Chương 5. Đập đất
Chương 5

ĐẬP ĐẤT
5.1. Khái niệm chung
Đập đất là loại đập được xây dựng sớm nhất khoảng 3000 năm ở Ai cập, Trung
Quốc, Ấn Độ. Hiện nay đập đất vẫn được dùng phổ biến hơn cả. Đập đất có những ưu
điểm sau:
1) Dùng vật liệu tại chỗ ,tiết kiệm vật liệu quý : sắt ,bêtông ,ximăng ..
2) Cấu tạo đơn giản ,giá thành rẻ;
3)
Bền, chống thấm ,chống chấn động tốt ;
4) Dễ quản lý ,dễ tôn cao đắp dày thêm;
5) Trên mọi loại nền đều có thể đắp loại đập đất;
6) Nhờ phát triển của nhiều nghành khoa học: Địa chất công trình, cơ học đất nền
móng, lý thuyết thấm... nên chất lượng thiết kế ngày càng cao mặt khác việc xây
dựng đập đất đã tích luỹ
được nhièu kinh nghiệm phong phú.
5.1.1. Đặc điểm làm việc của đập đất
Đập đất thường là loại đất không tràn nước để đảm bảo tháo lũ lấy nước phải xây
dựng các công trình riêng: Công trình tháo lũ, cống...
+ Những đặc điểm chủ yếu:
5.1.1.1. Thấm qua nền và thân đập
Nền đập và thân đập nói chung đều thấm nước, khi mực nước thượng lưu dâng cao
thân đập sẽ hình thành dòng thấm từ thượng lưu về hạ lưu, đường mặt nước của dòng
thấm là đường bão hoà có một khu nước mao dẫn (hình 5-1):
Độ cao khu nước mao dẫn tuỳ thuộc vào loại đất. Đối với cát độ cao khu nước mao
dẫn 5÷15cm. Đối với cát pha sét, đất sét độ cao đạt 0.5-1.0m

Hình 5- 1: Thấm qua nền và đập
Dưới đường bão hoà đất chịu lực đẩy nổi và lực thấm tác dụng lên khối đất là:

W
t
= Ω.J.γ
n
(5.1)
Ω: diện tích mặt cắt ngang của khối đất;
J: gradiên thấm trung bình trong diện tích đó;
n
γ
: dung trọng riêng của nước.
5.1.1.2. Ảnh hưởng của sóng tới mái đập

5-1
Chương 5. Đập đất
Trong phạm vi mặt nước ở thượng lưu, hạ lưu đập thay đổi, sóng có thể phá hoại
mái đập:


Hình 5- 2: Ảnh hưởng của sóng tới mái đập
5.1.1.3. Tác hại của nước mưa và nhiệt độ
Trong thời gian mưa ở thượng lưu và hạ lưu một phần nước thấm qua thân đập và
một phần chảy trên mặt đập có thể làm bào mòn mái gây xói lở bởi vậy phải có hệ thống
thoát nước mưa trên đỉnh và mái đập. Nhiệt độ thay đổi có thể gây nứt nẻ đập.
5.1.1.4. Lún của nền và thân đập
Dưới tác dụng của trọng lượng bản thân đập, nền có thể bị lún. Lún làm giảm chiều
cao đập và có thể gây nứt nẻ thân đập, do đó khi thiết kế phải kiểm tra thấm và ổn định
mái dốc và lún nền đập.
5.1.2. Các bộ phận của thân đập

Thân đập: là bộ phận chủ yếu đảm bảo ổn định thân đập, đất đắp thân đập chất

lượng phải tốt, hàm lượng chất hữu cơ tính theo trọng lượng <1%, chất muối dễ hoà tan
<5%.
Thiết bị chống thấm: làm bằng vật liệu ít thấm nước có tác dụng làm giảm lưu
lượng thấm.
Thiết bị thoát nước: có tác dụng tập trung nước thấm về
hạ lưu, thiết bị thoát nước
làm bằng vật liệu không dính: cuội ,sỏi ,cát ,đá ..
Thiết bị bảo vệ mái đập: tác dụng chắn sóng phòng ngừa tác hại do nhiệt độ thay
đổi, do nước mưa chảy tràn: lát đá, tấm bêtông hoặc trồng cỏ.
5.2. Phân loại đập đất
5.2.1. Phân loại theo phương pháp thi công
5.2.1.1. Đập đầm nén
Khi đắp đập thì trải từng lớp đất và đầm nén chặt
5.2.1.2. Đập đắp bồi
Dùng máy thuỷ lực và phương pháp thuỷ lực để thi công đập .
5.2.1.3. Đập nửa bồi
Dùng máy móc để đào vận chuyển ,khi đắp thân đập dùng máy thuỷ lực .
5.2.1.4. Đập đất đắp trong nước
Đổ đất trong nước tĩnh không phải đầm nén ,dưới tác dụng trọng lượng bản thân đất
sẽ được nén chặt.
5.2.1.5. Đắp đất bằng phương pháp nổ mìn

5-2
Chương 5. Đập đất
Dùng bộc phá hất đất hai bên bờ sông thành đập .
5.2.2. Phân loại theo cấu tạo (hình 5-3/91)
5.2.2.1. Đập đồng chất
Thân đập được đắp bằng một loại đất
5.2.2.2. Đập đất không đồng chất
Thân đập được đắp bằng nhiều loại đất khác nhau ,thượng lưu là loại đất không

thấm nước hạ lưu là loại đất thấm, đập có lõi bằng loại đất ít thấm.
5.2.2.3. Đập đất có tường nghiêng mềm hoặc cứng
5.2.2.4. Đập đất có tường lõi mềm hoặc cứng
5.2.2.5. Đập hỗn hợp
5.2.3. Phân loại theo điều kiện thoát nước
5.2.3.1. Đập đất tràn nước
5.2.3.2. Đập đất không tràn nước
5.3. Nguyên tắc và các bước thiết kế đập đất
5.3.1. Nguyên tắc
Dựa vào các đặc điểm làm việc, xét đến các điều kiện thi công và quản lý đập khi
thiết kế phải bảo đảm nguyên tắc:
1) Đập và nền phải ổn định trong mọi điều kiện làm việc;
2) Thấm qua nền và thấm qua thân đập không tiêu hao cột nước quá lớn, không xói
ngầm, nước thấm qua thân không làm hư hỏng đập;
3) Đập phải đủ cao ,phải có công trình tháo lũ đảm bảo hệ
thống làm việc an toàn;
4) Có thiết bị bảo vệ mái đập chống tác hại của sóng, gió, mưa, nhiệt độ. ..;
5) Giá thành đập và kinh phí quản lý rẻ nhất;
6) Việc lựa chọn các loại đập, cấu tạo các bộ phận thời gian và phương pháp thi
công phải dựa vào tình hình hệ thống công trình.
5.3.2. Các bước thiết kế
1) So sánh lựa chọn các loại đập;
2) Xác định các kích thước chủ yếu các bộ phận của đập;
3) Tính toán thấm, ổn định và lún,
4) Chọn cấu tạo chi tiết các bộ phận,
5) Tính toán khối lượng công trình và nhân công.
5.3.3. Các kích thước cơ bản của mặt cắt ngang đập
5.3.3.1. Cao trình đỉnh đập

5-3

Chương 5. Đập đất
B
m
1
H
1
d
m
2

Hình 5- 3: sơ đồ xác định cao trình đỉnh đập
∇
Đỉnh đập
=
∇
MNdâng bình thường
+ d (5.1)
∇
Đỉnh đập
=
∇
MN lũ
+ d
’

d, d' độ vượt cao của đỉnh so với mực nước dâng bình thường và mực nước lũ tra
bảng (5 - 1) trang 93 hoặc lấy theo công thức 5-2/93.
5.3.3.2. Chiều rộng đỉnh đập
Chiều rộng đỉnh đập được xác dịnh theo yêu cầu cấu tạo giao thông :
B

min
= (3 ÷ 5) m (5.2)
5.3.3.3. Mái đập
Độ dốc mái đập phụ thuộc vào chiều cao đập, loại đất đập, tính chất nền, khi thiết
kế phải tính ổn định để chọn mái dốc. Khi thiết kế sơ bộ có thể lấy theo bảng (5 - 2)/94.
Nếu chiều cao đập H ≤ 40m thì có thể tính mái dốc theo công thức sau:
Mái thượng lưu: m = 0,05H + 2 (5.3)
Mái hạ lưu:m
1
= 0,05H + 1,5 (5.4)
Những đập cao < 15m thì mái có 1 độ dốc.
Những đập cao > 15m mái thường làm có độ dốc biến đổi => thi công thuận tiện,
tăng ổn định của mái, thường cứ 15m người ta thay đổi 1 độ dốc. Trị số ∆m = 0,25 ÷ 0,5,
trên mái dốc hạ lưu người ta bố trí các cơ rộng 1,5 ÷ 2m để người đi lại làm rãnh thoát
nước.
5.4. Tính toán thấm qua đập đất
5.4.1. Khái niệm cơ bản
5.4.1.1. Nhiệm vụ
+ Xác định lưu lượng thấm qua thấm và nền đập từ đó tìm lưu lượng tổn thất do thất
gây ra ⇒ tìm biện pháp phòng chống thấm;
+ Xác định vị trí đường bào hòa để tính ổn định của đập;
+ Xác định T thấm ở cửa ra để ⇒ kiểm tra hiện tượng xói ngầm, chảy đất và xác
định các kích thước cấu tạo tầng lọc ngược;
5.4.1.2. Phương pháp tính toán thấm

5-4
Chương 5. Đập đất
Phương pháp cơ học chất lỏng: mới giải được một số bài toán đơn giản do đó bị hạn
chế ít sử dụng.
Phương pháp thủy lực: kém chính xác hơn nhưng vẫn đảm bảo kỹ thuật. Ưu điểm

đơn giản, gọn và được sử dụng rộng rãi.
5.4.2. Sơ đồ thấm qua đập đất trên nền không thấm (theo phương pháp thủy lực)
5.4.2.1. Lời giải của phương pháp thuỷ lực
Sơ đồ tính thấm qua đập đất đồng chất trên nên không thấm trường hợp hạ lưu đập
không có nước (H
2
= 0).

b)
a)
Hình 5- 4: Sơ đồ tính thấm theo phương pháp thủy lực
Hai sơ đồ cơ bản dùng trong trong tính toán (như hình vẽ). Mái thượng lưu đập
thẳng đứng, cột nước đập bằng h
1
, hạ hưu đập không có nước.
Trong hình (5-3a): đường bão hoà AC thoát ra ở hạ lưu tại điểm C nằm cao hơn
mặt nền 1 khoảng a
0
, căn cứ vào tình hình dòng thấm và phân tích lí luận khi tính thấm
qua đập đất, dùng đường đẳng thế phân đập ra thành số đoạn để tính toán.
Đối với đập đất không có thiết bị thoát nước thấy rằng đường CE có độ dốc 1:0,5
gắn trùng với đường đẳng thế và đường này chia đập thành 2 đoạn để tính. Chọn hệ trục
xoy như hình vẽ, trước hết xét đoạn thân đập tại mộ
t mặt cắt thẳng đứng bất kỳ cách gốc
toạ độ một đoạn là x tung độ đường bão hoà là y. Độ dốc mặt nước tại mặt cắt đó là
dy/dx .Lưu lượng thấm qua diện tích y (đoạn đập dài 1m) .Theo định luật Đắc xi ta có:
dx
dy
ykq ..−=
(5.5)

Trong đó:
k - hệ số thấm qua thân đập
q là hằng số, nên có thể giải phương trình (5.5)
( )
22
1
0
2
.
1
yh
q
k
xdyykqdx
y
h
x
−=⇒−=
∫∫
(5.6)
Đường bão hòa AC được xác định bởi phương trình (5.6)
Lưu lượng thấm qua một đơn vị chiều dài đập q có thể suy từ phương trình (5.6)
với điều kiện khi y = a
0
⇒ x = L - m
1
q
0

Thay vào ta được:

()
01
2
0
2
1
2
.
amL
ah
kq
−
−
=
(5.7)

5-5
Chương 5. Đập đất
Trong đoạn thứ hai đoạn hình nêm hạ lưu giả thiết các bó dòng nằm ngang lưu
lượng thấm được tính theo công thức sau:
()
5,0
0
.
5.0
.
1
0
1
+

=
+
=
∫
m
a
kdz
zm
z
kq
o
a
(5.8)
Trục z có gốc tọa độ tại C và hướng xuống dưới. Tóm lại ta có 2 phương trình để
xác định a
0
và q.
5.0
.
).(2
.
1
0
01
0
2
1
+
=
−

−
=
m
a
kq
amL
ah
kq
(5.9)
Trường hợp có thiết bị thoát nước (hình5-3b) thì đường bão hòa là một parabol đổ
vào điểm O của vật thoát nước cách điểm đầu vật thoát nước một đoạn l và nhận điểm
đầu của vật thoát nước làm tiêu điểm của parabol, ta có phương trình xác định a
0
,q:
0
2
1
2
0
.
2
akq
LhLla
=
−+==
(5.10)
Phương trình đường bão hoà : y
2
= 2.a
0

x với hệ trục đặt gốc tại 0.
5.4.3. Tính thấm qua đập đất đồng chất trên nền không thấm theo phương
phương pháp thuỷ lực
5.4.3.1. Đập đất đồng chất không có thiết bị thoát nước hạ lưu đập có nước
α


Hình 5- 5: sơ đồ lưới thấm của đập đồng chất
Đường bào hòa AC đi thẳng góc với mái thượng lưu, nó hạ thấp khá nhanh trong
đoạn AE. Sau mặt cắt EF đường bão hoà gần như nằm ngang, rồi thoát ra ở hạ lưu tại
điểm C theo phương tiếp tuyến với mái đập.
Sự phân bố J thấm ở cửa ra cửa vào ở tại một số điểm đặ
c biệt có trị số sau:
J
A
= cosα; J
B
= 0; J
C
= sinα; J
D
= ∝.
Để giải bài toán xác định lưu lượng thấm và đường bão hòa người ta thay tam giác
thượng lưu đập bằng một hình chữ nhật có chiều rộng ∆L với điều kiện vẫn đảm bảo lưu
lượng thấm không đổi. ∆L có nhiều phương pháp nghiên cứu:
Theo EAZa marin: ∆L = = (0,3 ÷ 0,4) h
1
m
m -cotg mái thượng lưu;
h

1
-cột nước thượng lưu.

5-6