CHƯƠNG 1. Giới thiệu chung về đập vật liệu địa phương ở Việt Nam.1 Lịch sử phát triển của đập vật liệu địa phương. Đập đất được xây dựng từ thời sơ khai của văn minh loài người để trữ nước cho trồng trọt. Một số đập được xây dựng thời cổ xưa đã khá lớn.
Một đập đất được xây dựng ở Ceylou (Xrilanca) vào năm 504 trước công nguyên dài 17 km cao 21.5 m có khối lượng đất đắp 13. Cho đến nay đập đất vẫn là loại đập được xây dựng phổ biến nhất chủ yếu do việc xây dựng đập sử dụng vật liệu tự nhiên không cần phải xử lý nhiều. Trước năm 1930 thiết kế đập đất chủ yếu dựa vào kinh nghiệm vì vậy có rất nhiều sự cố đã xảy ra. Các sự cố làm cho con người nhận thức được là việc xây dựng đập theo kinh nghiệm cần phải được thay thế bởi phương pháp kỹ thuật có tính logic cả trong thiết kế và thi công đập đất.
Sau năm 1930, cùng với sự phát triển nhanh chóng của lĩnh vực cơ học đất đá dẫn đến sự thay đổi lớn trong sự phát triển và hoàn thiện các phương pháp tính toán thiết kế đập đất các bước thiết kế bao gồm: - Nghiên cứu một cách kỹ lưỡng điều kiện địa chất nền móng và vật liệu trước khi xây dựng. - Áp dụng các kỹ thuật tính toán trong thiết kế. - Lập kế hoạch chi tiết và kiểm soát chặt chẽ chất lượng thi công. - Bố trí và thiết kế hệ thống quan trắc Sự xuyên suốt các quá trình quy hoạch thiết kế, xây dựng, vận hành và quá trình bảo dưỡng thể hiện việc thiết kế chỉ được coi là kết thúc khi đập làm việc đúng theo mục đích thiết kế và an toàn sau nhiều năm hoạt động.
Hiện nay đã có những đập đất cao tới 300m được xây dựng và rất nhiều đập đất được xây dựng trong vòng 60 năm qua và làm việc an toàn. Các hư hỏng phần lớn xảy ra ở các đập nhỏ, một số do sai sót trong thiết kế, rất nhiều trường hợp hư hỏng do thi công kém chất lượng. Việc sử dụng một khối lượng lớn vật liệu tự nhiên sẵn có tại khu vực xây dựng công trình là yếu tố kinh tế thuận lợi của đập đất. 5 Ngoài ra yêu cầu về địa hình, địa chất thấp hơn so với các loại đập khác.
Trong tương lai đập đất sẽ tiếp tục chiếm ưu thế so với các loại đập khác khi xây dựng hồ chứa nước vì các vị trí thuận lợi để xây dựng các loại đập khác giảm dần. Đập đất cần có các công trình phụ trợ như công trình tháo lũ, công trình lấy nước. Nhược điểm chủ yếu của đập đất là nó sẽ bị hư hỏng, thậm chí bị phá huỷ do tác động gây xói mòn của dòng nước khi tràn qua đỉnh đập.2 Tổng quan đập vật liệu địa phương trên thế giới. Theo thống kê của Hội đập lớn thế giới (ICOLD), trên thế giới có khoảng 39.188 đập[12] Hình 1- 1Các loại đập trên thế giới Trong đó, đập đất chiếm 62% (với 24.
Lý do đập đất là phổ biến vì nó có cấu tạo đơn giản, vững chắc, có khả năng cơ giới hóa cao trong thi công và trong đa số các trường hợp. Ngoài ra, nhờ sự phát triển của nhiều lĩnh vực khoa học như Cơ học đất, lý thuyết thấm, địa chất thủy văn, địa chất công trình… cũng như ứng dụng rộng rãi của công nghệ chống thấm, cơ giới hóa trong thi công cho nên đập đất ngày càng có xu hướng phát triển mạnh. 6 Hình 1- 2 Toàn cảnh đập Anderson Ranch. Hình 1- 3 Đập Trinity tại Lewiston,California xây dựng năm1957.
Theo báo cáo của Uỷ hội quốc tế về đập (tháng 12 năm 2000) thì đến năm 1950 có ít nhất 45.000 đập lớn thế giới phục vụ cho việc phát điện, cấp nước và tưới. Đến đầu thế kỷ 21 này, vẫn còn khoảng 1/3 các quốc gia trên thế giới với một nửa nhu cầu điện năng của họ phụ thuộc vào thuỷ điện. Trong cơ cấu sản xuất điện tại Việt Nam, năm 1995 thuỷ điện chiếm 72,3%, và năm 2000 là 54,7%. Các hồ chứa lớn đã sản xuất khoảng 19% tổng lượng điện sử dụng trên thế giới.
Hơn một nửa số đập trên thế giới được xây dựng phục vụ tưới, và khoảng 40% trong tổng số 271 triệu ha diện tích tưới trên thế giới phụ thuộc vào sự cung cấp nước của các đập dâng, hồ chứa. Rõ ràng, việc xây dựng hồ chứa đã đóng vai trò rất quan trọng trong việc đáp ứng các nhu cầu sử dụng của con người 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 v.Cũng như việc ứng dụng rộng rãi cơ giới hóa và thủy cơ hóa trong thi công cho nền đập đất-đá càng có xu hướng phát triển mạnh mẽ.Cho đến nay,các nước đã xây dựng hàng nghìn đập đất. Đập đất cao nhất hiện nay là Nurek(Liên xô cũ) cao 300m,tiếp đến là Orovin(Mỹ) cao 224m và đập đất bồi cao nhất là đập Migêtraurơxcơ(Liên xô cũ) cao 80m, trong những năm gần đây,trên phạm vi thế giớ đang có xu hướng xây dựng nhiều đập đất-đá cao. Tổng số những đập đất-đá có chiều cao hơn 75m xây 7 dựng và thiết kế từ năm 1960 trở lại đây chiếm 80% trong toàn bộ các loại đập cao, đứng hàng đầu về tốc độ phát triển so với các loại đập khác.
Con số đố nói lên xu hướng và triển vọng của đập đất-đá trong sự nghiệp xây dựng công trình thủy lợi,Thủy điện.3 Tổng quan về tình hình xây dựng đập ở Việt Nam.360 con sông có chiều dài từ 10 km trở lên, trong đó có 109 sông chính. Toàn quốc có 16 lưu vực sông với diện tích lưu vực lớn hơn 2.500 km2, 10/16 lưu vực có diện tích trên 10. Tổng diện tích các lưu vực sông trên cả nước lên đến trên 1.000 km2, trong đó, phần lưu vực nằm ngoài diện tích lãnh thổ chiếm đến 72%[8]. Tiềm năng khai thác hợp lý về thủy điện của cả nước ước khoảng 60 tỷ KWh.
Có các hệ thống sông như sông Đồng Nai, sông Hồng, sông Đáy, sông Mê Kông, sông Cả, sông Mã…Điều kiện tự nhiên này thuận lợi trong việc xây dựng và khai thác các hồ chứa nước để đáp ứng nhu cầu nước và năng lượng cho dân sinh và các ngành kinh tế. Theo thống kê của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, tính đến năm 2002, cả nước ta có 1967 hồ (dung tích mỗi hồ trên 2. Trong đó có 10 hồ thủy điện có dung tích 19 tỷ m3, còn lại là 1957 hồ thủy nông với dung tích 5. Đập vật liệu địa phương của Việt Nam tương đối đa dạng.
Đập đất được đắp bằng các loại đất: Đất pha tàn tích, đất bazan, đất ven biển. Phần lớn các đập ở miền Bắc và miền Trung được xây dựng theo hình thức đập đất, đồng chất hoặc đập nhiều khối có thiết bị chống thấm tường nghiêng, tường tâm, chân khay… Một số năm gần đây sử dụng một công nghệ mới như tường lõi chống thấm bằng các tấm bê tông cốt thép liên kết khớp ở đập Tràng Vinh, thảm sét Bentonite ở đập Núi Một, hào Bentonite ở đập Eaksup Đắk Lắk, Hồ Dầu Tiếng, Hồ Đá Đen… 8 Bảng 1- 1Các hồ chứa thủy lợi, thủy điện quan trọng STT Lưu vực sông Tên hồ chứa Sơn La, Hòa Bình, Thác Bà, Tuyên Quang, Huổi Quảng, 1 Hồng Bản Chát, Nậm Na 3 và Lai Châu 2 Mã Cửa Đạt, Hủa Na, Trung Sơn, Pa Ma và Huổi Tạo 3 Cả Bản Vẽ, Khe Bố, Bản Mồng và Ngàn Trươi Bình Điền, Hương Điền, Tả Trạch và A Lưới (trên sông 4 Hương A Sáp thuộc lưu vực sông Sê Kông) Vu Gia – Thu A Vương, Đắk Mi 4, Sông Tranh 2, Sông Bung 2, Sông 5 Bồn Bung 4 và Đắk Mi 1) 6 Trà Khúc Đak Đrinh và Nước Trong Kôn – Hà Vĩnh Sơn A – Vĩnh Sơn B, Bình Định và Núi Một 7 Thanh Sông Ba Hạ, Sông Hinh, Krông Hnăng, Ayun Hạ và 8 Ba cụm hồ An Khê – Kanak Plêy Krông, Ialy, Sê San 4, Thượng Kon Tum và Sê San Sê San 4A 9 Buôn Tua Srah, Buôn Kuốp, Srêpốk 3, Srêpốk 4, Đức Srêpốk Xuyên và Srêpốk 7 10 Dầu Tiếng, Trị An, Thác Mơ, Đơn Dương, Hàm Thuận – Đa Mi – Cầu Đơn, Đại Ninh, Đồng Nai 2, Đồng Nai Đồng Nai 3, Đồng Nai 4, Srok Phu Miêng và Phước 11 Hòa 9 Hình 1- 4 Phân loại đập theo loại hình vật liệu 1.2 Ảnh hưởng của dòng thấm đến đập vật liệu địa phương.1 Sự hình thành dòng thấm. Đất nền và hai bên vai công trình thường là loại thấm nước. Chỉ trong trường hợp nền và vai là đá tốt không nứt nẻ, hoặc là đất sét chặt và được xử lý tiếp giáp tốt thì mới có thể coi như không thấm nước.
Khi công trình làm việc, sẽ tạo ra sự chênh lệch mực nước giữa thượng và hạ lưu. Nước sẽ di động qua các kẽ rỗng trong đất nền và hai bên vai công trình tạo thành dòng thấm. Đối với công trình và môi trường xung quanh, dòng thấm gây ra những ảnh hưởng bất lợi như sau: - Làm mất nước từ hồ chứa. - Gây gáp lực lên các bộ phận công trình giới hạn miền thấm (bản đáy, tường chắn) - Có thể làm biến hình đất nền và hai vai, đặc biệt là ở khu vực dòng thấm thoát ra, có thể dẫn đến sụt lún, nghiêng, lật công trình.
- Dòng thấm hai bên vai công trình khi thoát ra hạ lưu có thể làm lầy hóa một khu vực rộng, làm ảnh hưởng đến ổn định của bờ và điều kiện đi lại, sản xuất ở hạ lưu công trình. Dòng thấm trong môi trường đất rỗng được chia thành 2 loại: 10 Dòng thấm có áp: Khi nó bị giới hạn từ phía trên bởi biên cứng, dòng thấm không có mặt thoáng, chuyển động của dòng thấm giống như nước chảy trong ống có áp. Đây là trường hợp khi xét dòng thấm dưới đáy các công trình. Dòng thấm không áp: Khi nó không bị giới hạn từ phía trên bởi công trình.
Đây là trường hợp dòng thấm từ hai bên vai công trình, dòng thấm qua đập đất. Giới hạn phía trên của dòng thấm là mặt thoáng hay mặt bão hòa, tại đây có áp suất bằng áp suất khí trời.2 Tác hại của dòng thấm. Đất là môi trường xốp có chứa các lỗ rỗng, khi có chênh lệch cột nước sẽ hình thành dòng thấm, nếu không kiểm soát được dòng thấm có thể gây ra một số hư hỏng có thể chia thành hai nhóm như sau: - Những hư hỏng xảy ra khi các hạt đất dịch chuyển về phía dòng thấm đi ra dẫn đến hiện tượng xói ngầm, hình thành hang thấm tập trung.