CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐẬP ĐẤT CỦA HỒ CHỨA NƯỚC
1.5. Những khả năng mất an toàn đập đất
- Khi mực nước trong hồ dâng cao, nước có thể tràn qua đỉnh đập có nguy cơ dẫn tới sự cố vỡ đập.
- Khi hồ tích nước, thượng hạ lưu đập có chênh lệch đầu nước, trong thân đập hình thành dòng thấm, thấm qua đập gây mất nước của hồ.
- Dòng thấm qua đập có độ dốc (J) lớn làm cho đất trong thân, nền đập, các mặt tiếp xúc giữa các khối bị phá hoại theo độ bền thấm.
- Đập được đắp theo từng lớp, chất tải theo thời gian, bản thân đập và nền đập bị lún theo thời gian.
- Kết cấu bảo vệ mái thượng lưu bị phá hoại do sóng tác động lên mái.
- Nước trong hồ rút nhanh hình thành dòng thấm ngược từ đập về hồ làm giảm khả năng duy trì ổn định của mái thượng lưu.
1.5.2. Nước tràn qua đỉnh đập
Nước tràn qua đỉnh đập có thể là do các nguyên nhân sau: Tính thủy văn sai:
Mưa gây ra lũ tính nhỏ, lưu lượng đỉnh lũ nhỏ, tổng lượng lũ nhỏ hơn thực tế, các dạng lũ thiết kế không phải là bất lợi, thiếu lưu vực. Lập đường cong dung tích hồ W=f (H) lệch về phía lớn, lập đường cong khả năng xả lũ của đập tràn Q = f(H) sai lệch với thực tế. Cửa đập tràn bị kẹt, lũ vượt tần suất thiết kế, không có tràn xả lũ dự phòng, đỉnh đập đắp thấp hơn cao trình thiết kế.
Ví dụ: Đập Bản Kiều - Trung Quốc vỡ do mưa lũ vượt tần xuất nước lũ tràn lên mặt đập rồi leo lên vượt tường chắn sóng 0,3m, như hình 1.5 [20].
Hình 1.5: Sự cố vỡ đập Bản Kiều - Trung Quốc 1.5.3. Sạt trượt thiết bị bảo vệ mái đập thượng lưu
Nguyên nhân sạt trượt mái đập:
- Tính sai cấp bão.
- Biện pháp thiết kế gia cố mái không đủ sức chịu đựng sóng do bão gây ra.
- Thi công lớp gia cố kém chất lượng: Kích thước đá lát hoặc tấm bê tông nhỏ hơn thiết kế, chất lượng đá hoặc bê tông kém, đá lát đặt nằm, không chèn chặt các hòn đá.
- Đất mái đập thượng lưu đầm nện không chặt, hoặc không xén mái.
- Hiện tượng này xảy ra ở hầu hết các hồ thiết kế đá lát khan. Đặt biệt là khu vực Miền Trung và Tây Nguyên do gió bảo to, do hiện tượng đất trương nở. Hiện tượng này được thể hiện theo hình 1.6.
Hình 1.6: Trượt mái thượng lưu đập Từ Phổ (Trung Quốc) 1.5.4. Thấm vượt quá giới hạn, sủi nước ở nền đập
Nguyên nhân gây ra:
- Đánh giá sai tình hình địa chất nền, để sót lại lớp thấm mạnh nhưng không được xử lý.
Biện pháp thiết kế xử lý nền không đảm bào chất lượng.
- Chất lượng xử lý nền kém: Khoan phụt không đạt yêu cầu; hốt không sạch lớp bồi tích; thi công chân khay, sân phủ kém dẫn đến thủng lớp cách nước.
- Xử lý tiếp giáp nền và thân đập không tốt do thiết kế không đề ra biện pháp xử lý, hoặc do khi thi công không thực hiện tốt biện pháp xử lý.
Ví dụ : Đập Lafruit được xây dựng năm 1930 thuộc bang Texas (Mỹ), Nền đập là lớp bồi tích dày 27 ÷ 34m, dưới là tầng sét có kẹp lớp cát đá chưa được khảo sát xác định độ dày. Do không xử lý tốt nên thấm đã làm phá hoại nền, nước chảy qua khe nứt làm phá hỏng đập [37].
1.5.5. Thấm vượt giới hạn, sủi nước ở vai đập Nguyên nhân gây ra:
- Thiết kế không đề ra biện pháp xử lý hoặc biệp pháp xử lý đề ra không tốt.
- Không bóc hết lớp thảo mộc ở các vai đập.
- Đầm nện đất trên đoạn tiếp giáp ở các vai đập không tốt.
- Thi công biện pháp xử lý tiếp giáp không tốt.
Ví dụ: Hồ Cà Giây do đơn vị thi công đã không xử lý tốt khớp nối do phân đoạn thi công giữa 2 phần đập bờ trái và bờ phải trong nên xảy ra sự cố thấm phải dừng thi công xử lý.
1.5.6. Thấm vượt giới hạn, sủi nước ở bên công trình Nguyên nhân gây ra:
- Thiết kế không đề ra biện pháp xử lý hoặc biện pháp không tốt.
- Đắp đất ở mang công trình không đảm bảo chất lượng: Chất lượng đất đắp không được lựa chọn kỹ, không dọn vệ sinh sạch sẽ để vứt bỏ các tạp chất trước khi đắp đất, đầm nện không kỹ.
- Thực hiện biện pháp xử lý không đảm bảo chất lượng.
- Hỏng khớp nối của công trình, Cống bị thủng.
Ví dụ: Đập thủy điện Ia Krel 2 bị vỡ tháng 6/2013 do nước rò rỉ qua mang cống tại vị trí tiếp giáp giữa cống dẫn dòng thi công và đập đất như hình 1.7 [7]
Hình 1.7: Sự cố vỡ đập Ia karel 2 - Gia Lai 1.5.7. Thấm vượt giới hạn, sủi nước trong thân đập
Nguyên nhân gây ra:
- Bản thân đất đắp đập có chất lượng không tốt: Hàm lượng cát, bụi dăm sạn nhiều, hàm lượng sét ít, đất bị tan rã mạnh.
- Kết quả khảo sát sai với thực tế, cung cấp sai các chỉ tiêu cơ lý lực học.
- Chọn dung trọng khô thiết kế thấp, nên đất sau khi đầm vẫn tơi xốp, bở rời.
- Không có biện pháp thích hợp để xử lý độ ẩm, do đó độ ẩm của đất đắp không đều, đất sau khi đắp có chỗ chặt có chỗ vẫn rời rạc tơi xốp.
- Đất được đầm nện không đảm bảo được độ chặt yêu cầu do: Lớp đất rải dày quá qui định, số lần đầm ít, nên đất sau khi đắp có độ chặt không đồng đều, phân lớp, không đạt độ chặt qui định, hình thành từng lớp đất yếu nằm ngang
- Thiết kế và thi công không có biện pháp xử lý khớp nối thi công do phân đoạn đập để đắp trong quá trình thi công, Thiết bị tiêu nước bị tắc.
Đập đất Teton của Hoa Kỳ bị thấm gây xói ngầm mạnh và bị vỡ tháng 6/1976 như hình 1.8 [37].
Hình 1.8: Sự cố vỡ đập Teton - Mỹ
Đập Am Chúa - Khánh Hòa: Bị vỡ, do khảo sát xác định sai chỉ tiêu của đất đắp đập, không xác định được tính chất tan rã, lún ướt và trương nở của đất. Thiết kế không nghiên cứu kỹ sự không đồng nhất của các bãi vật liệu nên vẫn cho rằng đây là đập đất đồng chất để rồi khi dâng nước các bộ phận của đập làm việc không đều gây nên nứt nẻ, sụt lún, tan rã, hình thành các vết nứt và các lỗ rò. Đồng thời thi công không đảm bảo chất lượng, đầm đất không đạt dung trọng nên khi hồ bắt đầu chứa nước, đất không được cố kết chặt, gặp nước thì tan rã như hình 1.9 [29].
Hình 1.9: Sự cố vỡ đập Am Chúa - Khánh Hòa 1.5.8. Nứt ngang đập
Nguyên nhân:
- Lún nền đột biến do chất lượng nền kém;
- Lún không đều đột biến trong thân đập do chênh lệch đột biến về địa hình nền đập không được xử lý.
- Đất đắp đập có tính lún ướt lớn hoặc tan rã mạnh nhưng khi khảo sát không phát hiện ra hoặc có phát hiện ra nhưng thiết kế kết cấu đập không hợp lý.
Ví dụ: Hồ Yên Lập, dung tích 11 triệu m3 nước, chiều cao đập Hmax = 37.0m, tháng 10/1982 khi hồ đang tích nước, phai bịt lỗ cống dẫn dòng bị gãy đột ngột Nước hồ chảy qua cống rất mạnh, với cột nước rất lớn tới 24m, làm rung động toàn bộ cống và đoạn đập đất lân cận, làm cho đập chính nứt rạn tại 25 vết nứt với chiều rộng kẽ nứt từ 1,5 3 cm, sụt lớp gia cố mái thượng lưu [18].
1.5.9. Nứt dọc đập Nguyên nhân:
- Nước hồ chứa dâng cao đột ngột gây ra tải trọng trên mái đập thượng lưu tăng đột biến.
- Nước hồ rút xuống đột ngột gây ra giảm tải đột ngột trên mái thượng lưu.
- Đất đắp đập khối thượng lưu có tính lún ướt hoặc tan rã mạnh nhưng khi khảo sát không phát hiện ra hoặc có phát hiện ra nhưng thiết kế kết cấu đập không hợp lý.
Nền đập bị lún trên chiều dài tim đập. Như đập đất EaSoup thượng-Đắk Lắk như hình 1.10 [18].
Hình 1.10: Vết nứt dọc trên mái đập EaSoup thượng – Đắk Lắk 1.5.10. Nứt nẻ sâu mặt đập hoặc mái đập
* Nguyên nhân: Do đất đắp đập thuộc loại trương nở tự do mạnh. Mặt đập không xử lý thấm để ngấm nước, tiêu thoát nước mặt mái hạ lưu không có hoặc không tiêu hết nước mặt, mái hạ lưu không được trồng cỏ bảo vệ.
Ví dụ: Hồ Đu Đủ -Bình Thuận. Công trình thi công hoàn thành năm 2009.
Hàng năm vào mùa mưa nước thấm gây lún sụt hàng chục lỗ sâu từ 1m 2m trên mái đập và mặt đập, phải xử lý nhiều lần vẫn chưa ổn định [18].
1.5.11. Trượt sâu mái đập thượng lưu Nguyên nhân:
- Bão lớn sóng to kéo dài, đầu tiên phá hẳn lớp gia cố, tiếp đó phá khối đất ở phần thượng lưu thân đập.
- Nước hồ rút đột ngột ngoài dự kiến thiết kế.
- Sức bền của đất đắp đập không đảm bảo các yêu cầu của thiết kế.
- Thiết kế chọn tổ hợp tải trọng không phù hợp với thực tế.
- Thiết kế chọn sai sơ đồ tính toán ổn định.
- Chất lượng thi công đất đắp đập không đảm bảo yêu cầu thiết kế.
- Địa chất nền đập xấu không được xử lý.
1.5.12. Trượt sâu mái đập hạ lưu Nguyên nhân:
- Địa chất nền xấu hơn dự kiến của thiết kế do khảo sát đánh giá không đúng với thực tế.
- Sức bền của đất đắp đập kém hơn dự kiến của thiết kế do đánh giá sai các chỉ tiêu về chất lượng đất đắp đập.
- Nền đập bị thoái hóa sau khi xây dựng đập nhưng khi khảo sát và thiết kế đã không dự kiến được.
- Thiết kế chọn sai tổ hợp tải trọng.
- Thiết kế chọn sai sơ đồ hoặc phương pháp tính toán.
- Chất lượng thi công đất đắp đập không đảm bảo.
- Tiêu thoát nước mưa trên mặt mái hạ lưu không tốt, khi mưa kéo dài toàn thân đập bị bão hòa nước ngoài dự kiến của thiết kế.
* Ví dụ: Hồ Kim Sơn - Hà Tĩnh thi công hoàn thành vào năm 1993, hiện tượng thấm xuất hiện ở hai vai và mái hạ lưu đập chính, mức độ thấm tăng dần nước thấm trên hai vai đập và vùng cơ hạ lưu chảy thành dòng, lưu lượng thấm khoảng 1012 l/s, như hình 1.11 [18].
Hình 1.11: Vùng thấm sình lầy mái hạ lưu trên hồ Kim Sơn 1.5.13. Hư hỏng do mối gây ra
Các nguyên nhân có mối trong đập:
- Do không xử lý các tổ mối có sẵn trong nền đập trước khi thi công (kể cả những đập sẽ tôn cao).
- Do mối cánh bay vào làm tổ khi mùa bay giao hoan phân đàn.
- Do mối di cư vào trong đập.
- Do hoạt động của con người. Theo hình 1.12.