LỜI CẢM ƠN

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật chuyên ngành xây dựng công trình thủy với đề tài “
Nghiên cứu sử dụng số liệu quan trắc trong đánh giá an toàn đập đất, ứng
dụng cho đập sông Hinh ” được hoàn thành ngoài sự cố gắng không ngừng của
bản thân , tôi còn được sự giúp đỡ, động viên khích lệ của các thầy, cô, bạn bè đồng
nghiệp và người thân. Qua trang viết này tác giả xin gửi lời cảm ơn tới những người
đã giúp đỡ tôi trong thời gian học tập - nghiên cứu khoa học vừa qua.
Tôi xin tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc đối với thầy giáo GS.TS Nguyễn
Chiến đã trực tiếp tận tình hướng dẫn cũng như cung cấp tài liệu thông tin khoa học
cần thiết cho Luận văn này và các thầy tham gia giảng dạy Cao học trường Đại học
Thủy lợi đã truyền đạt cho tôi những tri thức khoa học vô cùng quý giá.
Xin chân thành cảm ơn Ban Lãnh đạo trường Đại học Thủy lợi, khoa Công
trình và Bộ môn Thủy công đã tạo điều kiện cho tôi hoàn thành tốt công việc nghiên
cứu khoa học của mình.
Tuy đã có những cố gắng nhất định, nhưng do thời gian có hạn và trình độ
còn nhiều hạn chế, vì vậy Luận văn này chắc chắn còn nhiều thiếu sót. Tác giả kính
mong các Thầy, Cô giáo, Bạn bè và đồng nghiệp góp ý để Tác giả có thể tiếp tục
nghiên cứu để hoàn thiện đề tài.
Xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội ngày 06 tháng 08 năm 2014
TÁC GIẢ

Dương Văn Thủy LỜI CAM KẾT


MỞ ĐẦU 1
1. Tính cấp thiết của đề tài
1
2. Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu 1
3. Phương pháp nghiên cứu 1
4. Kết quả đạt được 2
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ XÂY DỰNG ĐẬP ĐẤT VÀ HỆ THỐNG
QUAN TRẮC ĐẬP ĐẤT 3
1.1.Tổng quan về xây dựng đập đất
3
1.1.1. Tình hình xây dựng đập đất trên thế giới 3
1.1.2. Tình hình xây dựng đập đất ở Việt Nam 4
1.1.3. Các vấn đề mất an toàn của đập đất ở Việt Nam hiện nay 5
1.2. Những kiến thức về quan trắc
8
1.2.1. Các nội dung quan trắc 8
1.2.2. Phương pháp quan trắc 10
1.2.3. Xử lý số liệu quan trắc 10
1.3. Các yêu cầu lắp đặt thiết bị quan trắc đập đất
11
1.3.1. Các yêu cầu về quan trắc thấm trong đập đất 12
1.3.2. Các yêu cầu quan trắc biến dạng và chuyển vị 12
1.3.3. Các yêu về quan trắc ứng suất trong đập đất 13
1.4. Tình hình lắp đặt và sử dụng hệ thống quan trắc đập đất
13
1.4.1. Nhận thức về vấn đề quan trắc trong đập đất 14
1.4.2. Về đội ngũ làm công tác quan trắc 14
1.4.3. Về chất lượng thiết bị đo 14
1.4.4. Về quản lý sử dụng thiết bị đo 15

3.2.2. Hệ thống quan trắc thấm 40
3.3. Đánh giá về thấm qua đập sông Hinh
42
3.3.1. Tài liệu sử dụng trong tính toán 42
3.3.2. Kiểm tra mức độ thấm dị hướng 43
3.3.3. Kiểm tra gradien thấm trong thân đập. 49
3.4. Đánh giá ổn định mái đập sông Hinh.
50
3.4.1. Trường hợp tính toán: 50
3.4.2. Phương pháp tính toán 50
3.4.3. Kết quả tính toán 50
3.4.4. Kết luận về ổn định mái của đập chính sông Hinh 51

3.5. Về ứng suất, biến dạng và các vấn đề khác. 51
3.6. Đánh giá tổng quan về an toàn đập sông Hinh. 52
3.7. Đề xuất giải pháp nâng cao hiệu hiệu quả của thiết bị quan trắc. 52
3.8. Kết luận chương 3. 53
KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ 54
I – Kết quả đạt được của Luận văn
54
II – Một số điểm tồn tại. 54
III – Hướng tiếp tục nghiên cứu 55
TÀI LIỆU THAM KHẢO 56 DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1-1: Toàn cảnh đập Anderson Ranch 4
Hình 1-2: Đập Trinity tại Lewiston, California xây dựng năm1957 4
Hình 1-3: Đập Đa Nhim khánh thành năm 1964 , dài 1460 m, cao 38m. 5

Hình 3-8: Sơ đồ tính: mặt cắt lòng sông – đập chính hồ thủy điện sông Hinh 44
Hình 3-9: Sơ đồ chia lưới phần tử 45
Hình 3-10: Sơ đồ gán điều kiện biên 46
Hình 3-11: Hình ảnh các tổ mối trên mái đập sông Hinh 51 DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1-1: Các đập đất lớn trên thế giới 3
Bảng 2-1: Trị số građient cho phép [J
k
]
cp
ở khối đắp thân đập 20
Bảng 2-2: Trị số građient trung bình tới hạn [J
k
]
th
ở các bộ phận chống thấm 20
Bảng 2-3: Hệ số an toàn ổn định nhỏ nhất của mái đập [K
cp
] 21
Bảng 2-4: Các trường hợp tính toán ổn định đập đất 22
Bảng 3-1: Số liệu quan trắc đường đo áp trong thân đập sông Hinh tại mặt cắt lòng
sông ( hình 3-8).[4] 42

Bảng 3-2: Các chỉ tiêu cơ lý của đất nền và đất đắp đập chính Sông Hinh [3] 43
Bảng 3-3: Kết quả chiều cao đường bão hòa tại PĐ 1 và PĐ 2 ứng với hệ số thấm dị
hướng K=1của đập chính hồ sông Hinh 47


chung hiện nay còn có những bất cập. Do đó, việc nghiên cứu về hệ thống quan trắc
trong đập đất và ứng dụng chúng trong đánh giá an toàn đập là cấp thiết và có ý
nghĩa khoa học và thực tiễn.
2. Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu
- Làm rõ vai trò và tác dụng của hệ thống quan trắc trong việc đánh giá an toàn
của đập đất.
- Chỉ rõ hiện trạng của hệ thống quan trắc đập đất ở nước ta hiện nay.
- Nghiên cứu điển hình ở một công trình cụ thể.
- Đưa ra những khuyến cáo về lắp đặt, quản lý và sử dụng số liệu quan trắc
đập đất.
3. Phương pháp nghiên cứu
- Điều tra và thu thập số liệu thực tế.
- Tổng hợp các kết quả nghiên cứu đã có.
- Ứng dụng các phần mềm tính toán thấm, ổn định và biến dạng trong phân tích
đánh giá an toàn đập.
- Nghiên cứu điển hình trong công trình thực tế. 2
4. Kết quả đạt được
- Tổng quan về xây dựng đập đất và hệ thống thiết bị quan trắc đập đất.
- Sử dụng số liệu quan trắc để đánh giá an toàn đập đất.
- Ứng dụng cho đập chính hồ thủy điện sông Hinh.
- Đưa ra những khuyến cáo về quản lý và khai thác hệ thống thiết bị quan trắc
đập đất.
nguyên có chiều dài 108m, cao 12m, đập Marduka cao 12m được xây dựng năm
2500 trước công nguyên trên sông Tygrys ở Irak. Ở Trung Quốc có đập dài 300m,
cao 30m xây dựng năm 240 trước công nguyên, ở Nhật Bản đập dài 260m cao 17m
xây dựng năm 162 trước công nguyên.
Do kinh tế và khoa học ngày càng phát triển, nhu cầu dùng nước không ngừng
tăng lên nên các đập ngăn nước được xây dựng ngày càng nhiều. Do nhiều ưu điểm
và lợi thế nên đập vật liệu địa phương càng được sử dụng nhiều so với các loại đập
khác như đập bê tông, đã xây…
Nhờ sử dụng được các thành quả ngày càng hoàn thiện của các ngành địa kỹ
thuật, lý thuyết thấm, nghiên cứu ứng suất và biến dạng công trình và biện pháp thi
công cơ giới nên hình thức kết cấu đập vừa hợp lý,vừa kinh tế.
Bảng 1-1: Các đập đất lớn trên thế giới
TT
Tên đập
Địa điểm xây
dựng
Năm xây
dựng
Chiều cao
(m)
1
Đập Anderson Ranch
Mỹ
1950
139
2
Đập Xerơ Pôngxông
Pháp
1961
122

trong đó có gần 500 hồ chứa có đâp
̣
lớn (theo Ủy hội Đập lớn Thế giới - ICOLD).
Các hồ chứa chủ yếu đươc
̣
xây dựng trong thời kỳ khôi phuc
̣
xây dựng đất nước từ
những năm 60 của thế kỷ trước để đáp ứng yêu cầu dùng nước, phòng chống lũ và
phát điêṇ . Phần lớn các đập đất được xây dựng là đập đồng chất, mái thượng lưu 5
được bảo vệ bằng đá xếp, mái hạ lưu trồng cỏ. Theo chiều cao đập có khoảng 20%
số đập là cấp ba, hơn 70% là đập cấp bốn và cấp năm, còn lại khoảng 10% là đập từ
cấp hai trở lên. Các đập được xây dựng thời kỳ trước 1960 khoảng 6%, từ 1960 đến
1975 khoảng 44%, từ 1975 đến nay khoảng 50% [8] Hình 1-3: Đập Đa Nhim khánh thành
năm 1964 , dài 1460 m, cao 38m.

Hình 1-4: Đập chính hồ Đầm Hà Động
cao 31,5m, dài 244m do Công ty Tư vấn
& CGCN – ĐH ThủyLợi thiết kế 1.1.3. Các vấn đề mất an toàn của đập đất ở Việt Nam hiện nay
Trong những năm gần đây do tình hình biến động phức tạp của thời tiết cộng với
những thiếu sót trong công tác khảo sát thiết kế, thi công và quản lý khai thác nên

- Khảo sát vật liệu không đúng với thực tế, thí nghiệm sai các chỉ tiêu cơ lý lực
học của vật liệu đất
- Thiết kế sai dung trọng khô của đập
- Không có biện pháp xử lý thích hợp đối với độ ẩm của đất
- Thi công đầm nén không đảm bảo kỹ thuật
- Thiết bị tiêu nước qua thân đập không làm việc
1.3.1.6. Nứt ngang đập
Nguyên nhân:
- Nền đập bị lún
- Thân đập lún không đều 7
- Đất đắp đập bị lún ướt lớn hoặc tan rã nhanh
1.3.1.7. Nứt dọc đập
Nguyên nhân:
- Nước hồ dâng cao đột ngột do lũ về nhanh
- Nước hồ rút xuống đột ngột gây giảm tải đột ngột ở mái thượng lưu
- Nền đập bị lún theo chiều dài tim đập
- Đất đắp đập khối thượng lưu có tính lún ướt và tan rã nhanh nhưng khảo sát
không phát hiện ra hoặc thiết kế không có biện pháp đề phòng.
1.3.1.8. Trượt mái thượng và hạ lưu đập
Nguyên nhân:
- Sóng bão kéo dài phá hỏng lớp gia cố
- Nước hồ rút nhanh
- Thiết kế chọn sai sơ đồ tính toán ổn định, tổ hợp tải trọng
- Địa chất nền xấu không xử lý triệt để
- Chất lượng thi công không đảm bảo
- Thiết bị tiêu nước thấm trong thân đập không làm việc, thiết bị tiêu nước mưa
trên mái không tốt.

nước bằng vật liệu có tính thấm; trước sau mặt cắt bố trí thiết bị đo; trước sau
công trình xả, cống lấy nước, v.v …;
- Quan trắc đường bão hòa; 9
- Quan trắc áp lực nước thấm lên công trình;
- Quan trắc lưu lượng thấm;
2.2.1.3. Quan trắc nhiệt độ:
Để quan trắc nhiệt độ trong công trình bê tông, cần đặt các nhiệt kế đo từ xa,
trong đó nhiệt kế điện trở được áp dụng nhiều nhất.
Nhiệt kế được bố trí trong công trình ngay thi công. Hệ thống dây dẫn được
nối từ nhiệt kế đến điểm tập trung.
Số lượng nhiệt kế bố trí trong công trình phụ thuộc vào kích thước, hình
dạng công trình và nhiệm vụ đề ra cho công tác quan trắc. Việc bố trí nhiệt
kế cần phải thông qua tính toán. Nguyên tắc cơ bản là phải đủ điểm để vẽ
được biểu đồ đồng nhiệt độ, để so sánh với lý thuyết tính toán.
2.2.1.4. Quan trắc ứng suất trong công trình và nền công trình:
Để quan trắc ứng suất trong công trình đất cũng như công trình bê tông, có
thể áp dụng một trong hai phương pháp: Quan trắc trực tiếp trị số ứng suất hoặc
quan trắc trị số ứng suất biến dạng sau đó tính toán bằng lý thuyết đàn hồi hoặc
dẻo.
Khi thiết kế bố trí thiết bị đo từ xa cần chú ý kết hợp với thiết kế và bố trí hệ
thống nhiệt kế sẽ tiết kiệm dây dẫn ra điểm quan trắc
2.2.1.5. Quan trắc ứng lực cốt thép:
Để đo ứng lực trong các cốt thép chịu lực của kết cấu bê tông cốt thép, sử
dụng lực kế ( Load cell) hàn trực tiếp vào cốt thép chịu lực ( không được hàn
vào đoạn cốt thép cong ). Vị trí đặt lực kế căn cứ vào biểu đồ mô men tính toán.
2.2.1.6. Quan trắc áp lực nước, áp lực mạch động của dòng chảy:
Để quan trắc áp lực nước, áp lực mạch động của dòng chảy sử dụng thiết bị

Hình 1-8: Hệ thống giám sát hình ảnh ở đập Kamasat ( Nhật)
1.2.3. Xử lý số liệu quan trắc
Công nghệ quan trắc được áp dụng cho công trình để kiểm soát sự cố có thể xảy
ra trong quá trình thi công, điều chỉnh thiết kế trong quá trình thi công, cung cấp số 11
liệu về ứng xử của công trình trong quá trình sử dụng và cung cấp số liệu cho mục
đích nghiên cứu. Tuy nhiên, mức độ chính xác của số liệu quan trắc phụ thuộc vào
nhiều yếu tố khác nhau, cụ thể là:
- Yếu tố môi trường: mưa gió, nhiệt độ, độ ẩm… ảnh hưởng cục bộ đến số liệu
đo;
- Yếu tố máy móc, thiết bị: Thiết bị quan trắc không được kiểm tra, bảo dưỡng
thường xuyên sẽ dẫn đến hỏng hóc, mất tín hiệu chỉ báo, hoặc có tín hiệu nhưng chỉ
báo không chính xác, chẳng hạn Pezomet chỉ cao độ đường bão hòa cao hơn mực
nước hồ , trong khi mực nước hồ đang ổn định và không có yếu tố bên ngoài làm
dâng cao đường bão hòa.
- Yếu tố con người: Tùy theo điều kiện ngoại cảnh và yếu tố tâm lý, có thể làm
cho người quan trắc đọc số liệu không chính xác, hoặc nhầm lẫn trong ghi chép, làm
cho số liệu quan trắc không phản ánh đúng thực tế khác quan.
Như vậy có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến tính chính xác và mức độ trung thực của
số liệu quan trắc . Do đó cần thiết phải xử lý số liệu quan trắc, loại bỏ đi những số
đo vô lý, không phù hợp với thực tế khách quan ( như ví dụ nêu ở trên). Công tác
xử lý số liệu quan trắc phải do cấp có thẩm quyền ( Chủ đập ) quyết định để tránh
tùy tiện trong quản lý số liệu. Người được cử làm công tác xử lý số liệu phải có kiến
thức về công trình, kinh nghiệm trong công tác quan trắc, và đặc biệt phải có ý thức
trách nhiệm cao đối với công việc được giao.Việc xử lý số liệu tuỳ tiện sẽ làm cho

nước dâng bình thường (MNDBT); từ 1 ống đến 2 ống trên đỉnh đập nhưng phải
nằm ngoài phạm vi đường giao thông; từ 2 ống đến 3 ống trên mái hạ lưu, tốt nhất
tại cơ hạ lưu và trước thiết bị tiêu nước nếu có.
1.3.2. Các yêu cầu quan trắc biến dạng và chuyển vị
Quan trắc chuyển vị nhằm xác định sự dịch chuyển của đất đắp thân đập, sự dịch
chuyển của nền đập do chịu tải trọng của đập.
1.3.2.1. Nội dung quan trắc chuyển vị [1]
+ Quan trắc lún công trình và bộ phận công trình;
+ Quan trắc chênh lệch lún giữa các bộ phận hoặc giữa các đơn nguyên của công
trình; 13
+ Quan trắc chuyển vị ngang, nghiêng giữa các bộ phận hoặc giữa các đơn
nguyên của công trình; quan trắc độ mở rộng, thu hẹp của khe nối
1.3.2.2. Quy định về thiết bị quan trắc chuyển vị [1]:
+ Thiết bị đo độ mở rộng hay thu hẹp của khe nối đối với công trình đất trên nền
đá thường sử dụng như: Mốc trắc đạc, Qủa lắc thuận – đảo, Thiết bị đặt nghiên (
Inlinometer), v.v
+ Đối với những đập thấp ( cấp IV, V), để quan trắc độ mở rộng khe nứt, có thể
dùng hệ thống mốc trắc đạt đặt trên công trình, nên đặt đối xứng qua khe nối.
+ Số lượng thiết bị đo quan trắc khe nối phụ thuộc vào chiều cao, chiều rộng và
kết cấu đập; Theo chiều dọc khe nối cứ cách nhau từ 10 đến 15 m bố trí một điểm
đo.
1.3.3. Các yêu về quan trắc ứng suất trong đập đất
Chỉ những công trình cấp II trở lên mới cần bố trí thiết bị đo ứng suất. Thiết bị
đo ứng suất trong thân đập đất là các áp kế (pressure cell) cấu tạo giống như áp kế
đo áp lực đất lên công trình bê tông. Các quy định về bố trí tuyến và số lượng các
thiết bị đo ứng suất [1]
1.3.3.1. Tuyến quan trắc ứng suất được quy định như sau:

Nhìn chung trong các đập đất (đập lớn) đã được đầu tư lắp đặt hệ thống quan
trắc nhưng các thiết bị đang còn đơn giản, chưa mang tính hiện đại và tự động hóa.
Chính vì vậy ở các đập đất của ta hiện nay hệ thống quan trắc chưa hoàn thiện được
hết nhiệm vụ, chưa thể cảnh báo được hết các hiện tượng bất thường có thể xảy ra
trong đập. Hình 1-9: Thiết bị đo lưu lượng tại hồ Vĩnh
Sơn A
Hình 1-10: Thiết bị quan trắc ở đập
Vĩnh Sơn B 15
1.4.4. Về quản lý sử dụng thiết bị đo
Hiện nay có rất nhiều đập đất các thiết bị đo không được quản lý và bảo dưỡng
đúng cách dẫn đến hư hỏng hoặc đo sai số rất nhiều ( hình 1-9).
1.4.5. Về xử lý, lưu giữ, sử dụng số liệu đo
Số liệu đo chưa được xử lý và sử dụng kịp thời. Sau khi thu thập được số liệu thì
chưa có sự phân tích đầy đủ để đánh giá chính xác mức độ làm việc của công trình.
Hiện nay vẫn còn rất nhiều công trình số liệu được ghi chép thủ công mang tính
chất thô sơ nên rất khó cho công tác lưu giữ ( hình 1-11).
Tóm lại ở nước ta hiện nay công tác quan trắc công trình thủy lợi nói chung và đập
đất nói riêng còn có nhiều thiếu sót, bất cập, dẫn đến các nguy cơ sự cố ở đập chưa
được phát hiện kịp thời. Để đảm bảo an toàn hồ đập cũng như tính mạng, tài sản của
dân cư ở khu vực hạ du đập thì công tác quan trắc và xử lý đập cần phải được quan
tâm đầy đủ hơn.

Hình 1-11: Số liệu quan trắc ở đập Tân Giang được ghi thủ công
1.5. Giới hạn phạm vi trong nghiên cứu

Các nội dung quan trắc đập đất được thể chế hóa trong tiêu chuẩn Việt Nam:
“Công trình thủy lợi – Các quy định chủ yếu về thiết kế, bố trí thiết bị quan trắc
cụm công trình đầu mối ” – TCVN 8215:2009 [1].
2.1.1. Quan trắc thấm
Nội dung quan trắc thấm gồm :
- Quan trắc độ cao mực nước thượng lưu của đập hồ chứa và công trình
chắn nước bằng vật liệu có tính thấm; trước sau mặt cắt bố trí thiết bị đo; trước sau
công trình xả, cống lấy nước, v.v ;
- Quan trắc đường bão hoà;
- Quan trắc áp lực nước thấm lên công trình;
- Quan trắc lưu lượng thấm.
2.1.2. Quan trắc chuyển vị
Nội dung quan trắc chuyển vị gồm :
- Quan trắc lún mặt, lún của từng lớp đất trong thân khối đắp và nền (lún
sâu);
- Quan trắc chuyển vị ngang, nghiêng, lệch;
- Quan trắc độ mở rộng hay thu hẹp của khớp nối, khe hở.
Để quan trắc được chuyển vị có thể dùng thước, dùng máy để đo sự dịch
chuyển của đất thân đập.
2.1.3. Quan trắc ứng suất trong thân đập và nền đập
- Quan trắc ứng suất trong thân đập và nền đập đất chỉ tiến hành đối với các
loại đập cấp I và cấp II trở lên. Có thể áp dụng 2 phương pháp: Quan trắc trực tiếp
trị số ứng suất hoặc quan trắc trị số biến dạng sau đó tính toán bằng lý thuyết đàn
hồi hoặc dẻo để xác định ứng suất.