Nghiên cứu nguyên nhân và giải pháp khắc phục sự cố cụm công trình đầu mối cống âu thuyền Tắc Giang

Luận văn thạc sĩ phân tích nguyên nhân sự cố cụm công trình đầu mối cống âu thuyền Tắc Giang, đề xuất biện pháp khắc phục hiệu quả.

• Tác giả: Nguyễn Đức Thọ
• Người hướng dẫn: PGS. TS Nguyễn Văn Bản
• Trường học: Trường Đại học Thủy Lợi
• Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy
• Đề tài: Nghiên cứu nguyên nhân sự cố cụm công trình đầu mối cống, âu thuyền Tắc Giang và biện pháp khắc phục sự cố
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ kỹ thuật
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• MỞ ĐẦU
• 0.1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
• 0.2. MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI
• 0.3. CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 1. CHƯƠNG 1: MỘT SỐ SỰ CỐ THƯỜNG GẶP VỚI CỐNG QUA ĐÊ VÀ CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ SỰ CỐ
• 1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CỐNG QUA ĐÊ
• 1.1.1. Khái niệm cống qua đê
• 1.1.2. Cấu tạo của cống qua đê
• 1.1.2.1. Bộ phận nối tiếp thượng lưu
• 1.1.2.2. Bộ phận thân cống
• 1.1.2.3. Bộ phận nối tiếp hạ lưu
• 1.2. MỘT SỐ SỰ CỐ THƯỜNG GẶP VỚI CỐNG QUA ĐÊ
• 1.2.1. Lún, nứt, chuyển vị tường, thân trần cống
• 1.2.2. Lún, nứt, chuyển vị tường cánh thượng, hạ lưu
• 1.2.3. Xói, bồi bể sau tiêu năng
• 1.2.4. Thấm qua nền, vai cống
• 1.2.4.1. Thấm qua nền cống
• 1.2.4.2. Thấm qua vai cống
• 1.2.4.3. Nguyên nhân thấm qua nền và vai cống
• 1.2.5. Hỏng cửa van
• 1.2.5.1. Hiện tượng và nguyên nhân hỏng cửa van
• 1.2.5.2. Cánh cửa cống hay tấm phai bị gẫy
• 1.2.6. Hỏng khớp nối
• 1.3. CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ SỰ CỐ ĐỐI VỚI CỐNG QUA ĐÊ
• 1.3.1. Giải pháp xử lý khẩn cấp sự cố ở cống qua đê trong mùa lũ
• 1.3.2. Xói, bồi bể sau tiêu năng
• 1.3.3. Thấm qua nền, vai cống
• 1.3.3.1. Thấm qua nền, vai cống nhưng chưa sinh ra mạch sủi, lỗ phụt ở hạ lưu
• 1.3.3.2. Dòng thấm gây mạch sủi, lỗ phụt ở trong lòng cống hoặc ở hạ lưu cống
• 1.3.4. Xử lý mạch sủi ở hạ lưu cống
• 1.3.5. Hỏng cửa van
• 1.3.5.1. Cánh cửa van bị kênh đóng không kín van

Tóm tắt

I. Giới thiệu về công trình đầu mối cống âu thuyền Tắc Giang

Công trình đầu mối cống âu thuyền Tắc Giang là một phần quan trọng trong hệ thống thủy lợi Tắc Giang - Phủ Lý, tỉnh Hà Nam. Công trình này bao gồm một cống lấy nước ba cửa và một âu thuyền, được xây dựng để điều tiết nước sông Châu Giang, phục vụ tưới tiêu và giao thông đường thủy. Tuy nhiên, sau một thời gian đưa vào sử dụng, công trình đã gặp phải sự cố nghiêm trọng, đe dọa đến an toàn và ổn định của toàn bộ hệ thống.

1.1. Cấu tạo và chức năng của công trình

Công trình đầu mối cống âu thuyền Tắc Giang bao gồm một cống lấy nước ba cửa, mỗi cửa rộng 4,2m, và một âu thuyền có bề rộng 8m. Khoảng cách giữa tim cống và âu thuyền là 42m, trong khi khoảng cách mép cống và mép âu thuyền là 25,4m. Công trình được thiết kế để điều tiết nước, lấy nước tưới tiêu cho các huyện trong tỉnh và phục vụ giao thông đường thủy. Đây là một hạng mục quan trọng trong hệ thống đê hữu sông Hồng, đảm bảo an toàn cho khu vực xung quanh.

1.2. Tình trạng sự cố của công trình

Sau khi đưa vào sử dụng, công trình đã gặp phải sự cố nghiêm trọng vào ngày 01/8/2012. Hiện tượng đùn, sủi mạnh, nước đục xuất hiện ở phía hạ lưu tường ngoặt sau bể tiêu năng của cống. Gian nhà điều hành cống bị lún nghiêng, nhiều vết nứt lớn xuất hiện xung quanh khu vực nhà điều hành. Sự cố này đã gây ra sụt lún đất ở mang cống và mái hạ lưu bờ trái, đe dọa đến sự an toàn của công trình và khu vực xung quanh.

II. Nguyên nhân sự cố công trình đầu mối cống âu thuyền Tắc Giang

Nguyên nhân sự cố của công trình đầu mối cống âu thuyền Tắc Giang được xác định là do nhiều yếu tố kỹ thuật và quản lý. Các vấn đề liên quan đến thiết kế, thi công, và quản lý vận hành đã dẫn đến sự cố thấm và sụt lún nghiêm trọng. Việc không tuân thủ đúng các quy trình kỹ thuật và thiếu các biện pháp bảo trì định kỳ cũng là nguyên nhân chính gây ra sự cố.

2.1. Nguyên nhân từ thiết kế và thi công

Một trong những nguyên nhân chính gây ra sự cố là do thiết kế và thi công không đảm bảo yêu cầu kỹ thuật. Công trình được xây dựng trên nền cát chảy, đặc trưng địa chất nhạy cảm về thấm. Việc xử lý nền không đủ chiều dài chống thấm, thiếu cừ và tường răng chống thấm đã dẫn đến hiện tượng thấm nước qua nền và vai cống. Ngoài ra, thi công đất đắp vai cống không đạt yêu cầu chống thấm cũng là nguyên nhân gây ra sự cố.

2.2. Nguyên nhân từ quản lý và vận hành

Quản lý và vận hành công trình không tuân thủ chặt chẽ các quy trình kỹ thuật cũng là nguyên nhân gây ra sự cố. Việc không bố trí thiết bị quan trắc thấm hoặc không phân tích kết quả quan trắc đã dẫn đến việc không phát hiện kịp thời các hư hỏng nhỏ. Khi phát hiện sự cố, việc sửa chữa không được thực hiện kịp thời, dẫn đến tình trạng sự cố nghiêm trọng hơn. Ngoài ra, việc đóng mở cống không đúng quy trình cũng góp phần gây ra sự cố thấm và xói mòn.

III. Biện pháp khắc phục sự cố công trình đầu mối cống âu thuyền Tắc Giang

Để khắc phục sự cố của công trình đầu mối cống âu thuyền Tắc Giang, các biện pháp kỹ thuật và quản lý đã được đề xuất. Các giải pháp này tập trung vào việc xử lý thấm, ổn định nền, và cải thiện quy trình quản lý vận hành. Việc áp dụng các công nghệ xây dựng tiên tiến và tuân thủ nghiêm ngặt các quy trình kỹ thuật là yếu tố then chốt để đảm bảo an toàn và ổn định của công trình.

3.1. Biện pháp xử lý thấm và ổn định nền

Một trong những biện pháp quan trọng để khắc phục sự cố là xử lý thấm và ổn định nền. Các giải pháp bao gồm việc bơm vữa xi măng vào các khe nứt và lỗ thấm để ngăn chặn dòng thấm. Ngoài ra, việc xây dựng các tường răng chống thấm và cừ chống thấm cũng được áp dụng để tăng cường khả năng chống thấm của công trình. Đồng thời, các biện pháp ổn định nền như gia cố nền bằng cọc bê tông cốt thép cũng được thực hiện để ngăn chặn sụt lún.

3.2. Cải thiện quy trình quản lý và vận hành

Để ngăn chặn sự cố tái diễn, việc cải thiện quy trình quản lý và vận hành là rất cần thiết. Các biện pháp bao gồm việc bố trí thiết bị quan trắc thấm và lún để theo dõi tình trạng công trình thường xuyên. Ngoài ra, việc đào tạo nhân viên vận hành và tuân thủ nghiêm ngặt các quy trình kỹ thuật cũng được thực hiện. Việc thực hiện bảo trì định kỳ và sửa chữa kịp thời các hư hỏng nhỏ cũng là yếu tố quan trọng để đảm bảo an toàn và ổn định của công trình.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Cụm công trình đầu mối cống, âu thuyền Tắc Giang thuộc hệ thống thủy lợi Tắc Giang - Phủ Lý, tỉnh Hà Nam, được xây dựng nhằm điều tiết nước sông Châu Giang, phục vụ tưới tiêu cho gần 24.000 ha đất canh tác và giao thông thủy cho tàu thuyền tải trọng đến 200 tấn. Công trình khởi công năm 2007, hoàn thành và đưa vào sử dụng cuối năm 2009, bàn giao cho Công ty TNHH MTV Khai thác Công trình thủy lợi Nam Hà Nam quản lý từ tháng 10/2010. Tuy nhiên, sau gần 3 năm vận hành, ngày 01/8/2012, công trình xảy ra sự cố nghiêm trọng với hiện tượng thấm, xói nền và sụt lún tại vị trí tường ngoặt sau bể tiêu năng, gây nghiêng nhà điều hành và đe dọa an toàn đê hữu Hồng.

Mục tiêu nghiên cứu là phân tích nguyên nhân sự cố thấm, xói nền tại cụm công trình đầu mối cống, âu thuyền Tắc Giang và đề xuất các biện pháp khắc phục nhằm khôi phục hoạt động bình thường, đảm bảo an toàn công trình và vùng hạ lưu. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào địa bàn xã Chuyên Ngoại (huyện Duy Tiên) và xã Nguyên Lý (huyện Lý Nhân), tỉnh Hà Nam, với dữ liệu khảo sát địa chất, thủy văn, vận hành công trình từ năm 2007 đến 2012. Ý nghĩa nghiên cứu thể hiện qua việc nâng cao hiệu quả quản lý, vận hành công trình thủy lợi đầu mối, giảm thiểu rủi ro sự cố, bảo vệ sản xuất nông nghiệp và an toàn đê điều trong khu vực đồng bằng Bắc Bộ.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình kỹ thuật xây dựng công trình thủy lợi, đặc biệt là:

• Lý thuyết ổn định thấm và xói ngầm: Phân tích áp lực thấm, dòng thấm qua nền và vai cống, xác định nguy cơ xói nền và rỗng đất dưới công trình.
• Mô hình kết cấu công trình cống qua đê: Bao gồm cấu tạo thân cống, tường cánh, bể tiêu năng, âu thuyền và các thiết bị điều tiết nước.
• Khái niệm về địa chất nền và tính chất vật liệu đất: Đặc điểm lớp đất cát hạt nhỏ, á sét, á cát, ảnh hưởng đến khả năng chịu tải, thấm nước và ổn định công trình.
• Quy trình quản lý vận hành và bảo dưỡng công trình thủy lợi: Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 8418:2010 về quản lý vận hành, duy tu bảo dưỡng cống.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Thu thập số liệu khảo sát địa chất (khoan máy, khoan tay, thí nghiệm mẫu đất), số liệu quan trắc mực nước thượng hạ lưu, nhật ký thi công, báo cáo vận hành và hiện trạng công trình.
• Phương pháp phân tích: Kết hợp điều tra khảo sát thực tế hiện trường, phân tích tài liệu thiết kế, vận hành, sử dụng phần mềm Geostudio 2004 modul Seep/W để mô phỏng dòng thấm và tính toán ổn định thấm cục bộ.
• Timeline nghiên cứu: Từ năm 2007 (khởi công xây dựng) đến năm 2012 (xảy ra sự cố), tập trung phân tích diễn biến sự cố và nguyên nhân trong giai đoạn vận hành.
• Phương pháp chuyên gia và phân tích tổng hợp: Tham khảo ý kiến chuyên gia, tổng hợp các nguyên nhân kỹ thuật, địa chất, thi công và quản lý vận hành để đánh giá toàn diện.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Hiện tượng thấm và xói nền nghiêm trọng: Vào ngày 01/8/2012, phát hiện dòng thấm mạnh tại tường ngoặt sau bể tiêu năng, gây sủi nước đục, xói rỗng nền cống và sụt lún mái đê hạ lưu bên trái. Mực nước chênh lệch thượng hạ lưu lúc sự cố là 2,4 m (thượng lưu +5,0 m, hạ lưu +2,6 m).

2. Phạm vi rỗng nền và vai cống: Kết quả khoan thăm dò cho thấy vùng rỗng kéo dài từ tường cánh thượng lưu bên phải đến đầu tường cánh hạ lưu bên trái, với chiều sâu rỗng dưới bản đáy cống lên đến 0,5 m, diện tích khoảng 1,9 m². Nhà điều hành bị nghiêng, sụt lún trong phạm vi 9,25 m.

3. Đặc điểm địa chất nền yếu và thấm mạnh: Lớp đất nền chủ yếu là cát hạt nhỏ, á cát, á sét có hệ số thấm cao (khoảng 5-7 x 10⁻⁵ m/s), kết cấu kém chặt, dễ bị rã rời khi tiếp xúc với dòng nước chảy. Lớp đất đắp vai cống có hệ số thấm thấp (5 x 10⁻⁸ m/s) nhưng phân bố không đồng đều.

4. Nguyên nhân sự cố đa yếu tố: Bao gồm khảo sát địa chất chưa đầy đủ, thiết kế chưa phù hợp với điều kiện địa chất thực tế, thi công không tuân thủ biện pháp làm khô hố móng (không đóng cừ vây hố móng mà dùng rãnh lộ thiên và máy bơm), thiếu thiết bị quan trắc thấm, quản lý vận hành chưa chặt chẽ.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của sự cố là dòng thấm mạnh đi qua nền cát hạt nhỏ và vai cống, gây xói rỗng nền, làm mất ổn định công trình. Việc thi công trong mùa lũ, không đóng cừ vây hố móng dẫn đến nền không ổn định, tạo điều kiện cho dòng thấm phát triển. So với các nghiên cứu về sự cố cống qua đê trên hệ thống sông Hồng, tỷ lệ thấm qua nền chiếm khoảng 22,73% các sự cố, tương đồng với hiện tượng tại Tắc Giang.

Phân tích mô phỏng bằng phần mềm Geostudio cho thấy gradien thấm tại mép thân cống hạ lưu bên trái đạt 0,33, vượt ngưỡng an toàn, phù hợp với hiện tượng xói nền quan sát thực tế. Các biện pháp quản lý vận hành chưa chú trọng quan trắc thấm, mực nước và lún làm chậm trễ phát hiện và xử lý sự cố.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ phân bố gradien thấm, bản đồ hiện trạng rỗng nền và hình ảnh hiện trường sụt lún để minh họa mức độ nghiêm trọng và phạm vi sự cố.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Thi công xử lý chống thấm bằng công nghệ Jet-grouting: Áp dụng công nghệ khoan phụt vữa xi măng tạo cột xi măng-đất liên tục dưới bản đáy và vai cống để ngăn dòng thấm, tăng độ chặt nền. Thời gian thực hiện trong 6-12 tháng, do đơn vị thi công chuyên nghiệp đảm nhận.

2. Lắp đặt hệ thống quan trắc thấm, lún và mực nước tự động: Thiết lập 20 điểm quan trắc tại các vị trí trọng yếu để theo dõi diễn biến thấm và biến dạng công trình, giúp phát hiện sớm sự cố. Chủ thể thực hiện là đơn vị quản lý công trình phối hợp với chuyên gia kỹ thuật.

3. Cải tiến biện pháp quản lý vận hành và bảo dưỡng: Ban hành quy trình vận hành nghiêm ngặt, đào tạo nhân viên vận hành về kiểm tra, bảo dưỡng cửa van, khe nối, thiết bị tiêu năng, đồng thời tăng cường kiểm tra định kỳ và xử lý kịp thời các hư hỏng nhỏ.

4. Nâng cao chất lượng khảo sát địa chất và thiết kế công trình: Thực hiện khảo sát địa chất chi tiết, tuân thủ tiêu chuẩn TCVN 8477:2010, cập nhật thiết kế phù hợp với điều kiện thực tế, đặc biệt về chiều dài cừ chống thấm và biện pháp xử lý nền yếu.

5. Xây dựng kế hoạch ứng phó sự cố khẩn cấp: Chuẩn bị vật tư, thiết bị và phương án xử lý nhanh các hiện tượng thấm, xói ngầm trong mùa lũ để giảm thiểu thiệt hại, đảm bảo an toàn công trình và vùng hạ lưu.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Chuyên gia và kỹ sư xây dựng công trình thủy lợi: Nghiên cứu các nguyên nhân sự cố và biện pháp xử lý kỹ thuật, áp dụng vào thiết kế và thi công công trình tương tự.

2. Cơ quan quản lý đê điều và thủy lợi địa phương: Áp dụng các khuyến nghị quản lý vận hành, quan trắc và bảo dưỡng để nâng cao hiệu quả khai thác công trình.

3. Nhà thầu thi công và tư vấn thiết kế công trình thủy lợi: Học hỏi kinh nghiệm về biện pháp thi công trong điều kiện nền yếu, xử lý sự cố thấm và xói ngầm.

4. Các nhà nghiên cứu và sinh viên chuyên ngành xây dựng công trình thủy lợi: Tham khảo phương pháp nghiên cứu, mô hình phân tích và kết quả thực tiễn về sự cố công trình thủy lợi.

Câu hỏi thường gặp

1. Nguyên nhân chính gây ra sự cố thấm tại cống Tắc Giang là gì?
   Sự cố thấm chủ yếu do dòng thấm mạnh đi qua nền cát hạt nhỏ và vai cống, kết hợp với biện pháp thi công không đóng cừ vây hố móng, nền không ổn định, dẫn đến xói rỗng và sụt lún.

2. Công nghệ Jet-grouting có ưu điểm gì trong xử lý sự cố thấm?
   Jet-grouting tạo cột xi măng-đất liên tục, tăng độ chặt và chống thấm hiệu quả, thi công được trong điều kiện ngập nước, xử lý sâu dưới bản đáy công trình với chi phí hợp lý.

3. Tại sao việc quan trắc thấm và lún lại quan trọng trong quản lý công trình?
   Quan trắc giúp phát hiện sớm các dấu hiệu biến dạng, thấm nước, từ đó có biện pháp xử lý kịp thời, tránh sự cố nghiêm trọng và giảm thiểu thiệt hại.

4. Các biện pháp khắc phục sự cố thấm tạm thời trong mùa lũ là gì?
   Có thể dùng bao tải cát, rọ đá để lấp hố xói, làm tầng lọc ngược, đắp đập dâng nước để giảm áp lực thấm, đồng thời đóng phai để hạn chế dòng chảy qua vị trí hỏng.

5. Làm thế nào để nâng cao độ bền và ổn định của cống qua đê trong điều kiện nền yếu?
   Cần khảo sát địa chất kỹ lưỡng, thiết kế phù hợp với điều kiện thực tế, sử dụng cừ chống thấm đúng chiều dài, áp dụng công nghệ xử lý nền như Jet-grouting, đồng thời quản lý vận hành chặt chẽ.

Kết luận

• Công trình đầu mối cống, âu thuyền Tắc Giang gặp sự cố thấm, xói nền nghiêm trọng sau gần 3 năm vận hành, gây nguy cơ mất an toàn đê điều và công trình.
• Nguyên nhân sự cố là do đặc điểm địa chất nền yếu, biện pháp thi công không phù hợp, thiếu thiết bị quan trắc và quản lý vận hành chưa chặt chẽ.
• Phân tích mô phỏng ổn định thấm cho thấy gradien thấm vượt ngưỡng an toàn tại vị trí hư hỏng, phù hợp với hiện trạng thực tế.
• Đề xuất áp dụng công nghệ Jet-grouting, lắp đặt hệ thống quan trắc, cải tiến quản lý vận hành và xây dựng kế hoạch ứng phó sự cố nhằm khắc phục và phòng ngừa sự cố tương tự.
• Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học và thực tiễn cho các nhà quản lý, kỹ sư và nhà nghiên cứu trong lĩnh vực xây dựng công trình thủy lợi, góp phần nâng cao hiệu quả và an toàn công trình trong tương lai.

Hành động tiếp theo: Triển khai các biện pháp xử lý chống thấm theo đề xuất, đồng thời thiết lập hệ thống quan trắc và hoàn thiện quy trình quản lý vận hành để đảm bảo an toàn lâu dài cho công trình và vùng hạ lưu.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 MỘT SỐ SỰ CỐ THƯỜNG GẶP VỚI CỐNG QUA ĐÊ VÀ CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ SỰ CỐ 1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CỐNG QUA ĐÊ. Khái niệm cống qua đê. Cống qua đê là một loại công trình thủy lợi được xây dựng dưới đê nhằm mục đích khống chế mực nước và điều tiết lưu lượng với nhiệm vụ như: Lấy nước, tiêu nước, phân lũ, giao thông… Hình 1.

Cống qua đê Tắc Giang (Duy Tiên - Hà Nam) 1. Cấu tạo của cống qua đê. Cống được cấu tạo gồm ba bộ phận: - Bộ phận nối tiếp thượng lưu; - bộ phận thân cống; - bộ phận nối tiếp hạ lưu. Bộ phận nối tiếp thượng lưu.

- Bộ phận nối tiếp thượng lưu gồm các bộ phận chính: Tường cánh thượng lưu, sân trước và có thể có thêm kênh dẫn thượng lưu. 5 - Bộ phận nối tiếp thượng lưu có tác dụng hướng dòng chảy vào cống sao cho dòng chảy được thuận dòng và ổn định, giảm được tổn thất cột nước, chống thấm và chống xói; 1. Bộ phận thân cống. - Bộ phận thân cống gồm các bộ phận chính: Bản đáy, trụ pin, trụ bên, trần cống, khe van, cửa van, khe phai, cầu công tác, cầu thả phai … - Bộ phận thân cống có tác dụng: Điều tiết, khống chế lưu lượng và mực nước, liên kết thân cống với bờ hoặc các công trình khác bên cạnh, giữ ổn định cống, chống thấm và chống xói cho nền; 1.

Bộ phận nối tiếp hạ lưu. - Bộ phận nối tiếp hạ lưu gồm các bộ phận: Tường cánh hạ lưu, thiết bị tiêu năng và có thể có kênh dẫn hạ lưu. - Bộ phận nối tiếp hạ lưu có tác dụng: Tiêu năng phòng xói, nối tiếp và phân bố đều dòng chảy ra khỏi cống. Mặt cắt dọc cống Tắc Giang (Duy Tiên - Hà Nam) 1.

MỘT SỐ SỰ CỐ THƯỜNG GẶP VỚI CỐNG QUA ĐÊ. Cống là một hạng mục quan trọng trên hệ thống đê, những năm qua do hệ thống đê được tôn cao, đắp dày nên nhiều cống phải nối dài, tải trọng tác dụng lên cống cũng lớn hơn nhiều so với thiết kế. Một số cống xây dựng mới, tuy chất lượng được nâng cao hơn trước song về thiết kế và thi công đã bộc lộ không ít tồn tại về xử lý nền, khớp nối, cửa van, bể tiêu năng, đắp đất trên và xung quanh cống… Công tác 6 quản lý vận hành cống chưa thường xuyên, khi xảy ra hư hỏng không sữa chữa kịp thời, bởi vậy khi gặp lũ lớn gây ra sự cố bất ngờ. Sự cố ở cống có thể xảy ra trong quá trình thi công như: Sạt lở ở cống Hiệp Hòa ở hệ thống thủy nông Đô Lương ở tỉnh Nghệ An; xảy ra trong quá trình quản lý, vận hành như: Sự cố cống Mai Lâm trên Đê tả sông Đuống, cống bị sự cố thấm qua vai cống năm 1957 gây vỡ đê; cống Kênh Khê trên Đê tả sông Hồng, cống bị đùn sủi, tràn đê gây vỡ đê khu vực hai bên cống năm 1915… Kết quả điều tra 855 cống qua đê trong Đề tài độc lập cấp Nhà nước “ Nghiên cứu giải pháp Khoa học Công nghệ để sữa chữa nâng cấp các cống dưới đê thuộc sông Hồng và sông Thái Bình” năm 2006 cho thấy, trên hệ thống sông Hồng và sông Thái Bình có 132 cống bị hư hỏng cần sữa chữa, số liệu thống kê một số sự cố ở cống qua đê trong bảng 1.

Thống kê một số sự cố xảy ra ở cống TT Loại sự cố Số lượng (%) Loại sự cố (%) 1 Lún, nứt, chuyển vị tường, thân trần cống 57/132 (43,18) 57/240 (23,75) Lún, nứt, chuyển vị tường cánh thượng, 2 40/132 (30,3) 40/240 (16,66) hạ lưu 3 Xói, bồi bể sau tiêu năng 41/132 (31,06) 41/240 (17,08) 4 Thấm qua nền, vai cống 30/132 (22,73) 30/240 (12,5) 5 Hỏng cửa van 24/132 (18,18) 24/240 (12,66) 6 Sạt mái bảo vệ thượng, hạ lưu 23/132 (17,42) 23/240 (9,58) 7 Cống ngắn cần nối dài 14/132 (10,6) 14/240 (5,83) 8 Hỏng khớp nối 11/132 (8,33) 11/240 (4,56) Nguyên nhân chung gây ra sự cố ở cống là do khảo sát, thiết kế, thi công, quản lý vận hành và một số nguyên nhân khác như: Nước lũ vượt quá mức thiết kế, thay đổi điều kiện sử dụng. Tuy nhiên với từng sự cố lại do những nguyên nhân cụ thể như sau: 1. Lún, nứt, chuyển vị tường, thân trần cống. - Hiện tượng: Xuất hiện các vết nứt trên thân cống, cao trình đỉnh cống không đảm bảo theo thiết kế, xuất hiện dòng thấm rò rỉ qua thân cống.

7 Mặt cắt ngang cống thiết kế Mặt cắt ngang cống do lún, chuyển vị Hình 1. Lún, chuyển vị tường, thân, trần cống - Nguyên nhân: Do bê tông co ngót, cường độ chịu kéo kém, đê được tôn cao làm tăng sức chịu tải của cống, phân đoạn cống không hợp lý nên khi nền lún không đều làm nứt thân cống. Khi cống bị chuyển vị vượt giới hạn cho phép sẽ gây ra nứt, vết nứt mở rộng làm nước rò rỉ qua thân cống. Lún, nứt, chuyển vị tường cánh thượng, hạ lưu.

- Hiện tượng: Xuất hiện các vết nứt ở tường cánh, trong mùa lũ tường bị chuyển vị, thường gặp ở cống có tường bằng đá xây hoặc bê tông thường, móng xử lý bằng cọc tre hoặc không xử lý bằng cọc tre. - Nguyên nhân: Do lực đẩy phía sau tường cánh lớn hơn tính toán, thi công tường cánh và đất đắp phía sau lưng tường không đảm bảo chất lượng. Xói, bồi bể sau tiêu năng. - Hiện tượng: Quan sát thấy dòng chảy không êm, không thuận; thường có dòng xoáy quẩn hoặc cuộn thỉnh thoảng còn nghe tiếng réo.

Hố xói sâu và rộng có thể sập cả tường cánh, ăn sâu vào nền cống phía hạ lưu, đe dọa nghiêm trọng đến an toàn của cống. Hạ lưu cống bị xói sâu - Nguyên nhân: Hạ lưu cống không có thiết bị tiêu năng, hoặc có nhưng không đảm bảo yêu cầu chống xói; tính toán sai chế độ thủy lực sau cống, nước nhảy phát 8 sinh ngoài sân tiêu năng làm hạ lưu sân tiêu năng bị xói rất sâu; đóng mở cống không đúng quy trình. Thấm qua nền, vai cống. Từ kết quả thống kê ở bảng 1.2 ta thấy trong 132 cống bị hư hỏng cần sữa chữa, sự cố thấm có 30 cống chiếm tỷ lệ khá lớn (22,73%) [3].

Một số các cống mới xây dựng gần đây bị sự cố thấm như cống D10 (2002), cống Mai Trang (2001), cống Tắc Giang (2012)… Hiện tượng về thấm cần phải tiếp tục được nghiên cứu. Tuy nhiên với các cống xây dựng qua đê vùng đồng bằng sông Hồng, có thể đưa ra một số nhận định như sau: - Các cống qua đê đều xây dựng trên nền cát chảy, đặc trưng địa chất nền nhạy cảm về thấm chạy dọc từ Hà Nội xuống Hà Nam và Nam Định [2]; - Các cống đều xử lý đóng cọc bê tông cốt thép, một số cống có đóng cừ chống thấm [2]; - Quan sát các hiện trạng các cống bị sự cố cho thấy dòng thấm mang theo một lượng cát nền trôi xuống hạ lưu. Ví dụ như: Cống Đập Phúc đã phải bơm 360m3 vữa (cát + xi măng), Vĩnh Mộ (150m3), Tắc Giang (600m3)… Có những cống nền rỗng trên 3m, cống hầu như đứng trên đầu cọc [2]. Thấm qua nền cống.

Hiện tượng trong mùa lũ cửa cống đóng nhưng ở sân tiêu năng hay ở đoạn kênh nối tiếp sau sân tiêu năng phát sinh hiện tượng mạnh sủi, lỗ phụt. Thấm qua nền cống 9 b. Thấm qua vai cống. Hiện tượng khi mực nước sông dâng cao, quan sát ở vai cống phía đồng thấy nước rịn ra mái đê chỗ tiếp giáp giữa đê và cống, có khi nước chảy ra thành vòi.

Thấm qua vai cống c. - Do khảo sát: Tài liệu khảo sát không đầy đủ; khi khảo sát địa chất không tuân thủ chặt chẽ các quy định Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 8477:2010 “Công trình thủy lợi - yêu cầu về thành phần khối lượng khảo sát địa chất trong giai đoạn lập dự án thiết kế, hoặc khảo sát theo quy định nhưng do địa chất nền khu vực xây dựng phức tạp, nên kết quả không phản ánh một cách toàn diện và chính xác tình hình thực tế của nền. Việc bảo quản và vận chuyển mẫu không đảm bảo nguyên dạng. Đối với đất cát, cát pha khi vận chuyển thường bị phá vỡ kết cấu và mất nước nên thí nghiệm mẫu không cho kết quả tin cậy; - Do thiết kế: Do khi thiết kế chưa chọn chính xác các chỉ tiêu cơ lý phản ánh đúng điều kiện địa chất thực tế của công trình.

Thiết kế không đảm bảo chiều dài chống thấm, không có cừ, tường răng chống thấm; kết cấu chống thấm không phù hợp với điều kiện địa chất; - Do thi công: + Thi công đất đắp vai cống không đảm bảo yêu cầu chống thấm: Không tuân thủ chặt chẽ quy định tại điều 11.5 của Tiêu chuẩn quốc gia Việt Nam TCVN 8297: 2009; đất đắp vai cống không đạt yêu cầu như quy định tại điều 8.5 Tiêu chuẩn quốc gia Việt Nam TCVN 8216:2009 - Thiết kế đập đất đầm nén; 10 + Thi công thiết bị chống thấm không đạt yêu cầu chống thấm: Không đảm bảo độ khít nước giữa các cừ chống thấm; thi công khớp nối không đảm bảo chất lượng; + Khi thi công làm xáo trộn hoặc phá hoại kết cấu của đất nền nguyên dạng gây mất ổn định thấm; + Khi thi công không tuân thủ đầy đủ các yêu cầu kỹ thuật của thiết kế đề ra; thay đổi biện pháp tiêu nước hố móng nhưng căn cứ vào tài liệu địa chất, thủy văn công trình để tính toán kiểm tra xói ngầm đất nền trong thi công nhất là khi cống xây dựng ở vùng cát chảy, mực nước ngầm cao; - Do quản lý và vận hành: + Quản lý vận hành không tuân thủ chặt chẽ Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 8418: 2010 - Công trình thủy lợi - quy trình quản lý vận hành duy tu bảo dưỡng cống; + Không bố trí thiết bị quan trắc thấm hoặc có nhưng kết quả quan trắc được cũng không được phân tích để kiểm tra đối chiếu với kết quả thiết kế.