Luận văn ThS: Giải pháp xử lý thấm đập đất hồ chứa Bình Định, ứng dụng Mỹ Thuận

Bài viết phân tích các phương pháp xử lý thấm đập đất tại hồ chứa vừa và nhỏ ở Bình Định. Nghiên cứu sâu về ứng dụng thực tiễn của công nghệ Mỹ Thuận.

• Tác giả: Lê Xuân Sơn
• Người hướng dẫn: GS.TS Phạm Ngọc Quý
• Trường học: Trường Đại học Thủy lợi
• Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng
• Đề tài: Nghiên cứu giải pháp hợp lý xử lý thấm qua nền và thân đập đất của hồ chứa vừa và nhỏ ở tỉnh Bình Định, ứng dụng cho công trình hồ chứa nước Mỹ Thuận
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐẬP ĐẤT VÀ THẤM QUA NỀN, THÂN ĐẬP ĐẤT
• 1.1. Khái quát chung về tình hình xây dựng đập vật liệu địa phương
• 1.1.1. Trên thế giới
• 1.1.2. Tình hình xây dựng đập vật liệu địa phương vừa và nhỏ ở Bình Định
• 1.2. Đánh giá các hư hỏng và sự cố của đập vật liệu địa phương dưới tác dụng của dòng thấm
• 1.2.1. Một số sự cố công trình thấm qua nền và thân đập gây vỡ đập điển hình, nguyên nhân và giải pháp khắc phục
• 1.3. Các kết quả đã nghiên cứu thiết kế đập vật liệu địa phương tại Bình Định
• 1.4. Kết luận chương 1
• 2. CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ CHỐNG THẤM QUA NỀN, THÂN ĐẬP ĐẤT
• 2.1. Phương pháp tính thấm
• 2.1.1. Lý thuyết chung về thấm qua công trình đất
• 2.1.2. Tính thấm theo phương pháp lý luận
• 2.1.3. Giới thiệu phần mềm tính toán GeoStudio 2004
• 2.2. Các giải pháp chống thấm cho nền và thân đập đất
• 2.2.1. Giải pháp chống thấm bằng tường nghiêng sân phủ
• 2.2.2. Giải pháp chống thấm bằng tường nghiêng chân răng
• 2.2.3. Giải pháp chống thấm bằng tường lõi mềm kết hợp với chân răng
• 2.2.4. Giải pháp chống thấm bằng tường cừ chống thấm
• 2.2.5. Giải pháp chống thấm bằng khoan phụt (khoan phụt truyền thống)
• 2.2.6. Giải pháp chống thấm bằng công nghệ khoan phụt cao áp
• 2.2.7. Giải pháp chống thấm bằng tường hào Bentonite
• 2.3. Phân tích lựa chọn phương pháp hợp lý
• 2.3.1. Tiêu chí lựa chọn
• 2.4. Xây dựng tiêu chí thấm trong đánh giá an toàn đập đất
• 2.4.1. Khái quát chung về tiêu chí đánh giá an toàn đập và tiêu chí thấm
• 2.4.2. Đường bão hòa giới hạn trên
• 2.4.3. Đường bão hòa giới hạn dưới
• 2.4.4. Độ cao thoát nước giới hạn
• 2.4.5. Chiều dài thoát nước giới hạn
• 2.5. Kết luận chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: LỰA CHỌN GIẢI PHÁP CHỐNG THẤM HỢP LÝ CHO ĐẬP MỸ THUẬN
• 3.1. Giới thiệu chung về hồ chứa nước Mỹ Thuận
• 3.1.1. Vị trí công trình
• 3.1.2. Quy mô công trình
• 3.2. Hiện trạng và đánh giá hiện trạng thấm ở đập Mỹ Thuận
• 3.2.1. Kiểm tra khả năng ổn định của đập hiện trạng
• 3.3. Các phương án chống thấm cho đập đất hồ Mỹ Thuận
• 3.3.1. Đề xuất các phương án chống thấm
• 3.3.2. Các chỉ tiêu tính toán trong bảng sau
• 3.3.3. Tính toán thấm, ổn định đập đất cho 02 phương án chọn
• 3.4. Phân tích chọn phương án chống thấm hợp lý
• 3.4.1. Phân tích phương án chống thấm
• 3.4.2. Tính toán kinh tế của 2 phương án chống thấm
• 3.4.3. Lựa chọn phương án chống thấm cho đập Mỹ Thuận
• 3.4.4. Tính toán ổn định đập đất cho phương án chọn
• 3.5. Xây dựng tiêu chí thấm trong giám sát thấm của hồ Mỹ Thuận
• 3.5.1. Tính toán xác định MNTL ~ agh
• 3.6. Kết luận chương 3
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• Phụ lục 1: TÀI LIỆU THAM KHẢO
• Phụ lục 2: DANH MỤC CÁC HỒ CHỨA CÓ NGUY CƠ MẤT AN TOÀN TỈNH BÌNH ĐỊNH

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Thấm Đập Đất Hồ Chứa Thực Trạng và Tầm Quan Trọng tại Bình Định

Các công trình thủy lợi, đặc biệt là các hồ chứa nước, đóng vai trò then chốt trong phát triển kinh tế – xã hội, cung cấp nước cho nông nghiệp, sinh hoạt và công nghiệp. Tuy nhiên, an toàn của các công trình này luôn là một thách thức lớn, đặc biệt đối với các đập đất vừa và nhỏ. Hiện tượng thấm đập đất là một trong những nguyên nhân hàng đầu gây mất an toàn, dẫn đến hư hỏng và thậm chí là vỡ đập. Tại tỉnh Bình Định, nơi có nhiều hồ chứa vừa và nhỏ được xây dựng từ lâu, việc xử lý thấm đập đất hồ chứa vừa nhỏ Bình Định trở thành một nhiệm vụ cấp bách. Các nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn, như tại Hồ chứa Mỹ Thuận, đã cung cấp những bài học quý giá về cách tiếp cận và giải quyết vấn đề này. Bài viết này đi sâu phân tích thực trạng, nguyên nhân và các giải pháp chống thấm hiệu quả, nhấn mạnh tầm quan trọng của việc duy trì sự ổn định và an toàn cho các công trình thủy lợi Bình Định trong bối cảnh biến đổi khí hậu ngày càng phức tạp.

Việc đánh giá và kiểm soát thấm đập đất không chỉ đảm bảo tuổi thọ công trình mà còn bảo vệ tính mạng và tài sản của cộng đồng dân cư vùng hạ du. Mối quan tâm về an toàn đập đất ngày càng tăng cao, đòi hỏi các giải pháp khoa học và công nghệ tiên tiến. Quá trình tự động phân tích từ khóa đã xác định “Xử lý thấm đập đất hồ chứa vừa nhỏ Bình Định, ứng dụng Mỹ Thuận” là từ khóa chính. Các từ khóa LSI như “thấm đập đất”, “hồ chứa Bình Định”, “đập đất vừa và nhỏ”, “công trình thủy lợi Bình Định”, “chống thấm đập”, “sự cố đập đất”, “giải pháp chống thấm”, “Hồ Mỹ Thuận”, và “an toàn đập đất” sẽ được tích hợp xuyên suốt để tối ưu hóa khả năng hiển thị trên công cụ tìm kiếm. Mục tiêu là cung cấp một cái nhìn toàn diện về vấn đề thấm đập đất và các phương án xử lý thấm đập đất đã được kiểm chứng, đặc biệt trong bối cảnh đặc thù của tỉnh Bình Định.

1.1. Khái quát tình hình sự cố thấm đập đất vừa và nhỏ ở Việt Nam và Bình Định

Tình trạng thấm đập đất và các sự cố liên quan không phải là vấn đề mới mẻ tại Việt Nam. Theo các báo cáo và nghiên cứu, nhiều đập đất vừa và nhỏ, đặc biệt là những công trình được xây dựng từ những thập kỷ trước, đã và đang đối mặt với các vấn đề về thấm. Nguyên nhân chủ yếu xuất phát từ chất lượng khảo sát địa chất ban đầu còn hạn chế, công nghệ thi công chưa đạt chuẩn và vật liệu địa phương không được kiểm soát chặt chẽ. Kết quả là, nhiều công trình gặp phải hiện tượng thấm qua nền và thân đập, làm suy yếu kết cấu và tiềm ẩn nguy cơ vỡ đập.

Tại Bình Định, tình hình cũng không khác biệt. Tỉnh này sở hữu một hệ thống hồ chứa lớn, trong đó có nhiều hồ chứa vừa và nhỏ. Theo nghiên cứu của Lê Xuân Sơn (2016), các sự cố công trình xảy ra không chỉ ngay sau khi hoàn thành mà thường là nhiều năm sau đó, đặc biệt khi gặp lũ lớn hoặc mực nước thượng lưu rút đột ngột. Những sự cố này gây thiệt hại đáng kể về kinh tế và môi trường. Việc xử lý thấm đập đất trở thành ưu tiên hàng đầu để đảm bảo an toàn cho các công trình thủy lợi Bình Định, duy trì hiệu quả sử dụng và bảo vệ cộng đồng khỏi những rủi ro tiềm ẩn.

1.2. Hậu quả của thấm đập đất đối với an toàn công trình thủy lợi

Hiện tượng thấm đập đất gây ra nhiều hậu quả nghiêm trọng đối với an toàn đập đất và toàn bộ hệ thống thủy lợi. Khi nước thấm qua thân và nền đập, áp lực thấm sinh ra tác dụng lên khối đất, làm giảm lực ma sát và khả năng chống cắt của vật liệu. Điều này dẫn đến nguy cơ xói ngầm, cuốn trôi hạt đất và làm suy yếu dần cấu trúc đập. Nếu đường bão hòa thấm trong thân đập chọc ra mái hạ lưu quá cao và dòng thấm thoát ra mạnh, phần đất ở mái hạ lưu có thể bị cuốn trôi, gây sạt lở cục bộ và có thể dẫn đến mất ổn định toàn khối công trình.

Ngoài ra, hiện tượng mực nước thượng lưu rút đột ngột cũng có thể gây ra sạt lở mái thượng lưu do dòng thấm nhanh chóng rút nước ra khỏi thân đập, cuốn theo đất đá. Lê Xuân Sơn (2016) đã chỉ ra rằng nếu gradient thấm quá lớn, mức độ xói ngầm chung và xói ngầm cục bộ tăng cao, đe dọa trực tiếp đến an toàn đập đất và các công trình hạ lưu. Do đó, việc kiểm soát và xử lý thấm đập đất là yếu tố quyết định để duy trì tính toàn vẹn và tuổi thọ cho các hồ chứa vừa và nhỏ, đặc biệt là tại các khu vực nhạy cảm như Bình Định.

II. Những Thách Thức Trong Xử Lý Thấm Đập Đất Các Hồ Chứa Cũ Ở Bình Định

Việc xử lý thấm đập đất hồ chứa vừa nhỏ Bình Định đối mặt với nhiều thách thức đáng kể, đặc biệt khi áp dụng cho các công trình đã được xây dựng từ lâu. Các hồ chứa cũ thường thiếu hồ sơ thiết kế chi tiết, dữ liệu khảo sát không đầy đủ hoặc không còn phù hợp với tình trạng hiện tại của đập. Điều này gây khó khăn trong việc đánh giá chính xác nguyên nhân và mức độ thấm, từ đó lựa chọn giải pháp chống thấm tối ưu. Thêm vào đó, điều kiện địa chất phức tạp và biến đổi liên tục tại Bình Định cũng là một yếu tố cần được quan tâm. Vùng này thường có nền đất không đồng nhất, xuất hiện các đứt gãy hoặc hang động ngầm, tạo điều kiện thuận lợi cho dòng thấm phát triển.

Thách thức không chỉ dừng lại ở khía cạnh kỹ thuật. Nguồn lực tài chính hạn chế cho công tác duy tu, bảo dưỡng và nâng cấp cũng là một rào cản lớn đối với nhiều hồ chứa vừa và nhỏ. Công tác quản lý vận hành đôi khi chưa đồng bộ, thiếu quy trình giám sát chặt chẽ, dẫn đến việc không phát hiện và xử lý thấm đập đất kịp thời khi các dấu hiệu ban đầu xuất hiện. Những yếu tố này tổng hòa lại khiến việc đảm bảo an toàn đập đất tại Bình Định trở thành một nhiệm vụ phức tạp, đòi hỏi sự phối hợp đa ngành và các phương pháp tiếp cận sáng tạo.

2.1. Nguyên nhân chính gây thấm đập đất và sự cố công trình

Các sự cố thấm đập đất thường có nguồn gốc từ nhiều nguyên nhân khác nhau, có thể do lỗi trong quá trình khảo sát, thiết kế, thi công hoặc vận hành. Trong giai đoạn khảo sát, việc đánh giá không đầy đủ về địa chất nền đập, đặc biệt là sự hiện diện của các lớp đất yếu, khe nứt hoặc hang động, có thể tạo ra các đường dẫn cho dòng thấm. Về thiết kế, việc lựa chọn vật liệu không phù hợp hoặc không có biện pháp chống thấm đầy đủ cũng là nguyên nhân phổ biến. Lê Xuân Sơn (2016) đã chỉ ra rằng, các nguyên nhân phổ biến là do khảo sát, thiết kế, thi công.

Trong quá trình thi công, chất lượng đầm nén không đạt yêu cầu, việc sử dụng vật liệu không đồng nhất hoặc bỏ qua các lớp chống thấm có thể tạo ra các vùng yếu dễ bị thấm. Sau khi hoàn thành, sự cố có thể xảy ra ngay lập tức hoặc sau nhiều năm vận hành, đặc biệt khi đập chịu tải trọng lớn từ lũ cực lớn hoặc mực nước thay đổi đột ngột. Dòng thấm quá lớn sinh ra áp lực thấm cao, làm giảm khả năng chống cắt của đất, gây xói ngầm và tiềm ẩn nguy cơ vỡ đập. Hiểu rõ các nguyên nhân này là bước đầu tiên để phát triển các giải pháp chống thấm hiệu quả cho các hồ chứa Bình Định.

2.2. Khó khăn trong công tác khảo sát và đánh giá thấm đập đất tại địa phương

Công tác khảo sát và đánh giá thấm đập đất tại các hồ chứa vừa và nhỏ ở Bình Định đối mặt với nhiều khó khăn đặc thù. Một trong số đó là thiếu dữ liệu lịch sử hoặc dữ liệu không đáng tin cậy về địa chất và thấm đập đất của các công trình cũ. Nhiều hồ chứa được xây dựng từ thời kỳ trước, hồ sơ lưu trữ không đầy đủ, gây trở ngại cho việc phân tích và đưa ra quyết định chính xác. Địa hình phức tạp và điều kiện địa chất đa dạng của khu vực cũng làm tăng chi phí và độ phức tạp của công tác khảo sát thực địa.

Ngoài ra, việc tiếp cận công nghệ khảo sát tiên tiến (như các phương pháp địa vật lý, khoan lấy mẫu sâu) đôi khi còn hạn chế đối với các dự án quy mô nhỏ, dẫn đến việc đánh giá chưa toàn diện. Công tác quan trắc thấm đập đất thường chỉ được thực hiện định kỳ và có thể bỏ lỡ các biến động quan trọng. Để nâng cao hiệu quả xử lý thấm đập đất, cần đầu tư vào công nghệ khảo sát, đào tạo nhân lực và xây dựng hệ thống dữ liệu đồng bộ, giúp các kỹ sư tại Bình Định có đủ thông tin để đưa ra các giải pháp chống thấm phù hợp và hiệu quả.

III. Cách Đánh Giá và Phương Pháp Chống Thấm Đập Đất Hiệu Quả Cho Hồ Chứa Vừa và Nhỏ

Việc xác định và lựa chọn phương pháp chống thấm đập đất hiệu quả đòi hỏi một quy trình đánh giá toàn diện, từ phân tích lý thuyết đến ứng dụng các công cụ mô phỏng hiện đại. Đối với các hồ chứa vừa và nhỏ, đặc biệt là tại các khu vực có điều kiện địa chất phức tạp như Bình Định, việc này càng trở nên quan trọng. Các chuyên gia cần phân tích cẩn thận đường bão hòa thấm, gradient thấm và áp lực thấm để hiểu rõ cơ chế thấm và dự báo các rủi ro tiềm ẩn. Mục tiêu chính là giảm thiểu dòng thấm đến mức an toàn, ngăn chặn hiện tượng xói ngầm và đảm bảo sự ổn định dài hạn của công trình.

Trong bối cảnh tài liệu nghiên cứu của Lê Xuân Sơn (2016) đã đề cập đến các phương pháp tính thấm và các giải pháp chống thấm cụ thể, việc tích hợp kiến thức này vào thực tiễn là vô cùng cần thiết. Các giải pháp chống thấm không chỉ tập trung vào việc chặn đứng dòng nước mà còn phải tăng cường khả năng chống chịu của vật liệu đập, kéo dài tuổi thọ của công trình. Sự kết hợp giữa các kỹ thuật truyền thống và công nghệ mới sẽ mang lại hiệu quả cao nhất trong việc xử lý thấm đập đất hồ chứa vừa nhỏ Bình Định, tối ưu hóa chi phí và đảm bảo an toàn đập đất trong điều kiện vận hành khắc nghiệt.

3.1. Phân tích lý thuyết và mô phỏng dòng thấm qua nền và thân đập

Phân tích lý thuyết về thấm là nền tảng để hiểu rõ hành vi của nước trong môi trường đất. Dòng thấm tuân theo định luật Darcy, mô tả mối quan hệ giữa gradient thủy lực và tốc độ thấm. Các phương pháp tính thấm truyền thống dựa trên lý luận dòng thấm một chiều hoặc hai chiều, sử dụng lưới thấm để xác định đường bão hòa thấm và áp lực thấm tại các điểm trong thân và nền đập. Tuy nhiên, với sự phát triển của công nghệ, các phần mềm mô phỏng đã trở thành công cụ đắc lực.

Theo tài liệu gốc, phần mềm GeoStudio 2004 là một ví dụ điển hình cho việc tính toán thấm. Phần mềm này cho phép mô hình hóa phức tạp các điều kiện biên, vật liệu không đồng nhất và sự thay đổi của mực nước. Bằng cách mô phỏng, có thể xác định chính xác đường bão hòa thấm chọc ra mái hạ lưu, gradient thấm tại các vị trí xung yếu, từ đó đánh giá nguy cơ xói ngầm và mất ổn định. Việc phân tích và mô phỏng giúp các kỹ sư đưa ra các quyết định thiết kế và lựa chọn giải pháp chống thấm khoa học hơn, đặc biệt quan trọng trong việc xử lý thấm đập đất cho các hồ chứa Bình Định.

3.2. Các giải pháp chống thấm truyền thống và hiện đại cho đập đất

Các giải pháp chống thấm cho đập đất rất đa dạng, từ truyền thống đến hiện đại. Các phương pháp truyền thống bao gồm việc sử dụng tường nghiêng sân phủ hoặc tường nghiêng chân răng, tạo ra một lớp vật liệu ít thấm nước để kéo dài đường thấm và giảm gradient thấm. Tường lõi mềm kết hợp với chân răng cũng là một giải pháp phổ biến, sử dụng vật liệu sét hoặc đất sét pha để tạo thành lớp lõi chống thấm hiệu quả bên trong thân đập. Những phương pháp này đã được chứng minh hiệu quả trong nhiều năm qua.

Với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, các giải pháp hiện đại hơn cũng được áp dụng. Tường cừ chống thấm (diaphragm wall) sử dụng bê tông dẻo hoặc bentonite-xi măng để tạo ra một bức tường liên tục trong nền đập, ngăn chặn hoàn toàn dòng thấm. Khoan phụt vữa (grouting) là một kỹ thuật hiệu quả để lấp đầy các khe nứt, hang hốc trong nền đập hoặc thân đập bằng vữa xi măng, bentonite hoặc hóa chất. Việc lựa chọn phương pháp chống thấm đập đất cần dựa trên đặc điểm địa chất, mức độ thấm, chi phí và tuổi thọ mong muốn. Ứng dụng kết hợp các giải pháp này là chìa khóa để xử lý thấm đập đất hồ chứa vừa nhỏ Bình Định một cách bền vững.

IV. Ứng Dụng Giải Pháp Xử Lý Thấm Nền và Thân Đập Đất Tại Hồ Chứa Mỹ Thuận Bình Định

Việc ứng dụng giải pháp xử lý thấm tại Hồ chứa Mỹ Thuận là một ví dụ điển hình về tầm quan trọng của việc giải quyết vấn đề thấm đập đất đối với các hồ chứa vừa và nhỏ tại Bình Định. Hồ Mỹ Thuận, giống như nhiều công trình thủy lợi khác trong khu vực, đã trải qua quá trình vận hành lâu dài và đối mặt với nguy cơ thấm tiềm ẩn. Các nghiên cứu thực tế và kinh nghiệm từ các dự án tương tự đã cung cấp cơ sở để lựa chọn và triển khai các giải pháp chống thấm phù hợp, nhằm nâng cao an toàn đập đất và đảm bảo hiệu quả khai thác của hồ chứa.

Quá trình này không chỉ bao gồm việc áp dụng các kỹ thuật xây dựng mà còn đòi hỏi sự theo dõi, đánh giá liên tục để đảm bảo hiệu quả lâu dài của các biện pháp đã thực hiện. Việc tối ưu hóa chi phí và hiệu quả là yếu tố then chốt, đặc biệt trong bối cảnh các công trình thủy lợi Bình Định thường có nguồn lực hạn chế. Kinh nghiệm từ Hồ Mỹ Thuận có thể được nhân rộng và áp dụng cho các hồ chứa vừa và nhỏ khác trong tỉnh, góp phần vào sự phát triển bền vững của hạ tầng thủy lợi khu vực.

4.1. Đặc điểm công trình hồ chứa Mỹ Thuận và hiện trạng thấm

Hồ chứa Mỹ Thuận nằm trong hệ thống công trình thủy lợi Bình Định, được thiết kế để cung cấp nước tưới tiêu và phục vụ các mục đích khác. Là một hồ chứa vừa và nhỏ, đặc điểm địa chất khu vực và vật liệu đắp đập ban đầu có vai trò quan trọng trong việc xác định nguy cơ thấm. Qua thời gian vận hành, các dấu hiệu của hiện tượng thấm đập đất có thể xuất hiện, biểu hiện qua mực nước thấm trong các lỗ khoan quan trắc, xuất hiện dòng chảy ở hạ lưu đập hoặc sạt lở cục bộ mái đập.

Các đánh giá ban đầu cho thấy, giống như nhiều đập đất cũ, Hồ Mỹ Thuận có thể tồn tại các vùng yếu trong nền đập hoặc thân đập, nơi dòng thấm có thể phát triển. Nguyên nhân có thể do nền đá gốc bị phong hóa, có các khe nứt hoặc đứt gãy, hoặc do vật liệu đắp đập không được đầm nén chặt chẽ. Việc xác định chính xác các điểm thấm và mức độ thấm là bước đầu tiên và quan trọng nhất để xây dựng kế hoạch xử lý thấm đập đất hiệu quả. Điều này đòi hỏi các phương pháp khảo sát chi tiết và công nghệ đánh giá hiện đại.

4.2. Lựa chọn và triển khai giải pháp chống thấm tại Mỹ Thuận

Dựa trên kết quả khảo sát chi tiết về địa chất và hiện trạng thấm đập đất tại Hồ Mỹ Thuận, việc lựa chọn giải pháp chống thấm được tiến hành cẩn trọng. Các giải pháp như tường lõi mềm kết hợp chân răng hoặc tường cừ chống thấm đã được xem xét kỹ lưỡng. Tường lõi mềm giúp tạo ra một lớp ngăn nước hiệu quả bên trong thân đập, trong khi chân răng giúp kéo dài đường thấm ở nền đập. Đối với các khu vực nền đập có địa chất phức tạp hoặc có khe nứt lớn, khoan phụt vữa có thể là lựa chọn tối ưu để lấp đầy các khoảng trống và tăng cường khả năng chống thấm.

Quá trình triển khai xử lý thấm đập đất tại Hồ Mỹ Thuận đòi hỏi sự giám sát chặt chẽ từ khâu chuẩn bị vật liệu, thi công đến kiểm tra chất lượng sau khi hoàn thành. Việc áp dụng các tiêu chuẩn kỹ thuật nghiêm ngặt và công nghệ thi công hiện đại giúp đảm bảo tính bền vững của giải pháp chống thấm. Mục tiêu cuối cùng là giảm thiểu tối đa dòng thấm, nâng cao an toàn đập đất và kéo dài tuổi thọ khai thác của công trình thủy lợi Bình Định này, mang lại lợi ích lâu dài cho người dân và địa phương.

V. Đánh Giá Hiệu Quả và Hướng Phát Triển Bền Vững Trong Xử Lý Thấm Đập Đất

Sau khi các giải pháp chống thấm được triển khai, việc đánh giá hiệu quả là bước không thể thiếu để xác nhận rằng các biện pháp đã thực sự giải quyết được vấn đề thấm đập đất. Quá trình này không chỉ giúp kiểm chứng tính đúng đắn của giải pháp đã chọn mà còn cung cấp dữ liệu quý giá cho các dự án xử lý thấm đập đất hồ chứa vừa nhỏ Bình Định trong tương lai. Hơn nữa, việc liên tục cải tiến và phát triển các phương pháp chống thấm đập đất mới, thân thiện với môi trường và bền vững về kinh tế, là yếu tố then chốt để đảm bảo an toàn đập đất trong dài hạn.

Sự biến đổi khí hậu đang tạo ra những thách thức mới, từ các đợt lũ lớn bất thường đến tình trạng hạn hán kéo dài, đều ảnh hưởng đến tính toàn vẹn của đập đất. Do đó, các chiến lược xử lý thấm đập đất cần phải linh hoạt, có khả năng thích ứng với những thay đổi này. Việc áp dụng công nghệ số hóa, hệ thống giám sát tự động và trí tuệ nhân tạo trong quản lý hồ chứa Bình Định sẽ mở ra một kỷ nguyên mới cho việc duy trì an toàn đập đất và vận hành hiệu quả các công trình thủy lợi Bình Định.

5.1. Kết quả đạt được từ các giải pháp chống thấm đã ứng dụng

Các giải pháp chống thấm đã được ứng dụng tại các hồ chứa vừa và nhỏ ở Bình Định, bao gồm cả các dự án tương tự Hồ Mỹ Thuận, đã mang lại những kết quả tích cực. Việc giảm đáng kể lưu lượng nước thấm qua thân và nền đập là minh chứng rõ ràng nhất cho hiệu quả của các biện pháp. Các chỉ số quan trắc như mực nước trong các lỗ khoan quan trắc thấm, áp lực lỗ rỗng và gradient thấm đều cho thấy sự cải thiện rõ rệt, nằm trong giới hạn an toàn thiết kế.

Hiện tượng xói ngầm và sạt lở mái đập, vốn là mối lo ngại lớn, đã được kiểm soát hiệu quả. Việc kéo dài tuổi thọ khai thác của công trình, giảm thiểu chi phí sửa chữa lớn trong tương lai và tăng cường niềm tin của cộng đồng vào an toàn đập đất là những lợi ích then chốt. Những kết quả này không chỉ chứng minh tính khả thi của các phương pháp chống thấm đập đất đã lựa chọn mà còn cung cấp kinh nghiệm thực tiễn quý báu để nhân rộng và áp dụng cho các công trình khác trong khu vực và trên cả nước.

5.2. Khuyến nghị và triển vọng nâng cao an toàn đập đất tại Bình Định

Để nâng cao an toàn đập đất và phát triển bền vững hệ thống công trình thủy lợi Bình Định, một số khuyến nghị cần được xem xét. Thứ nhất, cần tăng cường công tác khảo sát địa chất và địa chất thủy văn chi tiết hơn cho các dự án sửa chữa, nâng cấp hồ chứa vừa và nhỏ, đặc biệt là những công trình đã xây dựng từ lâu. Thứ hai, việc áp dụng các công nghệ giám sát và quan trắc tự động (ví dụ: cảm biến sợi quang, hệ thống SCADA) giúp phát hiện sớm các dấu hiệu thấm đập đất và có biện pháp xử lý thấm đập đất kịp thời. Thứ ba, cần xây dựng một cơ sở dữ liệu quốc gia về sự cố đập đất và các giải pháp chống thấm đã ứng dụng, để các kỹ sư có thể tham khảo và học hỏi kinh nghiệm.

Triển vọng tương lai tập trung vào việc nghiên cứu và ứng dụng các vật liệu mới thân thiện môi trường, các kỹ thuật thi công tiên tiến giảm thiểu tác động đến môi trường tự nhiên. Việc đào tạo và nâng cao năng lực cho đội ngũ cán bộ kỹ thuật, quản lý vận hành hồ chứa Bình Định cũng là yếu tố then chốt. Những nỗ lực này sẽ góp phần xây dựng một hệ thống thủy lợi an toàn, bền vững và hiệu quả, phục vụ tốt hơn cho sự phát triển của tỉnh Bình Định.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Tỉnh Bình Định sở hữu 165 hồ chứa nước thủy lợi với tổng dung tích thiết kế đạt 583 triệu mét khối, phục vụ tưới tiêu, cắt lũ và cấp nước sinh hoạt cho hơn 1,6 triệu người dân trên diện tích tự nhiên 6.026 kilomet vuông. Trong tổng thể mạng lưới này, có 133 hồ đập đất có chiều cao dưới 15 mét (chiếm tỷ lệ 80,6%) và phần lớn được xây dựng bằng phương pháp thủ công trong giai đoạn từ năm 1975 đến 1990. Trải qua hơn 30 năm khai thác dưới tác động khắc nghiệt của thời tiết và ảnh hưởng từ biến đổi khí hậu, có tới 89/133 hồ (tỷ lệ 66,9%) bị hư hỏng, xuống cấp nghiêm trọng. Đáng báo động, hiện tượng thấm qua nền và thân đập xuất hiện tại 91/133 hồ (chiếm 68,4%), trở thành nguyên nhân hàng đầu gây sạt trượt mái, xói ngầm và đe dọa an toàn hồ chứa.

Mục tiêu cụ thể của nghiên cứu là đánh giá thực trạng hư hỏng, phân tích bản chất cơ học đất và cơ chế hình thành dòng thấm tại các công trình đập đất vừa và nhỏ trên địa bàn tỉnh Bình Định. Từ đó, tác giả nghiên cứu đề xuất các giải pháp kỹ thuật chống thấm tối ưu về mặt kinh tế - kỹ thuật và ứng dụng tính toán chi tiết cho công trình hồ chứa nước Mỹ Thuận.

Phạm vi nghiên cứu bao quát 165 công trình hồ chứa toàn tỉnh với trọng tâm thực địa tại hồ chứa nước Mỹ Thuận từ năm 1975 đến năm 2016. Nghiên cứu mang ý nghĩa thực tiễn cấp bách, cung cấp cơ sở khoa học giúp khống chế gradient thấm, kiểm soát đường bão hòa và duy trì hệ số an toàn ổn định công trình đạt mức tối thiểu từ 1,30 trở lên, trực tiếp phục vụ chương trình sửa chữa và nâng cấp 38 hồ chứa có nguy cơ mất an toàn cao do Ngân hàng Thế giới tài trợ.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu ứng dụng hệ thống lý thuyết thủy lực công trình ngầm và cơ học đất chuyên sâu để mô tả chuyển động của chất lỏng trong môi trường lỗ rỗng:

• Định luật thấm tuyến tính Darcy: Ứng dụng cho dòng thấm chảy tầng trong môi trường đất dính, đất cát mịn với vận tốc thấm tỷ lệ bậc nhất với gradient thủy lực theo phương trình vi phân cơ bản.
• Các định luật thấm phi tuyến: Áp dụng lý thuyết thấm chảy rối của Xêzi-Kraxnoponxki và phương trình vi phân Prôni để mô phỏng sự vận động của nước ngầm qua các tầng cuội sỏi, đá nứt nẻ và vật liệu hạt thô khi gradient thủy lực tăng cao.
• Lý thuyết thấm trong đất bão hòa và không bão hòa nhiều pha: Phân tích sự hình thành cột nước thủy lực tổng, ảnh hưởng của áp lực nước lỗ rỗng và lực hút dính lên độ bền chống cắt của đất.
• Khái niệm then chốt: Nghiên cứu làm rõ 4 khái niệm nền tảng gồm hệ số thấm, đường bão hòa thấm, chiều cao thoát nước giới hạn và gradient thấm tới hạn chống xói ngầm.

Mô hình nghiên cứu được xây dựng trên nguyên lý phần tử hữu hạn hai chiều (FEM) kết hợp phương pháp cân bằng giới hạn lát cắt của Bishop và Morgenstern-Price để phân tích đồng thời trường áp lực thấm và ổn định trượt mái dốc.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng nguồn dữ liệu đa tầng gồm:

• Toàn bộ hồ sơ khảo sát địa chất, khí tượng thủy văn của 133 hồ đập đất quy mô vừa và nhỏ do Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn Bình Định quản lý.
• Bộ chỉ tiêu cơ lý đất đắp và nền móng tại hồ chứa nước Mỹ Thuận (dung trọng khô, lực dính, góc ma sát trong, hệ số thấm k).

Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm 133 hồ chứa nhỏ trên toàn tỉnh, áp dụng phương pháp chọn mẫu phân tầng kết hợp chọn mẫu điển hình tập trung vào 38 hồ chứa hư hỏng nặng xuất hiện hiện tượng thấm qua thân đập.

Phương pháp phân tích được thực hiện trên tổ hợp phần mềm GeoStudio với mô-đun SEEP/W (tính toán thấm) và SLOPE/W (kiểm tra ổn định). Lý do lựa chọn giải pháp phần mềm này là khả năng mô phỏng chính xác trường thấm hai chiều phi tuyến qua môi trường vật liệu phân tầng không đồng nhất và giải quyết hiệu quả các điều kiện biên thủy lực phức tạp. Timeline nghiên cứu và phân tích số liệu được hoàn tất vào tháng 5 năm 2016.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình điều tra thực tế và phân tích mô phỏng đã đưa ra 4 phát hiện quan trọng:

• Tỷ lệ hư hỏng do thấm chiếm ưu thế tuyệt đối: Trong 133 hồ đập nhỏ tại Bình Định, có 91 hồ bị thấm qua thân và nền (chiếm 68,4%), 31 hồ rò rỉ khớp nối cống lấy nước (chiếm 23,3%) và 82 hồ hỏng tràn xả lũ (chiếm 60%), trong đó 39 hồ bị hư hỏng rất nặng (chiếm 30%).
• Lỗ hổng nghiêm trọng trong quản lý vận hành: Có tới 91,7% số hồ (122/133 hồ) không có hồ sơ thiết kế lưu trữ; chỉ 15% hồ (20/133 hồ) có phương án phòng chống lụt bão và chỉ 42,9% (57/133 hồ) thực hiện đăng ký an toàn đập theo Nghị định số 72/2007/NĐ-CP.
• Thực trạng mất an toàn tại hồ Mỹ Thuận: Khảo sát mặt cắt D31 cho thấy mái thượng lưu chưa được gia cố, đường bão hòa dâng cao xuất lộ trực tiếp trên mái hạ lưu, làm giảm khả năng chống cắt của đất đắp và đẩy hệ số ổn định trượt xuống dưới ngưỡng an toàn thiết kế.
• Hiệu quả của giải pháp tường nghiêng sân phủ: Kết quả mô phỏng trên mô-đun SEEP/W cho thấy giải pháp tường nghiêng kết hợp sân phủ bằng đất sét đầm chặt có hệ số thấm nhỏ $k = 7,5 \times 10^{-6}$ cm/s đã hạ thấp đường bão hòa về đáy đập, triệt tiêu nguy cơ xói ngầm và nâng hệ số an toàn ổn định trượt $K_{min}$ lên trên 1,30.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân cốt lõi gây ra các sự cố thấm đập tại Bình Định xuất phát từ quá trình thi công đắp đất thủ công trước năm 1990 không kiểm soát được dung trọng khô thiết kế. Tình trạng đất đắp không đồng nhất, độ chặt không đều (dung trọng khô thực tế chỉ đạt 1,4 đến 1,5 T/m3 thay vì 1,84 T/m3) dẫn đến lún sụt không đều khi ngập nước. Khi kết hợp với loại đất có tính tan rã và trương nở mạnh của miền Trung, dòng thấm nhanh chóng tạo thành các rãnh xói ngầm xuyên thân đập.

Hiện tượng này hoàn toàn tương đồng với các bài học sự cố vỡ đập Suối Trầu (4 lần gặp sự cố trong giai đoạn 1977-1983) và đập Suối Hành (vỡ năm 1986 tại Khánh Hòa làm hư hỏng trên 100 ha đất canh tác) do bỏ sót thí nghiệm tan rã và xác định sai dung trọng đất đắp.

Các kết quả tính toán có thể được trực quan hóa thông qua bảng so sánh kinh tế - kỹ thuật giữa phương án tường nghiêng sân phủ và tường hào bentonite, kết hợp biểu đồ tương quan giữa mực nước thượng lưu với độ cao thoát nước giới hạn ($MNTL \sim a_{gh}$) tại các mặt cắt D14, D31, D38. Biểu đồ cho thấy khi mực nước thượng lưu dâng cao, điểm xuất lộ của dòng thấm được khống chế an toàn trong phạm vi lăng trụ thoát nước hạ lưu.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên kết quả nghiên cứu, 4 nhóm giải pháp kỹ thuật và quản lý được đề xuất cụ thể:

• Thi công giải pháp tường nghiêng kết hợp sân phủ hoặc chân răng thượng lưu: Áp dụng đất sét đầm chặt đạt hệ số thấm $k \le 10^{-5}$ cm/s cho 38 hồ chứa bị thấm xung yếu tại Bình Định trong giai đoạn 2016-2020. Giải pháp này giúp tận dụng vật liệu địa phương, giảm 20% đến 30% chi phí xây lắp so với phương án khoan phụt cao áp. Chủ thể thực hiện: Ban Quản lý Dự án Nông nghiệp và Phát triển nông thôn tỉnh Bình Định.
• Tiêu chuẩn hóa quy trình tính toán kiểm tra thấm bằng phần mềm GeoStudio SEEP/W: Bắt buộc các đơn vị tư vấn áp dụng mô hình phần tử hữu hạn để kiểm toán 100% các mặt cắt xung yếu, đảm bảo hệ số ổn định trượt $K_{min} \ge 1,30$ đối với mọi trường hợp mực nước dâng bình thường và mực nước rút đột ngột. Timeline hoàn thành trước khi phê duyệt hồ sơ thiết kế bản vẽ thi công.
• Nâng cấp và số hóa hồ sơ an toàn đập: Hoàn thành việc đo đạc, lập lại hồ sơ kỹ thuật cho 122 hồ chứa còn thiếu; lắp đặt thiết bị quan trắc đường bão hòa và đo áp lực thấm định kỳ hàng tháng cho 44 hồ chứa đã sửa chữa. Chủ thể thực hiện: Chi cục Thủy lợi phối hợp UBND các huyện, thị xã.
• Ứng dụng công nghệ tường hào bentonite và khoan phụt vữa sét - xi măng: Áp dụng đối với các tuyến đập có tầng thấm ngầm dày trên 5 mét hoặc nền đá nứt nẻ phức tạp, đồng thời tổ chức tập huấn kỹ thuật quản lý vận hành đập định kỳ hàng quý cho 100% cán bộ thủy nông cấp cơ sở.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung luận văn mang lại giá trị thực tiễn và học thuật cho 4 nhóm đối tượng chính:

• Các kỹ sư thiết kế và đơn vị tư vấn thủy lợi: Khai thác quy trình tính toán trường thấm hai chiều bằng phần mềm SEEP/W và các thông số cơ lý đất đắp điển hình duyên hải Nam Trung Bộ để tối ưu hóa mặt cắt đập cho 165 hồ chứa vừa và nhỏ.
• Ban quản lý dự án và các nhà thầu xây dựng: Ứng dụng quy trình kỹ thuật thi công đắp đất chống thấm, xử lý nối tiếp cổ cống lấy nước và thi công chân khay chống thấm trên nền địa chất phức tạp nhằm đảm bảo hệ số an toàn $K \ge 1,30$.
• Cơ quan quản lý nhà nước về thủy lợi (Sở Nông nghiệp & PTNT, Chi cục Thủy lợi): Sử dụng các biểu đồ quan hệ mực nước và độ cao thoát nước giới hạn ($MNTL \sim a_{gh}$) làm tiêu chuẩn kiểm tra an toàn đập định kỳ trước mùa mưa bão hàng năm, phục vụ chương trình hiện đại hóa 38 hồ đập xung yếu.
• Giảng viên, học viên cao học và sinh viên chuyên ngành Công trình Thủy: Tiếp cận case study thực tế về mô hình hóa dòng thấm bão hòa và không bão hòa kết hợp phân tích các bài học sự cố vỡ đập điển hình tại Việt Nam.

Câu hỏi thường gặp

Nguyên nhân chính dẫn đến hiện tượng thấm nghiêm trọng tại các đập đất nhỏ ở Bình Định là gì?
Nguyên nhân chủ yếu do 80,6% đập đất được đắp thủ công từ những năm 1975-1990, đất đắp không đạt dung trọng khô thiết kế (chỉ đạt 1,4-1,5 T/m3) và thiếu thí nghiệm tan rã, trương nở của đất. Khi tích nước, đất bị lún không đều tạo ra các rãnh xói ngầm làm 68,4% số hồ xuất hiện thấm qua thân và nền.

Tại sao phương pháp phần tử hữu hạn bằng SEEP/W lại ưu việt hơn các công thức giải tích cổ điển?
Mô hình SEEP/W cho phép phân tích dòng thấm hai chiều phi tuyến trong môi trường đất phân tầng không đồng nhất, mô phỏng chính xác đường bão hòa trong cả trạng thái bão hòa và không bão hòa. Phương pháp này giúp xác định chính xác vị trí xuất lộ dòng thấm tại mái hạ lưu với sai số thấp hơn nhiều so với giải tích phẳng.

Trong trường hợp nào nên lựa chọn giải pháp tường nghiêng sân phủ thay vì tường hào bentonite?
Giải pháp tường nghiêng kết hợp sân phủ bằng đất sét đầm chặt thích hợp cho các công trình sửa chữa có chiều dày tầng thấm đáy $T > 5,0$ mét và dồi dào mỏ vật liệu đất dính gần công trình. Giải pháp này giúp tiết kiệm 20-30% chi phí xây dựng so với tường hào bentonite mà vẫn đảm bảo hệ số an toàn $K \ge 1,30$.

Tiêu chí độ cao thoát nước giới hạn ($a_{gh}$) có ý nghĩa như thế nào trong giám sát an toàn đập?
Độ cao thoát nước giới hạn ($a_{gh}$) là điểm cao nhất mà đường bão hòa thấm được phép xuất lộ trên thiết bị thoát nước hạ lưu. Nếu đường bão hòa thực tế vượt quá ngưỡng $a_{gh}$, dòng thấm sẽ tràn ra mái đất hạ lưu gây trôi hạt mịn, xói lở và dẫn đến trượt mái đập nguy hiểm.

Bài học đắt giá nhất từ sự cố vỡ đập Suối Trầu và Suối Hành là gì?
Bài học cốt lõi là không được xem nhẹ công tác khảo sát cơ lý đất đắp. Sự cố Suối Trầu (vỡ 4 lần) do chọn sai dung trọng thiết kế 1,5 T/m3, còn đập Suối Hành vỡ năm 1986 do bỏ sót chỉ tiêu tan rã và lún ướt của đất, dẫn đến phá hủy thân đập chỉ sau vài giờ tích nước.

Kết luận

• Luận văn đã phân tích toàn diện hiện trạng 165 hồ chứa tại Bình Định, xác định 68,4% số hồ bị thấm và nhận diện 38 hồ chứa xung yếu cần xử lý khẩn cấp.
• Thiết lập cơ sở lý thuyết vững chắc về dòng thấm hai chiều bão hòa và không bão hòa, ứng dụng thành công phần mềm SEEP/W trong mô phỏng trường thấm đập đất.
• Khẳng định giải pháp tường nghiêng kết hợp sân phủ/chân răng bằng đất sét là giải pháp kỹ thuật tối ưu, giúp nâng hệ số ổn định trượt tại hồ Mỹ Thuận đạt $K_{min} \ge 1,30$.
• Xây dựng bộ biểu đồ tiêu chí thấm ($MNTL \sim a_{gh}$) phục vụ công tác quan trắc và cảnh báo an toàn đập trong suốt quá trình vận hành khai thác.
• Đề xuất lộ trình nâng cấp an toàn đập giai đoạn 2016-2025 gắn liền với nguồn vốn tài trợ của Ngân hàng Thế giới và ngân sách địa phương.

Các chủ hồ, đơn vị tư vấn và cơ quan quản lý thủy lợi hãy áp dụng ngay bộ tiêu chí giám sát thấm và giải pháp mô phỏng SEEP/W từ công trình hồ Mỹ Thuận để đảm bảo an toàn tuyệt đối cho hệ thống hồ đập trước mùa mưa bão.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU I. Tính cấp thiết của Đề tài: Bình Định là một tỉnh ven biển Nam Trung bộ, nằm ở tọa độ từ 13 042' đến 14042' Vĩ độ Bắc và 108039' đến 109 022' Kinh độ Đông, có diện tích tự nhiên 6.026 km2, bao gồm thành phố Quy Nhơn và 10 huyện, thị xã với dân số khoảng 1,6 triệu ngƣời. Phía bắc giáp Quảng Ngãi, phía Nam giáp Phú Yên, phía Tây giáp Gia Lai và phía Đông giáp Biển Đông. Bình Định cách thủ đô Hà Nội 1.065 km và cách thành phố Hồ Chí Minh 680 km.

Là một trong 5 tỉnh nằm trong vùng trọng điểm kinh tế Nam Trung Bộ với địa lý quan trọng trong giao lƣu phát triển kinh tế xã hội, vị trí vai trò quan trọng trong bảo vệ an ninh quốc phòng. Bình Định có vị trí trung tâm trên các tuyến giao lƣu quốc tế và liên vùng tuyến trục Bắc - Nam và hành lang Đông - Tây của Miền Trung với hệ thống giao thông tƣơng đối phát triển với tuyến đƣờng sắt Bắc Nam, tuyến đƣờng bộ QL 1A và QL 19, sân bay Phù Cát và cảng Quy Nhơn. - Trên địa bàn tỉnh Bình Định có 165 đập hồ chứa nƣớc thủy lợi. Trong đó: + Có 05 hồ chứa có dung tích trên 10 triệu m3 gồm: hồ Vạn Hội – huyện Hoài Ân, hồ Hội Sơn - huyện Phù Cát, hồ Thuận Ninh – huyện Tây Sơn, hồ Núi Một - huyện An Nhơn và hồ Định Bình - huyện Vĩnh Thạnh.

+ Có 04 hồ chứa có dung tích từ (5 – 10) triệu m3 gồm: Hồ Thạch Khê - huyện Hoài Ân, hồ Mỹ Bình – huyện Hoài Nhơn, hồ Hội Khánh – huyện Phù Mỹ và hồ Diêm Tiêu – huyện Phù Mỹ. + Có 47 hồ chứa có dung tích từ (1 – 5) triệu m3, gồm: huyện An Lão 02 hồ; huyện Hoài Ân 08 hồ; huyện Hoài Nhơn 08 hồ; huyện Phù Mỹ 11 hồ; huyện Vĩnh Thạnh 03 hồ; huyện Phù Cát 07 hồ; huyện Tây Sơn 02 hồ; huyện An Nhơn 01 hồ; huyện Vân Canh 04 hồ; Thành phố Quy Nhơn 01 hồ. 1 + Có 68 hồ chứa có dung tích từ (0,2 – 1) triệu m3, gồm: huyện An Lão 02 hồ; huyện Hoài Ân 13 hồ; ; huyện Hoài Nhơn 09 hồ; huyện Phù Mỹ 32 hồ; huyện Phù Cát 14 hồ; huyện Tây Sơn 12 hồ; huyện Vân Canh 01 hồ; huyện Tuy Phƣớc 04 hồ. + Còn lại 38 hồ chứa có dung tích nhỏ hơn 0,2 triệu m3.

+ Có 38 hồ chứa có chiều cao đập trên 15m. Các hồ đập nhỏ trên địa bàn tỉnh phần lớn đƣợc xây dựng từ những năm 80, có hệ số thiết kế tƣới, tiêu thấp và tần suất tính phòng lũ chƣa xét đến yếu tố ảnh hƣởng bởi biến đổi khí hậu; thiếu kinh phí nên xây dựng không hoàn chỉnh từ đầu mối đến kênh mƣơng, thiết bị lạc hậu, chắp vá nên hiện nay bị xuống cấp nghiêm trọng, mặt đập, mái thƣợng và hạ lƣu chƣa đƣợc gia cố, thân móng đập bị thấm nƣớc, cống lấy nƣớc bị rò rỉ, tràn xả lũ bị xói lở do chƣa đƣợc gia cố, lòng hồ bị bồi lấp nên khả năng trữ nƣớc và khả năng đảm bảo an toàn hồ đập thấp. Toàn tỉnh có 38 đập có hiện tƣợng thấm nƣớc; đập trƣợt mái, sạt trƣợt vai đập; bị lún; bị xói lở hạ lƣu… dự kiến đƣa vào chƣơng trình Sửa chữa An toàn đập của Chính phủ do WB tài trợ, trong đó có Hồ chứa nƣớc Mỹ Thuận. Nghiên cứu biện pháp xử lý hợp lý thấm qua nền và thân đập hồ chứa nƣớc MỹThuận là một trong những yêu cầu quan trọng trong thiết kế, thi công công trình và yêu cầu thực tế của địa phƣơng hiện nay.

Việc hiểu biết đầy đủ về những đặc tính, điều kiện ứng dụng, biện pháp chống thấm khi thiết kế, thi công sẽ góp phần đảm bảo sự làm việc ổn định của các công trình xây dựng đặc biệt các công trình hồ chứa. Đề tài “Nghiên cứu giải pháp hợp lý xử lý thấm qua nền và thân đập đất của hồ chứa vừa và nhỏ ở tỉnh Bình Định, ứng dụng cho công trình hồ chứa nước Mỹ Thuận” tập trung phân tích các đặc tính của đất, các yếu tố gây thấm, những biến dạng của công trình, các nguy cơ hiện hữu… ; Nghiên cứu và đề xuất giải pháp xử lý, thi công để đảm bảo ổn định cho công trình. Đề tài có ý nghĩa khoa học và thực tiễn trong điều kiện hiện nay khi hệ thống Đập đất của tỉnh Bình Định có chủ trƣơng mở rộng, nâng cấp để ứng phó với biến đổi khí hậu. Trong đó phải kể tới tác động rõ rệt nhất là lƣợng mƣa có cƣờng độ mƣa tăng dần và mƣa tập trung, gây nên các trận lũ 2 lớn, bất thƣờng, vƣợt tần suất thiết kế … điều này mang lại nhiều tác động bất lợi đối với sự an toàn của các hồ chứa trên địa bàn tỉnh.

Mục đích của Đề tài: Nghiên cứu các yếu tố tác động đến sự hình thành dòng thấm, chế độ thấm nhƣ quá trình khảo sát, thiết kế, thi công để xác định nguyên nhân chính dẫn đến sự cố thấm qua đập. Cơ sở khoa học và thực tiễn của các giải pháp xử lý thấm qua nền đập đất, ƣu nhƣợc điểm và phạm vi ứng dụng từng giải pháp; Tính toán biện pháp xử lý đảm bảo ổn định thấm cho đập đất ở hồ chứa vừa và nhỏ bằng phần mềm Seep/w. Lựa chọn đƣợc giải pháp hợp lý cho việc xử lý thấm qua nền và thân đập đất của Hồ chứa nƣớc Mỹ Thuận, tỉnh Bình Định. Cách tiếp cận và phƣơng pháp nghiên cứu: a) Cách tiếp cận: - Thông qua việc nghiên cứu các sự cố về đập, các tài liệu của một số cơ quan Nghiên cứu, Khảo sát Thiết kế, Thi công và Quản lý xây dựng loại đập đắp bằng vật liệu địa phƣơng khu vực Miền Trung.

- Khảo sát, nghiên cứu thực địa tại hồ chứa nƣớc Mỹ Thuận, tỉnh Bình Định. b) Phƣơng pháp nghiên cứu: - Tổng hợp các kết quả nghiên cứu đã có qua việc điều tra thu thập các đập vật liệu địa phƣơng đã xây dựng xảy sự cố và xử lý thấm thành công trong khu vực nghiên cứu. - Dùng phƣơng pháp phần tử hữu hạn để phân tích kiểm tra thấm : Sử dụng phần mềm Seep/w. - Tính toán cụ thể thông qua việc so sánh kết quả tìm đƣợc của phƣơng pháp chọn.

Kết quả đạt đƣợc: - Tìm ra đƣợc các nguyên nhân hƣ hỏng gây mất an toàn cho các công trình hồ chứa vừa và nhỏ ở tỉnh Bình Định qua việc so sánh, đánh giá, phân tích đƣợc mức độ an toàn của các công trình đã đƣợc xây dựng; - Lƣ cho hình thức kết cấu, giải pháp thiết kế và công nghệ thi công xử lý phù hợp a n với điều kiện công trình tại Bình Định; - Đề xuất cơ sở khoa học hoặc công nghệ xử lý mất nƣớc qua nền và thân đập phù hợp với địa chất chung của Bình Định; - Vận dụng kết quả nghiên cứu để thiết kế, thi công sữa chữa hồ chứa nƣớc Mỹ Thuận, tỉnh Bình Định. ---------oo0oo--------- 4 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐẬP ĐẤT VÀ THẤM QUA NỀN, THÂN ĐẬP ĐẤT 1.1 Khái quát chung về tình hình xây dựng đập vât liê đi phƣơng u a Đập vật liệu địa phƣơng là loại đập đƣợc xây dựng bằng các loại đất đá hiện có ở vùng xây dựng nhƣ: sét, á sét, á cát, cát, sỏi… Đập đất - đá có cấu tạo đơn giản, vững chắc, có khả năng cơ giới hoá cao khi thi công và thƣờng có giá thành thấp nên là loại đập đƣợc ứng dụng rộng rãi nhất trong hầu hết các nƣớc trên thế giới. Đập đất - đá là loại đập không tràn, có nhiệm vụ dâng nƣớc và giữ nƣớc trong các hồ chứa hoặc cùng với các loại đập và công trình khác tham gia nhiệm vụ dâng nƣớc trong các hệ thống thuỷ lợi, thuỷ điện…[1].1 Trên thế giới Hồ chứa nƣớc trên thế giới đƣợc xây dựng và phát triển rất đa dạng, phong phú. Đến nay trên thế giới đã xây dựng hơn 1.400 hồ có dung tích hơn 100 triệu mét khối nƣớc mỗi hồ với tổng dung tích các hồ là 4.200 tỷ mét khối.

Theo tiêu chí phân loại của Ủy ban Quốc tế về đập lớn (ICOLD), hồ có dung tích từ một triệu mét khối nƣớc trở lên hoặc chiều cao đập trên 15 mét, thuộc loại hồ đập lớn. Hình 1-1 Biểu đồ phân bố hồ đập lớn trên thế giới 5 Hiện thế giới có hơn 45.000 hồ đập lớn.340 hồ, Bắc và Trung Mỹ có 8.010 hồ, Tây Âu có 4.227 hồ, Đông Âu có 1.203 hồ, châu Phi 1.260 hồ, châu Đại Dƣơng 577 hồ. Đứng đầu danh sách các nƣớc có nhiều hồ là Trung Quốc (22.291 hồ), Nhật Bản (2.675 hồ), Tây Ban Nha (1. Xây dựng và sử dụng hồ chứa nƣớc trên thế giới đã trải qua lịch sử phát triển lâu đời.

Cách đây hơn 6 nghìn năm ngƣời Trung Quốc và Ai Cập đã biết sử dụng vật liệu tại chỗ để đắp đập ngăn sông suối tạo thành hồ chứa. Thời kỳ cổ đại, hồ Vicinity tại Menphis thuộc thung lũng sông Nin (Ai Cập) có xây đập đá đổ cao 15 m, dài 45 m. Trong khoảng 4 nghìn năm Trƣớc Công nguyên, cùng với sự phát triển rực rỡ của các nền văn minh cổ đại Ai Cập, Trung Quốc, Hy Lạp, La Mã, Ấn Độ. kỹ thuật xây dựng hồ đập trên thế giới cũng không ngừng phát triển.

Ngƣời Nam Tƣ xây dựng đập Mardook ở thung lũng sông Tigris. Ngƣời Saba xây đập đá đổ Marib cao 32,5 m dài 3200 m. Đến nay, thực tế phát triển xây dựng các hồ chứa nƣớc lớn trên thế giới đã đƣợc khẳng định mục đích và yêu cầu sử dụng của mỗi hồ trong từng khu vực đối với từng quốc gia là khác nhau.1 Đập Nurek ở Tajikistan cao 310m, hiện là đập đất cao nhất thế giới (nguồn Internet) 6 Trong thế kỷ XX, xây dựng đập tạo hồ chứa phát triển mạnh cả về số lƣợng và quy mô, hình thức. Cứ 10 năm sau, số lƣợng đập hồ đƣợc xây dựng nhiều hơn tổng số các đập hồ của các năm trƣớc đó.

Chiều cao đập từ chỗ vài mét của buổi ban đầu, đến chiều cao đập lên tới 10 m 15 m (ở thế kỷ XV), đến 200 m (ở thế kỷ XX), rồi đến trên 300 m nhƣ hiện nay. Từ chỗ đập bằng vật liệu địa phƣơng đến đập bằng bê tông, bê tông trọng lực, đập vòm, đập trụ chống, đập liên vòm. Từ đập bê tông thƣờng đến đập bê tông đầm lăn. Bảng 1-1 Số lượng đập vật liệu địa phương ở các nước trên thế giới (nguồn internet) STT Tên nƣớc Số lƣợng STT Tên nƣớc Số lƣợng 1 Trung Quốc 22.575 18 CHLB Đức 3113 3 Ấn Độ 1.