Luận văn thạc sĩ Xây dựng công trình thủy: Nghiên cứu kích thước lõi chống thấm hợp lý cho đập vật liệu địa phương

Trang 1

Tuận vấn thạc sĩ Kỹ thuật Chuyên ngành: Xây cheng công trình thủy

LỜI CẢM ON

Luận văn thạc sĩ ky thuật chuyên ngành xây dựng công trình thủy với để tải:

“Nghiên cứu kích thước lồi chống thảm hợp lý cho đập vật liệu địa phương” đãđược hoàn thành với sự giúp đỡ tận tinh của các Thầy giáo, Cô giáo trong KhoaCông trình, Khoa Sau đại học, Bộ môn thủy công Trường đại học Thủy lợi cùng các.

bạn bè và đồng nghiệp,

Tác giả xin bảy tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Trịnh Minh Thụ, người đã

dành nhiều tâm huyết, tận tình hướng dẫn, chi bảo cho tác giả trong quá trình thực.hiện luận văn.

"Với tình cảm chân thành, tác gid xin tân trọng cảm ơn Viện Kỹ thuật tài

nguyên nước, các thay giáo, cô giáo trong Khoa Kỹ thuật Tài nguyên nước đã tạo

.điều kiện cho tác giả về thời gian trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn

Hà Nội, tháng 12 năm 2010Học viên

Nguyễn Văn Tuấn.

Trang 2

MỤC LUC

LỠI CẢM ON 1

THONG KÊ CAC BANG BIÊU, 6

CAC KÝ HIỆU 9

1.1 TINH CAP THIET CUA ĐÈ TAL 10

1.2 MUC ĐÍCH VA PHAM VI NGHIÊN CỨU CUA ĐÈ TÀI 10

1.3 CÁCH TIẾP CAN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CUU 1I

1.4 BO CỤC CUA LUẬN VĂN in

CHƯƠNG 1 2TONG QUAN VE TINH HỈNH XÂY DUNG DAP VAT LIEU BIA PHƯƠNG 6

VIET NAM VA CAC BIEN PHÁP CHONG THÁM 2

1.1 TONG QUAN VE TINH HÌNH XÂY DUNG DAP VAT LIEU DIA PHƯƠNG.OVIETNAM "21.2, CÂU TẠO CUA DAP VAT LIEU DIA PHƯƠNG „

12.1.Thân đập 7

1.2.2 Vat chống thắm, 18

1.23 Thiết bj thoát nước 18

13 MỘT SỐ SỰ CO DO BIEN DẠNG THAM QUA THAN DAP GÂY RA 201.4, MỘT SỐ GIẢI PHÁP CHONG THẤM CHO DAP VLDP a1.4.1, Thiết bj chống thắm cho thân đập a41.4.1.1 Đập chống thắm bing tưởng lõi mềm 2

1.4.1.2 Đập có tường nghiêng mềm 23

1.4.1.3, Đập chống thắm bing vit ligu déo a41.4.1.4, Đập chẳng thắm bằng vit liệu cứng 251.4.2 Thiết bị chống thắm cho nén đập m1.4.2.1, Làm sân trước chống thắm 271.4.2.2, Ding cử chống thấm 281.4.2.4, Làm tường răng chống thắm, 28

Toc viên Nguyen Vấn Tuấn Cao lọc Món 16

Trang 3

Luin vốn thạc Sỹ thuật Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy

1.4.2.5, Phụt vữa để tạo nên mang chẳng thắm 281.5 TINH HINH NGHIÊN CỨU THÁM Ở CÁC NƯỚC TREN THE GIỚI 291.6 KET LUAN CHUONG 31'CHƯƠNG 2 32CƠ SỞ LÝ THUYET 322.1, SƠ LƯỢC LICH SỬ PHÁT TRIEN CUA LÝ THUYÉT THÁM 32312 MỖI TRƯỜNG THÂM VA NGUYÊN NHÂN GAY RA THẮM 32.2.1 Môi trường thắm 342.2.2 Nguyên nhân gây ra thắm 362.3 PHAN LOẠI ĐỒNG THÁM 362.3.1, Dòng thắm trang thái én định 36

2.3.2, Dòng thắm trang thái không ổn định 38

2.4 SƠ LƯỢC ĐỊNH LUAT THÁM CƠ BAN 39

24.1 Dinh luật Darcy (1856) 392.4.2 Dinh luật Darcy tổng quit 402.5.1 Các phương pháp tính thắm bằng lý thuyết cổ điễn 41

2.5.1.2, Phương pháp thủy lực 4i2.5.1.3, Phương pháp thực nghiệm 4i

2.5.2, Phương pháp tỉnh thắm bằng phương pháp phần tử hữu han 22.6 KET LUAN CHUONG 45'CHƯƠNG 3 46NGHIÊN CỬU TINH TOÁN THÁM CHO BÀI TOÁN DIEN HINH 463.1 LUA CHON PHAN MEM TÍNH TOÁN 463.2 SO LƯỢC VE LY THUYET CUA MODUL SEEP/W CUA PHAN MEM GI

3.3 PHAN TICH BÀI TOÁN THÁM QUA DAP 48

tính toán 483.3.2, Phân tích bai toán thấm +

Trang 4

3.3.2.2 Các yếu tổ ảnh hưởng đến Gradientt thắm của đập s03.4 NGHIÊN CỨU LỰA CHON MÔ HÌNH MAT CAT DAP CUA BÀI TOÁN 13.4.1 Lựa chọn mô hình mặt cất đập, st

3.4.2 Lựa chon chỉ tiêu hình học và giới han tỉnh toán „

3.4.2 Lua chọn vật liệu nn, vật liệu đắp đập va lõi đập 5s3.4.2.1, Lựa chọn nên đập 553.4.2.2, Lựa chọn vật liệu đắp đập và lõi đập 553.4.3 Sơ đỗ tinh thắm và các trường hợp tinh toán 363.4.3.1, Sơ đồ tinh thắm 563.4.3.2, Các trường hợp tinh toán, 373.43.3 Điều kiện biên khi tinh toán 38

3.44, Tỉnh toán và phân tích kết qua 58

3.44.1 Tính toán 38

3.44.2 Phân tích kết qua tinh toán “3.5 THIẾT LAP CÁC BANG TRA VÀ ĐỎ THI DE TÌM CÁC MAT CAT LOLHOP LÝ 653.6 KET LUẬN, mCHƯƠNG 4 nUNG DUNG TINH TOAN CHO CONG TRINH 72HO CHUA NƯỚC LANH RA TINH NINH THUAN 724.1 GIỚI THIỆU CHUNG VE CÔNG TRINH HO CHUA NƯỚC LANH RA 72.

4.1.2 Nhiệm vu công trình n

4.1.3, Các chỉ tiêu thiết kế 74.1.3.1, CẤp công trình 734.1.3.2 Tiêu chuẩn thiết kế 734.1.3.3.Tong hợp các thông số kỹ thuật chủ yếu của công trình T3

4.1.4 Đặc điểm địa chất tuyển đập và các chí tiêu cơ lý của vật liệu dip đập 754.1.4.1, Địa chất tuyển đập chính 75

4.1.4.2 Chỉ tiêu cơ lý các bãi vật liệu đất dip 784.15 Biện pháp xử lý nền đập chính và hình thúc đập chính 80

Cao học Khóa 16

Trang 5

Tuận vấn thạc sĩ Kỹ thuật Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy

42.THIET KE MAT CAT LOL CHÓNG THÁM DỰA VÀO ĐỎ THỊ NGHIÊN.

CỨU 81

43 TINH TOÁN THẤM VỚI MAT CAT ĐÃ CHỌN 84CHUONG 5 865 KETLUAN 865.2 NHUNG TON TẠI VÀ HAN CHE 875.3 KIÊN NGHỊ 88

TAI LIEU THAM KHẢO 89

PHỤ LỤC 9Ị

Trang 6

THONG KE CAC BANG BIEU

Bảng 1.1: Thống kê mot số đập VLĐP ở nước ta

Bảng 1.2: Độ vượt cao của tring chống thắm so với MNDBT,

mái thượng lưu đập với gradient thắm Jy của các

Bảng 3.8: Quan hệ mái mặtvới gradient thấm.với Mn,

Bảng 4.1: Tổng hợp các thông số kỹ thuật chủ yếu của công trình

Bang 4.2: Chỉ tiêu cơ lý của nền đập chính.

Bảng 43: Bang thống ke tat lượng các mo vật liệu

Bang 4.4: Bảng các chỉ tiêu cơ ly của đất đắp từ các mỏ.

Bảng 4.5: Bang các chỉ tiêu cơ lý của nén va đất dip đập chính.

Bảng 4.6: Bảng các kích thước cơ bản của đập chính hỗ Lanh Ra.

Bảng 47: Kết quả tinh gradient thim theo cách trà biểu đỗ quan hệ

Trang 7

THONG KE CÁC HÌNH VE

Hình 1.1: Đập thủy điện Hòa Bình và đập thủy điện Da Mi (đập đá đồ,

lồi giữa) soa _ IsHình 1.2: Đập thy điện Thác Bà (đá đồ, lõi giữa) 15

Hình 1,3: Đập chính hồ Gò Miễu (Thái Nguyên) va đập hỗ sông Sắt

(Ninh Thuận) l6Hình 1.4: Cấu tạo của đập VLĐP 18

Hình 1.5: Viti tường chống thắm tong thân đập 2Hình 1.6: Nổi igp thiết bị chẳng thắm và nỀn 23Hình 1.7: Tường nghiêng chéng thấm bằng chất dẻo 25Hình 1.8: Mặt cất đập đã đổ ding bin mặt bé tông chẳng thắm 26

Hình 1.9: Sân trước kết hợp tường nghiêng chống thắm 2ï

Hình 1.10: Cừ chống thắm, 28

Hình 2.1: Biến đổi hệ số thắm trong đắt không bão hỏa 37

Hình 22: Biển thiên thắm trong đắt không bão hòn (không đồng nhất

Hình 3.5: Trường hợp Kđ/KE:

me=025, kế quả inh được J=0 95 59

0,mái lõi m=025 kết qu tinh được J~0.848 59)

Hình 3.6: Trường hợp Kđ/KI=10, mái lôi m,=0,50 kết quả tinh được

Hình 3.7: Trường hợp Kđ/KI=30, m0, mái

624 59564 59m7=0/50 kết quả tính được

Hình 38: Biểu đồ quan hệ giữa tỷ lệ hệ số thắm Ky Ky với gradient thẩm Jy khi

mặt ct I chống thấm không đổi (My = 0.20) 6

Hình 3.9 Biểu đồ quan hệ giữa các mặt cắt li chẳng thắm với gradient thẩm Jy

im K J Ky khongdéi (Ky Ky =

khi tý lệ hệ số

Trang 8

50) “

Hình 3.10: Biểu đồ quan hệ giữa mái thượng lưu đập Mr với gradient thẩm Jyycủa các mặt cất lôi chống thắm 6s

Hình 3.11: Biểu đồ quan hệ giữa hệ số mái của mặt cắt lỗi chống thắm (My)

và gradient (Jy) tại vị tí đường bão hòa ra khối lõi khi My =3,00 67

Hình 3.12: Biểu đồ quan hệ giữa hệ số mái của mặt cắt lõi chống thấm (Mi.)

và gradient (Jy) tại vị trí đường bão hỏa ra khỏi lõi khi My = 3,25 68

Hình 3.13: Biểu đồ quan hệ giữa hệ số mái mặt cắt li chống thẩm —— (Mu) và

Hình 4.3: Lưới phần tử bữu hạn tong tinh toán gradient thắm đập chính hỗ chứa

nước Lanh Ra 84

Hình 44: Kết quả tinh toán gradient và lưu lượng thắm mt cit đập chính hỗ chứa

nước Lanh Ra 84

Trang 9

Trang 10

MỞ ĐÀI

1.1 TÍNH CAP THIẾT CUA ĐÈ TÀI

Đập vật liệu dia phương (VLĐP) thường được wu tiên lựa chọn là đo loại đập,

y phù hợp với các loại địa chất nền mà loại đập khác không xây dựng được , khả

lự cơ giới hoa cao rong tỉ công dẫn dn da số tường hợpcỏ giá tình hạ, manglại hiệu quả kinh tế cao Ngày nay, nhờ sự phát triển của nhiều ngành khoa học như.

sơ học đất, địa chất công trình, địa chất thuỷ văn, thủy văn, lý thuyết thắm, ứng suấtbiến dang vit liga cũng như việ img dụng các biện pháp thi công tiên tiến sử

‘dung các thiết bị hiện đại, ứnging tộng rãi cơ giới hoá trong thi công cho nên đập.đất cảng có xu hướng phát triển mạnh mẽ, có thể xây dựng được cả trong những

điều kiện địa chất phúc tap Kết cấu đập VLĐP có thể gồm nhiều khối có các chỉ

tiêu cơ lý khác nhau, để tận dụng được các bãi vật liệu có sẵn tại địa phương Docác đặc tính wu việt của đập đắt nên đập VLĐP ngày cảng được phổ biển rộng rãi ở

nước ta cũng như trên thé giới

Ngoài ra, vit liệu dit có tinh không đồng nhất khó kiểm soát về chất lượng của

Joi chống thắm nên việc lựa chọn mặt cắt lời chống thắm hợp lý đảm bảo công trình

làm việc an toàn và kinh tế là dé tải s ÿ nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn cao

1⁄2 MỤC DICH VA PHAM VI NGHIÊN CỨU CUA ĐÈ TÀI1.2.1 Mục đích của đề tài

~ Nghiên cứu, lựa chọn kích thước tường lõi chống thắm trong thân đập VLDP'ứng với các chỉ iê cơ ý (, C, K, , đặc biệt là hệ số thắm K của vật iệu đt dipđập và vậ liệu đắp lõi chống thắm khác nhau

- Thiết lập các quan hệ giữa các yếu tổ trên với kich thước của lõi chống thắmdưới dạng bang biểu, đồ thị để người sử dụng có thé tra cứu một cách dé đàng, phục.

Trang 11

Tuận vấn thạc sĩ Kỹ thuật Chuyên ngành: Xây cheng công trình thủyvụ cho thiết kế, vận hành công trình được an toàn,

1.2.2 Phạm vi nghiên cứu của để tài

- Khảo sit, đánh giá tinh hình các dip VLĐP có sử dụng thiết bị lõi chống

- Tĩnh toán áp dụng cho đập chính hỒ chứa nước Lanh Ra tinh Ninh Thuận

1.3 CÁCH TIẾP CAN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN COU

- Nghiên cứu các cơ sở lý thuyết về tính thắm

~ Nghiên cứu các giải pháp chống thắm cho thân đạp

~ Thu thập tải liệu thực tế các công trình tương tự đã được xây dựng.Sử dụng phương pháp số để tinh thắm cho các trường hợp khác nhau.

= Tính toán điễn hình

1.4, BỘ CYC CUA LUẬN VĂN

Chương 1: Tổng quan về tỉnh hình xây dựng đập ở Việt Nam và các biện pháp.chống thắm.

Chương 2: Cơ sở lý thuyc

“Chương 3: Nghiên cứu tính toán thắm cho bài toán điển hình

Chung 4: Ủng dụng tính toán cho công trình hồ chứa nước Lanh Ra tinh Ninh

Chương 5: Kết luận và kiến nghỉ

Các ti liệu tham khảo

CCác phụ lục tỉnh toán kèm theo

Trang 12

Đập vat liệu dia phương (VLDP) là một loại đập xây dựng bằng các vật liệu địa

phương sẵn có trong vùng như: sét, 4 sét, & cát, cát, cuội, si Đập có cấu tạo don

giản, vững chắc 6 khả năng cơ giới hỏa cao khi thi công va trong da số các trườnghợp có giá thành hạ nên là loại đập được ứng dụng rộng rãi trong hầu hết các nước.

trong đó có Việt Nam.

y nay, nhờ sự phát triển của nhiều ngành khoa học như cơ học đất, ý luậnthẩm, địa chất thủy văn và địa chất công trình v.v cũng như việc ứng dụng rộng.

rãi cơ giới hóa và thủy cơ hóa trong thi công cho nên dip VLDP càng có xu hướngphátiển mạnh mẽ

Véi nhịp độ phát tiển kinh tế của đất nước, cing như tốc độ phit triển của

ngành thủy lợi, năng lượng như hiện nay, chắc chắn rằng trong tương lái các dip

VLDP ở các công trình đầu mỗi thủy lợi, hủy điện sẽ còn được xây dựng nhiều hon

nữa ở nước tạ

Đặc điểm chính của các đập VLDP là thường xuyên chịu áp lực nước tĩnh và.

động Qua phân tích sự làm việc và tổng kết các công trình đã được xây dựng, khai

thúc và vận hành người ta nhận thấy rằng các công trình thủy lợi, thủy điện như các

đập VLĐP là loại công trình cỏ nhiều vẫn để kỹ thuật hơn cả Sự có mặt thưởng

xuyên của ding thắm trong thân và nền của chúng đã dẫn đến sự tăng kich thước

của mặt cắt ngang của chúng cũng như đòi hỏi quá trình thi công nghiêm ngặt, chonên giá thành công tỉnh cao hon rt nhiễu giá thành các công trình không chịu taedong của dòng nước (ví dụ như các công trình kiến trúc trên mặt dit )

nước ta, đập đất đ li loại công trình ding nước phổ biễn nhất khi xây dựngnhững hồ chứa Những hd chứa nước đã xây dựng ở nước ta hẳu hế là sử dụng đập

Trang 13

Tuận vấn thạc sĩ Kỹ thuậtChuyên ngành: Xây dựng công trình thủy

VLDP, trong đồ dip dit chiếm dại đa số Một số dip VLĐP ở nước ta được thốngkê như bảng 1-1,

Baing 1.1 Thẳng kê một số đập VLBP ở nước ta

vr) Thê Tinh Loni ip | max my | NAM on

1 | KhuônThần | Bie Giang | Dit, ding enit | 2600 1963

2 | ĐaNhm | LâmĐồng | Bit, dingchit | 3800 1968

3| số | Ha | PSS | axon | 16

4 | Thuong Tuy | HàTímh | Đắc ding chit | 2500 1964

5 | City | Quing inn | PP NUNG Tao 00 | 965

6 | Takeo | LangSom | Bit dingchit | 3500 1972

7 | cimson | BieGiang | Đấphồnhạp | 4250 lớn

š | VwTrống | Ha Tinh Dit 2580 1974

9 Đông Mô Hà Tây Dit, hỗn hợp 2100 1974

10 | ‘TiénLang | Quing Binh Dit 32.30 1978

1I | Núi Cốc “Thái Nguyên Dat 26,00 1978

l2 | PaKhomg | La Chiu Dit 2600 1978

13 | "Thác Ba "Yên Bai Đá dé, lỗi giữa 45.0

l4 | HòaBình | HoaBinh | Đáđồligiữa | 12800 | 1994

15] Kes Hà Tình bit 37.50 1979

16 | YénMy | Thanh Hoa Dit 25.00 1980

17 | Yéntap | Quing Ninh | Div D’ 4000 1980

18 | Vinh Trinh | Quing Nam Dit 23.00 1980

19 | Ligtson | QuảngNgi Dit 2900 1981

20 | PhúNinh | Quang Nam Đắt 39.40 1982

2 | Sông Mực “Thanh Hoá Dat 33,40 1983

Trang 14

36 | DầuTiếng | Tay Ninn it 2800 | l8

7 Biển Hồ Gia Lai Dat 21,00 1985

3 | NHMệC [Binh Bint it 3000 | 198629 | VweTrin | QuảngBinh it 2900 | 1986

30 | TuyểnLâm | Lim Ding it 3m00 | 1987

36 | Gòmiếu | Thúnguyên it 3000 | 999

31 | CaGiiy | Ninh hain it 3m6 | 999

38 BaMi Bình Thuận | Bad, toi giaa | 7200) 2001

3Ì Yaly Gilai | Bidd,t0igiva | 7500 | 200340 | SôngHih | - Pha Yen it 3000 | 200

4l TăCo | Ninh Thain Dit 25 | th

4 | ChoMo | Nhuận | Đã mae | REN

4ã | LanhRa | Ninh Thain Dit 2ø | ie

44 | SôngSất | Ninh thus it 3900 | 207

45 | SôngSào | NghệAn Dit ao | NeTpevin:.Nguẫn Van Tuấn Cao ioe Kida Tổ

Trang 15

Tiện tấn thc tht Chuyên ng Kay đụng cứng ti đấy

TRỊ Tô | Ta max | im hàn

46 | HàĐệng | QuảngNih in 3006 | 2009

ra Tract Mảng Bink at da dang xây

47) TaTrach | QuingBinh | Đất+đ 600 nex

48 | Neintuwi | Hàĩmh | Đến | sà9 | “hy

di diy là một số hình ảnh đập VILĐP đã được xây đựng ở nước ta, Xem hình

Hình 1.1: Đập thủy điện Hòa Bình và đập thủy điện Ba Mi (đập đã dé, lõi giữa)

Trang 16

Do đặc điểm về địa hình, địa chat, vật liệu xây dựng, phương tiện thi công

của nước ta, trong tương lai đập VLDP côn cổ triển vọng phát triển rộng rãi hơn

nữa Sở dĩ trong những năm gin đây đập VLĐP đang phát triển với một tốc độ.nhanh chóng như vậy và hiện cố xu hướng phát tiển hơn nữa v số lượng cũng như

cquy mô công trình là do nhiều nguyễn nhân, tong đó có những nguyên nhân chủ

yếu sau

‘Yéu cầu chất lượng của nỀn đổi với đập VLDP không cao lắm so với những loại

khác Đập VLĐP hau như có thé xây dựng với bắt kỳ điều kiện địa hình, địa chất và

khí hậu nao Những vùng có động đất cũng có thể xây dựng được đập VLĐP Ưu.

điểm này rit cơ bản, bởi vi cing ngày những tuyển hẹp, có địa chất thích hợp cho

các loại đập bê tông cảng ít cho nên các nước dẫn dẫn di vào khai thác các tuyến.xông nên yếu, chỉ thích hợp cho sử dụng bằng vật iệ ti chỗ.

Với những thành tựu nghiên cứu trong lĩnh vực cơ học dat, lý luận thấm, trạngthải ứng suất cũng với sự phát triển của công nghiệp déo làm vật liệu chống thắm,người ta có thể sử dụng được tắt cả mọi loại đt đá hiện có ở vùng xây dựng để đắp

đập và mặt cit đập ngây cảng có khả năng co hep lại Do đồ giá thành công trinh

ngày cing hạ thấp và chiều cao đập ngày cing được nâng cao

Sử dụng phương pháp mới để xây dựng những màng chống thắm sâu trong nên

dính khác nhan như

thắm nước mạnh Đặc biệt ding phương pháp phun các chit

xi măng sốt vào đất nên Có thể tạo thành những màng chống thắm sâu đến 200m.

Cao học Khóa 16

Trang 17

Tuận vấn thạc sĩ Kỹ thuật Chuyên ngành: Xây cheng công trình thủyCó khả năng ơ giới hóa hoàn toàn các khâu đảo đắc vn chuyển và dip đt vi

những máy móc có công suất lớn do đó rút ngắn được thời gian xây dựng, hạ giáthành công tỉnh và hầu như dẫn dẫn có th loại trữ hoàn toàn lực lượng lao động

thủ công.

Giảm xuống đến mức thắp nhất vệ như sắtc sử dụng các loại vật liệu khan bid:thép, xi mãng và từ đó giảm nhẹ được các hệ thống giao thông mới và phương

tiện giao thông.

Do những thành tu về nghiên cứu và kinh nghiệm xây dụng các loại công trìnhtháo nước, đặc biệt là do việc phát triển xây dựng đường hằm mà giải quyết được.

lo nước ngoài thân đập với lưu lượng lớn.

Xu hướng hiện nay trong thiết kế và xây đựng người ta thường ding đập đắt đã

hop và đập bê tông bản mặt

Dap dit da hỗn hợp cổ tu điểm trội hơn về đập đồng chất về việc tận dụng cácloại vật liệu ở công trường, nhất là các loại đất đào hồ móng và có thé sử dụng đê

bảoquai bằng đá ở hạ lưu để làm thân đập, làm cho giá thành công trình rẻ mã,

đảm các yêu cầu kỹ thuật nên loại đập này hiện đang có xu hướng phát triển mạnh,

nhất là kh cin xây dựng những dip coo.

13: CAU TẠO CỦA DAPY,LIEU DIA PHƯƠNG

Đập VLBP l lại đập được xây dựng bằng các loại đất hin có ở ving công

trình như: st, á sét, á cát, cát si, cội đ Như các loại công trình hủy lợi khác „đập VLĐP có đặc điểm làm việc trong nước nên chịu _ mọi tắc dụng của nước như.tác dụng cơ học , hóa lý

thấm Các bộ phận của đập được xác định dựa vào đặc,của chúng Đập VLDP thường có các bộ phận sau day : thân đập, vậtchống thắm (tường lõi, tường nghiêng, sân trước ), thiết bị thoát nước, thiết bị bio

vệ mái đập Sơ họa cầu tạo của đập VLĐP như hình L4.

1.2.1.Thân đập

Thân đập là bộ phận chủ yếu đảm bảo én định của đập và thường có mat cắt

ngang dang hình thang, vật liệu dip đập là đất hoặc đắt đá hỗn hợp Tùy theo tinhhình vậtiệu đắp mà có các phương dn bổ tr kết cấu thân đập khác nhau Có thể dip

Trang 18

dng chất một loại vật ligu có thể kết hợp gitđất va các loại vit lig u khác Tuy

nhiên dat dp thân đập không dùng loại chứa mudi clorua hay sunfat_ clorua trên“5%, mudi sunfa trên 2% theo khối lượng hoặc đất có chứa mudi hữu cơ chưa phân.

giải với him lượng trên _ 5% theo khối lượng hay phân giải hoà n toàn ở trạng thái

không định hình với hàm lượng trên 8% theo khối lượng Khi sử dung đất có muỗihoa tan hoặc chất hữu cơ quá quy định trên phải có luận chứng chắc chin hoặc phảic6 biện pháp công trình xử lý thích đảng.

chống thắm không phải là đắt phải ó ý do xác ding , cân nhắc các giải php xử lý

chuyển tiếp tiếp giáp hop lý1.2.3, Thiết bị thoát nước.

"Thiết bị thoát nước là một bộ phận quan trọng của đập VLĐP có liên quan đến.sur làm việc ổn định của đập Thiết bị thoát nước được đặt trong đập va nén với mụcđích sau:

Cao học Khóa 16

Trang 19

- Thu và thoát nước thắm qua dj p và nỀn xuống hạ lưu một cách hiệu quả nhấtđể tránh các biến dạng do thắm như xói ngầm, đùn đắt, day bye đắt

~ Giảm nhỏ phạm vi tác động của đồng thắm, thông qua việc hạ thấp đường bão

hòa lâm tăng Ổn định của mái dốc hạ lưu di

- Đẫy nhanh quả tình cổ kết của đất hại sét hạy đắt bin giảm dp lực kế rỗng

trong những khu vực cần thiết cia thân đập và nề khi có động đt,

~ Với thiết bị thoát nước bổ trí ở đáy đập vả nền dap — nó cỏn có chức năng.

giảm áp lực ke ring ở nén và thoát nước thắm có áp từ ting thắm nước dưới nn có

Thiết bị tiêu nước mái đập.

Cấu tạo của thiết bị iều nước cằm hai bộ phận _ : thu nude và thoátnước Bộ

phận thu nước làm dưới dang ting lọc ngượ c bằng các lớp vật liệu không dính như.

vải lọc,st, cui hoặc đã dim Bộ phân thoát nước được làm bằng cúc ậtiệu

có hệsố thắm lớn như đã đổ, đã tầng hoặc các ống thoát nước.1.24, Thiết bị bảo vệ mái

Chủ yếu có tác dung chống xó lờ do sng, phòng ngita các ác hai do nhiệt độthay đổi, do mưa, gió, hoạt động của côn trùng hoặc các động vật sống trong môi

trường hang hốc.

ia cố khác nhauĐỂ bảo vệ mái đập thượng lưu thường sử dụng các kết cấu

như đá đồ, đá lát khan (không có vữa xây ), tắm bé tông, bé tông cốt thép , bê tông.

nhựa Pham vi gia cổ mái đập thượng lưu được phân thành 2 vùng:

Giới hạn trên của lớp gia cổ cơ bản là từ mực nước ding bình thường.

(MNDBT) cộng với chiều cao sóng leo (hi) và độ ding (Ah) của mực nước tĩnh dođã gió, nhưng không thắp hơn mực nước ding gia cường _ (MNGC) hay mực nước

kiểm tra (MNKT) Phía trên lớp gia cố cơ bản là lớp gia cổ nhẹ kéo đến đình đập.

Trang 20

Giới hạn du của lớp gia cổ cơ bản lấy thấp hơn mực nước thấp nhất trong hồchứa (thông thường là mực nước chết ~ MNC) một đại lượng bằng độ sâu phân giới(hy) hoặc bằng 2hyg, trong đồ hy là chiều cao sóng ứng với tằn su ất 14%, Dưới lớp

gia cổ cơ bản làm gia cổ nhẹ(cầu tao như ting lọc ngượo tới độ sâu 3h so với MNC

Mai đập hạ lưu được gia cổ để bảo vệ chống xéi lỡ do nước mưa Riêng phần

chân mái đập đắt ở khu vực lòng sông côn được gia cổ để chống sat lờ do sống và

ảnh hưởng của mực nước hạ lưu Phần gia cổ ở diy thường được kết hợp với vậtthoát nước của đập Mii hạ lưu đập đất được gia cổ bing một trong hai hình thức

sau: phú một lớp đá dim hog ¢ cuội sỏi diy 20cm hoặc phủ một lop d ất màu

(khoảng Sz10em) rồi trồng cõ Với dip đá đồ hoặc đập đắt có mái dốc bằng vật liệu

thôhông 6 lớp bảo vệ bên trên Với đập bằng đắt sét hay bạt đắt lớn (đấtct) trước khi trồng có cần ải mộtlớp đắt mu

1.3 MỘT SỐ SỰ CÓ DO BIEN DẠNG THÁM QUA THAN DAP GÂY RATrong thân và nền dip, những vũng có khả năng xảy ra biển dang thắm nguy

hiểm là nơi dòng thắm đi ra bé mặt dit và nơi tiếp xúc giữa các loại đắt có tính chất

Khác nhau Mặt tigp xúc có thể nằm ngang, thing đứng hoặc nghiễng Hướngchuyển động của đồng thắm có thể trồng với mặt tgp xúc hoặc vuông gốc với mặttiếp xúc Những biến dang đối với môi trường đất do dng thắm gây ra cổ th li:

Xéi ngim: quá tình di chuyển hoặc cuốn trôi các hạt đt cỡ nhỏ ra khỏi lớp đắtdưới tác dụng của đồng thắm Nếu trong đất chứa các muối hòa tan thi có thể xây ra

xôi ngằm hóa học.

Đẩy bục hay gọi là đùn đất sự phá hủy lớp đắt phủ bén trên kéo theo hiện

tượng mang cả một khối lượng đất ra khỏi vị tí của nó Hiện tượng dy bục thường

xây ra ở mái hạ lưu của đập đất nơi có dòng thắm tập trung ra hạ lưu.

X6i tiếp xúc đục: sự phá hủy đất ở vùng tiếp giáp với vật liệu cỡ hạt lớn hơn do.tác dụng của đồng thắm hướng dọc theo bề mặt tiếp xúc.

iin đất tiếp xúc: hiện tượng phá hủy đắt hạt nhỏ ở vùng tiếp xúc và cuốn trồi

hạt nhỏ qua kế hồng của đất hạt lớn do tác dụng của đồng thắm hướng vuông góc.

Trang 21

Tuận vấn thạc sĩ Kỹ thuật Chuyên ngành: Xây cheng công trình thủyvới bề mặt tiếp xúc.

Bồi lắp hay lắng đọng: quá tình các hạt dit cỡ nhỏ bị dong thắm mang theo

tích ty lại ở kế hang của khối đắt cỡ hạt lớn hơn.

“Tách lớp: hiện tượng tích bóc các hạt và nhóm hat đắt sốt ở trên các kế hồng

của lớp lọc dướ tắc dung của đòng thẳm đi te phía lớp lọc qua lớp đất sốt

Tắt cả những biển dạng thắm kể trên (hoặc tổ hợp các biến dang) đều nguyhiểm, vi nd có thé gây ra phá hủy từng bộ phận riêng hay toàn bộ công trình.

1.4, MỘT SỐ GIẢI PHÁP CHONG THÁM CHO DAP

VLDP-ie điểm của đập VLĐP là lận dung vật liệu ti ving xây dựng công trình để

4p đập như đá, đất đá hỗn hợp để giảm giá thành, phần nhiều những vật liệu này

có tính chéng thắm không cao Ngoài ra, do yêu cầu nền không cao, đập có théđược xây dựng trên những nền có hệ số thắm lớn Trong những trường hợp trên, cần

phải có một số giải pháp chống thắm cho thân và nền đập để hạn chế lưu lượng

thắm, bạ thấp đường bão hoà trong thân đập „ tăng độ én định mái và đ phòng cáchiện tượng biến dạng của đắt dưới tác dụng của dòng thắm _ Các hình thức chốn:

thắm trong thân và nền đập thường dưới dạng tường nghiêng _ lồi giữa, sân trước,

tường răng, mảng xi ming, mảng sét hoặc các loại khác,

"Vật liệu làm thiết bị chồng thắm cho thân và nền đập có thể là loại dẻo như sét,

á sét, than bùn, nhựa đường, các loại chất déo hoặc loại cứng như kim loại bê tông

cốt thép, gố Tuy nhiên, phổ biển nhất vẫn là vật liệu dẻo Vật liệu chống thắm chỉ

hig «qua khi hệ số thắm của vật liệu chống thắm lớn hơn hệ số thấm của vat liệu

thân, nền đập 50 Lin trở lên.

14.1 Thiết bj chống thắm cho thân

Véi đập VLĐP, thiết bị chống thắm thường là hình thức tưởng nghiêng nằm

đọc theo mái dốc thượng lưu hoặc tường lõi có thể nằm ở tim đập, hay dịch về phía

thượng lưu (xem hình 1.5) Đập có trởng nghiêng đặt ở sit mãi thượng lưu cỏ ru

điểm hạ thấp đường bão hoà xuống rit nhanh, fim cho phần lớn thân đập được khôrảo làm tăng tính ổn định của mái hạ lưu Tuy nhiên, khi nằm sát mái tự nhítường nghiêng chịu ảnh hưởng trực tiếp của các phá hoại do thời tết, do vay để bị

Trang 22

Luin vn thes thuật Chuyên ngành: Nay đựng công trình thấyhư hại hơn

LAL Đập ching thắm bằng trồng lõi mém

Rit nhiều đập VLDP sử dạng thiết bị chống thắm là trồng lõi mm như đập

Hoà Bình, đập Thuận Ninh, đập Yali, đập Thanh Lanh Thiết bị tường lõi chống

thắm mém đặt trong thân dip cổ ww điểm rõ rt như chống chắn động tốt, lún dễđều.

©J Tường chống thẩm nằm ở biên mai thượng lawHình 1.5: Vị tr tường chẳng thắm trong thân đặp

Theo cấu tạo, bể dày định trồng lõi đắp bằng đắt sét hoặc đất sét pha không nênnhỏ hơn 0,8m Độ dày chân tường không được nhỏ hơn 1/10 cột nước, nhưng phảibảo đảm > 2m Nếu tường lõi đắp bing đắt có hảm lượng sét lớn không lợi cho thisông và ôn định thì có thé giảm bớt kích thước tường lõi

chỉ số déo < 15 + 17, người ta dựa vào trị số gradient thắm cho phép [J] để tính be

dây của tường.

với đất it dính, ví dụ

Dinh tường lõi phi bảo đảm không cho nước phía thượng lưu vượt quả, đồngthời phải cao hơn mực nước mao dẫn trong đất, Cao tình dinh tường lõi được xácđịnh dựa vào mực nước dâng bình thường trong hỗ chứa với độ vượt cao d = (0,3 +0,6)m, tuy theo cấp công trình Trên đỉnh tường có đắp một lớp dat bảo vệ có độ

Hạc viền: Nguyễn Vấn Tuấn Cao học Khóa 16

Trang 23

dây đủ chống lại các anh hưởng xấu của thời tế Nếu đập có làm thêm tường chắnsóng, người ta thường liên kết chặt tường chắn sóng với tường lồi.

Phải đặc biệt lưu ý đến việc liên kết giữa tường lõi và nền Độ cắm sâu củatường lõi vio nén dat chặt, it thám nước phải lớn hơn từ 0,5m + 1,25m Bộ phận nồitường lõi và nbd phải lâm rắt cắn thận với các hinh thức như để răng, hoặc tườngring cắm siu vào khối đá tốt 06 + 1.2m Những chỉ tiết cấu ạo nối ép tường lõivà nền đá được trình bay trong hình 1.6 Tường lồi trong đập đá hoặc vật liệu hỗnhợp thường có lớp chuyển tếp ở mai thượng và hạ lưu

Hình 1¿ Núi tp thiết bị chẳng thắm và nên

14.1.2 Đập có uring nghiêng mềm

Tường nghiêng đặt ở sắt mái thượng lưu đập có ưu điểm hạ thấp đường bão hoà

xuống rit nhanh, kim cho đại bộ phận dat thân đập được khô ráo và tăng thêm tính.én định của mất hạ lưu Tường nghiêng có thể dip bing đắt sét, đắt thịt hoặc bêtông

đất set, vv.

ly tường nghiêng tăng tir trên xuống dưới và phụ thuộc vào yêu cầu cầu tạo

và gradient thuỷ lục của đất đấp tường BE diy định tường không nên nhỏ hơnosm Blay chân tường không nhỏ hơn H/10 (H là cột nước tác dụng) và không.nên nhỏ hơn 2 + 3 m, Độ vượt cao của dinh tường nghiêng trên mực nước dâng bình.

Trang 24

thường phụ thuộc vào cấp công trình và được tra theo bảng 1.2 Dinh trởng khôngđược thấp hơn mực nước tĩnh gia cường.

Bang 1.2: Độ vượt co của tường chẳng thắm so với MNDBT

"Độ vượt cao của tường chống thắm (m) trên mye nước ding

Loại tường bình thường tuỷ cấp công trình

Cip Cipt Cipit | CipIVvàV

“Tường nghiéng 08 07 06 | 05

“Tường lồi 06 05 04 03Trên mặt tường nghiêng cần phú một lớp bảo vệ đủ diy (khoảng Im) để trìnhmưa nắng, nhiệt độ ˆĐộ dốc mái tưởng nghiêng phải đảm bảo lớp bảo vệ ổn định

không bj trượt trên mặt tường Giữa lớp bảo vệ và tường nghiêng phải bố trí tanglọc ngược Trong quá trình thiết kế và thi công cũng như tường lõi, phải đảm bảo

tường nghiêng được liên kết tốt với nỀn, cổ thé tạo các răng cưa để tăng liên kết

giữa tường và nền.

1.4.1.3 Đập ching thắm bằng vật liệu déo

"Ngày nay, với sự phát triển của công nghiệp hoá chất, đặc biệt là sự tiến bộ của

việc sản xuất cldẻo, nhiều nước phát triển đã sử dụng chit déo dé lim vật chẳng

thắm cho công trình thuỷ lợi nói chung và cho đập VLDP nổi riêng Để dễ đảng stachữa, chất dẻo làm vật chống thấm cho đập thưởng có dang tưởng nghiêng va vật

liệu chất dẻo thường sản xuất dưới dang dải hoặc tim, Két cấu tường nghiêng bing

chất déo thường có hai dang:

Đặt những tắm hoặc đãi chit đèo lên trên một ting đệm trên mái đốc và bảo bệ"bằng một lớp phủ.

Đặt chit déo vào giữa hai bản bé tông dọc theo mái đốc.

Két cau chi tiết tường nghiêng bằng chất dẻo đặt trực tiếp lên tang đệm trên mái

đốc có dạng như hình 1.7

Trang 25

2JTạiđh đập, b)Trén mdi dc: 0) Gin dayLDa giacs 2: Lip dt gut 4p 3: Màng cht do4 Tông dọn "¬” `

Hình L7: Tường nghiéng chống thắn bing chắt déo

Để tăng độ ôn định cho tắm chất déo trên mái dốc, ở đỉnh thường xếp tắm chất

đšo cổ dang dich đắc (xem hình 7a), còn ở gối tựa đáy cũng cần gir tắm chất đèo

giữa hai khối bê tông ma mặt tiếp xúc của chúng cũng không phảiTưởng nghiêng

chất dẻo được đặt trên một tầng đệm hạt lớn như cát lớn pha cuội sỏi và mặt ngoàiđược bảo hộ bằng một lớp đất quá độ rồi mới gia cổ đá Để cho tường nghiêng hoạtđộng tốt, vật liệu làm tang đệm can phải lựa chọn cẩn thận.

14.14 Đập chẳng thắm bằng vật liệu cứng

Thiết bị chống thắm cứng thường được làm bằng bê tông, bê tông cốt thép, gỗ,thép Đập có thiết bị chống thắm bằng vật li cứng it được sử dụng, ở Việt Nammới chỉ có đập Tra Vinh ~ Quảng Ninh có sử dụng tường lõi bê tông để chống

thắm Logi đập đất cỏ thiết bị chống thắm cứng ít dùng, vi có nhiều nhược điểm li

cấu tạo phúc tp, đ nh nút nề khi nhiệt độ thay đổ hoặc thân đập lớn, giá thành

đắt, Gỗ vi không bền và kim loại vì qué đất nên rất ít được dùng Khi có đá tại chỗ

và xét hợp lý có thể xây tường Idi chống t

Tưởng lõi bằng bê tông cốt thép có bể day khá mong, Thưởng có hai hình thức

cấu lõi cứng: loại nguyên khối và loại có khớp nối Lời cứng nguyên khối nối

bị biển dạng có thể không gây nên hư hỏng.

Lõi cứng có khớp nói gồm nhiều bản nối tiếp nhau bằng những khớp nối gồm nhiều.bản nỗi tiếp nhau bằng những khốp nối ngang nhằm tăng độ biến dang cho lồi

Những khớp nối cằn phải chắc chắn và chồng thắm tốt Đi với đập vừa và thấp có

thé đùng tường lõi cô kết cấu đơn giản như hình thức cổ định v.v

Tưởng lõi bằng vật liệu cứng phải bảo đảm bề diy thích đáng Dối vớ lõi cứng,

Trang 26

Tuận vấn thạc sĩ Kỹ thuật Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy

kích thước chính xác của né phải được xác định trên cơ sở tinh toán én định vàcường độ, chiều dày tại định lõi không bé hơn 0.5+1m, Đối với lõi bê tông hoặc bêtông ít cốt thép bể rộng ở đỉnh tường không nên nhỏ hơn 0.3m và ở day bằng

(/12:1/15) H hoặc bề hơn một ít trong đó H là c u cao của đập Phía mặt thượng.lưu của lõi cứng cần có một lớp quá độ bing nhựa đường hoặc đất sốt để phòng

khi lõi bi nứt nẻ Phía mat ha lưu cần có lớp vật liệu thoát nước tốt để đưa nước

thấm xuống hạ lưu Để tường lõi bằng bêtông cốt thép không bị nứt gay, cần bố trí

những khe lún thẳng đứng cách nhau (15 + 25)m theo trục đập Tai các khe phải có

thiết bị chống thấm như đối với khớp nổi ngang.

Ngày nay, với sự phát triển của công nghệ thiết kế và thi công, một hình thức.đập chống thắm bằng tường nghiêng cứng là đập đá đỏ kết hợp với tường nghiêngbằng bê tông cốt thép (hay còn gọi là đập đá dé bê tông bản mặt) ngày cảng được.cứng dụng nhiều (xem hình 1.8)

1 Ban mặt bê tong, day 300m ~ 60cm 5 Khối gia tải thượng lưu.2 Đá đã Diya = 60cm 6 Tường chắn song

3 Đá dé Dyas = 150m 7 Màng khoan phut

4 Ving chuyến tip

Hình 1.8: Mặt cit đập đủ da dùng bản mặt bê tông chẳng thắm

Ưu điểm của loại đập này là có thể xây dựng đập với chiều cao lớn độ ổn định.và chống thắm tốt Tưởng nghiêng bê tông được nỗi iếp với nén bằng chân bê tông

hay còn gọi là bản chân, cắm sâu vào đá tốt hơn Im Khi cần thiết có thể tiến hành.

phụt vữa làm mảng chống thắm dưới bin chân Giữa tưởng nghiễng và bản chân

Cao học Khóa 16

Trang 27

sẵn thế kể khớp nối để chịu được biến dang và chống thắm tốt

Tại Việt Nam, đập đá đỗ bê tông bản mat đang được đưa vào sử dụng, một số

<p dang được thi công như đập Tuyên Quang, đặc biệt dip Cửa Dat ~ Thanh Hoá có

chiều ao lê tới 128m đã và dang được hoàn thiện để đưa vào sử dụng và khai thắc.1.42 Thiết bị chống thấm cho nền đập

Cho đến nay có nhiều biện pháp chống thắm cho đập đã được ứng dụng Vớitừng điều kiện địa chất cụ thé, chiều cao đập khác nhau, người ta có những biệnpháp chống thắm khác nhau.

142.1 LimVải

trace chống tl

ing cuôi sỏi diy, phương pháp làm sân trước chống thắm thường

hay được sử dụng (xem hình 1.9) Phương pháp này có ưu điểm là thi công trên

diện rồng, kỹ thuật dễ, hiệu quả chống thắm tốt, giảm lưu lượng thắm và đảm bảo

dn định của nén đập Với các dip tương đối cao thi phương pháp này còn it kinh

nghiệm thực tế Đối với loại đập đất tương đổi cao thì kinh nghiệm thực tế còn ít"Những theo ý luận vẫn có thé dùng sin trước để chống thim nếu đảm bảo tỉ công

tốt Tuy nhiên do thực tiễn và kinh nghiệm ít nên khi định làm sân trước chống

trong tường hop cột nước cao, nb tếp sản trước với hai bờ, vấn để kiểm ta sửa

thắm cần nghiên cứu ky các vin đề sau đây: kích thước sin trước (bề dy,

chữa, vin để dio mương ở hồ móng và dẫn dòng,

+Sin rs chống thẩm,

Hinh 1.9: Sản trước kết hợp tưởng nghiêng chong th

Nauti ta đã nghiên cứu giải quyết về lý luận và tiến hành thí nghiệm rất nhiềunhằm xác định kích thước sân trước, lưu lượng thấm Kết quả cho thấy nếu tínhthắm nước tương đổi của sản trước cảng nhỏ thi hiệu quả chống thắm cảng cao

Chiều đài và chiều diy sin tước phải bảo đảm én định thẩm của nên và

gradient thắm cia cửa ra phải nhỏ hơn [J] của nén Ở hạ lưu phái có ting lọc ngược

Trang 28

Tuận vin thạc sĩ Kỹ thuật Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy

tốt để chống xói ngằm Ding sân trước chống thắm khi lớp sỏi cuội trong nền dâycó thé tiêu hao lưu lượng thám lớn Đặc biệt khi cột nước t địa chất nềnphức tạp cin xét biện pháp lim tường răng bêtông hoặc min chống thẩm.

1.4.2.2 Dàng cừ chống thắm

Cử thường được đông tại vị trí chân tường nghiêng, tường lõi chống thẩm (xem

hình 1.10)

Hình 1.10: Cừ chong thẩm

1.4.2.4, Lim tường răng chẳng thẳm

Tưởng răng có thể làm bằng dat sét hoặc betng Người ta ding lực xung kích

hoặc chắn động để khoan những giếng đường kính 0,5 + Im va đỗ bê tông hoặc đấtsét lấp lại để tao nên một tường răng chồng thắm.

1.4.2.5 Phụt vita để tạo nên màng chỗng thắm

Ding vữa xi măng hoặc đất sét phun lắp các kẽ hở trong nền đá để chống thắm.CCó nền đập đã ding 8 hàng lỗ khoan phụt vữa đất sét tạo thành một màng chống

thắm rộng 30m đã giảm được hệ số thắm xuống may trăm lẫn

`Vật liệu thường ding là vita xi ming hoặc vữa đắt sét khai thác tại chỗ Kinh

nghiệm cho thấy dùng loi vật liệu này tương đ

chống thắm tốt Tuy vậy néu dùng thuẫn tuý vita dit sét thì không bén và có thé chỉcoi là biện pháp chống thắm tạm thôi

rẻ và bảo đảm yêu cầu phòng,

Khi thiết kế màng chống thắm phải đựa vào yêu cầu phòng chống thắm, phải

thông qua thí nghiệm ngoài hiện trường để xác định khoảng cách các lỗ khoan, độ

Khoan sâu, áp lục phụt vữa, tỷ lệ thành phần vữa, vv Độ day màng chống thắmđược xác định đựa vào thí nghiệm và gradient thấm cho phép [1]

Cao học Khóa 16

Trang 29

Tuận vấn thạc sĩ Kỹ thuật Chuyên ngành: Xây cheng công trình thủyPhương pháp xử lý này không những thoi mãn các yêu cầu én định và chống

thấm của nền mà còn tiết kiệm được sức lao động Các nhược điểm của phương.pháp này là dùng cơ giới nhiều, tn vita xỉ măng và khó thi công néu lưu tốc thắm

Như vậy có rất nhiễu biện pháp chống thắm cho cả thin đập và nén dip, những

nghiên cứu trước đây đã đưa ra các 1t kế cho thiết bị chống thắm, tuy nhiên

những thit k này chủ yêu là dang bang tr, phạm vi ứng đụng, chưa xết đến nhiềucác yêu tổ ảnh hưởng

1.1'H HÌNH NGHIÊN CUU THÁM 6 CÁC NƯỚC TREN THE GIỚI

Các bai toán lý thuyết thấm của nước trong môi trường đồng nhất và khôngđồng nhất, về cơ bản đều đưa đến giải quyết phương trình vi phân cấp 2 đạo himriêng dang cliptic hay parabolic khi biét điều kiện dầu va điều kiện biên trơng ứng.

Để giải quyết bài toán lý thuyết thấm, người ta đã sử dung một số nhóm phương,

pháp sau

a) Phương pháp thuận, bao gồm các phương pháp phân ly tích số, phương pháp.

biển dai tích phân

b) Phương pháp lý thuyết him biến phức (phương pháp biển hình bảo giác, đưađến bài toán Rima-Gianke).

giải tích hàm, phép tính biến phân

inh và tương tự điện.

động lực học do Pavolopxki NN đề

Trong đó phương pháp tương tự đ

ra đã được xem như phương pháp chain để giải các bài toán thắm thực tế vi mức độ

tin cậy của các phương pháp khác Phương pháp này đồi hỏi công phu và tốn kémnhững trường hợp tht cần thiết mới được sử dụng Mặc dù vậy, những vẫn để

như thắm di hướng, thắm phi uyn, phương pháp này vẫn chưa giải quyét được

các phương pháp khác cũng chỉ giải cho một lớp các bài"Ngoài phương pháp số,

định, thậm chí, một số công thức giải tích phải dựa trên kết quả phương

Trang 30

pháp tương tự điện thẩm mới lập được, song phạm vỉ img dụng cũng còn rit hạ chế.Cùng với sự phát triển của máy tính điện tử, phương pháp số đã chiểm ưu thétrong việc giải quyết các bài toán ý thuyết thắm, nhất bài toán có biễn thay đổi và

chế độ vận động trong môi trường có cấu tạo địa chất phức tạp Đặc biệt các

phương pháp sai phân hữu hạn và phương pháp phin từ hữu bạn dang được dingrộng rãi phổ biển Vì các phương pháp này không những có một cơ sở toán học chặt

chẽ, dé dàng tự động hóa trên máy tính, có khả năng giải được tất cả các bai toán

thắm với mức độ chính xác phủ hợp thực tế va thỏa mãn trong yêu cầu kỹ thuật

Đối với các bài toán lý thuyết thắm trong mỗi trường có cấu tạo địa chất phứcfin tử hữu hạn tỏ ra ưu việt hơn, có t

tạp thì phương pháp pl tải được các bài toán

thắm phi tuyển, thắm không dimg và thắm tong điều kiện trang thải đàn hồi

Phương pháp này ở nước ngoài đã được ứng dung từ vai chục năm trước đây để giảicác bai toán thắm qua đập vả công trình thủy công, nhưng việc giải các bai toán

thắm không én định qua đập và thắm không gian thi kết qua chưa nhiều.

Ở Việt Nam phương pháp phần từ hữu hạn (PTHH) cũng đã được ứng dụng

trong giải các bài toán thắm qua công trình thủy lợi nhưng chưa phổ biển Chủ yếu

còn ở mức độ nghiên cứu Năm 1978, Hoàng Thọ Điểm đã dùng phương phápPTHH dé nên cứu thắm dưới công trình lấy nước không đập trên nền phân lớpvới bi toán thẳm én định có ấp

Đoàn Ngọc Đầu sử dụng đề nghiên cứu thắm và ôn định cia đập đã đỗ trong

trường hợp chi xét bai toán thắm qua lõi đập Năm 1985, Ngô Văn Lược (Việntoán) đã ứng dụng phương pháp PTHH dé giải bai toán thắm qua vùng lõi đập trong.

thời kỷ thì công với bài toán thắm phẳng én định không áp Năm 1986, Đặng VănBa đã mô hình hóa giải bài toán thắm không áp không én định qua dip đồng chittrên nề không thắm bằng phương pháp phần từ hữu hạn

Các kết quả lời giải cũng đã có so sánh với phương pháp tương tự điện thuỷđộng lực hay với phương pháp máng khe hep, cho thấy khá phù hợp và tin cây Tuy

nhiên những nghiên cứu này vẫn chưa xét đến những khả năng phá vỡ cục bộ điều

kiện thắm Darey và gắn liền với kiểm tra đi 1 kiện ôn định thấm cho công trình,Toc viên Nguyen Vấn Tuấn Cao lọc Món 16

Trang 31

Tuận vin thạc sĩ Kỹ thuật Chuyên ngành: Xây cheng công trình thủycùng với nền của nó.

16 KET LUẬN CHƯƠNG

Trong chương này đã nêu được cúc vin đỀ : tổng quan về dip VLĐP cầu tạo vàcho đập VLĐP , một số sự cổ do biển dạng thắm qua thân đập cl đập để giảm thắm và một vii ph ương pháp tính thắm quađập ở nước ta hiện nay,

p VLĐP là loại công trình dâng nước phổ biến nhất khi xây dựng hỗ chứa

nước phù hợp với đặc điểm địa hình, địa chất, vật liệu xây dựng, phương tiện thi

công ở nước ta Tuy nhiên đập VLDP đặc biệt là đập đất thường hay gặp những rủiro, sự cố gy mắt an toàn cho đập néu tong công tác thiết kế và thi công khôngđảm bảo các yêu cầu kỹ thuật Do đập làm bằng các VLDP thường xuyên chịu tác

dụng của cột nước, khi có chênh lệch cột nước sẽ hình thành ding thắm trong thân

đập và nền, nếu Không kiểm soát tốt ding thắm có thể gây ra mắt nước, hư hong

công trình, thậm chí còn ảnh hưởng tới sự an toàn cho ving hạ lưu đập Vi vậy, vi

nghiên cứu các giải pháp chống thắm là một khâu quan trọng trong thết kể và thicông đập VLDP.

Trên cơ sở các lý thuyết nghiên cứu về thắm _ các phương phap tinh toán

thắm áp đụng vào nghiên cứu một cách định lượng vẺ kích thước của lõi đắt chống

thắm cho đập VLĐP, từ kết quả nghiên cứu có thé áp dung giúp cho người hig kế

định dang được kích thước của lõi đất chống thắm cho đập VLĐP Các vin đề tên

ẽ được tic giả trình bảy ở các chương tiếp theo.

Trang 32

CHUONG 2

CO SỞ LY THUYET

2.1.0 LƯỢC LICH SỬ PHÁT TRIEN CUA LÝ THUYẾT THÁM

Hiện tượng thắm của đắt rong môi trường lỗ rồng bằng đắt đã được H Darcy

(Pháp) nghiên cứu từ năm 1852, Trên cơ sở thục nghiệm, năm 1856 ông ìm ra quy

luật thắm của nước trong môi trường lỗ rỗng: Tốc độ thắm tỷ lệ với gradient áp lực,“được gọi là định luật thắm đường thẳng hay thắm Darcy:

Trongd6: K~ Hés6 thi

AH ~ Độ chênh cột nước áp lự trong đoạn AL

Khi sử dụng định luật Darey để giải quyết một số bai toán thực tế

1857, Duypuy (một kỹ sư người Pháp) đã đưa ra công thức dang vi phân:

dùng để xác định lưu lượng của các đồng thắm.

Năm 1889, N.K.Giueopski đã đưa ra phương trình vi phân cơ bản về sự vận

động của nước rong dit, và năm 1889 đã cho xuất bản tác phẩm "Ne én cứu lý

thuyết vận động của nước ngằm”, trong đó có đưa vào khái niệm lực cản và lựckhối lượng khi thấm Ông là người đầu tiên đặt cơ sở khoa học để tiếp tục phát triểnlý thuyết thẩm

Các tác phẩm của Pavlovxki N.N, Laybenzon Z.S, Gerxeoanov N.M đã hoànthiện đầy đã thêm cho cơ sở lý huyết vận động cửa nước trong đắt và đưa ra những

điều kiện để sử dụng những định luật thắm Darey.

Tir năm 1904 Butxineet đã nghiêt cứu về vấn đề lý thuyết vận động không énđịnh của dòng thắm và đã thành lập phương trình vi phân vận động không ổn địnhcủa dòng nước trong đất

Trang 33

Tuận vấn thạc sĩ Kỹ thuật Chuyên ngành: Xây cheng công trình thủy2 yÊH, 4K

Coi hàm cột nước áp lực H chỉ thay đổi theo chiều vận động x

Trong đó : ~ Hệ số sức chứa đản hồi,4q~ Lưu lượng bổ sung

Hiện nay phương trình (2-3) vẫn được coi là phương tình vi phân cơ bản vận

động không ồn định của nước trong đắt

"Dựa vào phương trình vi phân chuyển động của môi trường liên tục Ole, một số.tác giả như Pavlopxki N.N, Aravin V.I, Numerop X.N cũng rút ra phương trình vỉphân Trugaev R.R dựa trên nguyên the D'Alember,thiét lập đa giác lực thắm cơ

bản và đã rút ra hệ phương trình vi của lý thuyết thắm biểu điễn ở dang kháe

Một cách tổng quát nhất, phương trình cơ bản của lý thuyikiện thấm Darey có thé đưa về dạng phương trình Navestoe.

SE + pUA)U pf gradP + nAAU (2-4)Trong đó

p~ Mật độ khối lượng,

P Ap lực thủy động,A — Toán từ Haminton

U~ Tốc độ thấm

11 Hệ số nhớt động học của nước

Phuong trình thể hiện mối quan hệ các lực tác động lên một đơn vị khôi lượngchất lang đang vận động

Tiếp tục phát triển lý thuyết thắm của Jucopxki N.E, Pavlopxki N.N, Laybenzon

à những công trình nghiên cứu của các tác giả Zamarin E.A, Grisin N.E, SelkatrevV.N, Kamenxki G.N, được công bố va sử dụng trong rất nhỉlĩnh vực liên quan,

Bên cạnh xu hướng phân dị, chỉ nghiên cứu sự vận động riêng biệt của nước.

trong dit, xu hướng nghiên cứu tổng hợp m liên quan giữa sự vận động của nước

dưới đất với quá trình biển dang của môi trường đắt đá cũng đã được chú ý phát

Trang 34

triển, Vấn để này tuy được Pavlopxki N.N và Gerxevanov N.M đưa ra nghiên cứutừ lâu, song các kết quả nghiên cứu của Mironenko V.A và Sextakov V.M mới lànhững đông góp ding kể đầu tiên Trong tác phẩm của mình, các tác giá đã gắn liền

nghiên cứu và phối hợp chặt chế những vẫn để cơ bản của cơ học đất đá với quá

trình thắm của nước trong nó vào khuôn khổ một môn khoa học: "Thủy-Địa-Cơ"các tác giả như Vaxilep X.V., Verigia A.N., Glayea A.A Cũng nghiên cứu để tính

toán giải các bài toán thắm thực tế Khi nghiên cứu tổng hợp, trong hệ phương trình.

dang xét của mô hình toán học, ngoài các phương trình vi phân của lý thuyết thắm,

còn thêm phương trình trạng thái của chat long và trạng thái môi trường đắt đá biển

Củng với sự phát tiển và hoàn thiện lý thuyết trên cơ sở các mô hình toán học.

và vậ lý, các phương pháp để giải bài toán lý thuyết thấm thực Ế đặt ra cũ 1g không,ngừng hoàn thiện và được img dụng rộng rãi trong việc giải các bai (oán thấm qua

dap dâng nước nhất là đập bằng vật liệu địa phương

‘Tuy nhiên do tính phức tạp và đa dang của các công trình thủy lợi, môi trường

thắm là đập và nén của nó thường là các môi trường không đồng nhất và dj hướng,

nên việc giải ce hệ phương ình lý thuyết thẩm gặp rất nhiễu khổ khăn về mặt toánhọc Do đồ thực tế chỉ giải quyết được cho một vài trường hợp rất đơn gi nhưthắm qua đập đồng chất, thắm qua kênh, qua nên đồng chất hoặc được mô hình hóa,

tinh rất nước trong đập đột ngột với tiền đề là trong đập đã hình thành đường bãohòa dn định ở mức nước cho trước

Hiện nay cổ eit nhiều mô hình toán học của lý thuyết thắm dang được sử dụng

để giải các bài toán thắm qua dip và cúc Tinh vực liên quan Tùy thuộc vào mức độ

yêu cầu và phương pháp giải mà lựa chọn mô hình toán học cho phù hợp,

2.2 MỖI TRƯỜNG THẤM VÀ NGUYÊN NHÂN GAY RA THÁM32.1 Môi trường thấm

Sự chuyển động của chất lòng trong mỗi trường đất đá nút nẻ hoặc trong môi

trường xốp nỏi chung, gọi là thấm Khi xây dụng công trình thưởng xuất hiện hiệntượng thắm trong đắt như thắm dưới đấy, thắm ving quanh công nh: thắm đến

Trang 35

Tuận vin thạc sĩ Kỹ thuật Chuyên ngành: Xây cheng công trình thủy

sắc hỗ móng thi công v v cho nên tính thắm có tằm quan trong đặc bit và là mộtkhâu không thể thiếu được trong thiết kế công trình.

Đặc trưng cho tinh thắm được biểu hiện qua cúc đại lượng là hệ s thắm vã vậntốc thắm.

Giá tri hệ số tắm K biến đổi rong phạm vĩ rộng, từ 1000 mis rong môi trường

cuội rất thô tới gần bằng trong môi trường sét Khi hạt đắt càng lớn, cảng đều thì

số thắm cảng én, Ngược lại nếu trong đắt cố nhiều hạt nhỏ thi hệ số thấm cảngnhỏ Loại đất hat tròn nhẫn có tính thắm nước lớn hơn loại đắt hat nhọn, mảnh vàgóc cạnh không quy tắc.

2.2.1.2 Vận tắc thắm.

Chuyển động của nước qua khối đất nói chung được gọi là thắm Trên tỷ lệ eye

nhỏ thi khi qua các lỗ rỗng trong đất, nước sẽ đi theo các đường quanh co Tuy vậygiả định nước thắm theo đường thẳng Trong phương trinh Darey vận tốc V được

hiểu là vận tốc bề mặt vi vận tốc liên hệ với diện tích mặt cắt A của đất, vận tốc

A: Diện ích mặt cắt của đấtAs Diện ích mặt cắt của lỗ rồng

Trang 36

Tuận vin thạc sĩ Kỹ thuật Chuyên ngành: Xây cheng công trình thủyVan tốc thực V„

2.2.2 Nguyên nhân gây ra thắm.

Do đất có tính mao dẫn, nó xảy ra giữa các bề mat nước các hạt khoáng vật và

Không khí Khi bể mặt vật liệu đất

khe hở đỗ rồng) ở bŠ mặt hạt đ

p xúc với nước , nước sẽ thâm nhập qua cácthm thấu theo các mao quản vào bên trong: (mao

dẫn) gây ra hiện tượng thất

"Ngoài ra các tinh chất cơ - lý khác của đất như kết cấu hat kích thước hat, cáckhoáng vật của đất , độ rỗng, độ chặt, độ Am, tinh co ngót, tính trương no, tan rãđều có ảnh hướng đến tính thắm của đắt

3.8, PHAN LOẠI DONG THÁM.

Các bai toán thấm thường được chia thành hai loại: phân tích déng thấm trạngthải dn định và không én định Với các phân tích trạng thái én định, cột áp thủy lựcvà hệ số thấm tại điểm bắt kỳ trong khối đắt luôn giữ không đổi theo thời gian Với

các phân tích trạng thái không, n dint, cật áp thủy lực (và có thé cả hệ số thắm)biến đổi theo thời gian Các biển đổi này là dé đáp ứng với sự thay đổi các kiệnbiên theo thời gian

3.11 Dòng thắm trang thái 6m định

ChuyỂn động chim của nước qua đất thường gọi là thắm hay chiết lọc (ngắm).

Phân tích thắm có thé là phin quan trong của các nghiên cứu về én định mái đốc,

kiếm tra nhiễm bin nước ngằm và thiết ké dip đất Ngoài ra phân tich thắm bao

gồm tính tốc độ thắm của dòng nước và phân bổ áp lực nước lỗ rỗng trong chế đội

Các nghiên cứu dòng thim trang thai én định bao gồm hai trang thi: không

đồng nhất, đẳng hướng và không đồng nhất, dị hướng.

Ở tạng thái ôn định không đồng nhất, đẳng hướng nếu tại điểm bắt kỳ trong

khỏi đắt có hệ số thắm theo phương x (kx) bằng hệ số thắm theo phương y (ky)

(xem hình 2.1a) Tuy nhiên độ lớn của hệ số thấm có thé biển đổi từ điểm A đến.

Trang 37

Tuận vin thạc sĩ Kỹ thuật Chuyên ngành: Xây cheng công trình thủy

điểm B tùy thuộc độ hút dính trong đất

Th mở trạng thái ôn định không đồng nhất, dị hướng: tỷ số của hệ số thắm kytheo hướng x với hệ số thấm ky theo hướng y là hằng số tại điểm bất kỳ (k,/k,) tại

Az (k,/k,), tại điểm B = const, nhưng khác đơn vị (xem hình 2.1b) Độ lớn của hệ

số thấm k„ và k„ cũng có thé biến đổi với độ hút nh từ vị tr này đến vị trí khácnhưng tỷ số giả thiết của chúng vẫn là hằng sé.

Trường hợp thứ ba là có biến đổi liên tục của hệ số thắm (hình 2.16) Tỷ sốthấm (yf) có thể không là hằng số từ vị tí này đến vị trí khác tức (k/k,) tạ A

khác A (kựk,) tai B và các hướng khác nhau có thể có các hàm thắm khác nhau.VIỆT cu | fe] [nh

"h ! " ;

Lo py fsinh 2.1: Biển di hệ s thẫn trong đẫt không bao hòa a) Cúc điều kiện khôngđằng nhất đẳng hưởng ; b) Các điều kiện không đồng nhất dj hướng ; €) Biển đổi

điên tục tinh thắm theo không gian

Để tinh thắm ở trang thải 6n định, thường tính cho ba trường hợp: Dòng thắm

một hướng, đồng thắm hai hướng và dng thắm ba hướng

+ Dang thắm một hướng: với dit không bão hoa hệ số thắm là hàm của độ hút

dính biến đổi theo vị trí của dòng thấm theo hướng y (hướng chọn ban đầu của dong,

thắm) Khi đất bão hòa, ệ số thấm nước k,, có th lấy bằng hệ số thẳm bão hỏa, khỉđất bão hòa là không đồng nhất (đất phân lớp) hệ số thắm k, sẽ biển đổi theo vị tr

+ Dòng thấm hai hướng: Thắm qua đập dat là một ví dụ cỗ điển hình của dòngthắm bai hướng bao gồm đồng thắm qua các đối bão hỏa và không bão hòa Dòng

thắm qua đất bao hòa được xem là một trường hợp đặc biệt của ding thắm qua đất

không bão hòa Với phin bão hòa, hệ số thắm nước bằng hệ số thắm bão hòa k Do

di hướng, hệ số thấm bão hỏa k „„ theo hướng x và k „ theo hướng y không bằng

nhau Do không đồng nhất, hệsố thắm bão hòa có thể thay đổi vị tri

Trang 38

Tuận vin thạc sĩ Kỹ thuật Chuyên ngành: Xây cheng công trình thủy+ Dang thắm ba hướng: hệ số thắm tại một điểm biển đổi theo hướng x y và Z

‘Tuy nhiên, các biến đôi tính thắm theo ba hướng sẽ được giả thiết là bị chi phối bởicùng hôm thắm

ở trường hợp này bao gồm thắm không én định trong đắt đồng nhất và thắm không

an định trong đất dj hướng.

+ Thắm không ôn định trong đất đồng nhất: hệ số thấm theo các phương x và ybằng nhau tại mỗi điểm trong khối dat Tuy nhiên hệ số thắm của đắt không bão hòa.có thể biến đổi theo không gian nghĩa lid hướng ty thuộc độ lớn của we hút dính

tai mỗi điểm trong khối đắt

+m n rạng thái không ôn định rong đất dị hướng : hệ số thắm biến đổi theocác phương tại bắt cứ điểm nào trong khối dt là khác nhau, ngoài ra hệ số thắm cònbiển đổi theo thời gian do sự biển đổi độ hút dinh trong khối dat.

Thắm dị hướng: tại một điểm ey thé (xem bình vẽ 2.2), hệ số thắm lớn nhất haychính ky; xảy ra theo phương s), nghiêng góc œ so với trục x (nghĩa là nằm ngang).

Hệ số thắm nhd nhất theo phương vuông góc với hệ số thắm lớn nhất (nghĩ là

phương s;) và được gọi là hệ số thảm nhỏ nhất kyo Tỷ số giữa hệsố thắm chính vàphụ là một hằng số khác một tại một điểm bắt kỳ nào trong khối đắc Dộ lớn của cáchệ số thắm chính và phụ, kụ, và Kyo có th đổi theo độ hút dính từ vị trí này.sang vi tí khác (nghĩa là không đồng nhất nhưng tỷ số của chúng giả thiết giữkhông đổi tại mọi điểm.

Trang 39

shay y

hàng 681

Hình 2.2: Biấn thiên thắn trong đắt không bão hòa (không đồng nhất và dj hướng)

= Dang thắm ba hướng: thường gặp với loại đắt không bão hòa với pha khi liên

tue Các quan hệ hợp thành cho kết ấu đất, pha nước và pha khí là cần phải cổ để

lập các phương trình cân bằng và liên tục và được nghiên cứu dưới dạng đàn hồi đểlập các biểu thức cố kết ba hướng.

24, SƠ LƯỢC ĐỊNH LUẬT THÁM CƠ BẢN

2.4.1 Dinh luật Darey (1856)

Thắm được xác dinh li một đặc trưng của môi trường xếp trong đó cho phép

đồng thẳm của chất lông như nước chay qua các lỗ rồng iền thông với nhau _ Dựa

‘vo thí nghiệm Darey xác định được quan hệ sauV=KJ 1)“Trong đó;

V: Vận tốc thắm,

K: Hệ số thấm.

AHlien thuỷ lực: =

J: Gradient thuỷ lực aL

‘AH: Độ chênh cột nude áp lực trên chiều dài dng thắm AL“Từ đó xác định được lưu lượng thắm q qua điện tích A:

q~VA=kJA 08)

Trang 40

Tuận vin thạc sĩ Kỹ thuậtChuyên ngành: Xây cheng công trình thủy

Hinh 2.3: Dòng thắm một hướng trong mỗi trường đắt

Phuong trình Beenuli: tổng cột nước H tạo ra dongnước thành phan:

2.4.2 Định luật Darey tổng quit

Trong trường hợp tổng quát của bãi toàn ba chiềunhư sau

Trién khai: V,=K,„J, + K,,J+K,„I,Vy = Kyads + KiyIyt KyleVie Keds + Kol) tK,