“Nghiên cứu giải pháp hợp lý xử lý thấm qua nền và thân đập đất của hồ chứa vừa và nhỏ ở tỉnh bình định, ứng dụng cho công trình hồ chứa nước mỹ thuận

Các hồ đập nhỏ trên địa bàn tỉnh phần lớn được xây dựng từ những năm 80, có hệ số thiết kế tưới, tiêu thấp và tần suất tính phòng lũ chưa xét đến yếu tố ảnh hưởng bởi biến đổi khí hậu; t

iii

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐẬP ĐẤT VÀ THẤM QUA NỀN, THÂN ĐẬP ĐẤT 5

1.1 Khái quát chung về tình hình xây dựng đập vâ ̣t liê ̣u đi ̣a phương 5

1.1.1 Trên thế giới 5

1.1.2 Ở Việt Nam 7

1.2 Tình hình xây dựng đập vật liệu địa phương vừa và nhỏ ở Bình Định 11

1.3 Đánh giá các hư hỏng và sự cố của đập vật liệu địa phương dưới tác dụng của dòng thấm 16

1.3.2 Một số sự cố công trình thấm qua nền và thân đập gây vỡ đập điển hình, nguyên nhân và giải pháp khắc phục 17

1.4 Các kết quả đã nghiên cứu thiết kế đập vật liệu địa phương tại Bình Định 24

1.5 Kết luận chương I 27

CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ CHỐNG THẤM QUA NỀN, THÂN ĐẬP ĐẤT 29

2.1 Phương pháp tính thấm 29

2.1.1 Lý thuyết chung về thấm qua công trình đất 29

2.1.2 Tính thấm theo phương pháp lý luận 39

2.1.3 Giới thiệu phần mềm tính toán GeoStudio 2004 43

2.2 Các giải pháp chống thấm cho nền và thân đập đất 46

2.2.1 Giải pháp chống thấm bằng tường nghiêng sân phủ 46

2.2.2 Giải pháp chống thấm bằng tường nghiêng chân răng 50

2.2.3 Giải pháp chống thấm bằng tường lõi mềm kết hợp với chân răng 50

2.2.4 Giải pháp chống thấm bằng tường cừ chống thấm 51

2.2.5 Giải pháp chống thấm bằng khoan phụt (khoan phụt truyền thống) 54

2.2.6 Giải pháp chống thấm bằng công nghệ khoan phụt cao áp 55

2.2.7 Giải pháp chống thấm bằng tường hào Bentonite 56

2.3 Phân tích lựa chọn phương pháp hợp lý 58

2.3.1 Đặt vấn đề 58

2.3.2 Yêu cầu: 59

2.3.3 Tiêu chí lựa chọn: 59

2.4 Xây dựng tiêu chí thấm trong đánh giá an toàn đập đất 59

iv

2.4.1 Khái quát chung về tiêu chí đánh giá an toàn đập và tiêu chí thấm 59

2.4.2 Đường bão hòa giới hạn trên 62

2.4.3 Đường bão hòa giới hạn dưới 64

2.4.4 Độ cao thoát nước giới hạn 65

2.4.5 Chiều dài thoát nước giới hạn 67

2.5 Kết luận chương 2 62

CHƯƠNG 3 LỰA CHỌN GIẢI PHÁP CHỐNG THẤM HỢP LÝ CHO ĐẬP MỸ THUẬN 70

3.1 Giới thiệu chung về hồ chứa nước Mỹ thuận 70

3.1.1 Vị trí công trình 70

3.1.2 Qui mô công trình 71

3.2 Hiện trạng và đánh giá hiện trạng thấm ở đập Mỹ Thuận 75

3.2.1 Hiện trạng 75

3.2.2 Nguyên nhân 77

3.2.3 Kiểm tra khả năng ổn định của đập hiện trạng 78

3.3 Các phương án chống thấm cho đập đất hồ Mỹ Thuận 81

3.3.1 Đề xuất các phương án chống thấm 81

3.3.2 Các chỉ tiêu tính toán trong bảng sau 84

3.3.3 Tính toán thấm, ổn định đập đất cho 02 phương án chọn 84

3.4 Phân tích chọn phương án chống thấm hợp lý 85

3.4.1 Phân tích phương án chống thấm 85

3.4.2 Tính toán kinh tế của 2 phương án chống thấm 86

3.4.3 Lựa chọn phương án chống thấm cho đập Mỹ Thuận 87

3.4.4 Tính toán ổn định đập đất cho phương án chọn 87

3.5 Xây dựng tiêu chí thấm trong giám sát thấm của hồ Mỹ Thuận 89

3.5.1 Đặt vấn đề: 89

3.5.2 Tính toán xác định MNTL~ agh 90

3.6 Kết luận chương 3 96

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 97

Phụ lục 1: TÀI LIỆU THAM KHẢO 99

Phụ lục 2: DANH MỤC CÁC HỒ CHỨA CÓ NGUY CƠ MẤT AN TOÀN TỈNH BÌNH ĐỊNH 100

v

DANH MỤC HÌNH

Hình 1-1 Biểu đồ phân bố hồ đập lớn trên thế giới 5

Hình 1-2 Biểu đồ tỷ lệ phân bố hồ đập lớn ở Việt Nam 8

Hình 1-3 Biểu đồ phân bố tỷ lệ hồ theo dung tích ở Việt Nam 9

Hình 1-4 Biểu đồ phân bố tỷ lệ hồ đập theo dung tích 11

Hình 1-5 Biểu đồ phân bố tỷ lệ hồ đập theo chiều cao 12

Hình 1-6 Biểu đồ tỷ lệ xây dựng hồ chứa qua các giai đoạn từ 1975 đến nay 12

Hình 1-7 Biểu đồ tỷ lệ hồ chứa hư hỏng cần sửa chữa, nâng cấp ở Bình Định 13

Hình 1-8 Biểu đồ tỷ lệ các dạng hư hỏng của đập đất 13

Hình 1-9 Biểu đồ tỷ lệ các dạng hư hỏng cống lấy nước 14

Hình 1-10 Đập Chánh Hùng; chống thấm bằng tường nghiêng sân phủ bằng đất 25

Hình 1-11 Đập Hóc Thánh; chống thấm bằng tường nghiêng, chân răng thượng lưu 25

Hình 1-12 Đập Cẩn Hậu; đập hai khối 26

Hình 1-13 Đập Suối Đuốc; đập hai khối 26

Hình 1-14 Đập Ông Lành; đập nhiều khối 26

Hình 2-1 Các loại phần tử 45

Hình 2-2 Minh họa phân tích ổn định theo phương pháp cân bằng giới hạn 46

Hình 2-3 Mặt cắt ngang đập có tường nghiêng chống thấm kết hợp sân phủ bằng đất có hệ số thấm nhỏ 47

Hình 2-4 Mặt cắt ngang đập có tường nghiêng chống thấm bằng vải địa kỹ thuật (Bentomat) – Công trình Hồ chứa nước Sông Biêu, Ninh Thuận 49

Hình 2-5 Mặt cắt ngang đập có tường nghiêng chống thấm bằng tấm bê tông – Công trình Hồ chứa suối nước ngọt, Ninh Thuận 50

Hình 2-6 Giải pháp chống thấm bằng tường nghiêng, chân răng thượng lưu 50

Hình 2-7 Giải pháp tường cừ kết hợp với tường nghiêng chân răng 53

Hình 2-8 Giải pháp tường cừ kết hợp với tường lõi + chân răng 53

Hình 2-9 Mặt cắt ngang đập nhiều khối, chống thấm bằng hào bentonite (Hồ chứa nước Ia M’Láh, Gia Lai) 57

vi

Hình 2-10 Đường bão hòa trong đánh giá an toàn đập theo tiêu chí thấm 63

Hình 2-12 Đường bão hòa giới hạn dưới 65

Hình 2-13 Biểu đồ quan hệ (agh ~ MNTL) ứng với môt trường hợp 66

Hình 2-14 Biểu đồ quan hệ (Lgh ~ MNTL) ứng với một trường hợp 68

Hình 3-1 Mặt cắt D31 – hiện trạng 79

Hình 3-2 Các kết quả tính toán thấm và ổn định mặt cắt hiện trạng 80

Hình 3-3 Mặt cắt D31 – tường nghiêng kết hợp với sân phủ 83

Hình 3-4 Mặt cắt D31 – tường nghiêng+hào chống thấm Bentonite 83

Hình 3-5 Đường bão hòa giới hạn trên ứng với Kmin=Kcp=1,30 90

Hình 3-7 Biểu đồ quan hệ (MNTL ~ agh) ứng với các mặt cắt D14 92

Hình 3-8 Biểu đồ quan hệ (MNTL ~ agh) ứng với các mặt cắt D38 92

Hình 3-9 Biểu đồ quan hệ (agh ~ Ldọc đập ) ứng với các MNTL khác nhau 94

vii

DANH MỤC ẢNH

Ảnh 1.1 Đập Nurek ở Tajikistan cao 310m, hiện là đập đất cao nhất thế giới 7

Ảnh 1.2 Đập Núi Cốc -Thái Nguyên 10

Ảnh 1.3 Đập Ea- Soup - Đắk Lắk 10

Ảnh 1.4 Tả trạch – Thừa Thiến Huế 100

Ảnh 1.5 Đập Thuận Ninh - Bình Định 100

Ảnh 1-6 Hồ chứa nước Hóc Thánh 15

Ảnh 1-7 Hồ chứa nước Giao Hội 15

Ảnh 1-8 Hồ chứa nước Đồng Quang 15

Ảnh 1-9 Hồ chứa nước Hố Cùng 15

Ảnh 1-10 Thiệt hại do vỡ đập South Fork (Pensylvania, Hoa Kỳ, 1889) 17

Ảnh 1-11 Hồ Suối Hành sau khi sửa chữa xong 18

Ảnh 1-12 Hồ Suối Trầu sau khi sửa chữa xong 20

Ảnh 1-13 Sự cố vỡ đập Am Chúa – Khánh Hòa 21

Ảnh 1-14 Sự cố vỡ đập Z20 (KE 2/20 REC) 22

Ảnh 1-15 Thi công chân khay chống thấm – đập Trong Thượng 27

Ảnh 2-1 thi công cừ BTCT ứng suất trước 53

Ảnh 2-2 Khoan phụt xử lý nền 54

Ảnh 2-3 Sơ đồ nguyên lý Công nghệ Jet-grouting 55

Ảnh 2-4 Thi công tường hào bentonite 58

Ảnh 3-1 Bản đồ vị trí công trình 70

Ảnh 3-2 Lòng hồ chứa nước Mỹ Thuận 72

Ảnh 3-3 Thấm tại mái hạ lưu đập [25] 76

Ảnh 3-4 Mặt đập ghồ ghề, mái thượng lưu đập chưa gia cố [25] 77

viii

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1-1 Số lượng đập vật liệu địa phương ở các nước trên thế giới (nguồn internet) 7

Bảng 3-1 Thông số kỹ thuật hồ Mỹ Thuận 71

Bảng 3-2 Kết quả tính toán các đặc trưng dòng chảy năm 73

Bảng 3-3 Kết tính toán quả dòng chảy năm thiết kế hồ Mỹ Thuận 73

Bảng 3-4 Các chỉ tiêu cơ lý đất nền 74

Bảng 3-5 Chỉ tiêu cơ lý của bãi vật liệu đất đắp đập 74

Bảng 3-6 Kết quả tính lưu lượng thấm đơn vị và Gradient thấm cho 02 phương án 84

Bảng 3-7 Bảng tổng hợp khối lượng các phương án 86

Bảng 3-8 Bảng tổng hợp kinh phí XD+TB các phương án (109đ) 87

Bảng 3-9 Các trường hợp tính toán ổn định đập đất 88

Bảng 3–10 Kết quả tính toán ổn định đập của phương án chọn 89

Bảng 3-11 Kết quả agh tính với mặt cắt D31 91

Bảng 3 –12 Kết quả giá trị agh tại mặt cắt D14 và D38 91

1

MỞ ĐẦU

I Tính cấp thiết của Đề tài:

Bình Định là một tỉnh ven biển Nam Trung bộ, nằm ở tọa độ từ 13042' đến 14042' Vĩ

độ Bắc và 108039' đến 109022' Kinh độ Đông, có diện tích tự nhiên 6.026 km2, bao gồm thành phố Quy Nhơn và 10 huyện, thị xã với dân số khoảng 1,6 triệu người Phía bắc giáp Quảng Ngãi, phía Nam giáp Phú Yên, phía Tây giáp Gia Lai và phía Đông giáp Biển Đông Bình Định cách thủ đô Hà Nội 1.065 km và cách thành phố Hồ Chí Minh 680 km

Là một trong 5 tỉnh nằm trong vùng trọng điểm kinh tế Nam Trung Bộ với địa lý quan trọng trong giao lưu phát triển kinh tế xã hội, vị trí vai trò quan trọng trong bảo vệ an ninh quốc phòng Bình Định có vị trí trung tâm trên các tuyến giao lưu quốc tế và liên vùng tuyến trục Bắc - Nam và hành lang Đông - Tây của Miền Trung với hệ thống giao thông tương đối phát triển với tuyến đường sắt Bắc Nam, tuyến đường bộ QL 1A

và QL 19, sân bay Phù Cát và cảng Quy Nhơn

- Trên địa bàn tỉnh Bình Định có 165 đập hồ chứa nước thủy lợi Trong đó:

+ Có 05 hồ chứa có dung tích trên 10 triệu m3 gồm: hồ Vạn Hội – huyện Hoài Ân, hồ Hội Sơn - huyện Phù Cát, hồ Thuận Ninh – huyện Tây Sơn, hồ Núi Một - huyện An Nhơn và hồ Định Bình - huyện Vĩnh Thạnh

+ Có 04 hồ chứa có dung tích từ (5 – 10) triệu m3 gồm: Hồ Thạch Khê - huyện Hoài

Ân, hồ Mỹ Bình – huyện Hoài Nhơn, hồ Hội Khánh – huyện Phù Mỹ và hồ Diêm Tiêu – huyện Phù Mỹ

+ Có 47 hồ chứa có dung tích từ (1 – 5) triệu m3, gồm: huyện An Lão 02 hồ; huyện Hoài Ân 08 hồ; huyện Hoài Nhơn 08 hồ; huyện Phù Mỹ 11 hồ; huyện Vĩnh Thạnh 03 hồ; huyện Phù Cát 07 hồ; huyện Tây Sơn 02 hồ; huyện An Nhơn 01 hồ; huyện Vân Canh 04 hồ; Thành phố Quy Nhơn 01 hồ

2

+ Có 68 hồ chứa có dung tích từ (0,2 – 1) triệu m3, gồm: huyện An Lão 02 hồ; huyện Hoài Ân 13 hồ; ; huyện Hoài Nhơn 09 hồ; huyện Phù Mỹ 32 hồ; huyện Phù Cát 14 hồ; huyện Tây Sơn 12 hồ; huyện Vân Canh 01 hồ; huyện Tuy Phước 04 hồ

+ Còn lại 38 hồ chứa có dung tích nhỏ hơn 0,2 triệu m3

+ Có 38 hồ chứa có chiều cao đập trên 15m

Các hồ đập nhỏ trên địa bàn tỉnh phần lớn được xây dựng từ những năm 80, có hệ số thiết kế tưới, tiêu thấp và tần suất tính phòng lũ chưa xét đến yếu tố ảnh hưởng bởi biến đổi khí hậu; thiếu kinh phí nên xây dựng không hoàn chỉnh từ đầu mối đến kênh mương, thiết bị lạc hậu, chắp vá nên hiện nay bị xuống cấp nghiêm trọng, mặt đập, mái thượng và hạ lưu chưa được gia cố, thân móng đập bị thấm nước, cống lấy nước bị

rò rỉ, tràn xả lũ bị xói lở do chưa được gia cố, lòng hồ bị bồi lấp nên khả năng trữ nước

và khả năng đảm bảo an toàn hồ đập thấp Toàn tỉnh có 38 đập có hiện tượng thấm

nước; đập trượt mái, sạt trượt vai đập; bị lún; bị xói lở hạ lưu… dự kiến đưa vào chương trình Sửa chữa An toàn đập của Chính phủ do WB tài trợ, trong đó có

Hồ chứa nước Mỹ Thuận

Nghiên cứu biện pháp xử lý hợp lý thấm qua nền và thân đập hồ chứa nước Mỹ Thuận

là một trong những yêu cầu quan trọng trong thiết kế, thi công công trình và yêu cầu thực tế của địa phương hiện nay Việc hiểu biết đầy đủ về những đặc tính, điều kiện ứng dụng, biện pháp chống thấm khi thiết kế, thi công sẽ góp phần đảm bảo sự làm việc ổn định của các công trình xây dựng đặc biệt các công trình hồ chứa

Đề tài “Nghiên cứu giải pháp hợp lý xử lý thấm qua nền và thân đập đất của hồ

chứa vừa và nhỏ ở tỉnh Bình Định, ứng dụng cho công trình hồ chứa nước Mỹ Thuận” tập trung phân tích các đặc tính của đất, các yếu tố gây thấm, những biến

dạng của công trình, các nguy cơ hiện hữu… ; Nghiên cứu và đề xuất giải pháp xử lý, thi công để đảm bảo ổn định cho công trình Đề tài có ý nghĩa khoa học và thực tiễn trong điều kiện hiện nay khi hệ thống Đập đất của tỉnh Bình Định có chủ trương mở rộng, nâng cấp để ứng phó với biến đổi khí hậu Trong đó phải kể tới tác động rõ rệt nhất là lượng mưa có cường độ mưa tăng dần và mưa tập trung, gây nên các trận lũ

3

lớn, bất thường, vượt tần suất thiết kế … điều này mang lại nhiều tác động bất lợi đối với sự an toàn của các hồ chứa trên địa bàn tỉnh

II Mục đích của Đề tài:

Nghiên cứu các yếu tố tác động đến sự hình thành dòng thấm, chế độ thấm như quá trình khảo sát, thiết kế, thi công để xác định nguyên nhân chính dẫn đến sự cố thấm qua đập

Cơ sở khoa học và thực tiễn của các giải pháp xử lý thấm qua nền đập đất, ưu nhược điểm và phạm vi ứng dụng từng giải pháp; Tính toán biện pháp xử lý đảm bảo ổn định thấm cho đập đất ở hồ chứa vừa và nhỏ bằng phần mềm Seep/w

Lựa chọn được giải pháp hợp lý cho việc xử lý thấm qua nền và thân đập đất của Hồ chứa nước Mỹ Thuận, tỉnh Bình Định

III Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu:

a) Cách tiếp cận:

- Thông qua việc nghiên cứu các sự cố về đập, các tài liệu của một số cơ quan Nghiên cứu, Khảo sát Thiết kế, Thi công và Quản lý xây dựng loại đập đắp bằng vật liệu địa phương khu vực Miền Trung

- Khảo sát, nghiên cứu thực địa tại hồ chứa nước Mỹ Thuận, tỉnh Bình Định

b) Phương pháp nghiên cứu:

- Tổng hợp các kết quả nghiên cứu đã có qua việc điều tra thu thập các đập vật liệu địa phương đã xây dựng xảy sự cố và xử lý thấm thành công trong khu vực nghiên cứu

- Dùng phương pháp phần tử hữu hạn để phân tích kiểm tra thấm : Sử dụng phần mềm Seep/w

- Tính toán cụ thể thông qua việc so sánh kết quả tìm được của phương pháp chọn

4

IV Kết quả đạt được:

- Tìm ra được các nguyên nhân hư hỏng gây mất an toàn cho các công trình hồ chứa vừa

và nhỏ ở tỉnh Bình Định qua việc so sánh, đánh giá, phân tích được mức độ an toàn của các công trình đã được xây dựng;

- Lựa cho ̣n hình thức kết cấu, giải pháp thiết kế và công nghệ thi công xử lý phù hợp với điều kiện công trình tại Bình Định;

- Đề xuất cơ sở khoa học hoặc công nghệ xử lý mất nước qua nền và thân đập phù hợp với địa chất chung của Bình Định;

- Vận dụng kết quả nghiên cứu để thiết kế, thi công sữa chữa hồ chứa nước Mỹ Thuận, tỉnh Bình Định

-oo0oo -

5

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐẬP ĐẤT VÀ THẤM QUA NỀN, THÂN ĐẬP ĐẤT

1.1 Khái quát chung về tình hình xây dựng đập vâ ̣t liê ̣u đi ̣a phương

Đập vật liệu địa phương là loại đập được xây dựng bằng các loại đất đá hiện có ở vùng xây dựng như: sét, á sét, á cát, cát, sỏi… Đập đất - đá có cấu tạo đơn giản, vững chắc,

có khả năng cơ giới hoá cao khi thi công và thường có giá thành thấp nên là loại đập được ứng dụng rộng rãi nhất trong hầu hết các nước trên thế giới

Đập đất - đá là loại đập không tràn, có nhiệm vụ dâng nước và giữ nước trong các hồ chứa hoặc cùng với các loại đập và công trình khác tham gia nhiệm vụ dâng nước trong các hệ thống thuỷ lợi, thuỷ điện…[1]

1.1.1 Trên thế giới

Hồ chứa nước trên thế giới được xây dựng và phát triển rất đa dạng, phong phú Đến nay trên thế giới đã xây dựng hơn 1.400 hồ có dung tích hơn 100 triệu mét khối nước mỗi hồ với tổng dung tích các hồ là 4.200 tỷ mét khối

Theo tiêu chí phân loại của Ủy ban Quốc tế về đập lớn (ICOLD), hồ có dung tích từ một triệu mét khối nước trở lên hoặc chiều cao đập trên 15 mét, thuộc loại hồ đập lớn

Hình 1-1 Biểu đồ phân bố hồ đập lớn trên thế giới

Xây dựng và sử dụng hồ chứa nước trên thế giới đã trải qua lịch sử phát triển lâu đời Cách đây hơn 6 nghìn năm người Trung Quốc và Ai Cập đã biết sử dụng vật liệu tại chỗ để đắp đập ngăn sông suối tạo thành hồ chứa Thời kỳ cổ đại, hồ Vicinity tại Menphis thuộc thung lũng sông Nin (Ai Cập) có xây đập đá đổ cao 15 m, dài 45 m Trong khoảng 4 nghìn năm Trước Công nguyên, cùng với sự phát triển rực rỡ của các nền văn minh cổ đại Ai Cập, Trung Quốc, Hy Lạp, La Mã, Ấn Độ kỹ thuật xây dựng hồ đập trên thế giới cũng không ngừng phát triển Người Nam Tư xây dựng đập Mardook ở thung lũng sông Tigris Người Saba xây đập đá đổ Marib cao 32,5 m dài 3200 m Đến nay, thực tế phát triển xây dựng các hồ chứa nước lớn trên thế giới

đã được khẳng định mục đích và yêu cầu sử dụng của mỗi hồ trong từng khu vực đối với từng quốc gia là khác nhau

Ảnh 1.1 Đập Nurek ở Tajikistan cao 310m, hiện là đập đất cao nhất thế giới

(nguồn Internet)

7

Trong thế kỷ XX, xây dựng đập tạo hồ chứa phát triển mạnh cả về số lượng và quy

mô, hình thức Cứ 10 năm sau, số lượng đập hồ được xây dựng nhiều hơn tổng số các đập hồ của các năm trước đó Chiều cao đập từ chỗ vài mét của buổi ban đầu, đến chiều cao đập lên tới 10 m  15 m (ở thế kỷ XV), đến 200 m (ở thế kỷ XX), rồi đến trên 300 m như hiện nay Từ chỗ đập bằng vật liệu địa phương đến đập bằng bê tông, bê tông trọng lực, đập vòm, đập trụ chống, đập liên vòm Từ đập bê tông thường đến đập bê tông đầm lăn

Bảng 1-1 Số lượng đập vật liệu địa phương ở các nước trên thế giới (nguồn internet)

Qua bảng 1-1 cho thấy rằng Việt Nam là nước có nhiều đập lớn so với thế giới (đứng thứ

16) và nếu so với các nước Đông Nam Á thì Việt Nam có số lượng đập lớn đứng đầu

sau đó đến Thái Lan rồi Indonesia

1.1.2 Ở Việt Nam

8

Hồ chứa nước ở Việt Nam là biện pháp công trình chủ yếu để chống lũ cho các vùng

hạ du; cấp nước tưới ruộng, công nghiệp, sinh hoạt, phát điện, phát triển du lịch, cải tạo môi trường nuôi trồng thuỷ sản, phát triển giao thông, thể thao, văn hoá

Theo thời gian, trước năm 1964 việc xây dựng hồ chứa diễn ra chậm, có ít hồ chứa được xây dựng trong giai đoạn này Sau năm 1964, đặc biệt từ khi nhà nước thống nhất thì việc xây dựng hồ chứa phát triển mạnh Từ năm 1976 đến nay số hồ chứa xây dựng mới chiếm 67% Không những tốc độ phát triển nhanh, mà cả về quy mô công trình cũng lớn lên không ngừng Hiện nay, đã có nhiều hồ lớn, đập cao ở những nơi có điều kiện tự nhiên phức tạp

Theo số liệu Phòng Kế hoạch, Cục Quản lý xây dựng công trình, Bộ Nông nghiệp và PTNT tính đến 01/4/2014, tổng dung tích (theo thiết kế) hồ chứa thủy lợi là 12.477 triệu m3 với 6.080 hồ chứa các loại Chia ra:

- Đồng bằng sông Hồng: 448 hồ chứa với tổng dung tích 619 triệu m3

- Trung du và miền núi phía Bắc: 2.169 hồ chứa với 1259 triệu m3

- Bắc trung bộ và Duyên hải miền trung: 2.296 hồ chứa với 7066 triệu m3

- Tây nguyên: 1.069 hồ chứa với 1389 triệu m3

- Đông Nam bộ và TP Hồ Chí Minh 86 hồ chứa với 2137 triệu m3

- Đồng bằng sông Cửu Long 12 hồ chứa với 8 triệu m3

Hình 1-2 Biểu đồ tỷ lệ phân bố hồ đập lớn ở Việt Nam

9

Trong đó hồ có dung tích từ 10 triệu m3 nước có 103 hồ, dung tích từ 3,0 đến cận 10 triệu m3 nước có 255 hồ, từ 1 đến 3 triệu m3 có 459 hồ, từ 0,2 đến 1 triệu m3 có 1.752

hồ, và hồ có dung tích nhỏ hơn 0,2 triệu m3 có 4.182 hồ Ngoài ra ngành Thủy điện có

29 hồ lớn với tổng dung tích trên 27 tỷ m3

nước Hầu hết các đập là vật liệu địa phương, xây dựng đã lâu và bằng thủ công…

Hình 1-3 Biểu đồ phân bố tỷ lệ hồ theo dung tích ở Việt Nam

Đập ngăn sông tạo hồ chứa có chiều cao không vượt quá 25 mét chiếm tới 87,18% Việc xây dựng những đập cao hơn 25 (m) đang bắt đầu được quan tâm đầu tư

Hình thức kết cấu và kỹ thuật xây dựng từng loại công trình ở hồ chứa nước còn đơn điệu ít có đổi mới, đa dạng hoá Áp dụng vật liệu mới, công nghệ mới đang bắt đầu Gần đây đập bằng vật liệu địa phương trong đó có đập đất đang phát triển với một tốc

độ nhanh chóng và hiện đang có xu hướng tiếp tục phát triển về số lượng cũng như quy mô công trình là do nhiều nguyên nhân, trong đó có những nguyên nhân chủ yếu sau đây:

Yêu cầu chất lượng của nền đối với đập đất không cao lắm so với những loại đập khác Đập đất hầu như có thể xây dựng được với bất kỳ điều kiện địa chất, địa hình và khí hậu nào Những vùng có động đất cũng có thể xây dựng được đập đất Ưu điểm này rất cơ bản, bởi vì càng ngày càng có ít những tuyến hẹp, có địa chất tốt thích hợp cho các loại đập bê tông cho nên các nước dần dần đi vào khai thác các tuyến rộng, nền yếu, chỉ thích hợp cho đập bằng vật liệu tại chỗ

10

Với những thành tựu nghiên cứu trong các lĩnh vực cơ học đất, lý luận thấm, trạng thái

ứng suất cùng với sự phát triển của công nghiệp chất dẻo làm vật chống thấm, người ta

có thể sử dụng được tất cả mọi loại đất hiện có ở vùng xây dựng để đắp đập và mặt cắt

đập ngày càng có khả năng hẹp lại Do đó giá thành công trình ngày càng hạ thấp và

chiều cao đập càng được nâng cao

Có khả năng cơ giới hóa hoàn toàn các khâu đào đất, vận chuyển và đắp đất với những

máy móc có công suất lớn do đó rút ngắn được thời gian xây dựng, hạ giá thành công

trình và hầu như dần dần có thể loại trừ hoàn toàn nhu cầu lao động thủ công

Giảm xuống đến mức thấp nhất việc sử dụng các loại vật liệu hiếm như xi măng, sắt,

thép v.v

Một số hình ảnh về xây dựng đập đất ở trong nước (nguồn Internet)

Ảnh 1.2 Đập Núi Cốc -Thái Nguyên Ảnh 1.3 Đập Ea- Soup - Đắk Lắk

Ảnh 1.4 Tả trạch – Thừa Thiến Huế Ảnh 1.5 Đập Thuận Ninh - Bình Định

11

1.2 Tình hình xây dựng đập vật liệu địa phương vừa và nhỏ ở Bình Định

Hiện nay theo số liệu thống kê của Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn tỉnh Bình Định có 165 hồ chứa nước, tổng dung tích 583 triệu m3[2]

1) Theo dung tích hồ:

+ Có 05 hồ chứa có dung tích trên 10 triệu m3 gồm: hồ Vạn Hội – huyện Hoài Ân, hồ Hội Sơn - huyện Phù Cát, hồ Thuận Ninh – huyện Tây Sơn, hồ Núi Một - huyện An Nhơn và hồ Định Bình - huyện Vĩnh Thạnh

+ Có 04 hồ chứa có dung tích từ (5 ÷ 10) triệu m3 gồm: Hồ Thạch Khê - huyện Hoài

Ân, hồ Mỹ Bình – huyện Hoài Nhơn, hồ Hội Khánh – huyện Phù Mỹ và hồ Diêm Tiêu – huyện Phù Mỹ

+ Có 47 hồ chứa có dung tích từ (1 ÷ 5) triệu m3, gồm: huyện An Lão 02 hồ; huyện Hoài Ân 08 hồ; ; huyện Hoài Nhơn 08 hồ; huyện Phù Mỹ 11 hồ; huyện Vĩnh Thạnh 03 hồ; huyện Phù Cát 07 hồ; huyện Tây Sơn 02 hồ; huyện An Nhơn 01 hồ; huyện Vân Canh 04 hồ; Thành phố Quy Nhơn 01 hồ

+ Có 68 hồ chứa có dung tích từ (0,2 ÷ 1) triệu m3, gồm: huyện An Lão 02 hồ; huyện Hoài Ân 13 hồ; huyện Hoài Nhơn 09 hồ; huyện Phù Mỹ 32 hồ; huyện Phù Cát 14 hồ; huyện Tây Sơn 12 hồ; huyện Vân Canh 01 hồ; huyện Tuy Phước 04 hồ

+ Còn lại 38 hồ chứa có dung tích nhỏ hơn 0,2 triệu m3

Hình 1-4 Biểu đồ phân bố tỷ lệ hồ đập theo dung tích

12

2) Theo chiều cao đập: Có 7 hồ đập cao từ 25 m trở lên; 38 hồ chứa nước có đập cao

từ 15m trở lên; 133 hồ chứa nước có đập cao dưới 15m, và chủ yếu là đập đất, tỷ lệ các

hồ đập nhỏ chiếm đa số với khoảng 80,6%

Hình 1-5 Biểu đồ phân bố tỷ lệ hồ đập theo chiều cao 3) Theo thời gian xây dựng: Hầu hết các hồ chứa nước được xây dựng từ năm 1975

cho đến nay Từ 1975 đến 1990 xây dựng 131 hồ chứa; từ 1990 đến 2002 xây dựng 21

hồ chứa; từ 2002 đến nay xây dựng 12 hồ chứa

Hình 1-6 Biểu đồ tỷ lệ xây dựng hồ chứa qua các giai đoạn từ 1975 đến nay 4) Theo chất lượng công trình xây dựng:

Theo thống kê phần lớn các hồ được xây dựng từ những năm 1990 trở về trước, lúc này công nghệ thi công và thiết kế còn yếu kém Qua một thời gian dài sử dụng, dưới tác động khắc nghiệt của thời tiết lại không được duy tu bảo dưỡng nên các công trỉnh

đã xuống cấp Từ năm 2003 đến nay trên địa bàn tỉnh Bình Định đã sửa chữa nâng cấp

13

44/133 hồ chứa do Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn Bình Định quản lý (có 31

hồ sửa chữa nâng cấp đập), còn lại khoảng 89/133 hồ chứa hư hỏng xuống cấp có

nguy cơ mất an toàn cần đầu tư sửa chữa, trong đó có 18 hồ chứa hư hỏng nghiêm trọng cần được ưu tiên sửa chữa nâng cấp [2]

Hình 1-7 Biểu đồ tỷ lệ hồ chứa hư hỏng cần sửa chữa, nâng cấp ở Bình Định 5) Theo sự cố trong đập: Qua kiểm tra thực tế và tập hợp số liệu từ các chủ hồ, phần

lớn những hư hỏng hiện nay của các hồ chứa trên địa bàn tỉnh Bình Định chủ yếu là các dạng sau [2]:

- Về đâ ̣p: chủ yếu là bị thấm qua nền , qua thân đâ ̣p , và thấm dọc theo cống lấy nước ;

mái thượng lưu bị sạt lở, đá lát khan bi ̣ xô tu ̣t; mái hạ lưu bị xói sa ̣t do nước mưa, thiếu rãnh thoát nước , thiếu vâ ̣t thoát nước ha ̣ lưu , chăn thả trâu bò ; cao đô ̣ và chiều rô ̣ng đỉnh đập không đảm bảo, không có đường quản lý hoặc có nhưng bi ̣ hư hỏng, không sử dụng được trong mùa mưa lũ

Hình 1-8 Biểu đồ tỷ lệ các dạng hư hỏng của đập đất

14

- Về cống lấy nước: Phần lớn các hồ chứa được xây dựng từ những năm 1990 nên cống

lấy nước đã xuống cấp , hư hỏng Thân cống bi ̣ bị lún , nứt, khớp nối rò rỉ Đất chống thấm quanh thân cố ng không bảo đảm chất lượng gây thấm do ̣c thân cống Cầu công tác cũng bị lún, nứt Máy đóng mở, cửa van thường tru ̣c tră ̣c , rò rỉ nước Hiê ̣n nay vẫn còn 31/133 hồ chứa có cống lấy nước kiểu bâ ̣c thang Đây là hình thức cố ng lấy nước lạc hậu, vâ ̣n hành khó khăn, nguy hiểm, rò rỉ nước lớn, cần nâng cấp thay thế

Hình 1-9 Biểu đồ tỷ lệ các dạng hư hỏng cống lấy nước

- Về tràn xả lũ: Phần lớ n các tràn xả lũ có hình thức tràn tự do bằng đá xây , bê tông Vẫn còn 46/133 hồ chứa có tràn xả lũ đă ̣t trên nền đất tự nhiên bi ̣ xói lở trầm tro ̣ng Có 10/133 hồ chứa vừa và lớn có tràn xả lũ bằng bê tông cốt thép , có cửa xả sâu và thiết bị đóng mở; 36/133 hồ chứa có cửa phai gỗ trên tràn để tích thêm nước sau lũ Chỉ có 29/133 hồ có tràn xả lũ đáp ứng yêu cầu tiêu chuẩn TCVN 285:2002 Có tới 82/133 tràn xả lũ bị hư hỏng ở dốc nước và bể tiêu năng (chiếm 60%), trong đó 39/133 hư hỏng nặng (chiếm 30%) Kênh dẫn ha ̣ lưu bi ̣ xói lở , hành lang thoát lũ sau tràn không đươ ̣c quy hoa ̣ch hoă ̣c bi ̣ lấn chiếm [2]

Đánh giá chung: Nhìn chung các hồ chứa đã xây dựng trên địa bàn tỉnh Bình Định từ

trước đến nay số lượng cần sửa chữa nâng cấp rất nhiều chiếm tỷ lệ khoảng 67% trên tổng số 133 hồ chứa nhỏ do các địa phương tự quản lý Công tác quản lý vâ ̣n hành hồ chứa, bảo quản an toàn đập của các chủ hồ rất đáng lo ngại , hầu như không có cán bô ̣ chuyên môn về quản lý hồ , đâ ̣p Các chủ hồ không có hồ sơ kỹ thuâ ̣t của công trình (chỉ có 11/133 chủ hồ có hồ sơ thiết kế), không thực hiê ̣n quan trắc, ghi chép các thông số kỹ thuâ ̣t của hồ, đâ ̣p theo quy đi ̣nh Công tác duy tu bảo dưỡng thường xuyên không đươ ̣c quan tâm đúng mức , chỉ đến khi công trình bị hư hỏng nặng , chủ hồ mới trình

15

xin ngân sách nhà nước đầu tư UBND huyê ̣n, xã chưa quan tâm xây dựng phương án phòng, chống lu ̣t bão cho các hồ chứa và ha ̣ du Chỉ có 20/133 hồ chứa có phương án phòng, chống lu ̣t bão Phương án phòng , chống lu ̣t bão cho các hồ , đâ ̣p thường chỉ đươ ̣c đề câ ̣p chung chung trong phương án phòng , chống lu ̣t bão của huyê ̣n , xã Viê ̣c đăng ký an toàn đâ ̣p theo quy đi ̣nh của Nghị định số 72/2007/NĐ-CP ngày 07/5/2007 thực hiện chưa đầy đủ Chỉ có 57/133 hồ đăng ký an toàn đâ ̣p năm 2008 Trong đó nguy cơ mất an toàn cần sửa chữa nâng cấp khẩn cấp chiếm tỷ lệ 34% mà nguyên nhân mất an toàn chủ yếu vẫn là do thấm 91/133 hồ chiếm 68,4%, hư hỏng cống lấy nước 31/133 hồ chiếm 23,3%, tràn xả lũ đặt trên nền đất tự nhiên bị xói lở trầm trọng

khoảng 46/133 hồ chiếm 34,6% Danh mục hồ chứa hư hỏng xem Phụ lục 1

Một số hình ảnh về hư hỏng đập đất ở Bình Định [3]

Ảnh 1-6 Hồ chứa nước Hóc Thánh Ảnh 1-7 Hồ chứa nước Giao Hội

Ảnh 1-8 Hồ chứa nước Đồng Quang Ảnh 1-9 Hồ chứa nước Hố Cùng

16

1.3 Đánh giá các hư hỏng và sự cố của đập vật liệu địa phương dưới tác dụng của dòng thấm

1.3.1 Đặc điểm về sự cố các công trình thủy lợi

Sự cố các công trình thủy lợi có những đặc điểm sau đây:

- Phần lớn các công trình đập đất được xây dựng trước những năm 1990, thời kỳ đất nước còn nhiều khó khăn, trình độ kinh tế - xã hội nói chung còn thấp, các nhu cầu dùng nước chưa cao, tiêu chuẩn thiết kế còn hạn chế, các nguồn vốn đầu tư cho thủy lợi còn eo hẹp, năng lực khảo sát thiết kế thi công, quản lý còn nhiều bất cập, chưa có kinh nghiệm, nên công trình đã thiết kế và xây dựng không tránh khỏi các nhược điểm: chưa đồng bộ, chất lượng thấp, thiếu mỹ quan, chưa hiện đại, hiệu quả đầu tư chưa cao, chưa thật an toàn Trải qua thời gian dài khai thác, hầu hết các công trình đều có

hư hỏng, xuống cấp hoặc có sự cố Các công trình xây dựng sau năm 1990 và các năm gần đây có nhiều tiến bộ hơn, độ an toàn và bền vững cao hơn, nhưng vẫn có công trình bị sự cố, do các bài học kinh nghiệm về tồn tại của các công trình chưa được tổng kết kịp thời để rút kinh nghiệm Các nguyên nhân phổ biến là do khảo sát, thiết kế, thi công;

- Các hạng mục công trình xảy ra sự cố có cả các công trình đầu mối, hệ thống kênh, công trình thủy công

- Sự cố xảy ra không phải chỉ có ngay sau khi hoàn thành công trình mà thường là nhiều năm Tuy nhiên sự cố lớn và nghiêm trọng thường xảy ra ngay khi gặp lũ cực lớn như vỡ đập Vệ Vừng ở tỉnh Nghệ An và rất nhiều đập nhỏ khác; trong quá trình thi công như sự cố cống Hiệp Hòa ở hệ thống thủy nông Đô Lương ở tỉnh Nghệ An, sự cố sạt kênh dẫn và vỡ đập ở sông Mực tỉnh Thanh Hóa, sự cố lần thứ 3 đập Suối Trầu ở tỉnh Khánh Hòa, sự cố đập Cà Giây tỉnh Bình Thuận ; Hoặc ở năm tích nước đầu tiên, xả lũ đầu tiên như sự cố vỡ đập suối Trầu lần thứ 1, lần thứ 2, vỡ đập Suối Hành,

vỡ đập Am Chúa, đều xảy ra tại tỉnh Khánh Hòa, vỡ đập Họ Võ ở tỉnh Hà Tĩnh …

- Những sự cố nghiêm trọng khác là do sự cố nhỏ xảy ra từ từ nhưng không được xử lí,

để tiếp diễn lâu ngày tích tiểu thành đại (cống Trung Lương ở thành phố Hải Phòng,

Mỹ, xói tràn Nam Thạch Hãn…)

1.3.2 Một số sự cố công trình thấm qua nền và thân đập gây vỡ đập điển hình, nguyên nhân và giải pháp khắc phục

1.3.2.1 Trên thế giới (Đập South Fork): (nguồn Internet)

Đập South Fork ở Mỹ được khởi công xây dựng vào năm 1857 để cung cấp nước sinh hoạt và làm hồ vui chơi cho câu lạc bộ những người đánh cá Đập cao 21.5 m, đỉnh đập dài 284 m, đáy rộng 61 m, dung tích hồ 60 triệu m3 Thượng lưu đắp bằng đất không thấm nước có lát mái bảo vệ, hạ lưu có lăng trụ đá và lớp lọc bằng cát sỏi Trong đập không có tường tâm và các hình thức chống thấm khác

Ảnh 1-10 Thiệt hại do vỡ đập South Fork (Pensylvania, Hoa Kỳ, 1889)

Từ năm 1862 nhân dân gần đó đã lo lắng về hiện tượng thấm qua cống lấy nước ở đáy đập, và trước khi “thảm họa” xảy ra, con đập ở bang Pensylvania liên tục được cảnh báo rò rỉ nước ở nhiều chỗ nhưng các kỹ sư không thể vá xuể

18

Tháng 5/1889 khi lượng mưa vượt quá sức chứa của hồ, nước tràn trên đỉnh đập với chiều dài 92 m gây vỡ đập (dạng rãnh xói ở trên rộng 130m, phía dưới sát nền rộng 7 m) Vật liệu bị cuốn trôi 68.800 m3 Vụ vỡ đập South Fork xảy ra năm 1889 đã đi vào lịch sử nền kinh tế số 1 thế giới với 2.209 người thiệt mạng

Nguyên nhân xảy ra sự cố là do chiều dài đường tràn xả lũ không đủ (chỉ bằng một nửa chiều dài thiết kế)

*Nguyên nhân

Khi thí nghiệm vật liệu đất đã bỏ sót không thí nghiệm 3 chỉ tiêu rất quan trọng là độ tan rã, độ lún ướt và độ trương nở, do đó đã không nhận diện được tính hoàng thổ rất

19

nguy hiểm của các bãi từ đó đánh giá sai lầm chất lượng đất đắp đập

Do việc đất trong thân đập không đồng nhất, độ chặt không đều cho nên sinh ra việc lún không đều, những chỗ bị xốp đất bị tan rã khi gặp nước gây nên sự lún sụt trong

thân đập, dòng thấm nhanh chóng gây nên luồng nước xói xuyên qua đập làm vỡ đập

Không có biện pháp xử lý độ ẩm thích hợp cho đất đắp đập vì có nhiều loại đất khác nhau có độ ẩm khác nhau, bản thân độ ẩm lại thay đổi theo thời tiết nên nếu ngưới thiết kế không đưa ra giải pháp xử lý độ ẩm thích hợp sẽ ảnh hưởng rất lớn đến hiệu quả đầm nén và dung trọng của đất Điều này dẫn đến kết quả trong thân đập tồn tại nhiều k khác nhau

Lựa chọn kết cấu đập không hợp lý Khi đã có nhiều loại đất khác nhau thì việc xem đập đất là đồng chất là một sai lầm lớn, lẽ ra phải phân mặt cắt đập ra nhiều khối có các chỉ tiêu cơ lý lực học khác nhau để tính toán an toàn ổn định cho toàn mặt cắt đập Khi đã có nhiều loại đất khác nhau mà tính toán như đập đồng chất cũng là 1 nguyên

nhân quan trọng dẫn đến sự cố đập Suối Hành

Trong thi công cũng có rất nhiều sai sót như bóc lớp đất thảo mộc không hết, chiều dày rải lớp đất đầm quá dày trong khi thiết bị đầm nén lúc bấy giờ chưa được trang bị đến mức cần thiết và đạt yêu cầu, biện pháp xử lý độ ẩm không đảm bảo yêu cầu chất lượng, xử lý nối tiếp giữa đập đất và các mặt bê tông cũng như những vách đá của vai đập không kỹ cho nên thân đập là tổ hợp của các loại đất có các chỉ tiêu cơ lý lực học không đồng đều, dưới tác dụng của áp lực nước sinh ra biến dạng không đều trong thân đập, phát sinh ra những kẽ nứt dần dần chuyển thành những dòng xói phá hoại

toàn bộ thân đập

b/ Sự cố vỡ đập Suối Trầu – Khánh Hòa [4]

Đập Suối Trầu – Khánh Hoà khởi công xây dựng năm 1977 Đập đất đồng chất, đập chính cao 19,6m (hmax), đỉnh đập dài 280 m; đập phụ cao 7,6m (hmax), đỉnh đập dài 191m, dung tích hồ 9,81 triệu m3 Công trình đã được sửa chữa hoàn thiện năm 1983 (sau 4 lần sự cố), đến nay đã làm việc an toàn

* Sự cố vỡ đập

20

Đập Suối Trầu ở Khánh Hoà bị sự cố 4 lần:

- Lần thứ 1: năm 1977, vỡ đập chính lần thứ nhất

- Lần thứ 2: năm 1978, vỡ đập chính lần thứ 2

- Lần thứ 3: năm 1980, xuất hiện lỗ rò qua đập chính

- Lần thứ 4: năm 1983, sụt mái thượng lưu nhiều chỗ, xuất hiện 7 lỗ rò ở đuôi cống

Ảnh 1-12 Hồ Suối Trầu sau khi sửa chữa xong

* Nguyên nhân

- Về thiết kế: xác định sai dung trọng thiết kế Trong khi dung trọng khô đất cần đạt  = 1,84T/m3 thì chọn dung trọng khô thiết kế k = 1,5T/m3 cho nên không cần đầm, chỉ cần đổ đất cho xe tải đi qua đã có thể đạt dung trọng yêu cầu, kết quả là đập hoàn toàn

bị tơi xốp

- Về thi công: đào hố móng cống quá hẹp không còn chỗ để người đầm đứng đầm đất

ở mang cống Đất đắp không được chọn lọc, nhiều nơi chỉ đạt dung trọng khô k = 1,4T/m3, đổ đất các lớp quá dày, phía dưới mỗi lớp không được đầm chặt

21

* Sự cố vỡ đập

Sau khi chuẩn bị khánh thành thì lũ về làm nước hồ dâng cao, xuất hiện lỗ rò từ dưới mực nước dâng bình thường rồi từ lỗ rò đó chia ra làm 6 nhánh như những vòi của con bạch tuộc xói qua thân đập làm cho đập vỡ hoàn toàn chỉ trong 6 tiếng đồng hồ

- Thi công không đảm bảo chất lượng, đầm đất không đạt dung trọng nên khi hồ bắt đầu chứa nước, đất không được cố kết chặt, gặp nước thì tan rã

* Giải pháp khắc phục chính

- Đắp khôi phục lại đoạn đập bị vỡ

- Xử lý chống thấm bằng hào xi măng – bentonite

d Sự cố đập Z20 (KE 2/20 REC) – huyện Hương Khê, tỉnh Hà Tĩnh [5]

22

Hồ chứa Z20 được đưa vào sử dụng năm 2008, đập đất cao 12.5 m, cống lấy nước bê tông cốt thép có đường kính D = 0.6 m

* Sự cố vỡ đập

Sự cố xảy ra rạng sáng ngày 06-06-2009, đập bị vỡ tại vị trí cống lấy nước; thân cống

bị gãy ngang, bị nước cuốn trôi về hạ lưu; nền cống bị xói sâu đến 3m

Ảnh 1-14 Sự cố vỡ đập Z20 (KE 2/20 REC)

* Nguyên nhân:

Thứ nhất là do đắp đất xung quanh thân cống không được đầm chặt đảm bảo yêu cầu chống thấm Trong đó thiết kế lỗi là không quy định cụ thể về chỉ tiêu đất đắp xung quanh cống, thi công không thực hiện đầy đủ quy trình đắp đất thủ công xung quanh cống và kiểm tra chất lượng đất đắp và không giám sát đầy đủ quá trình đắp quanh thân cống và lấy mẫu kiểm tra chất lượng

Thứ hai là mái hố móng bờ trái đào quá dốc, không đảm bảo nối tiếp an toàn giữa thân đập và bờ trái Trong đó, thiết kế có lỗi khi không ghi chú rõ ràng yêu cầu làm chân khay ở đáy đập và rãnh thoát nước ở chân hạ lưu đập đoạn vai trái; thi công thì đào mái hố móng phía trái quá dốc, không theo đúng bản vẽ thiết kế, không làm chân khay

ở đáy đập và rãnh thoát nước ở hạ lưu chân đập đoạn vai trái và giám sát không phát hiện những sai khác của thi công so với thiết kế để xử lý kịp thời

1.3.2.3 Đánh giá nguyên nhân:

23

Qua một số sự cố vỡ đập nêu trên có thể rút ra một số nguyên nhân chủ yếu sau đây:

Các hồ chứa bị sự cố được xây dựng từ lâu: Tiêu chuẩn thiết kế còn hạn chế, năng lực

khảo sát, thiết kế, thi công, quản lý còn nhiều bất cập Công tác khảo sát địa chất không đánh giá hết tính phức tạp của đất đắp đập, đặc biệt là đất duyên hải Nam Trung

Bộ Nhiều đơn vị khảo sát thiếu tính chuyên nghiệp, cán bộ có ít kinh nghiệm dẫn đến nhiều sai sót trong đánh giá bản chất của đất Công tác thiết kế kiểm tra thấm và ổn định, xác định các chỉ tiêu đất đắp còn sơ sài, chưa hiểu được tầm quan trọng của việcxác định dung trọng đắp đập dẫn đến xác định sai các chỉ số này; Xác định kết cấu đập không đúng, nhiều lúc rập khuôn máy móc, không phù hợp với tính chất của các loại đất trong thân đập dẫn đến đập làm việc không đúng với sức chịu của từng khối đất; Chuỗi đo tài liệu thủy văn quá ngắn do vậy có trường hợp chỉ chọn lũ đơn nhưng thực

tế lại xảy ra lũ kép; Thời gian lũ tập trung nhanh hơn do rừng mất thảm thực vật; Chọn vị trí xây đập không hợp lý, bị dòng chảy thúc thẳng vào thân đập, khoét thành

lỗ thủng, xói ngầm và vỡ đập; Đống đá tiêu nước hạ lưu nhỏ, thậm chí có nhiều công trình không có vật thoát nước hạ lưu…

- Đập đất thi công không đảm bảo yêu cầu kỹ thuật: Thiết bị thi công hạn chế, nhiều

hạng mục thi công thủ công; khi thi công chưa tuân thủ đúng các tiêu chuẩn kỹ thuật, nhiều đơn vị thi công không chuyên nghiệp, không hiểu rõ được tầm quan trọng của từng chỉ số được quy định trong thiết kế nên dẫn đến những sai sót rất nghiêm trọng nhưng lại không hề biết; Khi thi công nền đập không vét sạch bùn, túi cát ở chân khay;

Xử lý không tốt chỗ tiếp xúc giữa vai đập và nền, giữa hai bên thân cống với đất đắp; Đất đắp không đạt dung trọng theo yêu cầu của thiết kế hoặc đất đắp đập có lẫn nhiều sỏi sạn, ít thành phần sét…

Công tác quản lý hồ đập chưa hợp lý: Bộ máy, nhân lực quản lý không đáp ứng yêu

cầu kỹ thuật Trong quá trình quản lý thiếu quan trắc về thuỷ lực, thuỷ văn; không thường xuyên kiểm tra, đánh giá các tác động của dòng thấm; Một số sự cố như: cửa van tràn như kẹt, đứt dây cáp, cống dưới đập bị hỏng gãy, hư khớp nối … không phát

hiện kịp thời Công tác duy tu bảo dưỡng thường xuyên không được thực hiện, chỉ

quan tâm khi có sự cố công trình Hầu hết các đập bị sự cố đều do thấm qua thân đập hoặc nền, tuy nhiên không được kiểm tra, đánh giá và xử lý kịp thời

24

1.4 Các kết quả đã nghiên cứu thiết kế đập vật liệu địa phương tại Bình Định

Bình Định là một tỉnh thuộc duyên hải Nam Trung Bộ, địa hình chia cắt mạnh tạo ra chế độ khí hậu, thủy văn phức tạp Mùa khô thường có nguy cơ xảy ra hạn hán, ngược lại vào mùa mưa, bão thường sinh ra lụt lội Để từng bước hạn chế những thiệt hại do Khí hậu - Thủy văn gây ra và phát huy tối đa những mặt thuận lợi mà nguồn tài nguyên khí hậu - thủy văn mang lại phục vụ cho phát triển kinh tế, xã hội Trong đó giải pháp trọng tâm là xây dựng các hồ chứa nước nhằm điều tiết phục vụ sản xuất, sinh hoạt và tham gia cắt lũ nhằm hạn chế thấp nhất những thiệt hại do mưa lũ gây ra Hầu hết các công trình dâng nước của hồ chứa trong tỉnh Bình Định là đập đất Có 2 dạng mặt cắt đập điển hình đó là đập một khối và đập nhiều khối

Các đập đã được xây dựng trước đây khi công nghệ thiết kế, thi công còn hạn chế thường là đập một khối, không có giải pháp chống thấm, tiêu nước hạ lưu vì vậy, hầu như các hồ này đã bị hư hỏng, xuống cấp nghiêm trọng

Từ những năm 2002 trở lại đây các đập xây dựng thường là đập nhiều khối Các giải pháp chống thấm cho đập và nền cũng rất đa dạng tùy theo địa hình, địa chất từng vùng mà có những giải pháp chống thấm khác nhau

Hiện nay trong tổng số 165 hồ đã xây dựng thì có 32 hồ xây dựng mới, 44 hồ đã sửa chữa nâng cấp, vì vậy có thể khái quát chung một số giải pháp chống thấm chủ yếu cho các dạng mặt cắt đập điển hình ở Bình Định như sau:

1/ Đối với các đập đất sửa chữa, nâng cấp (44/133 hồ do Sở Nông Nghiệp & PTNT tỉnh quản lý đã được sửa chữa, nâng cấp), giải pháp chống thấm đuợc sử dụng là các giải pháp như sau:[3]

a) Với các đập có chiều dày tầng thấm T>5,0m và nền là cuội sỏi lẫn đá tảng lăn, sừ dụng giải pháp chống thấm bằng tường nghiêng sân phủ bằng đất, điển hình như đập Chánh Hùng (Phù Cát)

25

3 4 5

Tường nghiêng chống thấm bằng đất; K=7,5e-6

Sân phủ chống thấm bằng đất; K=7,5e-6

Đ 1 2 3a

CỌC C21

m=3,0

m=2,527.00

16.00 16.00 15.50

MNDBT=25.80

15.50

856 80 1425 500 875 300 2250

23.50

21.50

Hình 1-10 Đập Chánh Hùng; chống thấm bằng tường nghiêng sân phủ bằng đất

b) Với các đập cĩ chiều dày tầng thấm nhỏ T <= 5,0m, kể cả với nền cĩ tầng thấm mạnh như cát, cuội sỏi Giải pháp chống thấm là bằng tường nghiêng kết hợp chân răng thượng lưu, điển hình như đập Đại Sơn ( Phù Mỹ), đập Giao Hội (Hồi Nhơn), đập Hĩc Thánh (Tây Sơn), đập Kim Sơn (Hồi Ân), đập Hĩc Cau (Phù Cát)

Cọc:C5 Km:0+136.60

Hình 1-11 Đập Hĩc Thánh; chống thấm bằng tường nghiêng, chân răng thượng lưu 2/ Đối với các đập đất được đầu tư xây dựng mới thường là đập nhiều khối [3]

Giải pháp chống thấm chủ yếu là bằng lõi giữa kết hợp chân răng bằng đất cĩ hệ số thấm nhỏ, cĩ thể kể đến như: đập Thuận Ninh (Tây Sơn), đập Ơng Lành (Vân Canh), đập Cẩn Hậu (Hồi Nhơn), đập Quang Hiển (Vân Canh), đập Suối Đuốc (Vân Canh), đập Trong Thượng (An Lão) … Ngồi ra tuỳ theo địa chất nền nếu tầng khơng thấm

là nền đá nứt nẻ thì sử dụng giải pháp khoan phụt bằng vữa ximăng – sét như đập Đá Mài (Vân Canh)

Dưới đây là một số hình ảnh đã được thiết kế, thi cơng

26

Hình 1-12 Đập Cẩn Hậu; đập hai khối

Hình 1-13 Đập Suối Đuốc; đập hai khối

5 5

Hình 1-14 Đập Ông Lành; đập nhiều khối

*/ Đề xuất giải pháp chống thấm hợp lý cho các dạng mặt cắt đập điển hình ở Bình

Định

Các giải pháp chống thấm như đã trình bày ở trên là phù hợp với thực tế đồng thời mang tính đại diện cho các dạng mặt cắt đập điển hình ở Bình Định cũng như đại diện cho các vị trí xây dựng của từng vùng và đã phát huy tính hiệu quả Do vậy Tác giả đề xuất các giải pháp hợp lý chống thấm cho các mặt cắt đập điển hình ở Bình Định cơ bản gồm các giải pháp sau:

1/ Đối với các đập khi sửa chữa, nâng cấp nên chọn giải pháp chống thấm bằng tường nghiêng kết hợp sân phủ hoặc tường nghiêng kết hợp chân răng thượng lưu bằng đất

có hệ số thấm nhỏ;

2/ Đối với các đập mới thường có kết cấu từ hai khối trở lên, nên chọn khối thượng lưu

là khối chống thấm (nếu đủ vật liệu chống thấm) hoặc tường lõi mềm bằng đất có hệ

28

số thấm nhỏ (nếu vật liệu chống thấm ít) kết hợp chân răng Ngoài ra, tùy theo điều kiện cụ thể của từng đập mà có thể áp dụng hình thức khoan phụt vữa xi măng – sét chống thấm cho nền;

3/ Một số trường hợp đập có kết cấu đặc biệt: tùy theo điều kiện, công nghệ và giá thành xây dựng mà có thể áp dụng các hình thức chống thấm khác bằng các loại vật liệu và công nghệ chống thấm mới

-oo0oo -

29

CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ CHỐNG THẤM QUA NỀN, THÂN ĐẬP ĐẤT

2.1 Phương pháp tính thấm

2.1.1 Lý thuyết chung về thấm qua công trình đất

Lý thuyết về sự vận động của chất lỏng (nước, dầu mỏ ) trong đất, đá nứt nẻ hoặc môi trường xốp nói chung, gọi là lý thuyết về thấm Việc nghiên cứu vận động của chất lỏng trong môi trường đất, đá có ý nghĩa quan trọng trong thực tế Đặc biệt trong công trình thủy lợi lý thuyết về thấm có vai trò quan trọng như cần xác định các đặc trưng của thấm qua đập đất, qua đê quai thi công hố móng, thấm vào hố móng, thấm dưới đáy công trình bê tông, thấm vòng qua vai đập, thấm vòng quanh bờ Trong thiết kế công trình thủy lợi phải tính toán xác định các đặc trưng của dòng thấm như áp lực thấm, lưu lượng thấm, Gradient cũng có nghĩa là giải quyết bài toán thấm, khi đó mới đủ điều kiện để đánh giá ổn định và độ bền của công trình

2.1.1.1 Các loại dòng thấm

(1) Dòng thấm ổn định

Dòng thấm được coi là ổn định khi các đặc trưng của dòng thấm như lưu lượng (q), lưu tốc (v), áp suất thủy động (p), gradient (J) không phụ thuộc thời gian mà chỉ phụ thuộc vào các tọa độ không gian Các đường dòng cũng không đổi theo thời gian và trùng với đường quỹ đạo chuyển động của chất điểm

(2) Dòng thấm không ổn định

Dòng thấm được coi là không ổn định khi các yếu tố đặc trưng của dòng thấm không những phụ thuộc vào tọa độ không gian mà còn phụ thuộc vào thời gian Khi dòng thấm chuyển động không ổn định, ở mỗi điểm trong dòng thấm véc tơ tốc độ thay đổi theo thời gian, nên các đường dòng cũng thay đổi theo thời gian Các đường dòng này cho biết hướng và trị số của tốc độ ở những điểm khác nhau trên nó tại một thời điểm cho trước (t1) Còn quỹ đạo vận động của chất điểm là đường cong di chuyển của chất



vde

n 0.2375

.0

1

 <Reth=7,5÷9 (2-1) Trong đó: - Re hệ số Raynols

- Reth hệ số Raynols giới hạn

- v lưu tốc thấm

- de đường kính hạt mịn ≤1mm Mỗi nhà khoa học theo kinh nghiệm của mình đưa ra một số công thức để xác định hệ

số Raynols nên giá trị Reth cũng khác nhau

Trong thực tế, dòng thấm chảy tầng xảy ra ở môi trường đất sét, á sét, đất cát, cát hạt mịn (d≤1mm), đối với điều kiện cốt đất không dịch chuyển

(4) Dòng thấm chảy rối

Khi nước vận động trong các lỗ rỗng và khe nứt lớn của đá thì có dạng chảy rối, tức là không tuân theo định luật thấm đường thẳng (định luật Đacxy) mà nó tuân theo những định luật khác – định luật thấm phi tuyến Loại dòng thấm này xảy ra trong môi trường đất rời hòn lớn, môi trường cuội sỏi, đá hộc, đá dăm và môi trường đá nứt nẻ

(5) Dòng thấm không áp

Thấm qua đê, qua thân đập đất, qua bờ kênh, thấm vòng quanh bờ các công trình thủy lợi là các dòng thấm không áp Nghĩa là khi biên phía trên của miền thấm là mặt bão

31

hòa hoặc mặt đất thì dòng thấm không bị giới hạn và là dòng thấm không áp Giao tuyến của mặt phẳng thẳng đứng với mặt bão hòa tạo nên đường bão hòa Trên mặt bão hòa áp lực nước thấm bằng áp lực khí trời (áp suất trên mặt bão hòa bằng áp suất khí quyển), thuật ngữ không áp được hiểu theo nghĩa không có áp lực dư Trong trường hợp dòng thấm ổn định thì dòng bão hòa chính là đường dòng đầu tiên

(6) Dòng thấm có áp

Thấm qua đáy công trình thủy lợi, qua tầng cát dưới đê thông nước trực tiếp với sông thuộc loại các dòng thấm có áp Nghĩa là khi biên trên của dòng thấm bị chặn bởi đáy các công trình, tầng phủ không thấm nước hoặc thấm nước rất yếu, dòng thấm bị giới hạn là dòng thấm có áp Tại các điểm khác nhau trên giới hạn, áp lực nước thấm khác nhau và lớn hơn áp lực khí trời (áp suất ở biên trên của miền thấm lớn hơn áp suất khí quyển), thuật ngữ có áp được hiểu theo nghĩa có áp lực dư

(7) Dòng thấm một chiều

Các quy luật vận động dọc theo các quỹ đạo của dòng thấm hoàn toàn giống nhau Ở

đó trên tiết diện có phương vuông góc với phương của véc tơ tốc độ thấm, tại tất cả các điểm không những có chiều song song mà còn có độ dài bằng nhau Ví dụ vận động của nước ngầm từ kênh đến sông qua núi phân thủy hẹp

(8) Dòng thấm hai chiều

Hiện tượng thấm qua thân đê, đập đất là ví dụ cổ điển của dòng thấm hai chiều Biến dạng của đường dòng chảy chủ yếu xảy ra trong mặt phẳng đứng còn mặt bằng có tính chất song phẳng

Khi nước vận động trong môi trường lỗ rỗng mà tất cả các véc tơ tốc độ của chất điểm vận động song song với một mặt phẳng cho trước ta sẽ có dòng thấm hai chiều

Dòng thấm phẳng ngang: thấm trong tầng chứa nước có kích thước theo mặt cắt ngang rất lớn nhưng theo chiều dày (phương đứng) không lớn, biến dạng của dòng chủ yếu xảy ra trong mặt bằng, còn trên mặt thẳng đứng dòng chảy có tính chất song song

32

(9) Dòng thấm không gian (ba chiều)

Khi nước dưới đất vận động trong môi trường lỗ rỗng mà các đường dòng không song song với bất kỳ mặt phẳng cho trước nào, thì vận động đó gọi là dòng không gian – ba chiều Có thể lập công thức dòng thấm bằng cách mở rộng phương trình dòng thấm hai chiều, để đưa vào chiều thứ ba Trong thực tế công trình thủy công, dòng thấm trong thân đập có chiều dài đập ngắn, dòng thấm vòng quanh vai đập, dòng thấm tiếp xúc tại những nơi tiếp xúc giữa đập đất và công trình bê tông là ví dụ về dòng thấm ba chiều

2.1.1.2 Định luật thấm cơ bản

Khi nghiên cứu thấm qua đập đất cũng như chuyển động của chất lỏng trong môi trường xốp và không biến dạng nói chung, không thể nghiên cứu sự chuyển động phức tạp của nước trong các kẽ rỗng không có quy luật, cho nên dòng thực của chất lỏng len lỏi trong lỗ rỗng của đất được thay bằng dòng chất lỏng tượng trưng chứa đầy trong toàn bộ thể tích của lỗ rỗng và hạt rắn của đất Như vậy những đặc trưng trong bình như lưu tốc, áp lực, lưu lượng trong đó lưu tốc trung bình mang tính chất tượng trưng còn áp lực và lưu lượng có giá trị thực [7]

(1) Định luật thấm Darcy

Năm 1856, nhà bác học người Pháp Henry Darcy đã tìm ra định luật cơ bản về thấm Định luật được phát biểu như sau: “Lưu tốc thấm tỉ lệ bậc nhất với gradient thủy lực” hoặc “tổn thất cột nước trong dòng thấm tỉ lệ bậc nhất với lưu tốc thấm”

Công thức biểu diễn của định luật: J =

-L

h L

V: Lưu tốc thấm trung bình trên toàn mặt cắt (cm/s)

K: Hệ số thấm của đất (cm/s)

33

J: gradient thủy lực thấm J =

-L

h L

(2) Các định luật thấm phi tuyến [8]

Nước dưới đất vận động thường có tốc độ nhỏ và tuân theo định luật Darcy Còn khi nước vận động trong các lỗ rỗng và khe nứt lớn thì có đặc tính giống sự vận động của nước trong các đường ống và kênh hở, tức là vận động với vận tốc lớn Dạng vận động

đó gọi là chảy rối Trong trường hợp này vận động của nước dưới đất không còn tuân theo quy luật tuyến tính nữa mà theo các định luật khác

34

J: gradient thủy lực thấm

Trong đó a, b là các thông số phụ thuộc vào đặc tính của môi trường lỗ rỗng Khi tốc

độ thấm nhỏ thì bv2=0 có thể bỏ qua, khi đó phương trình (2-7) chuyển thành phương trình thấm tuyến tính Khi tốc độ thấm lớn, số hạng lớn nhất (a.v) nhỏ hơn số hạng thứ hai (b.v2) rất nhiều, khi đó nhận được công thức Xêzi-Kraxnoponxki

Như vậy công thức Prôni cho phép xác định tất cả các dạng vận động của nước dưới đất trong môi trường lỗ rỗng So với các công thức khác, công thức (2-8) có nhiều ưu điểm vì các thông số a, b không phụ thuộc yếu tố thủy động lực của dòng thấm

2.1.1.3 Nghiên cứu về thấm qua đập đất và nền

(1) Nguyên nhân gây thấm

Đất là đối tượng hỗn hợp nhiều pha

- Pha rắn là các hạt cốt đất

- Pha lỏng là nước

- Pha khí là không khí trong lỗ rỗng giữa các hạt cốt đất

Nước trong đất có thể ở những trạng thái khác nhau: nước ở thể hơi, nước ở thể bám chặt, nước ở thể màng mỏng, nước mao dẫn, nước trọng lực

Không khí trong lỗ rỗng của đất ngoài tương tác với nước ở dạng hơi, không khí còn hòa tan ở trong nước, khoảng 2% thể tích nước [8]

Theo tính chất bão hòa nước, môi trường đất thấm nước chia làm hai loại: đất bão hòa nước và đất không bão hòa nước

Đất bão hòa là môi trường chỉ bao gồm hai pha là cốt đất và nước chứa đầy trong các

lỗ rỗng Đất không bão hòa là hỗn hợp nhiều pha Ngoài ba pha: cốt đất, nước, không khí thì mặt phân cách khí nước nơi diễn ra sức căng mặt ngoài, còn được xem là một pha độc lập thứ tư [8]