LỜI CAM ĐOAN
Tên tôi là: Nguyễn Xuân Khương
Học viên lớp: 22C11
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Những nội dung và kết
quả trình bày trong luận văn là trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ công
trình khoa học nào.
Tác giả

Nguyễn Xuân Khương

i


LỜI CẢM ƠN
Sau một thời gian học tập và nghiên cứu tại trường đại học Thủy lợi Hà Nội; được sự
dạy bảo, giúp đỡ tận tình của các thầy cô giáo các bộ môn trong và ngoài trường, sự
cộng tác của các cơ quan chuyên môn và các bạn bè cộng sự; với sự nổ lực phấn đấu
của bản thân tác giả đã hoàn thành luận văn Thạc sĩ kỹ thuật, chuyên ngành Kỹ thuật
xây dựng công trình thuỷ với nội dung:“Nghiên cứu xử lý đảm bảo an toàn đập hồ
Núi Cốc”.
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến cán bộ hướng dẫn khoa học là thầy giáo
PGS.TS Nguyễn Cảnh Thái đã tận tình hướng dẫn cũng như cung cấp tài liệu, thông
tin khoa học cần thiết để tác giả hoàn thành luận văn.
Xin cảm ơn sự giúp đỡ chân thành và nhiệt tình của các thầy cô giáo khoa công trình,
các thầy cô giáo và đồng nghiệp ở nhiều lĩnh vực chuyên môn khác nhau đã cung cấp
cho tác giả những kiến thức quý báu để hoàn thành luận văn.
Cuối cùng tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến những người thân trong gia đình
đã động viên, khích lệ tinh thần và vật chất để tác giả đạt được kết quả như ngày hôm
nay.
Do điều kiện thời gian còn hạn chế nên trong luận văn này không tránh khỏi những
khiếm khuyết, tác giả mong nhận được những góp ý, chỉ bảo của các thầy cô giáo, các

1.4.2. Bố trí tường nghiêng mềm ở mái thượng lưu để chống thấm[3] ........................14
1.4.3. Tạo màng chống thấm bằng cách khoan phụt vữa ximăng đất ...........................15
1.4.4. Xử lý thấm bằng biện pháp sử dụng tường hào đất +Bentonite..........................19
1.4.5. Sử dụng màng địa kỹ thuật (Geomembrane).......................................................25
1.4.6. Sử dụng thảm bê tông (Concret Matts) ...............................................................26
1.5. Giới hạn phạm vi nghiên cứu .................................................................................27
1.6. Kết luận chương 1 ..................................................................................................27
CHƯƠNG 2...................................................................................................................29
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA DÒNG THẤM VÀ ...........................................29
BIỆN PHÁP XỬ LÝ THẤM ĐỂ ĐẢM BẢO AN TOÀN CHO ĐẬP ĐẤT................29
2.1. Các phương pháp tính ổn định thấm ......................................................................29

3

3


2.1.1. Phương pháp phần tử hữu hạn[4] .......................................................................29

4

4


2.1.2. Giới thiệu phần mềm Seep/w .............................................................................. 30
2.2. Các phương pháp tính ổn định mái dốc ................................................................. 33
2.2.1. Phương pháp phân tích giới hạn[4] .................................................................... 33
2.2.2. Phương pháp cân bằng giới hạn .......................................................................... 36
2.3. Ảnh hưởng của dòng thấm đến ổn định mái đập đất ............................................. 43
2.4. Kết luận chương 2 .................................................................................................. 45

KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ ............................................................................................ 79

6

6


I. Các kết quả đạt được trong luận văn..........................................................................79
II. Một số vấn đề tồn tại.................................................................................................80
III. Hướng tiếp tục nghiên cứu ......................................................................................80

7

7


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 - Đập đất đồng chất hồ chứa nước Liệt Trì, tỉnh Quảng Ngãi .........................7
Hình 1.2 - Đập đất đồng chất hồ chứa nước đập Làng, tỉnh Hà Tĩnh (2014) .................8
Hình 1.3 - Mô phỏng dòng thấm phát triển trong nền đập đất Am Chúa .....................10
Hình 1.4 - Mái hạ lưu đập Núi Cốc bị xói lở do dòng thấm ra mái (2002) ..................11
Hình 1.5 - Dòng thấm ra mái hạ lưu đập đất Nà Vàng, tỉnh Tuyên Quang ..................11
Hình 1.6 - Sự cố vỡ đập Thủy điện Ia Krêl 2 (Gia Lai) do thấm ở mang cống ............12
Hình 1.7 - Sự cố vỡ đập Z20 tỉnh Hà Tĩnh do thấm ở vai đập và mang cống ..............13
Hình1.8 - Đập có tường nghiêng mềm chống thấm ở thượng lưu ................................14
Hình 1.9 - Minh họa khoan phụt xử lý thấm cho đập đất .............................................15
Hình 1.10 - Nguyên lý một số công nghệ khoan phụt chống thấm cho công trình thuỷ
lợi
.......................................................................................................................................15
Hình 1.11 - Hình ảnh cọc xi măng đất thi công bằng công nghệ Jet-Grouting.............17

Hình 2.5 - Xác định góc ma sát và lực dính huy động ..................................................34
Hình 2.6 - Xác định mô men chống trượt, gây trượt với mặt trượt trụ tròn..................37
Hình 2.7 - Các lực tác dụng vào mỗi thỏi đất................................................................39
Hình 3.1 - Vị trí công trình hồ Núi Cốc ........................................................................47
Hình 3.2 - Mặt cắt dọc tuyến đập chính hồ Núi Cốc.....................................................52
Hình 3.3 - Hình ảnh mái thượng lưu và hạ lưu đập chính hồ Núi Cốc (năm 2012)......52
Hình 3.4 - Các biểu hiện thấm ở đập hồ Núi Cốc (6/2017)...........................................55
Hình 3.5 - Mặt cắt C6 hiện trạng đập chính hồ Núi Cốc...............................................56
Hình 3.6 - Mặt cắt C8 hiện trạng đập chính hồ Núi Cốc...............................................56
Hình 3.7 - Mặt cắt C5 hiện trạng hồ Núi Cốc ...............................................................57
Hình 3.8 - Kết quả tính toán thấm mặt cắt C6...............................................................58
Hình 3.9 - Biểu đồ quan hệ gradient J theo toạ độ X tại vùng A .................................58
Hình 3.10 - Biểu đồ quan hệ gradient J theo toạ độ X tại vùng B................................59
Hình 3.11 - Biểu đồ quan hệ gradient J theo toạ độ X tại vùng C................................59
Hình 3.12 - Kết quả tính toán thấm mặt cắt C8.............................................................60
Hình 3.15 - Kết quả tính toán thấm mặt cắt C5.............................................................61
Hình 3.17 - Kết quả tính toán ổn định mặt cắt C6 - K minmin =1,621...............................62
Hình 3.20 - Mặt cắt C6 - Mặt cắt giữa lòng sông..........................................................66
Hình 3.21 - Mặt cắt C8 - Mặt cắt sườn đồi phải............................................................66
Hình 3.22 - Mặt cắt C5 - Mặt cắt sườn đồi trái .............................................................66
Hình 3.23 - Kết quả về đường bão hòa và lưu lượng thấm mặt cắt C6 - giải pháp 1 ...67
Hình 3.24 - Kết quả về Gradient thấm của mặt cắt C6 - giải pháp 1 (J max =2,57).........67
Hình 3.25 - Biểu đồ quan hệ gradient J theo toạ độ Y tại vùng khoan phụt ................67
Hình 3.26 - Kết quả về ổn định mái hạ lưu của đập mặt cắt C6 - giải pháp 1
(K minmin =1,84) ................................................................................................................68
Hình 3.27 - Kết quả về đường bão hòa và lưu lượng thấm mặt cắt C8 - giải pháp 1 ...68
Hình 3.28 - Kết quả về Gradient thấm của mặt cắt C8 - giải pháp 1 (J max =1,12).........68
Hình 3.29 - Biểu đồ quan hệ gradient J theo toạ độ Y tại vùng khoan phụt ................69
Hình 3.30 - Kết quả ổn định mái hạ lưu của đập mặt cắt C8 - giải pháp 1


Hình 3.46 - Kết quả về ổn định mái hạ lưu của đập mặt cắt C5 - giải pháp 2
(K minmin =1,78)................................................................................................................75

viii


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1 - Một số đập đất đá đã được xây dựng ở Việt Nam[1] ...................................4
Bảng 2.1 - Tóm tắt số lượng ẩn trong việc tìm hệ số an toàn .......................................41
Bảng 2.2 - Tóm tắt số lượng các đại lượng đã biết trong tìm hệ số an toàn .................42
Bảng 2.3 - Tóm tắt các phương pháp tính toán .............................................................43
Bảng 3.1 - Các thông số chính của hồ chứa nước Núi Cốc...........................................47
Bảng 3.2 - Các thông số đập chính hồ Núi Cốc ............................................................47
Bảng 3.3 - Các chỉ tiêu cơ lý tính toán của các lớp đất .................................................50
Bảng 3.4 - Các chỉ tiêu cơ lý lớp 6 dùng trong tính toán ..............................................51
Bảng 3.5 - Các chỉ tiêu cơ lý lớp 7 dùng trong tính toán ..............................................51
Bảng 3.6 - Kết quả gradient tại các điểm vùng A trước khi xử lý thấm .......................58
Bảng 3.7 - Kết quả gradient tại các điểm vùng B trước khi xử lý thấm........................59
Bảng 3.8 - Kết quả gradient tại các điểm vùng C trước khi xử lý thấm........................59
Bảng 3.9 - Kết quả gradient tại các điểm vùng D trước khi xử lý thấm .......................60
Hình 3.13 - Biểu đồ quan hệ gradient J theo toạ độ X tại vùng D ...............................60
Bảng 3.10 - Kết quả gradient tại các điểm vùng E trước khi xử lý thấm......................61
Hình 3.14 - Biểu đồ quan hệ gradient J theo toạ độ X tại vùng E................................61
Bảng 3.11 - Kết quả gradient tại các điểm vùng E trước khi xử lý thấm......................62
Hình 3.16 - Biểu đồ quan hệ gradient J theo toạ độ X tại vùng E................................62
Bảng 3.12 - Kết quả gradient tại các điểm vùng khoan phụt sau khi xử lý thấm .........67
Bảng 3.13 - Kết quả gradient tại các điểm vùng khoan phụt sau khi xử lý thấm .........69
Bảng 3.13 - Kết quả gradient tại các điểm vùng khoan phụt sau khi xử lý thấm .........70
Bảng 3.14 - Kết quả gradient tại các điểm vùng tường hào sau khi xử lý ....................72
Bảng 3.15 - Kết quả gradient tại các điểm vùng tường hào sau khi xử lý ....................73

Hồ chứa nước Núi Cốc là công trình đầu mối có quy mô khá lớn, có nhiều hạng mục
được kết hợp với nhau mang nhiều mục đích tổng hợp. Trong đó, đập chính có thể coi
là đập đất lớn nhất trong số các đập đất đã được xây dựng ở khu vực miền bắc Việt

1

1


Nam. Mặt hồ rộng và có hơn 89 hòn đảo lớn nhỏ. Đây là công trình đầu mối quan
trọng của khu vực phía bắc bao gồm các hạng mục: 1 đập chính, 7 đập phụ, 2 tràn xả

2

2


lũ, 1 cống ngầm, 1 nhà máy thủy điện. Hạ du hồ Núi Cốc là trung tâm thành phố Thái
Nguyên;một trong những thành phố lớn nhất ở miền Bắc, chỉ sau Hà Nội và Hải
Phòng về dân số. Thành phố Thái Nguyên là trung tâm của vùng trung du và miền núi
phía Bắc, được thành lập vào năm 1962 và là một thành phố công nghiệp. Ngoài ra,
thành phố Thái Nguyên được cả nước biết đến là một trung tâm đào tạo nguồn nhân
lực lớn và là một trung tâm quân sự - quốc phòng quan trọng của vùng, nơi đóng trụ sở
của Bộ tư lệnh và nhiều cơ quan khác của Quân khu 1.
Tháng 06 năm 2017, đập chính hồ Núi Cốc xảy ra hiện tượng thấm nước ở vai đập,
phía bờ hữu cao trình +45,00m đến +46,00m; một số vị trí thấm ở khu vực giữa mái hạ
lưu đập chính. Tại cao trình từ +42,00m đến +44,00m bờ tả có hiện tượng nước thấm
nhiều; nước chảy ra bị đục, mang theo các hạt rắn và có lẫn gỉ sắt; rãnh thoát nước hạ
lưu của đập tại cơ +32,00m và +42,00m bị gãy đổ chiều dài 200m làm tụt tấm lát mái
và rãnh thoát nước chân mái hạ lưu bị đổ dài khoảng 8m; mái lát thượng lưu có một số

- Ứng dụng cho công trình thực tế.
IV. Kết quả đạt được
- Đánh giá được các nguyên nhân gây mất an toàn đập đất.
- Đánh giá được mức độ ảnh hưởng của dòng thấm đến an toàn đập đất.
- Giải pháp an toàn cho đập đất khi bị thấm.
- Kết quả tính cho đập chính hồ Núi Cốc.

4

4


CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ XÂY DỰNG ĐẬP ĐẤT VÀ CÁC VẤN ĐỀ
AN TOÀN ĐẬP
1.1.Tổng quan về tình hình xây dựng đập đất ở Việt Nam
Ở Việt Nam hiện nay có rất nhiều hồ chứa, trong đó đa số các đập đầu mối đều là đập
đất. Đập được xây dựng bằng các loại đất có tác dụng dâng nước và giữ nước nhưng
không cho phép để nước tràn qua được gọi là đập đất. Đập đất là loại đập sử dụng vật
liệu địa phương.
Tính đến nay, nước ta đã xây dựng được trên 6500 hồ chứa thủy lợi với tổng dung tích
3

trữ nước khoảng 11 tỷ m . Trong đó có 560 hồ chứa có dung tích trữ nước lớn hơn 3
3

3

triệu m hoặc đập cao trên 15m, 1752 hồ có dung tích từ 0,2 triệu đến 3 triệu m nước,
3


1 Đ
1 ồn
1 Đ
2 ại

LC
đh
đ 58
,
đ 48
tđ 46
,
đ 45
t
đ 43
,
đ 42
,
42
đ
,
đ
,
đ
,
đ
,
đ
ấ


- Đập đất đắp bằng cách đổ đất trong nước được thi công bằng cách cho nước vào
trong các ô trên mặt đập rồi đổ đất vào các ô đó.
- Đập đất đắp bằng phương pháp nổ mìn định hướng, tức là cho nổ mìn theo hướng
định trước để đưa những khối đất lớn ở hai bên bờ vào lấp sông và tạo thành đập.
Theo kết cấu mặt cắt ngang, đập đất có thể phân làm 4 loại:
- Đập đất đồng chất: đập được xây dựng bằng một loại đất như cát, á cát, á sét v.v...
- Đập hỗn hợp (đập nhiều khối): đập xây dựng bằng nhiều loại đất có tính chất cơ lý
khác nhau. Đối với đập hỗn hợp có thể bố trí các loại đất trong thân đập như sau: đất
có tính chống thấm tốt đặt ở phía thượng lưu, hoặc ở giữa thân đập. Đập đất hỗn hợp
đất đá là vật liệu gồm đất và đá.
- Đập có tường nghiêng: đập có thiết bị chống thấm nằm nghiêng theo mái dốc thượng
lưu. Thiết bị chống thấm có thể làm bằng loại vật liệu dẻo như sét, á sét hoặc làm bằng
vật liệu cứng như bê tông cốt thép, thép, gỗ v.v...
- Đập có lõi giữa: đập có thiết bị chống thấm nằm giữa thân đập. Thiết bị chống thấm
có thể là vật liệu dẻo, hoặc cứng.
Theo thiết bị chống thấm ở nền đập được chia thành các loại sau:

7

7


- Đập có tường răng: trường hợp tầng nền thấm nước không sâu lắm thì có thể xây
dựng tường răng làm vật chống thấm trong nền đập. Thân đập là đồng chất hoặc có

8

8




9


cứu an toàn thấm để ứng dụng trong thiết kế thi công đập đất mới và nâng cấp sữa
chữa là hết sức cần thiết.
Xu thế về việc lựa chọn sử dụng đập đất ở Việt Nam vẫn rất tiềm năng vì đập đất có
nhiều ưu điểm phù hợp với điều kiện hoàn cảnh của nước ta. Đặc biệt, hiện nay bằng
nguồn vốn trái phiếu chính phủ, Bộ NN&PTNT tiếp tục đầu tư xây dựng mới nhiều hồ
chứa có qui mô lớn và vừa. Đồng thời ở các địa phương, UBND tỉnh cũng đầu tư xây
3

dựng các hồ chứa vừa có dung tích từ (1 ÷ 10) triệu m nước. Các hồ nhỏ phần lớn do
huyện, xã, hợp tác xã, nông trường tự bỏ vốn xây dựng và quản lý kỹ thuật. Để có sự
bền vững về an toàn hồ chứa lâu dài thì ngay những bước đầu tiên khi tiến hành thiết
kế, thi công đập đất mới, chúng ta cần quan tâm và chú trọng nghiêm túc trong việc
đánh giá an toàn thấm cũng như an toàn đập, đặc biệt các hồ chứa vừa và nhỏ trước
nay vẫn chưa được quan tâm đúng mức.
Dưới đây là một số hình ảnh về các công trình đập đất đã xây dựng ở nước ta:

10

10


Hình 1.1 -Đập đất đồng chất hồ chứa nước Liệt Trì, tỉnh Quảng Ngãi

11

11