Hồ chứa nước Cửa Đạt là một hồ chứa lớn thuộc xó Xuõn Mỹ, huyện Thường Xuõn, tỉnh Thanh Húa. Đõy là một hồ chứa lớn khai thỏc tổng hợp nguồn nước sụng Chu phục vụ cho cỏc yờu cầu phỏt triển của vựng hạ lưu sụng Mó, tỉnh Thanh húa. Cụng trỡnh đó được Thủ tướng Chớnh phủ cho phộp đầu tư theo Quyết định số 348/QĐ-TTg ngày 10/4/2004 với cỏc nhiệm vụ chủ yếu như sau:
- Giảm lũ với tần suất 0,6%, bảo đảm mực nước tại Xuõn khỏnh khụng vượt quỏ 13,71m (lũ lịch sử năm 1962),
- Cấp nước cho cụng nghiệp và sinh hoạt với lưu lượng 7,715 m3/s,
- Tạo nguồn nước tưới ổn định cho 86 862ha đất canh tỏc (trong
đú Nam sụng Chu là 54 043 ha và Bắc sụng Chu-Nam sụng Mó là 32 831 ha), - Kết hợp phỏt điện với cụng suất lắp mỏy N=(88-97) MW,
- Bổ sung nước mựa kiệt cho hạ du đểđẩy mặn, cải tạo mụi trường sinh thỏi với lưu lượng Q=30,42 m3/sec.
4.1.1. Địa hỡnh
Vựng tuyến III được lựa chọn trong bỏo cỏo nghiờn cứu khả thi kộo dài dọc theo sụng Chu khoảng 800m. Vai trỏi là nỳi cao trờn +200m và dốc, hầu như khụng cú điều kiện để bố trớ cụng trỡnh xả lộ thiờn. Nếu điều kiện địa chất cho phộp bố trớ cụng trỡnh ngầm thỡ tuyến cụng trỡnh cũng sẽ khỏ dài, kờnh dẫn vào ra cụng trỡnh cũng khụng thuận tiện. Vai phải cú cỏc yờn ngựa, cao độ mặt đất tự nhiờn dưới +200m cú thể xem xột để bố trớ cụng trỡnh xả kiểu hở. Đoạn sụng Chu đi qua vựng tuyến thay đổi hướng từ tõy bắc-đụng nam sang hướng bắc-nam sau đú trở về hướng tõy bắc- đụng nam. Nếu bố trớ cụng trỡnh xả bờn bờ phải thỡ dũng chảy sau cụng trỡnh cú thể nối tiếp tương đối thuận với dũng sụng tự nhiờn. Sau đoạn tuyến
800m, địa hỡnh mở rộng về hai phớa bờ sụng tương đối thuận tiện để bố trớ mặt bằng thi cụng cụng trỡnh.
Hỡnh 4.1. Vị trớ tuyến cụng trỡnh Cửa Đạt
4.1.2. Địa chất
- Kết quả khảo sỏt địa chất cho thấy phõn bố địa tầng khu vực tuyến khỏ phức tạp, tầng phong húa khỏ dày, đặc biệt ở vai trỏi. Tại đõy tầng phong húa mónh liệt đến phong húa mạnh sõu 30-50m nờn hầu như khụng cú khả năng bố trớ cỏc cụng trỡnh ngầm. Bờn vai phải, tầng phong húa cú nụng hơn nhưng cú nơi cũng sõu đến 20-30m . Dọc theo hướng tõy bắc-đụng nam cú nhiều đứt góy cổ chiều rộng hàng chục một, tuyến đập hầu như bắt buộc phải cắt qua cỏc đứt góy này. Ngoài ra cũn cú cỏc đứt góy ỏ vĩ tuyến cú hướng gần vuụng gúc với cỏc đứt góy trờn.
- Về vật liệu xõy dựng, vật liệu tại chỗ nhưđất, đỏ, cỏt cuội sỏi khỏ phong phỳ, cự ly tương đối gần cụng trỡnh cú thể khai thỏc để xõy dựng cỏc cụng trỡnh đập đất đỏ, bờ tụng...
4.2. Cấu tạo mặt cắt ngang đập Cửa Đạt
của nước và hệ thống phũng thấm chống thấm.
Hỡnh 4.2. Mặt cắt ngang đập Cửa Đạt
4.2.1. Khối đỏ đắp chớnh
Khối đỏ đắp thõn đập chịu lực đẩy ngang của nước thường được cấu tạo bởi khối đỏ thượng lưu ( vựng thõn đập chớnh ) ký hiệu IIIB, khối đỏ đổ hạ lưu ký hiệu IIIC, và khối đỏ gia cố hạ lưu ký hiệu IIIF. Khối IIIB và IIIC được đắp bằng đỏ cú kớch cỡ lớn. Đỏ đắp khối IIIB phải là đỏ tốt lấy từ mỏ, đỏ sử dụng đắp vựng IIIC cú thể tận dụng đỏ từđào hố múng cỏc hạng mục cụng trỡnh hoặc đỏ lấy từ cỏc mỏ cú chất lượng kộm hơn đỏ đắp vựng IIIB. Đỏ gia cố vựng IIIF là đỏ quỏ cỡ cú đường kớnh từ 400mm-1200mm được khai thỏc từ mỏ và đào cỏc hố múng.
4.2.2. Cỏc khối đắp chuyển tiếp
Đểđảm bảo bề mặt tiếp xỳc của tấm bản mặt với khối đỏ chớnh được ờm thuận, dưới bản mặt được cấu tạo lớp đệm ký hiệu IIA được làm bằng vật liệu cú kớch cỡ hạt nhỏ, lớp đệm này cũn được thiết kếở dạng bỏn thấm để hộ trợ cho việc chống thấm của bản mặt trong trường hợp cú nước rũ rỉ qua tấm bản mặt hoặc khớp nối.
Hỗ trợ thờm về chống thấm, vựng dưới chõn mặt thượng lưu đập cũn cấu tạo tầng phủ và dưới tấm bản mặt khu vực khớp chu vi cũn cú cấu tạo lớp đệm đặc biệt ký hiệu IIB. Tầng phủ thượng lưu gồm hai lớp, lớp nằm sỏt tấm bản chõn và bản mặt là vật liệu vựng hỗ trợ IB ( lớp phủ thượng lưu) sử dụng đất tầng edQ đào từ múng đập. Lớp nằm ngoài là vựng gia trọng IA đắp bằng đỏ bất kỳ để ổn định và +50.00 +50.00 +75.00 +120.80 +120.77 MNLN 0,01% 11 1
Hình 1 . 5 Mặt cắt ngang tại vị trí lòng sông của đập Cửa Đạt
10 9 2 MNC MNLN 0,1% MNDBT +110.0 3 +73.0 4 7 5 8 +119.05 6 +120.80 (IIIF) 1:1.50 1:1.50 đá kích th−ớc lớn dày 150cm Lớp đệm bằng đá dăm dày 30cm Lớp bảo vệ mái đập (IIID) bằng
1:1.50
1:1.40
1:1.60
1:2.50
1:1.50
Bê tông l−ới thép M20 dày 15cm Lớp đệm dày 80cm
thấm dự kiến Q < 0.03 l/ph.m Giới hạn khoan phụt màng chống Khoan phụt nông sâu 10m
Bản chân B = 8m Thép néo fi25, a = 1.2m, L = 4m 1:1.0 (IIIE) (IIIC) (IIIB)
1- Khối gia tải
2- Khối đất hỗ trợ chống thấm 3- Bê tông bản mặt 4- Lớp đệm dày 3m (IIA)
5- Lớp chuyển tiếp dày 4m (IIIA) 6- T−ờng chắn sóng
7- Lớp đá đổ chính của đập (IIIB) 8- Lớp đá đào móng tận dụng (IIIC)
9- Lớp đệm đặc biệt (IIB) 10- Màng khoan phụt chống thấm 11- Đá bảo vệ mái hạ l−u (IIID)
bảo vệ vựng hộ trợ IA.
Để biến dạng của lớp đệm ăn khớp với biến dạng của khối đỏ chớnh và vật liệu lớp đệm khụng bị cuốn trụi nếu cú dũng thấm phỏt sinh khi bản mặt bị hư hỏng, giữa lớp đệm và lớp đỏ chớnh cấu tạo một lớp đỏ chuyển tiếp ký hiệu IIIA cú kớch cỡ hạt trung gian giữa lớp IIA và IIIB.
Để bảo vệ mỏi hạ lưu và tăng thẩm mỹ của đập, mỏi hạ lưu được lỏt bằng đỏ lỏt khan bằng đỏ hộc với chiều dày ≥ 30cm ký hiệu là lớp IIID.
Bảng 4.1 Bảng chức năng và yờu cầu vật liệu cho từng vựng Tờn vựng Chức năng Yờu cầu vật liệu Vựng đệm đặc biệt IB Đảm bảo cho sự ổn định phần tiếp giỏp giữa bản mặt và tấm bản chõn, tỏc dụng như lớp đệm và cú tỏc dụng lọc Dựng vật liệu cấp phối liờn tục cỡ đỏ lớn nhất ≤ 40mm, đỏ tốt, nhiều vật liệu mịn, cỡ đỏ <5mm chiếm 45%-80% Vựng đệm IIA Kờ cho bản mặt được bằng
phẳng, trỏnh ứng suất tập trung, giảm nhỏ biến dạng do tải trọng gõy ra, hỗ trợ phũng thấm cho bản mặt Dựng vật liệu cú cấp phối liờn tục, cỡ đỏ hạt lớn nhất ≤80mm, đỏ tốt, nhiều vật liệu mịn, cỡ đỏ < 5mm chiếm 30% -50%, cỡ đỏ 0.075mm < 8% Vựng chuyển tiếp IIIA Là lớp lọc bảo vệ lớp đệm, để biến dạng giữa lớp đệm và khối đỏ chớnh được hài hũa Dựng vật liệu cú cấp phối liờn tục cỡ đỏ lớn nhất ≤300mm, đỏ tốt, sau khi đầm cú tớnh nộn ộp thấp, cường độ chịu cắt cao và khả năng thoỏt nước tự do Vựng khối đỏ chớnh IIIB Chống lại lực đẩy và ỏp lực nước Đỏ cú tớnh bền lõu, tớnh nộn ộp thấp, cường độ chống cắt cao, cỡ đỏ lớn nhất 80cm- 100cm, d<5mm<20%,
d<0.075mm<5% Khối đỏ hạ lưu IIIC Cựng khối đỏ chớnh của thõn đập giữ ổn định cho đập, ớt ảnh hưởng đến biến dạng bề mặt Đỏ tận dụng từđào hố múng hoặc từ mỏ cú chất lượng thấp hơn đỏ IIIB, cỡ đỏ lớn nhất ≤120cm
Khối đỏ gia cố hạ lưu IIIF Gia cố chõn hạ lưu, làm vật thoỏt nước thấm, tăng khả năng ổn định đập Đỏ lớn cú d=400mm- 1200mm Vựng hỗ trợ IB Tỏc dụng hỗ trợ phũng thấm cho bản chõn và khớp chu vi Sử dụng đất đào từ hố múng cú hàm lượng hạt sột d< 0.005mm tối thiểu 15%, d>2mm< 25% Vựng gia trọng IA Tăng sự ổn định cho tấm bản chõn, bảo vệ vựng hỗ trợ IB Đỏ đào hố múng hoặc khai thỏc trờn mỏđỏ. 4.2.3. Hệ thống phũng chống thấm Hệ thống phũng chống thấm bao gồm tường chắn súng, bản mặt, tấm bản chõn và màng khoan phụt chống thấm. Giữa tường chắn súng và bản mặt, giữa bản mặt và tấm bản chõn được cấu tạo khớp nối. Để phũng ngừa nứt nẻ bản mặt do hiện tượng lỳn khụng đều hoặc do co ngút bờ tụng, bản mặt được chia thành nhiều tấm, giữa cỏc tấm cú cấu tạo khớp nối bảo đảm yờu cầu chống thấm. Cấu tạo một số bộ phận chớnh như sau:
a) Tấm bản chõn
Theo Quy phạm SL-228-98, đối với đoạn đập cao (H > 70m), núi chung bản chõn cú thể đặt trờn tầng phong húa vừa, đoạn đập vừa và thấp (H < 70m ) cú thể đặt ở phần giữa tầng phong húa mạnh. Đối với đập chớnh Cửa Đạt, trờn chiều dài dọc theo trục đập những đoạn đập cú chiều cao (tớnh từ bản chõn) cao từ 70m trở lờn (H≥70m) thỡ bản chõn được đặt trờn mặt đỏ phong húa vừa, những đọan cú chiều cao nhỏ hơn 70m (H<70m) bản chõn đặt ở giữa lớp đỏ phong mạnh. Cụ thể được thể hiện trờn cỏc bản vẽ.
Bản chõn bằng bờ tụng cốt thộp, chiều rộng của bản phụ thuộc vào gradien thuỷ lực của đỏ nền. Theo kinh nghiệm, với đập Cửa Đạt chọn chiều rộng bản chõn của đoạn đập cao ở lũng sụng là 8m, chiều dày là 0.8m; cỏc đoạn tiếp theo hai vai cú chiều rộng 6m, chiều dày 0.6m và hai đoạn cũn lại nằm tiếp giỏp với đỉnh đập là 4m và 0.4m. Để trỏnh hiện tượng xúi làm hư hỏng nền, phớa hạ lưu bản chõn bố trớ một tầng lọc cỏt cuội sỏi dày 0.5m. Cỏc đoạn bản chõn được nối với nhau bằng cỏc khớp nối kớn nước. Khớp nối chỉ bố trớ tại những nơi bản chõn đổi hướng, hoặc tại nơi nền bản chõn cú đới đứt góy hoặc vựng nham thạch mềm.
Đỏ nền bản chõn ở cỏc phương ỏn đều cú hiện tượng nứt nẻ, đứt góy ở cỏc mức độ khỏc nhau. Do vậy, cần được xử lý trước khi đổ bờ tụng bản chõn. Tựy theo quy mụ cỏc khiếm khuyết mà ỏp dụng cỏc biện phỏp đào bỏ cỏc nham thạch mềm bở, làm sạch đến độ sõu nhất định, sau đú lấp lại bằng bờ tụng mỏc 200 rồi phụt vữa xi măng. Với những đứt góy, xen kẹp lớn thỡ sẽ xem xột thiết kế biện phỏp xử lý cụ thể tại chỗ.
Bản chõn được nộo chặt vào nền. Đoạn nền trong phạm vi độ sõu 6-8m được phụt vữa cố kết nhằm tăng cường độ lớp đỏ dưới bản chõn và gia cường cho nộo đồng thời tạo ra một lớp phản ỏp ở trờn để cú thể chịu một ỏp lực rất lớn khi phụt tạo màng ở dưới. Màng chống thấm bố trớ dọc theo tõm của bản chõn. Độ sõu khoan phụt phải đảm bảo đạt đến độ sõu mà tại đú lượng mất nước đơn vị tối đa ở nền khụng lớn hơn 3 lugeon và cắm vào lớp đỏ giới hạn này 3 ∼5m nhưng cũng khụng quỏ 1/3 chiều cao đập.
Bờ tụng bản chõn mỏc 25 (M25), đặc tớnh chống thấm và bền vững theo thời gian tương đương với bờ tụng bản mặt.
b) Tấm bản mặt
Bản mặt bằng bờ tụng cốt thộp cấu tạo dạng tấm đặt ở mỏi thượng lưu đập. Ở phớa dưới nối với bản chõn, ở phớa trờn nối với tường chống súng đều cú cỏc khớp nối kớn nước. Chiều dày bản biến đổi theo chiều cao cột nước trước đập (H) và được tớnh bằng cụng thức kinh nghiệm:
Theo chiều trục dọc đập, bản được chia thành nhiều tấm cú chiều rộng phụ thuộc và chiều cao đập: đoạn lũng sụng và lõn cận rộng 14-16m, đoạn nối tiếp hai bờ chiều rộng 6m. Giữa cỏc tấm bản mặt đều cú cỏc khớp nối đứng kớn nước. Do biến dạng lỳn, thụng thường cỏc khớp nối ở hai vai đập là cỏc khớp chịu kộo, cũn cỏc khớp ở giữa thõn đập là cỏc khớp chịu nộn.
Căn cứ vào kinh nghiệm của Trung quốc, cỏc chuyờn gia Viện Hoàng Hà đề nghị dựng bờ tụng M25, độ chống thấm B10 cho bờ tụng bản mặt và bản chõn đập Cửa Đạt.
Thộp trong bờ tụng được bố trớ theo hai hướng. Cốt thộp bố trớ ở giữa tấm, hàm lượng thộp ở mỗi hướng 0.3% cho hướng ngang và 0.4% cho hướng đứng.
- Cỏc khớp nối
Để liờn kết cỏc tấm bản chõn, bản mặt và tường chắn súng tạo ra tuyến kớn nước hoàn chỉnh, cần bố trớ cỏc loại khớp nối như sau:
+ Khớp nối biờn (hay khớp nối vũng quanh) được bố trớ giữa cỏc tấm bản chõn với nhau và giữa bản chõn và bản mặt.
+ Khớp đứng đứng nối cỏc tấm bờ tụng bản mặt với nhau. + Khớp nằm ngang nối cỏc tấm bản mặt với tường chắn súng. Dọc theo chiều dài bản mặt chỉ cú khớp nối thi cụng.
Cỏc khớp nối mặt đứng và mặt bằng được bố trớ so le, vật chắn nước phải được liờn kết với nhau đểđảm bảo kớn nước. Cụ thể xem chi tiết ở cỏc bản vẽ.
Hỡnh 4.3. Bản mặt bờ tụng đập Cửa Đạt
c) tường chắn súng
Tường chắn súng nối với đỉnh bản mặt và cú tỏc dụng chống súng, tường bằng bờ tụng cao 4m-6m và đỉnh tường cao hơn đỉnh đập 1m-1.2m, cao trỡnh đỏy tường cao hơn mực nước dõng bỡnh thường.
d) Khoan phụt chống thấm
Đểđảm bảo chống thấm và chống xúi mũn vật liệu nền, nền tấm bản chõn được phụt vữa gia cố và chống thấm. Phụt vữa gia cốđược bố trớ thành 2-4 hàng và chiều sõu khụng nhỏ hơn 5m. Phụt vữa chống thấm được bố trớ vào giữa tấm bản chõn và phải cắm sõu vào tầng khụng thấm nước 5m và chiều sõu khoan phụt bằng ẵ-1/3 chiều cao đập.
4.3. Cụng nghệ thi cụng đập CFRD Cửa Đạt