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.
