CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ĐẬP VẬT LIỆU ĐỊA PHƯƠNG VÀ GIẢI PHÁP CHÔNG THẤM CỦA ĐẬP 1. Tổng quan về đập vật liệu địa phương Đập vật liệu địa phương (VLĐP) là một loại đập xây dựng bằng các vật liệu địa phương sẵn có trong vùng như: sét, á sét, á cát, cát, cuội, sỏi…Đập có cấu tạo đơn giản, vững chắc có khả năng cơ giới hóa cao khi thi công và trong đa số các trường hợp có giá thành hạ nên là loại đập được ứng dụng rộng rãi trong hầu hết các nước trong đó có Việt Nam. Ngày nay, nhờ sự phát triển của nhiều ngành khoa học như cơ học đất, lý luận thấm, địa chất thủy văn và địa chất công trình v.v… cũng như việc ứng dụng rộng rãi cơ giới hóa và thủy cơ hóa trong thi công cho nên đập VLĐP càng có xu hướng phát triển mạnh mẽ.
Với nhịp độ phát triển kinh tế của đất nước, cũng như tốc độ phát triển của ngành thủy lợi, năng lượng như hiện nay, chắc chắn rằng trong tương lai các đập VLĐP ở các công trình đầu mối thủy lợi, thủy điện sẽ còn được xây dựng nhiều hơn nữa ở nước ta. Đặc điểm chính của các đập VLĐP là thường xuyên chịu áp lực nước tĩnh và động. Qua phân tích sự làm việc và tổng kết các công trình đã được xây dựng, khai thác và vận hành người ta nhận thấy rằng các công trình thủy lợi, thủy điện như các đập VLĐP là loại công trình có nhiều vấn đề kỹ thuật hơn cả. Sự có mặt thường xuyên của dòng thấm trong thân và nền của chúng đã dẫn đến sự tăng kích thước của mặt cắt ngang của chúng cũng như đòi hỏi quá trình thi công nghiêm ngặt, cho nên giá thành công trình cao hơn rất nhiều giá thành các công trình không chịu tác động của dòng nước.
Ở nước ta, đập đất - đá là loại công trình dâng nước phổ biến nhất khi xây dựng những hồ chứa. Những hồ chứa nước đã xây dựng ở nước ta hầu hết là sử 6 dụng đập VLĐP, trong đó đập đất chiếm đại đa số. Một số đập VLĐP ở nước ta được thống kê như bảng 1-1: Bảng 1. Thống kê một số đập VLĐP ở nước ta Năm hoàn TT Tên hồ Tỉnh Loại đập h max (m) thành 1 Khuôn Thần Bắc Giang Đất, đồng chất 26,00 1963 2 Đa Nhim Lâm Đồng Đất, đồng chất 38,00 1963 3 Suối Hai Hà Tây Đất, tường 24,00 1963 nghiêng 4 Thượng Tuy Hà Tĩnh Đất, đồng chất 25,00 1964 5 Cẩm Ly Quảng Bình Đá xếp, tường 30,00 1965 nghiêng 6 Tà Keo Lạng Sơn Đất, đồng chất 35,00 1972 7 Cấm Sơn Bắc Giang Đất, hỗn hợp 42,50 1974 8 Vực Trống Hà Tĩnh Đất 22,80 1974 9 Đồng Mô Hà Tây Đất, hỗn hợp 21,00 1974 10 Tiên Lang Quảng Bình Đất 32,30 1978 11 Núi Cốc Thái Nguyên Đất 26,00 1978 12 Pa Khoang Lai Châu Đất 26,00 1978 13 Thác Bà Yên Bái Đá đổ, lõi giữa 45,0 14 Hòa Bình Hòa Bình Đá đổ, lõi giữa 128,00 1994 15 Kẻ Gỗ Hà Tĩnh Đất 37,50 1979 16 Yên Mỹ Thanh Hoá Đất 25,00 1980 17 Yên Lập Quảng Ninh Đất/ Đá 40,00 1980 18 Vĩnh Trinh Quảng Nam Đất 23,00 1980 19 Liệt Sơn Quảng Ngãi Đất 29,00 1981 20 Phú Ninh Quảng Nam Đất 39,40 1982 7 Năm hoàn TT Tên hồ Tỉnh Loại đập h max (m) thành 21 Sông Mực Thanh Hoá Đất 33,40 1983 22 Quất Động Quảng Ninh Đất 22,60 1983 23 Xạ Hương Vĩnh Phúc Đất 41,00 1984 24 Hoà Trung Đà Nẵng Đất 26,00 1984 25 Hội Sơn Bình Định Đất 29,00 1985 26 Dầu Tiếng Tây Ninh Đất 28,00 1985 27 Biển Hồ Gia Lai Đất 21,00 1985 28 Núi Một Bình Định Đất 30,00 1986 29 Vực Tròn Quảng Bình Đất 29,00 1986 30 Tuyền Lâm Lâm Đồng Đất 32,00 1987 31 Đá Bàn Khánh Hoà Đất 42,50 1988 32 Khe Tân Quảng Nam Đất 22,40 1989 33 Kinh Môn Quảng Trị Đất 21,00 1989 34 Khe Chè Quảng Ninh Đất 25,20 1990 35 Phú Xuân Phú Yên Đất 23,70 1996 36 Gò miếu Thái nguyên Đất 30,00 1999 37 Cà Giây Ninh thuận Đất 30,00 1999 38 Đa Mi Lâm Đồng- Đá đổ, lõi giữa 72,00 2001 Bình Thuận 39 Yaly Gia Lai Đá đổ, lõi giữa 75,00 2002 40 Sông Hinh Phú Yên Đất 50,00 2000 42 Sông Sắt Ninh thuận Đất 29,00 2007 43 Hà Động Quảng Ninh Đất 30,00 2009 Dưới đây là một số hình ảnh đập VLĐP đã được xây dựng ở nước ta, xem hình 1.
Đập thủy điện Hòa Bình và đập thủy điện Đa Mi (đập đá đổ, lõi giữa) Hình 1. Đập thủy điện Thác Bà (đá đổ, lõi giữa) Hình 1. Đập chính hồ Gò Miếu (Thái Nguyên) và đập hồ sông Sắt (Ninh Thuận) Do đặc điểm về địa hình, địa chất, vật liệu xây dựng, phương tiện thi công… của nước ta, trong tương lai đập VLĐP còn có triển vọng phát triển rộng 9 rãi hơn nữa. Sở dĩ trong những năm gần đây đập VLĐP đang phát triển với một tốc độ nhanh chóng như vậy và hiện có xu hướng phát triển hơn nữa về số lượng cũng như quy mô công trình là do nhiều nguyên nhân, trong đó có những nguyên nhân chủ yếu sau: Yêu cầu chất lượng của nền đối với đập VLĐP không cao lắm so với những loại khác.
Đập VLĐP hầu như có thể xây dựng với bất kỳ điều kiện địa hình, địa chất và khí hậu nào. Những vùng có động đất cũng có thể xây dựng được đập VLĐP. Ưu điểm này rất cơ bản, bởi vì càng ngày những tuyến hẹp, có địa chất thích hợp cho các loại đập bê tông càng ít cho nên các nước dần dần đi vào khai thác các tuyến rộng, nền yếu, chỉ thích hợp cho sử dụng bằng vật liệu tại chỗ. Với những thành tựu nghiên cứu trong lĩnh vực cơ học đất, lý luận thấm, trạng thái ứng suất cùng với sự phát triển của công nghiệp dẻo làm vật liệu chống thấm, người ta có thể sử dụng được tất cả mọi loại đất đá hiện có ở vùng xây dựng để đắp đập và mặt cắt đập ngày càng có khả năng co hẹp lại.
Do đó giá thành công trình ngày càng hạ thấp và chiều cao đập ngày càng được nâng cao. Sử dụng phương pháp mới để xây dựng những màng chống thấm sâu trong nền thấm nước mạnh. Đặc biệt dùng phương pháp phun các chất kết dính khác nhau như xi măng sét vào đất nền. Có thể tạo thành những màng chống thấm sâu đến 200m.
Có khả năng cơ giới hóa hoàn toàn các khâu đào đất, vận chuyển và đắp đất với những máy móc có công suất lớn do đó rút ngắn được thời gian xây dựng, hạ giá thành công trình và hầu như dần dần có thể loại trừ hoàn toàn lực lượng lao động thủ công. Giảm xuống đến mức thấp nhất việc sử dụng các loại vật liệu khan hiếm như sắt thép, xi măng…và từ đó giảm nhẹ được các hệ thống giao thông mới và phương tiện giao thông. 10 Do những thành tựu về nghiên cứu và kinh nghiệm xây dựng các loại công trình tháo nước, đặc biệt là do việc phát triển xây dựng đường hầm mà giải quyết được vấn đề tháo nước ngoài thân đập với lưu lượng lớn. Xu hướng hiện nay trong thiết kế và xây dựng người ta thường dùng đập đất đá hỗn hợp và đập bê tông bản mặt.
Đập đất đá hỗn hợp có ưu điểm trội hơn về đập đồng chất về việc tận dụng các loại vật liệu ở công trường, nhất là các loại đất đào hố móng và có thể sử dụng đê quai bằng đá ở hạ lưu để làm thân đập, làm cho giá thành công trình rẻ mà vẫn bảo đảm các yêu cầu kỹ thuật nên loại đập này hiện đang có xu hướng phát triển mạnh, nhất là khi cần xây dựng những đập cao. Nguyên nhân gây ra dòng thấm và các yếu tố ảnh hưởng. Môi trương đất gồm các hạt phân tán, khoảng rỗng giữa chúng hoàn toàn thông với nhau nên nước chảy tự do được ở bên trong khối đất. Trong môi trường rỗng như vậy nước sẽ chảy từ vùng có áp lực cao đến vùng có áp lực thấp.
Nguyên nhân gây ra dòng thấm là do truyền động, hay chính là Gradien cột nước thủy lực. Khi nghiên cứu các bài toán thấm, áp lực được biểu thị bằng cột áp lực hay cột nước. Theo phương trình Bernoulli, tổng cột nước H tạo ra dòng thấm bằng tổng ba cột nước thành phần: 2 +v u H = hz + (1.1) γ w 2g Ở đây: hz Vị trí hay cao trình cột nước. u Cột nước áp lực do áp lực lỗ rỗng u.
γ w 2 v Cột nước vận tốc khi vận tốc dòng thấm là v. 2g 11 Do đất có kết cấu hạt, dòng thấm chịu sức cản lớn nên v thường quá nhỏ, vì vậy bỏ qua cột nước vận tốc trong các bài toán thấm. Cột nước gây ra dòng thấm trong khối đất sẽ chỉ còn hai phần thôi.1) trở thành: u H = hz + γ w (1.2) Các yếu tố ảnh hưởng đến dòng thấm: - Độ rỗng của đất, tính chất và thành phần hạt của đất. - Độ nhớt của nước trong đất, nó phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường.
Phân loại bài toán thấm và mục đích của việc tính thấm a. Phân loại bài toán thấm Căn cứ vào đặc điểm của dòng thấm, đối tượng nghiên cứu và điều kiện môi trường thấm mà người ta chia ra thành nhiều loại bài toán thấm khác nhau. Theo thời gian: Dòng thấm ổn định và không ổn định. Theo trạng thái chảy: Dòng thấm chảy tầng (tuân theo định luật thấm đường thẳng) và dòng thấm chảy rối.
Theo tính chất của môi trường thấm : Thấm đồng chất, đẳng hướng, không đồng nhất, không đẳng hướng, phụ thuộc vào hệ số thấm của môi trường theo các hướng khác nhau. Theo đặc điểm, tính chất của biên trên miền thấm: Dòng thấm có áp và dòng thấm không áp. Theo không gian: Dòng thấm một hướng, dòng thấm hai hướng (thấm phẳng), dòng thấm ba hướng (không gian). Mục đích của việc tính thấm Xác định của việc nghiên cứu thấm nhằm giải quyết những vấn đề sau đây: - Xác định lưu lượng thấm qua công trình để quyết định vật liệu đắp đập, biện pháp và vật liệu chống thấm nền qua nền.
12 - Xác định gradient thủy lực của dòng thấm để kiểm tra ổn định xói ngầm và ổn định mái công trình để thiết kế vật liệu thoát nước. - Xác định vị trí đường bão hòa, từ đó quyết định hình thức và lựa chọn vật liệu làm lọc thoát nước. - Xác định vị trí áp lực khe rỗng để tính ứng suất biến dạng, quá trình cố kết và lún theo thời gian. - Xác định áp lực thấm tác động lên đáy công trình.