TỔNG QUAN VỀ CHẤT LƯỢNG ĐẬP ĐẤT
Tình hình chung về xây dựng đập đất ở nước ta
Trong suốt nhiều thế kỷ, con người đã xây dựng đập ngăn sông để tạo hồ trữ nước, điều tiết dòng chảy, hạn chế lũ lụt, phát triển thủy điện và bảo vệ môi trường Sự gia tăng số lượng đập chứa nước trên toàn cầu trong những thập kỷ qua phản ánh những lợi ích này Tại Việt Nam, hầu hết các đập đất được xây dựng từ năm 1954 ở miền Bắc và sau năm 1975 trên toàn quốc, với khoảng 90% là đập đất Đến nay, Việt Nam đã có hơn 6500 hồ chứa thủy lợi với tổng dung tích khoảng 11 tỷ m³, trong đó có 560 hồ lớn hơn 3 triệu m³ và 1752 hồ có dung tích từ 0,2 triệu đến 3 triệu m³.
- Các tỉnh đã xây dựng nhiều hồ chứa là:
Bình Định hiện có 161 hồ chứa nước, đóng vai trò quan trọng trong việc quản lý tài nguyên nước và hỗ trợ nông nghiệp Các hồ chứa này không chỉ giúp điều tiết nguồn nước mà còn góp phần phát triển kinh tế địa phương Việc nghiên cứu và ứng dụng công nghệ thủy lợi là cần thiết để nâng cao hiệu quả sử dụng các hồ chứa, đảm bảo nguồn nước cho sản xuất và sinh hoạt.
- Giai đoạn 1960 ÷ 1975: Chúng ta đã xây dựng nhiều hồ chứa có dung tích trữ nước từ 10 ÷ 50 triệu m3 như: Đại Lải (Vĩnh Phúc); Suối Hai, Đồng
Mô (Hà Nội); Khuôn thần (Bắc Giang); Thượng Tuy, Khe Lang (Hà
Hồ Cấm Sơn ở Lạng Sơn nổi bật với dung tích 248 triệu m³ nước và chiều cao đập đất lên tới 40m, là đập đất cao nhất vào thời điểm đó Ngoài ra, Rào Nan và Cẩm Ly tại Quảng Bình cũng góp phần vào hệ thống thủy lợi quan trọng của khu vực.
- Giai đoạn 1975 ÷ 2000: Sau khi đất nước thống nhất chúng ta đã xây dựng được hàng ngàn hồ chứa trong đó có nhiều hồ chứa nước lớn như: Núi
Cốc (Thái Nguyên); Kè Gỗ (Hà Tĩnh); Yên Lập (Quảng Ninh); Sông Mực
(Thanh Hóa); Phú Ninh (Quảng Nam); Yazun hạ (Gia Lai); Dầu Tiếng (Tây
Hồ Dầu Tiếng là hồ chứa nước lớn nhất Việt Nam với dung tích 1,58 tỷ m³ Trên toàn quốc, đã có hơn 700 hồ chứa được xây dựng với dung tích từ 1 đến 10 triệu m³ Đặc biệt, trong thời gian gần đây, nhiều huyện, xã, hợp tác xã và nông trường đã xây dựng hàng ngàn hồ chứa có dung tích khoảng 0,2 triệu m³.
Từ năm 2000 đến nay, Bộ NN&PTNT đã sử dụng nhiều nguồn vốn, đặc biệt là trái phiếu chính phủ, để đầu tư xây dựng nhiều hồ chứa lớn và vừa, tiêu biểu như hồ Cửa Đạt tại Thanh Hóa và hồ Định.
B ình (Bình Định); Tả Trạch (Thừa Thiên Huế); Nước Trong (Quảng Ngãi); Đá Hàn (Hà Tĩnh); Rào Đá (Quảng Bình); Thác Chuối (Quảng Trị); Kroong
Buk Hạ, IaSup Thượng (Đắc Lắc)… Đặc điểm chung của các hồ chứa thủy lợi là đập chính ngăn sông tạo hồ, tuyệt đại đa số là đập đất
Hơn một nửa số hồ đã được xây dựng và đưa vào sử dụng trong 25 đến 30 năm qua đã bị xuống cấp Các hồ có dung tích từ 1 triệu m³ trở lên thường được thiết kế và thi công bởi các lực lượng chuyên nghiệp Đặc biệt, những hồ có dung tích từ 10 triệu m³ trở lên thường được thực hiện bởi các chuyên gia từ các trường đại học thủy lợi.
Phần lớn các hồ chứa nước từ 1 triệu đến 10 triệu m³ được quản lý bởi Ủy ban Nhân dân tỉnh, trong khi các hồ nhỏ thường do huyện, xã, hợp tác xã và nông trường tự đầu tư và quản lý Những hồ lớn được đầu tư đầy đủ về vốn và kỹ thuật thường có chất lượng xây dựng đập đạt yêu cầu Ngược lại, các hồ nhỏ thường gặp khó khăn do thiếu thông tin cơ bản về địa hình, địa chất, thủy văn, thiết bị thi công, và lực lượng kỹ thuật, dẫn đến chất lượng đập kém và mức độ an toàn thấp.
1.2 Những vấn đề liên quan đến chất lượng đập đất
An toàn đập là một vấn đề quan trọng được nhiều quốc gia chú trọng, đặc biệt là tại Việt Nam, nơi đập đất chiếm tỷ lệ cao trong các công trình ngăn sông tạo hồ chứa Hư hỏng của đập đất có thể dẫn đến nguy cơ mất an toàn, thậm chí gây ra thảm họa vỡ đập Do đó, các công tác khảo sát, thiết kế và thi công đóng vai trò then chốt trong việc đảm bảo chất lượng và an toàn cho các công trình đập đất.
Trong xây dựng công trình thủy lợi, đặc biệt là đập đất, khảo sát địa chất là bước đầu tiên và vô cùng quan trọng Công tác này không chỉ ảnh hưởng đến chi phí và hiệu quả dự án mà còn quyết định sự an toàn của công trình Ngoài ra, khảo sát địa chất còn hỗ trợ trong việc lựa chọn vật liệu đất và tuyến đập tối ưu nhất.
1.2.1 1 Tài liệu khảo sát địa chất nền, vai đập, khảo sát thăm dò vật liệu
Công tác khảo sát và đánh giá điều kiện địa chất công trình cùng với vật liệu xây dựng, đặc biệt là trong mỏ khai thác vật liệu, là một quy trình phức tạp và đầy thách thức Việc thực hiện khảo sát chính xác không chỉ đảm bảo an toàn cho công trình mà còn tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên và giảm thiểu rủi ro trong quá trình thi công Do đó, việc đánh giá kỹ lưỡng các yếu tố địa chất và vật liệu là rất cần thiết để đạt được hiệu quả cao trong xây dựng.
Trong giai đoạn thiết kế công trình, đặc biệt là thiết kế kỹ thuật, chất lượng khảo sát đóng vai trò quan trọng, ảnh hưởng lớn đến kết cấu công trình Khảo sát nền móng cẩn thận giúp nhà thiết kế lựa chọn giải pháp phù hợp, đảm bảo quy mô và kết cấu hợp lý với điều kiện kinh tế kỹ thuật Việc thực hiện khảo sát đầy đủ sẽ giảm thiểu rủi ro khi thi công, đồng thời tránh được các vấn đề kỹ thuật phát sinh khi kết quả khai thác vật liệu phù hợp với tài liệu khảo sát và tính toán.
Qua các sự cố xảy ra tại các đập, việc xem xét nguyên nhân gây ra những sự cố này cho thấy công tác khảo sát cơ bản vẫn còn nhiều hạn chế do một số yếu tố nhất định.
Công tác khảo sát phục vụ cho tài liệu báo cáo chưa tuân thủ đúng trình tự và quy trình quy phạm, dẫn đến việc chủ nhiệm dự án chưa thực hiện đầy đủ các yêu cầu kỹ thuật cần thiết Sự xem nhẹ tầm quan trọng của khảo sát đã khiến tài liệu thăm dò trở nên ít ỏi và sơ sài.
Do hạn chế về thiết bị, độ chính xác của các thông số thí nghiệm trong việc khảo sát đất đắp đập ở Tây Nguyên Nam Trung Bộ còn thấp Vùng này có những tính chất cơ lý đặc biệt mà ít nơi khác có được Để đảm bảo kết quả thí nghiệm phản ánh đúng, cần bảo vệ cẩn thận mẫu khoan và duy trì trạng thái nguyên dạng Ngược lại, nếu thiết bị khoan cũ kỹ và độ chính xác kém, mẫu lấy ra sẽ bị ảnh hưởng bởi các tác động cơ khí, dẫn đến sai lệch trong tính nguyên dạng của phôi.
Yếu tố thứ hai cần nhấn mạnh là sự thay đổi trong cấu trúc địa tầng, ngay cả trong cùng một lớp đất Do đó, nếu công tác khảo sát không được thực hiện một cách chi tiết và không có sự phân vùng, phân lớp rõ ràng, thì tài liệu thí nghiệm sẽ không phản ánh chính xác đặc điểm địa chất Việc này có thể dẫn đến những sai sót trong quá trình đánh giá và thiết kế công trình, ảnh hưởng đến chất lượng và an toàn của các dự án xây dựng.
7 bình quân thì rõ rà ng kết quả lựa chọn trong đầm n én càng sai khác nhiều so với thực tế.
1.2.1.2 Tài liệu cơ bản phục vụ cho tính toán thủy văn công trình
Những sự cố xảy ra đối với đập đất
1.3.1 Những sự xảy ra với đập đất
Các sự cố đập đất thường xuất hiện dưới nhiều hình thức, bao gồm sạt mái thượng, sạt mái hạ lưu, hỏng lớp bảo vệ, và thấm phát triển trong nền và thân đập Những vấn đề này có thể dẫn đến vỡ đập, tràn nước qua đỉnh đập, và thường bắt nguồn từ sự cố của các công trình khác Nguyên nhân chính của các sự cố này thường liên quan đến thiết kế và thi công không đảm bảo tiêu chuẩn.
Có 17 sự cố có thể phát sinh từ nhiều khía cạnh khác nhau, từ thiết kế đến thi công và quản lý vận hành Dưới đây là những sự cố thường gặp.
- Lũ tràn qua đỉnh đập do :
+ Tính toán thủy văn không chính xác
+ Cửa đập tràn bị kẹt
+ Lũ vượt tần suất thiết kế
+ Đỉnh đập đắp thấp hơn cao trình thiết kế
- Sạt lở mái đập ở thượng lưu:
+ Tính toán sai cấp bão
+ Biện pháp gia cố mái không đủ sức chịu sóng do bão gây ra
+ Thi công lớp gia cố kém chất lượng
+ Đất mái thượng lưu đầm nện không đủ độ chặt
- Thấm mạnh làm xói nền đập do :
+ Đánh giá sai địa chất nền đập
+ Biện pháp thiết kế xử lý nền không đảm bảo chất lượng
+ Thi công xử lý không đúng thiết kế
- Thấm và sủi nước ở vai đập do :
+ Thiết kế sai biện pháp tiếp giáp giữa đập và vai
+ Thi công không đúng thiết kế, bóc bỏ lớp thảo mộc không hết
+ Đầm nện chỗ tiếp giáp không tốt
- Thấm và xói rỗng ở mang các công trình bê tông do:
+ Thiết kế biện pháp tiếp giáp không tốt
+ Thi công không đảm bảo chất lượng
+ Các khớp nối của công trình bê tông bị hỏng…
- Thấm mạnh, sủi nước qua thân đập do:
+ Vật liệu đắp không tốt
Khảo sát vật liệu không chính xác và thí nghiệm sai các chỉ tiêu cơ lý lực học của vật liệu đất có thể dẫn đến những hậu quả nghiêm trọng trong lĩnh vực xây dựng và thủy lợi Việc đảm bảo tính chính xác trong khảo sát và thí nghiệm là vô cùng quan trọng để đảm bảo chất lượng công trình và an toàn cho người sử dụng Các trường đại học thủy lợi cần chú trọng đào tạo sinh viên về phương pháp khảo sát và thí nghiệm đúng cách, nhằm nâng cao hiệu quả và độ tin cậy trong các dự án liên quan đến đất và nước.
+ Thiết kế sai dung trọng khô của đập
+ Không có biện pháp xử lý thích hợp đối với độ ẩm của đất
+ Thi công đầm nén không đảm bảo kỹ thuật
+ Thiết bị tiêu nước qua thân đập không làm việc
+ Thân đập lún không đều
+ Đất đắp đập bị lún ướt lớn hoặc tan rã nhanh
+ Nước hồ dâng cao đột ngột do lũ về nhanh
+ Nước hồ rút xuống đột ngột gây giảm tải đột ngột ở mái thượng lưu
+ Nền đập bị lún theo chiều dài tim đập
Đất đắp đập khối thượng lưu có nguy cơ lún ướt và tan rã nhanh chóng, nhưng trong quá trình khảo sát, không phát hiện ra vấn đề này hoặc thiết kế không áp dụng biện pháp phòng ngừa thích hợp.
- Trượt mái thượng và hạ lưu đập do:
+ Sóng bão kéo dài phá hỏng lớp gia cố
+ Thiết kế chọn sai sơ đồ tính toán ổn định, tổ hợp tải trọng
+ Địa chất nền xấu không xử lý triệt để
+ Chất lượng thi công không đảm bảo
+ Thiết bị tiêu nước thấm trong thân đập không làm việc, thiết bị tiêu nước mưa trên mái không tốt
- Đập tràn bị hỏng do :
+ Nền bị xói làm thân đập bị gãy nứt nẻ
+ Tiêu năng bị xói do thiết kế sai
+ Hạ lưu bị xói do tiêu năng không hết
Cửa van có thể bị kẹt do thiết kế và lắp đặt không đạt yêu cầu, dẫn đến việc thiết bị đóng mở hoạt động kém hiệu quả Để khắc phục tình trạng này, cần chú trọng vào quy trình gia công và lắp đặt, đảm bảo các tiêu chuẩn kỹ thuật Việc bảo trì thường xuyên cũng rất quan trọng để duy trì hiệu suất hoạt động của cửa van.
- Cống lấy nước bị hỏng do:
+ Nền lún làm gãy cống
+ Hỏng khớp nối, nước xói ở mặt tiếp giáp giữa cống và đập
+ Cửa cống bị kẹt, cống ở quá sâu không xử lý được nhất là trong khi hồ chứa đầy nước
+ Tiêu năng sau cống bị xói
1.3.2 Một số sự cố đập đất
1.3.2.1 Sự cố đập hồ Am Chúa – huyện Diên Khánh, tỉnh Khánh
Hồ Am Chúa được xây dựng năm 1987 và cơ bản hoàn thành vào năm
Năm 1992, hồ chứa có đập đất dài 330 m và cao 24.5 m, với cao trình đỉnh đập đạt 37.0 m Trong tháng 10/1989 và tháng 10/1992, đập gặp sự cố do mưa lớn kéo dài, khiến mực nước hồ tăng nhanh đột ngột, dẫn đến nhiều lỗ rò rỉ và tình trạng thấm mạnh qua thân đập.
Sự cố xảy ra chủ yếu do chất lượng thi công đắp đập không đạt yêu cầu Khối đất đắp bị phân tách theo từng lớp, trong đó có các lớp bụi khô màu xám tro, đặc biệt tập trung nhiều ở các lỗ rò Độ ẩm của đất không đồng đều, mật độ chặt kém và không đồng nhất, khiến các chỉ tiêu kỹ thuật không đạt yêu cầu thiết kế Đây là những vấn đề đã được nêu rõ trong Báo cáo tổng hợp Đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ năm 2004 về giải pháp bảo đảm an toàn cho hồ chứa thủy lợi ở miền Bắc.
Trung tâm Việt Nam do GS Nguyễn Văn Mạo làm Chủ nhiệm, chuyên về lĩnh vực thủy lợi, đóng vai trò quan trọng trong việc nghiên cứu và phát triển công nghệ thủy lợi tại Việt Nam Trung tâm này không chỉ tập trung vào đào tạo nguồn nhân lực chất lượng cao mà còn góp phần vào việc cải thiện hệ thống quản lý nước và bảo vệ môi trường Các hoạt động của trung tâm nhằm nâng cao hiệu quả trong việc sử dụng tài nguyên nước, đáp ứng nhu cầu phát triển bền vững cho đất nước.
Hình 1.2 : Dòng thấm phát triển dưới đáy đập
Mạch đùn và mạch sủi bắt đầu xuất hiện ở hạ lưu đập, cho thấy sự chuyển động của nước và ảnh hưởng đến cấu trúc địa chất trong khu vực Sự hình thành này có thể ảnh hưởng đến hiệu suất của đập và cần được theo dõi chặt chẽ để đảm bảo an toàn Việc nghiên cứu các hiện tượng này là rất quan trọng trong lĩnh vực thủy lợi, nhằm tối ưu hóa quản lý nước và bảo vệ môi trường.
Hình 1.4 : Những gì còn lại sau khi nước hồ bị tháo cạn
1.3.2.2 Sự cố hồ Núi Cốc – huyện Đại Từ, tỉnh Thái Nguyên
Vào tháng 12 năm 2002, hiện tượng thấm ngang đã xảy ra tại thân đập đất đồng chất hồ Núi Cốc Trên mái hạ lưu, có ba vị trí xuất hiện hiện tượng thấm, và khi đứng tại những vị trí này, người ta có thể cảm nhận như đang đứng trên một tấm đệm mềm.
Hình 1.5 : Vị trị thấm số 1
Hình 1.6: Thấm bùng nhùng ngang thân đập tại vị trí số 2
1.3.2.3 Sự cố đập Z20 (KE 2/20 REC) – huyện Hương Khê, tỉnh Hà
Trường Đại học Thủy lợi là một trong những cơ sở giáo dục hàng đầu tại Việt Nam, chuyên đào tạo về lĩnh vực thủy lợi và quản lý tài nguyên nước Với đội ngũ giảng viên giàu kinh nghiệm và chương trình học chất lượng, trường cung cấp cho sinh viên kiến thức vững chắc và kỹ năng thực tiễn cần thiết Đại học Thủy lợi không chỉ chú trọng vào việc giảng dạy mà còn tích cực tham gia nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ, góp phần vào sự phát triển bền vững của ngành thủy lợi Sinh viên tốt nghiệp từ trường có khả năng làm việc trong nhiều lĩnh vực khác nhau, từ thiết kế công trình đến quản lý và bảo vệ tài nguyên nước.
Hồ chứa Z20, được đưa vào sử dụng năm 2008, có đập đất cao 12.5 m và cống lấy nước bê tông cốt thép đường kính 0.6 m, đã xảy ra sự cố vỡ đập vào rạng sáng 06-06-2009 tại vị trí cống Nguyên nhân chính của sự cố này là do đất xung quanh thân cống không được đầm chặt, dẫn đến việc không đảm bảo yêu cầu chống thấm, cùng với thiết kế không quy định rõ chỉ tiêu đất đắp Thêm vào đó, mái hố móng bờ trái quá dốc đã gây ra sự không an toàn giữa thân đập và bờ trái Thiết kế không ghi chú yêu cầu làm chân khay và rãnh thoát nước, trong khi thi công không tuân thủ bản vẽ thiết kế và không giám sát chất lượng công trình, dẫn đến những sai sót nghiêm trọng.
Hình 1.7 mô tả hiện tượng đập vỡ tại vị trí cống lấy nước, một vấn đề quan trọng trong lĩnh vực thủy lợi Việc nghiên cứu và phân tích các sự cố liên quan đến cống lấy nước giúp cải thiện thiết kế và quản lý công trình thủy lợi Sự cố này có thể ảnh hưởng đến hiệu suất của hệ thống cấp nước và cần được xử lý kịp thời để đảm bảo an toàn cho các công trình liên quan.
Hình 1.8 : Vị trí cống bị gãy
1.3.2.4 Sự cố đập Khe Mơ – huyện Hương Sơn, tỉnh Hà Tĩnh Đập Khe Mơ được xây dựng từ năm 1993, sức chứa 730.000m3; cung cấp nước cho xã Sơn Hàm, Sơn Diệm, Sơn Phú và thị trấn Phố Châu Sự cố đập xảy ra lúc 7h sáng ngày 16-10-2010 Nguyên nhân vỡ là do đập được xây dựng đã lâu nên bị xuống cấp nghiêm trọng [4]
Hình 1.9 thể hiện toàn cảnh đập Khe Mơ sau sự cố, nhấn mạnh tầm quan trọng của việc quản lý và bảo trì công trình thủy lợi Sự cố này đã gióng lên hồi chuông cảnh báo về an toàn đập và yêu cầu nâng cao các biện pháp phòng ngừa Để đảm bảo an toàn cho cộng đồng và môi trường xung quanh, cần thiết phải tiến hành đánh giá định kỳ và cải thiện các quy trình quản lý.
Hình 1.10 : Đoạn thân đập bị vỡ
Kết luận
Ở Việt Nam, các công trình đập đất đóng vai trò quan trọng trong phát triển kinh tế xã hội và nâng cao đời sống nhân dân Do đó, chất lượng đập đất là yếu tố then chốt Phân tích các giai đoạn khảo sát, thiết kế, thi công và quản lý vận hành cho thấy việc nâng cao chất lượng đập đất là một vấn đề cần được nghiên cứu và giải quyết triệt để.
Từ những ví dụ về những sự cố đập đất xảy ra ở nước ta cho thấy :
Các hồ chứa thường không gặp vấn đề mất ổn định về chống trượt của mái dốc, mà chủ yếu do sự phá hoại cục bộ tại những vị trí yếu trong đập khi hồ bắt đầu tích nước và xảy ra dâng nước đột ngột trong mùa mưa lũ.
Sự phá hoại cục bộ thường xuất phát từ nhiều nguyên nhân khác nhau, trong đó có thể kể đến các yếu tố liên quan đến môi trường, con người và các hoạt động kinh tế Việc hiểu rõ nguyên nhân gây ra sự phá hoại này là rất quan trọng để có thể áp dụng các biện pháp khắc phục hiệu quả Các nghiên cứu từ các trường đại học thủy lợi đã chỉ ra rằng sự can thiệp kịp thời và các giải pháp bền vững có thể giúp giảm thiểu tình trạng này, bảo vệ tài nguyên nước và môi trường sống.
Chọn dung trọng khô thiết kế không phù hợp với loại đất có thể dẫn đến việc đầm nén không đạt yêu cầu Nếu đầm nén được thực hiện trong điều kiện quá khô hoặc độ ẩm không đạt tiêu chuẩn, sẽ gây ra dung trọng thấp và hệ số đầm nén K < 0,9.
Khi hồ dâng nước đột ngột, đất bị sụt lún tạo ra dòng thấm mạnh gây xói rửa đến phá hủy đập.
Việc xử lý không tốt ở các vị trí tiếp giáp, như giữa thân đập và công trình bê tông, cũng như giữa các khối đắp trong quá trình thi công, có thể dẫn đến những vấn đề nghiêm trọng Điều này nhấn mạnh tầm quan trọng của việc đảm bảo các liên kết và tiếp giáp được thực hiện một cách chính xác để duy trì độ bền và an toàn của công trình.
