Luận văn Thạc sỹ NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG THẢM SÉT ĐỊA KỸ THUẬT (Geosynthetic clay liner) ĐỂ CHỐNG THẤM TRONG ĐẬP ĐẤT Ở CÁC TỈNH NAM TRUNG BỘ ĐÔNG NAM BỘ

Nghiên cứu điều kiện tự nhiên, đánh giá tình hình khai thác sử dụng các đập trong khu vực, phân tích ưu nhược điểm các phương pháp xử lí chống thấm các công trình hiện nay, qua đó đề xuất ứng dụng tiến bộ kỹ thuật công nghệ và vật liệu thảm sét địa kỹ thuật GCLs (Geosynthetic clay liner) làm tường nghiêng và sân phủ chống thấm cho các đập đất trong điều kiện địa chất, khí hậu và môi trường khu vực Nam Trung Bộ và Đông Nam Bộ.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

PHAN THANH HÙNG

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG THẢM SÉT ĐỊA KỸ THUẬT

(Geosynthetic clay liner)

ĐỂ CHỐNG THẤM TRONG ĐẬP ĐẤT Ở CÁC TỈNH

NAM TRUNG BỘ & ĐÔNG NAM BỘ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :

GS.TSKH NGUYỄN VĂN THƠ PGS.TS NGUYỄN VĂN HẠNH

HÀ NỘI

MUÏC LUÏC

4-6

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN CÁC ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN VÀ

TÌNH HÌNH XÂY DỰNG ĐẬP BẰNG VẬT LIỆU ĐỊA PHƯƠNG

Ở KHU VỰC NAM TRUNG BỘ VÀ ĐÔNG NAM BỘ

1.1 Đặc điểm tự nhiên khu vực Nam Trung Bộ & Đông Nam Bộ 7

1.1.1 Đặc điểm địa hình

2.2 Tình hình xây dựng đập bằng vật liệu địa phương và nguyên

nhân hư hỏng công trình trong khu vực 14

1.2.2 Nguyên nhân gây ra sự cố đập 15

CHƯƠNG 2 : NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP CHỐNG THẤM

QUA ĐẬP ĐẤT

2.1 Các loại đập đã xây dựng trong khu vực và các giải pháp

chống thấm truyền thống 18

2.1.2 Kết cấu đập không đồng chất 19

2.1.3 Keỏt caỏu ủaọp coự tửụứng loừi meàm 21

2.1.4 Keỏt caỏu ủaọp coự tửụứng nghieõng meàm 23

2.1.5 Keỏt caỏu ủaọp coự tửụứng nghieõng vaứ saõn phuỷ phớa trửụực meàm 24

2.1.6 Keỏt caỏu ủaọp coự tửụứng nghieõng vaứ chaõn khay meàm 26

2.1.7 Keỏt caỏu ủaọp coự maứng choỏng thaỏm baống khoan phuùt vửừa ximaờng -Bentonite 26

2.1.8 Keỏt caỏu ủaọp coự tửụứng choỏng thaỏm cửựng 27

2.2 Giụựi thieọu moọt soỏ tieỏn boọ kyừ thuaọt veà coõng ngheọ vaứ vaọt lieọu mụựi choỏng thaỏm cho caực ủaọp hoà chửựa 31

2.2.1 Keỏt caỏu choỏng thaỏm ủaọp ủaỏt baống maứng ủũa kyừ thuaọt (Geomembrane) 32

2.2.2 Keỏt caỏu choỏng thaỏm đập baống thaỷm beõtoõng (Concret matt) 36 2.2.3 Tửụứng choỏng thaỏm baống cửứ beõtoõng coỏt theựp ửựng suaỏt trửụực

(Prestressed concrete sheet piles) 38

2.2.4 Tửụứng choỏng thaỏm baống cửứ baỷn nhửùa (Vinyl sheet piling) 40 2.2.5 Tửụứng haứo choỏng thaỏm baống hoón hụùp dung dũch Bentonite – ximaờng 41

2.2.6 Tửụứng haứo choỏng thaỏm baống maứng ủũa kyừ thuaọt (Geolock) 43

2.2.7 Thaỷm seựt choỏng thaỏm ủũa kyừ thuaọt (Geosynthetic clay liner) 45

CHệễNG 3 : NGHIEÂN CệÙU ệÙNG DUẽNG THAÛM SEÙT ẹềA KYế THUAÄT ẹEÅ CHOÁNG THAÁM TRONG ẹAÄP ẹAÁT 3.1 Caõuự taùo vaứ ủaởc tớnh kyừ thuaọt cuỷa vaọt lieọu thaỷm seựt ủũa kyừ thuaọt

3.1.1 Caỏu taùo cuỷa vaọt lieọu 50

3.1.2 Các loại thảm sét địa kỹ thuật chủ yeỏu 51

3.1.3 Tieõu chuaồn kyừ thuaọt cuỷa vaọt lieọu choỏng thaỏm GCLs 52

3.1.4 Khaỷ naờng choỏng thaỏm cuỷa thaỷm seựt ủũa kyừ thuaọt GCLs so với đất sét đầm nén CCLs 53

3.2 Tớnh toaựn lựa chọn hình thức kết cấu chống thấm trong đập đất

3.2.1 Tổng quan các phương pháp tính thấm, ổn đinh và tính

lún trong đập đất 56

3.2.2 Các trường hợp tính toán 59 3.2.3 Các phương pháp tính toán 61 3.2.4 Kết quả tính toán 62

3.3 Quy trình công nghệ thi công lắp đặt thảm sét địa kỹ thuật GCLs

chống thấm trong đập đất 73

3.4.2 Trải cuộn vật liệu chống thấm GCLs

Đất đắp đập chủ yếu là đất tại chỗ, phần lớn là đất Bazan, sườntích, tàn tích lẫn sạn và vón kết hoặc lẫn sét với đặc tính tan rã co ngót vàtrương nở phức tạp tạo thành vết nứt gây sụt lún, thấm lớn làm mất ổnđịnh công trình.

Sau một số sự cố với đập đất ở một số các công trình hồ chưá nhưSuối Hành Suối Trầu, Am Chúa, Cà giây…vấn đề kỹ thuật về “an toàn hồchứa” ở khu vực Nam Trung Bộ & Đông Nam Bộ được đặt ra một cáchcấp thiết Do đồng bằng hẹp, núi gần biển, các sông suối ngắn và dốc nêncác mỏ vật liệu đất thường không đồng nhất và trữ lượng ít Trong điềukiện đó nên dùng dạng đập không đồng chất để sử dụng mọi nguồn vật

liệu đất, đá, cát sỏi hiện có tại địa phương Khi dùng kết cấu đập hỗn hợpnhiều khối phải có biện pháp chống thấm Nếu chống thấm bằng các lõitường tâm hoặc tường nghiêng bằng vật liệu đất sét truyền thống thì yêucầu lõi và tường có chiều dày lớn, và nhiều trường hợp vẫn không đạt yêucầu chống thấm do tường bị nứt nẻ trong quá trình thi công và khai thác.Mặt khác, hiện có nhiều đập thực tế đang sử dụng bị thấm nước lớn cầnphải sửa chữa nhanh Trong trường hợp này cần tìm loại vật liệu chống thấm tốt thi công tiện lợi và kinh tế.

Tóm lại : Thực tế xây dựng đập đất trong điều kiện địa chất, khíhậu môi trường khu vực Nam Trung Bộ và Đông Nam Bộ đòi hỏi tìm loạivật liệu phù hợp có khả năng chống thấm cao, chi phí đầu tư thấp, côngnghệ thi công đơn giản để chống thấm cho đập

Qua tiếp cận các tiến bộ kỹ thuật ở các nước phát triển trên thếgiới như Mỹ, Nhật, Hà Lan, Đức, Ý, Pháp…được biết khoảng 20 năm gầnđây có nhiều công nghệ và vật liệu mới hiệu quả chống thấm rất cao nhưcông nghệ của BachySoletanche (Pháp) làm tường tâm ngăn nước bằngdung dịch hỗn hợp Bentonite – ximăng (công nghệ này đã ứng dụng ở cáccông trình đập Dầu Tiếng (Tây Ninh), đập Dương Đông, đập Am Chúa(Phú Khánh), công nghệ tường tâm bằng cừ bản bêtông cốt thép ứng suấttrước (Prestressed concrete sheet piles) của Nhật Bản, công nghệ tườngngăn bằng màng chống thấm địa kỹ thuật (Geolock), công nghệ và vậtliệu thảm sét địa kỹ thuật chống thấm (Geosynthetic clay liner)…

+ Trong luận văn này tác giả chỉ tập trung nghiên cứu ứng dụngcông nghệ và vật liệu thảm sét địa kỹ thuật GCLs chống thấm cho đập hồ

chửựa thay theỏ caực vaọt lieọu truyeàn thoỏng, bụỷi ủaởc tớnh ửu vieọt cuỷa vaọt lieọuGCLs :

- Khaỷ naờng choỏng thaỏm cao KS = 5 x 10-9 (cm/s)

- Coõng ngheọ thi coõng ủụn giaỷn vaứ nhanh choựng

- Chi phớ ủaàu tử thaỏp

Phuứ hụùp aựp duùng ủeồ choỏng thaỏm cho caực hoà chửựa vửứa vaứ nhoỷ raỏtphoồ bieỏn ụỷ khu vửùc Nam Trung Boọ vaứ ẹoõng Nam Boọ

+ Muùc tieõu nghieõn cửựu cuỷa ủeà taứi : Nghieõn cửựu ủieàu kieọn tửù nhieõn,

ủaựnh giaự tỡnh hỡnh khai thaực sửỷ duùng caực ủaọp trong khu vửùc, phaõn tớch ửunhửụùc ủieồm caực phửụng phaựp xửỷ lớ choỏng thaỏm caực coõng trỡnh hieọn nay,qua ủoự ủeà xuaỏt ửựng duùng tieỏn boọ kyừ thuaọt coõng ngheọ vaứ vaọt lieọu thaỷm seựtủũa kyừ thuaọt GCLs (Geosynthetic clay liner) laứm tửụứng nghieõng vaứ saõn phuỷchoỏng thaỏm cho caực ủaọp ủaỏt trong ủieàu kieọn ủũa chaỏt, khớ haọu vaứ moõitrửụứng khu vửùc Nam Trung Boọ vaứ ẹoõng Nam Boọ

Luận văn này đợc hoàn thành tại Khoa sau Đai học Trờng Đại họcThuỷ lợi Hà Nội năm 2002

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến caực Thầy: GS.TSKH

Nguyễn Văn Thơ và PGS.TS Nguyễn Văn Hạnh đã tận tình hớng dẫn, chỉ

bảo trong quá trình thực hiện luận văn Xin chân thành cám ơn Ban giám hiệuTrờng Đại học Thuỷ lợi , các Thầy Cô giáo Khoa sau Đại học, Lãnh đạo Việnkhoa học Thuỷ lợi Miền Nam, các đồng nghiệp và bạn bè đã nhiệt tình giúp

đỡ và tạo mọi điều kiện để tác giả hoàn thành luận văn này

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN CÁC ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN VÀ TÌNH HÌNH XÂY DỰNG ĐẬP BẰNG VẬT LIỆU ĐỊA PHƯƠNG Ở

KHU VỰC NAM TRUNG BỘ VÀ ĐÔNG NAM BỘ

1.1 Đặc điểm tự nhiên khu vực Nam Trung Bộ & Đông Nam Bộ

1.1.1 Đặc điểm địa hình :

Dãy Trường Sơn chạy suốt dọc miền Trung, từ thượng nguồn sôngCả đến tận miền Đông Nam Bộ Xét về mặt địa hình, lịch sử hình thành,cấu trúc địa chất, Trường Sơn không phải là một dãy núi mà là một hệthống núi, cao nguyên với những thung lũng và đồng bằng xen kẹp giữacác núi Nhìn chung, Trường Sơn có vách dốc về phía Đông thoải dần vềphía Tây Có thể lấy sông Ba làm ranh giới chia Trường Sơn Nam làm 2thành phần : phía Bắc cao hơn gọi là khối núi Gia Lai – KonTum, phíaNam thấp hơn gọi là khối núi Cực Nam Trung Bộ

Nét nổi bật của địa hình khu vực nghiên cứu là tính phân bậc rõràng, các bậc cao nằm về phía Đông, các bậc thấp về phía Tây.Địa hìnhcác lũng sông để tìm vị trí xây dựng hồ chứa cũng rất phức tạp do vùngnúi và trung du rất dốc, ít có những thung lũng lớn có thể tạo thành các hồchứa có dung tích lớn, đồng thời cũng ít gặp các địa hình hẹp, cân đối đểcó thể ngăn sông với đập ngắn và có các eo yên ngựa để bố trí tràn xả lũmột cách thuận lợi

1.1.2 Đặc điểm thủy văn sông ngòi :

Mạng lưới sông suối vùng Nam Trung Bộ & Đông Nam Bộ tươngđối phát triển, quá trình xâm thực sâu đang diễn ra mạnh mẽ Chính dãynúi Trường Sơn Nam là phân thủy giữa lưu vực sông Mêkông và các sôngđổ ra biển Đông Con sông chính đổ về phía Tây để nhập với sôngMêkông là Srepok Pôcô (Sesan).Hệ thống sông đổ ra biển Đông là sông

Ba, sông Đà R»üng, sông Vu Gia, sông Cái…Nhìn chung, sông ven biểnmiền Trung ngắn, chiều dài L=10-100km, độ dốc lưu vực lớn từ 24-41%,bề ngang hẹp, dung tích chứa nhỏ : 93% sông có lưu vực < 500 km2 Đặcđiểm cơ bản các sông suối có trắc diện dọc chưa đạt trạng thái cân bằnglòng sông có dạng phân bậc rõ ràng và có nhiều ghềnh thác Sông thườngchia 3 đoạn có đặc tính khác nhau : đoạn miền núi, đoạn qua miền caonguyên và đoạn qua vùng đồng bằng

1.1.3 Đặc điểm địa tầng và tính chất cơ lý các loại đất :

Theo đặc điểm địa tầng, có thể chia toàn bộ đất phân bổ trên lãnhthổ nghiên cứu làm 2 loại theo nguồn gốc khác nhau [9]:

1.1.3.1 Đất Aluvi :

Gồm có Aluvi cổ phân bổ ở các thung lũng sông lớn, và Aluvi hiệnđại bao gồm trầm tích lòng sông, bãi bồi và các bậc thềm Thường gặp cácđất sét, á sét phân bổ trên các bậc thềm sông với chiều dày ít khi vượt quá5m Ở điều kiện tự nhiên đất có dung trọng khô C =1,4-1,6T/m3, độ ẩmW=20-25%, trạng thái dẻo đến cứng Khi bão hòa nước, đất có các thôngsố chống cắt  = 16o - 20o, C = 0,1 - 0,4 kg/cm2, hệ số thấm nước K = 10-4-

10-5 cm/s Loại đất này có hàm lượng hạt sét 15 - 35%, có thể sử dụng đắp

đập đồng chất hoặc đắp các lõi đập Trong thực tế, đất Aluvi phát triển ởcác bậc thềm dọc sông suối miền núi rất hẹp, trữ lượng ít Phần lớn diệntích được canh tác, nên chỉ khai thác được một ít trong lòng hồ trước khingập nước.

1.1.3.2 Đất sườn tàn tích và tàn tích trên các loại đá khác nhau :

a) Đất sườn tàn tích và tàn tích trên nền đá Bazan trẻ (QII-IV)

Do đá được hình thành muộn, thời gian chưa đủ để đá bị phong hóatriệt để thành đất Chiều dày lớp phong hóa thường nhỏ hơn 5m, gồm đất

á sét, á sét màu nâu đỏ, có chứa nhiều đá tảng đủ các loại kích thước vàdăm sạn Tính theo trọng lượng đất chỉ chiếm tỷ lệ rất ít so với đá, do đórất khó khai thác chúng để đắp đập

b) Đất sườn tàn tích và tàn tích trên nền đá Bazan cổ (N2-Q1)

Loại này phân bố rộng rãi ở Tây Nguyên và vùng Đông Nam Bộ

Ở điều kiện tự nhiên đất có khối lượng riêng hạt rắn lớn, dung trọng khôthấp, hệ số rỗng lớn, các chỉ tiêu cơ học (,C,E) thuộc loại trung bình.Tính chất cơ lý của chúng có thay đổi theo vị trí địa lý và địa hình Chiềudày tầng phong hóa 20-30cm, chia thành 3 lớp kể từ trên mặt xuống nhưsau :

+ Lớp 1 (edQ) : Đất sét – asét màu nâu đỏ, hàm lượng kết vónlaterit không đáng kể (khoảng 5%).Độ ẩm thay đổi nhiều theo mùa mưavà mùa khô Ở đáy lớp 1 thông thường trên mặt cắt địa chất đều có lớpvón kết mảng (dạng đá ong) dày 1-3m, rất cứng chắc Nhiều công trìnhthực tế đã sử dụng loại đất này để đắp đập rất tốt

+ Lớp 2 (eQ) : Đất sét – asét màu loang lổ Hàm lượng vón kếtlaterit và dăm Bazan thay đổi trong phạm vi rộng, có chỗ đạt đến 60-70%loại hạt có d > 2mm (tính theo trọng lượng) Tùy từng nơi, các vón kếtlaterit có dạng tròn đặc sít hoặc méo mó sắc cạnh.

+ Lớp 3 (eQ) : Đất sét và ásét màu tím gan gà, đốm trắng phớt cácmàu khác Lớp đất này có dung trọng khô thấp so với 2 lớp trên, vì vậy ítsử dụng nó để đắp vào những vị trí xung yếu của đập

c) Đất trên nền đá trầm tích lục nguyên (bột kết, cát kết…)

Đặc điểm của loại đất này là : nếu được phân bố trên những vùngđồi thoải thì lớp trên mặt (lớp 1- edQ) có nhiều hàm lượng hạt vón kếtlaterit, thuộc loại đất vụn thô, tính thấm nước lớn Nếu chúng được phânbố ở các sườn dốc thì hàm lượng vón kết laterit không đáng kể Ở đáy lớp

1 thường có lớp mỏng hoặc thấu kính vón kết dạng mảng (dạng đá ong)với tính thấm lớn Các chỉ tiêu tính chất cơ lý của loại đất trên nền đá trầmtích lục nguyên tương đối tốt, nhưng đất có tính trương nở thuộc loại trungbình đến mạnh

d) Đất trên nền đá phún trào (đaxít, biolit, andnezit…)

Chỉ tiêu cơ lý của loại đất này thuộc loại trung bình Do bề dày bé,nên thực tế chưa được sử dụng nhiều

e) Đất trên nền đá biến chất (Gơnai)

Tính chất cơ lý của loại đất này thay đổi trong phạm vi rộng Khisử dụng chúng để đắp đập cần phân chia bãi vật liệu thành nhiều lớp đểchọn lựa các chỉ tiêu cơ lý tương đối đồng nhất

f) Đất trên nền đá xâm nhập sâu (Granit, Granodiorit…)

Trong lớp edQ của đất này thường có đá tảng lăn, thậm chí có cảtảng lăn cỡ lớn Dung trọng khô thiên nhiên của đất thấp, tuy có cao hơn

so với đất Bazan Nhiều công trình đã sử dụng đất này để đắp đập Riênglớp 3 của loại đất này thường là á cát có chứa nhiều mica nên không thuậnlợi cho việc đắp đập

Dựa vào tài liệu khảo sát các bãi vật liệu và nền các công trình hồchứa trong khu vực nghiên cứu GS.TSKH Nguyễn Văn Thơ [9] đã tổng kếtgiới thiệu trị trung bình đặc trưng cơ lý của các loại đất có cấu trúc tự

nhiên (Bảng 1.1)

Ngoài tính chất cơ lý thông thường đã nêu trên, đất ở khu vựcnghiên cứu còn có tính chất cơ lý đặc biệt đó là : đặc tính co ngót vàtrương nở

+ Tính trương nở : là sự tăng thể tích của đất trong quá trình ướtnước gọi là sự trương nở Sự trương nở được tạo nên chủ yếu do sự hìnhthành nước liên kết yếu ở trong đất, làm giảm lực dính giữa các hạt đất,phân ly chúng và gây ra sự tăng thể tích Khả năng trương nở của đấtđược biểu thị bằng các đặc trưng :

- Độ trương nở tương đối (RN)

- Aùp lực trương nở (PN)

- Độ ẩm trương nở (WN)

+ Tính co ngót : Đất có tính trương nở khi ướt thì cũng sẽ bị co ngótkhi khô nước, trương nở và co ngót là hai chiều của một quá trình, đó là sựthay đổi thể tích của đất khi độ ẩm thay đổi Khả năng co ngót của đấtđược biểu thị bằng các đặc trưng sau :

- Độ co ngót tương đối (RK)

- Độ ẩm co ngót (WK)

+ Tính tan rã : tính tan rã của đất biểu thị khả năng giữ độ bền liênkết giữa các hạt và nhóm hạt của nó khi tiếp xúc với nước Những loại đấtcó nguồn gốc hình thành khác nhau sẽ có tính tan rã khác nhau Tính tanrã không ảnh hưởng đến sự ổn định khối đắp bên trong mà chủ yếu ảnhhưởng đến sự ổn định bề mặt khối đất không được bảo vệ, để tiếp xúc trựctiếp với nước và không khí

Thống kê đặc tính trương nở đất đắp đập ở một số công trình

Thuận Ninh

Am Chúa

Suối Trầu

Suối Hành

Sông Quao Hạt sét % 27  34 22  31 27  32 24  26 25  38 Hạt bụi % 19  29 16  22 30  34 19  30 15  27 Hạn độ chảy W T % 31  51 30  34 25  27 25  33 33  38 Chỉ số dẻo W n % 14  20 14 16 11  13 13 15 14  16 Độ ẩm thích hợp W op % 16  21 14 15 14  17 14  15 16  17 Dung trọng max  cmax T/m 3 1.64 

-0.11  -0.13

-0.19  -0.22

-0.18  -0.24 Khả năng trương

nở theo R N

yếu  t.bình mạnh yếu yếu yếuKhả năng trương

nở theo W n

Trung bình Trungbình yếu yếu Trungbình

Kết quả nghiên cứu tính chất đặc biệt của đất đắp khu vực NamTrung Bộ và Đông Nam Bộ cho thấy đặc trưng trương nở đất đắp đập diễnbiến trong phạm vi sau :

+ Độ trương nở tương đối : RN = 0,08 - 0,12

+ Aùp lực trương nở : PN = 0,03 - 0,07 kg/cm2

+ Độ ẩm trương nở hơn giới hạn dẻo WP từ (1-4)%

WN = WP + (1-4)%

- Độ trương nở tương đối RN & áp lực trương nở PN tăng cùng vớisự tăng dung trọng khô C của mẫu chế bị

- Độ ẩm trương nở WN tăng cùng với sự giảm dung trọng khô C

của mẫu chế bị

- Độ ẩm ban đầu của mẫu đất tăng thì độ trương nở tương đối RN vàthời gian trương nở TN giảm

- Sức chống cắt của đất có tính trương nở sẽ giảm trong quá trìnhngËm nước và trương nở tự do

- Trong trừơng hợp chịu tác dụng của áp lực ngoài lớn hơn áp lực trương nở, mẫu đất không thể trương nở tự do, sức chống cắt của đấtkhông giảm

1.1.4 Một số đặc trưng khí hậu trong khu vực :

Các Tỉnh ven biển Nam Trung Bộ nằm trong vùng nhiệt đới giómùa xích đạo, có gió mùa khô kéo dài, đồng thời mang khí hậu duyên hải

- Số giờ nắng bình quân : 2500-2800 giờ/năm

- Nhiệt độ không khí trung bình : 26,4 – 26,6oC

- Độ ẩm : 80,6 – 80,7%

- Bốc hơi : + Nha Trang : 1660 mm/năm

+ Phan Thiết : 1798 mm/năm

- Mưa : + Nha Trang : 1300 mm

1.2 Tình hình xây dựng đập bằng vật liệu địa phương và nguyên nhân

hư hỏng công trình trong khu vực :

1.2.1 Hiện trạng chung :

Đập làm bằng vật liệu địa phương là loại công trình thủy lợi đượcxây dựng phổ biến ở nước ta và trên thế giới Đây là một loại đập tậndụng được vật liệu tại chỗ, cấu tạo đơn giản, công nghệ thi công khôngphức tạp, trên mọi loại nền đều có thể xây dựng đập đất, vì vậy giá thànhthường rẻ

Khu vực Nam Trung Bộ và Đông Nam Bộ trong 25 năm qua đã xâydựng trên 200 đập hồ chứa lớn vừa và nhỏ mà công trình dâng nước chủyếu là đập đất làm bằng vật liệu địa phương Đa số các công trình làmviệc an toàn phát huy hiệu quả phục vụ phát triển thủy điện (Trị An, Thác

mơ, Đami- Hàm Thuận…), cung cấp nước cho sinh hoạt, phục vụ sản xuất

nông nghiệp – công nghiệp (Dầu Tiếng, Đá đen, Sông Quao, Cà Giây…)tạo ra những biến đổi sâu sắc về đời sống và xã hội ở các Tỉnh Nam TrungBộ và Đông Nam Bộ.

Tuy nhiên tình trạng chung hiện nay nhiều đập đã xuống cấpnghiêm trọng, hiên tượng thấm khá phổ biến Mái thượng lưu các đập đasố đều hư hỏng, đá lát long rời, xói lở; mái hạ lưu các đập có hệ thống tiêuthoát nươc mặt xây dựng chưa tốt, thêng bị xói trong mùa mưa bão, một sốđập đã xảy ra sự cố gây thiệt hại đáng kể về kinh tế xã hội ở vùng hạ lưucông trình Các sự cố về đập tiêu biểu trong khu vực như :

- Đập hồ Suối Trầu (Tỉnh Khánh Hòa) : công trình sau khi hoànthành đã xảy ra sự cố vỡ đập liên tiếp 3 lần trong 3 năm1997,1998,1999

- Đập hồ Am Chúa (Tỉnh Khánh Hòa) : sự cố đập 2 lần trong 2năm : 10/1989 và 10/1992

- Đập hồ Cà Giây (Tỉnh Bình Thuận) : xảy ra sự cố đập tháng10/1998

- Đập hồ sông Quao (Tỉnh Bình Thuận) : xảy ra sự cố đập tháng6/1993…

1.2.2 Nguyên nhân gây ra sự cố đập :

Trên đây đã trình bày tình hình hư hỏng các đập và một số sự cốvỡ đập tiêu biểu xảy ra trong khu vực, từ đó tổng hợp phân tích một sốnguyên nhân chủ yếu sau :

a) Nguyên nhân từ công tác khảo sát :

- Đánh gía điều kiện địa chất không đầy đủ chính xác (bỏ quacác vết nứt nẻ và nứt kiến tạo ở đập Suối Hành)

- Vật liệu đắp đập thường là không đồng nhất ngay trong một bãivật liệu, nhưng đánh giá là đồng chất và đề nghị sử dụng chỉ tiêu cơ lýtrung bình.

- Không nhận diện hoặc đánh giá không đầy đủ đặc tính nguyhiểm của vật liệu đất đắp trong khu vực, đó là tính trương nở mạnh, lúnướt lớn, tan rã nhanh để đề ra các giải pháp xử lý thích hợp

b) Nguyên nhân từ công tác thiết kế :

- Thiếu kinh nghiệm thực tế, lựa chọn chỉ tiêu đầm nện chưa phùhợp, chọn dung trọng khô thiết kế nhỏ hơn trị số cần đạt theo yêu cầu (đậpsuối Trầu)

- Xử lý vùng địa hình thay đổi đột ngột từ thấp đến cao khônghợp lý tạo nên lún gây nứt thân đập (đập Suối Hành)

- Lựa chọn mặt cắt chưa hợp lý, không tổ chức phân vùng cácloại vật liệu để phát huy các ưu điểm và hạn chế tối đa các nhược điểmcủa vật liệu đất đắp đập

c) Nguyên nhân từ công tác thi công :

- Chất lượng thi công không đảm bảo yêu cầu thiết kế về dungtrọng, độ ẩm, chiều dày lớp đầm, số lần đầm … (Suối Trầu, suối Hành, AmChúa)

- Vật liệu đắp đập thường không bóc bỏ hết tầng phủ thực vậtquy định, nên các lớp còn lẫn nhiều tạp chất hữu cơ, rễ cây, vỏ sò…(suốiTrầu, suối Hành)

- Thi công xử lý tiếp giáp giữa các khối đập đắp trước sau vàchuyển tiếp giữa vật kiến trúc bên trong thân đập với đập thường có chất

lượng rất kém, tạo điều kiện cho sự phá hoại do thấm tiếp xúc (suối Trầu,suối Hành, Am Chúa…)

d) Nguyên nhân từ công tác giám sát thi công và quản lý vận hành

- Công tác giám sát chất lượng xây dựng không được tiến hànhthường xuyên nghiêm túc, toàn diện từ : khảo sát, thiết kế đến thi công,điều này làm cho chất lượng thi công không được đảm bảo (Suối Trầu,

Am Chúa)

- Trong giai đoạn quản lý vận hành thường không kịp thời pháthiện các biểu hiện ban đầu của sự cố, hoặc có phát hiện song do khôngnhận ra được tính chất nguy hiểm của các biểu hiện đó nên thường để xảy

ra sự cố, không có biện pháp kịp thời xử lý (suối Trầu, suối Hành)

Tổng kết và phân tích những nguyên nhân gây ra sự cố công

trình đất trên thế giới Middle Brooks [6] cho thấy: trên 60% những sự cố

công trình đất do thấm gây ra và khoảng 10% sự cố công trình có tác nhân kích thích từ thấm, 30% sự cố công trình do tràn nước mặt đập, trượt mái và các nguyên nhân khác.

Hiện tượng thấm khá phổ biến trong sự cố đập ở khu vực NamTrung Bộ và Đông Nam Bộ Hiện tượng thấm xảy ra sau một thời giankhai thác, có nơi vài ba năm, mười năm, có nơi mới chỉ 1-2 năm đã phátsinh thấm, thậm chí có những đập bị thấm mạnh ngay sau khi tích nước lầnđầu tiên (Cà Giây, Sông Quao) Qua quan trắc nhận thấy rằng phần lớnlưu lượng thấm đo được thường lớn hơn nhiều lần so với lượng thấm tínhtoán thiết kế, vị trí đường bão hòa cao hơn dự kiến và không đổ vào đốngđá tiêu nước gây nên xói ngầm ở nền và thân đập

CHƯƠNG 2 : NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP CHỐNG THẤM

QUA ĐẬP ĐẤT 2.1 Các loại đập đất đã xây dựng trong khu vực và các biện pháp

chống thấm truyền thống

Các loại đập đất đã xây dựng ở Nam Trung Bộ và Đông Nam Bộrất phong phú và đa dạng, tùy thuộc đặc điểm điạ hình, địa chất, thủy vănđể lựa chọn loại kết cấu đập và biện pháp chống thấm phù hợp :

2.1.1 Kết cấu đập đồng chất :

Kết cấu đập đồng chất là loại đập được xây dựng khá phổ biến ở

nhiều địa phương Đập được đắp bằng một loại vật liệu địa phương sẵn cótại chỗ như đất đỏ Bazan ở Bình Dương, Bình Phước, Lâm Đồng, đất trầmtích Aluvi, đất tàn tích, sườn tàn tích có tính trương nở co ngót mạnh như ởBình Thuận, Ninh Thuận, Khánh Hoà

Đập đồng chất đắp bằng đất có hệ số thấm lớn, để đảm bảo đượcổn định thấm, biện pháp thường dùng là tăng kích thước mặt cắt đập vàkhối lượng đất đắp

- Ưu điểm kết cấu đập đồng chất :

+ Kết cấu đập đơn giản

+ Sử dụng vật liệu tại chỗ

+ Thi công dễ dàng & nhanh chóng

- Nhược điểm :

+ Kích thước mặt cắt đập thường lớn, khối lượng đất đắp và chi

phí đền bù cao

2.1.2 Kết cấu đập không đồng chất :

Trong thực tế đất đắp đập không đồng chất một loại, có nhiều bãivật liệu có tính chất cơ lý khác nhau Trong trường hợp đó phải nghiên cứukết cấu đập để sử dụng hợp lý các loại đất nhằm khắc phục các mặt bấtlợi và phát huy được các mặt lợi của chúng để phòng tránh sự cố đập dođất gây ra Mặt kh¸c cũng để tận dụng tối đa các vật liệu sẵn có tại chỗgiảm chi phí đầu tư

Đập không đồng chất mặt cắt hỗn hợp nhiều khối được xây dựngphổ biến trong khu vực đặc biệt là khu vực Nam Trung Bộ : Đập Am Chúa(Cam Ranh), Suối Hành (Khánh Hòa), đập sông Quao, Cà Giây (BìnhThuận), Đập Phú Xuân (Phú Yên)…

Theo GS.TS Phan Sỹ Kỳ [5] nguyên tắc bố trí đất đắp trong các

vùng của thân đập theo (b¶ng 2.1)

+ Đất có hệ số thấm K < 1x10-4 cm/s không bị ướt lún, không tan rãmạnh, không bị trương nở tự do mạnh có thể bố trí bất kỳ vùng nào trongthân đập

I: Vuứng thửụứng xuyeõn baừo hoứa (A) : Khoỏi laờng truù thửụùng lửu

II : Vuứng bũ baừo hoứa tửứng thụứi kyứ (B) : khoỏi trung taõm

III : Vuứng khoõ ửụựt thay ủoồi trong naờm (C) : khoỏi laờng truù haù lửu

+ ẹaỏt coự heọ soỏ thaỏm K > 1x10-4 cm/s, hoaởc bi luựn ửụựt lụựn, hoaởc tanraừ maùnh, khoõng ủửụùc boỏ trớ ụỷ caực vuứng I vaứ II, coự theồ boỏ trớ taùi vuứng III vụựiủieàu kieọn phaỷi coự bieọn phaựp caựch ly nửụực thaỏm vaứ tieõu thoaựt toỏt nửụực mửa

+ ẹaỏt bũ trửụng nụỷ tửù do maùnh, heọ soỏ thaỏm K > 1x10-4 cm/s khoõngủửụùc boỏ trớ taùi caực vuứng A, B, 3, coự theồ boỏ trớ ụỷ vuứng C nhửng phaỷi coự bieọnphaựp haù thaỏp ủửụứng baừo hoứa vaứ caựch ly, tieõu thoaựt nửụực mửa toỏt

Vũ trớ boỏ trớ caực loaùi ủaỏt đắp trong thaõn ủaọp

Bảng 2.1

ST

Vị trí có thể bố trí tại các vùng

trong thân đập

1

Đất có hệ số thấm K < 1x10-4

cm/s không bị ướt lún, không

bị tan rã mạnh, không bị

trương nở tự do mạnh

2

Đất có hệ số thấm K > 1x10-4

cm/s hoặc bị lún ướt lớn,

3 Đất bị trương nở tự do mạnh

+ Ưu điểm kết cấu đập không đồng chất, nhiều khối đất đắp :

- Tận dụng được các loại vật liệu tại chỗ của địa phương

- Kết cấu ổn định, khả năng chống thấm tốt

+ Nhược điểm :

- Kết cấu phức tạp

- Thi công khó khăn

2.1.3 Đập có tường lõi mềm :

Trong trường hợp khối trung tâm vùng B bằng đất sét hoặc đất sétpha cát, hệ số thấm nhỏ khả năng chống thấm trở thành tường lõi mềm Yêu cầu chủ yếu đối với đất sét làm vật liệu chống thấm là ít thấm nướcvà có tính dẻo, phải đảm bảo hệ số thấm nhỏ hơn hệ số thấm của đất thânđập (50-100) lần Đồng thời đất làm tường lõi chống thấm phải đủ dẻo, dễthích ứng với biến hình của thân đập, mà không gây nứt nẻ Tính dẻo biểuthị bằng chỉ số dẻo (Wn) phải đảm bảo yêu cầu Wn>7 để dễ thi công Đất

sét béo Wn>20 là loại vật liệu không thích hợp vì có hàm lượng nước quálớn khó thi công dễ sinh ra áp lực kè rỗng lớn làm mất ổn định mái đập.

Theo [11], [12] quy định : cấu tạo bề dày tường lõi đắp bằng đấtsét không nhỏ quá 0,8 m, độ dày chân tường lõi không nhỏ hơn 1/10 cộtnước, người ta dựa vào trị số Gradient thấm cho phép [J] để xác định bềdày của tường lõi Khi xây dựng đập trên nền thấm Độ cắm sâu tường lõivào nền đất tốt ít thấm nước   0,50 – 1,25 m

Đỉnh tường lõi cao hơn mực nước dâng bình thường (MNDBT)  = 0,30 – 0,60 m

Kết cấu đập tường lõi mềm không được xây dựng phổ biến ở khuvực Nam Trung Bộ và Đông Nam Bộ do khan hiếm nguồn vật liệu và kỹ thuật thi công phức tạp

+ Ưu điểm : - Khả năng chống thấm tốt

- Lún dễ đều + Nhược điểm : - Khan hiếm nguồn vật liệu đất sét chống thấm tại chỗ

- Kỹ thuật thi công phức tạp

2.1.4 Kết cấu đập tường nghiêng mềm :

Trong trường hợp khối lăng trụ thượng lưu (vùng A) bằng đất sétchống thấm, khối lăng trụ thượng lưu trở thành tường nghiêng chống thấmtrong thân đập

Tường nghiêng đặt ở sát mái thượng lưu đập có ưu điểm hạ thấp đườngbão hòa xuống nhanh, làm cho đại bộ phận đất thân đập được khô ráo vàtăng thêm tính ổn định của mái hạ lưu, đập Đá Bàn (Phú Khánh) và đậpNúi Một (Phan Rang)… thuộc loại kết cấu này

Bề dày tường nghiêng phụ thuộc các yêu cầu cấu tạo và gradientthủy lực cho phép của đất đắp tường Theo [11] quy định : bề dày tườngnghiêng tăng từ trên xuống dưới Bề dày đỉnh tường không nhỏ hơn 0,8m,

chân tường nghiêng không nhỏ hơn 1/10H (H: cột nước tác dụng), nhưngkhông nhỏ hơn 2-3m Độ vượt cao của đỉnh tường nghiêng trên MNDBT ởthượng lưu tùy theo cấp công trình  = 0,5-0,8m Đỉnh tường không đượcthấp hơn mực nước tính gia cường

Trên mặt tường nghiêng có phủ một lớp bảo vệ đủ dày (khoảng1m) để tránh mưa nắng, giữa tường nghiêng và lớp bảo vệ có bố trí tầnglọc ngược

Khi xác định độ dốc mái tường nghiêng phải đảm bảo lớp bảo vệkhông bị trượt trên mặt tường, đồng thời lớp bảo vệ và tường nghiêng phảiổn định (không trượt)

2.1.5 Kết cấu đập đất có tường nghiêng và sân phủ phía trước mềm :

Khi đắp đập có tường nghiêng trên nền có lớp đất thấm mạnh hoặckhi tầng thấm dày, người ta thường xây dựng thêm một sân phủ phía trướcchống thấm bằng cùng một loại đất với tường nghiêng nối liền với nhau

Sân trước có tác dụng nhiều mặt nhưng chủ yếu là tăng chiều dàiđoạn đường viền không thấm để giảm áp lực thấm và lưu lượng thấm quanền

Kết cấu và kích thước sân phủ trước phải thỏa mãn yêu cầu cơ bản :

ít thấm nước, có tính mềm dẻo dễ thích ứng với biến hình của nền.

+ Chiều dày sân trước : chiều dài sân trước được xác định theo cácyêu cầu kinh tế và kỹ thuật, phụ thuộc nhiều yếu tố như : chênh lệch mựcnước thỵng hạ lưu đập, đặc điểm địa chất đất nền, chiều dày tầng thấmnước…, chiỊu dµi sân phủ thường lấy theo kinh nghiệm : L=(3-5)H

Chiều dài tối đa của sân trước có thể tính theo công thức củaUghintrut [11]

T t K

K

nen

2

max 

Trong đó :

k, knền : hệ số thấm của vật liệu làm sân trước và nền

ttb : bề dày trung bình của sân trước

T : bề dày tầng thấm nước trong nền + Bề dày sân trước t được xác định theo công thức

Bề dày sân trước còn phụ thuộc điều kiện thi công đối với đất sétbề dày nhỏ nhất đầu sân tđ  0,5 -1,0 m cuối sân chỗ tiếp giáp với tườngnghiêng tc  1,0m.

2.1.6 Kết cấu đập đất có tường nghiêng và chân khay mềm :

Trường hợp tường nghiêng trên nền có lớp đất thấm mạnh và tầngkhông thấm nằm không sâu, người ta xây dựng một chân khay qua nềncắm sâu vào tầng không thấm

Độ cắm sâu của chân khay vào tầng không thấm [11]  > 0,5-1,25m

2.1.7 Kết cấu đất có màng chống thấm bằng khoan phụt vữa ximăng – Bentonite

Trường hợp đất nền là lớp bồi tích dày hơn 10m, phía dưới là đáphong hóa nứt nẻ mạnh, hoặc trong lớp bồi tích có lẫn đá lăn, đá tảng lớnkhông thể đóng cừ chống thấm được thì biện pháp xử lý tốt nhất là khoanphụt vữa Khoan phụt vữa dung dịch vữa ximăng sét có các phụ gia cầnthiết tạo màng chống thấm trong thân đập và nền đập

+ Thành phần vữa chống thaỏm (tính cho 1m3 ):

+ áp lực phụt vữa đạt mức 20 atm

Giaỷi phaựp coõng ngheọ naứy ủaừ ủửụùc ửựng duùng ủeồ xửỷ lyự choỏng thaỏmcho nhieàu coõng trỡnh trong khu vửùc nhử : ẹaọp Soõng Quao, ẹaọp Caứ Giaõy(Bỡnh Thuaọn), ẹaọp Vaùn Hoọi (Bỡnh ẹũnh), ẹaọp Daàứu Tieỏng (Taõy Ninh)…

2.1.8 Keỏt caỏu ủaọp coự tửụứng choỏng thaỏm cửựng :

ễÛ nhửừng vũ trớ ủaộp ủaọp khoõng coự vaọt lieọu choỏng thaỏm baống ủaỏt seựt,phaỷi chuyeõn chụỷ xa quaự ủaột, caàn thieỏt phaỷi xem xeựt giaỷi phaựp tửụứng choỏng thaỏm cửựng nhử : goó, ủaự xaõy, beõtoõng ,cửứ beõtoõng coỏt theựp, cửứ theựp… Loaùi ủaọpủaỏt coự tửụứng nghieõng choỏng thaỏm cửựng (nhử beõtoõng, BTCT) ớt ủửụùc duứng,

vì nhược điểm : cấu tạo phức tạp, dễ sinh nứt nẻ khi nhiệt độ thay đổi hoặcthân đập lún, giá thành cao.

+ Tường cừ chống thấm bằng bêtông cốt thép phải đảm bảo [11]:bề dày ở đỉnh tường không nhỏ hơn 0,3 - 0,5m, chiều dày đáy tường bằngkhoảng (1/12 – 1/15)H

Để hạn chế nứt gây tường lõi BTCT, cần bố trí những khe lún thẳngđứng cách nhau 15 – 25m và gia cố thêm một lớp đất sét chống thấm ởmặt phía trước của tường lõi

+ Tường chống thấm bằng cừ thép :

Trường hợp chỉ cần chống thấm cho đập đất trong phạm vi lớp bồitích, trong đó không có đá lăn, đá tảng, chiều dày lớp bồi tích T < 12m(là chiều dày cừ thép có thể đạt được) giải pháp đơn giản nhất là dùng cừthép đóng trực tiếp trong chân khay, thay vì phải đào hết cát sỏi rồi lấép lại

– (sơ đồ 1- H×nh 2.8) Trường hợp lớp bồi tích > 12m, cừ thép được đóng theo (sơ đồ 2 - H×nh 2.8)

+ Tường nghiêng, tường lõi kết hợp cừ chống thấm

Khi cần thiết có thể dùng biện pháp chống thấm bằng tườngnghiêng, tường lõi kết hợp cừ (thép hoặc bêtông)

Nhận xét chung : Trong những năm qua đội ngũ cán bộ khoa học

kỹ thuật của ngành Thủy lợi đã trưởng thành, đã tự đảm nhiệm được toànbộ các khâu từ khảo sát quy hoạch, thiết kế, chế tạo và quản lý vận hànhcác công trình thủy lợi ở nước ta Tuy nhiên so với các nước tiên tiến, rõràng trình độ đội ngũ cán bộ kỹ thuật của chúng ta chưa cao, còn thiếukinh nghiệm, thiết bị thi công còn lạc hậu

Đánh giá thực trạng công tác KHCN cua ngành Thủy lợi hiện nay

thừa nhận : ”Nói một các tổng quát nhất trình độ KHCN của nước ta nói

chung và ngành thủy lợi nói riêng lạc hậu so với thế giới tiên tiến cả thế kỷ

so với các tiên tiến trong khu vực ta cũng lạc hậu hàng thập kỷû” (Trích báo

cáo định hướng phát triển KHCN của ngành Thủy lợi 1996-2000 và 2010 –Tạp chí Thủy lợi số 3007)

Đánh giá về lĩnh vực xây dựng đập hồ chứa cùng nằm trong tìnhtrạng chung trên, thể hiện qua những nhận xét sau :

1) Công nghệ khảo sát, thiết kế lạc hậu, để đảm bảo an toàn côngtrình đập đất thường thiết kế tăng kích thước mặt cắt đập nên chi phí xâydựng và giải tỏa đền bù lớn

2) Hiệu quả chống thấm không cao, không đảm bảo an toàn hồchứa bảo vệ sản xuất và đời sống của nhân dân vùng hạ lưu Theo thống

kê của Giáo sư Phan Sỹ Kỳ [5]:”Có 39,1% hồ làm việc bình thường, 38,7%

hồ có sự cố nhỏ và 22,2% có sự cố lớn” Chi phí sửa chữa sự cố hàng năm

2.2 Giới thiệu một số tiến bộ kỹ thuật về công nghệ và vật liệu mới chống thấm cho các đập hồ chứa.

Nghiên cứu phát triển công nghệ và vật liệu mới trong các lĩnh vựcxây dựng nói chung ở các nước tiên tiến trên thế giới như Mỹ, Pháp, HàLan, Đức,…là vấn đề quan trọng hàng đầu luôn được ưu tiên phát triển,

Nhà nước có nhiều chính sách hỗ trợ vốn, miễn giảm thuế khuyến khíchcải tiến và sáng tạo công nghệ mới.

Trong lĩnh vực xây dựng thủy lợi, từ những năm 70 nhiều côngnghệ và vật liệu mới đã được nghiên cứu ứng dụng rộng rãi vào sản xuấtmang lại hiệu quả kinh tế – kỹ thuật rõ rệt, trong đó có các công nghệ vàvật liệu chống thấm tiêu biểu như :

- Công nghệ chống thấm bằng màng địa kỹ thuật (Geomembrane)

- Công nghệ tường hào chống thấm bằng hỗn hợp vật liệu

Bentonite + xi măng

- Công nghệ thảm bêtông chống thấm (Concret mats)

- Công nghệ chống thấm tường cừ bản bêtông cốt thép ứng suất trước & cừ bản nhựa

- Công nghệ chống thấm bằng thảm sét địa kỹ thuật (Geosynthetic Clay Liner),…

Nghiên cứu ứng dụng các tiến bộ kỹ thuật về công nghệ và vật liệumới nêu trên sẽ làm phong phú thêm các giải pháp công nghệ xử lý chốngthấm nâng cao “an toàn hồ chứa” phòng chống và giảm nhẹ thiên tai ở khuvực miền Trung và Đông Nam Bộ

2.2.1 Kết cấu chống thấm đập đất bằng màng địa kỹ thuật Geomembrane)

Geomembrane được gọi là màng chống thấm địa kỹ thuật, có nhiềuloại geomembrane nhưng phổ biến nhất là các loại :

- HDPE (High Density Polyethylene)

- PVC (Poly Vinyl Chloridc)

- CPE (Chlorinated Poly Ethylene)

Maứng choỏng thaỏm ủũa kyừ thuaọt (Geomembrane) coự khaỷ naờng choỏngthaỏm raỏt cao, heọ soỏ thaỏm nhoỷ : 5 x 10-11 – 5 x 10—14 cm/s chieàu daứy 0,5-20

mm, tuoồi thoù cuỷa vaọt lieọu trung bỡnh 20 – 25 naờm Maứng choỏng thaỏm ủũa kyừthuaọt thửụứng ủửụùc sửỷ duùng laứm tửụứng nghieõng vaứ saõn phuỷ choỏng thaỏm choủaọp ủaỏt thay vaọt lieọu ủaỏt seựt truyeàn thoỏng

Hỡnh 2.11 : Hoà chửựa nửụực choỏng thaỏm baống maứng ủũa kyừ thuaọt

(Geomembrane – HDPE)

2.2.1.1 Tớnh toaựn thieỏt keỏ maứng ủũa kyừ thuaọt choỏng thaỏm :

Theo taứi lieọu hửụựng daón tớnh toaựn thieỏt keỏ – thi coõng Geomembrane [19]a) Xaực ủũnh ủoọ daứy cuỷa maứng choỏng thaỏm :

Sơ đồ tính toán

Chiều dày của màng chống thấm được xác định theo công thức sau :

chophep

x p

Trong đó : H : độ lún do ứng suất gây ra

F : lực kéo do màng chống thấm = []cthépx t

[]cthép : ứng suất kéo cho phép của màng chống thấm

t : độ dày của vật liệu chống thấm Geomembrane

TU : Lực ma sát trên đỉnh màng chống thấm

TL : Lực ma sát dưới màng chống thấm

T = p tan

p : Aùp lực tác dụng của nước trong hồ

 : Góc kháng trượt giữa màng chống thấm và vật liệu tiếp giáp (đất hoặc geotextile)

x : khoảng cách do biến dạng của vật liệu chống thấm gây nên.b) Xác định bề dày lớp đất phủ màng chống thấm địa kỹ thuật :

Để bảo vệ màng chống thấm địa kỹ thuật chống oxy hoá và suy thoái vật liệu do ánh sáng mặt trời và biến đổi của nhiệt độ, cần thiết cólớp đất phủ trên màng chống thấm địa kỹ thuật Lớp đất phủ thường cóhình nêm, chiều dày phía trên đỉnh đập tối thiểu  1m, phía dưới chân đậpkhông nhỏ hơn 2 - 3 m

c) Hệ thống neo vật liệu :

Để đảm bảo sự làm việc ổn định của vật liệu Geomembrane trênmái dốc nghiêng của đập, cần bố trí hệ thống neo giữ vật liệu trên đỉnhđập, kích thước hố neo : chiều rộng b  1m, chiều sâu h  0,50m

2.2.1.2 Thi công lắp đặt và hàn nối màng chống thấm Geomembrane ở hiện trường

a) Trải màng chống thấm :

+ Mặt bằng mái đập được dọn sạch, khô ráo, không có những vật sắcnhọn như đá, cành, rễ cây… tại góc tiếp giáp vai đập phá bỏ các góc cạnhbằng cách làm tròn với bán kính > 1m

+ Màng chống thấm được trải theo mái dốc của đập ,khoảng cáchchống ghép nối hai tấm vật liệu d = 100mm Để tránh tác động của giótrong khi trải vật liệu Geomembrane nên định vị tạm thời bằng các bao cát.Trong quá trình thi công không cho phép các loại xe cơ giới chạy trên mặtbằng mới trải vật liệu Geomembrane

b) Công tác hàn nối :

+ Mối hàn giữa các cuộn phải là mối hàn kép (hàn nối hai đường hàn) + Phải tiến hành hàn xong mối giải Geomembrane trước khi trải

các cuộn tiếp theo

+ Không tiến hành hàn nối Geomembrane khi trời mưa hoặc phát

hiện có nước tại vị trí hàn

c) Sữa chữa h háng vËt liƯu:

+ Trường hợp vật liệu Geomembrane bị rách ,đâm thủng do quátrình vận chuyển và thi công Dùng miếng Geomembrane để hàn vá phảicó kích thước đảm bảo phần chống lên cần xử lí tối thiểu 100mm

Màng chống thấm địa kĩ thuật (Geomembrane) được sử dụng kháphổ biến trong xây dựng công trình thủy lợi để chống thấm các đập hồchứa, các hồ nước sinh hoạt miền núi ao nuôi tôm, kênh dẫn nước quavùng đất có hệ số thấm lớn…

Eigenbrod đã có báo cáo về việc sử dụng Geomembrane để làm tườngnghiêng chống thấm phía thượng lưu cho một đập đắp bằng rơm rác ởÝ[17], đập cao 16m, thân đập là rác thải được đầm chặt, Geomembrane làvật liệu CPE (Cholorinated Polyethylene) không gia cố có độ dày 30 mil(0,75mm) Lớp bảo vệ thượng lưu là lớp đá đổ, đặt giữa geomembrane vàlớp đá đổ là lớp lót vải địa kỹ thuật (Geotextile) loại dệt Polypropylencường độ cao (300g/m2) để bảo vệ chống đâm thủng màng chống thấm

2.2.2 Kết cấu chống thấm bằng thảm bêtông (Concret Matts)

Ở những công trình hồ chứa cần xử lý chống thấm đập đất trong lúchồ vẫn tích nước, biện pháp hợp lý và hiệu quả nhất là ứng dụng côngnghệ và vật liệu thảm bêtông (Concret matts)

Công nghệ và vật liệu thảm bêtông được phát minh từ năm 1965của nhóm các chuyên gia Công ty Losiger – Thụy Sĩ (bằng sáng chế số784625) và sau đó được hoàn thiện và ứng dụng rộng rãi ở các nước Mỹ,Nhật Bản, Hà Lan, Hàn Quốc…

Ưu điểm cơ bản của thảm bêtông :

- Biện pháp thi công đơn giản, thời gian thi công nhanh chóng

- Khả năng chống thấm cao

- Thảm bêtông có thể thi công trong điều kiện ngập nước, nơithường xuyên có dòng chảy mà không cần các biện pháp xử líđắp đê quây hoặc tháo nước làm khô hồ chứa.

Hình 2.13 : Ứng dụng thảm bêtông chống thấm đập hồ chứa

- Vật liệu định dạng thảm bêtông bằng sợi tổng hợp có độ bền cao,trọng lượng nhẹ nên thuận lợi khi vận chuyển và thi công, đặc biệt ởnhững nới có địa hình phức tạp

Thảm bêtông [20] có nhiều loại : Loại tiêu chuẩn (Standard type)dạng lưới (Mesh type), dạng phiến (Slab type) và dạng tấm lọc (Filltertype), tùy tính chất từng công trình, điều kiện địa chất, địa hình và thuỷvăn dòng chảy để tính toán chọn loại thảm bêtông có kích thước và độ dàyphù hợp.

Vật liệu định dạng thảm bê tông (Fabric formwork) được cấu tạobởi hai lớp vải địa kĩ thuật đặc biệt loại dệt (Woven geotextile) có độ bềncao tạo khuôn vải cho phép bơm bê tông (hoặc vữa xi măng) vào trong nóđể tạo thành thảm bê tông bền chắc chống thấm và bảo vệ côngtrình Thảm bê tông có độ dày 5 – 50 cm:

- Loại thảm có chiều dày 5 -15 cm : bơm vật liệu vữa xi măng(Mortar)

- Loại thảm có chiều dày 20 – 50 cm : bơm vật liệu bê tông (concrete)Thông thường thảm bê tông chống thấm cho hồ chứa có độ dày 15-30cm

Thi công lắp đặt thảm bê tông :

- Chuẩn bị mặt bằng thi công : mái đập được san ủi bằng phẳng,dọn sạch cây cỏ, đá và các vật sắc nhọn …

- Trải thảm : Thảm bêtông được trải xuôi theo mái đập và đượcneo giữ ổn định theo yêu cầu thiết kế, trường hợp đáy thảm ở sâu dướilòng hồ cần thiết có thợ lặn kiểm tra sửa chữa điều chỉnh vị trí thảm

- Bơm vật liệu : vật liệu bêtông (hoặc vữa ximăng) được trộn đều vàbơm vào các ống nạp của tấm thảm (có sẵn) từ dưới thấp lên phía cao làmđầy dần thảm, lưu ý trong quá trình bơm đầu ống bơm luôn nằm trong vậtliệu bêtông hoặc vữa ximăng