nghiên cứu giải pháp nâng cao an toàn đập đất trong giai đoạn thi công xây dựng

Việt Nam cũng trong xu hướng đó và đập đất chiếm khoảng 90% các đập tạo hồ chứa: những năm 70-80 của thế kỷ XX chúng ta mới xây dựng được một số đập lớn như đập Thác Bà, Hòa Bình, Phú Ni

VŨ QUANG TUẤN

Nghiên cứu giải pháp nâng cao an toàn đập đất

trong giai đoạn thi công xây dựng

LU ẬN VĂN THẠC SĨ

HÀ N ỘI - 2013

VŨ QUANG TUẤN

Nghiên cứu giải pháp nâng cao an toàn đập đất

trong giai đoạn thi công xây dựng

Chuyờn ngành: Xõy dựng cụng trỡnh thủy

Mó số: 60.58.40

LU ẬN VĂN THẠC SĨ Người hướng dẫn khoa học: NGND GS TS Lờ Kim Truyền

HÀ NỘI - 2013

Lê Kim Truyền đã hướng dẫn và chỉ bảo tận tình về chuyên môn trong suốt quá trình nghiên cứu

Xin cám ơn nhà trường và các thầy cô trường Thủy Lợi Hà Nội đã dạy bảo hướng dẫn tác giả trong suốt quá trình học cao học, cán bộ thư viện trường đã giúp đỡ tác giả trong quá trình tìm kiếm tài liệu để thực hiện luận văn

Cám ơn công ty CPTVXD Thủy lợi 1, tổng công ty XD Thủy Lợi 4, Ban quản lý XD Thủy Lợi 5, Sở NN&PTNT tỉnh Thùa Thiên Huế đã giúp đỡ tác giả có đủ tài liệu phục vụ cho việc thực hiện luận văn

Tác giả xin chân thành cám ơn trường CĐN Giao thông Vận Tải Đường thủy 1 Hải Dương đã tạo điều kiện cho tác giả trong quá trình học và thực hiện luận văn

Tác giả xin chân thành cảm ơn gia đình bạn bè và đồng nghiệp đã nhiệt tình giúp đỡ động viên để tác giả hoàn thành luận văn này!

Tuy đã cố gắng nhất định xong do thời gian có hạn, trình độ bản thân còn hạn chế, kinh nghiệm còn thiếu nhiều nên luận văn này không thể tránh khỏi thiếu sót Tác giả kính mong các thầy cô và các bạn đồng nghiệp chỉ dẫn, góp ý xây dựng tạo thêm thuận lợi để tác giả tiếp tục học tập và hoàn thiện đề tài nghiên cứu của mính

Xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày tháng năm 2013

Tác giả

Vũ Quang Tuấn

BẢN CAM KẾT

Tên đề tài luận văn: “Nghiên cứu giải pháp nâng cao an toàn đập đất trong

giai đoạn thi công xây dựng”

Tôi xin cam đoan đề tài luận văn của tôi hoàn toàn là do tôi làm Những kết quả nghiên cứu, thí nghiệm không sao chép từ bất kỳ nguồn thông tin nào khác Nếu vi phạm tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm, chịu bất kỳ các hình

thức kỷ luật nào của Nhà trường

Học viên

Vũ Quang Tuấn

DANH MUC CÁC BẢNG BIỂU

26TU

Bảng 1.1: Thống kê các trường hợp hư hỏng của đập và toàn bộ nguyên nhân

hư hỏng trên thế giới từ năm 1799 ÷1931.U 4

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Từ nhiều thế kỷ qua, con người đã biết xây dựng các đập để tạo hồ trữ nước tự nhiên, điều tiết dòng chảy phục vụ nhu cầu sử dụng nước theo thời gian và không gian, hạn chế lũ lụt, tạo môi trường sinh thái… Do ưu thế của chúng, số lượng hồ chứa nước trên Thế giới ngày càng nhiều Bên cạnh tác dụng to lớn của loại công trình này, chúng cũng chứa nhiều tiềm ẩn rủi ro Trên Thế giới đã có không ít đập đất bị vỡ gây nhiều thiệt hại về người, tài sản và ảnh hưởng không nhỏ đến môi trường Với lý do trên, nhiều tổ chức Quốc tế liên quan đến an toàn hồ chứa, đập được hình thành Tổ chức Quốc tế

về an toàn các đập lớn Thế giới (ICOLD) được thành lập từ năm 1928, hiện nay có trên 80 nước tham gia

Theo xu thế phát triển chung, số lượng đập cao trên Thế giới ngày càng được xây dựng nhiều hơn Việt Nam cũng trong xu hướng đó và đập đất chiếm khoảng 90% các đập tạo hồ chứa: những năm 70-80 của thế kỷ XX chúng ta mới xây dựng được một số đập lớn như đập Thác Bà, Hòa Bình, Phú Ninh, Dầu Tiếng, Kè Gỗ, Thác Mơ… nhưng chỉ trong chục năm đầu thế kỷ XXI hàng loạt các đập lớn được xây dựng với kết cấu đa dạng và thời gian thi công nhanh như đập Ba Hạ, IA Súp thượng, Tràng Vinh, Sê San 3, Sê san 4,…

Đập đất là loại đập vật liệu địa phương, phù hợp với nhiều loại nền, dễ thích nghi với sự thay đổi thể tích; dễ thi công, chỉ cần nắm chắc quy trình và

tổ chức quản lý chất lượng chặt chẽ là có thể xây dựng được Thực tế chưa hoàn toàn như vậy, một số nước trên Thế giới có khoa học kỹ thuật phát triển vẫn xẩy ra thảm họa vỡ đập, điển hình như ở Mỹ, Ý…gây thiệt hại nhiều tài sản và tính mạng của nhân dân Theo điều tra năm 1998, Việt Nam có trên

460 hồ dung tích trên 1,0 triệu mP

3

P

, trong đó hơn 60% số lượng có hư hỏng, làm việc không đạt yêu cầu thiết kế Một số đập bị vỡ hoặc sự cố được nhiều tài liệu nhắc đến như đập Am Chúa, Suối Hành, Suối Trầu; một số khác như Buôn Buông, Liệt Sơn, gần đây nhất như đập Khe Mơ (Hà Tĩnh) chỉ với dung khoảng 0,3 triệu mP

3

P nước đã làm trôi đoạn đường sắt Bắc Nam dài gần 200m, làm gián đoạn giao thông hàng tuần Một số hư hỏng đập những năm gần đây như đập ở Yên Bái, Điện Biên, Hà Tĩnh, Quảng Ngãi… nếu không được khắc phục kịp thời cũng xảy ra rủi ro Theo đánh giá, nguyên nhân của các sự cố đập đất trên 50% do lỗi trong quá trình thi công

Việc thi công đập đất không phức tạp, tuy nhiên vẫn có nhiều rủi ro dẫn đến mất an toàn do quá trình thi công không đảm bảo kỹ thật, do thiết kế tổ chức thi công chưa hợp lý và ảnh hưởng bất lợi của thời tiết Với quan tâm

trên, đề tài:’’Nghiên cứu giải pháp nâng cao an toàn đập đất trong giai

đoạn thi công xây dựng” mang nhiều ý nghĩa thực tiễn và ý nghĩa khoa học

2 Mục đích của đề tài

- Nghiên cứu những hư hỏng gây mất an toàn đập đất Từ đó đưa ra các giải pháp nâng cao an toàn đập đất và nâng cao chất lượng đập trong giai đoạn thi công xây dựng

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu là đập đất, loại đập dùng chủ yếu bằng vật liệu địa phương

- Phạm vi nghiên cứu: giai đoạn thi công xây dựng đập đất

4 Cách tiếp cận và phương pháp thực hiện

- Các tiếp cận: + Tiếp cận qua thực tế công trình đã xây dựng

+ Tiếp cận qua các nghiên cứu, thiết kế xây dựng công trình

+ Tiếp cận qua các nguồn thông tin khác

- Phương pháp nghiên cứu:

+ Phương pháp tổng hợp, phân tích đánh giá + Phương pháp chuyên gia

CH ƯƠNG 1: AN TOÀN ĐẬP VÀ VẤN ĐỀ LIÊN QUAN

1.1 An toàn đập và sự quan tâm của các Quốc gia

1.1.1 An toàn đập và sự quan tâm của các nước trên thế giới

Công trình thủy lợi là sản phẩm của cuộc đấu tranh giữa loài người với nước Mấy nghìn năm nay, nhân dân các nước trên thế giới đã xây dựng rất nhiều công trình thủy lợi, để lại cho chúng ta rất nhiều kinh nghiệm quý báu Trong đó tuyệt đại bộ phận là kinh nghiệm thành công, song cũng có một phần là kinh nghiệm thất bại Nghiên cứu tình hình làm việc của những công trình này có thể làm cho chúng ta nhận thức sâu hơn, nâng cao trình độ của chúng ta và làm cho kiến thức của chúng ta phong phú hơn

Từ đầu thế kỷ 20 đến nay, trong các nước ở châu Âu, châu Á, châu Phi

và châu Mỹ, theo đà phát triển của sự nghiệp thủy lợi, các trường hợp sự cố công trình cũng tăng rõ rệt, đem lại tổn thất vật chất to lớn, thấm chí làm cho

vô số người bị chết Do đó người ta ngày càng coi trọng các biện pháp làm thế nào để ngăn ngừa các sự cố mất an toàn hồ, đập Từ lý thuyết đến thực tiễn, từ các sự cố phân tích nghiên cứu các trạng thái và nguyên nhân làm hư hỏng

công trình

Bảng thống kê các trường hợp hư hỏng của đập và toàn bộ nguyên nhân

hư hỏng

Bảng 1.1: Thống kê các trường hợp hư hỏng của đập và toàn bộ nguyên nhân

hư hỏng trên thế giới từ năm 1799 ÷1931

Số hiệu Nguyên nhân hư hỏng đập

1 Tính toán thủy lực của đường tràn xả lũ và công trình không chính

xác

1a Mái thượng lưu bị hỏng, gây thành sóng và tràn

2 Kết cấu tường chân khay chống thấm bất hopwj lý, dòng thấm của

Nền thấm dưới đập đất và xâm thực dưới đập đất, đập bị trượt men

Số hiệu Nguyên nhân hư hỏng đập

5 Thiết kế mặt cắt không chính xác, mái của đập và đập đất hỗn hợp

quá dốc, mặt cắt đập đá xây quá nhỏ

6 Trong thời gian thi công điều tiết dòng chảy không tốt

7 Đất sét trong thân đập và các vật liệu hạt mịn khác quá nhiều

8 Áp lực băng hoặc ảnh hưởng của sự phá tan băng

9 Khai thác và bảo dưỡng không chính đáng

10 Loài động vật có răng khoét đào hang trong đập

11 Chất đất không đạt tiêu chuẩn, dễ tan trong nước

12 Nền không ổn định hặc mềm rời

13 Việc đặt ống nước có áp trong đập đất hoặc đập đá đổ không thích

đáng, chân đế bị lún, bố trí cửa van tháo nước không đúng

14 Duối đập và đường tràn xả lũ thiếu biện pháp chống tác dụng xói

phá

15 Động đất

16 Các nguyên nhân khác chưa điều tra rõ

17 Lớp phủ đáy hồ trong hồ chứa nhỏ bị hư hỏng

Bảng 1.2: Thống kê các vụ vỡ đập trên thế giới

Loại đập đập (thước Chiều cao

đổ 25-50 0-25

50-75 75-100 100-125 125-150 trên 150

xây kiểu

trọng

lực

0-25 25-50 50-75 75-100

125-150 150-200 Trên 200 Không nói

18 Cộng Tổng số 6 1 21 8 0 8 2 0 6 2 1 0 1 0 1 0 9 0 67 100 Đập

vòm và

đập liên

vòm

0-50 50-100 100-150 Trên 150

Tổng hợp một số yếu tố phổ biến rút ra từ những thực tế về tại nạn xảy ra trên các công trình thủy lợi trên thế giới trong vòng 100 năm nay (1913 -

2013) như sau:

1 Yếu tố tự nhiên: công trình chịu những tác dụng phá hoại không thể

lường trước được của thiên nhiên như gặp lũ bất thường, dòng chảy đặc biệt lớn, bão, động đất, lở núi, satk lở mái dốc và một số tác dụng địa chất ngấm

ngầm khác

2 Yếu tố khảo sát, thiết kế: điều tra nghiên cứu điều kiện thiên nhiên nơi

xây dựng công trình không toàn diện hoặc xử lý không chính xác; dự đoán sai đối với điều kiện làm việc của công trình trong tương lai, và sự phiến diện về

tư tưởng chỉ đạo thiết kế v.v

3 Yếu tố thi công: làm sai yêu cầu của thiết kế, vật liệu xây dựng dùng

thi công và phương pháp thi công không thỏa đáng, chất lượng không đúng

quy định, và thiếu chế độ kiểm tra có hiệu quả v.v

4 Yếu tố khai thác và quản lý: thiếu quan trắc, kiểm tra trạng thái làm

việc của công trình, thiếu kịp thời bảo vệ và tu sửa những chỗ hư hỏng, nhân

viên quản lý thao tác sai v.v

5 Yếu tố chiến tranh: hoạt động quân sự trên mặt đất, ném bom, bộc phá

nổ v.v

1.1.2 An toàn hồ, đập và sự quan tâm của nước ta

Tính đến nay, ở nước ta có 5579 hồ chứa thuộc địa bàn của 45/64 tỉnh thành, trong đó, có gần 100 hồ chứa nước lớn có dung tích trên 10 triệu mP

3

P

, hơn 567 hồ có dung tích từ 1÷10 triệu mP

3

P

, còn lại là các hồ nhỏ Tổng dung tích trữ nước của các hồ là 35,8 tỷ mP

Pnước đảm bảo tưới cho 80 vạn ha

Bên cạnh tác dụng to lớn của loại công trình này, chúng cũng chứa nhiều

tiềm ẩn rủi ro, sự cố Trong sự cố các công trình thủy lợi thì sự cố về hồ chứa nước thường là phổ biến và dẫn đến tổn thất lớn về tính mạng và tài sản Nhận thức được điều đó, bộ thủy lợi nay bộ NN & PTNT đã tiến hành tổng kiểm tra, đánh giá để bảo vệ an toàn các hồ chứa nước vào năm 1992

Kết quả kiểm tra tuy chưa thật đầy đủ nhưng cũng đã nêu ra một bức tranh tổng quát về hiện trạng các hồ chứa ở nước ta và điều quan trọng là qua

đó thấy được nhiều việc phải làm cũng như đúc rút ra những kinh nghiệm bổ ích để nâng cao chất lượng và phòng tránh sự cố cho các hồ chứa nước đã, đang và sẽ xây dựng ở nước ta

Bảng 1.3: Phân loại mức độ sự cố theo số lượng hồ chứa nước

Từ số liệu trên có thể xếp trình tự các loại sự cố theo số lượng như sau:

1 Sạt mái thượng lưu: 25,84%

2 Hỏng đập tràn xả lũ: 25,39%

"Quy trình quản lý vận hành bảo đảm an toàn công trình"

Trong sự phát triển của ngành cung từng bước biên soạn một quy chuẩn

về "Tiêu chuẩn an toàn toàn đập" kèm theo NĐ72/2007; việc này các nước đều có, như Trung quốc có Tiêu chuẩn Nhà nước về chỉ dẫn đánh giá an toàn đập lớn

Hàng năm trước mùa lũ, đã có nhiều đoàn kiểm tra cấp Bộ hoặc Tỉnh gồm các chuyên gia có trình độ và kinh nghiệm về An toàn Hồ Đập

Trong thời gian gần đây, Đảng và Nhà nước rát quan tâm đến an toàn đập, nhiều hội thảo, hội nghị đã được tổ chức:

Hội thảo khoa học về " An toàn trong xây dựng đập và vận hành hồ

chứa" tại trường đại học Đà Nẵng tháng 6/2012; Hội thảo đã nêu ra các vấn

đề mang tính thời sự hiện nay là làm thế nào để xây dựng và vận hành an toàn, hiệu quả các công trình đập

Hội thảo về "quản lý an toàn đập" tại Nha Trang vào tháng 7/2012, hội

thảo trao đổi phương thức, cách đánh giá mức độ an toàn hồ, đập và khả năng

cảnh báo mất an toàn đập qua số liệu quan trắc thủy văn, địa chất, địa chấn, quan trắc công trình và trách nhiệm của các tổ chức quản lý thông qua nội

dung kỹ thuật sổ tay an toàn đập, v.v

1.2 Sự cần thiết phải quan tâm đến vấn đề an toàn hồ, đập

Cũng như các công trình xây dựng khác, công trình thuỷ lợi thường vẫn xảy ra những sự cố ở những thời gian, mức độ và tính chất khác nhau Đập nước là loại hình công trình thuỷ lợi phổ biến nhất ở nước ta, chỉ trừ các tỉnh thuộc đồng bằng sông Cửu Long và một số tỉnh của đồng bằng Bắc bộ như Thái Bình, Nam Định và Hà Nam còn tất cả các tỉnh khác đều có đập

Hiện nay, cả thế giới đang phải đối mặt với các vấn đề biến đổi khí hậu, trong đó có hiện tượng mưa lũ vượt ra ngoài các quy luật thông thường Đợt

lũ lịch sử vừa qua ở Hà Tĩnh, Quảng Bình, Nghệ An là một ví dụ Đã xảy ra hiện tượng lũ chồng lên lũ, con lũ trước chưa rút hết thì con lũ sau đã sầm sập

đổ về Thêm vào đó, cường suất của con lũ sau là rất lớn; lượng mưa 1 ngày tại Chu Lễ (Hương Khê - Hà Tĩnh) đo được là 800mm; tổng lượng mưa 5 ngày lên tới 1300÷1500mm Tổng lượng nước này được dồn vào các thung lũng sông gây nên lũ lụt kinh hoàng Trong điều kiện mưa lũ lớn như vậy, các

hồ đập thủy lợi rất dễ bị tổn thương bởi các lý do sau đây Các hồ đập thường khống chế một lưu vực nhất định Toàn bộ nước mưa trên lưu vực được dồn vào bụng hồ phía trước đập Lưu vực càng lớn, nước dồn về càng nhiều; rừng bị phá, mặt đệm trơ trọi, nước dồn về càng nhanh làm cho đường tràn xả nước không kịp, gây tràn và vỡ đập

Chúng ta vừa chứng kiến những ngày mưa lũ kinh hoàng ở các tỉnh miền Trung Mưa lũ lớn, gây ngập trên diện rộng và gây tổn thất lớn lao về người

và tài sản, nặng nề nhất là ở các tỉnh Hà Tĩnh, Quảng Bình, Nghệ An Mặc dù đỉnh lũ đã đi qua, nhưng ngập úng ở các vùng dân cư còn dài, khả năng phát sinh dịch bệnh, thiếu đói ở các khu vực dân cư vùng ngập lũ đang hiện hữu

Trong thiết kế và xây dựng đập ở nước ta hiện nay, tiêu chuẩn phòng lũ được xác định theo cấp công trình Ví dụ đập cấp I chống được con lũ thiết kế

có chu kỳ xuất hiện lại là 500÷1000 năm; trị số tương ứng của đập cấp II là

200 năm; cấp III: 100 năm; cấp IV: 67 năm; cấp V: 50 năm Như vậy các đập cấp IV, V khả năng chống lũ thấp, khả năng nước tràn dẫn đến vỡ đập là lớn Ngoài ra, số lượng các đập loại này rất nhiều; việc quản lý, bảo dưỡng các đập nhỏ cũng không được chặt chẽ, bài bản như đối với các đập lớn

Mặt khác, làm thế nào vận hành khai thác các công trình hồ, đập một cách hiệu quả, an toàn, có tính hệ thống là một bài toán khó, mang tính thời sự hiện nay Việc quản lý và khai thác tốt không những đem lại hiệu quả kinh tế

và còn đảm bảo duy trì tuổi thọ công trình, dự báo được các rủi ro, sự cố và có biện pháp xử lý kịp thời, giảm thiểu các tổn thất Bên cạnh các vấn đề kinh tế, xã hội thì Nhà nước và các cơ quan chuyên ngành cũng đang tập trung nghiên cứu các vấn đề chuyên môn nhằm đảm bảo

an toàn cho hệ thống cơ sở hạ tầng, nhà cửa và các công trình trong điều kiện

có mưa lũ lớn Trong đó các công trình hồ, đập Thủy lợi dễ bị tổn thương nhất khi có mưa lũ lớn, do đó công tác nghiên cứu và triển khai bảo đảm an toàn cho hồ, đập là một nhiệm vụ cấp bách cần phải được quan tâm hàng đầu trong quá trình xây dựng phát triển bền vững của ngành thủy lợi và của đất nước

1.3 Vị trí của đập đất trong công tác an toàn đập

Theo thống kê các sự cố hư hỏng hồ, đập trên thế giới từ năm 1799 -

1931, có 180 hồ, đập gặp sự cố hư hỏng vỡ đập, trong đó có 106 đập là đập đất chiếm 58,9%, đập đất có tỉ lệ sự cố hư hỏng cao nhất, nhất là vào mùa mưa lũ

Do đặc thù của đập đất có thể xây dựng trên nhiều loại nền, dễ thích ứng với độ lún của nền, tận dụng được vật liệu địa phương, giá thành giảm, thi công đơn giản v.v nên ngày càng được phổ biến rộng rãi ở nước ta cũng như

thế giới

Trong lịch sử xây dựng các hồ chứa nước ở nước ta thì những sự cố xảy

ra đa số xảy ra ở những hồ chứa vừa và nhỏ và với đập dâng nước là đập đất Tuy là hồ chứa nhỏ nhưng khi có sự cố có sức tàn phá ghê gớm

Hơn nữa các hồ đập khi thiết kế trước đây đều dựa vào nguồn tài liệu thủy văn ngắn hạn, tính toán dòng chảy chưa bảo đảm Thời gian từ thập niên

60 đến 2002 Sai lầm là chỉ duy trì tính toán lũ thiết kế, bỏ qua lũ kiểm tra nên khả năng cắt lũ của các hồ chứa rất hạn chế Biến đổi khí hậu là vấn đề hệ trọng của sự phát triển, là thách thức lớn nhất đối với mục tiêu phát triển bền vững, hiểm họa tiềm tàng đối với nhân loại

Mặt khác, trong lịch sử phát triển xây dựng đập đất cho thấy: đập đất đã được xây dựng rất nhiều nhưng được thiết kế đơn giản, thiết bị tiêu thoát nước, dẫn dòng không được chú trọng, xử lý lớp tiếp giáp giữa các công trình đất và công trình xây đúc không tốt1, khi thi công rất nhiều chỗ đều đổ trực tiếp từ trên xe vận tải xuống thành đống không có biện pháp đầm nện tốt Do vậy, đập đất tiềm ẩn nhiều rủi ro mất an toàn đập nhất, công tác an toàn đập đập đất cần phải đóng vai trò chủ chốt, nghiên cứu sâu rộng, rà soát lại các sự

cố mất an toàn đập trong thiết kế và thi công đập Từ đó điều chỉnh các tài liệu địa chất, thủy văn, các tiêu chuẩn thiết kế, bổ sung các tiêu chuẩn trong thi

công, đảm bảo chặt chẽ hơn trong quản lý chất lượng công trình tốt hơn

Dưới đây xin nêu ra một số sự cố xảy ra gây mất an toàn ở đập đất và

nguyên nhân:

- Lũ tràn qua đỉnh đập do:

+ Tính toán thuỷ văn sai

+ Cửa đập tràn bị kẹt

+ Lũ vượt tần suất thiết kế

+ Đỉnh đập đắp thấp hơn cao trình thiết kế

- Sạt mái đập ở thượng lưu do:

+ Đánh giá sai địa chất nền đập

+ Biện pháp thiết kế xử lý nền không đảm bảo chất lượng

+ Thi công xử lý không đúng thiết kế

- Thấm và sủi nước ở vai đập do

+ Thiết kế sai biện pháp tiếp giáp giữa đập và vai

+ Thi công không đúng thiết kế, bóc bỏ lớp thảo mộc không hết + Đầm nện chỗ tiếp giáp không tốt

- Thấm và xói rỗng ở mang các công trình bê tông do:

+ Thiết kế biện pháp tiếp giáp không tốt

+ Thi công không đảm bảo chất lượng

+ Các khớp nối của công trình bê tông bị hỏng,

- Thấm mạnh, sủi nước qua thân đập do:

+ Vật liệu đắp không tốt

+ 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

- Nứt ngang đập do:

+ Nền đập bị lún

+ Thân đập lún không đều

+ Đất đắp đập bị lún ướt lớn hoặc tan rã nhanh

- Nứt dọc đập do:

+ 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

- Trượt mái thượng và hạ lưu đập do:

+ 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

22T

1.4 Giai đoạn thi công xây dựng công trình và vấn đề an toàn đâp

Trong các sự cố xảy ra với hồ đập, nguyên nhân do quá trình thi công không đảm bảo đúng yêu cầu thiết kế, chất lượng thi công kém là một trong nhữnng nguyên nhân chủ yếu, dưới đây xin được tổng hợp lại các sự cố mất

an toàn hồ đập do quá trình thi công kém

- Lũ tràn qua đỉnh đập do:

+ Đỉnh đập đắp thấp hơn cao trình thiết kế hoặc do lún khiến đập không đạt cao trình thiết kế

+ Lũ vượt thiết kế

+ Do vật cản gây trở ngại cho đường tràn tháo lũ làm giảm khả năng

tháo lũ

- Sạt mái đập ở thượng lưu do:

+ Thi công lớp gia cố kém chất lượng

+ Đất mái thượng lưu đầm nện không đủ độ chặt

- Thấm mạnh làm xói nền đập do

Thi công xử lý không đúng thiết kế

- Thấm và sủi nước ở vai đập do

+ Thi công không đúng thiết kế, bóc bỏ lớp thảo mộc không hết + Đầm nện chỗ tiếp giáp không tốt

- Thấm và xói rỗng ở mang các công trình bê tông do:

+ Thi công không đảm bảo chất lượng

+ Các khớp nối của công trình bê tông bị hỏng,

- Thấm mạnh, sủi nước qua thân đập do:

+ Vật liệu đắp không tốt

+ Thí nghiệm sai các chỉ tiêu cơ lý lực học của vật liệu đất

+ 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

- Nứt ngang đập do:

+ Thân đập lún không đều

+ Đất đắp đập bị lún ướt lớn hoặc tan rã nhanh

- Nứt dọc đập do:

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

- Trượt mái thượng và hạ lưu đập do:

+ 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

Trong giai đoạn thi công, vấn đề làm đúng các yêu cầu theo thiết kế và đảm bảo chất lượng thi công là rất quan trọng, ảnh hưởng rất lớn đến an toàn đập Tuy nhiên, trong giai đoạn này quả rất phức tạp, nhiều yếu tố tác động chủ quan có, khách quan có

1.5 Kết luận chương 1

Công trình thủy lợi là sản phẩm của cuộc đấu tranh giữa loài người với nước Trong cuộc chiến này, con người luôn biết cách khai thác lợi ích từ nguồn nước, làm chủ được hầu hết các vấn đề liên quan và đã có nhiều thành công Tuy nhiên trong quá trình ấy không tránh khỏi có những vấp váp, sai lầm, tiềm ẩn các sự cố mất an toàn hồ, đập là rất lớn Đây là vấn đề con người cần phải nghiên cứu giải quyết, để biến những sai lầm trong quá khứ thành

thành công trong tương lai

Đập đất là công trình thủy lợi được sử dụng khá phổ biến có nhiều ưu điểm: sử dụng vật liệu địa phương, xây dựng được trên các loại nền khác nhau, mức độ cơ giới cao, giảm kinh phí đầu tư v.v Tuy nhiên, đã nhiều sự

cố vỡ đập, mất an toàn cho hồ chứa xảy ra ở nước ta và trên thế giới

Đảng và Nhà nước ta rất quan tâm đến sự an toàn đập, đã có rất nhiều hội thảo, ý kiến nghiên cứu chuyên sâu, các tiêu chuẩn, quy trình, quy định và nghị định đã được hình thành, nói lên sự quan tâm đặc biệt đến sự an toàn đập Bản luận văn đã đề cập đến những vấn đề liên quan làm mất an toàn đập

để chúng ta có sự quan tâm chú ý trong thiết kế, thi công để không ngừng hạn

chế sự cố làm cho đập đưcọ an toàn hơn

CHƯƠNG 2 NHỮNG HƯ HỎNG DẪN ĐẾN MẤT AN TOÀN ĐẬP ĐẤT

TRONG GIAI ĐOẠN THI CÔNG 2.1 Hư hỏng đập đất liên quan đến phương án dẫn dòng thi công

2.1.1 Nhiệm vụ thiết kế và thi công các phương án dẫn dòng thường dùng trong thi công đập đất

a Nhiệm vụ thiết kế dẫn dòng thi công:

- Chọn được tần suất (P%) thiết kế và lưu lượng thiết kế (Q P%)

- Chọn được phương pháp dẫn dòng thích hợp từng giai đoạn Xác định được trình tự thi công công trình một cách hợp lý

- Tính toán điều tiết, tính toán thuỷ lực, thiết kế các công trình dẫn nước, ngăn nước trong khi thi công

- Đề xuất được các mốc thời gian thi công từng hạng mục công trình và tiến độ khống chế

b Nhiệm vụ của dẫn dòng thi công (2 nhiệm vụ):

- Đắp đê quây (đê quai) bao quanh hố móng, bơm cạn nước tiến hành

nạo vét, xử lý nền và xây móng công trình

- Dẫn nước sông từ thượng lưu về hạ lưu qua các công trình dẫn dòng (lòng sông thu hẹp, kênh, đường hầm ) đã được xây dựng trước khi ngăn

dòng để thoả mãn yêu cầu nước hạ lưu và cho thi công

Với những công trình thuỷ lợi nhỏ có khối lượng công tác ít, có thể hoàn

thành trong một mùa khô thì không phải dẫn dòng như các suối cạn ít nước

c Các phương án dẫn dòng thương dùng trong thi công đập đất

- Đắp đê quai ngăn dòng một đợt

+ Tháo nước thi công qua máng

+ Tháo nước thi công qua kênh

+ Tháo nước thi công qua đường hầm

+ Tháo nước thi công qua cống ngầm

+ Dẫn tháo nước thi công bằng bơm kết hợp trữ ở thượng lưu:

- Đắp đê quai ngăn dòng nhiều đợt:

+ Tháo nước thi công qua cống đáy

+ Tháo nước thi công qua chỗ lõm chừa lại của thân đập

+ Dẫn dòng thi công qua lòng sông không thu hẹp: (Phương pháp thi công trên bãi bồi)

Với công trình đập đất vừa và nhỏ, thường lựa chọn phương pháp thi công tranh thủ trong một mùa khô, bố trí công trình dẫn dòng đơn giản ít tốn kém đem lại hiệu quả kinh tế Nhưng việc đánh giá điều kiện thi công thực tế

và khả năng thi công thiếu chu đáo, cẩn thận dẫn đến loài người đối diện nhiều hiểm họa cộng dồn, ở đó loài người đã không có sự chuẩn bị dự phòng, mọi phương án tình thế không đem lại hiệu quả dẫn đến cuộc chiến giữa loài người với nước sẽ là thất bại

2.1.2 Hư hỏng của đập đất xuất phát từ dẫn dòng thi công

Đa số các công trình thuỷ lợi công tác dẫn dòng có tính chất mấu chốt liên hệ đến nhiều vấn đề quan trọng trong thiết kế tổ chức thi công Bản thân việc dẫn dòng phụ thuộc nhiều nhân tố (thiên văn, địa hình, địa chất, đặc điểm

kết cấu sự bố trí công trình thuỷ công, khả năng thi công )

Những người làm công tác thiết kế hay thi công phải thấy được mối quan

hệ phức tạp này để có thái độ thận trọng, đúng mức

Việc tính toán thiết kế dựa trên tài liệu thủy văn, địa chất cũ sai tần suất

và lưu lượng dẫn dòng ảnh hưởng rất nhiều đến tiến độ và chất lượng cũng như an toàn của đê quai

Dựa trên tài liệu thủy văn, địa chất cũ, khi không đánh giá đúng việc lựa chọn tần suất thiết kế và lưu lượng thiết kế dẫn dòng không thỏa đáng kết hợp công trình dẫn dòng với khả năng tháo lũ kém bị thu hẹp và bị cản trở dòng chảy của các vật trôi nổi như cày cây, gỗ dẫn đến xự cố tràn qua đê quai vào

hố móng, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng đắp đập chính, việc xử lý sau lũ rất phức tạp: thứ nhất tu sửa lại đê quai (nếu là đê quai đất gần như là đắp lại mới đảm bảo không bị thấm nhiều), thứ hai bóc bỏ phần đập chính bị hư hại, kiểm tra lại chất lượng đắp đập rồi mới có thể đắp tiếp và tại vị trí tiếp giáp đó tiềm ẩn nguy cơ dễ bị nước thấm qua đập gây mất an toàn cho đập trong mùa

lũ

2.2 Nh ững hư hỏng liên quan đến sự cố nước tràn qua đập trong giai đoạn thi công

2.2.1 Nguyên nhân phát sinh sự cố tràn qua đập trong giai đoạn thi công

Sự cố nước tràn qua đập trong giai đoạn thi công xuất phát từ các nguyên nhân sau:

- Lũ vượt tần suất thiết kế do biến đổi khí hậu trong đó hiện tượng mưa

lũ vượt ra ngoài các quy luật thông thường

- Tính toán dẫn dòng không chính xác, lựa chọn công trình dẫn dòng không thỏa đáng, công trình dẫn dòng bị tắc hoặc bị thu nhỏ, khả năng thoát nước giảm

- Tiến độ thi công chậm dẫn đến cao trình đắp đập vượt lũ không đạt, không xét hết các yếu tố ảnh hưởng thi công mùa mưa, điều kiện thủy văn, địa hình dẫn đến lựa chọn biện pháp và cường độ thi công không bảo đảm tiến độ Các vấn đề trên ít nhiều cũng được nhắc đến trong quá trình khảo sát, thiết kế và thẩm định Song không một phương án dự phòng nào được tính đến trong thi công dẫn đến quá trình thi công được áp đặt theo một lối mòn là cuộc quyết chiến với nước lũ tiềm ẩn nhiều rủi ro Sự an toàn đập luôn bị đe dọa

2.2.2 Hư hỏng liên quan đến sự cố nước tràn qua đập trong giai đoạn thi công

Khi nước lũ tràn qua, đỉnh đập bắt đầu bị xói Dòng chủ lưu có đường đi

ngắn nhất đến chính giữa thân đập, nơi sung yếu có chuyển vị ngang lớn sẽ phá vỡ đập Dòng lũ tiếp tục xói và mở rộng miệng vỡ tùy theo lưu lượng lũ Khối lượng đất đắp bị xói trôi là rất lớn, cộng với khối lượng đất cần phải loại bỏ để xây dựng lại cũng không hề nhỏ dẫn đến khối lượng đắp lại và thi công hoàn thiện tăng lên, thời gian thi công kéo dài thêm, giá thành công trình tăng, đồng thời hiểm họa mất an toàn trong quá trình thi công tiếp trong mùa mưa và trong quá trình quản lý và khai thác sau này vẫn là rất lớn

Mặt khác, lũ lụt sau khi vỡ đập là hiểm họa thực sự gây thiệt hại về người và tàn phá nhà cửa, hoa màu, sạt lở bờ sông

2.3 Những hư hỏng liên quan đến thấm nền, thân đập và vai đập

2.3.1 Nguyên nhân phát sinh dòng thấm

Khi xây dựng đập tạo ra sự chênh lệch mực nước giữa thượng lưu và hạ

lưu, gây ra áp lực nước toàn phần:

Cột nước áp lực này sẽ ép đẩy nước di chuyển qua các kẽ rỗng trong đất hình thành lực thấm và xuất hiện dòng thấm từ phía thượng lưu về hạ lưu Nước có thế thấm tại các vị trí tiếp giáp giữa công trình với nền, hai vai đập

và thấm ngay trong thân đập Nếu nền công trình là các lớp địa chất có hệ số thấm cao thì cũng hình thành dòng thấm ngay trong nền công trình Đối với công trình và môi trường xung quanh, dòng thấm gây ra những ảnh hưởng bất

lợi như sau:

- Có thể làm biến hình đất nền, thân và hai vai đập, đặc biệt là ở khu vực

dòng thấm thoát ra, có thể dẫn đến sụt lún, nghiêng, trượt, lật công trình;

- Dòng thấm hai bên vai đập khi thoát ra hạ lưu có thể làm lầy hóa một khu vực rộng, làm ảnh hưởng đến ổn định của bờ và điều kiện đi lại, sản xuất

ở hạ lưu công trình

2.3.2 Các nguyên nhân gây ra cố thấm mạnh qua nền đập

Các nguyên nhân gây ra thấm mạnh qua nền đập:

- Đánh giá sai tình hình địa chất nền, để sót lớp thấm mạnh không được

xử lý

- Biện pháp thiết kế xử lý nền không đảm bảo chất lượng

- Chất lượng xử lý nền kém: khoan phụt không đạt yêu cầu; bóc không hết lớp bồi tích; thi công chân khay, sân phủ kém dẫn đến thủng lớp cách nước

- Xử lý tiếp giáp nền và thân đập không tốt do thiết kế không đề ra biện pháp xử lý, hoặc do khi thi công không thực hiện tốt biện pháp xử lý

2.3.3 Các nguyên nhân gây ra s ự cố thấm và sủi nước ở vai đập

Các nguyên nhân gây ra thấm và sủi nước ở vai đập:

- Thiết kế không đề ra biện pháp xử lý hoặc biện pháp xử lý đề ra không tốt

- Không bóc hết lớp thảo mộc ở các vai đập

- Đầm nện đất trên đoạn tiếp giáp ở các vai đập không tốt

- Thi công biện pháp xử lý tiếp giáp không tốt

23T

2.3.4 Các nguyên nhân gây ra sự cố thấm và xói rỗng ở mang các công trình xây đúc

23T Các nguyên nhân gây ra thấm và sủi nước ở mang công trình:

- Thiết kế không đề ra biện pháp xử lý hoặc biện pháp xử lý đề ra không tốt

- Đắp đất ở mang công trình không đảm bảo chất lượng: chất lượng đất dắp không được lựa chọn kỹ, không dọn vệ sinh sạch sẽ để vứt bỏ các tạp chất

trước khi đắp, đầm nện không kỹ

- Thực hiện biện pháp xử lý không đảm bảo chất lượng

- Hỏng khớp nối của công trình

- Cống bị thủng

23T

2.3.5 Các nguyên nhân gây ra thấm mạng, sủi nước qua thân đập

Các nguyên nhân gây ra thấm mạnh, sủi nước qua thân đập:

- Bản thân đất đắp đập có chất lượng không tốt: hàm lượng cát, bụi dăm sạn nhiều, hàm lượng sét ít, đất bị tan rã mạnh

- Kết quả khảo sát sai với thực tế, cung cấp sai các chỉ tiêu cơ lý, do khảo sát sơ sài, khối lượng khảo sát thực hiện ít, không thí nghiệm đầy đủ các chỉ tiêu cơ lý lực học cần thiết, từ đó đánh giá sai chất lượng đất đắp

- Chọn dung trọng khô thiết kế quá thấp, nên đất sau khi đầm vẫn tơi xốp, bờ rời

- Không có biện pháp thích hợp để xử lý độ ẩm của đất đắp không đều, chỗ khô chỗ ẩm, làm cho đất sau khi đắp có chỗ chặt có chỗ vẫn rời rạc tơi xốp

- Đất được đầm nện không đảm bảo độ chặt yêu cầu do: lớp đất rải dày quá qui định, số lần đầm ít, nên đất sau khi đắp có độ chặt không đồng đều, phân lớp, trên mặt thì chặt phía dưới vẫn còn tơi xốp không đạt độ chặt qui định, hình thành từng lớp đất yếu nằm ngang trong suốt cả bề mặt lớp đầm

- Thiết kế và thi công không có biện pháp xử lý khớp nối thi công do phân đoạn đập để dắp trong quá trình thi công

- Thiết bị tiêu nước bị tắc

2.3.6 Hư hỏng do sự cố thấm mạnh qua các bộ phận công trình

Đầu tiên dòng thấm mạnh có thể xuất hiện từ một vài vị trí trong công trình và môi trường xung quanh hướng đường thấm từ phía thượng lưu thấm qua công trình và môi trường xung quanh và thấm đùn sủi ngược lên chân

phía hạ lưu, tạo dòng thấm liên tục, ở các vị trí này hệ số thấm tăng đột ngột Khi đó các thành phần hạt sét của đất gặp nước sẽ tan ra trong nước dưới dạng thể keo, đó chính là hiện tượng tan rã Ngoài ra đất đắp có độ chặt <0,95; đều

có tính lún ướt, khi gặp nước giảm thể tích khối, các hạt đất dễ bị cuốn trôi theo dòng thấm Khi đất đắp dưới tác dụng của áp lực nước thấm, các phần tử hạt keo chuyển động dọc theo miền thấm liên tục, chúng chui qua các khe kẽ các hạt lớn tạo thành ống dòng Khi ống dòng đã hình thành thì gradien sẽ tăng Dưới tác dụng của áp lực nước thấm, một số các phần tử khác nằm tại thành ống cũng bị cuốn trôi theo dòng thấm, hiện tượng này là xói thủy lực Quá trình phá thành ống được diễn ra liên tục, dần dần đường kính ống dòng phát triển tạo thành đường hầm Tại thời điểm này, nếu cột nước áp lực thấm

ổn định không tăng hay công trình đang hoạt động trong mùa khô, mực nước thượng lưu duy trì tại MNDBT thì sự cố cần được phát hiện và có biện pháp

xử lý kịp thời Nhưng không hẳn là như vậy, thường sự cố được phát hiện khi công trình ngay trước mùa mưa lũ, thời điểm đó sự cố đang phát triển mạnh,

và diễn biến rất nhanh, áp lực cột nước thấm từ thượng lưu luôn duy trì ở mức cao, đường hầm dẫn dòng thấm phát triển mạnh xảy ra qua hai trường hợp:

- Trường hợp thứ nhất: Nếu phần vòm trên đường hầm mất ổn định, có thể gây lún sập ngay, lúc này lỗ dò bị dập tắt, nhưng phần đập phía trên bị vỡ Hiện tượng này đã gặp tại đập Suối Hành, Khánh Hóa vào năm 1986

- Trường hợp thứ hai: Đường hầm phát triển rộng ra, dần dần cuốn trôi toàn bộ khối đắp trường hợp này ta đã gặp tại đập Am Chúa, Khánh Hóa năm

1992

2.4 Hư hỏng do xử lý tiếp giáp trong thi công đất

2.4.1 Hư hỏng do xử lý tiếp giáp thân đập với công trình xây đúc

Trong cụm công trình đầu mối, ngoài công trình chính là đập chính còn

bố trí khác như cống lấy nước (cống sinh thủy duy trì nguồn nước liên tục cho

hạ lưu), công trình đập tràn xả lũ, công trình tiêu thoát nước phục vụ sửa chữa khi cần thiết Chúng thường được bố trí xây dựng trên cùng một tuyến với đập đất chính, do đó luôn có sự tiếp giáp với nhau trong toàn bộ hệ thống công trình

Những nơi thân đập nối tiếp với công trình xây đúc là những chỗ yếu nhất trong thân đập về phương diện chống thấm, do việc đầm nền đất ở các góc cạnh trật hẹp đó thường rất khó khăn, thiết bị thi công chuyên dùng thường không sử dụng được và chất lượng đắp đất kém Vì thế rất nhiều công trình đã bị sự cố lớn bắt đầu từ đây, như sự cố Suối Trầu lần thứ nhất, sự cố đập phụ ở đập phụ Phú Ninh v.v

Xử lý tiếp giáp thân đập với công trình xây đúc không tốt có rất nhiều nguyên nhân từ thiết kế, thi công, quản lý chất lượng thiết kế và thi công

* Nguyên nhân về thiết kế:

- Thứ nhất: phần lưu không còn lại quá hẹp, không đủ không gian cho người thi công đầm thủ công các lớp đất dưới, nên rất khó đảm bảo chất lượng phần đất đắp Thông thường khoảng lưu không tối thiếu 80 - 100cm

- Thứ hai: thiết kế thiếu biện pháp đảm bảo chất lượng cùng tiếp giáp, phần xây đúc không có vách ngăn cắm sâu vào vách hố móng, không lựa chọn đất đắp riêng cho mang công trình xây đúc Thông thường phải chọn loại đất

có hệ số thấm nhỏ, đất sét luyện

* Nguyên nhân về thi công:

Thứ nhất: nhà thầu thi công quá tiết kiệm khối lượng đào và đắp lại đất mang công trình xây đắp, điều kiện thi công xử lý khe tiếp giáp không đảm bảo chất lượng, chỉ một phần đất đắp phía trên là đầm tốt được còn lại phần đất phía dưới khó đầm chặt tốt được

Thứ hai: do khe tiếp giáp quá hẹp, nhà thầu chủ quan không có biện pháp

xử lý kỹ khe thi công để các tạp chất, đất đá hạt dời, gỗ, ván lăn xuống khe

nên chất lượng thi công rất kém

Hình 2.1: Hố móng cống thực tế thi công

* Nguyên nhân về quan lý chất lượng thiết kế và thi công:

- Quản lý chất lượng thiết kế và thi công không chặt chẽ, không giám sát

và nghiệm thu khe móng tiếp giáp với công trình xây đúc Không giám sát biện pháp thi công đắp đất mang công trình xây đúc bằng thủ công Coi nhẹ phần lấy đủ mẫu đất đắp để đánh giá đầy đủ về chất lượng đắp đất

* Các hư hỏng:

Các lớp tiếp giáp xử lý không tốt, khả năng chống thấm kém, mực nước thượng lưu cao dần, phía hạ lưu đập xuất hiện lỗ rò ngay sát công trình xây đúc, nước chảy ra đục Đầu tiên, dòng chảy nhỏ sau lớn dần kéo theo các hạt đất, trong phạm vị xung quanh công trình xây đúc sẽ bị dòng thấm xói thủy lực tạo thành hành lang ngầm, phần đất đắp phía trên có thể bị sập, dẫn đến vỡ đập

Ví dụ: Sự cố vỡ đập Suối Trầu, do xử lý lớp tiếp giáp tại mang cống lấy nước không tốt, vào lúc 12 giờ 30 phút ngày 11/11/1977, khi mực nước thượng lưu ở cao trình + 21,00 vẫn thấp hơn MNDBT 1,50m, phía hạ lưu đập xuất hiện lỗ rò ngay sát cống, lỗ rò ngày càng chảy mạnh Sau 6 giờ phát hiện

lỗ rò, đã hình thành hai hành lang lớn có đường kính trên 2m ở hai bên mang cống, nước bắn xa hàng chục mét Đến 02 giờ ngày 12/11/1977 thì đỉnh đập bị sập xuống và đập bị vỡ

Hình 2.2: Quá trình diễn biến sự cố

1- Hang ngầm bên phải mang cống;

2- Hang ngầm bên trái mang cống;

3- Quá trình phát triển của hành lang ngầm;

4- Đỉnh đập

Hình 2.3: Mặt cắt ngang đập sau khi vỡ

1- Miệng lỗ rò phía hạ lưu; 2- Miệng hố phía thượng lưu;

3- Xoáy n ước phía thượng lưu

Hình 2.4: Mặt cắt dọc đập sau khi vỡ

1- Vết nứt tại đỉnh đập trái; 2- Vết nứt tại đỉnh đập vai phải;

3- Vách đoạn đập bị vỡ; 4- Cống; 5- Đoạn đập bị vỡ

2.4.2 Hư hỏng do xử lý tiếp giáp khớp nối thi công thân đập

Thông thường do khối lượng đất đắp đập lớn phải thi công trong nhiều năm, nên phải phân đợt thi công, đồng thời do thời tiết về mùa mưa không thể đắp đất nên phải ngừng thi công Vì thế trong thực tế việc đắp đập không thể tiến hành liên tục, từ đó trong thân đập hình thành các mặt nối tiếp hoặc các khớp nối thi công

Trong thi công đất có hai loại khớp nối thi công: khớp nối ngang và khớp nối dọc

* Các nguyên nhân:

Những mặt tiếp giáp này sau khi ngừng thi công trong một thời gian dài

bị nắng nóng làm cho lớp đất trên mặt khô, gây ra nhiều kẽ nứt nẻ khá sâu có khi tới một vài mét Về mùa mưa, một mặt nước mưa xói trôi các hạt sét trên mặt, chỉ còn lại các hạt cát và sạn sỏi, mặt khác nước chảy theo kẽ nứt xẻ thành các rãnh khá sâu trong phần đất đã đắp, có những rãnh sâu tới một vài mét nên lướp đất ở mặt nối tiếp trở nên rất xấu Ngoài các yếu tố khách quan

do điều kiện tự nhiên, còn các nguyên nhân do thi công, thiết kế, quản lý dự

án không có biện pháp xử lý tốt các mặt tiếp giáp này trước khi đắp tiếp nên

đã tạo ra những lớp đất rất kém trong đập trên diện rộng từ thượng lưu thông

ra hạ lưu, không linh hoạt trong điều chỉnh phương án dẫn dòng, các phân đợt

thi công không hợp lý v.v

* Các hư hỏng:

Xử lý các khớp thi công này không tốt, trong thân đập tồn tại các kẽ nứt chỉ có cát mà không có đất dính nên khi nước hồ dâng cao nước luồn vào những kẽ nứt đó tạo thành dòng chảy ngầm, không chỉ đơn giản là thấm nữa

Bản thân đất đắp có tính tan ra khi gặp nước nên dòng chảy ngầm này dễ dàng khoét rộng kẽ nứt thành các hang ngầm Khi mực nước thượng lưu dâng cao, phía hạ lưu sẽ xuất hiện các lỗ rò trong phạm vi khớp nối, nước chảy kéo theo hạt sét, bùn Sự phát triển các hang ngầm này rất nhanh, nước chảy ra mạnh, đập có nguy cơ bị vỡ

Ví dụ: Sự cố đập Cà Giây, do xử lý khớp thi công không tốt giữa hai khối đất đắp năm 1997 và năm 1998, khi đập đắp đến cao trình + 77,00 (cao trình đỉnh đập là +78,50) tại vùng B27 - B28 dài 25m đã phát hiện 11 hang ngầm ăn thông với nhau do thẩm lậu từ kẽ nứt của khớp nối thi công Hậu quả công trình phải đắp lại đoạn đập trên, đồng thời tiến hành khoan phụt xi măng đất sét thân đập trên toàn tuyến

Hình 2.5: Mặt bằng các hang ở đoạn bị sự cố

2.5 Những hư hỏng liên quan đến biến dạng, lún nền và công trình

Cùng với sự phát triển của kỹ thuật và công nghệ trong thiết kế, xây dựng đập và thí nghiệm, khả năng đập mất ổn định do trượt gần như được loại

bỏ Vấn đề nguy hiểm nhất và được các kỹ sư thiết kế đập quan tâm hàng đầu hiện nay là khả năng hình thành dòng thấm tập trung qua các kẽ nứt trong thân đập Do đập được xây dựng ngày càng cao, trong các thung lũng hẹp có

độ dốc lớn việc nghiên cứu để đảm bảo an toàn cho đập chống lại các hiện tượng nứt nẻ ngày càng được quan tâm hơn Nứt nẻ xuất hiện ở những vùng chịu kéo do các biến dạng gây ra bởi trọng lượng bản thân, nước trữ trong hồ, hay tác động của động đất “Nứt gãy thủy lực” là điều kiện dẫn đến hình thành

và phát triển của sự phân tách trong đất hoặc đá do tác dụng của áp lực nước cao Hiện tượng này được xác nhận trong những năm gần đây như là nguyên nhân chủ yếu của hiện tượng rò rỉ và hư hỏng của đập

Với nền bồi tích có chiều dày lớn có tính dẻo, khi chịu tải trọng của thân đập quá tải tạo nên quá trình lún không đồng đều tập trung tại giữa đập Mặc

dù quá trình đầm nện tốt, chất đất trong thân đập đúng yêu cầu Quá trình lún gây chuyển vị ngang từ thượng về hạ lưu, đồng thời theo phương đứng khiến mái thượng lưu soải xuống, có thể làm mái hạ lưu vồng lên Các vết nứt hình thành, dòng thấm phát triển và đập mất an toàn

2.5.1 Cá c biến dạng trong đập đất

Các hư hỏng của đập, trừ trường hợp bị phá hủy đột ngột do thiên tai như động đất hay lũ tràn qua đỉnh đập, đều được báo trước bởi các hiện tượng như tốc độ chuyển vị tăng lên, chênh lệch biến dạng, xuất hiện vết nứt, rò rỉ, áp lực

kẽ rỗng tăng Cần nhận thấy rằng tất cả các đập đang làm việc đều biến dạng

và lún Tuy nhiên biến dạng quá mức biểu hiện tình trạng nguy hiểm đang diễn ra trong đập và có thể dẫn đến:

- Giảm chiều cao

- Hình thành kẽ nứt bên trong hoặc bên ngoài đập

Lịch sử cho thấy các trường hợp đập bị hư hỏng thường gắn với hiện tượng lún không đều

* Các loại chuyển vị

Các ứng xử về chuyển vị của đập vật liệu địa phương phụ thuộc vào tải trọng và nền của công trình nơi đập được xây dựng Đôi khi nền bị cắt ngang bởi vết nứt kiến tạo, và bị chia cắt

Chuyển vị của một điểm nào đó trong thân đập được chia thành 3 phần vuông góc với nhau:

- Chuyển vị theo phương thẳng đứng thường gọi là lún nén nó dịch chuyển xuống dưới

- Dịch chuyển theo phương thượng – hạ lưu, còn được gọi là chuyển vị ngang

- Dịch chuyển theo phương song song với trục đập (cắt ngang thung lũng) còn được gọi là chuyển vị dọc trục

Dịch chuyển của một điểm bất kỳ trong thân và nền đập được chia thành 2 phần:

- Đàn hồi hay là phần có thể hồi phục

- Không đàn hồi, là phần không thể hồi phục lại

Dịch chuyển đàn hồi là do ứng sử đàn hồi của đất và xảy ra gần như tức thời khi có tác dụng của tải trọng Dịch chuyển phi đàn hồi trong đất là do quá trình cố kết dưới tác dụng tải trọng và sự sắp xếp lại cuả các hạt đất Cố kết là một quá trình xảy ra rất chậm phụ thuộc vào tốc độ nước thoát ra khỏ kẽ rỗng trong đất Đất trương nở, ví dụ như một số loại sét khi hấp thụ nước thể tích sẽ tăng lên Những loại đất như vậy sẽ gây ra dịch chuyển theo hướng lên trên và đẩy khối đất nằm bên trên lên