BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LI
PHAN THANH HÙNG
NGHIÊN CỨU
ỨNG DỤNG THẢM SÉT ĐỊA KỸ THUẬT
(Geosynthetic clay liner)
ĐỂ CHỐNG THẤM TRONG ĐẬP ĐẤT Ở CÁC TỈNH
NAM TRUNG BỘ & ĐÔNG NAM BỘ
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :
GS.TSKH. NGUYỄN VĂN THƠ
PGS.TS. NGUYỄN VĂN HẠNH
HÀ NỘI
1
MUÏC LUÏC
2
Trang
MỞ ĐẦU 4-
6
CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN CÁC ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN VÀ
TÌNH HÌNH XÂY DỰNG ĐẬP BẰNG VẬT LIỆU ĐỊA PHƯƠNG
Ở KHU VỰC NAM TRUNG BỘ VÀ ĐÔNG NAM BỘ
1.1 Đặc điểm tự nhiên khu vực Nam Trung Bộ & Đông Nam Bộ 7
1.1.1 Đặc điểm đòa hình
7
1.1.2 Đặc điểm thủy văn sông ngòi
7
1.1.3 Đặc điểm đòa tầng và tính chất cơ lý các loại đất
8
- Đất Aluvi
- Đất sườn tích, tàn tích trên các loại đá khác nhau

Bentonite – ximăng 41
2.2.6 Tường hào chống thấm bằng màng đòa kỹ thuật (Geolock) 43
2.2.7 Thảm sét chống thấm đòa kỹ thuật (Geosynthetic clay liner) 45
CHƯƠNG 3 : NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG THẢM SÉT ĐỊA KỸ THUẬT
ĐỂ CHỐNG THẤM TRONG ĐẬP ĐẤT
3.1 Câú tạo và đặc tính kỹ thuật của vật liệu thảm sét đòa kỹ thuật
3.1.1 Cấu tạo của vật liệu 50
3.1.2 C¸c lo¹i th¶m sÐt ®Þa kü tht chđ yếu 51
3.1.3 Tiêu chuẩn kỹ thuật của vật liệu chống thấm GCLs 52
3.1.4 Khả năng chống thấm của thảm sét đòa kỹ thuật GCLs so
víi ®Êt sÐt ®Çm nÐn CCLs 53
3.2 Tính toán lùa chän h×nh thøc kÕt cÊu chèng thÊm trong ®Ëp ®Êt
4
3.2.1 Tổng quan các phương pháp tính thấm, ổn đinh và tính
lún trong đập đất
56
3.2.2 Các trường hợp tính toán 59
3.2.3 Các phương pháp tính toán 61
3.2.4 Kết quả tính toán 62
3.2.5 Ph©n tÝch kÕt qu¶ tÝnh to¸n 64
3.2 Tính toán lùa chän lo¹i vËt liƯu chèng thÊm th¶m sÐt ®Þa kü
tht GCLs 67
3.3.1 X¸c ®Þnh bỊ dµy líp phđ b¶o vƯ vËt liƯu GCLs 68
3.3.2 X¸c ®Þnh ®é ỉn ®Þnh bªn trong cđa vËt liƯu GCLs 69
3.3.3 TÝnh to¸n lùa chon v¶i läc ®Þa kü tht (Geotextile) 71
3.3 Quy trình công nghệ thi công lắp đặt thảm sét đòa kỹ thuật GCLs
chống thấm trong đập đất 73
3.4.1 Chuẩn bò mặt bằng thi công 73
3.4.2 Trải cuộn vật liệu chống thấm GCLs
74

chứa” ở khu vực Nam Trung Bộ & Đông Nam Bộ được đặt ra một cách
cấp thiết. Do đồng bằng hẹp, núi gần biển, các sông suối ngắn và dốc nên
các mỏ vật liệu đất thường không đồng nhất và trữ lượng ít. Trong điều
6
kiện đó nên dùng dạng đập không đồng chất để sử dụng mọi nguồn vật
liệu đất, đá, cát sỏi hiện có tại đòa phương. Khi dùng kết cấu đập hỗn hợp
nhiều khối phải có biện pháp chống thấm. Nếu chống thấm bằng các lõi
tường tâm hoặc tường nghiêng bằng vật liệu đất sét truyền thống thì yêu
cầu lõi và tường có chiều dày lớn, và nhiều trường hợp vẫn không đạt yêu
cầu chống thấm do tường bò nứt nẻ trong quá trình thi công và khai thác.
Mặt khác, hiện có nhiều đập thực tế đang sử dụng bò thấm nước lớn cần
phải sửa chữa nhanh. Trong trường hợp này cần tìm loại vật liệu chống
thấm tốt thi công tiện lợi và kinh tế.
Tóm lại : Thực tế xây dựng đập đất trong điều kiện đòa chất, khí
hậu môi trường khu vực Nam Trung Bộ và Đông Nam Bộ đòi hỏi tìm loại
vật liệu phù hợp có khả năng chống thấm cao, chi phí đầu tư thấp, công
nghệ thi công đơn giản để chống thấm cho đập.
Qua tiếp cận các tiến bộ kỹ thuật ở các nước phát triển trên thế
giới như Mỹ, Nhật, Hà Lan, Đức, Ý, Pháp…được biết khoảng 20 năm gần
đây có nhiều công nghệ và vật liệu mới hiệu quả chống thấm rất cao như
công nghệ của BachySoletanche (Pháp) làm tường tâm ngăn nước bằng
dung dòch hỗn hợp Bentonite – ximăng (công nghệ này đã ứng dụng ở các
công trình đập Dầu Tiếng (Tây Ninh), đập Dương Đông, đập Am Chúa
(Phú Khánh), công nghệ tường tâm bằng cừ bản bêtông cốt thép ứng suất
trước (Prestressed concrete sheet piles) của Nhật Bản, công nghệ tường
ngăn bằng màng chống thấm đòa kỹ thuật (Geolock), công nghệ và vật
liệu thảm sét đòa kỹ thuật chống thấm (Geosynthetic clay liner)…
7
+ Trong luận văn này tác giả chỉ tập trung nghiên cứu ứng dụng
công nghệ và vật liệu thảm sét đòa kỹ thuật GCLs chống thấm cho đập hồ

1.1 Đặc điểm tự nhiên khu vực Nam Trung Bộ & Đông Nam Bộ
1.1.1 Đặc điểm đòa hình :
Dãy Trường Sơn chạy suốt dọc miền Trung, từ thượng nguồn sông
Cả đến tận miền Đông Nam Bộ. Xét về mặt đòa hình, lòch sử hình thành,
cấu trúc đòa chất, Trường Sơn không phải là một dãy núi mà là một hệ
thống núi, cao nguyên với những thung lũng và đồng bằng xen kẹp giữa
các núi. Nhìn chung, Trường Sơn có vách dốc về phía Đông thoải dần về
phía Tây. Có thể lấy sông Ba làm ranh giới chia Trường Sơn Nam làm 2
thành phần : phía Bắc cao hơn gọi là khối núi Gia Lai – KonTum, phía
Nam thấp hơn gọi là khối núi Cực Nam Trung Bộ.
Nét nổi bật của đòa hình khu vực nghiên cứu là tính phân bậc rõ
ràng, các bậc cao nằm về phía Đông, các bậc thấp về phía Tây.Đòa hình
các lũng sông để tìm vò trí xây dựng hồ chứa cũng rất phức tạp do vùng
núi và trung du rất dốc, ít có những thung lũng lớn có thể tạo thành các hồ
9
chứa có dung tích lớn, đồng thời cũng ít gặp các đòa hình hẹp, cân đối để
có thể ngăn sông với đập ngắn và có các eo yên ngựa để bố trí tràn xả lũ
một cách thuận lợi.
1.1.2 Đặc điểm thủy văn sông ngòi :
Mạng lưới sông suối vùng Nam Trung Bộ & Đông Nam Bộ tương
đối phát triển, quá trình xâm thực sâu đang diễn ra mạnh mẽ. Chính dãy
núi Trường Sơn Nam là phân thủy giữa lưu vực sông Mêkông và các sông
đổ ra biển Đông. Con sông chính đổ về phía Tây để nhập với sông
Mêkông là Srepok Pôcô (Sesan).Hệ thống sông đổ ra biển Đông là sông
Ba, sông Đà R»üng, sông Vu Gia, sông Cái…Nhìn chung, sông ven biển
miền Trung ngắn, chiều dài L=10-100km, độ dốc lưu vực lớn từ 24-41%,
bề ngang hẹp, dung tích chứa nhỏ : 93% sông có lưu vực < 500 km
2
. Đặc
điểm cơ bản các sông suối có trắc diện dọc chưa đạt trạng thái cân bằng

các bậc thềm dọc sông suối miền núi rất hẹp, trữ lượng ít. Phần lớn diện
tích được canh tác, nên chỉ khai thác được một ít trong lòng hồ trước khi
ngập nước.
1.1.3.2 Đất sườn tàn tích và tàn tích trên các loại đá khác nhau :
a) Đất sườn tàn tích và tàn tích trên nền đá Bazan trẻ (
β
Q
II-IV
)
Do đá được hình thành muộn, thời gian chưa đủ để đá bò phong hóa
triệt để thành đất. Chiều dày lớp phong hóa thường nhỏ hơn 5m, gồm đất
á sét, á sét màu nâu đỏ, có chứa nhiều đá tảng đủ các loại kích thước và
dăm sạn. Tính theo trọng lượng đất chỉ chiếm tỷ lệ rất ít so với đá, do đó
rất khó khai thác chúng để đắp đập.
b) Đất sườn tàn tích và tàn tích trên nền đá Bazan cổ (
β
N2-Q1)
Loại này phân bố rộng rãi ở Tây Nguyên và vùng Đông Nam Bộ.
Ở điều kiện tự nhiên đất có khối lượng riêng hạt rắn lớn, dung trọng khô
thấp, hệ số rỗng lớn, các chỉ tiêu cơ học (ϕ,C,E) thuộc loại trung bình.
Tính chất cơ lý của chúng có thay đổi theo vò trí đòa lý và đòa hình. Chiều
dày tầng phong hóa 20-30cm, chia thành 3 lớp kể từ trên mặt xuống như
sau :
+ Lớp 1 (edQ) : Đất sét – asét màu nâu đỏ, hàm lượng kết vón
laterit không đáng kể (khoảng 5%).Độ ẩm thay đổi nhiều theo mùa mưa
và mùa khô. Ở đáy lớp 1 thông thường trên mặt cắt đòa chất đều có lớp
11
vón kết mảng (dạng đá ong) dày 1-3m, rất cứng chắc. Nhiều công trình
thực tế đã sử dụng loại đất này để đắp đập rất tốt.
+ Lớp 2 (eQ) : Đất sét – asét màu loang lổ. Hàm lượng vón kết

chứa trong khu vực nghiên cứu GS.TSKH Nguyễn Văn Thơ [9] đã tổng kết
giới thiệu trò trung bình đặc trưng cơ lý của các loại đất có cấu trúc tự
nhiên (Bảng 1.1)
Ngoài tính chất cơ lý thông thường đã nêu trên, đất ở khu vực
nghiên cứu còn có tính chất cơ lý đặc biệt đó là : đặc tính co ngót và
trương nở.
+ Tính trương nở : là sự tăng thể tích của đất trong quá trình ướt
nước gọi là sự trương nở. Sự trương nở được tạo nên chủ yếu do sự hình
thành nước liên kết yếu ở trong đất, làm giảm lực dính giữa các hạt đất,
phân ly chúng và gây ra sự tăng thể tích. Khả năng trương nở của đất
được biểu thò bằng các đặc trưng :
- Độ trương nở tương đối (R
N
)
- p lực trương nở (P
N
)
- Độ ẩm trương nở (W
N
)
13
+ Tính co ngót : Đất có tính trương nở khi ướt thì cũng sẽ bò co ngót
khi khô nước, trương nở và co ngót là hai chiều của một quá trình, đó là sự
thay đổi thể tích của đất khi độ ẩm thay đổi. Khả năng co ngót của đất
được biểu thò bằng các đặc trưng sau :
- Độ co ngót tương đối (R
K
)
- Độ ẩm co ngót (W
K

% 31 ÷ 51 30 ÷ 34 25 ÷ 27 25 ÷ 33 33 ÷ 38
Chỉ số dẻo W
n
% 14 ÷ 20 14 ÷16 11 ÷ 13 13 ÷15 14 ÷ 16
Độ ẩm thích hợp W
op
% 16 ÷ 21 14 ÷15 14 ÷ 17 14 ÷ 15 16 ÷ 17
Dung trọng max γ
cmax
T/m
3
1.64 ÷
1.75
1.84 ÷
1.87
1.70
÷1.80
1.85 1.72 ÷
1.75
Tỷ trọng
∆
2.65 2.67 2.68 2.65 2.68
Độ nở tương đối R
N
% 4 ÷ 9 12 ÷ 34 6.5
(ε ε
ch
)/(1 + ε
ch
) -0.16 ÷ -0.20 ÷ -0.11 ÷ -0.19 ÷ -0.18 ÷

W
N
= W
P
+ (1-4)%
- Độ trương nở tương đối R
N
& áp lực trương nở P
N
tăng cùng với
sự tăng dung trọng khô γ
C
của mẫu chế bò
- Độ ẩm trương nở W
N
tăng cùng với sự giảm dung trọng khô γ
C
của
mẫu chế bò
- Độ ẩm ban đầu của mẫu đất tăng thì độ trương nở tương đối R
N
và
thời gian trương nở T
N
giảm
- Sức chống cắt của đất có tính trương nở sẽ giảm trong quá trình
ngËm nước và trương nở tự do
- Trong trừơng hợp chòu tác dụng của áp lực ngoài lớn hơn áp lực
trương nở, mẫu đất không thể trương nở tự do, sức chống cắt của đất
không giảm.

dựng trên 200 đập hồ chứa lớn vừa và nhỏ mà công trình dâng nước chủ
yếu là đập đất làm bằng vật liệu đòa phương. Đa số các công trình làm
việc an toàn phát huy hiệu quả phục vụ phát triển thủy điện (Trò An, Thác
mơ, Đami- Hàm Thuận…), cung cấp nước cho sinh hoạt, phục vụ sản xuất
nông nghiệp – công nghiệp (Dầu Tiếng, Đá đen, Sông Quao, Cà Giây…)
tạo ra những biến đổi sâu sắc về đời sống và xã hội ở các Tỉnh Nam Trung
Bộ và Đông Nam Bộ.
Tuy nhiên tình trạng chung hiện nay nhiều đập đã xuống cấp
nghiêm trọng, hiên tượng thấm khá phổ biến. Mái thượng lưu các đập đa
số đều hư hỏng, đá lát long rời, xói lở; mái hạ lưu các đập có hệ thống tiêu
thoát nươc mặt xây dựng chưa tốt, thêng bò xói trong mùa mưa bão, một số
đập đã xảy ra sự cố gây thiệt hại đáng kể về kinh tế xã hội ở vùng hạ lưu
công trình. Các sự cố về đập tiêu biểu trong khu vực như :
- Đập hồ Suối Trầu (Tỉnh Khánh Hòa) : công trình sau khi hoàn
thành đã xảy ra sự cố vỡ đập liên tiếp 3 lần trong 3 năm
1997,1998,1999.
- Đập hồ Am Chúa (Tỉnh Khánh Hòa) : sự cố đập 2 lần trong 2
năm : 10/1989 và 10/1992
- Đập hồ Cà Giây (Tỉnh Bình Thuận) : xảy ra sự cố đập tháng
10/1998
- Đập hồ sông Quao (Tỉnh Bình Thuận) : xảy ra sự cố đập tháng
6/1993…
1.2.2 Nguyên nhân gây ra sự cố đập :
17
Trên đây đã trình bày tình hình hư hỏng các đập và một số sự cố
vỡ đập tiêu biểu xảy ra trong khu vực, từ đó tổng hợp phân tích một số
nguyên nhân chủ yếu sau :
a) Nguyên nhân từ công tác khảo sát :
- Đánh gía điều kiện đòa chất không đầy đủ chính xác (bỏ qua
các vết nứt nẻ và nứt kiến tạo ở đập Suối Hành)

điều này làm cho chất lượng thi công không được đảm bảo. (Suối Trầu,
Am Chúa)
- Trong giai đoạn quản lý vận hành thường không kòp thời phát
hiện các biểu hiện ban đầu của sự cố, hoặc có phát hiện song do không
nhận ra được tính chất nguy hiểm của các biểu hiện đó nên thường để xảy
ra sự cố, không có biện pháp kòp thời xử lý (suối Trầu, suối Hành)
Tổng kết và phân tích những nguyên nhân gây ra sự cố công
trình đất trên thế giới Middle Brooks [6] cho thấy: trên 60% những sự cố
công trình đất do thấm gây ra và khoảng 10% sự cố công trình có tác nhân
kích thích từ thấm, 30% sự cố công trình do tràn nước mặt đập, trượt mái
và các nguyên nhân khác.
19
Hiện tượng thấm khá phổ biến trong sự cố đập ở khu vực Nam
Trung Bộ và Đông Nam Bộ. Hiện tượng thấm xảy ra sau một thời gian
khai thác, có nơi vài ba năm, mười năm, có nơi mới chỉ 1-2 năm đã phát
sinh thấm, thậm chí có những đập bò thấm mạnh ngay sau khi tích nước lần
đầu tiên (Cà Giây, Sông Quao). Qua quan trắc nhận thấy rằng phần lớn
lưu lượng thấm đo được thường lớn hơn nhiều lần so với lượng thấm tính
toán thiết kế, vò trí đường bão hòa cao hơn dự kiến và không đổ vào đống
đá tiêu nước gây nên xói ngầm ở nền và thân đập.
CHƯƠNG 2 : NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP CHỐNG THẤM
QUA ĐẬP ĐẤT
2.1 Các loại đập đất đã xây dựng trong khu vực và các biện pháp
chống thấm truyền thống
Các loại đập đất đã xây dựng ở Nam Trung Bộ và Đông Nam Bộ
rất phong phú và đa dạng, tùy thuộc đặc điểm điạ hình, đòa chất, thủy văn
để lựa chọn loại kết cấu đập và biện pháp chống thấm phù hợp :
2.1.1 Kết cấu đập đồng chất :
Kết cấu đập đồng chất là loại đập được xây dựng khá phổ biến ở
nhiều đòa phương. Đập được đắp bằng một loại vật liệu đòa phương sẵn có

cm/s không bò ướt lún, không tan rã
mạnh, không bò trương nở tự do mạnh có thể bố trí bất kỳ vùng nào trong
thân đập
I: Vùng thường xuyên bão hòa (A) : Khối lăng trụ thượng lưu
II : Vùng bò bão hòa từng thời kỳ (B) : khối trung tâm
III : Vùng khô ướt thay đổi trong năm (C) : khối lăng trụ hạ lưu
22
+ Đất có hệ số thấm K > 1x10
-4
cm/s, hoặc bi lún ướt lớn, hoặc tan
rã mạnh, không được bố trí ở các vùng I và II, có thể bố trí tại vùng III với
điều kiện phải có biện pháp cách ly nước thấm và tiêu thoát tốt nước mưa.
+ Đất bò trương nở tự do mạnh, hệ số thấm K > 1x10
-4
cm/s không
được bố trí tại các vùng A, B, 3, có thể bố trí ở vùng C nhưng phải có biện
pháp hạ thấp đường bão hòa và cách ly, tiêu thoát nước mưa tốt. Vò trí bố trí các loại đất ®¾p trong thân đập
Bảng 2.1
ST
T
Các loại đất
Vò trí có thể bố trí tại các vùng
trong thân đập
I II III A B C
1
Đất có hệ số thấm K < 1x10
-4

thò bằng chỉ số dẻo (W
n
) phải đảm bảo yêu cầu W
n
>7 để dễ thi công. Đất
sét béo W
n
>20 là loại vật liệu không thích hợp vì có hàm lượng nước quá
lớn khó thi công dễ sinh ra áp lực kè rỗng lớn làm mất ổn đònh mái đập.
24
Theo [11], [12] quy đònh : cấu tạo bề dày tường lõi đắp bằng đất
sét không nhỏ quá 0,8 m, độ dày chân tường lõi không nhỏ hơn 1/10 cột
nước, người ta dựa vào trò số Gradient thấm cho phép [J] để xác đònh bề
dày của tường lõi. Khi xây dựng đập trên nền thấm. Độ cắm sâu tường lõi
vào nền đất tốt ít thấm nước δ ≥ 0,50 – 1,25 m
Đỉnh tường lõi cao hơn mực nước dâng bình thường (MNDBT)
∆ = 0,30 – 0,60 m
Kết cấu đập tường lõi mềm không được xây dựng phổ biến ở khu
vực Nam Trung Bộ và Đông Nam Bộ do khan hiếm nguồn vật liệu và kỹ
thuật thi công phức tạp
+ Ưu điểm : - Khả năng chống thấm tốt
- Lún dễ đều
+ Nhược điểm : - Khan hiếm nguồn vật liệu đất sét chống thấm tại chỗ
- Kỹ thuật thi công phức tạp
2.1.4 Kết cấu đập tường nghiêng mềm :
Trong trường hợp khối lăng trụ thượng lưu (vùng A) bằng đất sét
chống thấm, khối lăng trụ thượng lưu trở thành tường nghiêng chống thấm
trong thân đập.
25