ỨNG DỤNG MÔ HÌNH TOÁN KIỂM TRA ỔN ĐỊNH ĐẬP ĐẤT HỒ CHỨA NƢỚC TRONG, TỈNH QUẢNG NGÃI. LUAN VAN THAC SY

Vì vậy việc ứng dụng mô hình toán kiểm tra ổn định đập đất Hồ chứa nước nước Nước Trong là việc làm rất cần thiết nhằm đảm bảo cho công trình tuyệt đối an toàn không có sự cố nào đáng ti

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

- oOo -

NGUYỄN HẢI LONG

ỨNG DỤNG MÔ HÌNH TOÁN KIỂM TRA ỔN ĐỊNH ĐẬP ĐẤT

HỒ CHỨA NƯỚC TRONG, TỈNH QUẢNG NGÃI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH THỦY

Đà Nẵng, 2019

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

- oOo -

NGUYỄN HẢI LONG

ỨNG DỤNG MÔ HÌNH TOÁN KIỂM TRA ỔN ĐỊNH ĐẬP ĐẤT

HỒ CHỨA NƯỚC TRONG, TỈNH QUẢNG NGÃI.

Chuyên ngành: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH THỦY

Mã số: 85.80.02.02

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH THỦY

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS LÊ VĂN THẢO

Đà Nẵng, 2019

LỜI CAM ĐOAN

Tên đề tài luận văn: “Ứng dụng mô hình toán kiểm tra ổn định cho đập đất hồ chứa Nước Trong, tỉnh Quảng Ngãi”

Tôi xin cam đoan luận văn này hoàn toàn do tôi làm, những kết quả nghiên cứu tính toán trung thực Trong quá trình làm luận văn tôi có tham khảo các tài liệu liên quan nhằm khẳng định thêm sự tin cậy và tính cấp thiết của đề tài Tôi không sao chép từ bất kỳ nguồn nào khác, nếu vi phạm tôi xin chịu trách nhiệm trước Khoa và Nhà trường

Quảng Ngãi, ngày 06 tháng 06 năm 2019

Học viên

Nguyễn Hải Long

LỜI CẢM ƠN

Luận văn thạc sĩ: “Ứng dụng mô hình toán kiểm tra ổn định đập đất Hồ

chứa Nước Trong, tỉnh Quảng Ngãi” đã được tác giả hoàn thành đúng thời

hạn quy định và đảm bảo đầy đủ các yêu cầu trong đề cương được phê duyệt Trong quá trình thực hiện, nhờ sự giúp đỡ tận tình của quý thầy, cô giáo trong Khoa Xây dựng Thủy lợi-Thủy điện, Trường Đại Học Bách Khoa-Đại học Đà Nẵng, các công ty tư vấn và đồng nghiệp, tác giả đã hoàn thành luận văn này Đặc biệt, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến thầy giáo – TS Lê Văn Thảo - Giảng viên trường Đại học Bách khoa, ĐHĐN đã tận tình hướng dẫn, cung cấp tài liệu và giúp đỡ để tác giả hoàn thành luận văn

Mong rằng các kết quả trong luận văn sẽ đóng góp nhỏ về mặt khoa học trong quá trình kiểm tra ổn định đập đất trong thời gian tới

Do điều kiện thời gian và kiến thức còn hạn chế, bản thân đã cố gắng song luận văn này không thể tránh khỏi những sai sót, còn tồn tại một số vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu, tác giả mong nhận được những ý kiến đóng góp và trao đổi chân thành của quý thầy cô giáo, các chuyên gia và các bạn đồng nghiệp Tác giả rất mong muốn những vấn đề còn tồn tại sẽ được tác giả phát triển ở mức độ nghiên cứu sâu hơn góp phần ứng dụng những kiến thức khoa học vào phục vụ đời sống sản xuất

HỌC VIÊN

Nguyễn Hải Long

TÓM TẮT LUẬN VĂN

“ỨNG DỤNG MÔ HÌNH TOÁN KIỂM TRA ỔN ĐỊNH ĐẬP ĐẤT HỒ CHỨA NƯỚC

TRONG, TỈNH QUẢNG NGÃI”

Học viên : Nguyễn Hải Long

Chuyên nghành : Kỹ thuật xây dựng công trình thủy

Khóa : K35 Trường đại học Bách khoa, Đại Học Đà Nẵng

Tóm tắt: Việc tính toán thấm trong đập đất hiện nay thường sử dụng mô hình toán hai chiều đứng (2D) còn gọi là thấm phẳng, giải theo phương pháp phần tử hữu hạn (fem), để tính toán cho các mặt cắt đại diện đập đất [3] Tuy nhiên, việc tính toán thấm theo mô hình hai chiều đứng trong một số trường hợp điều kiện địa hình, địa chất nào đó thì mô hình này chưa phản ánh đúng dòng thấm thực tế, nhất là khi đập cao, có tỷ số giữa chiều dài (l) và chiều cao (h) từ 1 ÷ 5 [4] Kết quả tính toán để thiết kế có khả năng gây ra sự cố công trình, hoặc lãng phí Vì vậy cần thiết phải nghiên cứu dòng thấm không gian qua đập đất (3D) trong một số trường hợp đập đất có điều kiện về địa hình, địa chất đặc biệt, để đánh giá ảnh hưởng của dòng thấm đến an toàn của đập đất Trong luận văn, tác giả đã sử dụng mô hình SEEP 3D để mô phỏng dòng thấm trong đập đất của hồ chứa nước Nước Trong Kết quả thấm của mô hình thể hiện chính xác đập thực tế Một sự so sánh kết quả từ mô hình 3D với kết quả từ mô hình 2D được chỉ ra

APPLICATION THE MODEL TO CHECK THE STABILITY OF EARTH DAM OF NUOC TRONG RESERVOIR, QUANG NGAI PROVINCE

Abstract: Seepage calculation in the earth dam is normally simulated with two

dimensional vertical model (2DV), which is solved based on finite element method (FEM) to compute the typical cross sections of earth dam [3] However, this model has not reflexed correctly the real seepage yet, especially with high earth dam with the ratio between the dam length (L) and the dam height (H) from one to five [4] The result of design calculation can cause the incidents or increasing the budget So, it is necessary

to simulate the seepage in the earth dam with 3D model in some special cases which will help assess the seepage influence to safety of earth dam In the thesis, the author used 3D seepage model to simulate seepage in the earth dam of Nuoc Trong reservoir The seepage results from the model is showed exactly of the real earth dam A comparison the results fom 3D model with the results from 2D model are showed.s

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iv

DANH MỤC CÁC BẢNG vii

DANH MỤC HÌNH ẢNH viii

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ THUẬT NGỮ x

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Mục đích nghiên cứu 3

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3

4 Phương pháp nghiên cứu 4

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 4

6 Cấu trúc luận văn 4

Chương I TỔNG QUAN VỀ ĐẬP VẬT LIỆU ĐỊA PHƯƠNG VÀ CÁC GIẢI PHÁP ĐẢM BẢO ỔN ĐỊNH HỒ CHỨA 6

1.1 Tổng quan về đập vật liệu địa phương (VLĐP) 6

1.1.2 Tổng quan đập đất, hồ chứa ở Việt Nam 6

1.1.3 Hiện trạng đập đất ở Việt Nam 7

1.1.4 Tình hình xây dựng đập ở Việt Nam 8

1.2 Ảnh hưởng của dòng thấm đối với đập đất 8

1.2.1 Thấm phẳng và thấm không gian qua đập đất 9

.1.3 Các loại sự cố đập VLĐP 10

1.3.1 Nguyên nhân khách quan 10

1.3.2 Nguyên nhân chủ quan 11

1.4 Một số sự cố vỡ đập điển hình ở Việt Nam 12

1.4.1 Vỡ đập Suối Hành ở Khánh Hoà 12

1.4.2 Vỡ đập Suối Trầu ở Khánh Hoà 14

1.4.3 Vỡ đập Am Chúa ở Khánh Hoà 16

1.4.4 Đập tràn hồ chứa nước Dầu Tiếng 18

1.5 Các phương pháp xử lý thấm nâng cao ổn định đập đất và điều kiện ứng dụng 18

1.5.1 Mục đích của việc xử lý thấm 18

1.5.2 Giải pháp xử lý thấm cho công trình đập 19

a) Sân phủ kết hợp với tường nghiêng chống thấm thượng lưu (sân trước) 19

b) Chân khay kết hợp với tường nghiêng chống thấm 21

c) Chân khay kết hợp với lõi giữa chống thấm 22

Hinh 1 13 Giải pháp chân khay kết hợp với lõi giữa chống thấm 23

1.5.3 Chống thấm bằng khoan phụt truyền thống 26

KHOAN 27

RỮA HỐ KHOAN 27

ĐẶT NÚT 27

đầm nén hiện trường 27

ÉP NƯỚC 27

PHỤT VỮA 27

LẤP HỐ 27

THÁO MÁY KHOAN 27

Chống thấm bằng cọc xi măng - đất (XMĐ) 28

1.6 Tình hình giải bài tốn thấm 31

1.6.1 Tình hình giải bài tốn thấm ở nước ngồi 31

1.6.2 Tình hình giải bài tốn thấm ở trong nước 31

1.7 Kết luận chương 1 32

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA SEEP3D – GIẢI BÀI TỐN 33

THẤM KHƠNG GIAN BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN 33

2.1 Giới thiệu mơ hình Seep3D 33

2.2 Nội dung phương pháp phần tử hữu hạn 34

2.2.1 Hàm số hàm lượng chứa nước thể tích 34

2.2.2 Hàm số thấm 36

2.2.3 Quy luật dịng chảy 37

2.2.4 Các phương trình tổng quát 38

2.2.5 Hệ tọa độ 39

2.2.6 Các hàm nội suy 41

2.2.7 Các hàm số đạo hàm của hàm nội suy: 43

2.3 Giải bài tốn thấm 3 chiều theo phương pháp phần tử hữu hạn 45

2.3.1 Phương pháp phần tử hữu hạn 45

2.3.2 Phép tích phân theo thời gian 46

2.3.3 Tích phân số 47

2.3.4 Ma trận dẫn thuỷ lực 49

2.3.5 Ma trận khối lượng 50

2.3.6 Lưu lượng biên 51

2.3.7 Sắp xếp và giải các phương trình tổng quát 52

2.3.8 Sơ đồ giải lặp 53

2.3.9 Gradient và vận tốc 54

2.3.10 Lưu lượng dòng thấm 55

2.3.11 Hàm vật liệu 55

2.4 Kết luận chương 2 56

Chương 3 ỨNG DỤNG SEEP3D TÍNH THẤM KHÔNG GIAN QUA ĐẬP ĐẤT HỒ NƯỚC TRONG 57

3.1 Mô tả công trình 57

3.3 Địa chất nền đập đất 58

3.4 Các chỉ tiêu thiết kế công trình: 59

3.5 Các bước thiết lập mô hình và khai thác kết quả chạy mô phỏng 61

3.5.1 Trường hợp tính toán 61

3.5.2 Thiết lập mô hình tính thấm Seep3D của đập đất Hồ Nước Trong 61

3.5.3 Chia lưới miền tính toán 62

3.5.4 Điều kiện biên 62

3.5.5 Xem kết quả 63

3.6 Kết quả tính thấm 2D của một số mặt cắt điển hình gian qua đập đất Hồ Nước Trong (Kế thừa từ tính toán ổn định và thấm của công ty Hec 1) 66

3.7 So sánh giữa mô hình Seep3D và mô hình 2D (Seep/W) 70

3.8 Kết luận chương 3 70

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 71

1.KẾT LUẬN 71

2.KIẾN NGHỊ 71

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 72

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1 1 Tổng hợp một số công trình ứng dụng giải pháp chống thấm đập bằng

tường hào bentonite 25

Bảng 2 1: Hệ thống số nút và các tọa độ địa phương của phần tử hình lục giác: 40

Bảng 2 2: Các hàm nội suy cho các phần tử hình lục giác 42

Bảng 2 3: Vị trí các điểm mẫu và trọng số đối với phần tử lục giác 8 điểm 48

Bảng 2 4: Vị trí các điểm mẫu và trọng số đối với phần tử lục giác 27 điểm 48

Bảng 3 1: Các chỉ tiêu cơ lý của đất nền 59

Bảng 3 2: Các chỉ tiêu thiết kế công trình 59

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1 1: ản v ng nghi n cứu 1

Hình 1 2 : H chứa nước Nước Trong - Tỉnh Quảng Ngãi (Ảnh chụp từ vệ tinh) 2

Hình 1 3: Đường bão hòa và khu mao dẫn 9

Hình 1.4: Sơ thấm không gian trong ập ất 9

Hình 1.5 Đập Suối Hành, Cam Ranh, Khánh Hòa 13

Hình 1.6 H chứa nước Suối Trầu, Ninh Hòa, Khánh Hòa 15

Hình 1.7 Đập Am Chúa ở Khánh Hoà 16

Hình 1 8 H chứa nước Dầu Tiếng 18

Hinh 1 9 Giải pháp sân phủ kết hợp với tường nghi ng thượng lưu chống thấm 20

Hinh 1 10 Tường chống thấm bằng các loại vật liệu mới như màng HDPE, thảm sét ịa kỹ thuật 20

Hinh 1 11 Màng ịa kỹ thuật chống thấm GCL và HDPE 20

Hinh 1 12 Giải pháp chân khay kết hợp với tường nghi ng thượng lưu chống thấm 22 Giải pháp tường cừ chống thấm 23

Hinh 1.14 Giải pháp tường cừ kết hợp tường nghiêng hoặc tường lỏi chống thấm 24

Hinh 1 15 Hình ảnh thi công cọc cừ BTCT và chi tiết khớp nối cọc Giải pháp chống thấm bằng tường hào Bentonite 24

Hinh 1 16 Giải pháp tường hào bentonite chống thấm 25

Hinh 1 17 Hình ảnh thi công tường hào bentonite chống thấm 26

Hinh 1.18 Sơ khoan phụt vữa tạo màng chống thấm 27

Hinh 1.19 Nút phụt ơn và nút phụt kép trong công nghệ khoan phụt 28

Hinh 1 20 Sơ công nghệ Jet-grouting làm tường chống thấm 29

Hinh 1 21 Phạm vi ứng dụng hiệu quả trong công nghệ khoan phụt 30

Hinh 1 21 Hình ảnh chống thấm cho quai công trình Sơn La 30

Hình 2 1: Dạng tổng quát của hàm số hàm lượng chứa nước thể tích 35

Hình 2 2: Dạng tổng quát của hàm số hàm lượng chứa nước thể tích 36

Hình 2 3:Quan hệ giữa hàm dẫn thủy lực và áp lực nước lỗ rỗng 37

Hình 2 4: Các hệ tọa ộ ịa phương và tổng thể của phần tử hình lục giác 40

Hình 2 5: Định nghĩa các tham số ma trận dẫn thủy lực 50

Hình 2 6: Tính toán m w 51

Hình 3 1: Mặt Cắt H35 ngang ập hiện trạng 60

Hình 3 2: Cắt dọc Hố móng ập ất 61

Đập ược chia lưới trong mô hình SEEP 3D ược thể hiện trong hình 3.2

Hình 3 2: Chia lưới mô hình Sleep 3D ập ất H Nước Trong 62

Hình 3 3: Kết quả chạy mô hình SEEP 3D 63

Hình 3 4:Tổng cột nước tại mặt cặt giữa thân ập 63

Hình 3 5: Hệ số thấm theo phương x 64

Hình 3 6: Hệ số thấm theo phương y 64

Hình 3 7: Mặt cắt dọc thân ập 65

Hình 3 8: Kết quả của mặt cắt ứng 65

Hình 3 9: Đường bão hòa và lưu lượng thấm qua mặt cắt giữa ập-TH1 66

Hình 3 10: Đường bão hòa và lưu lượng thấm qua mặt cắt giữa ập-TH2 66

Hình 3 11: Đường bão hòa và lưu lượng thấm qua mặt cắt giữa ập-TH3 67

Hình 3 12: Đường bão hòa và lưu lượng thấm qua mặt cắt giữa ập-TH4 67

Hình 3 13: Hệ số ổn ịnh mái hạ lưu -Tổ hợp cơ bản TL (MNDBT) HL(MN<0.2H ập ) 68

Hình 3 14: Hệ số ổn ịnh mái HL –TH2 Tổ hợp cơ bản TL (MNLTK) HL(MN ~Q TK )68 Hình 3 15: Hệ số ổn ịnh mái HL –TH3 Tổ hợp ặc biệt TL (MNLKT); HL(MN ~Q TK ) 69

Hình 3 16: Hệ số ổn ịnh mái HL –TH4 Tổ hợp ặc biệt TL(MNDBT); HL(MN ~Q TK ) 69

Hình 3 17: Kết quả tính ổn ịnh mái hạ lưu ập tại MC-H35 (theo mô hình 2D) 70

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ THUẬT NGỮ

MNDGCKT Mực nước dâng gia cường kiểm tra

MNDGCTK Mực nước dâng gia cường thiết kế

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Trong những năm qua Nhà nước đã đầu tư hàng chục nghìn tỷ đồng để xây dựng các công trình thủy lợi lớn và nhỏ phục vụ tưới tiêu cho hàng triệu ha đất canh tác, ngăn mặn, cải tạo đất, giảm nhẹ thiên tai, cấp nước cho các ngành kinh tế quốc dân

Đối với các công trình thủy lợi, đập chiếm một vị trí quan trọng trong cụm công trình đầu mối của các hồ chứa hoặc các công trình dâng nước Ở nước ta, đập đất được xây dựng rất phổ biến do đặc điểm an toàn, kinh tế và đảm bảo vệ sinh môi trường xây dựng Đập đất có thể xây dựng trên nhiều loại nền, dễ thích ứng với độ lún của nền, ít

bị nứt nẻ gây phá hoại đập Ngoài ra còn tận dụng được vật liệu địa phương, giảm giá thành, thi công đơn giản…Do các đặc tính ưu việt đó nên đập đất ngày càng được phổ biến rộng rãi ở nước ta cũng như trên thế giới

Hình 1 1: ản v ng nghi n cứu

Hồ chứa nước Nước Trong được xây dựng trên sông Nước Trong thuộc phụ lưu

tả ngạn sông Trà Khúc (Hình 1.2) Công trình nằm trên địa bàn xã Sơn Bao huyện Sơn

Hà, cách thị xã Quảng Ngãi khoảng 50 Km về phía Tây, cách thị trấn Sơn Hà khoảng

10 Km về phía Tây - Tây Bắc Vùng lòng hồ chứa gồm 2 xã huyện Sơn Hà (Di Lăng

và Sơn Bao) và 4 xã của huyện Tây Trà mới thành lập (Trà Phong, Trà Xinh, Trà Trung và Trà Thọ)

Hình 1 2 : H chứa nước Nước Trong - Tỉnh Quảng Ngãi (Ảnh chụp từ vệ tinh)

Vùng hưởng lợi của dự án là vùng hạ du sông Trà Khúc, bao gồm các huyện thuộc khu tưới hệ thống thủy lợi Thạch Nham, khu công nghiệp Dung Quất, thành phố Vạn Tường, thành phố Quảng Ngãi và vùng Bắc tỉnh Quảng Ngãi (Hình 1.1)

Nhiệm vụ hồ chứa Nước Trong phục vụ đa mục tiêu cho các ngành kinh tế quốc dân Kết hợp giảm lũ cho hạ du, phát triển du lịch, giảm xâm nhập mặn và cải tạo môi trường sinh thái vùng Các lợi ích mang lại là rất lớn nên việc xây dựng hồ chứa nước Nước Trong là rất cần thiết, để cấp nước ngọt cho nhu cầu sinh hoạt và sản xuất của người dân, điều tiết lũ, giảm thiểu thiên tai trong mùa mưa, đảm bảo tính an toàn và tài sản của nhân dân, góp phần thúc đẩy phát triển kinh tế - xã hội

Tuy nhiên đặc thù ở khu vực miền trung nói chung và tỉnh Quảng Ngãi nói

Hồ chứa nước Nước

riêng gặp rất nhiều thiên tai hàng năm, bão lũ thường xuyên xảy ra mà Hồ chứa nước Trong lại là hồ có dung tích 289,5 triệu m3 (Hồ chứa có dung tích lớn nhất tỉnh Quảng Ngãi) Vì vậy việc ứng dụng mô hình toán kiểm tra ổn định đập đất Hồ chứa nước nước Nước Trong là việc làm rất cần thiết nhằm đảm bảo cho công trình tuyệt đối an toàn không có sự cố nào đáng tiết cho hạ du là việc được các cơ quan quản lý rất quan tâm và cần thiết

Dòng thấm ở đập đất nói chung rất phức tạp, nhất là các vị trí tiếp giáp với sườn đồi thường là các dòng thấm không gian Dòng thấm liên quan mật thiết đến điều kiện địa hình, địa chất, thủy văn Trong tính toán, thiết kế đập đất hiện nay, việc tính toán thấm thường sử dụng mô hình toán hai chiều đứng (2D) còn gọi là thấm phẳng, giải theo phương pháp phần tử hữu hạn (FEM), để tính toán cho các mặt cắt đại diện đập đất [3] Tuy nhiên, việc tính toán thấm theo mô hình hai chiều đứng trong một

số trường hợp điều kiện địa hình, địa chất nào đó thì mô hình này chưa phản ánh đúng dòng thấm thực tế, nhất là khi đập cao, có tỷ số giữa chiều dài (L) và chiều cao (H) từ

1 ÷ 5 [4] Kết quả tính toán để thiết kế có khả năng gây ra sự cố công trình, hoặc lãng phí Vì vậy cần thiết phải nghiên cứu dòng thấm không gian qua đập đất (3D) trong một số trường hợp đập đất có điều kiện về địa hình, địa chất đặc biệt, để đánh giá ảnh hưởng của dòng thấm đến an toàn công trình cũng như hiệu quả kinh tế; từ đó để các đơn vị chức năng đề xuất phương án nhằm đảm bảo ổn định cho đập đất

2 Mục đích nghiên cứu

Tính toán thấm ổn định không gian qua đập đất Hồ chứa nước Nước Trong bằng mô hình Seep3D của GEO-SLOPE international Ltd, nhằm xác định đường bão hòa và ảnh hưởng của dòng thấm đối với ổn định mái đập đất Từ đó đưa ra nhận xét

và kiến nghị

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu: Đập đất Hồ chứa nước Nước Trong nằm trên địa bàn xã Sơn Bao huyện Sơn Hà, tỉnh Quảng Ngãi

Phạm vi nghiên cứu: Dòng thấm không gian, ổn định qua đập đất Hồ chứa nước Nước Trong

4 Phương pháp nghiên cứu

Khảo sát thực tế hiện trường, thu thập phân tích các tài liệu đã có kết hợp với nghiên cứu các phương pháp kỹ thuật phần mềm, đề xuất giải pháp kỹ thuật phù hợp (nếu có)

Ứng dụng phần mềm mô hình Seep3D tính thấm không gian và ổn định cho cho mặt cắt đại diện đập đất hồ chứa nước Nước Trong

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Việc giải bài toán thấm thường sử dụng mô hình toán hai chiều đứng (2DV), chỉ xoay quanh sơ đồ phẳng không phản ánh đúng tình hình thủy lực của dòng thấm trong thực tế Nhất là các vị trí đặc biệt như mặt cắt tại vai đồi chẳng hạn, chúng ta

sẽ khó khăn khi chọn biên MNHL Điều này dẫn đến việc lựa chọn mặt cắt chưa hợp lý, dẫn đến sự cố công trình hoặc lãng phí

Mô hình Seep3D của GEO-SLOPE international Ltd, được xây dựng dựa trên phương pháp PTHH với khả năng mô hình hoá dòng thấm ổn định theo không gian ba chiều; nên kết quả tiệm cận với dòng thấm thực tế hơn, qua đó hàng loạt các vấn đề về thiết kế đập đất sẽ được cải thiện

Việc xây dựng ngày càng nhiều các công trình thủy lợi, thủy điện nhằm đáp ứng nhu cầu về năng lượng và cấp nước là điều tất yếu đã và đang xảy ra, nhất là trong giai đoạn công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước Trong tất cả các công trình đã, đang và sẽ xây dựng đó hầu như tuyến dâng nước (hay gọi là đập) chủ yếu làm bằng đất

Theo thống kê 93 hồ chứa nước lớn trong nước đang bị thấm [2] thì lẽ đương nhiên là có nguyên nhân do sơ đồ tính không phù hợp

Nói tóm lại bài toán tính thấm theo mô hình toán hai chiều đứng (2DV) đã đến lúc cần phải thay thế bằng thấm không gian (3D) nhất là các đập có chiều cao lớn, chiều dài

bé (tỉ chiều cao/chiều dài = H/L= 1/4 ÷ 1/1)

Qua những điều trình bày trên đây cho thấy đề tài luận văn có ý nghĩa khoa học

và thực tiễn rõ rệt

6 Cấu trúc luận văn

Chương 1 - Tổng quan:

Chương 2 - Cơ sở lý thuyết của SEEP3D - Giải bài toán thấm không gian bằng phương pháp phần tử hữu hạn:

Chương 3 - Ứng dụng mô hình Seep3D tính thấm không gian qua đập đất Hồ chứa nước Trong

Kết luận và kiến nghị

Chương I TỔNG QUAN VỀ ĐẬP VẬT LIỆU ĐỊA PHƯƠNG VÀ CÁC

GIẢI PHÁP ĐẢM BẢO ỔN ĐỊNH HỒ CHỨA

1.1 Tổng quan về đập vật liệu địa phương (VLĐP)

1.1.1 Tổng quan đập đất trên thế giới

Đập đất nhỏ là loại công trình thuỷ lợi đơn giản nhất Chỉ cần dùng sức người

và những phương tiện rất thô sơ là có thể xây dựng được những đập đất rất nhỏ Vì thế, chắc chắn là đập đất đã có từ xa xưa Tuy nhiên, do vật liệu đất tự nhiên rất dễ bị huỷ hoại theo thời gian nên đến nay hầu như không còn di tích của những đập đất từ thời cổ đại Việc mới phát hiện di tích đập đất cổ ở Thổ Nhĩ Kỳ quả là rất hiếm, nếu chưa nói là duy nhất Những công trình xây dựng từ thời cổ đại còn lưu lại đến ngày nay, như Kim Tự Tháp ở Ai Cập chẳng hạn, đều bằng đá Mặc dầu vậy, các nhà khảo

cổ cũng đã thu thập được một số chứng tích Theo tư liệu của ASCE (American Society of Civil Engineering – Hội Xây dựng Hoa Kỳ) thì đập lớn bằng đất lẫn đá cổ xưa nhất là đập Sadd - el - Kafura cao khoảng 22m ở Ai Cập khoảng năm 2850 trước Công nguyên (cách chúng ta gần 5000 năm) Từ thế kỷ XIX, đập đất rất phát triển với những công nghệ ngày càng tiên tiến trong thiết kế và thi công Những đập đất vào loại lớn nhất thế giới như Nurek (Tajikistan, cao 315m), Oroville (Mỹ, cao 262,5m) Theo thống kê năm 1996 từ 63 nước thành viên của ICOLD (International Commission on Large Dams - Hội Đập lớn Thế giới) thì 80% đập lớn (cao trên 15m)

là đập đất Tuy vậy, đập đất có một số nhược điểm như vật liệu tự nhiên có độ bền vững tương đối thấp, bị ảnh hưởng nhiều bởi thời tiết lúc thi công, nên gần đây, các loại đập đá và đập bê tông - nhất là bê tông đầm lăn (RCC – Roller Compacted Concrete) thường là phương án được lựa chọn khi cần xây đập rất cao (trên 100m) Tại Hội nghị thường niên của USSD (United States Society on Dams - Hội Đập Hoa Kỳ) năm 2000, nhiều chuyên gia đã khuyến nghị dùng RCC khi sửa chữa, nâng cấp các đập đất lớn (website Hội đập lớn và phát triển nguồn nước việt nam)

1.1.2 Tổng quan đập đất, hồ chứa ở Việt Nam

Việt Nam là một trong những nước có nhiều hồ chứa Theo điều tra của dự án UNDP VIE 97/2002 thì Việt Nam có khoảng 10.000 hồ 180 cái đứng vào hàng thứ 24

trong các nước có số liệu thống kê của ICOLD Theo con số thống kê của Bộ Nông nghiệp PTNT năm 2002 cả nước ta đã có 1967 hồ (dung tích mỗi hồ trên 2.105 m3)

Trong đó có 10 hồ thủy điện có tổng dung tích 19 tỷ m3 còn lại là 1957 hồ thủy nông với dung tích 5,842 tỷ m3 Nếu chỉ tính các hồ có dung tích từ 1 triệu m3 nước trở lên thì hiện nay có 587 hồ có nhiệm vụ tưới là chính.Các hồ chứa phân bố không đều trên phạm vi toàn quốc Trong số 61 tỉnh thành nước ta có 41 tỉnh thành có hồ chứa nước Các tỉnh miền Bắc và miền Trung có diện tích tự nhiên chiếm 64,3%, dân số chiếm 60,3% của toàn quốc nhưng số hồ chiếm tới 88,2% số hồ của toàn quốc

Các hồ được xây dựng trong từng thời kỳ phát triển của đất nước Tính ở khu vực miền Bắc và miền Trung Việt Nam số hồ xây dựng từ năm 1960 trở về trước chiếm khoảng 6%, từ 1960 đến 1975 chiếm 44% và từ 1975 đến nay chiếm 50%

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 (website Hội đập lớn và phát triển nguồn nước việt nam)

1.1.3 Hiện trạng đập đất ở Việt Nam

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 ở nền đập Đồng Mô-Hà Tây, Suối Giai-Sông Bé, Vân Trục-Vĩnh Phúc… Thấm mạnh, sủi nước ở vai đập Khe Ch -Quảng Ninh, Ba Khoang-Lai Châu, 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%

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

1.1.4 Tình hình xây dựng đập ở Việt Nam

Hầu hết đập đất ở Việt Nam được xây dựng từ năm 1954 ở miền Bắc và từ sau năm 1975 trên cả nước Hiện chưa có thống kê thật đầy đủ về số đập đất ở Việt Nam Theo “Át lát công trình thuỷ lợi tiêu biểu ở Việt Nam” (do Bộ Nông nghiệp & PTNT

ấn hành năm 2003) thì tính đến năm 2000, nước ta có ” gần 500 hồ đập lớn với dung tích trên 1 triệu m3 nước hoặc đập cao trên 10m hoặc công trình xả lũ trên 2000 m3/s ” Tại thời điểm đó, đập chắn nước (embankment dam) đều là đập đất, chỉ có đập Hoà Bình là đập đá đổ lõi sét Mấy năm sau mới có các đập bêtông thông thường (conventional concrete) Tân Giang (Ninh Thuận), Lòng Sông (Bình Thuận), các đập

đá đổ lõi sét Hàm Thuận – Đa Mi (Lâm Đồng), Yaly (Gia Lai), đập đá đầm nén có bản mặt bêtông cốt thép Quảng Trị, Tuyên Quang, đập RCC Plei Krong, các đập RCC Định Bình (Bình Định), Bản Vẽ (Nghệ An), Sơn La, , đập đá đầm nén có bản mặt bêtông cốt thép Cửa Đạt (Thanh Hoá)

Các đập đất lớn hoặc tạo ra hồ chứa có dung tích lớn là Dầu Tiếng (Tây Ninh), Trị An (Đồng Nai), Núi Cốc (Thái Nguyên), Yên Lập (Quảng Ninh), Cấm Sơn (Bắc Giang), Sông Mực (Thanh Hoá), Kẻ Gỗ (Hà Tĩnh), An Mã (Quảng Bình), Phú Ninh (Quảng Nam), Núi Một (Bình Định), Nước Trong (Quảng Ngãi)

1.2 Ảnh hưởng của dòng thấm đối với đập đất

Đập đất thường là loại không tràn nước Để đảm bảo tháo lũ, lấy nước tưới hoặc cung cấp nước cho sinh hoạt, phải xây dựng những công trình riêng như đường tràn tháo lũ, cống lấy nước

Hình 1 3: Đường bão hòa và khu mao dẫn

Nền đập và thân đập nói chung thấm nước Khi mực nước thượng lưu dâng cao trong thân đập sẽ hình thành dòng thấm từ thượng lưu về hạ lưu Trong thân đập, có mặt đường bão hòa (1) Phía trên đường bão hòa có khu nước mao dẫn (2) (Hình 1.3) Dưới đường bão hòa đất chịu đẩy nổi của nước và chịu lực thủy động do thấm

Lực thấm thủy động do dòng thấm phát sinh trong khối đất khi có dòng thấm trong đất gặp lực cản của đất Phương của lực thủy động trùng với phương của dòng thấm, điểm đặt tại trọng tâm khối đất, độ lớn tỷ lệ thuận với gradien thấm Dưới tác dụng của lực thấm thủy động, mái đất càng dễ mất ổn định

1.2.1 Thấm phẳng và thấm không gian qua đập đất

Đối với các đập xây dựng ở sông đồng bằng thường có chiều cao nhỏ, chiều dài lớn, do đó chuyển động thấm trong phạm vi phần lớn chiều dài đập là thấm gần như phẳng, nghĩa là dòng thấm gần vuông góc với trục dọc của đập

Trong các đập cao xây dựng ở vùng núi, hoặc trong các đập xây dựng trên các sông suối hẹp thì chuyển động của dòng thấm có tính không gian rõ rệt

Hình 1.4: Sơ thấm không gian trong ập ất

a) ình ập và các ường dòng thấm ặc trong trên bình diện; b) Các mặt cắt i qua các ường dòng ặc trưng

Bản thân lòng sông trong đa số trường hợp làm chức năng thoát nước thấm không gian Riêng đoạn mặt cắt qua khu vực lòng sông ngập nước ở hạ lưu, các dòng thấm có phương vuông góc với trục đập (mặt cắt A-A trên hình 1.4) và chuyển động thấm ở đây được xem là phẳng Tại hai vai đập, ở phạm vi bãi bồi và sườn dốc của hai bên bờ, các đường dòng thấm có dạng cong và kéo dài trên bình diện (các mặt cắt B-B và C-C (như hình 1.4)[6]

.1.3 Các loại sự cố đập VLĐP

Việc xây dựng hồ, đập mang lại nhiều lợi ích cuộc sống cho con người Tuy nhiên, cùng với thời gian khai thác, các công trình bị xuống cấp và hư hỏng gây ra nhiều thiệt hại nghiêm trọng

Trong lịch sử xây dựng đập đất trên thế giới, cũng như Việt Nam đến nay đã chứng kiến nhiều sự cố do thấm gây thiệt hại lớn về người và của Những sự cố thường gặp và nguyên nhân gây ra sự cố ở đập đất như sau:

1.3.1 Nguyên nhân khách quan

Những nguyên nhân khách quan có thể gây ra sự cố cho đập đất phải kể đến các đặc điểm về khí hậu, địa hình, địa chất… Các nguyên nhân khách quan sau thường được đề cập đến trong các sự cố thường gặp ở đập đất:

- Lũ vượt tần suất thiết kế, không có tràn xả lũ dự phòng;

- Nước hồ rút xuống nhanh gây ra giảm tải đột ngột trên mái thượng lưu;

- Nền đập bị lún trên chiều dài dọc tim đập;

- Địa chất nền đập xấu, không xử lý được;

- Thiết bị tiêu nước bị tắc làm dâng cao đường bão hòa;

- Tiêu thoát nước mưa trên mặt mái hạ lưu không tốt, khi mưa kéo dài toàn thân đập bị bão hòa nước ngoài dự kiến của thiết kế

1.3.2 Nguyên nhân chủ quan

a) Nguyên nhân về khảo sát

Công tác khảo sát địa hình, địa chất đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp tài liệu cho thiết kế, thi công

Công tác khảo sát địa chất công trình nhằm đánh giá điều kiện địa chất công trình khu vực xây dựng và đề xuất các giải pháp xử lý các vấn đề địa chất công trình

có thể gặp trong quá trình thiết kế, thi công Một số sai sót trong quá trình khảo sát địa chất công trình có thể dẫn đến các sự cố như:

Đánh giá sai tình hình địa chất nền, để sót lớp thấm mạnh không được xử lý; Kết quả khảo sát sai với thực tế, cung cấp sai các chỉ tiêu cơ lý, do khảo sát sơ sài, khối lượng khảo sát thực hiện ít, không thí nghiệm đầy đủ các chỉ tiêu cơ lý cần thiết, từ đó đánh giá sai chất lượng đất đắp, đất đắp đập có tính chất đặc biệt (tính trương nở tự do mạnh, lún ướt lớn hoặc tan rã mạnh) nhưng khi khảo sát không phát hiện ra, hoặc có phát hiện ra nhưng thiết kế kết cấu đập không hợp lý;

Đắp đất công trình không đảm bảo chất lượng: chất lượng đất đắp không được lựa chọn kỹ, không dọn vệ sinh sạch sẽ để loại bỏ các tạp chất trước khi đắp đất, đầm nện không kỹ; hàm lượng cát, bụi dăm sạn nhiều, hàm lượng sét ít, đất bị tan rã mạnh

b) Nguyên nhân về thiết kế

Một trong những nguyên nhân trong các sự cố công trình đập là sai sót trong khâu tính toán thiết kế công trình:

Tính toán thủy văn sai: Mưa gây ra lũ tính nhỏ, lưu lượng đỉnh lũ nhỏ; tổng lượng lũ nhỏ hơn thực tế; các dạng lũ thiết kế không phải là bất lợi; thiếu khu vực; lập đường cong dung tích hồ W = f(H) lệch về phía lớn, lập đường cong khả năng xả lũ của đập tràn Q = f(H) sai lệch với thực tế;

Chọn dung trọng khô thiết kế quá thấp, nên đất sau khi đầm, đất vẫn chưa đảm bảo độ chặt dẫn đến hệ số thấm cao hơn hệ số thấm cho phép của thiết kế;

Tính sai cấp bão;

Thiết kế và thi công không có biện pháp xử lý khớp nối thi công do phân đoạn đập để đắp trong quá trình thi công;

Thiết kế chọn tổ hợp tải trọng không phù hợp với thực tế, chọn sai sơ đồ tính toán ổn định;

c) Nguyên nhân về thi công

Đây là nguyên nhân quan trọng, có ảnh hưởng lớn đến an toàn đập Có nhiều yếu tố trong quá trình thi công có liên quan đến chất lượng đập, cũng như khả năng xảy ra các sự cố, như:

Đỉnh đập đắp thấp hơn cao trình thiết kế;

Biện pháp thiết kế gia cố mái không đủ sức chịu đựng sóng do bão gây ra; Thi công lớp gia cố kém chất lượng: Kích thước đá lát hoặc tấm bê tông nhỏ hơn thiết kế; chất lượng đá hoặc bê tông kém; đá lát đặt nằm, không chèn chặt các hòn đá;

Đất mái đập thượng lưu đầm nện không chặt, hoặc không xén mái;

Biện pháp thi công xử lý nền không đảm bảo chất lượng: khoan phụt không đạt yêu cầu; bóc không sạch lớp bồi tích; thi công chân khay, sân phủ kém dẫn đến thủng lớp cách nước; không bóc hết lớp thảo mộc ở các vai đập;

Thi công đắp đập không đúng thiết kế, như: Chiều dày lớp đắp lớn hơn so với thiết kế, số lần đầm ít hơn thiết kế Phần tiếp giáp giữa các lớp đắp, các khối đắp và phần mang cống thường thi công không đảm bảo, độ chặt kém

1.4 Một số sự cố vỡ đập điển hình ở Việt Nam

- Khảo sát: do 1 công ty tư nhân tên là Sơn Hà ở TP Hồ Chí Minh khảo sát

- Thiết kế: do xí nghiệp KSTK thuộc Sở Thuỷ lợi Khánh Hoà thiết kế

- Thi công: do Công ty Xây dựng Thuỷ lợi 7, Bộ Thuỷ lợi

Đập được khởi công từ tháng 10/1984, hoàn công tháng 9/1986 và bị vỡ vào 2h15 phút đêm 03/12/1986

Hình 1.5 Đập Suối Hành, Cam Ranh, Khánh Hòa

Nguyên nhân: Khi thí nghiệm vật liệu đất đã bỏ sót không thí nghiệm 3 chỉ tiêu rất quan trọng là độ tan rã, độ lún ướt và độ trương nở, do đó đã không nhận diện được tính hoàng thổ rất nguy hiểm của các bãi từ đó đánh giá sai lầm chất lượng đất đắp đập Công tác khảo sát địa chất quá kém, các số liệu thí nghiệm về đất bị sai rất nhiều

so với kết quả kiểm tra của các cơ quan chuyên môn của Nhà nước như Trường Đại học Bách khoa TP HCM, Viện Khoa học Thuỷ lợi Miền Nam

Vật liệu đất có tính chất phức tạp, không đồng đều, khác biệt rất nhiều, ngay trong một bãi vật liệu các tính chất cơ lý lực học cũng đã khác nhau nhưng không được mô tả và thể hiện đầy đủ trên các tài liệu

Thiết kế chọn chỉ tiêu trung bình của nhiều loại đất để sử dụng chỉ tiêu đó thiết

kế cho toàn bộ thân đập là một sai lầm rất lớn Tưởng rằng đất đồng chất nhưng thực

tế là không Thiết kế gk = 1,7T/m3với độ chặt là k = 0,97 nhưng thực tế nhiều nơi khác

có loại đất khác có gk = 1,7T/m3 nhưng độ chặt chỉ mới đạt k = 0,9

Do việc đất trong thân đập không đồng nhất, độ chặt không đều cho nên sinh ra việc lún không đều, những chỗ bị xốp đất bị tan rã khi gặp nước gây nên sự lún sụt trong thân đập, dòng thấm nhanh chóng gây nên luồng nước xói xuyên qua đập làm vỡ đập

Việc lựa chọn sai lầm dung trọng khô thiết kế của đất đắp đập là một trong những nguyên nhân chính dẫn đến sự cố vỡ đập Kỹ sư thiết kế không nắm bắt được các đặc tính cơ bản của đập đất, không kiểm tra để phát hiện các sai sót trong khảo sát

và thí nghiệm nên đã chấp nhận một cách dễ dàng các số liệu do các cán bộ địa chất cung cấp

Không có biện pháp xử lý độ ẩm thích hợp cho đất đắp đập vì có nhiều loại đất khác nhau có độ ẩm khác nhau, bản thân độ ẩm lại thay đổi theo thời tiết nên nếu ngưới thiết kế không đưa ra giải pháp xử lý độ ẩm thích hợp sẽ ảnh hưởng rất lớn đến hiệu quả đầm nén và dung trọng của đất Điều này dẫn đến kết quả trong thân đập tồn tại nhiều gk khác nhau

Lựa chọn kết cấu đập không hợp lý Khi đã có nhiều loại đất khác nhau thì việc xem đập đất là đồng chất là một sai lầm lớn, lẽ ra phải phân mặt cắt đập ra nhiều khối

có các chỉ tiêu cơ lý lực học khác nhau để tính toán an toàn ổn định cho toàn mặt cắt đập Khi đã có nhiều loại đất khác nhau mà tính toán như đập đồng chất cũng là 1 nguyên nhân quan trọng dẫn đến sự cố đập Suối Hành

Trong thi công cũng có rất nhiều sai sót như bóc lớp đất thảo mộc không hết, chiều dày rải lớp đất đầm quá dày trong khi thiết bị đầm nén lúc bấy giờ chưa được trang bị đến mức cần thiết và đạt yêu cầu, biện pháp xử lý độ ẩm không đảm bảo yêu cầu chất lượng, xử lý nối tiếp giữa đập đất và các mặt bê tông cũng như những vách đá của vai đập không kỹ cho nên thân đập là tổ hợp của các loại đất có các chỉ tiêu cơ lý lực học không đồng đều, dưới tác dụng của áp lực nước sinh ra biến dạng không đều trong thân đập, phát sinh ra những kẽ nứt dần dần chuyển thành những dòng xói phá hoại toàn bộ thân đập

1.4.2 Vỡ đập Suối Trầu ở Khánh Hoà

Đập Suối Trầu ở Khánh Hoà (Hình 1.6) bị sự cố 4 lần:

- Lần thứ 1: năm 1977 vỡ đập chính lần 1

- Lần thứ 2: năm 1978 vỡ đập chính lần 2

- Lần thứ 3: năm 1980 xuất hiện lỗ rò qua đập chính

- Lần thứ 4: năm 1983 sụt mái thượng lưu nhiều chỗ, xuất hiện 7 lỗ rò ở đuôi cống

Đập Suối Trầu có dung tích 9,3triệu m3

nước

- Chiều cao đập cao nhất: 19,6m

- Chiều dài thân đập: 240m

- Đơn vị tư vấn thiết kế: Công ty KSTK Thuỷ lợi Khánh Hoà

- Đơn vị thi công: Công ty công trình 4-5, Bộ Giao thông Vận tải

Hình 1.6 H chứa nước Suối Trầu, Ninh Hòa, Khánh Hòa

Nguyên nhân của sự cố:

Về thiết kế: xác định sai dung trọng thiết kế Trong khi dung trọng khô đất cần

đạt g = 1,84T/m3 thì chọn dung trọng khô thiết kế gk = 1,5T/m3 cho nên không cần đầm, chỉ cần đổ đất cho xe tải đi qua đã có thể đạt dung trọng yêu cầu, kết quả là đập hoàn toàn bị tơi xốp

Về thi công: đào hố móng cống quá hẹp không còn chỗ để người đầm đứng đầm đất ở mang cống Đất đắp không được chọn lọc, nhiều nơi chỉ đạt dung trọng khô gk = 1,4T/m3, đổ đất các lớp quá dày, phía dưới mỗi lớp không được đầm chặt

Về quản lý chất lượng:

Không thẩm định thiết kế

Giám sát thi công không chặt chẽ, nhất là những chỗ quan trọng như mang

cống, các phần tiếp giáp giữa đất và bê tông, không kiểm tra dung trọng đầy đủ

Số lượng lấy mẫu thí nghiệm dung trọng ít hơn quy định của tiêu chuẩn, thường chỉ đạt 10% Không đánh dấu vị trí lấy mẫu

Như vậy, sự cố vỡ đập Suối Trầu đều do lỗi của thiết kế, thi công và quản lý

1.4.3 Vỡ đập Am Chúa ở Khánh Hoà

Đập Am Chúa ở Khánh Hoà (hình 1.7) cũng có quy mô tương tự như hai đập đã nói trên đây Đập được hoàn thành năm 1986, sau khi chuẩn bị khánh thành thì lũ về làm nước hồ dâng cao, xuất hiện lỗ rò từ dưới mực nước dâng bình thường rồi từ lỗ rò

đó chia ra làm 6 nhánh như những vòi của con bạch tuộc xói qua thân đập làm cho đập

vỡ hoàn toàn chỉ trong 6 tiếng đồng hồ Nguyên nhân cũng giống như các đập nói trên

Khảo sát xác định sai chỉ tiêu của đất đắp đập, không xác định được tính chất tan rã, lún ướt và trương nở của đất nên không cung cấp đủ các tài liệu cho người thiết

kế để có biện pháp xử lý

Thiết kế không nghiên cứu kỹ sự không đồng nhất của các bãi vật liệu nên vẫn cho rằng đây là đập đất đồng chất để rồi khi dâng nước các bộ phận của đập làm việc không đều gây nên nứt nẻ, sụt lún, tan rã, hình thành các vết nứt và các lỗ rò

Thi công không đảm bảo chất lượng, đầm đất không đạt dung trọng nên khi hồ bắt đầu chứa nước, đất không được cố kết chặt, gặp nước thì tan rã

Vẫn là những bài học cay đắng của đất đắp đập miền Trung nhưng không được đúc kết và rút kinh nghiệm

Hình 1.7 Đập Am Chúa ở Khánh Hoà

Một số đập có quy mô nhỏ hơn như đập Họ Võ (Hà Tĩnh), đập Đu Đủ (Bình Thuận), đập Núi Một (Bình Thuận), cũng bị vỡ mà nguyên nhân chính là do tài liệu khảo sát sai

Đập Cà Giây ở Bình Thuận đã thi công gần đến đỉnh đập, nước trong hồ đã dâng lên gần đến cao trình thiết kế thì xuất hiện nhiều lỗ rò xuyên qua thân đập phá hoại toàn bộ thiết bị tiêu nước trong thân đập làm đập bị sụt xuống suýt vỡ

Nguyên nhân chủ yếu là do thi công hai khối đập cách nhau quá xa, xử lý nối tiếp không tốt, hai khối lún không đều xuất hiện vết nứt giữa hai khối

Còn rất nhiều sự cố trong nhiều năm qua mà chưa có một tổng kết đầy đủ, song thường là những công trình nhỏ, công tác quản lý chất lượng thường không được quan tâm một cách đầy đủ

Qua một số sự cố điển hình trên đây có thể rút ra một số nguyên nhân chủ yếu sau đây:

Công tác khảo sát địa chất không tốt, không đánh giá hết tính phức tạp của đất đắp đập đặc biệt là đất duyên hải miền Trung Nhiều đơn vị khảo sát tính chuyên nghiệp kém, thiếu các cán bộ có kinh nghiệm dẫn đến nhiều sai sót trong đánh giá bản chất của đất

Công tác thiết kế chưa hiểu được tầm quan trọng của việc xác định dung trọng đắp đập dẫn đến xác định sai các chỉ số này Xác định kết cấu đập không đúng, nhiều lúc rập khuôn máy móc, không phù hợp với tính chất của các loại đất trong thân đập dẫn đến đập làm việc không đúng với sức chịu của từng khối đất

Công tác thi công: chưa tuân thủ đúng các tiêu chuẩn kỹ thuật, nhiều đơn vị thi công không chuyên nghiệp, không hiểu rõ được tầm quan trọng của từng chỉ số được quy định trong thiết kế nên dẫn đến những sai sót rất nghiêm trọng nhưng lại không hề biết

Công tác quản lý: các ban quản lý dự án thiếu các cán bộ chuyên môn có kinh nghiệm, tính chuyên nghiệp của ban quản lý không cao, khi lựa chọn các nhà thầu chỉ thường nghiêng về giá bỏ thầu nên không chọn được các nhà thầu có đủ và đúng năng lực

1.4.4 Đập tràn hồ chứa nước Dầu Tiếng

Công trình (hình 1.8) có nhiệm vụ:

Điều tiết nhiều năm nước sông Sài Gòn, tưới 93.000ha đất sản xuất nông nghiệp huyện Tân Biên, Châu Thành, Bến Cầu, Dương Minh Châu, Phú Khương, Gò Dầu, Trảng Bảng, thị xã Tây Ninh

Cấp nước cho nhu cầu sinh hoạt và công nghiệp trong vùng hằng năm khoảng

100 triệu m³

Tận dụng diện tích mặt nước và dung tích hồ chứa để nuôi cá

Hình 1 8 H chứa nước Dầu Tiếng

Vào lúc 0h50’ ngày 09 tháng 01 năm 1986, tại gối đỡ cửa số 3 và cửa số 4 (Hai cửa này đang ở tư thế đóng kín) bị đứt rời khỏi khung càng néo, đồng thời khối bê tông của trụ pin phía sau gối bị cắt đứt khỏi phần thượng lưu theo phương gần như thẳng đứng và bị đẩy văng về hạ lưu Một đoạn cầu công tác đặt trên khoang cửa số 3

và số 4 cũng bị sập và bị đẩy trôi về hạ lưu Nước hồ chảy tràn qua 2 khoang cửa bị sự

cố với Q > 500 m3/s gây ra lũ nhân tạo trong mùa khô ở hạ du sông Sài Gòn

1.5 Các phương pháp xử lý thấm nâng cao ổn định đập đất và điều kiện ứng dụng

1.5.1 Mục đích của việc xử lý thấm

Trong quá trình thiết kế cũng như thi công các công trình xây dựng cơ bản, đặc biệt là các công trình thuỷ lợi như hồ chứa nước thì việc tính toán thấm phải rất thận

trọng vì nó có tính quyết định đến sự ổn định cũng như tính lâu dài của hồ chứa Nhiệm vụ của tính thấm qua đập đất là xác định các đặc trưng thấm sau

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

1.5.2 Giải pháp xử lý thấm cho công trình đập

a) Sân phủ kết hợp với tường nghi ng chống thấm thượng lưu (sân trước)

Giải pháp chống thấm bằng sân phủ kết hợp với tường nghiêng chống thấm thân đập, xem hình vẽ 1.9 sau Đây là giải pháp truyền thống có nhiều tính ưu việt nên đã được áp dụng rất nhiều và khá rộng rãi; giải pháp này có thể sử dụng được nhiều loại vật liệu địa phương và có công nghệ thi công đơn giản

Vật liệu thông thường dùng để làm sân phủ chống thấm nền đập bao gồm các loại vật liệu mềm như đất sét, á sét nặng, bụi, than bùn có hệ số thấm nhỏ hoặc vật liệu polyme hóa dẻo, ngoài ra còn dùng vật liệu hỗn hợp nhân tạo gọi là bê tông – sét, ngày nay còn sử dụng các loại vải lọc địa kỹ thuật chống thấm

Ưu điểm: Phương pháp này có công nghệ thi công đơn giản, sử dụng được các loại máy thi công thông thường như máy đào, máy xúc, máy ủi, máy đầm Vật liệu rất phong phú dễ sử dụng, nên chi phí thấp hơn so với các phương pháp khác

Hạn chế: Do vật chống thấm nằm ngoài thân đập, chịu nhiều tác động của ngoại lực nên khả năng bị mất ổn định rất cao Vật liệu làm sân phủ dễ nứt nẻ do thay đổi nhiệt độ và cũng bị dễ bị tan rã do bởi chịu tác động của sóng gió trong hồ Vì vậy cần thiết phải có lớp gia tải bảo vệ mặt ngoài với chiều dày lớn hơn 2m, lớp này phải có tính thấm và thoát nước tốt như đất cát xen kẹp cuội sỏi hoặc đá dăm

Phạm vi ứng dụng: Thường áp dụng cho đập đồng chất có chiều cao thấp và đối với nền có chiều sâu tầng thấm nước khá dày hoặc vô hạn (T ≥ 5m)

Hinh 1 9 Giải pháp sân phủ kết hợp với tường nghi ng thượng lưu chống thấm

Hinh 1 10 Tường chống thấm bằng các loại vật liệu mới như màng HDPE, thảm sét

Tường chống thấm được áp dụng rộng rãi trong xây dựng các công trình thủy lợi, thủy điện Mục đích của tường chống thấm là kéo dài đường thấm để giảm áp lực thấm phía sau tường

* Ưu điểm: Giải pháp này về lâu dài cần phải tiếp tục theo dõi, đánh giá hiệu quả kinh

tế - kỹ thuật

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

* Điều kiện và phạm vi áp dụng: Giải pháp này đã được áp dụng ở một số công trình

cỡ vừa và nhỏ (H<20m), tuy nhiên số lượng vẫn chưa nhiều Ví dụ: Đập phụ Dầu Tiếng: Khi sửa chữa đã chọn giải pháp kéo dài sân phủ bằng màng HDPE dày 1,5mm; Đập Đá Bạc, đập Nhà Đường (Hà Tĩnh): sử dụng HDPE phủ lên mái thượng lưu

b) Chân khay kết hợp với tường nghi ng chống thấm

Đây là giải pháp truyền thống và có nhiều tính ưu việt giống như giải pháp chống thấm bằng sân phủ kết hợp với tường nghiêng thượng lưu chống thấm nêu trên,

là sử dụng được nhiều loại vật liệu địa phương và có công nghệ thi công đơn giản Chân khay được bố trí cùng với tường nghiêng thượng lưu chống thấm, chiều sâu chân khay được thiết kế ăn sâu xuống đến tầng không thấm hoặc thấm ít, xem hình vẽ 1 12 sau

Vật liệu thường dùng để làm chân khay chống thấm nền đập bao gồm các loại vật liệu mềm như đất sét, á sét nặng, bụi, than bùn có hệ số thấm nhỏ hoặc dùng vật liệu hỗn hợp nhân tạo bằng bê tông - sét

Ưu điểm: Phương pháp này có công nghệ thi công đơn giản, sử dụng được các loại máy thi công thông thường như máy đào, máy xúc, máy ủi, máy đầm Vật liệu rất phong phú và dễ sử dụng Giải pháp này phù hợp với loại nền có chiều dày tầng thấm nước nhỏ Do chân khay bố trí ăn sâu vào nền, ít bị tác động bởi ngoại lực, vì vậy ít bị tan rã hay co ngót

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)

Hinh 1 12 Giải pháp chân khay kết hợp với tường nghi ng thượng lưu chống thấm c) Chân khay kết hợp với lõi giữa chống thấm

Đây cũng chính là một trong các giải pháp truyền thống và có nhiều tính ưu việt giống như 2 giải pháp chống thấm nêu trên, là sử dụng được nhiều loại vật liệu địa phương và có công nghệ thi công đơn giản Chân khay được bố trí cùng với tường lỏi chống thấm giữa đập và được ăn sâu xuống đến tầng không thấm hoặc thấm ít, xem hình vẽ 1.13 sau

Vật liệu thường dùng để làm chân khay cũng giống như giải pháp chân khay chống thấm nền đập nêu ở phần trên

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

Hinh 1 13 Giải pháp chân khay kết hợp với lõi giữa chống thấm

Giải pháp tường cừ chống thấm

Có nhiều loại cừ để sử dụng chống thấm cho nền đập như cừ gỗ, cừ nhựa, cừ thép, cừ bê tông cốt thép, cừ bê tông cốt thép dự ứng lực… Là loại cọc chế tạo sẳn và được đóng xuống đất bằng búa đóng cọc, máy rung hoặc máy ép, nếu cần thiết thì có

sự hỗ trợ của thiết bị phun nước để làm rời đất khi hạ cọc Biện pháp đóng cọc bố trí thành hàng, giữa các cọc có khớp nối và goăng kín nước để chống thấm xem hình vẽ 1.14 và 1.15 sau

Ưu điểm: Có tính ổn định cao vì ít bị ảnh hưởng do tác động của ngoại lực, dễ kiểm tra chất lượng cọc và quản lý chất lượng trong quá trình thi công Chiều sâu xử lý chống thấm khá sâu từ (2÷22)m, nếu cừ BTCT dự ứng lực có thể xử lý chống thấm đến chiều sâu 22m và nếu được kết hợp với chân chống thấm giữa đập thì chiều sâu xử

Hinh 1.14 Giải pháp tường cừ kết hợp tường nghiêng hoặc tường lỏi chống thấm

Hinh 1 15 Hình ảnh thi công cọc cừ BTCT và chi tiết khớp nối cọc Giải pháp chống

thấm bằng tường hào Bentonite

>3m

> 1 H

>5m T

H

>3m

> 1 H

>5m T

H

Công nghệ tường hào bentonite chống thấm là một trong các giải pháp mới được phát triển rộng rãi trên thế giới Hiện nay ở trong nước đã có một số công trình ứng dụng công nghệ này để xử lý chống thấm như hồ chứa nước Dầu Tiếng, Am Chúa, Dương Đông, Iasuop, Esoup v.v…

Tuy mới phát triển và ứng dụng trong các năm gần đây, nhưng qua thực tiễn xử

lý chống thấm cho các công trình thủy lợi lớn (xem bảng 1.1), cho thấy đây là giải pháp ứng dụng công nghệ mới rất hiệu quả để xử lý chống thấm công trình

Khối lượng (m 3 )

Hinh 1 16 Giải pháp tường hào bentonite chống thấm

Ưu khuyết iểm và phạm vi ứng dụng

Công nghệ này thi công nhanh và có xác xuất thành công khá cao Khả năng chống thấm tốt với hệ số thấm K= (5.10-6 ÷ 5.10-8)cm/s, với chiều sâu xử lý chống thấm có thể đạt được tới 120m Có khả năng sử dụng trong điều kiện địa hình chật hẹp, yêu cầu chống thấm cao, tầng thấm thấm nước sâu và có hệ số thấm lớn Vữa được trộn theo dây chuyền công nghệ với tiêu chuẩn thống nhất, nên rất thuận lợi cho công

tác thiết kế, thi công, vận chuyển và kiểm tra chất lượng chống thấm công trình

Hạn chế: Hiện nay công nghệ này có chi phí xây dựng còn khá cao, thiết bị máy móc cồng kềnh và không thi công được đối với nền có đá tảng, đá lăn

Phạm vi ứng dụng: Công nghệ này chỉ áp dụng được đối với nền đất, cát và sỏi sạn có hệ số thấm nước lớn và chủ yếu ứng dụng công nghệ này trong công tác sửa chữa nâng cấp chống thấm đập đất

Hinh 1 17 Hình ảnh thi công tường hào bentonite chống thấm

1.5.3 Chống thấm bằng khoan phụt truyền thống

Khoan phụt truyền thống là công nghệ khoan phụt có nút bịt, thông thường là

xử dụng nút đơn với áp lực phụt thấp (< 10 Mpa) Công nghệ này thi công bắt đầu là khoan tạo lỗ, kế tiếp là rữa sạch hố khoan, sau đó tiến hành phụt vữa Vữa được phụt qua mũi khoan hoặc qua một loại nút đặc biệt thường gọi là nút phụt Sơ đồ khoan phụt tạo màn chống thấm nền đập xem hình 1.18

Hinh 1.18 Sơ khoan phụt vữa tạo màng chống thấm

Đối với các loại nền đất, cát, cuội sỏi có hệ số thấm lớn:

Để vữa phụt thâm nhập có hiệu quả vào nền, thì vữa phải lỏng và đủ đạt độ lơ lửng của hạt vật liệu, nên vật liệu phải có cỡ hạt cho phép để vữa phụt dễ dàng lưu động lấp đầy lỗ rỗng Vì vậy, cần phải tính toán kiểm tra tỉ số phụt theo công thức sau đây:

Công thức của Sherad: K = A *10-2 *D152 (2-2)

Trong ó: + K : Là hệ số thấm của đối tượng phụt (m/s)

+ A = (0,2÷0,6) => Thường chọn A= 0,35 + D15 : Là đường kính hạt lọt sàng 15% của đối tượng phụt

Sử dụng hai công thức trên làm cơ sở phân tích vật liệu làm vữa phụt để sử dụng cho phù hợp với loại đất nền

LẮP MÁY KHOAN

KHOAN

RỮA HỐ KHOAN ĐẶT NÚT

ÉP NƯỚC

 Tính q (l/ph.m)

PHỤT VỮA LẤP HỐ THÁO MÁY KHOAN

 Thay đổi nồng độ vữa cho phù hợp Pmax

Khoan lỗ

Công nghệ này có biện pháp thi công không quá phức tạp, sử dụng được nhiều loại vữa khác nhau tùy theo yêu cầu và điều kiện khoan phụt, nên có giá thành tương đối phù hợp Hỗn hợp vữa dùng rất phong phú như xi măng, sét, bentonite, bitum; ứng dụng mới nhất là xi măng siêu mịn; ngoài ra có thể thêm các loại phụ gia để tăng khả năng thâm nhập và tăng cường độ, đồng thời kiểm soát được thời gian ninh kết của vữa phụt Với lưu tốc nước ngầm trong đất vượt quá 80m/ngày đêm thì pha thêm phụ gia đông kết nhanh

Mặt hạn chế của quy trình này là sử dụng nút phụt đơn với áp lực phụt thấp, tiến độ thi công chậm, bán kính ăn vữa nhỏ, nên phải thiết kế bố trí nhiều lỗ khoan để phụt Trong điều kiện mực nước ngầm có áp dâng cao thì không kiểm soát được dòng vữa sẽ đi theo hướng nào, nên hiệu quả gia cường hay tạo màng chống thấm sẽ thấp

- Hiện nay trên thế giới đã áp dụng công nghệ sử dụng loại nút phụt kép với áp lực phụt cao, nên mang lại hiệu quả khoan phụt cao hơn so với công nghệ khoan phụt thông thường sử dụng loại nút phụt đơn nêu trên Có 2 loại nút phụt, xem hình 1.19 sau đây:

Hinh 1.19 Nút phụt ơn và nút phụt kép trong công nghệ khoan phụt

Chống thấm bằng cọc xi măng - ất (XMĐ)

Công nghệ Jet-grouting là một công nghệ mới đã được sử dụng rộng rãi trên thế giới và hiện nay công nghệ này đã được Việt Nam quan tâm Có nhiều triển vọng áp dụng rộng rãi trong lĩnh vực xây dựng công trình thủy lợi, đặc biệt là để xử lý chống thấm, sửa chữa nền móng công trình

Công nghệ khoan phụt cao áp chính là công nghệ trộn ướt (Wet Mixing) trong