CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ XÂY DỰNG ĐẬP ĐẤT VÀ HỆ THỐNG QUAN TRẮC ĐẬP ĐẤT 1. Tổng quan về xây dựng đập đất 1. Tình hình xây dựng đập đất trên thế giới [12] Đập đất là loại đập sử dụng vật liệu địa phương thi công đơn giản được xây dựng từ rất lâu. Ở các nước Ai Cập, Trung Quốc, Ấn Độ và một số nước khác người ta xây dựng đập đất từ 2500-4700 năm trước Công nguyên.
Đập đất đá hỗn hợp Sadd – el – Kafara được xây dựng ở Ai Cập vào khoảng 2778 – 2563 trước công nguyên có chiều dài 108m, cao 12m, đập Marduka cao 12m được xây dựng năm 2500 trước công nguyên trên sông Tygrys ở Irak. Ở Trung Quốc có đập dài 300m, cao 30m xây dựng năm 240 trước công nguyên, ở Nhật Bản đập dài 260m cao 17m xây dựng năm 162 trước công nguyên. Do kinh tế và khoa học ngày càng phát triển, nhu cầu dùng nước không ngừng tăng lên nên các đập ngăn nước được xây dựng ngày càng nhiều. Do nhiều ưu điểm và lợi thế nên đập vật liệu địa phương càng được sử dụng nhiều so với các loại đập khác như đập bê tông, đã xây… Nhờ sử dụng được các thành quả ngày càng hoàn thiện của các ngành địa kỹ thuật, lý thuyết thấm, nghiên cứu ứng suất và biến dạng công trình và biện pháp thi công cơ giới nên hình thức kết cấu đập vừa hợp lý,vừa kinh tế.
Bảng 1-1: Các đập đất lớn trên thế giới TT Tên đập Địa điểm xây Năm xây Chiều cao dựng dựng (m) 1 Đập Anderson Ranch Mỹ 1950 139 2 Đập Xerơ Pôngxông Pháp 1961 122 3 Đập Bariri Braxin 1967 112 4 Hình 1-1: Toàn cảnh đập Anderson Hình 1-2: Đập Trinity tại Lewiston, Ranch California xây dựng năm1957 Đập đất có những ưu điểm sau: - Dùng vật liệu tại chỗ, tiết kiệm được các vật liệu quý như sắt, thép, xi măng. Công tác chuẩn bị trước khi xây dựng không tốn nhiều công sức như các loại đập khác. - Cấu tạo đập đất đơn giản, giá thành hạ. - Bền và chống chấn động tốt.
- Dễ quản lý, tôn cao, đắp dầy thêm. - Yêu cầu về nền không cao nên phạm vi sử dụng rộng rãi. - Thế giới đã tích lũy được nhiều kinh nghiệm về thiết kế, thi công và quản lý đập. Tình hình xây dựng đập đất ở Việt Nam Viêṭ Nam là môṭ nước có nhiều hồ chứa với khoảng 10 nghìn hồ chứa lớn nhỏ trong đó có gần 500 hồ chứa có đâp ̣ lớn (theo Ủy hội Đập lớn Thế giới - ICOLD).
Các hồ chứa chủ yếu đươc ̣ xây dựng trong thời kỳ khôi phuc ̣ xây dựng đất nước từ những năm 60 của thế kỷ trước để đáp ứng yêu cầu dùng nước, phòng chống lũ và phát điêṇ. Phần lớn các đập đất được xây dựng là đập đồng chất, mái thượng lưu 5 được bảo vệ bằng đá xếp, mái hạ lưu trồng cỏ. Theo chiều cao đập có khoảng 20% số đập là cấp ba, hơn 70% là đập cấp bốn và cấp năm, còn lại khoảng 10% là đập từ cấp hai trở lên. Các đập được xây dựng thời kỳ trước 1960 khoảng 6%, từ 1960 đến 1975 khoảng 44%, từ 1975 đến nay khoảng 50% [8] Hình 1-4: Đập chính hồ Đầm Hà Động Hình 1-3: Đập Đa Nhim khánh thành cao 31,5m, dài 244m do Công ty Tư vấn năm 1964 , dài 1460 m, cao 38m.
& CGCN – ĐH ThủyLợi thiết kế 1. Các vấn đề mất an toàn của đập đất ở Việt Nam hiện nay Trong những năm gần đây do tình hình biến động phức tạp của thời tiết cộng với những thiếu sót trong công tác khảo sát thiết kế, thi công và quản lý khai thác nên hệ thống đập đất ở Việt Nam có nhiều sự cố xảy ra như [10]: 1. Lũ tràn qua đỉnh đập Nguyên nhân: - Tính toán thuỷ văn sai - Cửa đập tràn bị kẹt - Lũ vượt tần suất thiết kế - Đỉnh đập đắp thấp hơn cao trình thiết kế 6 1. Sạt mái đập ở thượng lưu Nguyên nhân: - Tính sai cấp bão - Biện pháp gia cố mái không đủ sức chịu của sóng do bão gây ra - Thi công lớp gia cố kém chất lượng - Đất mái thượng lưu đầm nện không đủ độ chặt 1.
Thấm mạnh làm xói nền đập Nguyên nhân: - Đánh giá sai địa chất nền đập - Biện pháp thiết kế xử lý nền không đảm bảo chất lượng - Thi công xử lý không đúng thiết kế 1. Thấm và sủi nước ở vai đập Nguyên nhân: - Thiết kế sai biện pháp tiếp giáp giữa đập và vai - Thi công không đúng thiết kế, bóc bỏ lớp thảo mộc không hết - Đầm nện chỗ tiếp giáp không tốt 1. Thấm mạnh, sủi nước qua thân đập Nguyên nhân: - Vật liệu đắp không tốt - Khảo sát vật liệu không đúng với thực tế, thí nghiệm sai các chỉ tiêu cơ lý lực học của vật liệu đất - Thiết kế sai dung trọng khô của đập - Không có biện pháp xử lý thích hợp đối với độ ẩm của đất - Thi công đầm nén không đảm bảo kỹ thuật - Thiết bị tiêu nước qua thân đập không làm việc 1. Nứt ngang đập Nguyên nhân: - Nền đập bị lún - Thân đập lún không đều 7 - Đất đắp đập bị lún ướt lớn hoặc tan rã nhanh 1.
Nứt dọc đập Nguyên nhân: - Nước hồ dâng cao đột ngột do lũ về nhanh - Nước hồ rút xuống đột ngột gây giảm tải đột ngột ở mái thượng lưu - Nền đập bị lún theo chiều dài tim đập - Đất đắp đập khối thượng lưu có tính lún ướt và tan rã nhanh nhưng khảo sát không phát hiện ra hoặc thiết kế không có biện pháp đề phòng. Trượt mái thượng và hạ lưu đập Nguyên nhân: - Sóng bão kéo dài phá hỏng lớp gia cố - Nước hồ rút nhanh - Thiết kế chọn sai sơ đồ tính toán ổn định, tổ hợp tải trọng - Địa chất nền xấu không xử lý triệt để - Chất lượng thi công không đảm bảo - Thiết bị tiêu nước thấm trong thân đập không làm việc, thiết bị tiêu nước mưa trên mái không tốt. Một số hình ảnh đâp đất bị hư hỏng như trên hình 1-5 đến 1-7 Hình 1-5: Vỡ đập thủy điện IaKrel 2 thuộc địa phận xã Ia Dom, H.Đức Cơ, Gia Lai, (bị vỡ ngày 12/6/2013) 8 Hình 1-6: Dòng chảy lớn dưới chân đập Hình 1-7: Mái đập Am Chúa bị sạt do Am Chúa –Diên Khánh,Khánh Hòa hiện tượng thấm 1. Những kiến thức về quan trắc 1.
Các nội dung quan trắc Các công trình đầu mối Thủy lợi được lắp các thiết bị quan trắc để thu thập số liệu thực tế phục vụ cho công tác quản lý, vận hành, khai thác công trình, nghiên cứu để làm rõ thêm hoặc chính xác hóa các vấn đề lý thuyết tính toán. Dựa vào kết quả thu thập được từ hệ thống quan trắc, sau khi xử lý có thể đưa ra khuyến cáo về độ an toàn của công trình. Quy định nội dung thiết kế bố trí thiết bị đo phục vụ công tác quan trắc [1] 2. Quan trắc chuyển vị bao gồm: - Quan trắc lún mặt, lún của từng lớp đất trong thân khối đất đắp và nền ( lún sâu); - Quan trắc chuyển vị phương ngang, nghiêng, lệch; - Quan trắc độ mở rộng hay thu hẹp của khớp nối, khe hở; 2.
Quan trắc thấm bao gồm: - Quan trắc độ cao mực nước thượng lưu của đập hồ chứa và công trình chắn nước bằng vật liệu có tính thấm; trước sau mặt cắt bố trí thiết bị đo; trước sau công trình xả, cống lấy nước, v.v …; - Quan trắc đường bão hòa; 9 - Quan trắc áp lực nước thấm lên công trình; - Quan trắc lưu lượng thấm; 2. Quan trắc nhiệt độ: Để quan trắc nhiệt độ trong công trình bê tông, cần đặt các nhiệt kế đo từ xa, trong đó nhiệt kế điện trở được áp dụng nhiều nhất. Nhiệt kế được bố trí trong công trình ngay thi công. Hệ thống dây dẫn được nối từ nhiệt kế đến điểm tập trung.
Số lượng nhiệt kế bố trí trong công trình phụ thuộc vào kích thước, hình dạng công trình và nhiệm vụ đề ra cho công tác quan trắc. Việc bố trí nhiệt kế cần phải thông qua tính toán. Nguyên tắc cơ bản là phải đủ điểm để vẽ được biểu đồ đồng nhiệt độ, để so sánh với lý thuyết tính toán. Quan trắc ứng suất trong công trình và nền công trình: Để quan trắc ứng suất trong công trình đất cũng như công trình bê tông, có thể áp dụng một trong hai phương pháp: Quan trắc trực tiếp trị số ứng suất hoặc quan trắc trị số ứng suất biến dạng sau đó tính toán bằng lý thuyết đàn hồi hoặc dẻo.
Khi thiết kế bố trí thiết bị đo từ xa cần chú ý kết hợp với thiết kế và bố trí hệ thống nhiệt kế sẽ tiết kiệm dây dẫn ra điểm quan trắc 2. Quan trắc ứng lực cốt thép: Để đo ứng lực trong các cốt thép chịu lực của kết cấu bê tông cốt thép, sử dụng lực kế ( Load cell) hàn trực tiếp vào cốt thép chịu lực ( không được hàn vào đoạn cốt thép cong ). Vị trí đặt lực kế căn cứ vào biểu đồ mô men tính toán. Quan trắc áp lực nước, áp lực mạch động của dòng chảy: Để quan trắc áp lực nước, áp lực mạch động của dòng chảy sử dụng thiết bị cảm biến kiểu tự cảm.
Các thiết bị này có thể được lắp đặt ngay khi bắt đầu đổ bê tông hoặc khi hoàn thành đổ bê tông và phải có bộ phận đặt sẵn trong khối bê tông để đảm bảo liên kết chắc chắn giữa thiết bị đo với mặt bê tông. Trường hợp phải đặt thiết bị đo trong thời gian thi công bê tông, cần thiết kế vỏ bọc bằng kim loại để bảo vệ thiết bị khỏi chịu va đập trong quá trình xây 10 dựng. Trước khi đưa thiết bị đo vào vận hành phải tháo bỏ các vỏ bọc. Thiết bị đo phải lắp đặt hoàn chỉnh trước khi công trình ngập nước hoặc trước khi xả lũ, vì vậy trong thời gian lắp đặt thiết bị cần phải đảm bảo bê tông chèn có đủ cường độ.
Trong thực tế , tùy theo loại và quy mô công trình để quy định nội dung và mức độ quan trắc. Phương pháp quan trắc Có 2 phương pháp quan trắc đó là: Quan trắc trực quan và quan trắc tự động hóa 1. Quan trắc trực quan: Số liệu được quan trắc ghi chép bằng thủ công. Cách làm này thường mất nhiều thời gian, số liệu bằng trực quan không đủ chính xác, thiếu khách quan.
Quan trắc tự động: Ở những nước phát triển hệ thống quan trắc tự động được sử dụng cho những đập lớn.
