phần mở đầu, kết luận, kiến nghị, danh mục tài liệu tham khảo. Nội dung vàcấu trúc Luận án cóthể tóm tắt nhƣ sau: CHƢƠNG 1: Tổng quan về thấm vàkiểm soát thấm ở đập đất nh gây ra sự cố, hƣ hỏng đập đất. Vìvậy, khi thiết kế Thấm làmột nguyên nhân chí đập đất cần phải cả kết cấu chống thấm và kiểm soát thấm. Hiện nay trong thiết kết nâng cấp cải tạo đập vừa vànhỏ cóvấn đề về thấm, tƣ vấn thƣờng ƣu tiên quan tâm đến kết cấu chống thấm màcoi nhẹ việc thiết kế kết cấu kiểm soát thấm (lọc và thoát nƣớc).
Tầng lọc bằng cát-đá-sỏi truyền thống áp dụng trong đập đất đƣợc nghiên cứu từ những năm 50 của thế kỷ trƣớc và đã đƣợc xây dựng thành tiêu chuẩn. Kết cấu thu lọc và thoát nƣớc thấm trong đập đất (màbản chất làtầng lọc) trì nh bày trong tiêu chuẩn và các tài liệu hiện cóáp dụng phùhợp cho đập đắp mới. Với các đập vừa vànhỏ cần xử lý thấm cần phải cókết cấu phùhợp, hiệu quả về thu-lọc-thoát nƣớc cao, đơn giản, dễ thi công và đặc biệt là đảm bảo an toàn thi công khi hồ đang tích nƣớc. Sáng chế nêm cát thu lọc nƣớc thấm do tác giả cùng nhóm nghiên cứu đề xuất cung cấp một giải pháp mới để thu lọc nƣớc thấm sau đập đất, sử dụng vật liệu mới là băng thu khía rãnh theo nguyên lý mao dẫn.
Nhờ đó đã làm đơn giản cách tí nh toán, thi công nhanh cóthể áp dụng cho đập vừa vànhỏ đang tích nƣớc. Tuy nhiên để cóthế áp dụng rộng rãi cần tiếp tục nghiên cứu làm rõhiệu quả lýthuyết vàthực tế. CHƢƠNG 2: Nghiên cứu cơ sở lýluận về nêm cát Nêm cát thu-lọc-thoát nƣớc thấm phải đạt đƣợc mục tiêu hạ thấp đƣờng bão hòa, 5 với đập đang bị thấm thìnóphải đƣa đƣợc đƣờng bão hòa trong đập đất về trong phạm vi an toàn (theo tiêu chívề thấm thì độ cao điểm ra của đƣờng bão hòa phải nhỏ hơn giá trị giới hạn). Ngoài ra, chất lƣợng lọc phải đảm bảo ổn định lâu dài để không sinh ra hiện tƣợng rửa trôi hoặc lấp tắc, trong quá trình đào rãnh để lắp đặt phải tuyệt đối bảo đảm an toàn.
Trong Chƣơng này, Luận án đã phân tích và lựa chọn phần mềm Midas GTS để phân tích đƣờng bão hòa thấm cho một đập đất cao 15 m (giới hạn trên của đập loại vừa), bị thấm quámức giới hạn (điểm ra của đƣờng bão hòa nằm trên giátrị giới hạn), cần xử lýthấm bằng nêm cát. Bằng phần mềm Midas GTS, luận án đã tính toán và kết luận: - Khi hồ đang tích nƣớc chỉ đƣợc phép đào chân đập để lắp đặt nêm cát với chiều rộng rãnh đào không quá 5 m (W<5 m). Tốt nhất là 1 m để phùhợp với thiết bị thi công. - Với rãnh đào 1 m (W=1 m) thìkhoảng cách rãnh đào không nên quá 4 m (L<4 m), cho phép đào và để hở 3 rãnh một lúc, lắp đặt xong rãnh nào thìlấp lại, sau đó mới đƣợc đào rãnh tiếp theo.
Làm nhƣ vậy để đảm bảo gradient dòng thấm xuất hiện trên vách hố đào không vƣợt quágiátrị giới hạn (Jmax < [J]) vàhệ số an toàn ổn định cho phép (K < [K]); - Với W=1 m vàL=4 m, phần mềm Midas GTS đã cung cấp bức tranh dòng thấm bị hút vào nêm cát tƣơng tự nhƣ hiện tƣợng hút nƣớc dãy giếng khoan. Với L=4 m thì độ vồng của đƣờng mực nƣớc không đáng kể, chứng tỏ khoảng cách bố trí nhƣ vậy làphùhợp. Qua kết quả đạt đƣợc trong Chƣơng này, luận án kết luận phần mềm Midas GTS làm một phần mềm mạnh trong việc môphỏng bài toán thi công lắp đặt nêm cát vàphân ch bài toán thấm không gian. Điều này sẽ đƣợc tiếp tục chứng minh trong Chƣơng tiếp tí theo, khi so sánh kết quả tính bằng phần mềm với kết quả đo trên mô hình thực tế tại đập Đồng Bể (Thanh Hóa).
CHƢƠNG 3: Nghiên cứu hiệu quả của nêm cát thu lọc nƣớc thấm tại đập Đồng Bể, tỉnh Thanh Hóa 6 Trong Chƣơng 2 việc khai báo băng khía rãnh nhƣ một loại vật liệu cóhệ số thấm K = 1,5x10-3 m/s cũng chỉ theo kinh nghiệm của ngƣời tính mà chƣa đƣợc kiểm chứng, Đặc biệt, chất lƣợng lọc của nêm cát, cũng nhƣ hoạt động của nêm cát có đƣợc ổn định lâu dài hay không thìkhông thể tính bằng phần mềm đƣợc. Vìvậy, Luận án đã tiến hành lắp đặt 3 nêm cát vàhệ thống quan trắc cao độ đƣờng bão hòa, đo lƣu lƣợng thấm, đo chất lƣợng lọc, v.v… tại đập đất hồ Đồng Bể (tỉnh Thanh Hóa) vàquan trắc số liệu trong 2 năm 2016 và năm 2017. Kết quả thực nghiệm hiện trƣờng cho thấy sự phùhợp với kết quả tính toán bằng phần mềm Midas GTS. Cụ thể: - Khi chƣa lắp đặt nêm cát, nƣớc thấm ra cơ hạ lƣu (số đọc trong giếng h3 âm).
- Khi lắp đặt nêm cát thìcột nƣớc trƣớc nêm cát giảm (số đọc h1 dƣơng), năm 2016 là1,48 m và năm 2017 là 1,12 m. Chấm dứt hiện tƣợng nƣớc thấm ra cơ hạ lƣu. - Xu hƣớng vận động lên xuống của đƣờng bão hòa tại nêm cát (số đọc h1), giữa nêm cát (số đọc h2 vàh2‟ ) vàngoài xa nêm cát (số đọc h3) đồng pha và phụ thuộc mực nƣớc hạ lƣu. Độ vồng của đƣờng bão hòa giữa 2 nêm cát khá phùhợp giữa lýthuyết vàthực nghiệm.
- Qua đó cho thấy việc bố tríkhoảng cách nêm cát 4 m làhợp lý. - Kết quả quan trắc cho thấy dòng thấm trong thân đập đã dâng cao và đổ vào lƣng nêm cát. Điều này dẫn đến kiến nghị: xem xét nên đặt băng lọc bố trí liên tục một lớp ở đáy thay vì bố trínhiều lớp. - Sau hai năm hoạt động nêm cát vẫn hoạt động bình thƣờng, điều này khẳng định một lần nữa nêm cát hoạt động bền vững, ít có nguy cơ tắc.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ TỒN TẠI VÀ HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP TỤC DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 7 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ THẤM VÀ KIỂM SOÁT THẤM Ở ĐẬP ĐẤT 1.1 Thấm lànguyên nhân chính gây mất an toàn đập Theo [29] (Todd Hill, P.; Cục Cải tạo đất Hoa Kỳ; Đập đất- Các dạng hƣ hỏng tiềm năng; Báo cáo tại Hội thảo ngày 12/07/2016, HàNội), tổng kết các dạng hƣ hỏng của đập đất tại Mỹ nhƣ Bảng 1-1. Bảng 1-1 Tổng kết các hƣ hỏng đập đất tại Mỹ [29] % Tổng hƣ % Hƣ % Hƣ hỏng (khi phát hỏng Dạng hƣ hỏng hỏng sau hiện thấy dạng trƣớc năm 1950 hƣ hỏng) năm 1950 Tràn đập 34,2% 36,2% 32,2% Đập tràn/ cống xả (các công trình hỗ trợ) 12,8% 17,2% 8,5% Xói ngầm xuyên qua đập 32,5% 29,3% 35,5% Xói ngầm từ kèvào móng 1,7% 0% 3,4% Xói ngầm xuyên qua móng 12,8% 10,4% 15,3% Sạt lở hạ lƣu 3,4% 6,9% 0% Sạt lở thƣợng lƣu 0,9% 0% 1,7% Động đất 1,7% 0% 3,4% Tổng cộng (3) 100% 100% 100% Tổng tràn đập vàcác công trình hỗ trợ 48,4% 53,4% 40,7% Tổng xói ngầm 46,9% 43,1% 54,2% Tổng sạt lở 5,5% 6,9% 1,6% Tổng số hƣ hại đập đất (trong thi công) 124 61 63 Tổng số năm vận hành đập đất (cho tới 300.400 năm 1986) Tổng xác suất hƣ hỏng 4,1 x 104 8,6 x 104 2,7 x 104 Nhận xét: Hư hỏng thường gặp ở đập đất do thấm chiếm khoảng 45%-50%. 8 Theo báo cáo của Hội đập lớn Mỹ, ASCE/USCOLD (năm 1975), có 4 nguyên nhân nh gây sự cố cho đập nhƣ sau: (1) Tràn đỉnh (38%): do sự cố khi mở cửa, năng lực chí tràn không đủ; (2) Thấm, xói ngầm (33%): do thấm qua nền, thấm qua thân đập, thấm vai, thấm tiếp xúc giữa đất đắp vàcông trì nh; (3) Mất ổn định (23%): do mất ổn định nền móng của đập trọng lực; trƣợt mái ở đập đất; (4) Nguyên nhân khác (6%): hƣ hỏng cửa van, rác, vận hành, pháhoại [1]. Nói tóm lại, thấm lànguyên nhân chí nh (ngoài tràn đỉnh) gây sự cố đập.648 hồ chứa thủy lợi vàphần lớn trong số đó có đập tạo hồ là đập đất [1], [5].000 hồ chứa quy mô vừa vànhỏ đƣợc xây dựng từ những năm 1960 - 1980 với kỹ thuật khảo sát hạn chế, thiếu các tiêu chuẩn, quy phạm thiết kế, thiết bị thi công không đáp ứng yêu cầu kĩ thuật, thiếu hoặc không cóquy trì nh vận hành và không đƣợc sửa chữa định kỳ, thiếu năng lực dự báo [29].
Báo cáo dự án „„Đầu tƣ sửa chữa và nâng cao an toàn đập“ [29] 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, hƣ hỏng công trình đầu mối nhƣ thấm, biến dạng mái đập, không đủ khả năng xả lũ, hƣ hỏng công trình lấy nƣớc trong thân đập, v. Thấm làmột trong những nguyên nhân chủ yếu dẫn đến sự cố đập đất, vìvậy xử lýthấm làmột biện pháp giảm thiểu rủi ro về an toàn đập. Luận án tập trung nghiên cứu cho đập đất vừa vànhỏ cóchiều cao đập nhỏ hơn 15 m, đập đang bị thấm cần phải xử lý, trong thời gian hồ đang tích nƣớc, thuộc công trình cấp III, IV (Quy chuẩn 04-05: 2012). Loại đập này đƣợc xây dựng khásớm từ những năm 1960-1980 với kỹ thuật khảo sát hạn chế, thiếu các tiêu chuẩn, quy phạm thiết kế, thiết bị thi công không đáp ứng yêu cầu kĩ thuật, thiếu hoặc không có quy trì nh vận hành và không đƣợc sửa chữa định kỳ, thiếu năng lực dự báo, thƣờng sử dụng kết cấu thoát nƣớc kiểu áp mái kết hợp đống đá tiêu nƣớc ở hạ lƣu nên dễ bị tắc, theo Báo cáo dự án đầu tư sử dụng vốn ODA (vốn vay WB), 2015.
Đối với công trì nh cấp III, IV chỉ trong trƣờng hợp đặc biệt mới bố trícác thiết bị quan trắc nên khócóthể phát hiện sớm các sự cố và thƣờng khi phát hiện ra đã quá muộn đặc biệt làsự cố về thấm. Còn với đập cấp II, cấp I , tức là đập cóchiều cao trên 15m cóyêu cầu về kỹ thuật rất cao (thiết bị thoát nƣớc thấm thƣờng có dạng ống khói trong thân đập, thảm tiêu nƣớc nền đập, .) nên hạn chế đƣợc lấp tắc. Vìnhững nguyên nhân trên màNCS chỉ kết luận áp dụng hệ thống nêm cát trong nâng cấp đập đất vừa vànhỏ. Với các hồ lớn cần cónghiên cứu tiếp tục để khẳng định 9 tí nh an toàn thêm.2 Xử lýthấm cho đập đất khi hồ đang tích nƣớc 1.