Blog

1. MỞ ĐẦU

Sự an toàn của các đập hiện hữu hiện đang nhận được sự quan tâm của Chính phủ cùng các bộ ngành có liên quan. Các sự cố về đập trong vài năm gần đây đã nêu bật sự cần thiết phải nghiên cứu phát triển các công nghệ đảm bảo an toàn đập với mục tiêu đảm bảo rằng các con đập phải được an toàn trước mọi diễn biến bất lợi. Nhận thức được vấn đề đó, trong chiến lược phát triển của Viện Thủy công, an toàn đập là một trong sáu nhiệm vụ trọng tâm đến năm 2020 và định hướng đến năm 2030. Bài viết giới thiệu những thành tựu khoa học công nghệ của Viện Thủy công trong lĩnh vực an toàn đập. Kết quả nghiên cứu đã được áp dụng thành công trong nhiều dự án nâng cấp, sửa chữa công trình đầu mối hồ chứa ở Việt Nam.

2. GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ ĐẢM BẢO AN TOÀN ĐẬP

2.1. Công nghệ sửa chữa cống lấy nước dưới đập

2.1.1. Công nghệ sửa chữa cống dưới đập bằng phương pháp luồn ống thép, chèn vữa bê tông tự lèn

Khi cống dưới khả năng chịu lực hoặc cống bị thấm, rò rỉ có nguy cơ mất an toàn; một đường ống thép được luồn vào bên trong cống hiện trạng trên suốt chiều dài cống; phần trống giữa cống cũ và đường ống thép được được lấp đầy bằng vữa bê tông. Tuy nhiên, do vữa bê tông thường không đảm bảo điền đầy hoặc khi bơm dễ bị tắc ống nên một số công trình bị sự cố khi thi công, phải phá bỏ làm lại. Để khắc phục nhược điểm này, năm 2015, Viện Thủy công đã nghiên cứu thay thế vữa bê tông thường bằng bê tông tự lèn. Kết quả nghiên cứu đã ứng dụng cho đập Khe Gỗ, Khe Trung (Hà Tĩnh), Ba Nương (Quảng Bình), Xạ Hương (Vĩnh Phúc) và một số cống luồn khác của ngành giao thông.

Hình 1. Sửa cống dưới đập hồ Khe Trung (Hà Tĩnh)

Hình 2: Sửa chữa cống dưới đập hồ Xạ Hương

Những điểm đáng chú ý trong công nghệ này là: (1) Bê tông tự lèn đảm bảo thời gian duy trì độ linh động đủ để thi công trong khoảng 3 tiếng đủ để vận chuyển từ trạm trộn đến khi bơm hết vào cống mà không làm tắc ống; (2) Xây dựng được quy trình thi công đảm bảo an toàn: Thiết kế phân đoạn bơm hợp lý, bố trí đường ống bơm phù hợp- dễ thi công, kinh nghiệm xử lý các tình huống nảy sinh trong quá trình bơm (nổ ống, cấp vật liệu không kịp thời, ….)

2.1.2. Công nghệ sửa chữa trám vá vết nứt và các chỗ bê tông kém chất lượng

Hiện tượng hư hỏng do nứt, rỗ bê tông dẫn đến thấm nước tại các cống dưới đập có kết cấu bê tông cốt thép thường xẩy ra rất phổ biến. Giải pháp xử lý các sự cố này chính là công nghệ chống thấm ngược. Vật liệu được sử dụng gồm vữa không co đông kết nhanh GS200, GS800 và vữa ba thành phần. Quy trình thi công được thể hiện trong Hình 3. Hình 4 là một số hình ảnh thi công sửa chữa khuyết tật cho cống lấy nước dưới đập.

1. Xác định vị trí nước chảy	2. Dùng máy đục phần bê tông yếu và vệ sinh sạch	3. Gắn ống nhựa mềm D21 bằng hỗn hợp GS200 + GS800 và trám vữa ba thành phần	4. Bơm vữa Grout và gấp ống lưu áp	5. Cắt ống và trám lại bằng vữa ba thành phần	6. Vệ sinh và quét vữa GS200 lên bề mặt

Hình 3. Quy trình sửa chữa khe nứt và các chỗ bê tông bị khuyết tật

Dẫn lưu nước thấm	Khoan đặt Paker (van 1 chiều) để phụt vữa trong cống lấy nước	Trám vữa không co dọc vết nứt dọc tràn sau khi bơm vữa

Hình 4. Sửa chữa khe nứt và các chỗ bê tông bị khuyết tật cho cống dưới đập và tràn xả lũ

2.1.3. Công nghệ bọc phủ vật liệu tổng hợp cường độ cao (sợi thủy tinh và cacbon) để sửa chữa, gia cố cống dưới đê và đập

Gia cường kết cấu chịu lực bê tông cốt thép bằng việc dán lớp vật liệu cốt sợi cường độ cao là một trong các giải pháp duy trì và nâng cao sức chịu tải của kết cấu cũ để đáp ứng yêu cầu về khai thác. Cấu tạo của tấm composite gồm: (1) Chất kết dính được sử dụng để gắn kết tấm vật liệu cốt sợi tổng hợp và bề mặt bê tông hoặc gắn các lớp vật liệu composite lại với nhau; (2) Các cốt sợi thủy tinh, aramid và các-bon thường được sử dụng với hệ thống gia cường bằng vật liệu composite; (3) Lớp bảo vệ gồm keo epoxy, hệ thống kết dính tạo nhám, lớp bảo vệ chống cháy, v.v… giúp giữ gìn cốt thép gia cường đã được kết dính khỏi các tổn hại tiềm năng do môi tác động môi trường và cơ học.Vật liệu composite mới gia cường cho kết cấu bê tông có tiềm năng lớn và có thể đảm nhiệm được cả hai việc: sửa chữa gia cường và làm tăng sức chịu tải của kết cấu. Với ưu điểm nhẹ, cường độ cao, mô đun đàn hồi lớn và khả năng chống ăn mòn cao, vật liệu composite cốt sợi các-bon và thủy tinh rất thích hợp cho việc gia cường kết cấu bê tông cốt thép. Hơn thế, việc sử dụng các tấm composite bọc lên bề mặt cấu kiện còn có thể bảo vệ và hạn chế sự gỉ cũng như ăn mòn của các phần cốt thép bên trong bê tông. Giải pháp đã được ứng dụng để sửa chữa cống lấy nước hồ Liệt Sơn (Quảng Ngãi).

2.2. Công nghệ chống thấm cho đập đất

2.2.1. Công nghệ chống thấm cho đập đất bằng phương pháp trộn sau Jet-Grouting

Công nghệ Jet-grouting là công nghệ trộn ximăng với đất tại chỗ dưới sâu. Trước tiên đưa cần khoan đến đáy cọc dự kiến thì dừng lại và bắt đầu vữa bơm vữa ximăng phụt ra thành tia ở đầu mũi khoan, vừa bơm vữa vừa xoay cần khoan rút lên. Tia nước và vữa phun ra với áp suất cao (200 ÷ 400 atm), vận tốc lớn (100 m/s) làm cho các phần tử đất xung quanh lỗ khoan bị xói tơi ra, hòa trộn với vữa phụt, sau đó đông cứng tạo thành một cọc (cột) đồng nhất.

Ưu điểm của công nghệ Jet-grouting là chất lượng cọc đều hơn, thiết bị linh hoạt cho phép tiếp cận với mặt bằng hiện trường chật hẹp. Đặc biệt là khả năng xử lý trong những điều kiện đặc biệt (dưới bản đáy công trình, cục bộ dưới sâu,…). Ưu điểm nổi bật của cọc xi măng đất: (1) Thi công nhanh, kỹ thuật thi công không phức tạp, không có yếu tố rủi ro cao; (2) Hiệu quả kinh tế cao; (3) Thi công được trong điều kiện mặt bằng chật hẹp, mặt bằng ngập nước; (4) Khả năng xử lý sâu (có thể đến 50m); (5) Độ tin cậy cao.

Hình 5. Tường chống thấm bằng cọc xi măng – đất thi công theo công nghệ JG	Hình 6. Quy trình thi công cọc xi măng – đất bằng công nghệ JG	Hình 7. Xử lý chống thấm đập Bông Canh (Hòa Bình) năm 2010	Hình 8. Xử lý chống thấm đập Hao Hao (Thanh Hóa) năm 2009

Các công trình đã áp dụng công nghệ Jet-grouting để chống thấm: Đê quây giai đoạn II – Nhà máy thuỷ điện Sơn La; hồ chứa nước Khuôn Cát – Lạng Sơn; hồ chứa nước Nà Danh – Cao Bằng; đập Hao Hao – Thanh Hóa; hồ Bông Canh (Hoà Bình); đập Núi Một – Ninh Thuận; cống Tắc Giang (Hà Nam), v.v… Hệ thống tiêu chuẩn – định mức đã xây dựng:

1. TCCS 05:2010/VKHTLVN Hướng dẫn sử dụng phương pháp Jetgrouting tạo cọc đất ximăng để gia cố đất yếu, chống thấm nền và thân công trình đất
2. TCVN 9906:2014 Công trình thủy lợi − cọc xi măng đất thi công theo phương pháp jet- grouting − yêu cầu thiết kế thi công và nghiệm thu cho xử lý nền đất yếu
3. TCVN 9403:2012 Gia cố nền yếu – Phương pháp trụ đất xi măng
4. Quyết định số 3222/QĐ-BNN-XD ngày 25/12/2012 công bố Định mức dự toán công tác thi công cọc xi măng đất bằng công nghệ Jet-grouting

2.2.2. Giải pháp thu lọc nước bằng nêm cát ở hạ lưu đập đất

Chất lượng thi công cũng như các khuyết tật trong thân đập tiềm ẩn các nguy cơ thấm cục bộ trên mái hạ lưu đập. Giải pháp áp dụng kết cấu băng lọc (waterbelt) để làm kết cấu thoát nước mái hạ lưu là một giải pháp công nghệ mới có thể áp dụng để giám sát, kiểm soát thấm cho đập đất hiện trạng cũng như đập đất xây dựng mới.

a) Sơ đồ bố trí	b) Bố trí trong thân đập	c) Bố trí tiếp giáp mái đập
1- Băng thu nước đặt nghiêng áp vào mái đào (qua một lớp đệm cát 20 cm); 2- Ống thu nước từ băng; 3- Ống tiêu nước ra ngoài phía hạ lưu; 4- Lăng thể cát lọc; 5- Đất đắp hoàn trả mặt cắt.

Hình 9. Bố trí và cấu tạo nêm cát thu – lọc nước ở hạ lưu đập đất

Waterbelt là một dải PVC mỏng gồm nhiều rãnh hẹp được bố trí đều nhau trên dải có chức năng thu nước, tải nước ở trong đất mà không gây tắc nghẽn và tránh sự va đập. Sử dụng băng thu khía rãnh (WaterBelt) gắn trên ống, đặt trong lớp cát thô. Nước thấm được hút vào băng lọc WaterBelt rồi đổ vào ống thu gom đặt dọc theo chân đập. Một ống thoát nước được đấu nối với ống thu gom để tháo nước ra rãnh tiêu nước. Năm 2015 – 2016 đã nghiên cứu ứng dụng thử nghiệm tại công trình đập Đồng Bể – tỉnh Thanh Hóa.

Ưu điểm của kết cấu nêm cát thu – lọc nước: (1) Thi công đơn giản, thích hợp với việc xử lý các vị trí thấm cục bộ; (2) Hiệu quả hạ thấp đường bão hòa rất rõ rệt, với khoảng cách rãnh 4 m, rộng 1 m cho phép hạ đường bão hòa 2 m chiều cao; (3) Do sử dụng băng lọc khía rãnh, nên chất lượng tốt hơn nhiều so với ống đục lỗ; (4) Cho phép áp dụng kết cấu này để xử lý khẩn cấp mà không yêu cầu hạ thấp mực nước hồ.

Hình 10. Thi công nêm cát tại đập Đồng Bể (Thanh Hóa)

2.2.3. Công nghệ cọc đất đầm nện

Tường tâm cọc đất đầm nện tạo nên bởi các cọc đất chồng lấn lên nhau có tác dụng ngăn chặn thấm qua thân đập. Trước tiên đào các giếng đường kính 100cm đến 120cm bởi thiết bị gầu đào chấn động, sau đó thả đất có tính dính ở độ ẩm thiết kế và đầm từng lớp khoảng 30cm bằng quả đầm rơi tự do. Công nghệ này thích hợp với các đập vừa và nhỏ, chiều cao đến 15m. Ưu điểm của công nghệ: (1) Nguyên lý đơn giản; (2) Dễ kiểm soát chất lượng vì có thể áp dụng các quy trình hiện có (kiểm tra độ đầm chặt, kiểm tra độ kín khít, v.v…); (3) Thiết bị thi công đơn giản, rẻ tiền; (4) Sử dụng vật liệu địa phương (đất pha sét); (5) Giảm giá thành đáng kể, thi công nhanh. Hạn chế của công nghệ là khi thi công phải hạ mực nước hồ.

2.2.4. Công nghệ khoan phụt nứt gãy thủy lực chống thấm cho đập đất

Hình 11. Tường chống thấm bằng cọc xi măng – đất thi công theo công nghệ JG

2.2.4. Công nghệ khoan phụt nứt gãy thủy lực chống thấm cho đập đất

Phụt vữa nứt nẻ thuỷ lực (Hydrofracture grouting) là phương pháp phụt vữa căn cứ vào quy luật phân bố ứng suất nhỏ nhất trong thân đập để bố trí lỗ phụt, lợi dụng nguyên lý nứt nẻ thuỷ lực tạo nên các đứt gãy trong thân đập có tính kiểm soát và phụt vào thân đập dung dịch vữa thích hợp, hình thành màng chống thấm, đồng thời làm cho tất cả các ẩn hoạ như khe nứt, lỗ hổng, lớp xen kẹp yếu v.v… được điền đầy và nén chặt, nhằm đạt được mục đích gia cố chống thấm cho thân đập.

Tác dụng chủ yếu khoan phụt nứt nẻ thủy lực: (1) Tạo màng chống thấm, tăng ổn định thấm; (2) Áp lực vữa gây nứt nẻ và điền đầy thân đập tạo màng chống thấm; (3) Điều chỉnh ứng suất thân đập, tăng ổn định đập; (4) Áp lực vữa tạo nứt nẻ theo phương ứng suất chính nhỏ nhất, ép chặt, cố kết; (5) Vết nứt tạo nên bởi áp lực vữa quyết định bởi trường ứng suất trong thân đập. Năm 2016, Viện Thủy công đã có những kết quả nghiên cứu ban đầu. Hiện Viện đang được Bộ Nông nghiệp và PTNT giao chủ trì biên soạn TCKT Công trình thủy lợi – Khoan phụt chống thấm cho đập đất (chuyển đổi từ tiêu chuẩn Trung Quốc)

Hình 12. Sơ đồ nguyên lý khoan phụt nứt nẻ thủy lực

2.3. Giải pháp tràn xả lũ khẩn cấp trên đập đất vừa và nhỏ sử dụng cấu kiện bê tông đúc sẵn có khớp nối (Articulating Concrete Block – ACB)

Một nguyên nhân chính dẫn đến sự cố mất an toàn đập gần đây là nước tràn qua đỉnh đập. Vì vậy, việc nghiên cứu, ứng dụng những giải pháp công nghệ để ứng phó với loại hình sự cố này là rất cần thiết và cấp bách. Một trong những công nghệ giải quyết vấn đề nêu trên đã được một số nước như Mỹ, Anh, Tây Ban Nha, Nhật Bản, v.v… nghiên cứu áp dụng thành công là xây dựng bổ sung tràn xả lũ khẩn cấp trên thân đập vật liệu địa phương, trong đó giải pháp dùng các tấm lát bằng bê tông ACBs (Articulated Concrete Blocks) có khả năng chống xói, chịu được lưu tốc lớn, tiêu năng trực tiếp trên dốc có hiệu quả cao.

Hình 13. Cắt dọc tràn xả lũ khẩn cấp gia cố bằng cấu kiện ACB

Hình 14. Cắt ngang tràn xả lũ khẩn cấp gia cố bằng cấu kiện ACB

Các thành phần của một tràn xả lũ khẩn cấp bao gồm: ngưỡng tràn, dốc nước và bộ phận tiêu năng, kênh xả hạ lưu (nếu có). Kết cấu tràn: (1) lớp thảm cấu kiện ACB; (2) lớp thoát nước dạng hạt; (3) lớp lưới địa kỹ thuật được bố trí bên trên lớp (2) nhằm ngăn sự di chuyển của vật liệu thoát nước qua thảm ACB; (4) lớp lọc ngược được đặt dưới lớp (3) nhằm ngăn chặn đất đắp di chuyển bởi dòng thấm.

Năm 2016, Viện Thủy công đã nghiên cứu và ban hành 02 TCCS hướng dẫn thiết kế, thi công và nghiệm thu tràn sự cố trên đập đất vừa và nhỏ bằng thảm cấu kiện ACB.

Năm 2017-2018, ứng dụng thử nghiệm giải pháp công nghệ tại đập Đắk Noh – tỉnh Đắk Nông trong đề tài cấp Nhà nước “Nghiên cứu sử dụng Puzolan tự nhiên trong xây dựng và bảo trì các công trình giao thông nông thôn, thủy lợi trên địa bàn tỉnh Đắk Nông”.

Hình 15. Chế tạo cấu kiện ACB cho tràn xả lũ khẩn cấp Đắk Noh (Đắk Nông)

3. XÂY DỰNG TIÊU CHUẨN, HƯỚNG DẪN KỸ THUẬT PHỤC VỤ CHƯƠNG TRÌNH AN TOÀN ĐẬP

3.1. Xây dựng TCVN 11699 : 2016 Công trình thủy lợi – Đánh giá an toàn đập

Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 11699: 2016 Công trình thủy lợi – Đánh giá an toàn đập do Viện Thủy công chủ trì xây dựng được ban hành theo Quyết định số 3596/QĐ-BKHCN ngày 14/12/2016 của Bộ Khoa học và Công nghệ. Tiêu chuẩn này hướng dẫn đánh giá an toàn đập của các hồ chứa thủy lợi trong quá trình khai thác, sử dụng dựa trên các tiêu chí đánh giá về chất lượng đập; an toàn chống lũ, thấm, kết cấu, chống động đất và công tác quản lý, vận hành. Tiêu chuẩn có thể áp dụng cho công tác kiểm tra, kiểm định đập theo quy định của Việt Nam cũng như áp dụng để đánh giá an toàn đập theo yêu cầu của tổ chức quốc tế.

3.2. Xây dựng Hướng dẫn kỹ thuật cho dự án Sửa chữa, nâng cao an toàn đập (WB8)

Dự án Sửa chữa, nâng cao an toàn đập (WB8) vay vốn Ngân hàng Thế giới dự kiến sửa chữa đảm bảo an toàn cho 450 hồ đập của 34 tỉnh thành. Các giải pháp cải thiện an toàn điển hình được đề xuất gồm: mở rộng hoặc tôn cao đỉnh đập bằng đắp áp trúc; xử lý chống thấm cho thân và nền đập; mở rộng và gia cố bề mặt tràn xả lũ; đào thân đập và thay thế bằng cống lấy nước mới hoặc sửa chữa cống cũ bằng giải pháp luồn ống thép và chèn vữa bê tông. Tuy nhiên, ở Việt Nam hiện chưa có các chỉ dẫn cần thiết dẫn đến khó khăn trong quá trình thiết kế cũng như thi công đảm bảo chất lượng. Với mục tiêu áp dụng tiến bộ kỹ thuật của nước ngoài nhằm khắc phục những tồn tại của các tiêu chuẩn, hướng dẫn hiện hành trong nước, nâng cao hiệu quả đầu tư và hạn chế các sai sót ảnh hưởng đến chất lượng, an toàn công trình sau khi sửa chữa, nâng cấp; Bộ Nông nghiệp và PTNT đã giao cho Viện Thủy công chủ trì xây dựng 03 Hướng dẫn kỹ thuật: (1) Hướng dẫn thiết kế, thi công sửa chữa cống lấy nước; (2) Hướng dẫn thiết kế, thi công đắp áp trúc mái thượng hạ lưu đập, đỉnh đập; (3) Hướng dẫn thiết kế các giải pháp xử lý thấm đập đất. Các Hướng dẫn kỹ thuật này đã được ban hành năm 2017 và là một tài liệu quan trọng để Chủ đầu tư và các tư vấn thiết kế vận dụng, tham khảo khi lập hồ sơ thiết kế.

3.3. Xây dựng Chỉ dẫn kỹ thuật trong thi công nâng cấp, sửa chữa an toàn đập

Trong lĩnh vực xây dựng, thuật ngữ “Technical Specification- SPEC” được hiểu là chỉ dẫn kỹ thuật phục vụ cho thi công và nghiệm thu công trình. Do tính chất của việc xây dựng công trình nhìn chung là phức tạp; nếu không có những quy định cụ thể, nhất quán theo thứ tự công việc và quy định đến từng việc chi tiết nhất sẽ dẫn đến việc thi công tuỳ tiện, chắp vá, thiếu nhất quán dẫn đến hiệu quả và chất lượng công trình sẽ rất kém, gây thất thoát, lãng phí. Với mục tiêu đảm bảo chất lượng, an toàn công trình sau khi sửa chữa; Viện Thủy công được giao chủ trì xây dựng Chỉ dẫn kỹ thuật thi công (SPEC) trong nâng cấp, sửa chữa đập đất. Đây là tài liệu quan trọng để hướng dẫn cho đơn vị thi công thực hiện các nội dung công việc từ khi bắt đầu đấu thầu, triển khai thi công cho đến khi kết thúc công trình; dồng thời, nó cũng là tài liệu quy định việc đánh giá, kiểm tra, nghiệm thu các bộ phận cấu thành công trình và cả công trình của tư vấn thiết kế, tư vấn giám sát và chủ đầu tư.

4. KẾT LUẬN

Trên đây là một vài nét chính về những thành tựu khoa học công nghệ trong nhiều năm qua về lĩnh vực an toàn đập của Viện Thủy công. Các kết quả nghiên cứu đã góp phần nâng cao hiệu quả cũng như nâng cao an toàn cho các hồ chứa trước diễn biến bất lợi của biến đổi khí hậu, sự xuống cấp của công trình theo thời gian.

Người viết tin: Đinh Xuân Trọng, Nguyễn Chí Thanh