Chương 1. Tổng quan về dòng thấm và an toàn đập đất Chương 2. Cơ sở khoa học và phương pháp nghiên cứu dòng thấm trong thân đập. Phân tích diễn biến dòng thấm trong thân đập trong quá trình tích nước hồ Ngàn Trươi.
TỔNG QUAN VỀ DÒNG THẤM VÀ AN TOÀN ĐẬP ĐẤT 1. Khái quát chung Đập đất 1. Hồ chứa Hồ chứa nước trên thế giới được xây dựng và phát triển rất đa dạng phong phú. Đến nay thế giới đã xây dựng hơn 1.400 hồ có dung tích mỗi hồ trên 100 triệu m3 nước, với tổng dung tích 4.
Hồ chứa nước có nhiều lợi ích và những hạn chế. - Mặt tích cực: Hồ chứa nước là công trình sử dụng tổng hợp nguồn nước và có nhiều chức năng nhiệm vụ. Hồ chứa cấp nước cho các ngành sản xuất nông nghiệp tưới tiêu, công nghiệp và sinh hoạt của người dân; Hồ điều tiết dòng chảy và phòng chống lũ lụt mùa lũ, chống hạn vào mùa khô; Hồ chứa còn tạo nguồn thuỷ năng cho phát điện, nuôi trồng thuỷ sản, giao thông, du lịch, thể dục thể thao, y tế…. Hồ chứa nước được xây dựng, sẽ tạo sự ổn định và phát triển kinh tế xã hội cho cả một khu vực dự án, tạo công ăn việc làm cho người dân khu vực, giải quyết thất nghiệp, phân bổ lao động, lập các trung tâm dân cư mới; Ngoài ra, trong một số trường hợp còn góp phần đảm bảo an ninh, quốc phòng.
- Mặt hạn chế khi xây dựng hồ chứa nước: Trong thiết kế, xây dựng, vận hành khai thác để xảy ra sai xót hoặc trình độ kỹ thuật quản lý sử dụng chưa cao thì có thể gây ra những sự cố dẫn đến những hậu quả nghiêm trọng. Nếu thất thoát nước nhiều, gây thiếu nước ảnh hưởng đến năng xuất cây trồng vật nuôi, giảm điện năng và gây khó khăn cho các hoạt động kinh tế, xã hội khác. Nước trong hồ dâng cao có thể gây ra trượt lở đất ở thượng lưu, xói lở hạ lưu, gia tăng các hoạt động địa chất trong vùng, sình lầy vùng ven, làm ô nhiễm một số vùng ảnh hưởng đến chất lượng cuộc sống con người, thảm thực vật và sự phát triển các loài thuỷ sản. Ngập lụt làm mất đi một lượng đất nông nghiệp, đất lâm nghiệp, khoáng sản, di tích lịch sử, văn hoá.
Nếu con người sử dụng nước hồ không đúng đắn có thể dẫn tới mất an toàn về vệ sinh và lao động. Xây dựng và sử dụng hồ chứa nước trên thế giới đã trải qua lịch sử phát triển lâu đời.000 năm người Trung Quốc và Ai Cập đã biết sử dụng vật liệu tại 4 chỗ để đắp đập ngăn sông suối tạo thành hồ chứa. Thời kỳ cổ đại có hồ Vicinity tại Menphis thuộc thung lũng sông Nin (Ai Cập) có xây đập đá đổ cao 15m, dài 45m.000 năm trước 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.
Người Nam Tư xây dựng đập Mardook ở thung lũng sông Tigris. Người Saba xây đập đá đổ Marib cao 32,5m dài 3. Đến nay sự phát triển của các hồ chứa lớn trên thế giới đã được khẳng định qua thực tế với các mục đích và yêu cầu sử dụng của mỗi hồ trong từng khu vực đối với từng quốc gia là khác nhau. Ở Việt Nam, theo thống kê của tổng cục thủy lợi, đã xây dựng được khoảng 6755 hồ chứa thủy lợi với tổng dung tích trữ nước khoảng 11 tỷ m3 trong đó có 560 hồ chứa có dung tích trữ nước lớn hơn 3 triệu m3 hoặc đập cao trên 15m, 1752 hồ có dung tích từ 0,2 triệu đến 3 triệu m3 nước, còn lại là những hồ đập nhỏ có dung tích dưới 0,2 triệu m3 nước [1].
Tổng số hồ chứa nước các tỉnh từ Nghệ An trở ra đến các tỉnh miền núi phía Bắc là 4.224 hồ chiếm 64% số hồ cả nước. Các tỉnh có nhiều hồ chứa là: Nghệ An 629 hồ, Thanh Hóa 610 hồ, Hòa Bình 513 hồ, Bắc Giang 422 hồ, Tuyên Quang 346 hồ[1]. Hồ chứa nước ở Việt Nam là biện pháp công trình chủ yếu để chống lũ cho các vùng hạ du, cấp nước tưới ruộng, công nghiệp, sinh hoạt, phát điện, phát triển du lịch, cải tạo môi trường nuôi trồng thuỷ sản, phát triển giao thông, thể thao, văn hoá. Theo thời gian, trước năm 1964 việc xây dựng hồ chứa diễn ra chậm, có ít hồ chứa được xây dựng trong giai đoạn này.
Sau năm 1964, đặc biệt từ khi nước nhà thống nhất thì việc xây dựng hồ chứa nước phát triển mạnh. Từ 1976 đến nay số hồ chứa xây dựng mới chiếm 67%. Không những tốc độ phát triển nhanh, mà cả về quy mô công trình cũng lớn lên không ngừng. Hiện nay, đã bắt đầu xây dựng hồ lớn, đập cao ở cả ở những nơi điều kiện tự nhiên phức tạp.
Đa phần là hồ chứa vừa và nhỏ. Hồ cấp V (theo quy định cũ) chiếm 62%, hồ có lưu vực F < 10km2 chiếm 65,6%, hồ chứa nước tưới không quá 500ha chiếm 82%, hồ có dung tích không vượt quá 10 triệu m3 chiếm 26,07%; số hồ có dung tích lớn hơn chiếm tỷ lệ nhỏ. Hồ có dung tích từ 20 triệu m3 trở lên có 51 hồ (trong đó có 10 hồ do 5 ngành thuỷ điện quản lý). Những hồ nhỏ nằm rải rác khắp nơi tạo nên những thế mạnh nhất định (vốn ít, sớm đưa vào phục vụ, phù hợp với nền sản xuất nông nghiệp chiếm tỷ trọng lớn, đi đến từng thôn bản phục vụ đắc lực cho phát triển nông nghiệp và nông thôn)[1].
Việc duy tu, sửa chữa thường xuyên còn nhiều hạn chế , công tác vận hành quản lý khai thác và bảo vệ còn tồn tại chưa được khắc phục; mưa lũ diễn biến theo hướng ngày càng phức tạp với tần suất xuất hiện và cường độ xấu, làm cho nhiều công trình, cụm công trình hồ chứa xuống cấp nghiêm trọng, không duy trì được năng lực thiết kế, nhất là những hồ chứa nước vừa và nhỏ. Đập đất Đập đất là đập dâng nước được xây dựng bằng đất có yêu cầu chặt chẽ về cấu tạo đập và chủng loại đất, được rải thành từng lớp, đầm nén bằng thiết bị chuyên dụng để đắp thành đập, có khả năng tự chống thấm hoặc sử dụng các loại vật liệu khác có tính chống thấm cao để chống thấm. Đập đất là loại đập xuất hiện sớm nhất và cũng đang được sử dụng phổ biến hiện nay trên thế giới và ở Việt Nam do có nhiều ưu điểm so với các loại đập khác đó là: sử dụng vật liệu tại chỗ, dễ tìm, dễ khai thác; cấu tạo đập đơn giản, dễ dàng xây dựng; thích hợp với các điều kiện địa hình, địa chất nơi xây dựng, tính an toàn về ổn định cao ngay cả khi chịu tải trọng động đất lớn; dễ quản lý, tôn cao, đắp dày thêm khi có yêu cầu nâng cấp; giá thành thấp. Ngày nay, nhờ sự phát triển của nhiều ngành khoa học như cơ học đất, lý luận thấm, địa chất thủy văn và địa chất công trình … Cũng như việc ứng dụng rộng rãi cơ giới hóa và thủy cơ hóa trong thi công cho nên đập đất càng có xu hướng phát triển mạnh mẽ.
Cho đến nay, các nước đã xây dựng hàng nghìn đập đất (riêng Nhật đã có 1281 đập đất cao hơn 15m) trong đó có trên 70 đập cao hơn 75m. Đập đất cao nhất hiện nay là đập Orovin (Mỹ) cao 260.5m và đập đất bồi cao nhất là đập Midêtraurơxcơ (Liên Xô cũ) cao 80m. Trong những năm gần đây, trên phạm vi thế giới đang có xu hướng xây dựng nhiều đập đất cao. Tổng số những đập đất có chiều cao hơn 75m xây dựng và thiết kế từ 1960 trở lại đây chiếm 80% trong toàn bộ các loại đập cao.
Con số đó nói lên xu hướng và triển vọng của đập đất trong 6 sự nghiệp xây dựng công trình thủy lợi. Ở Mỹ nếu tính từ năm 1963 trở lại đây thì đập bằng vật liệu địa phương, trong đó chủ yếu là đập đất chiếm 75% trong toàn bộ những đập đã xây dựng trong cùng thời gian. Ở Anh từ 1964 lại đây đã nâng tỷ số lên 67%. Trong các nước xã hội chủ nghĩa cũ đặc biệt là ở Liên Xô cũ, Trung Quốc đập đất hiện đang phát triển mạnh mẽ.
Hiệu quả của hồ chứa nước là to lớn trên nhiều lĩnh vực nhưng nếu gặp rủi ro vỡ đập, thiệt hại cũng sẽ thật khủng khiếp. Hiện tượng vỡ đập không phải chỉ trên lý thuyết mà thực tế đã xảy ra ở nhiều nơi trên thế giới và trong nước. Trên thế giới: Theo số liệu thống kê (Lemperiere-2000) số đập lớn bị vỡ đã lên đến 204/17200 đập và số nạn nhân là 17000 người.1: Đập Oroville - Hoa kỳ Ở Việt Nam, Đập đất là loại công trình dâng nước phổ biến nhất khi xây dựng hồ chứa. Do đặc điểm về địa hình, địa chất, vật liệu xây dựng, phương tiện thi công của nước ta, trong tương lai đập đất còn nhiều triển vọng phát triển rộng rãi hơn nữa.
Sở dĩ trong những năm gần đây đập đất đang phát triển với một tốc độ nhanh chóng như vậy cả về số lượng cũng như quy mô công trình là do nhiều nguyên nhân, trong đó có những nguyên nhân chủ yếu sau đây: - Yêu cầu chất lượng của nền đối với đập đất không đòi hỏi cao lắm so với những loại đập khác như đập bê tông trọng lực, đập vòm. Đập đất hầu như có thể xây dựng được với bất kỳ điều kiện địa chất, địa hình và khí hậu nào. Những vùng có động đất cũng có thể xây dựng được đập đất. Ưu điểm này rất cơ bản vì ngày ít những tuyến hẹp, có địa chất tốt thích hợp cho các loại đập bê tông càng ít cho nên các nước dần dần đi vào khai thác các tuyến rộng, nền yếu.
7 - 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. Người ta đã tính được rằng nếu lựa chọn loại đập có thành phần hạt thích hợp và đầm nén đất thì ứng suất cho phép trong thân đập có thể đạt đến 110kg/cm2 và như vậy có thể xây dựng được đập cao đến 650m. - Sử dụng những phương pháp mới để xây dựng những màng chống thấm sâu trong nền thấm nước mạnh. Đặc biệt, dùng phương pháp phun cao chất dính kết khác nhau như: Xi măng sét vào đất nền.