NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP XỬ LÝ CHỐNG THẤM CHO ĐẬP PHỤ HỒ CHỨA NƯỚC DẦU TIẾNG TỈNH TÂY NINH

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN TRẦN ANH DŨNG NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP XỬ LÝ CHỐNG THẤM CHO ĐẬP PHỤ HỒ CHỨA NƯỚC DẦU TIẾNG TỈNH TÂY NINH Chuyên ngàn

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

TRẦN ANH DŨNG

NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP XỬ LÝ CHỐNG THẤM

CHO ĐẬP PHỤ HỒ CHỨA NƯỚC DẦU TIẾNG

TỈNH TÂY NINH

Chuyên ngành : Xây dựng công trình thủy

M ã số : 60 – 58 – 40

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Người hướng dẫn khoa học:

2 TS Nguyễn Hùng Sơn

Hà Nội - 2012

LỜI CẢM ƠN

Luận văn " Nghiên cứu đề xuất giải pháp xử lý chống thấm cho đập phụ hồ

chứa nước Dầu Tiếng, tỉnh Tây Ninh” được hoàn thành nhờ sự giúp đỡ nhiệt tình của các thầy, cô giáo, bạn bè đồng nghiệp, cơ quan và gia đình

Có được thành quả này là nhờ sự truyền thụ kiến thức của các thầy giáo, cô giáo trực tiếp giảng dạy và công tác tại Trường Đại học Thủy lợi trong suốt thời gian tác giả học tập tại trường

Tác giả xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của các thầy giáo, cô giáo của Trường Đại học Thủy lợi trong thời gian tác giả học tập tại đây, sự quan tâm giúp

đỡ của Ban Lãnh đạo Ban Quản lý Đầu tư và Xây dựng Thủy lợi 9, gia đình, bạn bè đồng nghiệp trong công tác và học tập để tác giả hoàn thành luận văn này

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới GS.TS Trần Thị Thanh, TS Nguyễn Hùng Sơn các thầy cô giáo trong bộ môn Thủy công trường Đại học Thủy lợi và các cơ quan Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam, Công ty TNHH 1 thành viên Quản lý khai thác Thủy lợi Dầu Tiếng – Phước Hòa đã tận tình hướng dẫn và cung cấp các tài liệu cần thiết cho luận văn này

Hà Nội ngày 14 tháng 05 năm 2012

Trần Anh Dũng

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 7

1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI: 7

2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI: 7

3 MỤC TIÊU, NỘI DUNG, CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU: 8

3.1 Mục tiêu 8

3.2 Nội dung thực hiện 8

3.3 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu: 8

4 PHẠM VI NGHIÊN CỨU, Ý NGHĨA VÀ KẾT QUẢ DỰ KIẾN ĐẠT ĐƯỢC: 9

4.1 Phạm vi nghiên cứu 9

4.2 Ý nghĩa nghiên cứu của đề tài 9

4.3 Kết quả dự kiến đạt được của đề tài 10

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VỀ TÌNH HÌNH THẤM QUA THÂN VÀ NỀN ĐẬP VẬT LIỆU ĐỊA PHƯƠNG 11

1.1 TỔNG QUAN VỀ THẤM QUA THÂN VÀ NỀN ĐẬP VẬT LIỆU ĐỊA PHƯƠNG 11

1.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN THẤM 12

1.3 NHỮNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VỀ XỬ LÝ DÒNG THẤM GÂY RA SỰ CỐ Ở ĐẬP ĐẤT 14

1.3.1 Những kết quả nghiên cứu ở các nước trên thế giới về xử lý dòng thấm gây ra sự cố ở đập đất 14

1.3.2 Những kết quả nghiên cứu trong nước về xử lý dòng thấm xảy ra sự cố ở đập đất 20

1.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 22

CHƯƠNG 2 23

NGHIÊN CỨU VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP XỬ LÝ CHỐNG THẤM CHO THÂN VÀ NỀN ĐẬP VẬT LIỆU ĐỊA PHƯƠNG 23

2.1 THẤM VÀ MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU THẤM QUA ĐẬP ĐẤT [13] 23

2.2 ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN VỀ THẤM VÀ PHẠM VI ỨNG DỤNG [13] 24

2.3 CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ THẤM 25

2.3.1 Giải pháp tường hào bentonite chống thấm [8] 25

2.3.2 Giải pháp chống thấm bằng vật liệu màng chống thấm địa kỹ thuật [3],[8] 31

2.3.3 Giải pháp khoan phụt vữa chống thấm [3] 36

2.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 45

CHƯƠNG 3 46

XỬ LÝ CHỐNG THẤM CHO ĐẬP PHỤ 46

HỒ CHỨA NƯỚC DẦU TIẾNG 46

3.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÔNG TRÌNH 47

3.1.1 Vị trí địa lý 47

3.1.2 Đặc điểm tự nhiên 47

3.1.3 Đặc điểm địa chất [7] 51

3.1.4 Tình hình Dân sinh – Kinh tế – Xã hội [9] 55

3.1.5 Qui mô, nhiệm vụ, các chỉ tiêu thiết kế công trình, đặc điểm kết cấu [6] 56

3.2 ĐÁNH GIÁ CHUNG VỀ HIỆN TRẠNG ĐẬP PHỤ HỒ DẦU TIẾNG [8],[9] 58

3.3 NGUYÊN NHÂN GÂY RA THẤM Ở ĐẬP PHỤ HỒ DẦU TIẾNG 59

3.4 PHÂN TÍCH, ĐỀ XUẤT BIỆN PHÁP XỬ LÝ CHỐNG THẤM 60

3.4.1 Yêu cầu về xử lý chống thấm 60

3.4.2 Cơ sở lựa chọn biện pháp chống thấm 60

3.4.3 Phương án chọn 61

3.5 TÍNH TOÁN KHOAN PHỤT CHO ĐẬP PHỤ HỒ DẦU TIẾNG 61

3.5.1 Xác định chiều dài màng phụt Lm: 61

3.5.2 Xác định khoảng cách giữa hai hố khoan trong một hàng L1: 61

3.5.3 Xác định khoảng cách giữa hai hàng khoan L2: 62

3.5.4 Xác định chiều dày màng phụt T (m): 62

3.5.5 Bố trí mạng lưới khoan: 63

3.5.6 Thiết bị khoan phụt và thí nghiệm: 64

3.5.7 Khoan phụt thí nghiệm và khoan kiểm tra: 65

3.5.8 Trình tự khoan phụt đại trà: 67

3.6 ỨNG DỤNG MÔ HÌNH TOÁN ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CỦA BIỆN PHÁP KHOAN PHỤT CHỐNG THẤM 81

3.6.1 Lựa chọn phần mềm tính toán 81

3.6.2 Nội dung và kết quả tính toán 81

3.7 KỸ THUẬT THI CÔNG KHOAN PHỤT: 86

3.7.1 Chỉ tiêu kỹ thuật khoan phụt chống thấm: 86

3.7.2 Cấp phối vật liệu khoan phụt chống thấm: 86

3.7.3 Quy trình thi công: 87

3.8 KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 90

CHƯƠNG 4 92

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 92

4.1 NHỮNG KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC CỦA LUẬN VĂN 92

4.2 NHỮNG VẤN ĐỀ TỒN TẠI VÀ KIẾN NGHỊ 92

TÀI LIỆU THAM KHẢO 94

PHỤ LỤC 96

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1- Tổng hợp một số công trình ứng dụng giải pháp chống thấm đập bằng

tường hào bentonite 25

Bảng 2.2 - So sánh các tính năng kỹ thuật của 2 loại tường hào đất – 27

Bảng 2.3 - Quy cách sản xuất tiêu chuẩn của màng SD-HDPE 32

Bảng 2.4- Thông số kỹ thuật của màng chống thấm SD-HDPE 32

Bảng 2.5- Một số công trình Thủy lợi ứng dụng phương pháp khoan phụt truyền thống 41

Bảng 3.1- Các đặc trưng thống kê lượng mưa năm của các trạm 49

Bảng 3.2- Lượng mưa hàng năm tại 5 trạm trong lưu vực hồ Dầu Tiếng 49

Bảng 3.3- Các chỉ tiêu cơ lý của đất thân đập và nền đập 54

Bảng 3.4- Diện tích, dân số các xã ven hồ Dầu Tiếng 56

Bảng 3.5 – Một số chỉ tiêu của hồ chứa nước Dầu Tiếng 57

Bảng 3.6- Bảng xác định khoảng cách giữa 2 hàng khoan 62

Bảng 3.7- Phân định các đất, đá theo mức độ 73

Bảng 3.8- Sơ bộ chọn dung dịch N/X theo q 74

Bảng 3.9- Các cấp nồng độ vữa thiết kế 74

Bảng 3.10- Bảng xác định trị số Po và P 76

Bảng 3.11- Lưu lượng vữa nhỏ nhất cho phép ngừng phụt 77

Bảng 3.12- Các cấp áp lực ép nước kiểm tra 79

Bảng 3.13- Kết quả ép nước kiểm tra của công trình 80

Bảng 3.14 - Kết quả tính toán thấm đập phụ hồ Dầu Tiếng 84

Bảng 3.15 Kết quả tính toán ổn định mái đập phụ hồ Dầu Tiếng 85

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Sơ đồ chống thấm cho đập đất có tường nghiêng sân phủ 15

Hình 1.2 Sơ đồ chống thấm cho đập đất bằng hào chân khay chống thấm 15

Hình 1.3 Sơ đồ chống thấm cho đập đất có màng chống thấm bằng khoan phụt vữa ximăng-bentonite 17

Hình 1.4 Sơ đồ chống thấm cho đập đất bằng cừ thép 18

Hình 1.5 Mặt cắt điển hình của đập Brông Bách ban đầu 19

Hình 2.1 Giải pháp tường hào bentonite chống thấm 26

Hình 2.2 Sơ đồ công nghệ trộn vữa 28

Hình 2.3 Sơ đồ thi công tường hào bentonite chống thấm 29

Hình 2.4 Hình ảnh thi công tường hào bentonite chống thấm 30

Hình 2-5 Sơ đồ màng chống thấm Địa kỹ thuật 31

Hình 2.6 Hình ảnh thi công màng chống thấm HDPE của công trình Hồ chứa nước Dầu Tiếng 35

Hình 2.7 Giải pháp khoan phụt tạo màng chống thấm nền đập 37

Hình 2.8 Các phương pháp và công nghệ khoan phụt vữa chống thấm 37

Hình 2.9 Sơ đồ khoan phụt vữa tạo màng chống thấm 38

Hình 2.10 Nút phụt đơn và nút phụt kép trong công nghệ khoan phụt 40

Hình 2.11 Hình ảnh khoan phụt tại Đập phụ 42

Hình 2.12 Sơ đồ công nghệ Jet-grouting làm tường chống thấm 43

Hình 2.13 Phạm vi ứng dụng hiệu quả trong công nghệ khoan phụt 44

Hình 3.1 Vị trí hồ Dầu Tiếng trong lưu vực sông Sài Gòn – Đồng Nai 46

Hình 3.2 Chiều dày màng phụt chống thấm 63

Hình: 3.3 Sơ đồ bố trí mạng lưới hố khoan 64

Hình: 3.4 Bố trí khoan phụt thí nghiệm 66

Hình: 3.5 Sơ đồ khoan phụt 69

Hình 3.6 Trình tự khoan phụt 70

Hình 3.7 Mô phỏng bài toán tính toán thấm hiện trạng, MNDBT 82

Hình 3.8 Gradient thân đập và lưu lượng thấm hiện trạng, MNDBT 85

Hình 3.9 Gradient cửa ra và lưu lượng thấm hiện trạng, MNDBT 85 Hình 3.10 Mô phỏng bài toán thấm sau khi xử lý chống thấm, MNDBT 83Hình 3.11 Gradient thân đập và lưu lượng thấm sau khi xử lý chống thấm, MNDBT 84 Hình 3.13 Mô phỏng bài toán tính toán ổn định hiện trạng 85 Hình 3.14 Kết quả tính toán ổn định mái hạ lưu hiện trạng, MNDBT 85

MỞ ĐẦU

1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI:

Sau khi Miền Nam hoàn toàn giải phóng, hàng loạt công trình Thuỷ lợi ra đời đã góp phần giảm nhẹ thiên tai, cải tạo môi tường sinh thái, xoá đói giảm nghèo, tạo cơ sở hạ tầng kỹ thuật cho các ngành kinh tế phát triển

Đặc biệt khu vực Miền Đông Nam Bộ là vùng kinh tế trọng điểm của nước

ta, nên nhu cầu dùng nước cho dân sinh và phát triển kinh tế xã hội rất cao, lượng nước cung cấp chủ yếu bởi các sông chảy qua vùng này, tuy nhiên lưu lượng lại phân bố không đều trong năm Do đó, nhiều công trình thủy lợi trữ và cấp nước được xây dựng trong vùng, như hồ Chứa Nước Đá đen, Hồ chứa nước Lộc Quang,

hồ chứa nước Dầu Tiếng,… Đặc biệt là hồ chứa nước Dầu Tiếng, là hồ chứa nước

có dung tích lớn nhất khu vực Đông Nam Bộ phục vụ cho nước sinh hoạt và tưới (dung tích hơn 1,5 tỷ m3 ) được xây dựng từ những năm 1977÷1985

Các hồ chứa nước được xây dựng đa số có đập ngăn nước được đắp bằng đất tại chỗ (vật liệu địa phương), đây là biện pháp kinh tế và hiệu quả Nhưng vùng Đông Nam Bộ có địa hình núi, biển và đồng bằng, cấu tạo địa chất phức tạp, vật liệu đất đắp đập có hàm lượng sỏi sạn rất lớn, tính co ngót – trương nở cao, hơn nữa những năm trước đây sự am hiểu về vật liệu đắp đập ở khu vực này còn bị hạn chế nên sau một thời gian vận hành các sự cố chủ yếu là thấm ở hạ lưu hoặc có hiện tượng mất nước (đập hồ Dầu Tiếng - Tây Ninh, đập Suối Giai – Bình Phước …) Mặt khác trong quá trình xây dựng, công tác khảo sát thiết kế, công tác thi công vẫn còn nhiều tồn tại đối với đập ngăn sông bằng vật liệu địa phương, nhất là ở khu vực Miền Đông Nam Bộ mà điển hình là hồ Dầu Tiếng

Vì vậy mà đề tài: “ Nghiên cứu đề xuất giải pháp xử lý chống thấm cho

đập phụ hồ chứa nước Dầu Tiếng tỉnh Tây Ninh” thực sự là rất cần thiết

Hầu hết các công trình đập đất khu vực Miền Đông Nam Bộ được xây dựng

bằng các loại đất Bazan, đất Bazan lẫn dăm sạn, đất tàn tích trên nền bột cát kết, do

sự hiểu biết về kinh nghiệm sử dụng các loại đất này trong xây dựng đập đất chưa nhiều nên sau một thời gian vận hành khai thác, công trình đã xuất hiện thấm bất thường Với mục đích nâng cao ổn định về thấm cho các đập đất trong khu vực, nghiên cứu nguyên nhân gây ra thấm và tìm giải pháp chống thấm cho đập phụ Hồ Dầu Tiếng nhằm nâng cao ổn định, an toàn cho công trình đáp ứng nhu cầu dùng nước cho khu vực Thành Phố Hồ Chí Minh, Tây Ninh, Bình Dương, Bình Phước và

tỉnh Long An

CỨU:

3.1 Mục tiêu

Dựa vào các tài liệu thu thập, tài liệu khảo sát nghiên cứu về hiện tượng thấm

và mất nước của khu vực nghiên cứu, các tài liệu về thiết kế - thi công đập trước đây, kết hợp với quan trắc thực tế hiện trường để tìm ra nguyên nhân gây ra hiện tượng mất nước của đập, từ đó đề xuất giải pháp xử lý chống thấm cho đập

3.2 Nội dung thực hiện

- Thu thập tài liệu về dân sinh, kinh tế và xã hội của khu vực nghiên cứu;

- Thu thập tài liệu về đất đai, thổ nhưỡng, khí hậu, khí tượng thủy văn của khu vực nghiên cứu;

- Thu thập tài liệu về khảo sát - thiết kế - thi công đập khu vực nghiên cứu, các tài liệu liên quan khác;

- Điều tra, khảo sát và đánh giá hiện trạng đập đất trong vùng;

- Đánh giá thực trạng thấm, tìm nguyên nhân gây thấm;

- Đề xuất các giải pháp công nghệ chống thấm;

- Hoàn thiện luận văn

3.3 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu:

* Cách tiếp cận:

- Thu thập tài liệu và tìm hiểu đập đất, đặc biệt là trong khu vực nghiên cứu

- Tìm hiểu về những đặc điểm cấu tạo địa chất và sự hình thành của đất trong khu vực nghiên cứu Những loại đất sử dụng để đắp đập trong khu vực Đông Nam

Bộ

- Nghiên cứu những loại đất đặc trưng dùng đắp đập trong khu vực nghiên cứu, các thí nghiệm thấm trong phòng cho loại đất sử dụng tại hiện trường

- Tiếp cận từ thực tế: Điều tra, khảo sát sự làm việc của các đập đã xây dựng

- Khảo sát và theo dõi kết quả thấm tại hiện trường của đập phụ hồ chứa nước Dầu Tiếng

- So sánh các kết quả nghiên cứu biện pháp chống thấm cho đập đất, kiến nghị các biện pháp chống thấm - tăng ổn định cho công trình đất đắp ở Tây Ninh, cụ thể là đập phụ hồ chứa nước Dầu Tiếng

*) Phương pháp nghiên cứu:

- Kế thừa các tài liệu nghiên cứu, khảo sát thiết kế đã có

- Quan trắc hiện trường

- Ứng dụng mô hình toán hiện đại để nghiên cứu đánh giá hiện trạng và đánh giá biện pháp xử lý

- Phương pháp nghiên cứu phân tích tổng hợp

4 PHẠM VI NGHIÊN CỨU, Ý NGHĨA VÀ KẾT QUẢ DỰ KIẾN ĐẠT ĐƯỢC:

Ý nghĩa kinh tế - xã hội:

Kết quả nghiên cứu của đề tài có thể tham khảo trong quá trình thiết kế lựa chọn giải pháp công trình đập đất hợp lý và hiệu quả cao đồng thời có thể tham khảo để lập biện pháp thi công hợp lý, năng suất cao giảm thiểu sự cố và đảm bảo chất lượng, an toàn, ổn định cho công trình xây dựng

4.3 Kết quả dự kiến đạt được của đề tài

- Tìm ra nguyên nhân gây thấm và biện pháp xử lý chống thấm cho Đập phụ

hồ Dầu Tiếng

- Đề xuất được các giải pháp xử lý chống thấm cho các công trình đập đất đã xây dựng tại khu vực nghiên cứu và những lưu ý trong tính toán thiết kế, thi công, các công trình đất đắp bằng vật liệu đất bazan, đất có nguồn gốc phong hóa từ đá bột, cát kết

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ VỀ TÌNH HÌNH THẤM QUA THÂN VÀ NỀN ĐẬP

VẬT LIỆU ĐỊA PHƯƠNG

1.1 TỔNG QUAN VỀ THẤM QUA THÂN VÀ NỀN ĐẬP VẬT LIỆU ĐỊA PHƯƠNG

Đập bằng vật liệu địa phương là loại công trình dâng nước phổ biến hiện nay ở nước ta và trên thế giới Đập được xây dựng bằng các loại vật liệu hiện có trong khu vực xây dựng công trình như: sét, á sét, á cát, sỏi cuội Đập bằng vật liệu địa phương có cấu tạo đơn giản, vững chắc, có yêu cầu chất lượng của nền đối với đập không cao lắm, có khả năng cơ giới hóa cao khi thi công và trong đa số trường hợp

có giá thành thấp nên là loại đập được ứng dụng rộng rãi nhất trên thế giới Hiện nay thế giới có khoảng bốn trăm ngàn đập được xây dựng trong đó đập đất chiếm trên 70%, còn lại là các loại đập khác như đập đá đổ, đập bê tông trọng lực

Nước ta có lượng nước dồi dào song phân phối không đều theo thời gian, phần lớn lượng nước tập trung vào mùa lũ, đồng thời cũng phân phối không đều trên lãnh thổ Mặt khác do biến động của thời tiết, khí hậu toàn cầu cũng như sự phát triển dân

số, nhu cầu sử dụng nước ngọt cho đời sống xã hội ngày càng tăng lên làm cho nguồn nước ngọt ngày càng khan hiếm Một trong những biện pháp phổ biến để cung cấp nước ngọt cho đời sống dân sinh là đắp đập để tạo hồ chứa trữ nước ngọt, phân phối lại nguồn nước theo không gian và điều chỉnh dòng chảy theo thời gian một cách hợp lý Hầu hết các đập tạo hồ chứa được xây dựng ở nước ta là đập đất, trong đó phần lớn các đập nhỏ được xây theo hình thức đập đồng chất, mái thượng lưu được bảo vệ bằng tấm bê tông hoặc đá xếp, mái hạ lưu bảo vệ bằng trồng cỏ trong các ô

có đổ sỏi đá để thoát nước mưa mái đập Đặc điểm chính các công trình này là thường xuyên có dòng thấm trong thân và nền đập, có kích thước mặt cắt ngang lớn, được đánh giá là bền và chịu chấn động tốt so với các loại đập khác Tuy nhiên trong quá trình làm việc, do tác động của các yếu tố tự nhiên và yếu tố sử dụng của con người đã xảy ra tình trạng hư hỏng tại nhiều đập đất với nhiều mức độ khác

nhau Nguyên nhân chính có thể kể đến là do hiện tượng thấm qua nền đập, vai đập

và thân đập gây ra Tác hại của dòng thấm thật khó lường, nó không chỉ làm mất nước đối với các công trình trữ nước mà còn làm giảm ổn định của công trình và nền như: đẩy nổi, đẩy trượt, trôi đất, xói ngầm, trượt nền

Thấm là tình trạng xảy ra rất phổ biến ở các đập đất, nhiều hồ chứa bị thấm rất nghiêm trọng mà việc xử lý lại rất tốn kém khó khăn và gây tổn thất lớn về kinh tế

Sự cố về thấm muôn hình muôn vẻ, nó có thể xảy ra ngay khi công trình mới hoàn thành: điển hình như hồ chứa nước Nam Du - tỉnh Kiên Giang, khi thi công xong hồ cạn hết nước dẫn đến phải xử lý chống thấm rất tốn kém, hay như đập Cà Giây - Bình Thuận khi chưa hoàn công (1988) đã xuất hiện thấm ra ở chân mái hạ lưu với lưu lượng 5 ÷ 7 (l/phút), sau đó lưu lượng tăng nhanh có nguy cơ vỡ đập; hoặc sau một vài năm làm việc hiện tượng thấm mới xảy ra mãnh liệt gây tổn hại rất lớn đến công trình như: sự cố thấm gây vỡ đập đất của hồ chứa Suối Hành, Suối Trầu, Am Chúa - Khánh Hoà, đập Vực Tròn - Quảng Bình… là một trong những ví dụ điển hình Đó là những đập đã bị vỡ rồi, còn những đập tuy chưa vỡ nhưng phải xử lý thấm rất tốn kém như đập Dầu Tiếng - Tây Ninh, Easoup Thượng - Đắc Lắc…

Thấm là một hiện tượng rất phức tạp diễn ra trong lỗ rỗng của các hạt đất đá Hiện tượng thấm của nước dưới đất trong môi trường lỗ rỗng được Darcy nghiên cứu từ năm 1856 Trên cơ sở thực nghiệm Darcy đã xác định quy luật thấm của nước trong môi trường lỗ rỗng, đó là quy luật thấm đường thẳng Ngày nay lý

thuyết thấm vẫn tiếp tục phát triển không ngừng và ứng dụng cho nhiều chuyên ngành khác nhau Đặc biệt trong các công trình thủy lợi, thủy điện…, lý thuyết thấm

có vai trò quan trọng Trong thiết kế công trình thủy lợi chỉ sau khi xác định được các đặc trưng của dòng thấm (áp lực thấm, gradien…), giải quyết xong biện pháp chống thấm thì mới có đủ điều kiện để đánh giá ổn định và độ bền công trình

Hiện nay có rất nhiều mô hình toán học của lý thuyết thấm đang được sử dụng

để giải các bài toán thấm qua đập và các lĩnh vực liên quan Các bài toán lý thuyết thấm của nước trong môi trường đồng nhất và không đồng nhất, về cơ bản đều đưa

đến giải quyết phương trình vi phân cấp 2 đạo hàm riêng dạng eliptic hay parabolic khi biết điều kiện đầu và điều kiện biên tương ứng

Để giải quyết bài toán lý thuyết thấm, người ta đã sử dụng một số nhóm phương pháp sau:

*) Phương pháp thuận, bao gồm các phương pháp phân ly tích số, phương pháp biến đổi tích phân

*) Phương pháp lý thuyết hàm biến phức (phương pháp biến hình bảo giác, đưa đến bài toán Rima-Gianke)

*) Các phương pháp dựa trên lý thuyết giải tích phương trình vi phân tuyến tính, giải tích hàm, phép tính biến phân

*) Các phương pháp số như sai phân hữu hạn, phần tử hữu hạn

*) Các phương pháp biểu đồ, phương pháp mô hình và tương tự điện

Trong đó phương pháp tương tự điện thủy động lực học do Pavolopxki N.N đề

ra đã được xem như phương pháp chuẩn để giải các bài toán thấm thực tế và mức

độ tin cậy của các phương pháp khác Phương pháp này đòi hỏi công phu và tốn

kém nên những trường hợp thật cần thiết mới được sử dụng Mặc dù vậy, những vấn đề như thấm dị hướng, thấm phi tuyến, phương pháp này vẫn chưa giải quyết được

Ngoài phương pháp số, các phương pháp khác cũng chỉ giải cho một lớp các bài toán nhất định, thậm chí, một số công thức giải tích phải dựa trên kết quả phương pháp tương tự điện thấm mới lập được, song phạm vi ứng dụng cũng còn rất hạn chế

Cùng với sự phát triển của máy tính điện tử, phương pháp số đã chiếm ưu thế trong việc giải quyết các bài toán lý thuyết thấm, nhất là bài toán có biến thay đổi và chế độ vận động trong môi trường có cấu tạo địa chất phức tạp Đặc biệt là phương pháp phần tử hữu hạn đang được dùng rộng rãi phổ biến Vì phương pháp này không những có một cơ sở toán học chặt chẽ, dễ dàng tự động hóa trên máy tính, có

khả năng giải được tất cả các bài toán thấm với mức độ chính xác phù hợp thực tế

và thỏa mãn trong yêu cầu kỹ thuật

SỰ CỐ Ở ĐẬP ĐẤT

1.3.1 Những kết quả nghiên cứu ở các nước trên thế giới về xử lý dòng thấm gây ra sự cố ở đập đất

1.3.1.1 Một số biện pháp xử lý chống thấm ở nền bồi tích

Trong “Thông tin khoa học thủy lợi” số 6 - 1977, tác giả Vũ Ngọc Quỳnh [4]

đã thu thập xử lý số liệu, cung cấp thông tin về một số biện pháp xử lý chống thấm mất nước ở nền bồi tích đã được sử dụng nhiều nước trên thế giới Các biện pháp đó là: sân phủ chống thấm ở thượng lưu; hào chân khay chống thấm; phụt vữa trong nền; vách chống thấm

Sân phủ chống thấm ở thượng lưu

Ở nền bồi tích sâu, sân phủ chống thấm ở thượng lưu là biện pháp kinh tế để chống thấm Sân phủ chống thấm ở thượng lưu có tác dụng làm lưu lượng mất nước

và gradien thấm giảm tới mức cho phép Đây là giải pháp được sử dụng ở nhiều đập trên thế giới Nếu nước thật quý hiếm và hồ chứa nhỏ có thể làm sân phủ kín khắp đáy hồ Lớp phủ có thể bằng đất đầm nện, đặt trên một lớp đệm bằng sỏi, đá dăm Người ta cũng bắt đầu sử dụng các tấm cao su nhân tạo (butyl) hoặc chất dẻo (polyvinyl …)

Nhiều đập trên nền bồi tích có sân phủ thượng lưu Tất cả các đập đất ở Liên

Xô trước đây đều có sân phủ thượng lưu bằng đất hoặc bê tông (kết hợp vách cọc cừ) Đập Tarbela cao 147m có sân chống thấm ở thượng lưu phủ lên một diện tích khoảng 1,5x220 km2 Ở công trình Guadalteba – Tây Ban Nha, trong nền sa thạch dính kết kém và cát mịn, phụt vữa gây khó khăn quá lớn nên đã sử dụng biện pháp sân chống thấm ở thượng lưu, có bổ sung thiết bị tiêu và lọc nước

MNC MNDBT

tc

0.5-0.8m

H

L=(3-5)H td

Hình 1.1 Sơ đồ chống thấm cho đập đất có tường nghiêng sân phủ

Hào chân khay chống thấm

Khi độ dày lớp bồi tích không lớn, thường làm chân khay chống thấm của đập đến nền đá gốc Chẳng hạn như đập Cochiti – Hoa Kỳ độ dày lớp bồi tích từ 0÷60m trên suốt dọc 9km chiều dài đập, làm hào chân khay tạo sân chống thấm ở thượng lưu và giếng lọc ở hạ lưu

Ở đập Girna - Ấn Độ cũng sử dụng biện pháp hào chân khay Do thiếu thời gian và phương tiện bơm nước, không đưa được tất cả chiều dài hào chân khay xuống đến đá gốc nên ở các đoạn hào chân khay không xuống đến đá gốc đã tạo phía dưới hào một màng phụt vữa Chiều sâu lớn nhất của màng phụt là 7m

Ở đập Mias – Canada đã làm hào chân khay trong nền bồi tích dày 46m phía dưới lõi đập cao 243m

a Loại vữa: Loại vữa phụt ít khi chỉ là xi măng, thường là xi măng – bentonite, hoặc sét – xi măng, hoặc vữa tam hợp sét – ximăng – bentonite Đôi khi có dùng chất phụ gia (tăng tốc đông cứng, phụ gia dẻo, phụ gia gây nở) Thường trộn thêm các hoạt chất (Aluninat, Bicacbonat) Do giá thành quá lớn nên chưa sử dụng chất liệu tổng hợp làm vữa phụt trong nền bồi tích của đập

b Số hàng hố khoan phụt vữa: Trong nham thạch nứt nẻ thường chỉ phụt một hàng hố khoan Trái lại, trong các lớp bồi tích thấm nước thường phụt vữa theo nhiều hàng hố khoan Lý do cơ bản là trong môi trường bồi tích xốp không đồng chất, tuy không nên tiêu thụ vữa quá nhiều và vô ích, nhưng phụt vữa cho cả các vùng rất thấm nước và các vùng có kết cấu hạt mịn Còn phải tạo cho màng chống thấm có chiều dày đảm bảo, tránh nguy cơ để sót

kẽ hở, tạo được tổn thất đầu nước

c Áp suất phụt vữa: Trong khu thí nghiệm ở Montcenis – Pháp, ngay với áp suất vừa phải chỉ là P=0,3H (P: áp suất tính bằng atm, H: chiều cao của tầng đất phía trên đoạn phụt tính bằng m) cũng thấy có hiện tượng căng, nghĩa là

có hiện tượng đứt gãy thủy lực qua đó vữa phụt ăn sâu vào khối đất Hiện tượng này không làm đội đất mà còn có lợi Vữa phụt có hiện tượng thâm nhập từ khu này sang khu khác (thường có độ sâu lớn hơn), vượt qua một khu có kết cấu hạt mịn lớn không để vữa thấm qua chỉ cần theo dõi kiểm tra thường xuyên mặt nền, chú ý điều chỉnh áp suất và lượng vữa khi thấy có hiện tượng đội đất, thì có thể sử dụng đến áp suất phụt cao Đội đất lên chừng vài ba cm không ảnh hưởng xấu gì Hiện tượng này có liên quan với

áp suất phụt và lượng vữa phụt Chỉ cần khống chế lượng vữa phụt không quá 3l/phút

d Lượng hấp thụ vữa: Lượng hấp thụ vữa tính bằng khối lượng vữa cho 1m3

nền được xử lý, ở các công trình không khác nhau mấy Nên chủ động khống chế lượng hấp thụ, nhất là ở các hang khoan phía ngoài Ở Montenis – Pháp với mỗi mét khoan không vượt quá 3m3 vữa sét – xi măng

MNDBT

Mà ng chố ng thố ng bằ ng vữ a xi mă ng Bentonite Tấ m phả n á p bằ ng BTCT

Hình 1.3 Sơ đồ chống thấm cho đập đất cĩ màng chống thấm bằng khoan phụt

vữa ximăng-bentonite

Vách kín trên nền bồi tích

Cĩ nhiều loại vách tấm ngăn liên tục ăn sâu xuống trong nền bồi tích

a Cừ kim loại: Đây là biện pháp thơng dụng trước kia, hiện nay ít dùng và chỉ được dùng cho cơng trình loại thấp Ví dụ đã được sử dụng ở đập Nurna cao 18m – Hà Lan Vách cừ kim loại là biện pháp được sử dụng nhiều ở Liên Xơ trước đây cho những cơng trình trên nền cát Vách cừ kim loại khơng sử dụng trên nền bồi tích cĩ lẫn đá, cĩ nhiều trường hợp vách khơng kín nước

b Cọc kề nhau và nối tiếp nhau: Hiện nay cĩ nhiều cách để hạ lỗ khoan kề nhau và cĩ đường kính lớn xuống dưới sâu; lỗ khoan cĩ ống chèn ngồi hoặc tạm đổ bùn để giữ cho ổn định, rồi sau được đổ đầy bê tơng thường hoặc bê tơng – sét (kiểu cọc khoan nhồi) Ví dụ ở đập Manicouagan – Canada các kiểu cọc này nối tiếp nhau đã hạ được xuống đến độ sâu 120m

c Tường khuơn: Vách kiểu tường khuơn ra đời khoảng vài chục năm nay, nhưng trong mấy năm gần đây thì phát triển theo nhịp độ khá nhanh Tùy theo tính chất của lớp bồi tích mà dùng các loại thiết bị đào cần thiết (máy đào, gàu ngoặm …) để đào dưới nền thành những khuơn tường thật dài và sâu Trong khuơn tường này sẽ đổ bê tơng hoặc vữa bentonite Thơng thường hiện nay sử dụng hai loại kỹ thuật về tường khuơn Bên Châu Âu sử dụng tường khuơn là bê tơng dày 0,5 ÷ 1m, vữa cĩ đơi chút dẻo và luơn cĩ xi măng Bên Mỹ là loại tường đất dày 1,5 ÷ 2,5m, trong vữa khơng cĩ ximăng Cho đến nay các loại tường này cả ở Châu âu và ở Mỹ đều xuống tới độ sâu

khoảng 60m

d Vách mỏng: Đầu tiên cho đóng các cọc sắt hình xuống nền Trong quá trình

từ từ rút cọc lên thì cho vữa xi măng vào khe hở do chỗ cọc vừa bị rút lên để lại Như vậy sẽ tạo được một màng vách mỏng liên tục cũng đủ độ dày cho các đập thấp Vách mỏng là kinh tế với chiều sâu tối đa chừng vài chục mét

Ở đập Razzaza – Iraq 1m3 vách mỏng sâu 10m rẻ hơn được ba lần so với phương án tường khuôn dày 0,5m

MNC

>1.0m H=12m

(a)

Hình 1.4 Sơ đồ chống thấm cho đập đất bằng cừ thép

1.3.1.2 Làm kín nước cho đập xây trên nền sa thạch [5]

Trên thế giới có nhiều đập xây trên nền sa thạch Nói chung, một tầng sa thạch thường thể hiện dưới hình thức một tổng thể bị đập vỡ hoặc bị nứt rạn với hai mức độ thấm nước: thấm nước nhiều và thấm nước ít

Giải quyết vấn đề kín nước ở nền đập không phải dễ dàng Giải pháp cổ điển

là phụt vữa trong nền sa thạch Phụt vữa chống thấm trong tầng nham rất khó khăn Nếu như phụt xi măng thuần vào một khe nứt thì nham thạch chóng thấm hút phần nước của hồ làm hồ nhanh chóng bị đặc quánh (ngay cả khi tỷ lệ xi măng trên nước (X/N) ban đầu là nhỏ 1/10 đến 1/4) Sau khi hồ xi măng đi từ lỗ khoan vào khe nứt

độ vài ba dm là xi măng bị tắc ngay khe nứt làm cho hồ chối không tiêu thụ được nữa Như thế dễ bị ngộ nhận là hoàn hảo Nhưng nếu muốn tạo ra một màng kín nước cổ điển như ở đập chẳng hạn, thì khi thực hiện các lỗ khoan phụt ở đợt 2, rồi đợt 3, sẽ thấy đúng là càng sít nhau hơn, cho đến khi khoảng cách giữa các lỗ khoan chỉ còn 1m Số hàng lỗ khoan cũng phải tăng nhiều lần nhưng không hẳn sẽ đạt

được kết quả mỹ mãn Xử lý theo cách cổ điển này rất đắt tiền, bán kính hiệu quả của mỗi lỗ khoan là quá nhỏ bé Do vậy, khi xây dựng đập ở vùng sa thạch nứt nẻ, người thiết kế cần suy nghĩ tìm tịi xem cĩ giải pháp nào ngồi kỹ thuật khoan phụt vữa hay khơng? Một trong các giải pháp đĩ là tường khuơn, một giải pháp thường

là “triệt để” với điều kiện là hợp lý về mặt kinh tế Ví vụ giải pháp chống thấm ở đập Brơngbach – Tây Đức Đất nền ở đập chủ yếu là nền sa thạch rắn với những dải xen kẹp nhỏ đá mác nơ (sét vơi) hoặc sét rắn Sa thạch cĩ nguồn gốc Silic, rạn nứt và thấm nước, phần giữa thân đập tương ứng với đáy thung lũng là lớp bồi tích rời xốp (cát và cuội sỏi), thấm nước cĩ chỗ dày tới 20m Đập được đắp bằng vật liệu ít thấm nước Cơng trình chắn chống thấm ở phía dưới đập bao gồm một tường bằng bê tơng dẻo trong hẻm sâu lấp đầy cát sỏi, cĩ phụt vữa bổ sung ở hai bên tường và xuống dưới chân tường trong tầng gốc sa thạch (hình 1.5)

Trước khi chứa nước chủ nhiệm cơng trình cịn yêu cầu làm một tấm chắn đi thẳng đứng từ trên đập xuống để cải thiện tính kín nước của thân đập Đây là một tường đào và thi cơng trong thân đập đã xây dựng Tường dày 0,62m, cao khoảng 15m, diện tích 11.000 m2

Tường được đào trực tiếp trong hồ xi măng- bentonite bằng thiết bị khoan lọc thủy lực

407 408 409

410 412.50

411.0

Phun vữ a

20

10 30 m 0

4 3

2

1 Tường khuôn bằng bê tông dẻo

Tườ ng khuô n bằ ng hồ

xi mang Bentonite

Hình 1.5 Mặt cắt điển hình của đập Brơng Bách ban đầu

1-Đáy cát - sỏi; 2-4- Sa thạch; 3- Sét

1.3.2 Những kết quả nghiên cứu trong nước về xử lý dòng thấm xảy ra sự cố ở đập đất

Những sự cố thường gặp trong đập đất là: Lũ tràn qua đỉnh đập; thấm mạnh hoặc sủi nước ở nền đập, ở thân đập xuất hiện những vết nứt ngang đập, dọc đập do lún nền hoặc trượt mái đập thượng hạ lưu

Các sự cố trên nếu không giải quyết kịp thời có thể dẫn đến đổ vỡ đập

1.3.2.2 Nguyên nhân gây ra sự cố

Nguyên nhân khách quan

Đất là môi trường xốp, có lỗ rỗng nên nước có thể len lỏi theo các lỗ rỗng mà thấm qua Khả năng thấm nước của đất được đặc trưng bởi hệ số thấm K Các loại đất khác nhau có hệ số thấm khác nhau

Khi đắp đập thường sinh ra mặt tiếp giáp giữa thân và nền đập do đặc trưng cấu tạo của hai môi trường có tính chất cơ lý khác nhau như về hệ số thấm, cấp phối hạt, độ chặt và nền đập có thể là đá cứng Vì vậy sẽ xuất hiện dòng thấm chảy theo mặt tiếp giáp giữa thân và nền đập Ngoài ra dòng thấm còn xuất hiện dưới nền đập nếu nền là đất, cuội sỏi hoặc đá nứt nẻ

Nguyên nhân chủ quan

Trong hồ sơ thiết kế, người thiết kế chưa đưa ra biện pháp xử lý tối ưu đối với hiện tượng thấm qua thân và nền đập; trong quá trình thi công, nhà thầu thi công không tuân thủ nghiêm ngặt kỹ thuật cũng như quy trình thi công và các yêu cầu trong hồ sơ thiết kế đã được phê duyệt, dẫn đến trong thân đập tồn tại những khu vực thấm mạnh như mặt tiếp giáp giữa các lớp không được xử lý tốt, các khu vực đầm sót, đầm dối

1.3.2.3 Những biện pháp chống thấm qua nền và thân đập đất ở nước ta

Chân khay: Đối với nền bồi tích có chiều sâu H<10m, thường dùng biện pháp xây dựng chân khay (ví dụ: xử lý nền đập Ngải Sơn – Đông Mô) hoặc kết hợp chân khay và sân phủ thượng lưu (ví dụ: Đập Suối Ninh) Vấn đề xây dựng chân khay cần chú ý biện pháp chống thấm nước vào chân khay khi đào móng chân khay

Tường chống thấm bằng cừ thép: trong trường hợp nền bồi tích không có lẫn

đá lăn, đá tảng và chiều dày tầng bồi tích T<12m có thể dùng hàng cừ thép

Màng chống thấm bằng khoan phụt vữa: Trong trường hợp lớp bồi tích dày hơn 10m, phía dưới là đá nứt nẻ mạnh hoặc trong lớp bồi tích có lẫn đá lăn, đá tảng lớn không thể đóng cừ thép được, hoặc nước ngầm có tính ăn mòn mạnh đối với kim loại, thì biện pháp xử lý nền tốt nhất là khoan phụt vữa Biện pháp này chống thấm cho nền đập thủy điện Hòa Bình, nền đập Vực Tròn tỉnh Quảng Bình, nền đập sông Ray tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu,…

Tường hào xi măng – bentonite: Tường hào xi măng – bentonite là loại tường chống thấm được thi công bằng biện pháp chung là đào hào trong dung dịch bentonite, sau đó sử dụng hỗn hợp vật liệu xi măng + betonite + phụ gia trộn vào nước, sau thời gian nhất định đông cứng lại tạo thành tường chống thấm cho thân đập và nền đập Hào betonite thường có chiều rộng 0,5÷1,2m, nhưng thực tế những công trình nước ta thi công gần đây như: Dầu Tiếng - Tây Ninh, Dương Đông - Phú Quốc… bề rộng hào thường là 0,6m, do trong quá trình thi công bề rộng hào phụ thuộc vào thiết bị thi công mà cụ thể là gầu đào

1.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1

 Qua nghiên cứu các tài liệu lí thuyết và đối chiếu với thực tế thiết kế - xây dựng - quản lý vận hành các công trình bằng đất, rõ ràng vấn đề nước thấm qua đập đất là một vấn đề rất phức tạp, nó đang đặt ra những yêu cầu cấp bách cần phải giải quyết về mặt nghiên cứu cũng như tính toán phục vụ xử lý các sự cố về thấm, bổ sung thêm cho các nhà tư vấn và quản lý một lượng kiến thức và thông tin thiết thực về thấm

 Đánh giá điều kiện ổn định thấm của công trình phải đánh giá điều kiện ổn định thấm cục bộ của các vùng vật liệu ở thân và nền công trình ứng với chế độ thấm đã xác định Ổn định thấm cục bộ liên quan chặt chẽ đến ổn định thấm chung cho toàn công trình Phương pháp này tiến bộ và tin cây hơn dùng phương pháp trị số gradien trung bình cho phép và phù hợp với cách xác định độ bền thấm của đất

 Nghiên cứu ổn định thấm cho đập vật liệu địa phương phải gắn liền việc giải bài toán thấm với việc xác định các điều kiện bền cơ học về thấm của các loại vật liệu Bao gồm xác định các tiêu chuẩn bền chống xói ngầm, xói tiếp xúc, sự rửa trôi, bồi lắng, Đồng thời phải xác định điều kiện bảo toàn định luật thấm Đacxi khi môi trường thấm có độ rỗng lớn

 Đối với các công trình quan trọng, việc đánh giá điều kiện ổn định thấm cần thiết phải có những nghiên cứu riêng về độ bền thấm của các loại vật liệu và chỉ tiêu cơ lí của nó Có như vậy, lời giải bài toán lí thuyết thấm mới có ý nghĩa thực tiễn Đồng thời cần phải xét đến ảnh hưởng của địa chất, địa hình đến chế độ thấm không gian qua đập

CHƯƠNG 2

NGHIÊN CỨU VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP XỬ LÝ CHỐNG THẤM

CHO THÂN VÀ NỀN ĐẬP VẬT LIỆU ĐỊA PHƯƠNG

2.1 THẤM VÀ MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU THẤM QUA ĐẬP ĐẤT [13]

Thấm có ý nghĩa rất lớn trong việc xây dựng và khai thác những công trình thủy lợi nói chung và riêng đối với đập đất thấm lại càng có ý nghĩa đặc biệt Là một loại công trình dâng nước và làm bằng vật liệu xốp (đất), đập đất chịu tác dụng của cột nước và hình thành dòng thấm di chuyển qua thân đập và nền (nền đất hoặc

đá nứt nẻ) từ thượng lưu xuống hạ lưu Sự xuất hiện dòng thấm qua đập đất gây nên những tác hại nhiều lúc rất lớn về mặt tổn thất lưu lượng cũng như về tính bền vững của công trình Do đó, trong thiết kế và xây dựng đập đất vấn đề nghiên cứu, đánh giá những đặc trưng cơ bản của dòng thấm là một khâu quan trọng và không thể thiếu được

Mục đích nghiên cứu thấm qua đập đất nhằm giải quyết những vấn đề:

Xác định lưu lượng nước thấm qua than đập, nền và bờ để đánh giá tổn thất nước trong tính toán kinh tế và cân bằng hồ chứa Đồng thời trên cơ sở tính toán đó

mà quyết định những hình thức chống thấm cho thân đập và nền

Xác định vị trí của đường bão hòa để bố trí vật liệu xây dựng thân đập và đánh giá sự ổn định của mái dốc hạ lưu Việc xác định vị trí của đường bão hòa còn

có mục đích lựa chọn hình thức thoát nước thích hợp cùng kích thước của nó nhằm nâng cao ổn định mái dốc hạ lưu

Tính toán Gradient thấm để đánh giá mức độ xói ngầm chung và xói ngầm cục bộ nhằm mục đích xác định kích thước hợp lý của thân đập, của những kết cấu chống thấm, thoát nước và thành phần của tầng lọc ngược

Thấm qua thân đập là thấm không áp nhưng thấm qua nền đập mang tính chất thấm có áp cho nên khi nghiên cứu thấm qua đập đất không chỉ có thể ứng dụng các định luật cơ bản về lý thuyết thấm mà dung cả những phương pháp tính thấm trong trường hợp tổng quát

2.2 ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN VỀ THẤM VÀ PHẠM VI ỨNG DỤNG [13]

Khi nghiên cứu thấm qua đập đất cũng như về sự chuyển động của chất lỏng trong môi trường xốp và không biến dạng nói chung, không thể nghiên cứu sự chuyển động của nước vô cùng phức tạp trong các kẽ rỗng không có quy luật của đất, cho nên dòng thực của chất lỏng thấm len lỏi trong lỗ rỗng của đất được thay thế bằng dòng chất lỏng tượng trưng chứa đầy trong toàn bộ thể tích của lỗ rỗng và hạt rắn Như vậy, những đặc trưng thực của dòng thấm được thay thế bằng những đặc trưng trung bình như lưu tốc, áp lực, lưu lượng; trong đó lưu tốc trung bình mang tính chất tượng trưng còn áp lực và lưu lượng là có giá trị thực Trong thực tế cần xác định trị số lưu lượng, lưu tốc, áp lực trong giới hạn của những tiết diện khá

bé nhưng diện tích của nó cũng lớn hơn rất nhiều so với diện tích các lỗ rỗng của đất cho nên việc thay thế dòng thực bằng dòng tượng trưng để nghiên cứu thấm là hoàn toàn có ý nghĩa thực tế

Trên cơ sở mô hình nghiên cứu đó, năm 1856 nhà bác học Pháp Đacxi tìm ra quy luật chuyển động của nước trong đất cát bằng con đường thực nghiệm Định luật Đacxi được gọi là định luật cơ bản của dòng thấm

Sau Đacxi, nhiều nhà khoa học khác như J Đuypuy, F Senlem, N.E Jucovxki, N.N Pavlovxki… nghiên cứu về quy luật dòng thấm và đều khẳng định rằng định luật Đacxi là chính xác và có cơ sở lý luận đối với môi trường có lỗ rỗng nhỏ, hạt bé

Đối với môi trường hạt lớn, lỗ rỗng lớn, định luật Đacxi đã có những sai lệch đáng kể và không còn thích hợp nữa Trong trường hợp này lưu tốc thấm khá lớn và

sự chuyển động của chất lỏng là chảy rối

Về quy luật dòng thấm trong môi trường hạt lớn đã có nhiều tác giả nghiên cứu Tuy nhiên, những công trình nghiên cứu về mặt này hay mặt kia còn có chỗ phiến diện cho nên cho đến nay chưa có một công thức tổng quát nào được công nhận là hoàn toàn chính xác và có thể ứng dụng tiện lợi trong tính toán Đối với những trường hợp thực tế khi gặp môi trường thấm là hạt lớn thì cần tiến hành nghiên cứu cho từng trường hợp cụ thể

2.3 CÁC GI ẢI PHÁP XỬ LÝ THẤM

Trong lĩnh vực xây dựng Thuỷ lợi, từ những năm 70 nhiều giải pháp xử lý thấm đã được nghiên cứu ứng dụng rộng rãi vào sản xuất mang lại hiệu quả kinh tế

- kỹ thuật rõ rệt, trong đó có các giải pháp chống thấm tiêu biểu như:

Giải pháp sân phủ kết hợp với tường nghiêng; Giải pháp chân khay kết hợp với tường nghiêng; Giải pháp chân khay kết hợp với lõi giữa; Giải pháp tường cừ chống thấm Ở Việt Nam giải pháp chống thấm đang được ứng dụng rộng rãi cho các công trình:

Giải pháp tường hào betonite chống thấm

Giải pháp chống thấm bằng màng địa kỹ thuật (Geomembrane)

Giải pháp khoan phụt vữa chống thấm:

+ Khoan phụt truyền thống

+ Khoan phụt kiểu ép đất

+ Khoan phụt thẩm thấu

+ Khoan phụt cao áp (Jet-grouting)

2.3.1 Giải pháp tường hào bentonite chống thấm [8]

Công nghệ tường hào bentonite chống thấm là một trong các giải pháp mới được phát triển rộng rãi trên thế giới Hiện nay ở trong nước đã có một số công trình ứng dụng công nghệ này để xử lý chống thấm như hồ chứa nước Dầu Tiếng, Am Chúa, Dương Đông, Esoup v.v…

Tuy mới phát triển và ứng dụng trong các năm gần đây, nhưng qua thực tiễn xử lý chống thấm cho các công trình thủy lợi lớn (xem bảng 2.1), cho thấy đây

là giải pháp ứng dụng công nghệ mới rất hiệu quả để xử lý chống thấm công trình Bảng 2.1- Tổng hợp một số công trình ứng dụng giải pháp chống thấm đập bằng

tường hào bentonite

(m)

Chiều sâu (m)

Khối lượng (m 3 )

ổn định vách hào, dần dần vữa sẽ đông kết trở thành tường chống thấm, xem hình 2.1 Để tăng cường chống sập vách hào thì có thể trộn dung dịch Cement – bentonite bơm ngay từ khi đào hào Tường hào có vách đứng, hẹp và sâu; thường có chiều rộng từ (0,6÷1,2)m và sâu từ (5÷120)m

(0.6-1.2)m

>5m T

H

1m

Hình 2.1 Giải pháp tường hào bentonite chống thấm

2.3.1.1 Vật liệu làm tường hào:

Vật liệu làm tường hào chống thấm có thể là vữa đất – bentonite hoặc vữa Cement – bentonite

+ Vữa Cement - bentonite trở nên cứng hơn sau khi đông kết với cường độ

từ (0.5÷4)kG/cm2, hệ số thấm đạt được từ (5*10-6

÷1*10-6)cm/s

+ Vữa đất - bentonite có độ sụt cao sau khi đông kết đạt được với cường độ

tối đa 0.2 kG/cm, hệ số thấm đạt được từ (5*10-6÷5*10-8)cm/s

Như vậy, xét về cường độ thì vữa Cement - bentonite sau khi đông kết có cường độ lớn hơn vữa đất – bentonite, nhưng ngược lại hệ số thấm tối đa có thể đạt được của loại vữa đất – bentonite thì lớn hơn, xem bảng 2.2

Bảng 2.2 - So sánh các tính năng kỹ thuật của 2 loại tường hào đất –

bentonite và cement – bentonite

1 Dạng hỗn hợp vữa Đất – bentonite

độ sụt cao

Vữa Cement – bentonite

Tiêu chuẩn và cấp phối vữa Cement – bentonite làm tường hào như sau:

- Tiêu chuẩn tường hào vữa Cement – bentonite:

+ Hệ số thấm của tường hào : K ≤ 2*10-6

cm/s + Cường độ nén mẫu của vữa (đạt 28 ngày) : qu > 1 kg/cm2

+ Dung trọng của vữa : γd = (1.15÷1.25) tấn/m3

- Tiêu chuẩn vật liệu chế tạo vữa Cement – bentonite:

+ Cement – Chinfon PC30 : Theo TCVN 4030-1985

+ Bentonite Trugel 100 : Theo TCVN 107-1999 + Phụ gia Sika BV40 : Theo TCVN 107-1999

- Tiêu chuẩn dung dịch Cement – bentonite:

+ Độ nhớt (theo tiêu chuẩn phễu Marsh) : Tối thiểu 35 giây

+ Tỉ lệ tách nước sau 3 giờ : < 4%

+ Dung trọng của vữa : γd = (1.15÷1.25) tấn/m3

2.3.1.2 Dây chuyền công nghệ và quy trình sản xuất vữa Cement – bentonite:

Tùy theo khối thi công tường chống thấm và khối lượng thi công cho 1 Panel để lắp đặt dây chuyền chế tạo vữa có công suất cho phù hợp

(*) Dây chuyền công nghệ bao gồm các hạng mục như sau:

- 01 trạm bơm nước có công suất tối thiểu 40m3/giờ và bể chứa nước sạch;

- Các kho chứa Cement, bentonite và các loại vật liệu khác như phụ gia ;

- 01 máy trộn Bentonite - nước có tốc độ cao;

- 03 xilô ủ dung dịch Bentonite - nước có sức chứa từ (15÷30)m3

/1xilô;

- 01 máy trộn Cement - Bentonite có tốc độ cao;

- 01 bể dự trữ Cement + bentonite phục vụ đỗ vữa liên tục vào panel;

- 06 máy bơm để bơm liên tục vữa Cement – bentonite vào hào;

- Hệ thống định lượng vật liệu sản xuất vữa Cement – bentonite;

- Hệ thống đường ống và van đóng mở theo sơ đồ hình 2.2

(*) Quy trình sản xuất vữa Cement – bentonite:

- Bentonite và nước được trộn với nhau nhờ máy trộn có tốc độ cao, thời gian trộn vữa ≥ 10 phút

- Dung dịch Bentonite - nước được đưa lên xilô để ủ, thời gian ủ ≥ 6 giờ và

cứ 1 giờ phải khuấy vữa ít nhất 1 lần

- Dung dịch Bentonite - nước trộn với Cement và phụ gia VB40 bằng máy trộn tốc độ cao, thời gian trộn vữa phải ≥ 10 phút để vữa được trộn đều

Hình 2.2 Sơ đồ công nghệ trộn vữa

2.3.1.3 Thiết bị và quy trình thi công tường hào chống thấm:

(*) Thiết bị thi công tường hào Bentonite:

Gồm có máy đào có sức nâng từ (60÷70) tấn với gầu chuyên dùng dài 7m, rộng 0.6m, nặng 7tấn để đào hào Máy xúc và ô tô ben đưa đất đào hào ra bãi thải Các thiết bị và máy móc chuyên dùng khác kèm theo các thiết bị chính nêu trên (*) Trình tự thi công tường hào chống thấm:

- Công tác đào hào chống thấm được phân ra thành các Panel sơ cấp và thứ cấp Các Panel sơ cấp đào trước, thứ cấp đào sau, thời gian đào Panel thứ cấp giữa 2 Panel sơ cấp không sớm hơn 48 giờ để đảm bảo các Panel sơ cấp có đủ thời gian đông cứng và ổn định

- Định vị tim tường hào chống thấm và xác định các Panel sơ cấp và thứ cấp

để thi công Dùng máy đào chuyên dùng để đào, trong quá trình đào cần đánh giá tính chất khác biệt của các lớp địa tầng để điều chỉnh kịp thời các chỉ tiêu cấp phối vữa để bảo vệ vách hố đào và điều chỉnh biện pháp thi công để vách hào ổn định

- Công tác thi công đào hào chống thấm trên mỗi Panel phải kết thúc sớm hơn thời gian ngưng kết của vữa, nếu thi công Panel nào vượt quá thời gian trên thì Panel đó phải đào bỏ hoàn toàn để thi công lại Để đảm bảo dung dịch luôn đầy trong hào, khi gầu bắt đầu nhô lên khỏi mặt dung dịch thì lập tức phải bù dung dịch vào ngay Việc bù dung dịch phải liên tục trong suốt quá trình đào hào, để vách hào không bị sạt lở, tiết kiệm được vữa chống thấm tường hào

Hình 2.3 Sơ đồ thi công tường hào bentonite chống thấm

2.3.1.4 Ưu khuyết điểm và phạm vi ứng dụng:

- Thi công trên nền cát có hệ số thấm, tầng thấm nằm sâu

- Khi địa hình xây dựng chật hẹp vẫn áp dụng được công nghệ thi công này

* Nhược điểm:

- Máy móc thi công quá cồng kềnh, phức tạp

- Không thi công được khi nền là đá lăn, đá tảng

- Giá thành công trình cao

* Phạm vi ứng dụng

- Chủ yếu sử dụng công nghệ này để sửa chữa chống thấm cho các đập đất

- Sử dụng khi địa hình chật hẹp, yêu cầu chống thấm cao, tầng thấm nuớc sâu và hệ

2.3.2 Giải pháp chống thấm bằng vật liệu màng chống thấm địa kỹ thuật [3],[8]

Màng chống thấm địa kỹ thuật là màng chống thấm polyethylene mật độ

cao (High Density Polyethylene) có những đặc điểm chính:

- Hầu như không thấm (có hệ số thấm nhỏ hơn khoảng 1 triệu lần so với đất sét được đầm nén tốt)

- Mềm dẻo, có tính dãn dài lớn, dễ lắp đặt trong các địa hình phức tạp

- Có khả năng chịu kéo và sức kháng xuyên thủng tốt

- Không bị xâm thực bởi các loại hoá chất và vi sinh vật, có tinh trơ với acid, kiềm dầu và các loại chất thải

- Không ảnh hưởng đến chất lượng nước, không gây tác hại môi trường, có thể lót chống thấm cho hồ chứa nước uống

H

>5m T

Hình 2-5Sơ đồ màng chống thấm Địa kỹ thuật

trong hồ cũng như không cho phép nước bên ngoài thấm vào hồ, có thể dùng thên nền thấm nước mạnh

- Ngăn cách: màng chống thấm không có tính thấm và có độ bền cao, bảo

đảm là lớp ngăn các giữa đất và các môi trường chung quanh

- Bảo vệ: Bảo vệ cho bờ không bị xói lở dưới tác dụng của sóng do gió

Vải chống thấm sử dụng màng chống thấm trơn HDPE sản xuất từ vật liệu PE cao phân tử do nhập khẩu từ Mỹ, Hàn Quốc, Đài Loan, Thái Lan, qui cách sản xuất và

có chiều dày đáp ứng các chỉ tiêu cơ lý như các bảng 2.3 và 2.4:

Bảng 2.3 - Quy cách sản xuất tiêu chuẩn của màng SD-HDPE

lượng

Container 40’

- Độ giãn dài cho

Mặt bằng được san ủi theo yêu cầu đến cao trình đã được nêu trong bản vẽ thiết

kế, sau đó rải một lớp đất dày 30cm và lu lèn tạo phẳng đầm chặt

Yêu cầu nền trước khi trải vải:

- Mặt bằng để trải vải phải được chuẩn bị sạch sẽ, phẳng, không đọng vũng nước, nền đất chắc

- Nền đất không được có sỏi hoặc những vật khác có hình dạng và kích cỡ có thể ảnh hưởng đến màng chống thấm

- Nền đất không được quá yếu

b Trải màng chống thấm:

Khi trải màng chống thấm cần những chú ý sau:

- Thiết bị trải không được ảnh hưởng đến nền

- Công nhân trải vải không được hút thuốc, mang giầy hoặc những vật khác gây ảnh hưởng đến việc trải màng địa kỹ thuật

- Sử dụng những thiết bị thi công đất có áp lực thấp, tất cả các thiết bị làm đất phải

đi bằng lốp cao su được cho phép chạy trên bề mặt của vật liệu kỹ thuật, tránh phá hủy và đi lại nhiều

- Tại chỗ nối các tấm vải các tấm vải phải chồng lên nhau tối thiểu 12cm để đảm bảo yêu cầu các mối hàn

Khi thực hiện lắp đặt nhiều màng chống thấm liên tục, cần phải chú ý tới khả năng thoát nước của công trường thi công, hướng gió, mặt bằng thi công, lối vào công trường và kế hoạch lắp đặt màng chông thấm Không nên thực hiện trải màng chống thấm trong điều kiện thời tiết xấu Các tấm màng chống thấm phải được hàn ngay sau khi trải và mọi tấm màng chống thấm đã được trải đều phải được đánh dấu cẩn thận

c Công tác hàn màng chống thấm:

Hàn các tấm màng chống thấm bao gồm việc gắn kết các tấm màng chống thấm liền kề bằng phương pháp nhiệt Thông thường, các mối hàn phải được thực hiện song song với mái dốc lớn nhất, tức là theo hướng dọc chứ không theo hướng ngang của mái dốc Tại các góc hay những vị trí không thuận lợi cho việc hàn thì nên tối thiểu các mối hàn Tại chân của mái taluy, các mối hàn không nên kéo dài

quá 1,5m

Phương pháp hàn nóng:

Phương pháp này thường được sử dụng khi hàn các tấm màng chống thấm liền

kề ít khi sử dụng để hàn vá hoặc hàn các chi tiết Thiết bị sử dụng phải là thiết bị hàn nóng và thường được trang bị bộ phận nêm tách cho phép kiểm định mối hàn bằng áp suất không khí

Thiết bị phải có khả năng tự chuyển động, được trang bị bộ phận nêm nhiệt và bộ phận kiểm soát tốc độ hàn nhằm đảm bảo khả năng điều khiển máy cho thợ hàn

Phương pháp hàn đùn:

Hàn đùn cần có thêm que hàn cũng bằng vật liệu HDPE, dùng để hàn tại các góc cạnh hoặc tại các chi tiết liên kết giữa màng HDPE và các đường ống đi xuyên qua màng chống thấm

Mối hàn giữa các cuộn phải là mối hàn kép (hàn nối hai đường hàn)

+ Phải tiến hành hàn xong mối giải Geomembrane trước khi trải các cuộn tiếp theo + Không tiến hành hàn nối Geomembrane khi trời mưa hoặc phát hiện có nước tại

vị trí hàn

Sửa chữa hư hỏng vật liệu:

+ Trường hợp vật liệu Geomembrane bị rách, đâm thủng do quá trình vận chuyển

và thi công Dùng miếng Geomembrane để hàn vá phải có kích thước đảm bảo phần chống lên cần xử lí tối thiểu ≥ 100mm

d Hàn các tấm màng chống thấm:

Tùy thuộc vào sự chấp nhận của các mẫu hàn thử, việc trải các tấm màng chống thấm mới có thể được tiến hành Tất cả các mối hàn đều được kiểm định phá hủy và kiểm định không phá hủy Mỗi mẫu hàn đạt yêu cầu sẽ được dán nhãn ghi các thông

tin cần thiết

e Kiểm định mối hàn :

Sử dụng áp suất không khí hoặc chân không để kiểm định không phá hủy đối với toàn bộ của mối hàn Mục đích của kiểm định không phá hủy là kiểm tra khả năng kháng thủng của mối hàn Với những mối hàn không thể thực hiện kiểm định không phá hủy bằng áp suất không khí hoặc chân không, có thể sử dụng các phương pháp khác đã được chấp nhận để kiểm định mối hàn

2.3.2.2 Xác định bề dày lớp đất phủ màng chống thấm địa kỹ thuật:

Để bảo vệ màng chống thấm địa kỹ thuật chống oxi hoá và suy thoái vật liệu do ánh sáng mặt trời và biến đổi của nhiệt độ, cần thiết có lớp đất phủ trên màng chống thấm địa kỹ thuật Lớp đất phủ thường có hình nêm, chiều dày phía trên đỉnh đập tối thiểu ≥1m, phía dưới chân đập không nhỏ hơn 2 ÷ 3m

2.3.2.3 Hệ thống neo vật liệu:

Để đảm bảo sự làm việc ổn định của vật liệu Geomembrane trên mái dốc nghiêng của đập, cần bố trí hệ thống neo giữ vật liệu trên đỉnh đập, kích thước hố neo: chiều rộng b ≥ 1 m, chiều sâu h ≥ 0.50 m

Một số hình ảnh thi công màng chống thấm HDPE

a) Hàn màng chống thấm b) Neo màng chống thấm

Hình 2.6 Hình ảnh thi công màng chống thấm HDPE của công trình Hồ chứa

nước Dầu Tiếng

2.3.2.4 Ưu, nhược điểm và phạm vi ứng dụng:

- Công nghệ này thi công nhanh và có xác xuất thành công khá cao Khả năng chống thấm khá tốt với hệ số thấm K= (5*10-5÷5*10-6) cm/s, với đường viền thấm kéo dài, dễ thiết kế, thi công, vận chuyển và kiểm tra chất lượng chống thấm công trình

- Hạn chế: Hiện nay vật liệu chống thấm HDPE sản xuất tại Việt Nam còn hạn chế mà phải nhập khẩu từ nước ngoài, nên giá thành cao Thi công với điều kiện thời tiết khô ráo, địa hình bằng phẳng

- Phạm vi ứng dụng: Công nghệ này chỉ áp dụng được đối với nền đất, cát và sỏi sạn có hệ số thấm nước lớn và chủ yếu ứng dụng công nghệ này trong công tác sửa chữa nâng cấp chống thấm đập đất

2.3.3 Giải pháp khoan phụt vữa chống thấm [3]

Phương pháp khoan phụt được xem là một trong các phương pháp mới rất có hiệu quả, giải pháp này có các tác dụng:

- Tạo màng chống thấm để làm giảm khả năng thấm và áp lực nước tác dụng lên công trình

- Gia cường mặt tiếp giáp giữa nền và công trình để tăng sức chịu tải, tăng cường khả năng chống lún của đất nền, đảm bảo cho công trình làm việc trong điều kiện ổn định

- Giảm các đặc tính biến dạng của nền đá và hóa lỏng của nền đất

Thực chất của phương pháp này là phụt vữa để lấp đầy trong các lỗ rỗng trong đất cát, cuội sỏi hay đá phong hóa nứt nẻ, Vữa được phụt vào sau khi đông kết sẽ

có các tác dụng như tác giả vừa trình bày

Giải pháp khoan phụt tạo màng chống thấm nền đập, xem hình 2.7:

Hỡnh 2.7 Giải phỏp khoan phụt tạo màng chống thấm nền đập

Hiện nay trờn Thế giới cũng như Việt Nam, phương phỏp khoan phụt đó được ứng dụng và phỏt triển khỏ mạnh mẽ, đồng thời cũng luụn cú sự cải tiến để phự hợp với từng loại nền, xem hỡnh 2.8

Cú cỏc phương phỏp và cụng nghệ khoan phụt như sau:

- Khoan phụt truyền thống

- Khoan phụt kiểu ộp đất

- Khoan phụt thẩm thấu

- Khoan phụt cao ỏp (Jet-grouting)

Khoan phụt truyền thống Khoan phụt kiểu ép đất Khoan phụt thẩm thấu Khoan phụt Jet-grouting (KPCA)

Hỡnh 2.8 Cỏc phương phỏp và cụng nghệ khoan phụt vữa chống thấm

2.3.3.1 Khoan phụt truyền thống:

Khoan phụt truyền thống là cụng nghệ khoan phụt cú nỳt bịt, thụng thường

là xử dụng nỳt đơn với ỏp lực phụt thấp (< 10 MPa) Cụng nghệ này thi cụng bắt

đầu là khoan tạo lỗ, kế tiếp là rửa sạch hố khoan, sau đó tiến hành phụt vữa Vữa được phụt qua mũi khoan hoặc qua một loại nút đặc biệt thường gọi là nút phụt Sơ

đồ khoan phụt tạo màn chống thấm nền đập xem hình 2.9

Hình 2.9Sơ đồ khoan phụt vữa tạo màng chống thấm

a) Đối với các loại nền đất, cát, cuội sỏi có hệ số thấm lớn:

- Để vữa phụt thâm nhập có hiệu quả vào nền, thì vữa phải lỏng và đủ đạt độ

lơ lửng của hạt vật liệu, nên vật liệu phải có cỡ hạt cho phép để vữa phụt dễ dàng lưu động lấp đầy lỗ rỗng Vì vậy, cần phải tính toán kiểm tra tỉ số phụt theo công thức sau đây:

Trong đó: + D15 : Đường kính hạt lọt sàng 15% của đối tượng phụt

+ d85 : Đường kính hạt lọt sàng 85% của vật liệu phụt

- Xét khả năng phụt có hiệu quả dựa trên mối tương quan giữa hệ số thấm

LẮP MÁY KHOAN

KHOAN RỮA HỐ KHOAN

THÁO MÁY KHOAN

 Thay đổi nồng độ vữa cho phù hợp Pmax

Khoan lại

Đoạn sau