Biện pháp chống thấm công trình thủy lợi

• Thoát nước kiểu ống khói:- Đảm bảo khối đất hạ lưu không bị bão hòa - Mái hạ lưu có thể làm dốc hơn - Phòng được xói ngầm - Có thể bị hỏng khi có biến dạng không đều - Nếu được thiết k

Các biện pháp phòng chống thấm

Khi thiết kế, sửa chữa công trình cần nghiên cứu va đưa racác giải pháp phòng chống thấm thiên về an toàn vì một số

lý do sau

- Chưa nắm vững điều kiện địa chất và vật liệu nền

- Sự xuống cấp của các thiết bị chống thấm

- Thay đổi chế độ làm việc của đập

- Khó kiểm tra chặt chẽ chất lượng trong quá trình thi công

Phụt vữa Phụt hai nút Tường bê tông Tường bentonite Tường cừ

Giếng giảm áp Hào giảm áp Vật liệu tổng hợp Kết hợp hai giải pháp trên

1- Đập nhiều khối

2- Thoát nước ống khói 3- Thoát nước gối phẳng 4- Thiết bị tập trung nước 5- Thoát nước lăng trụ 6- Tường lõi, chân khay 7- Phụt vữa

8- Hào bentonite

9- Phụt vữa trong ống manchet

10- sân phủ thượng lưu 11- Giêng, hào giảm áp 12- Hành lang

13- Sử lý nền

14- Cơ hạ lưu

• Thoát nước kiểu ống khói:

- Đảm bảo khối đất hạ lưu không bị bão hòa

- Mái hạ lưu có thể làm dốc hơn

- Phòng được xói ngầm

- Có thể bị hỏng khi có biến dạng không đều

- Nếu được thiết kế cẩn thận có thể phòng chống hiện tượngxói ngầm đối với đất tan rã

- Cần được thiết kế theo tiêu chuẩn thấm và tầng lọc

• Thiết bị tập trung nước

- Được bố trí tại đáy ống khói tiêu nước

- Mục đích tập trung nước thừ ống khói

- Thường làm bằng cuội sỏi để đảm bảo khả năng thoát nước

• Thoát nước gối phẳng:

- Bố trí gần mặt nền tự nhiên

- Nối phần ống khói với lăng trụ thoát nước hạ lưu

- Ngăn chặt hiện tượng xói ngầm qua nền

- Khi phần ống khói bị bỏ đi thiết bị gối phẳng thoát cảnước thấm từ thân đập

- Đảm bảo yêu cầu về thoát nước và tầng lọc

• Thoát nước kiểu băng:

- Nối phần ống khói với lăng trụ thoát nước hạ lưu

- Thường bố trí cách nhau 30m, có độ dốc 3%

- Không đủ để thoát nước nền

- Đảm bảo yêu cầu về thoát nước và tầng lọc

• Thoát nước kiểu lăng trụ (1/3 H)

Một số điểm cần chú ý trong thực tế

• Ống khói cần kéo dài sát tường lõi và chân khay, yêu cầu này

là bắt buộc khi đất đắp đập có tính tan rã và có khả năng

chênh lệch lún giữa các miền trong đập

• Cần bố trí lọc xung quanh cống ngầm tại vị trí cửa ra

• Hê số an toàn (theo khả năng thoát nước lý thuyết) khoảng30-500 là phù hợp để xét đến những yếu tố chưa biết

h

k q

2

2



2

2 2 1

.

L

w h

k

q 

k2: hệ số thấm của bộ phận ống khói.

w: chiều rộng của thiết bị thoát nước.

q1: lưu lượng thấm qua thân đập

q2: lưu lượng thấm qua thân

và nền đập

Xác định kích thước của thiết bị thoát nước ống khói

Khi kiểm tra khả năng thoát nước của bộ phận gối phẳng cần lưu ý:

• Lượng nước thấm từ vai đập sẽ chảy về phía thấp của thiết bị

thoát nước trước khi thoát ra chân đập vì vậy yêu cầu khả năng thoát nước trên một đơn vị bề rộng của thiết bị thoát nước trong khu vực này cao hơn khả năng thoát nước trung bình

• Nếu thiết bị thoát nước có tầng lọc thì lớp đá bên trong đóng vai trò chủ yếu

• Cần chọn hệ số thấm của nền thiên nhỏ khi tính toán thiết kế

thoát nước gối phẳng Hệ số thấm của vật liệu thoát nước cân

bằng tối thiểu 20 lần hệ số thấm lý thuyết được sử dụng để tính toán kích thước

• Khi có các lớp cát thô, cuội sỏi trong tầng trần tích hoặc đất

laterit cần bố trí lớp lọc giữa đất đắp đập và nền

• Cần phải đặt thiết bị thoát nước lên lớp đất nền thấm nước khi

đó nước thấm trong nền có thể đi vào thiết bị thoát nước và

thoát ra hạ lưu Khi nền đập có lớp phủ mỏng có hệ số thấm nhỏlớp đất này cần được bóc bỏ

Vị trí và hình dạng của thiết bị thoát nước ống khói:

• Ống khói nghiêng hoặc thẳng đứng được bố trí ngay hạ lưu lõi chống thấm

• Đỉnh của ống khói cần cao hơn đường bão hòa ứng với mực

nước hồ lớn nhất để ngăn ngừa dòng thấm chảy bên trên thiết bịthoát nước

• Khi vẽ lưới thấm và đường bão hòa để xác định vị trí và chiều cao của thiết bị thoát nước kiểu ống khói cần chọn tỷ số kh/kv

thiên lớn để đảm bảo dòng thấm không vượt qua đỉnh của thiết bịthoát nước

• Nếu đập được xây dựng tại khu vực động đất chiều cao ống khói cần nâng cao hết chiều cao đập

Mặt cắt ngang của các ống thoát nước cần đảm bảo khả năng thoát nước thấm

Các ống thoát nước này được thi công bằng cách đào các rãnh có chiều rộng khoảng 2m (ở trong đập hoặc nên cách nhau khoảng 15-30m)

Các rãnh thoát nước nên có mái nghiêng tránh vách thẳng đứng để tránh hiện tượng tập trung ứng suất có thể gây nứt nẻ.

rãnh thoát nước cần được đầm chặt để tránh hiện tượng cố kết khi đập bão hoà nước.

Khi vật liệu làm thiết bị

thoát nước phải vận

chuyển từ xa đến với giá

thành cao phần gối phẳng

có thể làm thành các ống

như trên hình thay vì gối

phẳng liên tục.

Thiết kế lớp lọc.

Cấp phối của vật liệu hạt thô làm lọc.

điểm chung nhất trong các thuyết xác định lớp lọc là cần phải thiết kế đường bao giới hạn sự phân bố cỡ hạt của vật liệu lọc Đầu tiên lớp lọc thứ nhất (cát) bảo vệ cho lớp lõi, sau đó lớp lọc thứ 2 (đá dăm) bảo vệ cho lớp lọc thứ nhất

vật liệu sử dụng làm thiết bị lọc trong đập còn phải được xác định bằng những đường cong cấp phối hạt phụ thuộc vào sự

phân bố thành phần hạt của lớp vật liệu được bảo vệ

Đường cấp phối của vật liệu làm tầng lọc phải song song với

đường cấp phối của đất

Sử dụng vải địa kỹ thuật làm lọc.

Khi sử dụng vải địa kỹ thuật cần thực hiện các bước sau:

- Cần xác định rõ điều kiện thuỷ lực và đánh giá kỹ lưỡng những vị trí nguy hiểm.

- Đối với đất không dính, có dòng thấm theo 1 chiều, vải địa kỹ thuật cần ngăn lại hạt có đường kính D85 của lớp đất được bảo vệ Nếu đất

có cấp phối không tốt có thể phải sử dụng loại vải địa kỹ thuật có kích thước lỗ nhỏ hơn để ngăn một lượng lớn các hạt nhỏ dịch chuyển Cần đặc biệt cẩn thận khi thiết kế tầng lọc cho đất có các hạt đồng đều vì chỉ cần một chút sai sót toàn bộ các hạt đều có thể chui qua lớp vải lọc.

- Đối với đất dính, trong điều kiện không có tính tan rã tại mặt tiếp xúc của lớp lọc đồng thời không có dòng thấm tập trung qua các vết nứt có thể sử dụng loại vải có lỗ nhỏ.

- Nếu có khả năng xuất hiện dòng thấm tập trung qua các vết nứt

trong đất dính, kỹ thuật hiện nay vẫn chưa đảm bảo chắc chắn việc sử dụng vải lọc Tầng lọc cát nhìn chung an toàn hơn trong việc ngăn chặn xói ngầm so với vải địa kỹ thuật

Hệ số thấm của vải địa kỹ thuật

• Để phù hợp với thiết kế tầng lọc sử dụng vật liệu rời, cần phải xem xét hệ số thấm của vải địa kỹ thuật và hệ số thấm của lớp lọc

• Kinh nghiệm sử dụng vải địa kỹ thuật cho thấy nó có xu hướng

bị bịt một phần bởi các hạt mịn Trong nhiều trường hợp hệ số

thấm giảm từ 5-70 lần

• Hội đập lớn thế giới kiến nghị sử dụng một hệ số giảm nhỏ hơn

hệ số thấm để dự kiến hệ số thấm của vải địa kỹ thuật bị bịt đồng thời kiến nghị hệ số thấm của vải địa kỹ thuật đã bị bịt cần lớn hơn hệ số thấm của đất

• Một số tác giả kiến nghị hệ số thấm của vải địa kỹ thuật cần bằng

100 lần hệ số thấm của khối đất được bảo vệ

Hệ số thấm của vải địa kỹ thuật

• Để phù hợp với thiết kế tầng lọc sử dụng vật liệu rời, cần phải xem xét hệ số thấm của vải địa kỹ thuật và hệ số thấm của lớp lọc

• Kinh nghiệm sử dụng vải địa kỹ thuật cho thấy nó có xu hướng bị bịt một phần bởi các hạt mịn Trong nhiều trường hợp hệ số thấm giảm từ 5-70 lần

• Hội đập lớn thế giới kiến nghị sử dụng một hệ số giảm nhỏ hơn hệ số thấm để dự kiến hệ số thấm của vải địa kỹ thuật bịbịt đồng thời kiến nghị hệ số thấm của vải địa kỹ thuật đã bịbịt cần lớn hơn hệ số thấm của đất

• Một số tác giả kiến nghị hệ số thấm của vải địa kỹ thuật cần bằng 100 lần hệ số thấm của khối đất được bảo vệ

Sử dụng vải địa kỹ thuật trong đập

• cần có sự cân nhắc về hiệu quả, về tính năng lọc và thoát

nước khả năng làm việc lâu dài, độ bền, đặc biệt nếu vải địa

kỹ thuật đảm nhiệm chức năng quan trọng và được bố trí ở nơikhông thể tiếp cận được để kiểm tra trạng thái hoạt động vàsửa chữa

• I COLD đưa ra một số kết luận như sau:

• - Cần hết sức cẩn thận khi sử dụng vải địa kỹ thuật để ngăn

ngừa xói ngầm tại các mặt tiếp xúc nơi dòng thấm từ hồ đi ra

• - Việc sử dụng vải lọc thành công ở những vị trí không nguyhiểm ở phía dưới lớp bảo vệ mái không được coi là tiêu chuẩn

để đánh giá mức độ thành công của việc sử dụng vải lọc ở các

vị trí khác

• - Vải lọc khi đã được chôn xuống đất có độ bền tương tự nhưcác vật liệu nhân tạo khác nhưng nó bị phá huỷ nhanh chóngkhi bị phơi ra nắng trong và sau thời gian xây dựng

• Vải lọc thường xuyên được sử dụng làm lớp ngăn cách giữalớp cát mịn và lớp hạt thô trong thiết bị thoát nước

Khi sử dụng vải lọc cần có một số lưu ý sau:

• Các vết nối của vải phải được khâu lại, không được chỉ để

chồng lên nhau

• Cần bóc bỏ và đầm nện nền cẩn thận trước khi đặt thiết bị lọc

• Cần phải ngăn ngừa cỏ, cây mọc làm hỏng vải lọc

• Lớp cát lọc cần phải phủ bên ngoài vải lọc để ngăn ánh sángmặt trời trực tiếp chiếu vào đồng thời ngăn cát hạt mịn bịt lỗcủa vải lọc

H 2.14 Sử dụng vải địa kỹ thuật làm lớp lọc

Chân khay chống thấm

• Là bộ phận kéo dài của tường lõi cắm vào trong nền

• Làm chân khay đến chỗ đất nền tự nhiên tốt hơn đất đắp

• Chân khay cần cắm vào nền đá, nếu chân khay chỉ sâubằng 80% nền, lưu lượng chi giảm 50%

• Mái của chân khay chid dốc tối đa 1:1

Khoan phụt tạo màng chống thấm

• Khoan phụt thông thường áp dụng cho nền đá, chiều sâukhoan phụt xấp xỉ cột nước trước đập

• Khoảng cách giữa các lỗ khoan khoảng 1.5m

• Đơn vị Lugeon (LU) thường được dùng để đo khả năngthấm của nền đá

Lu= 10Q/(P.L) - Q: lượng nước tổn thất (l/ph)

- P: áp lực bơm (kg/cm2)

- L: chiều dài đoạn thí nghiệm(m)1.0 Lu ≈ 1.10-5 cm/s

• Thường khoan phụt đến giá trị Lu=3

• Khi khoan phụt trong đất thường sử dụng ống Manshet

Khoan phụt 2 nút

Jet grouting

• Là phương pháp xử lý nền được phát triển ở Nhật, Ý, Anh

• Kết cấu của đất nền bị phá vỡ bởi tia nước hoặc vữa được phun

ra với áp lực rất cao Vùng đất này sau đó được trộn với dung dịch vữa tạo thành các cột đất

• Jet grouting được sử dụng thay thế khoan phụt thông thườngđối với nền đất

• So sánh giá thành so với khoan phụt thông thường khó khăn

• Thời gian thi công nhanh hơn

• Có thể sử lý cục bộ ở độ sâu nào đó

• Sử dụng hiệu quả đối với không dích (cát, cuội sỏi)

• Không hiệu quá đối với đất dích cao

• Không dùng được đối với nền đá, nền có cuội sỏi lớn

• monofluid jet grouting system (1 chất lỏng) đầu mũi khoan

có gắn 1 vòi phun vữa, dung dịch vữa được phun ra với áp lựccao (v=200m/s) sẽ phá vỡ kết cấu của đất và trộn với đất nàytạo thành hỗn hợp trộn xung quanh cần khoan có đường kính40-120cm

• 3-fluid or Kajima jet grouting system ( 3 chất lỏng: vữa,

nước, không khí) sử dung nước và không khí để phá vỡ kếtcấu của đất dung dich vũa được trộn vào thông qua một vòiphun nằm bên dưới vòi phun không khí và nước Đường kínhcột khoảng 2m

• 2-fluid jet grouting system ( vữa, không khí) được phát triển

để cải thiện bán kính ảnh hưởng của hệ thống 1 chất lỏng

Các hệ thống jet grouting

summarizes the range of parameters commonly used for the 3 different jet grouting systems.

30 5

30 7

50 10

Speed of withdrawal (cm/min)

10 5

10 5

25 10

Speed of rotation (rpm)

2 1

2 1

-

-Coaxial air nozzle opening (mm)

3 1.5

-

-

-Water nozzle diameter (mm)

8 4

3 1.5

3 1.5

Binder nozzle diameter (mm)

150 70

-

-

-Water flow (l/min)

50 20

-

-

-Water injection pressure (Mpa)

6000 2000

6000 2000

-

-Air flow (l/min)

1.2 0.6

1.2 0.6

-

-Air Pressure (Mpa)

150 70

150 70

120 40

Binder flow (l/min)

7 3

60 30

60 20

Binder injection pressure (Mpa)

Max Min

Max Min

Max Min

3-Fluid 2-Fluid

1-Fluid Parameters for Jet Grouting

Tường hào chống thấm

• Tường chống thấm có bề rộng 60-120cm, cắm xuống tậnnền đá hoặc nối với tường lõi chống thấm (việc đào hàothường có giá thành cao)

• Quá trình đào hào được thực hiện thành nhiều bước trongdung dich bentonite

• Mục đích của dung dịch là để giữ ổn định vách hào và tạomàng chống thấm

• Khí hoàn thành việc đào hào có thể thay thế dung dịchbằng vật liệu khác

• Quá trình đào có thể phức tạp nếu có các hòn đá mồ côi

• Cần cẩn thận để đảm bảo tiếp xúc giữa tường hào với lõichống thấm

Vữa tự đóng rắn 60-120

1,15

1,1-7 5x10 -7

Ximăng-Xỉ-Bentonite

Vữa tự đóng rắn 60-120

1,1-1,2 1,75

1x10 -6

Ximăng-Bentonite

Trộn từ xa 50-100

1,5-1,9 3,5

1,6-0 1x10 -7

Đất-bentonite

Ghi chú

Chi phí (USD/m 2 )

Dung trọng (t/m 3 )

Cường độ (kg/cm 2 )

Hệ số thấm (cm/s) Vật liệu đắp

Một số loại tường hào chồng thấm

Tường hào xi măng – bentonite

• Đặc điểm: bề rộng 60-80 cm

thi công theo từng panel

Thành phần cho 1m3 vữa: 917 l nước, 200-300kg ximang

35-45kg bentoniteTường hào phải cắm vào nên đá tối thiệu 0.5m

Mực dung dịch trong hào cần cao hơn mực nước ngầm

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

• Nhược điểm: Hệ số thấm cao (10-5cm/s), không tương thíchvới đất xung quanh Giá thành cao

• Điều kiện áp dụng: Sửa chữa công trình cũ

Một số công trình ứng dụng tường hào xi măng -bentonite ở Việt nam

Đang thi công 0,6

340 47,5

Gia Lai

Hồ Ia Mlah

1.10 -5 –6,7.10 -6

0,6 312

21 Kiên Giang

Hồ Dương Đông

4,06.10 -6

0,6 0,6

26.2 175.6

25.2 14.9

21 Đắk Lắk

Hồ EA Súp thượng

-

21

-Đăk lắk

Hồ IA Kao

-

-

162 350 140 740

33 39 25 18

Chiều rộng (m)

Chiều dài (m)

Chiều sâu lớn nhất (m) Địa điểm

Tên công trình

Tường hào đất- xi măng – bentonite

• Đặc điểm: bề rộng 80-120 cm để đổ vữa vào dễ dàng

thi công hào liên tục

Thành phần cho 1m3 vữa: 100-200kg ximang

50-70kg bentoniteMực dung dịch trong hào cần cao hơn mực nước ngầm

• Ứu điểm: Hệ số thấm nhỏ, vật liệu mềm, dẻo Tốc độ thi côngbăngnhanh, giữ ổn định vách hào tương thích với môi trườngxung quanh Giá thành rẻ

• Nhược điểm: Cần mặt mặt bằi thi công rộng

• Điều kiện áp dụng: Sửa chữa công trình cũ

Tường bê tông

Vertical Geomembrane Cutoff Walls

• utilized at abandoned dumps or for the control of polluted

Sân phủ chống thấm

Lớp vật liệu không thấm keà nối với o dài về thượng lưu với tường lõi

Áp dung khi nền thấm nước dày

Làm giảm lưu lượng thấm bằng cách kéo dài đường viền thấm

Nên bố trí để sân phủ luôn nằm dưới mực nước hạ lưu

(Concrete Dam Leaking!)

(Completed Concrete Dam Lining) (Lined Earth Dam: Before Rip-Rap)

(Lining a Concrete Dam)

(Lined Potable Water Reservoir) (Floating GM Cover)

(Another Floating GM Cover)

(Huge GM Bag Transporting Potable Water)

(Lining a Canal: Before Soil Covering) (GCL Lining of a Canal)

Sử lý thấm hồ Dầu tiếng