CHƯƠNG 1: ĐẶC ĐIỂM, ĐIỀU KIỆN LÀM VIỆC CỦA ĐẬP ĐẤT VÀ NHỮNG NGUYÊN NHÂN GÂY RA SỰ CỐ LÀM MẤT AN TOÀN ĐẬP ĐẤT 1. Đập đất, phân loại và xu hướng phát triển của đập đất. Đập đất Đập đất là một loại đập xây dựng bằng các loại đất sẵn có ở địa phương như: sét, á sét, á cát, cát, sỏi, cuội…Đập có cấu tạo đơn giản, vững chắc, có khả năng cơ giới hóa cao khi thi công và trong đa số trường hợp có giá thành hạ nên là loại đập được ứng dụng rộng rãi ở rất nhiều nước trên thế giới. Đập đất là loại đập không tràn có nhiệm vụ dâng nước và giữ nước trong các hồ chứa hoặc cùng với các loại đập và công trình khác tham gia nhiệm vụ dâng nước trong các hệ thống thủy lợi hay xây dựng nhằm mục đích chỉnh trị dòng sông.
Phân loại đập đất. Theo TCVN 8216/2009 thì đập đất được phân loại như sau: *) Theo kết cấu mặt cắt ngang đập. - Đập đồng chất: Đập được đắp chủ yếu bằng một loại đất có cùng nguồn gốc có các đặc trưng cơ lý lực học gần giống nhau; - Đập nhiều khối: Đập được đắp bằng nhiều loại đất không có cùng nguồn gốc, có đặc trưng cơ lý lực học không giống nhau được sắp xếp thành nhiều khối (từ 2 đến 3 hoặc 4 đến 5 khối); - Đập có tường lõi chống thấm bằng vật liệu mềm hoặc cứng; - Đập có tường nghiêng chống thấm thượng lưu bằng vật liệu mềm hoặc cứng. *)Theo yêu cầu chống thấm ở nền kết hợp chống thấm thân đập - Đập có sân phủ kết hợp với tường nghiêng hoặc tường lõi chống thấm; - Đập có chân khay kết hợp tường lõi chống thấm hoặc tường nghiêng chống thấm; 4 - Đập có màng phụt vữa chống thấm kết hợp tường lõi chống thấm; - Đập có tường hào chống thấm (vật liệu mềm hoặc cứng), thường kết hợp với lõi chống thấm.
*) Theo tính chất của nền Đập - Đập đất trên nền đá. - Đập đất trên nền không phải là đá, có thể phân theo nền mềm và nền cứng như sau: - Nền cứng là nền đã phong hóa vừa, nhẹ, tươi; - Nền mềm là nền đá phong hóa mạnh và đất. *) Theo chiều cao đập. Theo QCVN 04 – 05:2012/BNNPTNT phân cấp đập dựa vào chiều cao được quy định: Bảng 1.
Phân cấp đập đất dựa vào chiều cao đập Loại công trình và năng Loại Cấp công trình lực phục vụ nền Đặc biệt I II III IV Đập vật liệu đất đá có A >100 >70 ÷ >25 ÷ >10 ÷ ≤ 10 chiều cao lớn nhất 100 70 25 B - >15 ÷ >8 ÷ > 35 ÷ 75 ≤8 35 15 C - - >15 ÷ >5 ÷ ≤5 25 15 CHÚ THÍCH: 1) Đất nền chia thành 3 nhóm điển hình: - Nhóm A: nền là đá ; 5 - Nhóm B: nền là đất cát, đất hòn thô, đất sét ở trạng thái cứng và nửa cứng; - Nhóm C: nền là đất sét bão hòa nước ở trạng thái dẻo; 2) Chiều cao công trình được tính như sau: - Với đập vật liệu đất, đất – đá: chiều cao tính từ mặt nền thấp nhất sau khi dọn móng (không kể phần chiều cao chân khay) đến đỉnh đập; (Nguồn: QCVN 04 – 05:2012/BNNPTNT) *) Theo phương pháp thi công: - Đập đất đắp là loại đập mà đất ở thân đập được làm chặt bằng phương pháp đầm nén theo từng lớp. - Đập đất bồi là loại đập mà tất cả các khâu khai thác, vận chuyển và bồi đất lên thân đập được tiến hành theo phương pháp cơ giới thủy lực. - Đập đất đắp bằng đổ đất trong nước được thi công bằng cách cho nước vào trong các ô trên mặt đập rồi đổ đất vào các ô đó. - Đập đất đắp bằng phương pháp nổ mìn định hướng tức là cho nổ mìn theo hướng định trước để đưa những khối đất lớn ở hai bên bờ vào lấp sông và đắp đập.
Xu hướng phát triển của đập đất. Từ mấy nghìn năm trước công nguyên, đập đất đã được xây dựng nhiều ở Ai Cập, Ấn Độ, Trung Quốc và các nước Trung Á của Liên Xô với mục đích dâng và giữ nước để tưới hoặc phòng lũ. Từ thế kỷ XIX trở lại đây, đập đất rất phát triển với những công nghệ ngày càng tiên tiến trong thiết kế và thi công. Theo thống kê năm 1996 từ 63 nước thành viên ICOLD (Hội đập lớn thế giới) thì có 80% đập lớn (cao trên 15m) là đập đất.1 Đập Nurek trên sông Vakhsh ở Tajikistan (Đập đất cao nhất thế giới) Hình 1.2 Đập Oroville – Mỹ (Đập đất cao nhất nước Mỹ) 7 Bảng 1.2 Giới thiệu một số đập đất trên thế giới Số TT Tên đập Tên nước Chiều cao (m) Chiều dài (m) 1 Nurek Tajikistan 315 700 2 Oroville Mỹ 262,5 1520 3 Swift Mỹ 156 610 4 Anderson Ranch Mỹ 139 412 5 Navajo Mỹ 124 1160 6 Serre PonCon Pháp 122 600 7 Hicks Mỹ 122 8 Mattmark Thụy Sỹ 115 780 9 BenMo New Zealand 110 1070 10 Đơratlam Pakistan 110 1000 11 Hills Greek Mỹ 105,5 595 12 Casitas Mỹ 104 519 Đối với Việt Nam, hầu hết đập đất được xây dựng từ năm 1954 ở miền Bắc, và từ sau năm 1975 trên cả nước.
Theo “Át lát công trình thuỷ lợi tiêu biểu ở Việt Nam” (do Bộ Nông nghiệp & PTNT ấn hành năm 2003) thì tính đến năm 2000, nước ta có gần 500 hồ đập lớn với dung tích trên 1 triệu m3 nước hoặc đập cao trên 10m hoặc công trình xả lũ trên 2000 m3/s. Trong những năm gần đây đập bằng vật liệu địa phương trong đó có đập đất đang phát triển với một tốc độ nhanh chóng và hiện đang có xu hướng phát triển nhanh hơn nữa về số lượng cũng như quy mô công trình.3: Đập Krông H’Năng – Phú Yên Hình 1. Đập Đầm Hà Động – Quảng Ninh 9 1. Đặc điểm, điều kiện làm việc và những yêu cầu khi thiết kế đập đất.
Đặc điểm, điều kiện làm việc của đập đất. Đập đất là công trình dâng nước, xây dựng bằng các vật liệu địa phương (đất, đá) nên trong quá trình khai thác đập đất mang những đặc tính sau: - Đập đất là loại đập không tràn có nhiệm vụ dâng nước và giữ nước trong các hồ chứa hoặc cùng với các loại đập khác tham gia nhiệm vụ dâng nước trong hệ thống thủy lợi. - Có khối lượng lớn và chịu tác dụng của ngoại lực khá phức tạp nên thân đập cần đảm bảo điều kiện chịu lực (trạng thái ứng suất). Đặc biệt phải đảm bảo điều kiện ổn định chống trượt của hai mái dốc và nền - Mái đập thường xuyên chịu tác động của gió, sóng trong hồ, mưa gây sạt lở làm giảm khả năng ổn định của công trình.
Vì vậy khi thiết kế lớp bảo vệ mái thượng lưu phải đảm bảo các điều kiện ổn định, độ bền để bảo vệ mái đập không bị xói lở, giữ cho đập được ổn định. - Dòng thấm trong thân đập không chỉ làm giảm khả năng ổn định chống trượt của mái mà nó còn có thể gây ra xói ngầm làm hư hỏng công trình. Dòng thấm xuất hiện ở cả trong thân đập, nền đập và vai đập, tại các vị trí tiếp giáp cửa ra do gradien của dòng thấm lớn thường gây ra hiện tượng trôi đất, vì vậy đập phải thường xuyên bố trí các thiết bị lọc ngược trong thân đập hoặc mái hạ lưu đập. - Theo thời gian đập còn bị lún xuống do tác dụng của tải trọng bản thân đập và do quá trình cố kết thấm.
Vì có đặc điểm như trên, nên đập đất có những ưu, nhược điểm sau: *)Ưu điểm: - Yêu cầu chất lượng của nền đối với đập đất không cao lắm so với những loại đập khác. Đập đất hầu như có thể xây dựng được với bất kỳ điều kiện địa chất, địa hình, khí hậu nào. Những vùng có động đất cũng có thể xây dựng được đập đất. Ưu 10 điểm này rất cơ bản.
bởi vì càng ngày những tuyến hẹp, có địa chất tốt thích hợp cho các loại đập bê tông đã được xây dựng gần hết cho nên các nước dần đi vào khai thác các tuyến rộng, nền yếu, chỉ thích hợp cho đập bằng vật liệu tại chỗ. - Với những thành tựu nghiên cứu trong các lĩnh vực cơ học đất, lý luận thấm, trạng thái ứng suất cùng với sự phát triển của công nghiệp chất dẻo làm vật chống thấm, người ta có thể sử dụng được tất cả mọi loại đất hiện có ở vùng xây dựng để đắp đập và mặt cắt đập ngày càng có khả năng bé lại. Do đó giá thành công trình ngày càng hạ thấp và chiều cao đập có khả năng tăng cao. - Có khả năng cơ giới hóa hoàn toàn các khâu đào đất, vận chuyển và đắp đất với những máy móc có công suất lớn do đó rút ngắn được thời gian xây dựng , hạ giá thành công trình và hầu như dần dần có thể loại trừ hoàn toàn lực lượng lao động thủ công.
- Giảm xuống đến mức thấp nhất việc sử dụng các vật liệu như xi măng, sắt, thép… và từ đó giảm nhẹ được các hệ thống giao thông mới và phương tiện giao thông phục vụ cho thi công công trình. *) Nhược điểm: - Do đập đất thường là có khối lượng lớn nên diện tích chiếm đất vĩnh viễn và diện tích chiếm đất tạm thời lớn, ảnh hưởng tới môi trường sinh thái và môi trường xã hội. - Đập đất không cho nước tràn qua nên phải xây dựng những công trình xả nước riêng. - Ở những sông suối có sự chênh lệch mực nước giữa các mùa lớn, khi xây dựng đập đất sẽ không kinh tế do chiều cao đập lớn, công trình tràn lớn.Những yêu cầu kỹ thuật trong thiết kế đập đất.
Yêu cầu chung Theo QCVN 04 -05 : 2012/BNNPTNT thì khi thiết kế đập đất phải đạt các yêu 11 cầu sau: a) Có đủ chiều cao an toàn (kể cả chiều cao phòng lún của nền và thân đập) đảm bảo không bị tràn nước trong mọi trường hợp làm việc; b) Có đủ các công trình và thiết bị bảo vệ đập, chống được các tác hại của sóng, gió, mưa, nhiệt độ v.
