Tải bản đầy đủ

luận văn thạc sĩ tường hào ben tonite (chương mo dau chuong 1)

1

LỜI CẢM ƠN
Qua quá trình nỗ lực phấn đấu học tập và nghiên cứu của bản thân cùng
với sự giúp đỡ tận tình của các thầy, cô giáo Trường ĐH Thủy lợi và các bạn
bè đồng nghiệp, luận văn thạc sĩ “Nghiên cứu giải pháp chống thấm và quy
trình công nghệ thi công chống thấm cho đập đất - Công trình Hồ chứa
nước Sông Biêu bằng hào Xi măng – Bentonite” đã được tác giả hoàn thành.
Để có được thành quả này, tác giả xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới
GS.TS Vũ Thanh Te đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo và cung cấp các thông tin
khoa học cần thiết trong quá trình thực hiện luận văn.
Cuối cùng tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành đến PGS. TS. Đỗ Văn
Lượng - Viện đào tạo và khoa học ứng dụng miền Trung - Trường Đại học Thủy
lợi, gia đình, bạn bè đã động viên, tạo mọi điều kiện thuận lợi để tác giả hoàn
thành luận văn này.
Mặc dù đã hết sức cố gắng nhưng do hạn chế về thời gian, kiến thức khoa học
và kinh nghiệm thực tế của bản thân tác giả còn ít nên luận văn không thể tránh khỏi
những thiếu sót. Tác giả rất mong nhận được ý kiến đóng góp và trao đổi chân thành
giúp tác giả hoàn thiện hơn đề tài của luận văn.
Xin trân trọng cảm ơn!
Ninh Thuận, ngày


tháng 6 năm2012

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập- Tự do- Hạnh phúc


2

Ninh Thuân, ngày

tháng 6 năm 2012

BẢN CAM KẾT
Tên học viên:
Tôi xin cam đoan đề tài luận văn của tôi hoàn toàn là do tôi làm, không
sao chép từ bất kỳ nguồn thông tin nào khác. Những số liệu của các kết quả
nghiên cứu đã có nếu sử dụng trong luận văn đều được trích dẫn theo đúng
quy định.
Học viên

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN....................................................................................................1
BẢN CAM KẾT................................................................................................2
MỤC LỤC.........................................................................................................2
DANH MỤC HÌNH ẢNH.................................................................................3
DANH MỤC BẢNG BIỂU...............................................................................4
MỞ ĐẦU...........................................................................................................4


3

Chương 1...........................................................................................................8
TỔng quan vỀ điỀu kiỆn tỰ nhiên và tình hình xây dỰng đẬp cũng như các
sỰ cỐ công trình đẬp đẤt tẠi vùng Nam Trung BỘ nói chung và Ninh
ThuẬn nói riêng.................................................................................................8

DANH MỤC HÌNH ẢNH
II. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI.................................................................5
III. MỤC TIÊU VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU................................................7


IV. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU................................................................7
V. DỰ KIẾN KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC..............................................................8
V. DỰ KIẾN KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC..............................................................8
Chương 1: TỔNG QUAN..................................................................................9
Hình 1.1. Biểu đồ phân chia các vùng địa hình Ninh Thuận...........................10
Hình 1.2: Các dạng mặt cắt ngang đập khác nhau trên nền không thấm [21]. 15
Hình 1.3: Các dạng mặt cắt ngang đập với kết cấu chống thấm khác nhau [21]
.........................................................................................................................16
Hình 1.4. Một số đập VLĐP khu vực duyên hải Nam Trung Bộ.....................19
Hình 1.5 . Biểu đồ phân loại hồ chứa theo quy mô dung tích.........................21
HÌnh 1.6 . Biểu đồ phân loại sự cố theo số lượng hồ chứa nước....................22
Hình 1.7. Biểu đồ phân loại sự cố theo quy mô hồ chứa................................23
Hình 1.8. Biểu đồ phân loại các dạng sự cố ở hồ chứa nước..........................26


4

DANH MỤC BẢNG BIỂU
II. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI.................................................................4
III. MỤC TIÊU VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU................................................6
IV. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU................................................................6
V. DỰ KIẾN KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC..............................................................7
V. DỰ KIẾN KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC..............................................................7
Chương 1: TỔNG QUAN..................................................................................8
Bảng 1.1: Phân cấp đập đất theo TCXDVN 285-2002 [2]..............................13
Bảng 1.2: Thống kê một số đập đất, đá lớn khu vực Nam Trung Bộ..............16
Bảng 1.3. Số lượng hồ chứa phân loại theo quy mô dung tích [9]..................20
Bảng 1.4. Phân loại sự cố theo số lượng hồ chứa nước [9].............................21
Bảng 1.5. Phân loại sự cố theo quy mô hồ chứa [9]........................................21
Bảng 1.6. Sự cố ở các loại hồ chứa nước [9]..................................................24

MỞ ĐẦU
I. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển của ngành Nông
nghiệp các tỉnh duyên hải Nam Trung Bộ, các công trình thủy lợi được đầu tư
xây dựng, trong đó các công trình hồ chứa nước được xây dựng bằng vật liệu
địa phương chiếm một tỷ trọng rất lớn đặc biệt là đập đất. Đập đất có ưu
điểm là tận dụng được nguồn vật liệu tại chỗ, có sẵn, công nghệ thi công được
cơ giới hóa tối đa nên đẩy nhanh được tiến độ thi công, giá thành hạ, có thể
xây dựng trên mọi loại nền. Tuy nhiên, đập đất cũng bộc lộ nhiều hạn chế do
vật liệu đắp đập có tính chất phức tạp, không đồng đều, đất có độ tan rã,
trương nở, hệ số thấm lớn... Mặt khác do đập đất được xây dựng trên các loại
hình nền có địa chất phức tạp, nền có hệ số thấm lớn, mực nước ngầm cao đã
dẫn đến mất nước hồ chứa gây mất ổn định công trình đã xảy ra ở nhiều nơi.


5

Trong những năm gần đây cũng đã xảy ra sự cố vỡ đập một số công
trình trong khu vực như: vỡ đập Suối Hành (Khánh Hoà) năm 1986, vỡ đập
Am Chúa (Khánh Hoà) năm 1986, vỡ đập Suối Nước Ngọt (Ninh Thuận) năm
2004… Một trong những nguyên nhân chủ yếu gây sự cố vỡ đập là do nền
đập, vật liệu đắp đập có độ tan rã nhanh, độ lún ướt và trương nở. Vật liệu đất
có tính chất phức tạp, không đồng đều, khác biệt rất nhiều, ngay trong một
bãi vật liệu các tính chất cơ lý lực học cũng đã khác nhau... Ngoài ra còn do
công nghệ thi công chống thấm chưa hoàn chỉnh, tối ưu.
Các công trình đập đất trong khu vực từ trước tới nay thường được
thiết kế là dạng đập đồng chất hoặc đập 3 khối có khối lõi chống thấm, hoặc
là đập đồng chất chống thấm bằng vải địa kỹ thuật, hoặc bằng màng chống
thấm Bentomat… Thiết kế chống thấm bằng màng chống thấm Bentomat đối
với một số đập đất của các công trình Hồ chứa nước là công nghệ mới được
áp dụng nên những kết quả quan trắc còn hạn chế, chưa thể khẳng định được
tuổi thọ lâu dài của công trình. Đặc biệt, trong những năm gần đây các tỉnh
duyên hải Nam Trung Bộ thường xuyên phải ứng phó với điều kiện biến đổi
khí hậu thất thường, mưa lũ đến sớm và kéo dài hơn đã dẫn đến sự cố ở các
công trình thủy lợi trên địa bàn.
Từ thực tế các công trình đập đất đã và đang xây dựng trên địa bàn các
tỉnh Nam Trung Bộ nói chung và Ninh Thuận nói riêng, về thiết kế các
phương án chống thấm cho đập đất chưa thống nhất đi đến một phương án tối
ưu, công nghệ thi công chống thấm cho đập đất chưa đạt đến độ hoàn chỉnh,
chung nhất phù hợp với đặc trưng địa chất nền và vật liệu đắp đập cho các
công trình trong khu vực. Đặc biệt là đối với công trình Hồ chứa nước Sông
Biêu, tỉnh Ninh Thuận đã xảy ra sự cố sau đợt mưa lũ bất thường vừa qua thì
việc nghiên cứu giải pháp chống thấm triệt để và công nghệ thi công chống
thấm cho đập và nền bằng hào xi măng – bentonite là một trong những vấn đề
cấp bách cần được quan tâm. Vì vậy, sự ra đời của đề tài “Nghiên cứu giải


6

pháp chống thấm và quy trình công nghệ thi công chống thấm cho đập đất
- Công trình Hồ chứa nước Sông Biêu bằng hào Xi măng – Bentonite” làm
cơ sở khoa học để đề ra các giải pháp kĩ thuật phù hợp nhất đối với các công
trình tương tự trong địa bàn tỉnh Ninh Thuận nói riêng và duyên hải Nam
Trung Bộ nói chung là hết sức cần thiết và cấp bách.
II. MỤC TIÊU VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
1. Mục tiêu nghiên cứu:
- Nghiên cứu lý thuyết về thấm, tổng quát các giải pháp chống thấm cho
đập đất hiện nay.
- Tổng hợp các kết quả nghiên cứu về hào xi măng – bentonite.
- Nghiên cứu thí nghiệm thấm ở hiện trường và mẫu thí nghiệm thành
phần cấp phối trong phòng thí nghiệm.
- Sử dụng mô hình toán phân tích thấm, kiến nghị giải pháp và đề xuất
quy trình thi công chống thấm cho đập Sông Biêu.
- Tìm một giải pháp hợp lý để chống thấm triệt để và đảm bảo tính ổn
định cho đập đất Sông Biêu.
2. Phạm vi nghiêm cứu
Đề tài tập trung nghiên cứu các công trình đập vật liệu địa phương
trong địa bàn tỉnh Ninh Thuận và đặc biệt là đập đất, công trình Hồ chứa
nước Sông Biêu.
III. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
- Vận dụng lý thuyết về thấm và thi công công trình Thuỷ lợi – Thuỷ
điện.
- Khảo sát thực tế, thu thập tài liệu, kết luận đánh giá của các chuyên
gia, tổng hợp, kế thừa các kết quả nghiên cứu, phân tích lý thuyết, kiểm
tra bằng các thí nghiệm thực tế ngoài hiện trường.


7

IV. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
1. Tổng quan điều kiện tự nhiên và hiện trạng đã xây dựng các công trình
hồ chứa của Ninh Thuận nói riêng và Nam Trung Bộ nói chung.
Các sự cố công trình đã xảy ra, một số vấn đề đã xử lý, từ đó rút ra kết
luận về nguyên nhân và giải pháp công trình áp dụng để xử lý sự cố.
2. Các phương pháp chống thấm đối với đập đất ở địa phương, phân tích
lựa chọn phương pháp thích hợp cho công trình đập đất, hồ chứa nước
Sông Biêu.
3. Nghiên cứu giải pháp công nghệ và quy trình thi công chống thấm cho
đập đất Sông Biêu bằng hào xi măng -bentonite.
V. KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC
- Xác định được các nhân tố ảnh hưởng đến thấm của đập đất từ đó đề
xuất giải pháp hợp lý nhất và công nghệ thi công phù hợp với điều kiện thực
tế của địa phương.
- Ứng dụng kết quả nghiên cứu để đề nghị áp dụng trong thi công các
công trình cụ thể, có tính chất tương tự.


8

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN VÀ TÌNH HÌNH XÂY
DỰNG ĐẬP CŨNG NHƯ CÁC SỰ CỐ CÔNG TRÌNH ĐẬP ĐẤT
TẠI VÙNG NAM TRUNG BỘ NÓI CHUNG VÀ NINH THUẬN NÓI
RIÊNG
1.1.

Điều kiện tự nhiên khu vực xây dựng

1.1.1. Địa hình
Nam Trung Bộ thuộc khu vực cận giáp biển. Địa hình ở đây bao gồm
đồng bằng ven biển và núi thấp, có chiều ngang theo hường Đông - Tây (trung
bình 40 - 50km), hạn hẹp hơn so với Bắc Trung Bộ và Tây Nguyên. Có hệ
thống sông ngòi ngắn và dốc, bờ biển sâu với nhiều đoạn khúc khuỷu, thềm
lục địa hẹp. Các miền đồng bằng có diện tích không lớn do các dãy núi phía
Tây trải dọc theo hướng Nam tiến dần ra sát biển và có hướng thu hẹp dần
diện tích lại. Đồng bằng chủ yếu do sông và biển bồi đắp khi hình thành nên
thường bám sát theo các chân núi.[5], [23]
Địa hình bị chia cắt do các dãy núi từ dãy Trường Sơn ăn thông ra biển
thành các tiểu vùng tương đối cách biệt như: từ Đà Nẵng đến Quảng Ngãi,
Bình Định, Phú Yên, Khánh Hòa và Ninh Thuận, Bình Thuận. Có nhiều hình
thái khá đặc biệt và phức tạp, hình thành 2 – 3 bậc địa hình cao thấp kề nhau
không có khu vực chuyển tiếp rõ rệt. Địa hình các lũng sông cũng rất phức


9

tạp do vùng núi và vùng trung du rất dốc, ít có những lũng có khả năng tạo
thành các hồ chứa có dung tích lớn, ít gặp các vị trí hẹp và cân đối để có thể
ngăn sông với đập ngắn và bố trí tràn xả lũ một cách dễ dàng và ít tốn kém.[5]
Địa hình Ninh Thuận thấp dần từ Tây Bắc xuống Đông Nam, bởi đây là
vùng đất cuối của dãy Trường Sơn với nhiều dãy núi đâm ra biển. Lãnh thổ
tỉnh được bao bọc bởi 3 mặt núi: phía Bắc và phía Nam là 2 dãy núi cao chạy
sát ra biển, phía Tây là vùng núi cao giáp tỉnh Lâm Đồng. Tỉnh Ninh Thuận có
3 dạng địa hình: núi, đồi gò bán sơn địa, đồng ven biển. Vùng đồi núi chiếm
63,2% diện tích của tỉnh, chủ yếu là núi thấp, cao trung bình từ 200 – 1.000
m. Vùng đồi gò bán sơn địa chiếm 14,4% diện tích tự nhiên, vùng đồng bằng
ven biển chiếm 22,4% diện tích đất tự nhiên.[23]

Hình 1.1. Biểu đồ phân chia các vùng địa hình Ninh Thuận
1.1.2. Thủy văn
Do điều kiện địa hình phức tạp nên các lưu vực sông trong khu vực có
sự thay đổi rất lớn giữa các tiểu vùng trải dài từ Bắc tới Nam. Lượng mưa
năm từ 3000mm ở Quảng Nam đến dưới 1000mm ở Bình Thuận và tập trung
75% - 80% trong 3 tháng mùa mưa, còn lại 9 tháng là mùa khô hạn kéo dài.
Dòng chảy lưu vực cũng biến động lớn theo vùng và theo thời gian. Modul
dòng chảy bình quân nhiều năm biến đổi từ 75 – 80 lít/s-km2 ở các sông A
Vương (Quảng Nam) xuống còn khoảng 10 lít/s-km 2 ở sông Ba tại Đồng Cam
(Phú Yên) và chỉ còn khoảng 4 lít/s-km2 ở Suối Hành (Nam Khánh Hòa). Sự
thay đổi của modul dòng chảy kiệt càng lớn hơn, từ 20 lít/s-km 2 xuống chỉ


10

còn khoảng 0,11 lít/s-km2. Dòng chảy lũ cũng vô cùng phức tạp, cường suất lũ
trên các sông rất lớn và rất khác nhau: từ 10 cm/giờ tại Sông Cái (Phan Rang)
đến 50cm – 100cm/giờ tại Trà Khúc (Quảng Ngãi), tổng lượng lũ cũng rất lớn,
có lưu vực tổng lượng lũ trong một trận lũ lớn hơn tổng lượng nước đến trung
bình nhiều năm.[5], [23]
Ninh Thuận có khí hậu nhiệt đới gió mùa điển hình với các đặc trưng
khô nóng, gió nhiều, bốc hơi mạnh, nhiệt độ trung bình hàng năm từ 26-27 oC,
lượng mưa trung bình 700-800 mm ở Phan Rang và tăng dần đến trên 1100
mm ở miền núi, độ ẩm không khí từ 75-77%. Thời tiết có 2 mùa rõ rệt, mùa
mưa từ tháng 9 - 11; mùa khô từ tháng 12 - 8 năm sau.[23]
Nguồn nước ở Ninh Thuận phân bố không đều, tập trung chủ yếu ở khu
vực phía bắc và trung tâm tỉnh. Nguồn nước ngầm bằng 1/3 mức bình quân cả
nước. Ninh Thuận có nhiều sông, suối, nhưng lớn nhất là sông Cái (sông
Dinh). Nếu tính cả các phụ lưu là sông Mê Lam, sông Sắt, sông Ông, sông
Chá, sông Lu và sông Quao thì hệ thống sông Cái có chiều dài 246 km. Ngoài
hệ thống này, Ninh Thuận còn có một số sông khác như sông Trâu, sông Quán
Thẻ, sông Bà Râu, ... với tổng chiều dài 184 km.
1.1.3. Địa chất
Cùng với sự phức tạp của địa hình khu vực Nam Trung Bộ, điều kiện
địa chất cũng rất phức tạp do các hoạt động kiến tạo trước đây và do các điều
kiện phong hóa nhiệt đới lâu dài. Về nền móng công trình, hầu hết đều phải
đặt trên các nền phong hóa mạnh, có các đứt gãy sâu hoặc trên nền aluvi trẻ
có tầng cát cuội sỏi dày. Đất có thể làm vật liệu đắp đập có tính chất phức tạp
không đồng đều, đất có độ tan rã, trương nở, hệ số thấm lớn... [5], [23]
Bình Thuận – Ninh Thuận là một vùng khô hạn có đặc điểm địa hoá
cảnh quan độc đáo ở Việt Nam. Ở đây, lớp đất canh tác mỏng, nghèo vật chất
hữu cơ, thành phần sét trong đất thấp, thành phần vụn thô chiếm ưu thế. Các
nguyên tố kiềm, kiềm-thổ cũng như các nguyên tố vi lượng được giữ lại khá


11

cao và có xu hướng tập trung trong đất. Dựa vào đặc điểm địa hoá của đất và
vỏ phong hoá, có thể phân chia và xếp đất ở vùng Bình Thuận - Ninh Thuận
thành 3 kiểu: 1) Đất vụn thô (Ustisols), 2) Đất sialferit (Xerosols) và 3) Đất
sialit kiềm (Yermosols), thuộc nhóm đất khô nóng (Aridisols) theo phân loại
của FAO (1975). Tuy đất vùng Bình Thuận – Ninh Thuận luôn tiềm ẩn nguy
cơ bị thoái hoá trong vùng khí hậu khắc nghiệt, nhưng đất ở vùng khô nóng
này cũng có thể cải tạo, quy hoạch hợp lý để phát huy những tiềm năng riêng
mà các vùng khác ở nước ta không có.[23]
Khác với các vùng khác trên lãnh thổ Việt Nam, Bình Thuận - Ninh
Thuận là vùng khí hậu khô nóng đặc trưng. Đây cũng là vùng mà môi trường
sinh thái thường xuyên bị đe doạ, đất đai khô cằn, các quá trình sa mạc hoá,
hiện tượng muối hoá bề mặt xẩy ra ở nhiều nơi, gây nhiều khó khăn cho sự
phát triển kinh tế và cuộc sống của nhân dân.
1.2.

Tình hình xây dựng đập vật liệu địa phương trong khu vực
Từ xa xưa con người đã biết sử dụng các loại vật liệu sẵn có tại chỗ

đắp thành các đập dâng nước trên các sông, suối để tạo thành hồ chứa nước
nhằm mục đích chống lại lũ lụt, phát triển giao thông thủy, tưới cho đồng
ruộng… Cách đây hàng nghìn năm, người Ai Cập cổ đại đã biết dùng đập đất
để ngăn nước và xây dựng các hệ thống kênh tưới, cấp nước sinh hoạt. [7],
[12], [14]
Đập thường chiếm một vị trí quan trọng trong cụm công trình đầu mối
hồ chứa hoặc các công trình dâng nước. Để xây dựng các đập trên sông, suối
người ta thường sử dụng nhiều loại vật liệu khác nhau như: Đất, đá, gỗ, bê
tông, cao su, RCC…Dựa vào vật liệu làm đập, có thể phân loại đập ra thành
các loại: Đập đất, đập bê tông, đập đất đá hỗn hợp, đập bê tông đầm lăn
(RCCD), đập đá đổ, đập cao su. Trong đó đập vật liệu địa phương như: Đập
đất, đập đất đá hỗn hợp, đập đá đổ thường chiếm tỷ trọng rất lớn do tận dụng
được vật liệu địa phương, giảm giá thành, thi công đơn giản. Tuy nhiên, sử
dụng vật liệu địa phương trong đắp đập thì vấn đề thấm của đập và xử lý


12

thấm là một vấn đề rất quan trọng vì nó liên quan đến việc ổn định của đập
cũng như các công trình liên quan. Do đó việc lựa chọn hình thức chống
thấm cho đập vật liệu địa phương là hết sức quan trọng.
Đập vật liệu địa phương khu vực duyên hải Nam Trung Bộ chủ yếu là
đập đất, đập đất đá hỗn hợp, đối với đập đất có các loại đập đồng chất hoặc
đập hỗn hợp nhiều khối.
1.2.1. Tính chất làm việc của đập đất
Đập đất là một loại công trình dâng nước được xây dựng bằng vật liệu
địa phương (các loại đất) cho nên trong quá trình khai thác nó mang những
đặc tính sau đây: [7], [12], [14], [21]
- Đập đất có khối lượng xây dựng lớn và chịu tác dụng của ngoại lực
rất phức tạp nên thân đập và nền đập đòi hỏi phải đảm bảo điều kiện chịu lực.
Đặc biệt phải đảm bảo điều kiện ổn định về thấm và chống trượt của nền và
mái dốc trong mọi trường hợp.
- Do mái đập thượng lưu thường xuyên chịu tác động trực tiếp của sóng
do gió trong hồ, mưa nắng nên nguy cơ gây sạt lở rất cao, vì vậy mái đập đất
thường được gia cố bằng các loại vật liệu khác như lát đá, tấm bê tông để
chống lại sự phá hoại đó. Ngoài ra, mưa và sự thay đổi nhiệt độ cũng gây nên
hư hỏng mái hạ lưu cho nên mái hạ lưu đập thường được trồng cỏ hoặc gia cố
bằng tấm lát bê tông để bảo vệ.
- Đập đất thường là loại không cho nước tràn qua bề mặt và có nhiệm
vụ dâng, giữ nước tạo nên hồ chứa và kết hợp với các công trình khác cùng
tham gia như đập tràn, cống lấy nước....trong hệ thống công trình.
- Dòng thấm trong thân đập không những làm giảm khả năng ổn định
chống trượt của mái mà nó còn có thể gây ra xói ngầm làm hư hỏng công
trình. Dòng thấm xuất hiện ở cả trong thân đập, nền đập và vai đập với những
trị số và phương tác dụng khác nhau. Tại các vị trí tiếp giáp, cửa ra do gradien
của dòng thấm lớn thường gây ra hiện tượng trồi, đùn đất. Vì thế đập đất phải


13

có các thiết bị lọc ngược trong thân đập hoặc mái hạ lưu đập nhằm ngăn cản
sự chuyển dịch của hạt đất theo phương dòng thấm.
1.2.2. Phân loại đập đất [2]
Đập đất được phân loại theo nhiều cách khác nhau như theo chiều cao
cột nước, phương pháp xây dựng, kết cấu mặt cắt ngang đập, thiết bị chống
thấm ở nền và cấp công trình.
a.

Theo chiều cao cột nước
Theo tiêu chuẩn Việt Nam TCXDVN 285-2002, đập đất được phân cấp

ở bảng 1.1
Bảng 1.1: Phân cấp đập đất theo TCXDVN 285-2002 [2]
Cấp đập

I
II
III
IV
V

Nền đá

Trị số cột nước lớn nhất (m)
Nền đất cát, đất hòn thô,
Nền đất sét bão hoà
sét trạng thái cứng
nước trạng thái dẻo

> 100
>70 – 100
> 25 – 70
> 10 – 25
≤ 10

> 75
> 35 – 75
> 15 – 35
> 8 – 15
≤8

> 50
> 25 – 50
> 15 – 25
> 8 – 15
≤8

b.

Theo phương pháp thi công

-

Đập đất đầm nén: là loại đập mà đất ở thân đập được làm chặt bằng cách

đầm nén theo từng lớp
-

Đập đất bồi: là loại đập mà tất cả các khâu khai thác, vận chuyển và bồi

đất lên thân đập được tiến hành theo phương pháp cơ giới thủy lực.
-

Đập đất đắp đổ đất trong nước: được thi công bằng cách cho nước vào

trong các ô trên mặt đập rồi đổ đất vào trong các ô đó.
-

Đập đất đắp bằng nổ mìn định hướng
Ngày nay, đập đất hầu như chỉ được thi công bằng phương pháp đầm

nén.
c.

Theo kết cấu mặt cắt ngang
Đập đất có thể phân thành 4 loại

-

Đập đất đồng chất: Đập được xây dựng bằng một loại đất (Hình 1.1a).


14

-

Đập hỗn hợp: Đập xây dựng bằng nhiều loại đất có tính chất cơ lý khác

nhau theo mặt cắt ngang. Cấu tạo nên đập hỗn hợp có thể bố trí theo các hình
thức sau:
+ Đất có tính chống thấm tốt được đặt ở phía thượng lưu (hình 1.1b)
+ Đất có tính chống thấm tốt đặt ở giữa thân đập (hình 1.1c)
+ Ngoài ra còn có loại đập hỗn hợp đất đá (hình 1.1d).
-

Đập có tường nghiêng: Đập có màng chống thấm nằm nghiêng theo mái

dốc thượng lưu bằng vật liệu dẻo như sét, á sét, vải chống thấm bentomat…
(hình 1.1e) hoặc bằng vật liệu cứng như bê tông, bê tông cốt thép, bê tông
asphalt, kim loại, gỗ…
-

Đập có lõi giữa: Đập có màng chống thấm nằm giữa thân đập bằng vật

liệu dẻo hoặc cứng (hình 1.1g)

Hình 1.2: Các dạng mặt cắt ngang đập khác nhau trên nền không thấm [21]
d.

Theo thiết bị chống thấm ở nền đập
Khi nền có tính thấm nước lớn, để chống thấm thường dùng hình thức

tường nghiêng hay lõi giữa cắm sâu xuống tầng không thấm. Trên thực tế có
những loại sau:
- Đập có tường răng: Trường hợp tầng nền thấm nước không sâu lắm,
thường dùng khi hệ số thấm Kđập<< Knền , thân đập đồng chất (hình 1.2a,b);
hoặc có lõi giữa kéo dài xuống tận tầng không thấm, dùng khi tầng thấm
không lớn (hình 1.2d); hay có tường nghiêng, kéo dài xuống tận tầng không


15

thấm, dùng khi tầng thấm không lớn (hình 1.2c).
- Đập có bản cọc: còn gọi là tường cừ. Bản cọc dùng trong trường hợp
nền thấm nước không phải là đá. Nếu nền thấm nước có bề dày giới hạn thì
bản cọc có thể cắm xuống tận tầng không thấm (hình 1.2e ). Còn nếu tầng
thấm nước rất sâu hoặc được xem như vô hạn thì bản cọc chỉ đóng xuống một
giới hạn nhất định (hình 1.2g) nhằm gia tăng chiều dài đường thấm, giảm
gradient thấm và giảm độ thấm nước qua nền đập.
- Đập có màng phun xi măng: Dùng màng xi măng để chống thấm
trong trường hợp đá bị nứt nẻ, mạch thấm ngầm, đá vôi có hiện tượng các-tơ,
tầng cuội sỏi tương đối dày. Tuỳ theo độ sâu của nền đá bị nứt nẻ và khả năng
thi công màng xi măng mà có thể cắm sâu đến tầng không thấm (hình 1.2h)
hoặc chỉ cắm sâu đến một giới hạn nhất định (hình 1.2i).

Hình 1.3: Các dạng mặt cắt ngang đập với kết cấu chống thấm khác nhau [21]
- Đập có tường nghiêng sân trước: Trong trường hợp nền thấm nước
rất sâu hoặc vô hạn thì có thể dùng hình thức chống thấm cho nền là sân


16

trước. Sân trước có thể làm bằng vật liệu xây dựng đồng chất hoặc vật liệu
như tường nghiêng, lõi giữa (hình 1.2k).
1.2.3. Tình hình xây dựng đập vật liệu địa phương khu vực Nam Trung
Bộ
Phần lớn các đập ở khu vực Nam Trung Bộ được xây dựng theo hình
thức đập đất đồng chất hoặc nhiều khối, sử dụng đất có hàm lượng sét cao, sử
dụng nhiều loại đất không đồng chất, sử dụng các hình thức đập nhiều khối có
bố trí thiết bị thoát nước kiểu ống khói đã cải thiện được tình hình dòng thấm
qua đập. Từ khi đất nước thống nhất, cùng với sự phát triển của đất nước, các
công trình thủy lợi, thủy điện phục vụ dân sinh, kinh tế cũng được đầu tư xây
dựng nhiều hơn, đặc biệt là hồ chứa. Có thể thống kê một số công trình hồ
chứa nước có đập vật liệu địa phương điển hình trong khu vực có chiều cao >
15m ở bảng 1.2. [20], [21]
Bảng 1.2: Thống kê một số đập đất, đá lớn khu vực Nam Trung Bộ
TT

Tên hồ, đập

Tỉnh

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18

Bà Râu
Cà Giây
Cam ranh
Cho Mo
Đá Bàn
Đồng Nghệ
Đồng Tròn
Hồ Sông Cái
Hoa Sơn
Hoà Trung
Hội Sơn
Lanh Ra
Mỹ Bình
Núi Một
Núi Một
Nước Ngọt
Phú Ninh
Phú Vinh

Ninh Thuận
Bình Thuận
Khánh hòa
Ninh Thuận
Khánh Hoà
Đà Nẵng
Phú Yên
Ninh Thuận
Khánh Hòa
Đà Nẵng
Bình Định
Ninh Thuận
Bình Định
Bình Định
Ninh Thuận
Ninh Thuận
Quảng Nam
Phú Yên

Dung tích
(106m3)
4,67
36.63
22,1
8,79
79,2
17,17
209
19,18

13,88
138,7
2,2
1,8
344
22,36

Hmax (m)

Năm HT

15
35,4
23,21
25
42,5
25
29,1
64
28,5
26
29
25
17,2
32,5
16
15
40
20

Đang XD
2000
1996
2011
1988
1996
2005
Đang XD
2010
1984
1985
Đang XD
1997
1980
Đang XD
2006
1982
1995


17

19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33

Phước Trung
Sông Ba Hạ
Sông Biêu
Sông Hinh
Sông Quao
Sông Sắt
Sông Trâu
Suối Dầu
Suối Hành
Suối Trầu
Tà Rục
Thành Sơn
Thuận Ninh
Trà Co
Vĩnh Trinh

Ninh Thuận
Phú Yên
Ninh Thuận
Phú Yên
Bình Thuận
Ninh Thuận
Ninh Thuận
Khánh Hòa
Khánh Hòa
Khánh Hòa
Khánh Hòa
Ninh Thuận
Bình Định
Ninh Thuận
Quảng Nam

2,34
349,7
20,3
357
73
69,3
31,5
7,9
9,3
20
3,05
35,36
10,09
23

17
50
24
50
40
30
26
27,2
24
19,6
30
15
28,7
24
23

Đang XD
2010
Đang XD
2000
1997
2008
2005
2004
1986
1983
Đang XD
1991
1996
2011
1980

Đập Sông Sắt, Ninh Thuận

Đập Mỹ Bình, Bình Định

Đập Suối Dầu, Khánh Hòa

Đập Thuận Ninh, Bình Định


18

Đập Việt An, Quảng Nam

Đập Đồng Nghệ, Đà Nẵng

Hình 1.4. Một số đập VLĐP khu vực duyên hải Nam Trung Bộ
1.3.

Một số sự cố đã xảy ra đối với đập vật liệu địa phương và giải pháp
khắc phục chính

1.3.1. Đặc điểm về sự cố các công trình thủy lợi [7], [9], [11]
Sự cố các công trình thủy lợi có những đặc điểm sau đây
- Do một hoặc nhiều nguyên nhân gây ra, trong đó có khảo sát (địa
hình, địa chất công trình, địa chất thủy văn, thủy văn công trình), thiết kế
(thủy công, cơ khí, điện), chế tạo, lắp đặt, thi công và quản lí khai thác. Thực
tế về sự cố đã xảy ra ở các công trình thủy lợi ở nước ta cho thấy rằng, trong
các nguyên nhân đó các nguyên nhân phổ biến là: khảo sát, thiểt kế, thi công
và chế tạo lắp đặt.
- Các hạng mục công trình xẩy ra sự cố có cả các công trình đầu mối,
hệ thống kênh, công trình thủy công cũng như cơ điện.
Sự cố lớn thường xảy ra với các công trình thủy công.
- Sự cố xảy không phải chỉ có ngay sau khi hoàn thành công trình mà
thường là nhiều năm. Tuy nhiên sự cố lớn và nghiêm trọng thường xảy ra
ngay khi gặp lũ cực lớn (như vỡ đập Vệ Vừng ở tỉnh Nghệ An và rất nhiều
đập nhỏ khác ) và trong quá trình thi công (như sự cố cống Hiệp Hòa ở hệ
thống thủy nông Đô Lương ở tỉnh Nghệ An, sự cố sạt kênh dẫn và vỡ đập ở
sông Mực tỉnh Thanh Hóa, sự cố lần thứ 3 đập suối Trầu ở tỉnh Khánh Hòa,
sự cố đập Cà Giây tỉnh Bình Thuận, vv..) Hoặc ở năm tích nước đầu tiên, xả


19

lũ đầu tiên (sự cố vỡ đập suối Trầu lần thứ 1, lần thứ 2, vỡ đập Suối Hành, vỡ
đập Am Chúa, đều xảy ra tại tỉnh Khánh Hòa ,vỡ đập Họ Võ ở tỉnh Hà Tĩnh,
vỡ đập Đáy cũ, sự cố đập tràn thủy điện Hòa Bình vv…)
Những sự cố nghiêm trọng khác là do sự cố nhỏ xảy ra từ từ nhưng
không được xử lí, để tiếp diễn lâu ngày tích tiểu thành đại (cống Trung Lương
ở thành phố Hải Phòng, cống Cầu Xe ở tỉnh Hải Dương, cống Lân 1 ở tỉnh
Thái Bình, cống Lạch Bạng ở tỉnh Thanh Hóa , vỡ cống Mai Lâm ở tỉnh Bắc
Ninh,vv…)
- Những sự cố lớn và nghiêm trọng thường xảy ra rất đột ngột trong
một thời gian rất ngắn ko kịp thời gian ứng phó (vỡ đập Suối Trầu lần 1 lần 2,
vỡ đập Suối Hành, gẫy cửa đập tràn Dầu Tiếng, vỡ đập họ Võ; vỡ cống Mai
Lâm, sạt cống Hiệp Hòa, sạt kênh vào tràn Sông Mực, vỡ đập Vệ Vừng, vỡ
đập Đáy cũ, sạt đập Vực Tròn, sạt đập Yên Mỹ, xói tràn Nam Thạch Hãn,
vv…)
- Hậu quả do sự cố gây ra thường là nghiêm trọng, việc xử lí rất tốn
kém, gây ra tổn thất lớn về tính mạng tài sản của nhân dân và tài sản quốc gia,
có ảnh hưởng xấu về kinh thế và đối với những những sự cố lớn nghiêm trọng
còn ảnh hưởng xấu đến tình hình xã hội.
Muốn phòng tránh sự cố ở các công trình thủy lợi thì điều quan trọng
đầu tiên là phải nắm cho được các đặc điểm của các công trình thủy lợi và
những đặc điểm của sự cố để có biện pháp phòng tránh tốt, xử lí đúng đắn,
kịp thời và thích hợp.
1.3.2. Phân loại sự cố các công trình thủy lợi
* Loại làm việc bình thường: là những hồ chứa nước trong đó công trình
đầu mối bao gồm: đập, đập tràn xả lũ, cống lấy nước, có chất lượng như thiết
kế, công trình ở trạng tốt.
* Loại sự cố nhỏ: là những hồ chứ có những hạng mục công trình không
quan trọng bị hư hỏng, hoặc những hạng mục quan trọng bị hư hỏng nhỏ, làm


20

giảm hiệu quả của công trình, vận hành có trục trặc, không đảm bảo được
hoàn hảo theo thiết kế, nhưng ko ảnh hưởng đến an toàn của công trình.
* Loại sự cố lớn: là những công trình có các hạng mục không quan trọng bị
hư hỏng nặng, hoặc những hạng mục quan trọng bị hư hỏng lớn, có ảnh
hưởng nghiêm trọng đến chế độ làm việc của công trình, có nguy cơ xảy ra
mất an toàn.
Hiện nay trong ngành thủy lợi quy mô hồ chứa được phân loại như sau:
[9]

+ Hồ lớn: có dung tích toàn bộ W >

10 triệu m3

+ Hồ vừa: có dung tích toàn bộ W =

5- 10 triệu m3

+ Hồ nhỏ: có dung tích toàn bộ W =

2-5 triệu m3

+ Hồ rất nhỏ: có dung tích toàn bộ W <

2 triệu m3

Bảng 1.3. Số lượng hồ chứa phân loại theo quy mô dung tích [9]
STT
1
2
3

Tên hạng mục
Loại hồ
Số lượng
Tỷ lệ %

> 10
Lớn
46
10,3

Dung tích hồ, W (triệu m3)
5-10
2-5
<2
Vừa
Nhỏ
Rất nhỏ
42
96
261
9,4
21,6
58,7

Hình 1.5 . Biểu đồ phân loại hồ chứa theo quy mô dung tích

Cộng
445
100


21

Bảng 1.4. Phân loại sự cố theo số lượng hồ chứa nước [9]
STT
1
2
3

Mức độ sự cố
Bình thường
Sự cố nhỏ
Sự cố lớn

Theo quy mô hồ chứa (cái / %)
Tổng số
Lớn
Vừa
Nhỏ
17,4 / 39,1 20 / 45 16/ 3,6 39/ 8,8
172/ 38,7
20/ 4,5 32/ 7,2 32/ 7,2
99/ 22,2
6/ 1,3
6/ 1,3 25/ 5,6

Rất nhỏ
108/ 24,3
91/ 20,4
62/ 13,9

HÌnh 1.6 . Biểu đồ phân loại sự cố theo số lượng hồ chứa nước
Bảng 1.5. Phân loại sự cố theo quy mô hồ chứa [9]
STT
1
2
3
4

Mức độ sự cố
Bình thường
Sự cố nhỏ
Sự cố lớn
Cộng

Số lượng theo quy mô hồ chứa (cái / %)
Lớn
Vừa
Nhỏ
Rất nhỏ
20/43,5 16/38,1 39/40,6
108/41,1
20/43,5 20,47,6 32/33,3
91/34,9
6/13,0
6/14,3
25/26,1
62/23,7
46/100
42/100
96/100
261/100


22

Hình 1.7. Biểu đồ phân loại sự cố theo quy mô hồ chứa
1.3.3. Sự cố công trình đập vật liệu địa phương
a. Quá trình dẫn tới sự cố đập
Thời gian làm việc của đập từ khi thi công hoàn thành và trong quá trình
khai thác có thể bị thử thách bởi những hiện tượng tự nhiên như lũ, đất đá
trượt, sự xuống cấp của nền và vật liệu xây dựng; nội lực và dòng xói ngầm
có thể phát triển. Thông thường, sự biến đổi này chậm và không dễ nhận ra
bằng mắt thường. [8]
b. Các dạng hư hỏng của các loại đập
Phân tích về sự vận hành của nhiều loại đập khác nhau sẽ có thể chỉ ra
trong những điều kiện nào của vị trí xây dựng công trình thì đập sẽ ổn định.
Nhìn chung, mỗi loại đập có thể liên quan tới dạng phá hủy nhất định. Đập
trọng lực có thể bị hư hỏng chỉ ở bộ phận mà ứng suất vượt quá. Đập trụ
chống có thể bị đổ khi mà trụ chống bị hỏng. Sự đứt gãy của đập vòm có thể
xảy ra đột ngột và phá hủy hoàn toàn. Sự phá hỏng một đập đất xảy ra tương
đối chậm, với sự xói ngầm phát triển từ bên và xuống dưới, sau đó tăng lên
như dòng lũ phun qua chỗ đứt gãy. Những số liệu ghi lại được của các đập chỉ
ra rằng loại đập đất bị phá hoại với số lượng lớn nhất, tiếp theo là đập trọng


23

lực, đập đá đổ và đập vòm đơn hoặc phức hợp.[8]
Theo kết quả điều tra về chương trình an toàn hồ đập do ngành Thủy lợi
trước đây và sau này là ngành Nông nghiệp phụ trách (1992-1998), thì những
hư hỏng sau đây là phổ biến [8].
- Biến dạng của nền và sự phá hoại do dòng thấm: Sự phá hoại của nền
đập có thể dẫn tới đổ vỡ toàn bộ đập, ngược lại nếu xử lý kịp thời, không cho
biến dạng phát triển sẽ không gây ra sự cố đập. Những biểu hiện như lún
không đều, trượt, áp lực đẩy nổi cao và dòng thấm không kiểm soát được là
những yếu tố dẫn đến phá hoại nền. Những vết nứt trên thân đập, dù là nhỏ,
đều là dấu hiệu biến dạng của nền. Nước thấm qua thân hoặc qua nền đập
vượt quá giới hạn cho phép sẽ trở thành xói ngầm, dẫn đến vỡ đập. Đối với
đập đất, hiện tượng này là phổ biến. Nhiều công trình ở nước ta sau 20, 30
năm, thậm chí có công trình chỉ sau 10 năm đã phải xử lý tăng lớp phản áp ở
hạ lưu hoặc phải đào ra rồi đắp lại. Nguyên nhân chính của trường hợp này là:
+ Khi thi công nền đập không vét sạch bùn, túi cát ở chân khay;
+ Xử lý không tốt chỗ tiếp xúc giữa vai đập và nền;
+ Không đạt dung trọng đất đắp đập theo yêu cầu của thiết kế;
+ Đất đắp đập có lẫn nhiều sỏi sạn, ít thành phần sét;
+ Thành phần sét trong đất đắp bị phong hóa mạnh;
+ Đống đá tiêu nước hạ lưu ngắn quá;
+ Mặt cắt thân đập nhỏ so với yêu cầu chống thấm.
- Lượng lũ lớn, thời gian tập trung nhanh, cửa tràn nhỏ hoặc gặp sự cố khi
mở. Lũ vượt qua đỉnh đập có thể do cửa tràn không đủ khả năng thoát, hoặc
lũ vượt quá tần suất thiết kế. Thậm chí có những đập đang thi công bị lũ lớn
tràn qua đỉnh và bị vỡ. Thực tế chứng minh việc xác định chính xác lưu lượng
lũ rất khó khăn. Nhiều khi người ta phải đo bổ sung tài liệu mưa, lũ trên lưu
vực ngay khi các đập đã đi vào xây dựng, thêm vào đó, phương pháp phân
tích số liệu thủy văn vẫn đang phát triển. Có thể kể đến một số nguyên nhân
chính như sau:


24

+ Chuỗi đo tài liệu thủy văn quá ngắn do vậy có trường hợp chỉ chọn lũ
đơn nhưng thực tế lại xảy ra lũ kép;
+ Công thức tính lũ chưa phản ánh đúng thực trạng dòng chảy nên hiện
tượng lũ vượt tần suất thiết kế ngày càng tăng;
+ Thời gian lũ tập trung nhanh hơn do rừng mất thảm thực vật;
+ Sự cố cửa van tràn như kẹt, đứt dây cáp;
+ Chọn vị trí xây đập không hợp lý, bị dòng chảy thúc thẳng vào thân đập,
khoét thành lỗ thủng, xói ngầm và vỡ đập.
- Đập đầu mối xuống cấp nghiêm trọng:
+ Mái thượng lưu dó lát đá nhỏ, thiếu chân đanh cắt sâu, độ dày lớp lọc
mỏng, kết cấu không phù hợp nên khi sóng vỗ đều bị tụt mái;
+ Cống dưới đập vị hỏng như gãy, hỏng khớp nối;
+ Cửa van sâu không sửa chữa được buộc phải lấp kín.
* Phân loại các dạng sự cố ở hồ chứa nước
Những loại sự cố phổ biến ở các hồ chứa nước là: Thấm (ở nền, vai,
thân đập và mang công trình); sạt lở ở phần gia cố mái thượng lưu; nước lũ
tràn qua đỉnh đập do lũ lớn hơn tần suất thiết kế hoặc mặt đập thấp hơn cao
trình thiết kế; thân và tiêu năng tràn xả lũ bị xói; cửa tràn bị gẫy, bị kẹt; cống
lấy nước bị lún, gãy, xói tấm đáy trần, dột, khớp nối bị hỏng hoặc đứt; cửa
cống bị gẫy, bị kẹt. Thực trạng các loại sự cố ở hồ chứa nước được trình bày
ở bảng 1.6. [9]
Bảng 1.6. Sự cố ở các loại hồ chứa nước [9]
ST
T
1
2
3
4
5
6

Các loại sự cố
Thấm
Sạt mái thượng lưu
Đập thấp hơn thiết kế
Hỏng tràn xả lũ
Cống bị hỏng
Cửa bị hỏng

Số lượng các đập bị sự cố theo quy mô hồ chứa (cái / %)
Lớn
Vừa
Nhỏ
Rất nhỏ
Cộng
14/31,11
7/16,67 18/18,75 28/10,69
67/15,6
15/33,3
20/47,0
28/29,2
52/12,8
115/25,84
0
8/19,0
19/19,8
13/5,0
10/9,0
8/17,8
15/35,7
30/31,3
60/22,9
113/25,39
11/24,4
6/14,3
25/26,0
35/13,4
77/17,3
1/2,2
0
3/3,0
12/4,6
16/3,6

Từ những số liệu trên có thể xếp trình tự các loại sự cố theo số lượng như sau


25

+ Sạt mái thượng lưu:

25.84%

+ Hỏng đập tràn xả lũ:

25.39%

+ Cống bị hỏng :

17.3%

+ Đập bị thấm :

15.06%

+ Đỉnh đập thấp :

9%

+ Cửa bị hỏng :

3.6%

Hình 1.8. Biểu đồ phân loại các dạng sự cố ở hồ chứa nước
1.3.3. Một số sự cố công trình điển hình và giải pháp khắc phục chính
1.3.1.1. Sự cố vỡ đập Suối Hành – Khánh Hòa [8], [9], [11]
a. Các thông số cơ bản của đập Suối Hành
- Dung tích hồ: 7,9 triệu m3 nước
- Chiều cao đập: Hmax = 24m
- Chiều dài đập: 440m
b. Sự cố vỡ đập
Đập được khởi công từ tháng 10/1984, hoàn công tháng 9/1986 và bị
vỡ vào 2h15 phút đêm 03/12/1986.
Thiệt hại do vỡ đập:
- Trên 100 ha cây lương thực bị phá hỏng.
- 20 ha đất trồng trọt bị cát sỏi vùi lấp.
- 20 ngôi nhà bị cuốn trôi.
- 4 người bị nước cuốn chết.


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×