BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI

PHẠM MINH HẢI NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP TỔ CHỨC QUẢN LÝ
BẢO ĐẢM CHẤT LƯỢNG KHOAN PHỤT VỮA XỬ LÝ
CHỐNG THẤM NỀN CÔNG TRÌNH THỦY LỢI, THỦY ĐIỆN

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Hà Nội – 2013 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

2. Mục đích của đề tài …………………………………………………………………. 1
3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu …………………………………………. 2
4. Dự kiến kết quả đạt được …………………………………………………………… 2
CHƯƠNG 1: ĐẶC ĐIỂM KỸ THUẬT VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ CHỐNG
THẤM NỀN CÔNG TRÌNH …………………………………………………………. 3
1.1. Mở đầu……………………………………………………………………………. 3
1.2. Các phương pháp xử lý làm tăng khả năng chống thấm của nền công trình …… 3
1.2.1. Giải pháp chống thấm bằng tường nghiêng và sân phủ ……………………… 4
1.2.2. Giải pháp chống thấm bằng tường răng kết hợp lõi giữa………………………. 5
1.2.3. Giải pháp chống thấm bằng tường hào bentonit ……………………………… 5
1.2.4. Giải pháp chống thấm bằng khoan phụt truyền thống …………………………. 6
1.2.5. Giải pháp chống thấm bằng cọc xi măng + đất (Công nghệ khoan phụt áp lực
cao) ……………………………………………………………………………………. 7
1.2.6. Giải pháp thay đất nền …………………………………………………………. 8
1.2.7. Giải pháp chống thấm bằng tường cừ ………………………………………… 8
1.2.8. Các giải pháp kết hợp khác …………………………………………………… 9
1.3. Đặc điểm của công tác khoan phụt xử lý nền và những yêu cầu kỹ thuật khi thiết
kế, thi công màn chống thấm …………………………………………………………. 9
1.3.1. Đặc điểm của công tác khoan phụt xử lý nền………………………………… 9
1.3.2. Những yêu cầu kỹ thuật khi thiết kế, thi công màn chống thấm ………………. 9
1.4. Đặc điểm của phương pháp khoan phụt xi măng trong nền đá …………………. 10
1.5. Tổng quan về công nghệ khoan phụt ở Việt Nam và những tiến bộ công nghệ trên
thế giới ……………………………………………………………………………… 11
Kết luận chương 1…………………………………………………………………… 12
CHƯƠNG 2: NHỮNG GIẢI PHÁP CHỦ ĐỘNG TRONG THIẾT KẾ ĐỂ ĐẢM BẢO
CHẤT LƯỢNG MÀN CHỐNG THẤM BẰNG PHƯƠNG PHÁP KHOAN PHỤT XI
MĂNG ………………………………………………………………………………. 13
2.1. Đặt vấn đề……………………………………………………………………… 13
2.2. Nhiệm vụ, đặc điểm màn chống thấm bằng phương pháp khoan phụt xi măng 13
2.2.1. Nhiệm vụ của màn chống thấm ……………………………………………… 13

3.2. Quản lý chất lượng trong quá trình khoan phụt vữa xi măng …………………… 45
3.2.1. Những căn cứ để quản lý chất lượng khoan phụt vữa ………………………… 45
3.2.2. Tổ chức kiểm tra giám sát chất lượng khoan phụt vữa ……………………… 45
3.2.3. Nội dung và yêu cầu của công tác kiểm tra giám sát chất lượng…………… 47
3.3. Công tác thí nghiệm hiện trường xác định chất lượng khoan phụt vữa xi măng 57
3.3.1. Những yêu cầu thí nghiệm xác định độ thấm nước…………………………… 58
3.3.2. Tổ chức bố trí thí nghiệm …………………………………………………… 60
3.3.3. Xử lý số liệu và đánh giá kết quả thí nghiệm …………………………………. 62
3.4. Giám sát nghiệm thu khoan phụt vữa xi măng chống thấm …………………… 63
Kết luận chương 3 …………………………………………………………………… 64
CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU KHOAN PHỤT VỮA XỬ LÝ
CHỐNG THẤM CHO NỀN CÔNG TRÌNH THỦY ĐIỆN LAI CHÂU…………… 65
4.1. Giới thiệu tóm tắt công trình……………………………………………………. 65
4.2. Điều kiện địa chất công trình vùng tuyến……………………………………… 68
4.2.1. Đặc điểm địa hình, địa mạo …………………………………………………… 68
4.2.2. Địa tầng thạch học…………………………………………………………… 68
4.2.3. Nứt nẻ kiến tạo ……………………………………………………………… 69
4.2.4. Địa chất thủy văn ……………………………………………………………… 71
4.3. Những yêu cầu chống thấm nền công trình …………………………………… 75
4.4. Lựa chọn giải pháp xử lý chống thấm cho nền công trình……………………… 75
4.5. Lựa chọn các chỉ tiêu thiết kế màn chống thấm của công trình ………………… 76
4.6. Lựa chọn công nghệ, thiết bị và vật liệu khoan phụt……………………………. 77
4.6.1. Lựa chọn công nghệ và phương pháp khoan phụt ……………………………. 77
4.6.2. Lựa chọn thiết bị khoan phụt ………………………………………………… 78
4.6.3. Lựa chọn vật liệu phụt………………………………………………………… 78
4.7. Công tác khoan phụt thử nghiệm ……………………………………………… 79
4.8. Quy trình khoan phụt vữa nền đập công trình thủy điện Lai Châu……………… 81
4.8.1. Công tác khoan và khoảng cách các lỗ……………………………………… 82
4.8.2. Thiết kế hỗn hợp phụt ………………………………………………………… 88
4.8.3. Công tác phụt vữa …………………………………………………………… 89

Hình 3.1 – Mô hình về sự chịu trách nhiệm của Chủ đầu tư về chất lượng khoan phụt
thông qua các đơn vị và thí nghiệm hiện trường…………………………………… 46
Hình 3.2 – Sơ đồ rửa lỗ khoan……………………………………………………… 50
Hình 3.3 – Sơ đồ bố trí lỗ khoan kiểm tra khi màn chống thấm chỉ có 1 hàng khoan 61
Hình 3.4 – Sơ đồ bố trí lỗ khoan kiểm tra khi màn chống thấm gồm 2 hàng khoan…. 61
Hình 4.1 – Sơ đồ vị trí công trình thủy điện Lai Châu………………………… 65
Hình 4.2 – Sơ đồ bố trí màn khoan phụt chống thấm nền đập thủy điện Lai Châu… 75
Hình 4.3 – Sơ đồ trình tự khoan phụt thử nghiệm……………………………………. 81
Hình 4.4 – Sơ đồ mặt cắt dọc màn chống thấm đập Lai Châu tại vai trái……………. 83
Hình 4.5 – Sơ đồ khoan phụt chống thấm khu vực lòng sông……………………… 84
Hình 4.6 – Sơ đồ khoan phụt chống thấm tại hành lang cao độ 233.00m……………. 85
Hình 4.7 – Sơ đồ khoan phụt chống thấm tại hành lang cao độ 265.00m……………. 85
Hình 4.8 – Sơ đồ khoan phụt chống thấm tại cao độ 303.00m………………………. 86
Hình 4.9 – Mặt bằng bố trí các lỗ khoan phụt……………………………………… 87
Hình 4.10 – Thi công khoan phụt màn chống thấm nền đập Lai Châu………………. 91
Hình 4.11 – Đường cong giới hạn phụt vữa GIN của màn chống thấm đập thủy điện
Lai Châu……………………………………………………………………………… 93
Hình 4.12 – Diễn giải thí nghiệm Lugeon…………………………………………… 97
Hình 4.13 – Sơ đồ khoan phụt chống thấm………………………………………… 98
Hình 4.14 – Sơ đồ kiểm soát đối với các bước thực hiện khoan phụt……………… 99
LỜI CAM ĐOAN
Tên tôi là: Phạm Minh Hải
Học viên lớp: CH19QLXD
Đề tài luận văn cao học “Nghiên cứu giải pháp tổ chức quản lý bảo đảm chất
lượng khoan phụt vữa xử lý chống thấm nền công trình thủy lợi, thủy điện” được
trường Đại học Thủy lợi giao cho học viên Phạm Minh Hải. Được sự hướng dẫn của
TS Nguyễn Trung Anh và GS.TS Lê Kim Truyền, luận văn đã hoàn thành đúng thời
hạn quy định.
Tôi xin cam đoan với khoa Công trình và phòng Đào tạo trường Đại học Thủy
lợi đề tài nghiên cứu này là công trình của cá nhân tôi.

Công trình thủy lợi, thủy điện là những công trình có vốn đầu tư lớn từ vài
chục đến hàng ngàn tỷ đồng, nhiệm vụ chủ yếu là trữ nước, dùng cột nước để cấp
nước, phát điện, phòng lũ… Nếu công trình bị thấm, mất nước thì hiệu quả đầu tư
sẽ thấp, đôi khi công trình không phát huy được tác dụng.
Công trình thủy lợi, thủy điện là sản phẩm đơn chiếc, nó không thể áp dụng
máy móc hoàn toàn một mẫu hình của công trình khác bởi nó phụ thuộc vào đặc
điểm tự nhiên, vị trí và nhiệm vụ công trình. Đặc biệt công tác chống thấm cho nền
phụ thuộc phần lớn vào đặc điểm địa chất, tính cơ lý của nền và cột nước công tác
của hồ chứa.
Công tác xử lý chống thấm cho nền nằm sâu dưới mặt đất, không thể quan
sát bằng mắt thường và khó đánh giá chất lượng công tác khoan phụt cho nên cần
có những giải pháp chủ động từ khâu thiết kế đến quá trình thi công, nghiệm thu để
chủ động đảm bảo chất lượng công trình đạt yêu cầu chống thấm đề ra.
Nền không xử lý chống thấm hoặc xử lý nhưng không đạt yêu cầu sẽ dẫn đến
mất nước, có thể gây xói ngầm làm công trình mất an toàn, sự cố vỡ đập có thể xảy
ra.
Với những đặc điểm và yêu cầu nêu trên, đề tài “Nghiên cứu giải pháp tổ
chức quản lý bảo đảm chất lượng khoan phụt vữa xử lý chống thấm nền công trình
thủy lợi, thủy điện” mang ý nghĩa thiết thực, cần thiết nhằm nâng cao hiệu quả đầu
tư, phòng ngừa các sự cố có thể xảy ra đối với các công trình thủy lợi, thủy điện.
2. Mục đích của Đề tài
Một là, nắm được đặc điểm kỹ thuật và nội dung các phương pháp phụt xi
măng xử lý chống thấm nền đập để có giải pháp quản lý bảo đảm chất lượng công
trình.

2

Hai là, đề xuất các phương pháp chủ động để đảm bảo chất lượng và kiểm tra
đánh giá chất lượng trong quá trình thi công và kết thúc công tác khoan phụt xi
măng.

ngầm và mất nước, cần phải có những biện pháp để chống thấm cho nền công trình.
Một trong những biện pháp phổ biến được sử dụng để chống thấm cho nền công
trình rất hiệu quả là khoan phụt vữa tạo màn chống thấm.
1.2. Các phương pháp xử lý làm tăng khả năng chống thấm của nền công trình
Dòng thấm gây ra nhiều ảnh hưởng bất lợi có tính chất nghiêm trọng đối với
công trình. Do đó trong các công trình thủy lợi – thủy điện, đặc biệt là các đập ngăn
nước bắt buộc cần phải có các biện pháp phòng chống thấm cho nền công trình
nhằm các mục đích sau:
- Hạn chế lượng nước thấm;
- Giảm áp lực thấm dưới bản đáy để tăng ổn định cho công trình;
- Giảm gradien thấm ở cửa ra để tránh xói ngầm và mất nước.
Tùy theo đặc điểm của công trình có thể đặt ra đồng thời cả 3 mục tiêu trên,
hoặc chỉ một trong số đó. Chẳng hạn đối với hồ chứa thì cần hạn chế lưu lượng
thấm, còn đối với một số loại cống thì yêu cầu này không bắt buộc.
Ngoài ra, khi đề xuất các biện pháp công trình để phòng và chống thấm, cần
phân tích các điều kiện cụ thể để thỏa mãn cả 2 yêu cầu là kỹ thuật và kinh tế.

4

Có nhiều phương pháp để giảm lượng thấm qua nền công trình, tùy vào điều
kiện địa chất, chiều sâu tầng thấm và điều kiện thi công mà lựa chọn những phương
pháp xử lý hợp lý.
1.2.1. Giải pháp chống thấm bằng tường nghiêng và sân phủ

Hình 1.1 – Sơ đồ chống thấm bằng tường nghiêng và sân phủ

- Nội dung: Xây dựng tường nghiêng và sân phủ phía thượng lưu đập,
thường làm bằng đất sét, đất có hệ số thấm nhỏ như trong hình 1.1. Tường nghiêng,
sân phủ có tác dụng kéo dài đường viền thấm.
- Ưu điềm: Sử dụng vật liệu địa phương nên giá thành rẻ, thi công đơn giản,

Trong quá trình đào phải chống sập vách bằng vữa bentonit như trong hình 1.3.
- Ưu điềm: Độ tin cậy cao, chủ động kiểm soát chất lượng.
- Nhược điểm: Thiết bị thi công cồng kềnh.
- Điều kiện áp dụng: Áp dụng hiệu quả đối với nền cát, cát cuội sỏi, đất có
chiều sâu tới 60m. Khuyến cáo chỉ sử dụng công nghệ này để chống thấm cho đập
cũ vì với đập mới đắp thì có hiện tượng nứt tách giữa tường và thân đập.
1.2.4. Giải pháp chống thấm bằng khoan phụt truyền thống

Hình 1.4 – Sơ đồ chống thấm bằng khoan phụt truyền thống
- Nội dung: Khoan phụt truyền thống còn được gọi là khoan phụt có nút bịt.
Nguyên lý của công nghệ này là bơm dung dịch chất kết dính (xi măng, đất sét, hoá
chất, ) vào trong đất đá dưới một áp lực phù hợp (thường từ vài atm đến vài chục

7

atm tùy thuộc đối tượng xử lý, loại đất và thiết bị công nghệ). Nút bịt có tác dụng
bịt không cho dung dịch trào lên miệng hố khoan. Sơ đồ chống thấm bằng khoan
phụt chống thấm như trong hình 1.4.
- Ưu điểm: Khả năng chống thấm tốt, quy trình thi công đã khá hoàn chỉnh
và thống nhất.
- Nhược điểm: Giá thành cao.
- Điều kiện áp dụng: Giải pháp này có thể áp áp dụng thích hợp cho nền là
lớp bồi tích dày, phía dưới là đá phong hóa nứt nẻ mạnh, hoặc trong lớp bồi tích có
lẫn đá lăn, đá tảng lớn. Đặc biệt phương pháp này áp dụng phổ biến cho nền đá nứt
nẻ ít hoặc nứt nẻ lớn.
1.2.5. Giải pháp chống thấm bằng cọc xi măng + đất (Công nghệ khoan phụt áp
lực cao)

Hình 1.5 – Sơ đồ chống thấm bằng cọc xi măng + đất
- Nội dung: Đặc điểm của giải pháp chống thấm bằng cọc xi măng + đất là sử

- Ứng dụng: Dùng cho những nơi không có vật liệu chống thấm bằng đất sét,
tầng thấm trong nền là đất hoặc sỏi có chiều dày nhỏ.

9

1.2.8. Các giải pháp kết hợp khác
Trong thực tế xây dựng, tùy thuộc vào điều kiện địa chất nền và chiều dày
lớp đất nền cần xử lý mà ta lựa chọn giải pháp xử lý chống thấm nền khác nhau.
Thường trong thực tế khi tính toán thiết kế biện pháp xử lý nền để đảm bảo về tính
kinh tế và kỹ thuật người ta chọn giải pháp xử lý chống thấm bằng kết hợp giữa hai
hay nhiều biện pháp với nhau cho phù hợp với điều kiện địa chất nền, điều kiện
thiết bị thi công và giá thành công trình.
1.3. Đặc điểm của công tác khoan phụt xử lý nền và những yêu cầu kỹ thuật
khi thiết kế, thi công màn chống thấm
1.3.1. Đặc điểm của công tác khoan phụt xử lý nền
Về bản chất, phụt là kỹ thuật đưa một lượng hỗn hợp chất lưu (lỏng – khí)
vào môi trường đất có khe – lỗ hổng hoặc đá nứt nẻ - lỗ rỗng nhằm mục đích giảm
tính thấm xuống mức cần thiết hoặc gia cường tính ổn định và chịu lực của chúng,
hoặc cả hai.
Những mục đích của công tác khoan phụt có hai mức độ thời gian: tạm thời
hoặc vĩnh cửu. Dây chuyền thiết bị trên mặt đất nhằm tạo ra và đưa chất lưu vào đất
đá gọi là công nghệ phụt, còn chính chất lưu có tính năng đáp ứng những mục đích
trên được gọi là vữa phụt.
1.3.2. Những yêu cầu kỹ thuật khi thiết kế, thi công màn chống thấm
Khi thiết kế, thi công màn chống thấm cần phải đáp ứng được các yêu cầu kỹ
thuật sau:
- Màn chống thấm là một bộ phận của công trình nên phải đạt được các tiêu
chuẩn như thiết kế công trình (về tuổi thọ, độ ổn định, độ bền,…);
- Màn chống thấm có tác dụng làm giảm được lưu lượng thấm theo yêu cầu;
- Thi công thuận tiện;

pháp khoan phụt xi măng:
- Nền là đá cứng hoặc nửa cứng bị nứt nẻ, có độ mở rộng khe nứt từ 0,1mm
đến 10mm;
- Lượng mất nước đơn vị trong phạm vi từ 0,01lit/(phút.m
P
2
P) đến
10lit/(phút.m
P
2
P) và vận tốc chuyển động của nước ngầm nhỏ hơn 2400m/d (2,8.10P
-2
P
m/s);
- Thành phần hóa học của nước ngầm không phá hoại quá trình ninh kết và
đông cứng của dung dịch vữa xi măng.
Đặc điểm của phương pháp khoan phụt xi măng trong nền đá là được tiến
hành sâu trong lòng đất nên việc kiểm soát chất lượng khá phức tạp, đòi hỏi cần có
quy trình đồng bộ và chính xác ngay từ khâu thiết kế ban đầu và trong khi thi công.

11

1.5. Tổng quan về công nghệ khoan phụt ở Việt Nam và những tiến bộ công
nghệ trên thế giới
Từ đầu thế kỷ trước, phụt đã được áp dụng trong xử lý nền móng công trình.
Trong hơn nửa thế kỷ, chủ yếu có hai công nghệ phụt: phụt đáy mở và phụt phân
đoạn từ trên xuống hoặc từ dưới lên, tức phân đoạn thụ động tùy thuộc địa tầng. Từ
hơn ba thập niên trước, phụt phân đoạn chủ động tức phụt ống bọc (còn gọi là hai
nút) mới đi vào hoàn thiện công nghệ. Tuy nhiên, trong 20 năm gần đây đánh dấu
sự ra đời phong phú của các công nghệ tiên tiến nhất như phụt dòng (tia) quét, phụt

Khoan phụt xử lý nền để tăng khả năng chống thấm là nội dung thường gặp
khi xây dựng các công trình thủy lợi, thủy điện. Có nhiều giải pháp để giảm lượng
thấm qua nền và vai đập; mỗi phương pháp đều có ưu nhược điểm riêng và phù hợp
cho loại nền yêu cầu chống thấm, nên khi lựa chọn cần phân tích so sánh để chọn
được phương pháp phù hợp với yêu cầu xử lý và điều kiện cung cấp thiết bị, tổ chức
thi công. Lựa chọn phương pháp chống thấm nào đều phải đạt được yêu cầu kỹ
thuật do thiết kế đề ra và có lợi về mặt kinh tế, rút ngắn thời gian thi công. 13

CHƯƠNG 2: NHỮNG GIẢI PHÁP CHỦ ĐỘNG TRONG THIẾT KẾ ĐỂ
ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG MÀN CHỐNG THẤM BẰNG PHƯƠNG PHÁP
KHOAN PHỤT XI MĂNG
2.1. Đặt vấn đề
Phụt vữa vào nền đá là nhu cầu thường gặp nhất trong xử lý nền móng các
hạng mục của đập lớn nói chung. Hiệu quả phụt quyết định đến tính kinh tế và ổn
định của công trình. Thực trạng ở Việt Nam cho thấy có nhiều nơi thường phải xử
lý phụt sau khi công trình đã đi vào vận hành. Không chỉ đập lớn, nhiều đập nhỏ
cũng thường nảy sinh vấn đề về mất nước ngầm, giảm khả năng trữ nước, thậm chí
đôi khi không còn khả năng xử lý vì quá tốn kém so với vốn tài chính ban đầu. Đặc
thù của màn chống thấm là nằm sâu dưới đáy công trình nên nếu có sự cố thì việc
xử lý sẽ rất khó khăn và tốn kém. Do đó, việc chủ động trong khâu thiết kế màn
khoan phụt chống thấm sẽ giúp cho công trình đảm bảo an toàn về mặt kĩ thuật và
tiết kiệm chi phí, tránh những rủi ro phát sinh sau này.
2.2. Nhiệm vụ, đặc điểm màn chống thấm bằng phương pháp khoan phụt xi
măng
2.2.1. Nhiệm vụ của màn chống thấm
Màn chống thấm là một bộ phận của công trình làm những nhiệm vụ sau:
- Hạn chế lượng nước thấm qua nền công trình;