Tổng quan nghiên cứu

Tỉnh Bình Định, thuộc vùng Duyên hải Trung Bộ, có tổng số 165 hồ chứa nước với tổng dung tích khoảng 583 triệu m³, trong đó đa số là các hồ chứa nhỏ và vừa với tỷ lệ khoảng 80,6%. Huyện Vĩnh Thạnh, một huyện miền núi phía Tây tỉnh, có 3 hồ chứa nước chính với đập đất gồm Tà Niêng, Hà Nhe và Hòn Lập. Trong đó, đập Hòn Lập có dung tích 2,96 triệu m³ và đang gặp vấn đề nghiêm trọng về thấm qua thân và nền đập. Hiện trạng các đập đất trên địa bàn huyện Vĩnh Thạnh và tỉnh Bình Định nói chung đang xuống cấp nghiêm trọng, với tỷ lệ hồ chứa hư hỏng cần sửa chữa, nâng cấp chiếm khoảng 67%, trong đó nguyên nhân chủ yếu là thấm chiếm 68,4%.

Mục tiêu nghiên cứu là đề xuất các giải pháp chống thấm hợp lý cho các đập đất cũ cần sửa chữa, nâng cấp trên địa bàn huyện Vĩnh Thạnh, tỉnh Bình Định, đặc biệt ứng dụng cho đập Hòn Lập nhằm đảm bảo an toàn, bền vững và hiệu quả khai thác công trình. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào các đập đất trên địa bàn huyện Vĩnh Thạnh, với thời gian khảo sát và phân tích dữ liệu từ năm 1975 đến nay, đặc biệt chú trọng các công trình xây dựng trước năm 2005.

Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao an toàn hồ chứa, giảm thiểu rủi ro vỡ đập do thấm, góp phần phát triển kinh tế - xã hội bền vững cho địa phương. Các chỉ số an toàn và hiệu quả khai thác nước tưới được kỳ vọng cải thiện rõ rệt sau khi áp dụng các giải pháp chống thấm được đề xuất.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu về tính thấm và ổn định đập đất, bao gồm:

  • Lý thuyết tính thấm: Dòng thấm trong môi trường đất đá được mô tả theo định luật Darcy, với các giả thiết về môi trường đồng nhất, dòng thấm ổn định và không có điểm tiếp nước hay rút nước. Tổng thế năng tại điểm tính toán được xác định bằng áp lực nước lỗ rỗng và cao độ, bỏ qua cột tốc độ do vận tốc dòng thấm rất nhỏ. Các phương pháp tính toán thấm bao gồm phương pháp giải tích, sai phân và phần tử hữu hạn, trong đó phương pháp phần tử hữu hạn được sử dụng phổ biến nhờ độ chính xác và khả năng xử lý các điều kiện biên phức tạp.

  • Lý thuyết tính ổn định mái dốc: Tính ổn định đập đất được phân tích dựa trên các phương pháp cân bằng giới hạn (LEM), trong đó các mặt trượt giả định trước và áp dụng các phương trình cân bằng lực và mô men. Các phương pháp phổ biến gồm Bishop, Janbu, Spencer và Morgenstern-Price, với giả thiết đất tuân theo định luật Mohr-Coulomb. Lực thấm được xem là một trong những yếu tố làm giảm độ ổn định mái dốc.

  • Tiêu chí kỹ thuật nâng cấp chống thấm: Giải pháp chống thấm phải đảm bảo an toàn về thấm và ổn định mái dốc, khả thi về thi công và kinh tế, phù hợp với điều kiện khí hậu, địa chất và vật liệu địa phương.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính bao gồm số liệu khảo sát thực tế tại các đập đất trên địa bàn huyện Vĩnh Thạnh, tài liệu kỹ thuật, tiêu chuẩn thiết kế và các báo cáo liên quan đến hiện trạng hồ chứa. Cỡ mẫu nghiên cứu tập trung vào 3 hồ chứa chính, đặc biệt là đập Hòn Lập với dung tích 2,96 triệu m³.

Phương pháp phân tích sử dụng phần mềm mô phỏng địa kỹ thuật Geostudio với modul Seep/W để tính toán dòng thấm và ổn định đập theo phương pháp phần tử hữu hạn. Các bước nghiên cứu gồm khảo sát hiện trạng, thu thập chỉ tiêu cơ lý đất, phân tích tính thấm và ổn định hiện trạng, đề xuất và mô phỏng các giải pháp chống thấm, so sánh hiệu quả kỹ thuật và kinh tế.

Timeline nghiên cứu kéo dài trong năm 2017, bao gồm giai đoạn thu thập dữ liệu, phân tích lý thuyết, mô phỏng và đề xuất giải pháp.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Hiện trạng thấm và hư hỏng đập đất: Tại huyện Vĩnh Thạnh, 3 hồ chứa có đập đất thì chỉ có đập Hòn Lập gặp vấn đề thấm nghiêm trọng, với dòng thấm xuất hiện dọc hai bên mang cống lấy nước và tại tràn cũ, tạo thành nhiều lỗ rò lớn và làm ướt mái đập. Các hồ Tà Niêng và Hà Nhe có kỹ thuật thi công tốt hơn, hiện trạng ổn định.

  2. Tỷ lệ hồ chứa xuống cấp và cần sửa chữa: Trên địa bàn tỉnh Bình Định, khoảng 67% hồ chứa nhỏ và vừa cần sửa chữa, trong đó 34% cần sửa chữa khẩn cấp. Nguyên nhân mất an toàn chủ yếu do thấm chiếm 68,4%, hư hỏng cống lấy nước 23,3%, và tràn xả lũ bị xói lở 34,6%.

  3. Hiệu quả các giải pháp chống thấm đề xuất: Qua mô phỏng, giải pháp tường nghiêng kết hợp sân phủ và khoan phụt xi măng cho đập Hòn Lập đều giảm đáng kể lưu lượng thấm, tăng hệ số an toàn ổn định mái dốc lên trên 1,5, đáp ứng tiêu chuẩn kỹ thuật. So sánh kinh tế cho thấy giải pháp tường nghiêng sân phủ có chi phí thấp hơn khoảng 20% so với khoan phụt, phù hợp với điều kiện địa phương.

  4. Tính khả thi thi công và bảo trì: Giải pháp tường nghiêng sân phủ dễ thi công, phù hợp với nguồn vật liệu địa phương và điều kiện khí hậu, có thể hoàn thành trong vòng 3 tháng, đảm bảo kịp thời vụ Đông Xuân. Giải pháp khoan phụt đòi hỏi thiết bị chuyên dụng và chi phí cao hơn, thích hợp cho các công trình lớn hoặc nền đất phức tạp.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính dẫn đến thấm và hư hỏng đập đất là do công nghệ thi công cũ, vật liệu đắp không đồng đều, xử lý tiếp giáp không kỹ thuật và thiếu giám sát trong quá trình vận hành. Kết quả mô phỏng cho thấy các giải pháp chống thấm hiện đại như tường nghiêng sân phủ và khoan phụt xi măng có thể khắc phục hiệu quả các vấn đề này.

So sánh với các nghiên cứu trong nước và quốc tế, kết quả phù hợp với xu hướng áp dụng công nghệ phần tử hữu hạn trong tính toán thấm và ổn định đập đất. Việc lựa chọn giải pháp cần cân nhắc giữa hiệu quả kỹ thuật, chi phí và điều kiện thi công thực tế.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh lưu lượng thấm trước và sau xử lý, bảng tổng hợp hệ số an toàn mái dốc và chi phí thi công từng giải pháp để minh họa rõ ràng hiệu quả và tính khả thi.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Áp dụng giải pháp tường nghiêng kết hợp sân phủ cho các đập đất nhỏ và vừa: Động từ hành động là "thi công", mục tiêu giảm lưu lượng thấm ít nhất 50%, thời gian hoàn thành trong 3 tháng, chủ thể thực hiện là các nhà thầu địa phương phối hợp với cơ quan quản lý thủy lợi.

  2. Sử dụng công nghệ khoan phụt xi măng cho các đập có nền đất phức tạp hoặc hư hỏng nghiêm trọng: Động từ "triển khai", mục tiêu tăng hệ số an toàn mái dốc lên trên 1,5, thời gian thi công 4-6 tháng, chủ thể là các đơn vị chuyên ngành có thiết bị hiện đại.

  3. Tăng cường công tác khảo sát địa chất và vật liệu đắp trước khi sửa chữa, nâng cấp: Động từ "khảo sát", mục tiêu đảm bảo độ chính xác chỉ tiêu cơ lý đạt trên 90%, thời gian thực hiện 1-2 tháng, chủ thể là các đơn vị tư vấn địa kỹ thuật.

  4. Xây dựng quy trình giám sát, bảo dưỡng định kỳ các công trình đập đất: Động từ "thiết lập", mục tiêu giảm thiểu hư hỏng do thấm xuống dưới 10% trong 5 năm, chủ thể là các cơ quan quản lý thủy lợi địa phương.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Cơ quan quản lý thủy lợi và nông nghiệp tỉnh Bình Định: Hỗ trợ trong việc lập kế hoạch sửa chữa, nâng cấp hồ chứa nước, đảm bảo an toàn công trình và hiệu quả tưới tiêu.

  2. Các nhà thầu xây dựng công trình thủy lợi: Áp dụng các giải pháp kỹ thuật chống thấm phù hợp với điều kiện địa phương, nâng cao chất lượng thi công.

  3. Các chuyên gia và nhà nghiên cứu trong lĩnh vực kỹ thuật xây dựng đập đất: Tham khảo phương pháp tính toán thấm và ổn định bằng phần tử hữu hạn, cập nhật các giải pháp công nghệ mới.

  4. Sinh viên và học viên cao học chuyên ngành kỹ thuật xây dựng công trình thủy lợi: Nâng cao kiến thức thực tiễn về xử lý thấm và ổn định đập đất, phục vụ nghiên cứu và ứng dụng.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao đập đất ở Bình Định dễ bị thấm và hư hỏng?
    Do công nghệ thi công cũ, vật liệu đắp không đồng đều, xử lý tiếp giáp không kỹ thuật và thiếu bảo dưỡng, dẫn đến thấm qua thân và nền đập.

  2. Giải pháp chống thấm nào phù hợp nhất cho đập đất nhỏ?
    Giải pháp tường nghiêng kết hợp sân phủ được đánh giá phù hợp do chi phí thấp, dễ thi công và hiệu quả kỹ thuật cao.

  3. Phương pháp tính toán thấm nào được sử dụng trong nghiên cứu?
    Phương pháp phần tử hữu hạn với phần mềm Geostudio modul Seep/W, cho phép mô phỏng dòng thấm và phân tích ổn định chính xác.

  4. Làm thế nào để đảm bảo an toàn lâu dài cho đập đất sau khi sửa chữa?
    Cần thực hiện giám sát định kỳ, bảo dưỡng thường xuyên và áp dụng các giải pháp kỹ thuật phù hợp với điều kiện địa phương.

  5. Chi phí thi công giải pháp khoan phụt so với tường nghiêng sân phủ như thế nào?
    Khoan phụt có chi phí cao hơn khoảng 20% do yêu cầu thiết bị chuyên dụng và kỹ thuật phức tạp, thích hợp cho các công trình lớn hoặc nền đất phức tạp.

Kết luận

  • Đập đất trên địa bàn huyện Vĩnh Thạnh, tỉnh Bình Định đang xuống cấp nghiêm trọng, nguyên nhân chủ yếu do thấm qua thân và nền đập.
  • Các giải pháp chống thấm như tường nghiêng sân phủ và khoan phụt xi măng được đề xuất và mô phỏng, cho thấy hiệu quả kỹ thuật và kinh tế phù hợp.
  • Phương pháp phần tử hữu hạn được áp dụng thành công trong tính toán dòng thấm và ổn định mái dốc, hỗ trợ lựa chọn giải pháp tối ưu.
  • Nghiên cứu góp phần nâng cao an toàn hồ chứa, giảm thiểu rủi ro vỡ đập, đảm bảo phát triển kinh tế - xã hội bền vững cho địa phương.
  • Khuyến nghị triển khai áp dụng các giải pháp phù hợp, đồng thời tăng cường công tác khảo sát, giám sát và bảo dưỡng công trình trong thời gian tới.

Hành động tiếp theo là tổ chức các khóa đào tạo kỹ thuật cho cán bộ quản lý và nhà thầu, đồng thời triển khai thí điểm giải pháp chống thấm tại đập Hòn Lập để đánh giá hiệu quả thực tế.