Bài viết đánh giá hiệu quả của một hệ thống GGA cụ thể tại K160÷161 đê Tả Hồng trên cơ sở các số liệu quan trắc thực nghiệm, từ đó đúc rút kinh nghiệm cho công tác khảo sát, thiết kế, thi công và vận hành nhằm tối ưu hóa khả năng hoạt động cho hệ thống GGA có vai trò quan trọng đảm bảo an toàn cho hệ thống đê.
Trang 1NGHIÊN CỨU HIỆU QUẢ HỆ THỐNG GIẾNG GIẢM ÁP
K160÷161 ĐÊ TẢ HỒNG
BÙI VĂN TRƯỜNG *
Research effects of pressure relief wells K160 ÷ 161 left red river dike Abstract: This paper presents the results of empirical observation technical
parameters of pressure relief wells K160÷161 left Red rive dike From that analysis, performance assessment and proposals management solutions, operational safety and improve the efficiency of the relief wells
Keywords: Experimental efficiency, pressure reducing wells, the Red River dike
1 ĐẶT VẤN ĐỀ *
Giếng giảm áp (GGA) là giải pháp kỹ thuật
được áp dụng khá phổ biến để xử lý biến dạng
thấm (BDT) đảm bảo an toàn cho hệ thống đê
(hình 1) GGA có ưu điểm là tốn ít diện tích nên
đối với những đoạn đê có mật độ dân cư đông
đúc, phía sông không có bãi, việc áp dụng các
giải pháp khác như đắp tầng phản áp hạ lưu
(TPA), sân chống thấm (SCT) và tường chống
thấm (TCT) gặp nhiều khó khăn thì GGA là giải
pháp có tính khả thi cao
Hình 1 Hệ thống giếng đào giảm áp tại
K160÷161 đê Tả Hồng
Hiện nay việc giải phóng mặt bằng để thực
hiện dự án thường gặp nhiều khó khăn, vật liệu
* Đại học Thủy lợi
175 Tây Sơn - Đống Đa - Hà Nội
Email: buitruongtb@gmail.com
đất đắp khan hiếm, để nâng cấp hệ thống đê ứng phó với biến đổi khí hậu và nước biển dâng, nếu áp dụng rộng rãi các giải pháp truyền thống như TPA, SCT sẽ không thể có
đủ khối lượng đất để đắp và như vậy công trình cũng sẽ chiếm dụng mặt bằng rất lớn, ảnh hưởng đến quỹ đất, ảnh hưởng kiến trúc
hạ tầng, môi trường sinh thái, mỹ quan của vùng và sự phát triển kinh tế xã hội dải ven
đê Trong điều kiện đó, GGA được xem là một trong những giải pháp ưu việt và khá linh hoạt Tuy nhiên, hiệu quả của hệ thống GGA phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố của địa hệ Tự nhiên - kỹ thuật (TNKT) dải ven đê, phương pháp tính toán thiết kế, đặc biệt là kỹ thuật thi công lắp đặt và bảo dưỡng hệ thống giếng Việc nghiên cứu, đánh giá hiệu quả của một hệ thống GGA cụ thể tại K160÷161 đê Tả Hồng trên cơ sở các số liệu quan trắc thực nghiệm, từ đó đúc rút kinh nghiệm cho công tác khảo sát, thiết kế, thi công và vận hành nhằm tối ưu hoá khả năng hoạt động cho hệ thống GGA có vai trò quan trọng đảm bảo an toàn cho hệ thống đê
2 TÁC DỤNG, CẤU TẠO CỦA GIẾNG ĐÀO GIẢM ÁP
Giếng đào giảm áp có tác dụng giảm áp lực của dòng thấm ở nền đê, biến dòng thấm tự nhiên thành dòng thấm chủ động, có thể kiểm soát, từ đó ngăn chặn các hình thức BDT như
Trang 2xúi ngầm, đựn đất, giữ cho nền đờ được ổn định
Giếng đào giảm ỏp được bố trớ theo tuyến dọc
đờ, cỏch chõn đờ phớa đồng từ 20m đến 40m Độ
sõu của giếng phụ thuộc vào cấu trỳc nền đất,
sao cho giếng cắm sõu vào tầng chứa nước
khoảng 0,5-1,0m Thụng thường giếng cú độ
sõu từ 5m đến 8m Khi giếng hoạt động, nước
ỏp lực trong tầng chứa nước được thoỏt qua đỏy
giếng, chảy vào rónh thu rồi thoỏt ra ngoài
Thõn giếng được lắp ghộp từ cỏc khoanh giếng
đỳc sẵn bằng bờ tụng cốt thộp cú đường kớnh
1,01,2m , giữa cỏc khoanh giếng cú lớp vải địa
kỹ thuật bọc lút phớa ngoài và bắt ộp chắc chắn
với nhau bằng đai thộp Đỏy giếng cú thiết kế
tầng lọc ngược, dưới cựng là cỏt hạt thụ dày
0,2m sau đú đến lớp vải địa kỹ thuật
(Geostextile), trờn cựng là lớp cuội sỏi hoặc đỏ
dăm cỡ 1020mm, dày 0,5m
3 THIẾT KẾ, THI CễNG HỆ THỐNG
GIẾNG GIẢM ÁP
Giếng đào giảm ỏp được xõy dựng thử
nghiệm trờn đoạn K160ữ161 đờ Tả Hồng
(Hỡnh 1&2) Tại đõy hệ thống GĐGA được
thiết kế theo một tuyến dọc đờ gồm 5 giếng,
cỏch chõn đờ 2022m, khoảng cỏch giữa cỏc
giếng là 10m, giếng sõu 5 m, đường kớnh
giếng D=1.0m Vị trớ xõy dựng hệ thống
GĐGA là khu vực nền đờ xung yếu, thường
xuất hiện tập đoàn mạch đựn Hệ thống quan
trắc gồm 8 giếng khoan được bố trớ theo một
tuyến song song và một tuyến vuụng gúc với
tuyến GĐGA và tuyến đờ (hỡnh 3)
Lưu lượng thoỏt của giếng được xỏc định
theo cụng thức Cụdơni :
t
a a
r
r R
KaS
Q
2 cos 5
1 lg
73
,
0
, trong đú :
Q- Lưu lượng thoỏt của giếng;
K- Hệ số thấm của tầng chứa nước;
a - Chiều sõu ngập của giếng vào TCN;
S- Độ hạ thấp mực ỏp lực của giếng;
r0- Bỏn kớnh của giếng;
R- Bỏn kớnh ảnh hưởng của giếng;
t - Chiều dày tầng chứa nước
Kết quả tớnh toỏn lưu lượng thoỏt nước của giếng được trỡnh bày ở bảng 1
Kỹ thuật thi cụng giếng cú ảnh hưởng quan trọng đến chất lượng, hiệu quả của GGA Giếng đào giảm ỏp thường được thi cụng theo phương phỏp truyền thống, đào, đỏnh thụt từng đoạn buy Phương phỏp này thường gặp khú khăn do nước cú ỏp, theo đú chất lượng thi cụng giếng cũng khú được đảm bảo nếu khụng cú giải phỏp
xử lý phự hợp Bơm nước tạo ỏp và xúi đất là cụng nghệ thi cụng cú nhiều ưu điểm và cú tớnh khả thi cao (hỡnh 2)
Hỡnh 2 Thi cụng giếng đào giảm ỏp tại
K160ữ161 đờ Tả Hồng
Giếng quan trắc
Giếng đào giảm áp QS1
G1
QS7
QS8
QS6
QS5
QS4
QS3 QS2
QS1 G5
G4 G3
G2 G1
Chú giải :
Đê chính Khu dân sinh
Phía Sông hồn
g
QS1 QS1Tuyến quan trắc
Bổng Điền
Bách Thuận
Tân Lập
Hỡnh 3 Sơ đồ bố trớ hệ thống GGA và giếng quan trắc tại K160ữ161 đờ Tả Hồng
Trang 3Bảng 1 Lưu lượng tính toán của hệ thống giếng giảm áp
4 KẾT QUẢ QUAN TRẮC
Công tác quan trắc địa chất thuỷ văn và các
thông số kỹ thuật của hệ thống GGA được thực
hiện trong mùa lũ năm 1996, 2003, 2004 Lưu
lượng thoát của mỗi giếng được đo trực tiếp tại
cửa thoát của giếng Mực nước áp lực (MNAL) trong tầng chứa nước dưới tầng phủ được đo tại các giếng quan trắc và giếng nước sinh hoạt Kết quả quan trắc lưu lượng thoát và độ hạ thấp MNAL của giếng được trình bày ở bảng 2&3
Bảng 2 Lưu lượng thoát của hệ thống giếng đào giảm áp ứng với các mức lũ
Bảng 3 Độ hạ thấp mực nước áp lực (S, m) của hệ thống GGA ứng với các mức lũ
Thời gian
quan trắc
Mực
lũ
Khoảng cách từ tim đê ( L, m)
24 m (QS1)
47 m (QS2)
62 m (QS3)
96 m (QS4) 171 m (QS5)
5 HIỆU QUẢ CỦA HỆ THỐNG GIẾNG
GIẢM ÁP
Kết quả thực tế cho thấy, GĐGA là giải pháp
có hiệu quả tốt, trong một khoảng thời gian dài
trong khu vực nền đê được xử lý không còn xuất
hiện mạch đùn GĐGA dễ thi công, giá thành rẻ
Tuy nhiên kết quả quan trắc ở bảng 2 cũng cho
thấy, lưu lượng thoát thực tế của giếng đạt thấp
hơn khá nhiều so với số liệu tính toán ban đầu và
giảm dần không đồng đều Theo số liệu quan trắc
năm 1996, trong 5 giếng đã thi công, có 3 giếng
đạt lưu lượng Q > 0,30l/s, 1 giếng đạt 0,21l/s và 1
giếng chỉ đạt 0,09l/s Hầu hết các giếng có lưu
lượng thoát đạt 55%80% lưu lượng tính toán, có giếng chỉ đạt 22% Khả năng thoát nước của giếng cũng suy giảm theo thời gian (bảng 2) Sau 8 năm (từ 1996 đến 2004), lưu lượng thoát của giếng chỉ còn 16%54% lưu lượng tính toán Độ hạ thấp MNAL của giếng phụ thuộc vào mực nước lũ, vị trí, khoảng cách và “tuổi thọ” của giếng Ở mức đỉnh lũ năm 1996, thời điểm hệ thống giếng xây dựng được 1 năm, MNAL tại vị trí chân đê giảm được 0,64m, ở gần giếng giảm 0,86m, cách tim đê
về phía đồng 172m giảm được 0,2m
Năm 1996 ở mức lũ 4.51m, MNAL tại chân
đê giảm được 0,31m, ở gần giếng giảm được
Trang 40.40m Nhưng đến năm 2004 với mức lũ 4,58m,
MNAL tại chõn đờ chỉ giảm được 0,20m, ở gần
giếng giảm được 0,25m Rừ ràng, hiệu quả giảm ỏp của hệ thống giếng cú sự suy giảm theo thời gian
1.50
1.60
1.70
1.80
1.90
2.00
Khoảng cách từ tim đê (L, m)
H, m
Hỡnh 2 Đường hạ thấp mực nước ỏp lực theo mặt cắt ngang tuyến giếng giảm ỏp ở mức lũ BĐIII
Để nhỡn nhận cụ thể hơn về hiệu quả hoạt động
của hệ thống GGA theo thời gian, đó sử dụng
phần mềm Visual Modflow phiờn bản 4.2.0.151
mụ phỏng hệ thống GGA trong mụ hỡnh địa hệ
TNKT dải ven đờ theo mụ hỡnh bài toỏn thấm 3D
Kết quả mụ hỡnh đó xỏc lập được trường phõn bố
ỏp lực thấm, phễu hạ thấp MNAL ở nền đờ ứng
với từng thời điểm lũ (hỡnh 3) Hỡnh dạng, kớch
thước của phễu phụ thuộc vào mức lũ và khả năng
thoỏt nước của hệ thống giếng Dựng phương
phỏp chập bản đồ phiễu hạ thấp MNAL tại từng
thời điểm (thiết kế, 1996, 2004) với bản đồ
MNAL cho phộp, dễ dàng xỏc định được phạm vi
(diện tớch) cú nguy cơ phỏt sinh BDT tương ứng ở
từng thời điểm Tổng hợp loạt bản đồ này cho
phộp thành lập được bản đồ đỏnh giỏ hiệu quả của
hệ thống GGA theo thời gian (hỡnh5) Đõy là bức tranh rất trực quan về hiệu quả của hệ thống GGA Tại thời điểm sau 1 năm hoạt động (năm 1996), phạm vi được đảm bảo ổn định thấm chỉ đạt 76%
so với thiết kế ban đầu và sau 8 hoạt động (từ
1996 đến 2004), phạm vi cú nguy cơ phỏt sinh BDT gia tăng 21% Như vậy, sự suy giảm hiệu quả của hệ thống giếng theo thời gian là rất rừ ràng Nguyờn nhõn chủ yếu do keo sắt kết tủa, dớnh bỏm và bụi sột làm tắc tầng lọc Phương phỏp tớnh toỏn, khối lượng khảo sỏt cũn hạn chế chưa phản ỏnh đầy đủ cấu trỳc địa chất phức tạp ở nền
đờ là yết tố dẫn đến hiệu quả tớnh toỏn cũn chưa sỏt với thực tế
Chỳ giải: tuyến đờ; 2.5 đường đẳng mực nước ỏp lực thực tế;
2.7 đường đẳng mực nước ỏp lực cho phộp
Hỡnh 3 Phễu hạ thấp mực nước ỏp lực của hệ thống GGA ở mức lũ BĐII
Trang 54 Khi cã GGA theo tÝnh to¸n lý thuyÕt :
Khi cã GGA theo quan tr¾c n¨m 2004 : Khi kh«ng cã giÕng gi¶m ¸p :
Ph¹m vi ph¸t sinh BDT :
3 +
2 +
1 + Khi cã GGA theo quan tr¾c n¨m 1996 :
2 + 3 +
3 + 4 4 4
2 4 3
1
S«ng hång
Khu d©n sinh Kªnh dÉn
S«ng
§ª chÝnh
Chó gi¶i :
§ª bèi
B¸ch thuËn
Hình 5 Sơ đồ đánh giá hiệu quả của hệ thống giếng giảm áp theo thời gian
6 KẾT LUẬN
- GĐGA là giải pháp mang lại hiệu quả tốt, dễ
thi công, giá thành rẻ Tuy nhiên, hiệu quả thoát
nước và giảm áp của GGA suy giảm theo thời
gian Nguyên nhân chủ yếu do keo sắt dính bám
và bụi sét làm tắc tầng lọc Để đảm bảo an toàn
cho công trình, cần định kỳ bảo dưỡng hệ thống
giếng theo đúng kỹ thuật
- Những nơi nền đê có tầng chứa nước nằm
nông, sử dụng giải pháp GĐGA là phù hợp Nên
mở rộng giải pháp này ở nơi có điều kiện thích
hợp, đồng thời có thể kết hợp với TPA có chiều
rộng, chiều dày phù hợp để nâng cao hiệu quả xử
lý BDT ở nền đê Khi sử dụng giải pháp này, cần
khảo sát, thu thập đầy đủ, chính xác các tài liệu
môi trường địa chất nền đê
- Trong điều kiện thích hợp nên kết hợp GGA
làm giếng khai thác nước thường xuyên để cung
cấp nước cho sinh hoạt của dân cư và tưới Như
thế sẽ có tác dụng giảm hiện tượng kết tủa gây tắc
giếng, nâng cao hiệu quả của giếng
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Tạ Văn Kha, Vũ Cao Minh (1997), Một
số kết quả bước đầu nghiên cứu hiệu quả hạ
thấp áp lực nước ngầm bằng giếng giảm áp,
Các báo cáo khoa học, Hội nghị khoa Địa chất công trình với sự nghiệp Cộng nghiệp hoá - Hiện đại hoá đất nước, Hà Nội
[2] Bùi Văn Trường (2004), Nghiên cứu,
đánh giá khả năng ổn định thấm nền đê sông tỉnh Thái Bình, Báo cáo đề tài khoa học cấp
tỉnh, Thái Bình
[3] Bùi Văn Trường, Phạm Văn Tỵ (2008),
Biến dạng thấm nền đê sông tỉnh Thái Bình và một số kết quả nghiên cứu, Báo cáo tuyển tập
công trình khoa học, Hội thảo khoa toàn quốc Tai biến địa chất và giải pháp phòng chống, Hà Nội [4] Bùi Văn Trường, Phạm Văn Tỵ (2009),
Nghiên cứu, dự báo biến dạng thấm ở nền đê sông tỉnh Thái Bình bằng phương pháp mô hình không gian, Tạp chí Khoa học kỹ thuật Mỏ -
Địa chất số 25/01-2009, Hà Nội
[5] TCVN 8413 : 2010 Công trình thủy lợi – Vận hành và bảo dưỡng hệ thống giếng giảm áp cho đê
[6] TCVN 9157 : 2012 Công trình thủy lợi – Giếng giảm áp – Yêu cầu thi công, kiểm tra và nghiệm thu
[7] Waterloo Hydrogeologic, Visual Modflow 4.2.0.151, Canada
Người phản biện: PGS.TS ĐOÀN THẾ TƯỜNG