CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH XÂY DỰNG ĐẬP ĐẤT VÀ SỬ DỤNG VẬT LIỆU MỚI ĐỂ CHỐNG THẤM 1. Tổng quan về tình hình xây dựng đập đất ở các tỉnh Miền Trung 1. Tình hình xây dựng đập đất ở Việt Nam 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 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.
Theo thống kê của Tổng cục Thủy lợi đến tháng 12/2013 [11], cả nước có khoảng 6.648 hồ chứa thủy lợi và 150 hồ chứa thủy điện, với tổng dung tích chứa trên 50 tỷ m3 nước. Trong đó hồ thủy lợi có dung tích lớn hơn 10 triệu m3 có 103 hồ, dung tích từ 3,0 đến 10 triệu m3 có 255 hồ, từ 1,0 đến 3,0 triệu m3 có 459 hồ, từ 0,2 đến 1,0 triệu m3 có 1.752 hồ, và hồ có dung tích nhỏ hơn 0,2 triệu m3 có 4. Theo chiều cao đập có chiều cao không vượt quá 25m chiếm tới 87,18%. Việc xây dựng những đập cao hơn 25m đang bắt đầu được quan tâm đầu tư.
Hình thức kết cấu và kỹ thuật xây dựng từng loại công trình ở hồ chứa nước còn đơn điệu, ít có đổi mới, đa dạng hóa. Việc áp dụng vật liệu mới, công nghệ mới hiện đang được quan tâm. Tỷ lệ các loại hồ chứa thủy lợi ở Việt Nam thể hiện như biểu đồ hình 1.1 Tỷ lệ các loại hồ chứa thủy lợi ở Việt Nam thể hiện theo biểu đồ 4 1. Tình hình xây dựng đập đất ở miền trung Miền Trung hiện gồm 13 tỉnh thành có diện tích tự nhiên trên 10 vạn km2 chiếm 30,47% diện tích cả nước, với dân số chiếm khoảng 15% cả nước, có tiềm năng kinh tế xã hội to lớn.
40 năm qua kể từ ngày đất nước thống nhất, nhất là trên 20 năm đổi mới, hàng loạt công trình Thuỷ lợi ra đời, góp phần giảm nhẹ thiên tai, cải tạo môi tường sinh thái, xoá đói giảm nghèo, tạo cơ sở hạ tầng kỹ thuật cho các ngành kinh tế phát triển. Tiêu biểu như các công trình thủy lợi: Phú Ninh (Quảng Nam),Thạch Nham, Nước Trong, Núi Ngang (Quảng Ngãi), Vạn Hội, Núi Một, Định Bình, Hóc Xeo, Chánh Hùng (Bình Định); Phú Xuân, Đồng Tròn (Phú Yên); Suối Hành, Đá Bàn, Suối Dầu (Khánh Hòa), Sông Trâu, Sông Sắt (Ninh Thuận), Sông Quao, Cà Giây, Cà Tót (Bình Thuận),….Theo thống kê của ngành thủy lợi, số hồ chứa xây dựng ở vùng miền Trung chiếm khoảng 80% là đập vật liệu địa phương theo bảng thống kê một số đập đất ở khu vực miền Trung (Nguồn: từ “Chương trình hội thảo đảm bảo An toàn hồ đập, thực trạng, thách thức và giải pháp của Bộ NN&PTNT”) [11] Bảng 1.1 Thống kê một số đập đất ở khu vực miền Trung [5] Năm hoàn TT Tên hồ Tỉnh Loại đập Hmax (m) thành 1 Thượng Tuy Hà Tĩnh Đất 25,00 1964 2 Cẩm Ly Quảng Bình Đất 30,00 1965 3 Vực Trống Hà Tĩnh Đất 22,80 1974 4 Tiên Lang Quảng Bình Đất 32,30 1978 5 Yên Mỹ Thanh Hoá Đất 25,00 1980 6 Vĩnh Trinh Quảng Nam Đất 23,00 1980 7 Núi Một Bình Định Đất 32,50 1980 8 Liệt Sơn Quảng Ngãi Đất 29,00 1981 9 Phú Ninh Quảng Nam Đất 40,00 1982 10 Sông Mực Thanh Hoá Đất 33,40 1983 11 Hoà Trung Đà Nẵng Đất 26,00 1984 12 Hội Sơn Bình Định Đất 29,00 1985 13 Vực Tròn Quảng Bình Đất 29,00 1986 14 Đá Bàn Khánh Hoà Đất 42,50 1988 5 Năm hoàn TT Tên hồ Tỉnh Loại đập Hmax (m) thành 15 Kẻ Gỗ Hà Tĩnh Đất 37,40 1988 16 Khe Tân Quảng Nam Đất 22,40 1989 17 Kinh Môn Quảng Trị Đất 21,00 1989 18 Phú Xuân Phú Yên Đất 23,70 1996 19 Sông Rác Hà Tĩnh Đất 26,80 1996 20 Thuận Ninh Bình Định Đất 29,20 1996 21 Đồng Nghệ Đà Nẵng Đất 25,00 1996 22 Sông Quao Bình Thuận Đất 40,00 1997 23 Cà Giây Ninh thuận Đất 35,40 1999 24 Sông Hinh Phú Yên Đất 50,00 2000 25 Sông Sắt Ninh thuận Đất 29,00 2007 26 Sông Sào Nghệ An Đất 30,00 2008 27 Hoa Sơn Khánh Hòa Đất 29,00 2011 28 Tả Trạch T. Huế Đất 56,00 2014 Theo thống kê bảng trên thì hơn một nửa trong tổng số hồ ở khu vực đã được xây dựng và sử dụng từ 20 đến 30 năm, các hồ chủ yếu là nhỏ và vừa, nhiều hồ đã bị xuống cấp. Một số hình ảnh về hồ chứa ở khu vực Miền Trung như hình 1.2 Hồ chứa nước Hội Sơn – Bình Định 6 Hình 1.3 Hồ chứa nước Phú Ninh – Quảng Nam Hình 1.4 Hồ chứa nước Sông Quao – Bình Thuận Đến nay các công trình trên vẫn vận hành hiệu quả và phát huy tác dụng tốt, tuy nhiên quá trình khai thác sử dụng đã bộc lộ nhiều sự cố cần xử lý khắc phục.
Điển hình là các hiện tượng thấm qua thân đập, thấm qua vai đập, thấm qua nền và thấm tại lớp tiếp xúc giữa nền và đập, thấm với lưu lượng lớn quá mức cho phép… 1. Thực trạng làm việc của các đập đất Phần lớn các công trình đập đất được xây dựng trước những năm 1990, thời kỳ đất nước còn nhiều khó khăn, trình độ kinh tế - xã hội nói chung còn thấp, các nhu cầu dùng nước chưa cao, tiêu chuẩn thiết kế còn hạn chế, các nguồn vốn đầu tư cho thủy lợi còn eo hẹp, năng lực khảo sát thiết kế thi công, quản lý còn nhiều bất cập, chưa có kinh nghiệm, nên công trình đã thiết kế và xây dựng không tránh khỏi các nhược điểm: chưa đồng bộ, chất lượng thấp, thiếu mỹ quan, chưa hiện đại, hiệu quả đầu tư chưa cao, chưa thật an toàn. 7 Trải qua thời gian dài khai thác, hầu hết các công trình đều có hư hỏng, xuống cấp hoặc có sự cố. Các công trình xây dựng sau năm 1990 và các năm gần đây có nhiều tiến bộ hơn, độ an toàn và bền vững cao hơn, nhưng vẫn có công trình bị sự cố, do các bài học kinh nghiệm về tồn tại của các công trình chưa được tổng kết kịp thời để rút kinh nghiệm, như công trình đập Am Chúa sự cố năm 1992, Cà Giây năm 1998.
Các hư hỏng thường gặp ở đập đất Từ thực tế thiết kế, thi công, sử dụng và khắc phục sự cố, có thể thấy sự cố đập đất thường có các dạng sau: Sự cố mất ổn định về thấm phát triển trong nền và thân đập gây vỡ đập, sạt mái thượng lưu, sạt mái hạ lưu, tràn nước qua đỉnh đập và vỡ đập bắt nguồn từ sự cố các công trình khác được thống kê như bảng 1.2 Hiện trạng các đập phân chia theo nguyên nhân sự cố [4] Sạt mái thượng Đỉnh đập thấp so TT Loại đập tạo hồ Thấm (%) lưu (%) thiết kế (%) 1 Loại lớn 33,3 0 31,11 2 Loại vừa 47,0 19,0 16,67 3 Loại nhỏ 29,2 19,8 18,75 4 Loại rất nhỏ 12,8 5,0 10,69 Bình quân 30,58 10,95 19,31 Qua bảng 1.2 xét về phân loại sự cố thống kê cho thấy hiện tượng thấm xảy ra với loại đập lớn là lớn nhất (31,11%), hiện tượng sạt mái loại đập vừa bị sự cố là lớn nhất (47,0%), hiện tượng lũ tràn qua đỉnh thì loại đập loại nhỏ là chiếm tỷ lệ cao nhất (19,8%). Một số sự cố điển hình và nguyên nhân hư hỏng đối với đập đất [13] 1.1 Vỡ đập Suối Hành ở Khánh Hòa Đập Suối Hành có một số thông số cơ bản sau: dung tích hồ: 7,9 triệu m3 nước; chiều cao đập: 24m; chiều dài đập: 440m. Đập được khởi công từ tháng 10/1984, hoàn công tháng 9 năm 1986 và bị vỡ vào 2h15 phút đêm 03/12/1986. Thiệt hại do vỡ đập: Trên 100 ha cây lương thực bị phá hỏng; 20 ha đất trồng trọt bị cát sỏi vùi lấp; 20 ngôi nhà bị cuốn trôi; 4 người bị nước cuốn chết.
8 Nguyên nhân: Khi thí nghiệm vật liệu đất đã bỏ sót không thí nghiệm 3 chỉ tiêu rất quan trọng là độ tan rã, độ lún ướt và độ trương nở, do đó đã không nhận diện được tính hoàng thổ rất nguy hiểm của các bãi từ đó đánh giá sai lầm chất lượng đất đắp đập. Công tác khảo sát địa chất quá kém, các số liệu thí nghiệm về đất bị sai rất nhiều so với kết quả kiểm tra của các cơ quan chuyên môn của Nhà nước. Vật liệu đất có tính chất phức tạp, không đồng đều, khác biệt rất nhiều, ngay trong một bãi vật liệu các tính chất cơ lý lực học cũng đã khác nhau nhưng không được mô tả và thể hiện đầy đủ trên các tài liệu. Thiết kế chọn chỉ tiêu trung bình của nhiều loại đất để sử dụng chỉ tiêu đó thiết kế cho toàn bộ thân đập là một sai lầm lớn.
Tưởng rằng đất đồng chất nhưng thực tế là không. Thiết kế γk = 1,7 (T/m3 ) với độ chặt là k = 0,97 nhưng thực tế nhiều nơi có loại đất khác có γk = 1,7 (T/m3 ) nhưng độ chặt chỉ mới đạt k = 0,9. Do việc đất trong thân đập không đồng nhất, độ chặt không đều cho nên sinh ra việc lún không đều, những chỗ bị xốp đất bị tan rã khi gặp nước gây nên sự lún sụt trong thân đập, dòng thấm nhanh chóng gây nên luồng nước xói xuyên qua đập làm vỡ đập. Không có biện pháp xử lý độ ẩm thích hợp cho đất đắp đập vì có nhiều loại đất khác nhau có độ ẩm khác nhau, bản thân độ ẩm lại thay đổi theo thời tiết nên nếu người thiết kế không đưa ra giải pháp xử lý độ ẩm thích hợp sẽ ảnh hưởng rất lớn đến hiệu quả đầm nén và dung trọng của đất.
Điều này dẫn đến kết quả trong thân đập tồn tại nhiều γk khác nhau. Lựa chọn kết cấu đập không hợp lý. Khi đã có nhiều loại đất khác nhau thì việc xem đập đất là đồng chất là một sai lầm, lẽ ra phải phân mặt cắt đập ra nhiều khối có các chỉ tiêu cơ lý lực học khác nhau để tính toán an toàn ổn định cho toàn mặt cắt đập. Khi đã có nhiều loại đất khác nhau mà tính toán như đập đồng chất cũng là một nguyên nhân quan trọng dẫn đến sự cố vỡ đập.