B GIO DC V O TO
B NễNG NGHIP V PTNT
TRNG I HC THY LI
V QUANG TUN
Nghiên cứu giải pháp nâng cao an toàn đập đất
trong giai đoạn thi công xây dựng LUN VN THC S
trong giai đoạn thi công xây dựng
Chuyờn ngnh: Xõy dng cụng trỡnh thy
Mó s: 60.58.40
LUN VN THC S
Ngi hng dn khoa hc: NGND. GS. TS Lờ Kim Truyn
H NI - 2013
LỜI CÁM ƠN
Tác giả luận văn xin chân thành cám ơn giáo viên hướng dẫn
NGND.GS.TS. Lê Kim Truyền đã hướng dẫn và chỉ bảo tận tình về chuyên
môn trong suốt quá trình nghiên cứu.
Xin cám ơn nhà trường và các thầy cô trường Thủy Lợi Hà Nội đã dạy
bảo hướng dẫn tác giả trong suốt quá trình học cao học, cán bộ thư viện
trường đã giúp đỡ tác giả trong quá trình tìm kiếm tài liệu để thực hiện luận
văn.
Cám ơn công ty CPTVXD Thủy lợi 1, tổng công ty XD Thủy Lợi 4, Ban
quản lý XD Thủy Lợi 5, Sở NN&PTNT tỉnh Thùa Thiên Huế đã giúp đỡ tác
giả có đủ tài liệu phục vụ cho việc thực hiện luận văn.
Học viên Vũ Quang Tuấn
MỤC LỤC
26TMỞ ĐẦU26T 1
26TCHƯƠNG 1: AN TOÀN ĐẬP VÀ VẤN ĐỀ LIÊN QUAN26T 4
26T1.1. An toàn đập và sự quan tâm của các Quốc gia26T 4
26T1.1.1. An toàn đập và sự quan tâm của các nước trên thế giới26T 4
26T1.1.2. An toàn hồ, đập và sự quan tâm của nước ta.26T 8
26T1.2. Sự cần thiết phải quan tâm đến vấn đề an toàn hồ, đập.26T 11
26T1.3. Vị trí của đập đất trong công tác an toàn đập.26T 12
26T1.5. Kết luận chương 126T 17
26TCHƯƠNG 2 NHỮNG HƯ HỎNG DẪN ĐẾN MẤT AN TOÀN ĐẬP ĐẤT
TRONG GIAI ĐOẠN THI CÔNG
26T 18
26T2.1. Hư hỏng đập đất liên quan đến phương án dẫn dòng thi công26T 18
26T2.1.1. Nhiệm vụ thiết kế và thi công các phương án dẫn dòng thường
dùng trong thi công đập đất
26T 18
26T2.1.2. Hư hỏng của đập đất xuất phát từ dẫn dòng thi công26T 19
26T2.2. Những hư hỏng liên quan đến sự cố nước tràn qua đập trong giai đoạn
thi công.
26T 20
26T3.4. An toàn đập trong công tác lập tiến độ và bố trí mặt bằng26T 79
26T3.4.1. An toàn đập trong công tác lập tiến độ26T 79
26T3.4.2 An toàn đập trong công tác bố trí mặt bằng26T 82
26T3.5. An toàn đập và công tác quản lý chất lượng thi công26T 84
26T3.5.1. Trình tự thực hiện và quản lý chất lượng thi công xây dựng26T 84
26T3.5.2. Trách nhiệm của các bên liên quan26T 85
26T3.5.3. Công tác nghiệm thu và lưu trữ hồ sơ26T 90
26T3.6. Kết luận chương 326T 91
26TCHƯƠNG 4 ÁP DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CHO THIẾT KẾ TỔ
CHỨC THI CÔNG ĐẬP ĐẤT HỒ TẢ TRẠCH - THỪA THIÊN HUẾ
26T 93
26T4.1. Giới thiệu công trình Hồ Tả trạch26T 93
26T4.1.1. Giới thiệu chung26T 93
26T4.1.2. Các hạng mục công trình26T 94
26T4.2. Phương án dẫn dòng thi công.26T 102
26T4.2.1. Tiêu chuẩn thiết kế dẫn dòng26T 102
26T4.2.2. Phương án26T 103
26T4.3. Phân đợt đắp đập và tiến độ thi công26T 104
26T4.3.1. Đặc điểm điều kiện tự nhiên khu vực xây dựng26T 104
26T4.3.2. Các yêu cầu đối với công tác thi công đập đất26T 105
26T4.3.3. Biện pháp đắp đập đất26T 106
26T4.4. Quản lý chất lượng quá trình xây dựng đập26T 113
26T4.5. Kết luận chương 426T 119
26TKẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ26T 121
26T1. Kết luận26T 121
26T2. Kiến nghị26T 121
26TTÀI LIỆU THAM KHẢO26T 123
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
26TUHình 2.1: Hố móng cống thực tế thi công.U26T 26
26TUHình 3.15: Quan hệ giữa h, n, γUR
k
RU và ω cho loại đất không dínhU26T 64
26TUHình 3.16: Quan hệ giữa dung trọng khô và độ ẩmU26T 65
26TUHình 3.17: Quan hệ độ ẩm đầm nện và hệ số thấm kiểm tra mẫu đất đập Cà
Giây theo thí nghiệm đầm nện Proctor
U26T 67
26TUHình 3.18: Bạt bậc thụt thành mái dốcU26T 72
26TUHình 3.19: Bóc nền để đắp đậpU26T 72
26TUHình 3.20: Sự hình thành các mặt tiếp giáp rất yếu trong thân đập đất khi
phân đoạn thi công theo mặt cắt ngang.
U26T 75
26TUHình 3.21: Sự hình thành các mặt tiếp giáp rất yếu trong thân đập khi phân
đoạn thi công theo chiều dọc đập.
U26T 76
26TUHình 3.22: Mặt bằng xử lý khe nối tiếp ngangU26T 77
26TUHình 3.23: Mặt cắt kinh tế thi công vượt lũ trong giai đoạn IIU26T 82
26TUHình 4.1: Vị trí cụm công trình đầu mối Hồ Tả TrạchU26T 94
26TUHình 4.2: Mặt bằng bố trí tổng thể Hồ Tả TrạchU26T 96
26TUHình 4.3: Mặt cắt đập chính tại lòng sôngU26T 101
26TUHình 4.4: Đường biến thiên độ ẩm của đất trầm tích và bồi tíchU26T 109
26TUHình 4.5: Bóc tầng phủ và đào rãnh thoát nước hạ thấp ẩm tại mỏU26T 110
26TUHình 4.6: Cày xới phơi đất tại mặt đập và bóc lớp đất không đạt độ ẩmU26T 111
26TUHình 4.7: Tổ hợp máy thi công và xử lý mặt đập sau mưaU26T 112
26TUHình 4.8: Lấy mẫu thí nghiệm kiểm tra chất lượng lớp đắpU26T 117 DANH MUC CÁC BẢNG BIỂU
26TUBảng 1.1: Thống kê các trường hợp hư hỏng của đập và toàn bộ nguyên nhân
1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Từ nhiều thế kỷ qua, con người đã biết xây dựng các đập để tạo hồ trữ
nước tự nhiên, điều tiết dòng chảy phục vụ nhu cầu sử dụng nước theo thời
gian và không gian, hạn chế lũ lụt, tạo môi trường sinh thái… Do ưu thế của
chúng, số lượng hồ chứa nước trên Thế giới ngày càng nhiều. Bên cạnh tác
dụng to lớn của loại công trình này, chúng cũng chứa nhiều tiềm ẩn rủi ro.
Trên Thế giới đã có không ít đập đất bị vỡ gây nhiều thiệt hại về người, tài
sản và ảnh hưởng không nhỏ đến môi trường. Với lý do trên, nhiều tổ chức
Quốc tế liên quan đến an toàn hồ chứa, đập được hình thành. Tổ chức Quốc tế
về an toàn các đập lớn Thế giới (ICOLD) được thành lập từ năm 1928, hiện
nay có trên 80 nước tham gia.
Theo xu thế phát triển chung, số lượng đập cao trên Thế giới ngày càng
được xây dựng nhiều hơn. Việt Nam cũng trong xu hướng đó và đập đất
chiếm khoảng 90% các đập tạo hồ chứa: những năm 70-80 của thế kỷ XX
chúng ta mới xây dựng được một số đập lớn như đập Thác Bà, Hòa Bình, Phú
Ninh, Dầu Tiếng, Kè Gỗ, Thác Mơ… nhưng chỉ trong chục năm đầu thế kỷ
XXI hàng loạt các đập lớn được xây dựng với kết cấu đa dạng và thời gian thi
công nhanh như đập Ba Hạ, IA Súp thượng, Tràng Vinh, Sê San 3, Sê san
4,…
Đập đất là loại đập vật liệu địa phương, phù hợp với nhiều loại nền, dễ
thích nghi với sự thay đổi thể tích; dễ thi công, chỉ cần nắm chắc quy trình và
tổ chức quản lý chất lượng chặt chẽ là có thể xây dựng được. Thực tế chưa
hoàn toàn như vậy, một số nước trên Thế giới có khoa học kỹ thuật phát triển
vẫn xẩy ra thảm họa vỡ đập, điển hình như ở Mỹ, Ý…gây thiệt hại nhiều tài
sản và tính mạng của nhân dân. Theo điều tra năm 1998, Việt Nam có trên
2
trình
3
+ Tiếp cận qua các nguồn thông tin khác
- Phương pháp nghiên cứu:
+ Phương pháp tổng hợp, phân tích đánh giá
+ Phương pháp chuyên gia
4
CHƯƠNG 1: AN TOÀN ĐẬP VÀ VẤN ĐỀ LIÊN QUAN
1.1. An toàn đập và sự quan tâm của các Quốc gia
1.1.1. An toàn đập và sự quan tâm của các nước trên thế giới
Công trình thủy lợi là sản phẩm của cuộc đấu tranh giữa loài người với
nước. Mấy nghìn năm nay, nhân dân các nước trên thế giới đã xây dựng rất
nhiều công trình thủy lợi, để lại cho chúng ta rất nhiều kinh nghiệm quý báu.
Trong đó tuyệt đại bộ phận là kinh nghiệm thành công, song cũng có một
phần là kinh nghiệm thất bại. Nghiên cứu tình hình làm việc của những công
trình này có thể làm cho chúng ta nhận thức sâu hơn, nâng cao trình độ của
chúng ta và làm cho kiến thức của chúng ta phong phú hơn.
Từ đầu thế kỷ 20 đến nay, trong các nước ở châu Âu, châu Á, châu Phi
và châu Mỹ, theo đà phát triển của sự nghiệp thủy lợi, các trường hợp sự cố
công trình cũng tăng rõ rệt, đem lại tổn thất vật chất to lớn, thấm chí làm cho
vô số người bị chết. Do đó người ta ngày càng coi trọng các biện pháp làm thế
nào để ngăn ngừa các sự cố mất an toàn hồ, đập. Từ lý thuyết đến thực tiễn, từ
các sự cố phân tích nghiên cứu các trạng thái và nguyên nhân làm hư hỏng
công trình.
Bảng thống kê các trường hợp hư hỏng của đập và toàn bộ nguyên nhân
hư hỏng.
Bảng 1.1: Thống kê các trường hợp hư hỏng của đập và toàn bộ nguyên nhân
hư hỏng trên thế giới từ năm 1799 ÷1931.
9
Khai thác và bảo dưỡng không chính đáng
10
Loài động vật có răng khoét đào hang trong đập.
11
Chất đất không đạt tiêu chuẩn, dễ tan trong nước.
12
Nền không ổn định hặc mềm rời
13
Việc đặt ống nước có áp trong đập đất hoặc đập đá đổ không thích
đáng, chân đế bị lún, bố trí cửa van tháo nước không đúng.
14
Duối đập và đường tràn xả lũ thiếu biện pháp chống tác dụng xói
phá.
15
Động đất
16
Các nguyên nhân khác chưa điều tra rõ.
17
Lớp phủ đáy hồ trong hồ chứa nhỏ bị hư hỏng.
6
Bảng 1.2: Thống kê các vụ vỡ đập trên thế giới
Loại đập
Chiều cao
đập (thước
Anh)
100-125
125-150
trên 150
15
16
3
-
-
-
-
4
1
-
-
-
-
-
4
5
5
-
-
-
-
1
-
4
-
1
-
-
-
-
-
-
-
-
1
-
-
-
-
-
-
-
1
-
-
-
-
-
-
-
-
1
-
-
-
-
-
-
2
-
-
-
-
-
-
-
34
37
26
6
6
3
5
29
32
22
5
5
3
4
Cộng
Tổng số
34
5
14
7
13
-
-
-
-
-
-
-
-
1
-
-
-
-
-
-
-
-
1
-
1
-
-
-
-
-
-
-
-
-
1
-
-
-
-
-
1
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
3
3
1
0
2
1
2
25
25
8
0
17
8
17
Cộng
Tổng số
4
0
1
2
0
1
1
0
0
0
1
0
0
1
-
-
-
-
3
4
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
5
1
-
-
1
1
-
-
-
1
-
-
-
-
31
30
9
3
7
100-125
125-150
150-200
Trên 200
Không nói
rõ
2
-
-
-
1
-
-
-
-
-
-
-
1
-
7
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
1
-
-
-
2
0
6
2
1
0
1
0
1
0
9
0
67
100
Đập
vòm và
đập liên
vòm
0-50
50-100
100-150
Trên 150
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
2
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
0
0
7
100
8
Tổng hợp một số yếu tố phổ biến rút ra từ những thực tế về tại nạn xảy ra
trên các công trình thủy lợi trên thế giới trong vòng 100 năm nay (1913 -
2013) như sau:
1. Yếu tố tự nhiên: công trình chịu những tác dụng phá hoại không thể
lường trước được của thiên nhiên như gặp lũ bất thường, dòng chảy đặc biệt
lớn, bão, động đất, lở núi, satk lở mái dốc và một số tác dụng địa chất ngấm
ngầm khác.
2. Yếu tố khảo sát, thiết kế: điều tra nghiên cứu điều kiện thiên nhiên nơi
xây dựng công trình không toàn diện hoặc xử lý không chính xác; dự đoán sai
đối với điều kiện làm việc của công trình trong tương lai, và sự phiến diện về
tư tưởng chỉ đạo thiết kế v.v
3. Yếu tố thi công: làm sai yêu cầu của thiết kế, vật liệu xây dựng dùng
thi công và phương pháp thi công không thỏa đáng, chất lượng không đúng
quy định, và thiếu chế độ kiểm tra có hiệu quả v.v
4. Yếu tố khai thác và quản lý: thiếu quan trắc, kiểm tra trạng thái làm
việc của công trình, thiếu kịp thời bảo vệ và tu sửa những chỗ hư hỏng, nhân
viên quản lý thao tác sai v.v
5. Yếu tố chiến tranh: hoạt động quân sự trên mặt đất, ném bom, bộc phá
nổ v.v
1.1.2. An toàn hồ, đập và sự quan tâm của nước ta.
Tính đến nay, ở nước ta có 5579 hồ chứa thuộc địa bàn của 45/64 tỉnh
ích để nâng cao chất lượng và phòng tránh sự cố cho các hồ chứa nước đã,
đang và sẽ xây dựng ở nước ta.
Bảng 1.3: Phân loại mức độ sự cố theo số lượng hồ chứa nước
Số
TT
Mức độ sự
cố
Theo qui mô hồ chứa (cái/%)
Tổng số
Lớn
vừa
nhỏ
Cực nhỏ
1
Bình thường
174/39,1
20/4,5
16/3,6
39/8,8
108/24,3
2
Sự cố nhỏ
172/38,7
20/4,5
32/7,2
32/7,2
91/20,4
3
Sụ cố lớn
99/22,2
Đập thấp hơn thiết kế
40/9,0
0
8/19,0
19/19,8
13/5,0
4
Hỏng tràn xả lũ
113/25,39
8/17,8
15/35,7
30/31,5
60/22,9
5
Cống bị hỏng
77/17,3
11/24,4
6/14,3
25/26,0
35/13,4
6
Cửa bị hỏng
16/3,6
1/2,2
0
3/3,0
12/4,6
Từ số liệu trên có thể xếp trình tự các loại sự cố theo số lượng như sau:
1. Sạt mái thượng lưu: 25,84%
2. Hỏng đập tràn xả lũ: 25,39%
cảnh báo mất an toàn đập qua số liệu quan trắc thủy văn, địa chất, địa chấn,
quan trắc công trình và trách nhiệm của các tổ chức quản lý thông qua nội
dung kỹ thuật sổ tay an toàn đập, v.v
1.2. Sự cần thiết phải quan tâm đến vấn đề an toàn hồ, đập.
Cũng như các công trình xây dựng khác, công trình thuỷ lợi thường vẫn
xảy ra những sự cố ở những thời gian, mức độ và tính chất khác nhau. Đập
nước là loại hình công trình thuỷ lợi phổ biến nhất ở nước ta, chỉ trừ các tỉnh
thuộc đồng bằng sông Cửu Long và một số tỉnh của đồng bằng Bắc bộ như
Thái Bình, Nam Định và Hà Nam còn tất cả các tỉnh khác đều có đập.
Hiện nay, cả thế giới đang phải đối mặt với các vấn đề biến đổi khí hậu,
trong đó có hiện tượng mưa lũ vượt ra ngoài các quy luật thông thường. Đợt
lũ lịch sử vừa qua ở Hà Tĩnh, Quảng Bình, Nghệ An là một ví dụ. Đã xảy ra
hiện tượng lũ chồng lên lũ, con lũ trước chưa rút hết thì con lũ sau đã sầm sập
đổ về. Thêm vào đó, cường suất của con lũ sau là rất lớn; lượng mưa 1 ngày
tại Chu Lễ (Hương Khê - Hà Tĩnh) đo được là 800mm; tổng lượng mưa 5
ngày lên tới 1300÷1500mm. Tổng lượng nước này được dồn vào các thung
lũng sông gây nên lũ lụt kinh hoàng. Trong điều kiện mưa lũ lớn như vậy, các
hồ đập thủy lợi rất dễ bị tổn thương bởi các lý do sau đây.
Các hồ đập thường khống chế một lưu vực nhất định. Toàn bộ nước mưa trên
lưu vực được dồn vào bụng hồ phía trước đập. Lưu vực càng lớn, nước dồn về
càng nhiều; rừng bị phá, mặt đệm trơ trọi, nước dồn về càng nhanh làm cho
đường tràn xả nước không kịp, gây tràn và vỡ đập.
Chúng ta vừa chứng kiến những ngày mưa lũ kinh hoàng ở các tỉnh miền
Trung. Mưa lũ lớn, gây ngập trên diện rộng và gây tổn thất lớn lao về người
và tài sản, nặng nề nhất là ở các tỉnh Hà Tĩnh, Quảng Bình, Nghệ An. Mặc dù
đỉnh lũ đã đi qua, nhưng ngập úng ở các vùng dân cư còn dài, khả năng phát
sinh dịch bệnh, thiếu đói ở các khu vực dân cư vùng ngập lũ đang hiện hữu.
12
Trong thiết kế và xây dựng đập ở nước ta hiện nay, tiêu chuẩn phòng lũ
ra đa số xảy ra ở những hồ chứa vừa và nhỏ và với đập dâng nước là đập đất.
Tuy là hồ chứa nhỏ nhưng khi có sự cố có sức tàn phá ghê gớm.
Hơn nữa các hồ đập khi thiết kế trước đây đều dựa vào nguồn tài liệu
thủy văn ngắn hạn, tính toán dòng chảy chưa bảo đảm. Thời gian từ thập niên
60 đến 2002. Sai lầm là chỉ duy trì tính toán lũ thiết kế, bỏ qua lũ kiểm tra
nên khả năng cắt lũ của các hồ chứa rất hạn chế. Biến đổi khí hậu là vấn đề hệ
trọng của sự phát triển, là thách thức lớn nhất đối với mục tiêu phát triển bền
vững, hiểm họa tiềm tàng đối với nhân loại.
Mặt khác, trong lịch sử phát triển xây dựng đập đất cho thấy: đập đất đã
được xây dựng rất nhiều nhưng được thiết kế đơn giản, thiết bị tiêu thoát
nước, dẫn dòng không được chú trọng, xử lý lớp tiếp giáp giữa các công trình
đất và công trình xây đúc không tốt1, khi thi công rất nhiều chỗ đều đổ trực
tiếp từ trên xe vận tải xuống thành đống không có biện pháp đầm nện tốt. Do
vậy, đập đất tiềm ẩn nhiều rủi ro mất an toàn đập nhất, công tác an toàn đập
đập đất cần phải đóng vai trò chủ chốt, nghiên cứu sâu rộng, rà soát lại các sự
cố mất an toàn đập trong thiết kế và thi công đập. Từ đó điều chỉnh các tài liệu
địa chất, thủy văn, các tiêu chuẩn thiết kế, bổ sung các tiêu chuẩn trong thi
công, đảm bảo chặt chẽ hơn trong quản lý chất lượng công trình tốt hơn.
Dưới đây xin nêu ra một số sự cố xảy ra gây mất an toàn ở đập đất và
nguyên nhân:
- Lũ tràn qua đỉnh đập do:
+ Tính toán thuỷ văn sai
+ Cửa đập tràn bị kẹt
+ Lũ vượt tần suất thiết kế
+ Đỉnh đập đắp thấp hơn cao trình thiết kế
14
- Sạt mái đập ở thượng lưu do:
+ Tính sai cấp bão
+ Biện pháp gia cố mái không đủ sức chịu của sóng do bão gây ra
+ Nước hồ rút xuống đột ngột gây giảm tải đột ngột ở mái thượng
lưu
+ Nền đập bị lún theo chiều dài tim đập
+ Đất đắp đập khối thượng lưu có tính lún ướt và tan rã nhanh
nhưng khảo sát không phát hiện ra hoặc thiết kế không có biện pháp đề
phòng.
- Trượt mái thượng và hạ lưu đập do:
+ Sóng bão kéo dài phá hỏng lớp gia cố
+ Nước hồ rút nhanh
+ Thiết kế chọn sai sơ đồ tính toán ổn định, tổ hợp tải trọng
+ Địa chất nền xấu không xử lý triệt để
+ Chất lượng thi công không đảm bảo
+ Thiết bị tiêu nước thấm trong thân đập không làm việc, thiết bị
tiêu nước mưa trên mái không tốt
22T1.4. Giai đoạn thi công xây dựng công trình và vấn đề an toàn đâp.
Trong các sự cố xảy ra với hồ đập, nguyên nhân do quá trình thi công
không đảm bảo đúng yêu cầu thiết kế, chất lượng thi công kém là một trong
nhữnng nguyên nhân chủ yếu, dưới đây xin được tổng hợp lại các sự cố mất
an toàn hồ đập do quá trình thi công kém.
- Lũ tràn qua đỉnh đập do:
+ Đỉnh đập đắp thấp hơn cao trình thiết kế hoặc do lún khiến đập
không đạt cao trình thiết kế.
+ Lũ vượt thiết kế.
16
+ Do vật cản gây trở ngại cho đường tràn tháo lũ làm giảm khả năng
tháo lũ.
- Sạt mái đập ở thượng lưu do:
+ Thi công lớp gia cố kém chất lượng
+ Đất mái thượng lưu đầm nện không đủ độ chặt
Copyright: Tài liệu đại học ©