NGHIÊN CỨU NGUYÊN NHÂN VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP XỬ LÝ XÓI LỞ NỀN CỐNG VÀ VAI CỐNG-SAU SỰ CỐ CỐNG TẮC GIANG

Đặc điểm làm việc của cống qua đê là: Cột nước công tác thấp, chế độ tiêu năng sau cống thường phức tạp đặc biệt là cống vùng triều, nền và vai cống thường là loại đất yếu, thấm nước; hạ

1

MỞ DẦU

I Tính cấp thiết của Đề tài

Cống qua đê là một hạng mục qua trọng trên hệ thống đê, hiện nay có 1102 cống lớn nhỏ nằm trên các tuyến đê [3] Lịch sử xây dựng cống qua đê gắn liền với quá trình nâng cấp đê phục vụ phát triển và bảo vệ sản xuất, tính mạng tài sản của nhà nước và nhân dân Các cống được xây dựng ở nhiều thời kỳ khác nhau nên kết cấu khác nhau, khẩu độ khác nhau Đặc điểm làm việc của cống qua đê là: Cột nước công tác thấp, chế độ tiêu năng sau cống thường phức tạp đặc biệt là cống vùng triều, nền và vai cống thường là loại đất yếu, thấm nước; hạ lưu cống dễ bị xói lở; những ẩn khuyết tại nền cống và hai bên vai cống thường khó phát hiện; khi thi công cống phải đào hố móng làm mái nghiêng sau đó đắp đất bù hai bên vai cống nên chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất thường không đồng đều; công tác quan trắc, kiểm tra đánh giá trong quá trình vận hành cống chưa được quan tâm thường xuyên Do

đó khi cống làm việc nhất là trong mùa lũ cột nước công tác biến động nhiều, dòng

thấm từ thượng lưu về hạ lưu có thể gây ra các sự cố ở cống như: Giảm lưu lượng nước qua cống; gây áp lực thấm làm mất ổn định cống; gây xói ngầm, trôi đất nền

và vai cống; gây ngập úng ở hạ lưu cống Từ thực tế của sự cố cụm công trình đầu mối cống Tắc Giang Hà Nam ngày 01/08/2012 xảy ra hiện tượng nước thấm qua thân đê, nền cống và hai bên vai cống, gây sụt lún nhiều vùng phía chân đê, hạ lưu cống đã có nhiều vị trí có cát đùn sủi với khối lượng khá lớn, nhà lắp đặt tủ điện vận hành cống bị sụt hoàn toàn xuống hố xói Như vậy việc đảm bảo cống làm việc bình thường nhất là cống qua đê trong mùa lũ là hết sức cần thiết Vì vậy đề tài “

NGHIÊN CỨU NGUYÊN NHÂN VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP XỬ LÝ XÓI LỞ NỀN CỐNG VÀ VAI CỐNG-SAU SỰ CỐ CỐNG TẮC GIANG’’ với mục tiêu

phân tích xác định nguyên nhân và đề xuất một số giải pháp khắc xử lý sự cố của cống qua đê nói chung, nhằm giảm tối đa thiệt hại do sự cố xói lở nền và vai cống là hết sức quan trọng, có ý nghĩa kinh tế, khoa học và thực tiễn trong quản lý, vận hành công trình thủy lợi thường gặp

2

II Mục đích của Đề tài

- Xác định nguyên nhân xảy ra sự cố xói lở nền và vai cống;

- Đề xuất giải pháp kỹ thuật khắc phục khẩn cấp và lâu dài sự cố xói lở nền và vai cống;

- Kiến nghị trong quá trình khảo sát, thi công, quản lý vận hành đảm bảo an toàn cho cống nhất là cống qua đê

III Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu cống qua đê nói chung và nghiên cứu cụ thể cống Tắc Giang-Hà Nam

IV Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

+ Tìm hiểu thông tin qua các tài liệu, giáo trình chuyên ngành đã được nghiên cứu

và ứng dụng;

+ Nghiên cứu hồ sơ khảo sát thiết kế, thi công, quy trình vận hành và yêu cầu quản

lý cụm công trình đầu mối cống Tắc Giang;

+ Nghiên cứu tài liệu khảo sát, đo đạc thực trạng cống Tắc Giang khi xảy ra sự cố

+ Thu thập các tài liệu liên quan đến cống, phân tích để tìm ra nguyên nhân thường gặp khi xảy ra hiện tượng xói lở nền và vai cống;

+ Khảo sát, đo đạc, đánh giá hiện trạng cống Tắc Giang;

+ Phân tích lý luận: Lý thuyết tính toán thấm theo phương pháp giải tích và phương pháp phần tử hữu hạn

3

CH ƯƠNG 1 TỔNG QUAN CHUNG VỀ CỐNG QUA ĐÊ

1.1 Nhiệm vụ, phân loại, cấu tạo và đặc điểm làm việc của cống

1.1.1 Nhiệm vụ và phân loại cống

- Cống tiêu: Tháo nước, chống úng cho một vùng nhất định trên một hệ thống;

- Cống phân lũ: Tháo một phần lưu lượng về mùa lũ của một con sông sang hướng khác, hoặc vào một vùng nhất định để hạ thấp đỉnh lũ ở sông chính;

- Cống ngăn triều: Xây dựng ở vùng ven biển, chịu ảnh hưởng trực tiếp của thủy triều Ở một thời kỳ nhất định, khi thủy triều dâng cống mở để lấy nước ngọt vào đồng; khi triều rút vào mùa lũ, lợi dụng chân triều thấp cống mở tháo nước từ đồng

ra, thay đổi nước trong đồng để thau chua rửa mặn; vào mùa khô cống đóng để ngăn triều giữ ngọt;

- Cống tháo cát: Để xói rửa bùn cát lắng đọng phía trước các công trình dâng và điều tiết nước;

- Cống đa chức năng: Cống kết hợp nhiều mục đích sử dụng khác nhau như: Tưới, tiêu, ngăn mặn, giao thông thủy…

2 Phân loại theo kết cấu

- Cống lộ thiên ( cống hở, cống đồng bằng): Là loại cống phía trên hở không đắp đất, được xây dựng trên, đầu hoặc cuối kênh, sông;

1.1.2 Cấu tạo của cống

Hỡnh 1.3 Cống tưới trạm bơm Hữu Bị- xó Mỹ Phỳc- huyện Mỹ Lộc- tỉnh Nam

Định

Cống gồm ba bộ phận: Bộ phận nối tiếp thượng lưu, bộ phận thõn cống và bộ phận nối tiếp hạ lưu

- Tỏc dụng: Hướng dũng chảy vào cống thuận dũng và ổn định; giảm tổn thất cột nước, chống thấm, chống xúi;

+5.50

+10.0

275 200 450 95 80

đất đắp đầm nện chặt +5.00 (+4.50) 60

m=1.5 m=1.5 +5.00

PHÍA kênh tưới trạm bơm hữu bị

+1.00 +4.20

10 7

8 11

15 16

19

17 3

BT lót M100 dày 5cm

5

- Các bộ phận chính: Tường cánh thượng lưu (5): Có hình thức kết cấu như: Tường sườn, tường trọng lực, tường hộp, tường neo…; vật liệu bằng gạch xây, đá xây, bê tông, bê tông cốt thép Sân trước (3, 4): Làm bằng vật liệu ít thấm như: Đất thịt, đất sét, tấm bê tông cốt thép…, kết cấu liền khối hoặc tách rời bản đáy cống Có thể có

kênh dẫn thượng lưu: Đáy kênh (1), mái kênh (2)

- 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, chống xói cho nền;

- Các bộ phận chính:

+ Bản đáy (6): Tác dụng truyền và phân bố lực các bộ phận thân cống lên nền đồng thời tạo lực ma sát với nền; giữ ổn định thân cống; chống thấm và chống xói cho nền;

+ Trụ pin( mố giữa) (7), trụ bên ( tường bên, mố bên), trần cống (8)(cống ngầm); khe van (9), cửa van, khe phai (10), cầu công tác (11), cầu thả phai Cầu giao thông (cống lộ thiên); tường ngực để giảm chiều cao cửa van, tăng ổn định ngang cho các mố;

+ Khi cống có nhiều đoạn hoặc bản đáy cống với sân trước, sân sau tách rời, cần phải bố trí khớp nối ngang ( 13) để liên kết các đoạn thân cống với nhau hoặc liên kết bản đáy với sân trước, sân sau đồng thời làm nhiệm vụ chống thấm và tránh hiện tượng nứt khi nền cống lún không đều Khi thân cống với tường cánh thượng lưu hoặc tường cánh hạ lưu tách rời, cần bố trí khớp nối đứng (14) để liên kết thân cống với tường cánh thượng lưu hoặc tường cánh đồng thời làm nhiệm vụ chống thấm và tránh hiện tượng nứt khi nền cống lún không đều;

+ Hàng cừ ở mép thượng lưu bản đáy (12): Để giảm áp lực thấm tác dụng lên bản đáy cống Còn để giảm gradien thấm tại cửa ra thường đóng hàng cừ không sâu ở trước cửa ra, tuy nhiên cần lưu ý cừ này sẽ làm tăng áp lực thấm tác dụng lên bản đáy cống Để chống thấm vòng quanh bờ và tăng ổn định cho thân cống có thể bố trí tường chống thấm ở thượng lưu, hạ lưu hoặc giữa thân cống cắm vào thân đê, tuy

6 nhiờn cần lưu ý tường hạ lưu cú tỏc dụng giảm gradien thấm tại cửa ra nhưng làm tăng cột nước thấm sau lưng tường bờn cống

Hỡnh 1.4 Tường chống thấm vũng quanh bờ, nối tiếp tường bờn cống và đờ

- Tỏc dụng: Tiờu năng phũng xúi, nối tiếp và phõn bố đều dũng chảy ra khỏi cống;

- Cỏc bộ phận: Tường cỏnh hạ lưu (16): Hỡnh thức, kết cấu tương tự như tường cỏnh thượng lưu Thiết bị tiờu năng: Bể tiờu năng (15), tường tiờu năng; cỏc thiết bị tiờu năng phụ, thiết bị hướng dũng ( mố, ngưỡng, dầm….) Phớa dưới sõn tiờu năng thường bố trớ lỗ thoỏt nước, tầng lọc ngược để giảm ỏp lực thấm tỏc dụng lờn bản đỏy và giảm gradien thấm tại cửa ra để đảm bảo khụng phỏt sinh xúi ngầm Sõn sau thứ hai (17) để tiờu hao năng lượng thừa cũn lại và chống xúi cho kờnh dẫn hạ lưu;

hố phũng xúi (cú thể cú hoặc khụng) Cú thể cú kờnh dẫn hạ lưu: Đỏy kờnh (18), mỏi kờnh (19)

1.1.3 Đặc điểm làm việc của cống

- Dũng chảy qua cống cú lưu tốc trung bỡnh lớn, phõn bố khụng đều, mạch động lưu tốc và mạch động ỏp lực xảy ra với mức độ lớn;

- Mực nước thượng hạ lưu và lưu lượng qua cống luụn thay đổi theo thời gian vỡ vậy trạng thỏi chảy qua cống cũng thay đổi;

- Bề rộng cống thường nhỏ hơn nhiều so với bề rộng kờnh nờn tạo ra phõn bố dũng chảy ngoằn ngoốo hỡnh thành xoỏy cuộn phớa hạ lưu;

- Phần lớn cống cống qua đờ ở vựng đồng bằng sụng Hồng thường nằm trờn nền thấm mạnh, do đú dễ mất ổn định thấm;

- Với cống qua đờ cũn cú những đặc điểm riờng [3]:

+ Cấp của cống thường theo cấp của đờ: Cấp của cống được xỏc định theo cấp cụng trỡnh tưới, tiờu và cấp của đờ theo tiờu chuẩn phõn cấp đờ hiện hành Nờn chọn cấp

Phía đê

Lòng cống

Tường thượng lưu

Tường hạ lưu Tường giữa thân cống

7 công trình công trình bằng hoặc cao hơn một cấp để đảm bảo an toàn công trình Đối với các tuyến đê đã phân cấp, cấp của cống là cấp đê;

+ Việc khảo sát, thi công phải đảm bảo an toàn đê nhất là trong mùa lũ Thi công cống cần tuân thủ đầy đủ các kỹ thuật của thiết kế đề ra và chấp hành nghiêm chỉnh pháp lệnh về đê điều do Nhà nước ban hành Cần tổ chức thi công cống trong mùa khô, nếu không xong trong một mùa cần có giải pháp đảm bảo an toàn trong mùa lũ Thi công phần đất tận dụng tối đa thi công bằng cơ giới Căn cứ vào tài liệu địa chất, thủy văn công trình để tính toán để tính toán và bố trí hệ thống tiêu nước hố móng, cần chú ý thiết kế biện pháp tiêu nước hố móng hợp lý khi xây dựng ở vùng cát chảy;

+ Do thân cống đặt sâu dưới thân đê nên vấn đề ổn định trượt của cống thường đảm bảo nhưng nếu cống hư hỏng việc sữa chữa khó khăn hơn cống hở Hệ số ổn định cho phép của cống lấy bằng hệ số ổn định cho phép của đê có cấp tương đương ( nếu cấp của đê cao hơn cấp công trình tưới tiêu) Trị số ổn định tính toán không được vượt quá hệ số ổn định cho phép 20%;

+ Việc quản lý vận hành cống qua đê phải tuân thủ chặt chẽ các quy định về phòng chống bão lụt và phải kịp thời xử lý khi có sự cố khẩn cấp;

+ Đối với cống qua đê cho khu vực Bắc bộ thời đoạn thi công cống từ 15 tháng 10 năm trước đến 30 tháng 4 năm sau năm sau, nếu quá thời hạn trên phải được Bộ nông nghiệp và Phát triển nông thôn cho phép

1.2 Các sự cố thường gặp và nguyên nhân chủ yếu của từng sự cố ở 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 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

8 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 1.1 [3] 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:

Bảng 1.1 Thống kê một số sự cố xảy ra ở cống [3]

1 Lún, nứt, chuyển vị tường, thân trần cống 57/132 (43,18) 57/240 (23,75)

2 Lún, nứt, chuyển vị tường cánh thượng,

1.2.1 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;

Hình 1.5 Lún, chuyển vị tường, thân, trần cống

9

- 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

1.2.2 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;

- 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

1.2.3 Hạ lưu cống bị xói sâu

- Hiện tượng: Quan sát thấy dòng chảy không êm 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;

Hình 1.6 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 sinh ngoài sân tiêu năng làm hạ lưu sân tiêu năng bị xói rất sâu; đóng mở cống không đúng quy trình

1.2.4 Dòng thấm qua nền, vai cống

Từ kết quả thống kê ở bảng 1.1 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

10 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 [4];

- Các cống đều xử lý đóng cọc bê tông cốt thép, một số cống có đóng cừ chống thấm [4];

- 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 [4];

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;

Hình 1.7 Thấm qua nền cống

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;

Hình 1.8 Thấm qua vai cống

Nguyên nhân:

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,

11 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;

điều kiện địa chất thực tế của công trình Thiết kế không đảm bảo chiều dài chốngthấm, 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 8.2.5 Tiêu chuẩn quốc gia Việt Nam TCVN 8216:2009- Thiết kế đập đất đầm nén;

+ 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;

lý lâu dài dẫn đến sự cố công trình;

12 + Hiện nay công tác quản lý vận hành mới chú trọng hiệu ích của cống, còn xem nhẹ việc quan trắc ( thấm, mực nước, lún, chuyển vị) và kiểm tra thường xuyên đặc biệt là với các cống nhỏ;

+ Mực nước ngầm thay đổi: Khi mực nước ngầm dâng lên làm ướt và mềm hóa đất

đá, làm giảm cường độ nền, tăng tính nén lún Khi mực nước ngầm hạ xuống dẫn đến ứng suất hiệu quả trong đất nền tăng lên, móng sinh ra lún bổ sung Nếu mực nước ngầm hạ xuống không đều đặn hoặc đột ngột sẽ làm cho công trình nghiêng nứt, thậm chí hư hỏng

1.2.5 Cánh cửa van bị kênh; nước rò rỉ qua cửa van, khe van

- Hiện tượng: Cống đã đóng nhưng nước vẫn chảy nhiều qua hèm, đỉnh và ngưỡng cống; nước rò rỉ qua cửa van, khe van;

1.2.6 Cánh cửa cống hay tấm phai bị gẫy

- Hiện tượng: Trong mùa lũ khi quan sát thấy nước trong cống chảy ra phía đồng nhiều và mạnh trên mặt trước ở phía trước cống xuất hiện nước xoáy hút mạnh vào cửa cống, thì có thể đã xảy ra sự cố gẫy trôi tấm phai hoặc thủng một bộ phận cửa van;

- Nguyên nhân: Thi công khớp nối không đảm bảo chất lượng: Nhựa đường đổ trong khớp nối bị chảy ra ngoài hết; lá kim loại của khớp nối không được bảo vệ nên bị rỉ và thủng, nên khi cống lún không đều thì khớp nối bị hỏng; phân loại cống

và bố trí khớp nối không hợp lý

1.3 Giải pháp xử lý sự cố ở cống qua đê

1.3.1 Giải pháp xử lý khẩn cấp sự cố ở cống qua đê trong mùa lũ

1.3.1.1 Hạ lưu cống bị xói sâu

- Nếu hố xói chưa nghiêm trọng thì dùng bao tải đựng cát (đóng cát khoảng 2/3 bao, khâu miệng lại), thả xuống hố xói từ 2-3 lớp, sau đó thả đá hộc nhỏ và đến đá hộc lớn để lấp đầy hố xói;

- Nếu cống nhỏ, hạ lưu bị xói sâu thì dùng đá hộc nhỏ thả trước đá hộc to thả sau, thả cho đến gần bằng mặt hố xói thì dừng, sau đó thả một lớp rọ thép đựng đá bằng cao trình mặt sân sau khi chưa bị xói

Hình 1.9 Xử lý hạ lưu cống bị xói sâu

1 Thấm qua nền, vai cống nhưng chưa sinh ra mạch sủi, lỗ phụt ở hạ lưu

- Lấp bịt phía sông: Khi nước chảy thành vòi ở chỗ tiếp giáp giữa đê và thân cống thì phải tìm lỗ rò ở thượng lưu bằng cách: Dùng một tấm vải kích thước (50x50)cm, quấn chặt 2 mép vào hai thanh tre, rà sát vào mái đê phía sông theo từng hàng nếu

14 thấy nước hút chặt miếng vải thì kiểm tra để tìm lỗ rò Dùng bao tải cát, bó rơm, phủ một lớp bạt chắn sóng hoặc ni lông lên miệng lỗ rò, dùng đất tốt hay bao tải đất đắp áp trúc lượn tường cánh gà và cao hơn mực nước hiện tại khoảng 0,5-1,0m;

- Làm tầng lọc ngược ở mái hạ lưu, bắc máng dẫn nước ra xa ngoài chân đê; thả bao tải cát hoặc đá ở xuống khu vực sạt lở để giữ chân đê

2 Dòng thấm gây mạch sủi, lỗ phụt ở trong lòng cống hoặc ở hạ lưu cống

- Nếu nước trong cống và trên kênh không sâu thì làm tầng lọc ngược trực tiếp tại mạch sủi, lỗ phụt để dẫn nước ra ngoài;

- Nếu nước trong cống và trên kênh sâu không thể làm tầng lọc ngược trực tiếp nơi mạch sủi, lỗ phụt thì nâng cao mực nước hạ lưu để giảm áp lực thấm bằng cách: + Nếu trên kênh phía đồng có công trình điều tiết ở gần cống thì cho đóng ngay cửa cống điều tiết để nâng cao mực nước;

+ Nếu không có công trình điều tiết thì đắp một đập dâng nước ngang kênh phía đồng Vị trí đập dâng cách xa sân sau và xa nơi có mạch sủi, lỗ phụt khoảng 50m ở trên kênh, để đề phòng phát sinh mạch sủi mới ngay ở hạ lưu đập dâng Nếu bờ kênh từ cống đến đập dâng còn thấp thì phải tôn cao bằng đỉnh đập Cao trình đỉnh đập dâng phải cao hơn mực nước cần dâng từ 0,5-0,8m;

- Khi mạch sủi chỉ ở trong lòng cống thì chỉ cần đóng bớt số tấm phai phía đồng Nếu thấy mạch sủi còn mạnh thì cho đóng cửa đập điều tiết hay làm đập dâng trên kênh phía đồng như trường hợp trên

Hình 1.10 Xử lý mạch sủi ở hạ lưu cống

- Nếu dòng thấm mạnh có thể gây sập cống phải cấp tốc hoành triệt cống ngay bằng bao tải đất, đất, rọ đá…hoặc đắp đê quai phía thượng lưu để chặn dòng thấm, đồng thời cho đóng cửa điều tiết hoặc làm đập dâng phía hạ lưu để hỗ trợ cho công tác hoành triệt cống

15

1.3.1.3 Cánh cửa van bị kênh; nước rò rỉ qua cửa van, khe van

1 Cánh cửa van bị kênh đóng không kín van

- Nếu là loại cửa van phẳng thì quay ty van hoặc tìm cách kích, nâng cửa lên khoảng 10-20cm để nước chảy trôi vật cứng sau đó hạ cửa đóng kín lại Nếu loại cửa van tự động, thì dùng tời hỗ trợ, sào tre để bẩy cửa ra phía ngoài để nước chảy làm trôi vật cứng, nếu thấy không nguy hiểm có thể dùng thợ lặn xuống nhặt đi vật cản Sau đó buông tời, sào để cửa tự động đóng lại;

- Nếu các giải pháp trên không thực hiện được thì đồng thời tiến hành hai việc sau: + Đứng trên tường đầu cống hay giàn công tác, dùng hai sào ở hai đầu để đưa các

bó rơm xuống khe hở, nước sẽ hút dần vào Thả một số bao tải đất sát cửa cống phía

thượng lưu để bịt dòng chảy;

+ Đóng phai phía đồng (không đóng kín phai để tránh hiện tượng tức hơi) để nâng cao mực nước trong cống, làm giảm chênh lệch mực nước trước và sau cửa cống có tác dụng hỗ trợ thi công, tăng ổn định cho khối bao tải lấp bịt dòng chảy trước cống, giảm lượng nước thấm, chảy vào trong cống

2 Nước rò rỉ qua cửa van, khe van

- Nếu có hàng phai dự phòng và mực nước thấp hơn đỉnh phai cống thì thả các tấm phai dự trữ để bịt kín nước;

- Nếu không có hàng phai dự phòng hoặc có nhưng mực nước đã ngập quá đỉnh rãnh phai thì cho thợ lặn dùng giẻ rách, rơm, bao tải gai nhét bịt lại Nếu việc nhét bịt quá khó khăn thì cho đóng hàng phai cuối cống hay cửa đập điều tiết hoặc làm đập dâng trên kênh phía đồng để nâng cao mực nước trong cống làm giảm lưu lượng nước chảy qua cửa van, khe van để cho việc nhét bịt cửa thuận tiện hơn

Hình 1.11 Xử lý cánh cửa van bị kênh, nước rò rỉ qua cửa van, khe van

16

- Nếu phía sông có rãnh phai và mực nước chưa ngập đỉnh rãnh phai thì cho đóng phai và đưa đất hay bao tải đất vào giữa hai hàng phai bịt kín;

- Nếu cống nhỏ, không có rãnh phai sửa chữa, cửa cống ngập sâu, thì buộc bó rơm vào đầu cây tre dò tìm lỗ hổng, khi tìm được thì dùng sào đưa các bó rơm, rạ xuống

để nút miệng lỗ hổng sau đó thả bao tải đất để lấp bịt Nên đóng phai phía đồng để giảm chênh lệch mực nước và lượng nước chảy qua lỗ hổng ( không đóng kín phai

để tránh hiện tượng tức hơi);

- Nếu cống không có rãnh phai hoặc toàn bộ cánh cửa thép hoặc gỗ bị gẫy trôi thì: Đóng bớt phai cuối cống hoặc cửa cống điều tiết (nếu có) hay làm đập dâng phía đồng, đồng thời dùng các cây gỗ dựa vào đỉnh cống hoặc dùng thép tròn hàn thành khung lao xuống trước cửa cống, thả các bó rơm đường kính 0,4-0,6 m xuống, tiếp theo là thả các bao tải đất lấp bịt dần dòng chảy Sau đó đắp đất hoành triệt cửa cống, đất đắp cao hơn tường đầu ít nhất 2 m, mái m = 2, rộng 3-5 m, đắp ra xa phía

tường cánh gà mỗi bên 4-5m

Hình 1.12 Xử lý tấm phai bị gẫy Hình 1.13 Hoành triệt cống khi cánh cửa

17 nguy cơ bị sập Phai phía đồng chỉ thả đến độ cao nhất định sao cho nước chảy ở khớp nối ra trong lòng cống không mang theo bùn cát

1.3.2 Giải pháp xử lý lâu dài sự cố thấm ở cống qua đê

1 Làm sân trước chống thấm

- Bố trí phía thượng lưu tiếp giáp với bản đáy, để giảm lưu lượng thấm, giảm áp lực thấm lên bản đáy công trình; chỗ tiếp giáp giữa sân trước và bản đáy cần đảm bảo chống thấm tốt; trên mặt sân trước làm bằng vật liệu dẻo cần rải một lớp cát sỏi dày (10-15) cm để bảo vệ chống nứt nẻ sân và chống xói;

- Vật liệu: đất sét, đất pha sét, vải chống thấm, bê tông át phan, bê tông thường, bê

tông cốt thép, bi tum….Kích thước của sân trước được chọn theo yêu cầu chống thấm, thi công, cấu tạo và kinh tế;

Hình 1.14 Sân trước bằng đất sét

- Giải pháp này chỉ thích hợp cho các cống mới, nền tương đối tốt, hoặc địa chất nền không cho phép đóng cừ; trường hợp nền có hệ số thấm lớn (đất cát, cát pha, ), chiều dày tầng thấm lớn thì không có hiệu quả; ít áp dụng khi sửa chữa cống cũ

vì phải làm khô hố móng

2 Làm cừ chống thấm truyền thống

Hiện nay có thể sử dụng nhiều loại cừ chống thấm như: Cừ thép, cừ bê tông cốt thép, cừ nhựa, cừ gỗ:

- Cừ thép: Có ưu điểm chiều dài lớn, độ kín nước cao, thích hợp với nền không phải

là đá Nhược điểm là thi công phức tạp, giá thành cao nên chỉ dùng với các công trình lớn, khó sử dụng các loại cừ khác;

- Cừ bê tông cốt thép: Thích hợp với nền không phải là đá; nhược điểm là khả năng kín nước kém, hạ cừ khó khăn nên ít được dùng trong sữa chữa cống qua đê;

18

- Cừ nhựa PVC: Có ưu điểm là chiều dài lớn, độ kín nước cao; giá thành rẻ hơn cừ thép Tuy nhiên khó đóng cừ vào đất á sét, cát trung và cát thô; cừ nhựa dễ bị cong, vênh do vận chuyển và nhiệt độ;

áp lực thấm dưới bản đáy nên chiều sâu cừ cần luận chứng thông qua tính toán;

- Chiều sâu đóng cừ: Cừ thường được đóng cừ sâu vào tầng không thấm hoặc có hệ

số thấm nhỏ từ (0,5-1) m, nếu nền có kẹp lớp đất thấm mạnh thì chiều sâu đóng cừ phải tính toán sao cho đảm bảo ổn định thấm;

- Giải pháp làm cừ truyền thống có ưu điểm: Công nghệ phổ thông, đã có nhiều kinh nghiệm thiết kế và thi công, tuy nhiên chỉ thích hợp với cống làm mới, tầng thấm mỏng, không cho phép xuyên cắt qua bản đáy, không thích hợp với cống sữa chữa

Hình 1.17 Làm lỗ thoát nước và tầng lọc ngược ở cửa ra

- Làm tầng gia trọng tại nơi có dòng thấm thoát ra để chống đẩy trồi đất

5 Khoan phụt truyền thống

- Khoan phụt dung dịch sét, xi măng, theo phương áp truyền thống (còn gọi là khoan phụt áp lực thấp ) lấp đầy những khoảng trống, khe nứt để chống thấm và tăng độ chặt cho đất vai và nền cống;

- Phạm vi ứng dụng: Áp dụng khoan phụt nền đá nứt nẻ, quy trình thi công và kiểm tra đã khá hoàn chỉnh Tuy nhiên với đất cát mịn hoặc đất bùn yếu, mực nước ngầm cao hoặc nước có áp thì không kiểm soát được dòng vữa sẽ đi theo hướng nào

1.3.2.2 Giải pháp xử lý chống thấm bằng công nghệ Jet-grouting [3]

Công nghệ Jet-grouting (công nghệ trộn ướt) là công nghệ mới được phát minh năm

1980 ở Nhật đến nay nhiều nước đã sử dụng và phát triển công nghệ này để xử lý chống thấm;

- Nguyên lý công nghệ: Công nghệ này được gọi là công nghệ khoan phụt vữa kiểu tia Khi thi công, trước hết dùng máy khoan để đưa ống bơm có vòi phun bằng hợp kim vào tới độ sâu phải gia cố (nước+xi măng ) với áp lực > 20 Mpa từ vòi phun xả phá vỡ tầng đất trộn lẫn dung dịch vữa Sau khi vữa cứng lại sẽ thành cột xi măng-

20 đất Nếu thi công lấn lên nhau có thể tạo thành một tường hào xi măng-đất, đường kính cột xi măng-đất phụ thuộc vào loại đất, áp lực phun, tốc độ xoay và rút cần, tùy thuộc vào thiết bị; với những thiết bị lớn nhất hiện nay có thể tạo ra cột đường kính đến 3m;

- Ưu điểm: Khả năng xử lý sâu, thi công trong điều kiện ngập nước, xử lý được phần nền nằm sâu dưới bản đáy, giá thành rẻ;

- Nhược điểm: Thi công đòi hỏi người có kinh nghiệm để tạo hệ cọc liên tục từ trên xuống dưới nhằm tránh tạo khe hở để thấm nước qua, điều kiện pha trộn ảnh hưởng lớn đến tính chất của khối xi măng-đất và khả năng chống thấm của tường, xi măng hạn chế quá trình thủy hóa khi thi công trong nền đất có kiềm (đất phèn);

- Phạm vi ứng dụng: Có thể ứng dụng với nhiều loại nền từ cát sỏi hạt rời đến đất bùn sét, kích thước từ (10-0,005)mm Không dùng cho nền đá, đá nứt nẻ, có đá lăn,

đá tảng Thích hợp để xử lý chống thấm cho cống qua đê;

- Ở nước ta từ năm 2004 Viện thủy công đã ứng dụng công nghệ này để xử lý chống thấm cho cống tiêu D10 ở Hà Nam, cống Cầu Bùng-Nghệ An, cống Sông Cui- Long An, cống Mai Trang- Hà Nội [3]

+ Cống Tiêu D10: Xây dựng năm 2002;

mùa lũ năm 2002 xảy ra sự cố mạch sủi phía đồng, sau bể tiêu năng;

Hình 1.18 Xử lý cống Tiêu D10- Phủ Lý- Hà Nam + Nguyên nhân gây mạch sủi: Do lớp đất 4 là lớp cát bụi, lớp này bắt đầu từ cao trình -4,48m Thiết kế đã đóng cọc tre đến cao trình -4,0m, tức là gần như xuyên hết lớp 3 có khả năng chống thấm tương đối tốt Do chênh lệch mực nước khi lũ ngoài sông cao, tạo ra dòng chảy ngầm trong lớp 4, lớp cát bụi này rất dễ bị xói ngầm, các hạt nhỏ theo dòng thấm đi về hạ lưu và tạo ra mạch đùn phía đồng;

+ Phương án sữa chữa: Sử dụng công nghệ Jet-grouting tạo một tường hào chống thấm cắt qua lớp 4 là lớp cát bụi, cắm vào lớp 5 là lớp sét nhẹ màu nâu xám Qua

21 theo dõi đợt lũ lớn năm 2005 và các trận lũ nhỏ cho thấy không còn hiện tượng đùn sủi như trước, việc sửa chữa đã thành công;

Hình 1.19 Tường chống thấm trên cắt dọc và chính diện thượng lưu cống Tiêu D10

+ Cống Cầu Bùng thuộc huyện Diễn Châu-tỉnh Nghệ An: Nhiệm vụ: Cấp nước,

tiêu nước phục vụ nuôi trồng thủy sản, ngăn mặn và giữ ngọt;

+ Sự cố: Cống bị thấm dưới nền, hai bên vai cống và đoạn đê tiếp giáp với cống, ảnh hưởng đến khả năng làm việc của cống và gây mất an toàn cho công trình;

Hình 1.20 Hiện trạng cống Cầu Bùng trước khi sữa chữa + Phương án sữa chữa: Thi công tường chống thấm bằng cọc xi măng-đất theo công nghệ Jet-grouting dưới đáy, hai bên vai cống và đoạn đê bị thấm;

+ Kết quả đạt được: Sau khi thi công xong không còn hiện tượng thấm từ thượng lưu về

hạ lưu nữa, cống làm việc bình thường;

Hình 1.21 Cống Cầu Bùng sau khi sữa chữa

+ Cống vùng triều: Cống-cầu kết hợp, cống

gồm 2 cửa mỗi cửa rộng 8m; chống thấm bằng

cừ thép Do thi công không tốt nên cừ bị hở, dòng thấm qua đáy cửa rất mạnh Cống hầu như không ngăn mặn và giữ nước được nữa; Hình 1.22 Xử lý chống thấm cống Cui-Châu Thành-Long An

22 + Phương án sữa chữa: Sử dụng công nghệ Jet-grouting, qua lớp nước 5m, xuống tiếp 10m nữa và bắt đầu phụt

để bịt lỗ rò Khi mũi khoan lên gần mặt đáy thì pha phụ gia đóng rắn nhanh vào vữa để tránh hiện tượng dòng thấm phá vỡ xi măng-đất trước khi nó đông kết;

Hình 1.23 Khoan phụt theo công nghệ Jet-grouting cống Sông Cui

+ Kết quả đạt được: Khi làm xong phía thượng lưu thì đã chấm dứt được rò nước

1.3.2.3 Giải pháp xử lý chống thấm bằng công nghệ khoan phụt hóa chất [4]

Công nghệ mới có tác dụng ngăn bịt dòng thấm, dòng chảy có lưu lượng lớn trong đất đá, tăng sức chịu tải cho nền, có thể ứng dụng để sữa chữa cống qua đê Tuy nhiên hiện nay ở nước ta việc nghiên cứu và ứng dụng công nghệ này còn hạn chế,

mặt khác so với công nghệ Jet-grouting thì khoan phụt hóa chất có giá thành cao

hơn

1.4 Kết quả nghiên cứu trong nước về ổn định thấm

1.4.1 Các kết quả nghiên cứu về ổn định thấm

học độc lập cấp Nhà nước “Nghiên cứu các giải pháp khoa học công nghệ để nâng

cấp, sửa chữa cống dưới đê thuộc sông Hồng và sông Thái Bình” [3]: Áp dụng công

nghệ Jet-grouting để sữa chữa chống thấm thành công 2 cống qua đê: Cống tiêu D10, cống Cầu Bùng; 1 cống vùng triều: cống Sông Cui; 1 đập đất: Đập Đá Bạc-Hà

Tĩnh, và đặc biệt áp dụng thử nghiệm ở đê quai nhà máy thủy điện Sơn La

“ Nghiên cứu đặc tính biến dạng thấm của nền đê sông Hồng” [10]:

Tác giả kiến nghị sử dụng tường chống thấm bằng xi măng-đất để giảm áp lực thấm

hạ lưu Kết quả nghiên cứu của Luận án: Gradien cho phép xói ngầm với nền cát mịn nhạy cảm với thấm: [J]= 0,38

chất “ Nghiên cứu biến dạng thấm nền hạ du sông Hồng địa phận tỉnh Thái Bình và đánh giá thực nghiệm một số giải pháp xử lý” [8]:

23

- Tác giả đề xuất một số giải pháp chống thấm mới như: Giếng khoan giảm áp, làm tường xi măng-đất, cắm cừ bản nhựa, rải màn chống thấm sân phủ thượng lưu Tác giả kiến nghị giải pháp cắm cừ nhựa;

- Kết quả nghiên cứu của Luận án cho giá trị giới hạn như sau:

+ Giới hạn xói ngầm: [J] = 0,476~0,433 ( cát hạt bụi )

[J] = 0,51~0,453 ( cát hạt nhỏ ) + Giới hạn cát chảy: [J] = 0,735~0,742 ( cát hạt bụi )

[J] = 0,27~0,709 ( cát hạt nhỏ )

1.4.2 Kết luận

- Giải pháp công nghệ Jet-grouting có hiệu quả trong việc sữa chữa nền, chống thấm cho cống qua đê Tuy nhiên đây là công nghệ mới ở nước ta, các kết quả đạt được mới chỉ là bước đầu, chưa có phòng thí nghiệm, tiêu chuẩn thiết kế và nghiệm thu cọc xi măng-đất Hiện nay mới chỉ có Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN 9403:2012 “ gia

cố nền đất yếu-phương pháp trụ đất xi măng” do đó việc áp dụng công nghệ này

vào điều kiện thực tế cần phải được tiếp tục nghiên cứu và hoàn thiện;

- Kết quả nghiên cứu về ổn định thấm nền đê và cống qua đê của các Tác giả cho thấy mỗi giải pháp chống thấm đều có ưu, nhược điểm, phạm vi ứng dụng khác nhau nên việc lựa chọn giải pháp chống thấm phù hợp với điều kiện cụ thể của từng công trình là hết sức quan trọng

1.5 Kết luận chương

- Nguyên nhân gây ra sự cố ở cống có thể do khảo sát, thiết kế, thi công, quản lý và vận hành công trình Tuy nhiên với từng sự cố công trình cụ thể ta cần phân tích, đánh giá chính xác nguyên nhân để có giải pháp xử lý hợp lý;

- Kết quả nghiên cứu trong nước đã có nhiều giải pháp xử lý chống thấm như: Làm sân trước, đóng cừ, khoan phụt truyền thống, khoa phụt theo phương pháp Jet-grouting, làm tầng lọc ở cửa ra, làm hệ thống tiêu nước sau lưng tường …nhưng do cấu trúc địa chất nền cống rất phức tạp nên vấn đề lựa chọn giải pháp xử lý chống thấm hợp lý với từng điều kiện địa chất và sự cố công trình cụ thể vẫn cần phải tiếp tục nghiên cứu

24

CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU NGUYÊN NHÂN XẢY RA SỰ CỐ CỐNG TẮC

GIANG 2.1 Giới thiệu chung về cống Tắc Giang

2.1.1 Giới thiệu chung về hệ thống thủy lợi Tắc Giang-Phủ lý [2]

Nam và 3 xã của huyện Phú Xuyên thuộc tỉnh Hà Tây Diện tích tự nhiên 86.030ha trong đó có 46.159ha đất canh tác nông nghiệp Vùng dự án được giới hạn bởi:

- Phía Bắc giáp tỉnh Hà tây;

- Phía Đông giáp sông Hồng;

- Phía Nam giáp sông Đào Nam Định;

- Phía Tây giáp tỉnh Hà Tây và Ninh Bình

Châu là lưu vực hở chịu ảnh hưởng của các sông lớn là sông Đáy và sông Hồng Hệ thống sông được đưa vào nghiên cứu gồm có:

- Sông Châu Giang (hay còn gọi là sông Châu): Là con sông nội đồng khá lớn chảy qua khu vực trung tâm tỉnh Hà Nam, có hai nhánh:

+ Nhánh từ đập Quang Trung chảy về phía Đông đến trạm bơm Hữu Bị thuộc hệ thống 6 trạm bơm lớn Bắc Nam Hà;

+ Nhánh từ Tắc Giang qua cống Điệp Sơn chảy về phía Tây qua cống Phủ Lý đổ vào sông Đáy (còn gọi sông Châu cụt);

- Sông Duy Tiên: Là sông nội đồng tách ra từ sông Nhuệ, chảy qua huyện Duy Tiên gặp sông Châu tại Bảy Cửa;

- Sông Nhuệ: Là một phân lưu của sông Hồng, đây là con sông chính của hệ thống thuỷ nông Sông Nhuệ nhận nước ngọt trực tiếp từ sông Hồng vào hệ thống qua cống Liên Mạc Sau khi qua lưu vực sông Nhuệ, sông đổ vào sông Đáy tại Phủ Lý;

- Sông Đáy: Là một phân lưu lớn củu sông Hồng, từ Đập Đáy ra cửa Đáy với chiều dài tổng cộng hơn 200 Km Sông chảy qua khu vực phía Tây tỉnh Hà Nam và là trục sông cấp nước, tiêu nước quan trọng cho khu vực phía Tây tỉnh Hà Nam và một số địa phương khác thuộc hai tỉnh Nam Định và Ninh Bình;

25

- Sông Đào Nam Định: Là con sông nối giữa sông Hồng và sông Đáy nằm ở phía Nam tỉnh Hà Nam Gặp sông Đáy ở Độc Bộ, sông Đào hàng năm chuyển một lượng nước lớn từ sông Hồng sang sông Đáy nhưng chỉ có tác dụng cung cấp nước cho 2 tỉnh Nam Định và Ninh Bình ở vùng hạ du sông Đáy;

- Sông Hoàng Long là một nhập lưu của sông Đáy, nhập vào sông Đáy tại Gián Khẩu;

- Sông Sắt: Là sông nội đồng thuộc khu vực 6 trạm bơm lớn Bắc Nam Hà, sông tách

từ sông Châu Giang, qua cống An Bài chảy qua huyện Bình Lục, gặp sông Đáy tại Vĩnh Trị;

Các sông này đều có đê bao bọc, ngoài nhiệm vụ cấp nước tưới ruộng còn tiêu nước

và thoát nước thông qua hoạt động của hệ thống trạm bơm

Hình 2.1 Bản đồ khu vực cống Tắc Giang

2.1.2 Vị trí và nhiệm vụ cống Tắc Giang [2]

sông Hồng tại xã Chuyên Ngoại, xã Nguyên Lý giữa hai huyện Duy Tiên và huyện

Lý Nhân, tỉnh Hà Nam

- Lấy nước ngọt trước và sau mùa lũ (tháng IV,V,VI và X, XI) từ sông Hồng vào sông Châu Giang tưới tự chảy cho 5.672 ha khu vực sông Nhuệ huyện Duy Tiên, tạo nguồn nước phù sa để cải thiện chất lượng nước tưới cải tạo đất cho 36.198 ha với lưu lượng Qmax = 69,61m3/s;

- Lấy nước các tháng mùa lũ từ sông Hồng (mực nước báo động II) vào sông Châu Giang để cải tạo môi trường sinh thái và chất lượng nước phục vụ dân sinh với Q = 34,42 m3/s;

- Kết hợp giao thông thuỷ cho tàu thuyền có tải trọng ≤ 200 tấn và mớn nước ≤ 2m

từ sông Hồng qua sông Châu Giang và sông Đáy (và ngược lại), cải thiện môi trường, thúc đẩy du lịch và dịch vụ phát triển

2.1.3 Các thông số kỹ thuật cơ bản và điều kiện địa chất công trình [2]

2.1.3.1 Quy mô công trình

Cụm công trình đầu mối gồm:

- Cống hộp bê tông cốt thép bố trí 3 tầng cửa và 2 lớp cửa để có thể lấy nước ở các mức khác nhau trong mùa kiệt và mùa lũ;

27

- Âu thuyền có chiều rộng thông thuyền: B = 8m;

- Khoảng cách giữa tim cống và tim âu thuyền là 42m;

- Khoảng cách mép cống và mép âu thuyền là 25,4m;

- Cao trình thiết kế đê Hữu Hồng +9,5m;

Hình 2.3 Mặt bằng cống- âu thuyền Tắc Giang

28

- Chống thấm: Cừ chống thấm bố trí trong phạm vi cống, dưới bản đáy cống, cừ thượng lưu dài 10m, cừ hạ lưu dài 3m Bản đáy cống liên kết với sân trước và sân tiêu năng bằng khớp nối ngang; tường cánh thượng hạ lưu liên kết với tường bên cống bằng khớp nối đứng ( hình 2.4) Phần tiếp giáp hai bên cống với âu thuyền và

đê phía thượng hạ lưu có tường bê tông bản chắn, hai bên thân cống bố trí tường răng để chống thấm vòng quanh bờ ( hình 2.3)

- Cống qua đê cấp I;

- Tần suất thiết kế tiêu: p = 10%;

- Tần suất thiết kế lũ sông: p = 10%;

- Tần suất thiết kế chống lũ của cống qua đê: p = 0,1%;

Theo quyết định số 2310 QĐ/BNN-XD ngày 24/10/2006 của Bộ nông nghiệp và phát triển nông thôn các mực nước dùng trong thiết kế như sau:

+ Mực nước: BĐI = +5,5m ; BĐII = +6,3m ; BĐIII = + 7,1m;

+ Mực nước thiết kế đê sông Hồng: +8,21m;

+ Mực nước lũ thiết kế trên sông Châu Giang: +4,55m;

+ Mực nước lịch sử thượng lưu cống Tắc Giang tại sông Hồng ( ngày 22/08/1971): +8,83m;

+ Mực nước lịch sử hạ lưu cống Tắc Giang tại sông Châu ( ngày 22/08/1971): +4m; + Mực nước thiết kế dâng nước tưới phù sa tại cống điều tiết đập Phúc: +3,6m; + Mực nước trung bình nhiều năm: +2,18m

Bảng 2.1 Tổng hợp các mực nước dùng trong thiết kế [2]

TT Trường hợp Mực nước sông

Hồng (m)

Mực nước sông Châu (m)

Chênh lệch mực nước (m)

29

1 Khối lượng địa chất đã thực hiện

- Giai đoạn dự án đầu tư: Khoan máy 8 hố, chiều sâu hố khoan 30m;

- Giai đoạn thiết kế kỹ thuật và bản vẽ thi công:

+ Khoan máy: Khoan 16 hố, độ sâu 20-35m/ hố, tổng độ sâu 480m;

+ Khoan tay: Tuyến kênh và sông Châu Giang ( khảo sát đầu mối cống Tắc Giang)

9 hố, độ sâu 10-20m/hố, tổng độ sâu 130m;

+ Đào hố vật liệu xây dựng đất 12 hố, độ sâu 2,7-4,2m/hố, tổng độ sâu 40,6m;

Bảng 2.2 Thí nghiệm trong phòng giai đoạn thiết kế kỹ thuật và bản vẽ thi công

Mẫu đất nguyên dạng ( đất nền) 64 mẫu

2 Phân bố địa chất cống Tắc Giang

Theo tài liệu khảo sát địa chất đã thực hiện năm 2006 thì địa tầng dưới đáy khu vực cống Tắc Giang phân bố từ trên xuống có các lớp như sau:

Hình 2.5 Mặt cắt địa chất dọc tuyến cống

30 Bảng 2.3 phân bố từ trên xuống địa chất cống Tắc Giang Mặt cắt địa chất ngang

tuyến cống

K (m/s) Lớp 1: Đất đắp đê là đất á sét nặng,

không thấm nước, thấm nước yếu 1.10-7

Lớp 2: Đất á sét nặng-á sét trung màu nâ nâu, đôi chỗ xen kẹp thớ cát mỏng; thấm 5.10 -7

Lớp 3: Á cát-cát bụi màu xám nâu, xám

Lớp 4: Cát hạt nhỏ, có chỗ là cát hạt bụi màu xám nâu, xám tro, nâu nhạt Đôi chỗ lẫn vỏ sò, hến; thấm nước mạnh;

7.10-5

Lớp 5: Á cát màu nâu xám, xám tro, lẫn hữu cơ màu xám đen; lớp 5 thường nằm dưới lớp 4 phân bố không liên tục; thấm nước mạnh

5.10-5

Lớp 6: Bùn á sét xen kẹp thớ cát mỏng màu xám tro, xám nâu, lẫn hữu cơ màu xám đen, các thớ cát xen kẹp không đều, có chỗ lẫn vỏ sò hến

31 cấu chặt vừa; chiều dày khai thác từ 2,3-3,8m; nguồn gốc bồi tích (aQ); hệ số thấm k= 5.10-6 (cm/s) = k= 5.10-8 (m/s);

Bảng 2.4 Chỉ tiêu cơ lý của đất đắp vai cống

1,87 1,44

18,5 1,6

32

- Đất đắp có chất lượng đạt yêu cầu, tuy nhiên trong lớp 2 có xen kẹp các thớ cát mỏng, phân bố không đều do đó khi khai thác gặp chỗ có nhiều thớ cát không nên

sử dụng ở những nơi có yêu cầu chống thấm;

- Nước mặt: Theo kết quả thí nghiệm mẫu nước sông Châu Giang là nước Bicacbonat Natri Canxi Theo tiêu chuẩn QTXD-59-73 các dấu hiệu và tiêu chuẩn

ăn mòn của nước môi trường đối với kết cấu bê tông và bê tông cốt thép, nước mặt không ăn mòn các loại bê tông;

- Nước ngầm: Nước dưới đất tồn tại trong lớp 4 (cát hạt nhỏ), lớp 3, lớp 5 và lớp 7 (á cát), nước thuộc loại nước có áp Mực nước dưới đất trong thời gian khảo sát cách mặt đất từ 0,70-2,20m;

- Nước ngầm có quan hệ trực tiếp với nước sông vì vậy khi thi công trong mùa lũ và vận hành công trình cần đề phòng bục nền khi mực nước sông lên cao;

- Nước mặt và nước ngầm đều không ăn mòn đối với các loại xi măng nên thuận lợi cho việc sử dụng các loại xi măng để xây dựng công trình

- Đánh giá tính xói ngầm của lớp 4 theo “Hướng dẫn tính toán màn chống thấm và

độ bền thấm của nền đập đất” do Trung tâm NCUDCN-Công ty TVXD thủy lợi I biên dịch tháng 1-2006 cho thấy lớp 4 không có tính xói ngầm Tuy nhiên cần lưu ý lớp 4 có tính dẻo dính kém, gặp nước dễ bị rã rời nhất là khi tiếp xúc với dòng nước chảy,

- Cao độ móng cống dự kiến -2,8m, toàn bộ nền móng cống nằm hoàn toàn trên lớp 4; lớp này có sức chịu tải tương đối tốt nhưng thấm rất mạnh, dưới lớp 4 chủ yếu là lớp 6, lớp này chịu tải kém Vì vậy cọc gia cố nền chủ yếu nằm trong lớp 4;

- Đáy kênh dẫn nước vào cống và âu thuyền đặt vào lớp 4 (cát hạt nhỏ), kênh dẫn nước sau cống và âu thuyền đặt vào lớp 3( á cát – cát bụi) vì vậy phần tiếp giáp của kênh với cống và âu thuyền cần có biện pháp ngăn ngừa hiện tượng xói ngầm;

- Đáy móng cống và âu thuyền theo dự kiến phải đào khá sâu ( 7,0-7,5m) qua các lớp đất có khả năng chống trượt khác nhau, vì vậy cần mở mái phù hợp tránh sạt lở;

33

- Lớp 4 có tính thấm nước rất mạnh vì vậy khi thi công cần có biện pháp tháo khô

hố móng và ngăn nước mặt chảy vào hố móng khi đào kênh;

- Nước ngầm có quan hệ với nước sông khi mở móng vào lớp 4, lớp 3 cần xem xét khả năng bục nền khi nước sông lên cao Cần có biện pháp chống xói ngầm ở chân

mái dốc hố móng và mái dốc kênh;

1 Ổn định trượt, lún [2]

Cụm đầu mối cống Tắc Giang được thiết kế nằm trên hệ thống cọc bê tông cốt thép M300, chiều dài cọc tại thân cống dài 8m, tường cánh cống cọc có chiều dài 8m Để đảm bảo ổn định của cống và đê thì biện pháp thi công cọc tường cánh thượng lưu

- Quan trắc thấm được đặt 20 điểm đo, tương ứng với 5 mặt cắt, trong đó có 2 mặt

cắt sát mép hai bên cống, 2 mặt cắt sát hai bên âu thuyền;

Hình 2.8 Mặt bằng bố trí thiết bị quan trắc thấm cống Tắc Giang

35

- Thiết bị đo mực nước thượng, hạ lưu cống;

- Thiết bị quan trắc lún

2.1.4 Quá trình thi công công trình

xây lắp- biện pháp thi công của Tư vấn thiết kế lập [7]

Bảng 2.5 Các giai đoạn thi cống móng và trình tự thi công

Các giai đoạn thi công móng công trình Trình tự thi công

của Nhà thầu xây lắp

Biện pháp thi công của Tư vấn thiết kế

lập

Giai đoạn 1: Mùa lũ từ 9/2007

→10/2007, thời gian tiêu nước 1 tháng

Giai đoạn 2: Mùa khô từ 11/2007

→4/2008, thời gian tiêu nước 6 tháng

Thi công cống Thi công xong

cống Giai đoạn 3: Mùa lũ từ 5/2008

→10/2008, thời gian tiêu nước 6 tháng Thi công cống, ngày 22/7/2008

đã đắp vai cống

Thi công các hạng mục trên cao

Giai đoạn 4: Mùa khô từ 11/2008

→4/2009, thời gian tiêu nước 6 tháng

Thi công xong âu

thuyền

Thi công xong âu thuyền

Giai đoạn 5: Mùa lũ từ 5/2009, thời

gian tiêu nước 1 tháng

1 Biện pháp tiêu nước hố móng của Tư vấn thiết kế lập- của Nhà thầu xây lắp [7]

Hình 2.9 Mặt bằng bố trí tiêu nước hố móng 1: Móng cống ; 2: Rãnh tiêu nước; 3: Giếng tập trung nước phia hạ lưu; 4: Đê thượng lưu phía sông Hồng ; 5: Đê hạ lưu phía sông Châu

36

Bảng 2.6 Biện pháp tiêu nước hố móng

Biện pháp làm khô nước hố móng của Tư

vấn thiết kế lập

Biện pháp tiêu nước hố móng của Nhà

thầu xây lắp

Để giữ nền ổn định trong quá trình thi

công, đơn vị tư vấn thiết kế hệ thống cừ

thi công vây quanh hố móng, sau khi

đào đến cao trình thiết kế dùng rãnh tiêu

nước lộ thiên bằng phên rơm, cọc tre, để

tiêu nước mưa, nước thấm và nước thi

công;

Hình 2.10 Bố trí tiêu nước hố móng của

Tư vấn thiết kế lập

6: Cừ vây quanh hố móng;

7: Phên rơm, cọc tre

Do yêu cầu về tiến độ nhà thầu xây dựng được phép thi công trong mùa mưa lũ Theo công văn số 750/BQL thì nhà thầu xây lắp không đóng cừ thi công vây hố móng mà dùng hệ thống rãnh lộ thiên và dùng máy bơm;

Hình 2.11 Bố trí tiêu nước hố móng

của Nhà thầu xây lắp

8: Cọc tre; 9: Phên rơm, lớp lọc

2 Một số diễn biến trong quá trình thi công [7]

Vỡ đê quai hạ lưu: Vào lúc 20h30 phút ngày 06/11/2008 đê quai hạ lưu bị vỡ, mực nước thượng lưu đê quai là +4,5m, chỗ vị vỡ sâu 7.5m tức là cao trình đáy chỗ vỡ là -3,0m (số liệu do Nhà thầu xây lắp báo cáo ngày 07/11/2008) Sau khi đắp lại đê quai hạ lưu phải bơm nước và dọn vệ sinh hố móng

37

- Thi công cống trong mùa lũ: Do yêu cầu về tiến độ nhà thầu xây dựng được phép thi công trong mùa mưa lũ

- Thay đổi biện pháp tiêu nước hố móng: Theo công văn số 750/BQL thì nhà thầu xây lắp không đóng cừ thi công vây hố móng mà dùng hệ thống rãnh lộ thiên và dùng máy bơm;

- Không bố trí thiết bị quan trắc thấm

2.1.5 Mực nước vận hành [7]

Theo tài liệu quan trắc mực nước kể từ khi công trình đưa vào vận hành ( năm 2009) đến thời điểm xảy ra sự cố ( tháng 8/ 2012) của Công ty trách nhiệm hữu hạn một thành viên khai thác Nam Hà Nam thì chênh lệch mực nước lớn nhất thượng hạ lưu cống Tắc Giang là tổ hợp mực nước: Mực nước thượng lưu: +5,0m, mực nước

hạ lưu: +2,6m, chênh lệch mực nước: ∆H = 2,4 m

2.2 Sự cố cống Tắc Giang và ứng xử khẩn cấp

2.2.1 Thời gian và diễn biến sự cố

- Vào lúc 5h30 ngày 01/8/1012 tại vị trí đầu mối cống Tắc Giang phát hiện phía hạ lưu tường ngoặt sau bể tiêu năng của cống có hiện tượng đùn sủi mạnh, nước đục, gian nhà đặt tủ điện để vận hành cống bị lún nghiêng, đến 10h cùng ngày toàn bộ gian nhà bị sụt xuống hố xói, xuất hiện vết nứt chạy dài dọc mép mặt đê, chân đê phía hạ lưu sụt lún nghiêm trọng;

- Thời điểm xảy ra sự cố cửa van cống và âu thuyền đóng, chênh lệch mực nước thượng hạ lưu cống là 2,4m ( mực nước thượng lưu +5,0m; mực nước hạ lưu +2,6m);

- Sau ba năm đưa vào sử dụng từ năm 2009 đến ngày 01/8/2012 xảy ra sự cố thấm

từ thượng lưu về hạ lưu gây xói nền và làm sụt lún đất ở vai cống và mái hạ lưu bên trái, ảnh hưởng đến an toàn của cống;

38

Vết nứt chạy dài dọc theo mép mặt đê Nhà vận hành cống bị sụt xuống hố xói

Hố xói ở mép tường cánh bên trái phía

hạ lưu Sụt lún tại chân đê phía hạ lưu bên trái Hình 2.12 Một số hình ảnh khi xảy ra sự cố

- Mở cửa âu thuyền để giảm áp lực nước, hạn chế tối đa mức độ khoét sâu của dòng chảy vào chân công trình;

- Dùng đất đá, rọ đá thả xuống hai bên vai cống khu vực sụt đất Làm biến báo cấm đường không cho người, phương tiện giao thông vào khu vực xảy ra sự cố;

39

- Khảo sát xói ngầm bằng ra đa để tìm và khoanh khu vực xói;

- Dùng vải HDPE trải khu vực thượng lưu cống đồng thời thả đá, rọ đá, bao tải đất, bao tải cát chèn vải;

- Đóng cọc cừ lassen III và cọc xi măng đất tại khu vực xảy ra xói ngầm;

- Tiếp tục đắp đê quai thượng lưu đến cao trình +8m; rộng 11m; để đảm bảo chống

lũ báo động cấp 3, đồng thời xử lý hố xói và sụt lún thân đê;

- Đóng cửa âu thuyền phục vụ công tác rải bạt chống thấm

Đắp đập tạm phía thượng lưu cống

trước cầu Chuyên Ngoại Đắp đập tạm phía thượng lưu cống trước cầu Chuyên Ngoại

Dùng rọ đá để gia cố chân đê Dùng bao tải đất đá để hỗ trợ chống

thấm qua thân đê Hình 2.13 Ứng xử khẩn cấp khi xảy ra sự cố

40

Hình 2.14 Rải vải chống thấm, bao tải cát và đắp đê quai thượng lưu

2.3 Khảo sát hiện trạng cống khi xảy ra sự cố

2.3.1 Mục đích và nội dung khảo sát

- Khảo sát hiện trạng để sơ bộ đánh giá nguyên nhân gây ra sự cố;

- Khảo sát địa chất nền và hai bên vai cống để tính toán thấm, đánh giá tính xói ngầm của đất nền hiện tại;

- Khảo sát các hạng mục công trình liên quan sau sự cố

2.3.2 Khảo sát hiện trạng cống khi xảy ra sự cố [7]

- Theo kết quả quan trắc lún thì nhà để phai giữa cống và âu thuyền ( khu vực bắt đầu xảy ra hiện tượng xói) chuyển vị rất ít: Hai góc nhà phía thượng lưu: ∆S = 0,82mm; hai góc nhà phía hạ lưu: ∆S = 0,077mm Như vậy dòng thấm không đi qua khu vực này;

- Theo kết quả khoan thăm dò khu vực tường cánh thượng hạ lưu cống, bản đáy cống có kết quả như sau:

+ Hố xói bắt đầu từ tường cánh bên phải thượng lưu cống;