Nghiên cứu ứng dụng màng hdpe để chống thấm cho đập đất đắp trên nền có tầng thấm dày và ứng dụng cho đập chánh hùng, tỉnh bình định

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI LƯƠNG VĂN HUYỆN NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MÀNG HDPE ĐỂ CHỐNG THẤM CHO ĐẬP ĐẤT ĐẮP TRÊN NỀN CÓ TẦNG THẤM DÀY VÀ ỨNG DỤNG

Trang 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI

LƯƠNG VĂN HUYỆN

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MÀNG HDPE ĐỂ CHỐNG THẤM CHO ĐẬP ĐẤT ĐẮP TRÊN NỀN CÓ TẦNG THẤM DÀY VÀ ỨNG DỤNG CHO ĐẬP CHÁNH HÙNG, TỈNH BÌNH ĐỊNH

LUẬN VĂN THẠC SĨ

HÀ NỘI, NĂM 2016

Trang 2

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI

LƯƠNG VĂN HUYỆN

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MÀNG HDPE ĐỂ CHỐNG THẤM CHO ĐẬP ĐẤT ĐẮP TRÊN NỀN CÓ TẦNG THẤM DÀY VÀ ỨNG DỤNG CHO ĐẬP CHÁNH HÙNG, TỈNH BÌNH ĐỊNH

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH THỦY

Trang 3

i

LỜI CAM ĐOAN

Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả Các kết quả nghiên cứu và các kết luận trong luận 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

Hà Nội, tháng 7 năm 2016

Tác giả luận văn

Lương Văn Huyện

Trang 4

thời hạn quy định

Trong khuôn khổ hạn chế của luận văn, tác giả mới chỉ mới đề xuất giải pháp ứng dụng

màng HDPE để chống thấm cho đập đất đắp trên nền có tầng thấm dày ở khu vực Miền

Trung

Tác giả xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo GS.TS Nguyễn Chiến đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo và cung cấp các thông tin khoa học cần thiết trong quá trình thực hiện luận văn Tác giả xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô giáo và cán bộ công nhân viên Phòng Đào tạo Đại học & Sau đại học, Khoa Công trình, Trường Đại học Thủy lợi đã giảng dạy lớp cao học CH22C11-NT, đã tạo điều kiện giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình thực hiện luận văn

Cuối cùng tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các cơ quan, các công ty tư vấn; gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã động viên, tạo mọi điều kiện thuận lợi để tác giả hoàn thành luận văn đúng thời hạn

Do hạn chế về thời gian, kiến thức khoa học và kinh nghiệm thực tế của bản thân tác giả còn ít nên luận văn không thể tránh khỏi những thiếu sót Tác giả rất mong nhận được ý kiến đóng góp và trao đổi chân thành giúp tác giả hoàn thiện hơn đề tài của luận văn Xin trân trọng cảm ơn!

Tác giả luận văn

Lương Văn Huyện

Trang 5

iii

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH v

DANH MỤC BẢNG BIỂU viii

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ix

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Mục đích của đề tài 2

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

4 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu 2

5 Kết quả đạt được 3

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH XÂY DỰNG ĐẬP ĐẤT VÀ SỬ DỤNG VẬT LIỆU MỚI ĐỂ CHỐNG THẤM 4

1.1 Tổng quan về tình hình xây dựng đập đất ở các tỉnh Miền Trung 4

1.1.1 Tình hình xây dựng đập đất ở Việt Nam 4

1.1.2 Tình hình xây dựng đập đất ở miền trung 5

1.1.3 Thực trạng làm việc của các đập đất 7

1.1.4 Các hư hỏng thường gặp ở đập đất 8

1.1.5 Một số sự cố điển hình và nguyên nhân hư hỏng đối với đập đất [13] 8

1.2 Các giải pháp chống thấm cho đập và nền 14

1.2.1 Giải pháp chống thấm bằng sân phủ kết hợp tường nghiêng 14

1.2.2 Giải pháp chống thấm bằng tường răng kết hợp lõi giữa 16

1.2.3 Giải pháp chống thấm bằng tường hào Bentonite 17

1.2.4 Giải pháp chống thấm bằng khoan phụt [11] 19

1.2.5 Giải pháp chống thấm bằng cọc xi măng - đất (XMĐ) [1] 20

1.3 Các nghiên cứu về ứng dụng vật liệu mới chống thấm cho đập và nền [3] 22

1.3.1 Kết cấu chống thấm đập đất bằng màng địa kỹ thuật (Geomembrane) 22

1.3.2 Kết cấu chống thấm bằng thảm bê tông (Concret Matts) 22

1.3.3 Chống thấm bằng cừ bê tông cốt thép ứng suất trước 23

1.3.4 Tường chống thấm bằng cừ bản nhựa (Vinyl sheet piling) 24

1.3.5 Tường hào chống thấm bằng màng địa kỹ thuật (Geolock) 25

1.4 Giới hạn phạm vi nghiên cứu 26

1.5 Kết luận chương 1 27

CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MÀNG HDPE ĐỂ CHỐNG THẤM CHO ĐẬP ĐẤT TRÊN NỀN CÓ TẦNG THẤM DÀY 28

2.1 Mục đích và tiêu chí lựa chọn các thông số 28

2.1.1 Các đặc điểm của màng chống thấm HDPE [12] 28

2.1.2 Mục đích bố trí màng chống thấm HDPE ở đập đất 29

2.1.3 Tiêu chí lựa chọn chiều dài màng chống thấm HDPE 29

2.2 Các sơ đồ bố trí màng HDPE cho đập trên nền có tầng thấm dày 30

Trang 6

iv

2.2.1 Sơ đồ 1: Chống thấm cho cả đập và nền 30

2.2.2 Sơ đồ 2: Chỉ chống thấm cho nền 31

2.2.3 Phạm vi biến đổi các thông số công trình 31

2.3 Phương pháp tính toán thấm qua đập và nền 34

2.4 Nghiên cứu xác định chiều dài sân phủ cho sơ đồ 1 36

2.4.1 Trình tự tính toán 36

2.4.2 Kết quả tính toán 40

2.4.3 Phân tích kết quả tính toán 42

2.5 Nghiên cứu xác định chiều dài sân phủ cho sơ đồ 2 46

2.5.1 Trình tự tính toán 46

2.5.2 Kết quả tính toán 49

2.5.3 Phân tích kết quả tính toán 50

2.6 Phân tích so sánh chiều dài sân phủ (Ls) cho sơ đồ 1 và sơ đồ 2 54

CHƯƠNG 3 ỨNG DỤNG MÀNG HDPE ĐỂ CHỐNG THẤM CHO ĐẬP CHÁNH HÙNG, TỈNH BÌNH ĐỊNH 58

3.1 Giới thiệu chung công trình hồ chứa nước Chánh Hùng [10] 58

3.1.1 Vị trí công trình 58

3.1.2 Mục tiêu đầu tư 58

3.1.3 Các thông số kỹ thuật của hồ chứa 59

3.2 Giải pháp chống thấm cho đập Chánh Hùng 60

3.2.1 Đặc điểm địa chất nền và đất đắp đập [10] 60

3.2.2 Đặc điểm địa chất vật liệu xây dựng [10] 64

3.2.3 Đề xuất giái pháp chống thấm cho đập đất Chánh hùng 67

3.2.4 Các sơ đồ chống thấm cho đập Chánh Hùng 67

3.2.5 Các điều kiện khống chế của bài toán 68

3.3 Thiết kế chống thấm theo sơ đồ A 70

3.3.1 Tính toán xác định thông số bộ phận chống thấm 70

3.3.2 Các cấu tạo chi tiết 73

3.4 Thiết kế chống thấm theo sơ đồ B 74

3.4.1 Tính toán xác định thông số bộ phận chống thấm 74

3.4.2 Các cấu tạo chi tiết 77

3.5 Tính toán khối lượng và so sánh phương án 78

3.5.1 Khối lượng công trình theo hai phương án 78

3.5.2 Dự toán kinh phí 79

3.5.3 So sánh lựa chọn phương án 79

KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ 81

TÀI LIỆU THAM KHẢO 83

Trang 7

v

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Tỷ lệ các loại hồ chứa thủy lợi ở Việt Nam thể hiện theo biểu đồ 4

Hình 1.2 Hồ chứa nước Hội Sơn – Bình Định 6

Hình 1.3 Hồ chứa nước Phú Ninh – Quảng Nam 7

Hình 1.4 Hồ chứa nước Sông Quao – Bình Thuận 7

Hình 1.5 Vỡ đập Khe Mơ – Hà Tĩnh vào ngày 16/10/2010 [14] 11

Hình 1.6 Vỡ đập Tây Nguyên (Đồng Tâm), Nghệ An vào ngày 11/9/2012 [15] 12

Hình 1.7 Vỡ đập Thủy điện Ia krel 2, Gia Lai vào ngày 12/6/2013 [16] 12

Hình 1.8 Sơ đồ kết cấu chống thấm bằng tường nghiêng và sân phủ [9] 15

Hình 1.9 Sơ đồ kết cấu chống thấm bằng tường răng kết hợp lõi giữa [9] 16

Hình 1.10 Sơ đồ kết cấu chống thấm bằng tường hào Bentonite 18

Hình 1.11 Thi công tường chống thấm bằng đào hào trong dung dịch bentonite 18

Hình 1.12 Sơ đồ kết cấu chống thấm bằng khoan phụt vữa xi măng 19

Hình 1.13 Sơ đồ tường cọc xi măng đất 20

Hình 1.14 Mô tả quá trình thi công tạo tường chống thấm 21

Hình 1.15 Hồ chứa nước chống thấm bằng màng địa kỹ thuật 22

Hình 1.16 Ứng dụng thảm bê tông chống thấm đập hồ chứa 23

Hình 1.17 Thi công tường chống thấm bằng cừ BTCT ứng suất trước 23

Hình 1.18 Cấu tạo đập có tường chống thấm bằng cừ BTCT ứng suất trước 24

Hình 1.19 Cấu tạo tường nghiêng mềm kết hợp với cừ bản nhựa chống thấm 24

Hình 1.20 Cấu tạo tường lõi mềm kết hợp với cừ bản nhựa 24

Hình 1.21 Cấu tạo cừ bản nhựa 25

Hình 1.22 Cấu tạo tường hào chống thấm bằng màng địa kỹ thuật 26

Hình 2.1 Sơ đồ cấu tạo màng chống thấm HDPE cho cả đập và nền 30

Hình 2.2 Sơ đồ cấu tạo màng chống thấm HDPE cho nền 31

Hình 2.3 Mô hình tính toán đối với trường hợp màng chống thấm cho đập và nền 37

Hình 2.4 Sơ đồ chia lưới phần tử tính toán thấm 37

Hình 2.5 Mô hình tính toán cho bộ số liệu ở bảng 2.2 38

Trang 8

vi

Hình 2.6 Sơ đồ khai báo vật liệu và chia lưới phần tử tính toán thấm 39

Hình 2.7 Kết quả lưu lượng thấm (q), gradient (J) tương ứng với trị số Ls 39

Hình 2.8 Sơ đồ đường đẳng cột nước (số liệu đầu vào bảng 2.2) 40

Hình 2.9 Biểu đồ quan hệ ξ ~ η, T (ứng với Hđ=15m) 41

Hình 2.12 Biểu đồ quan hệ ξ ~ T, η (ứng với Hđ=15m) 43

Hình 2.15 Biểu đồ quan hệ ξ ~ Hđ, η (ứng với T= 8m) 45

Hình 2.18 Mô hình tính toán cho bộ số liệu ở bảng 2.6 47

Hình 2.19 Kết quả lưu lượng thấm (q), gradient (J) tương ứng với trị số Ls 48

Hình 2.20 Sơ đồ đường đẳng cột nước (số liệu đầu vào bảng 2.6) 48

Hình 2.30 Biểu đồ quan hệ β ~T, Kn (ứng với Hđ =15m) 55

Hình 3.1 Bản đồ vị trí hồ chứa nước Chánh Hùng 58

Hình 3.2 Địa chất công trình dọc tuyến đập hồ chứa nước Chánh Hùng 63

Hình 3.3 Địa chất công trình mặt cắt ngang chọn tính toán 67

Hình 3.4 Sơ đồ A: Sơ đồ chống thấm sân phủ bằng chính loại đất đắp nâng cấp đập 68

Trang 9

vii

Hình 3.5 Sơ đồ B: Sơ đồ chống thấm sân phủ bằng màng HDPE 68

Hình 3.6 Kết quả tính toán thấm theo sơ đồ A, trường hợp Ls=20m 70

Hình 3.11 Kết quả tính toán thấm theo sơ đồ B, trường hợp Ls=20m 75

Trang 10

viii

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Thống kê một số đập đất ở khu vực miền Trung [5] 5

Bảng 1.2 Hiện trạng các đập phân chia theo nguyên nhân sự cố [4] 8

Bảng 2.1 Tổng hợp các trường hợp tính toán thấm, xác định Ls 32

Bảng 2.2 Số liệu đầu vào ứng với 1 trường hợp tính toán 37

Bảng 2.3 Kết quả tính Ls cho Hđ=15m 40

Bảng 2.6 Số liệu đầu vào ứng với 1 trường hợp tính toán 46

Bảng 2.10 Kết quả tính Ls cho Hđ =15m 55

Bảng 3.1 Các chỉ tiêu cơ lý các lớp nền và đất đắp đập 62

Bảng 3.2 Chỉ tiêu cơ lý tự nhiên của các bãi vật liệu đất đắp đập 65

Bảng 3.3 Chỉ tiêu cơ lý đầm nện - chế bị của các bãi vật liệu đất đắp đập 66

Bảng 3.4 Tổng hợp kết quả tính toán q và J theo sơ đồ A, với Ls thay đổi 72

Bảng 3.5 Tổng hợp kết quả tính toán q và J theo sơ đồ B, với Ls thay đổi 76

Bảng 3.6 Khối lượng chính cho 02 phương án sửa chữa, nâng cấp đập 78

Bảng 3.7 Dự toán kinh phí cho 02 phương án sửa chữa, nâng cấp đập 79

Trang 11

- QCVN: Qui chuẩn Quốc gia

- TCVN: Tiêu chuẩn Quốc gia

- MNDBT: Mực nước dâng bình thường

- MNLNTK: Mực nước lớn nhất thiết kế

- MNC: Mực nước chết

- PA: Phương án

- PTHH: Phần tử hữu hạn

Trang 12

1

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Việt Nam có hệ thống công trình đập tạo hồ rất đa dạng, phong phú, nhưng chủ yếu là đập vật liệu địa phương, trong đó có 1% là đập đất đá hỗn hợp, còn lại 99% là đập đất, được phân bố theo vùng, lãnh thổ

Hầu hết các hồ chứa trong khu vực có đập tạo hồ chủ yếu là dùng vật liệu đất đắp trên nền thấm nước, nên vấn đề thấm qua công trình là không tránh khỏi, đặc biệt là khi xây dựng đập trên nền bồi tích ven biển có chiều dày cát, cuội, sỏi lớn, hệ số thấm cao và biện pháp chống thấm truyền thống như: tường nghiêng kết hợp sân phủ bằng đất sét không triệt để Do đó, qua thời gian sử dụng, do nhiều nguyên nhân khác nhau hoặc đôi khi do tổng hợp các nguyên nhân đã có một số công trình xảy ra sự cố

Riêng vùng duyên hải Nam Trung Bộ là một trong những nơi chịu ảnh hưởng thường xuyên từ thiên tai Thực tế hơn một thập kỷ gần đây đã cho thấy điều đó Mặc dù vậy, Nam Trung Bộ cũng là khu vực được đánh giá là có tiềm năng kinh tế lớn Để khai thác được thế mạnh đó vấn đề then chốt là làm sao chủ động giải quyết được vấn đề nước cho yêu cầu phát triển dân sinh, kinh tế và đó cũng chính là trọng trách của ngành thủy lợi cùng sự phối hợp hữu hiệu với các ngành kinh tế khác

Một trong những nguyên nhân gây hư hỏng đập đất chính là dòng thấm trong thân đập

và qua nền đập hoặc qua các vai đập Các hồ đập nhỏ trên khu vực phần lớn được xây dựng từ những năm 80 của thế kỷ trước, lúc này do trình độ thiết kế, thi công cũng như vật liệu chống thấm còn nhiều hạn chế, nhiều đập sau một thời gian làm việc thường bộc

lộ các hiện tượng thiếu ổn định thấm như rò rỉ, mạch đùn, điển hình như Chánh Hùng (1985), Thạch Khê (1987), Núi Một (1998)…

Do vậy, việc nghiên cứu các giải pháp chống thấm cho đập đất đắp trên nền có tầng thấm dày là rất cần thiết nhằm đem lại hiệu quả kinh tế, kỹ thuật cao, với mục tiêu là phải đảm bảo các tiêu chuẩn về ổn định thấm và xói ngầm, hạn chế lưu lượng thấm mất nước

Trang 13

2

Nội dung luận văn sẽ tập trung “Nghiên cứu ứng dụng màng HDPE để chống thấm cho đập đất đắp trên nền có tầng thấm dày và ứng dụng cho đập Chánh Hùng, tỉnh Bình Định

Nghiên cứu giải pháp chống thấm bằng HDPE cho đập Chánh Hùng, tỉnh Bình Định

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu: Các giải pháp chống thấm cho đập đất đắp trên nền thấm dày (đập xây dựng mới, sửa chữa, nâng cấp)

Phạm vi nghiên cứu: Vùng duyên hải Nam Trung Bộ

4 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

4.1 Cách tiếp cận

Tiếp cận có kế thừa

Tiếp cận bằng thực tiễn và xuất phát từ thực tiễn

Tiếp cận trên cơ sở hiệu quả kinh tế - kỹ thuật

4.2 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp điều tra thu thập tài liệu

Phương pháp phân tích lý luận

Trang 15

4

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH XÂY DỰNG ĐẬP ĐẤT

VÀ SỬ DỤNG VẬT LIỆU MỚI ĐỂ CHỐNG THẤM

1.1 Tổng quan về tình hình xây dựng đập đất ở các tỉnh Miền Trung

1.1.1 Tình hình xây dựng đập đất ở Việt Nam

Hồ chứa nước 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 thuỷ sản, phát triển giao thông, thể thao, văn hoá

Theo thời gian, trước năm 1964 việc xây dựng hồ chứa diễn ra chậm, có ít hồ chứa được xây dựng trong giai đoạn này Sau năm 1964, đặc biệt từ khi nước nhà thống nhất thì việc xây dựng hồ phát triển mạnh Từ 1976 đến nay số hồ chứa xây dựng mới chiếm 67% Không những tốc độ phát triển nhanh, mà cả về quy mô công trình cũng lớn lên không ngừng Hiện nay, đã bắt đầu xây dựng hồ lớn, đập cao ở cả ở những nơi điều kiện

tự nhiên phức tạp

Theo thống kê của Tổng cục Thủy lợi đến tháng 12/2013 [11], cả nước có khoảng 6.648

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

10 triệu m3 có 255 hồ, từ 1,0 đến 3,0 triệu m3 có 459 hồ, từ 0,2 đến 1,0 triệu m3 có 1.752

hồ, và hồ có dung tích nhỏ hơn 0,2 triệu m3 có 4.079,0 hồ Theo chiều cao đập có chiều cao không vượt quá 25m chiếm tới 87,18% Việc xây dựng những đập cao hơn 25m đang bắt đầu được quan tâm đầu tư Hình thức kết cấu và kỹ thuật xây dựng từng loại công trình ở hồ chứa nước còn đơn điệu, ít có đổi mới, đa dạng hóa Việc áp dụng vật liệu mới, công nghệ mới hiện đang được quan tâm Tỷ lệ các loại hồ chứa thủy lợi ở Việt Nam thể hiện như biểu đồ hình 1.1

Hình 1.1 Tỷ lệ các loại hồ chứa thủy lợi ở Việt Nam thể hiện theo biểu đồ

Trang 16

5

1.1.2 Tình hình xây dựng đập đất ở miền trung

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

to lớn 40 năm qua kể từ ngày đất nước thống nhất, nhất là trên 20 năm đổi mới, hàng loạt công trình Thuỷ lợi ra đời, góp phần giảm nhẹ thiên tai, cải tạo môi tường sinh thái, xoá đói giảm nghèo, tạo cơ sở hạ tầng kỹ thuật cho các ngành kinh tế phát triển Tiêu biểu như các công trình thủy lợi: Phú Ninh (Quảng Nam),Thạch Nham, Nước Trong, Núi Ngang (Quảng Ngãi), Vạn Hội, Núi Một, Định Bình, Hóc Xeo, Chánh Hùng (Bình Định); Phú Xuân, Đồng Tròn (Phú Yên); Suối Hành, Đá Bàn, Suối Dầu (Khánh Hòa), Sông Trâu, Sông Sắt (Ninh Thuận), Sông Quao, Cà Giây, Cà Tót (Bình Thuận),….Theo thống kê của ngành thủy lợi, số hồ chứa xây dựng ở vùng miền Trung chiếm khoảng 80% là đập vật liệu địa phương theo bảng thống kê một số đập đất ở khu vực miền Trung (Nguồn: từ “Chương trình hội thảo đảm bảo An toàn hồ đập, thực trạng, thách thức và giải pháp của Bộ NN&PTNT”) [11]

Bảng 1.1 Thống kê một số đập đất ở khu vực miền Trung [5]

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

Trang 17

6

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

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

và sử dụng từ 20 đến 30 năm, các hồ chủ yếu là nhỏ và vừa, nhiều hồ đã bị xuống cấp Một số hình ảnh về hồ chứa ở khu vực Miền Trung như hình 1.2, 1.3, 1.4

Hình 1.2 Hồ chứa nước Hội Sơn – Bình Định

Trang 18

7

Hình 1.3 Hồ chứa nước Phú Ninh – Quảng Nam

Hình 1.4 Hồ chứa nước Sông Quao – Bình Thuận Đến nay các công trình trên vẫn vận hành hiệu quả và phát huy tác dụng tốt, tuy nhiên quá trình khai thác sử dụng đã bộc lộ nhiều sự cố cần xử lý khắc phục Điển hình là các hiện tượng thấm qua thân đập, thấm qua vai đập, thấm qua nền và thấm tại lớp tiếp xúc giữa nền và đập, thấm với lưu lượng lớn quá mức cho phép…

1.1.3 Thực trạng làm việc của các đập đất

Phần lớn các công trình đập đất được xây dựng trước những năm 1990, thời kỳ đất nước còn nhiều khó khăn, trình độ kinh tế - xã hội nói chung còn thấp, các nhu cầu dùng nước chưa cao, tiêu chuẩn thiết kế còn hạn chế, các nguồn vốn đầu tư cho thủy lợi còn eo hẹp, năng lực khảo sát thiết kế thi công, quản lý còn nhiều bất cập, chưa có kinh nghiệm, nên công trình đã thiết kế và xây dựng không tránh khỏi các nhược điểm: chưa đồng bộ, chất lượng thấp, thiếu mỹ quan, chưa hiện đại, hiệu quả đầu tư chưa cao, chưa thật an toàn

Trang 19

8

Trải qua thời gian dài khai thác, hầu hết các công trình đều có hư hỏng, xuống cấp hoặc

có sự cố Các công trình xây dựng sau năm 1990 và các năm gần đây có nhiều tiến bộ hơn, độ an toàn và bền vững cao hơn, nhưng vẫn có công trình bị sự cố, do các bài học kinh nghiệm về tồn tại của các công trình chưa được tổng kết kịp thời để rút kinh nghiệm, như công trình đập Am Chúa sự cố năm 1992, Cà Giây năm 1998

1.1.4 Các hư hỏng thường gặp ở đập đất

Từ thực tế thiết kế, thi công, sử dụng và khắc phục sự cố, có thể thấy sự cố đập đất thường có các dạng sau: Sự cố mất ổn định về thấm phát triển trong nền và thân đập gây

vỡ đập, sạt mái thượng lưu, sạt mái hạ lưu, tràn nước qua đỉnh đập và vỡ đập bắt nguồn

từ sự cố các công trình khác được thống kê như bảng 1.2

Bảng 1.2 Hiện trạng các đập phân chia theo nguyên nhân sự cố [4]

TT Loại đập tạo hồ Sạt mái thượng lưu (%) Đỉnh đập thấp so thiết kế (%) Thấm (%)

1.1.5 Một số sự cố điển hình và nguyên nhân hư hỏng đối với đập đất [13]

1.1.5.1 Vỡ đập Suối Hành ở Khánh Hòa

Đập Suối Hành có một số thông số cơ bản sau: dung tích hồ: 7,9 triệu m3 nước; chiều cao đập: 24m; chiều dài đập: 440m Đập được khởi công từ tháng 10/1984, hoàn công tháng 9 năm 1986 và bị vỡ vào 2h15 phút đêm 03/12/1986

Thiệt hại do vỡ đập: Trên 100 ha cây lương thực bị phá hỏng; 20 ha đất trồng trọt bị cát sỏi vùi lấp; 20 ngôi nhà bị cuốn trôi; 4 người bị nước cuốn chết

Trang 20

9

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

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 lớn Tưởng rằng đất đồng chất nhưng thực tế là không Thiết kế γk = 1,7 (T/m3) với độ chặt là k = 0,97 nhưng thực tế nhiều nơi có loại đất khác có γk = 1,7 (T/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 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 người 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 γk 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, 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 một nguyên nhân quan trọng dẫn đến sự cố vỡ đập

Trong thi công cũng có 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

Trang 21

10

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

1.1.5.2 Vỡ đập Suối Trầu ở Khánh Hòa

Đập Suối Trầu ở Khánh Hoà bị sự cố 4 lần: lần 1 năm 1977 (vỡ đập chính lần 1); lần 2 năm 1978 (vỡ đập chính lần 2); lần 3 năm 1980 (xuất hiện lỗ rò qua đập chính); lần 4 năm 1983 (sụt mái thượng lưu nhiều chỗ, xuất hiện 7 lỗ rò ở đuôi cống)

Các thông số kỹ thuật chủ yếu của Đập Suối Trầu: dung tích 9,3triệu m3 nước; chiều cao đập cao nhất: 19,6m; chiều dài thân đập: 240m

Nguyên nhân của sự cố:

Về thiết kế: xác định sai dung trọng thiết kế Trong khi dung trọng khô đất cần đạt γk =1,84 (T/m3) thì chọn dung trọng khô thiết kế γk = 1,5 (T/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 thiết kế γk =1,4(T/m3), đổ đất các lớp quá dày nên phần đáy 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

1.1.5.3 Vỡ đập Am Chúa ở Khánh Hòa

Đập Am Chúa ở Khánh Hoà 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

Trang 22

11

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 yêu cầu nên khi hồ bắt đầu chứa nước, đất không được cố kết chặt, gặp nước thì tan rã

Một số đập có quy mô nhỏ hơn như đập Họ Võ (Hà Tĩnh), đập Đu Đủ (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 Còn rất nhiều sự cố trong những năm qua mà chưa có một tổng kết đầy đủ, song thường là ở những công trình vừa và nhỏ, công tác quản lý chất lượng không được quan tâm một cách đầy đủ

1.1.5.4 Một số hình ảnh sự cố vỡ đập đất

Hình 1.5 Vỡ đập Khe Mơ – Hà Tĩnh vào ngày 16/10/2010 [14]

Trang 23

12

Hình 1.6 Vỡ đập Tây Nguyên (Đồng Tâm), Nghệ An vào ngày 11/9/2012 [15]

Hình 1.7 Vỡ đập Thủy điện Ia krel 2, Gia Lai vào ngày 12/6/2013 [16]

1.1.5.5 Nguyên nhân sự cố mất an toàn đập

Qua một số sự cố điển hình trên đây có thể rút ra một số nguyên nhân chủ yếu sau đây: a) Nguyên nhân khách quan:

Toàn bộ hồ chứa, cụm công trình đầu mối cũng như mỗi hạng mục đều chịu tác động trực tiếp của tự nhiên Đặc điểm địa lý, địa hình, địa chất, địa chất thuỷ văn, khí tượng, thuỷ văn đã được con người tính đến trong đầu tư xây dựng hồ chứa Nhưng sự quan tâm đó mới ở mức độ nhất định Hơn nữa tự nhiên lại thay đổi ngẫu nhiên Do vậy hồ chứa có thể chịu ảnh hưởng có hại, bất thường của tự nhiên, không lường hết được đó là: dòng chảy đặc biệt lớn, bão to, động đất, lở núi, sạt mái, hoạt động địa chấn v.v… Ngoài ra còn một số nguyên nhân như: thiết bị tiêu nước bị tắc làm dâng cao đường bão hòa; địa chất nền đập xấu, không xử lý được; cống bị thủng; cửa đập tràn bị kẹt; hỏng khớp nối của công trình v.v

Trang 24

13

b) Nguyên nhân chủ quan:

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

Công tác thiết kế: Điều tra nghiên cứu điều kiện tự nhiên, điều kiện kinh tế xã hội chưa đầy đủ; 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; tính sai cấp bão; thiết kế chọn tổ hợp tải trọng không phù hợp với thực tế, chọn sai sơ đồ tính toán

ổn định; chưa hiểu được tầm quan trọng của việc xác định dung trọng đắp đập dẫn đến xác định sai các chỉ số này, 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 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 như: Đỉnh đập đắp thấp hơn cao trình thiết kế; đất mái đập thượng lưu đầm nện không chặt; 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; hốt 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 v.v

Công tác sử dụng và quản lý: thiếu quan trắc, nghiên cứu thực địa; không thực hiện đúng chế độ duy tu bảo dưỡng; không kịp thời sửa chữa, bảo vệ những hư hỏng nhỏ; nhân viên không thực hiện theo quy trình; quản lý sử dụng không có quy trình hoặc quy trình không đúng đều ảnh hưởng đến an toàn công trình; thiếu các cán bộ chuyên môn có kinh nghiệm, tính chuyên nghiệp trong công tác quản lý, 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

Trang 25

14

Đã có nhiều các cuộc hội thảo, các nghiên cứu để tìm ra các nguyên nhân xảy ra các sự

cố và các biện pháp nhằm giảm thiểu và giải quyết những vấn đề tồn tại này

Qua kết quả nghiên cứu về các sự cố xảy ra đối với đập đất ở miền Trung người ta thấy rằng đất đắp đập vùng miền Trung có các tính chất cơ lý mà vùng khác không có hoặc

có nhưng ảnh hưởng tới điều kiện an toàn của đập ở mức độ thấp đó là: tính trương nở, tính lún ướt và co ngót và tính tan rã

1.2 Các giải pháp chống thấm cho đập và nền

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

lý vận hành, do nhiều nguyên nhân khác nhau mà không đánh giá đúng thực trạng địa chất của nền để xác định giải pháp kỹ thuật xử lý nền phù hợp dẫn đến các sự số đáng tiếc cho công trình Những giải pháp xử lý chống thấm cho nền và thân đập:

Chống thấm bằng sân phủ kết hợp tường nghiêng;

Chống thấm bằng tường răng kết hợp lõi giữa;

Tường hào Bentonite;

Khoan phụt vữa xi măng;

Tường cọc đất – Bentonite

1.2.1 Giải pháp chống thấm bằng sân phủ kết hợp tường nghiêng

Khi xây dựng đập đất trên nền thấm nước mạnh mà chiều dày tầng nền thấm nuớc khá dày và vật liệu làm thân đập có hệ số thấm lớn thì hình thức chống thấm thường dùng tường nghiêng nối tiếp với sân phủ Người đầu tiên đặt cơ sở tính thấm qua loại đập này

là viện sĩ N.N Pavlôvxki và về sau giáo sư E.A.Zamarin bổ sung Khi tính thấm theo

Trang 26

15

phương pháp này xem tường nghiêng và sân phủ là hoàn toàn không thấm cho nên cho kết quả chỉ là gần đúng [8] Sơ đồ tính toán thấm thể hiện trên hình 1.8

Hình 1.8 Sơ đồ kết cấu chống thấm bằng tường nghiêng và sân phủ [9]

Lựa chọn các thông số cơ bản của tường:

- Chiều dày sân trước: Chiều dày sân trước phải đủ để loại trừ hiện tượng xói ngầm do gradient thấm qua sân trước gây ra, chọn theo điều kiện sau:

𝛿𝑠 ≥[𝐽]𝑍 (1-4) Chiều dày tường nghiêng:

𝛿𝑡 ≥ℎ1 −ℎ

[𝐽] (1-5) Trong đó:

+ Z: Độ chênh lệch cột nước giữa hai mặt trên và mặt dưới sân trước

+ h1: Cột nước trước đập (cột nước trên tường nghiêng)

+ h: Cột nước tại mặt sau của tường nghiêng (cột nước này thay đổi theo từng mặt cắt của tường nghiêng, với phần tường nghiêng nằm dưới độ sâu h3 thì h = h3 (hình 1.8)

+ [J]: Gradient thấm cho phép, lấy bằng: 8,0 đối với đất á sét; 12,0 đối với đất sét

(Theo điều kiện thi công, chiều dày sân trước không bé quá 0,5m đối với đập thấp và đối với đập cao không bé quá 1m)

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

m2

m1

Trang 27

16

- 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 thấy Ls = (3 ÷ 5)H, trong đó H là cột nước lớn nhất

Ưu điểm: Giải pháp này dễ thi công, giá thành rẻ

Nhược điểm: Nhiều công trình nền thấm nước có chiều dày lớn lại không có sẵn đất sét thì giải pháp này không kinh tế Đồng thời, với các hồ đập đang tích nước thì giải pháp này thường không được chọn vì phải tháo cạn hồ để thi công

Điều kiện và phạm vi áp dụng: Sân chống thấm là biện pháp công trình thích hợp khi tầng thấm dày hoặc địa chất nền không cho phép đóng cừ; đối với các hồ đập xây dựng mới hoặc khi có điều kiện tháo cạn hồ Kết cấu và kích thước sân trước phải thỏa mãn các yêu cầu cơ bản sau: ít thấm nước, có tính mềm, dễ thích ứng với biến hình của nền, dùng một loại vật liệu

1.2.2 Giải pháp chống thấm bằng tường răng kết hợp lõi giữa

Khi đập đất có lõi giữa xây dựng trên nền thấm nước và chiều dày tầng thấm nước không lớn lắm thì biện pháp chống thấm cho nền thông thường là kéo dài lõi giữa xuống tận tầng không thấm hình 1.9

Hình 1.9 Sơ đồ kết cấu chống thấm bằng tường răng kết hợp lõi giữa [9]

Lựa chọn các thông số cơ bản của tường răng kết hợp lõi giữa:

- Chiều dày tường lõi: trên đỉnh, thường chọn 𝛿 ≥ 0,8𝑚; dưới đáy, thường 𝛿 =[𝐽]𝐻

m2

m1

Trang 28

17

Trong đó:

+ H là cột nước chênh lệch trước và sau tường lõi;

+ [J]: Gradien thấm cho phép của vật liệu làm tường lõi

- Cao trình đỉnh tường lõi: chọn không thấp hơn MNLNTK ở thượng lưu

- Chiều dày chân răng: chọn như đáy tường lõi Ngoài ra còn đảm bảo điều kiện nối tiếp đều đặn (không có đột biến) giữa tường lõi với chân răng

Ưu điểm: Vật liệu chống thấm chủ yếu bằng đất sét nên giá thành xây dựng thấp, thiết

bị thi công thông dụng như máy đào, máy đầm, máy ủi Vì vậy, phương pháp này cho hiệu quả kinh tế cao

Nhược điểm: Chống thấm theo phương pháp này phải thi công các loại đất giữa phần lõi và nền có tính chất tương tự, tránh phân lớp giữa tường lõi và đất nền gây thấm do phân lớp; Không thi công được khi nền là đá lăn, đá tảng; không phù hợp với công trình sửa chữa

Điều kiện và phạm vi áp dụng: Hệ số thấm của tường lõi không được lớn hơn 10-5 cm/s (thường 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 làm tường lõi bằng bê tông cốt thép; thích hợp với nền có tầng thấm nước không sâu lắm (chiều dày tầng thấm nhỏ hơn 5m)

1.2.3 Giải pháp chống thấm bằng tường hào Bentonite

Tường hào chống thấm là loại tường được thi công bằng biện pháp đào hào trong dung dịch Betonite trước, sau đó sử dụng hỗn hợp các loại vật liệu: Xi măng + Bentonite + Phụ gia, sau thời gian nhất định đông cứng lại tạo thành tường chống thấm cho thân và nền đập

Hào được thi công trong dung dịch Bentonite, gọi tắt là hào Bentonite là hố móng có mái dốc đứng, hẹp, sâu được thi công trong điều kiện luôn có dung dịch Bentonite Hào thường có chiều rộng 0,6 ÷ 1,2m, có chiều sâu lên đến 50m [6]

Trang 29

18

Hình 1.10 Sơ đồ kết cấu chống thấm bằng tường hào Bentonite

Hình 1.11 Thi công tường chống thấm bằng đào hào trong dung dịch bentonite

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

ổn định Sau khi hào được thi công sẽ bơm hỗn hợp vật liệu ximăng + Bentonite + phụ gia tạo nên tường chống thấm Một số loại tường hào bentonite như sau:

1.2.3.1 Tường hào xi măng – bentonite [7]

Đặc điểm: bề rộng 60 ÷ 80 cm; thi công theo từng panel; Tường hào phải cắm vào nền

đá tối thiểu 0,5m; Mực nước dung dịch trong hào cần cao hơn mực nước ngầm Thành phần cho 1m3 vữa gồm: Nước 917 lít; Xi măng: 200 ÷ 300kg và Bentonite: 35 ÷ 45kg

Ưu điểm: Tốc độ thi công nhanh, giữ ổn định vách hào tốt

Nhược điểm: Hệ số thấm cao (10-6cm/s), vật liệu không tương thích với đất xung quanh

và giá thành cao

Điều kiện áp dụng: Sửa chữa công trình cũ, hoặc chống thấm nền đập xây mới

1.2.3.2 Tường hào đất - xi măng – bentonite [7]

m2

m1

Trang 30

19

Đặc điểm: bề rộng 60-120 cm; để đổ vữa vào dễ dàng, thi công hào liên tục Thành phần cho 1m3 vữa gồm: Xi măng: 100 ÷ 200kg và Bentonite: 50 ÷ 70kg Mức dung dịch trong hào cần cao hơn mực nước ngầm

Ưu điểm: Hệ số thấm nhỏ, vật liệu mềm, dẻo, tốc độ thi công nhanh, giữ ổn định vách hào tương thích với môi trường xung quanh Giá thành rẻ

Nhược điểm: Cần mặt mặt bằi thi công rộng

Điều kiện áp dụng: Sửa chữa công trình cũ

1.2.4 Giải pháp chống thấm bằng khoan phụt [11]

Trường hợp đất nền là lớp bồi tích dày, phía dưới là đá phong hóa nứt nẻ mạnh, hoặc trong lớp bồi tích có lẫn đá lăn, đá tảng lớn Để xử lý thấm qua nền đập, hiện nay thường dùng biện pháp khoan phụt vữa ximăng tạo màng chống thấm kết hợp với mạng lưới các hố khoan tiêu nước dọc thân đập

Hình 1.12 Sơ đồ kết cấu chống thấm bằng khoan phụt vữa xi măng

Thành phần cho 1m3 vữa gồm: Nước 918 lít; Xi măng 310÷330kg và Bentonite 55÷70kg;

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

áp lực thấm dự kiến tác động để có thể thiết kế số lượng các hố khoan phụt, cũng như chiều sâu của chúng và cách thức bố trí các hố khoan trên phạm vi cần xử lý Công tác thiết kế và thi công như trình tự khoan phụt và áp lực phụt vữa và nồng độ vữa phụt hiện nay đã được tiêu chuẩn hóa theo TCVN 8645:2011 [Công trình thủy lợi - Yêu cầu kỹ thuật khoan phụt xi măng vào nền đá]

Trang 31

bị xô, dồn ép cốt liệu khi nền rời và có kết cấu mềm yếu

Phạm vi ứng dụng: Thích hợp với nền đá phong hóa nứt nẻ; Chỉ ứng dụng cho nền thấm vừa phải thường dưới 20m, môi trường xử lý không bị bảo hòa nước và dòng thấm đi qua và bán kính ảnh hưởng nhỏ do áp lực phụt bị hạn chế

1.2.5 Giải pháp chống thấm bằng cọc xi măng - đất (XMĐ) [1]

Cọc xi măng - đất (XMĐ là một trong những giải pháp xử lý nền đất yếu với khả năng ứng dụng tương đối rộng rãi Thực hiện bằng công nghệ khoan phụt áp lực cao (Jet-Grouting) được phát minh năm 1970 ở Nhật, đến nay nhiều nước đã sử dụng và phát triển công nghệ này trong cải tạo nền móng xây dựng công trình ngầm

Nguyên lý thực hiện: Công nghệ khoan phụt áp lực cao tạo ra cột đất gia cố từ vữa phụt

và đất nền Nhờ tia nước và vữa phun ra với áp suất cao (từ 200 ÷ 400 atm), vận tốc lớn (≥100m/s), các phần tử đất xung quanh lỗ khoan bị xói tơi ra và hoà trộn với vữa phụt, sau khi đông cứng tạo thành một khối đồng nhất gọi là cột XMĐ Cọc xi măng đất vừa có tác dụng chịu lực vừa có tác dụng chống thấm

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

Hình 1.13 Sơ đồ tường cọc xi măng đất

Trang 32

21

Để chống thấm cho các công trình đê, đập, làm các cọc XMĐ liên tiếp thành dạng tường (hình 1.13) Cường độ chịu nén của cọc XMĐ 50÷100 (KG/cm2) Hệ số thấm của tường cọc xi măng đất đạt được từ 10-5 ÷ 10-6 (cm/s) tuỳ thuộc vào cấp phối vật liệu làm vữa phụt Thành phần chính của vữa phụt là ximăng, ngoài ra còn có bentonite, tro bay, phụ gia tăng nhanh tốc độ ninh kết,

Quy trình thi công cọc ximăng đất thể hiện trong sơ đồ hình 1.14:

+ Bước 1: Máy khoan khoan tạo lỗ xuống tới cao trình thiết kế

+ Bước 2: Tiến hành khoan phụt vữa Vữa được bơm từ máy bơm cao áp qua hệ thống

đường ống áp lực để máy khoan và phụt ra theo phương ngang tại đầu cần khoan Trong suốt quá trình phụt vữa, cần khoan luôn luôn xoay và rút lên Vữa phụt vừa phá vỡ kết cấu vừa trộn với đất xung quanh cần khoan tạo thành cột XMĐ

Hình 1.14 Mô tả quá trình thi công tạo tường chống thấm

Ưu điểm: Có thể chống thấm cho nền là cát sỏi rời đến đất bùn sét; có thể xuyên qua các lớp đất cứng, hoặc các tấm bê tông; khả năng xử lý sâu, thi công được trong điều kiện khó khăn chật hẹp, công trình bị ngập nước, xử lý được phần nền nằm dưới bản đáy; giá thành rẻ

Nhược điểm: Thiết bị thi công phức tạp đòi hỏi người vận hành phải có nhiều kinh nghiệm, cọc dễ bị đứt gãy; điều kiện pha trộn ảnh hưởng lớn đến tính chất của khối XMĐ và khả năng chống thấm của tường; Xi măng bị hạn chế quá trình thủy hóa khi thi công trong nền đất có kiềm (đất phèn)

Trang 33

22

Điều kiện áp dụng: ứng dụng cho đất nền cát sỏi hạt rời đến đất bùn sét, kích thước hạt

từ 10mm đến 0,005mm Không áp dụng cho nền đá, đá nứt nẻ có đá lăn, đá tảng

1.3 Các nghiên cứu về ứng dụng vật liệu mới chống thấm cho đập và nền [3]

1.3.1 Kết cấu chống thấm đập đất bằng màng địa kỹ thuật (Geomembrane)

Geomembrane được gọi là màng chống thấm địa kỹ thuật, có nhiều loại nhưng phổ biến nhất là các loại: HDPE (High Density Polyethylene); PVC (Poly Vinyl Choloride) và CPE (Cholorinated Poly Ethylene)

Hình 1.15 Hồ chứa nước chống thấm bằng màng địa kỹ thuật

Màng chống thấm địa kỹ thuật (Geomembrane) có khả năng chống thấm rất cao (hệ số thấm nhỏ từ 5x10-11 cm/s÷ 5x10-14 cm/s), chiều dày từ 0,5mm÷20mm, tuổi thọ của vật liệu trung bình 20÷25 năm Màng địa kỹ thuật thường sử dụng làm tường nghiêng và sân phủ chống thấm cho đập đất thay vật liệu đất sét truyền thống

1.3.2 Kết cấu chống thấm bằng thảm bê tông (Concret Matts)

Công nghệ và vật liệu thảm bê tông được phát minh từ năm 1965 của nhóm các chuyên gia Công ty Losiger – Thụy Sĩ và sau đó được hoàn thiện và ứng dụng rộng rãi ở các nước Mỹ, Nhật Bản, Hà Lan, Hàn Quốc

Ưu điểm cơ bản của thảm bê tông: Biện pháp thi công đơn giản, thời gian thi công nhanh chóng; Khả năng chống thấm cao; Thảm bê tông có thể thi công trong điều kiện ngập nước, nơi thường xuyện có dòng chảy mà không cần các biện pháp xử lý đắp đê quai hoặc tháo nước làm khô hồ chứa; Vật liệu định dạng thảm bê tông bằng sợi tổng hợp có

Trang 34

23

độ bền cao, trọng lượng nhẹ nên thuận lợi khi vận chuyển và thi công, đăc biệt ở những nơi có địa hình phức tạp

Hình 1.16 Ứng dụng thảm bê tông chống thấm đập hồ chứa

1.3.3 Chống thấm bằng cừ bê tông cốt thép ứng suất trước

Trường hợp chiều cao đập và nền cần xử lý chống thấm không quá lớn (hđ+ hn ≤20m), lớp bồi tích không có đá lăn, đá tảng có thể làm tường chống thấm bằng cừ bản

bê tông cốt thép ứng suất trước

Hình 1.17 Thi công tường chống thấm bằng cừ BTCT ứng suất trước

Cừ bản bê tông cốt thép ứng suất trước được liên kết với nhau qua khớp nối âm dương tạo thành một liên kết vững chắc Để đảm bảo kín nước, giữa khớp nối có cấu tạo vật liệu kín nước bằng nhựa tổng hợp độ bền cao

Đặc tính cơ bản của cừ bản bê tông cốt thép ứng suất trước: Tiết kiệm vật liệu bê tông

do kích thước mặt cắt nhỏ nhưng khả năng chống thấm cao; Độ bền cao: Cường độ bê tông RN=725kG/cm2 (gấp 2 đến 3 lần so với bê tông thường), Moment chống uốn lớn

Trang 35

24

M=15÷500KNm; Chống xâm thực tốt: Đặc biệt phù hợp với các hồ chứa ven biển; Thời gian thi công nhanh, giảm 40 ÷ 60% thời gian so với công nghệ thi công tường bê tông cốt thép đúc tại chỗ

Hình 1.18 Cấu tạo đập có tường chống thấm bằng cừ BTCT ứng suất trước

1.3.4 Tường chống thấm bằng cừ bản nhựa (Vinyl sheet piling)

Ở vị trí đắp đập đất nền mềm yếu, chiều sâu nền < 10m ở vùng nước mặn ven biển, có thể sử dụng cừ bản nhựa để chống thấm

Hình 1.19 Cấu tạo tường nghiêng mềm kết hợp với cừ bản nhựa chống thấm

Hình 1.20 Cấu tạo tường lõi mềm kết hợp với cừ bản nhựa

m2

m1

m2 m1

Trang 36

25

Có thể kết hợp tường nghiêng mềm kết hợp với cừ bản nhựa chống thấm như hình 1.19 hoặc kết hợp tường lõi mềm kết hợp với cừ bản nhựa chống thấm như hình 1.20

Cừ bản nhựa được chế tạo từ PVC (Poly vinyl choloride) và các phụ gia đặc biệt, do vậy

cừ bản nhựa có độ bền cao, cừ bản nhựa do Mỹ – Hà Lan chế tạo có độ bền khoảng 50 năm Để tăng khả năng chịu lực, cừ bản nhựa được cấu tạo gần dạng dầm chữ I, các bản nhựa liên kết với nhau qua khớp nối âm dương gắn vừa khít với nhau Cừ bản nhựa có nhiều loại: Chiều dày bản nhựa từ 5mm ÷ 12,5mm; Chiều rộng từ 250mm ÷ 330mm; Chiều dài từ 5m ÷ 10m như hình 1.21 Tùy theo yêu cầu cụ thể của từng công trình để tính toán lựa chọn loại cừ có kích thước phù hợp

Hình 1.21 Cấu tạo cừ bản nhựa

1.3.5 Tường hào chống thấm bằng màng địa kỹ thuật (Geolock)

Để nâng cao khả năng chống thấm của các công trình xây dựng, từ những năm 1980, ở một số nước phát triển như: Anh, Đức, Hà Lan… đã nghiên cứu và áp dụng phổ biến công nghệ mới tường hào chống thấm bằng màng địa kỹ thuật (Geolock)

Tương tự như công nghệ tường hào chống thấm Bentonite + xi măng, hào được thi công trong dung dịch Bentonite, chiều rộng hào từ 0,5m÷ 0,6m và chiều sâu hào từ 5m÷30m, nhưng vật liệu chống thấm là màng địa kỹ thuật (Geomenbrane) thường là loại HDPE

có khả năng chống thấm rất cao (K=1x10-10 ÷ 1x10-14 m/s) Có sơ đồ cấu tạo như hình 1.22

Các tấm màng địa kỹ thuật có chiều dày 0,5mm÷ 20mm, chiều rộng từ 2m÷6m Sau khi thi công hào Bentonite đến chiều sâu thiết kế, các tấm màng địa kỹ thuật HDPE sẽ được

Trang 37

26

lắp nối qua thiết bị chuyên dùng, khớp nối liên kết kép kẹp giữa hai vật chắn nước (cao

su + Bentonite), cho phép đạt độ kín nước cao theo yêu cầu của hồ sơ thiết kế

Hình 1.22 Cấu tạo tường hào chống thấm bằng màng địa kỹ thuật

1.3.6 Màng chống thấm HDPE

Đặc tính chính của màng HDPE: Có hệ số thấm rất nhỏ, cường độ chịu kéo tới 80N/mm,

độ giãn dài >700%, độ bền kháng chọc thủng tới 830N, khả năng chống lão hóa cực tốt đạt độ bền đến 50 năm Trơ bền với các hóa chất, thậm chí với các loại axit mạnh Không

bị tác động bởi nấm, vi khuẩn, mối Có khả năng chống lão hóa bởi các tác động của thời tiết, khí hậu

Các ứng dụng về màng chống thấm HDPE: Với các đặc tính trên, hiện nay màng chống thấm HDPE đã được ứng dụng rộng rãi ở một số dự án: làm lớp lót đáy chống thấm cho các nhà máy thải xỉ, bãi chôn lấp rác, nhà máy hoá chất, phân bón, ngăn các loại hoá chất độc hại thẩm thấu làm ô nhiễm nguồn nước ngầm (Bãi thải xỉ nhiệt điện Mông Dương 2, Quảng Ninh; Bãi rác Lương Hòa, Nha Trang; Bãi rác Sơn Tây, Hà Nội; Khu

xử lý chất thải rắn Phước Hiệp, Củ Chi, TP Hồ Chí Minh; Bãi rác hồ xử lý nước thải Đà Nẵng); Lót đáy và mái hồ nuôi thủy sản, chống thấm hồ cảnh quan, hồ sân Golf, hồ chứa nước khu công nghiệp (Hồ nuôi tôm Phú Vang, Thừa Thiên Huế; Hồ nuôi tôm tại Thanh Hóa; Hồ nuôi tôm Cát Hải, Bình Định; Hồ sân Golf, hồ cảnh quan Vinpearl Phú Quốc; Công trình hồ bùn đỏ - Nhà máy Alumin Nhân Cơ, Đăk Nông; Nhà máy Nhiệt điện Nông Sơn - Quảng Nam); làm màng phủ nổi hầm Biogas (Hồ Biogas Sóc Trăng)

m2 m1

Trang 38

27

1.4 Giới hạn phạm vi nghiên cứu

Trong luận văn này tác giả chỉ tập trung nghiên cứu ứng dụng công nghệ và vật liệu màng HDPE để chống thấm cho đập hồ chứa thay thế các vật liệu truyền thống và áp dụng để chống thấm cho hồ Chánh Hùng, tỉnh Bình Định

1.5 Kết luận chương 1

Với đặc thù của khu vực duyên hải Nam Trung Bộ, là nơi có điều kiện địa chất, điều kiện khí tượng thủy văn phức tạp, thảm thực vật thay đổi, rừng tự nhiên bị tàn phá,…làm ảnh hưởng rất lớn đến dòng chảy sông ngòi và ảnh hưởng đến công trình rất nghiêm trọng Qua những sự cố đối với đập trong những năm vừa qua trong khu vực có thể nhận thấy rằng các nguyên nhân gây hư hỏng đập đất có rất nhiều, trong đó đóng vai trò quan trọng là các nguyên nhân liên quan đến thấm qua đập và nền Sự mất ổn định thấm kéo theo sự mất nước hồ chứa, sự xói ngầm, đùn đất ở hạ lưu và hậu quả là dẫn đến mất ổn định và phá hoại đập

Có nhiều giải pháp chống thấm cho đập và nền khác nhau; giải pháp hợp lý được chọn theo điều kiện địa chất nền, vật liệu đắp đập và yêu cầu chống thấm Với đập xây dựng trên nền có tầng thấm dày thì giải pháp chống thấm cho nền bằng sân phủ thượng lưu là hợp lý Khi gần vị trí xây dựng không có loại đất chống thấm phù hợp thì cần xem xét

sử dụng các loại vật liệu kỹ thuật, trong đó có màng chống thấm HDPE

Luận văn này chọn hướng nghiên cứu sử dụng màng HDPE làm sân phủ chống thấm cho đập đắp trên nền có lớp thấm mạnh với chiều dày lớn, nhằm xác định chiều dài hợp

lí của sân phủ phụ thuộc vào các yếu tố khác nhau như chiều cao đập, chiều dày tầng thấm, hệ số thấm của nền

Trang 39

2.1 Mục đích và tiêu chí lựa chọn các thông số

2.1.1 Các đặc điểm của màng chống thấm HDPE [12]

Màng chống thấm HDPE là màng polyme tổng hợp ở dạng cuộn hoặc tấm, mỏng, dễ uốn, có hệ số thấm rất thấp, được sử dụng để chống thấm cho công trình

Thành phần cấu tạo màng chống thấm HDPE (High Density Poly) có thành phần cơ bản gồm: 95% ÷ 97% polyme; 2,0% ÷ 2,7% bột than; còn lại là chất chống tia cực tím, chất chống ôxy hoá và chất ổn định nhiệt

Màng chống thấm HDPE có những đặc tính chủ yếu sau:

Hệ số thấm rất thấp Kth = 10−12 ÷ 10−16cm/s

Mềm dẻo, độ dãn dài lớn, dễ lắp đặt trong các địa hình phức tạp

Có khả năng chịu kéo và sức kháng xuyên thủng tốt

Không bị tác động bởi các loại hoá chất và sinh vật, có tính trơ với kiềm, dầu và các loại chất thải khác

Không gây tác hại môi trường, có thể lót chống thấm cho hồ chứa nước uống Sản phẩm được thi công theo phương pháp hàn nhiệt mối hàn kép, hoặc hàn đùn thi công kỹ thuật phần ống xuyên

Vật liệu được sản xuất từ hạt nhựa HDPE nguyên sinh có phụ gia chống lão hóa, chống tia cực tím, kháng hoá chất, có tuổi thọ thiết kế khoảng 50 năm

Trang 40

29

Có khả năng kháng tia tử ngoại (UV), chịu được hóa chất

Ứng dụng: làm lớp lót dải dưới đáy các bãi chôn lấp chất thải rắn, có tác dụng ngăn không cho nước rác ngấm ra môi trường bên ngoài; Chống thấm cho các ao, hồ tự nhiên; Chống thấm đập thủy lợi, kênh dẫn dòng; Chống thấm cho các ao nuôi trồng thủy sản; Chống thấm cho các bãi thải xỉ của các nhà máy nhiệt điện, các khu vực khai thác khoáng sản; Chống thấm cho các bồn chứa, bể chứa xăng dầu

2.1.2 Mục đích bố trí màng chống thấm HDPE ở đập đất

Sử dụng màng chống thấm HDPE ở đập đất với mục đích: Hạn chế lưu lượng thấm của đập; Giảm áp lực thấm dưới bản đáy để tăng ổn định cho công trình; Giảm gradient thấm

ở cửa ra để tránh các biến hình thấm cho đất nền

2.1.3 Tiêu chí lựa chọn chiều dài màng chống thấm HDPE

Với mỗi phương án tính toán, trị số chiều dài màng HDPE (chiều dài sân trước) Ls được xác định theo các giới hạn sau:

Khống chế lưu lượng thấm qua mặt cắt đập theo công thức sau:

Trị số Ls lấy theo trị số lớn tính theo 2 điều kiện trên

Trong phạm vi luận văn này, tác giả chọn các trị số qcp và Jcp với trường hợp điển hình của Hồ chứa nước Chánh Hùng để so sánh lựa chọn các thông số màng chống thấm HDPE:

cp

J

J 

Định dạng
Số trang	95
Dung lượng	4,06 MB