Nghiên cứu giải pháp kỹ thuật chống thấm cho đập đất khi tôn cao mở rộng

• Tác giả: Vũ Văn Hạnh
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Phương Mậu
• Trường học: Trường Đại Học Thủy Lợi
• Chuyên ngành: Xây Dựng Công Thủy
• Đề tài: Giải Pháp Kỹ Thuật Chống Thấm Cho Đập Đất Trong Bối Cảnh Biến Đổi Khí Hậu
• Loại tài liệu: luận văn
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CẢM ƠN
• BAN CAM KET
• LỜI CẢM ƠN
• PHAN MỞ ĐÀI
• 1. Tính cấp thiết của để tài
• 1. TL Mue dich của ti:
• 11. Đối tượng và phạm ví nghiên cứu
• IV. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu:
• IV. Kết quả dat được của luận vấn:
• 1. CHUONG 1. TONG QUAN VE DAP DAT Ở VIỆT NAM
• 1.1. Tổng quan về hỗ chứa ở Việt Nam
• 1.2. Thực tang làm việc cửa dip đế ở Việt Nam
• 1.3. Vai tò cia nước và sự cin hit để nâng cấp hồ chứa.1 Sự cần hide ning cấp hỗ chứa
• 1.3.1. Vai tò của nước
• 1.4. Cc giả php nâng co hiệu quả im việ của hồ chứa ø
• 1.4.1. Giải pháp quản lý khả thác
• 1.4.2. Giải pháp vềcơchế, chính sch
• 1. Gidi pháp về điều kiện og nhiên kinh tế - xã hội
• 1.5. Kết in chương1
• 1.6. Những vấn đỀ nghiên cứu của luận vin
• 3. CHƯƠNG 3. PHƯƠNG PHÁP TÍNH THÁM QUA DAP DAT VA CÁC GIẢI PHAP CHONG THÁM KHI NÂNG CAP DAP
• 2.1. ic hinh thành dng thắm
• 2.1.1. LÝ nghìn việ nghiền cấu thẩm
• 2.1.2. Swhin thành động thâm
• 2.2. Phuong pháp tinh thi
• 8. Tính thắm qua đập dt theo phương pháp thủy lực
• 3223. Tính thẳm qua dip đất theo phương pháp cơ học chất ing
• -22. Tính thắm qua đập dất theo phương pháp thực nghiệm.Tính thắm qua đập đất bing phương pháp phần từ hữu hạn
• Các giải pháp chống thắm cho đập đất
• 2. Giai pháp chống thắm bằng tường nghiêng va sin phủ
• 2. Giai pháp chống thắm bằng tring răng kết hợp lõi giữa
• 2. Giai pháp chống thắm bằng tường hào Bentonite
• 4. Giải pháp chống thắm bằng cọc xi măng dit
• -23. 5 Giải pháp tường hào chẳng thắm màng địa ky thuật
• 2. Giai pháp tường nghiêng chống thẩm màng địa kỹ thuật
• -23. 7 Giải pháp tường nghiêng chống thắm bằng màng chống thắm bentonie.2
• `2. 8 Giải phấp tường nghiêng chống thắm bảng thâm sốt dia kỹ thuật GCL
• 2. 39 Giải pháp chống thắm bằng thẩm
• 2.4. Kế luận chương2
• 3. CHUONG 3. AP DUNG KET QUA NGHIÊN CỨU CHO CÔNG TRINH HO. CHUA NƯỚC DIEN TRƯỜNG - QUANG NGAL
• 3.1. Giới thiệu về công trình đập.Tổng thé công tình
• 3.2. Đặc điểm địa chất s0
• 3.8. Đặc điểm khí tượng và thủy văn công tinh
• 3. Mat cit đập hiện trạng.3, Tính oán dung tích hữu ich
• 3.1. Tinh toán lượng nước yêu cầu.2:Tinh toán dong chảy đến.3 KẾ! quả tinh oán.4, Cao trình đình đập.Tính toán điều tiết lũ.3442 Tính toán cao tình đập
• 5. Xác định quy mô và kết cấu đập.1 Giải pháp nâng cấp đập.52 Kết cấu đập
• 2. 6, Cấp và thông số kỹ thuật công trình sau khi nâng cấp. Xử lýthm cho đập
• 3. Đặt vấn đề cho xử lý thẩm.Giai php chống thim bằng khoan pht cho dip
• 2. Tinh ton dn dn thm cửa dip.Tài liệu cơ bản
• 102. 32 Tính toán thắm viên định thắm
• 10s. htoán Gn định trượt mái
• 106. hin chương 3
• KET LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHY LUC TÍNH TOÁN.s<<5
• HỆ) INH MINH HỌA

I. Tính cấp thiết của đề tài

Biến đổi khí hậu đã và đang tạo ra những tác động nghiêm trọng đến môi trường và hệ thống thủy lợi tại Việt Nam. Nhiệt độ trung bình gia tăng, mực nước biển dâng cao, và sự gia tăng tần suất của các hiện tượng thời tiết cực đoan như bão, lũ lụt và hạn hán đã ảnh hưởng đến khả năng cung cấp nước cho sản xuất nông nghiệp và sinh hoạt. Điều này khiến cho việc nâng cấp và cải thiện an toàn cho các hồ chứa nước trở nên cấp thiết hơn bao giờ hết. Đề tài nghiên cứu giải pháp kỹ thuật chống thấm cho đập đất trong bối cảnh biến đổi khí hậu không chỉ mang tính thời sự mà còn có ý nghĩa chiến lược trong việc đảm bảo an toàn cho các công trình thủy lợi. Chính phủ Việt Nam đã nhận thức được tầm quan trọng của việc ứng phó với biến đổi khí hậu và đã phê duyệt nhiều chương trình nhằm nâng cao khả năng thích ứng của hệ thống thủy lợi. Mục tiêu của nghiên cứu này là tìm kiếm các giải pháp chống thấm hiệu quả, đảm bảo an toàn cho các đập đất, từ đó góp phần vào sự phát triển bền vững của nguồn nước.

II. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của đề tài này là các đập đất, một loại công trình thủy lợi phổ biến tại Việt Nam. Phạm vi nghiên cứu bao gồm việc khảo sát tổng quan tình hình hồ chứa nước bằng đập đất trên toàn quốc, từ đó phân tích các phương pháp tính toán thấm qua đập đất và các giải pháp chống thấm hiện có. Nghiên cứu cũng sẽ tập trung vào việc đánh giá các điều kiện kỹ thuật cần thiết để xử lý thấm cho từng công trình cụ thể. Mục tiêu là đề xuất các giải pháp kỹ thuật phù hợp với điều kiện thực tế tại Việt Nam, đồng thời đảm bảo tính khả thi về kinh tế và kỹ thuật. Đề tài sẽ xem xét các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả của các giải pháp chống thấm, bao gồm đặc điểm địa chất, khí tượng, và thủy văn của khu vực nghiên cứu.

III. Kết quả đạt được của luận văn

Luận văn đã đạt được những kết quả quan trọng trong việc nghiên cứu và phân tích tình hình hồ chứa nước bằng đập đất ở Việt Nam. Các phương pháp tính toán thấm đã được tổng hợp và đánh giá, đặc biệt là phương pháp phần tử hữu hạn, cho phép xác định chính xác mức độ thấm qua đập. Nghiên cứu cũng đã đưa ra các giải pháp chống thấm đang được áp dụng hiệu quả tại Việt Nam và trên thế giới, từ đó đề xuất các giải pháp phù hợp cho các công trình cụ thể khi được nâng cao. Những kết quả này không chỉ có giá trị lý thuyết mà còn có tính ứng dụng cao trong thực tiễn, giúp cải thiện an toàn cho các đập đất và đảm bảo nguồn nước phục vụ cho sản xuất và sinh hoạt.

IV. Các giải pháp chống thấm cho đập đất

Nghiên cứu đã đề xuất nhiều giải pháp kỹ thuật chống thấm cho đập đất, bao gồm việc sử dụng tường nghiêng, tường răng kết hợp lõi giữa, và các phương pháp hiện đại như khoan phụt vữa xi măng. Mỗi giải pháp đều được phân tích dựa trên các tiêu chí về hiệu quả, tính khả thi và chi phí. Việc lựa chọn giải pháp phù hợp phụ thuộc vào điều kiện địa chất, thủy văn và yêu cầu kỹ thuật của từng công trình cụ thể. Đặc biệt, các giải pháp này không chỉ giúp giảm thiểu rủi ro thấm mà còn nâng cao độ ổn định và tuổi thọ của công trình. Việc áp dụng các công nghệ mới trong xây dựng và bảo trì các đập đất cũng được nhấn mạnh, nhằm đảm bảo tính bền vững trong bối cảnh biến đổi khí hậu.

V. Kết luận và kiến nghị

Luận văn đã khẳng định tầm quan trọng của việc nghiên cứu và áp dụng các giải pháp kỹ thuật chống thấm cho đập đất trong bối cảnh biến đổi khí hậu. Các giải pháp được đề xuất không chỉ góp phần nâng cao an toàn cho các công trình thủy lợi mà còn đảm bảo nguồn nước phục vụ cho phát triển kinh tế xã hội. Để đạt được hiệu quả cao nhất, cần có sự phối hợp chặt chẽ giữa các cơ quan chức năng, các nhà khoa học và cộng đồng trong việc triển khai các giải pháp này. Ngoài ra, cần tiếp tục nghiên cứu và cập nhật các công nghệ mới, nhằm nâng cao năng lực ứng phó với biến đổi khí hậu và đảm bảo an toàn cho các hệ thống thủy lợi trong tương lai.

Tổng quan nghiên cứu

Việt Nam hiện có khoảng 10.000 hồ chứa lớn nhỏ, trong đó có khoảng 180 hồ đập lớn, đứng thứ 24 trên thế giới về số lượng đập lớn theo thống kê của ICOLD. Tổng dung tích các hồ chứa lớn trên 2 triệu m³ đạt gần 25 tỷ m³, với hơn 600 hồ chứa có dung tích trên 1 triệu m³, tập trung chủ yếu ở miền Bắc và miền Trung. Tuy nhiên, phần lớn các đập đất được xây dựng từ những năm 1960 đến nay đã xuống cấp nghiêm trọng, đặc biệt là khoảng 1.200 hồ chứa đập đất đã đến tuổi sửa chữa, nâng cấp. Biến đổi khí hậu làm thay đổi chế độ thủy văn, gây ra hiện tượng mưa lớn tập trung, hạn hán kéo dài, ảnh hưởng trực tiếp đến an toàn và hiệu quả khai thác các hồ chứa.

Luận văn tập trung nghiên cứu các giải pháp kỹ thuật chống thấm cho đập đất khi được nâng cao, mở rộng nhằm đáp ứng nhu cầu sử dụng nước ngày càng tăng và thích ứng với biến đổi khí hậu. Mục tiêu chính là đề xuất các giải pháp chống thấm phù hợp với điều kiện làm việc của từng công trình cụ thể, đồng thời tính toán ổn định thấm và áp lực thấm sau khi nâng cấp đập đất để đảm bảo an toàn và hiệu quả khai thác. Phạm vi nghiên cứu bao gồm tổng quan về đập đất ở Việt Nam, các phương pháp tính thấm, giải pháp chống thấm hiện đại và ứng dụng thực tiễn cho công trình hồ chứa nước Diên Trường.

Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao tuổi thọ, đảm bảo an toàn công trình thủy lợi, đồng thời góp phần phát triển bền vững nguồn tài nguyên nước trong bối cảnh biến đổi khí hậu ngày càng phức tạp.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn áp dụng các lý thuyết và mô hình nghiên cứu sau:

• Định luật Darcy: Là cơ sở lý thuyết cho việc mô tả chuyển động dòng thấm trong môi trường đa lỗ rỗng của đập đất, với công thức cơ bản $V = kI$ (với $V$ là vận tốc thấm, $k$ là hệ số thấm, $I$ là gradient thấm).
• Phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH): Sử dụng để giải bài toán thấm ổn định trong đập đất, cho phép mô phỏng phân bố áp lực thấm, gradient thấm và lưu lượng thấm trong các điều kiện địa chất và hình học phức tạp.
• Mô hình dòng thấm ổn định và không ổn định: Phân tích sự hình thành và biến đổi dòng thấm qua đập đất trong các điều kiện mực nước thay đổi đột ngột hoặc theo thời gian.
• Các khái niệm chính: gradient thấm, lưu lượng thấm, áp lực thấm, đường bão hòa, tường chống thấm, tường nghiêng, tường lõi, tường hào Bentonite, cọc xi măng đất, màng địa kỹ thuật HDPE.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng kết hợp các phương pháp sau:

• Thu thập và phân tích tài liệu: Tổng hợp các số liệu, báo cáo, nghiên cứu trong nước và quốc tế về đập đất, biến đổi khí hậu, phương pháp tính thấm và giải pháp chống thấm.
• Khảo sát thực địa: Đo đạc, khảo sát hiện trạng công trình đập đất Diên Trường để thu thập dữ liệu địa chất, thủy văn, khí tượng và hiện trạng kỹ thuật.
• Mô hình toán học và mô phỏng: Áp dụng phương pháp phần tử hữu hạn để tính toán dòng thấm, áp lực thấm và đánh giá ổn định thấm cho đập đất sau khi nâng cao.
• Phân tích chuyên gia: Tham khảo ý kiến chuyên gia trong lĩnh vực thủy lợi và công trình đập đất để đánh giá các giải pháp kỹ thuật.
• Phương pháp tổng hợp và phân tích: Đánh giá hiệu quả các giải pháp chống thấm dựa trên các tiêu chí kỹ thuật, kinh tế và điều kiện thi công.

Cỡ mẫu nghiên cứu tập trung vào công trình hồ chứa nước Diên Trường với các số liệu khí tượng, thủy văn thu thập trong khoảng thời gian gần 20 năm, kết hợp với các mô hình tính toán và khảo sát thực tế. Phương pháp chọn mẫu dựa trên tính đại diện của công trình điển hình cho các đập đất miền Trung Việt Nam.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Tình trạng đập đất hiện nay: Khoảng 1.200 hồ chứa đập đất đã xuống cấp, trong đó 44,95% hư hỏng do thấm nước gây ra như xói ngầm, sụt lún nền đập. Các hư hỏng này làm giảm an toàn và hiệu quả khai thác hồ chứa.

2. Ảnh hưởng của biến đổi khí hậu: Nhiệt độ trung bình tăng 0,5 - 0,7°C trong 50 năm qua, mực nước biển dâng khoảng 20 cm, làm thay đổi chế độ dòng chảy, tăng cường độ và tần suất mưa lớn, gây áp lực lớn lên hệ thống đập đất hiện có.

3. Phương pháp tính thấm: Phương pháp phần tử hữu hạn cho kết quả chính xác và phù hợp với điều kiện địa chất phức tạp, cho phép xác định phân bố áp lực thấm, gradient thấm và lưu lượng thấm qua đập đất. Ví dụ, tính toán cho đập Diên Trường cho thấy lưu lượng thấm giảm đáng kể khi áp dụng các giải pháp chống thấm hiện đại.

4. Giải pháp chống thấm hiệu quả: Các giải pháp như tường nghiêng kết hợp sân phủ, tường răng lõi, tường hào Bentonite, cọc xi măng đất và màng địa kỹ thuật HDPE đều có ưu điểm riêng. Trong đó, công nghệ khoan phụt xi măng (Jet-Grouting) và tường hào Bentonite được đánh giá cao về hiệu quả chống thấm và khả năng thi công trong điều kiện địa hình phức tạp.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của các hư hỏng đập đất là do dòng thấm không được kiểm soát, gây ra hiện tượng xói ngầm và mất ổn định mái đập. Biến đổi khí hậu làm gia tăng áp lực thủy lực lên đập, đòi hỏi các giải pháp chống thấm phải được nâng cấp phù hợp với điều kiện mới. So sánh với các nghiên cứu trong nước và quốc tế, việc áp dụng phương pháp phần tử hữu hạn kết hợp với các công nghệ chống thấm hiện đại giúp nâng cao độ an toàn và tuổi thọ công trình.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ phân bố gradient thấm trước và sau khi thi công tường chống thấm, bảng so sánh lưu lượng thấm và hệ số thấm của các giải pháp khác nhau, cũng như sơ đồ mặt cắt đập thể hiện vị trí các giải pháp chống thấm.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Áp dụng công nghệ khoan phụt xi măng (Jet-Grouting) để tạo tường chống thấm cho các đập đất có nền thấm sâu và địa hình phức tạp, nhằm giảm lưu lượng thấm ít nhất 50% trong vòng 2 năm tới. Chủ thể thực hiện: Ban quản lý công trình thủy lợi và nhà thầu chuyên ngành.

2. Thi công tường hào Bentonite kết hợp màng địa kỹ thuật HDPE cho các đập có nền thấm lớn và yêu cầu chống thấm cao, đảm bảo hệ số thấm giảm xuống dưới 10⁻⁸ m/s trong vòng 1 năm. Chủ thể thực hiện: Các đơn vị thi công chuyên về công nghệ địa kỹ thuật.

3. Nâng cao năng lực quản lý và vận hành hồ chứa thông qua đào tạo chuyên môn cho đội ngũ kỹ thuật, áp dụng quy trình vận hành điều tiết nước phù hợp với biến đổi khí hậu, nhằm giảm thiểu rủi ro thấm và hư hỏng trong 3 năm tới. Chủ thể thực hiện: Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn các tỉnh.

4. Xây dựng và hoàn thiện cơ chế chính sách hỗ trợ nâng cấp đập đất, bao gồm nguồn vốn đầu tư, quy trình kiểm tra, giám sát an toàn đập, nhằm thúc đẩy việc sửa chữa, nâng cấp đập đất trên toàn quốc trong 5 năm tới. Chủ thể thực hiện: Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn phối hợp với các địa phương.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà quản lý công trình thủy lợi: Nắm bắt các giải pháp kỹ thuật chống thấm hiện đại, áp dụng trong quản lý, vận hành và nâng cấp đập đất nhằm đảm bảo an toàn và hiệu quả khai thác.

2. Kỹ sư thiết kế và thi công công trình thủy lợi: Tham khảo các phương pháp tính toán thấm và lựa chọn giải pháp chống thấm phù hợp với điều kiện địa chất, khí hậu và yêu cầu kỹ thuật cụ thể.

3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành xây dựng công thủy: Học hỏi về cơ sở lý thuyết, phương pháp nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn trong lĩnh vực đập đất và công trình thủy lợi.

4. Cơ quan quản lý nhà nước về tài nguyên nước và biến đổi khí hậu: Sử dụng kết quả nghiên cứu để xây dựng chính sách, quy hoạch phát triển bền vững nguồn nước và thích ứng với biến đổi khí hậu.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao cần nâng cao và mở rộng đập đất hiện có?
   Biến đổi khí hậu làm thay đổi chế độ thủy văn, tăng nhu cầu sử dụng nước cho sản xuất và sinh hoạt. Nâng cao, mở rộng đập đất giúp tăng dung tích hồ chứa, đảm bảo cung cấp nước ổn định và an toàn công trình.

2. Phương pháp tính thấm nào được sử dụng phổ biến nhất?
   Phương pháp phần tử hữu hạn được sử dụng rộng rãi do khả năng mô phỏng chính xác dòng thấm trong điều kiện địa chất phức tạp, giúp đánh giá hiệu quả các giải pháp chống thấm.

3. Giải pháp chống thấm nào phù hợp với đập đất có nền thấm sâu?
   Công nghệ khoan phụt xi măng (Jet-Grouting) và tường hào Bentonite là các giải pháp hiệu quả cho nền thấm sâu, có khả năng giảm lưu lượng thấm đáng kể và thi công trong điều kiện địa hình phức tạp.

4. Làm thế nào để kiểm soát an toàn đập đất sau khi nâng cấp?
   Cần thực hiện giám sát thường xuyên các thông số thủy lực, áp lực thấm, kiểm tra hiện trạng công trình, đồng thời áp dụng quy trình vận hành và bảo trì phù hợp để phát hiện và xử lý kịp thời các hư hỏng.

5. Chi phí thi công các giải pháp chống thấm có cao không?
   Chi phí phụ thuộc vào công nghệ và điều kiện thi công. Ví dụ, công nghệ khoan phụt có chi phí cao hơn so với tường nghiêng sân phủ nhưng hiệu quả chống thấm và độ bền cao hơn, phù hợp với các công trình có yêu cầu kỹ thuật nghiêm ngặt.

Kết luận

• Việt Nam có hệ thống đập đất lớn với nhiều công trình đã xuống cấp, cần nâng cấp để thích ứng với biến đổi khí hậu và tăng nhu cầu sử dụng nước.
• Phương pháp phần tử hữu hạn là công cụ hiệu quả để tính toán dòng thấm và đánh giá các giải pháp chống thấm cho đập đất.
• Các giải pháp chống thấm hiện đại như tường hào Bentonite, cọc xi măng đất và màng địa kỹ thuật HDPE đã được chứng minh hiệu quả trong thực tế.
• Nâng cao năng lực quản lý, hoàn thiện cơ chế chính sách và đầu tư công nghệ thi công là yếu tố then chốt để đảm bảo an toàn và bền vững công trình đập đất.
• Nghiên cứu tiếp theo nên tập trung vào ứng dụng các công nghệ mới, đánh giá hiệu quả lâu dài và phát triển mô hình quản lý tích hợp cho hệ thống hồ chứa nước.

Hành động ngay hôm nay để bảo vệ và nâng cấp các công trình đập đất là cần thiết nhằm đảm bảo nguồn nước bền vững cho phát triển kinh tế - xã hội và thích ứng với biến đổi khí hậu.