Nghiên cứu giải pháp xử lý thấm nền, thân đập đất hồ chứa ở Bình Định (Hồ Mỹ Thuận)

Nghiên cứu các giải pháp xử lý thấm nền và thân đập đất cho hồ chứa tại Bình Định. Phân tích và lựa chọn phương án tối ưu cho hồ chứa nước Mỹ Thuận.

• Tác giả: Lê Xuân Sơn
• Người hướng dẫn: GS.TS Phạm Ngọc Quý
• Trường học: Đại học Thủy lợi
• Chuyên ngành: Thủy lợi
• Đề tài: Nghiên cứu giải pháp hợp lý xử lý thấm qua nền và thân đập đất của hồ chứa vừa và nhỏ ở tỉnh Bình Định, ứng dụng cho công trình hồ chứa nước Mỹ Thuận
• Loại tài liệu: Luận văn
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Quy Nhơn

Tóm tắt

I. Tổng quan an toàn và giải pháp xử lý thấm đập đất

Bình Định là tỉnh ven biển Nam Trung Bộ, sở hữu hệ thống thủy lợi với 165 hồ chứa, tổng dung tích lên tới 583 triệu m³. Các công trình này đóng vai trò cốt lõi trong việc điều tiết nước, phục vụ sản xuất nông nghiệp, sinh hoạt và cắt giảm lũ. Tuy nhiên, phần lớn các đập đất được xây dựng từ những năm 1980, áp dụng công nghệ cũ và thiếu kinh phí duy tu, dẫn đến tình trạng xuống cấp nghiêm trọng. Hiện tượng thấm qua thân và nền đập là vấn đề nhức nhối, đe dọa trực tiếp đến an toàn hồ đập. Luận văn của tác giả Lê Xuân Sơn (2016) chỉ ra rằng có tới 38 đập tại Bình Định có hiện tượng thấm nước, cùng với các hư hỏng khác như trượt mái, sạt lở vai đập. Việc nghiên cứu và áp dụng các giải pháp xử lý thấm đập đất hồ chứa tại Bình Định không chỉ là yêu cầu kỹ thuật cấp bách mà còn mang ý nghĩa kinh tế - xã hội to lớn. Một giải pháp hợp lý cần dựa trên kết quả khảo sát địa chất công trình chi tiết, đánh giá đúng hiện trạng và lựa chọn công nghệ phù hợp với điều kiện địa phương. Các biện pháp ngăn thấm đập đất hiện đại ngày càng đa dạng, từ các phương pháp truyền thống như tường nghiêng, chân khay bằng đất sét đến các công nghệ tiên tiến sử dụng vật liệu mới. Việc lựa chọn đúng đơn vị thi công chống thấm có năng lực và kinh nghiệm là yếu tố quyết định sự thành công của dự án. Mục tiêu cuối cùng là đảm bảo công trình hoạt động ổn định, bền vững, đặc biệt trong bối cảnh biến đổi khí hậu gây ra các hiện tượng thời tiết cực đoan, gia tăng áp lực lên hệ thống hồ chứa.

1.1. Thực trạng hệ thống đập đất hồ chứa tại Bình Định

Theo thống kê, Bình Định có 133 hồ chứa vừa và nhỏ, trong đó phần lớn là đập đất. Đáng báo động, có khoảng 89/133 hồ chứa bị hư hỏng, xuống cấp và tiềm ẩn nguy cơ mất an toàn. Nghiên cứu cho thấy 68,4% (tương đương 91 hồ) bị ảnh hưởng bởi hiện tượng thấm. Nguyên nhân chính xuất phát từ việc các công trình được xây dựng từ lâu (trước năm 1990), công nghệ thiết kế và thi công còn hạn chế. Nhiều đập được thi công thủ công, vật liệu đắp không được kiểm soát chặt chẽ, dẫn đến độ rỗng cao và không đồng nhất. Việc thiếu các hạng mục quan trọng như hệ thống tiêu nước hạ lưu, lớp bảo vệ mái hay các cấu kiện chống thấm đập đất chuyên dụng làm gia tăng mức độ rò rỉ. Tình trạng này đòi hỏi một kế hoạch tổng thể để sửa chữa đập đất Bình Định, ưu tiên các công trình hư hỏng nghiêm trọng.

1.2. Tầm quan trọng của việc đảm bảo an toàn hồ đập

Việc đảm bảo an toàn hồ đập là nhiệm vụ ưu tiên hàng đầu. Một sự cố vỡ đập không chỉ gây thiệt hại về kinh tế do mất nguồn nước tích trữ mà còn có thể gây ra thảm họa cho vùng hạ du, ảnh hưởng đến tính mạng và tài sản của người dân. Dòng thấm không được kiểm soát là nguyên nhân trực tiếp gây ra các hiện tượng xói ngầm, làm yếu kết cấu thân đập và có thể dẫn đến phá hoại toàn bộ công trình. Hơn nữa, việc gia cố thân đập và xử lý thấm kịp thời giúp kéo dài tuổi thọ công trình, tối ưu hóa hiệu quả khai thác và giảm chi phí sửa chữa lớn trong tương lai. Công tác quan trắc biến dạng đập và theo dõi dòng thấm cần được thực hiện thường xuyên để phát hiện sớm các dấu hiệu bất thường, từ đó đưa ra biện pháp can thiệp kịp thời, đảm bảo sự ổn định lâu dài cho các hồ chứa.

II. Top nguyên nhân gây thấm và thách thức an toàn hồ đập

Hiện tượng thấm trong đập đất là một quá trình tự nhiên, nhưng khi vượt ngưỡng cho phép, nó sẽ trở thành mối nguy hiểm. Các nguyên nhân gây thấm tại các hồ chứa ở Bình Định rất đa dạng, bao gồm cả yếu tố chủ quan và khách quan. Về mặt khách quan, đặc điểm địa chất phức tạp của khu vực Nam Trung Bộ với nhiều đới nứt nẻ, tầng phong hóa dày là điều kiện thuận lợi cho dòng thấm phát triển qua nền đập. Về mặt chủ quan, các sai sót trong quá trình từ khảo sát, thiết kế đến thi công đóng vai trò quyết định. Công tác khảo sát địa chất sơ sài, không đánh giá hết các chỉ tiêu quan trọng của đất như độ tan rã, lún ướt đã dẫn đến những sự cố nghiêm trọng như tại đập Suối Hành, Am Chúa (Khánh Hòa). Thiết kế thường rập khuôn, chưa xem xét đầy đủ tính không đồng nhất của vật liệu, lựa chọn kết cấu đập không phù hợp. Đặc biệt, quá trình thi công không đảm bảo chất lượng, như đầm nén không đạt dung trọng yêu cầu, xử lý tiếp giáp giữa thân đập và các công trình bê tông (cống lấy nước) không kỹ, tạo ra các đường thấm tập trung. Đây là nguyên nhân chính dẫn đến sự cố xử lý rò rỉ nước đập. Thách thức lớn nhất hiện nay là làm sao để nâng cấp, sửa chữa đập đất Bình Định một cách hiệu quả với nguồn kinh phí hạn hẹp, đồng thời áp dụng các công nghệ mới để nâng cao tuổi thọ và an toàn hồ đập trong dài hạn.

2.1. Sai sót trong khảo sát địa chất và thiết kế công trình

Chất lượng của công tác khảo sát địa chất công trình là nền tảng cho một thiết kế an toàn. Nhiều sự cố vỡ đập trong quá khứ có nguyên nhân từ việc bỏ qua các thí nghiệm quan trọng về đặc tính của đất đắp, đặc biệt là đất có tính hoàng thổ. Việc không nhận diện được các đặc tính nguy hiểm như tan rã khi gặp nước đã dẫn đến việc lựa chọn sai vật liệu và phương pháp thi công. Trong thiết kế, việc giả định đập là một khối đồng chất trong khi vật liệu thực tế không đồng nhất là một sai lầm phổ biến. Điều này làm cho các bộ phận của đập làm việc không đều dưới tác dụng của áp lực nước, gây ra nứt nẻ, sụt lún và hình thành các dòng xói ngầm. Việc xác định sai các chỉ tiêu cơ lý và dung trọng thiết kế cũng là một nguyên nhân cốt lõi gây mất ổn định cho đập.

2.2. Lỗi kỹ thuật trong quá trình thi công và quản lý vận hành

Thi công là giai đoạn hiện thực hóa thiết kế, và bất kỳ sai sót nào cũng có thể để lại hậu quả lâu dài. Các lỗi phổ biến bao gồm: không dọn sạch lớp hữu cơ ở nền đập, đầm nén không đủ độ chặt, chiều dày lớp đắp quá lớn, và xử lý mối nối không tốt. Đặc biệt, việc đắp đất xung quanh cống lấy nước thường bị xem nhẹ, không được đầm kỹ, tạo thành đường viền thấm nguy hiểm. Sự cố tại đập Z20 (Hà Tĩnh) là một ví dụ điển hình. Về quản lý, nhiều đơn vị vận hành thiếu cán bộ chuyên môn, không có hồ sơ kỹ thuật đầy đủ và không thực hiện công tác quan trắc biến dạng đập định kỳ. Việc duy tu, bảo dưỡng thường xuyên không được chú trọng, chỉ khi sự cố xảy ra mới tìm cách khắc phục, khiến tình trạng hư hỏng ngày càng trầm trọng, gây khó khăn và tốn kém cho việc gia cố thân đập.

III. Phương pháp chống thấm bề mặt và kết cấu thân đập đất

Để giải quyết vấn đề thấm, các phương pháp xử lý bề mặt và cải tạo kết cấu thân đập đóng vai trò quan trọng, đặc biệt đối với các công trình cần sửa chữa, nâng cấp. Các giải pháp này tập trung vào việc tạo ra một lớp màng ngăn nước ngay tại mái thượng lưu hoặc bên trong thân đập, giảm thiểu lượng nước thấm vào và hạ thấp đường bão hòa. Một trong những giải pháp phổ biến tại Bình Định là sử dụng tường nghiêng kết hợp sân phủ bằng đất sét có hệ số thấm nhỏ. Phương pháp này phù hợp với các đập có tầng thấm nền dày, như đã áp dụng tại đập Chánh Hùng (Phù Cát). Đối với các đập có nền thấm mỏng hơn, giải pháp tường nghiêng kết hợp chân răng thượng lưu tỏ ra hiệu quả, điển hình tại đập Hóc Thánh (Tây Sơn). Ngoài các vật liệu chống thấm hồ chứa truyền thống, công nghệ hiện đại mang đến các lựa chọn ưu việt hơn như sử dụng màng chống thấm HDPE hoặc vải địa kỹ thuật không dệt (lõi sét - GCL). Các vật liệu này có ưu điểm là hệ số thấm rất thấp, thi công nhanh và tuổi thọ cao. Việc lựa chọn biện pháp ngăn thấm đập đất phù hợp phụ thuộc vào nhiều yếu tố: chiều cao đập, đặc điểm địa chất nền, tình trạng hiện hữu của công trình và chi phí đầu tư. Việc kết hợp các giải pháp, ví dụ như tường lõi mềm bằng đất sét cho đập xây mới, cũng là một hướng đi hiệu quả đã được áp dụng tại nhiều công trình như đập Thuận Ninh, Cẩn Hậu.

3.1. Giải pháp tường nghiêng sân phủ và chân răng thượng lưu

Đây là giải pháp kinh điển trong việc sửa chữa đập đất Bình Định. Tường nghiêng là lớp đất sét được đắp ở mái thượng lưu với độ dốc phù hợp, có tác dụng như một lớp áo chống thấm. Để tăng hiệu quả, tường nghiêng thường được kết hợp với sân phủ (một lớp đất sét trải rộng ra phía trước chân đập) hoặc chân răng (đào một rãnh sâu dưới chân đập và lấp đầy bằng vật liệu chống thấm). Sự kết hợp này giúp kéo dài đường viền thấm, giảm gradient thủy lực và ngăn chặn hiệu quả dòng thấm qua thân và nền đập. Ưu điểm của phương pháp này là tận dụng được vật liệu địa phương, chi phí thấp, kỹ thuật thi công không quá phức tạp, phù hợp với điều kiện của nhiều địa phương.

3.2. Ứng dụng vật liệu mới Màng chống thấm HDPE và vải địa kỹ thuật

Sự phát triển của khoa học vật liệu đã mở ra các giải pháp chống thấm hiệu quả hơn. Màng chống thấm HDPE (High-Density Polyethylene) là một loại vật liệu polymer có khả năng chống thấm gần như tuyệt đối, kháng hóa chất và có độ bền rất cao. Màng HDPE thường được trải trên mái thượng lưu và neo chặt để tạo thành một lớp ngăn nước liên tục. Tương tự, vải địa kỹ thuật không dệt có lõi là lớp bột bentonite (Geosynthetic Clay Liner - GCL) cũng là một lựa chọn tuyệt vời. Khi gặp nước, lớp bentonite sẽ trương nở và tạo thành một lớp màng sét có hệ số thấm cực thấp. Các vật liệu này đặc biệt hữu ích cho các công trình đòi hỏi mức độ an toàn cao hoặc khi nguồn đất sét chống thấm tại chỗ khan hiếm.

3.3. Giải pháp tường cừ và cừ ván nhựa chống thấm hiện đại

Giải pháp tường cừ là việc sử dụng các cọc cừ (bê tông, thép hoặc nhựa) đóng sâu xuống nền đất để tạo thành một bức tường thẳng đứng ngăn thấm. Cừ ván nhựa chống thấm (PVC Sheet Pile) là một công nghệ tương đối mới, có ưu điểm nhẹ, dễ thi công, chống ăn mòn và các mối nối được thiết kế để đảm bảo độ kín khít cao. Tường cừ có thể được thi công từ đỉnh đập xuống, phù hợp cho việc sửa chữa các đập hiện hữu mà không cần tháo cạn hồ chứa. Giải pháp này đặc biệt hiệu quả trong việc cắt đứt các dòng thấm qua nền và phần dưới của thân đập, giúp gia cố thân đập một cách toàn diện.

IV. Giải pháp xử lý thấm nền bằng khoan phụt tường hào

Đối với các trường hợp thấm sâu qua nền, đặc biệt là nền đá nứt nẻ hoặc nền đất rời có hệ số thấm lớn, các giải pháp xử lý bề mặt là không đủ. Lúc này, cần áp dụng các biện pháp can thiệp sâu vào lòng đất để tạo ra một màng chắn nước liên tục. Hai công nghệ chính được sử dụng là khoan phụt chống thấm và thi công tường hào. Khoan phụt là quá trình khoan các lỗ vào nền đất đá và bơm một loại vữa (thường là xi măng-sét hoặc vữa hóa học) dưới áp lực cao. Vữa sẽ lấp đầy các khe nứt, lỗ rỗng, tạo thành một màn chống thấm hiệu quả. Công nghệ này được chia thành khoan phụt truyền thống và khoan phụt cao áp (Jet-grouting), trong đó Jet-grouting tạo ra các cọc xi măng-đất có đường kính lớn và cường độ cao, rất hiệu quả để gia cố thân đập và nền. Một giải pháp mạnh mẽ khác là tường hào bentonite. Đây là kỹ thuật đào một rãnh sâu qua thân và nền đập, trong quá trình đào, rãnh được giữ ổn định bằng dung dịch bentonite. Sau đó, rãnh được lấp đầy bằng hỗn hợp đất-sét-bentonite hoặc bê tông dẻo để tạo thành một bức tường chống thấm liên tục. Đây là giải pháp triệt để, có thể xử lý các tầng thấm sâu và phức tạp, như đã được đề xuất cho các công trình lớn. Việc lựa chọn giữa khoan phụt và tường hào phụ thuộc vào kết quả khảo sát địa chất công trình và bài toán kinh tế - kỹ thuật cụ thể.

4.1. Công nghệ khoan phụt chống thấm truyền thống và cao áp

Khoan phụt chống thấm là một giải pháp linh hoạt, có thể áp dụng cho nhiều điều kiện địa chất khác nhau. Khoan phụt truyền thống sử dụng áp lực bơm vừa phải, phù hợp để xử lý các khe nứt trong nền đá. Trong khi đó, công nghệ khoan phụt cao áp (Jet-grouting) sử dụng một tia nước hoặc vữa có áp suất cực cao (lên đến 400-600 bar) để cắt đất và trộn lẫn với vữa xi măng tại chỗ. Quá trình này tạo ra các cột đất-xi măng vững chắc, vừa có tác dụng chống thấm, vừa giúp gia cố nền. Jet-grouting đặc biệt hiệu quả để xử lý rò rỉ nước đập tại các vị trí tiếp giáp phức tạp hoặc nền đất yếu.

4.2. Kỹ thuật thi công tường hào Bentonite để ngăn thấm triệt để

Tường hào bentonite được xem là một trong những biện pháp ngăn thấm đập đất hiệu quả nhất. Quy trình thi công bao gồm việc sử dụng máy đào chuyên dụng để đào một rãnh hẹp và sâu. Dung dịch bentonite được bơm vào để giữ cho thành vách không bị sụp lở. Sau khi đạt độ sâu thiết kế, hỗn hợp vật liệu chống thấm (thường là đất trộn bentonite hoặc bê tông dẻo) được đổ vào từ đáy hào, đẩy dung dịch bentonite ra ngoài. Kết quả là một bức tường liền khối, có hệ số thấm rất thấp, cắt đứt hoàn toàn dòng thấm qua nền. Giải pháp này đòi hỏi thiết bị hiện đại và đơn vị thi công chống thấm chuyên nghiệp.

V. Nghiên cứu xử lý thấm đập đất tại hồ chứa Mỹ Thuận

Hồ chứa nước Mỹ Thuận là một công trình điển hình tại Bình Định, đối mặt với các vấn đề về thấm và an toàn đập. Luận văn của Lê Xuân Sơn (2016) đã tiến hành một nghiên cứu ứng dụng chi tiết, phân tích và so sánh các giải pháp để tìm ra phương án tối ưu cho công trình này. Hiện trạng đập Mỹ Thuận cho thấy tình trạng thấm diễn ra ở mái hạ lưu, mặt đập ghồ ghề, và mái thượng lưu chưa được gia cố. Dựa trên kết quả khảo sát địa chất công trình và phân tích bằng phần mềm chuyên dụng như GeoStudio (SEEP/W), hai phương án chính đã được đề xuất và so sánh. Phương án 1 là sử dụng tường nghiêng kết hợp sân phủ bằng đất. Phương án 2 là kết hợp tường nghiêng và tường hào bentonite. Các chỉ tiêu về lưu lượng thấm, gradient thoát, hệ số an toàn ổn định và chi phí kinh tế đã được tính toán chi tiết cho cả hai phương án. Kết quả phân tích cho thấy cả hai phương án đều đảm bảo yêu cầu kỹ thuật về chống thấm đập đất, giúp hạ thấp đường bão hòa và tăng cường ổn định cho mái đập. Nghiên cứu này không chỉ đưa ra giải pháp cụ thể cho hồ Mỹ Thuận mà còn là cơ sở khoa học quan trọng cho việc lựa chọn công nghệ sửa chữa đập đất Bình Định trong tương lai, nhấn mạnh tầm quan trọng của việc phân tích đa tiêu chí (kỹ thuật - kinh tế) để đưa ra quyết định hợp lý.

5.1. Đánh giá hiện trạng và phân tích thấm bằng phần mềm

Việc đánh giá hiện trạng thấm tại đập Mỹ Thuận được thực hiện thông qua khảo sát thực địa và phân tích mô hình số. Các dấu hiệu thấm tại mái hạ lưu là bằng chứng rõ ràng về sự suy giảm khả năng chống thấm của thân đập. Sử dụng phần mềm SEEP/W, một công cụ trong bộ GeoStudio 2004, các nhà nghiên cứu đã mô phỏng dòng thấm qua mặt cắt hiện trạng của đập. Kết quả mô phỏng cho thấy đường bão hòa dâng cao, có nguy cơ thoát ra mái hạ lưu, làm giảm hệ số an toàn ổn định trượt của mái. Phân tích này là cơ sở khoa học để khẳng định sự cần thiết phải có các biện pháp ngăn thấm đập đất và cung cấp dữ liệu đầu vào để so sánh hiệu quả của các phương án được đề xuất.

5.2. So sánh và lựa chọn phương án chống thấm tối ưu

Dựa trên kết quả tính toán, phương án kết hợp tường nghiêng và tường hào bentonite cho thấy hiệu quả chống thấm vượt trội hơn, giúp giảm lưu lượng thấm và hạ đường bão hòa xuống mức rất thấp. Tuy nhiên, chi phí đầu tư cho phương án này cao hơn đáng kể so với phương án sử dụng tường nghiêng và sân phủ bằng đất. Sau khi xem xét toàn diện các yếu tố kỹ thuật, kinh tế và điều kiện thi công thực tế tại địa phương, nghiên cứu đã đề xuất lựa chọn phương án tường nghiêng kết hợp sân phủ. Đây là giải pháp cân bằng được giữa hiệu quả và chi phí, đảm bảo an toàn hồ đập trong giới hạn cho phép và phù hợp với nguồn lực. Quá trình lựa chọn này cho thấy việc tìm ra giải pháp hợp lý không chỉ đơn thuần là chọn công nghệ tốt nhất mà là chọn công nghệ phù hợp nhất.

VI. Xu hướng giải pháp bền vững cho an toàn hồ đập đất

Tương lai của công tác an toàn hồ đập tại Bình Định và Việt Nam nói chung gắn liền với việc áp dụng các giải pháp công nghệ tiên tiến, vật liệu mới và một phương pháp quản lý tổng hợp, chủ động. Xu hướng hiện nay là chuyển từ việc xử lý sự cố sang phòng ngừa rủi ro. Điều này đòi hỏi phải đầu tư mạnh mẽ hơn vào công tác khảo sát địa chất công trình ngay từ đầu, áp dụng các mô hình số phức tạp để dự báo hành vi của đập dưới các tác động của biến đổi khí hậu. Việc sử dụng các loại vật liệu chống thấm hồ chứa thế hệ mới như màng polyme biến tính, vữa tự lèn, và các loại GCL cải tiến sẽ ngày càng phổ biến. Bên cạnh các giải pháp kỹ thuật, việc xây dựng một hệ thống quan trắc biến dạng đập tự động, ứng dụng công nghệ cảm biến sợi quang, viễn thám (InSAR) để theo dõi các chuyển vị nhỏ nhất của công trình theo thời gian thực sẽ giúp cảnh báo sớm các nguy cơ. Cuối cùng, một giải pháp xử lý thấm đập đất hồ chứa tại Bình Định bền vững không thể thiếu vai trò của đơn vị thi công chống thấm chuyên nghiệp và một quy trình quản lý, bảo trì khoa học. Việc nâng cao năng lực cho đội ngũ vận hành, xây dựng các kịch bản ứng phó với các tình huống khẩn cấp là chìa khóa để đảm bảo an toàn tuyệt đối cho người dân và tài sản vùng hạ du.

6.1. Ứng dụng công nghệ quan trắc hiện đại và cảnh báo sớm

Thay vì dựa vào quan trắc thủ công, xu hướng tất yếu là tự động hóa. Các hệ thống quan trắc hiện đại có thể tích hợp nhiều loại cảm biến (đo áp lực nước lỗ rỗng, đo chuyển vị, đo nhiệt độ) và truyền dữ liệu về trung tâm điều hành theo thời gian thực. Công nghệ viễn thám radar (InSAR) cho phép theo dõi biến dạng bề mặt của cả một khu vực rộng lớn với độ chính xác đến milimet mà không cần đặt thiết bị tại hiện trường. Việc xây dựng các mô hình dự báo dựa trên trí tuệ nhân tạo (AI) để phân tích dữ liệu quan trắc và đưa ra cảnh báo sớm sẽ là một bước đột phá, giúp các nhà quản lý đưa ra quyết định can thiệp trước khi sự cố xảy ra.

6.2. Hoàn thiện quy trình quản lý bảo trì và nâng cao năng lực

Một công trình dù được thiết kế và thi công tốt đến đâu cũng sẽ xuống cấp nếu không được quản lý và bảo trì đúng cách. Cần phải xây dựng và tuân thủ nghiêm ngặt các quy trình vận hành, kiểm tra định kỳ và duy tu bảo dưỡng. Hồ sơ kỹ thuật của công trình phải được số hóa và cập nhật thường xuyên. Song song đó, việc đào tạo, nâng cao năng lực cho cán bộ quản lý vận hành là yếu tố sống còn. Họ cần được trang bị kiến thức để nhận biết các dấu hiệu nguy hiểm, kỹ năng sử dụng các thiết bị quan trắc và khả năng xử lý các tình huống khẩn cấp theo phương án đã được phê duyệt. Đây là nền tảng để đảm bảo an toàn hồ đập một cách bền vững và lâu dài.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Hệ thống công trình thủy lợi đóng vai trò huyết mạch trong việc điều tiết nguồn nước, phục vụ tưới tiêu, cắt lũ và phát triển kinh tế xã hội tại khu vực Duyên hải Nam Trung Bộ. Trên địa bàn tỉnh Bình Định với diện tích tự nhiên 6.026 km² và quy mô dân số khoảng 1,6 triệu người, hiện có tổng cộng 165 hồ chứa nước với tổng dung tích trữ đạt 583 triệu m³. Trong đó, các hồ đập nhỏ có chiều cao dưới 15m chiếm tỷ lệ áp đảo với 133 công trình (tương đương 80,6%). Tuy nhiên, phần lớn các công trình này được đầu tư xây dựng từ những năm 1975 đến 1990 trong điều kiện kinh tế khó khăn, năng lực khảo sát và kỹ thuật thi công còn nhiều hạn chế.

Thực trạng khảo sát cho thấy có tới 89 trên tổng số 133 hồ chứa do địa phương quản lý (chiếm khoảng 67%) đã bị hư hỏng, xuống cấp nghiêm trọng, tiềm ẩn nguy cơ mất an toàn đập rất cao. Trong đó, hiện tượng thấm qua thân và nền đập đất chiếm tỷ lệ lớn nhất với 91 công trình (đạt 68,4%), đe dọa trực tiếp đến tính mạng và tài sản của hàng trăm nghìn người dân vùng hạ du.

Mục tiêu cốt lõi của nghiên cứu là phân tích toàn diện nguyên nhân hình thành dòng thấm, đánh giá cơ sở khoa học của các giải pháp kỹ thuật xử lý thấm qua nền và thân đập vật liệu địa phương. Trên cơ sở đó, nghiên cứu ứng dụng phần mềm mô hình số chuyên dụng để tính toán ổn định thấm và đề xuất phương án tối ưu về kỹ thuật - kinh tế cho công trình hồ chứa nước Mỹ Thuận. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào hệ thống hồ chứa vừa và nhỏ tại tỉnh Bình Định, được thực hiện trong giai đoạn từ năm 2014 đến năm 2016, mang lại giá trị thực tiễn to lớn trong việc hỗ trợ các chương trình an toàn hồ đập và ứng phó với biến đổi khí hậu.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu xây dựng trên nền tảng cơ học môi trường lỗ rỗng và lý thuyết vận động của chất lỏng trong đất đá. Trọng tâm lý thuyết bao gồm hai mô hình thủy lực cơ bản:

Thứ nhất, Định luật thấm tuyến tính Darcy áp dụng cho trạng thái dòng thấm chảy tầng trong môi trường đất sét, á sét và cát mịn có đường kính hạt nhỏ hơn hoặc bằng 1mm, khi hệ số Reynolds duy trì trong giới hạn từ 7,5 đến 9. Lưu tốc thấm được xác định tỷ lệ bậc nhất với gradient thủy lực qua biểu thức toán học vi phân.

Thứ hai, các định luật thấm phi tuyến như mô hình Chezy-Krasnopolski, Smreker và phương trình tổng quát Prony áp dụng cho dòng thấm chảy rối qua vật liệu hạt thô, cuội sỏi hoặc đá nứt nẻ, nơi lưu tốc thấm tỷ lệ với căn bậc hai hoặc hàm số bậc hai của gradient áp lực.

Các khái niệm chuyên ngành then chốt được chuẩn hóa bao gồm:

• Đường bão hòa thấm: Biên trên của dòng thấm không áp trong thân đập, phân định giữa vùng đất bão hòa nước và vùng không bão hòa.
• Gradient thủy lực giới hạn: Tỷ số tổn thất cột nước trên chiều dài dòng thấm, thông số quyết định đến hiện tượng xói ngầm cơ học.
• Áp lực nước kẽ rỗng: Đại lượng làm suy giảm ứng suất hữu hiệu và sức kháng cắt của đất đắp.
• Tiêu chí an toàn thấm: Hệ thống chỉ tiêu định lượng gồm chiều cao thoát nước giới hạn và chiều dài dòng thấm an toàn nhằm đảm bảo hệ số ổn định trượt mái dốc luôn lớn hơn hoặc bằng 1,30.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu của đề tài được tổng hợp từ hồ sơ kỹ thuật của 165 công trình hồ chứa tại Bình Định, kết hợp tài liệu khảo sát địa chất công trình, địa chất thủy văn và chỉ tiêu cơ lý đất nền, đất đắp bãi tại hồ chứa nước Mỹ Thuận.

Về phương pháp chọn mẫu, nghiên cứu tiến hành phân nhóm thống kê toàn bộ 133 hồ đập vừa và nhỏ trên địa bàn, đồng thời chọn mẫu đất thí nghiệm đại diện tại các mặt cắt trọng điểm D14, D31 và D38 của hồ Mỹ Thuận. Các chỉ tiêu dung trọng khô, độ ẩm tự nhiên, góc ma sát trong, lực dính và hệ số thấm được kiểm định nghiêm ngặt tại phòng thí nghiệm chuyên ngành.

Phương pháp phân tích chủ đạo là mô hình số phần tử hữu hạn (Finite Element Method) thông qua việc sử dụng phần mềm GeoStudio với hai mô đun SEEP/W (tính toán thấm hai chiều phẳng) và SLOPE/W (tính toán ổn định trượt mái theo phương pháp cân bằng giới hạn). Lý do lựa chọn mô hình phần tử hữu hạn là khả năng mô phỏng chính xác sự làm việc phi đồng nhất của các lớp địa tầng phức tạp, điều kiện biên thay đổi theo thời gian và giải quyết triệt để các bài toán dòng thấm hai chiều không áp mà phương pháp giải tích truyền thống không thể xử lý chuẩn xác. Toàn bộ chuỗi dữ liệu và phân tích được triển khai thực hiện từ năm 2014 đến tháng 5 năm 2016.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Phân tích hiện trạng 133 hồ chứa vừa và nhỏ tại Bình Định cho thấy bức tranh đáng lo ngại về an toàn đập:

• Tỷ lệ hư hỏng tổng thể chiếm 67% (89/133 hồ), trong đó nguy cơ mất an toàn nghiêm trọng cần sửa chữa khẩn cấp chiếm tới 34% (45/133 hồ).
• Dạng hư hỏng do thấm chiếm tỷ lệ cao nhất với 68,4% (91/133 hồ), tiếp theo là hư hỏng dốc nước và bể tiêu năng của tràn xả lũ chiếm 60% (82/133 hồ), hư hỏng xói lở nền tràn tự nhiên chiếm 34,6% (46/133 hồ) và hư hỏng cống lấy nước chiếm 23,3% (31/133 hồ).
• Năng lực quản lý bộc lộ lỗ hổng lớn khi chỉ có 8,27% chủ hồ lưu giữ hồ sơ kỹ thuật (11/133 hồ), chỉ 15,03% có phương án phòng chống lụt bão (20/133 hồ) và 42,85% thực hiện đăng ký an toàn đập (57/133 hồ).

Tại công trình hồ chứa nước Mỹ Thuận, kết quả mô phỏng mặt cắt hiện trạng D31 bằng phần mềm SEEP/W chỉ ra rằng đường bão hòa dâng rất cao và chọc thẳng ra mái hạ lưu tại cao trình bất lợi, khiến hệ số an toàn ổn định trượt mái hạ lưu giảm sâu xuống dưới mức tiêu chuẩn cho phép 1,30.

So sánh hai giải pháp cải tạo tại hồ Mỹ Thuận cho thấy: Phương án 1 (sử dụng tường nghiêng kết hợp sân phủ bằng đất ít thấm với hệ số k = 7,5x10^-6 cm/s) và Phương án 2 (sử dụng tường nghiêng kết hợp tường hào chống thấm Bentonite). Kết quả tính toán chỉ ra rằng Phương án 1 giúp giảm lưu lượng thấm đơn vị hơn 75%, hạ thấp hoàn toàn đường bão hòa vào trong khối tiêu nước hạ lưu, đáp ứng đầy đủ hệ số ổn định trượt Kmin đạt từ 1,35 đến 1,42. Về mặt kinh tế, Phương án 1 tận dụng được vật liệu đất đắp tại địa phương, giúp tiết kiệm từ 20% đến 30% tổng kinh phí xây lắp so với phương án thi công tường hào Bentonite đòi hỏi công nghệ ngoại nhập phức tạp.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân cốt lõi dẫn đến tình trạng thấm và sự cố đập hàng loạt bắt nguồn từ những sai sót trong quá trình khảo sát, thiết kế và thi công trước đây. Đơn cử trong thực tế, các đơn vị khảo sát thường bỏ sót thí nghiệm về độ tan rã, độ lún ướt và độ trương nở của đất phong hóa miền Trung. Bài học điển hình từ sự cố vỡ đập Suối Hành năm 1986 làm 20 ngôi nhà bị cuốn trôi và 4 người thiệt mạng là do không nhận diện được tính hoàng thổ của đất. Tương tự, sự cố đập Suối Trầu bị vỡ 4 lần do thiết kế chọn sai dung trọng khô chỉ đạt 1,5 T/m³ trong khi yêu cầu thực tế phải là 1,84 T/m³, hay sự cố vỡ đập Am Chúa chỉ sau 6 giờ tích nước do đất đầm không đủ độ chặt bị tan rã nhanh chóng.

Các kết quả phân tích số liệu trong luận văn được minh họa trực quan thông qua hệ thống biểu đồ quan hệ giữa mực nước thượng lưu và chiều cao thoát nước giới hạn agh tại các mặt cắt D14, D31, D38. Hình ảnh trường phân bố áp lực thấm, lưới dòng chảy và cung trượt nguy hiểm nhất xuất ra từ phần mềm SLOPE/W cho phép các kỹ sư dễ dàng quan sát động thái làm việc của thân đập dưới các tổ hợp tải trọng bất lợi nhất.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên kết quả nghiên cứu lý thuyết và ứng dụng thực tiễn, tác giả đề xuất 4 nhóm giải pháp công nghệ và quản lý trọng tâm:

Thứ nhất, chuẩn hóa giải pháp kỹ thuật chống thấm theo chiều dày tầng thấm địa chất. Đối với các đập đất sửa chữa có chiều dày tầng thấm lớn hơn 5,0m trên nền cuội sỏi, ưu tiên áp dụng kết cấu tường nghiêng kết hợp sân phủ bằng đất sét ít thấm. Đối với các đập có tầng thấm nhỏ hơn hoặc bằng 5,0m, áp dụng giải pháp tường nghiêng kết hợp chân răng thượng lưu. Mục tiêu kỹ thuật cần đạt là kiểm soát lưu lượng thấm đơn vị dưới 0,05 m³/ngày-đêm trên một mét dài đập và đảm bảo hệ số an toàn chống trượt K luôn lớn hơn hoặc bằng 1,30. Đơn vị thực hiện: Các đơn vị tư vấn thiết kế và Ban quản lý dự án thủy lợi tỉnh.

Thứ hai, bắt buộc bổ sung quy trình thí nghiệm 3 chỉ tiêu cơ lý đặc thù gồm độ tan rã, độ lún ướt và tính trương nở trong hồ sơ khảo sát địa chất đắp đập tại khu vực Duyên hải Nam Trung Bộ. Thời gian áp dụng: Ngay từ quý 1 năm 2017 cho tất cả các dự án sửa chữa, nâng cấp hồ đập. Chủ thể thực hiện: Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn Bình Định phối hợp cùng các viện nghiên cứu chuyên ngành.

Thứ ba, thay thế dứt điểm 31 cống lấy nước kiểu bậc thang lạc hậu bằng kết cấu cống hộp hoặc cống tròn bê tông cốt thép có thiết kế khớp nối chống thấm chuyên dụng. Quá trình thi công đắp đất quanh thân cống phải kiểm soát chặt chẽ dung trọng khô đạt tối thiểu 1,65 T/m³, loại trừ triệt để nguy cơ hình thành dòng thấm dọc thân cống. Thời gian hoàn thành trong giai đoạn 24 tháng kể từ khi phê duyệt dự án.

Thứ tư, xây dựng hệ thống mốc quan trắc thấm và lập biểu đồ giám sát an toàn đập tự động dựa trên tiêu chí mực nước thượng lưu và chiều cao thoát nước giới hạn cho 38 hồ chứa xung yếu có đập cao trên 15m. Chủ thể vận hành: Công ty TNHH Khai thác công trình thủy lợi Bình Định và Ủy ban nhân dân các huyện quản lý hồ.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nghiên cứu mang lại giá trị học thuật và ứng dụng thực tiễn sâu rộng cho 4 nhóm đối tượng:

Thứ nhất, các kỹ sư tư vấn thiết kế và thẩm tra công trình thủy lợi. Tài liệu cung cấp quy trình mẫu về việc ứng dụng phần mềm SEEP/W và SLOPE/W để xử lý bài toán thấm phức tạp trên nền địa chất không đồng nhất, giúp tối ưu hóa kích thước mặt cắt đập cho hơn 160 hồ chứa tương tự tại miền Trung.

Thứ hai, các cán bộ quản lý thuộc Ban quản lý dự án Nông nghiệp và Phát triển nông thôn. Luận văn cung cấp phương pháp luận khoa học để phân loại mức độ rủi ro trên 133 hồ chứa nhỏ, hỗ trợ công tác lập kế hoạch đầu tư công và phân bổ nguồn vốn vay an toàn đập từ Ngân hàng Thế giới một cách hiệu quả nhất.

Thứ ba, các chỉ huy trưởng công trình và kỹ sư giám sát thi công thủy công. Luận văn chỉ rõ các điểm kiểm soát chất lượng then chốt như kỹ thuật đào bóc tầng phủ chân khay, kiểm soát độ ẩm đất đắp bãi và quy trình đầm nén đạt dung trọng khô tiêu chuẩn 1,84 T/m³, ngăn ngừa rủi ro nứt nẻ và xói ngầm.

Thứ tư, giảng viên, nghiên cứu sinh và học viên cao học ngành Xây dựng Công trình Thủy. Đây là tài liệu tham khảo giá trị với hệ thống số liệu thực nghiệm phong phú từ 165 hồ chứa và phân tích chuyên sâu về nguyên nhân 5 sự cố vỡ đập lớn trong lịch sử ngành thủy lợi Việt Nam.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao các hồ chứa vừa và nhỏ tại Bình Định lại có tỷ lệ thấm qua đập lên tới 68,4%? Phần lớn trong số 131 hồ đập xây dựng trước năm 1990 được thi công thủ công, thiếu thiết bị đầm nén hiện đại và không có giải pháp xử lý chân khay chống thấm. Đất đắp đập không được kiểm tra các chỉ tiêu tan rã và lún ướt, dẫn đến việc hình thành các kẽ nứt và dòng rò rỉ khi tích nước.

2. Phương pháp mô hình số SEEP/W có ưu thế gì so với tính toán thủy lực truyền thống? SEEP/W sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn để mô phỏng chính xác trường dòng thấm hai chiều phẳng qua các môi trường phân lớp phức tạp. Phần mềm cho phép xác định chính xác vị trí đường bão hòa và phân bố gradient thủy lực tại từng nút phần tử trên các mặt cắt D14, D31, D38 mà công thức giải tích cổ điển không tính được.

3. Vì sao giải pháp tường nghiêng kết hợp sân phủ đất sét lại tối ưu hơn tường hào Bentonite cho hồ Mỹ Thuận? Giải pháp sân phủ đất sét tận dụng tối đa bãi vật liệu địa phương sẵn có, giúp giảm từ 20% đến 30% chi phí xây lắp so với tường hào Bentonite. Về mặt kỹ thuật, kết cấu này vẫn đảm bảo giảm hơn 75% lưu lượng thấm và duy trì hệ số ổn định trượt mái dốc Kmin lớn hơn 1,30.

4. Bỏ sót thí nghiệm độ tan rã và trương nở của đất đắp đập dẫn đến hậu quả gì? Hậu quả nghiêm trọng nhất là gây sụt lún không đều và hình thành các lỗ rỗng xói ngầm xuyên thân đập. Bài học thực tế từ vụ vỡ đập Suối Hành năm 1986 làm ngập 100 ha mùa màng và đập Am Chúa vỡ hoàn toàn sau 6 giờ tích nước đều bắt nguồn từ việc đất bị rã nhanh khi gặp nước bão hòa.

5. Tiêu chí giám sát an toàn thấm được xây dựng dựa trên nguyên lý nào? Tiêu chí được xây dựng bằng cách thiết lập tương quan giữa mực nước dâng thượng lưu với chiều cao thoát nước giới hạn agh và chiều dài thoát nước an toàn Lgh. Khi số liệu đo đạc thực tế vượt khỏi đường giới hạn ứng với hệ số ổn định Kmin từ 1,30 đến 1,50, hệ thống sẽ tự động phát tín hiệu cảnh báo nguy cơ trượt mái đập.

Kết luận

Nghiên cứu đã hoàn thành xuất sắc các mục tiêu khoa học và thực tiễn với những đóng góp quan trọng:

• Đánh giá toàn diện hiện trạng an toàn của 165 hồ chứa tại Bình Định, xác định rõ 89 hồ xuống cấp và 91 hồ bị sự cố thấm nghiêm trọng.
• Tổng kết sâu sắc nguyên nhân các sự cố vỡ đập lớn trong lịch sử, chỉ rõ lỗ hổng trong công tác khảo sát tính chất cơ lý đất và kỹ thuật đầm nén thủ công.
• Ứng dụng thành công công nghệ mô hình số SEEP/W và SLOPE/W vào phân tích trường thấm và độ ổn định đập vật liệu địa phương.
• Đề xuất và luận chứng giải pháp tường nghiêng kết hợp sân phủ đất sét cho hồ Mỹ Thuận, mang lại hiệu quả kỹ thuật cao và tiết kiệm từ 20% đến 30% chi phí đầu tư.
• Xây dựng hoàn chỉnh bộ tiêu chí quan trắc thấm định lượng phục vụ công tác quản lý an toàn đập lâu dài.

Kế hoạch tiếp theo cần tập trung hoàn thiện hồ sơ thiết kế bản vẽ thi công và triển khai lắp đặt hệ thống thiết bị quan trắc thực địa tại hồ Mỹ Thuận trong giai đoạn 2017 - 2020. Các cơ quan quản lý nông nghiệp và doanh nghiệp khai thác công trình thủy lợi cần khẩn trương áp dụng quy trình tính toán và giải pháp công nghệ của luận văn để nâng cấp đồng loạt 38 hồ chứa có nguy cơ mất an toàn cao trên toàn tỉnh.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU I. Tính cấp thiết của Đề tài: Bình Định là một tỉnh ven biển Nam Trung bộ, nằm ở tọa độ từ 13 042' đến 14042' Vĩ độ Bắc và 108039' đến 109022' Kinh độ Đông, có diện tích tự nhiên 6.026 km2, bao gồm thành phố Quy Nhơn và 10 huyện, thị xã với dân số khoảng 1,6 triệu ngƣời. Phía bắc giáp Quảng Ngãi, phía Nam giáp Phú Yên, phía Tây giáp Gia Lai và phía Đông giáp Biển Đông. Bình Định cách thủ đô Hà Nội 1.065 km và cách thành phố Hồ Chí Minh 680 km.

Là một trong 5 tỉnh nằm trong vùng trọng điểm kinh tế Nam Trung Bộ với địa lý quan trọng trong giao lƣu phát triển kinh tế xã hội, vị trí vai trò quan trọng trong bảo vệ an ninh quốc phòng. Bình Định có vị trí trung tâm trên các tuyến giao lƣu quốc tế và liên vùng tuyến trục Bắc - Nam và hành lang Đông - Tây của Miền Trung với hệ thống giao thông tƣơng đối phát triển với tuyến đƣờng sắt Bắc Nam, tuyến đƣờng bộ QL 1A và QL 19, sân bay Phù Cát và cảng Quy Nhơn. - Trên địa bàn tỉnh Bình Định có 165 đập hồ chứa nƣớc thủy lợi. Trong đó: + Có 05 hồ chứa có dung tích trên 10 triệu m3 gồm: hồ Vạn Hội – huyện Hoài Ân, hồ Hội Sơn - huyện Phù Cát, hồ Thuận Ninh – huyện Tây Sơn, hồ Núi Một - huyện An Nhơn và hồ Định Bình - huyện Vĩnh Thạnh.

+ Có 04 hồ chứa có dung tích từ (5 – 10) triệu m3 gồm: Hồ Thạch Khê - huyện Hoài Ân, hồ Mỹ Bình – huyện Hoài Nhơn, hồ Hội Khánh – huyện Phù Mỹ và hồ Diêm Tiêu – huyện Phù Mỹ. + Có 47 hồ chứa có dung tích từ (1 – 5) triệu m3, gồm: huyện An Lão 02 hồ; huyện Hoài Ân 08 hồ; huyện Hoài Nhơn 08 hồ; huyện Phù Mỹ 11 hồ; huyện Vĩnh Thạnh 03 hồ; huyện Phù Cát 07 hồ; huyện Tây Sơn 02 hồ; huyện An Nhơn 01 hồ; huyện Vân Canh 04 hồ; Thành phố Quy Nhơn 01 hồ. 1 + Có 68 hồ chứa có dung tích từ (0,2 – 1) triệu m3, gồm: huyện An Lão 02 hồ; huyện Hoài Ân 13 hồ; ; huyện Hoài Nhơn 09 hồ; huyện Phù Mỹ 32 hồ; huyện Phù Cát 14 hồ; huyện Tây Sơn 12 hồ; huyện Vân Canh 01 hồ; huyện Tuy Phƣớc 04 hồ. + Còn lại 38 hồ chứa có dung tích nhỏ hơn 0,2 triệu m3.

+ Có 38 hồ chứa có chiều cao đập trên 15m. Các hồ đập nhỏ trên địa bàn tỉnh phần lớn đƣợc xây dựng từ những năm 80, có hệ số thiết kế tƣới, tiêu thấp và tần suất tính phòng lũ chƣa xét đến yếu tố ảnh hƣởng bởi biến đổi khí hậu; thiếu kinh phí nên xây dựng không hoàn chỉnh từ đầu mối đến kênh mƣơng, thiết bị lạc hậu, chắp vá nên hiện nay bị xuống cấp nghiêm trọng, mặt đập, mái thƣợng và hạ lƣu chƣa đƣợc gia cố, thân móng đập bị thấm nƣớc, cống lấy nƣớc bị rò rỉ, tràn xả lũ bị xói lở do chƣa đƣợc gia cố, lòng hồ bị bồi lấp nên khả năng trữ nƣớc và khả năng đảm bảo an toàn hồ đập thấp. Toàn tỉnh có 38 đập có hiện tƣợng thấm nƣớc; đập trƣợt mái, sạt trƣợt vai đập; bị lún; bị xói lở hạ lƣu… dự kiến đƣa vào chƣơng trình Sửa chữa An toàn đập của Chính phủ do WB tài trợ, trong đó có Hồ chứa nƣớc Mỹ Thuận. Nghiên cứu biện pháp xử lý hợp lý thấm qua nền và thân đập hồ chứa nƣớc Mỹ Thuận là một trong những yêu cầu quan trọng trong thiết kế, thi công công trình và yêu cầu thực tế của địa phƣơng hiện nay.

Việc hiểu biết đầy đủ về những đặc tính, điều kiện ứng dụng, biện pháp chống thấm khi thiết kế, thi công sẽ góp phần đảm bảo sự làm việc ổn định của các công trình xây dựng đặc biệt các công trình hồ chứa. Đề tài “Nghiên cứu giải pháp hợp lý xử lý thấm qua nền và thân đập đất của hồ chứa vừa và nhỏ ở tỉnh Bình Định, ứng dụng cho công trình hồ chứa nước Mỹ Thuận” tập trung phân tích các đặc tính của đất, các yếu tố gây thấm, những biến dạng của công trình, các nguy cơ hiện hữu… ; Nghiên cứu và đề xuất giải pháp xử lý, thi công để đảm bảo ổn định cho công trình. Đề tài có ý nghĩa khoa học và thực tiễn trong điều kiện hiện nay khi hệ thống Đập đất của tỉnh Bình Định có chủ trƣơng mở rộng, nâng cấp để ứng phó với biến đổi khí hậu. Trong đó phải kể tới tác động rõ rệt nhất là lƣợng mƣa có cƣờng độ mƣa tăng dần và mƣa tập trung, gây nên các trận lũ 2 lớn, bất thƣờng, vƣợt tần suất thiết kế … điều này mang lại nhiều tác động bất lợi đối với sự an toàn của các hồ chứa trên địa bàn tỉnh.

Mục đích của Đề tài: Nghiên cứu các yếu tố tác động đến sự hình thành dòng thấm, chế độ thấm nhƣ quá trình khảo sát, thiết kế, thi công để xác định nguyên nhân chính dẫn đến sự cố thấm qua đập. Cơ sở khoa học và thực tiễn của các giải pháp xử lý thấm qua nền đập đất, ƣu nhƣợc điểm và phạm vi ứng dụng từng giải pháp; Tính toán biện pháp xử lý đảm bảo ổn định thấm cho đập đất ở hồ chứa vừa và nhỏ bằng phần mềm Seep/w. Lựa chọn đƣợc giải pháp hợp lý cho việc xử lý thấm qua nền và thân đập đất của Hồ chứa nƣớc Mỹ Thuận, tỉnh Bình Định. Cách tiếp cận và phƣơng pháp nghiên cứu: a) Cách tiếp cận: - Thông qua việc nghiên cứu các sự cố về đập, các tài liệu của một số cơ quan Nghiên cứu, Khảo sát Thiết kế, Thi công và Quản lý xây dựng loại đập đắp bằng vật liệu địa phƣơng khu vực Miền Trung.

- Khảo sát, nghiên cứu thực địa tại hồ chứa nƣớc Mỹ Thuận, tỉnh Bình Định. b) Phƣơng pháp nghiên cứu: - Tổng hợp các kết quả nghiên cứu đã có qua việc điều tra thu thập các đập vật liệu địa phƣơng đã xây dựng xảy sự cố và xử lý thấm thành công trong khu vực nghiên cứu. - Dùng phƣơng pháp phần tử hữu hạn để phân tích kiểm tra thấm : Sử dụng phần mềm Seep/w. - Tính toán cụ thể thông qua việc so sánh kết quả tìm đƣợc của phƣơng pháp chọn.

Kết quả đạt đƣợc: - Tìm ra đƣợc các nguyên nhân hƣ hỏng gây mất an toàn cho các công trình hồ chứa vừa và nhỏ ở tỉnh Bình Định qua việc so sánh, đánh giá, phân tích đƣợc mức độ an toàn của các công trình đã đƣợc xây dựng; - Lƣ̣a cho ̣n hình thức kết cấu, giải pháp thiết kế và công nghệ thi công xử lý phù hợp với điều kiện công trình tại Bình Định; - Đề xuất cơ sở khoa học hoặc công nghệ xử lý mất nƣớc qua nền và thân đập phù hợp với địa chất chung của Bình Định; - Vận dụng kết quả nghiên cứu để thiết kế, thi công sữa chữa hồ chứa nƣớc Mỹ Thuận, tỉnh Bình Định. ---------oo0oo--------- 4 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐẬP ĐẤT VÀ THẤM QUA NỀN, THÂN ĐẬP ĐẤT 1.1 Khái quát chung về tình hình xây dựng đập vâ ̣t liêụ điạ phƣơng Đập vật liệu địa phƣơng là loại đập đƣợc xây dựng bằng các loại đất đá hiện có ở vùng xây dựng nhƣ: sét, á sét, á cát, cát, sỏi… Đập đất - đá có cấu tạo đơn giản, vững chắc, có khả năng cơ giới hoá cao khi thi công và thƣờng có giá thành thấp nên là loại đập đƣợc ứng dụng rộng rãi nhất trong hầu hết các nƣớc trên thế giới. Đập đất - đá là loại đập không tràn, có nhiệm vụ dâng nƣớc và giữ nƣớc trong các hồ chứa hoặc cùng với các loại đập và công trình khác tham gia nhiệm vụ dâng nƣớc trong các hệ thống thuỷ lợi, thuỷ điện…[1].1 Trên thế giới Hồ chứa nƣớc trên thế giới đƣợc xây dựng và phát triển rất đa dạng, phong phú. Đến nay trên thế giới đã xây dựng hơn 1.400 hồ có dung tích hơn 100 triệu mét khối nƣớc mỗi hồ với tổng dung tích các hồ là 4.200 tỷ mét khối.

Theo tiêu chí phân loại của Ủy ban Quốc tế về đập lớn (ICOLD), hồ có dung tích từ một triệu mét khối nƣớc trở lên hoặc chiều cao đập trên 15 mét, thuộc loại hồ đập lớn. Hình 1-1 Biểu đồ phân bố hồ đập lớn trên thế giới 5 Hiện thế giới có hơn 45.000 hồ đập lớn.340 hồ, Bắc và Trung Mỹ có 8.010 hồ, Tây Âu có 4.227 hồ, Đông Âu có 1.203 hồ, châu Phi 1.260 hồ, châu Đại Dƣơng 577 hồ. Đứng đầu danh sách các nƣớc có nhiều hồ là Trung Quốc (22.291 hồ), Nhật Bản (2.675 hồ), Tây Ban Nha (1. Xây dựng và sử dụng hồ chứa nƣớc trên thế giới đã trải qua lịch sử phát triển lâu đời.

Cách đây hơn 6 nghìn năm ngƣời Trung Quốc và Ai Cập đã biết sử dụng vật liệu tại chỗ để đắp đập ngăn sông suối tạo thành hồ chứa. Thời kỳ cổ đại, hồ Vicinity tại Menphis thuộc thung lũng sông Nin (Ai Cập) có xây đập đá đổ cao 15 m, dài 45 m. Trong khoảng 4 nghìn năm Trƣớc Công nguyên, cùng với sự phát triển rực rỡ của các nền văn minh cổ đại Ai Cập, Trung Quốc, Hy Lạp, La Mã, Ấn Độ. kỹ thuật xây dựng hồ đập trên thế giới cũng không ngừng phát triển.

Ngƣời Nam Tƣ xây dựng đập Mardook ở thung lũng sông Tigris. Ngƣời Saba xây đập đá đổ Marib cao 32,5 m dài 3200 m. Đến nay, thực tế phát triển xây dựng các hồ chứa nƣớc lớn trên thế giới đã đƣợc khẳng định mục đích và yêu cầu sử dụng của mỗi hồ trong từng khu vực đối với từng quốc gia là khác nhau.1 Đập Nurek ở Tajikistan cao 310m, hiện là đập đất cao nhất thế giới (nguồn Internet) 6 Trong thế kỷ XX, xây dựng đập tạo hồ chứa phát triển mạnh cả về số lƣợng và quy mô, hình thức. Cứ 10 năm sau, số lƣợng đập hồ đƣợc xây dựng nhiều hơn tổng số các đập hồ của các năm trƣớc đó.

Chiều cao đập từ chỗ vài mét của buổi ban đầu, đến chiều cao đập lên tới 10 m  15 m (ở thế kỷ XV), đến 200 m (ở thế kỷ XX), rồi đến trên 300 m nhƣ hiện nay. Từ chỗ đập bằng vật liệu địa phƣơng đến đập bằng bê tông, bê tông trọng lực, đập vòm, đập trụ chống, đập liên vòm. Từ đập bê tông thƣờng đến đập bê tông đầm lăn. Bảng 1-1 Số lượng đập vật liệu địa phương ở các nước trên thế giới (nguồn internet) STT Tên nƣớc Số lƣợng STT Tên nƣớc Số lƣợng 1 Trung Quốc 22.575 18 CHLB Đức 3113 3 Ấn Độ 1.