Luận văn thạc sĩ Xây dựng công trình Thủy: Nghiên cứu thấm và đề xuất giải pháp xử lý mất ổn định do thấm, đập vật liệu địa phương khu vực Bắc Miền Trung

LỜI CAM ĐOANxuất giải pháp xử lý mat én định do thấm, đập vật liệu địa phương khu vực Bắc miền Trung.” là công trình nghiên cứu của riêng tôi, tôi không sao chép và kết quả của luận văn

LỜI CAM ĐOAN

xuất giải pháp xử lý mat én định do thấm, đập vật liệu địa phương khu vực Bắc

miền Trung.” là công trình nghiên cứu của riêng tôi, tôi không sao chép và kết quả của luận văn này chưa công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu khoa học nào.

Hà Nội, ngày tháng 05 năm 2017

Tac giả

Dang Quoc Toản

LỜI CẢM ƠN

Luận văn thạc sĩ với đề tài “Nghién cứu thấm và đề xuất giải pháp xử lý mat Ổn

định do thấm, đập vật liệu địa phương khu vực Bắc miền Ti rung.” đã được tác gia

hoàn thành với sự nỗ lực của bản thân, sự giúp đỡ nhiệt tình của các Thay, Cô trong

bộ môn Thuy công, khoa sau Dai học — Trường Dai hoc Thủy Lợi và ban bẻ đồng

nghiệp.

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo TS Lê Thanh Hùng

người đã tận tình hướng dẫn, cung cấp thông tin, tài liệu và vạch ra những định hướng

khoa học cần thiết để tác giả hoàn thành luận văn này.

Tác giả xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong bộ môn Thủy công, Khoa công trình, Phòng đào tạo Đại học và sau Đại học cùng toàn thể các thầy cô giáo trong trường Đại học Thủy lợi đã giúp đỡ và truyền đạt kiến thức trong thời gian tác giả học

tập và nghiên cứu.

Tác giả cũng xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè, đồng nghiệp và những

người đi trước đã chỉ bảo, khích lệ, động viên, ủng hộ nhiệt tình và tạo điều kiện,

giúp đỡ cho tác giả về mọi mặt trong quá trình học tập cũng như hoàn thiện luận văn.

Tuy đã có những cố gang song do thời gian có han, trình độ ban thân con hạn

chế nên luận văn này không thể tránh khỏi những thiếu sót và tồn tại, tác giả mong nhận được mọi ý kiến đóng góp và trao đối chân thành của các thầy cô giáo, anh

MỤC LỤC

3790600710055 7

U Tính cấp thiết của đề tài: - 2-5 22s 2E t2 2122127121211 re 7

H/ Mục đích của Đề tài: 5-56 SS St t2 2 E21 2211211211 1121121121111 re 7

II Đối tượng và phạm vỉ nghiên cứu: 2 2 s+E£E+EE+EEeEEerErExrrkerkerreee 8

IV/ Cách tiếp cận và Phương pháp nghiên cứu: 2-52 5z ©5z2zs+cxcsce2 8

Chương I TONG QUAN VE THÁM DAP VLĐP KHU VUC BAC MIEN

¡1016 10

1.1 Tình hình xây dựng đập đắt tại Việt Nam -2-©ccc5cc 10

1.2 Hiện trạng đập đất ở khu vực Bắc Miền Trung và tỉnh Thanh Hóa 15

1.2.2 Hiện trạng đập đất tỉnh Thanh Hóa -©25-©5225ccScxcccescscce 20

1.3 Hiện trạng thắm va kha năng mat 6n định đập do thấm: 21

1.3.1 Một số công trình nghiên cứu tiêu biểu trên thế giới :Error! Bookmark not defined.

1.3.2 Tổng quan về Ôn định của đập dat ở Việt Nam.Error! Bookmark not defined.

Chương II PHAN TÍCH NGUYÊN NHÂN THÁM VA MAT ON ĐỊNH DAP

DO THÁM, DAP VLĐP KHU VUC BAC MIEN TRUNG -. -5-< 25

2.1.2 Các yếu tô về thi công, xử ly nền, quản lý NO đập .- . - 29

2.1.3 Các yếu tô về địa hình, địa chất và địa chất thủy văn . - 31

2.1.3.1 Đa hình: on HH nh HH HH nh HH nà 31 2.1.3.2 Địa chất và địa chất THUY VĂỄH,: SGK Hy 32

2.2 Cơ sở lý thuyết về thắm và mat 6n định đập do thắm: - 5-5 32

2.2.1.1 Định luật thẩm tuyến tính (định luật Darcy) [I] -. -s : 33

2.2.1.2 Định luật thắm phi fiyyỄn " 34 2.2.2 Tong quan vê phương pháp tính toán thẲHH «cà sesseeesees 34

2.2.2.1 Sơ lược quá trình phát trÏỂH s25: ©5+5SeScxeSEeEEEEESExrrreerkesrkesree 34 2.2.2.2 Tam quan trọng của lý thuyết thẩm + 2© ©tect+E+EzEzEereered 35 2.2.2.3 Các phương pháp giải bài toán CAM oescessesssesssessesssssssesssecsessesssecsseesees 36

2.2.3 Cac phương pháp tính Ôn đHH ng HH 38

2.2.3.1 Lý luận tính toán ổn định mái AOC 2-2 2 +ce+e£keEeEzEzterkered 38

2.2.3.2 Một số 9 phương pháp tinh on định mái theo phương pháp mặt trượt 39 2.3 Dé xuất giải pháp chong thấm và phòng chong mắt 6n định đập do thấm: 44

2.3.1 Tường chong thắm bằng các loại vật liệu mới như mang địa kỹ thuật, thảm

bê tông, tha sét did KY fÏLHẬTK <5 TH TT HH TH 00000 45

2.3.1.1 Công nghệ chong thấm bằng màng địa kỹ thuật -:-cs-c52 45 2.3.1.2 Công nghệ chong thấm bằng thảm bê tông . -©-2©5zcscs2 46 2.3.1.3 Tường nghiêng chong tham bang thám sét địa kỹ thuật 47

2.3.2 Công nghệ khoan phụt chống thấm (khoan phụt truyền thống) 48 2.3.3 Công nghệ phụt cao Ap (Tet — gFOHÍÏH) c0 189808896 49

2.3.4 Công nghệ chống thấm bằng tường hào beHfOHif€ -s-s-cs<css©+ 30

2.3.5 Tường nghiêng sân phú thượng lưu chống thấm . -s s-se<< 51

2.3.6 Phân tích tong hợp lựa chon phương án chong thắm cho đập 52

2.4, Két Iu an nh ae 54

Chương III TÍNH TOÁN ÁP DUNG CHO DAP CHÍNH HO CHUA NƯỚC

DONG BE — NHƯ THANH — THANH HÓA -s° css°<+vvees 55

3.1 Giới thiệu công trình hồ chứa nước Đồng Bé - Như Thanh - Thanh Hóa: 55

SDD (Tổ nh e 55

3.1.2 Quy mô và các thông số kỹ tNUGt resssscssssessessesssessessessssssessesssssssssesssssssssesseess 55

3.2 Tinh toán thắm và đề xuất giải pháp: -s- << se se se esessessessessesee 57

3.2.1 Hiện trạng thấm và khả năng mat 6n định đập Dong Bễ 57

3.2.2 Giải pháp chong thấm nâng cao tính Ổn định đập . . -« s <« 58

3.2.3 Tính toán thấm, 6n định đập Đông Bổ -e <cescsececseesessessesee 60

PHAN 2: KET LUẬN & KIÊN NGHỊ, : - 22s se ssessesssvssessesserssrs 73

“HÀ chia nước Bộc Nguyên - Hà Tinh

Hô chứa nước Đá Bạc - Hà Tĩnh

1H chứa nước Khe Xanh - Hà Tình

Hồ chứu nước Kim Sơn - Hà Tĩnh

ink ảnh lạ du hồ Tàu Voi và thẳm thân, nén đập Tàu Voi ~ tình Hà Tĩnh

Va đập Đằng Tring, Trường Lâm ~ Tĩnh Gia ~ Hà Tình

Cấu tao mặt cắt ngang các loại đập thông dựng

sơ đồ tinh toán theo phương pháp mặt trượ trụ tron

Chống thắm bằng vai địa kỹ thuật

Ứng dụng thâm bê tông chẳng thắm hỗ chứa

Công tác khoan phụt chong thắm cho Đập

Coe xi măng dt thi công bằng công nghệ Jet ~ grouting

Tường hào chẳng thắm bing bentonite

Chong thắm bằng tường nghiêng sân phú

Mat cit đập điễn hành tường hop đập đằng chất có thigt bị thoát nước thânđập ống khói kết hợp với lăng trụ thoát nước

ĐANH MỤC BANG BIEU

Bảng 1.1: Xếp theo thứ tự thời gian đập đắt ở Việt Nam

Bing 1.2: Thắng kê một vài sự cổ hd chứa trong 5 năm gin đây ở khu vực Bắc Miền

Trung

“Bảng 2.1: Tổng hop chỉ tiêu cơ Ij và hình thức một số đập ở tinh Thanh Hóa

Bằng 2.2: Phân tính tổng hợp các phương dn

Bing 3.1: Cúc thông số ¥ thuật chủ yên

Bảng 32: Tang hap cc giá tr lưu lượng thắm đơn vĩ & gradient trong cúc trườnghợp tính

Biing 3.3: Tổng hop trì số Kaun ứng với cúc trường hep tinh toán cho các mặt cấtđập

Bing 3.4: Các trường hap tính toán thắm - én định đập đắt

PHAN 1: MỞ DAUTính cấp thiết của đề tà

nước ta việc nghiên cứu lý thuyết thẩm cũng như kinh nghiệm trong việc giải quyếtcác vấn dé thấm trong thực tiễn thiết kế, xây dựng và khai thác các đập dâng nướcbằng vật liệu địa phương còn nhiều vin để chưa được nghiên cửu Vi vậy việc nghiêncửa để ứng dụng các tién bộ Khoa học, sử dụng các phần mềm chuyên dụng của các

i tit, Khó khăn lớn nhất

nước iên tiến rong lĩnh vực này vào Việt Nam là

trong nghiên cứu thắm cho các đập đã xây dựng là xác định đúng chế độ thim và

kiện én định thấm do những công trình nảy xây dựng đã lâu, tài liệu thiế

hoặc không có Để hạn chế tớ

đảm bảo tính kinh tế kĩ thuật, nhất thiết phải hiểu được bản chất của dòng thắm trong

ï mức tối thiểu nhất ác hại do đồng thắm gây ra mã vẫn

đắt cũng như tác động cia nó lên thân và nỀn công tình kh có dòng thắm đi qua

Trong thời gian vừa qua, việc thiết ké thi công hàng loạt các hỗ chứa nước ở khu vực

Bắc Miễn Trung đã góp phần rit lớn trong việc ei thiện tỉnh hình thiếu nước sinh

hoạt, sin xuất cho nhân din trong vùng ning cao năng suất trong sản xuất kinh tế,

Đồng thờ

đặc t

cất, giảm lũ vùng hạ du, edi tạo môi trường sinh thái, Tuy nhiên do những,

rất ring về điều kiện địa hình, địa chit, khí hậu, vật liệu dip đập, xử lý các

lớp trim tích yếu nền đập chưa tiệt để nên đã xảy ra hiện tượng thắm cục bộ, tạo

thành vùng sinh lẫy phia chân đập đồng thời gây tắc hệ thông tiều thoát nước trong

thân đập dn tới vige xây dưng, vận hành các hd chứa nước gặp nhi sự cổ, đặc bit

là sự cố do dòng thắm qua đập gây ra

Nghiên cứu, phân tích xác định nguyên nhân và để xuất giải pháp xử lý thắm, đảm bảo

an toàn cho việc sử dụng và vận hành các hỗ chứa tại khu vực Bắc Miễn Trung nóichung và tỉnh Thanh Hóa nói riêng là việc im hết sức cần thiết

Vi vậy the giả đã lựa chọn đề tài luận văn thạc sĩ: “Nghiên cứu thắm và để xuất giải

pháp xử lý mẫt dn định đập do thắm, đập VLĐP ku vực Bắc Miễn Trung." ừ đ là

cơ sở nghiên cứu cho các đập ở Thanh Hóa và khu vực Bắc Miễn Trung

I Mục đích của Đề tài:

Phân ích các yếu tổ ảnh hưởng đến thắm qua nền và thân dip ở tỉnh thanh Hóa và khu

THƯ Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

1) ĐI tượng nghiên cứu

Hiện tượng Thắm, sự mắt ổn định đập vật liệu địa phương do thấm ở Thanh Hóa vàKhu vục Bắc Miễn Trung

2) Pham vi nghiền cứu

Nghiên cũu một số dap vật liệu địa phương thuộc khu vực Bắc Miễn Trung Tập trung

ào nghiên cứu giải quyết sự cổ thắm cho đập chính h chứa nước Đồng Bé ~ huyện

Nhu Thanh ~ tinh Thanh Hóa

IV/ Cách tiếp cận và Phương pháp nghiên cứu:

1) Cách tấp cân

“Thông qua việc nghiên cứu các sự cổ về đập, các tài liệu của một số cơ quan Nghiêncứu, Khảo sát Thiết kế, Thi công và Quản lý xây dựng loại đập đắp bằng vật liệu khuvue Bắc Miễn Trung

Khảo sit, nghiên cứu thực địa tại hỗ chứa nước Đồng Bễ, huyện Như Thanh, tình

“Thành Hóa

2) Phuong pháp nghiên cứ:

Điều ra thụ thập các đập vật liệu dia phương đã xây dng xảy sự cổ do thắm và thành

công trong khu vực nghiên cứu.

“Tổng hợp các nghiên cứu khoa học, các hội thảo vé sự cổ đập do thắm đảnh giánguyên nhân và đề xuất các giải pháp công nghệ khắc phục

Dùng phương pháp phần tử hữu han để phân tích kiểm tra thắm: Sử dụng phần mềm

GEO-SLOPE.

Nghiên cứu các tà liệu khảo sát, thiết kế, thi công Xin đồng góp ý ki của các chuyên gia.

Chương I TONG QUAN VỀ THÁM DAP VLDP.

KHU VỨC BAC MIỄN TRUNG1.1 Tinh bình xây dựng đập đất tại lật Nam

Hồ chứa ở Việt Nam là biện pháp công trình chủ yếu để chống lũ cho các vũng hạ du;cấp nước tưới ruộng, công nghiệp, sinh hoạt, phát điện, phát triển du lịch, cải tạo môi

trường nuôi trồng thủy sản, phát triển giao thông, thé thao, văn hóa.

Theo thời gian, trước năm 1964 việc xây dựng hồ chứa diễn ra chậm, có it hd chứađược xây dng trong giải đoạn này, Sau năm 1964, đặc biệt từ khi nhà nước thông

nhất thì việc xây dụng hỗ chứa phát triển mạnh, Từ năm1976 đến nay số hỗ chứa xây

dựng mới chiếm 67% Không những tố độ phát triển nhanh, mà cả vỀ quy mô công

trình cũng lớn lên không ngừng,Hiện nay, đã có nhiều hỗ lớn, đập cao ở những nơi có

điều kiện tự nhiên phức tạp.

Tỉnh đến nay, ở nước ta có 6648 hỗ chứa thuộc địa bản của 45/64 tỉnh thành, trong đó,

6 gin 100 hỗ chứa nước có dung tích trên 10 triệu mớt khối, hơn 567 hỗ có dung tích

từ 1°10 triệu mét khối, còn lại là các hỗ nhỏ Tổng dung tích trữ nước của các hỗ là

35,8 tỷ mét khối, trong đó cí 6 hồ chứa thủy điện lớn có dung tích 27 ty mét khối

nước côn lại là các hỗ có nhiệm vụ tưới là chính với tổng dung tích 8,8 tỷ mét khối

nước đảm bảo tưới cho 80 vạn hecta,

Bang 1.1: Xếp theo thứ tự thời gian đập đất ở Việt Nam

TT | Tểnhồ | nh - |Logdip| PA | Nim fin

9 | VựeTrống Hi Tinh ĐẤU | 2280 | l9

| ĐgMô | MaNy | ie) 2100) 1978

0

Tr] Tiéntang | QuảgBìh | Dit j 3230 | 1978

17 | Vinh Trinh | QuảngNam | Đấ | 2300 | 1980

18 Ligt Son Quang Ngãi Đất 29.00 1981

27 Dau Tiếng ‘Tay Ninh Đắc 28,00, 1985

28) ~Bién HO Gia Lai Dit | 2100 | 1985 29) Nữ Mat Binh Dinh Đất | 3000 | 1986

30 j VueTron | QuingBinh | Đất | 2900 | 198631) Tuyén Lim > Lam Dong pit) 32,00 | 1987

3 Đã Bin KháhHòa | Đấc j 4250 | 1988

33 | KheTân | QuảngNam | Đất | 2240 | 1989

34 Ô KinhMôn | Quang Tri Dit 2100 | 1980

35 Khe Chè ‘Quang Ninh Đắc 25,20 1990

36 Phú Xuân Phú Yên Dat 23,70 1996

37 | GôMiỂU | ThấNguy ĐẤU 30.00 | 1999

38 | CaGiy | BìhThuận | Đất | 3000 | 1999

39 | Song Hinh Phú Yên pit 5000 | 2000

40 Vũng Sit Thanh Hóa Dat 25,00 2003

4l | SéngSit | Ninh Thuja | Dit j 2900 | 2005

42 | Sông Sto Nghệ An ĐẤC Ì 3000 | 2006

4 Easoup Đắc Lie ĐẤU 29,00 | 2005

4 Hà Động Quảng Ninh Dat 30,00 2007

45 [ NHA Gia Tai Dit] 3700 | 209

46 | Tâ§m | Gia Lai Dit) 520 | 2M

47 | ThoHao | Thanh Hoa | DĐ | 242 | 2M

4S | Twa Vin | Thanh Ha | ĐÀ | 23 | 2016

49 | Tính | ME Í pie | ạ0a0 | 202Huế

5U | SMS | Bie Ging | Đấ | 2080 | 203

Trong hai thập kỹ qua, sau khi phát triển kinh tế nói chung và xây dựng đậpcao nổi riêng người ta dẫn dẫn cảng thấy nổi lên những tác hại về mặt môitrường khiển người ta đã so sánh thận trọng hơn, mặt khác cũng có thể những.công trình đễ làm có hiệu ich cao hơn đều đã được làm, những công trình cônlại suất đầu tư thường cao và nhiều bất lợi về mặt môi trường nên người ta ítlàm, Do vay việc xây dụng đập cao trên thể giới đã gdm hẳn

“Hình 1.2 » Hé chữa nước Bộc Nguyễn-Hà Tình

Hình 1.4: HỖchúa ước Khe Xanh ~ Hà Tĩnh

"4

1⁄2 - Hiện trang đập đắt ở khu vực Bắc Miền Trung và tỉnh Thanh Héa

12.1 Hiện trang đập đắt ở khu vực Bắc Miễn Trưng

Bắc Trung Bộ là phần phía bắc của Trung Bộ Việt Nam có địa bàn từ Nam dãy

núi Tam Điệp tới Bắc đèo Hai Vân Khu vực Bắc Miễn Trung gồm có 6 tinh:

Thanh Hóa, Nghệ An, Hà Tĩnh, Quảng Bình, Quảng Trị, Thừa Thiên Huế.

Đập hồ chứa được đưa vào sử dụng đã đáp ứng được nhu cầu dùng nước rắt lớn

của người dân cũng như của doanh nghiệp, giúp tăng năng suất, sản lượng

trong sản xuất nông nghiệp và công nghiệp, phát triển kinh tế, Nhưng bên cạnh

đỏ, tinh hình khai thác vận hành đập hỗ chứa đã xủy ra những sự cố mắt énđịnh, anh hưởng nghiêm trọng đến hạ du của đập đắt Nguyên nhân một phần là

do ến đổi mực nước thượng lưu đập, mực nước thượng lưu tăng đột ngộtngoài dự báo, ban quản ly vận hành đập phải mở xá toàn bộ dé tránh đập bị vỡ.

Đã xảy ra trường hợp, khả năng xa tran của đập chậm hon lượng nước đồ, khiến đập bị vỡ như đập Đồng Đáng, huyện Tinh Gia, Thanh Hóa.

Các Đập hồ chứa chủ yếu được xây dựng tử trước năm 1990 trong điều kiện nén kinh

tế đắt nước còn nhiều khỏ khăn, công tác khảo st, thiết kế và thi công còn nhiễu thiểusit, các công trình đầu mỗi không được xây dựng hoàn thiện Thời gian khai thác, sử

éu kinh phí để duy

bị xuống cấp, gây mắt an toần

dụng các hỗ đĩ lâu, việc quin lý chưa được quan tâm đúng mức,

tu sửa chữa, dẫn đến nhiễu hỗ chứa nước nhanh chói

công trình Trong thời gian qua nhiều hd chứa có quy mô vừa và nhỏ đã bị vỡ gây

thiệt hại đáng kể tới người, tài sản của nhân dân.

Dip ding ở khu vực Bắc Miễn Trung 100% là đập vật liệu địa phương, đất đắp thân

hồ không được xử lý móng ở

lồng khe Một số hỗ đắp cao chồng lũ bằng đắp vuốt mái làm giảm chiều rộng mặt đập,

và không đảm bảo mặt cắt theo tiêu chuẫn kỹ thuật Dé với các hd được ng cấp sửa

chữa trong giải đoạn vừa qua giải pháp chủ yếu là đắp áp trúc mở rộng và tôn cao đập

Do tính chit cơ lý giữa đất dip cũ và mới khác nhau nhiều và việc xử lý tiếp giápkhông tốt dẫn đến công tình bị thắm và mắt ôn định ti hầu hết các hỗ chứa Để phát

huy mặt lợi và để phòng các diễn biển bất lợi, công tác đầu tư sửa chữa, nâng cấp,

15

“quản lý hd chúa cần được quan tâm và ting cường nhằm bao đảm an toàn công trình,

và nding cao hiệu quả của hb chứa

Cùng với dé trước tình hình biến đổi khí hậu toàn cầu mà khu vực Bắc Miễn Trungcũng đang chịu anh hưởng nghiêm trong từ biển đổi khí hậu, nước biển ding, các

"Hình 1.6 Hình ảnh hạ du hồ Tầu Voi và thắm thân, nén đập Tàu Voi ~ tình

Ha Tink

Hiện nay, cả thể giới dang phải đối mặt với các vin dé biến di khi hau, trong

đỗ có hiện tượng mưa lũ vượt ra ngoài các quy luật thông thưởng Đợt lũ lich

sử đầu thang 10 năm 2010 ở Hà Tinh, Quảng Bình, Nghệ An là một ví dụ Xay

ra hiện tượng lũ chồng lên lũ, con lũ trước chưa rút hết thì con lũ sau đã đổ ve.Thêm vào đó, cường suất của con lồ sau fi rit lớn: lượng mưa Ì ngày tại Chu

Lễ (Hương Khê ~ Hà Tĩnh) đo được là 800mm; tổng lượng mưa 5 ngày lên tới

1300+1500mm, Tổng lượng nước này được dén vào các thung lũng sông gây

nên lũ lụt kinh hoàng Trong điều kiện mưa lũ lớn như vậy các hd đập thủy lợi

rat dễ bị tốn thương bởi các lý do sau đây:

Các hồ đập thường khống chế một lưu vực nhất định Toàn bộ nước mưa trên lưu vựcđược din vào bụng hỗ phía trước đập, Lưu vực cảng lớn, nước dồn vé cảng nhiều:

rimg bị phi, mặt đệm tr toi, nước dồn về cảng nhanh làm cho đường trần xã nước

không kịp, gây tràn và vỡ đập,

Hom 90% số tạo hỗ ở nước ta hiện nay là đập dit, trong đó có khu vực Bắc miễn

gu thực tế một số hd chứa

Trang Kết cầu đập đất da dang, tuy nhiên qua thu thập số.

6 bắc miễn Trung thì kết mặt cắt điễn hình có 2 dạng chính: đập đồng chất có hit bịchng thắm dưới nỀ là chân khay hit bị thoát nước thin dpi lãng trụ thoát nước

và đập hai khi có thiết bị chống thấm dưới nền là chân khay, thiết bị thoát nước thân

đập ống khỏi kết hợp với lãng trụ thoát nước: ting thắm có chiều diy trung bình từ 0

10m Loại đập này có điểm yếu là khi nước tràn qua thi đễ gây xói, moi sâu vào

thân đi đến bị vỡ Ngoài ra, khi cường sud dải, đất thân dip bị bãomưa lớn và

hòn nước làm giảm khả năng chống đỡ, din đến trượt mái và hư hỏng đập

Trong thiết kế và xây dựng đập ở nước ta hiện nay, tiêu chuẩn phòng lũ được xác

định theo cấp công trình Vi dụ đập cấp I chỗng được con lũ thiết ké có chu kỳ xuấthiện lại là 5001000 năm; trị số tương ứng của đập cắp II là 200 năm; cấp TI: 100.năm; cấp IV: 67 năm; cắp V: $0 năm Như vậy các đập cắp IV, V khả năng chống lũ

thấp, khả năng nước trần dẫn đến vỡ đập là_ lớn

Ngoài ra, số lượng các đập loại này rất nhiều; việc quản lý, bảo đường các đập.nhỏ cũng không được chặt chẽ, bai bản như đối với các đập lớn

Thực tế đã xây ra ở nước ta trong những năm qua là hư hỏng, sự cỗ và vỡ đập

chỉ xây ra ở đập vừa và nhỏ Trong trận li lịch sử thẳng 10 năm 2010 ở Hà

Tĩnh vừa qua, đập Khe Mơ bị vỡ là một đập nhỏ, trong khi các đập lớn như Kẻ

Gỗ, Boe Nguyên, Sông Rác vẫn an toàn

Đập dù lớn hay nhỏ khi bị vỡ đề i ra tổn thất nặng nỄ cho bản thân công trình, và

cho vùng hạ du, Ở các đập mà hạ du là khu dân ew hoặc kinh tế, văn hóa thì thiệt hại

do vỡ đập gây ra ở hạ du lớn hơn gấp nhiều lin so với thiệt hại đối với bản than công.trình, và phải mắt nhiều năm sau mới có thể khắc phục được

Những đặc điểm trên đây cho thấy tằm quan trọng đặc biệt của công tác đảm bảo an

toàn hỗ đập thủy lợi, nhất là trong mùa mưa lũ lớn

Với tinh hình thực tế về sự xuống cấp của các công trình đập dat và hỗ chứa, cũng như những diễn biến phức tạp của biển đổi khí hậu, trong đó ede cơn bão hàng năm dang có chiều hướng diễn biển phức tạp và rất khó dự đoán chính xác về lượng mưa,

ảnh hưởng trực tgp đến chiều cao mực nước thượng lưu của dip Vi vậy, thiếtphải có những phương án phòng và chống dé dap đắt và hồ chứa làm việc én định,trong để tài này, tác gid tập trung nghiên cứu về mỗi quan hệ giữa chiều cao mựcnước thượng lưu đập và sự ôn định của đập đất, Những yếu tổ tác động đến an toàn..đập như mưa lũ kéo dai, mưa rào với lưu lượng nước tăng đột ngột, vượt dự báo, ảnhhưởng trực tiếp đến sự làm việc ồn định của đập dat, Từ đó đưa ra phương án an toàn.cho đập, giúp quá trình vận hành đập ở mức đảm bao.

Baing 1.2: Thẳng ké một vài sự cổ hỗ chứa trong 5 năm gần đây ở khu vực Bắc Miền

Trung Năm Đăng

1 | ah | viưi | 28% [BÍ Éh spú | Ngyênnhn | CíkmácpụeH ray | dip Hiện - uy Pow

mộ

T ‘Mua lớn làm.

Động |Thah Dip Thắm mạnh " 1] pene) ann | am | BBP | 216 | Thm meat lange nude hd | Khoon phot xi ming

ding cáo

2 [Ke [HB | mm | ĐỀ Loazs ‘Mua Sản — |Tmh aut chwe mm CC — | ông lớn đo ảnh | Hiện cửa con | kinh pide hắcvin chun số

2 [Pe [mm |7 [RiP [ os | veain [Modvads mục:

ac Dip De doa | Myenudehd | Ha hip ngudng 4|PHB | rion | 2007 | ain | 975 | dip | tem nant tàn

Ms in im Tuy

Trang | Nene Bip Nude win | MEE | Bip contra din

S [Beet [an | 2008 | “ai? | 2# | ạgsdnhiap |nMenuiehỏ | gap

6 [BME REET oon | BAP | og Tham Hap km An | Tờ"co inh

Ding | Thanh Dip Yu on it lăn cr x

Š [Chùa | roa 2008 | gin | 06 den vase sảu điều tiết bằng.

‘am cong vận hình

bằng tời điện thay

Prone ely sho Hân tự doe

qua mang công, gậy Xi lo và

làm vỡ dip

Khe [Hà Dip Mua eve lớn 2010 07 | vodip | Meus tin

Mo | Tin at

Yàkếp tài gây

Xà |Hà | zmo |ĐỆP| os | vesp |mBehsiim

lên nhạnh

Công tấy ốc

Bị võ ohn điền khiển đắt

ip đập sut vio công, nhưng vi

Dip pedoave | ebimbi dive xt

C6 tổ mỗi năm.

trong thân đập, Bến đập

Mỗi siacha | yến Mông |

Nghệ | sp; | Đập xong chưa | đồng nhất Mat Đắp ví

Ấn | 2? | ait Văn gino há | khác, nực nước | tiễn ip bi vỡ

1.2.2 Hiện trạng đập đất tỉnh Thanh Hóa

Thanh Hóa là tỉnh có địa hình phức tạp, số lượng công trình hồ chứa nhiều, với tông

số 524 công trình hồ chứa vừa và nhỏ Trong đó có 1 hồ chứa quan trong cấp Quốc gia và 9 hồ chứa quan trọng cấp tỉnh Các Công ty thủy nông quản lý 26 công trình,

Bộ Nông nghiệp và PTNT quản lý 01 công trình còn lại là các địa phương quản lý.

Tổng diện tích tưới hàng năm của các công trình hồ chứa theo thiết kế là 114.000 ha, diện tích tưới thực tế là 71.000 ha.

Hiện trạng công trình: Các công trình tiểu vùng này hầu hết là đập dâng, các công

trình trong vùng chủ yêu là các công trình loại nhỏ cụ thê như sau:

+ Loại công trình tưới được từ 1+10ha có 16 công trình Day chủ yếu là các bai đập

tạm, diện tích nhỏ lẻ tưới tại chỗ, các công trình này thường bị hư hỏng sau mỗi mùa

Ngoài ra còn nhiêu công trình dau môi là đập tạm làm băng đá xêp va đá xây mác thap

hoặc cọc tre nhiêu công trình tạm do dân tự dap phục vụ tưới tại chỗ, nhiều khi không đảm bảo nhu câu tưới Nhiều công trình bị lũ phá hỏng, cuốn trôi sau mỗi mùa mưa lũ, các đập tạm như đập Pù Ngùa, Pà Hốc, Na Lầu

20

1.3 _ Hiện trạng thấm và khả năng mắt ôn định đập do

Hiện trạng chung các đập đất có thể nhìn nhận như sau:

Chưa an toàn cao về ôn định thấm ở nền va thân công trình, nhất là ở các đập đất Các đập sau một thời gian làm việc đều bị thấm lậu, rò ri, uy hiếp an toàn công trình Do thấm gây ra như thắm mạnh, như sủi nước ở nền đập.

Thiết bị bảo vệ mái hạ lưu chưa đảm bảo yêu cầu kỹ thuật.

Các hư hỏng khác như sạt mái, lún không đều, nứt, tô mối

Qua hàng ngàn năm phát triển, đập đất ngày càng phổ biến nhờ những ưu điểm:

Có cau tạo đơn giản nhưng rất phong phú;

- Cho phép sử dụng các loại đất có sẵn ở khu vực công trình;

- Co thê xây dựng trên mọi loại nên va trong mọi điêu kiện khí hậu

- Cho phép cơ giới hóa các công đoạn thi công từ khai thác vật liệu, chuyên chở

đắp, đầm nén, v.v

Tuy nhiên 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, quá trình vận hành phải theo dõi sát xao, thường trực để ứng phó với lũ Các vấn đề ảnh

hưởng chính đến sự 6n định của đập đất đó là:

21

+ Yếu tổ tự nhiên

= Yếu tổ khảo sắt, thiết kế

- Yế ố thi công

= Yêu tổ khả thác và quản ý

~_ Yếu tổ chiến tranh

Vin đề an toàn đập vật liệu địa phương ngày cảng trở

quan tâm đúng mực hơn trong thời ki biển đổi k Ju hiện nay Đã có nhiều

nghiên cứu được sử dụng như tà liêu tham khảo để thiết kế, thi công, đánh giá

an toàn đập.

Sổ tay an toàn đập được lập ra để dim bảo tính hệ thông v8 an toàn đập từ cáckhâu thiết kể, thi công, quản lý vận hành, bảo trì, kiểm tra đánh giá mức độ antoàn đập theo định kỳ, công tác tổ chức an toàn đập và trách nhiệm đổi với antoàn đập từ chủ đập đến các cấp, cơ quan quản lý, các ngành có liên quan đến

007/NĐ-CP.

an toàn đập theo quy định của Nghị định 72

G§.TS Phan Kỳ đã thống kê sự cố một số công trình thủy lợi ở Việt Nam,tìm ra nguyên nhân và để ra biện pháp phòng tránh Nguyễn Văn Mạo và nhóm.nghiên cứu (ĐHTL) năm 2010 đã tiến hành nghiên cứu cơ sở khoa học để từ đó

để xuất các giải pháp kỳ thuật nhằm đảm bảo an toàn cho các công trình xâydựng trong điều kiện thiên tai bắt thường miễn Trung

Nguyễn Phương Mậu vả nhóm nghiên cứu (ĐHTL) năm 2009 đã nghiên cứugiải pháp quản lý các hỗ chứa vừa và nhỏ miễn Trung và Tây Nguyên nhằmchống hạn trong những thời kỳ thiếu nước từ đó đưa ra các kiến nghị quản lý,

sử dụng nguồn nước hồ hợp lý để phục vụ pháp triển nông nghị trong những, năm hạn.

Nguyễn Thế Hùng và nhóm nghiên cứu (DHBKDN) đã sử dụng mô hình sốtương tác giữa nước và kết cấu mặt không thing đứng ở thượng lưu đập dé xác

định cl inh xác áp sut thủy động (áp suất dao động của nước do động đất tác

nh

én cứu nêu lên

dụng lên kết edu đập trong ving địa chấn KẾt quả ng

dạng bŠ mặt thượng lưu của đập ảnh hưởng khá lớn đến độ lớn và sự phân bổ

2

của áp lực thủy động Kết qua nghiên cứu này cin được quan tâm va áp dụng đúng mức khi thiết kế đập trong vũng chịu ảnh hướng của động đắt như sự khuyến cáo

của các nhà địa chất trong thời gian gần đây trên các vùng có khả năng động dit cao.

14, Kếthuận churong 1

Pap dat là công trình dâng nước tạo hồ chứa rất phổ biển trên thé giới cũng như ở

Việt Nam Nhờ những lợi ch thi thục mà đập hd chứa mang lại nê trên thể giới và

tại Việt Nam được xây dựng và phát triển rất đa dạng, phong phú.

Đập dit có một số nhược điểm như vật liệu tự nhiên cỏ độ bén vững tương đối thấp,

bị ảnh hưởng nhiễu bởi nhiều yếu tổ chủ quan và khách quan như yếu tổ tự nhiên,

khảo sắt thiết kế, quá tình tỉ công và trong khâu quản lý khai thác do đó rong trong

quá trình thi côi

Việt Ni

„ vận hành phải theo doi sát xao, thường trực để ứng phó với lũ

là một trong những nước có nhiều hỗ chứ da số các đập đầu mồi là đập đất

và được xây dựng từ những năm 70-80, điều kiện và khả năng xây dựng lúc bay giờ còn

khó khăn nên nhiều đập đã xuống cấp nghiêm trong Dến nay do tác động của biển đổi

khí hậu nên có nhiều hiện tượng thiên ta bất thường như bão lũ làm ảnh hưởng trực tiếp

«én sự làm việc an toàn củađập

Khu vực Bắc Miễn Trung là nơi chịu ảnh hưởng nhiều so với cả nước về mưa bão, lũ

lụt, Khu vực này các công trình đập tạo hỗ chủ yêu là đất Kết cấu đập đất đa dạng,

tuy nhiên qua thu thập số liệu thực tế một số hồ chứa ở bắc miễn Trung thi kết mặtcất điển hình có 2 dạng chính: đập đồng chất có thiết bị chống thắm dưới nền là chânkhay, thiết bị thoát nước (hân đập là ling trụ thoát nước và đập hai khối có thiét bị

chống thắm dưới nên là chân khay, thiết bị thoát nước thân đập ống khói kết hợp với

lãng trụ thoát nước; ting thắm có chiều dày trung bình từ 0-10m

Do đặc điểm vùng miền núi là vùng cao, xa xôi héo lánh, trên những địa hình dốc,

nên công trình của vùng chủ yếu thuộc công trình hé đập loại vita, nhỏ.

Các công trình được xây dựng đã lau, không đồng bộ Hệ thống đầu mỗi các đập.ing một số bị hư hỏng nặng do các trận mưa lũ Cao trinh đặp không dip ứng đủ

chiều cao chống lũ Mặt đập bị rửa tri mái đập thượng và hạ lưu chưa được gia cổ.

Trân xã lũ xuống cấp hầu hết các tường bên bị st Mặt tràn bị lũ phá hỏng do xã lũ

và kích thước không đảm bảo thoát lũ, phần lớn tràn xả lũ chưa được xây dựng kiên

2

đập Pa Quin, Chim Mừng, Đập kênh bin Ngồ đến nay

cỗ như đập Chim Khả

chưa có kinh phi để sửa chữa kịp thi

Một trong những nguyên nhân mắt ôn định đập một phan là do biển đổi mực nước

thượng lưu đập, mực nước thượng lưu ting đột ngột ngoài dự báo, ban quản lý vận hành đập phải mở xa toàn bộ để tránh đập bị vỡ Đã xây ra trường hợp, khả năng xả

trần của đập châm hơn lượng nước đổ, khiến dip bị vỡ như dip Đằng Đáng, huyện

Tĩnh Gia, Thanh Hóa.

Chương II PHAN TÍCH NGUYÊN NHÂN THÁM VA MÁT ÔN ĐỊNH DAP

DO THÁM, DAP VLĐP TINH THANH HOA2.1 Các yếu tb ảnh hưởng đến thắm:

221.1 Cúc yếu tổ về vt liện dip đập

‘Theo tài liệu kết quả phân loại dat tỷ lệ 1/50.000 về điều chỉnh, bỏ sung hoàn thiện

bản đồ đắt phục vụ công tác quản lý tài nguyên môi trường tỉnh Thanh Hóa, đất tỉnh

Thanh Hóa có 10 nhóm và 25 đơn vị đắt và 60 đơn vị phụ đất sau

a Phân loại đất

(i) Nhóm đất cát (C) có 5 loại:

+ Dit cồn cát trắng vàng (Ce) có điện tích 425,00ha, bằng 0,05%;

+ Đắt cất trung tính ít chua (C) có diện tích 7966,6tha, bằng 0.89%:

+ Bit cát chua (CC) có diện tích 2399,61ha, bằng 027%:

+ Dit cất có ting đốm gi (Cr) có diện tích 9009.50ha, bằng 0.56%:

+ Dit cát giây (Ce) có diện tích 61,00ha, bằng 0,01% điện tích tự nhiên;

Gi) Nhóm đất mặn (M) có 2 loại:

+ Dit mặn nhiều (Mn) só diện tích 4348.97ha, bằng 0.485%;

+ Dit mặn it (M) có diện tích 4230,8 ha, bằng 0,47% điện tích tự nhiên;

(ii) Nhóm đắt phù sa (P) có 4 loại:

+ Đắt phù sa trung tính ít chua (P) có dign tích 39496, ha, bằng 4.4;

+ Bit phù sacha (Po) có điện ích 44860,)5ha bằng 4.99%

+ Dit phù s ly (Pe) có diện tích 23997,68ha, bằng 2.67%

+ Đắt phù sa có ng đếm gỉ (Pr) sổ diện tích 54929,53ha, bằng 6.11%:

(iv) Nhóm đất Giay (GD có loại

+ bit giay trung tính t chua (GL) Diện ích 1405,33a, bằng 0,16% điện tích tự nhiền.+ Dit giay chưa (GLe) Diện ích 2287.08a, bằng 0.25 điện tích tự nhiên

+ Dit glay có tang đốm gi (GLz) có diện tích 227,00ha, bing 0,03%;

25

(v) Nhóm đất loang 16 (L) có loại:

+ Đắt loang lỗ chua (Le) có diện tích 113,00ha, bằng 0.0156;

(vi) Nhóm đất den đá voi (Rv): Có diện tích 5495, tha, bằng 0,61%:

(i) Nhóm it den SECPENTIN (Re) có | loại

+ Dit den glay (Reg) có diện tích 133,00ha, bằng 0,01%;

(viii) Nhóm đất đỏ (F) loại

+ it đỏ nau (Fa) Có diễn ích 29660,47ha, bằng 330%:

+ Dit nâu vàng (Fx) Có điện tích 11101,82ha, bằng 1.24%;

(ix) Nhóm đất xám (x) có 5 loại:

+ Dit xám điểm hình (Xh) C6 điện tích 901 00ha, bằng 1,0%

+ Đắt xám fenlit (Xf) Có diện tích 547437.30ha, bằng 60.92%

+ Đắt xám giay (Xe) Có diện tích 5694,41ha, bằng 0,63,

+ Đắt xám min (Xu) Có diện tích 65251.61ha, bằng 7.26%

+ Dit xám kết von (Xfe) Có diện tích 3736,24ha, bằng 042%

(4) Nhôm đất xéi mòn to si i (E): Có diện tích 33053,41ha Bằng 3.68%.

Ta có thể nhận thấy thành phần các log đấ ở tinh Thanh Hóa rt đa dạng, phong phú

nhưng tập tung chủ yếu và nhiễu nhất a đắt xám ở vàng địa hình nồi thấp và đổichiếm khoảng 70% n tích tỉnh

Mỗi loại đất đều có đặc tinh cơ IY khác nhau, tim hiểu và nghiên cứu kỹ trước khi tiến

hành lấy làm vậtliệu đắp đập

“Theo cấu tạo mặt cắt ngang của dap, đập đất được phần thành ác loại thông dung như

trong hình 1 ác dụng mặt cắt này đều chưa xét n điều kiện thẳm nước của nền đập

và được áp dụng đối với trường hợp nén không thim nước hoặc thắm nước) Mỗiloại dip như vậy sẽ cho một hàm thắm q khác nhau và có khả năng chống thắm khác

nhau, tùy vào yêu cầu của từng công trình cụ thể để lựa chọn phương án thi

cho hiệu quả cao nhất

3) Đập đồng chất: đập dip bing một loại đất có cing nguồn gốc có các đặc trưng cơ lýlực học gin giống nhau (dạng mặt cit ay;

loại đắt có các tính chất khác nhau, mỗi.b) Đập không đồng chất dp đắp bằng nÌ

loại được đưa vio một khối đắp riêng biệt và đặt ở v tr thích hợp trong mặt cắt đập

(dang mặt cắt b và đ);

6) Đập có tưởng nghiêng: tường nghiêng là vật liêu chống thắm (mém hoặc cứng) bổ

trí ở mặt ngoài mái thượng lưu (dang mặt cắt c vie);

4) Đập có tường lõi là ậtiệu chống thắm: vật liệu chống thẩm bổ tr ở lõi đập (dangmit cit và g);

©) Đập hỗn hợp: phin thân đập phía thượng lưu đắp bằng một loại đất hoặc nhiễu loạiđất phần thân đập phía hạ lưu là khối đá đỗ (dang mặt ct h) Thông thường với loại

đập này phần đất chiém quá nửa thé ch đập

Fy hy

Hinh 2.1 - Cầu tạo mặt cắt ngang các loại đập dắt thông dung

“Tính chất của các loại đất dùng để dip đập ở ving này đã được nhiều tác giảnghiên cứu như GSTS Nguyễn Văn Thơ, TS Lê Quang Thể Đã tổng hợp đượcnhiều đặc điểm địa chất công trình và các loại dit thường dùng để đắp đập ở khu

vực này Trong thực tế đắp đập ở một số đập cho thấy việc sử dụng đất đắp đập đối

tích ~ tần tích trên

với khu vực miễn trung được sử dụng chủ yêu là đất sườn tà

đất Bazan cổ, khối lượng tồn tại nhiều, gần các vị trí xây dựng đập Loại đất này có

đặc điểm tuy dung trọng không lớn lắm nhưng có sức chống cit cao, chống thắm.tốt nên đã có nhiều công trình sử dụng hiệu quả loại đắt này Ngoài ra, đắt ở khuvực miễn Trung có các tính chất cơ lý đặc biệt: tính lún ướt, tính trương nở, tính congót khi khô va tính tan ra

‘Theo tài liệu thu thập được (bảng 2.1) và các tài liệu báo cáo có liên quan,

nhìn chung ở khu vực Bắc Trung Bộ các công trình sử dụng đập vật liệu địa

phương có chiều cao đập trung bình từ 20 + 30m, các loại đập được sử dung phổ

biến là đập đắt đồng chất, một số ít sử dụng đập nhiễu khối, đập có màng chống

5 đập

(bảng 2.2) Đây cũng là cơ sở dùng để tham

thắm Do thời gian có hạn, tác giả chỉ thu thập được chỉ tiêu cơ lý của một

đất thuộc khu vực bắc miền Truns

khảo dùng cho mặt cắt điển hình để tính toán

êu cơ lý và hình thức một số đập ở Tỉnh Thanh Hóa

Chi tiêu cơ lý của đất dip dip

Chi tidu cơ lý của đất đắp đập

094.101

1105

35.10778.107

9.107

$6 107186.105

| 250°

1094107

| 8/61079.107

169 | 2153 242Chỉ tiêu cơ lý của đắt nênT76 | 1802 181

Chi tiêu cơ lý của đất đấp dip

172] 2137 z2 Chỉ tiêu cơ lý của d

2.1.2, Các yêu tổ về thi công, xứ lý nền, quản lý hỗ

2.1.2.1 Cúc yếu về th công

29

c sông tình hi đập tinh Thanh Ha được xây dựng từ lâu năm nên điều kiện thi

công và phương pháp thi công cũng lạc hậu Biện pháp thi công chủ yếu là thi công thủ công.

Cụ thể từ năm 1945-1975: Các công tình thủy lợi xây dựng chủ yế là một số bai đậpnhỏ trên các nhánh sông và thượng nguồ ông Mã nhằm mục dich chính là tưới tiêu

Từ năm 1975 đến nay:

Trong giai đoạn này nhiều công trinh được ra đời phục vụ tới tiêu như hỗ Thung

Bằng, hồ Tay Trúc, Ding Ngư, Cổng Khê, Bai Manh, Bai Lim, Minh Sơn, Sông Mục,Yên Mỹ, Đồng Bé, Kim Giao I, và đầu tr nàng cấp nhiề công tỉnh đầu mỗi, kênhmương xuống cấp đã hỗ trợ đắc lực cho phát triển nông nghiệp

Đặc biệt năm 2004 hỗ Cửa Đạt là công trình lợi dụng tổng hợp trên nhánh sông Chu

‘urge khởi công xây đựng và hoàn thành cuối năm 2009, với nhiệm vụ

+ Giảm là với tin 0.6%, bảo đảm mực nước tại Xuân Khánh không vượt quá 13,71m (lũ lịch sử năm 1962).

+ Cấp nước cho công nghiệp và sinh hoạt với lưu lượng 7715 m3/x

+ Tạo nguồn nước tưới dn định cho $6,862 ha đắt canh tác (trong đó Nam sôngChu ]à 54.043 ha và Bắc sông Chu-Nam sông Mã là 32.831 ha)

+ Kết hợp phit điện với công suất lắp mấy N = (88 - 97) MW

+ Bổ sung nước mùa kiệt cho hạ du để diy mặn, cải tao mỗi trường sinh thi với lưu lượng Q = 30,42 m3/s,

Đến nay trên lưu vực sông Mã và vùng hưởng lợi của nguồn nước sông Mã đã cổ trên

một nghìn công trình hỗ đập.

Qua từng thời kỳ thì số lượng Hồ đập tinh Thanh Hóa đã được nâng lên cả về số

lượng lẫn chit lượng Nhiều kỹ thuật khoa học tên én đã được áp dụng tong việ ti

công đập như sử dụng nhiễu máy móc hiện đại hơn trong việc dim nén đắt Công việcthiết kế phân đoạn, phân đợt thí công cho công trình cũng đặc biệt được chú trọng

Di u này giúp kéo dai tuổi tho công trình hơn và đảm bảo tinh én định cũng như an toàn cho công trình.

30

- Đắp sân phủ thượng lưu bằng đất sét Phương pháp này áp dụng khi tầng cát, sỏi

T > 10m và công trình có cột nước không lớn lam.

- Tường chống thấm băng các loại vật liệu mới như màng địa kỹ thuật, thảm bê

tông, thảm sét địa kỹ thuật.

- Công nghệ khoan phụt chống thấm.

- Công nghệ khoan phụt cao áp Jet-Grouting.

- Công nghệ chống thấm bằng tường hao xi măng — Bentonite

+ Quản lý hồ đập:

Hiện nay công tác quản lý hồ đập ở địa phương chưa được thực hiện đúng quy trình

cũng như còn lơi lỏng trong vấn đề theo dõi tình trạng đập thường xuyên ( Ví dụ: Vẫn

còn tình trạng thả bò, gia súc trên đập, hay cỏ mái hạ lưu đập mọc um tùm, hang mối

mọt ) Điều này sẽ làm ảnh hưởng nghiêm trọng đến an toàn Đập Chính vì vay mỗi đập địa phương cần có những quy định rõ ràng trách nhiệm của đơn vị, cá nhân quản

ly Đập Từ những theo dõi sát sao tình trang đập hàng ngày dé có phương án xử lý kịp

thời.

2.1.3 Các yếu tô về địa hình, dia chất công trình và địa chất thúy văn.

2.1.3.1 Địa hình:

Địa hình tỉnh Thanh Hóa tương đối đa dạng gồm 03 loại địa hình cơ bản là: Trung du

- miền núi (chiếm khoảng 72% tông diện tích), đồng bằng (chiếm 17%), ven biển (chiếm 11%) Trong đó địa hình Trung du — miền núi có tới trên 60% là địa hình núi

cao, còn lại là địa hình núi thâp và đôi.

31

Địa hình tỉnh Thanh Hóa đặc trưng là đồi núi, vì vậy việc nghiên cứu địa hình trong quá trình xây dựng Hồ đập là một việc hết sức quan trọng Nó có tính ảnh hưởng tới

độ bền và an toàn của công trình.

Một số ảnh hưởng chính của địa hình tới khả năng chống thấm của đập đất:

- Thứ nhất : Địa hình đồi núi, đốc sẽ làm nước thấm trong nền đập nhanh hơn.

- Thứ hai: Đập xây ở khe núi thì dễ xảy ra hiện tượng thấm ở hai bên vai của đập 2.1.3.2 Dia chất công trình và địa chất thủy văn:

a/ Địa chất công trình:

Đoạn thượng nguồn dòng chính sông Mã, sông Chu, sông Bưởi là miền tram tích lục nguyên, các dòng sông đều nằm trên vết đứt gãy sâu Lòng sông có thềm phủ dày

15+ 20m, đá Macma xuất lộ 2 bên bờ sông Đôi chỗ có xen kẹp đá vôi, lớp phong

hoá mỏng, nền vững chắc có khả năng xây dựng các đập cao Vật liệu xây dựng khá

b/ Địa chất thủy văn:

Trong phạm vi tinh Thanh Hóa, nước ngầm tôn tại ở hai dạng: Nước lỗ hồng và nước

khe nứt, castơ.

- Nước lỗ hồng phân bố chủ yếu ở đồng bằng Thanh Hóa chiếm diện tích rộng tới

1481 km2, với chiều dày hàng chục mét Nước lỗ hồng được chia ra hai tang chứa nước là tầng chứa Holoxen và tầng chứa Pleixtoxen Nguồn bổ sung cho hạng nước

lỗ hong này chủ yêu do nước mưa thắm xuống và một phan do nước mặt cung cấp.

- Nước khe nứt, castơ được phân bố vào khoảng 60% diện tích toàn tỉnh, chiều dày tầng chứa nước này phụ thuộc vào mức độ phát triển khe nứt và địa chất Mức độ

32

giàu nước không đêu theo không gian Nguôn cung câp nước chủ yêu cho loại nước

nảy là mưa thắm xuống.

2.2 Cơ sé lý thuyết về thấm và mat ôn định đập do thấm:

2.2.1 Các định luật thấm cơ bản.

2.2.1.1 Định luật thấm tuyến tính (định luật Darey) [1]

Năm 1856 nhà thuỷ văn học - kĩ sư người Pháp Darcy (H P G Darcy) tìm ra định luật cơ

bản về sự vận động của nước dưới đất trong điều kiện chảy tang bằng thực nghiệm Nội dung

định luật là: lưu lượng nước đưới đất Q chảy qua một mặt cắt thăng góc với dòng chảy thì tỉ

lệ thuận với diện tích mặt cắt F, với độ chênh mực nước giữa đầu và cuối, đường thắm H và tỉ

lệ nghịch với chiều dài đường thấm L, biểu thị bằng biéu thức (2.1):

+ 1à độ chênh mực nước trên một đơn vi chiêu dài đường thâm gọi là građien thuỷ

lực kí hiệu là i Biểu thức trên cũng có thê viết dưới dạng (2.2):

ÓO_„,,

V là vận tốc thấm, vi F không phải chi có không gian trống mà còn có đất đá chiếm chỗ, do

đó tốc độ thắm nên hiểu là một tốc độ quy ước mà không phải là tốc độ thực Như vậy, Dinh

luật Darcy còn được phát biéu như sau: tốc độ thâm trong trường hợp chảy tang có quan hệ bậc nhất với građien thuỷ lực.

Dong ngầm có phương và chiều trong không gian nên cần phải dùng vectơ dé biểu thi, do đó biểu thức Darcy tổng quát hoá sẽ có dạng (2.3):

V =-k grad

V =-ki (2.3)

33

2.2.1.2 Định luật thẩm phi tuyến

Đối với môi trường hạt lớn, lỗ rỗng lớn, định luật Darcy đã có những sai lệch đáng ké và không còn thích hợp nữa Trong trường hợp này vận tốc thắm khá lớn và sự chuyển động của chat lỏng là chảy rối Như vậy thấm trong môi trường hạt lớn là thắm phi tuyến.

0,8+d

* Công thức G.Corébe: v= LÊ iy (2.4)

Trong đó: d là đường kính hat (cm), d=0,57cm-:-5,63cm

Công thức G.Corébe được viết dưới dạng tổng quát (2.5):

V=kJ" (2.5)

với m<1 và phụ thuộc vào đường kính hạt đất

* Công thức P.Focsâyme

J=av+p (2.6)

Trong đó: a, B- hang số đối với loại đất đã chọn

* Công thức pav lôvxki

V= ¿A\J (2.7)

Trong đó: e- hệ số rong của đất, đá

A- hệ số kinh nghiệm, có thể lấy theo công thức kinh nghiệm của X.V.Izbas

đối với trường hợp đá dé:

A= [20 _) x4 với d- đường kính của đá (cm)

2.2.2 Tổng quan về phương pháp tính toán thấm.

2.2.2.1 Sơ lược quá trình phát triển

Với tác phẩm nổi tiếng “Về các lớp vỏ của Trái đất” — 1750, Lomonosov đã đặt co sở đầu

tiên dé phát triên khoa học vê sự vận động của nước dưới dat.

34

Hiện tượng thắm của nước dưới đất trong môi trường 16 hồng được Darcy nghiên cứu từ năm

1856 Trên cơ sở thực nghiệm Darcy đã xác định quy luật thắm của nước trong môi trường lỗ hồng, đó là định luật thắm đường thang.

Ly thuyét suy rong vé su van động của nước dưới đất xuất hiện vào năm 1898, sau khi N.E.Jucovxky công bố tác phâm “Nghiên cứu lý thuyết vận động của nước ngầm” Ong đã

đưa ra khái niệm lực cản, lực khối lượng khi thấm và lần đầu tiên ông đã đưa ra phương trình

vi phân về sự vận động của nước dưới đất Chính Jucovxki đã đặt cơ sở khoa học dé tiếp tục

phát triển lý thuyết thấm.

Năm 1922 N.N.Pavlovxki đã đề nghị dùng phương pháp điện — thủy động lực tương tự để xác định các thông số của dòng thấm mà cho đến nay nó van là một trong những phương pháp hiện đại nhất áp dụng cho bão hòa dat.

Những van dé về lý thuyết vận động không ôn định đã được Boussinesq nghiên cứu đầu tiên (1904) Phương trình vi phân vận động không 6n định do ông thành lập cho đến ngày nay vẫn được coi như là phương trình vi phân cơ ban của vận động không ồn định của nước dưới đất.

Ngày nay lý thuyết thâm vẫn không ngừng phát triển và được ứng dụng vào nhiều chuyên

ngành khác nhau.

2.2.2.2 Tam quan trọng của ly thuyết thấm

“Sự vận động của chat lỏng trong môi trường lỗ hồng gọi là tham” - định nghĩa này chi cho

ta biết sơ lược đối tượng nghiên cứu mà không cho khái niệm vật lý của hiện tượng thắm.

Lý thuyết về sự vận động của chất lỏng (nước, dầu mỏ, hơi nước ) trong đất, đá nứt

nẻ hoặc trong môi trường xốp nói chung, gọi là lý thuyết thâm Việc nghiên cứu vận động của chất lỏng trong môi trường đất, đá có ý nghĩa quan trọng trong thực tế như: khai thác nước ngầm, khai thác dau mỏ, rửa mặn bằng tiêu nước, tôn thất nước do thấm, nước mua, nước

tưới thâm vào mặt đât, thâm qua nên các công trình ngăn nước

Đặc biệt trong công trình thủy lợi, lý thuyết thấm có vai trò quan trọng như cần xác định các

đặc trưng của dòng thấm qua đập đất, qua đê quai thi công hé móng, thấm vào hé móng, thấm dưới đáy công trình bê tông, thắm vòng qua vai đập, thấm vòng quanh bờ Trong thiết

kế công trình thủy lợi phải tính toán xác định các đặc trưng của dòng thấm như áp lực thấm,

35

lưu lượng thấm, Gradient nghĩa là giải quyết xong bài toán thấm, khi đó mới đủ điều kiện

dé đánh giá 6n định và độ bền của công trình.

2.2.2.3 Các phương pháp giải bài toán thắm

a Phương pháp cơ học chất lỏng

Phương pháp cơ học chất lỏng dùng công cụ toán học dé xác định những trưng của dòng

thấm như lưu lượng, lưu tốc, gradient, áp lực, đường bão hòa tại bất kỳ một vị trí nào trong môi trường thắm Do khi tính toán không đưa vào nhiều những giả thiết cho nên phương pháp

này cho kết quả chính xác.

Tuy vậy phương pháp này chỉ sử dụng được trong trường hợp bài toán có sơ đồ đơn giản Khi

gặp những sơ đồ phức tạp (điều kiện ban đầu và điều kiện biên phức tạp) thì cách giải này

gặp nhiều khó khăn về mặt toán học và trong nhiều trường hợp gần như bế tắc Do vậy trong thực tế thiết kế tính toán thắm, phương pháp nay ứng dụng rat hạn chế.

b Phương pháp thủy lực

Ké từ khi công bố định luật thấm cơ bản Darcy đến khoảng cuối thập niên 80 của thế ky 20, phương pháp thủy lực trong lý thuyết thắm phát triển mạnh và đạt đến những thành tựu to lớn, đã ứng dụng giải quyết được nhiều bài toán thấm trong công trình thủy lợi, khai thác

nước ngâm và các bài toán thâm ôn định khác.

Phương pháp thủy lực giới hạn nghiên cứu dòng thấm biến đổi chậm, thỏa mãn tiền đề

Duy-puy, khi xem tất cả các đường dòng có đường cong nhỏ, song song với nhau, dẫn đến gradient thủy lực J = const Khi miền thấm có thiết bị thoát nước, cần sử dụng giả thiết

Cozeny, mặt khác cân sơ đô hóa cao độ mặt cắt tính toán.

Phương pháp thủy lực cho lời giải các thông số dong thắm như dưới dạng biểu thức toán đơn giản dé tính toán ngay cả đối với bài toán phức tạp trong thực tế Độ chính xác của phương pháp thủy lực đủ đáp ứng yêu cầu kỹ thuật và thường thiên về an toàn, do đó phương pháp này được phô biến và ứng dụng rộng rãi nhất trong thực tế.

c Phương pháp thực nghiệm

Trong lý thuyết thắm, phương pháp thực nghiệm đóng vai trò quan trọng Điều này dễ nhận thấy vì xuất phát từ thực nghiệm, Darcy đã khái quát rút ra định luật thắm cơ bản, bên cạnh

36

đó, nhiều thực nghiệm đã là cơ sở để xây dựng lý thuyết thấm Trong quá trình nghiên cứu, với nhiều trường hợp điều kiện biên của bài toán khá phức tạp, việc tìm lời giải bằng các phương pháp lý thuyết không đơn giản thì phương pháp thực nghiệm lại tỏ ra chiếm ưu thế

hơn.

Các hình thức thí nghiệm bằng phương pháp thực nghiệm:

- Thí nghiệm trên mô hình vật lý: đây là mô hình được làm bang vật liệu ở dòng thấm thực tế.

Giữa chúng có sự tương tự về mặt hình học, về vận động của chất lỏng thấm Mô hình có lắp đặt các thiết bị tạo ra các điều kiện biên để đo cột nước áp lực bên trong mô hình Hình thức

thí nghiệm này có nhược điểm về kỹ thuật là cồng kénh, khó chế tạo mô hình, khó khống chế

được tính không đồng nhất của mô hình Ưu điểm là có khả năng nghiên cứu trực tiếp bản

chất của các quá trình thắm Khả năng này cho phép tiến hành lập mô hình trong trường hợp

còn chưa rõ cách mô tả toán học của quá trình.

- Thí nghiệm thắm khe hẹp Hele-shaw: trong máng khe hẹp, dòng thấm được mô hình hóa bằng dòng chảy tầng của chất lỏng nhớt trong khe hở nhỏ hẹp Tuy nhiên vì khó khăn về

phương pháp và kỹ thuật nên máng khe hẹp không được phô biến rộng rãi.

- Lập mô hình quá trình theo phương pháp tương tự điện thủy động: đây là một mô

hình toán học, là phương pháp mô phỏng dòng thấm thực tế bằng một quá trình vật lý nào đó khác quá trình thấm mà giữa chúng có sự tương tự về toán học, ở đây chính là sự tương tự giữa hiện tượng chuyền động của dòng thấm với sự chuyền dộng của dòng điện Thí nghiệm

này cũng có nhược điểm dó là: nếu mô hình làm bằng giấy dẫn điện thì các giấy có điện trở tiêu chuẩn khó có thể đảm bảo giữ được tỷ lệ chính xác; trên mô hình dung dịch chất điện

phân tuy khắc được hạn chế của mô hình giấy dẫn điện thì mắc phải sai số trong quá trình thí nghiệm xảy ra hiện tượng điện phân Hiện nay, để khắc phục hiện tượng điện phân, người ta

đã có sự tự động hóa trong thí nghiệm bằng các thiết bị đo hiện đại sao cho quá trình thí

nghiệm diễn ra nhanh chóng rút ngắn được thời gian đo đạc Mô hình này có thé ứng dụng

rộng rãi cho nhiêu bài toán thâm khác nhau.

- Ngoài ra còn rất nhiều thí nghiệm thấm khác đã được sử dụng để xác định hệ số thấm cho từng loại vật liệu, xác định hệ số dung tích trọng lực, hệ số thoát nước

d Phương pháp vẽ lưới thấm

Phương pháp vẽ lưới thấm có thé thực hiện cho môi trường đồng nhất và bat đăng hướng, tuy

37

nhiên việc vẽ lưới thắm phức tạp nên ít sử dụng, thường sử dụng các mô hình số đề giải quyết.

e Phương pháp mô hình số

Mô hình số được ứng dụng cho nhiều công trình khoa học kỹ thuật Sự phát triển của phương

pháp số, đặc biệt là sự phát triển rất mạnh mẽ.

# Phương pháp phan tử hữu han

Phương pháp phần tử hữu hạn là một cách tiếp cận khác với mô hình số của dòng nước dưới

đất Miền thấm được chia thành các ô đa giác, có các khối có kích thước và hình dạng khác

nhau phù hợp với các biên và tính chất của dong thấm Tại các nút, các giá trị chưa biết như

cột nước sẽ được tính toán Giá trị cột nước bên trong mỗi phần tử được xác định bang cach

nội suy các điểm nút.

Cơ sở toán học của phương pháp phần tử hữu hạn phức tạp hơn nhiều, các mô hình

phần tử hữu hạn tỏ ra có một số ưu việt hơn so với mô hình sai phân hữu hạn khi các bài toán

có một biên di chuyển, chăng hạn như khi mực nước ngầm dao động Mô hình phan tử hữu hạn còn có ưu điểm là linh hoạt hơn trong mô phỏng dạng hình học của môi trường thấm so với phương pháp sai phân hữu hạn và yêu cầu số nút ít hơn.

Với sự hỗ trợ của máy tính điện tử, phương pháp phần tử hữu hạn đã trở thành thông dụng và

là một công cụ mạnh để giải các bài toán thâm khác nhau: có áp và không áp, ôn định và không 6n định, phăng và không gian SEEP/W là sản pham phần mềm phan tử hữu hạn

dùng dé phân tích dòng thấm của nước dưới đất, sự tiêu tan áp lực nước lỗ rỗng du và bai toán cô kết Mô hình sử dụng cho bài toàn thấm 6n định bão hòa đơn giản va các bài toán

thấm không 6n định bão hòa — không bão hòa[3].

2.2.3 Các phương pháp tính 6n định

2.2.3.1 Lý luận tính toán ổn định mái dốc

Đề tính toán 6n định mái dốc, có thé dùng phương pháp phân tích giới hạn hoặc phương pháp

cân băng giới hạn.

Phương pháp cân bằng giới hạn (CBGH) dựa trên cơ sở giả định trước mặt trượt (coi khối

trượt như một cố thể) và phân tích trạng thái CBGH của các phân tố đất trên mặt trượt giả

định trước Mức độ 6n định được đánh giá bằng ty số giữa thành phan lực chống trượt (do lực

ma sát và lực dính) của đất nếu được huy động hết so với thành phần lực gây trượt (do trọng

38