CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÁC GIẢI PHÁP CHỐNG THẤM ĐẬP ĐẤT VÀ CẢI TẠO ĐẤT BẰNG CHẤT KẾT DÍNH 1.1 Thấm qua đập đất thuộc vùng Tây Nguyên 1.1 Hiện trạng thấm đập đất thuộc vùng Tây Nguyên Theo đánh giá chung về an toàn đập đất vừa và nhỏ tại Tây Nguyên thì trong tổng số 732 đập được thống kê có đến 118 đập bị sự cố, sự cố do thấm chiếm gần 29% [65]. Thống kê theo các thời kỳ xây dựng đập, thời kỳ 1986 trở về trước: Với nền kinh tế tập thể được bao cấp ngành Thuỷ lợi đã nỗ lực rất lớn để đầu tư xây dựng cơ sở hạ tầng phục vụ nền kinh tế đất nước sau 30 năm chiến tranh. Trong vòng 10 năm (từ năm 1976 đến năm 1986) toàn vùng Tây Nguyên đã đầu tư xây dựng 335 công trình Thuỷ lợi gồm 201 hồ chứa, 116 đập dâng, 18 trạm bơm, với tổng năng lực tưới thiết kế 33.279 ha, thực tưới 24.834 ha, trong đó tưới cho lúa 8.530 ha tưới cho cây công nghiệp (chủ yếu là cà phê) 16. Thời kỳ 1986 đến 1989: tính đến cuối năm 1989 toàn vùng Tây Nguyên đã đầu tư xây dựng 563 công trình gồm: 376 hồ chứa, 166 đập dâng, 21 trạm bơm.
Năng lực tưới thiết kế 53. Đã phát huy tưới 39.834 ha, trong đó tưới cho lúa 2 vụ là 14.366 ha và cây công nghiệp dài ngày 25. Thời kỳ từ năm 1990 đến 2000: toàn vùng Tây Nguyên đã xây dựng 316 công trình Thuỷ lợi, gồm: 185 hồ chứa, 157 đập dâng, 19 trạm bơm. Thời kỳ từ năm 2000 đến nay: Tây Nguyên có khoảng 2.356 công trình Thủy lợi (CTTL) các loại, trong đó có 1.194 hồ chứa, 970 đập dâng, 130 trạm bơm và 62 công trình các loại khác.
Từ kết quả ở trên cho thấy: hiện nay trên địa bàn 5 tỉnh Tây Nguyên, đã đầu tư xây dựng được: 1.142 hồ chứa vừa và nhỏ, chiếm 95,64% so với tổng số hồ chứa thủy lợi đã xây dựng (1.194, một tỷ lệ rất cao) với năng lực tưới thiết kế 93.056 ha, chiếm 53,98% so với tổng số diện tích tưới thiết kế các hồ chứa thủy lợi đã xây dựng (93. Bảng phân loại các hồ chứa Thủy lợi ở Tây Nguyên theo dung tích Trong đó hồ chứa có Tổng Loại TT Tỉnh <0,5x106 số >3x10 m6 3 6 0,5-3x10 m 3 khác Hồ m3 1 Kon Tum 521 70 4 12 54 451 2 Gia lai 338 112 10 7 95 226 3 Đắk Lắk 766 600 22 44 534 166 4 Đắk Nông 231 186 3 16 167 45 5 Lâm Đồng 500 226 13 17 196 274 Tổng cộng 2.162 Đập đất của các hồ chứa thường là đập đất đồng chất đắp bằng vật liệu địa phương chủ yếu là đất bazan. Vật liệu đất đắp bazan có các tính chất đặc biệt: khối lượng thể tích thấp; khó đầm chặt; có sắt từ; nhiều hạt bụi, tính tan rã, v. vì vậy đập dễ bị thấm gây mất nước hồ chứa.
Đập đất bị xuống cấp chủ yếu là do thấm qua thân và nền đập như: tỉnh Kon Tum có 58 đập, tỉnh Gia Lai có 16 đập, tỉnh Đắk Lắk có 71 đập, tỉnh Đắk Nông có 12 đập. Đường trên đỉnh đập không còn đúng với thiết kế, do bị sụt, lún mạnh, quá trình bào mòn, xói lở bề mặt đập diễn ra khá phổ biến, mái thượng lưu chưa được gia cố bị sạt lở, mái hạ lưu xuất hiện nhiều rãnh xói sâu, nhiều ổ mối, gây hư hỏng, xuống cấp hệ thống công trình đầu mối, đây chính là mối hiểm họa đối với an toàn đập [65].2 Nghiên cứu về thấm đập đất Đập đất là một trong những loại công trình được đánh giá là bền và chịu chấn động tốt. Tuy nhiên trong quá trình làm việc, do tác động của các yếu tố tự nhiên và con người, đã có một số đập đất xảy ra tình trạng hư hỏng ở nhiều mức độ khác nhau. Nguyên nhân chính là do hiện tượng thấm mất nước qua nền đập, vai đập và thân đập gây ra.
Tác hại của dòng thấm thật là khó lường. Nó không những làm mất nước đối với các công trình hồ chứa nước mà còn làm giảm ổn định của công trình như: đẩy nổi, đẩy trượt, trôi đất, xói ngầm, trượt nền, v. Theo [69], Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam tổng kết các dạng hư hỏng của đập đất tại Việt Nam thì do thấm chiếm từ 45 đến 50%. 7 Thấm là tình trạng xảy ra rất phổ biến ở các đập đất, nhiều đập bị thấm rất nghiêm trọng, việc xử lý tốn kém, khó khăn và gây tổn thất lớn về kinh tế.
Sự cố về thấm được thể hiện muôn hình muôn vẻ, có thể xảy ra ngay khi công trình mới hoàn thành mà điển hình là hồ chứa nước Nam Du - tỉnh Kiên Giang (khi thi công xong, hồ cạn hết nước, phải xử lý chống thấm rất tốn kém) hay như đập Cà Giây - Bình Thuận (năm 1988 khi chưa hoàn công đã xuất hiện thấm ra ở chân mái hạ lưu với lưu lượng (57) lít/phút, sau đó lưu lượng tăng nhanh có nguy cơ vỡ đập. Hay sau một vài năm làm việc, hiện tượng thấm mới xảy ra như sự cố thấm gây vỡ đập đất của các hồ chứa Suối Hành, Suối Trầu, Am Chúa - Khánh Hoà, đập Vực Tròn - Quảng Bình, v. Bên cạnh những đập đã bị sự cố lớn còn có những đập tuy sự cố chưa đến mức nguy hiểm nhưng đã phải xử lý thấm rất tốn kém như đập Dầu Tiếng - Tây Ninh, Easoup thượng - Đắc Lắk. Đặc biệt là công trình hồ chứa Đắk Lô - tỉnh Lâm Đồng bị thấm mạnh qua nền và mái đập gây ảnh hưởng đến an toàn đập.
Biện pháp xử lý khi đó được đưa ra là đào bỏ toàn bộ phần đập bị thấm rồi đắp lại. Điều này làm cho hoạt động của hồ chứa nước bị gián đoạn, gây ảnh hưởng lớn đến việc nuôi trồng thuỷ sản, cấp nước sinh hoạt và hoạt động sản xuất nông nghiệp của nhân dân trong vùng dự án. Một loạt hồ chứa bị sự cố thấm phải hạ thấp mực nước dâng bình thường để hạn chế hiện tượng xói ngầm và dòng thấm thoát ra mái quá cao gây mất ổn định mái hạ lưu đập như hồ Phú Ninh, hồ Đồng Mô - Ngải Sơn. Một số công trình bị hư hỏng do dòng thấm rất mạnh gây nên hiện tượng sủi đất ở nền đập như đập Đồng Mô - Hà Tây, Suối Giai - Sông Bé, Đắk Lô - Lâm Đồng, v.
Hiện tượng thấm mạnh sủi nước ở vai đập Khe Chè - Quảng Ninh, Sông Mây - Đồng Nai, v. thấm mạnh ở nơi tiếp giáp giữa đập đất với tràn và cống như đập Vĩnh Trinh - Quảng Nam, Từ Hiếu - Yên Bái, v. Báo cáo dự án ‘‘Đầu tư sửa chữa và nâng cao an toàn đập“ [69] đã kết luận: rủi ro liên quan đến hồ chứa hiện hữu ở tất cả mức độ từ nguy cơ đến sự cố, thể hiện ở sự xuống cấp, hư hỏng công trình đầu mối như thấm, biến dạng mái đập, không đủ khả năng xả lũ, hư hỏng công trình lấy nước trong thân đập, v. Thấm là một 8 trong những nguyên nhân chủ yếu dẫn đến sự cố đập đất, vì vậy xử lý thấm là một biện pháp giảm thiểu rủi ro về an toàn đập.3 Chỉ tiêu cơ lý, thành phần khoáng vật và hóa học của các loại đất đặc trưng trong khu vực nghiên cứu ở trạng thái tự nhiên Bảng 1-2.
Trị trung bình các chỉ tiêu cơ lý của các loại đất có cấu trúc tự nhiên 9 Bảng 1-2 (tiếp theo) Trị trung bình các chỉ tiêu cơ lý của các loại đất có cấu trúc tự nhiên (tiếp theo) 10 Bảng 1-3. Khoảng biến thiên của các chỉ tiêu chính Các tác giả Nguyễn Văn Thơ, Nguyễn Tài trong tài liệu [37] đã tổng kết giới thiệu trị trung bình đặc trưng cơ lý của các loại đất trong vỏ phong hoá có cấu trúc tự nhiên ở Tây Nguyên (Bảng 1-2) và phạm vi biến đổi các chỉ tiêu chính (Bảng 1- 3) Đối với loại đất ở Tây Nguyên, tác giả Nguyễn Thanh [34] đã thu thập chỉnh lý các số liệu về thành phần khoáng vật của đất thuộc nhiều phức hệ địa chất, nguồn gốc phát triển trên các loại đá mẹ khác nhau theo mỗi tỉnh (Bảng 1-4). Các tác giả Nguyễn Việt Kỳ và Nguyễn Văn Tuấn [13] đã nghiên cứu tổng kết thành phần khoáng vật và hóa học chủ yếu trong vỏ phong hóa ở Tây Nguyên được giới thiệu ở bảng 1-5. Cùng với các tác giả Nguyễn Văn Thơ, Trần Thị Thanh [38], Nguyễn Văn Thơ, Phạm Văn Thìn [39], Nguyễn Công Mẫn [14].
Qua các tài liệu nghiên cứu ở trên, cho thấy rằng vùng nghiên cứu có vỏ phong hoá phát triển trên tất cả các loại đá có mặt trên khu vực. Mức độ phong hoá của các loại đá rất khác nhau, phụ thuộc vào bản chất thạch học ban đầu của đá. Chỉ tiêu cơ lý và -13- thành phần khoáng vật của đất trong vỏ phong hoá cũng khác nhau, sẽ có ảnh hưởng đến sự ổn định của đập đất khi sử dụng vật liệu làm vật liệu 11 đắp đập. Thành phần khoáng vật đất loại sét Tây Nguyên Nhận xét: đối với các loại đất bazan được nêu ở trên, có hệ số thấm lớn hơn 10-5 cm/s và có một số tính chất cơ lý đặc biệt [33], [38] như trương nở (co ngót), tan rã, lún ướt .Do đó để sử dụng vật liệu đất bazan này làm kết cấu chống thấm cho đập đất như kết cấu tường nhiêng, sân phủ thì cần phải được cải tạo.2 Các giải pháp chống thấm cho đập đất 1.1 Giải pháp chống thấm cho đập đất xây mới 1.1 Đập đồng chất Đập đồng chất là loại đập được xây dựng khá phổ biến ở nhiều địa phương trong cả nước [52].
Đập được đắp bằng đất sẵn có tại chỗ. Ưu điểm của đập đồng chất là kết cấu đơn giản, sử dụng vật liệu tại chỗ nên giảm giá thành xây dựng, thi công nhanh và dễ dàng. Đập đồng chất thường có khối lượng đất đắp nhiều, chi phí 12 đền bù cao do kích thước mặt cắt đập lớn. Thành phần khoáng vật và hóa học chủ yếu trong các vỏ phong hóa ở Tây Nguyên 1.2Đập nhiều khối Trong thực tế đất đắp đập thường không cùng một loại, đất từ các bãi vật liệu khác nhau, có tính chất cơ lý khác nhau [52].
Trong trường hợp đó, phải nghiên cứu kết cấu đập để sử dụng hợp lý các loại đất nhằm khắc phục các yếu tố bất lợi và phát huy được yếu tố có lợi của chúng để phòng tránh sự cố đập do đất gây ra. Mặt khác, để tận dụng tối đa các vật liệu sẵn có tại chỗ nhằm giảm chi phí đầu tư.
