Nghiên cứu lựa chọn độ chặt đắp đập hợp lý trong điều kiện độ ẩm cao cho vùng Bắc Trung Bộ

x DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ GIẢI THÍCH THUẬT NGỮ TCVN Tiêu chuẩn quốc gia Việt Nam Độ ẩm cao Là độ ẩm tự nhiên cao hơn nhiều so với độ ẩm tối ưu, khi đắp đập phải có giải pháp kỹ thu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1 PGS TS Lê Văn Hùng

2 GS TS Lê Kim Truyền

HÀ NỘI, NĂM 2016

i

LỜI CAM ĐOAN

Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả Các kết quả nghiên cứu và các kết luận trong luận án là trung thực, không sao chép từ bất kỳ một nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào Việc tham khảo các nguồn tài liệu (nếu có) đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định

Tác giả luận án

Trần Văn Hiển

ii

LỜI CÁM ƠN

Sau thời gian thực hiện, với sự nỗ lực của bản thân cùng với sự giúp đỡ tận tình của

các nhà khoa học, thầy cô giáo, gia đình và các đồng nghiệp, luận án tiến sĩ: “Nghiên

cứu lựa chọn độ chặt đắp đập hợp lý trong điều kiện độ ẩm cao cho vùng Bắc Trung bộ Việt Nam” đã hoàn thành

Tác giả xin bày tỏ sự biết ơn sâu sắc đến Ban giám hiệu, Phòng đào tạo Đại học và Sau đại học, Khoa Công trình, Bộ môn Công nghệ và Quản lý xây dựng, Trường Đại học Thuỷ Lợi; Công ty CP tư vấn xây dựng Thủy lợi 2; Phòng thí nghiệm Las XD151 – HEC2; Ban QLĐTXD Thủy Lợi 4,5; Tổng công ty CP tư vấn xây dựng Thủy Lợi Việt Nam; Tổng công ty XD Thủy Lợi 4; Công ty CP tư vấn và XD Quảng Trị đã giúp đỡ tạo điều kiện tốt nhất cho tác giả trong thời gian thực hiện luận án

Tác giả xin đặc biệt cám ơn sự hướng dẫn, giúp đỡ tận tình của PGS.TS.Lê Văn Hùng, GS.TS.Lê Kim Truyền, các nhà khoa học, thầy cô giáo trong và ngoài trường đã hướng dẫn, góp ý, tạo điều kiện tốt nhất cho tác giả trong quá trình học tập và hoàn thành luận án

Tác giả xin chân thành cám ơn gia đình, các đồng nghiệp và bạn bè luôn bên cạnh khích lệ, nhiệt tình giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả trong quá trình học tập

và thực hiện luận án

Mặc dù đã rất cố gắng, song luận án không tránh khỏi những thiếu sót Tác giả kính mong các nhà khoa học, thầy cô giáo chỉ bảo, các bạn đồng nghiệp đóng góp ý kiến để tác giả có thể hoàn thiện, tiếp tục nghiên cứu và phát triển đề tài

Hà Nội, ngày 12 tháng 10 năm 2016 Tác giả luận án

Trần Văn Hiển

iii

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH vi

DANH MỤC BẢNG BIỂU viii

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của luận án 1

2 Mục tiêu nghiên cứu 2

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

4 Nội dung nghiên cứu 3

5 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu 3

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 4

7 Cấu trúc luận án 4

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ XÂY DỰNG ĐẬP ĐẤT ĐẦM NÉN 5

1.1 Tổng quan về tình hình xây dựng đập đất đá 5

1.1.1 Khái quát về lịch sử phát triển xây dựng đập đất đá 5

1.1.2 Sự phát triển xây dựng đập đất đá trên thế giới 6

1.1.3 Sự phát triển xây dựng đập đất đá ở Việt Nam 8

1.2 Yêu cầu kỹ thuật cơ bản thi công đập đất 9

1.2.1 Yêu cầu đối với đất đắp đập 9

1.2.2 Yếu tố quyết định đến hiệu quả đầm chặt đất 11

1.3 Điều kiện tự nhiên khu vực nghiên cứu - Bắc Trung bộ [12] 15

1.3.1 Vị trí địa lý và đặc điểm địa hình 15

1.3.2 Đặc điểm khí tượng thủy văn 16

1.3.3 Đặc điểm địa hình địa mạo 20

1.3.4 Ảnh hưởng của điều kiện tự nhiên đến quá trình xây dựng đập 20

1.4 Quy hoạch phát triển thủy lợi và yêu cầu xây dựng đập đất đầm nén trong khu vực nghiên cứu 21

1.5 Những nghiên cứu về đập đất ở Việt Nam 22

1.5.1 Khái quát 22

1.5.2 Lựa chọn và điều chỉnh độ ẩm trong thi công 24

1.5.3 Thi công đắp đập đất trong điều kiện độ ẩm cao 25

1.6 Kết luận chương 26

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN XÂY DỰNG ĐẬP ĐẤT ĐẦM NÉN 28

2.1 Đất xây dựng 28

2.1.1 Nguồn gốc hình thành 28

2.1.2 Phân loại đất 28

2.1.3 Các đặc trưng cơ lý của đất 32

2.1.4 Đất dính và một số tính chất đặc trưng 32

2.1.5 Tính hút ẩm của đất 42

iv

2.1.6 Lý thuyết phá hoại Mohr-Coulomb 44

2.1.7 Thấm của nước trong đất 45

2.1.8 Áp lực nước lỗ rỗng và ứng suất hiệu quả 47

2.1.9 Các nghiên cứu về lún của đất 50

2.2 Quan hệ dung trọng khô lớn nhất với độ ẩm 59

2.2.1 Lý luận về đầm chặt đất 59

2.2.2 Kinh nghiệm chọn dung trọng và độ ẩm thi công đất hạt mịn của Borkievich 62 2.2.3 Kiến nghị chọn độ ẩm thi công của Phạm Văn Cơ, 1994 và một số tác giả 62

2.2.4 Lựa chọn độ ẩm và độ chặt đất đắp đập đầm nén theo tiêu chuẩn hiện hành 63

2.2.5 Ảnh hưởng của độ chặt đến ứng suất biến dạng 64

2.3 Kết luận chương 64

CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÂY DỰNG ĐẬP ĐẤT ĐẦM NÉN TRONG ĐIỀU KIỆN ĐỘ ẨM CAO 66

3.1 Đặt vấn đề 66

3.2 Phân bố vật liệu đất đắp đập của khu vực 66

3.2.1 Đặc điểm địa tầng 66

3.2.2 Trầm tích Aluvi và trầm tích sông, biển 67

3.2.3 Sườn tàn tích và tàn tích trên đá biến chất (đá phiến sét và cát kết) 68

3.3 Nội dung thí nghiệm 70

3.3.1 Thí nghiệm trong phòng 70

3.3.2 Phương pháp thí nghiệm hiện trường sau khi đắp 76

3.4 Thời gian, khối lượng thí nghiệm 77

3.4.1 Thời gian thí nghiệm 77

3.4.2 Khối lượng thí nghiệm 78

3.5 Kết quả thí nghiệm trong phòng 78

3.5.1 Đất trầm tích 78

3.5.2 Đất tàn tích 80

3.6 Kết quả thí nghiệm hiện trường 87

3.7 Tổng hợp phân tích kết quả thí nghiệm về độ chặt đầm nén K và độ ẩm W 88

3.7.1 Đối với đất trầm tích đắp khối chống thấm 88

3.7.2 Đối với đất tàn tích đắp khối chịu lực 88

3.8 Giải pháp giảm ẩm cho đất trầm tích đắp khối chống thấm 88

3.8.1 Các giải pháp thường áp dụng 89

3.8.2 Phương án 1 91

3.8.3 Phương án 2 92

3.9 Kết luận chương 3 94

3.9.1 Vật liệu sử dụng đắp đập của khu vực 95

3.9.2 Đối với đất trầm tích đắp khối chống thấm 95

3.9.3 Đối với đất tàn tích đắp khối chịu lực 95

3.9.4 Giải pháp giảm ẩm và lựa chọn độ ẩm hợp lý 95

CHƯƠNG 4 LỰA CHỌN ĐỘ CHẶT ĐẮP ĐẬP HỢP LÝ CHO VÙNG BẮC TRUNG BỘ TRONG ĐIỀU KIỆN ĐỘ ẨM CAO 96

4.1 Đặt vấn đề 96

4.2 Lựa chọn phương pháp tính ổn định đập đất đầm nén trong thi công 96

v

4.2.1 Giới thiệu phương pháp tính 96

4.2.2 Các phương trình cơ bản 97

4.2.3 Giới thiệu phần mềm Plaxis 99

4.2.4 Lựa chọn công cụ tính toán ổn định 101

4.2.5 Điều kiện ổn định của mái đập [51] 101

4.3 Nghiên cứu tốc độ thi công đập đất đầm nén 101

4.3.1 Các dạng mặt cắt điển hình của đập đất đầm nén 102

4.3.2 Tốc độ đắp đập đất đồng chất 102

4.3.3 Tốc độ đắp đập nhiều khối 108

4.3.4 Các bước giải bài toán tốc độ đắp đập 113

4.3.5 Qui trình tính toán lựa chọn tốc độ đắp đập 115

4.4 Ứng dụng kiểm chứng cho đập đồng chất Đá Hàn và cho đập nhiều khối Tả Trạch 116

4.4.1 Đập Đá Hàn 116

4.4.2 Đập Tả Trạch 121

4.5 Kết luận chương 128

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 129

NHỮNG CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ 131

1 Bài báo khoa học 131

2 Hội nghị khoa học 131

3 Đề tài khoa học 131

4 Công trình thực tiễn 131

TÀI LIỆU THAM KHẢO 133

PHỤ LỤC 138

vi

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Đồ thị quan hệ dung trọng – độ ẩm 12

Hình 1.2 Tương quan: Lực đầm nén – Dung trọng khô lớn nhất – Độ ẩm tối ưu [9] 12

Hình 1.3 Lu rung Dynapac CA 4000 D, vấu mềm 14

Hình 1.4 Tác dụng lực đầm theo chiều dày của lớp đất đắp 15

Hình 1.5 Bản đồ khu vực nghiên cứu [12] 16

Hình 1.6 Hình ảnh mặt đập Tả Trạch trước và sau lũ 25

Hình 2.1 Đường cong thành phần hạt (đường cấp phối hạt) 31

Hình 2.2 Đường cong thành phần hạt [37] 31

Hình 2.3 Phân tố đơn vị của khoáng vật sét a) Khối bốn mặt; b) Khối tám mặt [10] 35 Hình 2.4 Cấu trúc lưới-lớp của khoáng vật sét [10] 36

Hình 2.5 Cấu trúc và kích thước các khoáng vật sét chủ yếu [10] 36

Hình 2.6 Chỉ số hút ẩm và độ ẩm của đất 42

Hình 2.7 Lí thuyết phá hoại Mohr – Coulomb 45

Hình 2.8 Sơ đồ thấm phẳng Duypuy 46

Hình 2.9 Theo dõi lún một số đập [44], [45], 51

Hình 2.10 Các hệ số chuyển vị dưới móng mềm [47] 53

Hình 2.11 Sơ đồ tính lún đất lớp mỏng 53

Hình 2.12 Cố kết một hướng 55

Hình 2.13 Hộp nén và máy nén một trục không nở hông [48] 56

Hình 2.14 Đường cong hệ số rỗng - ứng suất hiệu quả 57

Hình 2.15 Đường cong nở và nén 57

Hình 2.16 Đường cong ứng suất – biến dạng của thí nghiệm cắt đất [10] 64

Hình 2.17 Hiệu quả của tăng dung trọng khô đến ứng suất – biến dạng của đất [53] 64

Hình 3.1 Kết quả thí nghiệm proctor đất trầm tích 68

Hình 3.2 Kết quả thí nghiệm proctor đất tàn tích 69

Hình 3.3 Mặt cắt điển hình của đập Tả Trạch 71

Hình 3.4 Lấy mẫu kiểm tra chỉ tiêu cơ lý tại mặt đập 72

Hình 3.5 Xác định độ ẩm tương ứng với độ chặt khi gia công mẫu 73

Hình 3.6 Thí nghiệm xác định hệ số thấm trong phòng 75

Hình 3.7 Thí nghiệm xác định hệ số thấm tại hiện trường 75

Hình 3.8 Thí nghiệm xác định lực dính c và góc ma sát trong () 76

Hình 3.9 Tương quan hệ số thấm với độ chặt đầm nén (k~K) của đất trầm tích 81

Hình 3.10 Tương quan góc ma sát với độ chặt đầm nén (φ~K) của đất trầm tích 82

Hình 3.11 Hàm quan hệ giữa góc ma sát với độ chặt (φ~K) của đất trầm tích 82

Hình 3.12 Tương quan lực dính với độ chặt đầm nén (c~K) của đất trầm tích 83

Hình 3.13 Tương quan hệ số thấm với độ chặt đầm nén (k~K) của đất tàn tích 85

Hình 3.14 Tương quan góc ma sát với độ chặt đầm nén (φ~K) của đất tàn tích 86

Hình 3.15 Tương quan lực dính với độ chặt đầm nén (c~K) của đất tàn tích 86

Hình 3.16 Tương quan độ chặt đầm nén với độ ẩm (K~W) khi đắp đất trầm tích 87

Hình 3.17 Phơi đất để giảm độ ẩm tại bãi vật liệu 89

Hình 3.18 Hệ thống rãnh thoát nước giảm ẩm bãi vật liệu 90

vii

Hình 3.19 Phơi đất để giảm độ ẩm tại mặt đập 90

Hình 3.20 Xác định độ ẩm W tương ứng với các cấp độ chặt đầm nén K 91

Hình 3.21 Cấu tạo hệ thống thoát nước và cắt nước mao dẫn 93

Hình 4.1 Sơ đồ tính toán theo phương pháp PTHH của phần mềm Plaxis 100

Hình 4.2 Cấu tạo mặt cắt ngang các loại đập đất thông dụng 102

Hình 4.3 Đắp lên đều toàn mặt cắt 103

Hình 4.4 Đắp lên đều theo mặt cắt chống lũ 103

Hình 4.5 Mặt cắt ngang đập đồng chất điển hình 105

Hình 4.6 Đập đồng chất - Biểu đồ diễn biến áp lực nước lỗ rỗng nền đập phụ thuộc tốc độ đắp đập 107

Hình 4.7 Đập đồng chất - Chuyển vị đứng của đỉnh đập phụ thuộc vào tốc độ đắp đập 107

Hình 4.8 Mặt cắt ngang đập nhiều khối điển hình 108

Hình 4.9 Đập nhiều khối - Biểu đồ diễn biến áp lực nước lỗ rỗng nền đập phụ thuộc tốc độ đắp đập 112

Hình 4.10 Đập nhiều khối - Chuyển vị đứng của đỉnh đập phụ thuộc vào tốc độ đắp đập 112

Hình 4.11 Mặt cắt điển hình đập chính Đá Hàn – Hà Tĩnh 119

Hình 4.12 Mặt cắt ngang đập đồng chất Đá Hàn 119

Hình 4.13 Đập đồng chất Đá Hàn – Chia lưới phần tử tính toán 120

Hình 4.14 Đập đồng chất Đá Hàn – Áp lực nước lỗ rỗng trong đập và nền khi đắp đập xong đợt 1 ứng với K=0,97 120

Hình 4.15 Đập đồng chất Đá Hàn – Ứng suất hiệu quả trong đập và nền khi đắp đập xong đợt 1 ứng với K=0,97 120

Hình 4.16 Đập đồng chất Đá Hàn – Mô hình cung trượt của đập và nền khi đắp đập xong đợt 1 ứng với K=0,97 120

Hình 4.17 Mặt cắt ngang đập nhiều khối Tả Trạch 121

Hình 4.18 Toàn cảnh đập Tả Trạch 121

Hình 4.19 Đập nhiều khối Tả Trạch – Phân chia lưới phần tử tính toán 125

Hình 4.20 Đập nhiều khối Tả Trạch – Áp lực nước lỗ rỗng trong đập và nền khi đắp đập xong đợt 1 ứng với K=0,95 125

Hình 4.21 Đập nhiều khối Tả Trạch – Ứng suất hiệu quả trong đập và nền khi đắp đập xong đợt 1 ứng với K=0,95 125

Hình 4.22 Phân chia khối đắp đập 126

Hình 4.23 Thứ tự đắp đập (khối lõi lên trước) 127

viii

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Số lượng đập lớn các loại [3],1988 7

Bảng 1.2 Số lượng đập vật liệu địa phương ở các nước trên thế giới (H≥15m) 7

Bảng 1.3 Số lượng và phân loại hồ chứa thủy lợi, không kể hồ thủy điện 8

Bảng 1.4 Đập lớn bằng vật liêu địa phương thuộc quản lý của TCTL (2012) 10

Bảng 1.5 Một số đập cao bằng vật liệu địa phương điển hình ở Việt Nam 11

Bảng 1.6 Thiết bị thí nghiệm dung trọng – độ ẩm theo [7], [8] 11

Bảng 2.1 Các nhóm đất xây dựng chính [10]; [37] 29

Bảng 2.2 Phân loại hạt đất theo kích thước [38] 29

Bảng 2.3 Các nhóm đất xây dựng chính [37] 30

Bảng 2.4 Phân loại cỡ hạt theo tiêu chuẩn một số nước [39] 30

Bảng 2.5 Các đặc trưng tính chất vật lý của đất [36] 33

Bảng 2.6 Một số khoáng vật sét dạng lưới – lớp [39] 36

Bảng 2.7 Các khoáng vật sét [39] 37

Bảng 2.8 Lượng nước hấp phụ gần đúng [10] 38

Bảng 2.9 Thành phần hóa học đất sét trầm tích Pleixtoxen, Holoxen ở Việt Nam [39] 40

Bảng 2.10 Phân loại đất trương nở theo tiêu chuẩn Anh USBR 41

Bảng 2.11 Phân loại đất trương nở theo tiêu chuẩn Nga (Snhip): CHИП 2-05-08-1985 41

Bảng 2.12 Chiều cao hút ẩm (mao dẫn) hc (mm) và đường kính mao quản r (mm) theo cỡ hạt và loại khoáng vật [39] 43

Bảng 2.13 Chiều cao hút ẩm (mao dẫn) hc của các loại đất [40] 44

Bảng 2.14 Gradient thủy lực cho phép [Jk]cp ở khối đắp thân đập [5] 47

Bảng 2.15 Gradient trung bình tới hạn [Jk]th ở các bộ phận chống thấm [5] 47

Bảng 2.16 Trị số gradient thấm cho phép của đất nền (TCVN 9902-2013) 47

Bảng 2.17 Giá trị tính toán của hệ số áp lực nước lỗ rỗng B [10] 49

Bảng 2.18 Giá trị của hệ số áp lực nước lỗ rỗng Af [10] 49

Bảng 2.19 Các giá trị điển hình của hệ số Poisson [10], [46] 52

Bảng 3.1 Chỉ tiêu cơ lý đất trầm tích ở khu vực Bắc Trung bộ 67

Bảng 3.2 Chỉ tiêu đất tàn tích các công trình xây dựng ở khu vực Bắc Trung bộ 69

Bảng 3.3 Bảng thống kê khối lượng thí nghiệm trong phòng 78

Bảng 3.4 Các chỉ tiêu cơ lý về trương nở và tan rã của đất trầm tích 79

Bảng 3.5 Tả Trạch – Tương quan (K và W)~(φ, c, k) của đất trầm tích lớp 2b đợt 1 79

Bảng 3.6 Tả Trạch - Tương quan (K và W)~(φ, c, k) của đất trầm tích lớp 2b đợt 2 79

Bảng 3.7 Thủy Yên - Tương quan (K và W)~(φ, c, k) của đất trầm tích lớp 4 80

Bảng 3.8 Ngàn Trươi - Tương quan (K và W)~(φ, c, k) của đất trầm tích lớp 2a 81

Bảng 3.9 Tả Trạch - Tương quan (K và W)~(φ, c, k) của đất tàn tích 3b đợt 1 83

Bảng 3.10 Tả Trạch - Tương quan (K và W)~(φ, c, k) của đất tàn tích 3b đợt 2 84

Bảng 3.11 Thủy Yên - Tương quan (K và W) ~ (φ, c, k) của đất tàn tích lớp 3 và lớp 3c đợt 1 84

Bảng 3.12 Thủy Yên - Tương quan (K và W)~(φ, c, k) của đất tàn tích lớp 3 và lớp 3c đợt 2 85

ix

Bảng 3.13 Tả Trạch-Bảng giá trị trung bình các chỉ tiêu thí nghiệm đất trầm tích 87

Bảng 3.14 Độ ẩm tự nhiên của lớp 2b theo các năm 92

Bảng 3.15 Đập Tả Trạch - So sánh chi phí giảm ẩm để đắp đập với độ chặt K=0,95 cho khối chống thấm theo các phương án 94

Bảng 4.1 Đập đồng chất - Các chỉ tiêu cơ lý đối với đất đắp đập sử dụng trong tính toán 104

Bảng 4.2 Đập đồng chất - Chỉ tiêu cơ lý của nền và đập Đá Hàn trong tính toán Plaxis 104

Bảng 4.3 Đập đồng chất - Các phương án nghiên cứu về tốc độ đắp đập 104

Bảng 4.4 Đập đồng chất - Kịch bản về tốc độ lên đập với chiều cao mỗi khối đắp 1,5m 105

Bảng 4.5 Đập đồng chất - Kịch bản về tốc độ lên đập với chiều cao mỗi khối đắp 3,0m 106

Bảng 4.6 Đập đồng chất - Kịch bản về tốc độ lên đập với chiều cao mỗi khối đắp 4,5m 107

Bảng 4.7 Đập nhiều khối - Chỉ tiêu cơ lý của nền và đập Tả Trạch phục vụ tính toán Plaxis 108

Bảng 4.8 Đập nhiều khối - Các chỉ tiêu cơ lý đối với đất đắp đập trong tính toán 109

Bảng 4.9 Đập nhiều khối - Các phương án nghiên cứu về tốc độ đắp đập 109

Bảng 4.10 Đập nhiều khối - Kịch bản về tốc độ lên đập với chiều cao mỗi khối đắp 3m 110

Bảng 4.11 Đập nhiều khối – Kịch bản về tốc độ lên đập với chiều cao mỗi khối đắp 4,5m 111

Bảng 4.12 Đập nhiều khối - Kịch bản về tốc độ lên đập với chiều cao mỗi khối đắp 6m 111

Bảng 4.13 Thông số thiết kế đập chính Đá Hàn 117

Bảng 4.14 Chỉ tiêu cơ lý của đất đắp đập Đá Hàn 118

Bảng 4.15 Đập đồng chất - Tốc độ lên đập Đá Hàn ứng với độ đầm chặt K 118

Bảng 4.16 Tiến độ thi công thiết kế 122

Bảng 4.17 Khối lượng đất đắp thực tế không kể khối lượng đá xây, cát cuội sỏi và đống đá tiêu nước 122

Bảng 4.18 Kết quả thí nghiệm trộn đất với EC – Stein 124

Bảng 4.19 Đập nhiều khối - Tốc độ lên đập thực tế của Tả Trạch 126

x

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ GIẢI THÍCH THUẬT NGỮ

TCVN Tiêu chuẩn quốc gia Việt Nam

Độ ẩm cao Là độ ẩm tự nhiên cao hơn nhiều so với độ ẩm tối ưu, khi đắp

đập phải có giải pháp kỹ thuậtThi công trong điều

kiện độ ẩm cao

Là xây dựng công trình trong điều kiện độ ẩm tự nhiên của đất

và độ ẩm tương đối của không khí ≥80%

Mô hình đàn-dẻo Là mô hình có sự thay đổi góc ma sát trong và lực dính

1

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của luận án

Đập đất là một trong những công trình quan trọng trong hệ thống công trình đầu mối thủy lợi, thủy điện Nó được sử dụng rộng rãi ở nước ta bởi vì có những ưu điểm sau:

Sử dụng được nguồn vật liệu địa phương nên chi phí xây dựng thấp, kỹ thuật thi công đơn giản, sử dụng các thiết bị phổ biến sẵn có trong nước, công tác xử lý nền móng yêu cầu không phức tạp…

Đập đất là công trình quan trọng chắn ngang sông suối, sau khi ngăn sông chúng ta phải xử lý hàng loạt vấn đề như bơm nước hố móng, xử lý nền… Phải thi công đắp đập nhanh để vượt lũ trong điều kiện thời gian thi công có hạn (thời gian thi công trong mùa khô)

Việt Nam đã có nhiều bài học kinh nghiệm và thành tựu về khoa học công nghệ xây dựng đập đất đá ở cả ba miền Bắc, Trung, Nam và Tây Nguyên Trước năm 1975, nhiều đập đất đá đã được xây ở miền Bắc, chủ yếu ở vùng núi và trung du từ Thanh Hóa trở ra Sau năm 1975, pham vi nghiên cứu được mở rông về phía Nam Những nghiên cứu về vật liệu đất đá đắp đập cũng như công tác khảo sát, thiết kế và thi công nhiều công trình lớn như: Thác Bà, Hòa Bình… được áp dụng thành công Sau năm

1975, việc xây dựng đập đất đá gặp phải bài học lớn về xây dựng đập với đất dính có các đặc trưng cơ lý đặc biệt như lún ướt, trương nở co ngót và tan rã mạnh khác hẳn đất dính từ Thanh Hóa trở ra phía Bắc Vấn đề này cũng đã được giải quyết tốt sau nhiều bài học đắt giá Các kỹ sư và nhà khoa học có nhiều công bố về vấn đề này Đối với khu vực Bắc miền Trung, những năm gần đây chúng ta gặp phải vấn đề nan giải khác Đó là, đất dính đắp đập trong điều kiện mưa nhiều kéo dài và khí hậu ẩm ướt Những công trình đầu mối ở các tỉnh miền Trung từ Thanh Hóa đến Thừa Thiên Huế như: Truồi, Tả Trạch, Ngàn Trươi, Thủy Yên-Thủy Cam, Đá Hàn, Bản Mồng… nằm trong khu vực độ ẩm không khí luôn luôn cao, thời gian mưa kéo dài về mùa mưa Nhiều tháng độ ẩm không khí lớn hơn 80% Do đó, việc bảo đảm chất lượng

2

công trình theo đồ án thiết kế, như thi công đầm nén đất dính đạt độ chặt K≥0,97 tương ứng độ ẩm của đất W = Wopt  3% theo thiết kế rất khó khăn, thời gian thi công kéo dài, không đáp ứng được tiến độ cũng như mục tiêu phát triển kinh tế, xã hội, hiệu quả vốn đầu tư giảm, thời gian thu hồi vốn kéo dài

Để đáp ứng được mục tiêu hoàn thành xây dựng công trình, đảm bảo chất lượng, thi công đúng tiến độ, giá thành hợp lý, chúng ta phải chủ động đề xuất các giải pháp xây dựng đập đất bằng phương pháp đầm nén trong điều kiện độ ẩm cao Nếu không có giải pháp chủ động trong quá trình thiết kế, thi công, công trình không đảm bảo về chất lượng và tiến độ sẽ gây hậu quả khó lường, nhiều đập bị vỡ khi đang thi công gây thiệt hại nghiêm trọng về kinh tế và tác động xấu đến an sinh xã hội

Hiện tại và những năm tới đây, theo qui hoạch và định hướng phát triển kinh tế đến

2030 và tầm nhìn 2050, khu vực Bắc miền Trung sẽ phải xây dựng nhiều đập đất đá trong điều kiện độ ẩm cao Bên cạnh đó còn chịu tác động của biến đổi khí hậu toàn cầu, những diễn biến bất thường và thiên tai Để chủ động bảo đảm mục tiêu xây dựng công trình đúng tiến độ trong điều kiện hiện nay, cần nghiên cứu giải pháp xây dựng đập đất bằng phương pháp đầm nén phù hợp trong điều kiện độ ẩm cao Đây chính là khó khăn lớn nhất đặt ra, cần phải nghiên cứu đề xuất giải pháp kịp thời nhằm đáp ứng được yêu cầu của lý luận và thực tiễn

2 Mục tiêu nghiên cứu

Luận án nghiên cứu loại đất và các chỉ tiêu của đất đắp đập khu vực Bắc Trung bộ và giải pháp về thiết kế, thi công xây dựng đập đất đầm nén hợp lý và an toàn, đáp ứng được yêu cầu phát triển kinh tế, xã hội, an ninh, quốc phòng của đất nước

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

3.1 Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của luận án là đất và các chỉ tiêu của đất đắp đập, giải pháp về thiết kế, thi công xây dựng đập đất đầm nén khu vực Bắc Trung bộ

3.2 Phạm vi nghiên cứu

3

3.2.1 Giới hạn phạm vi nghiên cứu về chuyên môn

- Nghiên cứu về lý thuyết và thực nghiệm cho đất đắp đập của Bắc Trung bộ;

- Ứng dụng kết quả nghiên cứu vào lựa chọn độ chặt và độ ẩm hợp lý để xây dựng đập đất

3.2.2 Phạm vi nghiên cứu về địa lý

Các địa phương thuộc Bắc Trung bộ từ Thanh Hóa đến Thừa Thiên Huế

4 Nội dung nghiên cứu

Để đạt được mục tiêu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu trên đây, tác giả sẽ tập trung vào nghiên cứu các nội dung chính như sau:

a) Nghiên cứu về vật liệu đắp đập và điều kiện tự nhiên của khu vực Bắc Trung bộ, từ Thanh Hóa đến Thừa Thiên Huế, đánh giá đặc trưng đất xây dựng của khu vực khi sử dựng đắp đập;

b) Đề xuất giải pháp giảm ẩm thích hợp đối với đất đắp đập của khu vực;

c) Lựa chọn độ chặt hợp lý khi đắp đập trong điều kiện độ ẩm cao của khu vực;

d) Xây dựng qui trình xác định tốc độ đắp đập phù hợp với độ chặt và độ ẩm lựa chọn; e) Áp dụng kết quả nghiên cứu mới vào đánh giá an toàn trong thi công của đập Đá Hàn và đập Tả Trạch

5 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

5.1 Cách tiếp cận

Để đạt được mục đích nghiên cứu, tác giả đã tổng hợp, phân tích các công trình nghiên cứu trong nước và trên thế giới, từ đó lựa chọn cách tiếp cận vừa mang tính kế thừa, vừa mang tính hiện đại, phù hợp với điều kiện Việt Nam

5.2 Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu tổng quan;

- Phương pháp quan sát và phân tích tổng kết kinh nghiệm thực tế;

- Phương pháp chuyên gia, hội thảo

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Kết quả nghiên cứu của luận án góp phần làm giàu thêm tư liệu cho nghiên cứu và thực tiễn xây dựng đập đất đầm nén

Về lý thuyết: Luận án tổng hợp được những nội dung cơ bản khi đánh giá và lựa chọn vật liệu cũng như phương án xây dựng đập đất đầm nén, trên cơ sở tổng hợp, kế thừa

và phát triển những nghiên cứu về đập đất khi ứng dụng ở các vùng miền có điều kiện khác nhau hoặc tương tự Diễn biến theo độ chặt và độ ẩm của các chỉ tiêu cơ lý đất đắp đập vùng Bắc Trung bộ

Về thực tiễn: Luận án xây dựng được dữ liệu cơ bản, các giải pháp cũng như ứng dụng cụ thể cho công trình thực tế trong phạm vi nghiên cứu từ Thanh Hóa đến Thừa Thiên Huế Đề xuất lựa chọn độ chặt và độ ẩm hợp lý đắp đập cho khu vực và giải pháp giảm

ẩm hiệu quả

7 Cấu trúc luận án

Ngoài phần mở đầu và kết luận, luận án gồm 4 chương chính:

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ XÂY DỰNG ĐẬP ĐẤT ĐẦM NÉN

Chương 2 CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN XÂY DỰNG ĐẬP ĐẤT ĐẦM NÉN

Chương 3 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÂY DỰNG ĐẬP ĐẤT ĐẦM NÉN TRONG ĐIỀU KIỆN ĐỘ ẨM CAO

Chương 4 LỰA CHỌN ĐỘ CHẶT ĐẮP ĐẬP HỢP LÝ CHO VÙNG BẮC TRUNG

BỘ TRONG ĐIỀU KIỆN ĐỘ ẨM CAO

5

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ XÂY DỰNG ĐẬP ĐẤT ĐẦM NÉN

1.1 Tổng quan về tình hình xây dựng đập đất đá

1.1.1 Khái quát về lịch sử phát triển xây dựng đập đất đá

Đập đất là loại đập sử dụng các loại đất tại chỗ như: sét, á sét, á cát, đất lẫn cuội sỏi Nhu cầu sử dụng tổng hợp nguồn nước trên các lưu vực sông không ngừng tăng lên, các đập ngăn nước tạo hồ chứa hoặc dâng cột nước được xây dựng ngày càng nhiều

Do có nhiều ưu điểm và lợi thế nên đập đất được ứng dụng nhiều so với các loại đập khác như đập bê tông, đá xây, đặc biệt là đập vừa và nhỏ chiếm 70%÷80% là đập đất Tuy tỉ lệ số lượng đập đất so với đập bê tông có khác nhau ở mỗi nước, nhưng nói chung đập đất và đập vật liệu địa phương luôn chiếm tỉ lệ cao và có xu hướng phát triển

Đập đất có lịch sử phát triển lâu đời Ở Ai Cập, Trung Quốc, Ấn Độ và một số nước khác người ta đã xây dựng đập đất từ 2500 – 4700 năm trước công nguyên Ví dụ: đập đất đá hỗn hợp Sadd - el - Kafara ở Ai Cập được xây năm 2778-2563 trước công nguyên có chiều dài 108m cao 12m; Đập Marduka ở Iraq xây dựng năm 2500 trước công nguyên trên sông Tygrys có chiều cao 12m; Ở Trung Quốc, Ấn Độ, Nhật Bản từ thế kỷ III đến II trước công nguyên đã xây dựng nhiều đập vật liệu địa phương bằng đất đá Ở Trung Quốc có đập cao 30m, dài 300m được xây dựng năm 240 trước công nguyên Ở Nhật Bản đập dài 260m, cao 17m được xây dựng năm 162 trước công

dựng muộn hơn, giữa thế kỷ XIX, trong điều kiện địa chất và thiên nhiên phức tạp

6

Ngày nay, với phát triển mạnh của khoa học công nghệ với thành quả của các ngành địa kĩ thuật, lý thuyết thấm, ứng suất và biến dạng công trình và thiết bị thi công, đập vật liệu địa phương nói chung và đập đất nói riêng được xây dựng nhiều với qui mô lớn và chất lượng ngày càng cao

1.1.2 Sự phát triển xây dựng đập đất đá trên thế giới

Mặc dù lịch sử phát triển đập đất đá có từ lâu nhưng trước năm 1900 chưa có đập vật liệu địa phương nào cao trên 50m và đến năm 1930 chưa có đập nào cao trên 100m Vào nửa sau của thế kỷ XIX ở nhiều nước (Anh, Pháp, Mỹ) đã bắt đầu một chương trình xây dựng các công trình thủy lợi lớn Do đó đã xuất hiện các yêu cầu cần thiết phải tính toán và nghiên cứu những phương pháp xây dựng phù hợp Cuối thế kỷ XIX

đã có những phương pháp tính khác nhau về ổn định và thấm cho đập Phương pháp đắp đập đất bằng cơ giới thủy lực (phương pháp bồi lắng) được ứng dụng đầu tiên ở

Mỹ

Trong những năm 1920-1930, việc xây dựng đập rất phát triển Nhờ ứng dụng cơ giới hóa cao, nhiều đập cao và khối lượng lớn, sử dụng đa dạng vật liệu đất đá cát sỏi Đập

đá đổ có tường nghiêng chống thấm bằng các loại vật liệu như bê tông, nhựa đường,

gỗ bắt đầu được xây dựng phổ biến

Ngày nay, có rất nhiều đập cao là đập đất, đất đá hỗn hợp như: Đập Anderson Ranch (Mỹ) xây năm 1950 cao 139m, Đập Orovin (Mỹ) cao 221m; Đập Xerơ Pongxong

(Pháp) xây năm 1961 cao 122m; Đập Bariri (Brazin) xây năm 1967 cao 112m [1]

Hội đập lớn thế giới (ICOLD) một tổ chức phi chính phủ nhưng là cơ quan đại diện cho hơn 80 nước xây dựng đập Tổ chức này xúc tiến trao đổi ý kiến và kinh nghiệm giữa các khu vực trong thiết kế, xây dựng và vận hành, bao gồm cả điều kiện môi trường Hội đập lớn của nhiều nước đã công bố trên các website của mình danh mục đập và hồ chứa

Trước năm 1950, trong tổng số các loại đập đất đá và đập bê tông có chiều cao trên 15m đã được xây dựng trên thế giới thì đập đất đá chiếm tỷ lệ khoảng 62%, vào những năm 1951 đến 1977 tỷ lệ là 75% và vào những năm 1978 đến 1982 do phát triển mạnh

7

của các thiết bị cơ giới cỡ lớn mà tỷ lệ này là 83.5% Những năm gần đây, do xuất hiện loại đập trọng lực bằng bê tông đầm lăn thì tỷ lệ trên có giảm nhưng các đập lớn bằng vật liệu đất đá vẫn phát triển rất mạnh, đập lớn bằng vật liệu địa phương chiếm

82,9% [3]

Bảng 1.1 Số lượng đập lớn các loại [3],1988

Bảng 1.2 Số lượng đập vật liệu địa phương ở các nước trên thế giới (H≥15m)

Ghi chú: Đến 2015, Việt Nam có 63 đập cao 30m trở lên; 492 đập cao từ 15m đến

dưới 30m (Bảng 1.3; Bảng 1.4; Bảng 1.5) Đập lớn được định nghĩa bởi ICOLD là đập

có chiều cao trên 15m, hoặc trong trường hợp đập cao từ 10m đến 15m, phân loại theo tiêu chuẩn khác, dung tích hồ vượt 106 m3 hoặc lưu lượng xả lũ lớn hơn 2.000m3/s

“Danh sách đập trên thế giới” (ICOLD,1988a) thống kê 36.235 đập đã hoàn thành và trong thời gian thi công (đã loại trừ các loại đập phục vụ mục đích công nghiệp không

8

còn giá trị sử dụng) Trong số này có hơn 19.000 đập tại Trung Quốc và 5.459 đập tại

Mỹ Số liệu này vượt xa so với con số 5.196 đập trên toàn thế giới vào năm 1950 Hội đập lớn Nhật Bản (JCOLD) thống kê các đập cao 15-30m (chủ yếu là đập đất) xây dựng từ năm 400 đến 2009 có khoảng 2.300 đập; đập cao trên 30m từ năm 700 đến

2009 có khoảng 1.120 đập (chủ yếu là đập đất hoặc đập đất đá hỗn hợp) Điều này dễ hiểu vì đây là loại đập chịu động đất tốt mà Nhật Bản là quốc gia động đất diễn ra thường xuyên

Số liệu thống kê gần chính xác về đập lớn trong “Danh sách đập trên thế giới”, năm

1998 chỉ tính đến các đập có chiều cao trên 30m với tổng số đập được thống kê là

25.410 [4] và số lượng đập ở một số nước rút gọn hơn, đáng kể là Trung Quốc

1.1.3 Sự phát triển xây dựng đập đất đá ở Việt Nam

Ở Việt Nam, 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 đất 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 mô công trình cũng lớn lên không ngừng Hiện nay, đã có nhiều hồ lớn, đập cao ở những nơi có điều kiện tự nhiên phức tạp

Bảng 1.3 Số lượng và phân loại hồ chứa thủy lợi, không kể hồ thủy điện

Dung tích hồ (triệu m3) >100 10-100 5-10 3-5 1-3 0,2-1 <0,2 Tổng

Nguồn: Tổng cục Thủy lợi, Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn

Hồ chứa nước lớn (2012) có 551 hồ Các tỉnh có nhiều hồ chứa lớn, gồm: Lạng Sơn:

45 hồ, Nghệ An: 33 hồ, Quảng Nam: 23 hồ, Bình Định: 28 hồ, Đắk Lắk: 38 hồ, Đắk Nông: 15 hồ Chủ yếu đập ở các hồ này là đập đất hoặc đập đất đá hỗn hợp Bảng 1.3 cho thấy hồ thủy lợi thời gian qua nâng cấp rất nhiều hồ chứa, hồ xây mới ít nên con

số thống kê năm 2015 khác nhiều năm 2012 của TCTL Tuy nhiên, số lượng đập thống

kê theo chiều cao H=15-30m và H>30m chưa có con số chính xác Theo thống kê

Đập đá đổ được ứng dụng rộng rãi cho những đập có chiều cao lớn như Thác Bà, Hoà Bình, Hàm Thuận - Đa Mi v.v Các đập này chủ yếu chống thấm bằng hình thức lõi đất sét Đập đá đổ lõi giữa hoặc tường nghiêng đất sét có nhiều ưu điểm như chịu động đất tốt, ổn định nhưng do mái quá soải nên tốn vật liệu, đường tháo nước thi công phải làm dài và tốn kém Ngoài ra, loại đập này còn có hạn chế khi thi công lõi đập đất sét trong mùa mưa

1.2 Yêu cầu kỹ thuật cơ bản thi công đập đất

Yêu cầu kỹ thuật thiết kế và thi công đập đất được trình bày chi tiết trong [5] và [6]

Nội dung sau đây sẽ điểm lại một số vấn đề cốt lõi về yêu cầu kỹ thuật thi công đất đầm nén

1.2.1 Yêu cầu đối với đất đắp đập

Đất đắp vào thân đập thường phải thoả mãn các yêu cầu sau:

- Không bị biến chất, phong hoá hoặc gây biến dạng lớn sau khi đầm nện

- Hàm lượng hạt sét không chiếm nhiều hơn (50-60)%, tốt nhất nằm trong khoảng (10-25)%

- Khi đập có tường lõi chống thấm thì hệ số thấm của tường phải nhỏ hơn của đất hai bên khoảng (20-50) lần

- Lưu ý khi lựa chọn đất có các tính chất cơ lý đặc biệt như: trương nở, co ngót, lún ướt, tan rã

10

- Các yếu tố quyết định đến hiệu quả đầm chặt: dung trọng khô , độ ẩm W, áp lực đầm nén (loại đầm), loại đất (cấp phối, hàm lượng các hạt, chiều dày lớp rải)

Bảng 1.4 Đập lớn bằng vật liêu địa phương thuộc quản lý của TCTL (2012)

2 Đơn Dương (Đa Nhim) Lâm Đồng Đất 38,00 1963

11

Bảng 1.5 Một số đập cao bằng vật liệu địa phương điển hình ở Việt Nam

1.2.2 Yếu tố quyết định đến hiệu quả đầm chặt đất

1.2.2.1 Quan hệ dung trọng khô tối đa với độ ẩm

Dung trọng khô tối đa có thể đạt được ứng với độ ẩm tốt nhất được xác định thông qua thí nghiệm đầm chặt Để đánh giá khả năng đầm chặt, có thể dùng một trong ba thí

nghiêm tiêu chuẩn trong phòng, qui định chi tiết trong các tiêu chuẩn [7], [8]

Bảng 1.6 Thiết bị thí nghiệm dung trọng – độ ẩm theo [7], [8]

1000 cm3

105mm 115,5mm

2,5kg 50mm 300mm

3

27

Phương pháp 4,5kg 5kg 20mm

1000 cm3

105mm 115,5mm

4,5kg 50mm 450mm

5

27

Phương pháp búa rung 25kg 37,5mm

2305 cm3

152mm 127mm

Búa rung 145mm

3 Rung trong 60sec

12

Hình 1.1 Đồ thị quan hệ dung trọng – độ ẩm Trên Hình 1.1 cho thấy γk lớn nhất tương ứng với độ ẩm tối ưu Wopt Khi thi công, người ta cố gắng có được đất có độ ẩm tốt nhất Tuy nhiên, thực tế thường phải có giải pháp tăng hoặc giảm ẩm cho đất tự nhiên

Hình 1.2 Tương quan: Lực đầm nén – Dung trọng khô lớn nhất – Độ ẩm tối ưu [9]

0

13

Trên Hình 1.2 cho thấy khi công năng đầm càng lớn, giá trị dung trọng khô lớn nhất tăng tương ứng với độ ẩm tốt nhất giảm dần Biểu đồ kết quả thí nghiệm trên của Wightman cho ta xu thế dung trọng khô tăng - độ ẩm tốt nhất giảm Kết quả này phù hợp qui luật

Mặt khác, trên biểu đồ của Wightman cho thấy khi đầm nén với độ ẩm cao hơn độ ẩm tốt nhất, lượng bọt khí giảm, thể hiện trên các đường lỗ rỗng chứa khí tiến gần đến 0% Điều này giải thích thêm chắc chắn cho luận cứ: giảm độ bền chống cắt để đầm chặt có

hiệu quả ở lõi sét chống thấm của đập [10] (Whitlow, 1996, mục 3.7)

1.2.2.2 Yếu tố quyết định độ chặt đầm nén

a) Ảnh hưởng của lượng ngậm nước (độ ẩm W%)

Nếu đất quá khô thì hiệu quả đầm rất kém, nếu đất quá ướt thì nước thừa chứa trong kẽ rỗng làm giảm lực đầm có ích nên đầm cũng không hiệu quả Như vậy chỉ có lượng ngậm nước nhất định làm cho đầm hiệu quả được coi là độ ẩm tốt nhất

Độ ẩm tốt nhất thay đổi phụ thuộc vào loại đất và công năng của đầm Công năng càng lớn thì độ ẩm tốt nhất càng nhỏ

Trước khi thi công cần thí nghiệm để xác định được chiều dày rải đất tương ứng có khối lượng đầm nén ít nhất mà đạt được độ đầm chặt (K)yêu cầu, từ đó xác định lượng ngậm nước thích hợp

b) Ảnh hưởng của loại đất

Đất dính, lực keo kết lớn, lực ma sát nhỏ nên khi đầm nén dễ bị co ép hoặc dãn nở nhưng tính thoát nước kém nên khó đầm chặt

Đất không dính, lực keo kết nhỏ, ma sát lớn, dễ thoát nước nên dễ đầm chặt

Đất bao gồm nhiều loại hạt tổ thành Nếu nhiều hạt đều và nhỏ thì độ rỗng lớn Nếu cấp phối hạt tốt thì độ rỗng nhỏ, đầm dễ đạt dung trọng lớn

c) Thiết bị đầm

Máy đầm đất theo từng lớp được chia ra làm 3 nhóm:

Hình 1.3 Lu rung Dynapac CA 4000 D, vấu mềm Trong thi công đập đất đầm nén, việc lựa chọn loại đầm chủ yếu là các loại lu không rung và lu rung; lu phẳng (đầm lăn phẳng) hay có vấu (đầm chân cừu) Đầm đất dính,

15

lu rung không phát huy tốt tác dụng như đối với đầm đất không dính… Chiều dày rải đất cho một lớp đầm đất dính thường không lớn như đầm đất không dính Thông thường, chiều dày một lớp đầm đối với đất dính là (25-30)cm tùy theo loại đầm và tải

trọng đầm, tốt nhất là không quá 25cm [11] và Hình 1.4 Khi đắp đập đất đầm nén,

việc thí nghiệm đầm nén hiện trường là rất cần thiết Đối với công trình quan trọng, thí nghiệm đầm nén hiện trường là qui định bắt buộc Nội dung chí tiết thí nghiệm đầm

nén hiện trường, có thể tham khảo [6] Sau khi có kết quả thí nghiệm hiện trường, qui

trình đắp đập được hoàn thiện và đáp ứng đầy đủ các yếu tố hiệu quả đầm chặt, trong

đó có việc chọn thiết bị đầm Đây cũng là căn cứ trong giám sát chất lượng thi công

Hình 1.4 Tác dụng lực đầm theo chiều dày của lớp đất đắp

1.3 Điều kiện tự nhiên khu vực nghiên cứu - Bắc Trung bộ [12]

1.3.1 Vị trí địa lý và đặc điểm địa hình

Khu vực miền Trung gồm 14 tỉnh thành thuộc miền Trung từ Thanh Hóa đến Bình Thuận, tổng diện tích 9.571.710 ha, là một dải đất hẹp ven biển kéo dài gần 10 vĩ độ,

từ 20o40'N xuống tới 10o33'N, nơi hẹp nhất chỉ có 50 km Dọc phía Đông là 1.500 km

bờ biển Tây của Biển Đông thuộc Tây Thái Bình Dương (nơi có ổ phát sinh bão lớn nhất hành tinh) Dọc phía Tây có dải Trường Sơn trùng điệp với những đỉnh vượt 1000-1500m, chạy theo hướng tây bắc đông nam đến đèo Hải Vân chuyển dần theo hướng Đông Bắc - Tây Nam kéo dài cho tới miền Đông Nam Bộ, do nhiều nhánh núi chạy ngang ra biển Đông đã chia cắt miền này thành các tiểu vùng, có thể phân ra hai vùng chính:

- Vùng Bắc Trung Bộ từ Thanh Hóa đến Thừa Thiên Huế (khu vực nghiên cứu

20o40'N xuống tới Hải Vân 15o15'N): phía Bắc vùng này chủ yếu là núi thấp và một số núi trung bình, giáp biển có những đồng bằng tương đối rộng ở châu thổ sông Mã,

15 30 45 1,4 1,5 1,6 1,7 dung träng kh« (T/m )

16

sông Chu và sông Cả Từ hữu ngạn sông Cả trở vào phía Nam, đây là nơi hẹp nhất nước ta: một bên (dọc phía Tây) là dãy Trường Sơn Bắc với một số đỉnh cao trên 1000m, một bên (dọc phía Đông) là biển Đông, địa hình chia cắt phức tạp Giới hạn vùng này là dãy Bạch Mã chạy ra sát biển, có đỉnh cao tới 1444m, ngăn cách khí hậu miền Bắc với miền Nam

- Vùng Nam Trung Bộ từ Đà Nẵng trở vào Bình Thuận: là một dải đất uốn hình vòng cung theo đường bờ biển, lồi ra biển Đông, bao gồm vùng núi bên sườn dốc đứng Đông Trường Sơn và dải đồng bằng phù sa dọc ven biển, hai bên những con sông ngắn chảy quanh co với chế độ thủy văn không điều hòa, có một số đồng bằng khá rộng như: Quảng Nam, Quảng Ngãi, Bình Định, Tuy Hòa, Phú Yên Nhiều nhánh núi chạy

ra sát biển đã chia cắt vùng này rất phức tạp

1.3.2 Đặc điểm khí tượng thủy văn

Hình 1.5 Bản đồ khu vực nghiên cứu [12]

17

1.3.2.1 Đặc điểm khí hậu

Khí hậu miền Trung bị phân hóa rất đa dạng Sự phân hóa này theo chiều kinh tuyến, thể hiện rõ rệt nhất ở chế độ mưa - nhiệt, đó là: sự thay đổi đột ngột về nhiệt độ mùa đông và mưa mùa hạ, mỗi khi qua những dãy núi tiến ra biển ngăn chia các tiểu vùng, dọc duyên hải từ Bắc xuống Nam của miền Trung Theo điều kiện địa hình - sinh thái - thổ nhưỡng có thể chia các tỉnh thành ven biển miền Trung thành 6 tiểu vùng như sau: 1) Thanh Hóa, 2) Nghệ An - Hà Tĩnh, 3) Quảng Bình - Bình Trị Thiên, 4) Quảng Nam

Đà Nẵng - Quảng Ngãi, 5) Phú Yên - Khánh Hòa, 6) Ninh Thuận - Bình Thuận Ngoài

ra cũng có thể phân biệt ba dải khí hậu theo chiều dọc: dải đồng bằng duyên hải, dải đồi chuyển tiếp và dải núi cao phía Tây (dãy Trường Sơn) Dải đồng bằng có khí hậu

ôn hòa hơn nhờ tác động của gió đất - biển, nhưng thường xuyên bị bão đe dọa và gió tây khô nóng phát triển mạnh Dải đồi chuyển tiếp tuy bớt bị tác động của bão hơn, nhưng có khí hậu khắc nghiệt hơn Dải núi cao phía Tây có nền nhiệt độ thấp hơn và mưa nhiều hơn, thường xuyên hứng chịu thiên tai lũ quét, sạt lở đất

Theo kết quả đánh giá khí hậu, về cơ bản cho thấy tỉnh thành ven biển miền Trung có hai kiểu khí hậu chính Bắc và Nam Trung Bộ (với ranh giới là dãy Bạch Mã ở khoảng

vĩ tuyến 16oN) như sau:

Phần phía bắc Trung Bộ chạy dài từ Thanh Hóa đến đèo Hải Vân, mang kiểu khí hậu chuyển tiếp từ khí hậu miền Bắc sang kiểu khí hậu miền Đông Trường Sơn Đặc điểm khí hậu nổi bật ở vùng này là sự sai lệch so với qui luật vùng nhiệt đới gió mùa: đó là mùa mưa ẩm dịch lệch về các tháng mùa đông Thời kỳ gió mùa hạ hoạt động lại là giai đoạn gió Tây khô nóng hoạt động, một loại hình thời tiết đặc biệt nguy hiểm Đây

là thời kỳ nóng nhất trong năm, nhiệt độ cao nhất vượt trên 41oC Đặc biệt vùng Nghệ

An - Hà Tĩnh trung bình hàng năm có tới 20 - 30 ngày khô nóng Lượng mưa đầu mùa

hè (từ tháng 5 - 7) rất thấp, chẳng những không theo qui luật chung, mà thậm chí lại tạo ra tình trạng khô hạn cục bộ rất đặc trưng Cho tới giữa mùa hè, khi vùng hoạt động của bão và dải hội tụ nhiệt đới dịch chuyển từ phía đồng bằng Bắc Bộ xuống, thì lúc đó mới bắt đầu mùa mưa ở vùng này và kéo dài tới các tháng đầu mùa đông Lượng mưa thường tăng dần từ tháng 8, tăng vọt trong tháng 9, đạt cực đại vào tháng 9

- 10 (lượng mưa gấp 3 - 4 lần các tháng khác), kéo theo nó là mùa lũ lụt nghiêm trọng

18

Bão và áp thấp nhiệt đới hoạt động chủ yếu vào tháng 9, tháng 10, muộn hơn 1-2 tháng

so với Bắc Bộ Cường độ mưa bão có thể đạt tới trên 300 - 400mm/ngày, thậm chí có nơi đạt kỷ lục gần 800mm/ngày (Đô Lương, 27/9/1978) Tốc độ gió bão có thể vượt trên 40m/s; tại Kỳ Anh đã đo được gió mạnh tới 54m/s (cấp 16) ngày 30/8/1990 Về mùa đông, đầu mùa lại là thời kỳ ẩm ướt nhất trong năm (trái hẳn với Bắc bộ), độ ẩm rất cao (luôn trên 85%), mưa nhiều (tháng ít nhất trung bình cũng được 30 - 40 mm) Song, vào giữa mùa lại tương tự với Bắc Bộ, thường phải chịu ảnh hưởng của các đợt không khí lạnh mạnh ở phía Bắc xâm nhập xuống, nhiệt độ có khi rất thấp Tuy nhiên, vẫn ít lạnh hơn so với Bắc Bộ (nhiệt độ mùa đông cao hơn đồng bằng Bắc Bộ khoảng trên 1oC)

Phần phía Nam, từ đèo Hải Vân đến Mũi Dinh, mang đặc trưng của kiểu khí hậu Đông Trường Sơn như sau: mùa mưa ở đây lệch hẳn so với các vùng khác ở nước ta, nó được bắt đầu từ giữa mùa hạ (tháng 8) và kéo dài đến giữa mùa đông (tháng 12), có khi tới tháng 1 năm sau Sự sai lệch này được coi như một đặc trưng dị thường, trái với qui luật khí hậu gió mùa Nguyên do trong nửa đầu mùa hạ, gió Tây Nam bị hiệu ứng

"phơn" khi qua dãy Trường Sơn đã đem lại cho sườn đông và vùng duyên hải một kiểu thời tiết khô nóng đặc trưng cùng với chế độ mưa ẩm thấp nhất trong năm Mùa mưa chỉ bắt đầu khi bước vào mùa hoạt động của các nhiễu động khí quyển trên khu vực Biển Đông - Tây Thái Bình Dương (như: bão và áp thấp nhiệt đới, dải hội tụ, sóng đới gió Đông ) Do vậy ở vùng này mùa mưa ngắn, chỉ khoảng 4 - 5 tháng Cũng vì sự sai lệch mùa mưa, nên đầu mùa đông ở đây là thời kỳ mưa nhiều, có độ ẩm cao nhất trong năm (trong khi các miền khác là mùa khô) Trong mùa đông, không khí lạnh xuống đến đây đã bị biến tính nhiều và thường bị chặn lại trên dãy Bạch Mã, rồi suy yếu Cho nên khi qua các tiểu vùng từ đèo Hải Vân xuống phía Nam, nhiệt độ biến đổi rất mạnh, càng xuống phía Nam nền nhiệt độ càng tăng cao, đến cực Nam Trung Bộ thì không còn có mùa rét nữa, nhiệt độ mùa đông ở đây cao hơn phía Bắc đèo Hải Vân tới 4 -

5oC

Các thông số cụ thể của khu vực Bắc Trung bộ được ghi rõ trong [13]

19

1.3.2.2 Đặc điểm thủy văn

Hệ thống sông miền Trung gồm có 15 sông chính với diện tích lưu vực lớn hơn 1000

km2 phân bố trên 14 tỉnh thành, hầu hết bắt nguồn từ trên dãy Trường Sơn đổ ra Biển Đông, thuộc loại sông vừa và nhỏ Một số sông ở Quảng Trị và Thừa Thiên Huế bắt nguồn từ nước ta, chảy qua Lào rồi đổ vào sông Mê Kông, cuối cùng đổ vào sông Tiền, sông Hậu ở đồng bằng sông Cửu Long, rồi đổ ra biển Đông Riêng sông Mã bắt nguồn từ vùng núi Tây Bắc, đoạn trung lưu chảy qua Lào, rồi chảy qua Thanh Hóa ra biển Đặc điểm nổi bật ở các sông miền Trung là không dài (trong khoảng 10-100km), đoạn thượng nguồn có độ dốc lớn và thung lũng hẹp, đoạn hạ lưu mở rộng uốn khúc quanh co và độ dốc thấp, cửa sông bị chi phối bởi chế độ thủy triều phức tạp, cơ chế sóng biển và tác động mạnh mẽ của dòng ven làm cho diễn biến bùn cát luôn biến đổi Bởi vậy một đặc trưng quan trọng trên các sông là: lũ thượng nguồn thuộc loại lũ quét, xuất hiện đột ngột, diễn ra nhanh trong thời gian ngắn và ác liệt, trong khi thoát lũ ở hạ

du và cửa sông kém, dẫn đến mỗi khi có lũ sông thì vùng đồng bằng ven biển lại có nguy cơ bị ngập lụt, vùng cửa sông luôn trong tình trạng xói bồi phức tạp

Do địa hình phân hóa, lũ trên các sông thường xảy ra cục bộ, số đợt lũ lớn trên diện rộng từ 2 - 3 lưu vực sông trở lên không nhiều Có thể chia ra 4 nhóm sông có chế độ

lũ tương đối đồng bộ: nhóm 1- gồm các sông Bắc Trung bộ, nhóm 2- gồm các sông từ sông Gianh đến sông Thạch Hãn, nhóm 3- sông Trà Khúc và sông Cái (Nha Trang), nhóm 4 - các sông còn lại từ sông Hương đến sông Cái (Phan Rang)

Mùa lũ ở tỉnh thành ven biển miền Trung thường từ tháng 7 đến tháng 12, kết thúc muộn dần từ Bắc vào Nam Lũ sớm (tiểu mãn) thường từ tháng 5, đặc biệt vùng Bình Thuận - Khánh Hoà lũ có thể xuất hiện từ tháng 4 Lũ muộn có thể xuất hiện vào tháng

11, thậm chí vào tháng 1 năm sau Mùa lũ thường kéo dài từ 3 - 4 tháng Mùa lũ kém

ổn định, nhất là trên sông Cả, sông Ba Lượng nước trong mùa lũ chiếm từ 50 - 80% lượng nước cả năm Thời kỳ nước lớn nhất trong năm kéo dài 3 tháng liên tục, xuất hiện lần lượt từ Bắc xuống Nam dọc theo tỉnh thành ven biển miền Trung: sông Mã vào tháng 7-9, sông Chu và sông Cả tháng 8-10, từ sông La đến sông Thạch Hãn vào tháng 9-11, khu vực sông Hương đến sông Cái Nha Trang từ tháng 10-12 Riêng các sông từ Quảng Ngãi đến Bình Định lũ có thể xảy ra nhiều đợt

20

1.3.3 Đặc điểm địa hình địa mạo

Khu vực các tỉnh ven biển miền Trung chia ra 9 dạng địa hình chủ yếu dưới đây: [14]

+ Núi cao - trung bình khối tảng - bóc mòn;

+ Núi cao - trung bình uốn nếp - khối tảng - bóc mòn;

+ Núi thấp xen đồi uốn nếp khối tảng - bóc mòn;

+ Khối núi dạng cao nguyên karst;

+ Cao nguyên núi lửa bóc mòn xen núi sót;

+ Thung lũng - xâm thực - tích tụ giữa núi;

+ Thung lũng kiến tạo - xâm thực - tích tụ giữa núi;

+ Đồng bằng thấp xâm thực - tích tụ ven biển xen đồi núi sót;

+ Đồng bằng tích tụ dạng cồn cát ven biển

Tóm lại: Các tỉnh từ Thanh Hóa đến Thừa Thiên Huế, Bắc Trung Bộ, khí hậu chia làm hai mùa rõ rệt Mùa khô bắt đầu từ tháng 02 đến tháng 7 Mùa mưa từ tháng 8 đến tháng 01 năm sau, lượng mưa lớn, số ngày mưa nhiều và xuất hiện chu kỳ không ổn định, gần đây có những yếu tố bất thường về khí hậu Về mùa mưa, độ ẩm tự nhiên cao, thường xuyên trên 85% Từ điều kiện này dẫn đến đất ở mỏ khai thác có đô ẩm cao, gây ra những khó khăn nhất định cho thi công đắp đập đất đầm nén Yếu tố thiên tai thường xuyên xảy ra, gây tác động không nhỏ đến xây dựng công trình đầy mối thủy lợi thủy điện

1.3.4 Ảnh hưởng của điều kiện tự nhiên đến quá trình xây dựng đập

Đất xây dựng, chủ yếu là đất dính, chịu ảnh hưởng mạnh của độ ẩm Yếu tố này rất nhạy cảm với tác động của nhiệt độ, độ ẩm không khí, mưa bão… Số ngày không mưa có thể thi công đất đầm nén, đối với bắc miền Trung vào mùa khô khoảng (20 ÷ 22) ngày và mùa mưa (15 ÷ 18) ngày, chưa kể đến hậu quả đất quá ẩm ướt sau mưa Nhiều công trình phải xử lý độ ẩm (như đập Thác Bà những năm 1960, có những khi phải sấy đất nhưng không hiệu quả và không khả thi Vấn đề này đã được Phạm Văn

21

Cơ phân tích trong hội thảo năm 1994 của Bộ Thủy Lợi, [15], hoặc điều chỉnh tiến độ

và trình tự đắp khối đất dính ở đập Hòa Bình những năm 1980 [16]

Đập Tả Trạch, vì không giảm được độ ẩm để đắp khối chống thấm với độ chặt K= 0,97, đập đã chậm tiến độ 2 năm, sau đó mới điều chỉnh độ chặt đầm nén đối với khối chống thấm xuống K= 0,95

Đập Đá Hàn, là đập đồng chất cao 31m với khối lượng nhỏ (trên 300.000m3), yêu cầu đắp với K= 0,97 Để đáp ứng yêu cầu đó, phải giảm ẩm và đã chậm tiến độ 1 năm Tiến độ đắp đập chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố liên quan đến điều kiện tự nhiên Phương án phân chia các giai đoạn và phân chia đợt đắp đập được xác định trong tiến

độ khống chế Khi xây dựng tiến độ khống chế phải căn cứ vào nhiều ràng buộc như: Thời hạn xây dựng, đặc điểm bố trí công trình đầu mối, tiền vốn, thiết bị, vật tư, nhân lực và điều kiện tự nhiên

Về điều kiện tự nhiên, chủ yếu và mang tính quyết định tiến độ đắp đập là điều kiện thủy văn dòng chảy, điều kiện khí hậu (nhiệt độ, độ ẩm, cường độ và thời gian mưa, nắng, gió ), điều kiện vật liệu đất đắp đập, điều kiện địa hình Nhưng đối với quá trình đắp đập đất đầm nén ở khu vực nghiên cứu, những năm qua gặp phải nan giải chính là đắp đập trong điều kiện độ ẩm cao

1.4 Quy hoạch phát triển thủy lợi và yêu cầu xây dựng đập đất đầm nén trong khu vực nghiên cứu

Quyết định [17] “Phê duyệt qui hoạch thủy lợi khu vực miền Trung giai đoạn

2012-2020 và định hướng 2050 trong điều kiến biến đổi khí hậu và nước biển dâng” đã ghi

rõ một số vấn đề chính liên quan đến xây dựng đập ở miền Trung:

+ Phạm vi: 12 tỉnh từ Thanh Hóa đến Khánh Hòa với diện tích 84726km2 và 18 triệu dân

+ Phòng lũ, cung cấp nước liên quan đến hệ thống sông ngòi trên địa bàn: Sông Mã, Sông Cả, Sông Hương, Sông Ba, Trà Bồng - Trà Khúc, Kôn-Hà Thanh;

+ Phòng tránh và thích ứng với thiện tai: Các khu vực Sông Gianh, Nhật Lệ-Bến Thạch Hãn, Ô Lâu, Thu Bồn, Sông Cái Nha Trang

1.5 Những nghiên cứu về đập đất ở Việt Nam

Những đóng góp về thiết kế đập đất đã đạt được nhiều kết quả quan trọng của nhiều

nhà khoa học và chuyên gia, trong số đó, có thể kể đến: Thiết kế đập đất [18]; Giáo trình “Thủy công” [19]; “Sự cố một số công trình thủy lợi ở Việt Nam và các biện pháp phòng tránh” [20]; “Nghiên cứu dòng thấm không ổn định và tác dụng của nó đến công trình đê có nền cát thông với sông” [21]; “Nghiên cứu ổn định của mái đê đập đất khi mực nước trên mái rút nhanh” [22]; “Nghiên cứu cơ sở khoa học và giải

pháp kĩ thuật nhằm đảm bảo an toàn các công trình xây dựng trong điều kiện thiên tai

bất thường miền Trung” [23]; “Nghiên cứu đánh giá điều kiện làm việc của đập kết cấu hỗn hợp khu vực Trung và Nam Trung bộ” [24]

23

Kết quả nghiên cứu của Hoàng Minh Dũng về đập đất nhiều khối cho Nam Trung bộ

và Tây Nguyên, [25], đã đề xuất các thông số thiết kế mặt cắt đập nhiều khối cho đất

trương nở Thực chất là sử dụng đất trương nở vào những khối đắp thích hợp Trên thực tế, các dạng mặt cắt nhiều khối cũng đã được áp dụng nhiều cho các vùng khác nhau về vật liệu và điều kiện tự nhiên Thời gian qua, các dạng mặt cắt đập đất nhiều khối đã được áp dụng phổ biến trong thiết kế cho khu vực Bắc Trung bộ, như Tả Trạch, Ngàn Trươi, Thủy Yên, … do tính ưu việt về tận dụng đất đắp đập Tuy nhiên, nếu ta chọn đồng nhất hệ số đầm nén cho các khối đắp như ở các đập Tả Trạch, Ngàn Trươi, thì gặp khó khăn về giảm ẩm để đạt được độ chặt cao

Nhiều tác giả bàn về đất đắp đập miền Trung như: Nguyễn Công Mẫn, Nguyễn Văn Thơ, Phạm Văn Cơ, Trần Thị Thanh, Hoàng Khắc Bá, Phạm Văn Thìn, Giả Kim Hùng, Ngô Minh Huấn, Phạm Vũ Dậu, Nguyễn Văn Cửu Tại hội thảo tập trung chủ yếu về đặc trưng của đất miền Trung và Tây Nguyên, các giải pháp về thiết kế và thi

công khi sử dụng đất đắp đập, [15] Các nghiên cứu về đất trương nở và co ngót, [26]

Tiếp theo vào những năm 1995 – 2005, hàng loạt các công bố khoa học cũng như luận

án tiến sĩ, trong đó là các tác giả: “Nguyên nhân gây hư hỏng và những đề nghị khi

thiết kế, thi công lớp gia cố bảo vệ mái thượng lưu đập đất” [27]; “Xây dựng đập đất Miền Trung với đất có tính chất cơ lý đặc biệt” [28]; “Nghiên cứu chọn độ chặt độ ẩm

hợp lý của đất đắp và công nghệ đầm nén thích hợp để nâng cao ổn định đập đất trong

điều kiện miền Nam” [29]; “Sử dụng đất tại chỗ để đắp đập ở Tây Nguyên, Nam Trung bộ và Đông Nam bộ” [30]; “Những kinh nghiệm rút ra từ sự cố ở một số đập đất được đầm nén trong điều kiện nhiệt đới ẩm Nam Trung bộ” [31]; “Nghiên cứu sử

dụng hợp lý các loại đất hạt thô vùng Nam Trung bộ, Tây Nguyên và Đông Nam bộ

làm vật liệu đắp đập” [32]; “Ảnh hưởng của độ ẩm, độ chặt ban đầu đến độ bền đất đắp ở Nam Trung bộ” [33]…

Các kết quả nghiên cứu của nhiều tác giả trên đều tập trung chủ yếu giải quyết các vấn

đề của đất có đặc trưng trương nở và co ngót, tan rã và lún ướt mạnh

Các kết quả nghiên cứu tổng kết thiết kế và thi công cũng như hồ sơ lưu trữ đối với các công trình đã hoàn thành của Việt Nam vẫn chưa thật đầy đủ Một số tài liệu tổng kết

24

đáng chú ý và đã được biên tập có thể kể đến “Thi công đập thủy điện Hòa Bình” [16];

“Xây dựng đập đá đổ đầm nén bản mặt bê tông Tuyên Quang” [34] ; “Thiết kế và thi công đập Cửa Đạt” [35] Các tài liệu này, ngoài các nội dung không thuộc trọng tâm

nghiên cứu của luận án, đáng chú ý nhất để tham khảo là các vấn đề lựa chọn vật liệu, chất lượng vật liệu và phân chia khối đắp hợp lý cho đập đất đá

1.5.2 Lựa chọn và điều chỉnh độ ẩm trong thi công

Có hai xu hướng chính trong ứng dụng:

- Thuận theo tự nhiên để đắp đập đầm nén hoặc không đầm nén, miễn sao đắp được đập có kết cấu phù hợp về kỹ thuật và kinh tế Ngày nay, do phát triển của khoa học công nghệ, xu hướng này ít được ứng dụng;

- Điều chỉnh độ ẩm về độ ẩm theo qui định của qui chuẩn để đầm nén đạt độ chặt thiết kế

Đối với điều chỉnh độ ẩm của đất khi đắp có hai trường hợp là tăng và giảm ẩm Giải pháp tăng độ ẩm, hoàn toàn chủ động trong thi công Giải pháp giảm ẩm thường rất khó khăn, phụ thuộc nhiều vào yếu tố tự nhiên, khí hậu, khó chủ động trong thi công Giải pháp thay đổi độ ẩm được nhiều chuyên gia Việt Nam nghiên cứu, chủ yếu là làm tăng hoặc giảm độ ẩm của đất trước khi đắp về độ ẩm cho phép

Các nghiên về giữ ẩm và tăng độ ẩm của đất đã có nhiều tác giả nghiên cứu và đề xuất

qui trình thi công như trong các công bố: [29], [28], [31] [30] và các tác giả khác Kết quả nghiên cứu của [29] về tốc độ giảm ẩm của lớp đất rải trên mặt đập ở một số

đập Tây Nguyên và Nam Trung bộ vào mùa khô Thí nghiệm phơi đất vào ngày nắng, mỗi lớp đất dày 35cm không đầm, cho kết quả: Độ ẩm giảm (0,87÷1,66)%/h, trung bình là 1,26%/h Đối với vùng khô nóng, cần phải giữ ẩm và tăng độ ẩm bằng cách rải, tưới, ủi vun để ủ ẩm cho đất có độ ẩm đều trước khi đắp, kết hợp với tưới phun bổ sung trên mặt đập Xử lý ẩm còn có tác dụng trộn đất đều, khắc phục tính không đồng nhất theo chiều sâu của đất ở bãi vật liệu Kết quả nghiên cứu của nhiều tác giả cũng chỉ ra rằng, đối với đất dính, nên đắp với độ ẩm khi đắp lớn hơn độ ẩm tối ưu, chất lượng đất dính đủ nước chất lượng cao hơn đắp đất có độ ẩm thấp hơn độ ẩm tối ưu,

25

nhất là khắc phục tính trương nở và co ngót của đất dính, [31] [30] Ngoài ra, một số

chuyên gia đã đề xuất các qui trình phơi đất cũng như qui trình tưới ẩm và phương

cả các giải pháp nhằm đạt được độ ẩm cho phép đều không khả thi Do đó, tại công trình này đã phải thi công đắp đập với độ ẩm cao

1.5.3 Thi công đắp đập đất trong điều kiện độ ẩm cao

Hình 1.6 Hình ảnh mặt đập Tả Trạch trước và sau lũ a) Ảnh chụp tháng 5/2009 b) Ảnh chụp tháng 10/2009

Trên Hình 1.6 là hình ảnh mặt đập đã chuẩn bị xong vào tháng 5/2009 để đắp đập vượt

lũ Vì đât quá ẩm ướt không thể thi công được, khối lượng đắp đập trong 5 tháng khống đáng kể, dẫn đến chịu ngập lụt và phải bóc bỏ khối lượng đã đắp để đắp lại Khái niệm nhánh ướt của đường quan hệ dung trọng với độ ẩm đầm nện của đất:

26

Hình 1.1 là nhánh ứng với độ ẩm đất khi đầm nện cao W ≥ Wopt Tương ứng với độ ẩm

W là độ chặt đầm nén K - là tỷ số dung trọng khô đầm nén với dung trọng khô lớn nhất

Độ ẩm cho phép khi đắp đập đầm nén là W = Wopt ± W Theo quy định hiện hành

W= 3% Tương ứng với độ ẩm này có độ chặt cho phép K nhất định

Khi chọn W>3%, nghĩa là đã chọn K nhỏ hơn Như vậy, các chỉ tiêu cơ lý của đất thay đổi kém đi về chất lượng đắp

Khi đắp đất với độ ẩm W ≥ Wopt + 3% (nhánh ướt) được gọi là thi công đắp đất với độ

ẩm cao

Thi công đất trong điều kiện môi trường không khí có độ ẩm cao (độ ẩm tương đối của không khí RH>80% và đắp đất có độ ẩm W ≥ Wopt + 3% được coi là thi công đất trong điều kiện độ ẩm cao Đồng thời, cũng chỉ cần giới hạn nghiên cứu khi độ chặt K≥0,90

là đủ cho ứng dụng thực tiến đắp đập

1.6 Kết luận chương

Đập vật liệu địa phương, trong đó có đập đất, có lịch sử phát triển lâu đời trên thế giới

và Việt Nam do có nhiều ưu điểm Tuy vậy, đập đất cũng có nhiều nhược điểm trong thiết kế và thi công Nhờ có có những tiến bộ về khoa học và công nghệ, nên việc xây dựng đập đất ở Việt Nam đã khắc phục được nhiều nhược điểm và xây dựng thành công nhiều đập cao Trên địa bàn cả nước có trên 6000 hồ đập, đập đất chiếm đa số Khu vực Bắc Trung bộ có hàng trăm đập đất lớn nhỏ Yêu cầu về xây dựng mới và sửa chữa nâng cấp trong bối cảnh BĐKH hiện nay luôn là cấp thiết

Đặc điểm điều kiện tự nhiên và đất xây dựng đập của khu vực Bắc Trung bộ có nhiều điểm không tương đồng với các khu vực khác trên cả nước

Thời gian qua, việc xây dựng nhiều đập bị chậm tiến độ do không lường trước được vấn đề lựa chọn độ ẩm với độ chặt trong thi công cũng như khả năng giảm ẩm thích hợp ở khu vực

27

Việc thi công đập đất trong điều kiện độ ẩm cao sẽ có nhiều thay đổi về tốc độ đắp đập cũng như các chỉ tiêu cơ lý của đất đăp đập Để lượng hóa các thay đổi trên cần được tiến hành nghiên cứu cụ thể:

- Nghiên cứu về vật liệu đắp đập và điều kiện tự nhiên của khu vực Bắc Trung

bộ, từ Thanh Hóa đến Thừa Thiên Huế, đánh giá đặc trưng đất xây dựng của khu vực khi sử dựng đắp đập;

- Đề xuất giải pháp giảm ẩm thích hợp đối với đất đắp đập của khu vực;

- Lựa chọn độ chặt hợp lý khi đắp đập trong điều kiện độ ẩm cao của khu vực;

- Xây dựng qui trình xác định tốc độ đắp đập phù hợp với độ chặt và độ ẩm lựa chọn;

- Áp dụng kết quả nghiên cứu mới vào đánh giá an toàn trong thi công của đập

Đá Hàn và đập Tả Trạch

2.1 Đất xây dựng

2.1.1 Nguồn gốc hình thành

Đất là các lớp vật liệu rời, hình thành do đá phong hóa và phân vụn ra, không cố kết và

phân bố từ mặt đất đến đá cứng; “Đất thuộc lớp vỏ trái đất ở thể mềm, rời đặc trưng; giữa các hạt đất không có hoặc có các liên kết kết tinh hoặc liên kết xi măng không đáng kể Khái niệm về đất xây dựng được trình bày khá thống nhất trong nhiều tài liệu

khoa học và tiêu chuẩn của các quốc gia” [36]

Đất có nguồn gốc trực tiếp hoặc gián tiếp từ quá trình phong hóa của đá gốc (đá macma, đá trầm tích, đá biến chất) Mặc dù quá trình diễn biến phức tạp nhưng nó phụ thuộc vào các yếu tố:

- Thành phần đá gốc;

- Điều kiện khí hậu, chủ yếu là nhiệt độ và độ ẩm;

- Điều kiện địa hình và điều kiện chung của vùng đất, mức độ che phủ thực vật;

- Tác động của các yếu tố khác như bão, tai biến lớn, hoạt động của con người;

- Cách thức và điều kiện vận chuyển trong quá trình hình thành đất

2.1.2 Phân loại đất

Khi nghiên cứu về tính chất của đất xây dựng, người ta thường chú trọng đến ảnh hưởng của phong hóa, ảnh hưởng của sự chuyển dời, thành phần khoáng vật của đất