Nghiên cứu giải pháp chống thấm qua đập hồ chứa nước tàu voi tỉnh hà tĩnh

LỜI CAM ĐOAN
Tên tôi là Lê Chung Anh, học viên cao học lớp 22C21, chuyên ngành Kỹ thuật xây
dựng công trình thủy. Tơi xin cam đoan luận văn thạc sĩ “Nghiên cứu giải pháp
chống thấm qua đập hồ chứa nước Tàu Voi - tỉnh Hà Tĩnh” là cơng trình nghiên
cứu của riêng tôi, tôi không sao chép và kết quả của luận văn này chưa công bố trong
bất kỳ công trình nghiên cứu khoa học nào.
Hà Nội, ngày 23 tháng 5 năm 2016
Tác giả

Lê Chung Anh

i


LỜI CẢM ƠN
Sau thời gian học tập, nghiên cứu với sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo PGS.TS Lê
Xuân Khâm cùng với sự giúp đỡ của các thầy cô giáo trong trường Đại học Thủy lợi
luận văn thạc sĩ với đề tài “Nghiên cứu giải pháp chống thấm qua đập hồ chứa nước
Tàu Voi – tỉnh Hà Tĩnh” đã được tác giả hoàn thành đúng thời hạn quy định và đảm
bảo đầy đủ các yêu cầu trong đề cương được phê duyệt.
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo PGS.TS Lê Xuân Khâm người
đã tận tình hướng dẫn, cung cấp thơng tin, tài liệu và vạch ra những định hướng khoa
học cần thiết để tác giả hoàn thành luận văn này.
Tác giả xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong bộ môn Thủy cơng, Khoa cơng
trình, Phịng đào tạo Đại học và sau Đại học cùng tồn thể các thầy cơ giáo trong
trường Đại học Thủy lợi đã giúp đỡ và truyền đạt kiến thức trong thời gian tác giả học
tập và nghiên cứu.

Tác giả cũng xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè, đồng nghiệp và những người
đi trước đã chỉ bảo, khích lệ, động viên, ủng hộ nhiệt tình và tạo điều kiện, giúp đỡ
cho tác giả về mọi mặt trong q trình học tập cũng như hồn thiện luận văn.

Tuy đã có những cố gắng song do thời gian có hạn, trình độ bản thân cịn hạn chế nên
luận văn này không thể tránh khỏi những thiếu sót và tồn tại, tác giả mong nhận

được mọi ý kiến đóng góp và trao đổi chân thành của các thầy cô giáo, anh chị em
và các bạn đồng nghiệp.
Hà Nội, ngày 23 tháng 5 năm 2016
Tác giả

Lê Chung Anh

ii


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN .......................................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................... ii
MỤC LỤC .................................................................................................................... iii
DANH MỤC HÌNH ẢNH ........................................................................................... vi
DANH MỤC BẢNG BIỂU ......................................................................................... ix
MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỒ CHỨA ..............................................................4
1.1. Giới thiệu chung về hồ chứa và đập vật liệu địa phương. ........................................4
1.1.1. Tổng quan về đập đất và hồ chứa. ....................................................................4
1.1.2. Tình hình xây dựng đập đất và hồ chứa trên thế giới. ......................................4
1.1.3. Tình hình xây dựng đập đất và hồ chứa tại Việt Nam ......................................6
1.2. Hiện trạng các hồ chứa tỉnh Hà Tĩnh........................................................................8
1.2.1. Tổng quan về các hồ chứa tỉnh Hà Tĩnh. ..........................................................8
1.2.2. Hiện trạng chất lượng các hồ chứa của Hà Tĩnh. ..........................................12
1.2.3. Những yêu cầu đối với hồ chứa của Hà Tĩnh. ................................................13
1.3. Tổng quan về thấm và ảnh hưởng của dòng thấm đến ổn định cơng trình. ...........14

1.3.1. Ngun nhân gây thấm ....................................................................................14
1.3.2. Ảnh hưởng của đường thấm đến đập đất ........................................................14
1.3.3. Một số sự cố do dòng thấm gây ra ..................................................................15
1.4. Các giải pháp chống thấm hiện nay. .......................................................................16
1.4.1. Chống thấm cho những cơng trình mới xây dựng...........................................16
1.4.2. Chống thấm cho những cơng trình đã xây dựng. ............................................18
1.5. Kết luận chương 1 ..................................................................................................19
CHƯƠNG 2: CÁC LÝ THUYẾT CƠ BẢN VỀ THẤM VÀ ỔN ĐỊNH ................20
2.1.Cơ sở lý thuyết thấm................................................................................................20
2.1.1. Các định luật thấm cơ bản. .............................................................................20
2.1.2. Tổng quan về phương pháp tính tốn thấm ....................................................22
2.2. Các phương pháp tính ổn định. ..............................................................................26

iii


2.2.1. Lý luận tính tốn ổn định mái dốc .................................................................. 26
2.2.2. Một số phương pháp tính ổn định mái theo phương pháp mặt trượt ............. 27
2.3. Các giải pháp công trình để xử lý thấm cho đập đất. ............................................. 32
2.3.1. Tường chống thấm bằng các loại vật liệu mới như màng địa kỹ thuật, thảm bê
tông, thảm sét địa kỹ thuật. ....................................................................................... 33
2.3.2. Công nghệ khoan phụt chống thấm (khoan phụt truyền thống) ..................... 34
2.3.3. Công nghệ phụt cao áp (Jet – grouting) ......................................................... 35
2.3.4. Công nghệ chống thấm bằng tường hào bentonite. ........................................ 36
2.3.5. Tường nghiêng sân phủ thượng lưu chống thấm ............................................ 37
2.4. Kết luận chương 2. ................................................................................................. 37
CHƯƠNG 3: LỰA CHỌN GIẢI PHÁP CHỐNG THẤM CHO ĐẬP HỒ CHỨA
NƯỚC TÀU VOI ......................................................................................................... 39
3.1. Giới thiệu chung về hồ chứa nước Tàu Voi. .......................................................... 39
3.1.1. Vị trí địa lý, đặc điểm lưu vực......................................................................... 39

3.1.2. Điều kiện tự nhiên xã hội, dân sinh kinh tế khu vực hồ chứa ......................... 40
3.1.3. Quy mô và các thông số kỹ thuật cơ bản ........................................................ 41
3.1.4. Điều kiện địa chất cơng trình ......................................................................... 42
3.1.5. Đặc điểm khí tượng thủy văn .......................................................................... 43
3.1.6. Đánh giá hiện trạng hồ Tàu Voi ..................................................................... 45
3.1.7. Sự cần thiết phải xử lý chống thấm cho hồ Tàu Voi ....................................... 49
3.2. Đề xuất các biện pháp xử lý chống thấm cho đập Tàu Voi ................................... 49
3.2.1. Đề xuất các phương án xử lý .......................................................................... 49
3.2.2. Phân tích lựa chọn phương án ........................................................................ 50
3.3. Tính tốn, đánh giá thấm cho đập Tàu Voi ............................................................ 54
3.3.1. Các tiêu chuẩn thiết kế .................................................................................... 54
3.3.2. Phạm vi tính tốn ............................................................................................ 54
3.3.3. Các trường hợp tính tốn. ............................................................................... 56
3.3.4. Phương pháp tính tốn ................................................................................... 56
3.3.5. Kết quả tính tốn ............................................................................................. 58
3.4. Phân tích kết quả, lựa chọn phương án. ................................................................. 72
3.5. Kết luận chương 3. ................................................................................................. 74
iv


CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .............................................................75
4.1. Những kết quả đạt được. ........................................................................................75
4.2. Một số vấn đề tồn tại ..............................................................................................75
4.3. Kiến nghị ................................................................................................................76
TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................77
PHỤ LỤC TÍNH TỐN .............................................................................................78

v

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 : Đập Nurek cao 310m, hiện là đập đất cao nhất thế giới ............................... 5
Hình 1.2 : Hồ chứa nước Kẻ Gỗ ..................................................................................... 9
Hình 1.3 : Hồ chứa nước Bộc Nguyên .......................................................................... 10
Hình 1.4 : Hồ chứa nước Đá Bạc ................................................................................. 10
Hình 1.5 : Hồ chứa nước Khe Xanh .............................................................................. 11
Hình 1.6 : Hồ chứa nước Kim Sơn ................................................................................ 11
Hình 1.7 : Đập đất đồng chất ........................................................................................ 16
Hình 1.8 : Đập đất có tường nghiêng mềm ................................................................... 18
Hình 2.1: Sơ đồ tính tốn theo phương pháp mặt trượt trụ trịn .................................. 28
Hình 2.2: Phân tích dải đất theo Bishop ....................................................................... 30
Hình 2.3: Chống thấm bằng vải địa kỹ thuật ................................................................ 33
Hình 2.4: Phạm vi ứng dụng của các loại khoan phụt.................................................. 35
Hình 2.5: Sơ đồ cơng nghệ Jet - grouting ..................................................................... 35
Hình 2.6: Tường hào chống thấm bằng bentonite ........................................................ 36
Hình 2.7: Chống thấm bằng tường nghiêng sân phủ .................................................... 37
Hình 3.1: Vị trí địa lý trên bản đồ ................................................................................. 39
Hình 3.2: Bản đồ lưu vực hồ Tàu Voi ........................................................................... 40
Hình 3.3: Hình ảnh đập và mái hạ lưu hồ Tàu Voi...................................................... 46
Hình 3.4: Hình ảnh mái thượng lưu hồ Tàu Voi ........................................................... 46
Hình 3.5: Hiện trạng thấm ra mái hạ lưu của đập đất (mặt cắt C24) .......................... 47
Hình 3.6: Thấm phía dưới cơ (mặt cắt C30) ................................................................. 47
Hình 3.7: Thấm tạo thành vùng sình lầy ngay ở cơ (mặt cắt C21) ............................... 48
Hình 3.8: Thấm tạo thành vùng sình lầy dưới chân đập(mặt cắt 33) ........................... 48
Hình 3.9: Mặt cắt điển hình C30 dùng để tính tốn ..................................................... 55
Hình 3.10: Mặt cắt điển hình C21 dùng để tính tốn ................................................... 55
Hình 3.11 : Mơ hình tính tốn trường hợp hiện trạng cơng trình mặt cắt C30,
MNTL=+15,0 ................................................................................................................ 58

vi

Hình 3.12 : Kết quả tính thấm trường hợp hiện trạng cơng trình, mặt cắt C30,
MNTL=+15,0 ................................................................................................................58
Hình 3.13: Mơ hình tính tốn trường hợp hiện trạng cơng trình mặt cắt C21,
MNTL=+15,0 ................................................................................................................58
Hình 3.14: Kết quả tính thấm trường hợp hiện trạng cơng trình, mặt cắt C21,
MNTL=+15,0 ................................................................................................................59
Hình 3.15: Kết quả tính thấm TH hiện trạng, mặt cắt C30, MNDBT= +15,5..............59
Hình 3.16: Kết quả tính ổn định trường hợp hiện trạng cơng trình mặt cắt C30,
MNDBT=+15,5 .............................................................................................................60
Hình 3.17: Mơ hình tính tốn TH khoan phụt cơng trình mặt cắt C30 .........................61
Hình 3.18: Kết quả tính thấm trường hợp khoan phụt cơng trình mặt cắt C30,
MNDBT=+15,5. ............................................................................................................61
Hình 3.19: Kết quả tính ổn định TH khoan phụt, mặt cắt C30, MNDBT=+15,5 .........61
Hình 3.20: Mơ hình tính tốn TH làm thiết bị thốt nước + áp trúc mặt cắt C30 .......62
Hình 3.21: Kết quả tính thấm TH làm thiết bị thốt nước + đắp áp trúc,mặt cắt C30,
MNDBT=+15,5 .............................................................................................................63
Hình 3.22: Kết quả tính ổn định TH làm thiết bị thoát nước + đắp áp trúc mặt cắt C30,
MNDBT=+15,5 .............................................................................................................63
Hình 3.23: Kết quả tính thấm TH thiết bị thoát nước bị tắc mặt cắt C30,
MNDBT=+15,5 .............................................................................................................63
Hình 3.24: Kết quả tính ổn định trường hợp đắp áp trúc, thiết bị thoát nước bị tắc, mặt
cắt C30, MNDBT=+15,5...............................................................................................64
Hình 3.25: Kết quả tính thấm TH hiện trạng, mặt cắt C21, MNDBT= +15,5..............65
Hình 3.26 : Kết quả tính ổn định trường hợp hiện trạng cơng trình mặt cắt C21,
MNDBT=+15,5 .............................................................................................................65
Hình 3.27: Mơ hình tính tốn TH khoan phụt cơng trình mặt cắt C21 .........................66
Hình 3.28: Kết quả tính thấm trường hợp khoan phụt cơng trình mặt cắt C21,
MNDBT=+15,5. ............................................................................................................67

Hình 3.29: Kết quả tính ổn định TH khoan phụt, mặt cắt C21, MNDBT=+15,5 .........67
Hình 3.30: Mơ hình tính tốn TH làm thiết bị thoát nước + áp trúc mặt cắt C21 .......68

vii


Hình 3.31: Kết quả tính thấm TH làm thiết bị thoát nước + đắp áp trúc, mặt cắt C21,
MNDBT=+15,5 ............................................................................................................. 68
Hình 3.32: Kết quả tính ổn định trường hợp làm thiết bị thoát nước + đắp áp trúc, mặt
cắt C21, MNDBT=+15,5 .............................................................................................. 69
Hình 3.33: Kết quả tính thấm TH thiết bị thốt nước bị tắc mặt cắt C21,
MNDBT=+15,5 ............................................................................................................. 69
Hình 3.34: Kết quả tính ổn định trường hợp đắp áp trúc, thiết bị thoát nước bị tắc, mặt
cắt C21, MNDBT=+15,5 .............................................................................................. 70

viii


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1: Thống kê một số đập đất ở Việt Nam ..............................................................7
Bảng 3.1: Thông số kỹ thuật cơ bản của hồ Tàu Voi ....................................................42
Bảng 3.2: Nhiệt độ khơng khí (0C). ..............................................................................44
Bảng 3.3: Độ ẩm tương đối của khơng khí (%). ...........................................................44
Bảng 3.4: Lượng bốc hơi trung bình tháng năm (mm). ...............................................44
Bảng 3.5: Lượng mưa bình quân năm trong vùng (mm). .............................................45
Bảng 3.6: Thông số đập Tàu Voi ..................................................................................55
Bảng 3.7: Chỉ tiêu cơ lý các lớp đất .............................................................................56
Bảng 3.8: Kết quả tính tốn Gradient TH hiện trạng mặt cắt C30...............................60
Bảng 3.9: Kết quả tính tốn ổn định trượt mái hạ lưu TH hiện trạng mặt cắt C30 .....60
Bảng 3.10: Kết quả tính tốn Gradient TH khoan phụt ................................................62

Bảng 3.11: Kết quả tính tốn ổn định trượt trường hợp xử lý bằng khoan phụt .........62
Bảng 3.12: Kết quả tính toán Gradient TH làm thiết bị thoát nước dạng ống khói, kết
hợp gia cố mái hạ lưu bằng đắp áp trúc. ......................................................................64
Bảng 3.13: Kết quả tính tốn ổn định trượt mái hạ lưu TH làm thiết bị thoát nước
dạng ống khói, kết hợp gia cố mái hạ lưu bằng đắp áp trúc. ........................................65
Bảng 3.14: Kết quả tính tốn Gradient TH hiện trạng .................................................66
Bảng 3.15: Kết quả tính tốn ổn định trượt mái hạ lưu trường hợp hiện trạng ...........66
Bảng 3.16: Kết quả tính tốn Gradient TH khoan phụt ................................................67
Bảng 3.17: Kết quả tính tốn ổn định trượt trường hợp xử lý bằng khoan phụt .........68
Bảng 3.18: Kết quả tính tốn Gradient TH làm thiết bị thốt nước dạng ống khói, kết
hợp gia cố mái hạ lưu bằng đắp áp trúc. ......................................................................70
Bảng 3.19: Kết quả tính tốn ổn định trượt mái hạ lưu trường hợp làm thiết bị thoát
nước dạng ống khói, kết hợp gia cố mái hạ lưu bằng đắp áp trúc................................71
Bảng 3.20: Khái toán giá thành 2 phương án ...............................................................73

ix



MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Hiện nay cả nước đã xây dựng trên 2100 hồ chứa có dung tích mỗi hồ từ 0,5 triệu m3
trở lên, với tổng dung tích trữ được trên 41 tỷ m3 nước. Trong đó miền Trung và Tây
Nguyên có trên 97 hồ Thủy lợi chứa hơn 2,4 tỷ m3 nước và 27 hồ Thủy điện chứa 6,4
tỷ m3 nước. Phần lớn số đập đất tạo hồ chứa nước chiếm khoảng 90%, còn lại là đập
bê tông và vật liệu khác. Các hiện tượng hư hỏng của đập đất thường xảy ra do quá
trình thấm gây nên. Dòng thấm qua thân đập và nền về lâu dài sẽ gây nên xói mịn và
gây sạt lở đập. Những năm gần đây, đã có nhiều sự cố hư hỏng cơng trình do các
ngun nhân liên quan đến q trình thấm. Điều này địi hỏi việc nghiên cứu các biện
pháp xử lý thấm cho các cơng trình là vấn đề hết sức cấp bách, có ý nghĩa thực tiễn và

khoa học. Hiện nay, ở Việt Nam các vấn đề xử lý chống thấm cho đập đất đã được
nghiên cứu và ứng dụng khá phổ biến, tuy nhiên mỗi phương pháp thường chỉ phù hợp
và mang lại hiệu quả cho những cơng trình nhất định. Vì vậy chúng ta cần phải xem
xét, đánh giá các nguyên nhân gây ra q trình thấm nói chung đối với đập đất nhằm
đưa ra những giải pháp, công nghệ xử lý chống thấm hiệu quả giúp hạn chế, khắc phục
các sự cố xảy ra, từ đó làm căn cứ phân tích áp dụng cho một cơng trình cụ thể.
Khu vực Hà Tĩnh tính đến năm 2013 có tổng cộng 345 hồ chứa với tổng dung tích
742,9 triệu m3 nước, ngồi ra cịn hai hồ chứa lớn là hồ Ngàn Trươi (706 triệu m3) và
hồ Rào Trổ (195 triệu m3) đang trong quá trình xây dựng nâng tổng dung tích các hồ
chứa ở Hà Tĩnh lên 1,644 tỷ m3 nước. Có nhiều cơng trình đầu mối đã xuống cấp, có
các hiện tượng thấm mạnh về phía hạ lưu.
Hồ chứa nước Tàu Voi tỉnh Hà Tĩnh có nhiệm vụ quan trọng đó là cấp nước tưới cho
350ha đất canh tác của huyện Kỳ Anh tỉnh Hà Tĩnh, cấp nước cho khu công nghiệp
Vũng Áng, cho khu sản xuất thép Hưng Nghiệp FORMOSA và cấp nước cho Khu
nông trại của Công ty Trách nhiệm hữu hạn Quốc tế POLARIS Kty. Ngồi ra cịn phải
đảm bảo an tồn cho dân cư sinh sống phía hạ du cũng như an toàn cho khu du lịch

1


sinh thái phía hạ lưu đập. Đập được xây dựng đợt 1 năm 1986, đến nay đã được 30
năm nên đợt 2 đã được nâng cấp sửa chữa năm 2005. Tuy nhiên hiện nay mái đập hạ
lưu từ cơ trở xuống đều có hiện tượng thấm, tùy vị trí và ở mức độ khác nhau. Có
nhiều vị trí có thể quan sát được dòng thấm bằng mắt thường, cá biệt cịn có vị trí dịng
thấm sinh ra hiện tượng sình lầy ở trên cơ đập (mặt cắt giữa tuyến đập). Đây là hiện
tượng rất hiếm gặp ở các đập đất đang làm việc bình thường. Để làm rõ các hiện tượng
thấm qua đập đất cũng như các giải pháp khắc phục nói chung, đối với đập đất của hồ
chứa Tàu Voi nói riêng thì đề tài “Nghiên cứu giải pháp chống thấm qua đập hồ chứa
nước Tàu Voi – tỉnh Hà Tĩnh” mang nhiều ý nghĩa khoa học và thực tiễn.
2. Mục đích của đề tài

- Đánh giá hiện trạng các hồ chứa trên địa bàn tỉnh Hà Tĩnh.
- Nghiên cứu các giải pháp xử lý chống thấm cho đập đất.
- Phân tích và lựa chọn giải pháp xử lý chống thấm cho 1 cơng trình cụ thể.
3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
Cách tiếp cận:
- Tìm hiểu các tài liệu đã được nghiên cứu và ứng dụng liên quan đến đề tài;
- Điều tra, thu thập các tài liệu để phục vụ tính tốn cho cơng trình nghiên cứu;
- Các đánh giá của các chuyên gia.
Phương pháp nghiên cứu:
- Phương pháp thống kê, phân tích đánh giá các cơng trình đã có, các số liệu thu thập
được;
- Phương pháp mơ hình tốn, sử dụng các phần mềm thơng dụng để làm cơng cụ tính
tốn.
- Phương pháp so sánh lựa chọn tối ưu.
- Ứng dụng cơng trình thực tế.
2


4. Kết quả dự kiến đạt được
- Phân tích các giải pháp chống thấm cho đập đất;
- Tính tốn lựa chọn giải pháp chống thấm hợp lý cho đập đất hồ chứa Tàu Voi.
5. Cấu trúc luận văn
Ngoài phần mở đầu, mục lục, danh mục các bảng biểu, hình vẽ, danh mục tài liệu tham
khảo, danh mục viết tắt và kết luận; luận văn được trình bày gồm 4 chương:
Chương 1: Tổng quan về hồ chứa.
Chương 2: Các lý thuyết cơ bản về thấm và ổn định.
Chương 3: Lựa chọn giải pháp chống thấm cho đập hồ chứa nước Tàu Voi.
Chương 4: Kết luận và kiến nghị.

3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỒ CHỨA
1.1. Giới thiệu chung về hồ chứa và đập vật liệu địa phương.
1.1.1. Tổng quan về đập đất và hồ chứa.
Đập đất là công trình dâng nước tạo hồ chứa rất phổ biến trên thế giới cũng như ở Việt
Nam. Đập đất được xây dựng từ thời sơ khai của văn minh loài người để trữ nước cho
trồng trọt. Một số đập được xây dựng thời cổ xưa đã khá lớn. Một đập đất được xây
dựng ở Ceylou (Xrilanca) vào năm 504 trước công nguyên dài 17 km cao 21.5 m có
khối lượng đất đắp 13.000.000 m3[4].Cho đến nay đập đất vẫn là loại đập được xây
dựng phổ biến nhất chủ yếu do việc xây dựng đập sử dụng vật liệu tự nhiên không cần
phải xử lý nhiều.
Những lợi ích mà đập và hồ chứa mang lại là rất lớn, như có tác dụng giúp giảm nhẹ lũ
trên sông, cung cấp nước cho vùng hạ du cũng như cho khu vực lân cận, cấp nước tưới
ổn định cho sản xuất nông nghiệp, tạo nguồn nước sinh hoạt cho khu dân cư. Ngoài ra
đập đất cịn tạo ra những hồ chứa với dung tích lớn, tùy vào điều kiện địa hình, địa
chất, dân sinh kinh tế và nhu cầu của khu vực để tiến tới xây dựng nhà máy thủy điện,
phát huy sức mạnh của nước, tạo ra điện năng, phục vụ nhu cầu thiết yếu của nhân dân
cũng như của đất nước.
1.1.2. Tình hình xây dựng đập đất và hồ chứa trên thế giới.
Hồ chứa nước trên thế giới được xây dựng và phát triển rất đa dạng, phong phú. Từ
mấy ngàn năm trước công nguyên đập đất được xây dựng nhiều ở Ai cập, Ấn Độ,
Trung Quốc và các nước Trung Á của Liên Xơ (cũ) với mục đích dâng và giữ nước để
tưới hoặc phòng lũ. Về sau, đập đất ngày càng đóng vai trị quan trọng trong các hệ
thống thủy lợi nhằm lợi dụng tổng hợp tài nguyên dòng nước.
Theo tiêu chí phân loại của Ủy ban quốc tế về đập lớn, hồ có dung tích từ một triệu
mét khối nước trở lên hoặc có chiều cao trên 15 mét, thuộc loại hồ đập lớn. Hiện thế
giới có hơn 45.000 hồ. Trong đó châu Á có 31.340 hồ (chiếm 70%), Bắc và Trung Mỹ
4

có 8.010 hồ, Tây Âu có 4.227 hồ, Đơng Âu có 1203 hồ, châu Phi 1.260 hồ, châu Đại
Dương 577 hồ. Đứng đầu danh sách các nước có nhiều hồ là Trung Quốc (22.000 hồ),
Mỹ (6.575 hồ), Ấn Độ (4.291 hồ), Nhật Bản (2.675 hồ), Tây Ban Nha (1.196 hồ). Liên
Bang Nga có hơn 150 hồ với tổng dung tích trên 200 tỷ mét khối nước. Các hồ lớn
nhất thế giới là hồ Boulder trên sơng Colorado (Mỹ) dung tích 38 tỷ mét khối nước, hồ
Grand Coulle trên sông Columbia (Mỹ) dung tích 24 tỷ mét khối nước, hồ Bownrrat
trên sơng Angera (Nga) có dung tích gần 20 tỷ mét khối nước.
Xây dựng và sử dụng hồ chứa nước trên thế giới đã trải qua lịch sử phát triển lâu đời. Cách
đây hơn 6000 năm người Trung Quốc và Ai Cập đã biết sử dụng vật liệu tại chỗ để đắp đập
ngăn sông suối tạo thành hồ chứa. Thời kỳ cổ đại, hồ Vicinity tại Menphis thuộc thung lũng
sông Nile (Ai Cập) có xây đập đá đổ cao 15m, dài 45m. Trong khoảng 4000 năm trước
công nguyên, cùng với sự phát triển rực rỡ của các nền văn minh cổ đại Ai Cập, Trung
Quốc, Hi Lạp, La Mã, Ấn Độ…kỹ thuật xây dựng hồ đập trên thế giới cũng không ngừng
phát triển. Người Nam Tư xây dựng đập Mardook ở thung lũng sông Tigris. Người Saba
xây dựng đập đá đổ Marib cao 32,5m dài 3.200m[3].
Ngày nay, nhờ sự phát triển của nhiều ngành khoa học như cơ học đất, lý luận thấm,
địa chất thủy văn và địa chất cơng trình... Cũng như việc ứng dụng rộng rãi cơ giới hóa
và thủy cơ hóa trong thi cơng cho nên đập đất-đá càng có xu hướng phát triển mạnh
mẽ. Cho đến nay, các nước đã xây dựng hàng nghìn đập đất.

Hình 1.1 : Đập Nurek cao 310m, hiện là đập đất cao nhất thế giới

5


Đập đất cao nhất hiện nay là Nurek (Liên xô cũ) cao 310m, tiếp đến là Orovin(Mỹ)
cao 224m và đập đất bồi cao nhất là đập Migêtraurơxcơ (Liên xô cũ) cao 80m, trong
những năm gần đây, trên phạm vi thế giới đang có xu hướng xây dựng nhiều đập đấtđá cao. Tổng số những đập đất-đá có chiều cao hơn 75m xây dựng và thiết kế từ năm
1960 trở lại đây chiếm 80% trong toàn bộ các loại đập cao, đứng hàng đầu về tốc độ

phát triển so với các loại đập khác. Con số đó nói lên xu hướng và triển vọng của đập
đất-đá trong sự nghiệp xây dựng cơng trình thủy lợi, thủy điện.
1.1.3. Tình hình xây dựng đập đất và hồ chứa tại Việt Nam
Hồ chứa ở Việt Nam là biện pháp cơng trình chủ yếu để chống lũ cho các vùng hạ du;
cấp nước tưới ruộng, công nghiệp, sinh hoạt, phát điện, phát triển dụ lịch, cải tạo môi
trường, nuôi trồng thủy sản, phát triển giao thơng, thể thao, văn hóa.
Theo thời gian, trước năm 1964 việc xây dựng hồ chứa diễn ra chậm, có ít hồ chứa
được xây dựng trong giai đoạn này. Sau năm 1964, đặc biệt từ khi nhà nước thống
nhất thì việc xây dựng hồ chứa phát triển mạnh. Từ năm 1976 đến nay số hồ chứa xây
dựng mới chiếm 67%. Không những tốc độ phát triển nhanh, mà cả về quy mơ cơng
trình cũng lớn lên khơng ngừng, đã có nhiều hồ lớn, đập cao ở những nơi có điều kiện
tự nhiên phức tạp.
Trong những năm qua Nhà nước đã đầu tư hàng chục nghìn tỷ đồng xây dựng các
cơng trình thủy lợi lớn và nhỏ để đảm bảo tưới tiêu cho hàng triệu ha đất canh tác,
ngăn mặn, cải tạo đất, giảm nhẹ thiên tai, cấp nước cho các ngành kinh tế quốc dân.
Nhiều cơng trình mang tầm vóc thế kỷ với quy mơ lớn, có kỹ thuật phức tạp đã được
áp dụng các công nghệ mới từ công tác khảo sát, thiết kế, thi công, quản lý vận hành
công trình. Đó là niềm tự hào của những người làm công tác thủy lợi.
Ở nước ta hồ chứa đã, đang và sẽ được xây dựng rất nhiều. Hiện nay cả nước đã xây
dựng trên 2100 hồ chứa có dung tích mỗi hồ từ 0,5 triệu m3 trở lên, với tổng dung tích
trữ được trên 41 tỷ m3 nước. Trong đó miền Trung và Tây Nguyên có trên 97 hồ Thủy
lợi chứa hơn 2,4 tỷ m3 nước và 27 hồ Thủy điện chứa 6,4 tỷ m3 nước. Phần lớn số đập
đất tạo hồ chứa nước chiếm khoảng 90%, còn lại là đập bê tông và vật liệu khác.

6


Bảng 1.1: Thống kê một số đập đất ở Việt Nam
Loại đập

Hmax (m)

Hà Tĩnh

Đất

23,50

Năm hồn
thành
1961

Khn Thần

Bắc Giang

Đất

26,00

1963

3

Đa Nhim

Lâm Đồng

Đất

38,00

1963

4

Suối Hai

Hà Tây

Đất

24,00

1963

5

Thượng Tuy

Hà Tĩnh

Đất

25,00

1964

6

Cẩm Ly

Quảng Bình

Đất

30,00

1965

7

Tà Keo

Lạng Sơn

Đất

35,00

1972

8

Cấm Sơn

Bắc Giang

Đất

42,50

1974

9

Vực Trống

Hà Tĩnh

Đất

22,80

1974

10

Đồng Mơ

Hà Tây

Đất

21,00

1974

11
12

Tiên Lang
Núi Cốc

Quảng Bình
Thái Ngun

Đất
Đất

32,30
26,00

1978
1978

13
14

Pa Khoang
Kẻ Gỗ

Lai Châu
Hà Tĩnh

Đất
Đất

26,00
37,50

1978
1979

15
16

n Mỹ
n Lập

Thanh Hóa
Quảng Ninh

Đất
Đất

25,00
40,00

1980
1980

17
18

Vĩnh Trinh
Liệt Sơn

Quảng Nam
Quảng Ngãi

Đất
Đất

23,00
29,00

1980
1981

19
20
21

Phú Ninh
Sơng Mực
Quất Đơng

Quảng Nam
Thanh Hóa
Quảng Ninh

Đất
Đất
Đất

39,40
33,40
22,60

1982
1983
1983

22
23

Xạ Hương
Cống Khê

Vĩnh Phúc
Thanh Hóa

Đất
Đất

41,00
18,00

1984
1984

24
25

Mậu Lâm
Hịa Trung

Thanh Hóa
Đà Nẵng

Đất
Đất

9,50
26,00

1984
1984

26
27

Hội Sơn
Dầu Tiếng

Bình Định
Tây Ninh

Đất
Đất

29,00
28,00

1985
1985

28
29

Biển Hồ
Núi Một

Gia Lai
Bình Định

Đất
Đất

21,00
30,00

1985
1986

30
31

Vực Trịn
Tuyền Lâm

Quảng Bình
Lâm Đồng

Đất
Đất

29,00
32,00

1986
1987

32

Đá Bàn

Khánh Hịa

Đất

42,50

1988

TT

Tên hồ

1

Cây Trường

2

Tỉnh

7

Loại đập

Hmax (m)

Quảng Nam
Quảng Trị

Đất
Đất

22,40
21,00

Năm hồn
thành
1989
1989

Khe Chè
Phú Xn

Quảng Ninh
Phú n

Đất
Đất

25,20
23,70

1990
1996

37
38

Gị Miếu
Cà Giây

Thái Ngun
Bình Thuận

Đất
Đất

30,00
30,00

1999
1999

39
40

Sơng Hinh
Vũng Sú

Phú n
Thanh Hóa

Đất
Đất

50,00
25,00

2000
2003

41
42

Sơng Sắt
Sơng Sào

Ninh Thuận
Nghệ An

Đất
Đất

29,00
30,00

2005
2006

43
44

Easoup
Hà Động

Đắc Lắc
Quảng Ninh

Đất
Đất

29,00
30,00

2005
2007

45

IaM’La

Gia Lai

Đất

37,00

2009

46
47

Tân Sơn
Hao Hao

Gia Lai
Thanh Hóa

Đất
Đất

29,20
24,2

2009
2009

48
49

Trưa Vân
Tả Trạch

Thanh Hóa
Thừa Thiên Huế

Đất
Đất

22
60,00

2010
2012

50

Suối Mỡ

Bắc Giang

Đất

27,80

2012

TT

Tên hồ

Tỉnh

33
34

Khe Tân
Kinh Mơn

35
36

1.2. Hiện trạng các hồ chứa tỉnh Hà Tĩnh.
1.2.1. Tổng quan về các hồ chứa tỉnh Hà Tĩnh.
Hồ chứa nước là cơng trình lợi dụng tổng hợp, cấp nước tưới, sinh hoạt, công nghiệp
và phát triển các ngành kinh tế quốc dân khác, cải tạo cảnh quan môi trường sinh thái;
điều tiết lũ để phòng, tránh, giảm nhẹ thiên tai, đảm bảo an tồn tính mạng và tài sản
nhân dân vùng hạ lưu.
Hà Tĩnh là tỉnh nằm giữa của khu vực Bắc trung bộ, có dãy Trường Sơn chạy song
song với bờ biển và do phát triển ngang của dãy Hoành Sơn chắn phía Nam của tỉnh
tạo thành một vùng hứng gió biển nên ở đây có lượng mưa lớn hơn các vùng khác
trong tỉnh và lượng mưa trung bình nhiều năm cũng lớn hơn các tỉnh lân cận như
Quảng Bình hay Nghệ An.
8


Tổng lượng mưa rơi trên địa bàn tỉnh xấp xỉ 13 đến 18 tỷ m3/năm. Tổng lượng nước
đến biến động từ 10 đến 11 tỷ m3/năm. Kết hợp với địa hình nhiều đồi núi rất thuận lợi
cho phát triển xây dựng hồ chứa nước thủy lợi. Tính đến 31/12/2013 tồn tỉnh đã xây
dựng được 345 hồ chứa với tổng dung tích 743 triệu m3, hiện đang đầu tư xây dựng
thêm 2 hồ chứa có tổng dung tích 900 triệu m3 là hồ Ngàn Trươi và hồ Rào Trổ; và
tiếp tục xem xét đầu tư xây dựng thêm khoảng 5 hồ chứa có dung tích 5 đến 10 triệu
m3 nước theo quy hoạch đến năm 2020 nâng tổng dung tích các hồ chứa lên 1,7 tỷ m3
năm 2020.
Nhiều hồ chứa nước có dung tích lớn và trung bình so với cả nước như hồ Ngàn Trươi
(huyện Vũ Quang), Kẻ Gỗ, Thượng Tuy (huyện Cẩm Xuyên), Rào Trổ, Sông Rác
(huyện Kỳ Anh)…mang lại hiệu ích to lớn, cấp nước phục vụ cho sản xuất nông
nghiệp, công nghiệp, sinh hoạt, cải tạo môi trường sinh thái, cịn có nhiệm vụ cắt lũ
bảo đảm an tồn cho hạ du[11].

Hình 1.2 : Hồ chứa nước Kẻ Gỗ

9


Hình 1.3 : Hồ chứa nước Bộc Nguyên

Hình 1.4 : Hồ chứa nước Đá Bạc

10


Hình 1.5 : Hồ chứa nước Khe Xanh

Hình 1.6 : Hồ chứa nước Kim Sơn

11


1.2.2. Hiện trạng chất lượng các hồ chứa của Hà Tĩnh.
Khu vực Hà Tĩnh tính đến năm 2013 có tổng cộng 345 hồ chứa với tổng dung tích
742,9 triệu m3 nước, ngồi ra cịn hai hồ chứa lớn là hồ Ngàn Trươi (706 triệu m3) và
hồ Rào Trổ (195 triệu m3) đang trong quá trình xây dựng nâng tổng dung tích các hồ
chứa ở Hà Tĩnh lên 1,644 tỷ m3 nước trong đó:
- Hồ có dung tích trên 100 triệu m3 có 4 hồ (Ngàn Trươi, Kẻ Gỗ, Rào Trổ, sơng Rác)
với tổng dung tích 1,37 tỷ m3.
- Hồ có dung tích trữ từ 10 đến 100 triệu m3 có 9 hồ với tổng dung tích 180 triệu m3.
- Hồ có dung tích trữ từ 5 đến dưới 10 triệu m3 có 4 hồ với tổng dung tích 32 triệu m3.
- Hồ có dung tích trữ từ 1 đến dưới 5 triệu m3 có 31 hồ với tổng dung tích 62 triệu m3.
- Số hồ có chiều cao đập từ 10m trở lên có 112 hồ.
Các hồ này ngồi nhiệm vụ cung cấp nước cho 63.344,3 ha lúa, màu, cây cơng nghiệp,

phục vụ dân sinh và kinh tế thì cịn có nhiệm vụ điều tiết lũ bảo vệ vùng hạ du[11].
Hà Tĩnh là địa phương nằm trong tốp 10 tỉnh có số hồ chứa lớn nhất cả nước với 345
hồ và là tỉnh có mật độ hồ chứa dày nhất nhì cả nước. Hồ chứa nước có nhiều lợi ích
song cũng luôn tiềm ẩn nguy cơ sự cố, đe doạ đến an tồn của cơng trình và hạ du.
Các hồ chứa chủ yếu được xây dựng từ những năm 1960 - 1970 trong điều kiện nền
kinh tế đất nước còn nhiều khó khăn, cơng tác khảo sát, thiết kế và thi cơng cịn nhiều
thiếu sót, các cơng trình đầu mối khơng được xây dựng hồn thiện. Thời gian khai
thác, sử dụng các hồ đã lâu, việc quản lý chưa được quan tâm đúng mức, thiếu kinh
phí để duy tu sửa chữa, dẫn đến nhiều hồ chứa nước nhanh chóng bị xuống cấp, gây
mất an tồn cơng trình. Trong thời gian qua nhiều hồ chứa có quy mơ vừa và nhỏ đã bị
vỡ gây thiệt hại đáng kể tới người, tài sản của nhân dân. Vì vậy trong giai đoạn từ năm
2003 đến 2012, có 79 hồ chứa đã được đầu tư nâng cấp, sửa chữa bằng các nguồn vốn
khác nhau.
Ngoại trừ các hồ, đập mới được xây dựng và những hồ chứa lớn đã được đầu tư tu bổ,

12


nâng cấp những năm vừa qua (79 hồ), còn lại 150 hồ chứa có hạng mục đập đất có bề
rộng mặt đập nhỏ, mái đập dốc, thân đập thấm, mái thượng lưu đập chưa được gia cố,
những đập được gia cố bằng đá ghép thì hiện nay đã bị bong xơ, sạt, trượt khơng đảm
bảo an tồn chống lũ (hồ Bộc Nguyên, hồ Khe Hao...)
Đập dâng ở Hà Tĩnh 100% là đập vật liệu địa phương, đất đắp thân đập cũ phần lớn
đắp bằng thủ công, đầm nén kém, nhiều hồ khơng được xử lý móng ở lịng khe. Một số
hồ đắp cao chống lũ bằng đắp vuốt mái làm giảm chiều rộng mặt đập và không đảm
bảo mặt cắt theo tiêu chuẩn kỹ thuật. Đối với các hồ được nâng cấp sửa chữa trong giai
đoạn vừa qua, giải pháp chủ yếu là đắp áp trúc mở rộng và tôn cao đập. Do tính chất
cơ lý giữa đất đắp cũ và mới khác nhau nhiều và việc xử lý tiếp giáp khơng tốt dẫn đến
cơng trình bị thấm và mất ổn định tại hầu hết các hồ chứa ở Hà Tĩnh. Để phát huy mặt
lợi và đề phòng các diễn biến bất lợi, công tác đầu tư sửa chữa, nâng cấp, quản lý hồ

chứa cần được quan tâm và tăng cường nhằm bảo đảm an tồn cơng trình và nâng cao
hiệu quả của hồ chứa.
1.2.3. Những yêu cầu đối với hồ chứa của Hà Tĩnh.
Những năm gần đây, do tác động của biến đổi khí hậu ở Hà Tĩnh dịng chảy mùa khơ
giảm mạnh, dịng chảy mùa mưa tăng lên. Trong khi đó nhu cầu nước để đảm bảo phát
triển kinh tế của các ngành lại tập trung phần lớn vào mùa khô, nhất là nông nghiệp,
thủy sản, công nghiệp, xây dựng và đảm bảo duy trì dịng chảy mơi trường của các
dịng sơng. Ngồi ra, với đặc điểm khí hậu vùng khu bốn có mùa nắng kéo dài, lượng
mưa trong mùa nắng rất ít và ảnh hưởng nặng nề của gió Tây Nam khơ nóng nên nhu
cầu nước vào mùa nắng ngày càng tăng cao so với mặt bằng chung của cả nước. Theo
rà soát của Sở NN&PTNT Hà Tĩnh thực hiện năm 2012 thì hiện tại các hồ chứa chỉ
đảm bảo tưới được 51,2% diện tích thiết kế.
Vì vậy, vấn đề nâng cấp các hồ chứa nước ngày càng được Bộ và chính quyền địa
phương quan tâm đặc biệt, đặt ra các yêu cầu cần thiết cho công tác quản lý, sửa chữa
và nâng cấp hệ thống hồ chứa trên các phương diện: Hiệu quả khai thác và an tồn
cơng trình.

13


1.3. Tổng quan về thấm và ảnh hưởng của dòng thấm đến ổn định cơng trình.
1.3.1. Ngun nhân gây thấm
Ngun nhân gây thấm trong đất bão hòa nước là do thế chuyển động của dịng thấm
hay chính là gradient cột nước thủy lực. Nguyên nhân gây thấm trong đất không bão
hịa ngồi tác nhân chính là gradient cột nước thủy lực (bao gồm gradient áp lực và
gradient cao trình) cịn do gradient độ ẩm, gradient hút dính, độ hút dính là U a - U w
trong đó U a chính là áp lực khí lỗ rỗng, U w chính là áp lực nước lỗ rỗng.
Theo công thức Bernoulli, tổng cột nước ở một điểm trong mơi trường thấm được tính
bằng tổng của cột nước áp lực, cột nước vận tốc và cột nước thế:
(1-1)

Trong đó:

h là cột nước thủy lực hay cột nước tổng
γ w là trọng lượng riêng của nước
v là vận tốc dòng thấm

Do vận tốc dòng thấm v qua môi trường lỗ rỗng của đất nhỏ nên thành phần cột nước
vận tốc

có thể bỏ qua, do đó cột nước tổng được tính như sau:
(1-2)

Nước sẽ thấm từ nơi có tổng cột nước cao đến nơi có tổng cột nước thấp hơn, bất kể áp
lực nước lỗ rỗng là âm hay là dương.
1.3.2. Ảnh hưởng của đường thấm đến đập đất
Đập vật liệu địa phương là một loại cơng trình dâng nước làm bằng vật liệu xốp (đất),
chính vì vậy cho dù có đầm chặt đến đâu cũng không thể đảm bảo tuyệt đối không
thấm nước. Khi hồ chứa đưa vào vận hành thì thân đập cũng bắt đầu chịu áp lực của
nước và phát sinh hiện tượng thấm, đập chịu tác dụng của cột nước và hình thành dòng
thấm đi xuyên qua đập và nền. Dòng thấm đi qua thân đập, nền và thấm vòng quanh
14


bờ làm mất nước ở hồ chứa và ảnh hưởng lớn đến ổn định của đập (xói ngầm và trượt
mái dốc). Thân đập càng cao thì nước thấm càng nhiều.
Chính vì vậy việc nghiên cứu vấn đề thấm và ổn định đối với đập vật liệu địa phương
luôn là bài tốn đặc biệt quan trọng ln phải đặt lên hàng đầu trong quá trình nghiên
cứu thiết kế đập nhằm đảm bảo đập hoạt động an toàn.
1.3.3. Một số sự cố do dòng thấm gây ra
Như chúng ta đã biết, mặt cắt đập đất có dạng hình thang với mái dốc lớn để đảm bảo

ổn định trượt nên mặt cắt đập khá rộng, trị số gradien trong thân đập không lớn lắm và
thường không dẫn đến những nguy hiểm đáng kể. Vì vậy vấn đề nguy hiểm đối với
đập đất về mặt xói ngầm do dịng thấm gây ra khơng phải là sự xói ngầm bình thường
như chúng ta thường hiểu mà là sự phá hoại do xuất hiện những hang thấm tập trung.
Những hang này đầu tiên không phải do dòng thấm gây nên mà do nhiều nguyên nhân
khác nhau trong thi công, tạo ra những khe hở ở các lớp tiếp giáp của đất đắp hay tiếp
giáp với công trình bê tơng, các khe nứt do lún khơng đều ... Trong q trình khai thác
cơng trình , dưới tác dụng của dòng thấm và dòng chảy của nước mà những hang này
bị bào mòn, mở rộng ra thành những hang thấm tập trung dẫn đến phá hoại đập.
Trong thực tế thiết kế và xây dựng đập đất đá, không ít đập bị phá hoại một phần hoặc
phá hoại hoàn toàn là do hiện tượng thấm tập trung này, ở Mỹ trong số 72 đập bị phá
hoại đã có 27 đập là do nguyên nhân này (gần 40 %). Điển hình nhất là đập Triton đã
bị phá hoại hồn tồn do hang thấm tập trung ở phần tiếp giáp của thân và nền đập.
Sự cố về thấm rất mn hình mn vẻ, nó có thể xảy ra ngay khi cơng trình mới hồn
thành: điển hình như hồ chứa nước mưa Nam Du - tỉnh Kiên Giang, khi thi công xong
hồ cạn hết nước dẫn đến phải xử lý chống thấm rất tốn kém, hay như đập Cà Giây Bình Thuận khi chưa hồn cơng (1988) đã xuất hiện thấm ra ở chân mái hạ lưu với lưu
lượng 5 ÷ 7(l/phút), sau đó lưu lượng tăng nhanh có nguy cơ vỡ đập. Hoặc sau một vài
năm làm việc hiện tượng thấm mới xảy ra mãnh liệt gây tổn hại rất lớn đến cơng trình
như: sự cố thấm gây vỡ đập đất của hồ chứa Suối Hành, Suối Trầu, Am Chúa - Khánh
Hồ, đập Vực Trịn - Quảng Bình… là một trong những ví dụ điển hình. Đó là những
đập đã bị vỡ rồi còn những đập tuy chưa vỡ nhưng phải xử lý thấm rất tốn kém như
15