Phân tích, đánh giá thấm qua đập vật liệu địa phương theo mô hình không gian

Hình 1-2 Đập hồ chứa nước Sông Quao – Bình Thuận Hình 1-3 Đập hồ chứa nước Sông Sắt – NinhThuận Do những tính năng ưu việt như: có cấu tạo đơn giản, có thể phù hợp với các điều kiện địa

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH v

DANH MỤC BẢNG BIỂU xi

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT xii

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐẬP VẬT LIỆU ĐỊA PHƯƠNG 4

1.1 Tình hình xây dựng đập vật liệu địa phương ở Việt Nam 4

1.2 Tình hình xây dựng đập vật liệu địa phương ở miền Trung 7

1.3 Các vấn đề kỹ thuật đối với đập vật liệu địa phương ở Miền Trung 9

1.3.1 Hiện trạng đập vật liệu địa phương ở miền Trung 9

1.3.2 Nguyên nhân sự cố mất an toàn đập 12

1.3.3 Giải pháp khắc phục sự cố mất an toàn đập 15

1.4 Kết luận chương 27

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT NGHIÊN CỨU THẤM 28

2.1 Cơ sở lí thuyết thấm 28

2.1.1 Khái niệm chung 28

2.1.2 Nguyên nhân gây thấm 29

2.1.3 Các loại dòng thấm 30

2.1.4 Định luật thấm cơ bản 35

2.2 Các phương pháp tính toán thấm 37

2.2.1 Phương pháp cơ học chất lỏng 37

2.2.2 Phương pháp thủy lực 38

2.2.3 Phương pháp số: 39

2.3 Cơ sở lý thuyết thuyết thấm theo phương pháp phần tử hứu hạn (FEM) 44

2.3.1 Phương trình cơ bản 44

2.3.2 Giải bài toán 46

2.3.3 Trình tự các bước giải 53

2.4 Cơ sở áp dụng lý thuyết nhiệt phân tích thấm [13] 54

2.4.1 Giới thiệu phân tích nhiệt bằng ANSYS 54

2.4.2 Nguyên lý cơ bản của phân tích nhiệt 55

2.4.3 Lý luận cơ bản công năng phân tích nhiệt áp dụng tính toán thấm ổn định

56

2.4.4 Công năng phân tích nhiệt ổn định áp dụng cho phân tích thấm trong đập

vật liệu địa phương 58

2.5 Kết luận chương 60

CHƯƠNG 3 PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ THẤM THEO MÔ HÌNH KHÔNG GIAN 61 3.1 Giới thiệu về phần mềm áp dụng 61

3.1.1 Giới thiệu phần mềm tính toán GeoStudio 61

3.1.2 Giới thiệu về phần mềm ansys [14] 62

3.2 Phương án tính toán 63

3.3 Xây dựng mô hình tính toán 65

3.3.1 Thông số hình học 65

3.3.2 Thiết lập mô hình toán: 66

3.4 Kết quả tính toán 69

3.4.1 Bài toán phẳng 69

3.4.2 Bài toán không gian 71

3.5 Phân tích kết quả tính toán 78

3.5.1 Tổng lưu lượng thấm qua đập 78

3.5.2 Lưu lương mặt cắt lòng sông 79

3.6 Kết luận 83

KẾT LUÂN, KIẾN NGHỊ 84

PHỤ LỤC 88

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH

Hình 1-1 Tỷ lệ các loại hồ chứa thủy lợi ở Việt Nam thể hiện theo biểu đồ 4

Hình 1-2 Đập hồ chứa nước Sông Quao – Bình Thuận 5

Hình 1-3 Đập hồ chứa nước Sông Sắt – NinhThuận 5

Hình 1-4 Đập hồ chứa Cửa Đạt- Thanh Hóa 9

Hình 1-5 Sự cố tràn đập Hố Hô (4/10/2010) 10

Hình 1-6 Sự cố sạt lở mái sau lũ 10

Hình 1-7 Vỡ đập Tây Nguyên (Đồng Tâm), Nghệ An vào ngày 11/9/2012 [3] 11

Hình 1-8 Vỡ đập Khe Mơ – Hà Tĩnh vào ngày 16/10/2010 [4] 11

Hình 1-9 Vỡ đập Thủy điện Ia krel 2, Gia Lai vào ngày 12/6/2013 [5] 11

Hình 1-10 Mặt cắt ngang đập có tường nghiêng chống thấm kết hợp sân phủ bằng đất có hệ số thấm nhỏ 16

Hình 1-11 Mặt cắt ngang đập có tường nghiêng chống thấm bằng vải địa kỹ thuật (Bentomat) – Công trình Hồ chứa nước Sông Biêu, Ninh Thuận 18

Hình 1-12 Mặt cắt ngang đập có tường nghiêng chống thấm bằng tấm bê tông – Công trình Hồ chứa suối nước ngọt, Ninh Thuận 19

Hình 1-13 Giải pháp chống thấm bằng tường nghiêng, chân răng thượng lưu 19

Hình 1-14 Giải pháp tường cừ kết hợp với tường nghiêng chân răng 21

Hình 1-15 Giải pháp tường cừ kết hợp với tường lõi + chân răng 22

Hình 1-16 Thi công cừ BTCT ứng suất trước 22

Hình 1-17 Khoan phụt xử lý nền 23

Hình 1-18 Sơ đồ nguyên lý Công nghệ Jet-grouting 24

Hình 1-19 Mặt cắt ngang đập nhiều khối, chống thấm bằng hào bentonite (Hồ chứa nước Ia M’Láh, Gia Lai) 26

Hình 1-20 Thi công tường hào bentonite 27

Hình 2-1 Sơ đồ thấm không gian trong đập đất 34

Hình 2-2 Sơ đồ thấm quanh bờ 34

Hình 2-3 Hiện tượng thấm quanh bờ một đập đất 35

Hình 2-4 Sơ đồ lưới sai phân 39

Hình 2-5 Sơ đồ phần tử hữu hạn 41

Hình 2-6 Sơ đồ điều kiện biên tính toán thấm qua đập đất 45

Hình 2-7 Phần tử tam giác phẳng 46

Hình 2-8 Xử lý điều kiện biên 51

Hình 2-9 Xử lý tự động “ép”, “giãn” lưới phần tử, xác định đường bão hòa 52

Hình PL 3-24 Tổng lưu lượng thấm qua đập trường hợp 7 99

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Một số hồ đập lớn ở Việt Nam (Theo thứ tự chiều cao đập) 6

Bảng 1.2 Thống kê một số đập đất ở khu vực miền Trung 8

Bảng 2.1 Tính tương đồng giữa trường thấm và trường nhiệt 57

Bảng 3.1 Trường hợp tính toán thấm 64

Bảng 3.2 Bảng tổng hợp kết quả tính thấm theo bài toán không gian 76

Bảng 3.3 Bảng tổng hợp kết quả tính TLLT qua đập theo bài toán phẳng 78

Bảng 3.4 Bảng số liệu quan hệ q~m, trường hợp H=10m 79

Bảng 3.5 Bảng số liệu quan hệ q~m, trường hợp H=15m 80

Bảng 3.6 Bảng số liệu quan hệ q~m, trường hợp H=20m 81

Bảng 3.7 Bảng số liệu quan hệ q~m, trường hợp H=30m 81

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT LLDV Lưu lượng đơn vị

MCLS Mặt cắt lòng sông

MCSD Mặt cắt sườn đồi

LLT Lưu lượng thấm

TH Trường hợp

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của Đề tài

Ngày nay, sự nghiệp công nghiệp hoá và hiện đại hoá đất nước đang đặt ra những yêu cầu cao cho sự nghiệp phát triển thuỷ lợi Nhu cầu nước cho dân sinh, sản xuất công nghiệp, nông nghiệp, các hoạt động dịch vụ, giao thông, giữ gìn và cải thiện môi sinh…đang không ngừng tăng lên Mức an toàn phải cao khi đối phó với lũ lụt Nhiều

hệ thống thuỷ lợi, thuỷ điện với quy mô khác nhau đã và sẽ được xây dựng trên cả nước Nhiệm vụ của người thiết kế cũng đòi hỏi phải được chuyên môn hoá và đạt được độ chính xác cao

Trong các công trình thuỷ lợi, hồ chứa là một trong những công trình có từ lâu đời và phổ biến nhất hiện nay, tính đến nay chúng ta đã xây dựng được trên 6500 hồ chứa thủy lợi với tổng dung tích trữ nước khoảng 11 tỷ m3 trong đó có 560 hồ chứa có dung tích trữ nước lớn hơn 3 triệu m3 hoặc đập cao trên 15m, 1752 hồ có dung tích từ 0,2 triệu đến 3 triệu m3 nước, còn lại là những hồ đập nhỏ có dung tích dưới 0,2 triệu m3nước Mỗi hồ đều có mục đích sử dụng khác nhau nhưng phần lớn đều được xây dựng bằng đất đắp, trong đó một bộ phận đáng kể là đất yếu được đắp trên nền đất yếu Khi

đó việc thiết kế đập, tính ổn định, tính thấm… gặp rất nhiều khó khăn

Trong thực tế, nhiều công trình thuỷ lợi bị hư hỏng từ nhẹ đến nặng, không còn sử dụng được nữa, làm thiệt hại về người và tài sản của nhà nước, mà nguyên nhân chính

là do thấm gây ra Theo tổng kết và phân tích nguyên nhân gây ra sự cố công trình đất trên thế giới của Middle Brooks cho thấy, trên 60% các sự cố công trình đất là do thấm gây ra, khoảng 10% sự cố có tác nhân kích thích từ thấm, 30% sự cố công trình do tràn nước qua mặt đập, trượt mái và các nguyên nhân khác

Ví dụ như hiện tượng xói ngầm khi dòng thấm đi qua như đập Attin và đập Biêcxơ…, thậm chí bị vỡ đập như đập Kim Sơn, đập Suối Hành, hay hiện tượng mất ổn định gây sạt mái đường khi trời mưa… Tất cả các sự cố trên, nguyên nhân chủ yếu có thể do sự thiếu sót trong công tác khảo sát, thiết kế hay trong lúc thi công công trình

Nhờ sự phát triển của công nghệ thông tin và phương pháp giải số, việc mô hình hoá các hiện tượng tự nhiên bằng mô hình toán ngày càng gần đúng với thực tế hơn Tiêu biểu nhất là trong lĩnh vực thiết kế, các phần mềm tin học là công cụ đắc lực để giải các bài toán phức tạp cũng như tránh sự nhầm lẫn khi tính tay trước kia Đặc biệt, trong lĩnh vực thấm, hiện nay có rất nhiều phần mềm được đưa ra để giải các bài toán thấm

Phần mềm Geo Slope và Ansys được xây dựng trên cơ sở của phương pháp số phần tử hữu hạn, cho phép mô hình hoá sự chuyển động của nước dưới đất gần đúng với thực

tế hơn, như việc thiết lập và đưa vào hàm hệ số thấm, hàm độ chứa nước thể tích hay hàm kích cỡ hạt… và giải được mô hình toán dòng thấm, với kết quả khá chính xác Các nghiên cứu phân tích đánh giá về thấm trước đây đã được nghiên cứu tương đối

kỹ lưỡng trong mô hình bài toán phẳng đối với đập vật liệu địa phương ở Việt Nam Tuy nhiên đối với địa hình tự nhiên vùng xây dựng đập, nhất là những vùng có lòng sông dốc, sườn đồi không thoải thì bài toán thấm 2 chiều còn gặp nhiều hạn chế trong việc xác định các thông số cũng như tác dụng của dòng thấm

Xuất phát từ lý do đó, luận văn tiến hành nghiên cứu thấm qua đập vật liệu địa phương theo bài toán thấm không gian nhằm đánh giá ảnh hưởng của địa hình đến thấm qua đập và nền

2 Mục tiêu nghiên cứu

Đánh giá tình hình thấm qua đập vật liệu địa phương theo mô hình không gian

Xây dựng các quan hệ về ảnh hưởng của địa hình tới dòng thấm trong thân đập

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu: Ảnh hưởng của độ dốc ngang lòng dẫn (độ dốc dọc tim tuyến đập) đến dòng thấm qua đập và nền

Phạm vi nghiên cứu: đập đất ở miền Trung

4 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

− Cách tiếp cận

o Thông qua các tài liệu: Giáo trình, tiêu chuẩn, quy chuẩn tính thấm

o Thông qua các công trình thực tế

− Phương pháp nghiên cứu

o Lý thuyết

o Úng dụng mô hình toán, sử dụng phần mềm

5 Kết quả đạt được

Tổng quan về các phương pháp tính thấm thường hay dung hiện nay;

Đánh giá thấm theo mô hình bài toán không gian;

Đánh giá được mức độ ảnh hưởng của điều kiện địa hình tới thấm đập vật liệu địa phương;

CHƯƠNG 1 T ỔNG QUAN VỀ ĐẬP VẬT LIỆU ĐỊA PHƯƠNG

1.1 Tình hình xây dựng đập vật liệu địa phương ở Việt Nam

Việt Nam là một nước có 14 lưu vực sông lớn với nguồn tài nguyên nước phong phú, hằng năm có khoảng 845 tỷ m3 nước chuyển tải trên 2360 trên con sông lớn nhỏ Tuy

nhiên do lượng mưa phân bố không đều trong năm nên dòng chảy cũng thay đổi theo mùa Mùa khô kéo dài khoảng 6÷7 tháng, lượng mưa chỉ chiếm 15÷20% lượng mưa cả năm, còn lại 80÷85% lượng mưa trong 5÷6 tháng mùa mưa Về địa hình nước ta có nhiều đồi núi thuận lợi cho việc xây dựng các hồ chứa phục vụ phát triển các ngành kinh tế và nhu cầu về nước cho dân sinh

Theo thống kê của Tổng cục Thủy lợi đến tháng 12/2013 [1], cả nước có khoảng 6.648

hồ chứa thủy lợi và 150 hồ chứa thủy điện, với tổng dung tích chứa trên 50 tỷ m3nước Trong đó hồ thủy lợi có dung tích lớn hơn 10 triệu m3 có 103 hồ, dung tích từ 3,0 đến

10 triệu m3 có 255 hồ, từ 1,0 đến 3,0 triệu m3 có 459 hồ, từ 0,2 đến 1,0 triệu m3 có 1.752 hồ, và hồ có dung tích nhỏ hơn 0,2 triệu m3 có 4.079,0 hồ Theo chiều cao đập

có chiều cao không vượt quá 25m chiếm tới 87,18% Việc xây dựng những đập cao hơn 25m đang bắt đầu được quan tâm đầu tư Hình thức kết cấu và kỹ thuật xây dựng từng loại công trình ở hồ chứa nước còn đơn điệu, ít có đổi mới, đa dạng hóa Việc áp dụng vật liệu mới, công nghệ mới hiện đang được quan tâm Tỷ lệ các loại hồ chứa thủy lợi ở Việt Nam thể hiện như biểu đồ hình 1.1

Hình 1-1 Tỷ lệ các loại hồ chứa thủy lợi ở Việt Nam thể hiện theo biểu đồ

Trong số 63 tỉnh thành nước ta có 43 tỉnh và thành phố có hồ chứa nước Các tỉnh có

số lượng các hồ chứa nhiều là Nghệ An (249 hồ); Hà Tĩnh (166 hồ); Thanh Hóa (123 hồ); Phú Thọ (118 hồ); Đăk Lăk (116 hồ); Bình Định (108 hồ); Vĩnh Phúc (96 hồ) … Hầu hết các đập dâng của các hồ chứa là đập đất

Hình 1-2 Đập hồ chứa nước Sông Quao – Bình Thuận

Hình 1-3 Đập hồ chứa nước Sông Sắt – NinhThuận

Do những tính năng ưu việt như: có cấu tạo đơn giản, có thể phù hợp với các điều kiện địa chất nền mà các loại đập khác không thể xây dựng được; đập được xây dựng chủ yếu từ vật liệu địa phương, khả năng cơ giới hoá cao trong thi công dẫn đến đa số trường hợp có giá thành hạ, mang lại hiệu quả kinh tế cao, nên đập đất là loại đập được ứng dụng rộng rãi nhất trong hầu hết các nước Ngày nay, nhờ sự phát triển của nhiều ngành khoa học như cơ học đất, địa chất công trình, địa chất thuỷ văn, thủy văn, lý thuyết thấm, ứng suất biến dạng, vật liệu cũng như việc ứng dụng các biện pháp thi công tiên tiến sử dụng các thiết bị hiện đại, ứng dụng rộng rãi cơ giới hoá trong thi công cho nên đập đất càng có xu hướng phát triển mạnh mẽ, có thể xây dựng được cả

trong những điều kiện địa chất phức tạp Kết cấu đập đất có thể gồm nhiều khối có các chỉ tiêu cơ lý khác nhau, để tận dụng được các bãi vật liệu có sẵn tại địa phương

Bảng 1.1 Một số hồ đập lớn ở Việt Nam (Theo thứ tự chiều cao đập)

TT Tên hồ Tỉnh Dung tích (10 6 m 3 )

H max (m)

Năm xây dựng

Năm hoàn thành

26 Phú Xuân Phú Yên 12,10 23,70 1994 1996

1.2 Tình hình xây dựng đập vật liệu địa phương ở miền Trung

Miền Trung hiện gồm 13 tỉnh thành có diện tích tự nhiên trên 10 vạn km2 chiếm 30,47% diện tích cả nước, với dân số chiếm khoảng 15% cả nước, có tiềm năng kinh tế xã hội

to lớn 40 năm qua kể từ ngày đất nước thống nhất, nhất là trên 20 năm đổi mới, hàng loạt công trình Thuỷ lợi ra đời, góp phần giảm nhẹ thiên tai, cải tạo môi tường sinh thái, xoá đói giảm nghèo, tạo cơ sở hạ tầng kỹ thuật cho các ngành kinh tế phát triển Tiêu biểu như các công trình thủy lợi: Phú Ninh (Quảng Nam), Thạch Nham, Nước Trong, Núi Ngang (Quảng Ngãi), Vạn Hội, Núi Một, Định Bình, Hóc Xeo, Chánh Hùng (Bình Định); Phú Xuân, Đồng Tròn (Phú Yên); Suối Hành, Đá Bàn, Suối Dầu (Khánh Hòa), Sông Trâu, Sông Sắt (Ninh Thuận), Sông Quao, Cà Giây, Cà Tót (Bình Thuận)…Theo thống kê của ngành thủy lợi, số hồ chứa xây dựng ở vùng miền Trung chiếm khoảng 80% là đập vật liệu địa phương theo bảng thống kê một số đập đất ở khu vực miền Trung [1]

Bảng 1.2 Thống kê một số đập đất ở khu vực miền Trung

TT Tên hồ Tỉnh Loại đập H max (m) Năm hoàn

thành

Theo thống kê bảng trên thì hơn một nửa trong tổng số hồ ở khu vực đã được xây dựng

và sử dụng từ 20 đến 30 năm, các hồ chủ yếu là nhỏ và vừa, nhiều hồ đã bị xuống cấp

Hình 1-4 Đập hồ chứa Cửa Đạt- Thanh Hóa

1.3 Các vấn đề kỹ thuật đối với đập vật liệu địa phương ở Miền Trung

Hầu hết các đập đã được xây dựng ở nước ta là đập đất Đất đắp đập được lấy tại chỗ

gồm các loại đất: đất pha tàn tích sườn đồi, đất Bazan, đất ven biển miền Trung Phần

lớn các đập đất được xây dựng theo hình thức đập đất đồng chất, mái thượng lưu được bảo vệ bằng đá xếp, mái hạ lưu trồng cỏ trong các ô đổ sỏi

Theo chiều cao đập có khoảng 20% số đập là cấp ba, hơn 70% là đập cấp bốn và

cấp năm, còn lại khoảng 10% là đập từ cấp hai trở lên

Các đập được xây dựng thời kỳ trước 1960 khoảng 6%, từ 1960 đến 1975 khoảng 44%, từ 1975 đến nay khoảng 50%

Phân tích 100 hồ đã có dự án sửa chữa cải tạo hoặc nâng cấp thì 71 hồ có hiện tượng

hư hỏng ở đập

Như vậy đập là loại công trình đầu mối có hư hỏng chiếm tỷ lệ cao nhất Các hư hỏng

xảy ra ở đập thường là:

− Do thấm gây ra như thấm mạnh, sủi nước Sông Mây-Đồng Nai… Thấm mạnh ở

nơi tiếp giáp với tràn hoặc cống như đập Vĩnh Trinh- Đà Nẵng, Dầu Tiếng-Tây Ninh… Loại hư hỏng biểu hiện do thấm chiếm khoảng 44,9%

− Hư hỏng thiết bị bảo vệ mái thượng lưu Khoảng 85% các đập đã xây dựng được bảo vệ mái bằng đá lát hoặc đá xây còn lại là tấm bê tông lắp ghép hoặc

bê tông đổ tại chỗ Số đập có hư hỏng kết cấu bảo vệ mái chiếm 35,4%

− Các hư hỏng khác như sạt mái, lún không đều, nứt, tổ mối…chiếm khoảng 19,7% [2]

Có thể nói đập là hạng mục công trình quan trọng nhất ở công trình hồ chứa, những

hư hỏng nặng ở đập dễ dẫn tới nguy cơ sự cố vỡ đập

Cho đến nay nước ta chưa có tài liệu thống kê đầy đủ các sự cố vỡ đập Từ các

nguồn thông tin quản lý, thông tin qua các hội thảo khoa học, cũng như tài liệu trích dẫn khác cho thấy nước ta chưa xảy ra các sự cố vỡ đập lớn nhưng đã xảy ra vỡ

một số đập nhỏ ở miền Trung và Tây Nguyên như:

− Sự cố đập đất hồ chứa Suối Hành - huyện Cam Ranh, tỉnh Khánh Hoà

− Sự cố đập hồ Am Chúa- huyện Diên Khánh, tỉnh Khánh Hoà

− Sự cố đập hồ Suối Trầu- tỉnh Khánh Hoà

− Sự cố đập đất hồ Buôn Bông - thị xã Buôn Ma Thuột, tỉnh Đắk Lắk

Hình 1-5 Sự cố tràn đập Hố Hô (4/10/2010)

Sạt lở mái TL hồ Cầu Câu (Nghệ An) Sạt lở mái TL hồ Giang Gié ( DakLak)

Hình 1-6 Sự cố sạt lở mái sau lũ

Hình 1-7 Vỡ đập Tây Nguyên (Đồng Tâm), Nghệ An vào ngày 11/9/2012 [3]

Hình 1-8 Vỡ đập Khe Mơ – Hà Tĩnh vào ngày 16/10/2010 [4]

Hình 1-9 Vỡ đập Thủy điện Ia krel 2, Gia Lai vào ngày 12/6/2013 [5]

1.3.2 Nguyên nhân sự cố mất an toàn đập

1.3.2.1 Nguyên nhân do yếu tố tự nhiên

Do điều kiện tự nhiên, vị trí công trình chọn để xây dựng có địa chất phức tạp, vật liệu đắp đập không đảm bảo yêu cầu hoặc lựa chọn bãi vật liệu thiên về kinh tế cũng là một trong các nguyên nhân Địa hình dạng chuyển tiếp từ núi cao xuống đồng bằng với độ dốc sông suối tương đối lớn, bên cạnh đó thảm thực vật hiện đã thay đổi rất nhiều, rừng tự nhiên bị tàn phá thay vào đó là các vườn cây, hình thái thực vật thay đổi nên thời gian tập trung dòng chảy mưa lũ về hồ khác với thời điểm tính toán thiết kế Mặt khác, do biến đổi khí hậu toàn cầu nên mưa nắng có nhiều bất thường, nó không tuân theo các quy luật thường xuyên Nhiều năm lượng mưa tăng so với trung bình năm hay

số thời gian nắng quá nhiều đều có thể ảnh hưởng tới công trình

1.3.2.2 Nguyên nhân do yếu tố khảo sát, thiết kế

− Nguyên nhân do yếu tố khảo sát

Do địa chất công trình có vị trí đặc biệt quan trọng đối với sự an toàn của đập, vì vậy việc khảo sát, nghiên cứu cẩn thận để đánh giá đúng tình hình địa chất nền đập và chất lượng đất đắp Việc không nghiên cứu kỹ tài liệu bản đồ địa chất, không khảo sát nền

đá dẫn đến đánh giá sai chất lượng nền, từ nền xấu cần phải xử lý trở thành nền tốt không phải xử lý Khảo sát quá sơ sài và thí nghiệm không đầy đủ các chỉ tiêu cơ lý lực học của đất dùng để đắp đập, dẫn đến việc cung cấp sai và không đầy đủ các chỉ tiêu, không nhận diện được các tính chất nguy hiểm của các loại đất đắp đập, dẫn đến việc đánh giá sai lầm nghiêm trọng chất lượng đắp đập, từ chỗ đất rất xấu và nguy hiểm khi dùng để đắp đập trở thành đất rất tốt, lưới khảo sát quá thưa, mẫu thí nghiệm quá ít dẫn đến việc đánh giá sai các dữ liệu chung cho toàn tuyến công trình hoặc bãi vật liệu, việc khảo sát chưa đảm bảo đúng trình tự, quy trình, khối lượng khảo sát ít không đảm bảo số lượng và chất lượng Một trong những nguyên nhân nữa đó là cho

dù khảo sát kỹ lưỡng đến đâu vẫn không thể phản ánh hoàn toàn chính xác tình hình thực tế ngoài hiện trường đó là sự chủ quan không theo dõi địa chất và đánh giá lại hiện trường trong quá trình thi công

− Nguyên nhân do yếu tố thiết kế

Nguyên tắc chung thì các loại đất đều có thể đắp đập được và quan trọng là người thiết kế phải hiểu rõ tính chất và đặc điểm của chúng mới có thể thiết kế đập đảm bảo

an toàn được do đó người thiết kế phải nghiên cứu kỹ kết quả khảo sát và các kết quả thí nghiệm đất đắp đập từ đó đề ra các biện pháp xử lý đúng Tuy nhiên, một số đập đất có chiều cao thấp, dung tích hồ chứa nhỏ nên người thiết kế thường chủ quan hoặc người thiết kế chưa nhiều kinh nghiệm dẫn đến lựa chọn các thông số hay xử lý các số liệu từ khảo sát chưa tốt dẫn đến lựa chọn loại vật liệu đắp không đảm bảo hoặc tính toán sai về hình thức chống thấm, gia cố mái thượng nên không đủ sức chịu đựng sóng gây ra, tính toán sai sơ đồ tính ổn định, chọn tổ hợp tải trọng không phù hợp với thực

tế kết hợp với trường hợp nền đập xấu và không xử lý triệt để, nước hồ rút đột ngột ngoài dự kiến thiết kế đều có thể gây ra trượt mái thượng lưu đập Đánh giá sai tình hình địa chất nền, để sót các lớp thấm mạnh hoặc không xử lý triệt để các tầng thấm Biện pháp thiết kế xử lý nền không đảm bảo chất lượng có thể dẫn đến thấm mạnh hoặc sủi nước ở nền phía hạ lưu

Thiết kế không đề ra biện pháp xử lý hoặc đề ra biện pháp xử lý không triệt để, không thiết kế bóc hết tầng đất phủ thảm thực vật ở 2 vai đập có thể dẫn đến thấm 2 bên vai đập

Bản thân vật liệu đắp có chất lượng không tốt, hàm lượng dăm sạn sỏi nhiều, hàm lượng bụi sét ít, đất tan rã, bên cạnh đó khảo sát sai thực tế hay khối lượng khảo sát, phân tích thành phần các chỉ tiêu cơ lý không đủ từ đó đánh giá sai hoặc thiết kế sai dung trọng, biện pháp chống thấm thân và nền đập chưa đảm bảo đây là các nguyên nhân thiết kế dẫn đến thấm mất nước qua đập hay mất ổn định do trượt… Đất đắp đập

có tính lún ướt lớn hoặc tính tan rã mạnh nhưng trong quá trình khảo sát không phát hiện ra hoặc có phát hiện nhưng thiết kế kết cấu đập không hợp lý Tính toán sai tải trọng trong các trường hợp nước hồ tăng cao hay rút nhanh đột ngột có thể dẫn đến nứt dọc đập sau này

1.3.2.3 Nguyên nhân do yếu tố thi công

Thi công đắp đập không đạt độ chặt yêu cầu do lớp rải quá dày, dày hơn thiết kế quy định và đầm thử tại hiện trường, số lần đầm ít thiết bị đầm không phù hợp nên đất sau khi đầm có độ chặt không đều, không đạt dung trọng khô tối thiểu và bị phân lớp, hình

thành lớp đất yếu dọc, ngang thân đập Độ ẩm đất đắp không đảm bảo độ ẩm tối ưu, việc khống chế, xử lý độ ẩm không tốt dẫn đến đất có thể quá ướt hay quá khô nên trong quá trình thi công đất đắp không chặt, không đồng đều…dẫn đến thấm qua thân đập

Thi công các mối nối tiếp giáp không tốt do phân đoạn trong thi công hoặc không đảm bảo độ xoải mái tiếp giáp dẫn đến thấm qua thân đập tại vị trí này, hay việc xử lý không tốt các lớp tiếp giáp do vết xe chở vật liệu tạo thành bề mặt nhẵn hoặc tạo thành các lớp bụi trong thi công đều có thể dẫn đến thấm qua các lớp tiếp giáp này

Thi công lớp gia cố mái kém chất lượng, kích thước viên đá hoặc tấm lát nhỏ hơn thiết kế; Chất lượng đá lát hoặc tấm lát kém, viên đá đặt nằm và không chèn chặt…có thể dẫn đến trượt, sạt mái

Thi công xử lý nối tiếp bờ và nền kém: Không thi công xử lý tạo mái dốc các vị trí nền hay vai đập, không dọn sạch lớp thảm thực vật đất hữu cơ, việc xử lý nền như: Khoan phụt không đạt yêu cầu, không xử lý hết các lớp bồi tích, thi công chân khay, sân phủ kém dẫn đến thủng lớp chống thấm gây ra thấm Không bóc hết tầng phủ ở vai, thi

công xử lý tiếp giáp, đầm đất đoạn tiếp giáp với vai không tốt dẫn đến thấm qua vai

Xử lý chống thấm qua mang các công trình xây đúc như mang cống hoặc tràn không đảm bảo chất lượng, đất đắp không được lựa chọn loại có hệ số thấm nhỏ, không dọn

vệ sinh sạch sẽ trước khi đắp và đắp không đảm bảo dung trọng thiết kế…có thể gây ra thấm qua mang công trình

1.3.2.4 Nguyên nhân do yếu tố quản lý, vận hành

Công tác duy tu bảo dưỡng không thường xuyên như không nạo vét kênh dẫn sau đống

đá tiêu nước ( nếu có) dẫn đến tắc bộ phận này và đường bão hòa dâng cao có thể thoát nước ra mái hạ lưu dẫn đến trượt hay sạt mái Không thường xuyên trồng dặm cỏ mái đập nên nước mưa tập trung, kết hợp với dòng thấm trong đập gây xói lở, trượt sạt mái đập, không phát dọn thường xuyên dẫn đến cây cối phát triển lớn trên mái sau khi chặt

hạ thân và rễ cây bị mục hoặc bị mối xâm hại dẫn đến sạt lở hoặc phát sinh dòng thấm…

Nói chung các hư hỏng do thiết kế hoặc thi công…thì các hư hỏng phía bề mặt công trình có thể sửa chữa dễ dàng và thường không gây ra hậu quả nghiêm trọng Các hư hỏng do thấm qua nền hay mái gây mất ổn định công trình và gây mất nước của hồ chứa là một trong những nguyên do có thể hội tụ một vài hay tất cả nguyên nhân nói trên, khiến nhiều công trình phát huy hiệu quả rất kém thậm chí hư hỏng không thể sử dụng Qua phân tích kỹ về điều kiện tự nhiên của tỉnh Bình Phước, thấy rằng hiện tượng thấm mất nước của đập đất là điều khó tránh khỏi nếu các nhà xây dựng không quan tâm đúng mức từ khâu đầu tiên là khảo sát đến khâu thiết kế cũng như thi công

và vận hành, duy tu bảo dưỡng công trình sau khi hoàn thành

Qua những vấn đề đã được trình bày ở trên cho thấy rằng sự hư hỏng của đập không chỉ do yếu tố tự nhiên như điều kiện thời tiết, thủy văn, thủy lực, địa chất mà còn có

những yếu tố do con người gây ra như công tác khảo sát, thiết kế, thi công, quản lý vận hành công trình và thực tế cũng cho thấy rằng, nhiều khi nguyên nhân gây ra sự cố công trình là tổng hợp của tất cả các yếu tố nói trên

Khi công trình bị sự cố, tổn thất về mặt vật chất là đương nhiên và đôi khi là rất nghiêm trọng nếu xảy ra tổn thất về người Đồng thời việc tu sửa, gia cố hoặc phục hồi các công trình thủy lợi đã bị sự cố nhiều khi rất phực tạp, tốn kém

Do đặc thù của đập đất là có thể xây dựng trên nhiều loại nền, dễ thích ứng với độ lún của nền, tận dụng được vật liệu địa phương, giảm giá thành, thi công đơn giản… nên ngày càng được phổ biến rộng rãi ở nước ta cũng như trên thế giới Tuy nhiên cũng có không ít số lượng đập đất được xây dựng trên nền đất yếu, nền đất có tầng thấm nước dày (yếu về cường độ hoặc khả năng chống thấm hoặc cả hai) và trong quá trình triển khai xây dựng một số công trình đập đất từ khâu khảo sát đến thiết kế, thi công và quản

lý vận hành, do nhiều nguyên nhân khác nhau mà không đánh giá đúng thực trạng địa chất của nền để xác định giải pháp kỹ thuật xử lý nền phù hợp dẫn đến các sự số đáng tiếc cho công trình Các biện pháp xử lý được áp dụng hiện nay gồm: Tường nghiêng sân phủ bằng đất sét, Thảm chống thấm mái thượng lưu bằng vải Bentomat GTL, màng chống thấm HDPE, lõi giữa bằng đất sét, hào chống thấm bentonite (xi măng –

bentonite, đất – bentonite, đất- xi măng – bentonite), khoan phụt xi măng hoặc sét [6]

1.3.3.1 Giải pháp chống thấm bằng tường nghiêng sân phủ

Khi nền thấm nước mạnh, chiều dày tầng thấm nuớc khá dày hoặc sâu vơ hạn và vật liệu làm thân đập cĩ hệ số thấm lớn thì hình thức chống thấm hợp lý nhất thường là tường nghiêng nối tiếp với sân phủ

 Chống thấm bằng tường nghiêng sân phủ bằng đất cĩ hệ số thấm nhỏ

TẦ NG XỬ LÝ CHỐ NG THẤ M

TẦ NG KHÔ NG THẤ M

TƯỜ NG NGHIÊ NG + SÂ N PHỦ CHỐ NG THẤ M

BẰ NG ĐẤ T CÓ HỆ SỐ THẤ M NHỎ

,5 MNC

Hình 1-10 Mặt cắt ngang đập cĩ tường nghiêng chống thấm kết hợp sân phủ bằng đất

cĩ hệ số thấm nhỏ Nội dung:

− Tường nghiêng được đắp bằng đất cĩ hệ số thấm nhỏ được đặt ở sát mái thượng lưu đập cĩ tác dụng chống thấm cho thân đập Bề dày tường nghiêng phụ thuộc vào các yêu cầu cấu tạo và gradien thủy lực cho phép của đất đắp tường Bề dày đỉnh tường khơng nên nhỏ hơn 3,0m và tăng dần từ đỉnh xuống chân tường, chân tường khơng nhỏ hơn H/5 (H là cột nước tác dụng) nhưng khơng nhỏ hơn 3,0m Độ vượt cao của đỉnh tường nghiêng trên MNDBT ở thượng lưu tùy theo cấp cơng trình δ= 0,5-0,8m Đỉnh tường khơng được thấp hơn mực tĩnh gia cường Trên mặt tường nghiêng cĩ phủ một lớp bảo vệ đủ dày (khoảng 1m) để tránh mưa nắng, giữa tường nghiêng và lớp bảo vệ cĩ bố trí tầng lọc ngược Khi xác định độ dốc mái tường nghiêng phải bảo đảm lớp bảo vệ khơng bị trượt trên mặt tường, đồng thời lớp bảo vệ tường nghiêng phải ổn định (khơng trượt)

− Bề dày sân phủ tùy theo yêu cầu kỹ thuật và điều kiện thi cơng nhưng khơng nhỏ hơn 50cm đối với đập thấp và 1,0m đối với đập cao

Ưu điểm:

− Dễ thi công, sử dụng được các loại máy thi công thông thường như máy đào,

máy xúc, máy ũi, máy đầm , sửa chữa giá thành rẻ

− Hạ thấp đường bão hòa nhanh làm cho đất đắp thân đập khô ráo làm tăng tính

ổn định cho mái hạ lưu

Nhược điểm:

− Với các công trình nền thấm nước có chiều dày lớn vật liệu đắp đập không có sẵn đất sét ở khu vực duyên hải Miền Trung, Tây Nguyên, thì giải pháp này không kinh tế

− Với các hồ đập đang tích nước thì giải pháp này thường không được chọn vì phải tháo cạn hồ để thi công

Phạm vi ứng dụng

− Phù hợp cho các đập đất cần sửa chữa nâng cấp vì không phải đào phá đập cũ, đồng thời khả năng chống thấm tốt kể cả khi tầng thấm dày hoặc địa chất nền không cho phép đóng cừ;

− Những nơi có sẵn mỏ vật liệu chống thấm;

− Kỹ thuật thi công đơn giản, phù hợp với trình độ và công nghệ thi công của các đơn vị thi công tại địa phương

 Tường nghiêng bằng màng địa kỹ thuật (Vải Bentomat, HDPE )

Vải chống thấm (màng địa kỹ thuật) là những tấm vật liệu mỏng, rất dễ uốn, có hệ số thấm rất nhỏ có thể đạt tới k=(10-12÷10-16)cm/s Hiện nay nền công nghiệp hóa chất đã phát triển, có thể chế tạo được nhiều loại polyme tổng hợp có độ bền cơ học cao, có khả năng chống chọi với các điều kiện bất lợi của môi trường

Phương pháp sử dụng hình thức chống thấm kiểu tường nghiêng cho mái thượng lưu bằng một lớp vải địa kỹ thuật, lớp vải có khả năng chống thấm tốt (hệ số thấm rất nhỏ

10-9cm/s) hạn chế rất lớn lưu lượng thấm qua công trình Phương pháp này đã được áp dụng ở một số công trình cỡ vừa và nhỏ (H<20m), tuy nhiên số lượng cũng chưa nhiều

Hình 1-11 Mặt cắt ngang đập có tường nghiêng chống thấm bằng vải địa kỹ thuật

(Bentomat) – Công trình Hồ chứa nước Sông Biêu, Ninh Thuận

 Tường nghiêng bằng bê tông cốt thép

Phương pháp sử dụng hình thức chống thấm kiểu tường nghiêng cho mái thượng lưu bằng một lớp bê tông cốt thép, hạn chế rất lớn lưu lượng thấm qua công trình Phương pháp này đã được áp dụng cho các đập đá đổ Tuy nhiên với đập đất chỉ mới áp dụng một số công trình cỡ vừa và nhỏ (H<20m) như hồ chứa suối nước ngọt ở Ninh Thuận, sửa chữa đập Am Chúa…

K = 5*10 cm/s PHÇN §ËP §¾P MíI

Hình 1-12 Mặt cắt ngang đập có tường nghiêng chống thấm bằng tấm bê tông – Công

trình Hồ chứa suối nước ngọt, Ninh Thuận

1.3.3.2 Giải pháp chống thấm bằng tường nghiêng chân răng

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

Độ cắm sâu của chân răng vào tầng không thấm δ > 0,5÷1,25m

Hình 1-13 Giải pháp chống thấm bằng tường nghiêng, chân răng thượng lưu

1.3.3.3 Giải pháp chống thấm bằng tường lõi mềm kết hợp với chân răng

Vật liệu làm tường lõi cũng tương tự như làm tường nghiêng, tường lõi có dạng thẳng đứng nằm chính giữa hoặc gần giữa đập Theo cấu tạo bề dày đỉnh tường không nhỏ hơn 0,8m và chân tường không nhỏ hơn 1/10 cột nước nhưng phải đảm bảo >=2m Khi đập đất có lõi giữa xây dựng trên nền thấm nước và chiều dày tầng thấm nước không lớn lắm thì biện pháp chống thấm cho nền thông thường là kéo dài lõi giữa xuống tận tầng không thấm

Ưu điểm:

− Khả năng chống thấm tốt;

− Ổn định trong trường hợp nền bị biến dạng nhiều;

− Có khối lượng nhỏ hơn và dễ thi công hơn so với tường nghiêng

− Có thể áp dụng cho những đập tương đối cao

Nhược điểm:

− Với các công trình nền thấm nước có chiều dày lớn vật liệu đắp đập không có sẵn đất sét ở khu vực duyên hải Miền Trung, Tây Nguyên, thì giải pháp này không kinh tế;

− Kỹ thuật thi công phức tạp và chậm hơn tường nghiêng;

− Khó sửa chữa khi bị hư hỏng

Phạm vi ứng dụng

− Phù hợp với đập nhiều khối vì được kết hợp với tường lõi chống thấm giữa đập

− Phù hợp với loại nền có chiều sâu tầng thấm hữu hạn T<= 5m, đối với tầng thấm nước dày hơn sẽ không phù hợp và kinh tế

1.3.3.4 Gi ải pháp chống thấm bằng tường cừ chống thấm

Ở những vị trí đắp đập không có vật liệu chống thấm bằng đất sét, phải chuyên chở xa quá đắt, cần thiết phải xem xét tường chống thấm cứng như: cừ gỗ, cừ nhựa, cừ bê tông cốt thép, cừ thép

Cừ được chế tạo sẵn và được đóng bằng búa đóng cọc, máy rung hoặc máy ép, nếu cần thiết thì có sự hỗ trợ của hệ thống bơm thủy lực áp lực cao để làm rời đất khi hạ cừ

Các cừ được liên kết với nhau bằng khớp nối âm dương tạo thành một liên kết vững chắc Để đảm bảo kín nước, giữa khớp nối cĩ cấu tạo vật liệu kín nước bằng nhựa tổng hợp cĩ độ bền cao

Ưu điểm:

− Khả năng chống thấm tốt

− Ổn định trong trường hợp nền bị biến dạng nhiều

− Dễ kiểm tra và quản lý chất lượng trong quá trình thi cơng

− Chiều sâu xử lý chống thấm khá sâu (2÷22)m, nếu kết hợp với chân răng thì chiều sâu xử lý chống thấm sâu hơn

TẦ NG XỬ LÝ CHỐ NG THẤ M

TẦ NG KHÔ NG THẤ M

TƯỜ NG NGHIÊ NG CHỐ NG THẤ M

5 CỪ CHỐ NG THẤ M

Hình 1-14 Giải pháp tường cừ kết hợp với tường nghiêng chân răng

Hình 1-15 Giải pháp tường cừ kết hợp với tường lõi + chân răng

Hình 1-16 Thi công cừ BTCT ứng suất trước

1.3.3.5 Giải pháp chống thấm bằng khoan phụt (khoan phụt truyền thống)

Khoan phụt truyền thống còn được gọi là khoan phụt có nút bịt (một nút, 2 nút); nguyên lý của nó là bơm dung dịch chất kết dính (ximăng, đất sét, hoá chất, ) vào trong đất dưới một áp lực phù hợp (thường từ vài at đến vài chục at tùy thuộc đối tượng xử lý, loại đất và thiết bị công nghệ) Nút bịt có tác dụng bịt không cho dung dịch trào lên miệng hố khoan

Đầu tiên, khoan phụt truyền thống là để lấp bịt các kẽ nứt trong nền đá, sau đó đã có những cải tiến để khoan phụt cho đập đất Để khoan phụt được trong nền đất, người ta

đã có những cải tiến về nút bịt và điều chỉnh tăng áp suất: sử dụng nút bịt kép (ống măng-sét, công nghệ tuần hoàn ngược) Với các tầng cuội sỏi cũng đã dùng bằng cách

bổ sung thêm công đoạn bồi tường

Căn cứ vào mức độ nứt nẻ của nền đập, yêu cầu về chất lượng của màng chống thấm

và áp lực thấm dự kiến tác động để có thể thiết kế số lượng các hố khoan phụt, cũng như chiều sâu của chúng và cách thức bố trí các hố khoan trên phạm vi cần xử lý

* Ưu điểm: Thích hợp với chống thấm nền đá nứt nẻ; thiết bị thi công đơn giản, yêu cầu kỹ thuật đơn giản, máy móc phổ biến, gọn nhẹ, tính cơ động cao; vật liệu đem xử

lý dễ mua, dễ kiếm trên thị trường

Hình 1-17 Khoan phụt xử lý nền Nhược điểm:

− Khó kiểm soát mức độ lấp đầy của vữa trong lỗ rỗng; không áp dụng tốt đối với nền cuội sỏi, nền cát và nền đất có mực nước ngầm; hiệu quả thi công không cao trong điều kiện ngập nước; dễ bị xô, dồn ép cốt liệu khi nền rời và có kết cấu mềm yếu; chỉ ứng dụng được cho chiều sâu xử lý dưới 20m, môi trường xử lý không bị bão hòa nước và có dòng thấm đi qua; bán kính ảnh hưởng nhỏ do áp lực phụt bị hạn chế

− Qua thực tế cho thấy, nhiều đập đất cũ bị thấm đã tiến hành khoan phụt xi măng- sét, nhưng kết quả không đồng đều nhau Một số đập cho kết quả lâu dài, nhưng cũng có đập bị thấm trở lại Nguyên nhân cần phải tiếp tục nghiên cứu

1.3.3.6 Giải pháp chống thấm bằng công nghệ khoan phụt cao áp

Khoan phụt cao áp (Jet-grouting) còn gọi là công nghệ khoan phụt kiểu tia, phương pháp này dựa vào nguyên lý cắt nham thạch bằng dòng nước áp lực

Công nghệ khoan phụt áp lực cao tạo ra cột đất gia cố từ vữa phụt và đất nền Nhờ tia nước và vữa phun ra với áp suất cao (từ 200 ÷ 400 atm), vận tốc lớn (≥100m/s), các

phần tử đất xung quanh lỗ khoan bị xói tơi ra và hoà trộn với vữa phụt, sau khi đông cứng tạo thành một khối đồng nhất gọi là cọc xi măng đất Cọc bê tông đất vừa có tác dụng chịu lực vừa có tác dụng chống thấm

- Vật liệu sử dụng tạo cọc XMĐ bao gồm: Chất kết dính, nước và phụ gia để ngăn ngừa khỏi bị quá chảy hoặc làm chậm ninh kết

Hình 1-18 Sơ đồ nguyên lý Công nghệ Jet-grouting

Để chống thấm cho các công trình đê, đập, làm các cọc XMĐ liên tiếp thành dạng tường Cường độ chịu nén của cọc XMĐ 50÷100 Kg/cm2 Hệ số thấm của tường cọc

xi măng đất đạt được từ 10-5 ÷ 10-6 cm/s tuỳ thuộc vào cấp phối vật liệu làm vữa phụt Thành phần chính của vữa phụt là ximăng, ngoài ra còn có bentonite, tro bay, phụ gia tăng nhanh tốc độ ninh kết

Ưu điểm:

− Có thể chống thấm cho nền là cát sỏi rời đến đất bùn sét; có thể xuyên qua các lớp đất cứng, lớp đá hoặc bê tông

− Khả năng xử lý sâu, thi công được trong điều kiện chật hẹp khó khăn, công trình

bị ngập nước xử lý được phần nền nằm dưới bản đáy

− Phạm vi ứng dụng cho đất nền cát sỏi hạt rời đến đất bùn sét, kích thước hạt từ

10 mm đến 0,002 mm Không áp dụng cho nền đá, đá nứt nẻ có đá lăn, đá tảng Nhược điểm:

− Thiết bị thi công phức tạp đòi hỏi người vận hành phải có nhiều kinh nghiệm, cọc dễ bị nứt gãy;

− Điều kiện pha trộn ảnh hưởng lớn đến tính chất của khối xi măng đất và khả năng chống thấm của tường

− Xi măng bị hạn chế quá trình thủy hóa khi nền đất có tính kiềm (đất phèn)

− Cọc xi măng đất có hệ số thấm lớn (k=10-4÷ 10-5(cm/s)) phụ thuộc vào địa chất công trình cụ thể, đây là nhược điểm lớn của công nghệ này

Phạm vi ứng dụng

− Phù hợp với các loại nền bùn sét, cát, á cát hoặc nền sạn sỏi nhỏ có độ nước thấm lớn

1.3.3.7 Giải pháp chống thấm bằng tường hào Bentonite

Tường hào chống thấm là loại tường chống thấm được thi công bằng biện pháp chung

là đào hào trong dung dịch Betonite trước, sau đó sử dụng hỗn hợp các loại vật liệu: dung dịch ximăng + bentonite hoặc ximăng + bentonite + đất sét tại chỗ nghiền mịn (có thể bổ sung thêm phụ gia hóa học để tăng độ ổn định và chống thấm) có tính chống thấm cao, sau thời gian nhất định đông cứng lại tạo thành tường chống thấm cho thân

và nền đập Hào được thi công trong dung dịch Bentonite - gọi tắt là hào Bentonite là

hố móng có mái dốc đứng, hẹp, sâu được thi công trong điều kiện luôn có dung dịch Bentonite Hào thường có chiều rộng 0,5 ÷ 0,9m, có chiều sâu 5÷ 120m

Để có thể đào hào rất sâu và duy trì mái dốc thẳng đứng, trong quá trình thi công phải duy trì liên tục hỗn hợp nước và sét Bentonite đầy trong hào giữ cho vách hào luôn được ổn định

Hệ số thấm của tường hào có thể đạt từ 10-4 cm/s đến 10-7 cm/s tùy thuộc nhiều vào công nghệ vật liệu cấu thành và trình độ thi công của nhà thầu Là công nghệ mới được áp dụng trong vài năm gần đây, số lượng trên dưới 10 cái; rất thích hợp với các đập có nền thấm nước dày (trên 10m) khi mà xét thấy việc bóc bỏ để làm chân đanh bằng đất tốt là khó khăn và tốn kém

Các hình thức áp dụng đối với tường hào Bentonite:

− Giải pháp tường hào Bentonite kết hợp tường nghiêng chân răng thượng lưu chống thấm: như sơ đồ hình 2-7 thay cừ chống thấm bằng hào bentonite;

− Giải pháp tường hào Bentonite kết hợp tường tâm chống thấm: như sơ đồ hình 2-8 thay cừ chống thấm bằng hào bentonite;

− Giải pháp tường hào Bentonite:

c¾t ngang 8-8

TØ lÖ 1:500

Hình 1-19 Mặt cắt ngang đập nhiều khối, chống thấm bằng hào bentonite (Hồ chứa

nước Ia M’Láh, Gia Lai)

Ưu điểm của công nghệ này là có độ tin cậy cao, chủ động kiểm soát chất lượng; vật liệu chống thấm dễ mua trên thị trường

Nhược điểm là thiết bị thi công cồng kềnh, phải chuyển bằng thiết bị siêu trường- siêu trọng (xe có tải trọng >40T), không thích hợp với các đập vùng sâu vùng xa; mặt bằng thi công yêu cầu tối thiểu rộng 10m; không thi công được trong nước, hoặc nền lẫn đá lăn, đá tảng vì gầu đào hoạt động theo cơ chế tự trọng; thời gian thi công dài; giá thành công trình tương đối cao

Phạm vi ứng dụng

Phù hợp với các loại nền đất cát, sỏi sạn có hệ số thấm nước lớn Áp dụng trong công tác sửa chữa nâng cấp chống thấm đập đất

Hình 1-20 Thi công tường hào bentonite

1.4 Kết luận chương

Với đặc thù của khu vực duyên hải Nam Trung Bộ, là nơi có điều kiện địa chất, điều kiện khí tượng thủy văn phức tạp, thảm thực vật thay đổi, rừng tự nhiên bị tàn phá…làm ảnh hưởng rất lớn đến dòng chảy sông ngòi và ảnh hưởng đến công trình rất nghiêm trọng Qua những sự cố đối với đập trong những năm vừa qua trong khu vực có thể nhận

thấy rằng các nguyên nhân gây hư hỏng đập đất có rất nhiều, trong đó đóng vai trò quan trọng là các nguyên nhân liên quan đến thấm qua đập và nền Sự mất ổn định thấm kéo theo sự mất nước hồ chứa, sự xói ngầm, đùn đất ở hạ lưu và hậu quả là dẫn đến mất ổn định và phá hoại đập Chính vì vậy việc nghiên cứu ảnh hưởng của dòng thấm đối với công trình thủy lợi là vấn đề phải quan tâm hàng đầu

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT NGHIÊN CỨU THẤM

2.1 Cơ sở lí thuyết thấm

Lý thuyết về sự vận động của chất lỏng (nước, dầu mỏ ) trong đất, đá nứt nẻ hoặc môi trường xốp nói chung, gọi là lý thuyết về thấm Việc nghiên cứu vận động của chất lỏng trong môi trường đất, đá có ý nghĩa quan trọng trong thực tế Đặc biệt trong công trình thủy lợi lý thuyết về thấm có vai trò quan trọng như cần xác định các đặc trưng của thấm qua đập đất, qua đê quai thi công hố móng, thấm vào hố móng, thấm dưới đáy công trình bê tông, thấm vòng qua vai đập, thấm vòng quanh bờ Trong thiết kế công trình thủy lợi phải tính toán xác định các đặc trưng của dòng thấm như áp lực thấm, lưu lượng thấm, Gradient cũng có nghĩa là giải quyết bài toán thấm, khi đó mới đủ điều kiện để đánh giá ổn định và độ bền của công trình

Các kết quả của việc giải các bài toán thấm thường là:

− Xác định lưu lượng thấm qua thân đập và qua nền Trên cơ sở đó tìm lượng nước tổn thất của hồ do thấm gây ra và có biện pháp phòng chống thấm thích hợp

− Xác định vị trí đường bão hoà, từ đó sẽ tìm được áp lực thấm dùng trong tính toán ổn định của mái đập

− Xác định građien (thấm hoặc lưu tốc thấm) của dòng chảy trong thân, nền đập,

nhất là ở chỗ dòng thấm thoát ra ở hạ lưu để kiểm tra hiện tượng xói ngầm, chảy đất và xác định kích thước cấu tạo của tầng lọc ngược

Khi công trình làm việc, mực nước thượng lưu được dâng cao hơn mực nước hạ lưu Nước di động qua các kẽ rỗng trong nền đất từ thượng lưu về hạ lưu, gây áp lực lên

các bộ phận công trình nằm trong miền thấm (bản đáy, tường chắn, sân trước, sân sau…)

Mặt khác, các bộ phận công trình này lại có tác dụng giới hạn miền thấm, ảnh hưởng đến trị số lưu lượng thấm, phương chiều, cường độ của lưu tốc thấm tại mỗi điểm trong miền thấm

Đất là đối tượng hỗn hợp nhiều pha

− Pha rắn là các hạt cốt đất

− Pha lỏng là nước

− Pha khí là không khí trong lỗ rỗng giữa các hạt cốt đất

Nước trong đất có thể ở những trạng thái khác nhau: nước ở thể hơi, nước ở thể bám chặt, nước ở thể màng mỏng, nước mao dẫn, nước trọng lực

Không khí trong lỗ rỗng của đất ngoài tương tác với nước ở dạng hơi, không khí còn hòa tan ở trong nước, khoảng 2% thể tích nước

Theo tính chất bão hòa nước, môi trường đất thấm nước chia làm hai loại: đất bão hòa nước và đất không bão hòa nước

Đất bão hòa là môi trường chỉ bao gồm hai pha là cốt đất và nước chứa đầy trong các

lỗ rỗng Đất không bão hòa là hỗn hợp nhiều pha Ngoài ba pha: cốt đất, nước, không khí thì mặt phân cách khí nước nơi diễn ra sức căng mặt ngoài, còn được xem là một pha độc lập thứ tư [7]

Nguyên nhân gây thấm trong đất bão hòa nước là do thế chuyển động của dòng thấm hay chính là gradient cột nước thủy lực

Nguyên nhân gây thấm trong đất không bão hòa ngoài tác nhân chính là gradient cột nước thủy lực (bao gồm gradient áp lực và gradient cao trình) còn do gradient độ ẩm, gradient hút dính độ hút dính là Ua-Uw trong đó Ua chính là áp lực khí lỗ rỗng, Uw là

áp lực nước lỗ rỗng

Thế chuyển động của dòng nước thấm

Tổng năng lượng tại điểm A có thể biểu thị theo năng lượng trên trọng lượng đơn vị được gọi là vị thế hay cột nước thủy lực:

2.1.3.2 Dòng thấm không ổn định

Dòng thấm được coi là không ổn định khi các yếu tố đặc trưng của dòng thấm không những phụ thuộc vào tọa độ không gian mà còn phụ thuộc vào thời gian Khi dòng thấm chuyển động không ổn định, ở mỗi điểm trong dòng thấm véc tơ tốc độ thay đổi theo thời gian, nên các đường dòng cũng thay đổi theo thời gian Các đường dòng này cho biết hướng và trị số của tốc độ ở những điểm khác nhau trên nó tại một thời điểm cho trước (t1) Còn quỹ đạo vận động của chất điểm là đường cong di chuyển của chất