Từ thực tế các công trình đập đất đã và đang xây dựng trên địa bàn các tỉnh Nam Trung Bộ nói chung và Ninh Thuận nói riêng, về thiết kế các phương án chống thấm cho đập đất chưa thống nhất đi đến một phương án tối ưu, công nghệ thi công chống thấm cho đập đất chưa đạt đến độ hoàn chỉnh, chung nhất phù hợp với đặc trưng địa chất nền và vật liệu đắp đập cho các công trình trong khu vực. Đặc biệt là đối với công trình Hồ chứa nước Sông Biêu, tỉnh Ninh Thuận đã xảy ra sự cố sau đợt mưa lũ bất thường vừa qua thì việc nghiên cứu giải pháp chống thấm triệt để và công nghệ thi công chống thấm cho đập và nền bằng hào xi măng – bentonite là một trong những vấn đề cấp bách cần được quan tâm. Vì vậy, sự ra đời của đề tài “Nghiên cứu giải pháp chống thấm và quy trình công nghệ thi công chống thấm cho đập đất Công trình Hồ chứa nước Sông Biêu bằng hào Xi măng – Bentonite” làm cơ sở khoa học để đề ra các giải pháp kĩ thuật phù hợp nhất đối với các công trình tương tự trong địa bàn tỉnh Ninh Thuận nói riêng và duyên hải Nam Trung Bộ nói chung là hết sức cần thiết và cấp bách Công nghệ chống thấm bằng hào Xi măng – Bentonite đã được áp dụng ở một số đập ở nước ta, tuy vậy, đây là một công nghệ mới, yêu cầu kỹ thuật phức tạp, cần phải tuân thủ quy trình kỹ thuật một cách chặt chẽ và nghiêm túc mới có thể tạo được màng chống thấm tốt cho đập.
Trang 1Để có được thành quả này, tác giả xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tớiGS.TS Vũ Thanh Te đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo và cung cấp các thông tinkhoa học cần thiết trong quá trình thực hiện luận văn
Cuối cùng tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành đến PGS TS Đỗ VănLượng - Viện đào tạo và khoa học ứng dụng miền Trung - Trường Đại học Thủylợi, gia đình, bạn bè đã động viên, tạo mọi điều kiện thuận lợi để tác giả hoànthành luận văn này
Mặc dù đã hết sức cố gắng nhưng do hạn chế về thời gian, kiến thức khoa học
và kinh nghiệm thực tế của bản thân tác giả còn ít nên luận văn không thể tránh khỏinhững thiếu sót Tác giả rất mong nhận được ý kiến đóng góp và trao đổi chân thànhgiúp tác giả hoàn thiện hơn đề tài của luận văn
Xin trân trọng cảm ơn!
Ninh Thuận, ngày tháng 6 năm2012
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập- Tự do- Hạnh phúc
Trang 2Ninh Thuân, ngày tháng 6 năm 2012
BẢN CAM KẾT
Tên học viên:
Tôi xin cam đoan đề tài luận văn của tôi hoàn toàn là do tôi làm, khôngsao chép từ bất kỳ nguồn thông tin nào khác Những số liệu của các kết quảnghiên cứu đã có nếu sử dụng trong luận văn đều được trích dẫn theo đúngquy định
Học viên
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN 1BẢN CAM KẾT 2MỤC LỤC 3
Trang 3DANH MỤC HÌNH ẢNH 5
DANH MỤC BẢNG BIỂU 7
MỞ ĐẦU 8
I TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 8
II MỤC TIÊU VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 9
1 Mục tiêu nghiên cứu: 9
2 Phạm vi nghiêm cứu 10
III PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 10
IV NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 10
V KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 11
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN VÀ TÌNH HÌNH XÂY DỰNG ĐẬP CŨNG NHƯ CÁC SỰ CỐ CÔNG TRÌNH ĐẬP ĐẤT TẠI VÙNG NAM TRUNG BỘ NÓI CHUNG VÀ NINH THUẬN NÓI RIÊNG 12
1.1 Điều kiện tự nhiên khu vực xây dựng 12
1.1.1 Địa hình 12
1.1.2 Thủy văn 13
1.1.3 Địa chất 14
1.2 Tình hình xây dựng đập vật liệu địa phương trong khu vực 15
1.2.1 Tính chất làm việc của đập đất 16
1.2.2 Phân loại đập đất [2] 17
1.2.3 Tình hình xây dựng đập vật liệu địa phương khu vực Nam Trung Bộ .20
1.3 Một số sự cố đã xảy ra đối với đập vật liệu địa phương và giải pháp khắc phục chính 22
1.3.1 Đặc điểm về sự cố các công trình thủy lợi [7], [9], [11] 22
1.3.2 Phân loại sự cố các công trình thủy lợi 24
1.3.3 Sự cố công trình đập vật liệu địa phương 27
1.3.3 Một số sự cố công trình điển hình và giải pháp khắc phục chính 30
1.4 Kết luận chương 1 39
CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP CHỐNG THẤM THƯỜNG DÙNG CHO ĐẬP VẬT LIỆU ĐỊA PHƯƠNG – PHÂN TÍCH LỰA CHỌN GIẢI PHÁP HỢP LÝ CHO ĐẬP SÔNG BIÊU 40
2.1 Các phương pháp chống thấm thường dùng cho đập vật liệu địa phương Phân tích ưu nhược điểm của từng loại 40
2.1.1 Giải pháp chống thấm bằng tường nghiêng sân phủ 40
2.1.2 Giải pháp chống thấm bằng tường lõi mềm kết hợp với chân răng 41
2.1.3 Giải pháp chống thấm bằng khoan phụt (khoan phụt truyền thống) .42 2.1.4 Giải pháp chống thấm bằng công nghệ khoan phụt cao áp 43
2.1.5 Tường nghiêng bằng màng địa kỹ thuật (Vải Bentomat, HDPE ) 46
2.1.6 Giải pháp chống thấm bằng tường hào Bentonite 47
2.2 Phân tích lựa chọn phương án hợp lý cho đập Sông Biêu 49
2.2.1 Giới thiệu khái quát về công trình Sông Biêu 49 2.2.2 Giới thiệu tóm tắt những nghiên cứu đã có về đập đất, công trình hồ
Trang 4chứa nước Sông Biêu 52
2.2.3 Phân tích lựa chọn phương án hợp lý cho đập Sông Biêu 58
2.3 Kết luận chương 2 59
CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG HÀO XI MĂNG – BENTONITE ĐỂ CHỐNG THẤM CHO ĐẬP SÔNG BIÊU 60
3.1 Lựa chọn vật liệu 60
3.1.1 Xi măng – Bentonite: Theo yêu cầu kỹ thuật 60
3.1.2 Hỗn hợp của dung dịch Xi măng – Bentonite – Các yêu cầu kỹ thuật của dung dịch 61
3.1.3 Dây chuyền chế tạo vữa Xi măng - Bentonite 64
3.2 Quy trình công nghệ thi công 66
3.2.1 Thiết bị thi công 66
3.2.2 Trình tự thi công 71
3.2.3 Đánh giá chất lượng 75
3.3 Dùng phần mềm Geoslope để kiểm định, giải quyết bài toán thấm: đánh giá mức độ thấm và ổn định sau khi làm hào Xi măng – Bentonite 77
3.3.1 Giới thiệu sơ lược về phần mềm GeoStudio 2004 77
3.3.2 Trường hợp tính toán 78
3.4 Kết luận chương 3 94
KẾT LUẬN CHUNG VÀ KIẾN NGHỊ 96
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 97
DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Biểu đồ phân chia các vùng địa hình Ninh Thuận 13
Hình 1.2: Các dạng mặt cắt ngang đập khác nhau trên nền không thấm [21].18 Hình 1.3: Các dạng mặt cắt ngang đập với kết cấu chống thấm khác nhau [21] .19
Hình 1.4 Một số đập VLĐP khu vực duyên hải Nam Trung Bộ 22
Hình 1.5 Biểu đồ phân loại hồ chứa theo quy mô dung tích 25
Trang 5HÌnh 1.6 Biểu đồ phân loại sự cố theo số lượng hồ chứa nước 26
Hình 1.7 Biểu đồ phân loại sự cố theo quy mô hồ chứa 26
Hình 1.8 Biểu đồ phân loại các dạng sự cố ở hồ chứa nước 30
Hình 2.1a Mặt cắt ngang đập chống thấm bằng tường lõi mềm, chống thấm nền bằng tường xi măng đất (Hồ chứa nước Núi Một, tỉnh Ninh Thuận) 41
Hình 2.1b Khoan phụt xử lý nền 43
Hình 2.2a Sơ đồ nguyên lý Công nghệ Jet-grouting 44
Hình 2.2b Công nghệ Jet-grouting 44
Hình 2.3 Mặt cắt ngang đập có tường nghiêng chống thấm bằng vải địa kỹ thuật (Bentomat) – Công trình Hồ chứa nước Sông Biêu, Ninh Thuận 46
Hình 2.4 Thi công trải vải địa kỹ thuật [22] 47
Hình 2.5 Mặt cắt ngang đập nhiều khối, chống thấm bằng hào bentonite (Hồ chứa nước Ia M’Láh, Gia Lai) 48
Hình 2.6 Thi công tường hào bentonite 48
Hình 2.7 Vị trí xây dựng Hồ chứa nước Sông Biêu 50
Hình 3.1 Sơ đồ công nghệ trộn vữa XM-B [10] 65
Hình 3.2 Thiết bị đào hào [25] 67
Hình 3.3 Gàu ngoạm (clamshell) [25] 68
Hình 3.4 Máy đào cần ống lồng gàu ngoạm thủy lực [28] 69
Hình 3.5 Gàu ngoạm thủy lực [32] 69
Hình 3.6 Máy đào gàu nghịch cần dài 70
Hình 3.7 Mặt cắt tường dẫn hướng 71
Hình 3.8 Tường hào Xi măng –Bentonite chống thấm cho đập đất 71
Hình 3.9 Trình tự thi công hào 72
Hình 3.10 Trình tự thi công Panel 73
Hình 3.11 Hình ảnh thi công hào 74
Hình 3.12 Sơ đồ tính toán PA 1 (Mặt cắt ngang D6, đập Trà Van) 78
Hình 3.13 Sơ đồ đường bão hòa và lưu lượng thấm 78
Hình 3.14 Sơ đồ đường đẳng Gradien, JRa = 0.31 79
Hình 3.15 Kết quả tính toán ổn định mái hạ lưu (MNTL: 102.25m) 79
Hình 3.16 Sơ đồ đường đẳng Gradien (MNLKT: 102.93m), JRa = 0.317 80
Hình 3.17 Kết quả tính toán ổn định mái hạ lưu (MNTL =102.93) 80
Hình 3.18 Sơ đồ đường bão hòa và lưu lượng thấm (MNTL =103.43) 81
Hình 3.19 Sơ đồ đường đẳng Gradien (MNTL =103.43), Jra = 0.52 81
Hình 3.20 Kết quả tính toán ổn định mái hạ lưu (MNTL =103.43) 82
Hình 3.21 Kết quả tính toán ổn định mái hạ lưu (MNTL =103.43) Có xét đến động đất cấp 7 82
Hình 3.22 Sơ đồ tính toán PA 2 (Mặt cắt ngang D6, đập Trà Van) 83
Hình 3.23 Sơ đồ đường bão hòa và lưu lượng thấm 83
Hình 3.24 Sơ đồ đường đẳng Gradien (MNDBT =102.25), Jra = 0.12 84
Hình 3.25 Kết quả tính toán ổn định mái hạ lưu (MNTL =102.25) 84
Trang 6Hình 3.26 Sơ đồ đường đẳng Gradien (MNLKT =102.93), Jra = 0.12 85
Hình 3.27 Kết quả tính toán ổn định mái hạ lưu (MNTL =102.93) 85
Hình 3.28 Sơ đồ đường bão hòa và lưu lượng thấm (MNLKT:103.43m) 86
Hình 3.29 Sơ đồ đường đẳng Gradien (MNLKT =103.43), Jra = 0.16 86
Hình 3.30 Kết quả tính toán ổn định mái hạ lưu (MNTL =103.43) 87
Hình 3.31 Kết quả tính toán ổn định mái hạ lưu (MNTL =103.43) Có xét đến động đất cấp 7 87
Hình 3.32: Sơ đồ tính toán PA 3 88
Hình 3.33 Sơ đồ đường bão hòa và lưu lượng thấm (MNDBT:102.25) 88
Hình 3.34 Sơ đồ đường đẳng Gradien (MNDBT =102.25), Jra = 0.10 89
Hình 3.35 Kết quả tính toán ổn định mái hạ lưu (MNTL =102.25) 89
Hình 3.36 Sơ đồ đường bão hòa và lưu lượng thấm (MNDBT:102.93) 90
Hình 3.37 Sơ đồ đường đẳng Gradien (MNDBT =102.93), Jra = 0.10 90
Hình 3.38 Kết quả tính toán ổn định mái hạ lưu (MNTL =102.93) 91
Hình 3.39 Sơ đồ đường bão hòa và lưu lượng thấm (MNLKT: 103.43) 91
Hình 3.40 Sơ đồ đường đẳng Gradien (MNDBT =103.43), Jra = 0.11 92
Hình 3.41 Kết quả tính toán ổn định mái hạ lưu (MNTL =103.43) 92
Hình 3.42 Kết quả tính toán ổn định mái hạ lưu (MNTL =103.43) Có xét đến độ đất cấp 7 93
Trang 7DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1: Phân cấp đập đất theo TCXDVN 285-2002 [2] 17
Bảng 1.2: Thống kê một số đập đất, đá lớn khu vực Nam Trung Bộ 20
Bảng 1.3 Số lượng hồ chứa phân loại theo quy mô dung tích [9] 25
Bảng 1.4 Phân loại sự cố theo số lượng hồ chứa nước [9] 25
Bảng 1.5 Phân loại sự cố theo quy mô hồ chứa [9] 26
Bảng 1.6 Sự cố ở các loại hồ chứa nước [9] 29
Bảng 2.1 Khối lượng của tường Bentonite của một số công trình đã xây dựng .49
Bảng 2.2 Các thông số chủ yếu của hồ chứa và đập đất, cụm công trình đầu mối Sông Biêu 51
Bảng 2.3 Các thông số địa chất CT phục vụ tính toán đập đất Trà Van 52
Bảng 2.4 Các thông số địa chất CT phục vụ tính toán đập đất Sông Biêu 54
Bảng 2.5 Hệ số thấm và lượng mất nước của nền và vai đập Trà Van 55
Bảng 2.6 Các chỉ tiêu cơ lý của lớp đất đắp 56
Bảng 2.7 Hệ số thấm đất đắp đập Trà Van 57
Bảng 3.1 So sánh các tính năng kỹ thuật của tường hào Đất-Bentonite & tường hào Xi măng – Bentonite [10] 60
Bảng 3.2 Cấp phối sử dụng vật liệu tường hào Xi măng – Bentonite chống thấm đập ở nước ta [16] 62
Bảng 3.3 Tổ hợp mẫu A 63
Bảng 3.4 Tổ hợp mẫu B 63
Bảng 3.5 Tổ hợp mẫu C 63
Bảng 3.6 Tổ hợp mẫu D 63
Bảng 3.7 Tổ hợp mẫu E 64
Bảng 3.8 Cấp phối sơ bộ sử dụng vật liệu tường hào Xi măng – Bentonite chống thấm đập Sông Biêu 64
Bảng 3.9 Đặc điểm kỹ thuật của máy đào gàu nghịch và gàu ngoạm [25] 67
Bảng 3.10 Thống kê các loại thiết bị thi công chính [3], [10] 70
Bảng 3.11 Kết quả tính toán lựa chọn phương án cho đập đất CT Sông Biêu .93
Trang 8MỞ ĐẦU
I TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển của ngành Nôngnghiệp các tỉnh duyên hải Nam Trung Bộ, các công trình thủy lợi được đầu tưxây dựng, trong đó các công trình hồ chứa nước được xây dựng bằng vật liệuđịa phương chiếm một tỷ trọng rất lớn đặc biệt là đập đất Đập đất có ưu điểm
là tận dụng được nguồn vật liệu tại chỗ, có sẵn, công nghệ thi công được cơgiới hóa tối đa nên đẩy nhanh được tiến độ thi công, giá thành hạ, có thể xâydựng trên mọi loại nền Tuy nhiên, đập đất cũng bộc lộ nhiều hạn chế do vậtliệu đắp đập có tính chất phức tạp, không đồng đều, đất có độ tan rã, trương
nở, hệ số thấm lớn Mặt khác do đập đất được xây dựng trên các loại hìnhnền có địa chất phức tạp, nền có hệ số thấm lớn, mực nước ngầm cao đã dẫnđến mất nước hồ chứa gây mất ổn định công trình đã xảy ra ở nhiều nơi
Trong những năm gần đây cũng đã xảy ra sự cố vỡ đập một số côngtrình trong khu vực như: vỡ đập Suối Hành (Khánh Hoà) năm 1986, vỡ đập
Am Chúa (Khánh Hoà) năm 1986, vỡ đập Suối Nước Ngọt (Ninh Thuận) năm2004… Một trong những nguyên nhân chủ yếu gây sự cố vỡ đập là do nềnđập, vật liệu đắp đập có độ tan rã nhanh, độ lún ướt và trương nở Vật liệu đất
có tính chất phức tạp, không đồng đều, khác biệt rất nhiều, ngay trong một bãivật liệu các tính chất cơ lý lực học cũng đã khác nhau Ngoài ra còn do côngnghệ thi công chống thấm chưa hoàn chỉnh, tối ưu
Các công trình đập đất trong khu vực từ trước tới nay thường được thiết
kế là dạng đập đồng chất hoặc đập 3 khối có khối lõi chống thấm, hoặc là đậpđồng chất chống thấm bằng vải địa kỹ thuật, hoặc bằng màng chống thấmBentomat… Thiết kế chống thấm bằng màng chống thấm Bentomat đối vớimột số đập đất của các công trình Hồ chứa nước là công nghệ mới được ápdụng nên những kết quả quan trắc còn hạn chế, chưa thể khẳng định được tuổi
Trang 9thọ lâu dài của công trình Đặc biệt, trong những năm gần đây các tỉnh duyênhải Nam Trung Bộ thường xuyên phải ứng phó với điều kiện biến đổi khí hậuthất thường, mưa lũ đến sớm và kéo dài hơn đã dẫn đến sự cố ở các công trìnhthủy lợi trên địa bàn.
Từ thực tế các công trình đập đất đã và đang xây dựng trên địa bàn cáctỉnh Nam Trung Bộ nói chung và Ninh Thuận nói riêng, về thiết kế cácphương án chống thấm cho đập đất chưa thống nhất đi đến một phương án tối
ưu, công nghệ thi công chống thấm cho đập đất chưa đạt đến độ hoàn chỉnh,chung nhất phù hợp với đặc trưng địa chất nền và vật liệu đắp đập cho cáccông trình trong khu vực Đặc biệt là đối với công trình Hồ chứa nước SôngBiêu, tỉnh Ninh Thuận đã xảy ra sự cố sau đợt mưa lũ bất thường vừa qua thìviệc nghiên cứu giải pháp chống thấm triệt để và công nghệ thi công chốngthấm cho đập và nền bằng hào xi măng – bentonite là một trong những vấn đề
cấp bách cần được quan tâm Vì vậy, sự ra đời của đề tài “Nghiên cứu giải pháp chống thấm và quy trình công nghệ thi công chống thấm cho đập đất
- Công trình Hồ chứa nước Sông Biêu bằng hào Xi măng – Bentonite” làm
cơ sở khoa học để đề ra các giải pháp kĩ thuật phù hợp nhất đối với các côngtrình tương tự trong địa bàn tỉnh Ninh Thuận nói riêng và duyên hải NamTrung Bộ nói chung là hết sức cần thiết và cấp bách
II MỤC TIÊU VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
1 Mục tiêu nghiên cứu:
- Nghiên cứu lý thuyết về thấm, tổng quát các giải pháp chống thấm chođập đất hiện nay
- Tổng hợp các kết quả nghiên cứu về hào xi măng – bentonite
- Nghiên cứu thí nghiệm thấm ở hiện trường và mẫu thí nghiệm thànhphần cấp phối trong phòng thí nghiệm
- Sử dụng mô hình toán phân tích thấm, kiến nghị giải pháp và đề xuấtquy trình thi công chống thấm cho đập Sông Biêu
Trang 10- Tìm một giải pháp hợp lý để chống thấm triệt để và đảm bảo tính ổnđịnh cho đập đất Sông Biêu.
2 Phạm vi nghiêm cứu
Đề tài tập trung nghiên cứu các công trình đập vật liệu địa phươngtrong địa bàn tỉnh Ninh Thuận và đặc biệt là đập đất, công trình Hồ chứa nướcSông Biêu
III PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
- Vận dụng lý thuyết về thấm và thi công công trình Thuỷ lợi – Thuỷđiện
- Khảo sát thực tế, thu thập tài liệu, kết luận đánh giá của các chuyên gia,tổng hợp, kế thừa các kết quả nghiên cứu, phân tích lý thuyết, kiểm trabằng các thí nghiệm thực tế ngoài hiện trường
IV NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
1 Tổng quan điều kiện tự nhiên và hiện trạng đã xây dựng các công trình
hồ chứa của Ninh Thuận nói riêng và Nam Trung Bộ nói chung
Các sự cố công trình đã xảy ra, một số vấn đề đã xử lý, từ đó rút ra kếtluận về nguyên nhân và giải pháp công trình áp dụng để xử lý sự cố
2 Các phương pháp chống thấm đối với đập đất ở địa phương, phân tíchlựa chọn phương pháp thích hợp cho công trình đập đất, hồ chứa nướcSông Biêu
3 Nghiên cứu giải pháp công nghệ và quy trình thi công chống thấm chođập đất Sông Biêu bằng hào xi măng -bentonite
Trang 11- Ứng dụng kết quả nghiên cứu để đề nghị áp dụng trong thi công cáccông trình cụ thể, có tính chất tương tự.
Trang 12CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN VÀ TÌNH HÌNH XÂY DỰNG ĐẬP CŨNG NHƯ CÁC SỰ CỐ CÔNG TRÌNH ĐẬP ĐẤT TẠI VÙNG NAM TRUNG BỘ NÓI CHUNG VÀ NINH THUẬN NÓI RIÊNG
1.1 Điều kiện tự nhiên khu vực xây dựng
1.1.1 Địa hình
Nam Trung Bộ thuộc khu vực cận giáp biển Địa hình ở đây bao gồmđồng bằng ven biển và núi thấp, có chiều ngang theo hường Đông - Tây(trung bình 40 - 50km), hạn hẹp hơn so với Bắc Trung Bộ và Tây Nguyên Có
hệ thống sông ngòi ngắn và dốc, bờ biển sâu với nhiều đoạn khúc khuỷu,thềm lục địa hẹp Các miền đồng bằng có diện tích không lớn do các dãy núiphía Tây trải dọc theo hướng Nam tiến dần ra sát biển và có hướng thu hẹpdần diện tích lại Đồng bằng chủ yếu do sông và biển bồi đắp khi hình thànhnên thường bám sát theo các chân núi.[5], [23]
Địa hình bị chia cắt do các dãy núi từ dãy Trường Sơn ăn thông ra biểnthành các tiểu vùng tương đối cách biệt như: từ Đà Nẵng đến Quảng Ngãi,Bình Định, Phú Yên, Khánh Hòa và Ninh Thuận, Bình Thuận Có nhiều hìnhthái khá đặc biệt và phức tạp, hình thành 2 – 3 bậc địa hình cao thấp kề nhaukhông có khu vực chuyển tiếp rõ rệt Địa hình các lũng sông cũng rất phức tạp
do vùng núi và vùng trung du rất dốc, ít có những lũng có khả năng tạo thànhcác hồ chứa có dung tích lớn, ít gặp các vị trí hẹp và cân đối để có thể ngănsông với đập ngắn và bố trí tràn xả lũ một cách dễ dàng và ít tốn kém.[5]
Địa hình Ninh Thuận thấp dần từ Tây Bắc xuống Đông Nam, bởi đây làvùng đất cuối của dãy Trường Sơn với nhiều dãy núi đâm ra biển Lãnh thổtỉnh được bao bọc bởi 3 mặt núi: phía Bắc và phía Nam là 2 dãy núi cao chạysát ra biển, phía Tây là vùng núi cao giáp tỉnh Lâm Đồng Tỉnh Ninh Thuận
có 3 dạng địa hình: núi, đồi gò bán sơn địa, đồng ven biển Vùng đồi núi
Trang 13chiếm 63,2% diện tích của tỉnh, chủ yếu là núi thấp, cao trung bình từ 200 –1.000 m Vùng đồi gò bán sơn địa chiếm 14,4% diện tích tự nhiên, vùng đồngbằng ven biển chiếm 22,4% diện tích đất tự nhiên.[23]
63,20%
14,40%
22,40%
Vùng đồi núi Vùng đồi gò bán sơn địa
Vùng đồng bằng ven biển
Hình 1.1 Biểu đồ phân chia các vùng địa hình Ninh Thuận
1.1.2 Thủy văn
Do điều kiện địa hình phức tạp nên các lưu vực sông trong khu vực có
sự thay đổi rất lớn giữa các tiểu vùng trải dài từ Bắc tới Nam Lượng mưanăm từ 3000mm ở Quảng Nam đến dưới 1000mm ở Bình Thuận và tập trung75% - 80% trong 3 tháng mùa mưa, còn lại 9 tháng là mùa khô hạn kéo dài.Dòng chảy lưu vực cũng biến động lớn theo vùng và theo thời gian Moduldòng chảy bình quân nhiều năm biến đổi từ 75 – 80 lít/s-km2 ở các sông AVương (Quảng Nam) xuống còn khoảng 10 lít/s-km2 ở sông Ba tại Đồng Cam(Phú Yên) và chỉ còn khoảng 4 lít/s-km2 ở Suối Hành (Nam Khánh Hòa) Sựthay đổi của modul dòng chảy kiệt càng lớn hơn, từ 20 lít/s-km2 xuống chỉcòn khoảng 0,11 lít/s-km2 Dòng chảy lũ cũng vô cùng phức tạp, cường suất
lũ trên các sông rất lớn và rất khác nhau: từ 10 cm/giờ tại Sông Cái (PhanRang) đến 50cm – 100cm/giờ tại Trà Khúc (Quảng Ngãi), tổng lượng lũ cũngrất lớn, có lưu vực tổng lượng lũ trong một trận lũ lớn hơn tổng lượng nướcđến trung bình nhiều năm.[5], [23]
Ninh Thuận có khí hậu nhiệt đới gió mùa điển hình với các đặc trưngkhô nóng, gió nhiều, bốc hơi mạnh, nhiệt độ trung bình hàng năm từ 26-27oC,
Trang 14lượng mưa trung bình 700-800 mm ở Phan Rang và tăng dần đến trên 1100
mm ở miền núi, độ ẩm không khí từ 75-77% Thời tiết có 2 mùa rõ rệt, mùamưa từ tháng 9 - 11; mùa khô từ tháng 12 - 8 năm sau.[23]
Nguồn nước ở Ninh Thuận phân bố không đều, tập trung chủ yếu ở khuvực phía bắc và trung tâm tỉnh Nguồn nước ngầm bằng 1/3 mức bình quân cảnước Ninh Thuận có nhiều sông, suối, nhưng lớn nhất là sông Cái (sôngDinh) Nếu tính cả các phụ lưu là sông Mê Lam, sông Sắt, sông Ông, sôngChá, sông Lu và sông Quao thì hệ thống sông Cái có chiều dài 246 km Ngoài
hệ thống này, Ninh Thuận còn có một số sông khác như sông Trâu, sôngQuán Thẻ, sông Bà Râu, với tổng chiều dài 184 km
1.1.3 Địa chất
Cùng với sự phức tạp của địa hình khu vực Nam Trung Bộ, điều kiệnđịa chất cũng rất phức tạp do các hoạt động kiến tạo trước đây và do các điềukiện phong hóa nhiệt đới lâu dài Về nền móng công trình, hầu hết đều phảiđặt trên các nền phong hóa mạnh, có các đứt gãy sâu hoặc trên nền aluvi trẻ
có tầng cát cuội sỏi dày Đất có thể làm vật liệu đắp đập có tính chất phức tạpkhông đồng đều, đất có độ tan rã, trương nở, hệ số thấm lớn [5], [23]
Bình Thuận – Ninh Thuận là một vùng khô hạn có đặc điểm địa hoácảnh quan độc đáo ở Việt Nam Ở đây, lớp đất canh tác mỏng, nghèo vật chấthữu cơ, thành phần sét trong đất thấp, thành phần vụn thô chiếm ưu thế Cácnguyên tố kiềm, kiềm-thổ cũng như các nguyên tố vi lượng được giữ lại khácao và có xu hướng tập trung trong đất Dựa vào đặc điểm địa hoá của đất và
vỏ phong hoá, có thể phân chia và xếp đất ở vùng Bình Thuận - Ninh Thuậnthành 3 kiểu: 1) Đất vụn thô (Ustisols), 2) Đất sialferit (Xerosols) và 3) Đấtsialit kiềm (Yermosols), thuộc nhóm đất khô nóng (Aridisols) theo phân loạicủa FAO (1975) Tuy đất vùng Bình Thuận – Ninh Thuận luôn tiềm ẩn nguy
cơ bị thoái hoá trong vùng khí hậu khắc nghiệt, nhưng đất ở vùng khô nóng
Trang 15này cũng có thể cải tạo, quy hoạch hợp lý để phát huy những tiềm năng riêng
mà các vùng khác ở nước ta không có.[23]
Khác với các vùng khác trên lãnh thổ Việt Nam, Bình Thuận - NinhThuận là vùng khí hậu khô nóng đặc trưng Đây cũng là vùng mà môi trườngsinh thái thường xuyên bị đe doạ, đất đai khô cằn, các quá trình sa mạc hoá,hiện tượng muối hoá bề mặt xẩy ra ở nhiều nơi, gây nhiều khó khăn cho sựphát triển kinh tế và cuộc sống của nhân dân
1.2 Tình hình xây dựng đập vật liệu địa phương trong khu vực
Từ xa xưa con người đã biết sử dụng các loại vật liệu sẵn có tại chỗ đắpthành các đập dâng nước trên các sông, suối để tạo thành hồ chứa nước nhằmmục đích chống lại lũ lụt, phát triển giao thông thủy, tưới cho đồng ruộng…Cách đây hàng nghìn năm, người Ai Cập cổ đại đã biết dùng đập đất để ngănnước và xây dựng các hệ thống kênh tưới, cấp nước sinh hoạt [7], [12], [14]
Đập thường chiếm một vị trí quan trọng trong cụm công trình đầu mối
hồ chứa hoặc các công trình dâng nước Để xây dựng các đập trên sông, suốingười ta thường sử dụng nhiều loại vật liệu khác nhau như: Đất, đá, gỗ, bêtông, cao su, RCC…Dựa vào vật liệu làm đập, có thể phân loại đập ra thànhcác loại: Đập đất, đập bê tông, đập đất đá hỗn hợp, đập bê tông đầm lăn(RCCD), đập đá đổ, đập cao su Trong đó đập vật liệu địa phương như: Đậpđất, đập đất đá hỗn hợp, đập đá đổ thường chiếm tỷ trọng rất lớn do tận dụngđược vật liệu địa phương, giảm giá thành, thi công đơn giản Tuy nhiên, sửdụng vật liệu địa phương trong đắp đập thì vấn đề thấm của đập và xử lý thấm
là một vấn đề rất quan trọng vì nó liên quan đến việc ổn định của đập cũngnhư các công trình liên quan Do đó việc lựa chọn hình thức chống thấm chođập vật liệu địa phương là hết sức quan trọng
Đập vật liệu địa phương khu vực duyên hải Nam Trung Bộ chủ yếu làđập đất, đập đất đá hỗn hợp, đối với đập đất có các loại đập đồng chất hoặcđập hỗn hợp nhiều khối
Trang 161.2.1 Tính chất làm việc của đập đất
Đập đất là một loại công trình dâng nước được xây dựng bằng vật liệuđịa phương (các loại đất) cho nên trong quá trình khai thác nó mang nhữngđặc tính sau đây: [7], [12], [14], [21]
- Đập đất có khối lượng xây dựng lớn và chịu tác dụng của ngoại lựcrất phức tạp nên thân đập và nền đập đòi hỏi phải đảm bảo điều kiện chịu lực.Đặc biệt phải đảm bảo điều kiện ổn định về thấm và chống trượt của nền vàmái dốc trong mọi trường hợp
- Do mái đập thượng lưu thường xuyên chịu tác động trực tiếp của sóng
do gió trong hồ, mưa nắng nên nguy cơ gây sạt lở rất cao, vì vậy mái đập đấtthường được gia cố bằng các loại vật liệu khác như lát đá, tấm bê tông đểchống lại sự phá hoại đó Ngoài ra, mưa và sự thay đổi nhiệt độ cũng gây nên
hư hỏng mái hạ lưu cho nên mái hạ lưu đập thường được trồng cỏ hoặc gia cốbằng tấm lát bê tông để bảo vệ
- Đập đất thường là loại không cho nước tràn qua bề mặt và có nhiệm
vụ dâng, giữ nước tạo nên hồ chứa và kết hợp với các công trình khác cùngtham gia như đập tràn, cống lấy nước trong hệ thống công trình
- Dòng thấm trong thân đập không những làm giảm khả năng ổn địnhchống trượt của mái mà nó còn có thể gây ra xói ngầm làm hư hỏng côngtrình Dòng thấm xuất hiện ở cả trong thân đập, nền đập và vai đập với nhữngtrị số và phương tác dụng khác nhau Tại các vị trí tiếp giáp, cửa ra do gradiencủa dòng thấm lớn thường gây ra hiện tượng trồi, đùn đất Vì thế đập đất phải
có các thiết bị lọc ngược trong thân đập hoặc mái hạ lưu đập nhằm ngăn cản
sự chuyển dịch của hạt đất theo phương dòng thấm
1.2.2 Phân loại đập đất [2]
Đập đất được phân loại theo nhiều cách khác nhau như theo chiều caocột nước, phương pháp xây dựng, kết cấu mặt cắt ngang đập, thiết bị chốngthấm ở nền và cấp công trình
Trang 17a Theo chiều cao cột nước
Theo tiêu chuẩn Việt Nam TCXDVN 285-2002, đập đất được phân cấp
ở bảng 1.1
Bảng 1.1: Phân cấp đập đất theo TCXDVN 285-2002 [2]
Cấp đập
Trị số cột nước lớn nhất (m) Nền đá Nền đất cát, đất hòn thô, sét trạng thái cứng Nền đất sét bão hoà nước trạng thái dẻo
b Theo phương pháp thi công
- Đập đất đầm nén: là loại đập mà đất ở thân đập được làm chặt bằng cáchđầm nén theo từng lớp
- Đập đất bồi: là loại đập mà tất cả các khâu khai thác, vận chuyển và bồiđất lên thân đập được tiến hành theo phương pháp cơ giới thủy lực
- Đập đất đắp đổ đất trong nước: được thi công bằng cách cho nước vàotrong các ô trên mặt đập rồi đổ đất vào trong các ô đó
- Đập đất đồng chất: Đập được xây dựng bằng một loại đất (Hình 1.1a).
- Đập hỗn hợp: Đập xây dựng bằng nhiều loại đất có tính chất cơ lý khác
nhau theo mặt cắt ngang Cấu tạo nên đập hỗn hợp có thể bố trí theo các hìnhthức sau:
+ Đất có tính chống thấm tốt được đặt ở phía thượng lưu (hình 1.1b)+ Đất có tính chống thấm tốt đặt ở giữa thân đập (hình 1.1c)
Trang 18+ Ngoài ra còn có loại đập hỗn hợp đất đá (hình 1.1d).
- Đập có tường nghiêng: Đập có màng chống thấm nằm nghiêng theo mái
dốc thượng lưu bằng vật liệu dẻo như sét, á sét, vải chống thấm bentomat…(hình 1.1e) hoặc bằng vật liệu cứng như bê tông, bê tông cốt thép, bê tôngasphalt, kim loại, gỗ…
- Đập có lõi giữa: Đập có màng chống thấm nằm giữa thân đập bằng vật
liệu dẻo hoặc cứng (hình 1.1g)
Hình 1.2: Các dạng mặt cắt ngang đập khác nhau trên nền không thấm [21]
d Theo thiết bị chống thấm ở nền đập
Khi nền có tính thấm nước lớn, để chống thấm thường dùng hình thứctường nghiêng hay lõi giữa cắm sâu xuống tầng không thấm Trên thực tế cónhững loại sau:
- Đập có tường răng: Trường hợp tầng nền thấm nước không sâu lắm,
thường dùng khi hệ số thấm Kđập<< Knền , thân đập đồng chất (hình 1.2a,b);hoặc có lõi giữa kéo dài xuống tận tầng không thấm, dùng khi tầng thấmkhông lớn (hình 1.2d); hay có tường nghiêng, kéo dài xuống tận tầng khôngthấm, dùng khi tầng thấm không lớn (hình 1.2c)
- Đập có bản cọc: còn gọi là tường cừ Bản cọc dùng trong trường hợp
nền thấm nước không phải là đá Nếu nền thấm nước có bề dày giới hạn thìbản cọc có thể cắm xuống tận tầng không thấm (hình 1.2e ) Còn nếu tầng
Trang 19thấm nước rất sâu hoặc được xem như vô hạn thì bản cọc chỉ đóng xuống mộtgiới hạn nhất định (hình 1.2g) nhằm gia tăng chiều dài đường thấm, giảmgradient thấm và giảm độ thấm nước qua nền đập.
- Đập có màng phun xi măng: Dùng màng xi măng để chống thấm
trong trường hợp đá bị nứt nẻ, mạch thấm ngầm, đá vôi có hiện tượng các-tơ,tầng cuội sỏi tương đối dày Tuỳ theo độ sâu của nền đá bị nứt nẻ và khả năngthi công màng xi măng mà có thể cắm sâu đến tầng không thấm (hình 1.2h)hoặc chỉ cắm sâu đến một giới hạn nhất định (hình 1.2i)
Hình 1.3: Các dạng mặt cắt ngang đập với kết cấu chống thấm khác nhau [21]
- Đập có tường nghiêng sân trước: Trong trường hợp nền thấm nước
rất sâu hoặc vô hạn thì có thể dùng hình thức chống thấm cho nền là sântrước Sân trước có thể làm bằng vật liệu xây dựng đồng chất hoặc vật liệunhư tường nghiêng, lõi giữa (hình 1.2k)