Luận văn Ths NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP TỐI ƯU HÓA HỆ THỐNG VẬN CHUYỂN KHI KHAI THÁC CÁC BÃI VẬT LIỆU ĐẮP ĐẬP HỒ CHỨA NƯỚC KRÔNG PÁCH THƯỢNG

Khi thi công đập đất vật liệu địa phương, thì việc sử dụng đất tại địa phương dự án để đắp đập là tất yếu và nhu cầu sử dụng là rất lớn. Thi công đắp đập bao gồm nhiều đợt đắp, đắp trong thời gian dài, trải qua các thời tiết khác nhau. Việc sử dụng đất để thi công đắp đập đòi hỏi phải có tính an toàn, kinh tế, đất sử dụng phải đạt tiêu chí kỹ thuật cơ lý cho đập, và trên hết là phải đảm bảo tiến độ thi công dự án. Vì vậy để sử dụng vật liệu đất đắp, các dự án luôn luôn có các bãi vật liệu tại địa phương để sử dụng cho việc thi công đắp đập.Từ trước tới nay, trong công tác thiết kế, qui hoạch bãi vật liệu cho các dự án chưa được đề cao, việc sử dụng các bãi vật liệu phục vụ cho thi công chưa có tính khoa học cao. Việc tận dụng các bãi vật liệu còn dựa trên nhu cầu của dự án, chưa được tính toán để sử dụng một cách hợp lý.Công tác xây dựng các công trình thủy lợi khu vực Tây Nguyên đang được các cấp chính quyền từ Trung ương đến địa phương quan tâm, hiện tại trên địa bàn đang triển khai khảo sát lập dự án đầu tư rất nhiều các hồ chứa. Vì vậy việc thiết kế và sử dụng các bãi vật liệu cho từng dự án cụ thể đảm bảo kinh tế, kỹ thuật và phù hợp với thực tiễn là rất cần thiết.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

ĐINH HOÀNG HÙNG

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP TỐI ƯU HÓA

HỆ THỐNG VẬN CHUYỂN KHI KHAI THÁC CÁC BÃI VẬT LIỆU ĐẮP ĐẬP HỒ CHỨA NƯỚC KRÔNG PÁCH THƯỢNG

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

TP HỒ CHÍ MINH – 9/2014

ĐINH HOÀNG HÙNG

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP TỐI ƯU HÓA

HỆ THỐNG VẬN CHUYỂN KHI KHAI THÁC CÁC BÃI VẬT LIỆU ĐẮP ĐẬP HỒ CHỨA NƯỚC KRÔNG PÁCH THƯỢNG

Chuyên ngành : Xây dựng công trình thủy

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Người hướng dẫn khoa học:

GS.TS Vũ Thanh Te

TP HỒ CHÍ MINH – 9/2014

LỜI CẢM ƠN

“Nghiên cứu giải pháp tối ưu hóa hệ thống vận chuyển khi khai thác các bãi vật liệu đắp đập hồ chứa nước Krông Pách Thượng” đã được hoàn thành.

Để có được kết quả này, đó là nhờ vào sự quan tâm tạo mọi điều kiện thuận lợi của Ban giám hiệu cũng như Phòng đào tạo sau đại học trường Đại học Thủy Lợi, sự tận tình giảng dạy truyền đạt của các giáo viên Ngoài ra còn có sự quan tâm tạo mọi điều kiện để hoàn thành khóa học của Lãnh đạo Ban Quản lý Đầu tư và Xây dựng Thủy lợi 8, sự giúp đỡ của bạn bè và đồng nghiệp, quan tâm động viên khích lệ tinh thần của gia đình người thân Và đặc biệt là nhờ sự tận tình hướng dẫn chỉ bảo sâu sát trong suốt quá trình

thực hiện luận văn của giáo viên hướng dẫn: GS.TS Vũ Thanh Te.

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Ban Giám hiệu nhà trường cũng như các giáo viên và phòng đào tạo sau đại học trường Đại học Thủy lợi cơ sở 2; Lãnh đạo Ban Quản lý Đầu tư và Xây dựng Thủy lợi 8, bạn bè và đồng nghiệp, gia đình người thân cùng giáo viên hướng dẫn: GS.TS Vũ Thanh Te về những tình cảm và sự quan tâm đặc biệt trong thời gian qua.

Do điều kiện thời gian có hạn cũng như kiến thức hạn hẹp nên trong khuôn khổ luận văn không thể tránh khỏi những khiếm khuyết, những thiếu sót, rất mong nhận được góp ý, sự giúp đỡ chân thành của các giáo viên, anh chị, bạn bè và đồng nghiệp.

Xin trân trọng cảm ơn!

Buôn Ma Thuột, ngày 09 tháng 9 năm 2014

HỌC VIÊN

ĐINH HOÀNG HÙNG

Tôi tên là Đinh Hoàng Hùng, là học viên cao học lớp 20C-CS2 trường Đại học Thủy lợi, chuyên ngành Xây dựng công trình thủy khóa 2012-2014.

Tôi xin cam đoan luận văn thạc sĩ “Nghiên cứu giải pháp tối ưu hóa hệ

thống vận chuyển khi khai thác các bãi vật liệu đắp đập hồ chứa nước Krông Pách Thượng” là công trình nghiên cứu của riêng tôi, số liệu nghiên

cứu thu được từ thực nghiệm và không sao chép.

HỌC VIÊN

ĐINH HOÀNG HÙNG

MỞ ĐẦU 1

0.1 Tính cấp thiết của đề tài: 1

0.2 Mục đích của đề tài: 2

0.3 Cách tiếp cận và phương pháp, nội dung nghiên cứu: 2

0.3.1 Cách tiếp cận : 2

0.3.2 Phương pháp nghiên cứu : 2

0.3.3 Nội dung nghiên cứu : 3

0.4 Kết quả dự kiến đạt được: 3

0.5 Cấu trúc của luận văn: 3

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐẬP VẬT LIỆU ĐỊA PHƯƠNG TRÊN ĐỊA BÀN KHU VỰC TÂY NGUYÊN 5

1.1 Ưu thế phát triển thủy lợi trên khu vực Tây Nguyên 5

1.1.1 Đặc điểm địa hình Tây Nguyên 5

1.1.2 Đặc điểm địa chất Tây Nguyên 7

1.1.3 Hệ thống thủy văn 7

1.1.4 Kết luận 9

1.2 Tổng quan đập vật liệu địa phương 10

1.2.1 Tổng quát về đập vật liệu địa phương 10

1.2.2 Cấu tạo đất đắp đập 16

1.3 Yêu cầu vật liệu đắp đập vật liệu địa phương 18

1.3.1 Tổng quát 18

1.3.2 Yêu cầu đối với nền đập đất 21

1.3.3 Đặc điểm vật liệu đất đắp trên khu vực Tây Nguyên 23

1.4 Một số hồ chứa trên địa bàn khu vực Tây Nguyên 27

1.2.4.1 Dự án Hồ chứa nước Hồ Auyn Hạ: 27

1.2.4.2 Dự án Hồ chứa nước Ia Mla: 29

1.2.4.3 Dự án Hồ chứa nước Ka La: 32

1.2.4.4 Dự án Hồ chứa nước Ea Súp Thượng: 37

1.5 Công tác qui hoạch mặt bằng công trường khi thi công 40

1.5.1 Những nguyên tắc cơ bản trong bố trí mặt bằng 42

1.5.2 Trình tự thiết kế bố trí mặt bằng công trường 43

1.6 Hiện trạng công tác qui hoạch hệ thống đường vận chuyển và khai thác các bãi vật liệu hiện nay 44

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ KHOA HỌC THỰC HIỆN QUI HOẠCH BÃI VẬT

LIỆU 47

2.1 Mục tiêu bài toán quy hoạch tuyến tính trong khai thác vận chuyển vật liệu 47

2.2 Cơ sở nghiên cứu 47

2.2.1 Lý thuyết tối ưu hóa 47

2.2.2 Bài toán quy hoạch tuyến tính 48

2.3 Bài toán xác định vị trí xí nghiệp phụ trong bố trí mặt bằng thi công theo quan điểm giá thành vận chuyển nhỏ nhất 50

2.4 Bài toán xác định vị trí các xí nghiệp phụ trong bố trí mặt bằng thi công theo quan điểm phí tổn vận chuyển 53

2.4.1 Giải bài toán với sơ đồ vận chuyển dạng nhánh 54

2.4.2 Giải bài toán với sơ đồ vận chuyển dạng vòng 57

2.5 Bài toán tối ưu hệ thống vận chuyển 61

2.5.1 Bài toán yêu cầu 63

2.5.2 Sử dụng phương pháp thế vị để giải bài toán 64

2.5.3 Sử dụng phương pháp thu hẹp chính tắc để giải bài toàn 70

2.6 Bài toán tối ưu hóa phương án qui hoạch và khai thác các bãi vật liệu 77

2.6.1 Thiết lập bài toán 77

2.6.2 Phương pháp giải 77

2.7 Phương pháp tính giá thành vận chuyển trên công trường 79

2.7.1 Chi phí xây dựng tuyến giao thông 80

2.7.2 Chi phí cho công tác vận chuyển 81

2.8 Kết luận chương 82

CHƯƠNG 3 VẬN DỤNG ĐỂ TỐI ƯU HÓA QUI HOẠCH VÀ SỬ DỤNG BÃI VẬT LIỆU ĐẮP ĐẬP HỒ CHỨA NƯỚC KRÔNG PÁCH THƯỢNG, TỈNH ĐĂKLĂK 84

3.1 Giới thiệu dự án hồ chứa nước Krông Pách Thượng 84

3.1.1 Vị trí địa lý 84

3.1.2 Địa điểm xây dựng 84

3.1.3 Nhiệm vụ công trình 85

3.1.4 Quy mô công trình 86

3.1.5 Đặc điểm địa hình 91

3.1.6 Đặc điểm địa chất 92

3.1.8 Biện pháp dẫn dòng thi công 103

3.1.9 Mặt bằng công trường 110

3.2 Tối ưu hóa qui hoạch khai thác vận chuyển vật liệu đắp đập hồ chứa nước Krông Pách Thượng 111

3.2.1 Xây dựng bài toán 111

3.2.2 Phương án khai thác 115

3.2.3 So sánh với phương án thiết kế 122

3.3 Kết luận chương 123

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 124

TÀI LIỆU THAM KHẢO 126

Bảng 1-1 Phân loại đập VLĐP theo cấp (QCCVN 04-05:2012) 15

Bảng 2-1 Bảng phí tổn vận chuyển 60

Bảng 2-2 Bài toán vận chuyển 64

Bảng 2-3 Ví dụ giải bài toán bằng phương pháp thế vị 67

Bảng 2-4 Đánh dấu các ô trong chu trình 68

Bảng 2-5 Phương án điều chỉnh 69

Bảng 2-6 Phương pháp lập bảng 78

Bảng 3-1 Nhiệm vụ tưới của dự án 85

Bảng 3-2 Nhiệm vụ cấp nước sinh hoạt của dự án 85

Bảng 3-3 Tóm tắt qui mô dự án Krông Pách Thượng 86

Bảng 3-4 Nhu cầu đất đắp đập 102

Bảng 3-5 Trữ lượng bãi vật liệu 103

Bảng 3-6 Chỉ tiêu cơ lý đất đắp khối thượng lưu 103

Bảng 3-7 Chỉ tiêu cơ lý đất đắp khối hạ lưu 103

Bảng 3-8 Định mức đào xúc đất để đắp bằng máy đào 113

Bảng 3-9 Định mức đắp đê đập, kênh mương 113

Bảng 3-10 Định mức vận chuyển đất bằng ô tô tự đổ 114

Bảng 3-11 Bảng giá ca máy trên địa bàn ĐăkLăk 115

Bảng 3-12 Dữ liệu bài toán vận dụng 116

Bảng 3-13 Phân bổ thời gian khai thác bãi 1 của tổ máy 3 117

Bảng 3-14 Bài toán sau khi phân bổ thời gian khai thác bãi 1 của tổ máy 3 117

Bảng 3-15 Bài toán sau khi phân bổ thời gian khai thác tổ máy 3 tại bãi 4 118

Bảng 3-16 Bài toán sau khi phân bổ thời gian khai thác tổ máy 1 tại bãi 4 119

Bảng 3-17 Bài toán sau khi phân bổ thời gian khai thác tổ máy 1 tại bãi 2 120

Bảng 3-18 Bài toán sau khi phân bổ thời gian khai thác tổ máy 1 tại bãi 3 120

Bảng 3-19 Kết quả phân bổ thời gian cho các tổ máy khai thác 121

Bảng 3-20 Phát triển bài toán 122

Hình 1.1 Cao nguyên Lâm Viên 6

Hình 1.2 Đường bão hòa và khu mao dẫn 12

Hình 1.3 Tác dụng của sóng đối với mái đập 12

Hình 1.4 Các loại đập đất đắp 13

Hình 1.5 Kết cấu chống thấm ở nền đập 14

Hình 1.6 Các loại đập đất bồi 16

Hình 1.7 Sơ đồ đắp đập đất bồi và đặc trưng thành phần hạt của các nhóm đất (I-V) dùng cho đập đất bồi 21

Hình 1.8 Thành phần hạt của đất 23

Hình 1.9 Hồ chứa nước IaM’la 29

Hình 1.10 Hồ chứa nước Kala 33

Hình 1.11 Hồ chứa nước Easoup Thượng 37

Hình 1.12 Hồ chứa nước ĐăkLông Thượng 40

Hình 1.13 Tổng mặt bằng công trường đầu mối Krông Pách Thượng 41

Hình 1.14 Mặt bằng đập đất số 2 Hồ chứa nước Krông Pách Thượng 41

Hình 2.1 Đồ thị hướng vecto 51

Hình 2.2 Lưới đồ thị xác định vị trí tối ưu 52

Hình 2.3 Sơ đồ vận chuyển trên công trường 54

Hình 2.4 Sơ đồ vận chuyển dạng nhánh 55

Hình 2.5 Ví dụ bài toán vận chuyển dạng nhánh 56

Hình 2.6 Sơ đồ vận chuyển dạng vòng 57

Hình 2.7 Ví dụ bài toán vận chuyển dạng vòng 58

Hình 2.8 Đường đi trong bảng vận chuyển 65

Hình 2.9 Chu trình trong bài toán vận chuyển 65

Hình 2.10 Ví dụ giải bài toán bằng phương pháp thu hẹp chính tắc 72

Hình 2.11 Sơ đồ thu gọn 73

Hình 2.12 Mạng thu hẹp chính tắc H1 74

Hình 2.13 Cầu lợi nhất mạng thu hẹp chính tắc H1 74

Hình 2.14 Mạng thu hẹp chính tắc H2 75

Hình 2.16 Mạng thu hẹp chính tắc H 76

Hình 3.1 Hạng mục cống lấy nước Hồ IaMor 86

Hình 3.2 Kiểm tra vật liệu đắp đập IaMor 101

Hình 3.3 Mặt bằng công trường đắp đập IaMor 110

Hình 3.4 Thi công đắp đập EaRot 110

Hình 3.5 Mặt bằng công trường đắp đập IaM’la 111

MỞ ĐẦU 0.1 Tính cấp thiết của đề tài

Tây Nguyên là khu vực có điều kiện tự nhiên khá phức tạp, vật liệu đất đắp đập phân bố địa tầng không đều, xen kẽ và có các chỉ tiêu cơ lý khác nhau, có nhiều tính chất đặc biệt (như trương nở, co ngót, lún ướt, tan rã), là nơi đã từng xảy ra nhiều sự cố về đập nhất nước ta trong thời gian vừa qua.

Đã có nhiều hội thảo, nhiều đề tài nghiên cứu khoa học để phân tích nguyên nhân và đề xuất biện pháp khắc phục cho hạng mục đập trong công tác thiết

kế, thi công, quản lý vận hành Qua đó đã đề xuất và áp dụng đại trà hình thức kết cấu đập đất vật liệu địa phương hợp lý cho khu vực là đập nhiều khối và

đã được áp dụng cho nhiều dự án lớn do Bộ Nông Nghiệp và Phát triển Nông thôn đầu tư trên địa bàn các tỉnh Tây nguyên như: Dự án Hồ chứa Nước Ka

La, Hồ chứa nước Đắk Lông Thượng tỉnh Lâm Đồng; Hồ chứa nước Ia Ring,

Hồ chứa nước Ia M’la, Hồ Ia Mơ tỉnh Gia Lai và Dự án Hồ chứa nước Ea Súp Thượng, Hồ Buôn Joong, Hồ Krông Buk Hạ tỉnh Đắk Lắk đều đáp ứng yêu cầu kỹ thuật và phát huy hiệu quả, an toàn.

Khi thi công đập đất vật liệu địa phương, thì việc sử dụng đất tại địa phương dự án để đắp đập là tất yếu và nhu cầu sử dụng là rất lớn Thi công đắp đập bao gồm nhiều đợt đắp, đắp trong thời gian dài, trải qua các thời tiết khác nhau Việc sử dụng đất để thi công đắp đập đòi hỏi phải có tính an toàn, kinh tế, đất sử dụng phải đạt tiêu chí kỹ thuật cơ lý cho đập, và trên hết là phải đảm bảo tiến độ thi công dự án Vì vậy để sử dụng vật liệu đất đắp, các

dự án luôn luôn có các bãi vật liệu tại địa phương để sử dụng cho việc thi công đắp đập.

Từ trước tới nay, trong công tác thiết kế, qui hoạch bãi vật liệu cho các

dự án chưa được đề cao, việc sử dụng các bãi vật liệu phục vụ cho thi công chưa có tính khoa học cao Việc tận dụng các bãi vật liệu còn dựa trên nhu

cầu của dự án, chưa được tính toán để sử dụng một cách hợp lý.

Công tác xây dựng các công trình thủy lợi khu vực Tây Nguyên đang được các cấp chính quyền từ Trung ương đến địa phương quan tâm, hiện tại trên địa bàn đang triển khai khảo sát lập dự án đầu tư rất nhiều các hồ chứa.

Vì vậy việc thiết kế và sử dụng các bãi vật liệu cho từng dự án cụ thể đảm bảo kinh tế, kỹ thuật và phù hợp với thực tiễn là rất cần thiết.

Đề tài “Nghiên cứu giải pháp tối ưu hóa hệ thống vận chuyển khi khai thác các bãi vật liệu đắp đập hồ chứa nước Krông Pách Thượng.” là

cần thiết, mang tính thực tiễn cao

0.2 Mục đích của đề tài

Dựa vào lý thuyết tối ưu để xác định phương án hỗ trợ hệ thống đường vận chuyển và khối lượng khai thác các bãi vật liệu khi đắp đập Krông Pách Thượng.

0.3 Cách tiếp cận và phương pháp, nội dung nghiên cứu

0.3.1 Cách tiếp cận

- Thông qua các tổ chức, cá nhân khoa học; qua các kết quả nghiên cứu thiết kế qui hoạch bãi vật liệu điển hình trong nước và khu vực Tây Nguyên trong những thời gian vừa qua Kết hợp tìm hiểu, thu thập, và phân tích đánh giá các tài liệu có liên quan, trên cơ sở tài liệu khảo sát công trình, từ đó đề ra phương án cụ thể phù hợp với tình hình, điều kiện cụ thể của việc qui hoạch bãi vật liệu cho dự án Krông Pách Thượng, tỉnh ĐăkLăk.

- Ý kiến đóng góp của một số cơ quan tư vấn.

0.3.2 Phương pháp nghiên cứu

- Thu thập và phân tích tài liệu liên quan.

- Phương pháp kế thừa các dự án đã thực hiện.

- Lý thuyết bài toán tối ưu.

0.3.3 Nội dung nghiên cứu

- Tổng quan về các bài toán qui hoạch sử dụng bãi vật liệu

- Lý thuyết tối ưu bài toán qui hoạch.

- Tính toán xác định hệ thống đường vận chuyển và khối lượng khai thác các bãi vật liệu đắp đập hồ chứa nước Krông Pách Thượng.

0.4 Kết quả dự kiến đạt được

- Vận dụng được lý thuyết tối ưu trong qui hoạch sử dụng bãi vật liệu.

- Áp dụng tính toán xác định hệ thống đường vận chuyển và kế hoạch khai thác các bãi vật liệu đắp đập hồ chứa nước Krông Pách Thượng.

0.5 Cấu trúc của luận văn

Phần mở đầu: Giới thiệu tính cấp thiết của đề tài, mục tiêu nghiên cứu, cách tiếp cận

Chương 1 Tổng quan về đập vật liệu địa phương trên địa bàn khu vực Tây Nguyên

1.1 Ưu thế phát triển thủy lợi trên khu vực Tây Nguyên 1.2 Tổng quan về đập vật liệu địa phương

1.3 Yêu cầu vật liệu đắp đập vật liệu địa phương 1.4 Một số hồ chứa trên địa bàn khu vực Tây Nguyên 1.5 Công tác qui hoạch mặt bằng công trường khi thi công 1.6 Hiện trạng công tác qui hoạch hệ thống đường vận chuyển và khai thác bãi vật liệu hiện nay

1.7 Kết luận chương Chương 2 Cơ sở khoa học để thực hiện qui hoạch bãi vật liệu

2.1 Mục tiêu bài toán quy hoạch tuyến tính trong khai thác vận chuyển vật liệu

2.2 Cơ sở nghiên cứu 2.3 Bài toàn xác định vị trí xí nghiệp phụ trong bố trí mặt bằng

thi công theo quan điểm giá thành vận chuyển nhỏ nhất

2.4 Bài toàn xác định vị trí xí nghiệp phụ trong bố trí mặt bằng thi công theo quan điểm phí tổn vận chuyển

2.5 Bài toán tối ưu hệ thống vận chuyển 2.6 Bài toán tối ưu phương án qui hoạch và khai thác các bãi vật liệu 2.7 Phương pháp tính giá thành vận chuyển trên công trường 2.8 Kết luận chương

Chương 3 Vận dụng để tối ưu hóa qui hoạch và sử dụng bãi vật liệu đắp đập Hồ chứa nước Krông Pách Thượng, tỉnh ĐăkLăk

3.1 Giới thiệu dự án Hồ chứa nước Krông Pách Thượng 3.2 Tối ưu hóa qui hoạch khai thác vận chuyển vật liệu đắp đập

Hồ chứa nước Krông Pách Thượng

3.3 Kết luận chương Kết luận và kiến nghị

Tài liệu tham khảo

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐẬP VẬT LIỆU ĐỊA PHƯƠNG TRÊN ĐỊA BÀN KHU VỰC TÂY NGUYÊN1.1 Ưu thế phát triển thủy lợi trên khu vực Tây Nguyên

1.1.1 Đặc điểm địa hình Tây Nguyên

Tây Nguyên là vùng cao nguyên, phía bắc giáp tỉnh Quảng Nam, phía đônggiáp các tỉnh Quảng Ngãi, Bình Định, Phú Yên, Khánh Hòa, Ninh Thuận, BìnhThuận, phía nam giáp các tỉnh Đồng Nai, Bình Phước, phía tây giáp vớitỉnh Attapeu (Lào), tỉnh Ratanakiri và Mondulkiri (Campuchia) Trong khi tỉnh KonTum có biên giới phía tây giáp với cả Lào và Campuchia, thì các tỉnh Gia Lai, ĐắkLắk và Đắk Nông chỉ có chung đường biên giới với Campuchia, còn tỉnh LâmĐồng không có đường biên giới quốc tế Nếu xét diện tích Tây Nguyên bằng tổngdiện tích của 5 tỉnh ở đây, thì vùng Tây Nguyên rộng 54.641,0 km² (theo thống kênăm 2012)

Tây Nguyên ở về phía tây của dãy Trường Sơn, bề mặt địa hình dốc thoải từĐông sang Tây, đón gió Tây nhưng ngăn chặn gió Đông Nam thổi vào Địa hìnhphức tạp có tính phân bậc rõ ràng:

- Địa hình cao nguyên là địa hình đặc trưng nhất của vùng, tạo lên bề mặtcủa vùng Dạng địa hình này thuận lợi cho phát triển nông, lâm nghiệp với qui môlớn

và cao nguyên Di Linh cao khoảng 900–1000m Tất cả các cao nguyên này đều

được bao bọc về phía Đông bởi những dãy núi và khối núi cao (chính là TrườngSơn Nam).

Hình 1.1 Cao Nguyên Lâm ViênTây Nguyên lại có thể chia thành ba tiểu vùng địa hình đồng thời là ba tiểuvùng khí hậu, gồm Bắc Tây Nguyên (tương ứng với các tỉnh Kon Tum và Gia Lai),Trung Tây Nguyên (tương ứng với các tỉnh Đắk Lắk và Đắk Nông), Nam TâyNguyên (tương ứng với tỉnh Lâm Đồng) Trung Tây Nguyên có độ cao thấp hơn vànền nhiệt độ cao hơn hai tiểu vùng phía Bắc và Nam

Với đặc điểm thổ nhưỡng đất đỏ bazan ở độ cao khoảng 500m đến 600m sovới mực nước biển, Tây Nguyên rất phù hợp với những cây công nghiệp như càphê, ca cao, hồ tiêu, dâu tằm Cây điều và cây cao su cũng đang được phát triển tạiđây Cà phê là cây công nghiệp quan trọng số một ở Tây Nguyên Tây Nguyên cũng

là vùng trồng cao su lớn thứ hai sau Đông Nam Bộ, và đang tiến hành khai thác Bôxít Tây Nguyên cũng là khu vực ở Việt Nam còn nhiều diện tích rừng với thảmsinh vật đa dạng, trữ lượng khoáng sản phong phú hầu như chưa khai thác và tiềmnăng du lịch lớn, Tây nguyên có thể coi là mái nhà của miền trung, có chức năngphòng hộ rất lớn Tuy nhiên, nạn phá rừng, hủy diệt tài nguyên thiên nhiên và khai

thác lâm sản bừa bãi chưa ngăn chặn được tại đây có thể dẫn đến nguy cơ làm cạnkiệt nguồn tài nguyên rừng và thay đổi môi trường sinh thái.

1.1.2 Đặc điểm địa chất Tây Nguyên

Các mỏ đất đắp đập khu vực Tây Nguyên thường là không đồng nhất, phân

bố phức tạp, không thể có được những mỏ đất đồng nhất như miền Bắc nước ta.Mặt khác do vỏ phong hoá khu vực phần lớn được hình thành trong điều kiện khônóng, nên các tính chất cơ lý của vật liệu sử dụng đắp đập có những nét đặc thù mànhững khu vực khác ít thấy

Đất đắp đập trên khu vực chủ yếu phân ra làm hai loại chính là: đất có nguồngốc tàn tích của bazan và các loại đất có tính chất đặc biệt như trương nở, co ngót,tan rã, lún ướt Các đặc điểm về 2 loại đất chính trên khu vực Tây Nguyên được cụthể trong phần 1.3.3.2

1.1.3 Hệ thống thủy văn

Tây Nguyên là nơi phát nguyên của những hệ thống sông chính chảy xuốngcác đồng bằng ven biển miền Nam Trung Bộ, Đông Nam Bộ và sang quốc giaCamPuChia Do vậy phần lớn sông suối ở đây là phần thượng lưu của những consông lớn ở các miền hạ lưu và lưu vực của chúng là một bộ phận của lưu vực chung.Các sông suối ở Tây Nguyên tập trung trong 3 hệ thống chính : hệ thống sông Ba,

hệ thống sông Mê Kông và sông Đồng Nai

Hệ thống sông Ba

- Hệ thống sông Ba bắt nguồn từ các dãy núi ở phía đông 2 tỉnh Kon Tum và

Gia Lai bao gồm mạng suối dày đặc chảy theo hướng gần bắc – nam qua địa bàncác huyện Kon Plong, Kbang, An Khê, Ayun Pa Từ Ayun Pa sông chuyển hướngđông – nam chảy qua huyện Krông Pa đổ xuống Phú Yên

- Diện tích lưu vực trên địa phận Tây Nguyên là 13.800 km2 (bằng 24% diệntích khu vực); lượng dòng chảy đạt 7,7 tỷ km3/năm; mực nước sông cao nhất vàotháng X/1979 là 6,92m (tại Cheo Reo), thấp nhất vào tháng III/1979 là 0,58m Nước

có thành phần bicarbonat natri Vào mùa mưa trên sông thường xảy ra lũ lụt

Hệ thống sông MêKong

Trên địa phần Tây Nguyên gồm 2 hệ thống nhánh là Sê San và Srepok

- Hệ thống sông Sê San bắt nguồn từ các dãy núi cao ở phía bắc, đông bắc vàtây tỉnh Kon Tum với 3 phụ lưu: Đăk PôKô, ĐăkBla và Sa Thầy Trên địa phậnKon Tum các sông suối chảy theo hướng bắc – nam hoặc đông bắc – tây nam vàđông – tây cũng đổ vào sông Sê San bên Campuchia

- Hệ thống sông Srepok bắt nguồn từ cao nguyên ĐăkLăk và tây nam caonguyên Pleiku, bao gồm các mạng lưới Ea Đran, Ea Lấp, Ea H’leo, Krông A Na,Krông KNô Các suối này chảy theo hướng đông bắc – tây nam, đông nam – tâybắc rồi chảy sang Campuchia

Tổng diện tích lưu vực sông Mekong trên khu vực Tây Nguyên khoảng30.000 km2, chiếm 54% diện tích khu vực Lượng dòng chảy 19,65 tỷ m3/năm Lưulượng lớn nhất tại Krông Buk đạt 197m3/s (X/1979), nhỏ nhất 0,2m3/s (IV/1979).Nước có thành phần bicarbonat – clorur calci – magnesi và bicarbonat natri

Hệ thống sông Đồng Nai

Hệ thống sông Đồng Nai bắt nguồn từ địa phận tỉnh Lâm Đồng, bao gồmmạng lưới các sông suối Krông Knô, Đa Nhim, Đa Dung, Đại Nga, Đạ Hoai, ĐạTeh, chúng có hướng đông bắc – tây nam nhập vào sông Đồng Nai và chảy sangtỉnh Đồng Nai Diện tích lưu vực trên địa phận Tây Nguyên 9.670 km2, chiếm 18%diện tích khu vực Lượng dòng chảy trung bình 8,6 tỷ m3/năm Lưu lượng lớn nhấtđạt khoảng 400m3/s Nước thuộc loại bicarbonat-clorur natri

Ba hệ thống sông này chiếm 96% diện tích toàn Tây Nguyên Phần còn lạithuộc lưu vực thượng nguồn các sông suối nhỏ chảy xuống đồng bằng phía đông,tạo nên các sông Thu Bồn, Trà Khúc, Cai (Nha Trang), Cai (Phan Rang), Lũy, Cai(Phan Thiết) Hàng năm các hệ thống sông ở Tây Nguyên mang ra khỏi khu vựcbình quân khoảng 41 tỷ m3 nước

Trong mạng lưới thủy văn của Tây Nguyên còn có hàng loạt hồ tự nhiên vànhân tạo có khả năng tích trữ hàng tỷ m3 nước Cùng với các hệ thống sông suối,chúng có tác dụng điều tiết dòng chảy (về mùa mưa chúng là nguồn cung cấp cho

nước dưới đất, ngược lại về mùa khô chúng được nước dưới đất cung cấp), phục vụđắc lực các yêu cầu phát triển thủy lợi, thủy điện, cung cấp nước cải thiện môitrường Nhiều hồ nằm ở những cảnh quan đẹp, đã và có thể khai thác phục vụ dulịch Có thể kể ra một số hồ quan trọng như : Biển Hồ (Gia Lai)- dung tích 425 triệu

m3; YaLy (Gia Lai)-1300 triệu m3; Ia Ayun (Gia Lai)-253 triệu m3; Krông Búk Hạ(ĐăkLăk) – 67,2 triệu m3; Đa Nhim (Lâm Đồng) – 165 triệu m3

1.1.4 Kết luận

Khu vực Tây Nguyên có địa hình rất đa dạng, ngoài những núi cao rừng sâuhiểm trở còn có những cao nguyên, bình sơn nguyên mênh mông bát ngát, nhữngmiền trũng và đồng bằng khá rộng, là những thung lũng giữa núi và những dải bồitích các sông lớn Mặt khác trên địa bàn khu vực Tây Nguyên còn có hệ thống sôngngòi dày dặc chảy qua, nhiều dòng sông có lưu lượng lớn và chảy qua nhiều địabàn Với lợi thế đó, khu vực Tây Nguyên rất thích hợp để xây dựng các công trìnhthủy lợi, thủy điện phục vụ cho công tác điều tiết môi trường, phục vụ mùa màng vànâng cao đời sống nhân dân trong khu vực cũng như các khu vực lân cận

Trong những năm qua, trên địa bàn khu vực Tây Nguyên đã có những thayđổi đáng kể về phát triển thủy lợi, phục vụ cho tích trữ nước, cung cấp nước chonông nghiệp, trồng trọt Ngoài các hồ chứa tự nhiên, các hồ nhỏ được chính quyềnhuyện, tỉnh trong khu vực đầu tư trước đây, Bộ Nông Nghiệp và Phát triển Nôngthôn đã đầu tư nhiều dự án thủy lợi xây dựng trên địa bàn khu vực như Dự án Hồchứa Nước Ka La, Hồ chứa nước Đắk Lông Thượng tỉnh Lâm Đồng; Hồ chứa nước

Ia Ring, Hồ chứa nước Ia M’la, Hồ Ia Mơ tỉnh Gia Lai và Dự án Hồ chứa nước EaSúp Thượng, Hồ Buôn Joong, Hồ Krông Buk Hạ tỉnh Đắk Lắk Một số dự án đãhoàn thành, bàn giao đưa vào sử dụng như Dự án Hồ chứa Nước Ka La, Hồ chứanước Đắk Lông Thượng tỉnh Lâm Đồng; Hồ chứa nước Ia Ring, Hồ chứa nước IaM’la tỉnh Gia Lai, Dự án Hồ chứa nước Ea Súp Thượng, Hồ Buôn Joong tỉnhĐăkLăk Các dự án này đều phát huy hiệu quả lớn, góp phần cải thiện môi trườngtrên địa bàn dự án, điều tiết nước các mùa hợp lý, nâng cao năng suất của nhân dântrong khu vực

Hiện nay trên địa bàn khu vực Tây Nguyên đang xây dựng các dự án Hồchứa có trữ lượng lớn như hồ chứa nước Krông Pách Thượng tỉnh ĐăkLăk, IaMơrtỉnh Gia Lai các dự án này phục vụ điều tiết nước trên 1 khu vực rộng lớn, khôngđơn thuần trong 1 khu vực của dự án Trong tương lai, cần khai thác tối đa khả năngthủy lợi trên địa bàn khu vực Tây Nguyên, để góp phần thúc đẩy thủy điện, qua đónâng cao đời sống nhân dân cũng như cải thiện được môi trường trong khu vực.

1.2 Tổng quan đập vật liệu địa phương

1.2.1 Tổng quát về đập vật liệu địa phương

1.2.1.1 Giới thiệu chung

Đập vật liệu địa phương (Đập VLĐP) được hiểu một cách đơn giản là đậpđược xây dựng từ các vật liệu lấy ngay tại địa phương của dự án, và tại ngay chânhạng mục công trình, không phải vận chuyển xa, không qua công nghệ chế biếnphức tạp Vì vậy đập vật liệu địa phương còn được gọi là đập vật liệu tại chỗ (cáctên gọi này được sử dụng khá phổ biến trong các tài liệu chuyên môn của Liên Xô

cũ và của CHLB Nga ngày nay)

Tuy nhiên về mặt cơ học đất, đá đập vật liệu địa phương được hiểu là đậpđuợc xây dựng trực tiếp từ các sản phẩm phong hoá (các loại đất, cát, sỏi) và chưaphong hoá (đá đổ, đá dăm) của vỏ trái đất Về nguyên tắc bất cứ loại vật liệu gì làsản phẩm phong hoá của vỏ trái đất đều có thể dùng để xây dựng đập Tuy nhiêntrong thực tế xây dựng phổ biến hơn cả vẫn là đập đất – đá Ngay cả khi xây dựngđập đất đồng chất thì bắt buộc vẫn phải có thiết bị tiêu nước (hoặc lăng trụ hoặc látmái) bằng đá đổ, đá dăm và cát Như vậy xét về tổng thể nó không còn là đồng chấtnữa, mà là đập đất – đá

Đập đất là loại đập sử dụng vật liệu địa phương, chủ yếu là đất Xuất hiện từtrước công nguyên 2500-4700 năm, đã xây dựng đập vật liệu địa phương:

+ Đập Sadd-el-Kafara (Ai cập) cao 12m, L = 108m xây vào khoảng 2778÷

2563 trước công nguyên

+ Đập Marduka ở Irak có Hđ = 12m từ 2500 trước công nguyên

+ Ở Trung Quốc từ 240 năm trước công nguyên đã xây đập cao 30m, dài

+ Ở Nhật Bản từ 162 năm trước công nguyên đã có đập cao 17m, dài 260m.Được sử dụng rông rãi, mức độ ở mỗi nước có khác nhau:

+ Đập Anderson Ranch ở Mỹ cao 139m (xây năm 1950)

+ Đập Xero Pôngxông ở Pháp cao 122m (xây năm 1961)

+ Đập Bariri ở Brazin xây năm 1967 cao 112m

+ Ở Việt Nam: 98% là đập VLĐP (Hiện chủ yếu là đập đất) với H < 50m Đập thác Bà : H = 48m; L = 657m

Ưu điểm của đập đất:

- Có cấu tạo đơn giản nhưng rất phong phú

- Sử dụng các loại vật liệu (đất) có sẵn tại khu vực công trình

- Có thể xây dựng trên mọi loại nền và trong mọi điều kiện khí hậu

- Các kết cấu thoát nước đảm bảo thu và thoát được nước thấm, tránh hậuquả biến dạng thấm ở trong thân đập và nền đập.

- Những biến dạng trong quá trình thi công và khai thác đập như lún,chuyển vị không được gây ra sự phá hủy điều kiện làm việc bình thường của đầumối các công trình thủy

1.2.1.2 Đặc điểm làm việc:

Thường dùng làm đập chắn (không tràn)

Thấm qua nền và thân đập

Hình 1.3 Đường bão hòa và khu mao dẫn Hình 1.4 Tác dụng của sóng đối với mái đập

Nước thượng lưu gây sạt lở và phá hủy bảo vệ mái đập

Chịu ảnh hưởng của mưa và sự thay đổi nhiệt độ

Nền và thân đập đều có biến dạng, lún

Trong thân đập sau quá trình làm việc có ẩn họa: tổ mối, tổ chuột…

1.1.2.3 Các bộ phận của đập đất

- Thân đập

- Thiết bị chống thấm

- Thiết bị thoát nước

- Thiết bị bảo vệ mái

1.1.2.4 Phân loại đập đất

Phân loại theo cấu tạo mặt cắt ngang của đập

Hình 1.5 Các loại đập đất đắp

1 Mái thượng lưu; 6 Lăng trụ thoát nước; 11 Tường nghiêng;

2 Gia cố mái; 7 Đáy đập; 12 Khối nêm thượng lưu

3 Đỉnh đập; 8 Vùng chuyển tiếp; 13 Lõi

4 Mái hạ lưu; 9 Khối trung tâm 14 Khối nêm hạ lưu;

Phân loại theo bộ phận chống thấm ở nền

Hình 1.6 Kết cấu chống thấm ở nền đập

1 Sân trước 2 Tường răng 3 Màng phun vật liệu chống thấm

4 Màng phun dạng treo 5 Màng chống thấm xuyên qua nền thấm

- Đập đất thi công bằng đổ đất trong nước

- Đập đất thi công bằng phương pháp bồi thủy lực

- Đập đất thi công hỗn hợp đắp và bồi thủy lực

- Đập đất thi công bằng nổ mìn định hướng

Phân loại đập đất theo chiều cao đập

- Đập thấp, chiều cao cột nước tác dụng dưới 20m

- Đập cao trung bình, cột nước tác dụng 20-50m

- Đập cao, cột nước tác dụng 50-100m

- Đập rất cao (siêu cao), cột nước tác dụng trên 100m

Ngoài ra, đập đất cũng như đập đất đá là loại đập sử dụng vật liệu có sẵn ở khu vực xây dựng (đất, đá) cho nên gọi là đập vật liệu địa phương và do đó còn được phân loại theo cấp công trình, đối với đập vật liệu địa phương căn cứ vào chiều cao đập và dạng đất nền

Bảng 1-1 Phân loại đập vật liệu địa phương theo cấp (QCVN 04-05:2012)

≤8

15-255-15

≤ 5

Đặc biệtIIIIIIIV

Hình 1.7 Các loại đập đất bồiĐập đồng chất (hình a,b) Đập không đồng chất (hình c,d)

Đập có 1 phần đất đắp (hình đ,e)

1 Kết cấu gia cố mái thượng lưu 5 Vùng biên ngoài đập

2 Lăng trụ thoát nước 6 Vùng cát nhỏ ở trung tâm

4 Vùng chuyển tiếp 8 Lớp gia tải bằng vật liệu hạt lớn

1.2.2 Cấu tạo đất đắp đập

- Cắm sâu vào nền 0,5 ¸ 1,25m, có tường răng, đế răng

1.2.2.3 Đập có tường nghiêng mềm

- Có tác dụng hạ thấp nhanh đbh

- Đỉnh cao hơn MNDGC từ 0,5 ¸ 0,8m (tuỳ cấp công trình) và dày > 0,8m

- Chân D ³ (1/6 ¸ 1/10) H và lớn hơn 2 ¸ 3m

- Mặt trong có lớp chuyển tiếp, đệm; mặt ngoài có lớp bảo vệ

1.2.2.4 Đập có tường nghiêng sân trước mềm

- Tường nghiêng như trên

- Theo yêu cầu giao thông nếu là đường giao thông

- Nếu không thì rải cấp phối

*Mái hạ: trồng cỏ, rải dăm, lát đá,

1.3 Yêu cầu vật liệu đắp đập vật liệu địa phương

1.3.1 Tổng quát

Vật liệu của đập đất và các bộ phận cấu tạo khác như kết cấu chống thấm, vậtthoát nước được lấy từ các mỏ đất - đá - cát - sỏi có sẵn ở khu vực xây dựng côngtrình Ngoài ra, khi có luận chứng thích đáng có thể sử dụng các vật liệu khác như

xỉ than của nhà máy nhiệt điện, các chất thải từ công nghiệp khai khoáng hoặc côngnghiệp luyện kim

Yêu cầu đối với đất đập được quy định cụ thể trong tiêu chuẩn xây dựng côngtrình thủy lợi (QCVN 04-05:2012/BNNPTNT Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia Côngtrình thủy lợi – Các quy định chủ yếu về thiết kế)

Về nguyên tắc có thể sử dụng tất cả các loại đất để xây dựng đập đất, trừnhững loại sau:

Để xây dựng đập đồng chất thường sử dụng đất loại á sét, á cát hoặc đất cát hạtnhỏ và trung bình có đủ cường độ và độ chống thấm theo tính toán

Đất cát và cuội sỏi có thể dùng cho phần nêm phía hạ lưu của đập

Đất cuội sỏi có pha lẫn cốt liệu cát bụi với hệ số không đồng nhất K60/10 > 10

-20 vẫn có thể sử dụng xây dựng đập đồng chất hoặc bộ phận chống thấm trong đậpkhông đồng chất, nếu có đủ luận chứng thích đáng về độ ổn định chống thấm(chống xói ngầm do thấm) và đại lượng tổn thất thấm cho phép

Đất bùn, đất sét chắc do khai thác và thi công khó khăn cho nên hầu nhưkhông sử dụng để làm đập hoặc làm bộ phận chống thấm của đập, trừ trường hợprất cá biệt, nhưng phải có luận chứng kinh tế - kỹ thuật thích đáng

Đối với các kết cấu chống thấm như tường nghiêng, sân trước, lõi giữa, tườngrăng thường sử dụng vật liệu có hệ số thấm nhỏ (Kt≤ 1.10-4 cm/s) như đất loại sét,hỗn hợp đất nhân tạo, than bùn, v.v , trong đó tốt nhất là đất loại sét có độ ẩm tựnhiên tại mỏ khai thác tương ứng với giới hạn lăn hoặc lớn hơn một chút Nếu dùngđất sét quá ướt hoặc quá khô sẽ khó khăn và phức tạp khi thi công, do vậy phải cóluận chứng kinh tế - kỹ thuật cụ thể

Than bùn có mức phân giải dưới 50% có thể sử dụng làm tường nghiêng vàsân trước của đập cấp IV và V với chiều cao đập không lớn hơn 20 m

Các hỗn hợp nhân tạo từ đất sét, đất cát và cuội sỏi dùng để làm kết cấu chốngthấm cần có luận chứng kinh tế và được lựa chọn thành phần theo kết quả nghiêncứu thực nghiệm bao gồm cả việc đắp thử trong điều kiện thực tế tại hiện trường.Đối với vật thoát nước, tầng lọc ngược, vùng chuyển tiếp và kết cấu gia cố bảo

vệ mái dốc, thường sử dụng các loại đất cát, cuội sỏi, đá nghiền có đủ cường độchịu lực, không bị tan rữa trong môi trường nước và không chứa các hàm lượngchất hoà tan trong nước

Khi xây dựng đập bằng phương pháp đổ đất trong nước thường sử dụng loạiđất có hàm lượng cát hạt thô ở tỉ lệ khác nhau Rất ít khi dùng đất loại sét hoặc đấtcát sỏi

Yêu cầu đối với loại đất dùng để đắp đập theo phương pháp đổ trong nướcđược xác định căn cứ vào kết cấu của công trình Chẳng hạn, để xây dựng đập đồngchất thì có thể sử dụng loại đất bất kì, nếu nó có đủ các đặc trưng về cường độ và độ

ổn định thấm ở mức quy định Đối với đất dùng để xây dựng các kết cấu chống

thấm như sân trước, tường nghiêng, lõi giữa, thì yêu cầu cơ bản là có đủ độ chốngthấm.

Đất dùng để đổ trong nước có thể có kích cỡ bất kì, từ loại hạt nhỏ đồng chấtđến các cục hay tảng lớn và cứng khó đập vỡ Nếu ở mỏ khai thác có loại đất sétchắc và khó tan trong nước thì nên dùng tỉ lệ đất có hàm lượng chứa 20 - 30% cáccục nhỏ (d < 100mm) để khi chúng tan rã sẽ liên kết với các khối khác thành mộtthể chung đồng nhất

Khi xây dựng đập đất bồi, thường sử dụng các loại đất á cát, đất cát và đất cuộisỏi có kích thước hạt lớn nhất 100 - 150mm

Đất ở các mỏ có thoả mãn yêu cầu để đắp đập đất bồi hay không được đánhgiá theo cấu tạo thành phần hạt (xem hình 1.8c) Với các phương tiện thiết bị cơgiới thủy lực và công nghệ bồi hiện nay, nên sử dụng các loại đất cát và đất cát - sỏinhóm I và II Đất nhóm I dùng để bồi loại đập đồng chất, còn đất nhóm II dùng chođập không đồng chất với vùng giữa, gồm các hạt cát mịn làm việc như lõi đập (hìnha) Đất á cát (nhóm III), đất á sét và sét (nhóm IV) và đất cuội - sỏi (nhóm V) chỉ sửdụng cho đập đất bồi khi có luận chứng kinh tế - kĩ thuật thích đáng, trong đó loạiđất á sét và á cát (dạng đất lớt) có thể dùng làm đập đồng chất hay làm phần lõi củađập không đồng chất, đất á sét và sét dùng làm lõi đập, còn đất cuội sỏi dùng để bồilăng trụ tựa ở hai phía

Trong một số trường hợp có thể sẽ là kinh tế nếu sử dụng hỗn hợp nhân tạobằng cách trộn đất lấy từ các mỏ đất khác nhau hoặc sàng lọc để loại bỏ nhữngnhóm hạt không thích hợp

Khi chọn đất ở mỏ để làm đập đất bồi cần lưu ý các điểm sau:

- Không giới hạn hàm lượng chất hữu cơ hoặc chất hoà tan trong nước,nhưng các tạp chất để lại trong công trình bồi không được vượt quá giới hạn chophép đối với đập đất đắp;

Để bồi đập đồng chất nên ưu tiên sử dụng loại đất cát cỡ hạt nhỏ và trung bìnhvới hệ số không đồng nhất là tối thiểu, có hàm lượng các hạt sét và hạt bụi (d <0,05mm), không quá 10 - 12%

Để bồi đập không đồng chất nêu ưu tiên sử dụng loại đất cát và cát - sỏi với hệ

số không đồng nhất là tối đa, trong đó đất dùng cho phần lõi có chứa hạt sét d <0,005mm với hàm lượng không quá 15 - 20% nhằm mục đích đảm bảo sự chuyểnđổi nhanh chóng cấu trúc đất từ trạng thái chảy sang trạng thái dẻo;

Khi lựa chọn đất loại cát để bồi, cần chú ý là các hạt nhẵn sẽ chèn chặt hơntrong quá trình bồi, song chúng lại có hệ số nội ma sát nhỏ hơn so với đất có hạt sắccạnh

Hình 1.8 Sơ đồ đắp đập đất bồi và đặc trưng thành phần hạt của các nhóm đất (I-V)

dùng cho đập đất bồi

a, Bồi từ 2 phía để tạo đập không đồng chất có lõi giữa

b, Bồi từ 1 phía để tạo đập đồng chất nhờ dòng nước bùn chảy tự do về phíathượng lưu

1 Ống cấp và phân phối nước bùn 2 Mái nghiêng của lớp đất bồi

3 Ranh giới vùng ao lắng bùn 4 Giới hạn phần lõi

5 Đê quây (bờ vây) 6 Đê quây đợt một

1.3.2 Yêu cầu đối với nền đập đất

So với đập bê tông, đập đất không yêu cầu chất lượng nền quá cao vì tải trọngphân bố từ đập xuống nền nhỏ hơn nhiều, gradian trung bình của dòng thấm nhỏhơn Đây là lợi thế và ưu điểm của đập đất so với các đập khác, cho phép sử dụngrộng rãi các loại nền với chi phí xử lý nền ít tốn kém hơn

Nền đá chắc được xem là tốt nhất cho mọi loại đập; đối với thân đập thì chỉcần chú ý đến vấn đề nối tiếp đáy đập để không xảy ra hiện tượng thấm tiếp xúc

tăng cường ở phần này Nền đá bị phong hóa, nứt nẻ nhiều, đặc biệt là nền đá vôi cóhiện tượng Karst cần phải có biện pháp xử lý chống thấm để tránh sự mất nước từ

hồ chứa (sử dụng các biện pháp khoan phục vữa sét, vữa xi măng ) Ngoài ra, nếumức độ phong hóa nứt nẻ lớn cần chú ý khả năng lún không đều theo hướng ngang(dọc theo phương dòng thấm) và hướng đứng

Với nền đất, tùy theo tính chất cụ thể của loại nền cần có các xử lý thích ứng:

- Bóc bỏ lớp đất thực vật, phong hóa và mềm yếu ở bên trên để đập tiếp xúcvới nền được tốt hơn, tránh dòng thấm tăng cường ở đường viền đáy đập

- Nếu nền có đất hạt bụi, đất mùn hoặc sét ngậm nước có khả năng xuất hiện

áp lực kẽ rỗng trong quá trình thi công đập làm cho sức chống trượt của nền bị giảmđáng kể, thì phải xây dựng hệ thống tiêu thoát nước trong nền đồng thời hạn chế tốc

độ tăng chiều cao đập trong quá trình thi công

- Nền có than bùn vẫn có thể xây dựng đập, nếu mức độ phân giải của thanbùn nhỏ hơn 50% Vấn đề cần lưu ý ở đây là hiện tượng lún không đều, do đó cầnkiểm tra tính toán để có biện pháp xử lý lún không đều

- Nền có các chất hữu cơ nguồn gốc động vật hay thực vật cần được dọn sạch,đặc biệt nếu lớp hữu cơ nằm dọc nền từ thượng lưu xuống hạ lưu (tránh dòng thấmtập trung và tăng cường làm xói lớp đất hữu cơ dẫn đến mất ổn định của côngtrình) Nếu lớp hữu cơ khá dày và khó có khả năng dọn sạch hết thì phải xây dựngmàn chống thấm cắt ngang qua lớp đất hữu cơ để tránh xói ngầm Trường hợp đấthữu cơ hình thành dưới dạng các lớp đứng thì cần chú ý đến khả năng lún khôngđều và có biện pháp phòng chống lún không đều Nếu đất hữu cơ có dạng các cộtthẳng đứng với tổng diện tích nhỏ hơn 15% diện tích đáy đập và được phân bố đềuthì không cần phải dọn sạch

- Nền có hàm lượng muối hòa tan quá 5% theo trọng lượng thì cần phải ápdụng biện pháp chống rửa trôi các muối

- Nền thuộc loại đất lớt (hoàng thổ) sẽ bị lún nhiều khi ngâm nước, do đó chỉxây dựng được đập thấp và phải chú ý đến lún không đều để có biện pháp xử lý lúnngay trong giai đoạn thi công (cho đất nền ngậm nước và lún trước khi thi công

- Nền cát, cuội sỏi cần xử lý chống thấm và chống xói ngầm Nếu nền có cấutạo lớp bên trên là đất ít thấm với độ dày nhỏ, phía dưới là đất có hệ số thấm lớn(cát, sỏi ) thì phải có biện pháp chống thấm và chống xói ngầm cho lớp nền ở phíadưới (sử dụng các loại màn chống thấm hoặc đắp sân trước và sân sau có lớp gia tải,làm giếng thoát nước thấm )

1.3.3 Đặc điểm vật liệu đất đắp trên khu vực Tây Nguyên

1.3.3.1 Tính chất cơ lý của vật liệu đất

Khi thiết kế đập vật liệu địa phương cũng như lựa chọn loại vật liệu cho đậptrước hết cần biết rõ tính chất của đất

Cấu tạo thành phần hạt: Đất là một tập hợp các hạt trong đó có các kẽ rỗng

có chứa một phần nước hoặc chứa đầy nước (bão hoà nước) Độ dính giữa các hạtđất (trừ đất sét) rất nhỏ so với cường độ chịu tải của hạt, do đó một tính chất quantrọng của đất là cấu tạo thành phần hạt

Hình 1.8 Thành phần hạt của đấtCác hạt lớn có độ nhẵn cạnh gọi là sỏi, cuội hoặc đá cuội Giới hạn trên củacác đường cong thành phần hạt được quy ước chia thành những loại đất khác nhau.Giới hạn giữa hai đường cong bao các loại hạt cỡ (d) khác nhau và tỉ lệ hàm lượng(P%) khác nhau gọi là hỗn hợp đất đá trầm tích, còn phạm vi hạt nằm dưới đường

cong bao là hỗn hợp đá núi.

Sự khác nhau về thành phần hạt của mỗi loại đất được đánh giá bằng hệ sốkhông đồng nhất η: η = d60/d10

Trong đó: d60, d10 lần lượt là kích thước hạt tương ứng với nó có 60% và 10%các hạt cỡ nhỏ hơn tính theo trọng lượng chứa trong một đơn vị thể tích đất

Trong thực tế nếu đất có η ≤ 3 thì được xem là đồng chất Với đất rời, khi đổthường có hiện tượng phân tầng, tuy vậy có thể bỏ qua ảnh hưởng phân tầng khi η ≤

Nếu d3 < d2 < d1, thì kh = d3/d1

Trong đó:

d3 - kích thước đặc trưng nhỏ nhất của hạt;

d1 - kích thước đặc trưng lớn nhất của hạt

Trường hợp kh = 1, hình dạng hạt gần như hình cầu Để xây dựng đập đất đá

ưu tiên chọn loại đất có kh > 0,3

Ngoài thành phần hạt, đất còn các chỉ tiêu cơ lý như độ rỗng, độ ẩm, chỉ sốdẻo, thành phần khoáng, …

1.3.3.2 Đặc điểm đất đắp trên khu vực

Vật liệu đất đắp trên khu vực gồm 2 loại đất chính:

* Đất có nguồn gốc tàn tích của Bazan Có hệ số thấm nhỏ k≤10-5 cm/s(chống thấm tốt), tuy nhiên dung trọng khô của đất nhỏ k ≤1,3 tấn/m3 nếu đắp đậpđồng chất dẫn đến mặt cắt ngang đập lớn, khối lượng công trình lớn và yêu cầu diệntích mỏ vật liệu đất đắp đập cũng tăng rất nhiều Để khắc phục lựa chọn phương ánmặt cắt ngang đập chia làm 2 khối như: Đập Ia Ring tỉnh Gia Lai, đập Buôn Joong

và đập Krông Búk Hạ tỉnh Đắk Lắk, đập Đắk Lông Thượng, đập ĐaGle tỉnh Lâmđồng Khối thượng lưu là khối chống thấm, sử dụng đất có hệ số thấm sau khi đầmnện nhỏ k=10-5 đến k= 10-7cm/s, dung trọng khô nhỏ k = 1,28 đến 1,3 tấn/m3, khối

hạ lưu là khối gia tải, có thể là tận dụng từ đất đá đào móng, đập, cống, tràn hoặclớp đất phía dưới có hàm lượng sỏi sạn nhiều hơn, dung trọng khô và hệ số thấmlớn hơn, giảm kích thước mặt cắt ngang đập, giảm khối lượng đất đắp đập, nhằmgiảm giá thành xây dựng công trình (giữa hai khối đất đắp bố trí dải cát lọc đứngtùy tính toán kích thước mặt cắt ngang đảm bảo thi công cơ giới và đảm bảo thoát

đủ lượng nước thấm trong thân đập, hạ đường bão hòa đảm bảo dòng thấm vào lăngtrụ thoát nước hạ lưu để không thấm ra mái hạ lưu – Do khối hạ lưu có hệ số thấmthường lớn gây hư hỏng mái đập hạ lưu và mất ổn định đập khi tích nước)

* Đất có tính chất đặc biệt như: Trương nở, co ngót, lún ướt và tan rã Đây

là đặc tính rất bất lợi của vật liệu đất đắp đập

- Tính trương nở của đất là tính chất mà đất khi ở trạng thái khô hoặc độ ẩmthấp nếu gặp nước, nó hút nước và tăng thể tích Đối với các đất trương nở mạnh,thể tích của chúng có thể tăng lên tới 30% Lực kìm hãm sự trương nở (lực trươngnở) có thể đạt từ 10 - 11kG/cm2 Trong tự nhiên, nếu như đất có độ ẩm lớn hơn độ

ẩm giới hạn dẻo hoặc độ ẩm trương nở thì đất hầu như ko bị trương nở Nguyênnhân: Do thành phần của hạt sét được cấu tạo chủ yếu từ các khoáng vật làmonmorilolit, hydromica và Kaolinit, giữa các hạt sét này mối liên kết rất yếu trong

đó yếu nhất là monmorilolit, khi gặp nước, nước nhảy vào phá vỡ các liên kết kiếntrúc monmorilolit làm cho thể tích hạt sét tăng (tính hấp phụ vật lý và hóa học)=>

trương nở Một số nghiên cứu chỉ ra rằng thể tích khi trương nở của đất có thể đạttới 30%, và lực kìm hãm sự trương nở (lực trương nở) có thể đạt tới 10-11kG/cm2.Dấu hiệu nhận biết: Khi đào hố móng ra thấy đáy hố móng đẩy cao lên so với cao

độ ban đầu, nền đất bị nứt nẻ (hiện tượng bùng nền mà ta hay đọc thấy trong cácsách)

- Ngược lại với quá trình trương nở là quá trình co ngót, quá trình khô củađất sét Sự co ngót thể tích của đất cũng phụ thuộc vào thành phần hạt, môi trường,

độ ẩm ban đầu và cấu trúc của đất Co ngót là hiện tượng giảm thể tích của đất sovới ban đầu, khi độ ẩm của đất giảm Độ co ngót tương đối K được tính bằng côngthức:

Trong đó: h0 chiều cao ban đầu của mẫu đất, m

hc: chiều cao cuối cùng của mẫu đất, mDh: chiều cao giảm bớt đi của mẫu đất, m

- Tính lún ướt là hiện tượng giảm thể tích (lún thêm) khi đất ngấm nướcnhưng không tăng tải trọng ngoài Khi đất bị lún ướt, các chỉ tiêu lực học thường bịgiảm rất đáng kể Tính lún ướt được đánh giá theo hệ số lún ướt tương đối am.:

'

0 p m

Trong đó: h0 là chiều cao ban đầu của mẫu đất thí nghiệm, m

hp: chiều cao của mẫu khi chịu áp lực P, m

h’p: chiều cao của mẫu khi chịu áp lực P sau khi ngấm nước, m

- Tính tan rã của đất: Tan rã là hiện tượng các hạt sét có trong đất tan rãtrong nước dưới dạng keo Tính tan rã của đất biểu thị khả năng giữ độ bền liên kếtgiữa các hạt và nhóm hạt của nó khi tiếp xúc với nước Tính tan rã không ảnhhưởng tới sự ổn định khối đắp bên trong mà chủ yếu ảnh hưởng đến sự ổn định bềmặt khối đất không được bảo vệ khi tiếp xúc trực tiếp với nước và không khí Dướiảnh hưởng của nước nó bị tan rã phân thành các cục, hòn hoặc từng khối sét (lẫn cát

hoặc không) có hình dạng không xác định Những đất không ổn định đối với nướcthì bị tan rã nhanh chóng (đặc biệt là đất cát pha hay cát sét) Nguyên nhân gây ra

sự tan rã: Trong đất có phát sinh hệ khe nứt khi nước xâm nhập vào thì sinh ra áplực cục bộ làm cho đất tan rã thành cục nhỏ Quá trình tan rã cũng có thể là quátrình phát triển tiếp của quá trình trương nở Do sự tăng thể tích quá lớn của hạt sétdẫn đến lực hút giữa chúng không còn nữa, các hạt tách rời nhau ra Đặc biệt đốivới đất chứa muối quá trình tan rã sẽ nhanh hơn (do sự hoà tan muối) Hình thức tan

rã có thể là: Tách thành từng lớp mỏng, tách thành các hạt có kích thước nhỏ, thànhcục lớn rồi tan rã thành cục nhỏ

1.4 Một số hồ chứa trên địa bàn khu vực Tây Nguyên

Hiện nay việc sử dụng vật liệu địa phương để thi công đập là chủ yếu, đặc biệttrên địa bàn Tây Nguyên đập đất được thi công rộng rãi Một số đập đã được đưavào sử dụng vào mang lại hiệu quả kinh tế cao như Hồ Ajun Hạ, Hồ Iaring, HồIaMla, Hồ Chư Prông tỉnh Gia Lai, Hồ Đăk Yên tỉnh Kon Tum, Hồ KaLa, HồĐăkLông Thượng tỉnh Lâm Đồng, Hồ Krông Búk Hạ, Hồ Easoup Thượng, HồBuôn Joong tỉnh ĐăkLăk Bên cạnh đó cũng có các hồ trong giai đoạn xây dựngnhư Hồ Iamor tỉnh Gia Lai, Hồ Krông Pách Thượng tỉnh ĐăkLăk Các Hồ chứađưa vào sử dụng đều mang lại hiệu quả kinh tế xã hội rõ rệt cho vùng dự án, cáccông trình đã vận hành ổn định và nâng cao đời sống kinh tế, đời sống văn hóa, tinhthần cho cư dân, tạo thành một vùng nông thôn trù phú, giàu đẹp Các Hồ chứa đưavào sử dụng ngoài việc cung cấp nước phục vụ sản xuất nông nghiệp còn cấp nướcphát điện, cấp nước công nghiệp mía đường, nuôi trồng thủy sản và cấp nước sinhhoạt trên nhiều khu vực rộng lớn Các Hồ chứa đưa vào sử dụng đã tạo sự chủ động

về nguồn nước cho khu vực, biến nhiều vùng đất chết thành những khu vực pháttriển nông nghiệp trù phú, như chảo lửa huyện Krông Pa của Hồ chứa IaMla, vùngđất cằn cỗi Easoup của Hồ chứa Easoup Thượng

1.2.4.1 Dự án Hồ chứa nước Hồ Auyn Hạ:

(Khởi công 1992, hoàn thành 2002)

1) Địa điểm xây dựng: tỉnh Gia Lai

2) Dung tích toàn bộ: 253x 106m3

3) Diện tích tưới: 13.500 ha

4) Diện tích lưu vực 1.670 km2

5) Quy mô thông số kỹ thuật các hạng mục chính:

* Công trình đầu mối : Cấp II;

* Đập: Đập đất dài 366 m, cao 36m, đỉnh đập rộng 6m, cao trình đỉnh đập211m

* Cống: Cống lấy nước (3mx3,5m) bê tông cốt thép dài 113m, cao trình đáycống 195m, lưu lượng nước qua cống bình quân 23,4m3/s, năng lực tưới theo thiết

kế 13.500ha, cống thuỷ điện Q= 23,4 m3/s, công suất nhà máy 2.700kwh,

* Tràn: Tràn xả lũ 3 cửa cung BxH = 6m x 5m, QMax= 1.267 m3/s, Chiềurộng ngưỡng tràn xả lũ Btràn : 18.0 m; cao trình ngưỡng tràn 199, cột nước cao9,92m

* Hệ thống kênh: Kênh chính dài 14,458km, năng lực tải nước 23,4m3/s , kênhchính Nam dài 18,565km, năng lực tải nước 14,8m3/s, kênh chính Bắc dài 14,8 km,năng lực tải nước 8,8m3/s; trên 80,7 km kênh cấp 1; 150km kênh cấp 2, hàng trăm

km kênh cấp dưới và hàng ngàn công trình trên kênh trải dài và tưới phủ khắp địabàn ba huyện, thị (Phú Thiện, Ia Pa & thị xã Ayun Pa)

Công trình thủy lợi Ayun Hạ là công trình thủy lọi điển hỉnh mang lại hiệuquả kinh tế-xã hội rõ rệt nhất cho đồng bào các dân tộc và cư dân kinh tế mới thuộc

2 huyện Phú Thiện, Ia Pa và thị xã Ayunpa Công trình đã vận hành ổn định và nângcao đời sống kinh tế, đời sống văn hóa, tinh thần cho cư dân, tạo thành một vùngnông thôn trù phú, giàu đẹp và đã trở thành vựa lúa lớn nhất Tây Nguyên

Hồ chứa Ayun Hạ ngoài việc cấp nước phục vụ sản xuất nông nghiệp với diệntích 13.500ha lúa nước 2 vụ, còn Cấp nước phát điện công suất dần 3.000 kw/h đạtsản lượng 21 triệu kw/năm, tương ứng 12 tỷ đồng/năm Cấp nước công nghiệp míađường: Trên 400.000 m3/năm Nuôi trồng thuỷ sản trên diện tích 3.700 ha mặtnước, sản lượng đạt trên 250 tấn cá/năm Cấp nước sinh hoạt cho thị xã Ayunpa.Phát triện du lịch, dịch vụ du thuyền trên hồ (đưa khách tham quan dã ngoại thắng

cảnh lòng hồ bằng tàu du lịch, dạo chơi dưới nước bằng đạp thiên nga và tổ chứckéo dù rớt nước bằng thuyền cao tốc)

1.2.4.2 Dự án Hồ chứa nước Ia Mla:

Khởi công năm 2005, hoàn thành cơ bản năm 2012

Hình 1.9 Hồ chứa nước IaM’la

* Địa điểm xây dựng: Huyện Krông Pa, tỉnh Gia lai

* Nhiệm vụ công trình:

+ Tưới cho diện tích 5.150ha đất canh tác trong đó:

- Tưới tự chảy: 3.862 ha

- Tạo nguồn: 1.288 ha

+ Cấp nước sinh hoạt cho khoảng 36.000 người vào năm 2010 với tổng lượng

1 x 106m3/năm

+ Kết hợp giao thông nông thôn, nuôi trồng thuỷ sản và cải tạo môi trường sinh thái vùng dự án

* Quy mô và thông số kỹ thuật chủ yếu:

- Cấp công trình và tần suất thiết kế :

- Cấp công trình : Đầu mối cấp III, hệ thống kênh mương cấp III

- Tần suất lũ thiết kế : P = 1,0%

- Tần suất lũ lớn nhất kiểm tra P = 0,2%

- Mức đảm bảo tưới và mưa thiết kế P = 75%

- Tần suất TK các công trình phụ và dẫn dòng P = 10%

- Động đất cấp 6/12 cấp

- Các thông số kỹ thuật hồ chứa

-Thông số kỹ thuật các hạng mục công trình chính

- Cống lấy nước: Cống dưới đập, lấy nước kết hợp dẫn dòng thi công, chẩy có áp.

+ Lưu lượng thiết kế của cống cho tưới QC= 4,2 m3/s, dẫn dòng QC= 4,35m3/s

+ Kết cấu cống: Cống có tháp van thượng lưu bên trong bố trí một van phẳngbằng thép Tháp van chia cống làm 2 đoạn: Đoạn trước tháp bằng BTCT M200 có