Nghiên cứu giải pháp chống thấm cho đê sông bằng tường hào đất bentonite

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI

ĐÀM LÊ THANH TÙNG

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP CHỐNG THẤM CHO ĐÊ
SÔNG BẰNG TƯỜNG HÀO ĐẤT - BENTONITE

Chun ngành: Cơng trình thủy lợi
Mã số:

60 – 58 - 40

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Người hướng dẫn khoa học:
PGS.TS Nguyễn Cảnh Thái

Hà Nội – 2012


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI

ĐÀM LÊ THANH TÙNG

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP CHỐNG THẤM CHO ĐÊ
SÔNG BẰNG TƯỜNG HÀO ĐẤT - BENTONITE

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Hà Nội – 2012


LờI Cảm ơn
Hc viờn xin by t lũng bit n sâu sắc, sự kính trọng đến PGS.TS
Nguyễn Cảnh Thái đã tận tình hướng dẫn cho học viên trong suốt quá trình thực
hiện đề tài.
Xin chân thành cảm ơn lãnh đạo Tổng công ty Tư vấn xây dựng thủy lợi
Việt Nam, Cơng ty tư vấn 11, phịng Thủy cơng 1 đã tạo điều kiện để học viên
có thể tham gia khóa học.
Xin chân thành cảm ơn lãnh đạo Ban quản lý dự án Kè cứng hóa bờ sơng
Hồng – Sở Nơng nghiệp & PTNT Hà Nội đã tạo điều kiện để học viên có thể
hồn thành luận văn.
Xin chân thành cảm ơn các giảng viên trường Đại học Thủy lợi, phòng
Đào tạo đại học và sau đại học, khoa cơng trình, phịng thí nghiệm thủy lực –
trường Đại học thủy lợi và các giảng viên tham gia giảng dạy khóa cao học 17.
Xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè đồng nghiệp đã luôn bên cạnh
động viên, giúp đỡ để học viên trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu đề
tài.
Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật chuyên ngành Xây dựng cơng trình thủy lợi với
đề tài “Nghiên cứu giải pháp chống thấm cho đê sông bằng tường hào Đất Bentonite” được hồn thành với kết quả cịn khiêm tốn và khơng thể tránh khỏi
những thiếu sót, tác giả rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của các
thành viên trong hội đồng, các giảng viên và bạn bè đồng nghiệp.
Xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, tháng 6 năm 2012


LỜI CAM ĐOAN

Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tơi. Các số liệu trích
dẫn trong tài liệu tham khảo được nêu rõ ràng; Các số liệu, kết quả nghiên cứu trong
luận văn là trung thực, chưa từng được người nào công bố trong bất kỳ cơng trình nào
khác.

Tác giả của luận văn




CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
U

BẢN NHẬN XÉT CỦA NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC CHO
HỌC VIÊN CAO HỌC
Tên học viên: Đàm Lê Thanh Tùng
Tên đề tài: Nghiên cứu giải pháp chống thấm cho để sông bằng
tường hào Đất - Bentonite

Học viên cao học Đàm Lê Thanh Tùng lớp cao học 17C1 đã hồn thành
chương trình đào tạo giành cho học viên cao học tại trường Đại học Thủy lợi và
đã nhận đề tài nghiên cứu đúng yêu cầu chuyên ngành xây dựng cơng trình thủy.
Học viên đã cố gắng tìm hiểu tài liệu trong nước để tìm số liệu hợp lý cho
nghiên cứu, tính tốn. Học viên tiếp cận và sử dụng tốt các chương trình tính

tốn, số liệu tính tốn hợp lý, đảm bảo độ chính xác. Luận văn đã hồn thành tốt
theo đề cương đã được thơng qua. Kính mong hội đồng cho bảo vệ để học viên
nhận học vị Thạc sĩ.
Xin trân thành cảm ơn./.

Hà nội, ngày

tháng

năm 2012

Người hướng dẫn khoa học

PGS.TS Nguyễn Cảnh Thái


-1MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Vật liệu địa phương là vật liệu được khai thác tại vùng xây dựng cơng
trình hoặc vật liệu được tận dụng trong q trình đào móng để xây dựng. Với
đặc điểm đơn giản, dễ xây dựng, có khả năng cơ giới hóa cao trong công tác thi
công và giá thành thường hạ so với các loại cơng trình xây dựng bằng vật liệu
khác nên các cơng trình xây dựng sử dụng vật liệu địa phương rất phổ biến
trong công tác xây dựng các cơng trình hồ chứa thủy lợi, thủy điện cũng như
các tuyến đê ở nước ta.
Tuy nhiên trong quá trình khai thác sử dụng có khá nhiều cơng trình sử
dụng vật liệu địa phương đã bị sự cố, hư hỏng. Theo báo cáo thống kê có
khoảng 35 - 40% các sự cố xảy ra với đập, hồ chứa làm bằng vật liệu địa
phương là do dòng thấm gây ra; Hàng năm nhà nước phải chi hàng nghìn tỉ
đồng cho việc sửa chữa, cải tạo, các tuyến đê, trong đó chi phí cho việc chống

thấm và xử lý sự cố thấm là tương đối lớn. Vì vậy việc nghiên cứu xử lý thấm
cho cho đê, đập và nền đóng một vai trị rất quan trọng trong công tác khảo sát
thiết kế các cơng trình sử dụng vật liệu địa phương.
Những năm vừa qua có nhiều biện pháp chống thấm mới đáp ứng tốt các
yêu cầu về kỹ thuật đã được ứng dụng mang lại hiệu quả kinh tế, góp phần nâng
cao chất lượng cơng trình, đáng chú ý là cơng nghệ mới tường chống thấm bằng
Bentonite. Công nghệ này đã được áp dụng để xử lý hiện tượng thấm và cho kết
quả rất tốt.
Hiện nay chống thấm bằng Bentonite được sử dụng khá nhiều dưới hình
thức hào Ximang – Bentonite. Tuy nhiên có khá nhiều vấn đề cần giải quyết
trong cơng nghệ thi công, hệ số thấm, modun biến dạng… của tường hào
Ximăng - Bentonite Trong khuôn khổ luận văn tác giả tập trung nghiên cứu
phương pháp chống thấm cho cơng trình bằng hỗn hợp Đất – Bentonite để thay
thế tường hào Ximăng – Bentonite nhằm giải quyết các vấn đề đang còn tồn tại
nêu trên.


-22. Mục đích nghiên cứu
Nghiên cứu, tìm hiểu một số phương pháp chống thấm cho cơng trình
thủy lợi, ưu nhược điểm và điều kiện ứng dụng của từng phương pháp.
Nghiên cứu đánh giá hiệu quả của phương pháp chống thấm cho cơng
trình thủy lợi bằng tường hào Đất - Bentonie. Xác định các yếu tố ảnh hưởng
đến hiệu quả làm việc của tường hào Đất – Bentonite.
Phân tích, tính tốn thấm qua cơng trình khi sử dụng vật liệu Đất –
Bentonite làm tường chống thấm.
Áp dụng kết quả nghiên cứu tính tốn chống thấm cho đê tả Hồng – Thành
phố Hà Nội.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu: Nghiên cứu sử dụng công nghệ tường hào Đất –
Bentonite trong cơng tác chống thấm cho cơng trình thủy lợi.

Phạm vi nghiên cứu: nghiên cứu thực nghiệm trong phịng bằng thí
nghiệm máng kính chịu lực. Đưa ra được kết quả quan trắc thực tế, tính tốn
kiểm tra bằng phần mềm SEEP/W của Canada. Kết luận về khả năng làm việc
và hiệu quả chống thấm của tường hào Đất – Bentonite
4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
Thu thập tài liệu: trình tự thi cơng, cấp phối vật liệu, kích thước tường hào
của một số đề tài trước, các cơng trình đã ứng dụng vào thi cơng.
Thí nghiệm theo dõi diễn biến của dịng thấm trong cơng trình khi chưa có
tường hào Bentonite và khi có tường hào Bentonite. Từ kết quả thực nghiệm
trên mơ hình so sánh khả năng chống thấm của cơng trình khi có và chưa có
tường hào Đất – Bentonite
Ứng dụng các phần mềm trong bộ Geo-Slope để tính tốn thấm của tường
hào cho các trường hợp khác nhau.


-3Chương I: TỔNG QUAN CÁC BIỆN PHÁP CHỐNG THẤM CHO CƠNG
TRÌNH THỦY LỢI
1.1 Vai trị của cơng tác chống thấm
Nước ta nằm trong vùng nhiệt đới gió mùa phân chia thời gian trong năm
thành 2 mùa rõ rệt: mùa khô và mùa mưa. Mùa mưa gắn với những trận bão lũ,
lụt và nước sông dâng cao hạ thấp thất thường; khi bão lũ xảy ra thường dẫn
đến các cơng trình thủy lợi như hồ chứa, đê, đập thường xuyên phải làm việc
trong trạng thái tới hạn dẫn đến mất ổn định và hư hỏng xuống cấp có khi cịn
sập đổ ảnh hưởng đến tài sản cũng như cuộc sống của nhân dân. Vì lẽ đó đê đập
ln là những cơng trình được chú trọng trong cơng tác khoa học thủy lợi song
việc xác định những nguyên nhân hư hỏng công trình là rất khó vì cơng trình
phải thường xun chịu tác dụng của nhiều yếu tố riêng biệt. Theo
Middlebrooks đã tổng kết và phân tích những nguyên nhân gây ra sự cố cơng
trình bằng đất trên thế giới cho thấy 60% những sự cố cơng trình đất là do thấm
gây ra và khoảng 10% sự cố cơng trình có tác nhân kích thích từ thấm, 30% sự

cố cơng trình do trượt mái và các nguyên nhân khác. Như vậy đối với các cơng
trình đất nói chung và đê điều nói riêng nguyên nhân chủ yếu dẫn đến hư hỏng
là do tác động của dòng thấm: Dòng thấm qua nền đê, thấm qua miền dị tật,
thấm tiếp giáp giữa thân và nền. Tác hại của dịng thấm là rất khó lường, khơng
chỉ làm mất nước của các cơng trình trữ nước mà cịn làm giảm ổn định của
cơng trình và nền sinh ra các hiện tượng biến hình thấm đặc biệt như xói ngầm,
đẩy trồi…
Trong lịch sử nhiều nước đã xảy ra nhiều trường hợp hư hỏng cơng trình,
như năm 1959 đập Manpatxê (Malpasset) của Pháp bị vỡ làm 400 người chết,
trên 2000 gia đình bị thiệt hại, ước tính tổn thất lên đến 3 tỉ phrăng; năm 1963
đập vòm cao nhất thế giới Vaiont ở Italia cao 265 m bị sự cố làm 4600 người
chết… Đập Machchu II ấn Độ xây dựng năm 1972, cao 29m làm 2000 người
thiệt mạng.
Ở Việt Nam biến hình thấm cịn xảy ra nguy hiểm hơn vì đặc điểm khí hậu
thất thường. Sự cố về thấm rất mn hình mn vẻ, nó có thể xảy ra ngay khi


-4cơng 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 đập Dầu Tiếng-Tây Ninh, Easoup thượng - Đắc Lắc…, rồi một loạt hồ
chứa bị sự cố thấm phải hạ thấp MNDBT như hồ Phú Ninh, hồ Đồng Mô - Ngải
Sơn để hạn chế hiện tượng xói ngầm và dịng thấm thốt ra mái q cao gây
mất ổn định mái hạ lưu đập. Một số công trình bị hư hỏng do dịng thấm rất

mạnh gây hiện tượng sủi đất ở nền đập như: đập Đồng Mô-Hà Tây, Suối Giai Sông Bé, Vân Trục - Vĩnh Phúc… Hiện tượng thấm mạnh sủi nước ở vai đập
Khe Chè - Quảng Ninh, Ba Khoang - Lai Châu, Sông Mây - Đồng Nai…, thấm
mạnh ở nơi tiếp giáp giữa tràn và cống như đập Vĩnh Trinh - Đà Nẵng…

Hình 1.1 Mạch sủi rất mạnh ở hạ

Hình 1.2 Mái hạ lưu đập Am Chúa

lưu đập Am Chúa - Khánh Hoà.
Những tác hại của dịng thấm có thể gây ra mất an tồn, giảm tuổi thọ
cơng trình nên khi thiết kế cần phải nghiên cứu kỹ bài tốn thấm để tìm ra các
biện pháp chống thấm phù hợp cho từng cơng trình cụ thể.


-51.2 Các sự cố cơng trình do dịng thấm gây ra
1.2.1 Một số sự cố đê
1.2.1.1 Sự cố đê ở vùng sơng cổ
Ở những tuyến đê cắt ngang qua lịng sông cũ thường xảy ra thường xảy ra
hiện tượng thấm lan mạnh làm tràn nước cả một vùng rộng lớn sau đê. Hiện
tượng thấm lan này thường kèm theo xói ngầm cơ học và trôi đất ở nền đê vào
hạ lưu, phá hoại kết cấu nền và dẫn đến sự lún sập đê trong mùa lũ
1.2.1.2 Sự đâm xuyên thủy lực qua tầng đất cứng
Trong nền đê thường có đất rắn chắc, có hệ số thấm nhỏ ở chân đê. Vào
mùa lũ khi chênh lệch cột nước trong sông và trong đồng lớn, dịng thấm có cột
nước áp lực lớn có thể dẫn đến sự đâm xuyên thủy lực qua tầng sát đê làm phá
vỡ kết cấu nền đê.
1.2.1.3 Sự nứt gãy nền đê và thân đê
Đê được xây dựng trên phạm vi rộng nên có thể đặt vào các loại nền có
chỉ tiêu cơ lý khác nhau, mức độ rắn chắc không đồng đều. Sau khi xây dựng
xong tuyến đê sẽ xuất hiện hiện tượng lún không đều làm cho kết cấu thân đê

kể cả nền đê bị nứt nẻ, dưới tác động của dòng thấm tuyến đê rất dễ bị mất ổn
định
1.2.1.4 Sự cố thấm ở chân mái hạ lưu
Dịng thấm khi chảy qua thân đê, đập có thể gây ra xói ngầm làm trơi các
hạt cát trong thân đê, đập gây sụt lún không đều, mặt khác dưới tác dụng của
dòng thấm mái hạ lưu đê, đập có thể xảy ra sạt trượt, lở mái.
1.2.2 Nguyên nhân gây ra các sự cố đê
Xét mặt cắt đại diện sau

Hình 1.3: Mặt cắt ngang đê đại diện


-6-

1.2.2.1 Mùa khô:
Mực nước sông dao động chung quanh MNK thấp hơn đáy lớp phủ lúc
này nước ngầm từ tầng thấm nước bổ sung cho sông. Như vậy đê giống như
đường giao thông được đắp cao trên nền 2 lớp. Các dạng khả năng phá hoại là
sự trượt của 2 mái dốc phía sơng và phía đồng dưới tác dụng trọng lượng bản
thân. Sự trượt này có thể trượt nơng chỉ trên mái dớc , có thể trượt sâu cùng một
phần nền
1.2.2.2 Mùa lũ:
Mực nước sông mùa lũ dâng cao tạo thành các dịng thấm bao gồm:

Hình 1.4: Dịng thấm qua thân đê và nền đê
- Dòng q 1 từ sơng vào lớp thấm
R

R

- Dịng q 2 từ trên xuống lớp thấm qua lớp phủ
R

R

- Dòng q 3 đi qua thân đê
R

R

- Dòng q 4 từ trong lớp thấm đi ra phía đồng qua lớp phủ
R

R

- Dịng q 5 đi trong lớp thấm phía đồng
R

R

* Với thân đê:

Hình 1.5: Trượt mái và nền đê


-7• Trượt mái dốc dưới tác dụng của áp lực thấm trong thân đê và chiều sâu
mực nước phía sơng. Đường bão hòa trong thân đê thường dâng cao và ra trên
mái phía đồng (điểm A). Đoạn AB là đoạn nước thấm rỉ ra trên mái phía đồng,
gradient ra của dịng thấm ở đây thường lớn có thể gây xói lở đất đoạn AB.
Nước rỉ rịn ra từng vùng ở mái đê, nước chảy chậm không mang theo đất

hoặc phù sa, loại này gọi là rỉ rịn nước trong. Hiện tượng rỉ rịn nước trong phát
triển dần, nước rỉ rịn nhiều hơn có kéo theo các hạt đất, cát ở than đê ra ngoài,
loại này gọi là rỉ rịn nước đục. Dù là rỉ rịn nước trong hay nước đục đều phải
phát hiện sớm và sửa chữa ngay.
Hiện tượng này thường xảy ra ở những chỗ mặt cắt đê chưa đủ độ dày
hoặc đất đắp không được dầm nén kỹ, hoặc trong thân đê có các loại động vật
đục khoét làm tổ mà chưa được phát hiện và xử lý hết trong mùa khơ.
• Trong trường hợp mực nước lũ rút xuống nhanh mái đê phía sơng có thể
bị trượt dưới tác dụng của dịng thấm đi ngược về phía mái dốc

Hình 1.6: Dịng thấm trong thân đê khi mực nước rút nhanh
Có trường hợp thân đê có tính khơng đồng nhất lớn do việc đắp dầy và tôn
cao trong nhiều năm, nhiều thời kỳ việc đắp đê có tính chất kê ba chồng đớng
khơng có sự đầm nện theo quy chuẩn. Với một mặt cắt đê không đồng nhất như
vậy sự thấm khơng tn theo phương trình thấm trong đê.
Do vật đào hang (chuột, mối…): Khi thân đê bị mối làm tổ tạo thành các
hang rỗng các rãnh ngầm , khi lũ lên nước rò rỉ thoát ra mang theo các hạt đất
nhỏ làm rỗng thân đê. Sự cố này rất nguy hiểm nếu không phát hiện kịp.
Sự cố tổ mối có thể diễn ra theo 2 khuynh hướng:


-8- Nước rò rỉ qua các đường dẫn mối vào và cá c đường dẫn mối ra, mức độ
rò rỉ ngày càng tăng cuốn theo đất cát gây ra sập tổ dẫn đến sự cố vỡ đê
- Cũng có khi không thấy dấu hiệu rò rỉ cuống theo các vụn đất nhỏ màu
hung thẫm, có điểm trắng của lõi tổ mối , nước trong tổ mối ngày càng dâng cao
ép không khí lên vòm tổ, làm cho tổ mối bị đợt ngợt vỡ sập x́ng gây lên sự cớ
vỡ đê.
• Tại những chỗ có cống lấy nước qua đê hoặc trạm bơm đặt trên đê chỗ
tiếp giáp giữa các công trình bê tơng và đất thường có dịng thấm tập trung

Hình 1.7: Dịng thấm trong thân đê dọc theo cống lấy nước
Tại những vị trí khe nối khi thân đê lún không đều xuất hiện các khe rỗng
làm nước từ thân đê thấm vào cớng

Hình 1.8: Dịng thấm trong thân đê tại vị trí khe nối cống lấy nước
* Với nền đê:
Dòng thấm trong lớp thấm nước K2 trong nền đê gây áp lực thấm tác dụng
lên đáy của lớp phủ ít thấm. Chính áp lực này gây nên hiện tượng mạch đùn,
mạch sủi và 1 số biến dạng thấm khác ở phía đồng


-9-

Hình 1.9 Sự hình thành mạch đùn, mạch sủi
Hiện tượng mạch đùn. mạch sủi xuất hiện từ chân đê phía đồng trở ra, có
khi cách chân đê hàng trăm mét, nhiều mạch sủi xảy ra trên một diện tích gọi là
bãi sủi. Sở dĩ có mạch sủi là do nước thấm qua nền đê với áp lực lớn, gặp chỗ
tầng đất phủ ở gần chân đê yếu nước đùn lên thành mạch sủi, bãi sủi. Mạch sủi,
bãi sủi thường xảy ra ở những nơi nền đê là đất cát, tầng đất phủ bị đào để đắp
đê, nung gạch ngói hoặc do bom phá hoại hoặc ở đầm, ao, thùng đấu, kênh
mương….gần chân đê.
Kinh nghiệm cho thấy rằng ở những nơi có mạch sủi, bãi sủi… thì cây, cỏ,
lúa, mạ thường xanh, tốt hơn. Những chỗ có mạch sủi ở đầm, ao, thùng đấu,
ruộng trũng…thì mặt nước có tăm sủi liên tục và nước thường mát hơn ở
những chỗ khác. Mạch sủi, bãi sủi phát triển như sau:
Đầu tiên trên mặt đất xuất hiện những lỗ sủi nhỏ bằng đồng xu đồng thời
có những hạt cát nhỏ bị nước cuốn nhảy lên, nhảy xuống trong miệng những lỗ
sủi, mạch sủi. Nếu mạch sủi, bãi sủi không được xử lý ngay sẽ phát triển lớn
dần các hạt cát bị xói trơi ra ngồi hình thành các vịng cát bao quanh miệng.
Khi lũ tiếp tục lên cao, nước đùn lên càng mạnh có khi phun cao hơn mặt đất

0,5-0,6m mang theo nhiều đất, cát và đất ở xung quanh bị sụt dần hình thành
những giếng phụt. Mạch sủi, bãi sủi và giếng sụt là những hiện tượng có thể
gây nguy hiểm nghiêm trọng cho đê nhất là khi nó ở gần chân đê
Đê có nhiều dạng mất ổn định nhưng sự mất ổn định nguy hiểm nhất mà
nhiều nơi gặp phải là sự mất ổn định do dòng thấm không ổn định gây ra trong
nền, sự phát sinh dòng thấm này chính là do mực nước sông dao động thất
thường bởi chế độ thủy văn dòng chảy vào mùa lũ tạo nên và gây ra hiểm họa .


-10Xét về mặt ổn định , thấm kéo dài sẽ ảnh hưởng xấu tới nề n đê, khả năng thẩm
lậu đê sẽ tăng nhanh ở những đoạn không có bãi phủ phía sông

. Đất đắp đê

ngâm nước lâu ngày trong trạng thái bão hòa , chảy nhão sẽ dẫn đến các chỉ tiêu
cơ học như lực kháng cắt , lực dính giảm nhỏ gây r a điều kiện bất lợi về ổn định
cho đê, lũ kéo dài còn làm gia tăng áp lực nước dưới đất đối với loại nền đê có
lớp thông nước tốt.
Theo thống kê của cục PCLB & và quản lý đê điều sự cố đê điều Bắc Bộ
thì số điểm xuất hiện sự cố đê có liên quan trực tiếp đến thấm qua thân và nền
đê chiếm 95%. Chính vì vậy việc nghiên cứu tính toán dòng thấm không ổn định
qua thân và nền đê và tính toán ổn định của thân và nền đê có ý nghĩa quan
trọng trong việc chọn các b iện pháp khắc phục nhằm nâng cao ổn định công
trình đê.
1.3 Phân tích ưu nhược điểm của các biện pháp chống thấm cho đê
Quá trình phát sinh sự cố đê mạch đùn, mạch sủi phụ thuộc chủ yếu vào
áp lực dòng thấm trong mùa mưa lũ và chiều dày lớp phủ thấm nước yếu phía
trong đê. Vì vậy các giải pháp xử lý đã được sử dụng trên thế giới và ở Việt
Nam đều nhằm mục đích giảm gradien áp lực thấm, tăng cường áp lực hữu hiệu
để giữ ổn định thân và nền đê.

1.3.1 Giải pháp xử lý bằng biện pháp đắp sân phủ và phản áp
Căn cứ vào địa chất nền đê và các sự cố diễn biến qua các năm, giải pháp
xử lý sự cố đê bằng biện pháp đắp phản áp nền đê thường được áp dụng trong
các trường hợp sau:
- Đê trên nền cát bụi, á cát có khả năng xói ngầm và có hệ số thấm K≤10-3
cm/s hoặc nền đê có lớp đất có cường độ khá cao, hệ số thấm nhỏ.
- Ở thượng lưu và hạ lưu đê lớp đất bị đào bới thành thùng đấu , ao hồ sát
chân đê
- Các sự cố mạch đùn, mạch sủi ở hạ lưu đê có tính phổ biến
- Nền đê có lớp đất tốt nhưng rất mỏng từ 1÷3 m phía dưới là các loại đất
có tính thấm cao, đất yếu chiều dày lớn.


-11• Các hình thức đắp gia tải
- Gia cố đê bao gồm đắp sân phủ thượng lưu: sân thượng lưu được đắp
bằng đất á sét có hệ số thấm nhỏ và đầm chặt. Giải pháp này chỉ áp dụng ở
những nơi khơng có dân cư, bãi sơng rộng, lớp tầng phủ quá mỏng, lớp thấm
nước thông trực tiếp với nước sông. Chiều dài đắp sân phủ theo mặt cắt ngang
thay i t 30ữ50 m

Sân phủ thượng lưu

Hỡnh 1.10: Gii phỏp đắp sân phủ thượng lưu
- Gia cố đê bằng đắp phản áp hạ lưu: Đắp phản áp hạ lưu chiều dài theo
mặt cắt ngang từ 30 ÷ 50m khơng có tác dụng chống thấm mà chỉ có tác dụng
ổn định thấm (tăng gradient cho phép [J]) nhưng chống đẩy bục tầng phủ , mạch
đùn, mạch sủi, và ổn định trượt mỏi ờ.

Phản áp hạ lưu

Hỡnh 1.11: Gii phỏp p phn áp hạ lưu
Ưu điểm của phương pháp ổn định nền và mái là rẻ tiền
Nhược điểm: không thể áp dụng cho khu vực hạ lưu là khu vực dân cư.
1.3.2 Giải pháp xử lý bằng công nghệ khoan phụt vữa
Đây là công nghệ gia cố thân đê và nền đê mới được áp dụng rộng rãi
trong vài năm gần đây. Trong tương lai cùng với biện pháp gia cường nâng cao
ổn định đê khác nó có thể trở thành một trong các biện pháp chủ yếu và chiến
lược trong nâng cao ổn định thấm cho nền đê và đặc biệt là thân đê. Để áp dụng


-12nhu cầu ngày càng cao về chất lượng, khối lượng công nghệ khoan phụt gia cố
đê ngày càng được nghiên cứu hoàn thiện đồng bộ từ trang thiết bị, vật liệu, quy
trình khoan phụt cũng như chế độ giám sát và kiểm tra chất lượng khoan phụt.

Hình 1.12: Sơ đồ công nghệ khoan phụt vữa
Biện pháp này rất phù hợp cho việc xử lý chống thấm cho những đoạn đê
có hệ số thấm K > 0,5.10-4 cm/s. Việc khoan phụt thực hiện từ đỉnh đê xuống
P

P

hết chiều cao thân đê 8÷10m về phía thượng lưu thành 2 hàng cách nhau
1,5÷2m và so le nhau khoảng cách các hố 1÷1,5m tạo màn chống thấm với
chiều dày 1,3÷1,5 m suốt dọc thân ờ hoc nn ờ.
Khoan phụt vữa
tạo màng chống thấm

Hỡnh 1.13: Giải pháp khoan phụt vữa
Dung dịch tạo màng là vữa xi măng - đất sét (Bentonite) có thể pha thêm
với 10% vơi bột và 5% dầu hỏa. Ngồi việc gắn kết đê đồng nhất chống thấm

tốt còn triệt tiêu hang động vật và tổ mối. trước khi khoan phụt đại trà phải


-13khoan thí nghiệm nhằm tìm ra các số liệu thiết kế hợp lý, tiêu chuẩn kiểm tra
đạt K ≤ 0,5.10-4cm/s
P

P

- Ưu điểm:
R

R

+ Đơn giản dễ thực hiện

+ Các thiết bị dễ chế tạo, có thể di chuyển dễ dàng trên bề mặt đê
+ Dung dịch được lấp nhét vào các khe nứt và hang hốc khuyết tật trong
thân và nền đê, hạn chế đáng kể sự thẩm lậu, góp phần nâng cao ổn định đê.
- Nhược điểm:
+ Quá trình trộn dung dịch kéo dài, khối lượng dung dịch một mẻ trộn
chỉ được khoảng 0,5-0,7m3. Nếu một hố khoan cần bơm ép khoảng 4-:-5 m3
P

P

P

P

dung dịch thì thời gian bơm ép kéo dài tới vài giờ
+ Thiết bị khoan phụt còn thủ cơng, khó khống chế được các thơng số kỹ
thuật trong khoan phụt và năng suất khoan phụt bị hạn chế
1.3.3 Giải pháp xử lý bằng giếng giảm áp hạ lưu
Hệ thống giếng giảm áp nhằm điều khiển áp lực thủy động ở nền đê sao
cho áp lực nước không phá vỡ được trạng thái cân bằng thủy lực ở nn

Giếng khoan giảm áp

Hỡnh 1.14: Gii phỏp ging gim ỏp
Ging giảm áp được xây thành từng cụm độc lập hoặc liên hồn gần chân
đê phía đồng nhằm giảm áp lực ở những chỗ đất phủ tự nhiên là lớp đất ít thấm
mỏng trên lớp cát mà có quan hệ trực tiếp với nước sông. Việc xây dựng giếng
giảm áp và các rãnh tiêu nước ở chân đê là biện pháp cơng trình được u cầu
để khống chế áp lực nước lỗ rỗng trong mùa lũ. Áp lực nước lỗ rỗng này là
nguyên nhân gây ra hiện tượng đùn cát, cát sủi ở phía đồng và cũng là nguyên


-14nhân giảm độ an toàn của đê. Biện pháp này nhằm tăng cường ổn định đê và
cũng kết hợp với các biện pháp kỹ thuật khác để nhẳm giải quyết triệt để bài
toán áp lực nước lỗ rỗng và giả pháp khác chưa xử lý hết.
- Nguyên lý làm việc của giếng và cụm giếng giảm áp
+ Về mùa lũ nước sơng cao lớn hơn nước đồng ruộng phía trong đê tạo
nên sự chênh lệch lớn về áp lực tác động vào vùng chân đê phía thượng lưu.
Tác động áp lực lên nền và thân đê thông qua các địa tầng tạo ra các hiện tượng
rỉ mạch ngầm kéo theo các bùn, bụi đất và cát dưới nền đê, nếu không được
phát hiện và xử lý kịp thời sẽ gây ra vỡ đê. Giếng giảm áp được bố trí dọc chân
đê phía đồng có tác dụng giảm áp lực tác động của nước lũ và khắc phục các
hiện tượng mạch đùn, mạch sủi. Lưu lượng chảy ra tại mỗi giếng giảm áp tương
đối lớn (20-:-25m3/h) có thể gây sình lầy tại vị trí xung quanh miệng thốt . Để

P

P

khắc phục tình trạng nà y giếng giảm áp thường được nối với nhau bằng một hệ
thống ống thu tiêu thoát nước và chảy ra những vị trí thích hợp
1.3.4 Giải pháp xử lý bằng hào chống thấm xi măng – bentonite

T­êng hµo
chèng thÊm

Hình 1.15: Giải pháp tường hào
Hỗn hợp vật liệu làm tường gồm có xi măng + bentonite + phụ gia và
nước. Xi măng làm cốt liệu chính để nâng cao cường độ tường chống thấm,
bentonite là vật liệu mang đặc tính đặc biệt giữ vai trị quan trọng nó vừa có tác
dụng tăng cường chống thấm cho tường vừa có vai trị tạo hiệu quả cơ học giữ
vách hào khơng bị sạt lở trong q trình thi cơng, phụ gia có tác dụng làm chậm
thời gian ninh kết của xi măng duy trì độ nhớt thấp trong thời gian dài để phục
vụ cho việc vận chuyển vật liệu thi cơng. Hỗn hợp này phải có độ linh động cần


-15thiết để vữa có thể chui vào khe rỗng trong đất, phải có nồng độ bentonite phù
hợp để khi trương nở lấp đấy các lỗ rỗng nhằm đáp ứng được yêu cầu chống
thấm và giữ ổn định thành vách hào trong q trình đào
Để tất cả các hạt

khống vật được tiếp xúc với nước người ta cho

bentonite vào thùng trộn với nước có tốc độ cao trong thời gian từ 6-8 phút. Sau
khi trộn từ 6-8 giờ dung dịch bentonite được bơm chuyển vào các thùng chứa

để ủ nhằm cho bentonite trương nở hoàn toàn. Trước khi dung dịch được đưa
sang thùng trộn với xi măng người ta tiến hành lấy mẫu thí nghiệm để kiểm tra
độ nhớt và dung trọng sau đó đem trộn với xi măng trong thời gian từ 10-12
phút. Vữa được chuyển xuống hố đào nhờ hệ thống máy bơm và ống dẫn vữa,
trong suốt quá trình đào hào dung dịch ximăng – bentonite được bơm vào hào
và luôn giữ cố định thấp hơn mặt đất khoảng 20-30cm.
Do tác dụng bởi năng lượng bề mặt của hạt đất đến dung dịch bentonite
một màng bentonite được tạo thành ở ngay bề mặt của thành hào. Màng sét
bentonite này hầu như không thấm nước, ngăn cách đất thành hào với lớp vữa
xi măng – bentonite trong hào. Như vậy về cơ học màng sét làm việc như một
tường màng, bên phía thành hào tường màng chịu áp lực của dung dịch xi măng
- bentonite, về phía trong tường màng chịu áp lực của đất thành hào
- Ưu điểm: Biện pháp này chống thấm triệt để hơn
- Nhược điểm: Giá thành cao nên chỉ áp dụng cho những đoạn đê trọng
yếu
Tóm lại qua thực tiễn xây dựng và sửa chữa đê điều hàng năm có thể nhận
thấy rằng: Khó khăn lớn nhất vùng xây dựng cơng trình khan hiếm đất sét làm
vật chống thấm, nếu sử dụng khoan phụt cao áp hoặc rải vải địa kỹ thuật thì
hiệu quả chống thấm khơng cao, hơn nữa địa hình xây dựng lại chật hẹp. Trong
trường hợp này giải pháp chống thấm thích hợp nhất là làm tường hào
betonite, đây là một trong những giải pháp chống thấm rất hiệu quả nhưng còn
khá mới mẻ cần nghiên cứu và áp dụng rộng rãi ở nước ta


-161.4 Giới thiệu chi tiết tường chống thấm bằng hào Đất - Bentonite
1.4.1 Chức năng của tường hào chống thấm bentonite
Chức năng quan trọng nhất của tường hào chống thấm bentonite là chống
thấm cho thân và nền cơng trình nhưng khả năng chống thấm của tường phụ
thuộc vào các yếu tố sau:
Thứ nhất là do vật liệu làm tường gồm hỗn hợp đất + bentonite + phụ gia

và nước nên khả năng chống thấm của hỗm hợp phụ thuộc vào tỉ lệ giữa các
thành phần.
Thứ hai là do phụ thuộc vào độ lưu động, độ mịn của các hạt bentonite,
các hạt này xâm nhập vào các lỗ rỗng của đất làm tăng khả năng chống thấm
của hỗn hợp sau khi trộn.

Lỗ rỗng trước khi cho

Bentonite trương nở

Kết thúc quá trình

nước vào hỗn hợp

lấp đầy lỗ rỗng

lấp đầy lỗ rỗng

Hình 1.16: Quá trình phát triển lấp đầy lỗ rỗng trong đất của bentonite


-171.4.2 Các yêu cầu của tường đất - bentonite
Yêu cầu về mặt kỹ thuật:
- Đảm bảo lượng nước thấm qua đập nhỏ hơn lưu lượng thấm cho phép
của cơng trình.
- Đảm bảo khơng trơi đất, xói ngầm đối với nền cơng trình.
- Giảm được áp lực thấm lên bản đáy cơng trình .
- Phù hợp với điều kiện kỹ thuật và năng lực máy móc thiết bị hiện nay.
Yêu cầu về kinh tế.
- Phương án được đặt ra có giá thành rẻ hoặc ở mức có thể chấp nhận

được. Đơi khi phương án được chọn chưa hẳn là phương án rẻ nhất mà là
phương án tối ưu nhất trên cơ sở phân tích so sánh cả về kinh tế và kỹ thuật.
1.4.3 Cấp phối vật liệu của đất - bentonite
Trên cơ sở yêu cầu kỹ thuật của tường chống thấm, đặc tính lý hố và tính
chất cơ học của vữa đất - bentonite cần phải lựa chọn vật liệu và tỷ lệ pha trộn
hỗn hợp vật liệu hợp lý. Hỗn hợp vật liệu làm tường gồm có đất + bentonite +
phụ gia và nước.
Đất làm cốt liệu chính để nâng cao cường độ tường chống thấm, bentonite
là vật liệu mang nhiều đặc tính đặc biệt giữ vai trị quan trọng trong cơng nghệ
này, nó vừa có tác dụng tăng cường chống thấm cho tường vừa có vai trị tạo
hiệu quả cơ học giữ vách hào không bị sạt lở trong q trình thi cơng..
Hỗn hợp này phải có độ linh động cần thiết để vữa có thể chui vào khe
rỗng trong đất, phải có nồng độ bentonite phù hợp để khi trương nở lấp đầy các
lỗ rỗng nhằm đáp ứng được yêu cầu chống thấm và giữ ổn định thành vách hào
trong quá trình đào. Đồng thời cấp phối vật liệu còn phụ thuộc vào cả chiều sâu
của mỗi panel. Hàm lượng các thành phần có trong hỗn hợp khơng chỉ liên
quan đến các yếu tố kỹ thuật mà còn ảnh hưởng đến giá thành cơng trình.
Thơng thường dung trọng, độ nhớt, độ tách nước và cường độ của vật liệu làm
tường như sau:
- Độ nhớt : 28’’ ÷ 30’’
- Độ tách nước : 4%.


-18- Dung trọng của hỗn hợp: (1.13 ÷ 1.15)T/m3
P

- Cường độ vật liệu làm tường sau 28 ngày R > 1.5kg/cm2
P

Trên cơ sở thí nghiệm và kinh nghiệm đưa ra tỷ lệ pha trộn như sau:

- Bentonite : (35 ÷ 45)kg
- Nước : 918lit.
1.4.4 Kích thước hào bentonite
Theo kinh nghiệm hào bentonite thường có bề rộng từ (0.5 ÷ 1.2)m, bề
rộng của hào phụ thuộc vào cột nước trước hào, hệ số thấm của đất đào hào và
bản thân hào. Có thể nói với mỗi cơng trình khác nhau thì bề rộng hào sẽ khác
nhau, tuy nhiên trong thực tế các hào bentonite đã được xây dựng ở nước ta
thường có bề rộng b = 0.6m để phù hợp với điều kiện của máy thi cơng đặc biệt
là dung tích của gầu đào (thường hay sử dụng cẩu nặng 60 tấn có gầu đào loại
cáp treo kích thước 2.8x0.6x6m, nặng 7.5 tấn).
Hào bentonite ở Dương Đông, Dầu Tiếng, Easoup thượng… đều rộng
0.6m để phù hợp với thiết bị thi công. Hào đào càng sâu càng dễ bị mất ổn định
nhất là khi trong nền xuất hiện mực nước ngầm, ở Việt Nam hào bentonite được
thi công sâu nhất là 39m của đập Dầu Tiếng.
Hệ số thấm của tường yêu cầu từ (10-5 ÷ 10-7)cm/s hệ số thấm càng nhỏ
P

P

P

P

càng sẽ ảnh hưởng nhiều đến chất lượng thi công và giá thành cơng trình, hầu
hết các tường ximăng - bentonite ở nước ta đều có K = 10-5cm/s.
P

P

1.4.5 Quy trình thi công hào đất - bentonite

Một trong những khâu quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng, đến sự thành
công hay thất bại của cơng nghệ này là quy trình đào hào. Quy trình đào hào
liên quan đến nhiều khâu: lựa chọn thiết bị đào, bố trí sơ đồ đào, tường dẫn, mặt
bằng thi cơng, thiết bị thí nghiệm và an tồn lao động.