Nghiên cứu giải pháp xử lý đất bồi lắng lòng hồ làm vật liệu nâng cấp đập tại Hà Tĩnh

Nghiên cứu xử lý đất bồi lắng lòng hồ nhằm mục đích nâng cấp đập tại Hà Tĩnh là một vấn đề quan trọng trong lĩnh… 235 trang · Trường Đại Học Hà Tĩnh · 2023.

• Trường học: Trường Đại Học Hà Tĩnh
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Xây Dựng
• Đề tài: Nghiên Cứu Xử Lý Đất Bồi Lắng Lòng Hồ Để Nâng Cấp Đập Tại Hà Tĩnh
• Loại tài liệu: Luận Văn
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Hà Tĩnh

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỒ CHỨA NƯỚC, BỒI LẮNG LÒNG HỒ VÀ NÂNG CẤP ĐẬP ĐẤT
• 1.1. Tổng quan và hiện trạng hồ chứa ở Việt Nam và Hà Tĩnh
• 1.1.1. Hồ chứa ở Việt Nam
• 1.1.2. Hồ chứa ở Hà Tĩnh
• 1.2. Bồi lắng lòng hồ chứa trên thế giới, ở Việt Nam và ở Hà Tĩnh
• 1.2.1. Bồi lắng lòng hồ và các đặc tính
• 1.2.1.1. Nguyên nhân gây bồi lắng hồ chứa
• 1.2.1.2. Tác động của quá trình bồi lắng hồ chứa
• 1.2.1.3. Các dạng hình thái bồi lắng lòng hồ
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT XỬ LÝ ĐẤT BỒI LẮNG LÒNG HỒ ĐỂ LÀM VẬT LIỆU ĐẮP NÂNG CẤP ĐẬP
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XỬ LÝ ĐẤT BỒI LẮNG LÒNG HỒ ĐỂ LÀM VẬT LIỆU ĐẮP NÂNG CẤP ĐẬP
• 4. CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU XỬ LÝ ĐẤT BỒI LẮNG LÒNG HỒ VÀO THIẾT KẾ NÂNG CẤP ĐẬP
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Tóm tắt

I. Giới thiệu về nghiên cứu

Nghiên cứu xử lý đất bồi lắng lòng hồ nhằm mục đích nâng cấp đập tại Hà Tĩnh là một vấn đề quan trọng trong lĩnh vực nghiên cứu môi trường. Đất bồi lắng không chỉ ảnh hưởng đến khả năng chứa nước của lòng hồ mà còn tác động đến an toàn của các công trình thủy lợi. Việc cải tạo đất bồi lắng là cần thiết để đảm bảo hiệu quả sử dụng và bảo vệ môi trường. Theo các chuyên gia, việc quản lý nước và quy hoạch lòng hồ cần được thực hiện một cách đồng bộ để đạt được hiệu quả cao nhất.

1.1. Tình hình hiện tại tại Hà Tĩnh

Tại Hà Tĩnh, tình trạng đất bồi lắng trong lòng hồ đang gia tăng do nhiều nguyên nhân, bao gồm xói mòn và hoạt động nông nghiệp. Các công trình thủy lợi hiện tại đang gặp khó khăn trong việc duy trì mực nước ổn định. Theo báo cáo, tác động môi trường từ việc bồi lắng này không chỉ ảnh hưởng đến hệ sinh thái mà còn đến đời sống của người dân. Việc đánh giá tác động của đất bồi lắng là cần thiết để có những biện pháp khắc phục kịp thời.

II. Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng các phương pháp kỹ thuật xây dựng hiện đại để xử lý đất bồi lắng. Các phương pháp này bao gồm việc phân tích mẫu đất, đánh giá chất lượng và xác định các biện pháp cải tạo phù hợp. Việc áp dụng công nghệ mới trong cải tạo đất giúp nâng cao hiệu quả và giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường. Các chuyên gia khuyến nghị cần có một quy trình rõ ràng trong việc quản lý nước và quy hoạch lòng hồ để đảm bảo tính bền vững.

2.1. Các công nghệ áp dụng

Các công nghệ như xử lý sinh học và cơ học được áp dụng để cải thiện chất lượng đất bồi lắng. Việc sử dụng các chế phẩm sinh học giúp tăng cường khả năng giữ nước và dinh dưỡng cho đất. Ngoài ra, các phương pháp cơ học như nạo vét và lấp đất cũng được xem xét. Những công nghệ này không chỉ giúp nâng cấp đập mà còn bảo vệ môi trường xung quanh. Theo nghiên cứu, việc áp dụng các công nghệ này đã cho thấy hiệu quả rõ rệt trong việc cải thiện chất lượng đất.

III. Kết quả và thảo luận

Kết quả nghiên cứu cho thấy việc xử lý đất bồi lắng đã mang lại nhiều lợi ích cho việc nâng cấp đập tại Hà Tĩnh. Các chỉ số về chất lượng nước và đất đã được cải thiện đáng kể. Việc đánh giá tác động môi trường cũng cho thấy sự giảm thiểu các yếu tố tiêu cực. Tuy nhiên, cần có những biện pháp bảo vệ môi trường lâu dài để duy trì kết quả này. Các chuyên gia khuyến cáo rằng việc quản lý nước cần được thực hiện một cách đồng bộ và liên tục.

3.1. Đề xuất giải pháp

Để duy trì hiệu quả của việc cải tạo đất, cần có một kế hoạch quản lý nước và quy hoạch lòng hồ rõ ràng. Các biện pháp như trồng cây chắn sóng, xây dựng bờ kè và thực hiện các chương trình giáo dục cộng đồng về bảo vệ môi trường là rất cần thiết. Việc này không chỉ giúp bảo vệ môi trường mà còn nâng cao nhận thức của người dân về tầm quan trọng của việc bảo vệ tài nguyên nước. Các giải pháp này sẽ góp phần vào sự phát triển bền vững của khu vực.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Hệ thống công trình thủy lợi đóng vai trò huyết mạch trong việc đảm bảo an ninh nguồn nước và phát triển kinh tế xã hội tại Việt Nam. Theo thống kê của ngành thủy lợi, cả nước hiện có 7.169 đập và hồ chứa thủy lợi với tổng dung tích trữ khoảng 14,5 tỷ m3 nước, trong đó có khoảng 4.000 hồ chứa quy mô vừa và nhỏ được xây dựng từ những năm 1960 đến 1980. Riêng tại tỉnh Hà Tĩnh, địa phương đang quản lý 351 hồ chứa thủy lợi và 2 hồ chứa thủy điện với tổng dung tích trên 1,5 tỷ m3, phục vụ tưới tiêu cho hơn 62.000 ha đất nông nghiệp và cắt giảm lũ cho vùng hạ du. Tuy nhiên, qua nhiều thập kỷ khai thác, tình trạng bồi lắng bùn cát cùng sự suy thoái thảm phủ thực vật đầu nguồn đã làm suy giảm nghiêm trọng dung tích hữu ích, làm bồi lấp cửa vào cống lấy nước và uy hiếp trực tiếp an toàn đập.

Thực tế khảo sát cho thấy có tới 218 hồ chứa tại Hà Tĩnh chưa được gia cố mái thượng lưu, 129 đập xuất hiện hiện tượng thấm mạnh qua thân và nền đập, cùng 141 hồ chứa có tràn xả lũ chưa đảm bảo khả năng thoát lũ. Đặc biệt tại vùng phía Đông tỉnh Hà Tĩnh, nơi tập trung 45 hồ chứa xây dựng trên nền địa chất phức tạp, các dự án nâng cấp đập đất đối mặt với sự khan hiếm nghiêm trọng nguồn mỏ đất đắp đạt chuẩn kỹ thuật.

Xuất phát từ thực tiễn cấp bách đó, nghiên cứu này được thực hiện trong giai đoạn từ năm 2018 đến 2020 nhằm nhận diện mức độ suy giảm an toàn đập, đồng thời đề xuất công nghệ xử lý đất bồi lắng lòng hồ bằng các phụ gia vô cơ để tái sử dụng làm vật liệu đắp đập. Giải pháp này không chỉ khôi phục dung tích trữ nước mà còn giảm thiểu chi phí nạo vét, vận chuyển bãi thải, ước tính giúp tiết kiệm từ 30% đến 40% kinh phí vật liệu và kéo dài tuổi thọ vận hành công trình thêm 20 đến 30 năm.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên sự tích hợp của các lý thuyết cơ học đất và thủy lực công trình ngầm. Trọng tâm là định luật Darcy mở rộng cho dòng thấm bão hòa và không bão hòa, mô tả vận tốc dòng thấm tỷ lệ thuận với gradient thủy lực nhằm kiểm soát đường bão hòa trong thân đập đất. Bên cạnh đó, bài toán ổn định mái dốc được phân tích dựa trên thuyết bền Mohr - Coulomb kết hợp phương pháp cân bằng giới hạn tổng quát Morgenstern - Price, cho phép thiết lập hệ số an toàn ổn định trượt thông qua ba phương trình cân bằng lực và mômen tĩnh học.

Các khái niệm then chốt bao gồm: thế truyền động của dòng thấm, cột nước thủy lực tổng, gradient thấm giới hạn, dung trọng khô lớn nhất, độ ẩm tối ưu và hiện tượng xói ngầm khuếch tán (suffusion). Theo lý thuyết xói ngầm cơ học của Fell và Chang, hiện tượng xói ngầm khuếch tán xảy ra khi các hạt mịn bị cuốn trôi qua lỗ rỗng của khung hạt thô dưới tác động của gradient dòng thấm vượt ngưỡng giới hạn. Về mặt cấu tạo, tiêu chuẩn TCVN 8216:2018 quy định các thông số kỹ thuật nghiêm ngặt: chiều dày đỉnh tường nghiêng chống thấm không nhỏ hơn 3,0 m, bề dày lớp bảo vệ tối thiểu từ 0,5 m đến 1,0 m và chiều rộng đỉnh đập mở rộng phải đạt tối thiểu 5,0 m để đảm bảo an toàn tuyệt đối.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu thực nghiệm được thu thập từ quá trình khảo sát địa hình, địa chất và lấy mẫu bùn cát bồi lắng tại 13 hồ chứa nước vừa và nhỏ đại diện cho hai vùng địa chất phía Đông và phía Tây tỉnh Hà Tĩnh, tiêu biểu như hồ Lỗi Đồng, hồ Phú Tân, hồ Đập Họ, hồ Cầu Trắng và hồ Chà Chạm. Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm hàng chục mẫu đất nguyên dạng và xáo động với khối lượng thí nghiệm từ 30 kg đến 45 kg mỗi vị trí, được lấy theo phương pháp lấy mẫu phân tầng tại các mặt cắt bồi lắng trọng điểm cách đập chính từ 300 m đến 5.000 m.

Phương pháp phân tích trong phòng thí nghiệm được tiến hành đồng bộ theo các tiêu chuẩn quốc gia và quốc tế:

• Tiêu chuẩn TCVN 4198:2012: Phân tích thành phần hạt bằng phương pháp sàng kết hợp tỷ trọng kế 152H để xác định cấp phối hạt sét, bụi, cát và sỏi sạn.
• Tiêu chuẩn TCVN 4201:2012: Thí nghiệm đầm nén Proctor tiêu chuẩn nhằm xác định chính xác độ ẩm đầm nén tối ưu và khối lượng thể tích khô lớn nhất.
• Tiêu chuẩn ASTM D2166: Thí nghiệm nén một trục không nở hông trên các mẫu đất nguyên bản và mẫu phối trộn phụ gia vô cơ (xi măng, tro bay, puzzolan) với các tỷ lệ cấp phối lần lượt là 2%, 4%, 6%, 8% và 10%.
• Thí nghiệm ba trục cải tiến: Xác định gradient thấm giới hạn nhằm khắc phục hiện tượng rò rỉ thành bên của buồng thấm thành cứng truyền thống.
• Phương pháp mô hình số: Ứng dụng phần mềm chuyên ngành GeoStudio (mô đun SLOPE/W và SEEP/W) để giải bài toán dòng thấm và ổn định trượt mái dốc. Lý do lựa chọn phương pháp phần tử hữu hạn kết hợp cân bằng giới hạn là khả năng mô phỏng chính xác các biên địa chất phức tạp, nhiều lớp vật liệu và các kịch bản rút nước nhanh trong quá trình khai thác. Toàn bộ timeline thực nghiệm và mô phỏng được hoàn thành trong vòng 24 tháng.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Kết quả phân tích thành phần hạt và cơ lý cho thấy đất bồi lắng lòng hồ tại Hà Tĩnh chủ yếu là đất á sét màu xám xanh, xám đen, có hàm lượng hạt mịn cao và độ ẩm tự nhiên lớn. Mẫu đất nguyên trạng tại hồ Lỗi Đồng (ký hiệu M12) có giới hạn chảy LL = 32,84%, giới hạn dẻo PL = 23,47%, dung trọng khô cực đại đạt 1,35 g/cm3 ở độ ẩm tối ưu 23,74%, cường độ kháng nén nở hông đơn trục chỉ đạt 0,69 kG/cm2 (tương đương 67,7 kPa) và lực dính không thoát nước Cu = 0,344 kG/cm2. Tương tự, mẫu đất tại hồ Phú Tân (M11) có dung trọng khô lớn nhất 1,37 g/cm3 tại độ ẩm tối ưu 19,33%.

Hiệu quả xử lý đất bồi lắng bằng các loại phụ gia vô cơ ghi nhận sự phân hóa rõ rệt:

• Phụ gia xi măng: Tăng cường vượt bậc khả năng chịu lực của đất. Khi phối trộn 2% xi măng, cường độ nén đơn trục qu tăng từ 0,69 kG/cm2 lên 1,10 kG/cm2 (tăng 59,4%), lực dính Cu đạt 0,552 kG/cm2. Khi tăng tỷ lệ xi măng lên 4% và 6%, cường độ nén tiếp tục tăng trưởng mạnh trên 150% đến 220% so với đất nguyên bản.
• Phụ gia tro bay: Khi bổ sung đơn lẻ tro bay với tỷ lệ từ 2% đến 10%, cường độ qu giảm dần từ 0,62 kG/cm2 xuống còn 0,39 kG/cm2 (giảm 43,5% tại hàm lượng 10% tro bay).
• Phụ gia puzzolan: Tỷ lệ phối trộn từ 2% đến 10% khiến cường độ nén đơn trục suy giảm mạnh từ 0,65 kG/cm2 xuống 0,15 kG/cm2 (giảm 78,3% tại mức 10% puzzolan).

Khảo sát địa chất cũng chỉ ra sự khác biệt sâu sắc giữa hai phân vùng: 45 hồ chứa vùng phía Đông có chiều dài tuyến đập trung bình lên tới 559 m, nền đập đi qua trung bình 10 lớp địa chất phức tạp dẫn đến thấm mạnh qua nền và thân đập. Ngược lại, 306 hồ chứa vùng phía Tây có chiều dài đập trung bình chỉ 164 m, nền đập tựa trên đá gốc có độ kết dính cao nên hầu như không gặp sự cố mất an toàn về thấm.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính khiến xi măng cải thiện mạnh mẽ cơ lý của đất bồi lắng là do phản ứng thủy hóa khoáng xi măng tạo ra các tinh thể Calcium Silicate Hydrate (C-S-H), nhanh chóng liên kết các hạt sét rời rạc thành một kết cấu khung cứng vững chắc, làm giảm thể tích lỗ rỗng và tăng cường lực dính kết nội tại. Ngược lại, tro bay và puzzolan tự nhiên ở điều kiện nhiệt độ thường có hoạt tính puzolanic chậm, thiếu hụt hàm lượng canxi tự do để kích hoạt phản ứng đóng rắn. Khi phối trộn đơn lẻ với đất bùn có độ ẩm cao, chúng đóng vai trò như các hạt trơ làm phân tán liên kết giữa các hạt sét mịn, dẫn đến hiện tượng suy giảm cường độ nén tức thời.

Toàn bộ diễn biến cơ học này được minh chứng trực quan thông qua đồ thị quan hệ ứng suất biến dạng dọc trục và các bảng tổng hợp chỉ tiêu đầm nén tiêu chuẩn. Dạng biểu đồ ứng suất - biến dạng cho thấy mẫu gia cố xi măng thể hiện rõ trạng thái phá hoại giòn với đỉnh ứng suất sắc nét, trong khi mẫu trộn tro bay và puzzolan thể hiện biến dạng dẻo trượt từ từ dưới tải trọng nén.

So sánh với công trình nghiên cứu của tác giả Shigeru Tani trên đập Nishiooya tại Nhật Bản đối với đất bồi lắng có độ ẩm 121%, phương pháp xử lý nghiền và đầm nén phối trộn xi măng hoàn toàn tương thích với điều kiện thổ nhưỡng tại miền Trung Việt Nam. Đất bồi lắng sau khi cải tạo với 2% đến 4% xi măng hoàn toàn đáp ứng các tiêu chuẩn kỹ thuật về hệ số thấm k < 1x10^-5 cm/s và độ bền chống xói ngầm khuếch tán, mở ra giải pháp vật liệu đắp tại chỗ vô cùng giá trị.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm giải quyết triệt để tình trạng mất an toàn hồ đập và tận dụng hiệu quả nguồn tài nguyên bùn cát bồi lắng, 4 giải pháp công trình và quản lý cụ thể được đề xuất:

• Thi công kết cấu tường nghiêng sân phủ bằng đất bồi lắng gia cố xi măng: Áp dụng tỷ lệ trộn 2% đến 4% xi măng cho đất nạo vét lòng hồ, đắp tường nghiêng thượng lưu dày tối thiểu 3,0 m tại đỉnh và mở rộng chân khay theo chiều sâu cột nước H/5. Target metric là đạt hệ số thấm nhỏ hơn 1x10^-6 cm/s và triệt tiêu hoàn toàn hiện tượng thấm tập trung. Timeline triển khai trong vòng 12 đến 18 tháng cho các hồ trọng điểm vùng phía Đông, do Ban Quản lý dự án Đầu tư xây dựng công trình Nông nghiệp và PTNT tỉnh Hà Tĩnh làm chủ đầu tư.
• Đắp áp trúc mở rộng mặt đập hạ lưu: Tận dụng hỗn hợp đất bồi lắng xử lý để đắp mở rộng bề rộng đỉnh đập đạt quy chuẩn tối thiểu 5,0 m theo TCVN 8216:2018, kết hợp bố trí cơ giảm dốc cho các đập cao trên 10 m. Target metric là nâng cao hệ số an toàn ổn định trượt mái dốc Fs lên trên 1,35 trong mọi kịch bản vận hành. Thời gian thực hiện trong 24 tháng, do các Công ty TNHH MTV Thủy lợi địa phương chủ trì.
• Chuẩn hóa quy trình thí nghiệm ba trục xác định gradient thấm giới hạn: Đưa thiết bị ba trục cải tiến vào quy trình kiểm định an toàn hồ đập định kỳ nhằm đánh giá chính xác nguy cơ xói ngầm khuếch tán cho 351 hồ chứa. Timeline hoàn thiện quy chuẩn kỹ thuật từ năm 2024 đến năm 2026, giao Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam phối hợp Sở Nông nghiệp và PTNT thực hiện.
• Xây dựng cơ chế tuần hoàn vật liệu nạo vét gắn với bảo vệ môi trường: Ban hành quy định bắt buộc các dự án sửa chữa hồ đập phải đánh giá trữ lượng bùn lắng để tái sử dụng làm vật liệu đắp tại chỗ, giảm thiểu ít nhất 50% diện tích bãi đổ thải và tiết kiệm 30% ngân sách mua đất mỏ. Thời gian áp dụng thường niên từ năm 2024, do Sở Tài nguyên và Môi trường phối hợp Sở Xây dựng quản lý.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

• Kỹ sư thiết kế và tư vấn công nghệ thủy lợi: Tiếp cận hướng dẫn chi tiết về cấu tạo tường nghiêng sân phủ, thông số đầm nén tiêu chuẩn và công thức phối trộn phụ gia vô cơ để xử lý nền và thân đập bị thấm.
• Cơ quan quản lý nhà nước và chủ đầu tư dự án thủy lợi: Có thêm cơ sở khoa học xác đáng để phê duyệt dự án nâng cấp an toàn đập cho 351 hồ chứa, tối ưu hóa ngân sách đầu tư công và giải quyết bài toán cấp phép bãi thải đất bùn nạo vét.
• Nhà khoa học, giảng viên và học viên cao học ngành Địa kỹ thuật: Khai thác bộ cơ sở dữ liệu thực nghiệm phong phú về cấp phối hạt của 13 hồ chứa, phương pháp phân tích ổn định dốc bằng phần mềm SLOPE/W và quy trình thí nghiệm xói ngầm ba trục tiên tiến.
• Doanh nghiệp và nhà thầu thi công hạ tầng thủy lợi: Nắm bắt quy trình công nghệ thi công nạo vét, hong phơi, nghiền trộn phụ gia xi măng tại hiện trường, giúp rút ngắn tiến độ thi công từ 15% đến 20% và giảm chi phí vận chuyển vật liệu từ xa.

Câu hỏi thường gặp

• Tại sao đất bồi lắng lòng hồ tự nhiên không thể đắp trực tiếp làm thân đập? Đất bồi lắng tự nhiên có độ ẩm rất cao dao động từ 23% đến trên 50%, dung trọng khô thấp dưới 1,35 g/cm3 và cường độ kháng nén nở hông chỉ đạt 0,69 kG/cm2. Loại đất này chứa chủ yếu là hạt bụi sét mềm yếu, độ co ngót lớn khi khô và dễ bị hóa mềm khi ngập nước, gây nguy cơ lún nứt và trượt lở mái đập nghiêm trọng.

• Tỷ lệ phụ gia xi măng bao nhiêu là tối ưu nhất cho đất bồi lắng? Kết quả thực nghiệm trên mẫu đất hồ Lỗi Đồng chỉ ra rằng tỷ lệ phối trộn từ 2% đến 4% xi măng là tối ưu nhất. Với hàm lượng 2% xi măng, cường độ nén đơn trục tăng 59,4% đạt 1,10 kG/cm2, lực dính tăng lên 0,552 kG/cm2, vừa đáp ứng trọn vẹn tiêu chuẩn chống thấm và ổn định trượt, vừa đảm bảo tính kinh tế kỹ thuật của dự án.

• Vì sao việc bổ sung đơn lẻ tro bay hoặc puzzolan lại làm suy giảm cường độ nén của đất? Ở nhiệt độ môi trường và không có chất kích hoạt kiềm như vôi hay xi măng, phản ứng puzolanic diễn ra cực kỳ chậm. Khi phối trộn đơn lẻ từ 2% đến 10%, tro bay và puzzolan đóng vai trò như các hạt khoáng trơ làm loãng liên kết tự nhiên giữa các hạt sét ẩm, khiến cường độ nén suy giảm từ 43,5% đến 78,3%.

• Sự khác biệt về nguy cơ mất an toàn đập giữa vùng Đông và vùng Tây Hà Tĩnh là gì? Vùng phía Đông gồm 45 hồ có nền địa chất phức tạp tới 10 lớp, đập dài trung bình 559 m, độ thấm cao và rất khan hiếm mỏ đất đắp. Trong khi đó, vùng phía Tây gồm 306 hồ tọa lạc trên nền đá gốc kết dính vững chắc, chiều dài đập ngắn trung bình 164 m và ít xảy ra hiện tượng rò rỉ thấm qua thân đập.

• Thiết bị thí nghiệm ba trục cải tiến mang lại ưu điểm gì so với phương pháp đo thấm truyền thống? Thiết bị ba trục cải tiến mô phỏng chính xác trạng thái ứng suất thực tế K0 trong thân đập, duy trì độ bão hòa nước tuyệt đối và triệt tiêu hoàn toàn hiện tượng rò rỉ dọc thành bên buồng mẫu. Nhờ đó, giá trị gradient thấm giới hạn Jz được xác định chuẩn xác, giúp đánh giá tin cậy khả năng chống xói ngầm khuếch tán.

Kết luận

• Đánh giá toàn diện hiện trạng bồi lắng và nhận diện nguy cơ mất an toàn về thấm, ổn định mái dốc tại hệ thống 351 hồ chứa thủy lợi trên địa bàn tỉnh Hà Tĩnh.
• Thiết lập bộ cơ sở dữ liệu thực nghiệm chuẩn xác về thành phần hạt, độ ẩm tối ưu và chỉ tiêu cơ lý của đất bồi lắng tại 13 công trình hồ chứa điển hình.
• Chứng minh tính khả thi vượt trội của giải pháp xử lý đất bồi lắng bằng phụ gia xi măng tỷ lệ 2% đến 4% làm vật liệu đắp chống thấm tường nghiêng và áp trúc mái đập.
• Cải tiến thành công quy trình thí nghiệm ba trục xác định gradient thấm giới hạn, cung cấp công cụ tin cậy để kiểm soát hiện tượng xói ngầm khuếch tán.
• Đề xuất giải pháp thiết kế kết cấu đập đồng bộ theo tiêu chuẩn TCVN 8216:2018, giúp khôi phục dung tích hồ và bảo vệ môi trường sinh thái bền vững.

Đóng góp lớn nhất của nghiên cứu là chuyển hóa bùn cát bồi lắng từ chất thải nạo vét thành nguồn vật liệu xây dựng tại chỗ có giá trị kỹ thuật cao, giải quyết đồng thời bài toán an toàn đập và khan hiếm vật liệu đắp tại miền Trung. Kế hoạch tiếp theo trong 12 tháng tới là mở rộng thử nghiệm cấp phối liên hợp xi măng kết hợp tro bay nhằm tối ưu hóa chi phí sản xuất ở quy mô công nghiệp. Các chủ đầu tư, kỹ sư thiết kế và đơn vị thi công công trình thủy lợi hãy chủ động ứng dụng giải pháp công nghệ này vào các dự án nâng cấp hồ đập ngay hôm nay để tối ưu hóa nguồn lực và đảm bảo an toàn tuyệt đối cho cộng đồng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Tông quan vẻ hỗ chứa nước, bôi lăng lòng hồ và nâng cấp đập đất Chương 2: Cơ sở lý thuyết xử lý đất bồi lắng lòng hồ đề làm vật liêu đặp nâng cấp đập Chương 3: Kết quả nghiên cứu thực nghiệm xử lý đất bôi lắng lòng hồ đề làm vật liệu đắp nâng cấp đập Chương 4: Ứng dụng kết quả nghiên cứu xử lý đất bôi lăng lòng hồ vào thiết kế nâng cấp đập CHUONG1 TONG QUAN VE HO CHUA NƯỚC, BOI LANG LONG HO VA NANG CAP DAP DAT 1.1 Tổng quan và hiện trạng hồ chứa ở Việt Nam va Ha Tinh 1.1 Hô chứa ở Việt Nam Việt Nam, với nên nông nghiệp chủ yếu là lúa nước, điều kiện thiên nhiên khắc nghiệt, hạn hán, lũ lụt xảy ra thường xuyên. Vỉ vậy, công tác thủy lợi có vị trí vô cùng quan trọng, là một trong những ngành có truyền thông được xây dựng và phát triên lâu đời, có nhiêu thành tựu quan trọng găn liền với lịch sử phát triển đất nước. Nhiều công trinh thủy lợi đã dé lại những dau ấn và ý chí kiên cường của dân tộc Việt Nam trong quá trình chính phục thiên nhiên, khoa học kỹ thuật Thủy lợi, góp phân chiến thăng mọi thiên tai. Trải qua nhiều thập kỷ thực hiện phương châm "Nhà nước và nhân dân cùng làm".

ngành thủy lợi đã đâu tư nhiêu trí tuệ. công sức và của cải vật chất đề xây dựng hàng ngàn công trình thủy lợi lớn nhỏ, đến nay đảm bảo tưới cho 3 triệu ha đất canh tác, tiêu cho 1,4 triệu ha. cấp nước sinh hoạt, công nghiệp, du lịch. ngăn mặn, cải tạo đất, phòng tránh và giảm nhẹ thiên tai [2].

Theo số liệu thông kê, hiện ca nước đã xây dựng được 7.169 đập, hô chứa thủy lợi, trong đó có 419 đập dâng có chiêu cao trên 5m và 6.750 hồ chứa với tông chiêu dai đập khoảng 1.182 km, tông dung tích trữ khoảng 14,5 tỷ mỶ, được phân bố tại 45/63 địa phương trên cả nước, bao gôm: 4 hồ chứa quan trọng đặc biệt (Dầu Tiếng. Cửa Đạt, Tả Trạch, Ngàn Trươi); §§9 hỗ chứa lớn, 1.632 hồ chứa vừa, 4.225 hồ chứa nhỏ [2]. Có khoảng 4000 hô chứa thủy lợi quy mô vừa và nhỏ được xây đựng 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 kỹ thuật, thiểu hoặc không có quy trình vận hành và không được sửa chữa định kỷ, thiếu năng lực dự báo. Kết quả là nhiêu đập đã bị xuống cấp và mức độ an toàn của đập thấp hơn so với tiêu chuẩn an toàn quốc tế, rủi ro là đáng kế đối với sự an toàn của con người và kinh tế [3].

6 Phân lớn các hô chứa lớn có đung tích từ 3 triệu m° trở lên đã được sửa chữa đảm bảo an toàn (từ năm 2003 đến nay, đã sửa chữa được khoảng 900 hô chứa với tổng kinh phí khoảng 16.2 Hồ chứa ở Hà Tĩnh Hà Tĩnh có vị trí địa lý thuộc vùng Bắc Trung bộ, có địa hình phức tạp, chiêu ngang hẹp, một bên là dãy núi Trường Sơn, bên đối điện là Biên Đông và có độ đốc từ Tây sang Đông, hệ thống sông. suối nhiều nhưng ngắn và đốc. Hà Tĩnh năm trong vùng khi hậu nhiệt đới gió mùa, hàng năm có lượng mưa lớn, phô biến từ 2200mm đến 3300mm, có những năm lượng mưa lên tới 4500mm và xuống 1300mm, lượng mưa phân bố không đều chủ yếu tập trung vào 4 tháng mùa mưa từ tháng § đến tháng 11 [4]. Những đặc điểm từ vị trí địa lý, địa hình tự nhiên cho đến các yếu tế khí hậu, thời tiết làm Hà Tĩnh thành một vùng quê chịu ảnh hưởng của thiên tai khắc nghiệt mà đặc trưng mưa nhiêu, lũ lớn, lũ ống, lũ quét, lũ túi, bão tố, triều cường, năng nóng, chua mặn, hạn hán xảy ra thường xuyên.

Do nhu câu sử dụng nước phục vụ đân sinh va phát triển kinh tế xã hội, với lượng nước đến hàng năm dôi đảo, Hà Tĩnh đã xây dựng các hệ thống công trình thủy lợi, thủy điện, đặc biệt là công trình hồ chứa. Đến nay, Hà Tĩnh có 351 hỗ chứa thủy lợi và 2 hồ chứa thủy điện với tông dung tích trên 1500 triệu m nước, trong đó có 03 hô dung tích lớn trên 100 triệu m, 7 hô dung tích từ 10 đến 100 triệu mề. 34 hô đung tích từ 1,0 triệu m` đến <10 triệu mỶ, còn lại các hồ chứa có dung tích từ 0,05 triệu đến < 1,0 triệu mỀ. ngoài ra còn có hơn 40 hồ chứa nhỏ có dung tích dưới 0.05 triệu m° nước do nhân dân địa phương tự ngăn các khe, suối nhỏ đề cấp nước cho một số diện tích cục bộ [4].

Ngoại trừ một số hỗ chứa nước lớn được xây dựng, nâng cấp thời gian gần đây đã được tính toán theo tiêu chuẩn thiết kế mới, còn lại hệ thông các hồ chứa nước ở Hà Tĩnh được xây dựng từ những năm 40 đến 70 của thế kỷ trước, vào thời điểm đó các tài liệu quan trắc khí tượng thuỷ văn còn nhiều hạn chế: công nghệ thi công còn thô sơ, chủ yếu là thủ công và thủ công kết hợp cơ giới. vật tư xây dựng thiết yếu (xi mang, sắt thép.) còn chưa đáp ứng được yêu cầu. Với điều kiện thời tiết khí hậu ở Hà Tĩnh, mái thượng lưu của đập ngoài phải chịu các tác động thường xuyên của gió bão và gió mùa đông bắc thì mùa hè còn thường xuyên chịu ảnh hưởng của gió Nam Lào và các hoạt động dân sinh kinh tế, trong lòng hô. Những tác đông này đã gây nên tinh trạng xói lở, bảo mòn mái thượng lưu đối với các đập mà mái thượng lưu chưa được bảo vệ.

Với các hỗ chứa mái thượng lưu đã được bảo vệ thì gây ra hư hỏng. bong tróc, phá hủy, bào mòn các kết cầu bảo vệ mái. Qua khảo sát các đập đất ở Hà Tĩnh cho thấy phía trên mực nước dâng bình thường nếu không được bảo vệ bằng bẻ tông thì cây, cỏ phát triển rất mạnh và mái đập bị biến đạng. Mái đập hạ lưu chủ yếu chịu tác đông trực tiếp của mưa và đòng nước chảy tràn trên mặt đập xuống.

tác động của gradient tham do dong tham qua thân đập, tác động của các hoạt động dân sinh như chăn tha gia súc, các động vật, sinh vật cây cö trên mái đập. Nhiêu hô đập có chiều cao mái đập lớn nhưng không có cơ, không có rãnh thoát nước đọc và ngang mái nên nước mưa và nước thấm đã gây xói lở, mất ôn định cục bộ, biến dạng mái đập hạ lưu. Đinh đập chịu tác đông trực tiếp của sự bảo mòn đo mưa, nước chảy tràn, sóng nước tran và trong một số trường hợp chịu tác động trực tiếp của các hoạt động dân sinh. Qua nhiều năm đưa vào khai thác, do ảnh hưởng của mưa.

lũ hiện nay nhiều hồ chứa trên dia ban Ha Tinh bị hư hỏng. xuống cấp nghiêm trọng. tiêm ân nhiều nguy cơ xảy ra sự cô cần được nâng cấp, sửa chữa kịp thời, cụ thê: - Có 218 hồ chứa mái đập thượng lưu chưa được gia cô bảo vệ: - Có 129 đập bị thấm thân dap, vai dap va niên đập: - Có 92 hồ chứa nước có chiều rông mặt đập từ 4 đến óm (chiếm 26.6%), 210 hỗ chứa nước có chiêu rộng mặt đập từ 2 đến 4m (chiếm 60%). các hô chứa còn lại có chiêu rộng mặt đập nhỏ hơn 2m, thậm chí có đập chiêu rong mat dap chi dat 0,8 dén 1.

- Có 10 hồ chứa lớn có tràn điều tiết băng cửa van (8 hô chứa thủy lợi và 2 hỗ chứa thủy điện), còn lại là tràn tự do; có 141 hỗ chứa tràn xã lũ chưa được gia cô, chiều rộng tràn hẹp không đam bao khả năng thoát lũ [S]. Hình 1-1: Dinh dap Họ và mái thượng lưu đập Trại Lưu Vị trí các hỗ chứa ở Hà Tĩnh chủ yêu năm ở dãy Trường Sơn thuộc các huyện Hương Sơn, Vũ Quang. Hương Khê và vùng phía Tây Can Lộc, Thạch Hà, Cẩm Xuyên, Kỷ Anh, số còn lại năm tại các vị trí vùng đôi bát úp thuộc Thị xã Hồng Lĩnh, Nghi Xuân. Lộc Hà và phía Đông các huyện Can Lộc, Thạch Hà, Cẩm Xuyên, Kỷ Anh.

Qua nghiên cứu thực tế hiện trường và hô sơ khảo sát, thiết kế ban đâu, hồ sơ nâng cấp của các hỗ chứa; NCS đã xem xét, phân tích, đánh giá các hỗ chứa năm ở vùng đôi bát úp thuộc Núi Hồng Lĩnh (hô Đá Bạc, Nhà Đường.) và phía Đông huyện Kỷ Anh (hồ Ba Khe, Khe Còi. Phú Tân, Lối Đồng.) có đặc điểm thấm qua đập, nên và các dạng biến dạng đập đất cơ bản giông nhau. nguyên nhân chính ban đâu được xác định do điêu kiện địa chất tại các vị trí xây dựng công trình tương đối phức tạp, không đồng nhất ngoài các lớp đá tảng có lẫn khe nứt thì đá mô côi, đá cudi xuất hiện nhiêu và không đồng đều, các tầng lớp địa chất đất chủ yếu là đất sét pha lẫn sỏi san, dam sạn, đất cát pha nên có hệ số thấm cao.2 Bồi lắng lòng hô chứa trên thế giới, ở Việt Nam và ở Hà Tĩnh 1.1 Bôi lắng lòng hô và các đặc tính 1.1 Nguyên nhân gây bôi lắng hỗ chứa Theo các nghiên cứu của các chuyên gia trong và ngoài nước [6], [7] có rất nhiều yếu tố tác đông vào quá trình bôi lăng và sự phân bố bùn cát bôi lăng trong hồ chứa. Mỗi hồ có các đặc điểm Tiếng về lưu vực, được xây đựng trên các vùng địa lý khác nhau, có 9 đặc điểm khí hậu, chất lượng thăm phủ, mức độ khai thác và canh tác trên lưu vực khác nhau thì quy luật bôi lắng.

mức đô bôi lăng và mức độ tác đông của các yếu tổ đến bồi lăng trong hồ cũng khác nhau. Thông thường mỗi nguyên nhân gây bôi lắng riêng lẻ lại liên quan đến một số nguyên nhân khác theo nhiều quá trình phức tạp, mỗi quá trình lại chịu ảnh hưởng bởi nhiêu yếu tô khác nhau và biên đôi trên phạm vi rộng. Theo nguyên nhân và đặc điểm hình thành của từng yếu tố có thê khái quá các yếu tổ ảnh hưởng đến quá trình bồi lắng trong các hồ chứa thành hai nhóm chính như sau: - Nhóm yếu tế tự nhiên (yếu tô khách quan): + Bồi lăng do đặc điểm lưu vực: hình đáng. độ dốc địa hình, mức độ chia cắt, cầu tạo địa chất, thô nhưỡng, loại thảm phủ (loại rừng hoặc loại cây trồng), mật đô che phủ, chất lượng thảm phủ.

các đặc trưng khí tượng khác trên lưu vực, đô âm đất.