Luận văn Thạc sỹ NGHIÊN CỨU HIỆU QUẢ THIẾT BỊ CHỐNG THẤM VÀ THOÁT NƯỚC THẤM CỦA ĐẬP VẬT LIỆU ĐỊA PHƯƠNG

An toàn đập của các hồ chứa là vần đề hết sức quan trong đối với mỗi địa phương cũng như đối với quốc gia. Đề tài luận văn đề cập và giải quyết về thiết bị chống thấm và thiết bị thoát nước thấm đảm bảo an toàn ổn định cho các đập vật liệu địa phương. Vì vậy đề tài có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao, là vấn đề cấp thiết trong ngành thuỷ lợi hiện nay.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

Mục lục

Mở đầu 1

CHƯƠNG 1 Tổng quan về thiết bị chống thấm và thoát nớc thấm trong thân đập VLĐP 4

1.1 Tình hình xây dựng đập VLĐP trên thế giới 4

1.2 Tình hình xây dựng đập VLĐP ở Việt Nam 5

1.3 Tình hình sự cố đập VLĐP - Giải pháp khắc phục 6

1.4 Các hình thức thiết bị chống thấm trong thân đập VLĐP 19

1.5 Các hình thức thiết bị thoát nớc trong thân đập VLĐP 25

1.6 Về tiêu chuẩn thiết kế đập đất đầm nén và thiết bị tiêu nớc 32

1.7 Thiết bị chống thấm và tiêu thoát nớc thấm cho đập đã áp dụng 32

1.8 Kết luận chơng I 38

CHƯƠNG 2 39

Khảo sát một số phơng pháp Tính toán thấm , kiểm tra độ bền thấm và ổn định mái dốc 39

2.1 Một số phơng pháp tính thấm 39

2.2 Lựa chọn phơng pháp tính toán thấm trong luận văn 43

2.3 Các phơng pháp kiểm tra độ bền thấm cho ĐVLĐP 47

2.4 Các phơng pháp phân tích toán ổn định mái dốc 51

2.5 Kết luận chơng II 56

CHƯƠNG 3 Hiệu quả của thiết bị chống thấm và thiết bị thoát nớc thấm 57

3.2 Tác dụng của thiết bị tiêu thoát nớc thấm 57

3.3 Các yêu cầu kỹ thuật đối với thiết bị chống thấm và thiết bị tiêu thoát nớc thấm 58 3.4 Điều kiện ứng dụng thiết bị chống thấm và thiết bị tiêu thoát nớc thấm: 64

3.5 Xây dựng các tiêu chí đánh giá hiệu quả của thiết bị chống thấm và thiết bị tiêu thoát nớc thấm 68

3.6 Một số lu ý khi thiết kế thiết bị chống thấm và thiết bị thoát nớc thấm 72

3.7 Một số giải pháp chống thấm và thoát nớc thấm đã đợc áp dụng cho đập VLĐP ở nớc ta 75

3.8 Kết luận 79

CHƯƠNG 4 phân tích hiệu quả thiết bị chống thấm và thiết bị tiêu thoát nớc thấm cho một vài đập điển hình 80

4.1 Trờng hợp đập Thuận Ninh 80

4.2 Trờng hợp đập Tràng Vinh 87

4.3 Trờng hợp đập Đu Đủ 93

4.4 Kết luận Chơng 4 103

Kết luận và kiến Nghị 104

Mở đầu

Nghiên cứu hiệu quả làm việc của một số kiểu thiết bị chống thấm và thoát nớcthấm đối với đập vật liệu địa phơng là tìm hiểu, tính toán các đặc trng của dòngthấm, đánh giá và dự báo khả năng xảy ra biến dạng thấm, đối với các thiết bị chốngthấm cũng nh thiết kế các kết cấu tiêu thoát nớc thấm, phòng chống thấm hợp lý, tincậy, có hiệu quả là nhiệm vụ rất quan trọng, không thể thiếu đợc trong thiết kế, thicông và quản lý vận hành các đập bằng vật liệu địa phơng

Thực tế, nhiều đập đã xảy ra biến dạng thấm với mức độ khác nhau, thậm chí có

đập bị sự cố và bị vỡ do biến dạng thấm Các vấn đề trên thờng cha đợc giải quyếttriệt để, việc thiết kế, tính toán cha đúng với điều kiện thấm thực tế Vì vậy ta cầnchọn biện pháp chống thấm và tiêu nớc thấm thật hợp lý cho đập vật liệu địa phơng

để các hồ chứa với đập dâng dùng vật liệu địa phơng đi vào vận hành an toàn, manglại nhiều hiệu quả trong đời sống kinh tế xã hội

Nội dung chính của luận văn “Nghiên cứu hiệu quả thiết bị chống thấm

và thoát nớc thấm của đập vật liệu địa phơng” bao gồm:

Tổng kết các loại đập vật liệu địa phơng và các loại thiết bị thoát nớc

Phân tích, đánh giá u, nhợc điểm, điều kiện sử dụng của một số kiểu thiết bịchống thấm và thoát nớc thấm

Xác định các tiêu chí đánh giá hiệu quả của các loại thiết bị chống thấm và thoátnớc thấm đề ra

Sử dụng phơng pháp mô hình toán học thông qua phần mềm Geo-slope để phântích thấm, ổn định của các trờng hợp nghiên cứu nhằm xác định vai trò và hiệu quảcủa thiết bị chống thấm và thoát nớc thấm

Rút ra các kết luận, kiến nghị cần thiết để phục vụ cho việc thiết kế và nghiên cứucông trình tiếp theo

Đối tợng nghiên cứu:

Đối tợng nghiên cứu là một số loại thiết bị chống thấm và thoát nớc thấm dùngcho đập vật liệu địa phơng

Phạm vi nghiên cứu:

Một số đập vật liệu địa phơng có áp dụng thiết bị chống thấm và tiêu thoát nớcthấm ở nớc ta

Mục đích của đề tài:

Nghiên cứu hiệu quả của một số loại thiết bị chống thấm và thoát n ớc thấm của

đập vật liệu địa phơng thông qua việc phân tích trạng thái thấm, ổn định các phơng

án thiết bị chống thấm và thiết bị thoát nớc thấm khác nhau Qua đó rút ra một số

kiến nghị cần lu ý trong việc thiết kế và thi công thiết bị chống thấm và thoát nớcthấm dùng trong đập vật liệu địa phơng.

Tính cấp thiết của đề tài:

An toàn đập của các hồ chứa là vần đề hết sức quan trong đối với mỗi địa phơngcũng nh đối với quốc gia Đề tài luận văn đề cập và giải quyết về thiết bị chống thấm

và thiết bị thoát nớc thấm đảm bảo an toàn ổn định cho các đập vật liệu địa phơng.Vì vậy đề tài có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao, là vấn đề cấp thiết trong ngànhthuỷ lợi hiện nay

Phơng pháp nghiên cứu:

Tổng hợp, phân tích các tài liệu về thiết kế, thi công, quản lý khai thác đập vậtliệu địa phơng đã đợc xây dựng, các công trình nghiên cứu của các tác giả đi trớc đãcông bố

Sử dụng phơng pháp mô hình toán học thông qua phần mềm Geo-slope để phântích thấm, ổn định của các trờng hợp nghiên cứu nhằm xác định vai trò và hiệu quảcủa thiết bị chống thấm và thiết bị thoát nớc thấm

Bố cục của luận văn:

Luận văn bao gồm những nội dung sau:

Chơng 3: Hiệu quả của thiết bị chống thấm và thiết bị thoát nớc thấm

Chơng 4: Phân tích hiệu quả thiết bị chống thấm và thiết bị tiêu thoát nớc thấmcho một vài đập điển hình

Kết luận và kiến nghị

Phụ lục

Tài liệu tham khảo

CHƯƠNG 1 Tổng quan về thiết bị chống thấm và thoát nớc

thấm trong thân đập VLĐP

Đập đất là một công trình thuỷ công đợc xây dựng từ mấy nghìn năm trớc côngnguyên, đập đất đợc xây dựng nhiều ở Ai cập, ấn độ, Trung quốc, và các nớc Trung

á của Liên xô cũ với mục đích dâng nớc và giữ nớc để tới hoặc phòng lũ Về sau,

đập đất ngày càng đóng vai trò quan trọng trong các hệ thống thuỷ lợi nhằm lợidụng tổng hợp tài nguyên nớc Trên thế giới các loại đập thấp để chứa nớc, cung cấpnớc cho thành thị đợc xây dựng ở Ai Cập 4400 năm TCN, ở Trung Quốc 2280 nămTCN, đê bảo vệ lãnh thổ Hà Lan cũng đợc xây dựng 2000 năm TCN ởCeylou( Xrilanca) vào năm 405 TCN

Việc sử dụng khối lợng lớn vật liệu tự nhiên sẵn có tại khu vực xây dựng côngtrình là một yếu tố kinh tế thuận lợi của đập đất, đồng thời với công nghệ thi công

đơn giản đã làm giảm chi phí cho công trình Kinh phí công trình đập đất thông ờng chỉ bằng một nửa kinh phí của đập xây Vì vậy, việc xây dựng đập đất đợc phổbiến khắp các nớc trên thế giới, nhất là đối với các hồ chứa nớc loại nhỏ Đến năm

th-1900 cha có đập cao trên 50m, đến năm 1930 cha có đập cao trên 100m Ngày nay,nhờ sự phát triển của nhiều ngành khoa học nh cơ học đất cận đại, lý luận thấm, địa

rệt Kết hợp với thiết bị cơ giới hiện đại năng suất rất cao, do đó có đủ điều kiện xâydựng loại đập đất cao trên 100m Một số đập có chiều cao lớn nh:

Đập Dơmatlam - Pakitstan cao:110m, dài 4000m, hoàn thành năm 1960;

Đập Oroville- Mỹ: cao 224m, dài 1520m;

Đập Swift – Mỹ: cao 156m, dài 640m, hoàn thành năm 1959;

Đập Serre Ponson - Pháp: cao 122m, dài 600m, hoàn thành năm 1960;

Đập Maltmark – Thuỵ sĩ: cao 115m, dài 780m, hoàn thành năm 1960;

Đập đất đợc xây dựng trên thế giới ngày càng nhiều, chất lợng ngày càng tốthơn, tuy nhiên sự cố xảy ra đối với đập đất vẫn xảy ra, mặc dù kỹ thuật thi công đập

đất của một số nớc tiên tiến rất hiện đại Trên phạm vi toàn cầu, trớc năm 1950 tỷ lệ

sự cố là 2,2%; từ năm 1951 tỷ lệ sự cố là 0,5%; sự cố thờng xảy ra với đập vừa vànhỏ, ít xảy ra với đập lớn Trong thực tế đã từng xảy ra sự cố vỡ đập lớn, thờng là dobão lũ Theo thống kê, hơn 70% sự cố xảy ra trong 10 năm làm việc đầu tiên, và tỷ

lệ này còn tăng cao trong năm đầu tiên đa vào khai thác

Tổng kết và phân tích những nguyên nhân gây ra sự cố công trình đất trên thếgiới Middle Brookss cho thấy: trên 60% những sự cố công trình đất do thấm gây ra

và khoảng 10% sự cố công trình có tác nhân kích thích từ thấm, còn lại 30% là docác nguyên nhân khác nh tràn qua mặt đập, trợt mái

Hồ chứa đợc xây dựng nhiều sau năm 1964, đặc biệt là từ khi thống nhất đất nớc(năm 1975) Đập vật liệu địa phơng phát triển không ngừng về cả số lợng và quymô.Từ trớc đến nay, đập chắn ở các công trình hồ chứa nớc ta có chiều cao dới 25mchiếm tỷ lệ lớn (87,18%) Đối với đập có chiều cao vợt quá 25m hiện nay đang đợccác ngành các cấp quan tâm nghiên cứu đầu t và đặc biệt chú trọng đến vấn đề antoàn đập và hồ chứa Hiện nay, chúng ta đang xây dựng nhiều hồ lớn có đập cao,ngay cả những nơi có điều kiện địa hình, địa chất phức tạp Với trình độ khoa họctiên tiến có nhiều biện pháp xử lý cho đập để đảm bảo an toàn hồ chứa Một trongnhững vấn đề đảm bảo an toàn đập và hồ chứa là phải khảo sát đầy đủ, nghiêm túc

và nghiên cứu chi tiết, cẩn thận để đánh giá đúng tình hình địa chất khu vực xâydựng đập, sau đó là tìm đợc biện pháp đúng đắn và thích hợp để xử lý Ngoài ra cầnphải có đội ngũ khoa học kỹ thuật có bề dày kinh nghiệm để giải quyết vấn đề này.Các công trình đầu mối ở hồ chứa trớc đây còn nhiều đơn điệu, ít có sự đổi mới

Đảng và Nhà nớc không ngừng đầu t khuyến khích cho các đề tài nghiên cứu khoahọc mang ý nghĩa thực tiễn về việc áp dụng công nghệ mới, vật liệu mới trong xâydựng đập đất để theo kịp với tiến bộ khoa học kỹ thuật, đạt đến trình độ chung củakhu vực cũng nh trên thế giới

Đa số các công trình làm việc an toàn phát huy hiệu quả, phục vụ phát triển thuỷ

cấp nớc cho sinh hoạt, phục vụ sản xuất nông – công nghiệp (Dầu Tiếng, Núi Cốc,

toàn diện trong cả nớc Bên cạnh đó cũng không ít công trình hiệu quả kém, chủ yếu

do các sự cố phát sinh từ phía đập – hạng mục quan trọng phổ biến và cần thiếtnhất trong việc xây dựng các hồ chứa nớc Để giảm bớt những công trình nh vậy,cần thiết phải đầu t nghiên cứu một cách đúng đắn có khoa học các biện pháp đảmbảo an toàn đập cũng nh hồ chứa mang lại lợi ích tổng hợp cho đời sống kinh tế xãhội

1.3.1 Những sự cố thờng gặp ở đập đất

Theo nghiên cứu của GS.TS Phan Sỹ Kỳ, những sự cố thờng gặp ở đập đất là:Thấm mạnh hoặc sủi nớc ở nền đập (Đập Biển hồ- Hình 1.1)

Thấm mạnh hoặc sủi nớc ở vai đập (Đập hồ Ea Bông- Hình 1-5).

Thấm mạnh hoặc sủi nớc trong phạm vi thân đập (Đập hồ Phú Ninh-Hình 1.10).Trợt sâu mái thợng, hạ lu đập (Đập hồ chứa Đăk Săk - Đăk Mil- Đăk Lăk)

Lũ tràn qua đỉnh đập

Sạt mái đập thợng lu (Đập hồ Hội Sơn - Bình Định)

Nứt ngang đập (Đập Suối Hành – Khánh Hòa nứt ngày 01/12/1986)

Nứt dọc đập (Đập Suối Hành – Khánh Hòa nứt ngày 01/12/1986)

Nứt nẻ sâu mặt hoặc mái đập (Đập Suối Hành – Khánh Hòa nứt mái thợng ngày01/01/1986)

Thấm qua đê, đập vật liệu địa phơng và thấm qua nền đất của các công trìnhthuỷ lợi dâng nớc đợc quan tâm nhiều nhất Hoạt động của dòng thấm gây mất nớc

hồ, thậm chí làm mất ổn định mái dốc, gây ra biến hình thấm cục bộ Theo kết quảtổng kiểm tra, đánh giá hiện trạng công trình năm 1992 của Bộ Thuỷ Lợi đã xác

ổn định chống đẩy bục tầng phủ nền chịu tác động thuỷ lực của dòng thấm có áptrong nền cát

Chỉ sau khi xác định đợc các yếu tố dòng thấm, tác động thuỷ lực của dòngthấm, mới quyết định đợc hình thức và kết cấu của các thiết bị chống thấm, thiết bịthoát nớc thấm, và mới có thể đủ điều kiện để đánh giá ổn định, độ bền và kích thớchợp lý của công trình

Khảo sát đánh giá môi trờng thấm, tính toán các đặc trng của dòng thấm, đánhgiá và dự báo khả năng xảy ra biến dạng thấm, cũng nh thiết kế các kết cấu phòngchống thấm , kết cấu tiêu thoát nớc thấm hợp lý, tin cậy, có hiệu quả là nhiệm vụ rấtquan trọng, không thể thiếu đợc trong thiết kế, thi công và quản lý vận đập bằng vậtliệu địa phơng nói riêng

Một số hình ảnh minh họa về sự cố đập vật liệu địa phơng:

Hình 1.5 Hồ Ea Bông góc bên tả tràn

xả lũ, tờng bên đá xây có nhiều lỗ rò nớc ,

do thấm từ vai tả của tràn

Hình 1.6 Hồ Ea Bông vùng thấm tại

cao trình 452.50

Hình 1.13 Thấm hạ lu đập Cầu t

-Đăklăk

Hình 1.14 Thấm hạ lu đập

Eadrao-Đăklăk

1.3.2 Nguyên nhân gây ra sự cố [11]

1.3.2.1 Điều kiện địa chất, vật liệu đất đắp và khảo sát đánh giá:

Địa chất nền đất công trình, vật liệu đất đắp là yếu tố môi trờng đặc biệt quantrọng đối với khả năng chịu đợc tác động của dòng thấm, không xảy ra biến dạngthấm Công tác khảo sát địa chất nền và vật việu đất đắp trong thực tế cha thực sự

đầy đủ và còn nhiều khiếm khuyết Do đánh giá sai tình hình địa chất nền để sót lớpthấm mạnh không đợc xử lý; khảo sát không đầy đủ, không chính xác (bỏ qua các

vết nứt nẻ và nứt kiến tạo), cung cấp sai các chỉ tiêu cơ lý lực học Vật liệu đắp đậpthờng là không đồng nhất ngay trong một bãi vật liệu, nhng lại đánh giá là đồngchất và đề nghị sử dụng chỉ tiêu cơ lý trung bình Nền đập bị thoái hoá sau khi xâydựng đập nhng khi khảo sát và thiết kế đã không dự kiến đợc

thiết kế xử lý nền, xử lý tiếp giáp nền và thân đập không hợp lý; không có biện pháp

xử lý khớp nối thi công do phân đoạn đập để đắp; thiếu kinh nghiệm thực tế, lựachọn chỉ tiêu đầm nện cha phù hợp, chọn dung trọng khô thiết kế nhỏ hơn trị số cần

đạt theo yêu cầu nên sau khi đầm đất vẫn tơi xốp, bở rời Xử lý vùng địa hình thay

đổi đột ngột từ thấp đến cao không hợp lý tạo nên lún gây nứt thân đập… nên việc xây dựng đập có nhiều tiến bộ rõ

1.3.2.3 Chất lợng thi công kém:

Chất lợng xử lý nền kém; đắp đất ở mang công trình không đảm bảo chất lợng.Bản thân chất lợng đất đắp đập không tốt: hàm lợng cát, bụi dăm sạn nhiều, hàm l-ợng sét ít Không có biện pháp thích hợp để xử lý độ ẩm Đất đợc đầm nện không

đảm bảo độ chặt yêu cầu do: lớp rải dày quá qui định, số lần đầm ít, nên đất sau khi

đắp có độ chặt không đồng đều, phân lớp, trên mặt thì chặt nhng phía dới vẫn còntơi xốp không đạt độ chặt quy định, hình thành từng lớp đất yếu nằm ngang trongsuốt bề mặt lớp đầm Lún nền đột biến do chất lợng nền kém, lún không đều độtbiến trong thân đập do chênh lệch đột biến về địa hình nền đập không đợc xử lý dẫn

đến nứt ngang đập Ngoài ra đối với các công trình thi công nhiều năm đặc biệt làcác công trình do địa phơng tự xây dựng xử lý tiếp giáp giữa các khối thi công mới

và cũ không tốt gây ra thấm và mất ổn định công trình

1.3.2.4 Thiếu sót về giám sát thi công và quản lý vận hành:

Giám sát công trình không tiến hành thờng xuyên và nghiêm túc và toàn diện từkhâu khảo sát, thiết kế đến thi công Điều này đã tạo kẽ hở cho các nhà thực hiệnlàm dối làm ẩu gây ảnh hởng đến chất lợng công trình không đợc đảm bảo Tronggiai đoạn quản lý vận hành thờng không kịp thời phát hiện các biểu hiện ban đầucủa sự cố, hoặc có phát hiện song do không nhận ra đợc tính chất nguy hiểm của cácbiểu hiện đó nên thờng để xảy ra sự cố, không có biện pháp kịp thời xử lý Chủ yếu

do các Cơ chế quản lý phụ thuộc vào cơ chế bao cấp, trì trệ trong công tác quản lý

rất phổ biến nhất là vùng miền núi; Quy trình vận hành ngời vận hành không nhận

đợc quy trình vận hành dẫn đến tình trạng vận hành tùy tiện; Năng lực của cán bộquản lý, đội ngũ cán bộ làm công tác quản lý rất mỏng và trình độ còn hạn chế, l ơngthấp, tránh nhiệm không cao và thủy lợi phí thu đợc không đáng kể thậm chí khôngthu đợc Do vậy công tác bảo dỡng duy tu không đợc thực hiện làm xuống cấp vàgây ra sự cố cho công trình

1.3.2.5 Thấm nhiều, thẩm lậu, biến dạng thấm chiếm tỷ lệ lớn trong các nguyên

1.3.3 Tình hình sự cố đập vật liệu địa phơng ở miền Trung

1.3.3.1 Nguyên nhân chính của sự cố đập vật liệu địa phơng miền Trung

Khu vực miền Trung, Việt nam có điều kiện khí hậu khắc nghiệt làm ảnh hởngkhông nhỏ đến các hồ chứa có công trình chắn nớc là đập VLĐP Ngoài ra, do tác

động của dòng thấm vào đất đắp đập có những chỉ tiêu cơ lý đặc biệt, làm cho đất

đắp bị trơng nở co ngót, tan rã và lún ớt Qua khảo sát các đập đất trong vùng đều bịthấm và mất nớc, có nhiều đập thấm qua thân và nền đập nghiêm trọng dẫn đến mất

ổn định gây ra h hỏng nặng nh đập hồ Long Mỹ – Bình Định, Hồ Buôn Bông - đăkklắk… nên việc xây dựng đập có nhiều tiến bộ rõ

Trong quá trình ngấm nớc, thể tích đất tăng lên Sự trơng nở đợc tạo nên chủ yếu

do sự hình thành nớc liên kết yếu ở trong đất, làm giảm lực dính giữa các hạt đất,phân ly chúng và gây ra sự tăng thể tích Khi tăng độ ẩm cho đất thì hệ số trơng nởtăng lên, đồng thời đặc trng cơ học thay đổi, lực dính và góc ma sát trong đều giảm,

so sánh đất ở trạng thái độ ẩm đầm nện và độ ẩm bão hoà thì các chỉ tiêu cơ lý này

đều giảm tới trên 50%

Tan rã đợc xem là một trong những nhân tố chính gây ra sự cố của đập vùngmiền Trung, nó biểu thị khả năng giữ độ bền liên kết giữa các hạt và nhóm hạt của

đất khi tiếp xúc với nớc Tính tan rã không ảnh hởng đến sự ổn định khối đắp bêntrong mà chủ yếu ảnh hởng đến sự ổn định bề mặt khối đất không đợc bảo vệ, đểtiếp xúc trực tiếp với nớc và không khí

Lún ớt là đặc tính cơ lý đặc biệt thứ ba của đất đắp đập vùng miền Trung Đặc

điểm lún ớt phụ thuộc vào dung trọng, độ ẩm chế bị và loại đất Hiện tợng lún ớt ờng xảy ra sau lần bão hoà đầu tiên của đất hoặc sau khi đất đợc bổ sung nớc Quá

th-trình lún ớt xảy ra sau quá th-trình trơng nở tạo nên một trạng thái nghịch, gây biếndạng lớn trong khối đắp trong thời gian ngắn Đây là nhân tố khá quan trọng gây

ảnh hởng không nhỏ tới ổn định của khối đắp Trờng hợp này ta gặp tại đập AmChúa, đập Sông Quao

Nếu đất bị ảnh hởng đồng thời của 2 hoặc cả 3 tính chất trên thì sự nguy hiểmtăng lên rất nhanh Sự ảnh hởng này xảy ra qua các trờng hợp sau:

thay đổi trạng thái ứng suất của khối, nếu đất không có khả năng biến dạng và thay

đổi lại trạng thái ứng suất cho phù hợp thì nứt có thể xảy ra Đối với khối nằmtrong thân đập thì ống dòng phát triển, còn phần nằm trên mái đập có thể bị xóimòn do dòng chảy mặt, do ma gây ra

hiện tợng tan rã sẽ xảy ra nhanh đối với khối đắp trong thân đập vì hai lý do: độchặt sau trơng nở giảm xuống và dới tác động của cột nớc thấm tăng lên

tiếp giáp với vai đập nền đập thì dòng thấm hình thành và phát triển, kết hợp với

đất có tính tan rã thì quá trình xói thuỷ lực tăng lên rất nhanh

Xét cho cùng thì nguyên nhân gây ra sự cố cho đập vật liệu địa phơng ở khu vựcmiền Trung nớc ta hầu hết do thấm và biến dạng thấm gây ra

1.3.3.2 Các sự cố về đập tiêu biểu [3]

Đập hồ Cà Giây (Bình Thuận)

Xây dựng tháng 10/1998, khi đập đắp cha đến cao trình thiết kế, mực nớc hồdâng lên đến +72,9 (dới MNDBT 3,10m) đã xảy ra rò thấm mạnh thành dòng ở máihạ lu ở cao trình +(61  62)m Các biện pháp bịt thợng lu (ủi đất lấn ra mái thợng l-u) và hạ lu đều không ngăn đợc dòng thấm ngày càng phát triển Công trờng phảicấp cứu bằng các biện pháp: hạ mực nớc hồ bằng xả qua cống và đào một tràn phụ,

đập tránh khỏi thảm họa Sau này đã phải đào ra, đắp lại toàn bộ phần sự cố và mởthêm một tràn xả nhanh có ngỡng sâu dới MNDBT Về nguyên nhân sự cố theo một

số nhà nghiên cứu, khối đất ngừng thi công bị nứt nẻ, co ngót sâu do nắng nóng, đãkhông đợc xử lý trớc khi tiếp tục đắp lên, tạo những lỗ hở lớn trong thân đập khi tiếpxúc và chịu áp lực nớc

Đập hồ sông Quao (Bình Thuận)

Cũng xảy ra thấm trong quá trình thi công Tháng 6/1993, khi đang khoan phụt,

xử lý nền đá ở đập chính nhánh trái, đã phát hiện hiện tợng thấm mất nớc ở thân

đập, mặc dù khối đất đã đầm đạt yêu cầu qua kiểm tra Theo Viện NCKHTL miềnNam, nguyên nhân là do ngừng thi công lâu ngày, khối đất trên mặt bị trơng nở và

co ngót nhiều lần, tạo ra các vết nứt ngày càng rộng, nhng không xử lý tốt trớc khi

đắp tiếp

Đập chính và các đập phụ Long Sơn, Dơng Lâm ở HC Phú Ninh

Sau gần 20 năm làm việc, qua các trận lũ lịch sử cuối năm 1999, đã phát sinhthấm ở thân đập chính và 2 đập phụ Sau mùa lũ, khi mực nớc hồ ở cao trình 32,0m(MNDBT), hiện tợng thấm vẫn còn từ dới +12,0m Các đập này có mặt cắt cơ bản là

đồng chất, tiêu nớc hạ lu bằng đống đá lăng trụ và áp mái

Đập hồ suối Trầu

Công trình ở phía hữu ngạn sông Cái Ninh Hoà, thuộc thôn Tân Trúc - Ninh

Xuân - Ninh Hoà - Khánh Hoà Nhiệm vụ công trình là điều tiết để tới cho 1000ha

đất nông nghiệp Sau khi hoàn thành đã xảy ra sự cố vỡ đập liên tiếp 3 lần trong 3năm 1977, 1978, 1979 Nguyên nhân chính là do lựa chọn các chỉ tiêu đầm nệnkhông phù hợp

Đập hồ Núi Một (Bình Định)

thân đập sau mùa lũ 1996, khi hồ tích nớc ở mực nớc trên MNDBT (trên 44,2 46,4m) Tiếp tục thấm lớn trong mùa lũ 1998 khi mực nớc hồ cao trên 45,1m

Đập hồ Hội Sơn (Bình Định)

Thấm ở thân và nền đập với dòng thấm mạnh, diện rộng, tổng diện tích các vùng bị

Đập hồ Long Mỹ (Bình Định)

Năm 1998 bị thấm lớn khi mực nớc hồ cao trên MNDBT (ở cao trình +31,3 >

cứu chữa

Đập Buôn Bông (Đaklak)

Đập đã xảy ra hiện tợng thấm nghiêm trọng, bị vỡ năm 1993 do lũ lớn

Đập Đaksak (Daklak)

lún ở vai, mái hạ lu bị sạt và h hỏng ở cống lấy nớc

Đập Buôn Tría (Đaklak)

Hình thành 1 tổ chức lực lợng độc lập để tìm ra nguyên nhân:

Khi xảy ra sự cố công trình thuỷ lợi, đặc biệt là đối với sự cố lớn, tình hình rấtphức tạp cả về mặt kỹ thuật và xã hội Vì thế để tìm ra nguyên nhân một các đúng

đắn và khách quan, cần thiết phải hình thành một tổ chức độc lập với những đơn vị

có tính hữu quan khảo sát thiết kế, thi công và quản lý trực tiếp đối với công trình bị

sự cố, có đủ trình độ, có tinh thần trách nhiệm, và làm việc một cách khoa học đểthực hiện thì mới đa lại kết quả Đây là kinh nghiệm rút ra từ thực tế khi xảy ra sự cố

ở một số công trình Thuỷ lợi nh : Đập Suối Trầu, đập Suối Hành, đê Yên Phụ NhậtTân, đập Đáy, v.v… nên việc xây dựng đập có nhiều tiến bộ rõ

Việc kết luận về nguyên nhân gây ra sự cố phải căn cứ vào kết quả điều tra khảo sát cụ thể tại chỗ một cách toàn diện, kết hợp với phân tích có luận cứ khoa học, thận trọng và tỉnh táo:

Khi xảy ra sự cố tình hình sẽ phức tạp Đây là cơ hội để mọi loại ý kiến, quan

điểm, và nhận thức bùng nổ dới mọi hình thức Ngoài việc hình thành tổ chức độclập để tìm nguyên nhân ra, nếu các cơ quan quyền lực không tỉnh táo, thận trọng thì

có khi tai hoạ sẽ giáng oan trái vào một số cá nhân hoặc đơn vị vô can; đồng thời sẽgặp bế tắc trong biện pháp xử lý sự cố Vì thế cách tốt nhất là phải điều tra khảo sátthực tế, nếu điều kiện cho phép thì nên khai quật công trình tận mắt khám nghiệmhiện trờng hơn là suy đoán khi không có căn cứ thực tế Ngoài ra kinh nghiệm cũngcho thấy rằng, khi bộ phận quan trọng của công trình có chất lợng kém để gây ra sự

cố, thì thông thờng do nhiều nguyên nhân; vì thế việc điều tra nghiên cứu phải toàndiện, không nên hấp tấp vội vàng, chỉ nhằm vào 1 nguyên nhân, để lọt các nguyênnhân khác cũng không kém phần quan trọng và sự cố không đợc giải quyết triệt đểnên công trình lại bị sự cố lần khác

Những xử sự khi sự cố xảy ra ở đê Yên Phụ Nhật Tân, đập tràn Dầu Tiếng, đập

Xử lý kịp thời:

Khi phát hiện ra sự cố, cho dù là sự cố nhỏ, lớn hay nghiêm trọng, nhất thiếtphải xử lý kịp thời Sở dĩ nh vậy, bởi vì sự cố bao giờ cũng có quá trình phát triển;nếu không sử lý ngay từ đầu thì từ sự cố nhỏ sẽ trở thành to, từ không nghiêm trọng

sẽ trở thành nghiêm trọng, từ cục bộ ở một hạng mục dẫn đến sự cố các hạng mục

có liên quan thậm chí cho cả công trình

Chia đợt để xử lý:

Xử lý khẩn cấp: để ngăn chặn sự cố phát triển

Xử lý triệt để: để khắc phục hậu quả và loại trừ sự cố Đồng thời chỉ khi nào xác

định đợc nguyên nhân cụ thể và xác đáng (không suy đoán) mới tiến hành xử lý triệt

để

Sở dĩ phải phân đợt nh vậy bởi vì nếu gộp 2 đợt làm 1 để xử lý 1 lần thì phải chờ

đợi rất mất thời gian để khảo sát, nghiên cứu và tìm ra nguyên nhân, thực tế cho thấyrằng việc này bao giờ cũng rất phức tạp và tốn rất nhiều thời gian; trong khi đó thì sự

cố vẫn phát triển và có thể đã trở nên nghiêm trọng

Biện pháp xử lý phải triệt để không nửa vời và phải xử lý đúng nguyên nhân:

Nguyên tắc này đảm bảo cho việc xử lý thành công sự cố, đồng thời tránh đợc sự

cố lặp lại, nếu không nh vậy việc xử lý phải làm đi làm lại nhiều lần, chi phí tốnkém

Tận dụng tối đa những bộ phận h hỏng, khắc phục luôn những sự cố nhỏ khác để hoàn thiện công trình, tránh tình trạng đã khắc phục sự cố này công trình vẫn còn những sự cố khác cha đợc khắc phục:

Nguyên tắc này đảm bảo việc khắc phục sự cố khách quan, ngăn chặn đợcnhững ý đồ cá nhân không lành mạnh, giảm thiểu chi phí để khắc phục sự cố và

đồng thời làm cho công trình hoàn thiện đồng đều và toàn diện sau khi khắc phục sự

cố nhiều lần, vừa ảnh hởng đến sản xuất, ảnh hởng đến tuổi thọ của công trình vàgây ra tâm lý xã hội không tốt

Qua những sự cố đã xảy ra, kinh nghiệm cho thấy có 2 loại trạng thái:

Loại thứ nhất là thời điểm công trình xảy ra sự cố thờng là khá dài sau khi kếtthúc xây dựng, những ngời đã chỉ đạo hoặc chủ trì thiết kế, thi công đã chuyển đicác đơn vị khác, hoặc đã mất; do đó việc phán xử và thực hiện các biện pháp xử lý

sự cố thờng là những nhân vật mới mà phần lớn về tâm lý họ không muốn dính dáng

đến công trình cũ, có những ngời vì động cơ cá nhân, nên hậu quả là cả 2 loại nhânvật đó đều thống nhất phá bỏ công trình cũ để làm cái mới, hơn là tìm biện phápkhắc phục hậu quả và những hạn chế cho bản thân công trình và tìm cách sử dụngtriệt để những bộ phận không bị sự cố

Loại thứ hai là những nhân vật cũ vẫn còn ở đơn vị cũ hoặc còn trực tiếp chịutrách nhiệm về công trình đó, thì ngợc lại, về tâm lý muốn khoanh và thu hẹp sự cốlại trong phạm vi sự cố trực tiếp rõ ràng đã xảy ra buộc phải xử lý, còn sự cố đangtiềm ẩn hoặc các sự cố khác thì muốn lờ đi.

Trong những trờng hợp đó tình hình trở nên phức tạp, vì từ vấn để kỹ thuật đãchuyển qua vấn đề xã hội nên việc phân giải vừa tốn nhiều công sức, phải thực sựkhách quan, sáng suốt, rất kiên trì và tế nhị mới thu đợc kết quả tốt

Từ các nguyên tắc, biện pháp đã nêu ở trên giúp cho ta có những nhận xétkhách quan và đúng đắn và đa ra quyết định chọn giải pháp hợp lý giải quyết sự cốcho công trình cụ thể

Khi thân đập và nền đập là các loại đất hạt lớn hoặc trên nền đá nứt nẻ có hệ sốthấm lớn, cần phải bố trí những vật chống thấm trong thân đập và nền đập bằngnhững vật liệu ít thấm nhằm hạn chế lu lợng thấm đề phòng các hiện tợng biến dạngcủa đất dới tác dụng của dòng thấm đồng thời hạ thấm đờng bão hoà, tăng ổn địnhmái dốc hạ lu Các hình thức chống thấm cho thân và nền đập thờng dới dạng tờngnghiêng, tờng lõi, sân trớc tờng răng, bản cọc, ống cọc, màng xi măng, màng séthoặc các loại khác Vật liệu chống thấm có thể là loại dẻo nh sét, á sét nặng, bê tôngsét, các vật liệu làm bằng nhựa đờng, các loại chất dẻo hoặc loại cứng nh bê tông,

bê tông cốt thép, gỗ, … nên việc xây dựng đập có nhiều tiến bộ rõ

Theo tiêu chuẩn Thiết kế đập đất đầm nén - 14-TCN 157-2005

1.4.1 Thiết bị chống thấm cho thân đập:

1.4.1.1 Tờng lõi:

Tờng lõi chống thấm cho thân đập có dạng gần thẳng đứng nằm chính giữa đậphoặc hơi nghiêng dịch về thợng lu để tăng khả năng chống thấm và hạ thấp đờngbão hòa (Hình1.19 a,b)

Vật liệu làm tờng lõi có thể là loại đất ít thấm hoặc các loại vật liệu chống thấmkhác không phải là đất nh: bê tông, bê tông cốt thép, bê tông nhựa đờng, vật liệupolyme(hóa dẻo), tờng lõi kiểu màn phụt vữa

MNTL MNTL

Hình1.19 Thiết bị chống thấm thân đập tờng lõi

1.4.1.2 Tờng nghiêng:

Tờng nghiêng nằm dọc theo mái thợng lu và có nhiệm vụ chống thấm cho toàn

bộ thân đập, thờng đợc áp dụng cho đập nhiều khối có chiều cao thấp và nền ít biếndạng (Hình 1.20)

Cũng nh tờng lõi vật liệu làm tờng nghiêng có thể là loại đất ít thấm hoặc cácloại vật liệu chống thấm khác không phải là đất nh: bê tông, bê tông cốt thép, bêtông nhựa đờng, vật liệu polyme(hóa dẻo)

MNTL

Tư ờngưnghiêng



Hình1.20 Thiết bị chống thấm thân đập tờng nghiêng

1.4.1.3 Khối chống thấm thợng lu:

Khi xây dựng không đủ vật liệu làm đập đồng chất thờng làm đập nhiều khối cókhối đất ít thấm bố trí phía thợng lu đập và khối đất thấm ở phía hạ lu Khối đất ítthấm có tác dụng chống thấm cho thân đập.(Hình 1.21)

MNTL

Khốiưchốngưđấtưítưthấm

Khốiưđấtưthấmư

Hình1.21 Khối chống thấm thợng lu

Vật chống thấm bằng vật liệu cứng chỉ dùng trong những trờng hợp khi không

có điều kiện sử dụng vật liệu dẻo hoặc dùng vật liệu dẻo không kinh tế và nền ít biếndạng vì vật chống thấm cứng có kết cấu phức tạp, thi công khó khăn, tốn vật liệuquý và giá thành cao Hiện nay phổ biến trong thiết kế đập đất là sử dụng vật liệudẻo làm vật chống thấm

Khi khu vực xây dựng công trình không có loại đất thích hợp cho bộ phận chốngthấm hoặc khí hậu bất lợi cho thi công đất chống thấm, thì cần xem xét áp dụng bộphận chống thấm không phải là đất Về hình thức chống thấm nên áp dụng các hìnhthức:

Tờng lõi bê tông và bê tông cốt thép

Tờng nghiêng bê tông cốt thép

Tờng lõi và tờng nghiêng bê tông nhựa đờng

Tờng nghiêng vật liệu hóa dẻo

Tờng lõi bằng màn phụt chống thấm

Tờng hào xi măng bentonit

Khi áp dụng cần tuân theo các quy tắc chung đối với mỗi hình thức quy định ở

điều 4.4.8 Tiêu chuẩn Thiết kế đập đất đầm nén - 14-TCN 157-2005:

1.4.2 Thiết bị chống thấm cho nền đập:

Đập đất xây dựng trên nền thấm nớc cần thiết phải có biện pháp xử lý chốngthấm cho nền nhằm hạn chế sự mất nớc đồng thời đề phòng biến dạng thấm trongnền Hình thức chống thấm trong nền phụ thuộc vào loại đập (đồng chất hay có kếtcấu chống thấm trong thân đập), chiều sâu tầng thấm nớc và tính chất đất nền và

điều kiện thi công

Đối với đập đất đồng chất xây dựng trên nền thấm nớc thì hình thức chống thấmcho nền là tờng răng, bản cọc nếu là nền đất, hoặc màn xi măng nếu là đá

Với đập không đồng chất có tờng lõi hoặc tờng nghiêng thì vật chống thấm thân

đập và nền đập thờng nối tiếp với có các hình thức sau: Chân khay, sân phủ, tờnghào bê tông hoặc bê tông Bentonite, màng vữa xi măng, bản cọc

Liên kết giữa thiết bị chống thấm với nền

Trờng hợp nếu nền có thiết bị chống thấm thì bộ phận chống thấm của thân phảinối tiếp với nền tốt tạo thành một thể thống nhất không tách rời

Nếu đập xây dựng đập trên nền không thấm thì tờng lõi giữa và tờng nghiêngphải chôn sâu xuống nền ít nhất là 50cm Nếu nền đá không thấm thì vật chốngthấm nối tiếp với nền bằng những tấm đệm kiểu tờng răng bê tông (Hình 1.22.a,b),

nếu nề đá nứt nẻ nhiều thì phải xử lý bằng cách phụt xi măng thành màng chốngthấm (Hình 1.22.c,d).

b MNTL

Hình1.24 Vật chống thấm nền đập bằng khoan phụtTrờng hợp nếu tầng nền thấm nớc tơng đối lớn thì dùng màng vữa xi măngxuống tận đáy tầng không thấm(Hình 1.24.a,b)

Ví dụ về sơ đồ xử lý màng chống thấm xi măng ở nền đập của đập suối Hành(hình 1.25)

500

Tấmưđệmưbằngưbêưtông Nềnưđá

Cácưhàngưkhoanưngoài Hàngưkhoanưgiữa

1.4.2.4 Tờng hào bê tông bentonite

Khi tầng thấm nớc nền có nhiều cuội sỏi và đá phải dùng tờng bê tông làm vậtchống thấm cho nền đập (Hình 1.27) Hình 1.27.a,b dùng cho đập đồng chất, Hình1.27.c,d,e,f dùng cho đập không đồng chất

MNTL

b MNTL

Đập vật liệu địa phơng dù có đầm chặt đến đâu cũng không thể bảo đảm tuyệt

đối không thấm nớc Sau khi hồ bắt đầu tích nớc, cũng là khi mực nớc thợng lu đợcdâng cao hơn mực nớc hạ lu Nớc di động qua các kẽ rỗng trong thân đập, trong nềntrong quá trình đi từ thợng lu về hạ lu, gây áp lực lên các bộ phận công trình nằmtrong miền thấm Lúc đó, thân đập cũng bắt đầu chịu một áp lực của nớc và phátsinh hiện tợng thấm, thân đập càng cao thấm nớc càng nhiều Nếu không có biệnpháp tiêu thoát nớc thấm này ra ngoài thân đập thì đất đắp dới phần chân mái hạ lu

dễ bị bão hoà nớc, gây nguy hiểm cho công trình, có thể dẫn đến sạt lở mái hạ lu

đập

Thiết bị tiêu thoát nớc thấm trong thân đập có nhiều loại Việc phân loại tuỳ

14-TCN 157-2005” nớc ta có 6 loại chủ yếu, Trung Quốc có 4 loại theo Quy phạm

Thiết kế đập đất đá kiểu đầm nén SDJ 218-84

thuật tới tiêu Đập Đất” của Viện tới tiêu

1.5.1 Theo tiêu chuẩn Thiết kế đập đất đầm nén - 14-TCN 157-2005.

1.5.1.1 Tiêu nớc kiểu lăng trụ (Đống đá tiêu nớc)

Cấu tạo: Đây là kiểu thiết bị tiêu thoát nớc thấm thờng dùng nhất Khối lăng trụ

đợc xếp bằng đá hộc hoặc bằng các ống bê tông xốp cao dới dạng mặt cắt hìnhthang Chiều rộng đỉnh đống đá theo yêu cầu thi công không nhỏ hơn 1m, chiều caophải hơn mực nớc hạ lu lớn nhất từ 0,5  1m (dự trữ về sóng) Giữa lăng trụ và thân

đập có một số lớp của tầng lọc ngợc

u điểm: bảo vệ mái dốc hạ lu trớc tác động của nớc và sóng gió, thoát nớc cho cả

thân và nền đập, nhằm tăng ổn định mái dốc hạ lu Với kết cấu và giải pháp thi công

đơn giản, có thể dùng kết hợp làm đê quai nên suất đầu t thấp

Nhợc điểm: hình thức này tiêu tốn nhiều đá và vật liệu làm tầng lọc nên thờng

chỉ dùng ở những vùng đáp ứng đủ lợng đá yêu cầu Ngoài ra, khi nền xấu cũng dễsinh lún nhiều

>1,5m

ư-ư1:2

Đáưhộc Dămưsỏi Cátư

m2

Hình 1.29 Thoát nớc kiểu lăng trụ

1.5.1.2 Tiêu nớc kiểu áp mái

Cấu tạo: Đây là loại thoát nớc thân đập đơn giản nhất Nó gồm một số lớp vật

liệu dễ thoát nớc bố trí theo nguyên tắc tầng lọc ngợc, phủ trực tiếp trên chân mái

đập, cao hơn điểm ra của đờng bão hoà từ 0,5  1m Lớp ngoài cùng là đá hộc, đợcxếp theo mái hạ lu

Ưu điểm: cấu tạo đơn giản, ít tốn vật liệu, dễ kiểm tra sửa chữa

Nhợc điểm: kiểu thoát nớc này không có tác dụng hạ thấp đờng bão hoà mà chỉ

có tác dụng ngăn ngừa biến hình thấm ở mái hạ lu

Cấu tạo: Kết cấu này có cấu tạo dạng lớp liên tục (phẳng) hoặc ở dạng các dải

tiêu nớc ngang và dọc bằng các loại vật liệu hòn lớn và có lớp lọc ngợc bảo vệ Làmhơi nghiêng về hạ lu với độ dốc 0.005 – 0,01 Kích thớc bộ phận tiêu nớc phải xác

định theo tính toán về thuỷ lực và thấm, và có xét tới điều kiện thi công kết cấu tiêunớc

Hình 1.31 Tiêu Kiểu gối phẳng

Ưu điểm: có tác dụng hạ thấp đờng bão hoà một cách rõ rệt, tiết kiệm đợc vật liệu

đá,

Nhợc điểm: khó kiểm tra, sửa chữa.

1.5.1.4 Tiêu nớc kiểu ống dọc và dải lọc (thẳng đứng hoặc nằm ngang)

Hình 1.32 Tiêu nớc dạng ống thẳng

Hình 1.33 Tiêu nớc dạng ống thẳng

MNTL

Hình 1.34 Tiêu nớc dạng ống thẳng

Cấu tạo: Bộ phận tiêu nớc kiểu ống làm bằng các ống có đục lỗ thoát nớc, đúc

bằng sành, bê tông, bê tông cốt thép có các khe nối đợc làm liền hoặc để cách, cólọc ngợc tơng ứng đắp xung quanh Đờng kính ống đợc xác định bằng cách tính toán

thuỷ lực dựa vào lu lợng thấm, thờng khoảng 1530cm Cứ cách nhau 50200mcần bố trí một giếng quan sát Nớc thấm đợc tập trung vào đờng ống đặt dọc thân

đập và theo các ống nhánh bố trí cách nhau (1540)m để chảy ra hạ lu Xung quanhống thoát nớc có tầng lọc ngợc

Ưu điểm: có tác dụng lớn đối với việc hạ thấp đờng bão hoà.

Nhợc điểm: dễ bị tắc, gãy, khó sửa chữa.

1.5.1.5 Tiêu nớc kiểu giếng ở chân đập

Cấu tạo: Loại thoát nớc này gồm các lỗ khoan trong đó có tầng lọc ngợc hoặc

trong đặt những ống bê tông thành có đục lỗ thoát nớc

Ưu điểm: có tác dụng lớn đối với việc giảm áp lực thấm rất lớn phát sinh ở chân

đập, đảm bảo ổn định thấm cho đập, không gây trôi đất dẫn đến sự cố

Nhợc điểm: Giá thành đắt, thi công khó khăn.

1:2,0

0 15

0 3

1.5

150mm

Hình 1.35 Tiêu nớc kiểu giếng ở chân đập

1.5.1.6 Tiêu nớc hỗn hợp kiểu ống khói

Cấu tạo: Bao gồm thiết bị tiêu nớc đứng kiểu ống khói bằng cát lọc, thảm đá dăm

sạn tiêu thoát nớc nằm ngang và lăng trụ tiêu thoát nớc ở chân hạ lu

Ưu điểm: Làm việc hiệu quả đối với đập nhiều khối, ngăn ngừa rò rỉ ra mái hạ lu

và hai bên vai đập Hạ thấp đờng bão hoà trong thân đập, khống chế dòng thấm dị ớng theo chiều ngang do thi công với đập đồng chất

h-Nhợc điểm: Thi công phức tạp khó kiểm tra tình hình làm việc của ống khói, khó

sửa chữa… nên việc xây dựng đập có nhiều tiến bộ rõ

1.5.2 Theo quy phạm Thiết kế đập đất đá kiểu đầm nén – SDJ 218-84 của

Trung Quốc

1.5.2.1 Thiết bị tiêu nớc loại A hình lăng thể (lọc nớc chân đập)

Loại này tơng đơng với thiết bị tiêu nớc kiểu lăng trụ

1.5.2.2 Tầng thoát nớc sát mái loại B

Loại này tơng đơng với thiết bị tiêu nớc kiểu áp mái

1.5.2.3 Thiết bị thoát nớc trong thân đập loại C

Bao gồm: tầng thoát nớc phần đệm, đới thoát nớc hình lới, ống thoát nớc, thểthoát nớc kiểu đứng… nên việc xây dựng đập có nhiều tiến bộ rõ

đứng và đống đá tiêu nớc chân mái đập phía hạ lu Phần đứng thờng liên quan đếntầng lọc khi đặt trên cả hai phía của phần không thấm trong đập kiểu phân vùng và

nh là cái chắn trong trờng hợp đập đồng chất

1.5.3.4 ống tiêu nớc ghép

ốngưtiêu

ốngưtiêu MNTL

Đáưđổ

m2

m1

SHAPE \* MERGEFORMAT Hình 1.39 ống tiêu phối hợp

Tơng tự nh ống tiêu nớc đứng nhng có thêm các dải hoặc ống tiêu nằm ngang ởphía trong thân đập

1.5.3.5 ống tiêu nớc nền bảo vệ mái

Các ống tiêu đợc đặt ở nền của các tiêu chuẩn bảo vệ mái phía thợng lu

đập là 2 kết cấu tiêu nớc đợc bổ sung thêm ở quy phạm SDJ 218-84 so với quyphạm gốc cũ của Trung Quốc Loại hình này mới đợc đa vào áp dụng trong mấynăm gần đây ở Trung Quốc

rộng thêm loại hình dùng để hạ thấp áp lực khe rỗng trong thân đập, thay đổi

ph-ơng hớng dòng thấm… nên việc xây dựng đập có nhiều tiến bộ rõ

Thiết bị tiêu nớc thân đập phù hợp là loại thoả mãn các điều kiện:

lở mái dốc đồng thời nhờ có tầng lọc ngợc mà tránh đợc hiện tợng xói ngầm thân

đập

là các loại hạt sét và giảm áp lực thấm có áp ở dới nền đập

1.6 Về tiêu chuẩn thiết kế đập đất đầm nén và thiết bị tiêu nớc

Quy phạm thiết kế đập đất QP-TL- C- 6 –70 xuất bản năm 70 đợc sử dụng chokhu vực Bắc và Bắc Trung Bộ nớc ta trớc ngày giải phóng miền Nam Về sau, quy

định của quy phạm QPVN 11–77 đợc chọn làm cơ sở pháp lý trong công tác thiết

kế đập đất Gần đây ngày 04-11-2005 có quyết định ban hành tiêu chuẩn ngành :

bộ phận của đập đất đầm nén Thiết bị tiêu nớc cha thấy có quy phạm quy định thiết

kế cụ thể ngoại trừ Quy phạm thiết kế tầng lọc ngợc công trình thuỷ công QPTL–

Các đập đều cha đảm bảo an toàn về chống thấm, các sự cố mất ổn định về thấm

đều xảy ra khi đập làm việc cha đến MNDBT thiết kế, nhiều đập rò thấm khi mớitích nớc ở dới MNDBT (suối Trầu, suối Hành, Am Chúa, Cà Giây) hoặc dới MNTK(Núi Một, Long Mỹ, Hội Sơn… nên việc xây dựng đập có nhiều tiến bộ rõ)

Thiết bị quan trắc sơ sài và cha đủ Các đập lớn do Bộ Thuỷ lợi cũ (nay là Bộ NN

& PTNT) quản lý và đầu t có đặt các thiết bị quan trắc thấm và biến dạng (chỉ đobiến dạng theo phơng thẳng đứng, tức là đo lún), còn hầu hết các đập do địa phơngquản lý hầu nh không có thiết bị quan trắc

Thiết bị quan trắc thấm hiện có đều thuộc công nghệ cũ từ những năm 50, 60 khó

đo đạt chính xác Việc quan trắc cũng cha thờng xuyên theo qui định

1.7.2 Về thiết bị thoát nớc thấm

Các công trình đập sử dụng vật liệu địa phơng ở nớc ta chủ yếu sử dụng 6 loạikết cấu thiết bị tiêu nớc kể trên Kết cấu thoát nớc thấm trong thân đập đã thiết kế vàthi công đa số là loại kết cấu hỗn hợp, trong đó loại kết cấu có kết hợp lăng trụ tiêunớc kết hợp ốp mái chiếm đa số Đối với tính chất đặc biệt của vật liệu miền trungcác nhà t vấn đề xuất mặt cắt đập hỗn hợp nhiều khối với thiết bị tiêu n ớc kiểu ốngkhói hỗn hợp tỏ ra chiếm u thế Tình trạng làm việc của đập có kết cấu nh vậy nhìn

chung làm việc an toàn, tình hình thẩm lậu, rò rỉ ra mái hạ lu và hai bên vai đồi làkhông đáng kể Trái lại, đa số các đập với các kiểu thoát nớc truyền thống tình hìnhthẩm lậu rất đáng lu ý, đây là một trong những nguyên nhân trực tiếp dẫn đến sựxuống cấp hồ chứa khu vực miền trung

Dới đây là các kiểu thiết bị chống thấm và tiêu thoát nớc thấm đã đợc áp dụng

và mức độ xảy ra biến dạng thấm ở một số đập vật liệu địa phơng ở nớc ta(Bảng 1.1)

Thiết bị chống thấm

Tình hình thẩm lậu

HLĐP năm 95

Đồng chất cósân phủchống thấmcho nền

Thấm lớn mái

HL, vai ĐC, ĐP

vai đồi

11 Núi Ngang Q.Ngãi 28,7 ống khói hỗn

hợp Nhiều khối Vừa thi công

15 Thuận Ninh B.Định 28,7 ống khói Tờng tâm Tốt

17 Hội Sơn B.Định 29,2 LT (cũ AM) Đồng chất Thấm ra mái HL

Suối Hành

K.Hoà

Nhiều khối,tờng lõi +Khoan phụtnền

thảm lọc

Tờng tâmmềm

Mái HL và vai

đồi khô

30 Cà Giây B.Thuận 25,4 Lăng trụ

Chânkhay+màngchống thấmnền

Thấm suýt vỡ khi

34 Buôn Joong Đaklak 28 ống khói

35 Buôn Triết Đaklak Lăng trụ

41 Easoup

52 Đập Chuồi Quảng

ống khóihỗn hợp Đồng chất

Đồng chất ởsờn đồi chânkhay

1.8 Kết luận chơng I

- Đập vật liệu địa phơng chủ yếu là vật liệu hạt tạo nên các kẽ rỗng nên thấmqua thân đập, nền đập và vai đập là khó tránh khỏi Đờng bão hòa dâng cao, áp lựcthấm lớn dễ gây biến dạng thấm dẫn đến mất ổn định mái dốc Chính vì vậy thiết bịchống thấm và thoát nớc thấm là hai bộ phận quan trọng hàng đầu trong việc thiết

kế và thi công đập vật liệu địa phơng

- Các loại thiết bị chống thấm và thoát nớc thấm rất phong phú và đa dạng phụthuộc vật liệu đắp đập, địa chất đất nền, địa hình, quy mô đập và loại kết cấu đập Chúng đợc trải nghiệm thực tế ở trong nớc cũng nh các nớc trên thế giới thành công

có, thất bại có Kế thừa kinh nghiệm thành công và tránh các sai lầm, thất bại cũng

nh nghiên cứu cải tiến, bổ sung, hoàn thiện thiết bị chống thấm và thoát nớc thấmvẫn là vấn đề có tính thời sự và thiết thực

- Chơng một đã thu thập đợc một số tài liệu thiết kế, thi công, theo dõi trong quátrình quản lý khai thác,các số liệu quan trắc về thấm trong thân đập của một số đập

điển hình đã thiết kế và thi công ở nớc ta

- Để việc lựa chọn hình thức và thiết kế thiết bị chống thấm và thoát nớc thấmcho các đập có hiệu quả, cần phải nghiên cứu điều kiện áp dụng thiết bị chống thấm

và thoát nớc thấm, hiệu quả làm việc của chúng để đảm bảo an toàn đập Đó cũngchính là mục đích mà luận văn muốn đề cập nghiên cứu để góp phần phân tích, làmsáng tỏ và rút ra đợc một số kết luận và đề nghị nhất định

CHƯƠNG 2 Khảo sát một số phơng pháp Tính toán thấm , kiểm

tra độ bền thấm và ổn định mái dốc

Đất là vật liệu có lỗ rỗng lớn, khi xây dựng đập tích nớc tạo nên chênh lệch mựcnớc thợng hạ lu gây ra dòng thấm Dòng thấm qua công trình đất hay nền gây nhiều

trong lõ rỗng của đất đợc thoát ra sẽ gây nên sự có kết của đất Trong việc nghiêncứu và lựa chọn phơng pháp tính thấm theo bài toán thấm ổn định, theo tác giả đây

là việc làm cần thiết Dới đây tác giả xin trình bày một số phơng pháp tính toán:

2.1.1 Phơng pháp cơ học chất lỏng

Phơng pháp cơ học chất lỏng xét dòng thấm chuyển động ổn định (không giớihạn xét chuyển động biến đổi chậm) trong môi trờng đồng nhất đẳng hớng Dùngcác công cụ toán học để giải phơng trình Laplaxơ, phơng pháp cơ học chất lỏng cóthể giải quyết đợc các bài toán thấm ổn định biến đổi gấp nh thấm dới đáy côngtrình thuỷ lợi, thấm qua đê, đập đất

2 2

2 2

x

h h

Với điều kiện biên giới cụ thể, tìm ra hàm số cột nớc h(x,y) Chuyển động thoả mãn

điều kiện nêu trên là chuyển động không xoáy – chuyển động thế

Ưu điểm: Phơng pháp cơ học chất lỏng chủ yếu có tầm quan trọng về mặt lý

thuyết, trên cơ sở đó ngời ta có thể đa ra những các giải quyết gần đúng ứng dụngnhững lời giải của cơ học chất lỏng ta có thể lập đợc những biểu đồ tính toán đểdùng trong thực tế

Nhợc điểm: Phơng pháp này chỉ sử dụng đợc trong trờng hợp bài toán có sơ đồ

đơn giản, môi trờng thấm đồng nhất đẳng hớng Khi gặp những sơ đồ phức tạp (điềukiện ban đầu và điều kiện biên phức tạp) thì cách giải này gặp phải nhiều khó khăn

về mặt toán học và trong nhiều trờng hợp gần nh bế tắc Do vậy trong thực tế thiết

kế tính toán thấm, phơng pháp này ứng dụng rất hạn chế

2.1.2 Phơng pháp thuỷ lực

Khi tính toán thấm qua đê, đập đất theo phơng pháp thuỷ lực, cần chú ý đến một

số giới hạn và giả thiết sau đây:

Chỉ giới hạn xét dòng thấm ổn định, biến đổi dần, tuân theo định luật Đác-xy

Đất là môi trờng đồng chất và đẳng hớng, nớc không thể ép co đợc và chứa đầycác khe rỗng trong đất

Trong miền thấm không có điểm tiếp nớc cũng nh không có điểm rút nớc

Chỉ xét bài toán phẳng

Không xét đến sự trao đổi nớc thấm giữa thân và nền đập

Chỉ xét mặt tầng không thấm nớc nằm ngang

Sử dụng tiền đề DuyPuy, sử dụng giả thiết CôZeny khi có thiết bị thoát nớc thấm

Sử dụng một số phép biến đổi sơ đồ tơng đơng để đa đến các sơ đồ đơn giản củabài toán cơ bản đã biết Ví dụ nh, biến đổi mái thợng lu về mái thẳng đứng, biến đổi

đập có tờng nghiêng hoặc tờng có lõi mềm bằng đất sét ít thấm nớc về đập đồngchất, lấy đáy đập theo cách trung bình hoá nằm ngang để đa vào tính toán… nên việc xây dựng đập có nhiều tiến bộ rõ

Ưu điểm:

toán đơn giản, dễ tính toán

dụng rộng rãi

Nhợc điểm và điều kiện ứng dụng:

của dòng thấm trong một khu vực lớn hoặc toàn miền thấm

thấm biến đổi chậm (hoãn biến) Vì ở khu vực tam giác thợng lu đờng dòng có độcong lớn, không thoả mãn điều kiện dòng thấm biến đổi chậm, do đó nhiều tác giả

đã dùng các phép biến đổi tơng đơng để tính toán gần đúng lu lợng thấm qua phầnnêm thợng lu

mặt cắt tính toán của đập Sơ đồ hoá là yêu cầu thờng gặp và bắt buộc khi mặt cắtthực của đê, đập đất không thoả mãn các giả thiết, các điều kiện biên yêu cầu của

PP thuỷ lực PP thuỷ lực chỉ xét mặt tầng không thấm nớc phẳng (phẳng nghiênghoặc phẳng ngang) Vì vậy phải sơ đồ hoá mặt tầng không thấm nớc cong, ghồ ghề

về mặt phẳng Đối với đê, đập đất còn cần phải sơ đồ hoá về mặt nằm ngang.Nguyên tắc sơ đồ hoá trong mọi trờng hợp là phải đảm bảo lu lợng thấm giữa sơ

đồ thực và sơ đồ biến đổi không vợt quá sai số cho phép

2.1.3 Phơng pháp mô hình thấm phần tử hữu hạn

Phơng pháp mô hình số trong cơ học nói chung và cho dòng thấm nói riêng (còngọi là phơng pháp máy tính số, cũng còn đợc gọi là phơng pháp mô hình toán học),gồm các môđun: mô tả chuyển động và trạng thái của dòng thấm bằng các phơngtrình vi phân đạo hàm riêng, thuật toán để giải các phơng trình vi phân, và chơngtrình máy tính để tính toán tìm lời giải các thông số của dòng thấm bàng kết quả số

và hình vẽ

So với mô hình thấm sai phân hữu hạn, thì mô hình thấm phần tử hữu hạn cónhiều u điểm nổi bật hơn, vì các phần tử đợc chia linh động hơn, phù hợp hơn vớicác môi trờng thấm phân lớp, thuật toán giải mềm dẻo và hiệu quả hội tụ tốt hơn, dễlập chơng trình tính hơn, thuận lợi để tự động hoá tính toán hàng loạt lớp bài toán cókích thớc, hình dạng, điều kiện biên về thấm khác nhau Đặc biệt, có thể giải đợccác bài toán thấm rát phức tạp về điều kiện biên giới, điều kiện ban đầu mà các PPthuỷ lực hoặc PP cơ học chất lỏng rất khó giải đợc

Phơng pháp PTHH không tìm dạng xấp xỉ của hàm cần tìm trong toàn miền xác

định mà chỉ trong từng miền con thuộc miền xác định (các phần tử) Do đó, phơngpháp phần tử hữu hạn rất thích hợp với hàng loạt những bài toán vật lý và kỹ thuật,trong đó hàm cần tìm đợc xác định trên những miền phức tạp, bao gồm nhiều vùngnhỏ có đặc tính khác nhau Hơn thế nữa, ma trận chủ yếu lập nên trong phơng phápphần tử hữu hạn sẽ là ma trận băng làm cho việc tính toán càng thêm thuận tiện Đấy

là những lý do chính khiến phơng pháp phần tử hữu hạn ngày càng đợc sử dụng phổbiến và chiếm u thế nổi bật trong các phơng pháp số hiện nay

Trong phơng pháp phần tử hữu hạn, hàm xấp xỉ đợc biểu diễn với các giá trị sốcủa hàm, hoặc có khi cả các trị số đạo hàm của nó ở một số điểm xác định trên miềncon Các trị số này đợc coi là các ẩn số và đợc xác định từ những điều kiện ràngbuộc cụ thể của từng loại bài toán

Việc đầu tiên khi áp dụng phơng pháp PTHH là cần thay thế miền tính toán (Ví

dụ miền thấm) bằng các miền con, gọi là các phần tử (Phơng pháp rời rạc kiểu vậtlý) Các phần tử này xem nh chỉ nối với nhau ở một số điểm xác định trên các mặthoặc các cạnh biên của phần tử, gọi là các điểm nút Thông thờng, các hàm xấp xỉ đ-

ợc biểu diễn bằng các trị số của hàm tại các điểm nút này và có thể cả ở một số điểmnút bên trong phần tử nữa Hình dạng của các phần tử đợc lựa chọn sao cho xấp xỉsát với hình dạng mặt biên của miền tính toán Với bài toán phẳng, thờng sử dụngcác loại phần tử tam giác hoặc tứ giác Các phần tử đợc liên kết với nhau qua một số

hữu hạn các điểm nút Các điểm nút này là đỉnh của các phần tử và có thể là một số

điểm qui ớc trên cạnh của các phần tử

Phơng trình cơ bản của phơng pháp PTHH giải bài toán thấm phẳng là Phơngtrình quan hệ giữa lu lợng điểm nút và cột nớc áp lực tại điểm nút

Để rút ra phơng trình cơ bản, phơng pháp PTHH giải bài toán thấm phẳng đã sửdụng nguyên lý biến phân cột nớc khả dĩ (tơng tự nh nguyên lý chuyển vị khả dĩtrong cơ học kết cấu) Nguyên lý phát biểu nh sau:

" Trong miền kín của dòng thấm ổn định, khi biến thiên cột nớc áp lực khả dĩ thì công bù của dòng thấm trên đờng vòng quanh miền kín phải bằng công bù tơng ứng trong phạm vi miền đó "

Dùng phơng pháp phần tử hữu hạn để giải bài toán thấm qua đê, thấm qua đập đấttrên nền có nhiều lớp có hệ số thấm nớc khác nhau là hiệu quả nhất so với các phơngpháp khác Đây là các bài toán thấm phức tạp, dùng các phơng pháp thuỷ lực chỉ tìm

đợc các đặc trng trung bình của dòng thấm và khó đạt đợc độ chính xác cần thiết;Dùng phơng pháp cơ học chất lỏng sẽ gặp nhiều khó khăn không giải quyết đợc, dotính không đồng nhất, không đẳng hớng của môi trờng thấm

Kết quả của lời giải theo phơng pháp mô hình số PTHH không những cho chúng

ta biết thông số chính là trờng phân bố cột nớc áp lực thấm tại các nút phần tử, màcòn cho biết lu lợng thấm, đờng bão hoà thấm, mà còn chúng ta biết trờng phân bốgradien cột nớc đo áp của dòng thấm tại trọng tâm các phần tử, trờng phân bố lu tốc,các đờng đẳng cột nớc áp lực nớc lỗ rỗng, hình ảnh phân bố các véc tơ vận tốcthấm

Phơng pháp mô hình thấm phần tử hữu hạn đã giải quyết đợc nhiều bài toán thấmphức tạp qua đê, đập, là công cụ quan trọng trong thiết kế xây dựng đê, đâp

Ưu điểm: có thể giải đợc những sơ đồ thấm phức tạp và cho kết quả tơng đối

chính xác, phù hợp với thực tế

Nhợc điểm: Khối lợng chuẩn bị để tính toán và các bớc tính toán của phơng pháp

mô hình thấm phần tử hữu hạn lớn, ngời tính toán phải có kiến thức sâu về máy tính

và phần mềm , yêu cầu cao hơn và khó hơn so với các phơng pháp tính thấm khác

Chọn phần mềm Seep/w của Hãng Geoslope International Canada để tính toánthấm nhằm xác định hiệu quả của thiết bị chống thấm và thiết bị tiêu thoát nớc thấmcho các bài toán áp dụng trong Luận văn Phần mềm này rất mạnh về giao diện, tiệních, trình diễn kết quả tính toán các thông số dòng thấm, ghép đôi vào để tính toán

cố kết thấm, ổn định trợt mái dốc và ứng suất biến dạng

Cơ sở lý thuyết của SEEP/W

 

t

H C

z

H K z y

H K y x

Các ký hiệu: C() - Hàm hệ số dung tích trọng lực của đất bão hoà-không bão

ph-ơng X, Y, Z

Với bài toán thấm phẳng qua đê, đập thì PT (2-2) trở thành:

H K x t

Hình 2.2 Quan hệ giữa hàm thấm K = f(u) với áp lực nớc lỗ rỗng u

Hàm thấm K phụ thuộc vào áp lực nớc lỗ rỗng u

- Đối với dòng thấm ổn định (không có biến thời gian), vế phải của PT bằng 0:

2.2.1 Điều kiện kiện biên và điều kiện ban đầu

2.2.1.1 Điều kiện biên

Bao gồm hai biên giới:

kiện biên Diriclet :

trên cùng của miền thấm (mặt bão hoà) có thể tiếp nhận nguồn nớc cấp bổ sungvào miền thấm (ví dụ nớc ma) đợc biểu thị bằng Điều kiện biên Neumann :

x y

S n

H m

K

, 2

.



H (x,y) - hàm cột nớc thuỷ lực ở biên S1 (m)

n – phơng pháp tuyến của mặt biên giới

2.2.1.2 Điều kiện biên ban đầu

H K y x

H

K

Khi tính toán thấm không ổn định qua đê, đập, cần phải xác định điều kiện ban

1

2

2 2

H K x

H K

Hình 2.3 Sơ đồ chung về miền tính toán và lới phần tửXấp xỉ qui luật biến thiên giá trị H(x,y) trong mỗi phần tử dới dạng đa thức bậcnhất Dùng các phép biến đổi toán học sẽ đa đến phơng trình ma trận viết dới dạngtổng quát:

đến các biến: hàm thấm, thời gian, toạ độ nút các phần tử Giải hệ PT (2-10) sẽ ta

2.2.3 Chơng trình máy tính

Dựa trên thuật toán đã lập đợc, Hãng Geoslope International Canada đã lập sơ đồkhối, và viết chơng trình máy tính và hoàn chỉnh thành phần mềm thơng mại SEEP/W

Khả năng của đất chống lại biến dạng thấm đợc gọi là độ bền thấm của đất Đất

đợc gọi là ổn định thấm khi đất chống lại đợc biến dạng thấm Theo R.R Trugaep,