Nghiên cứu đề xuất các giải pháp chống thấm cho đập đất vùng ven biển tỉnh ninh thuận, ứng dụng cho đập đất hồ chứa nước núi một

LỜI CẢM ƠN Luận văn thạc sĩ kỹ thuật chuyên ngành xây dựng công trình thủy với đề tài “Nghiên cứu đề xuất các giải pháp chống thấm cho đập đất vùng ven biển tỉnh Ninh Thuận, ứng dụng cho

Trang 1

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 văn 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

Phan Thanh Việt

Trang 2

LỜI CẢM ƠN

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật chuyên ngành xây dựng công trình thủy với đề tài “Nghiên cứu đề xuất các giải pháp chống thấm cho đập đất vùng ven biển tỉnh Ninh Thuận, ứng dụng cho đập đất hồ chứa nước Núi Một” được hoàn thành ngoài sự cố gắng không ngừng của bản thân, tôi còn được sự giúp đỡ, động viên khích lệ của các thầy, cô, bạn

bè đồng nghiệp và người thân Qua trang viết này tác giả xin gửi lời cảm ơn tới những người đã giúp đỡ tôi trong thời gian học tập - nghiên cứu khoa học vừa qua

Tôi xin tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc đối với thầy giáo TS Nguyễn Công Thắng đã trực tiếp tận tình hướng dẫn cũng như cung cấp tài liệu thông tin khoa học cần thiết cho Luận văn này và các thầy tham gia giảng dạy Cao học trường Đại học Thủy lợi đã truyền đạt cho tôi những tri thức khoa học vô cùng quý giá Xin chân thành cảm ơn Ban Lãnh đạo trường Đại học Thủy lợi, khoa Công trình và Bộ môn Thủy công đã tạo điều kiện cho tôi hoàn thành tốt công việc nghiên cứu khoa học của mình

Tuy đã có những cố gắng nhất định, nhưng do thời gian có hạn và trình độ còn nhiều hạn chế, vì vậy Luận văn này chắc chắn còn nhiều thiếu sót Tác giả kính mong nhận được ý kiến góp ý để Tác giả có thể tiếp tục nghiên cứu để hoàn thiện đề tài Xin chân thành cảm ơn!

Ninh Thuận, ngày 12 tháng 02 năm 2018

Tác giả

Phan Thanh Việt

Trang 3

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN I LỜI CẢM ƠN II DANH MỤC HÌNH VẼ V DANH MỤC BẢNG BIỂU VII DANH MỤC VIẾT TẮT VIII

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐẬP ĐẤT VÀ CÁC GIẢI PHÁP CHỐNG THẤM ĐẬP ĐẤT 3

1.1 Tổng quan về xây dựng đập đất ở Việt Nam 3

1.2 Tình hình xây dựng đập đất vùng ven biển tỉnh Ninh Thuận[1] 4

1.2.1 Đặc điểm địa lí và điều kiện tự nhiên tỉnh Ninh Thuận 4

1.2.2 Tình hình xây dựng đập đất ở Ninh Thuận 5

1.3 Các điều kiện tự nhiên cho xây dựng đập đất vùng ven biển tỉnh Ninh Thuận[1] 9

1.3.1 Điều kiện khí hậu 9

1.3.2 Điều kiện địa hình 10

1.3.3 Điều kiện địa chất 10

1.4 Các giải pháp chống thấm phù hợp cho đập đất vùng ven biển tỉnh Ninh Thuận 12 1.4.1 Tường nghiêng, sân phủ 12

1.4.2 Tường nghiêng bằng màng HDPE, thảm sét địa kỹ thuật, 13

1.4.3 Lõi giữa (bằng đất sét, pha sét hoặc vật liệu khác) 14

1.4.4 Tường hào Bentonite (hoặc ximăng-sét) 15

1.4.5 Chống thấm bằng khoan phụt (khoan phụt truyền thống) 16

1.4.6 Tường bằng cọc xi măng-đất 17

1.5 Các giải pháp chống thấm cho đập đã áp dụng cho đập đất vùng ven biển tỉnh Ninh Thuận – hiện trạng, đánh giá và nhận xét 18

1.5.1 Giới thiệu về công trình hồ chứa nước Nước Ngọt[3] 18

1.5.2 Giới thiệu về công trình hồ chứa nước Bầu Ngứ[4] 21

1.6 Giới hạn phạm vi nghiên cứu 23

1.7 Kết luận chương 1 24

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ LUẬN TÍNH THẤM VÀ ỔN ĐỊNH CHO ĐẬP ĐẤT 25

2.1 Đặt vấn đề 25

2.2 Bài toán thấm và ổn định 25

Trang 4

2.2.1 Bài toán thấm 25

2.2.2 Bài toán ổn định 26

2.3 Cơ sở lý thuyết tính toán thấm[5] 27

2.3.1 Định luật Darcy cho đất không bão hòa 27

2.3.2 Hàm thấm 28

2.3.3 Phương trình vi phân cơ bản 29

2.4 Cơ sở lý thuyết tính toán ổn định[5] 31

2.5 Giải bài toán thấm và ổn định 32

2.5.1 Các phương pháp giải bài toán thấm 32

2.5.2 Lựa chọn phương pháp giải bài toán thấm 34

2.5.3 Các phương pháp giải bài toán ổn định[7] 37

2.5.4 Lựa chọn phương pháp giải và phần mềm tính toán 44

CHƯƠNG 3 ỨNG DỤNG LỰA CHỌN GIẢI PHÁP CHỐNG THẤM PHÙ HỢP CHO ĐẬP ĐẤT HỒ CHỨA NƯỚC NÚI MỘT 46

3.1 Giới thiệu chung về hồ chứa nước Núi Một[2] 46

3.2 Các điều kiện tự nhiên cho xây dựng hồ chứa nước Núi Một[2] 46

3.2.1 Điều kiện địa hình 46

3.2.2 Điều kiện địa chất 47

3.2.3 Điều kiện vật liệu đất đắp 48

3.3 Lựa chọn các giải pháp chống thấm cho đập đất hồ chứa nước Núi Một 50

3.3.1 Các thông số kỹ thuật của công trình 50

3.3.2 Đề xuất giải pháp chống thấm hợp lý cho thân đập và nền đập 51

3.4 Tính toán cho các giải pháp chống thấm lựa chọn 53

3.4.1 Điều kiện biên tính toán 53

3.4.2 Các phương án kết cấu mặt cắt ngang đập: 54

3.4.3 Nội dung tính toán 55

3.4.4 Kết quả tính toán 55

3.4.5 Tổng hợp kết quả tính toán 67

3.5 Phân tích, lựa chọn giải pháp phù hợp 68

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 70

TÀI LIỆU THAM KHẢO 72

Trang 5

DANH M ỤC HÌNH VẼ

Hình 1-1: Đập đất Hàm Thuận 3

Hình 1-2: Đập Sông sắt Ninh Thuận 3

Hình 1-3: Hệ thống thủy lợi hồ Sông Trâu, dung tích chứa 31,50 triệu m 3 nước, cung cấp cho 3.000 ha đất nông nghiệp và nước phục vụ sinh hoạt, công nghiệp 8

Hình 1-4: Hệ thống thủy lợi hồ Trà Co, có dung tích chứa 10 triệu m 3 nước cung cấp cho 1.050 ha đất nông nghiệp và phục vụ sinh hoạt 8

Hình 1-5: Bản đồ phân bố đất á cát tỉnh Ninh Thuận, Bình Thuận 12

Hình 1-6: Kết cấu đập đất có tường nghiêng sân phủ 13

Hình 1-7: Màng địa kỹ thuật chống thấm bằng GLC và HDPE 14

Hình 1-8: Kết cấu đập đất có tường lõi giữa 14

Hình 1-9: Tường hào chống thấm bằng Bentonite 15

Hình 1-10: Kết cấu đập đất chống thấm qua nền bằng khoan phụt vữa xi măng 16

Hình 1-11: Sơ đồ tường cọc xi măng đất 17

Hình 1-12: Sơ đồ công nghệ Jet-grouting làm tường chống thấm 17

Hình 1-13: Chân khay kết hợp với tường nghiêng thượng lưu chống thấm 21

Hình 2-1: Các đạng di chuyển của khối đất đá 26

Hình 2-2: Quan hệ giữa hệ số thấm và độ hút dính 29

Hình 2-3: Các loại phần tử 35

Hình 2-4: Mặt trượt trụ tròn 37

Hình 2-5: Các lực tác dụng trong phương pháp thông dụng 38

Hình 2-6: Dạng mặt trượt trụ tròn 39

Hình 2-7: Đa giác lực – Phương pháp Bishop đơn giản 39

Hình 2-8: Lực tác dụng lên mặt trượt thông qua khối trượt mặt trượt trụ tròn 41

Hình 2-9: Lực tác dụng lên mặt trượt thông qua khối trượt mặt trượt tổ hợp 42

Hình 2-10: Lực tác dụng lên mặt trượt thông qua khối trượt với đường trượt đặc biệt 42

Hình 3-1: Vị trí đập xây dựng ở Ninh Thuận 46

Hình 3-2: Cắt dọc địa chất tim đập 48

Hình 3-3: Mặt cắt ngang đập phương án 1 52

Hình 3-6: Biểu đồ đường đẳng cột nước thấm phương án 1 (TH1) 56

Trang 6

Hình 3-7: Biểu đồ Gradient thấm và véc tơ vận tốc thấm phương án 1 (TH1) 56

Hình 3-8: Ổn định mái hạ lưu - Cung trượt nguy hiểm nhất, phương án 1 (TH1) 56

Hình 3-9: Biểu đồ đường đẳng cột nước phương án 1 (TH2) 57

Trang 7

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1-1: Các hồ chứa được xây dựng đến năm 2000 6

Bảng 1-2: Các hồ chứa được xây dựng từ năm 2000-2013 7

Bảng 1-3: Bảng chỉ tiêu có lý nền đập 20

Bảng 1-4: Bảng chỉ tiêu đất bãi vật liệu bổ sung 20

Bảng 1-5: Chỉ tiêu cơ lý đất đắp đập 22

Bảng 1-6: Chỉ tiêu cơ lý đất nền đập 23

Bảng 3-1: Chỉ tiêu của các lớp đất nền đập 47

Bảng 3-2: Kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý đất đắp đập 49

Bảng 3-3: Các thông số của hồ chứa và đập chính 50

Bảng 3-4: Các chỉ tiêu cơ lý của đất đắp đập và nền đập 53

Bảng 3-5: Tổng hợp kết quả tính toán các trường hợp 67

Trang 8

- KPALC: Khoan phụt áp lực cao

- TCXDVN: Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam

Trang 9

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Ninh Thuận là tỉnh thuộc vùng duyên hải Nam Trung Bộ có vị trí địa lý quan trọng nằm trên ngã ba nối liền vùng kinh tế trọng điểm Đông Nam Bộ với Nam Trung Bộ và Tây Nguyên Tuy vậy, đây lại là vùng có khí hậu khắc nghiệt với tổng lượng mưa thấp nhất cả nước, khí hậu nắng nóng, khô hạn quanh năm nên thường xuyên xuất hiện tình trạng thiếu nước Để tạo nguồn nước, giải quyết được vấn đề thiếu nước nhiều công trình hồ, đập đã được xây dựng trên địa bàn tỉnh Ninh Thuận

Vùng ven biển tỉnh Ninh Thuận nói chung và vùng hồ Núi Một nói riêng có cấu tạo địa chất nền đập, đất đắp đập tồn tại một số lớp đất có tính thấm lớn (đất cát và đất á sét có hệ số thấm lớn từ 10-2

cm/s đến 10-3cm/s) nên việc phân tích và lựa chọn giải pháp chống thấm hợp lý cho các công trình ven biển là rất cần thiết để đảm bảo ổn định thấm cho đập

Thực tế thi công hồ chứa nước Núi Một cho thấy, lượng đất đắp đập được vận chuyển

từ hồ Sông Trâu khoảng 50 km dẫn đến có chi phi vận chuyển rất lớn, để giảm chi phí vận chuyển, cần nghiên cứu để đưa ra giải pháp sử dụng vật liệu tại chỗ để xây dựng đập Do phần lớn lượng đất đắp đập vùng ven biển tỉnh Ninh Thuận có hệ số thấm lớn, nên để đảm bảo công trình vận hành an toàn và tránh xảy ra sự cố thấm qua đập cần phải có biện pháp kỹ thuật chống thấm cho đập hợp lý để đảm bảo ổn định thấm cho công trình Vì vậy, tác giả lựa chọn đề tài cho luận văn là: “Nghiên cứu đề xuất các giải pháp chống thấm cho đập đất vùng ven biển tỉnh Ninh Thuận, ứng dụng cho đập đất hồ chứa nước Núi Một”

2 Mục đích của đề tài:

- Nghiên cứu các giải pháp chống thấm cho đập đất vùng ven biển trên địa bàn tỉnh Ninh Thuận

- Đề xuất giải pháp chống thấm cho đập hồ chứa nước Núi Một tỉnh Ninh Thuận

3 Cách tiếp cận và phương pháp thực hiện:

Trang 10

- Thu thập, phân tích các tài liệu, số liệu và khảo sát thực tiễn

- Tổng kết kinh nghiệm và thu thập tài liệu từ các công trình đã được xử lý chống thấm, kết quả đạt được và ý kiến của nhà khoa học

- Giải bài toán thấm bằng phương pháp phần tử hữu hạn (ứng dụng phần mềm của hãng GEO-SLOPE để giải bài toán thấm)

- Nghiên cứu các giải pháp các công trình đã và đang xây dựng ở vùng ven biển tỉnh Ninh Thuận Từ đó phân tích lựa chọn giải pháp phù hợp để thiết kế chống thấm cho đập hồ Núi Một tỉnh Ninh Thuận

4 Kết quả dự kiến đạt được:

- Tìm ra được phương pháp hợp lý để chống thấm cho các công trình vùng ven biển tính Ninh Thuận

- Đề xuất được phương pháp phù hợp chống thấm cho đập công trình hồ Núi Một và đưa ra những kiến nghị về quá trình khảo sát, thiết kế và thi công đảm bảo độ bền thấm cho các đập xây dựng ở vùng có điều kiện tương tự

Trang 11

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐẬP ĐẤT VÀ CÁC GIẢI PHÁP CHỐNG THẤM ĐẬP ĐẤT

1.1 Tổng quan về xây dựng đập đất ở Việt Nam

Hồ chứa ở Việt Nam là biện pháp công trình chủ yếu để chống lũ cho các vùng hạ du; cấp nước tưới ruộng, công nghiệp, sinh hoạt, phát điện, phát triển du lịch, cải tạo môi trường nuôi trồng thủy sản, phát triển giao thông, thể thao, văn hóa

Cùng với lịch sử xây dựng và phát triển các hồ chứa nước trên thế giới, hàng loạt các đập ở nước ta cũng đã và đang được xây dựng Theo cách phân loại của Hội đập lớn thế giới (ICOLD) cho đến nay nước ta có trên 550 đập vừa và lớn (với dung tích 1 triệu m3

nước trở lên và có chiều cao đập trên 10m), trong đó chủ yếu là đập đất

Đập đất được xây dựng ở nước ta tương đối đa dạng Dựa vào phương pháp thi công

để phân loại: đập đầm nén, đập đất bồi, đập nửa bồi, đập đắp đất trong nước… hoặc dựa vào cấu tạo của thân đập để phân loại: đập đồng chất, đập đất không đồng chất, đập có tường nghiêng mềm hoặc cứng, đập có tường lõi mềm hoặc cứng, đập hỗn hợp… Đập đất được đắp bằng các loại đất: Đất pha tàn tích sườn đồi, đất bazan, đất ven biển Miền Trung Phần lớn các đập ở Miền Bắc và Miền Trung được xây dựng theo hình thức đập đất, đồng chất hoặc đập có thiết bị chống thấm tường nghiêng, tường tâm, chân khay,…bằng đất sét Một số năm gần đây sử dụng một số công nghệ mới như tường lõi chống thấm bằng các tấm bê tông cốt thép liên kết khớp ở đập Tràng Vinh, hào Bentonite cho đập Eaksup Đắc Lắc,…

Trang 12

1.2 Tình hình xây dựng đập đất vùng ven biển tỉnh Ninh Thuận[1]

1.2.1 Đặc điểm địa lí và điều kiện tự nhiên tỉnh Ninh Thuận

Ninh Thuận là tỉnh cực Nam Trung Bộ có tổng diện tích tự nhiên 3.363 km2

được bao bọc bởi ba mặt núi và một mặt biển Phía Tây là vùng núi cao giáp Đà Lạt, phía Bắc và phía Nam có hai dãy núi chạy ra biển Giữa tỉnh và ven biển là vùng đồng bằng khô cằn nên được mệnh danh là miền viễn Tây của Việt Nam Vùng núi cao chiếm 63,2%

tổng diện tích tự nhiên toàn tỉnh, vùng gò đồi chiếm 15,4% và đồng bằng là 22,4%

Ninh Thuận nằm trong khu vực khô hạn nhất nước, mang đặc điểm của khí hậu nhiệt đới gió mùa với các đặt trưng là: Khô nóng, gió nhiều, bốc hơi nhanh Tuy nhiên trong mùa mưa, mưa lớn tập trung trong thời gian ngắn gây ra lũ lụt, lũ ống, lũ quét và úng ngập nghiêm trọng ở nhiều nơi

Ở Ninh Thuận, hệ thống Sông Cái Phan Rang bao trùm gần hết toàn tỉnh, chỉ trừ một

số vùng ven biển thuộc các huyện Thuận Bắc, Ninh Hải, Thuận Nam và Ninh Phước

có các sông độc lập chảy thẳng ra biển

Trên hệ thống Sông Cái Phan Rang, ngoài dòng chính sông Cái còn nhiều nhánh sông, suối nhỏ Phía bên bờ tả đáng kể có suối sông Sắt, suối Trà Co, suối Cho Mo và suối Ngang , phía bờ hữu có sông Ông, sông Chá, sông Than, sông Quao và sông Lu Sông Cái bắt nguồn từ sườn Đông của dãy núi Gia Rích (1.923m) giáp ranh với tỉnh Lâm Đồng, sông chảy theo hướng Bắc-Nam đổ ra biển Đông tại vịnh Phan Rang Chiều dài dòng chính sông Cái khoảng 120km Mặt cắt dọc sông Cái có dạng bậc thềm ở thượng nguồn sông chảy ven theo các sườn núi cao trên 1.500m, lòng sông đầy đá tảng, độ dốc lòng sông lớn, sườn dốc ngắn, đất đai chủ yếu là tổ hợp đất núi Feralít

Hệ thống sông ngòi có dạng hình nhánh cây, ngoài dòng chính sông Cái còn có nhiều sông, suối nhánh có tỷ lệ diện tích lưu vực khá lớn đổ vào Tổng diện tích tự nhiên của

hệ thống Sông Cái Phan Rang là 3.043 km2, trong đó:

+ Phần thuộc tỉnh Ninh Thuận: 2.488 km2

chiếm 81,76%

+ Phần thuộc tỉnh Khánh Hòa: 336 km2

chiếm 11,04%

Trang 13

+ Phần thuộc tỉnh Lâm Đồng: 172 km2

chiếm 5,65%

+ Phần thuộc tỉnh Bình Thuận: 47 km2 chiếm 1,54%

Do điều kiện địa hình ở phần thượng nguồn bao bọc bởi núi cao, lưu vực thượng nguồn sông Cái Phan Rang từ cầu Tân Mỹ trở lên có lượng mưa hàng năm lớn hơn, từ 1.000 ÷ 2.000mm Từ Tân Mỹ trở xuống mưa giảm dần, từ 1.000mm xuống đến chỉ còn xấp xỉ 700 mm ở vùng cửa sông là Thành Phố Phan Rang - Tháp Chàm

Ảnh hưởng của thủy triều vịnh Phan Rang lên chế độ thủy văn sông Cái không lớn, chỉ vào sâu 4 ÷ 6 km tính từ cửa biển

Các sông chảy qua tỉnh Ninh Thuận có những đặc điểm chung như các sông Duyên Hải Miền Trung Hầu hết các sông bắt nguồn từ dãy Trường Sơn đổ ra biển Đông Đặc điểm nổi bật các sông miền Trung là không dài (10-100km), đoạn thượng nguồn có độ dốc lớn, thung lũng hẹp, đoạn hạ lưu mở rộng uốn khúc quanh co, độ dốc thấp Các cửa sông gặp chế độ thủy triều phức tạp, cơ chế sóng biển và tác động mạnh mẽ của dòng ven làm cho chế độ bùn cát cửa sông diễn biến phức tạp Đặc điểm này của sông miền Trung đã dẫn đến hiện tượng lũ thượng nguồn xuất hiện đột ngột, khả năng thoát

lũ ở hạ du và cửa sông bị hạn chế, vì vậy hiện tượng ngập lụt ở vùng đồng bằng ven biển và bồi xói ở vùng cửa sông dễ bị xảy ra

1.2.2 Tình hình xây dựng đập đất ở Ninh Thuận

Trước năm 1975, hệ thống thuỷ lợi trên địa bàn tỉnh Ninh Thuận chưa có một hồ chứa nào được xây dựng mà chỉ có hệ thống thuỷ lợi Nha Trinh-Lâm Cấm được lấy từ nguồn nước thủy điện Đa Nhim Lâm Đồng với nhiệm vụ tưới cho khoảng 13.000 ha bằng 02 hệ thống đập dâng chính là: đập Nha Trinh và đập Lâm Cấm

Sau năm 1975, Nhà nước đã có chủ trương đẩy mạnh công tác thuỷ lợi để phục vụ phát triển các ngành kinh tế, mà trọng tâm là nông nghiệp Đối với tỉnh Ninh Thuận, một số nghiên cứu quy hoạch thuỷ lợi có liên quan đã được thực hiện, trong đó điển hình là “Quy hoạch thuỷ lợi tỉnh Ninh Thuận do Trung tâm ĐH2- Trường Đại học Thuỷ lợi thực hiện 1998 – 2000 và chính thức được Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn phê duyệt năm 2000” Quy hoạch này chủ yếu nhằm xây dựng các kế hoạch

Trang 14

phát triển thuỷ lợi đáp ứng các yêu cầu cấp bách phát triển kinh tế - xã hội của tỉnh Ninh Thuận

Cũng cần nhấn mạnh rằng, đối với địa bàn tỉnh Ninh Thuận, việc xây dựng các công trình hồ chứa là một trong những giải pháp hữu hiệu và rất quan trọng Trong khi đó, hiện trạng các công trình hồ chứa trước năm 2000 chỉ đáp ứng một tỷ lệ rất nhỏ, nên việc thiếu nước và không đáp ứng được nhu cầu của các hoạt động phát triển kinh tế -

xã hội là điều khó tránh khỏi Vì thế, việc hoạch định xây dựng các công trình hồ chứa

là việc làm cấp bách, cần được ưu tiên hàng đầu và cần được thực hiện sớm

Tính đến năm 2000: Tổng số hồ chứa trên địa bàn tỉnh Ninh Thuận là 04 hồ chứa (hồ Suối Lớn, hồ Thành Sơn, hồ CK7, hồ Ông Kinh) với tổng dung tích hữu ích của 04 hồ: 6,31x106 m3, diện tích được tưới 720 ha Diện tích thực tế tưới bằng các công trình hồ chứa này chỉ chiếm diện tích rất nhỏ so với diện tích cây trồng cần tưới

Bảng 1-1: Các hồ chứa được xây dựng đến năm 2000

(106 m3)

Diện tích tưới (ha)

Năm hoàn thành

Ngoài 04 hồ chứa nước loại nhỏ được xây dựng như đã nêu ở bảng 1-1, tỉnh Ninh Thuận còn cho xây dựng hàng chục ao chứa nước nhỏ có dung tích mỗi ao <50.000 m3

nước phục vụ cho chăn nuôi, trồng trọt và cải tạo môi trường ở các địa phương khó khăn về nguồn nước

Tuy số hồ chứa nước xây dựng chưa được nhiều nhưng nó đã phát huy tác dụng tưới hơn hẳn biện pháp công trình bằng các đập dâng nước

Kết quả đạt được đến năm 2014 tổng số các hồ chứa vừa và nhỏ đã được ra đời là 21

hồ chứa với tổng dung tích là 190,53 triệu m3, diện tích được tưới điển hình như các

hồ chứa: hồ Tân Giang, hồ Sông Trâu, hồ Sông Sắt, hồ Nước Ngọt, hồ Trà Co… và tiếp tục đầu tư xây dựng vào các năm tiếp theo như hồ có dung tích lớn nhất là hồ

Trang 15

Sông Cái thuộc hệ thống thủy lợi Tân Mỹ tỉnh Ninh Thuận có dung tích 209 triệu m3

và dự kiến hoàn thành năm 2020

Bảng 1-2: Các hồ chứa được xây dựng từ năm 2000-2013

Diện tích tưới (ha)

Năm hoàn thành

Trang 16

Hình 1-3: Hệ thống thủy lợi hồ Sông Trâu, dung tích chứa 31,50 triệu m 3 nước, cung cấp cho 3.000 ha đất nông nghiệp và nước phục vụ sinh hoạt, công nghiệp

cho 1.050 ha đất nông nghiệp và phục vụ sinh hoạt

Các công trình thủy lợi Ninh Thuận đến nay về cơ bản đã tập trung giải quyết nhiệm

vụ là khai thác nguồn nước phục vụ cho nhu cầu phát triển nông nghiệp (chủ yếu là cấp nước tưới) là chính và phát triển một số ngành khác như: công nghiệp, thủy sản, nước sinh hoạt Đầu tư phát triển hệ thống thủy lợi và nhất là đầu tư xây dựng các hồ

Trang 17

chứa trên địa bàn Ninh Thuận là một trong những điều kiện then chốt nhằm nâng cao năng lực sản xuất nông nghiệp, bảo đảm đời sống nông dân, xây dựng nông thôn mới Cho đến nay, các hồ chứa đã xây dựng ở Ninh Thuận chủ yếu là các hồ thủy lợi làm nhiệm vụ cung cấp nước tưới Các đập chính tạo thành hồ chứa chủ yếu là đập đất có quy mô lớn nhất là cấp 3, thuộc đập loại vừa và nhỏ đã xây dựng ở miền Trung cũng như trong cả nước

1.3 Các điều kiện tự nhiên cho xây dựng đập đất vùng ven biển tỉnh Ninh Thuận[1]

1.3.1 Điều kiện khí hậu

Chế độ nhiệt: Nhiệt độ trung bình hàng năm của vùng ven biển tỉnh Ninh Thuận khoảng 27,10C Tháng nóng nhất là tháng VI, VII: 28 ÷ 290C; tháng lạnh nhất là tháng XII, I: 21 ÷ 240C

Độ ẩm: Khu vực ven biển Ninh Thuận: 75 ÷ 79% Tháng có độ ẩm lớn nhất là tháng

XI, XII; tháng có độ ẩm nhỏ nhất là tháng VII

Trang 18

tháng IX hoặc tháng X Lượng mưa trong những tháng mùa khô rất nhỏ chiếm 10% lượng mưa năm

1.3.2 Điều kiện địa hình

Địa hình, địa mạo tỉnh Ninh Thuận có cấu trúc khá phức tạp, bao gồm một hệ thống núi cao nhiều bậc và thấp dần về phía Đông giáp với biển Đông

Mạng sông suối phát triển dày đặc và có quá trình xâm thực mạnh, do độ dốc địa hình đáng kể Đặc điểm cơ bản của hệ thống sông suối trong khu vực nghiên cứu là trắc diện dọc chưa đạt được trạng thái cân bằng, lòng sông có dạng phân bậc rõ ràng và nhiều ghềnh thác Sông thường được chia thành ba đoạn chính có độ dốc khác nhau: đoạn miền núi, đoạn qua miền cao nguyên và đoạn qua vùng đồng bằng

Các thung lũng sông miền núi thường hẹp và có sườn dốc, đáy sông trơ đá gốc, đá tảng, cuội sỏi, nhưng khi đổ ra bề mặt đồng bằng thì thung lũng sông thường mở rộng, tạo vùng bồi tích phủ trực tiếp lên trên các bề mặt bóc mòn phong hóa cổ

Đi từ trong ra phía biển, địa hình thấp dần: 40-25m, 25-15m, 15-5m, 5-4m, và có tuổi trẻ dần Điều đó chứng tỏ địa hình được nâng cao dần và liên tục Bờ biển lùi ra xa, các con lươn con trạch tạo nên những cồn cát, những cồn cát này được gió vun lên thành những đụn cát và ngăn chặn các đầm phá Cùng thời gian đó hình thành nên các đảo và bán đảo

Vùng ven biển tỉnh Ninh Thuận có những cồn cát cao tới 40-50m, và giữa chúng hình thành những mạch nước ngọt Địa hình đồng bằng bị cắt xẻ bởi các nhánh núi ăn sát ra tới biển Vì vậy, địa hình tỉnh Ninh Thuận mang tính chất chân núi-ven biển, phương của núi trùng với phương uốn cong của bờ biển

1.3.3 Điều kiện địa chất

Với đặc điểm địa hình như vậy, cho thấy sông suối ở đây ngắn, dốc, lũ lên nhanh và rút nhanh nên không hình thành những châu thổ mà thực tế chỉ là những vạt thềm ven suối Do đó những khu vực được xem là bồi tích thì trên thực tế không phải là lớp bồi tích đặc trưng như những vùng châu thổ rộng lớn, có màu sắc của lũ tích và pha tích

Từ nguồn gốc tạo thành cho thấy, đất ở khu vực nghiên cứu thường là không đồng

Trang 19

nhất, phân bố phức tạp, không thể có được những mỏ đồng nhất Mặt khác, do vỏ phong hóa khu vực phần lớn được hình thành trong điều kiện khô nóng nên các tính chất của vật liệu sử dụng đất đắp có những nét đặc thù mà khu vực khác hiếm thấy như đất có tính chất co ngót, trương nở, lún ướt, và tính chất tan rã Do địa hình bị cắt xẻ ngang bởi các nhánh núi ăn sát ra biển, cùng sự phân chia dọc theo đồng bằng tạo thành địa hình và địa chất đặc trưng, đi từ trong ra ta sẽ gặp cồn cát → đụn cát → đồi núi sót → mõm đá

Tầng cát đất đỏ thuộc hệ tầng Phan Thiết (mbQ1

2-3pt) là một thành tạo địa chất có diện phân bố rỗng rãi nhất trong các phân vị Đệ Tứ vùng ven biển Nam Trung bộ thuộc các tỉnh Ninh Thuận, Bình Thuận và bắc Bà Rịa – Vũng Tàu Diện lộ trên bề mặt của chúng khoảng 1000 km2, còn lại bị các trầm tích trẻ phủ lên

Mặt cắt tổng hợp sơ bộ các lỗ khoan cho thấy các thành tạo cát đỏ thuộc hệ tầng Phan Thiết có thế nằm ngang hoặc nghiêng thoải ra biển Thành phần độ hạt trung bình: sạn (> 1mm): 1,05%, cát hạt lớn (1-0,5mm): 2,13%, cát hạt vừa (0,3-0,5mm): 24,5%, cát hạt nhỏ (0,1-0,3mm): 59,43%, bột (0,1-0,07mm): 8,47%, sét (<0,07mm): 4,41% Các thành tạo này phần lớn bị nén ép yếu, ở trạng thái khô bóp nhẹ chúng bị rời rạc dung trọng khô trung bình 17kN/m3 Bề dày của tầng cát đỏ thay đổi từ 25,5m (vùng An Hải, Ninh Thuận) đến hơn 85,5m (vùng Hàm Tiến, Bình Thuận)

Tại Ninh Thuận, vùng Sơn Hải, xã Phước Dinh, huyện Ninh Phước, khi xây dựng công trình Hồ Núi Một do Công ty chuyển giao công nghệ Đại học Thủy lợi - Chi nhánh miền Trung đã khảo sát và có các số liệu[2]:

- Lớp 1a: Á sét nhẹ màu nâu đỏ chặt vừa nửa cứng Lớp này dày trung bình 6m Chỉ tiêu cơ l gồm: sỏi 5%, cát 67%, bụi 16%, sét 12%, dung trọng tự nhiên 19,2kN/m3

, dung trọng khô 17kN/m3, độ ẩm 13%, góc ma sát trong 25o

18', lực dính 12,1kN/m2, hệ

số thấm k = 10-3 cm/s

- Lớp 1b: Cát hạt trung đến thô màu xám nâu, lẫn sạn thạch anh (nguồn gốc bồi tích), kết cấu kém chặt, chiều dày 13m Chỉ tiêu cơ l gồm: sỏi 7%, cát 81%, bụi 8%, sét 4%, dung trọng tự nhiên 19,8kN/m3, dung trọng khô 17,7kN/m3, độ ẩm 12,3%, góc ma sát trong 29o56', lực dính 4,5kN/m2, hệ số thấm k = 10-2 cm/s

Trang 20

- Lớp 2: Đá granit liền khối rắn chắc, màu trắng đục, vàng nhạt

Hình 1-5: Bản đồ phân bố đất á cát tỉnh Ninh Thuận, Bình Thuận

1.4 Các giải pháp chống thấm phù hợp cho đập đất vùng ven biển tỉnh Ninh Thuận

Hiện nay trong quá trình thiết kế mới và sửa chữa các đập đất đã áp dụng khá nhiều phương án và giải pháp kỹ thuật để xử lý Tiêu điểm là biện pháp chống thấm qua thân, nền đập và hạ thấp ở cửa ra đường bão hòa trong thân đập Các biện pháp xử lý được áp dụng hiện nay:

1.4.1 Tường nghiêng, sân phủ

Tường nghiêng, sân phủ có tác dụng kéo dài đường viền thấm Là giải pháp thường vẫn áp dụng ở nhiều công trình Ưu điểm dễ thi công, giá thành rẻ Tuy nhiên, nhiều công trình nền thấm nước có chiều dày lớn lại không có sẵn đất sét (như khu vực Nam Trung Bộ, 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

Trang 21

Hình 1-6: Kết cấu đập đất có tường nghiêng sân phủ

Cao trình đỉnh tường nghiêng: Chọn không thấp hơn MNDGC ở thượng lưu

Chiều dài sân phủ (Ls) : Trị số hợp lý của Ls xác định theo điều kiện khống chế lưu lượng thấm qua đập và nền và điều kiện không cho phép phát sinh biến dạng thấm nguy hiểm của đất nền Sơ bộ có thể lấy Ls = (3-:-5)H, trong đó H là cột nước lớn nhất

1.4.2 Tường nghiêng bằng màng HDPE, thảm sét địa kỹ thuật,

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 Ví dụ: khi sửa chữa đập phụ Dầu Tiếng đã chọn giải pháp kéo dài sân phủ bằng màng HDPE Đập Đá Bạc, đập Nhà Đường (Hà tĩnh) sử dụng HDPE phủ lên mái thượng lưu, đập Sông Biêu (Ninh Thuận) sử dụng thảm sét địa kỹ thuật (Geo-clay) làm tường nghiêng trên mái thượng lưu, đập phụ Dầu tiếng sử dụng màng HDPE dày 1,5mm, Về lâu dài còn cần phải tiếp tục theo dõi, đánh giá hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của giải pháp này;

Cũng như tường nghiêng sân phủ bằng đất sét, với các hồ đập đang tích nước thì giải pháp này thường không khả thi vì phải tháo cạn hồ để thi công

Trang 22

Hình 1-7: Màng địa kỹ thuật chống thấm bằng GLC và HDPE

1.4.3 Lõi giữa (bằng đất sét, pha sét hoặc vật liệu khác)

Giải pháp chống thấm qua đập đất bằng tường lõi so với tường nghiêng có khối lượng nhỏ hơn và dễ thi công hơn Đặc biệt thích hợp cho kết cấu đập nhiều khối với thiết bị thoát nước kiểu ống khói được áp dụng nhiều ở khu vực Miền Trung và Tây Nguyên

Hệ số thấm của tường lõi không được lớn hơn 10-5 cm/s (ít ra cũng phải nhỏ hơn 100 lần hệ số thấm của đất đắp đập thì mới phát huy hiệu quả) Do đó, những nơi không có sẵn đất sét thì giải pháp này không kinh tế Một số công trình như Tràng Vinh làm tường lõi bằng BTCT

Hình 1-8: Kết cấu đập đất có tường lõi giữa

Trang 23

1.4.4 Tường hào Bentonite (hoặc ximăng-sét)

Công nghệ này sử dụng máy đào hào chuyên dụng để moi đất và thay thế vào đó bằng dung dịch ximăng + bentonite hoặc ximăng + đất sét tại chỗ nghiền mịn có tính chống thấm cao Trong quá trình đào phải chống sập vách bằng vữa bentonite 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, 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

+ 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

Với một số đập đất cũ (như Dầu Tiếng, Dương Đông, ) cho kết quả tốt; nhưng với đập mới đắp (như Easup Thượng, Ia Mlá ) thì có hiện tượng nứt - tách giữa tường và thân đập; vì vậy hiện nay khuyến cáo chỉ nên áp dụng để chống thấm cho các đập cũ Với các đập đắp mới, chỉ nên áp dụng cho nền đập, thân đập sử dụng giải pháp chống thấm khác

Hình 1-9: Tường hào chống thấm bằng Bentonite

Trang 24

1.4.5 Chống thấm bằng khoan phụt (khoan phụt truyền thống)

Khoan phụt truyền thống còn được gọi là khoan phụt có nút bịt (1 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 (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

Xuất xứ của 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 (như đê quây Nhà máy Thủy điện Sơn La đã làm)

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

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

Hình 1-10: Kết cấu đập đất chống thấm qua nền bằng khoan phụt vữa xi măng

Trang 25

1.4.6 Tường bằng cọc xi măng-đất

Công nghệ khoan phụt áp lực cao là phương pháp trộn ướt 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 đến 400 atm), vận tốc lớn (≥ 100 m/s), các phần tử xung quanh lỗ khoan bị xới tơi ra và hòa trộn với vữa phụt, sau khi đông cứng tạo thành một khối đồng nhất gọi là cọc xi măng đất Cọc XMĐ vừa có tác dụng chịu lực vừa có tác dụng chống thấm

Hình 1-11: Sơ đồ tường cọc xi măng đất

Hình 1-12: Sơ đồ công nghệ Jet-grouting làm tường chống thấm

-Ưu điểm:

+ Phạm vi áp dụng rộng, thích hợp mọi loại đất, từ bùn sét đến cuội sỏi;

+ Xử lý lớp đất yếu một cách cục bộ, không ảnh hưởng đến các lớp đất tốt;

+ Có thể xử lý dưới móng hoặc cấu kiện không ảnh hưởng đến công trình;

+ Thi công được trong nước hoặc nền có mực nước ngầm cao;

+ Mặt bằng thi công nhỏ, ít gây chấn động, ít tiếng ồn, hạn chế tối đa ảnh hưởng đến các công trình lân cận;

Trang 26

+ Thiết bị nhỏ gọn, có thể thi công trong không gian có chiều cao hạn chế, nhiều chướng ngại vật

- Nhược điểm: Có thể gây ra trương nở nền và gây ra các chuyển vị quá giới hạn trong

lòng đất Áp lực siêu cao còn có khả năng gây nên rạn nứt nền đất lân cận và tia vữa có thể lọt vào các công trình ngầm sẵn Đối với nền đất chứa nhiều túi bùn hoặc rác hữu

cơ thì axit humic trong đất có thể làm chậm hoặc phá hoại quá trình ninh kết của hỗn hợp xi măng đất

1.5 Các giải pháp chống thấm cho đập đã áp dụng cho đập đất vùng ven biển tỉnh Ninh Thuận – hiện trạng, đánh giá và nhận xét

1.5.1 Giới thiệu về công trình hồ chứa nước Nước Ngọt[3]

1.5.1.1 Giới thiệu chung

Công trình hồ chứa nước ngọt được xây dựng trên địa bàn xã Vĩnh Hải, huyện Ninh Hải, tỉnh Ninh Thuận Phụ trách tưới cho diện tích đất canh tác ven biển của thôn Thái

An

1.5.1.2 Địa chất tuyến đập

a Địa tầng và các tính chất cơ lý tuyến đập chính

Theo mặt cắt địa chất công trình đã lập trên cơ sở tổng hợp các kết quả khảo sát địa chất công trình, địa tầng tại tim tuyến đập đất gồm các lớp sau:

Lớp 1: Đất á cát nhẹ sạn màu nâu vàng Đất hơi ẩm, kém chặt Lớp này phân bố trên

bề mặt tuyến đập do nước mưa chuyển từ mái thượng lưu xuống, bề dày từ 0,3 đến 0.5m

Lớp 2: Đất đắp đập á sét trung hạt cát lẫn sạn màu nâu sẫm, xám xanh đốm trắng

Đất ít ẩm, trạng thái nửa cứng-cứng, kết cấu chặt vừa, có chổ kém chặt Sạn thạch anh, granit, kích thước d=2-10mm, chiếm tỷ lệ trung bình 18.3% Bề dày theo mặt cắt tim đập từ 2.6-16.5m

Lớp 3: Hỗn hợp á sét trung và sạn màu xám vàng, nâu sẫm Đất hơi ẩm, kết cấu chặt

vừa, trạng thái nửa cứng Sạn thạch anh d=3-5mm chiếm 30-40% phân bố đều trong tầng Lớp này gặp tại sườn đồi vai đập, bề dày khoảng 1.7m Nguồn gốc dQ

Trang 27

Lớp 4: Đá granit phong hoá mãnh liệt, đa phần đã biến thành đất á sét màu xám nâu,

xám xanh đốm trắng Đá mền bở, nõn khoan dễ bóp vỡ bằng tay, trong nõn khoan còn quan sát được hình dạng ban đầu của đá gốc Tại khu vực đập bị vỡ, quan sát thấy một dải đá phong hoá mãnh liệt chứa nhân cứng dạng cầu d= 0.1-0.5m, chiều sâu hai dải phong hoá này chưa xác định, chiều rộng từ 1.5-1.7m Tiếp giáp giữa dải phong hoá này và các đá xung quanh là tiếp xúc kín

Lớp 5: Đá granit phong hoá vừa-mạnh (chủ yếu đá phong hóa vừa) màu nâu xám

vàng lẫn xám trắng Đá phong hoá mạnh kém cứng chắc, có chỗ đã biến thành đất á sét, đá phong hoá vừa chắc, nứt nẻ mạnh, tại các khe nứt bị phong hoá mềm bở Trong tầng, đôi chổ đá phong hoá mạnh và đá phong hoá vữa xen kẽ lẫn nhau Bề dày lớp thay đổi từ 0.8-7.5m

Lớp 6: Đá granit phong hoá nhẹ màu xám xanh đốm đen Đá cấu tạo khối, kiến trúc

hạt trung-thô, thành phần chủ yếu là thạch anh, fenspat, ít mica đen Đá cứng chắc, nứt

nẻ vừa, khe nứt xiên góc 45-60 độ so với mặt phẳng nằm ngang, mặt nứt phẳng, phủ ôxit sắt, ôxit mangan màu nâu đỏ xám vàng Nõn khoan chủ yếu dạng thỏi dài từ 20-30cm Lớp này phân bố dưới lớp 5, bề dày từ 0.1-4.1m

Lớp 7: Đá granit còn tươi xám màu xanh đốm đen Đá cấu tạo khối, kiến trúc hạt

trung-thô, thành phần chủ yếu là thạch anh, fenspat, ít mica Đá rất cứng chắc, ít nứt

nẻ, khe nứt kín Nõn khoan chủ yếu dạng thỏi dài từ 60-150cm Bề dày lớp chưa xác định

b Các chỉ tiêu cơ lý của đất đá nền đập

Qua thí nghiệm đổ nước và ép nước tại hiện trường cho kết quả của hệ số thấm các lớp đất đá nền đập như sau:

+ Lớp 2 : K = 2,2.10-5  6,0.10-4 cm/s

+ Lớp 4 : K = 6,2.10-5  6,4.10-5 cm/s

+ Lớp 5 : q = 0,227  1,31 l/ph-m2

+ Lớp 6 : q = 0,062  0,88 l/ph-m2

Trang 28

2.2-2.4

KTM8 5.1-5.3

KTM9 1.6-1.8

KTM9 6.5-6.7

KTM15 1.4-1.6

KTM18 5.8-6.0 Thành phần hạt

- Kết quả thí nghiệm đất bãi vật liệu bổ sung

Các chỉ tiêu chủ yếu đề nghị dùng trong tính toán

Bảng 1-4: Bảng chỉ tiêu đất bãi vật liệu bổ sung

Trang 29

8 Dung trọng khô max T/m3 1,82 1,77

- Nhược điểm: Chiều sâu xử lý chống thấm rất hạn chế, chỉ phù hợp với loại nền có chiều dày tầng thấm hữu hạn Nếu chọn giải pháp này đối với nền có chiều dày tầng thấm nước khá dày hoặc vô hạn thì khối lượng đào đắp xử lý sẽ rất lớn, dẫn đến giá thành cao nhưng hiệu quả chống thấm có phần hạn chế hơn so với các giải pháp khác

- Phạm vi ứng dụng: Thường được áp dụng cho đập đồng chất hoặc đập nhiều khối và nền có chiều sâu tầng thấm nước hữu hạn (T ≤ 5m)

1.5.2 Giới thiệu về công trình hồ chứa nước Bầu Ngứ[4]

1.5.2.1 Giới thiệu chung

Trang 30

Hồ chứa nước Bầu Ngứ (Phước Lập) thuộc xã Phước Nam - Huyện Thuận Nam - Tỉnh Ninh Thuận

1.5.2.2 Địa chất tuyến đập

a Địa tầng và các tính chất cơ lý tuyến đập chính

Cấu tạo địa tầng nền tuyến đập gồm các lớp như sau:

- Lớp 1:Là lớp cát sạn sỏi mầu xám vàng ,xốp bão hòa nước chiều dày từ 1,5 đến 3m ,có tính thấm mạnh

- Lớp 2:Là lớp cát pha bột sét mầu xám trắng, ẩm ,xốp có chiều dầy từ 1,8m÷3,5m khả năng thấm nước trung bình đến mạnh

- Lớp 3: Là lớp sét trung mầu xám xanh , xám vàng , chặt vừa ,dẻo cứng Lớp này chỉ phân bố ở khu vực lòng suối và nằm dưới lớp 1, có chiều dày từ 0 đến 6m, thấm nước kém

- Lớp 4: Là lớp đá Granít phong hoá hoàn toàn tạo thành sạn cát mầu trắng, xám vàng, kết quả ép nước cho thấy q  0,05 l/p/m2 Đây là lớp đá phong hoá có hệ số thấm rất nhỏ

- Lớp 5: Là đá Granít phong hoá nhẹ rất rắn chắc

Nhận xét: Nền đập và cống có khả năng chịu lực tốt.Khi xây dựng cần bóc bỏ hết lớp

1 và cắm chân khay sâu vào lớp 3 và lớp 4 để chống thấm

b Các chỉ tiêu cơ lý của đất đá:

Bảng 1-5: Chỉ tiêu cơ lý đất đắp đập Đất đắp k

K (m/s ) Ghi chú Khối I 18.10 - 18.42’ 21 2.0*10-7 Khối thượng lưu Khối II 18.40 - 17 28 1.0*10-7 Khối giữa

Khối III 19.10 - 28.09’ 15.4 4.2*10-6 Khối hạ lưu

Cát lọc - 19.00 20 0.001 1.0*10-4

Đống đá 21.00 22.00 30 0.001 5.0*10-3

Trang 31

K (m/s ) Ghi chú Lớp 3 17.58 20.8 15.29’ 21 1.0*10-6

Lớp 4 18.25 20.9 23.41 28 1.0*10-6

1.5.2.3 Giải pháp chống thấm cho đập đất

Khối I được bố trí ở thượng lưu, là khối chống thấm cho thân đập

Đất nền đập lớp 2 là loại có hệ số thấm t trung bình đến lớn nên cần có biện pháp chống thấm nhằm hạn chế sự mất nước đồng thời đề phòng biến dạng thấm trong nền đập Với chiều dày lớp 2 không sâu lắm từ 1,8 ÷ 3,5 m nên biện pháp thích hợp nhất chọn tường răng làm bằng vật liệu của khối I cắm sâu vào tầng ít thấm nước (lớp 4) từ 0,6 ÷ 1,2 m Chiều rộng chân khay B = 4,0m, m=1,0, chiều cao từ 1,5÷ 4,2 (m)

1.5.2.4 Đánh giá, nhận xét

- Ưu điểm: Phương pháp này có công nghệ thi công đơn giản và rất thích hợp với loại nền có chiều dày tầng thấm hữu hạn Chân khay được bố trí ăn sâu vào nên nên ít bị tan rã hay co ngót

- Nhược điểm: Chiều sâu xử lý chống thấm hạn chế, chỉ phù hợp với loại nền có chiều dày tầng thấm hữu hạn Đối với nền có chiều dày tầng thấm nước khá dày hoặc vô hạn thì giải pháp chống thấm này không phù hợp

- Phạm vi ứng dụng: Thường áp dụng cho đập đồng chất Giải pháp này 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

1.6 Giới hạn phạm vi nghiên cứu

Trong Luận văn này tập trung nghiên cứu về phương pháp chống thấm cho đập đất ven biển tỉnh Ninh Thuận Trên cơ sở lý luận chung về thấm và ổn định, Luận văn sẽ phân tích các giải pháp chống thấm đã và đang được sử dụng để lựa chọn giải pháp phù hợp

Áp dụng thiết kế chống thấm cho một công trình cụ thể là công trình hồ Núi Một tỉnh Ninh Thuận và ứng dụng cho các đập xây dựng ở vùng có điều kiện tương tự

Trang 32

1.7 Kết luận chương 1

Các hồ chứa đóng vai trò quan trọng trong việc cắt lũ ở vùng hạ du Hiện nay trong nước đã có và đang xây dựng thêm rất nhiều hồ chứa thủy điện, thủy lợi nhằm mục đích cấp nước, phát điện và phòng chống lũ

Vùng ven biển tỉnh Ninh Thuận chịu ảnh hưởng hoàn toàn của chế độ khí hậu nhiệt đới gió mùa với các đặc trưng chủ yếu: nhiệt độ cao, khí hậu nóng ẩm, cường độ ánh sáng mạnh, mưa nhiều Địa chất nền xấu chủ yếu là đất cát và đất á sét nhẹ có hệ số thấm lớn từ 10-2

cm/s đến 10-3 cm/s cho nên cần phải có biện pháp xử lý chống thấm phù hợp

Độ bền thấm của đập đất có vai trò quan trọng để xác định sự cần thiết để nghiên cứu các biện pháp ngăn ngừa khả năng thấm qua công trình, các biện pháp làm tăng độ bền

và ổn định của công trình

Chống thấm cho công trình thủy lợi là vấn đề phải quan tâm hàng đầu khi thiết kế và thi công Hiện nay các phương pháp xử lý chống thấm phát triển rất mạnh, tùy thuộc vào địa hình, địa chất khu vực và yêu cầu kỹ thuật, kinh tế mà đưa ra phương pháp xử

lý khác nhau Đôi khi có thể áp dụng hai đến ba phương pháp xử lý cho một công trình Đối với khu vực ven biển miền Trung nói chung và vùng ven biển tỉnh Ninh Thuận nói riêng là nơi có điều kiện địa hình, địa chất phức tạp nên việc nghiên cứu và đưa ra giải pháp xử lý chống thấm cho phù hợp và hiệu quả là rất cần thiết

Trang 33

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ LUẬN TÍNH THẤM VÀ ỔN ĐỊNH CHO ĐẬP ĐẤT

2.1 Đặt vấn đề

Thấm trong công trình thủy lợi là sự lan truyền nước trong môi trường xốp từ nơi có đầu nước cao đến nơi có đầu nước thấp Thấm là một trong những nguyên nhân cơ bản gây nên những sự cố về đập trên những phương diện sau:

- Gây mất nước hồ chứa;

- Phát sinh áp lực thủy động, làm mất ổn định mái đập;

- Gây xói ngầm trong thân và nền đập, đặc biệt là mái hạ lưu phần tiếp xúc giữa lõi và

2.2 Bài toán thấm và ổn định

2.2.1 Bài toán thấm

Đất được tạo thành bởi các hạt đất, các hạt đất tự xắp xếp tạo thành khung cốt đất có nhiều lỗ rỗng, trong lỗ rỗng thường chứa nước và khí Như vậy, đất gồm ba thành phần vật chất hợp thành: thể rắn (gồm các hạt đất) là chủ thể, thể lỏng (nước) và thể khí Dưới tác dụng của trọng lực, nước có thể xuyên qua lỗ rỗng trong đất để chuyển động

Sự thấm nước của đất liên quan đến hiệu quả tích nước của đập, liên quan đến hiệu quả dẫn nước và tưới nước của kênh dẫn, bên cạnh đó còn liên quan đến ổn định thấm của đất Dòng thấm có khả năng gây mất ổn định của khối đất dẫn đến phá hoại công trình

Trang 34

2.2.2 Bài toán ổn định

Tất cả các mái dốc đều có xu hướng giảm độ dốc đến một dạng ổn định hơn - cuối cùng là chuyển sang nằm ngang Cho nên quan niệm mất ổn định của mái dốc là khi chúng có xu hướng di chuyển và phá hoại (khi khối đất đá thực sự có di chuyển) Trong thực tế người ta quan sát được nhiều dạng di chuyển (phá hoại) khác nhau Thường phân ra ba dạng di chuyển chủ yếu như hình 2-2:

c)

a)

d) b)

Hình 2-1: Các đạng di chuyển của khối đất đá

a Sụt lở; b trượt tịnh tiến; c Trượt xoay; d Trượt dòng

Sụt lở: Đất đá di chuyển rời xa khỏi chỗ bị gián đoạn (khe nứt, mặt phân lớp dốc, mặt đứt gẫy…) Điều kiện phá hoại chủ yếu do sự tăng thêm áp lực trong các gián đoạn (áp lực nước, lực rung động…) (2-1, a)

Trượt: Ở dạng di chuyển này, khối đất đá cơ bản không bị xáo trộn trong khi bị trượt theo một mặt xác định Nguyên nhân có sự di chuyển này là do phá hoại cắt dọc theo một mặt ở trong khối đất Thực tế thường có hai hình thức trượt: trượt tịnh tiến (hình 2-1, b) và trượt xoay (2-1, c)

Trượt dòng: Ở đây bản thân khối trượt bị xáo động và di chuyển một phần hay toàn bộ như một chất lỏng (2-1, d) Trượt dòng thường xảy ra trong đất yếu bão hoà nước khi

áp lực nước lỗ rỗng tăng đủ để làm mất toàn bộ cường độ (độ bền) chống cắt của đất Mặt trượt thực hầu như không có hoặc chỉ biểu hiện từng lúc

Trang 35

Lịch sử phát triển các phương pháp tính ổn định mái đất liên quan đến giả định hình dạng chính xác

Culman (1776) giả thiết mặt trượt phẳng qua chân mái dốc, kết quả nhận được không chính xác

Collin (1860 - 1890) thực hiện những khảo sát chi tiết ở một số mái dốc bị phá hoại và kết luận mặt trượt có dạng gần như mặt trụ tròn

Vào khoảng (1916) các nhà khoa học Thuỵ Điển lại phát hiện mặt trượt xấp xỉ dạng trụ tròn và phát triển phương pháp tính toán gọi là phương pháp Thuỵ Điển

Frontart và Risal (1920) đề nghị dùng mặt trượt dạng xoắn logarit Dạng này thích hợp khi mái đất có độ dốc lớn và chỉ có một loại đất

Bishop (1950) sử dụng bề mặt trượt trụ tròn và chỉ áp dụng phương trình cân bằng mô men đối với khối trượt và phương trình cân bằng lực theo phương đứng

Janbu (1950 - 1960) sử dụng bề mặt trượt dạng bất kỳ và chỉ dùng phương trình cân bằng lực đối với khối trượt

Morgensten – Price (1960) sử dụng bề mặt trượt dạng bất kỳ và áp dụng cả 2 phương trình cân bằng lực và phương trình cân bằng mô men

Fredlund (1970) sử dụng bề mặt trượt hỗn hợp và áp dụng cả 2 phương trình cân bằng lực và cân bằng mô men Mặt trượt hỗn hợp gồm một phần là mặt tròn và một phần là mặt phẳng

2.3 Cơ sở lý thuyết tính toán thấm[5]

2.3.1 Định luật Darcy cho đất không bão hòa

Dòng thấm của nước trong đất bão hoà thường được mô tả bằng định luật Darcy Darcy (1856) phát biểu là tốc độ dòng nước thấm qua khối đất tỷ lệ với gradient cột nước thuỷ lực :

trong đó:

Trang 36

Định luật Darcy cũng áp dụng được cho các dòng nước thấm qua đất không bão hoà Tuy nhiên, hê số thấm trong đất không bão hoà không thể xem là hằng số, mà hệ số thấm là một biến, mà biến này chủ yếu là một hàm của độ ẩm hayđộ hút dính của đất trong bão hoà

Nước có thể được xem như chỉ thấm qua các khoảng rỗng chứa nước Các lỗ rỗng chứa khí là các kênh không dẫn nước thấm Do vậy, các lỗ rỗng đầy khí trong đất bão hoà có thể xem tương tự như pha rắn và đất có thể xem như bão hoà có độ ẩm giảm

Do đó, việc khẳng định định luật Darcy có thể có áp dụng được cho đất không bão hoà hay không hoàn toàn được tiến hành tương tự với đối với đất bão hoà Tuy nhiên, thể tích nước (hay độ ẩm) phải không đổi khi gradien cột nước thuỷ lực thay đổi

Một cột đất không bão hòa có độ ẩm không đổi và chịu các gradient cột nước trọng lực khác nhau.Các kết quả cho thấy là tại một độ ẩm riêng biệt, hệ số thấm K là hằng số với các gradient cột nước thuỷ lực khác nhau (trong trường hợp này, chỉ có cột nước trọng lực thay đổi) tác dụng lên đất không bão hoà.Nói cách khác vận tốc thấm của nước qua đất không bão hoà tỷ lệ tuyến tính với gradient cột nước thuỷ lực, với hệ số thấm là hằng số, tương tự như đối với đất bão hoà.Điều này xác nhận là định luật Darcy cũng có thể áp dụng cho đất không bão hoà.Độ lớn của hệ số thấm sẽ khác nhau với các độ ẩm thế tích w không giống nhau

2.3.2 Hàm thấm

Biểu diễn mối quan hệ giữa hệ số thấm và độ hút dính

Trang 37

Hình 2-2: Quan hệ giữa hệ số thấm và độ hút dính

2.3.3 Phương trình vi phân cơ bản

Phương trình vi phân cơ bản trong phân tích thấm 2 chiều là:

t

Q y

H k y x

Q: lưu lương phụ thêm (lưu lượng biên tác dụng);

Θ: lượng chứa nước thể tích (Volumetric Water Content );

H k y x

H

k

Trang 38

Thế phương trình (2-6) vào phương trình (2-4) ta được:

∂Θ=mw. w.∂(H – y) (2-7)

Trang 39

Thế phương trình (2-7) vào phương trình (2-2) dẫn đến phương trình sau:

t

y H m

Q y

H k y x

Vì chiều cao là một hằng số, đạo hàm của y theo thời gian mất đi, dẫn đến phương trình vi phân sau:

t

H m

Q y

H k y x

2.4 Cơ sở lý thuyết tính toán ổn định[5]

Để tính toán ổn định trượt của mái đất người ta có thể dùng phương pháp phân tích giới hạn hoặc phương pháp cân bằng giới hạn

Phương pháp cân bằng giới hạn dựa trên cơ sở giả định trước mặt trượt (coi khối trượt như một cố thể) và phân tích trạng thái cân bằng giới hạn của các phân tố đất trên mặt trượt giả định trước Mức độ ổn định được đánh giá bằng tỷ số giữa thành phần lực chống trượt (do lực ma sát và lực dính) của đất nếu được huy động hết so với thành phần lực gây trượt (do trọng lượng, áp lực đất, áp lực nước, áp lực thấm…) Hiện đã

có kết quả nghiên cứu cho bài toán ba chiều (Phương pháp của Wike, Lone) tuy nhiên, trong thực tế nhiều công trình có kích thước một chiều khá lớn như: đê, đập, tường chắn đất… cho nên có nhiều phương pháp giải quyết đối với bài toán phẳng: Fellenius, Bishop, Spenser, Janbu…

Phương pháp phân tích giới hạn dựa trên cơ sở phân tích ứng suất trong công trình (khối đất đắp: đê, đập…) và nền của chúng Dùng các thuyết bền: Morh - coulomb, Hill - Tresca, Nises-Shleiker…, kiểm tra ổn định cho từng điểm trong toàn miền Công trình được coi là mất ổn định khi tập hợp các điểm mất ổn định tạo thành mặt trượt liên tục Giải quyết vấn đề này cần sử dụng các kiến thức của Sức bền vật liệu, Lý thuyết đàn hồi và dùng phương pháp số để tính toán Ngày nay do công cụ máy tính phát triển nên phương pháp phần tử hữu hạn có phần chiếm ưu thế

Phương pháp cân bằng giới hạn dựa vào mặt trượt giả định trước (cân bằng giới hạn cố thể) Để có cơ sở lựa chọn dạng mặt trượt, thường dựa vào những kết quả nghiên cứu

Trang 40

thực nghiệm và tài liệu quan sát hiện trường Thực tế thấy rằng, hình dạng mặt trượt phụ thuộc vào nhiều yếu tố: loại đất, góc dốc, của mái và sự phân bố các lớp đất đá Sự phân bố các lớp đất đá nói chung đóng vai trò quan trọng đối với vị trí mặt trượt, thông thường mặt trượt cắt theo lớp đất yếu Nếu nền đất yếu chiều dầy khá nhỏ (so chiều rộng đê đập) thì công trình phá hoại do nền bị đẩy ngang, nếu nền đất yếu quá dầy công trình bị phá hoại do nền bị lún chồi Phổ biến là đê đập trên nền đất yếu bị phá hoại theo mặt trụ tròn qua nền và thân đập

Tuy nhiên, thực tế còn có nhiều yếu tố khác nữa cũng ảnh hưởng đến hình dạng mặt trượt như: tải trọng tác dụng trên bề mặt, lực do động đất, áp lực nước lỗ rỗng, hiện tượng nứt nẻ… cho nên cũng có nhiều quan niệm khác nhau về hình dạng mặt trượt

2.5 Giải bài toán thấm và ổn định

2.5.1 Các phương pháp giải bài toán thấm

Phương pháp nghiên cứu thấm qua đập đất cũng như trường hợp nghiên cứu thấm nước trong môi trường rỗng nói chung thường bằng hai con đường: Lý luận và thực nghiệm Ngoài ra để tính toán những đặc trưng của dòng thấm còn dùng phương pháp

số

2.5.1.1 Nghiên cứu lý luận

Nghiên cứu lý luận là sử dụng định luật thấm cơ bản về thấm cùng những liên hệ lý thuyết để xác định những đặc trưng của dòng thấm Dùng lý luận để nghiên cứu thấm

có hai phương pháp: Cơ học chất lỏng và thủy lực học:

a Phương pháp cơ học chất lỏng

Phương pháp này dùng toán học làm công cụ để xác định những đặc trưng của dòng thấm như lưu lượng, lưu tốc, gradien, áp lực, đường bão hòa tại bất kỳ một vị trí nào trong môi trường thấm Do khi tính toán không đưa nhiều vào những giả thiết cho nên phương pháp cơ học chất lỏng cho kết quả chính xác

Ưu điểm: Phương pháp cơ học chất lỏng chủ yếu có tầm quan trọng về mặt lý thuyết, trên cơ sở đó người ta có thể đưa ra các giải quyết gần đúng Ứng dụng những lời giải của cơ học chất lỏng ta có thể lập được những biểu đồ tính toán để dùng trong thực tế

Định dạng
Số trang	80
Dung lượng	3,05 MB