng đáp ứng những mục đích trên
được gọi là vữa phụt.
Trên thế giới, công tác phụt sử dụng rộng rãi trong xử lý nền móng cơng
trình nhân tạo, đơi khi cịn áp dụng chống tác động phá hoại của thời gian cho
những cấu trúc lịch sử và tự nhiên: những thắng cảnh, di tích quan trọng
v.v…Chúng cũng dùng để phịng ngừa - khắc phục hậu quả môi trường của các chất
thải độc hại.
1.3.2.Công nghệ phụt ở Việt Nam và những tiến bộ công nghệ trên thế giới
Từ đầu thế kỷ trước, phụt đã được áp dụng trong xử lý nền móng cơng trình.
Trong hơn nửa thế kỷ, chủ yếu chỉ có hai cơng nghệ phụt: phụt đáy mở và phụt
phân đoạn từ trên xuống hoặc từ dưới lên, tức phân đoạn thụ động tùy thuộc địa
tầng. Từ hơn ba thập niên trước, phụt phân đoạn chủ động tức phụt ống bọc ( còn
gọi là hai nút ) mới đi vào hồn thiện cơng nghệ. Tuy nhiên, 20 năm gần đây đánh
dấu sự ra đời phong phú của các công nghệ tiên tiến nhất như phụt dòng (tia) quét,
phụt siêu áp, phụt nén – rung…thậm chí khơng những xử lý móng mà cịn tạo chính

những cọc móng cho cơng trình. Khoan cọc nhồi gần đây thực chất cũng là một
biến thể của công tác phụt.
Đi đầu về công nghệ phụt là những nước phát triển, nơi có điều kiện thuận
lợi về kinh tế và kỹ thuật cơng nghệ. Tại những nước đó lại có những địi hỏi cao về
xử lý nền và móng cho các cơng trình siêu kích thước và tải trọng, cùng những nguy
cơ cao của chất thải ngầm cực độc về hóa học và phóng xạ cần được ngăn chặn.


23

Tại Việt Nam, công nghệ phụt đáy mở được áp dụng ở miền Bắc từ hơn 40
năm nay, ban đầu chủ yếu để xử lý các tổ mối rỗng trong thân đê điều. Sau này,
phụt phân đoạn thụ động đã phổ biến cho nhiều mục tiêu đa dạng trong xử lý chống
thấm và một phần để xử lý nền. Từ gần một thập niên cuối, công nghệ phụt ống bọc
và xử lý chống thấm bằng tường hào thẳng đứng được công ty Bachy Soletance
( Pháp) thực hiện thành công và chuyển giao công nghệ cho một số đơn vị chuyên
ngành. Mấy năm gần đây là bắt đấu các thử nghiệm và thực hiện thành cơng bước
đầu cơng nghệ phụt dịng qt, cịn gọi là phụt áp lực cao.
Cơng nghệ phụt trên thế giới thay đổi và tiến bộ theo gia tốc với những ứng
dụng tổng hợp từ chế tạo máy, luyện kim đến điện tử-số hóa. Nhưng dù mức hiện
đại phụ thuộc điều kiện kinh tế có cao đến đâu, vữa phụt vẫn là điều quan trọng duy
nhất và cần đưa được chúng vào môi trường đất đá một cách hiệu quả.
1.3.3.Những vấn đề và giải pháp
Công nghệ phụt và vữa phụt, ở mỗi nước, ln được chuẩn hóa và bổ sung
theo các tíên bộ về kỹ thuật và thực hiện. Chúng thể hiện trong các Tiêu chuẩn
ngành được công nhận khơng chỉ trong phạm vi Quốc gia mà cịn được tuân thủ tùy
thuộc điều kiện kinh tế-chính trị cho từng cơng trình, dự án bên ngồi lãnh thổ quốc
gia đó.
Tại Việt Nam, cơng nghệ phụt nói chung cịn đang tồn tại nhiều vấn đề cơ
bản :

-

Công nghệ phụt trong các quy trình và tiêu chuẩn ngành hiện mới dừng ở phụt
phân đoạn thụ động

-

Vữa phụt chưa có hệ thống hóa chi tiết về thành phần, thơng số và chỉ tiêu cho
từng mục đích và cơng nghệ sử dụng

-

Các phương pháp và công nghệ phụt được quy định dựa chủ yếu trên tiêu chuẩn
của Liên xô từ nhiều thập niên trước, đã lỗi thời so với chính nước Nga ngày nay

-

Cơ quan quản lý chuyên ngành chậm cập nhật những tiến bộ công nghệ và lý
thuyết vữa vào các quy định lâu dài và tạm thời


24

-

Những dự án xây dựng lớn và phức tạp đòi hỏi xử lý nền móng bằng cơng nghệ
phụt ngày càng nhiều, sự lạc hậu của quy trình đã và sẽ cịn gây khó khăn cho sự
thống nhất chất lượng và kiểm tra, giám sát, đánh giá.

1.3.4.Một số cơng trình xử lý thấm bằng phương pháp khoan phụt ở Việt Nam

và trên thế giới.
1.3.4.1. Một số cơng trình xử lý nền bằng phương pháp khoan phụt ở Việt Nam
Bảng 1.2.Thống kê một số cơng trình xử lý nền bằng phương pháp khoan phụt ở
Việt Nam

TT

Cơng trình

Quy mơ, thơng số

Giá trị

Thời gian

kỹ thuật khoan

hợp

thực hiện

phụt

đồng

Bắt

Hồn

(10 đ)

đầu

thành

7.706

1997

2000

6
P

Khoan phụt
1

Khoan phụt xử lý

cơng trình

nền,

thuỷ điện

khoan ≤ 30m, với

chiều

Đa Mi (Lâm khối

Đồng)

2

P

Chủ đầu tư

sâu

Ban Quản
lý DATĐ 6

lượng

10,426m

Hồ chứa

Khoan phụt chống

nước Cà

thấm

thân

đập,

Giây

chiều sâu khoan ≤

(Bình

25m.

660

1998

2000

Ban Quản
lý DATL
415

Thuận)

3

Hồ chứa

Khoan phụt tạo

nước

màng chống thấm,

Tân Giang

gia cố & khoan

lý DATL

(Ninh

tiêu nước nền đập:

415

Thuận)

Khoan qua đá cấp

3.395

1999

2000

Ban Quản


25

7-8 với chiều sâu
khoan ≤ 30m.

4

5

Hồ chứa

Khoan phụt chống

nước

thấm , gia cố nền

Lịng Sơng

đập; khoan qua đá;

lý DATL

(Bình

chiều sâu hố khoan

415

Thuận)

≤ 30m.

Hồ chứa

Khoan phụt xử lý

nước

thân tràn; Khoan

EAKAO

qua đá cấp 7-8;

(Đắk Lắk)

Chiều

sâu

586

2002

2002

2003

2002

120

nước
6

tỉnh Đắk

hố

Lắk

Khoan phụt xử lý
nền

đập

chính;

589,7

2001

2003

Ban Quản

EASÚP

Khoan qua đất, đá

lý DATL

Thượng

cấp 4-6; chiều sâu

413

(Đắk Lắk)

7

Sở
NN&PTNT

khoan ≤ 20m.
Hồ chứa

Ban Quản

khoan ≤ 20m.

Hồ chứa

Khoan phụt xử lý

nước Buôn

nền đập ; Khoan

Joong

qua đất, đá cấp 4-

lý DATL

(Đắk Lắk)

6; chiều sâu khoan

413

2002

2003

Ban Quản

≤ 20m.

8

Công trình

Khoan phụt xử lý

Đắc Lơ

nền đập chính;

(Đắk Lắk)

Khoan qua đất, đá

lý DATL

cấp 4-6; chiều sâu

413

825

2003

2003

Ban Quản

khoan ≤ 20m.
Cơng trình

Khoan phụt chống

thuỷ điện

thấm & gia cố nền

3.005

2005

2006

Ban Quản