Nghiên cứu lựa chọn phương pháp hợp lý tôn cao đập đất để đáp ứng yêu cầu và nhiệm vụ mới áp dụng cho đập thành sơn tỉnh ninh thuận

Sơ đồ đập với khối áp trúc hạ lưu có thiết bị thoát nước kiểu áp mái.. Một số năm gần đây đập bằng vật liệu địa phương trong đó có đập đất đang phát triển với tốc độ nhanh chóng và hiện

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn thạc sĩ với đề tài “Nghiên cứu lựa chọn phương pháp hợp

lý tôn cao đập đất để đáp ứng yêu cầu và nhiệm vụ mới, áp dung cho đập Thành Sơn

tỉnh Ninh Thuận” là công trình nghiên cứu của bản thân tôi Các nội dung và kết quả trình bày trong luận văn là trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình khoa học nào còn các thông tin tài liệu, bảng biểu … lấy từ các nguồn khác đều được

dẫn nguồn đầy đủ theo quy định Nếu nội dung luận văn không đúng với cam kết tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm

Ninh Thuận, ngày …tháng….năm 2017

Tác gi ả

Nguy ễn Thị Sang

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình nghiên cứu và thực hiện luận văn với đề tài “Nghiên cứu lựa chọn phương pháp hợp lý tôn cao đập đất để đáp ứng các yêu cầu và nhiệm vụ mới, áp

d ụng cho đập Thành Sơn tỉnh Ninh Thuận” tác giả đã nhận được rất nhiều sự giúp

đỡ từ thầy cô, bạn bè và gia đình

Trước hết tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo GS.TS Nguyễn Chiến đã

tận tình hướng dẫn cũng như cung cấp tài liệu và thông tin cần thiết để tác giả hoàn thành luận văn này

Tác giả cũng xin chân thành cảm ơn các thầy giáo phòng Đào tạo Đại học và Sau Đại

học, Khoa công trình – Trường Đại học Thủy lợi cùng toàn thể các anh chị em trong

Viện Đào tạo và Khoa học ứng dụng Miền Trung đã giúp đỡ trong quá trình thực hiện

của các thầy cô, bạn bè và đồng nghiệp

Ninh Thuận, ngày tháng…năm 2017

Tác gi ả

Nguy ễn Thị Sang

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii

MỞ ĐẦU 2

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ XÂY DỰNG ĐẬP ĐẤT VÀ VẤN ĐỀ CẢI TẠO, TÔN CAO ĐẬP 4

1.1 Tình hình xây dựng đập đất ở khu vực miền Trung 4

1.2 Các vấn đề thiết kế, thi công, quản lý đập hiện tại 6

1.3 Nhu cầu cải tạo và tôn cao đập 7

1.3.1 Yêu cầu cải thiện chất lượng đập 8

1.3.2 Sự gia tăng nhu cầu dùng nước 10

1.3.3 Sự gia tăng lưu lượng và tổng lượng lũ 11

1.4 Các nghiên cứu đã có về cải tạo và tôn cao đập đất 14

1.5 Giới hạn phạm vi nghiên cứu 19

1.6 Kết luận chương 1 19

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP ĐỂ TÔN CAO ĐẬP ĐẤT 21

2.1 Các tiêu chí và yêu cầu để chọn giải pháp cải tạo đập hợp lý 21

2.1.1 Yêu cầu về kỹ thuật 21

2.1.2 Yêu cầu về kinh tế 21

2.1.3 Yêu cầu về thi công 21

2.1.4 Yêu cầu về quản lý sử dụng 22

2.1.5 Yêu cầu về cảnh quan, môi trường 22

2.2 Các giải pháp kỹ thuật để tôn cao đập đất 22

2.2.1 Nghiên cứu giải pháp xây dựng tường chắn sóng trên đỉnh đập 22

2.2.2 Nghiên cứu giải pháp đắp áp trúc để tôn cao đỉnh đập 26

2.2.3 Nghiên cứu giải pháp kết hợp đắp áp trúc và làm tường chắn sóng 37

2.3 Phân tích ưu và nhược điểm của mỗi giải pháp trên cơ sở kỹ thuật, kinh tế và khả năng áp dụng 37

3.3.1 Giải pháp xây dựng tường chắn sóng trên đỉnh đập 37

3.3.2 Giải pháp đắp áp trúc thân đập 38

2.4 Kết luận chương 2 39

CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN GIẢI PHÁP TÔN CAO ĐẬP THÀNH SƠN TỈNH NINH THUẬN 40

3.1 Giới thiệu tổng quan về hồ chứa nước Thành Sơn 40

3.1.1 Vị trí và nhiệm vụ của công trình 40

3.1.2 Các đặc trưng thiết kế 41

3.2 Các thông số kỹ thuật của hồ Thành Sơn được cải tạo 43

3.2.1 Nhu cầu cải tạo tôn cao đập Thành Sơn 43

3.2.2 Xác định cấp của công trình được cải tạo 44

3.2.3 Tính toán xác định các mực nước của hồ Thành Sơn được cải tạo 45

3.2.4 Các thông số kỹ thuật của tràn xả lũ khi đập được tôn cao 49

3.2.4.1 Phương án cải tạo đường tràn 49

3.2.4.2 Tính toán điều tiết lũ 49

3.3 Tính toán cao trình đỉnh đập đáp ứng nhiệm vụ mới 50

3.4 Đề xuất và phân tích lựa chọn giải pháp tôn cao 52

3.4.1 Đề xuất các giải pháp tôn cao 52

3.4.2 Phân tích lựa chọn phương án tôn cao đập 52

3.5 Tính toán thấm và ổn định cho đập được tôn cao 54

3.5.1 Phạm vi tính toán 54

3.5.2 Các trường hợp tính toán 55

3.5.3 Phương pháp tính toán 55

3.5.4 Kết quả tính toán 56

3.5.5 Nhận xét kết quả tính toán 74

3.5.6 Phân tích kết quả, lựa chọn phương án 74

3.6 Kết luận chương 3 76

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 77

TÀI LIỆU THAM KHẢO 79

DANH M ỤC HÌNH ẢNH

Hình 1-1 Hiện tượng nước lũ tràn qua đỉnh đập Đồng Đáng (Thanh Hóa) và đập vỡ tại

vị trí cống lấy nước đập Z20 (Hà Tĩnh) 9

Hình 1-2 Hiện tượng thấm gây mạch đùn mạch sủi đập Am Chúa - Diên Khánh ( Khánh Hòa) 9

Hình 1-3 Hồ Maka ( Hương Giang – Hà Tĩnh) bị sạt lở do thân đập yếu 10

Hình 1-4 Thấm bùng nhùng ngang thân đập tại vị trí số 2 của hồ Núi Cốc (Thái Nguyên) 10

Hình 1-5 Biểu đồ thể hiện tần xuất lũ tăng ở Accra trong suốt 40 năm qua 12

Hình 1-6 Biểu đồ thể hiện tần xuất lũ tăng ở Việt Nam từ năm 1990 đến năm 2010 13

Hình 1.7 Công trình đầu mối hồ chứa nước Thọ Sơn 15

Hình 1.8 Vị trí kênh tiếp nước từ kênh chính 1, hồ Lanh Ra cho khu tưới 16

Trạm bơm Phước Thiện 16

Hình 2.1 Các dạng mặt cắt ngang của tường chắn sóng 23

Hình 2.2 Sơ đồ tính ổn định mái thượng lưu đập có tường chắn sóng, trường hợp mực nước hồ rút nhanh 26

Hình 2.3 Sơ đồ đập với khối áp trúc không kết hợp chống thấm cho nền 28

Hình 2.4 Sơ đồ đập với khối áp trúc có kết hợp chống thấm cho nền bằng chân răng 28

Hình 2.5 Sơ đồ đập với khối áp trúc hạ lưu có thiết bị thoát nước kiểu áp mái 29

Hình 2.6 Sơ đồ đập với khối áp trúc có thiết bị thoát nước kiểu áp mái và gối phẳng nối với lăng trụ thoát nước cũ 30

Hình 2.7 Sơ đồ đập với khối áp trúc có thiết bị thoát nước kiểu ống khói kết hợp với lăng trụ và gối phẳng 31

Hình 3.1: Bản đồ vị trí hồ chứa nước Thành Sơn 40

Hình 3.2 Mặt cắt điển hình C18 đại diện đoạn sườn đồi 54

Hình 3.3 Mặt cắt điển hình C40 đại diện ở lòng sông 54

Hình 3.4 : Mô hình tính toán mặt cắt lòng sông C40, PA1 57

Hình 3.5 : Kết quả tính thấm mặt cắt lòng sông C40, PA1, TH1 57

Hình 3.6 : Kết quả tính ổn định trượt mặt cắt lòng sông C40, PA1, TH1 57

Hình 3.7 : Kết quả tính thấm mặt cắt lòng sông C40, PA1, TH2 58

Hình 3.8 : Kết quả tính ổn định trượt mặt cắt lòng sông C40, PA1, TH2 58

Hình 3.9 : Kết quả tính thấm mặt cắt lòng sông C40, PA1, TH3 59

Hình 3.10 : Kết quả tính ổn định trượt mặt cắt lòng sông C40, PA1, TH3 59

Hình 3.11: Mô hình tính toán mặt cắt sườn đồi C18, PA1 61

Hình 3.12 : Kết quả tính thấm mặt cắt sườn đồi C18,PA1 61

Hình 3.13 : Kết quả tính ổn định mặt cắt sườn đồi C18,PA1, TH1 62

Hình 3.14 : Kết quả tính thấm mặt cắt sườn đồi C18, PA1, TH2 62

Hình 3.15 : Kết quả tính ổn định trượt mặt cắt sườn đồi C18,PA1, TH2 63

Hình 3.16 : Kết quả tính thấm mặt cắt sườn đồi C18,PA1, TH3 63

Hình 3.17 : Kết quả tính ổn định trượt mặt cắt sườn đồi C18,PA1, TH3 64

Hình 3.18: Mô hình tính toán mặt cắt lòng sông C40, PA2 65

Hình 3.19 : Kết quả tính thấm mặt cắt lòng sông C40, PA2, TH1 66

Hình 3.20 : Kết quả tính ổn định trượt mặt cắt lòng sông C40,PA2, TH1 66

Hình 3.21 : Kết quả tính thấm mặt cắt lòng sông C40, PA2, TH2 67

Hình 3.22 : Kết quả tính ổn định trượt mặt cắt lòng sông C40,PA2, TH2 67

Hình 3.23 : Kết quả tính thấm mặt cắt lòng sông C40,PA2, TH3 68

Hình 3.24 : Kết quả tính ổn định trượt mặt cắt lòng sông C40,PA2, TH3 68

Hình 3.25: Mô hình tính toán mặt cắt sườn đồi C18, PA2, TH1 70

Hình 3.26 : Kết quả tính thấm trường hợp mặt cắt sườn đồi C18, PA2, TH1 70

Hình 3.27: Kết quả tính ổn định trượt mặt cắt sườn đồi C18, PA2, TH1 71

Hình 3.28 : Kết quả tính thấm mặt cắt sườn đồi C18, PA2, TH2 71

Hình 3.29 : Kết quả tính ổn định trượt mặt cắt sườn đồi C18, PA2, TH2 72

DANH M ỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1 1: Thống kê một số đập đất ở Miền Trung 5

Bảng 1.2: Bảng thống kê các hồ chứa cần sửa chữa nâng cấp trên địa bàn tỉnh Ninh Thuận 17

Bảng 3.1: Các thông số cơ bản của hồ nước Thành Sơn hiện tại 41

Bảng 3.2: Đặc trưng dòng chảy TBNN 45

Bảng 3.3: Dòng chảy năm thiết kế 45

Bảng 3.5: Tài liệu về tổn thất do thấm và bốc hơi 45

Bảng 3.6: Quan hệ Z-F-W 46

Bảng 3.7: Tổng lượng nước yêu cầu của đầu mối Thành Sơn (P=85%) 46

Bảng 3.8 Cân bằng nước hồ Thành Sơn 47

Bảng 3.9 Lưu lượng đỉnh lũ thiết kế 47

Bảng 3.10 Đường quá trình lũ thiết kế 48

Bảng 3.11 Bảng tính vận tốc gió thiết kế theo 8 hướng chính 49

Bảng 3.12 Kết quả tính toán điều tiết lũ 49

Bảng 3.13 Tính toán cao trình đỉnh đập mới 51

Bảng 3.14 Chỉ tiêu cơ lý các lớp đất 54

Bảng 3.15: Kết quả tính toán Gradient thấm mặt cắt C40 60

Bảng 3.16: Kết quả tính toán ổn định trượt mặt cắt C40 60

Bảng 3.17: Kết quả tính toán Gradient thấm mặt cắt C18 64

Bảng 3.18: Kết quả tính toán ổn định trượt mái hạ lưu TH mặt cắt C18 65

Bảng 3.19: Kết quả tính toán Gradient thấm mặt cắt C40 69

Bảng 3.20: Kết quả tính toán ổn định trượt mặt cắt C40 69

Bảng 3.21: Kết quả tính toán Gradient thấm mặt cắt C18 73

Bảng 3.22: Kết quả tính toán ổn định trượt mặt cắt C18 74

Bảng 3.23: Bảng tính toán kinh phí cho dự án theo phương án 1 (tôn cao đập bằng hình thức đắp áp trúc mái thượng lưu) 74

Bảng 3.24: Bảng tính toán kinh phí cho dự án theo phương án 2 (tôn cao đập bằng hình thức đắp áp trúc mái thượng lưu kết hợp với tường chắn sóng) 75

MỞ ĐẦU

1 Tính c ấp thiết của đề tài

Đập đất có ưu điểm là tận dụng được nguồn vật liệu tại chỗ, công nghệ thi công được cơ giới hóa tối đa nên đẩy nhanh được tiến độ thi công, giá thành và có thể xây dựng trên mọi loại nền Nhờ những lợi thế này mà đập đất trở nên phổ biến ở

Việt Nam mặc dù nó được ứng dụng tương đối muộn hơn so với các nước khác như Ấn Độ, Trung Quốc, Mỹ…Theo thống kê của Hội đập cao thế giới (ICOLD), tính tới năm 2000 Việt Nam có khoảng 10.000 đập lớn nhỏ các loại Với chiều cao

nhỏ hơn 60m thì đập vật liệu địa phương chiếm 80% Trong đó khu vực Miền Trung chiếm một lượng không nhỏ đập vật liệu địa phương một số đập điển hình như: Sông Mực (Thanh Hóa), Vực Mấu (Nghệ An), Kẻ Gỗ (Hà Tĩnh), Vực Tròn (Quảng Bình), Trúc Kinh (Quảng Trị), Tả Trạch (Thừa Thiên Huế), Phú Ninh (Quảng Nam), Liệt Sơn (Quảng Ngãi), Hội Sơn (Bình Định), Phú Xuân (Phú Yên),

Suối Dầu (Khánh Hòa), Sông Sắt (Ninh Thuận), Sông Quao (Bình Thuận)…Với địa hình ở khu vực này thường ngắn dốc, điều kiện khí hậu khắc nghiệt, bất lợi nên điều hòa dòng chảy cực kỳ khó khăn

Do có nhiều tồn tại trong quá trình khảo sát, thiết kế, thi công và quản lý khai thác làm cho nhiều đập bị xuống cấp trầm trọng và không thể phát huy năng lực như

khả năng điều tiết dòng chảy, giảm nhẹ thiên tai Điển hình trong đợt hạn hán kéo dài năm 2014 tới giữa tháng 6/2015 đã chứng minh cho khả năng cấp nước ở các

hồ đập của các tỉnh Miền Trung, trong khi lượng nước đổ ra biển hằng năm là rất

lớn thì nhân dân các tỉnh miền trung lại thiếu nước cho sinh hoạt và sản xuất Để

giải quyết vấn đề trên một số địa phương đã chủ động tôn cao đập để tăng thêm dung tích chứa, đáp ứng nhu cầu của người dân Giải pháp tôn cao đập mang lại

hiệu quả cao nếu nó được tính toán dựa trên cơ sở khoa học và ngược lại nó cũng

thật sự nguy hiểm vì có thể gây mất ổn định đập và vỡ đập Do vậy, đề tài “ Nghiên

cứu lựa chọn phương pháp hợp lý tôn cao đập đất để đáp ứng các yêu cầu và nhiệm

ụ mới, áp dụng cho đập Thành Sơn tỉnh Ninh Thuận” ra đời là rất cần thiết

- Đề xuất và phân tích ưu, nhược điểm điều kiện áp dụng của các giải pháp tôn cao đập đất để đáp ứng các yêu cầu và nhiệm vụ mới

- Áp dụng để tính toán, lựa chọn giải pháp tôn cao hợp lý cho đập Thành Sơn tỉnh Ninh Thuận

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu: là các giải pháp tôn cao đập đất

- Phạm vi nghiên cứu: áp dụng cụ thể cho công trình hồ chứa nước Thành Sơn

tỉnh Ninh Thuận

4 Cách ti ếp cận và phương pháp nghiên cứu

4.1 Cách ti ếp cận

- Tiếp cận lý thuyết, tìm hiểu các tài liệu liên quan tới việc tôn cao đập đất

- Tiếp cận bền vững với yêu cầu đảm bảo điều kiện và bền vững của đập được tôn cao

- Tiếp cận thực tiễn với việc lựa chọn các giải pháp phù hợp, khả thi trong điều

kiện Việt Nam mà trước hết là ở khu vực miền Trung Việt Nam

- Thông qua các công trình thực tế

4.2 Phương pháp nghiên cứu

- Kết hợp giữa nghiên cứu lý thuyết và nghiên cứu thực tế trên các công trình đã xây dựng để nghiên cứu tổng quan

- Sử dụng các mô hình tính toán để đánh giá ổn định của đập

- Áp dụng cho công trình thực tế

5 K ết quả đạt được

- Lý giải được các nhu cầu về cải tạo, tôn cao đập đất phục vụ cho ngành thủy lợi

của nước ta hiện nay

- Đề xuất các sơ đồ kết cấu khi áp trúc đập, phân tích ưu nhược điểm và điều

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ XÂY DỰNG ĐẬP ĐẤT VÀ VẤN ĐỀ CẢI TẠO, TÔN CAO ĐẬP

1.1 Tình hình xây d ựng đập đất ở khu vực miền Trung

Qua thống kê của Ban quản lý Trung ương các dự án Thủy lợi (CPO) hiện nay nước ta

đã xây dựng 6648 hồ chứa với tổng dung tích khoảng trên 11 tỷ m3

[1], trong đó số hồ

chứa ở các tỉnh miền Trung chiếm 53% tổng số hồ chứa trên cả nước [2]

Một số năm gần đây đập bằng vật liệu địa phương trong đó có đập đất đang phát triển

với tốc độ nhanh chóng và hiện đang có xu hướng phát triển mạnh về số lượng cũng như quy mô công trình là do nhiều nguyên nhân trong đó những nguyên nhân cơ bản

vẫn là, nhờ có những ưu điểm như sử dụng vật liệu tại chỗ, tiết kiệm được các vật liệu quý như sắt, thép, xi măng, công tác chuẩn bị trước khi xây dựng không tốn nhiều công sức như các loại đập khác, cấu tạo đập đất đơn giản giá thành hạ, bền và chống

chấn động tốt, dễ quản lý tôn cao đắp dày thêm, yêu cầu về nền không cao nên phạm

vi sử dụng rộng rãi, ngoài ra thế giới đã tích lũy được nhiều kinh nghiệm về thiết kế, thi công và quản lý đập [3] nên đập đất có xu thế phát triển mạnh về số lượng cũng như quy mô trên cả nước Điển hình như ở khu vực miền Trung qua 40 năm (1975-2015) từ sau ngày thống nhất đất nước, miền Trung có những bước chuyển biến to lớn

về kinh tế - xã hội, đời sống nhân dân được cải thiện, thiên tai lũ lụt giảm thiểu và nhiều tài nguyên thiên nhiên được quản lý tốt đó là nhờ hàng loạt công trình Thủy lợi

lớn nhỏ được xây dựng khắp nơi Tiêu biểu các công trình thủy lợi như: Phú Ninh (Quảng Nam), Thạch Nham, Nước Trong, Núi Ngang (Quảng Ngãi), Vạn Hội, Núi

Một (Bình Định), Phú Xuân (Phú Yên), Suối Hành, Đá Bàn, Suối Dầu (Khánh Hòa), Sông Trâu, Sông Sắt (Ninh Thuận), Sông Quao, Cà Giây (Bình Thuận)… [4]

Bảng 1 1: Thống kê một số đập đất ở Miền Trung [8]

TT Tên h ồ T ỉnh Lo ại đập H max (m) Năm hoàn

TT Tên h ồ T ỉnh Lo ại đập H max (m) Năm hoàn

dựng

1.2 Các vấn đề thiết kế, thi công, quản lý đập hiện tại

Hiện nay, việc xây dựng nhiều hồ chứa đã góp phần không nhỏ vào sự phát triển sản

xuất, nông nghiệp, phát điện, phòng chống lũ, cấp nước sinh hoạt và bảo vệ môi trường trên cả nước nói chung và miền Trung nói riêng Tuy nhiên, trong điều kiện khí

hậu biến đổi phức tạp như hiện nay và nhu cầu dùng nước cho môi trường, tưới, sinh

hoạt hằng ngày càng tăng thì các hồ chứa đã xây dựng còn bộc lộ nhiều hạn chế và chưa thể đáp ứng được thỏa đáng các chức năng đa mục tiêu như: cấp nước, giảm lũ, úng, hạn Trong điều kiện biến đổi khí hậu, miền Trung là vùng chịu ảnh hưởng nặng

nề do có đặc điểm biến động thời tiết khá cao Là vùng khô hạn, nắng gió có cường độ

mạnh, nay lại chịu ảnh hưởng biến đổi khí hậu nên làm cho nhiệt độ tăng, điều này cũng đồng nghĩa với việc quá trình bốc hơi nhanh (tăng 7,7% tới 8,9%) dẫn tới yêu

cầu dùng nước cho môi trường tưới, sinh hoạt…cũng tăng

Về khía cạnh đầu tư, các hồ đã xây dựng trong điều kiện kinh tế chưa phát triển nên

mức đầu tư chưa thỏa đáng, thường phải giảm thiểu quy mô (đặc biệt ở mức đảm bảo

an toàn cho công trình) và do tiết kiệm đầu tư nên chưa tận dụng hết nguồn sinh thủy

thực tế, chưa sử dụng hết nguồn sinh thủy, giải pháp kỹ thuật công nghệ xây dựng công trình còn hạn chế nên chưa mạnh dạn xây dựng những đập cao để sử dụng hết nguồn nước Việc xác định nhiệm vụ công trình, nhiều hồ chứa chưa đề cập tới phục

vụ đa mục tiêu mà đơn thuần cho tưới hoặc phát điện nên hiệu quả đầu tư thấp

Về khía cạnh thi công, do thiết bị thi công thiếu, kỹ thuật thi công lại lạc hậu, các hồ đập nhỏ được thi công bằng thủ công dẫn tới chất lượng công trình không đảm bảo Tình trạng đập xuống cấp xảy ra khá phổ biến, vì vậy việc đảm bảo nhiệm vụ đặt ra đối với hồ chứa gặp nhiều khó khăn

Về khía cạnh quản lý, mặc dù các cơ chế chính sách về an toàn đã tạo được khung pháp lý cho an toàn đập nhưng việc thực thi các cơ chế chính sách còn là “khoảng cách” và thiếu bền vững (nhất là chính sách tài chính còn hạn hẹp – không có kinh phí

để mua vật liệu, vật tư dự phòng mua sắm trang thiết bị cho quản lý, không đủ vốn đầu

tư cho vận hành, duy tu bảo dưỡng, sửa chữa lớn) Khi có sự cố thì việc xử lý còn lúng túng (trường hợp hồ Kim Sơn – Hà Tĩnh) Ngoài ra, năng lực quản lý chuyên môn ở

một số địa phương còn hạn chế, thiếu kinh nghiệm

Tình hình trên cho thấy vấn đề thiết kế, thi công và quản lý hồ chứa trong thời gian qua chưa thật sự tốt Vì vậy nhiều hồ chứa trên cả nước nói chung và miền Trung nói riêng bị xuống cấp trầm trọng, không thể đáp ứng được yêu cầu và nhiệm vụ mới Do

vậy bên cạnh xây dựng các hồ đập mới thì giải pháp cải tạo, nâng cấp hồ đập đang là

một giải pháp cấp bách và hiệu quả trong tình hình hiện nay

1.3 Nhu cầu về cải tạo và tôn cao đập

Mặc dù chiếm tới 53% về số lượng hồ chứa trên cả nước nhưng theo đánh giá của các nhà chuyên môn thì miền Trung mới chỉ khai thác khoảng 15-20% lượng nước tự nhiên Miền Trung lại có đặc điểm địa hình dốc, hẹp lượng mưa tập trung 80% về mùa

lũ còn mùa khô thì lại thiếu nước trầm trọng Để giải quyết vấn đề này thì việc cải tạo tôn cao các đập đã có là một vấn đề cấp thiết để đáp ứng với nhiệm vụ mới

1.3.1 Yêu cầu cải thiện chất lượng đập

Do đa số các đập được xây dựng trong điều kiện kinh tế còn nhiều khó khăn nên mức đầu tư còn hạn chế và thường giảm nhỏ quy mô Mặt khác, việc khảo sát, tính toán đánh giá tình hình tự nhiên chưa sát thực nên chưa sử dụng được hết nguồn sinh thủy,

giải pháp kỹ thuật công nghệ vẫn còn nhiều hạn chế nên chưa mạnh dạn xây dựng được những đập cao để sử dụng hết nguồn nước Việc xác định nhiệm vụ của công trình chưa đề cập đến phục vụ đa mục tiêu mà chỉ chú trọng vào tưới hoặc thủy điện nên hiệu quả thường thấp Hơn nữa, do yêu cầu cấp bách cấp nước cho hạ lưu nên các công tác khảo sát, xác định quy mô, công nghệ xây dựng thường không được kỹ càng Trong khi đó khí hậu diễn biến ngày càng phức tạp làm cho chất lượng đập ngày một

xuống cấp trầm trọng, các đập thường có các biểu hiện như:

-Thấm mạnh ở thân và nền đập, đối với thân đập xuất hiện các hang thấm tập trung, do các điểm thoát nước ra mái hạ lưu cao hơn vị trí thiết bị thoát nước, thấm dọc thân

cống hay mặt tiếp giáp với tràn (ví dụ như đập Z20 Hương Khê- Hà Tĩnh) Còn đối với

nền đập thì xuất hiện các vị trí có mạch đùn mạch sủi ở hạ lưu đập, lưu lượng thấm ra vượt quá trị số cho phép và nước thấm ra là nước đục (ví dụ như đập Am Chúa – Diên Khánh, Khánh Hòa) hay đập Núi Cốc, Thái Nguyên

- Mất ổn định như mái đập bị xệ, hình thành các vết trượt vòng cung hay mái đập bị xói lở cục bộ dẫn tới phá hoại lớn

- Xuất hiện các vết nứt dọc đỉnh đập (như đập Ea Soup Thượng, Đắc Lắc), hoặc các

vết nứt ngang liên thông từ mái thượng lưu về hạ lưu đập (ví dụ như đập Ban Tiện, Hà

Trước tình hình nhiều đập bị xuống cấp trầm trọng như đã nêu trên yêu cầu cải thiện

chất lượng đập là nhiệm vụ cấp bách hiện nay

Sau đây là một số hình ảnh về đập bị xuống cấp dẫn đến sự cố:

Hình 1-1 Hiện tượng nước lũ tràn qua đỉnh đập Đồng Đáng (Thanh Hóa) và đập vỡ tại

vị trí cống lấy nước đập Z20 (Hà Tĩnh)

Hình 1-2 Hiện tượng thấm gây mạch đùn mạch sủi đập Am Chúa - Diên Khánh (

Khánh Hòa)

Hình 1-3 Hồ Maka ( Hương Giang – Hà Tĩnh) bị sạt lở do thân đập yếu

Hình 1-4 Thấm bùng nhùng ngang thân đập tại vị trí số 2 của hồ Núi Cốc (Thái Nguyên)

1.3.2 Sự gia tăng nhu cầu dùng nước

Việc cải tạo, tôn cao đập cũng do áp lực về sự gia tăng nhu cầu dùng nước trong vùng hưởng lợi Cụ thể đó là sự thâm canh, tăng vụ và mở rông diện tích canh tác đòi hỏi lượng nước ngày càng cao Theo M.I Lvovits (1974) [6] trong tương lai do thâm canh nông nghiệp mà dòng chảy cả năm của các con sông trên toàn thế giới giảm đi khoảng

tới 1.500 tấn nước, 1 tấn gạo cần tới 4.000 tấn nước và 1 tấn bông vải cần tới 10.000

tấn nước Ngoài ra, việc gia tăng dân số đòi hỏi một lượng nước cấp cho sinh hoạt, giải trí gia tăng Theo ước tính thì các cư dân sinh sống kiểu nguyên thủy chỉ cần 5 tới 10 lít nước/người/ngày Ngày nay, do sự phát triển của xã hội loài người ngày càng cao nên nhu cầu về nước sinh hoạt và giải trí ngày càng tăng theo nhất là ở các thị trấn và các đô thị lớn, nước sinh hoạt tăng gấp hàng chục đến hàng trăm lần Theo ước tính thì năm 2000 nhu cầu về nước sinh hoạt và giải trí tăng gần 20 lần so với năm 1900, tức chiếm 7% tổng nhu cầu nước trên thế giới [6] Ngoài ra còn rất nhiều nhu cầu khác về nước trong các hoạt động khác của con người như giao thông vận tải, giải trí ở ngoài

trời như đua thuyền, trượt ván, bơi lội cũng ngày càng tăng theo sự phát triển của xã

hội Hơn nữa, sự phát triển mới các vùng nôi trồng thủy sản nước ngọt và nước lợ làm gia tăng nhu cầu dùng nước trong vùng Các nhà máy xí nghiệp công nghiệp địa phương cũng làm tăng nhu cầu dùng nước Đối với các ngành sản xuất như chế biến

thực phẩm, dầu mỏ, giấy, luyện kim, hóa chất… chỉ riêng năm ngành này đã tiêu thụ ngót 90% tổng lượng nước sử dụng cho công nghiệp Ví dụ, cần 1.700 lít nước để sản

xuất ra 1 thùng bia chừng 120 lít, cần 3.000 lít nước để lọc 1 thùng dầu mỏ chừng 160 lít, cần 300.000 lít nước để sản xuất ra 1 tấn giấy hoặc 1.5 tấn thép, cần 2.000.000 lít nước để sản xuất 1 tấn nhựa tổng hợp Phần nước tiêu hao không hoàn lại do sản xuất công nghiệp chiếm 1-2% lượng nước tiêu hao không hoàn lại và lượng nước còn lại sau khi sử dụng được quay về sông hồ dưới dạng nước thải chứa đầy chất ô nhiểm [6] Trước tình hình nhu cầu sử dụng nước ngày càng tăng lên trong khi nguồn nước ngày càng khan hiếm thì việc tích trữ nước là nhiệm vụ hết sức cấp bách hiện nay

1.3.3 Sự gia tăng lưu lượng và tổng lượng lũ

Trước tình hình biến đổi khí hậu ngày càng phức tạp, con người trên thế giới đang phải

hứng chịu những thiên tai vô cùng khốc liệt Và lũ lụt là một trong những thiên tai mà con người đang phải đối mặt, khi mà lưu lượng và tổng lượng lũ ngày càng gia tăng theo từng năm Trong bối cảnh liên tiếp xảy ra các thảm họa về lũ lụt do mực nước

biển ngày càng dâng cao những năm gần đây, các chuyên gia đã cảnh báo nếu hiện tương trái đất tiếp tục nóng lên với tốc độ hiện nay, các vụ lũ lụt trên toàn cầu sẽ tăng

gấp đôi vào năm 2050, khiến nhiều quốc gia và thành phố đặc biệt là ven biển sẽ biến

mất khỏ bản đồ thế giới Lũ lụt ở các thành phố ven biển là do bão lớn và càng ngày

càng trở nên tồi tệ hơn khi các đợt sóng lớn và thủy triều dâng cao Cơn bão Sandy ở

Mỹ (năm 2012) đã gây thiệt hại hàng chục tỷ USD, cơn bão Haiyan ở Philippines (năm 2013) đã làm cho hơn 7.000 người thiệt mạng và mất tích Và trận bão này đi qua thì đều gây những trận lũ kinh hoàng Theo dự báo của Cục Quản lý Khí hậu và Đại dương Quốc gia Mỹ (NOAA) mực nước biển trung bình toàn cầu lên đến 2.5m vào năm 2100 [15]

Hình 1-5 Biểu đồ thể hiện tần xuất lũ tăng ở Accra trong suốt 40 năm qua [15]

Việt Nam đứng thứ 5 trong số 10 quốc gia bị ảnh hưởng nghiêm trọng nhất của biến đổi khí hậu theo báo cáo của German Watch [15] Các đặc điểm địa lý không thuận lợi khiến Việt Nam dễ bị thiên tai tàn phá hơn Những trận mưa lũ kinh hoàng ở Việt Nam trong thời gian qua ngày càng tăng lưu lượng và tổng lượng lũ Tháng 8/1996, bão Niki tại miền Bắc gây ra một trận lụt kinh hoàng Lũ lớn kéo dài nhiều ngày trên mức báo động 3 khiến 61 người chết và mất tích, bi thương 161 người, 7465 nhà, trường

học, bệnh xá, bệnh viện bị đổ và hư hại, lúa và hoa màu bị ngập, hư hại 104.504ha, thiệt hại lớn về công trình giao thông, năng lượng Trận lũ lớn năm 2008 biến Hà Nội thành sông và ngập lụt nặng nề Đó được coi như trận lụt với lượng mưa lớn nhất trong vòng 100 năm Hà Nội đã có 17 người thệt mạng trong trận mưa lịch sử Tuyến đê sông hồng đã bị sạt mái, gần 13.000 hộ dân ven đê ngập nhà cửa, các hồ chứa nước đã tràn nước Nước ngập khiến nhiều hoạt động gần như tê liệt, ngay cả những phương

Hình 1-6 Biểu đồ thể hiện tần xuất lũ tăng ở Việt Nam từ năm 1990 đến năm 2010

Miền Trung, đoạn giữa chiếc “đòn gánh” nhô ra biển Đông với địa hình dốc hẹp là vùng đất thường xuyên phải hứng chịu thiên tai Nhìn lại những năm gần đây lũ lụt

xảy ra trên vùng đất này ngày càng dữ dội, khắc nghiệt Theo số liệu thống kê [7] chưa đầy đủ, từ năm 1964 trở lại đây, miền Trung đã phải chịu nhiều cơn lũ lớn Vào năm

1999, những trận mưa kéo dài liên tục ròng rã 1 tháng đẩy nước sông dâng lên cao chưa từng thấy lượng mưa đạt kỷ lục 1.384mm là lượng mưa đứng sau kỷ lục 1.870mm đo được ở tại Cilaos trên đảo Reunion (Pháp) Năm 2009, miền Trung đón 4 đợt lũ trong những cơn bão được xem như lịch sử Năm 2010, miền Trung đón tiếp 5

trận lũ kéo dài từ tháng 7 đến tháng 10 Những số liệu trên cho thấy có sự gia tăng về lưu lượng và tổng lượng lũ hằng năm Với đập tràn hiện có khi lưu lượng lũ tăng lên thì mực nước hồ lớn nhất khi xả lũ cũng tăng dẫn tới nguy cơ nước tràn đỉnh đập điều

mà không cho phép đối với đập vật liệu địa phương (đất, đá)

Như vậy, có nhiều lý do thực tế dẫn đến nhu cầu cải tạo, tôn cao đập nhằm đảm bảo an toàn và đáp ứng nhiệm vụ của hồ trong điều kiện mới ( sự xuống cấp của đập cũ, nhu

cầu dùng nước tăng cao, lũ lụt gia tăng )

1.5 Các nghiên cứu đã có về cải tạo và tôn cao đập đất

Việc cải tạo và tôn cao đập đất đã được chú trọng ở nhiều nước trên thế giới Và ở Việt Nam cũng không phải là ngoại lệ [8], một số công trình đã được tôn cao như: công trình Khe Ngang xã Hương Sơn huyện Hương Trà tỉnh Thừa Thiên Huế được xây

dựng năm 1990, hồ có dung tích 15 triệu m3 nước Đến nay do thiếu nước trầm trọng nên địa phương đã nâng cao đập hơn 7,1m tăng dung tích chứa nước lên gấp đôi mang

lại hiệu quả to lớn cho địa phương Hồ chứa Phú Ninh – Quảng Nam được xây dựng năm 1977 trên sông Tam Kỳ với dung tích chứa nước là 344,3 triệu m3

có nhiệm vụ tưới cho 23.000 ha lúa và hoa màu Hiện nay, địa phương đã đắp thêm các đập phụ ở phía hạ lưu, tạo các khu trữ nước, hoàn thiện hệ thống kênh nội đồng Sau khi nâng

cấp đã tăng khả năng cấp nước tới 20% so với trước và công tác vận hành điều tiết được thuận lợi hơn Ngoài ra còn có hồ Thọ Sơn thuộc xã Hương Xuân huyện Hương Trà tỉnh Thừa Thiên Huế xây dựng 1979, hồ có nhiệm vụ tưới chủ động cho 260 ha

diện tích lúa 2 vụ, 150ha hoa màu, tạo sự ổn định cho đời sống của nhân dân và thực

hiện chủ trương xóa đói giảm nghèo của các xã thuộc vùng núi trung du và miền núi Đến nay do yêu cầu phát triển kinh tế xã hội, địa phương đã nâng cao 0.4m và xây

dựng mới tường chắn sóng, nâng tràn xả lũ, vì vậy mực nước dâng bình thường tăng hơn 1m tăng dung tích hữu ích 1,9 triệu m3 (tăng 54% so với trước), mở rông diện tích tưới vùng hạ du khoảng 150ha

Hình 1.7 Công trình đầu mối hồ chứa nước Thọ Sơn Công trình hồ Láng Nhớt (xã Diên Tân, huyện Diên Khánh, tỉnh Khánh Hòa) được xây dựng năm 1983 Sau 13 năm hoạt động đến năm 1996 tiến hành sửa chữa cải tạo

và hoàn thành vào năm 1997 Đến nay do hạng mục công trình đầu mối bị xuống cấp nên địa phương đã nâng cấp đập (đập chính và đập phụ), nâng cấp tràn xả lũ, cống lấy nước và kiên cố hóa toàn bộ tuyến kênh chính dài 614m Sau khi nâng cấp, hồ đảm

bảo cấp nước tưới cho 385ha lúa và hoa màu, phòng chống giảm nhẹ thiên tai, giảm lũ cho hạ du công trình Công trình vừa mang lại hiệu quả về kinh tế, mà đặc biệt là hiệu

quả xã hội, góp phần thực hiện chủ trương xóa đói giảm nghèo của Đảng và Nhà nước,

ổn định đời sống nhân dân trong vùng Công trình hồ Lanh Ra (xã Phước Vinh, huyện Ninh Phước, tỉnh Ninh Thuận) được xây dựng năm 2008, hoàn thành năm 2011 Hồ có nhiệm vụ cấp nước tưới cho 1.250ha đất canh tác nông nghiệp, hạn chế tác hại lũ cho 8

xã ở hạ lưu suối Lanh Ra, góp phần cải tạo môi trường sinh thái vùng khô hạn Ngoài nhiệm vụ trên, hồ Lanh Ra còn khai thác nguồn nước đến triệt để nhằm cấp nước tự

chảy bổ sung cho khu tưới trạm bơm Phước Thiện thuộc hệ thống Nha Trinh –Lâm

Cấm bằng hệ thống cấp nước tự chảy từ kênh chính 1, hệ thống hồ Lanh Ra Sau khi nâng cấp, hồ mở rộng thêm diện tích tưới cho 187ha đất canh tác thuộc khu tưới trạm bơm Phước Thiện, ngoài ra còn giảm đáng kể chi phí quản lý vận hành trạm bơm khoảng 1 tỷ đồng/năm

Hình 1.8 Vị trí kênh tiếp nước từ kênh chính 1, hồ Lanh Ra cho khu tưới

Trạm bơm Phước Thiện Công trình Sông Biêu (xã Phước Hà, huyện Thuận Nam, tỉnh Ninh Thuận) được hoàn thành năm 2013, có nhiệm vụ tưới cho 1.2000ha lúa và hoa màu, cấp nước sinh hoạt, góp phần giảm một phần lưu lượng lũ cho hệ thống tiêu lũ Ngoài nhiệm vụ trên, hồ còn khai thác nguồn nước của hồ, tiếp nước bổ sung cho 500ha lúa và hoa màu thuộc khu tưới hệ thống Tân Giang bằng các kênh dẫn nước từ kênh Bắc và kênh Nam Sông Biêu Sau khi nâng cấp, đã chủ động cấp nước tưới từ lưu vực Sông Biêu bổ sung cho khu tưới Tân Giang, đảm bảo hiệu quả kinh tế cho bà con dân tộc vùng núi Hiện nay trên địa bàn Ninh Thuận có 21 hồ chứa trong đó có 05 hồ đã được sửa chữa nâng cấp còn 07 hồ cần được sửa chữa nâng cấp gồm: hồ Suối Lớn (1990), hồ CK7 (1996), hồ Ông Kinh (1999), hồ Tân Giang (2001), hồ Bầu Ngữ (2007), hồ Sông Sắt (2008), hồ Thành Sơn (1991) Mặc dù việc nâng cấp đập đất đã được tiến hành ở các địa phương

nhưng việc xây dựng còn mang tính tự phát, rất đa dạng, phong phú và chưa có đầy đủ

cơ sở khoa học cũng như các tiêu chí để thống nhất lựa chọn

Bảng 1.2: Bảng thống kê các hồ chứa cần sửa chữa nâng cấp trên địa bàn tỉnh Ninh

sửa chữa

Mạch hồ tấm bê tông lát mái hạ lưu bị sạt khi mưa lớn nước và phía dưới tấm lát beton qua khe chít mạch tạo thành dòng xói gây ra lún, sụt

sửa chữa

Mái bảo vệ đập bị rạn

nứt tạo xói sạt lở mái, tiêu năng thường bị lũ gây sạt vai bảo vệ phần

vữa hồ và phần đắp đất

nối tiếp Công ty sửa

chữa bảo trì hàng năm

sửa chữa

Chân mái đập hạ lưu

tiếp giáp hạ lưu cống lấy nước có hiện tượng rò rỉ nươc, mái hạ lưu và mặt đập có vết nứt đã xử lý năm 2006, 2007 và

2010 Mặt tràn xả lũ có

bổ sung đập cao su để tăng khả năng chứa nước của hồ đã bị hư không còn sử dụng, năm

TT Tên h ồ hoàn Năm

thấm mang tràn Đã được sửa

chữa năm

2011 đánh giá bình thường

Mái đập hạ lưu nước mưa tạo lỗ sạt Ø 0,3÷0,7m có chỗ 1m

ngầm xì thoát ra ở sát cơ đập có rãnh thoát nước

sửa chữa van côn HL

cống lấy nước dưới đập

do van hư đóng mở không kín nước

Đã được

sửa chữa năm 2012

Đã được nâng cấp

sửa chửa năm 2009

Đã được nâng cấp

sửa chửa năm 2009

Đã được nâng cấp

sửa chửa năm 2012

8 Bầu Ngứ 2007 Hồ còn tốt

Mái hạ lưu đập bị sạt lở đất, đường quản lý chưa gia cố cần sử chữa nâng

cấp mái đập và đường

quản lý

Cần sửa

chữa hồ, làm đường

quản lý

TT Tên h ồ Năm hoàn

đá HL đập; Hiện nay mái đậpk HL bị xói gây

ra sạt mặt đập khi có mưa lơn, trôi đất cát mái đập về tại thiết bị thoát nước đập hạ lưu

Cần sửa

chữa hồ

1.6 Giới hạn phạm vi nghiên cứu

Đề tài tôn cao đập đất có rất nhiều giải pháp để lựa chọn Tuy nhiên trong phạm vi nghiên cứu của luận văn này chỉ đề cập đến các giải pháp như xây dựng tường chắn sóng trên đỉnh đập, giải pháp đắp áp trúc để tôn cao đập hoặc kết hợp cả hai phương pháp trên Các tính toán cụ thể sẽ được áp dụng cho đập Thành Sơn tỉnh Ninh Thuận

1.7 Kết luận chương 1

Đập đất là loại công trình được xây dựng phổ biến để tạo hồ chứa ở Việt Nam Các đập đã xây dựng trước đây do kinh phí đầu tư hạn hẹp, công tác khảo sát thiết kế bị cắt xén ở nhiều khâu, công tác quản lý thi công chưa chặt chẽ dẫn đến chất lượng đất đắp không đồng đều Trải qua thời gian dài làm việc mà chưa được duy tu bảo dưỡng tốt, nhiều đập đã xuống cấp, có nguy cơ xẩy ra sự cố, đòi hỏi được cải tạo nâng cấp Bên

cạnh đó, nhu cầu dùng nước ngày càng tăng, do gia tăng diện tích canh tác, gia tăng dân số trong vùng hưởng lợi, bổ sung các hộ dùng nước khác như nuôi trồng thủy sản,

xí nghiệp công nghiệp… đòi hỏi phải tăng dung tích hồ, tăng chiều cao đập

Trong điều kiện biến đổi khí hậu, điều kiện mưa lũ bất thường, cộng với mặt đệm lưu

vực bị suy thoái lớn do thu hẹp diện tích rừng phòng hộ làm cho lũ đến hồ tăng cao, trong khi khẩu diện tràn tháo lũ không đổi làm cho mực nước hồ tăng lên, có thể vượt

qua đỉnh đập đất gây vỡ Đây cũng là một trong những lý do để xem xét cải tạo, tôn cao đập

Với những lý do trên, vấn đề cải tạo tôn cao đập đất ở hồ chứa đang là vấn đề cấp thiết

hiện nay Mặc dù đã có một số đề tài nghiên cứu đề cập vấn đề cải tạo và tôn cao đập nhưng vẫn chưa có những tổng kết khái quát, và những hướng dẫn cụ thể về việc lựa

chọn tôn cao đập và các tính toán tương ứng để đảm bảo an toàn và điều kiện kinh tế Trong luận văn này xem xét cụ thể các giải pháp làm tường chắn sóng và đắp áp trúc

để tôn cao đập đất theo yêu cầu và nhiệm vụ mới của hồ

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP ĐỂ TÔN CAO ĐẬP ĐẤT 2.1 Các tiêu chí và yêu cầu để chọn giải pháp cải tạo đập hợp lý

Giải pháp được lựa chọn để tôn cao đập đất cũng giống như giải pháp công trình thủy

lợi nói chung là phải đảm bảo các yêu cầu về kỹ thuật, kinh tế, thi công, quản lý, cảnh quan môi trường

2.1.1 Yêu cầu về kỹ thuật

- Phải đáp ứng được nhiệm vụ mới của hồ chứa:

+ Mực nước dâng bình thường của hồ được xác định trên cơ sở nhu cầu dùng nước

mới và tài liệu cập nhật về dòng chảy đến với mức đảm bảo cấp nước mới theo QCVN 04-05:2012 [9]

+ Các mực nước cao nhất trong hồ (MNLTK, MNLKT) được xác định từ kết quả tính toán điều tiết lũ với các con lũ mới cập nhật (lũ thiết kế, lũ kiểm tra)

+ Cao trình đỉnh đập mới được xác định từ MNDBT, MNLTK, MNLKT mới, phù hợp

với các quy định của tiêu chuẩn thiết kế đập đất đầm nén (TCVN 8216:2009) [10] + Phải đảm bảo về yêu cầu chống thấm và ổn định của đập ứng với các trường hợp làm việc khác nhau, theo quy định của tiêu chuẩn hiện hành

2.1.2 Yêu cầu về kinh tế

- Tận dụng vật liệu tại chỗ

- Tổng kinh phí cho việc cải tạo, tôn cao đập đất là nhỏ nhất

2.1.3 Yêu cầu về thi công

- Đây là công trình sửa chữa nâng cập nên quá trình thi công vẫn phải đảm bảo yêu cầu

cấp nước cho hạ du Cần phải ưu tiên chọn các giải pháp ít gây ảnh hưởng tới quá trình

cấp nước

- Sử dụng công nghệ và thiết bị thi công phải phù hợp, hạn chế ảnh hưởng tới các hạng

mục công trình trong đầu mối

2.1.4 Yêu cầu về quản lý sử dụng

Giải pháp được chọn phải thuận tiện cho việc quản lý, duy tu, bảo dưỡng trong quá trình khai thác

2.1.5 Yêu cầu về cảnh quan, môi trường

- Giải pháp tôn cao đập đất không phá vỡ cảnh quan chung của cả công trình đầu mối

- Qúa trình thi công không gây ô nhiễm môi trường, và phải đảm bảo dòng chảy môi trường cho đoạn sông hạ lưu đập theo quy định

2.2 Các giải pháp kỹ thuật để tôn cao đập đất

2.2.1 Nghiên cứu giải pháp xây dựng tường chắn sóng trên đỉnh đập

2.2.1.1 Phân tích các điều kiện cần để áp dụng tường chắn sóng

Tường chắn sóng được xây dựng trên đỉnh đập để thay thế cho phần phải đắp đất để tôn cao Vì vậy phương án chỉ xây dựng tường chắn sóng mà không đắp đất để tôn cao

a’’ chiều cao an toàn tương ứng với MNLKT, xác định theo cấp công trình

- Chiều cao tường không quá lớn, thường không nên quá 1.5m để đảm bảo điều kiện

mỹ quan, tức là:

Zđ ≤ 1.5 m (2.2)

Trong đó: Zt là cao trình đỉnh tường, xác định theo tính toán cao trình đỉnh đập mới,

với các mực nước và điều kiện sóng gió mới của hồ

Mặt đón sóng của thân tường có thể làm theo mặt phẳng hoặc mặt cong

- Trường hợp làm theo mặt phẳng thì thi công đơn giản nên được áp dụng rộng rãi

Do tường có chiều dài lớn nên phải chia đoạn để tránh nứt do lún không đều Chiều dài

mỗi đoạn thường từ 10-12m Khớp nối giữa các đoạn cần được chít bằng vật liệu

chống thấm như bao tải nhựa đường để tránh tạt nước lên đỉnh đập khi có sóng đánh

2.2.1.3 Tính toán ổn định và độ bền của tường chắn sóng

Ổn định và độ bền của tường chắn sóng được tính toán với trường hợp bất lợi nhất là khi có sóng lớn nhất vỗ vào tường Chiều cao sóng và biểu đồ áp lực sóng lớn nhất được xác định theo TCVN 8421-2010 (Công trình thủy lợi – tải trọng và lực tác dụng lên công trình do sóng và tàu)[11] Các nội dung tính toán như sau:

a Tính toán ứng suất đáy móng tường

- Ứng suất đáy móng tường được xác định theo sơ đồ nén lệch tâm (bài toán phẳng):

Rtc: là cường độ tiêu chuẩn của đất nền xác định theo tiêu chuẩn thiết kế nền các công trình thủy công TCVN 4253:2012 [12]

b Kiểm tra ổn định của tường

Trường hợp ứng suất đáy móng tường thỏa mãn điều kiện (2.4) thì tường sẽ không xảy

ra lật, không xẩy ra trượt sâu, do đó chỉ cần kiểm tra ổn định về trượt phẳng, theo điều

kiện sau:

.

Gtgϕ B C

Trong đó: ϕ và C là góc ma sát trong và lực dính đơn vị của đất nền tường

T

∑ : Tổng lực ngang tác dụng lên một mét chiều dài tường

B: Bề rộng đáy tường

G

∑ : Tổng lực thẳng đứng lên một mét chiều dài tường

Kcp: Hệ số an toàn cho phép về trượt, phụ thuộc vào cấp công trình và

tổ hợp tải trọng

c Kiểm tra độ bền của tường

Mặt cắt chịu lực bất lợi nhất là mặt cắt đáy của thân tường

- Đối với tường bằng gạch đá xây hoặc bê tông:

+Tính toán ứng suất pháp trên mặt cắt:

σ >f (2.7)

Trong đó:

R: Cường độ tính toán của vật liệu tường

Kcp: Hệ số an toàn cho phép, phụ thuộc vào cấp công trình và tổ hợp tải trọng

- Đối với tường bằng bê tông cốt thép: điều kiện bền được kiểm tra bằng cách so sánh momen uốn tính toán với sức chịu momen tính toán tại mặt cắt:

K =

1

R

M Kcp

M ≥ (2.8) Trong đó:

MR: Sức chịu uốn tính toán tại mặt cắt, phụ thuộc vào b1, Fa, F’a, xác định theo tiêu chuẩn thiết kế [13]

Kcp: Hệ số an toàn cho phép, phụ thuộc vào cấp công trình và tổ hợp tải trọng M1: Momen uốn tính toán lấy với tâm của mặt cắt tính toán

2.2.1.4 Phân tích ổn định của mái thượng lưu đập khi có tường chắn sóng trên đỉnh

Trường hợp chịu lực bất lợi nhất của mái thượng lưu là khi mực nước thượng lưu rút nhanh từ MNLTK xuống MNDBT (tổ hợp cơ bản) và từ MNLKT xuống MNDBT (tổ

với hệ số ổn định mái tính theo công thức Bishop

2.2.2 Nghiên cứu giải pháp đắp áp trúc để tôn cao đỉnh đập

2.2.2.1 Các t rường hợp xem xét áp dụng giải pháp đắp áp trúc

+Khi đập cũ bị thấm mạnh, trên cơ sở so sánh hiệu quả kinh tế và kỹ thuật với các giải pháp như : khoan phụt, tường hào, màng HDPE…thấy áp trúc hiệu quả cao hơn

+Mái đập thượng lưu có nguy cơ mất ổn định

+Không thể giải phóng mặt bằng ở hạ lưu đập

+Kết hợp sửa chữa lớp gia cố mái thượng lưu đập

+Có thể kết hợp việc đắp áp trúc mái thượng lưu với làm sân phủ hoặc chân khay

chống thấm cho nền

+ Đập cũ không có hiện tượng thấm mạnh, hoặc đã xử lý thấm theo các biện pháp khác với đắp áp trúc thượng lưu

b) Đắp áp trúc hạ lưu

+ Khi có yêu cầu mở rộng hoặc tôn cao đỉnh đập để phù hợp với nhiệm vụ mới

+ Mái đập hạ lưu có nguy cơ mất ổn định

+ Có thể giải phóng mặt bằng phía hạ lưu

Hình 2.3 Sơ đồ đập với khối áp trúc không kết hợp chống thấm cho nền

Điều kiện áp dụng: Khi biểu hiện thấm ở nền đập là bình thường, phù hợp với yêu cầu

thiết kế

Bố trí: Mặt cắt đập sau khi áp trúc được xác định theo kết quả tính toán về yêu cầu tôn

cao đập Nối tiếp khối áp trúc với mái thượng lưu đập cũ cần được dỡ bỏ lớp bảo vệ

mái đập cũ, bóc bỏ các phần đất yếu trên mái, san phẳng mặt mái trước khi đắp áp trúc Để bảo vệ mái thượng lưu đập thì cần tính toán theo điều kiện sóng gió của hồ

chứa và phù hợp với quy định trong tiêu chuẩn thiết kế đập đất đầm nén hiện hành

a2.Sơ đồ đập với khối áp trúc có kết hợp chống thấm cho nền bằng chân răng

Hình 2.4 Sơ đồ đập với khối áp trúc có kết hợp chống thấm cho nền bằng chân răng

Điều kiện áp dụng: Khi nền đập có biểu hiện thấm mạnh ( xuất hiện lỗ sủi, mạch sủi ở

hạ lưu, lưu lượng thấm ra hạ lưu vượt quá Qcp) và khi chiều dày thấm ở nền không

Bố trí: Mặt cắt đập nối tiếp với khối đắp cũ, bảo vệ mái đập xác định tương tự như ở

sơ đồ khối áp trúc không kết hợp chống thấm cho nền Với chân răng thì được đào cắt qua hết tầng thấm mạnh ở nền, bề rộng đáy chân răng bcr ≥ 3m ( để thi công bằng cơ

giới), mái hai bên của chân răng được chọn theo điều kiện ổn định mái khi thi công,

vật liệu đắp chân răng cùng loại với vật liệu đắp khối áp trúc

b) Đắp áp trúc hạ lưu

Tùy thuộc vào cách bố trí thiết bị thoát nước thấm cho đập và nền, có các sơ đồ bố trí

khối áp trúc hạ lưu như sau :

b1 Sơ đồ đập với khối áp trúc có thiết bị thoát nước kiểu áp mái

Điều kiện áp dụng: Khi hạ lưu không có nước (hh = 0), đập cũ có thiết bị thoát nước

dạng áp mái hoặc không có thiết bị thoát nước

Bố trí: Thiết bị thoát nước là lớp đá hộc lát ở chân mái khối áp trúc hạ lưu Đỉnh của thiết bị thoát nước đặt cao hơn điểm ra của đường bảo hòa ở mái hạ lưu (theo kết quả tính thấm) một đoạn d ≥ 1.5m với đập đất cấp I, II, d ≥ 2m đối với đập cấp II trở lên

Nối tiếp giữa thân đập và nền bằng tầng lọc ngược Chân của thiết bị thoát nước áp mái được làm rãnh thu nước mặt chạy dọc chân mái, dẫn nước về lòng sông Khi thiết

bị thoát nước cũ là áp mái thì cần bóc bỏ và thu dọn sạch trước khi đắp áp trúc

Hình 2.5 Sơ đồ đập với khối áp trúc hạ lưu có thiết bị thoát nước kiểu áp mái

1.Khối đập cũ

2.Khối áp trúc hạ lưu

3 Thiết bị thoát nước kiểu áp mái

4 Tầng lọc ngược

5 Rãnh thu nước chân mái

6 Thiết bị thoát nước kiểu áp mái cũ

b2 Sơ đồ đập với khối áp trúc có thiết bị thoát nước kiểu áp mái và gối phẳng nối với

lăng trụ thoát nước cũ

Điều kiện áp dụng: Khi hạ lưu có nước (hh ≠ 0) và thiết bị thoát nước cũ dạng lăng

trụ

Bố trí: Thiết bị thoát nước dạng áp mái ở chân của khối áp trúc cấu tạo tương ứng như

mục trên Cao trình đỉnh áp mái Zam xác định từ kết quả tính toán thấm: Khi lăng trụ

của đập cũ làm việc tốt, đường bão hòa mới đi vào lăng trụ: Zam = ZHlmax+ d (với

ZHlmaxmực nước lớn nhất hạ lưu, d: độ cao an toàn lấy tương tự như sơ đồ áp mái trên)

Khi lăng trụ của đập cũ đã bị tắc, đường bão hòa mới đi ra mái hạ lưu: Zam = ZR + d

(ZR : độ cao điểm ra của đường bão hòa trên mái, xác định theo kết quả tính thấm, d:

độ cao an toàn lấy tương tự như sơ đồ áp mái trên Gối phẳng nằm ngang đặt tại nền

nối chân của lăng trụ cũ với chân của phần áp mái mới Phần lõi là đá xếp có chiều cao

tối thiểu 0.5m, mặt tiếp nối với nền và với thân đập (khối đắp áp trúc) có cấu tạo của

tầng lọc ngược

Hình 2.6 Sơ đồ đập với khối áp trúc có thiết bị thoát nước kiểu áp mái và gối phẳng

nối với lăng trụ thoát nước cũ

1 Khối đập cũ 4.Thiết bị thoát nước kiểu áp mái

ối áp trúc hạ lưu ần gối phẳng

b3 Sơ đồ đập với khối áp trúc có thiết bị thoát nước kiểu ống khói kết hợp với lăng trụ

và gối phẳng

Điều kiện áp dụng: Khi hạ lưu có nước (hh ≠ 0), thiết bị thoát nước cũ dạng lăng trụ,

đất đắp khối hạ lưu có tính chịu nước kém (dễ bị trương nở, tan rã, lún ướt khi bão hòa

nước)

Bố trí: Lớp chuyển tiếp kiểu ống khói thoát nước bằng vật liệu cát lọc có chiều dày t

không nhỏ hơn 0.5m hoặc chiều rộng theo phương ngang không nhỏ hơn 1.5m Đỉnh

của ống khói thường lấy bằng đỉnh của khối đập cũ còn phần bố trí lăng trụ và gối

phẳng được nêu như trên hình 2.7

Hình 2.7 Sơ đồ đập với khối áp trúc có thiết bị thoát nước kiểu ống khói kết hợp với

a1 Vật liệu đắp áp trúc

+ Các vật liệu đất đá, bao gồm cả sản phẩm phong hóa hoàn toàn, phong hóa vừa đều

có thể dùng để đắp áp trúc đập Tuy nhiên, vật liệu đắp phải đảm bảo yêu cầu về tính

bền vững, khả năng chịu lực và tính chống chịu với tác động của dòng thấm phù hợp

với điều kiện làm việc của khối áp trúc đập Các loại đất không dùng để đắp khối áp trúc, trừ trường hợp đặc biệt khi có biện pháp xử lý thích hợp và có luận chứng tin cậy: đất có hàm lượng hữu cơ chưa phân hủy hết lớn hơn 5.0% hoặc đã phân hủy hoàn toàn nhưng ở trạng thái không định hình lớn hơn 8.0% tính theo trọng lượng, đất cát mịn, đất bụi nặng hoặc đất sét nặng [10] Đây là yêu cầu chung cho việc lựa chọn vật liệu cả

khối đắp áp trúc thượng lưu và hạ lưu

+Hệ số thấm của đất không lớn hơn hệ số thấm của khối thân đập cũ Trường hợp khối thân đập cũ có biểu hiện thấm mạnh thì phải chọn khối đất đắp thượng lưu có hệ số

thấm nhỏ hơn so với thân đập cũ

+ Khi vật liệu khan hiếm phải dùng loại đất pha sét có hệ số trương nở lớn hơn cho phép để đắp khối áp trúc thượng lưu thì cần biện pháp xử lý bằng cách đắp lớp bảo vệ

và gia tải lên trên khối áp trúc chính để tạo áp lực ngoài lớn hơn áp lực trương nở + Vật liệu đắp khối gia tải bảo vệ phải đảm bảo sự ổn định của đập và phải có độ

chống cắt chống nén tương đối cao

a2 Mặt cắt ngang của đập nâng cấp

+ Cao trình đỉnh đập: Cao trình đỉnh đập được xác định trên cơ sở tính toán độ vượt cao của đập đất trên các mực nước tính toán hồ chứa (mực nước dâng bình thường,

mực nước lũ thiết kế và kiểm tra theo QCVN04-05:2012) đảm bảo nước không tràn qua đỉnh đập Cao trình đỉnh đập xác định như sau:

Zđỉnh đập = MNTT + hđ Trong đó: MNTT: Mực nước tính toán của hồ chứa theo QCVN04-05:2012 (mực nước dâng bình thường, mực nước lũ thiết kế, mực nước lũ kiểm tra)

Δh: Độ dềnh cao do gió

hsl1%: Chiều cao sóng leo trên mái đập ứng với mức đảm bảo i = 1%

a : Chiều cao an toàn phụ thuộc vào cấp công trình và điều kiện làm việc của hồ chứa, xác định theo tiêu chuẩn thiết kế đập đất đầm nén [10]

Chọn giá trị lớn nhất trong các giá trị tính toán làm cao trình đỉnh đập thiết kế

+ Cấu tạo đỉnh đập: Chiều rộng đỉnh đập phụ thuộc vào điều kiện thi công và khai thác (không nhỏ hơn 5m) Khi có yêu cầu kết hợp đường giao thông công cộng thì phải thiết kế theo tiêu chuẩn đường giao thông Mặt đập dốc nghiêng về một phía hoặc hai phía với độ dốc từ 2% đến 3%, lớp bảo vệ đỉnh đập có thể chọn bằng đất cấp phối cát

cuội sỏi đầm chặt, bê tông hoặc bê tông cốt thép, dăm sỏi xâm nhập nhựa đường, bê tông nhựa đường… Nếu trên đỉnh đập dự kiến xây dựng tường chắn sóng ( tường

thẳng đứng hoặc tường có mặt cong) thì độ vượt cao của đỉnh đập được tính từ cao trình mực nước tính toán tới đỉnh tường chắn sóng Trường hợp này cao trình đỉnh đập đắp phải cao hơn mực nước lũ kiểm tra tối thiểu 0.3m [10] Tường chắn sóng cao từ 0.6- 1.2m, kết cấu bằng đá xây, bê tông hoặc bê tông cốt thép

+ Mái đập: mái đập phải đảm bảo ổn định trong điều kiện làm việc của đập Độ dốc mái đập được xác định căn cứ vào: loại hình đập, chiều cao đập, vật liệu đắp đập…điều kiện thi công và khai thác Hệ số mái đập sơ bộ được xác định theo công

thức:

Mái thượng lưu: mtl = 0.05H + 2

Mái hạ lưu : mhl = 0.05H + 1.5

Hệ số mái đập được chọn theo kết quả tính toán ổn định mái

a3 Thiết kế xử lý mặt tiếp giáp

+ Mặt tiếp giáp giữa khối áp trúc và đập cũ: Sau khi tháo cạn toàn bộ hồ hoặc tháo cạn

một phần hồ và đắp đê quai cách ly phần mái thượng còn lại với lòng hồ, bề mặt thượng lưu cần được xử lý trước khi đắp áp trúc như; dỡ bỏ toàn bộ lớp bảo vệ mái thượng lưu, bạt phẳng và làm sạch mái sau khi dỡ bỏ lớp bảo vệ, nếu có các vùng đất

yếu cục bộ trên mái thì cần bóc bỏ hết Mái dốc m theo phương ngang (phương vuông góc với trục đập) của khối còn lại cần đảm bảo m ≥ 2 (không bạt kiểu giật cấp)

+ Mặt tiếp giáp giữa khối áp trúc với nền: Xử lý bằng cách đào bỏ lớp đất yếu, làm

sạch và khô hố móng trước khi đắp đất Trường hợp dưới khối áp trúc có chân răng

chống thấm: tiến hành đào hố móng chân răng cắt qua hết chiều dày tầng thấm mạnh Trường hợp tầng thấm mạnh quá dày (T > 10m) thì có thể thiết kế theo kiểu “tường răng lơ lửng” Mức độ cắm sâu của tường răng lơ lửng được xác định theo kết quả tính toán thấm (khống chế lưu lượng thấm nhỏ hơn cho phép và gradient thấm trong nền phía sau chân răng nhỏ hơn cho phép) Mái hai bên của tường chân răng được chọn theo điều kiện ổn định khi thi công Hố móng của chân răng cần được làm sạch và khô trước khi đắp đất

+ Mặt tiếp giáp giữa khối áp trúc với hai vai đập: Xử lý tiếp giáp vai đập với khối áp trúc thượng lưu và hạ lưu là như nhau Nguyên tắc là phải đảm bảo nối tiếp tốt và trơn tru giữa khối đắp mới và nền vai đập, tránh hình thành các khe hở cục bộ - là nơi tạo ra dòng thấm tập trung, tránh hình thành khe nứt ở khối áp trúc khi nền có biến đổi đột

ngột Các yêu cầu chính bao gồm: bóc bỏ hết lớp đất chứa rễ cây, cỏ và các thành phần đất yếu trên bề mặt Vai bờ sau khi xử lý là đường cong trơn, không có bậc thụt Mái

bờ vai sườn núi đá không dốc quá 1:0.5 Mái bờ vai là đất không được dốc quá 1:1.5, không xử lý thành bậc thang

+ Mặt tiếp giáp giữa các khối áp trúc với công trình xây đúc hoặc vách núi đá Khối áp trúc có thể cắt qua công trình xây đúc như cống lấy nước, đường tràn Cách cử lý kết

cấu công trình xây đúc tiếp giáp với khối áp trúc như: cần xử lý tôn cao tường bên, tường cánh của công trình dẫn tháo nước cho phù hợp với biên của khối áp trúc Trường hợp chỉ tôn cao không đảm bảo độ bền của tường thì xem xét tôn cao kết hợp

với tăng chiều dày mặt cắt Mặt cắt được chọn cuối cùng căn cứ vào tính ổn định và độ

bền của tường Cách xử lý đắp khối áp trúc tiếp giáp với công trình xây đúc hay vách đá: trong phạm vi 1m kể từ đường viền tiếp giáp, đất đắp phải là đất á sét không lẫn

sạn sỏi hoặc các tạp chất khác Trong phạm vi 1m kể từ đường viền tiếp giáp, đất phải