LỜI CAM ĐOAN
Tên tôi là Nguyễn Hải Đăng, học viên cao học lớp 23C11, chuyên ngành Kỹ thuật xây
dựng công trình thủy. Tôi xin cam đoan luận văn thạc sĩ “Nghiên cứu hiện tượng
thấm của đập tràn hồ chứa Khe Lau - Hà Tĩnh và biện pháp xử lý nhằm vận hành
an toàn công trình” là công trình nghiên cứu của riêng tôi, tôi không sao chép và kết
quả của luận văn này chưa công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu khoa học nào.

Hà Tĩnh, ngày 24 tháng 2 năm 2017
Tác giả

Nguyễn Hải Đăng

i


LỜI CẢM ƠN
Sau thời gian học tập, nghiên cứu với sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo GS.TS Vũ
Trọng Hồng cùng với sự cùng với sự giúp đỡ của các thầy cô giáo trong trường Đại
học Thủy lợi luận văn thạc sĩ với đề tài “ Nghiên cứu hiện tượng thấm của đập tràn
hồ chứa Khe Lau – Hà Tĩnh và biện pháp xử lý nhằm vận hành an toàn công trình”
đã được tác giả hoàn thành đúng thời hạn quy định và đảm bảo đầy đủ các yêu cầu
trong đề cương được phê duyệt.
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo GS.TS Vũ Trọng Hồng người
đã tận tình hướng dẫn, cung cấp thông tin, tài liệu và vạch ra những định hướng khoa
học cần thiết để tác giả hoàn thành luận văn này.
Tác giả xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong bộ môn Thủy công, Khoa công
trình, Phòng đào tạo Đại học và sau Đại học cùng toàn thể các thầy cô giáo trong
trường Đại học Thủy lợi đã giúp đỡ và truyền đạt kiến thức trong thời gian tác giả học
tập và nghiên cứu.

Tác giả cũng xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè, đồng nghiệp và những người

1.6.2 Xói tiếp xúc ..................................................................................................22
1.6.3 Đẩy trồi đất ..................................................................................................23
1.6.4 Đùn đất tiếp xúc ...........................................................................................23
1.6.5 Các biến hình thấm đặc biệt ........................................................................24
1.7 Một số sự cố do thấm ..........................................................................................24
CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT THẤM VÀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ THẤM CỦA ĐẬP
TRÀN ............................................................................................................................27
2.1 Cơ sở lý thuyết thấm............................................................................................27
2.2 Các phương pháp tính thấm.................................................................................29
2.2.1 Phương pháp cơ học chất lỏng ....................................................................29
iii


2.2.2 Phương pháp hệ số sức kháng ..................................................................... 30
2.2.3 Phương pháp thủy lực ................................................................................. 31
2.2.4 Phương pháp phần tử hữu hạn .................................................................... 31
2.2.5 Phương pháp thực nghiệm........................................................................... 32
2.2.6 Tính thấm bằng phương pháp vẽ lưới thấm ................................................ 33
2.2.7 Phương pháp tỷ lệ đường thẳng .................................................................. 34
2.3 Tính thấm vòng quanh các công trình thuỷ lợi ................................................... 35
2.4 Các giải pháp công trình để xử lý chống thấm cho nền đập tràn ........................ 36
2.4.1 Biện pháp sân trước..................................................................................... 36
2.4.2 Biện pháp đóng cừ. ...................................................................................... 37
2.4.3 Biện pháp khoan phụt chống thấm. ............................................................. 38
2.4.4 Chống thấm bằng tường hào Bentonite ....................................................... 41
2.5 Phương pháp và trình tự tính toán ....................................................................... 42
2.5.1 Phương pháp tính ........................................................................................ 42
2.5.2 Trình tự tính toán ......................................................................................... 43
2.6 Giải pháp chống thấm sau lưng tường bên.......................................................... 43
2.7 Giải pháp chống thấm qua bê tông ...................................................................... 44

TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................78

v


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Hồ chứa nước Đồng Đò huyện Sóc Sơn với dung tích 0,9 triệu m3, xây dựng
năm 1998 ......................................................................................................................... 5
Hình 1.2 Hồ Tràng Vinh tỉnh Quảng Ninh dung tích 75 triệu m3, xây dựng năm 1999.
......................................................................................................................................... 6
Hình 1.3 Hồ Tả Trạch tỉnh Thừa Thiên Huế xây dựng 2013 với dung tích 646 triệu
m3..................................................................................................................................... 7
Hình 1.4 Hồ Ea- Soup tỉnh Đắck lắk có dung tích 147 triệu m3. .................................... 8
Hình 1.5 Hồ Dầu Tiếng tỉnh Tây Ninh có dung tích 1110 triệu m3, xây dựng năm
1983. ................................................................................................................................ 8
Hình 1.6 Hồ chứa nước Dương Đông tỉnh Kiên Giang có dung tích 3,3 triệu m3.......... 9
Hình 1.7 : Tường cánh tràn xả lũ đập Yang Kang Thượng - Đắk Lắk bị vỡ ................ 25
Hình 1.8 Hai bên mang tràn xả lũ đập thủy lợi Đạ Tô Tôn bị xói lở nước chảy thành
dòng ............................................................................................................................... 25
Hình 2.1 : Thi công khoan phụt chống thấm ................................................................. 39
Hình 2.2: Thi công chống thấm bằng công nghệ Jet-Grouting ..................................... 40
Hình 2.3:Thi công tường hào chống thấm bentonite .................................................... 42
Hình 3.1 Đập đất hồ chứa Khe Lau ............................................................................... 55
Hình 3.2 Đập đất hồ chứa Khe Lau ............................................................................... 55
Hình 3.3 Đập tràn hồ chứa Khe lau ............................................................................... 56
Hình 3.4 Thân đập tràn xuất hiện dòng thấm ................................................................ 57
Hình 3.5 Vị trí khớp nối giữa bể tiêu năng và đập tràn xuất hiện dòng thấm ............... 57
Hình 3.6 Vị trí khớp nối giữa bể tiêu năng và đập tràn xuất hiện dòng thấm ............... 58
Hình 3.7 : Mang đập tràn bị hư hỏng do thấm .............................................................. 58
Hình 3.8 Kết quả tính gradient cửa ra cho đập tràn Khe lau ......................................... 61

Bảng 3.12 Kết quả tính gradient ở cửa ra hạ lưu .......................................................... 62
Bảng 3.13 Các thông số của đập tràn Khe Lau sau khi nâng cấp ................................. 67
Bảng 3.14: Kết quả tính cho trường hợp sử dụng cọc xi măng đất .............................. 69
Bảng 3.15 Tổng hợp kết quả với các chiều dài cừ khác nhau ....................................... 70
Bảng 3.16 Tổng hợp kết quả tính toán cho các chiều dài sân trước khác nhau ............ 71
Bảng 3.17 Kết quả tính gradient ở cửa ra hạ lưu .......................................................... 73

viii


MỞ ĐẦU
1.Tính cấp thiết của đề tài
Đập tràn Khe Lau nằm trên địa bàn xã Cẩm Lĩnh, huyện Cẩm Xuyên, tỉnh Hà Tĩnh.
Cách trung tâm thị trấn Cẩm Xuyên về phía Đông khoảng 15 km.
Phía Bắc: giáp Biển Đông.
Phía Đông: giáp xã Kỳ Xuân, xã Kỳ Bắc thuộc huyện Kỳ Anh.
Phía Tây được bao bọc bởi Sông Rác.
Phía Nam: giáp xã Cẩm Trung, huyện Cẩm Xuyên.
Lưu vực hồ chứa Khe Lau nằm dưới chân núi ven biển xã Cẩm Lĩnh, lưu vực có
hướng Đông Bắc – Tây Nam và dạng lòng chảo, phía Đông Bắc lưu vực là dãy núi ven
biển xã Cẩm Lĩnh. Đặc điểm lưu vực có độ dốc lòng khe và sườn dốc lớn, thực vật
trên lưu vực chủ yếu là rừng thông trồng ít tuổi và cây bụi.
Hồ chứa Khe Lau đảm bảo cung cấp nước tưới cho 82 ha đất nông nghiệp, nuôi trồng
thủy sản; phòng chống lũ lụt cho hạ du, góp phần phát triển sản xuất, nâng cao đời
sống nhân dân.
Đập tràn Khe Lau được xây dựng từ năm 1979 và được địa phương cải tạo, sữa chữa
nhiều lần, lần gần nhất là năm 2013 sửa chữa phần tràn và gia cố một đoạn mái thượng
lưu dài 90m bằng đá lát khan nhưng do khó khăn về nguồn lực chưa được đầu tư đúng
mức, đồng bộ nên công trình ngày càng bị xuống cấp nghiệm trọng, khả năng giữ nước
kém nên công trình chưa đáp ứng nhiệm vụ tưới ban đầu của nó. Hiện trạng đập tràn

Nghiên cứu hiện tượng thấm của đập tràn hồ chứa nước Khe Lau.
Nghiên cứu giải pháp thiết kế thi công khắc phục sửa chữa.
Nghiên cứu giải pháp vận hành an toàn.
4.Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Giải bài toán thấm qua nền và khe tiếp giáp ở vai đập.
Giải pháp thiết kế và thi công khắc phục sự cố, nâng cấp công trình.
5.Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp lý thuyết.

2


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỒ CHỨA
1.1 Tổng quan về hồ chứa ở Việt Nam và trên địa bàn Hà Tĩnh
Hệ thống hồ chứa nước ở nước ta có thể là hồ tự nhiên hoặc nhân tạo trải dài từ Bắc
vào Nam. Các hồ chứa có thể sử dụng trong tưới tiêu nông nghiệp, nuôi trồng khai
thác thủy sản, khai thác thủy điện, phát triển du lịch, ... ngoài ra các hồ chứa còn giữ vị
trí quan trọng trong việc điều hòa sinh thái, bảo vệ môi trường sống của con người.
Trong những năm gần đây khi mà thiên tai diễn biến ngày càng phức tạp, vai trò của
những hồ chứa nước càng trở nên quan trọng hơn.
Tính đến nay chúng ta đã xây dựng được trên 6500 hồ chứa thủy lợi với tổng dung tích
trữ nước khoảng 11 tỷ m3 trong đó có 560 hồ chứa có dung tích trữ nước lớn hơn 3
triệu m3 hoặc đập cao trên 15m, 1752 hồ có dung tích từ 0,2 triệu đến 3 triệu m3 nước,
còn lại là những hồ đập nhỏ có dung tích dưới 0,2 triệu m3 nước.
Bảng 1.1 Thống kê số lượng hồ đập của một số tỉnh thành
STT

Tỉnh thành

Số lượng


6

Đắc Lắc

439

7

Hà Tĩnh

345

8

Vĩnh Phúc

209

9

Bình Định

161

10

Phú Thọ

124

nhiều hồ đã bị xuống cấp. Những hồ có dung tích từ 1 triệu m3 nước trở lên đều được
thiết kế và thi công bằng những lực lượng chuyên nghiệp. Trong đó những hồ có dung
tích từ 10 triệu m3 trở lên phần lớn do Bộ Thủy lợi (trước đây) và Bộ NN&PTNT hiện
nay quản lý vốn, kỹ thuật thiết kế và thi công. Các hồ có dung tích từ 1 triệu ÷ 10 triệu
m3 nước phần lớn là do ủy ban nhân dân tỉnh quản lý vốn, kỹ thuật thiết kế thi công.
4


Các hồ nhỏ phần lớn do huyện, xã, hợp tác xã, nông trường tự bỏ vốn xây dựng và
quản lý kỹ thuật. Những hồ tương đối lớn được đầu tư tiền vốn và kỹ thuật tương đối
đầy đủ thì chất lượng xây dựng đập đạt được yêu cầu. Còn những hồ nhỏ do thiếu tài
liệu cơ bản như: địa hình, địa chất, thủy văn, thiết bị thi công, lực lượng kỹ thuật và
nhất là đầu tư kinh phí không đủ nên chất lượng đập chưa tốt, mức độ an toàn rất
thấp.[2]
Hình ảnh về một số hồ chứa ở Việt Nam: [3]

Hình 1.1 Hồ chứa nước Đồng Đò huyện Sóc Sơn với dung tích 0,9 triệu m3,
xây dựng năm 1998

5


Hình 1.2 Hồ Tràng Vinh tỉnh Quảng Ninh dung tích 75 triệu m3, xây dựng năm 1999.

6


Hình 1.3 Hồ Tả Trạch tỉnh Thừa Thiên Huế xây dựng 2013 với dung tích 646 triệu
m3 .


tuỳ cao trình, vị trí và mục đích sử dụng có thể dẫn dòng thi công lúc xây dựng, tháo
bùn cát lắng đọng trong hồ chứa hoặc lấy nước tưới, phát điện…
Tuỳ điều kiện cụ thể mà có thể kết hợp nhiều mục đích khác nhau trong một công trình
tháo nước dưới sâu.
Công trình tháo lũ trên mặt thường đặt ở cao trình tương đối cao. Do cao trình của
ngưỡng tràn cao, nên nó chỉ có thể dùng để tháo dung tích phòng lũ của hồ chứa. Công
trình tháo lũ trên mặt bao gồm các kiểu sau đây:
Đập tràn;
Đường tràn dọc;
Đường tràn ngang;
Xi phông tháo lũ;
Giếng tháo lũ;
Đường tràn kiểu gáo.
Công trình tháo lũ trên mặt có thể phân thành:
Công trình tháo lũ trong thân đập( đập tràn, xi phông tháo lũ, cống ngầm, đường
ống…) và công trình tháo lũ ngoài thân đập( đường tràn ngang, đường tràn dọc, giếng
tháo lũ, đường hầm…);
Công trình tháo lũ cột nước cao và công trình tháo lũ cột nước thấp. Cột nước cao khi
lớn hơn 60m.[4]
Thu thập thống kê công trình tháo lũ của các hồ chứa đã xây dựng thấy được công
trình tháo lũ được thiết kế đa dạng về chủng loại, quy mô, kích thước.

10


Bảng 1.2: Thống kê một số hồ đập và hình thức tràn ở Việt Nam [3]

Tên công trình

Hồ chứa nước núi Cốc

A

29

Tràn tự do

1969-1974

A

20

Tràn có cửa, tiêu năng đáy

1977-1982

A

41

Tràn có cửa, tiêu năng bằng mũi phun

Hồ chứa nước Đại Lải

1959-1961

A

12.5


27.5

Tràn Ôphixêrốp, không chân không

Hồ chứa nước Hòa Mỹ 1990-1992

A

29.6

Tràn tự do, tiêu năng bằng mũi phun

A

25

A

40

Tràn tự do, xả mặt

1978-1980

A

32.5

Tràn xả sâu, tiêu năng bằng mũi phun


Hồ chứa nước Đồng
Nghệ

1990-1996

Hồ chứa nước Phú
Ninh
Hồ chứa nước Núi
Một
Hồ chứa nước Thuận
Ninh
Hồ chứa nước Ayun

11

Tràn có cửa, kiểu máng phun
Tràn có van điều khiển, tiêu năng
máng phun

Bê tông cốt thép M200, tiêu năng
bằng mũi phun

Tràn tự do, máng bên, tiêu năng bằng
mũi phun


Tên công trình

Năm xây


Tràn bê tông cốt thép

1982-1987

A

32

Hồ chứa nước Cà Giây 1996-2000

A

25.4

A

40

nước Cam ranh
Hồ chứa nước Đạ Tẻh
Hồ chứa nước Tuyền
Lâm

Hồ chứa nước Sông
Quao

1988-1997

Đập Tân giang


A

27

Tràn có cửa, mũi phun

Hồ Krong buk hạ

2006-2010

A

33

Tràn có cửa/ Tiêu năng mặt

Hồ Iamơ

2006-2010

A

32

Tràn có cửa/ Thực dụng + Dốc nước

Hồ Iam'lá

2006-2010


118.5

Hồ Nước Trong

2006-2010

D

72

Hồ Tả trạch

2006-2010

A

56

Tiếng

Thủy điện Thác bà
Thủy điện Hòa Bình

phun

Dốc nước + Tiêu năng đáy

E
1979-1994


1997

Thủy điện Cần đơn

Chiều
cao

Hình thức tràn

H max
40

Đập bê tông trọng lực

69

Tràn có cửa

B

46

Có cửa/ dốc nước + mũi phun

1999

B

70


TĐ Đami

1997-2001

B

80

Tràn bên tự do

TĐ Đại ninh

2003-2007

B

54

Có cửa/ Dốc nước + mũi phun

TĐ Plie-krong

2004-2008

D

TĐ Avương

2004-2008


108

Có cửa + mũi phun

TĐ Đồng nai 4

2005-2010

D

128

Có cửa + mũi phun

A

Ghi chú:
A

Đập đất

B

Đập đá đổ có lõi chống thấm

C

Đập đá đổ + Bê tông bản mặt

D

hành nên mức độ đảm bảo an toàn trong mùa mưa lũ rất hạn chế.
1.3 Đập tràn tháo lũ của các hồ chứa nhỏ và các sự cố thường gặp
Đập tràn là công trình tháo lũ trên mặt và là một trong những công trình chủ yếu và
quan trọng của hồ chứa, dùng để tháo lượng nước thừa trong mùa lũ để đảm bảo an
toàn cho công trình đầu mối, thường được gọi là tràn xả lũ. Đập tràn tháo lũ chiếm một
vị trí quan trọng trong các loại công trình tháo lũ. Lúc có điều kiện sử dụng thì đây là
một loại công trình tháo lũ rẻ nhất.
Việc vận hành an toàn của những đập tràn là mục tiêu chính trong thiết kế. Đập dù lớn
hay nhỏ khi bị vỡ đều gây ra tổn thất nặng nề cho bản thân công trình, và cho vùng hạ
du. Ở các đập mà hạ du là khu dân cư hoặc kinh tế, văn hóa thì thiệt hại do vỡ đập gây
ra ở hạ du lớn hơn gấp nhiều lần so với thiệt hại đối với bản thân công trình, và phải
mất nhiều năm sau mới có thể khắc phục được.
Dự án của ngân hàng thế giới đã đánh giá tổng quát về hiện trạng các công trình thuỷ
lợi ở Việt Nam. “ Mạng lưới về đập và các công trình thuỷ lợi của Việt Nam thuộc loại
lớn nhất thế giới, như Trung Quốc, Mỹ. Tính riêng loại đập có khoảng 7000 công

14


trình, với nhiều hình dạng và kích thước khác nhau. Hơn 750 đập có thể xếp vào loại
lớn( chiều cao trên 15m, hoặc từ 5-15m với dung tích nước của hồ chứa từ 3 triệu m3
nước trở lên). Còn lại 6000 đập thuộc loại nhỏ và chủ yếu thuộc loại đập đất. Hồ chứa
Khe Lau với đập dâng bằng đất cũng thuộc loại đập nhỏ này. Những đập này được xây
dựng chủ yếu trong giai đoạn 1960-1980, trong điều kiện khảo sát kỹ thuật còn hạn
chế, thiết kế không đầy đủ và chất lượng thi công kém. Hậu quả này còn kèm theo việc
vận hành khai thác và sửa chữa công trình hạn chế. Kết quả là những đập này đang bị
xuống cấp và độ an toàn thấp hơn tiêu chuẩn an toàn quốc tế đang được áp dụng, tạo ra
rủi ro chủ yếu về an toàn cho con người và an ninh kinh tế. Sự xuống cấp của những
đập này, đi kèm với rủi ro và những tiềm ẩn tăng lên, bắt nguồn từ sự thay đổi thuỷ
văn do biến đổi khí hậu và sự thay đổi lưu vực ở thượng lưu, đã đặt nhiều hồ chứa vào

Wtrữ = 5 ÷ 10 triệu m3

20

21

66

3

Wtrữ = 1 ÷ 5 triệu m3

162

118

442

4

Wtrữ ≤ 1 triệu m3

572

457

1370

Trong thời gian gần đây, ở nước ta cũng đã có một số hồ quy mô vừa (dung tích 2 ÷ 5
triệu m3) và nhỏ bị vỡ gây thiệt hại đáng kể về người và tài sản. Vì vậy, để phát huy

Hệ thống sông ngòi khá dày đặc, chảy theo hướng Tây Bắc - Đông Nam, sông ngắn và
dốc, tốc độ dòng chảy lớn, nhất là về mùa mưa lũ. Sự phân bố dòng chảy theo mùa rõ
rệt. Những vùng thấp trũng ở hạ lưu đất thường bị nhiễm mặn do chế độ thủy triều;
Toàn tỉnh có trên 30 con sông lớn nhỏ với tổng chiều dài trên 400 km, trữ lượng
khoảng 11-13 tỷ m3/năm. Tổng lưu vực của các con sông khoảng 5.436 km2, trong đó
sông La do 2 con sông Ngàn Sâu và Ngàn Phố hợp thành, diện tích lưu vực 3.221 km2
là con sông lớn nhất Hà Tĩnh.
16


1.4.2 Tình hình xây dựng và hiện trạng các hồ chứa trên địa bàn
Khu vực Hà Tĩnh tính đến năm 2013 có tổng cộng 345 hồ chứa với tổng dung tích
742,9 triệu m3 nước, hồ lớn nhất Hà Tĩnh hiện nay là Kẻ Gỗ (345 triệu m3) ngoài ra
còn hai hồ chứa lớn là hồ Ngàn Trươi (706 triệu m3) và hồ Rào Trổ (195 triệu m3)
đang trong quá trình xây dựng nâng tổng dung tích các hồ chứa ở Hà Tĩnh lên 1,644 tỷ
m3 nước trong đó:
Hồ có dung tích trên 100 triệu m3 có 4 hồ (Ngàn Trươi, Kẻ Gỗ, Rào Trổ, sông Rác)
với tổng dung tích 1,37 tỷ m3;
Hồ có dung tích trữ từ 10 đến 100 triệu m3 có 9 hồ với tổng dung tích 180 triệu m3;
Hồ có dung tích trữ từ 5 đến dưới 10 triệu m3 có 4 hồ với tổng dung tích 32 triệu m3;
Hồ có dung tích trữ từ 1 đến dưới 5 triệu m3 có 31 hồ với tổng dung tích 62 triệu m3;
Số hồ có chiều cao đập từ 10m trở lên có 112 hồ.
Là địa phương nằm trong tốp 10 tỉnh có số hồ chứa lớn nhất cả nước. Những hồ chứa
này đã phát huy nhiều hiệu quả thiết thực đóng góp vào sự phát triển kinh tế và an sinh
xã hội đảm bảo quốc phòng an ninh của tỉnh nhà. Nhưng bên cạnh đó đây cũng là mối
lo ngại lớn khi mà nhiều hồ chứa bị xuống cấp nghiêm trọng đe dọa đến an toàn công
trình và vùng hạ du. Thực tế đã xảy ra một số sự cố vỡ đập như sự cố vỡ hồ Khe Mơ
(năm 2010) sự cố hồ Z20 (năm 2009), sự cố thủy điện Hố Hô (2010) đã gây thiệt hại
đáng kể tới người, tài sản của nhân dân.
Theo kết quả khảo sát của Chi cục Thủy Lợi Hà Tĩnh thì trong số 345 hồ chứa trên địa