Một số kinh nghiệm trong tổ chức thi công nhằm nâng cao an toàn đập đất

An toàn đập là vấn đề từ lâu đã được nhiều quốc gia quan tâm. Đập đất chiếm tỷ lệ cao trong số các đập ngăn sông để tạo hồ chứa ở Việt Nam. Hư hỏng của đập đất thường tiềm ẩn sự mất an toàn, nhiều trường hợp đã gây ra thảm họa vỡ đập. Chất lượng đắp đập chịu ảnh hưởng nhiều của yếu tố kỹ thuật và thời tiết, nên ngoài nguyên nhân do khảo sát, thiết kế, công tác tổ chức thi công cũng góp phần không nhỏ đến vấn đề an toàn đập.

1. An toàn đập và vấn đề liên quan

An toàn đập và sự quan tâm của các quốc gia

Từ nhiều thế kỷ qua, con người đã biết xây dựng các đập ngăn sông để tạo hồ trữ nước tự nhiên, điều tiết dòng chảy phục vụ nhu cầu sử dụng nước và hạn chế lũ lụt, phát triển thủy điện, tạo môi trường sinh thái… Với rất nhiều lợi ích mang lại như đã kể trên, nên trong những thập kỷ qua số lượng đập tạo hồ chứa nước trên Thế giới được xây dựng ngày càng nhiều. Việt Nam cũng không nằm ngoài xu hướng đó: nếu những năm 70 - 80 của thế kỷ XX chúng ta mới xây dựng được một số đập lớn như Thác Bà, Hòa Bình, Dầu Tiếng, Kè Gỗ, … nhưng chỉ trong thập kỷ đầu của thế kỷ XXI hàng loạt các đập lớn được xây dựng với kết cấu đa dạng như đập Krông Báck thượng, Ba Hạ, Tràng Vinh, Hà Động,…

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 thiệt hại về người, tài sản và ảnh hưởng lớn đến môi trường. Với lý do trên, nhiều tổ chức Quốc tế đã quan tâm đến an toàn hồ đập, tổ chức về an toàn các đập lớn Thế giới (ICOLD) thành lập từ năm 1928, hiện có trên 80 nước tham gia.

Ở nước ta số đập đất tạo hồ chứa nước chiếm khoảng 90%, còn lại là đập bê tông và vật liệu khác [2], [3]. Đập đất là loại công trình sử dụng vật liệu địa phương (chủ yếu là đất), quá trình thi công không cho phép nước tràn qua, phù hợp với nhiều loại nền nhưng cũng nhạy cảm với sự thay đổi thể tích và kỹ thuật thi công không quá phức tạp. Tuy nhiên, ở một số nước có khoa học kỹ thuật phát triển vẫn xảy ra thảm họa vỡ đập, điển hình như ở Mỹ, Ý… gây thiệt hại đáng kể. Việt Nam cũng có một số đập gặp sự cố hư hỏng, thấm, nứt v,v… được nhiều tài liệu đề cập như đập Cà Giây, Am Chúa, Suối Hành, Suối Trầu [4], [5]; một số khác như Buôn Buông, Liệt Sơn, gần đây như vỡ đập ở Bố Trạch - Quảng Bình nhấn chìm diện tích lớn với hàng trăm hộ dân. Một hồ ở Hà Tĩnh, dung tích khoảng 0,3 triệu m3 nước khi vỡ đã đẩy trôi đoạn đường sắt Bắc Nam dài trên 200m làm gián đoạn giao thông. Trong những năm gần đây xuất hiện một số hư hỏng đập như ở Yên Bái, Điện Biên, Quảng Ngãi, Hòa Bình v,v… nếu không được khắc phục kịp thời cũng xảy ra rủi ro. Theo thống kê, trong số các đập mất an toàn thì nguyên nhân do lỗi ở giai đoạn thi công chiếm trên 50% [4], [5].

2. Một số giải pháp đảm bảo an toàn đập trong tổ chức thi công

Thi công xây dựng công trình là giai đoạn biến ý tưởng của người thiết kế thành hiện thực. Với các công trình thủy lợi - thủy điện, đây là giai đoạn kéo dài nhiều năm và chịu tác động tổng hợp của các yếu tố thời tiết, địa hình, địa chất, công tác tổ chức thi công và cả yếu tố xã hội như giá cả vật tư, giải phóng mặt bằng. Giai đoạn này cũng quyết định nhiều đến chất lượng và an toàn đập. Qua kinh nghiệm một số công trình, để đảm bảo an toàn đập đất, công tác tổ chức thi công xây dựng có một số điểm cần chú ý như sau:

2.1 An toàn khi dẫn dòng thi công

Khi thiết kế dẫn dòng, nội dung chính thể hiện qua sơ đồ sau:

Ví dụ, chọn lưu lượng thiết kế dẫn dòng (Qdd TK P%) với công trình cấp III theo Tiêu chuẩn XDVN 285: 2002:

- Khi đó công trình tạm là cấp IV, tần suất lưu lượng thiết kế dẫn dòng (LLTKDD) P=10%. Thời đoạn dẫn dòng thông thường chia theo mùa khô và mùa mưa. Nếu cứ tiến hành tuần tự theo sơ đồ trên thì sau khi tính thủy lực sẽ xác định được kích thước công trình dẫn và ngăn dòng, việc tính toán ở thời đoạn mùa khô thường không bị mắc sai lầm. Tuy nhiên, tần suất trên để tính cho công trình dẫn dòng và ngăn dòng là các công trình tạm (kênh dẫn dòng, đê quai…). Giai đoạn mùa lũ, việc chọn tần suất LLTKDD có thể chưa phù hợp trong 2 trường hợp sau:

+ Vào mùa lũ năm thi công thứ nhất, dòng chảy thường được dẫn qua lòng sông thu hẹp (một hay 2 bờ); mùa lũ năm thi công thứ 2 hoặc 3 dòng chảy dẫn qua tràn tạm (tràn xây dở hay lợi dụng địa hình yên ngựa), công trình chắn nước trong giai đoạn này là đập chính. Khi đó, nếu vẫn tính toán mực nước hồ ứng với lưu lượng Qdd TK p=10% thì khi xuất hiện Q > Qdd TK p=10% nước sẽ tràn qua đập chính hoặc gây xói lở công trình. Trường hợp này cần tính tần suất lưu lượng thiết kế ứng với công trình chính mới đảm bảo an toàn.

+ Sau khi chặn dòng, giai đoạn thi công đắp đập vượt lũ tiểu mãn (khu vực miền Bắc thường là vào tháng 5, vùng Nam Trung bộ vào khoảng tháng 7), nếu chọn lưu lượng lũ tiểu mãn P=10% để tính toán điều tiết hồ và xác định cao độ đắp đập vượt lũ cũng chưa phù hợp. Trường hợp này phải tính toán với lũ tần suất thiết kế của giai đoạn đầu mùa lũ (P=1%) mới đảm bảo an toàn cho đập. Thông thường theo tài liệu thủy văn trong hồ sơ thiết kế: mùa mưa có đủ tài liệu quá trình lũ với tần suất 10%, 1% và tần suất kiểm tra, mùa khô chỉ có tài liệu quá trình lũ với tần suất 10%. Điều này dẫn đến không đủ tài liệu cho người tổ chức thi công khi cần tính toán với con lũ thiết kế giai đoạn chuyển tiếp 2 mùa.

2.2 Tổ chức thi công đắp đập và quản lý tiến độ

a. Công tác thí nghiệm đầm nén hiện trường (TNĐNHT)

Theo quy định [6], trước khi đắp đập đại trà với đất dính có khối lượng trên 200.000m3 cần TNĐNHT để xác định các thông số đầm nén như: độ ẩm, chiều dày lớp rải, số lần đầm và được chủ đầu tư phê duyệt làm căn cứ cho quá trình thi công. Hiệu quả đầm nén đất phụ thuộc vào nhiều yếu tố (độ ẩm, loại đất, chiều dày lớp rải, công cụ đầm) [1]. Khối lượng đập đất thường lớn, từ vài trăm ngàn đến vài triệu mét khối (đập Hà Động trên 600 ngàn m3, Tả Trạch trên 8 triệu m3, v,v…). Do vậy, khi đắp đập phải khai thác nhiều bãi vật liệu mới đủ đất đắp. Thông thường, để hoàn thành một đập đất cần khai thác 3-4 bãi vật liệu chính (điển hình như đập Nà Danh - Cao Bằng do vật liệu khó khăn, khối lượng đập gần 300 ngàn m3 phải khai thác 6 bãi), chưa kể mỗi bãi vật liệu có thể gồm nhiều lớp với thành phần hạt, độ ẩm khác nhau. Mặt khác, tại mỗi công trường thường sử dụng một vài thiết bị đầm nén nhất định. Chính vì vậy, mỗi khi chuyển vị trí bãi khai thác hay chuyển mùa thi công cần làm tốt công tác TNĐNHT. Qua thực tế một số công trường cho thấy, TNĐNHT chưa được chủ đầu tư và các nhà thầu quan tâm đúng mức, có trường hợp chỉ thí nghiệm 01 lần với 01 bãi vật liệu sau đó áp dụng cho suốt quá trình đắp đập; ở trường hợp khác, nhà thầu coi công tác này là việc phát sinh nên chưa chủ động thực hiện.

b. Chọn giải pháp dẫn dòng thi công

Theo thống kê các giải pháp dẫn dòng khi thi công đập đất [4]: vào mùa khô công trình dẫn dòng thường là kênh, cống lấy nước; công trình tháo nước trong mùa lũ là lòng sông thu hẹp, tràn xả lũ, một vài trường hợp kết hợp xả lũ qua tuy nen. Ở công trình miền núi, do địa hình lòng sông hẹp dẫn đến bố trí mặt bằng khó khăn. Có trường hợp nhà thầu thi công thay việc dẫn dòng qua kênh theo thiết kế bằng dẫn qua các ống buy bê tông và đắp đập lên trên, dự kiến sẽ nút ống buy sau khi dòng chảy được dẫn qua cống. Đây là sai lầm khó khắc phục vì sau một thời gian, do tiếp xúc với dòng chảy làm đất trong thân đập 2 bên cống bão hòa và phần nào bị nước cuốn trôi; khi hoành triệt ống dẫn dòng chỉ làm chặt được 2 đầu, phần nằm trong thân đập vẫn bị rỗng làm tập trung dòng thấm, khi hồ dâng nước dễ gây mất an toàn đập. Giải pháp khắc phục có thể là khoan phụt vữa xi măng - sét dọc tuyến ống dẫn dòng, tốn nhiều công và vật liệu nhưng cũng khó xử lý triệt để.

c. Phân đợt đắp đập và tốc độ lên đập

Ngoài những đập khối lượng nhỏ có thể hoàn thành trong một mùa khô khi đắp không cần phân đợt, phần lớn các đập còn lại phải thi công dài hơn 2 mùa khô thì việc phân đợt đắp đập gần như bắt buộc. Các đợt đắp đập thường được phân theo mùa thi công. Việc xử lý tiếp giáp mặt nằm ngang do phân đợt đơn giản hơn so với xử lý tiếp giáp theo chiều đứng. Đập đất thường được phân thành 2-3 khối theo chiều dọc. Trong các khối đắp đó, khối lòng sông chịu nhiều bất lợi hơn: chiều cao lớn nhất, thời gian đắp thực hiện sau các khối 2 bên, tốc độ lên đập nhanh do yêu cầu vượt lũ dễ làm sinh áp lực khe rỗng lớn và tạo ra chênh lệch lún. Chính vì thế, khi xử lý tiếp giáp đứng ngoài việc đảm bảo các yêu cầu như tạo bậc, bóc phần nứt nẻ và đảm bảo độ ẩm cần tạo các chân răng cắm vào khối đắp trước. Tốc độ lên đập theo chiều cao phụ thuộc nhiều vào loại đất đắp đập nên cần tuân theo chỉ dẫn của Tư vấn thiết kế để hạn chế áp lực kẽ rỗng.

d. Quản lý chặt chẽ tiến độ giai đoạn vượt lũ

Lập tiến độ là thành phần công việc trong thiết kế tổ chức thi công đắp đập. Qua tiến độ thể hiện được trình tự công việc và các mốc khống chế về cao độ cũng như thời gian. Thực tế cho thấy, tiến độ phụ thuộc vào nhiều yếu tố nên thường bị “trượt” và cần được điều chỉnh, đặc biệt ở giai đoạn đắp đập vượt lũ. Trường hợp này để đảm bảo an toàn đập, chủ đầu tư cần thực hiện:

- Tổ chức phê duyệt tiến độ điều chỉnh và quản lý chặt chẽ; đôn đốc nhà thầu tập trung đắp đập ngay sau khi chặn dòng; tránh để xảy ra trường hợp khi thời tiết thuận lợi thì thi công cầm chừng, gần đến mưa lũ phải thi công gấp có khi đắp cả đất ướt, khối đất đắp không đảm bảo chất lượng và cao trình chống lũ, đây cũng là một trong những tiềm ẩn của sự mất an toàn đập.

- Cần có thời gian dự trữ trong tiến độ, đề cập những bất lợi của thời tiết và hư hỏng thiết bị phải sửa chữa trong giai đoạn thi công với cường độ cao.

2.3 Công tác quản lý chất lượng (QLCL) trong quá trình thi công

Công việc đắp đập bao gồm nhiều khâu từ chuẩn bị hiện trường, thiết bị thi công, kiểm tra bãi vật liệu, phòng thí nghiệm đến các khâu đắp đập, kiểm tra chất lượng đất đắp, xử lý kỹ thuật, nghiệm thu chuyển giai đoạn [2]v,v… nên đòi hỏi có hệ thống QLCL đáp ứng yêu cầu hồ sơ mời thầu trước khi đắp đập. Nội dung này phải có sự tham gia và phối hợp chặt chẽ giữa các đơn vị: chủ đầu tư, nhà thầu thi công, tư vấn giám sát, tư vấn thiết kế (giám sát tác giả). Mỗi đơn vị thực hiện một phần nội dung trong công tác QLCL nên cần có đội ngũ cán bộ kỹ thuật đủ kinh nghiệm phù hợp với công việc. Thực tế ở một số công trường, công tác này vẫn còn vài tồn tại như sau:

- Nhân sự của đơn vị tư vấn giám sát chưa đáp ứng yêu cầu theo hồ sơ mời thầu, thiếu kỹ sư địa chất hoặc cán bộ giám sát thiếu kinh nghiệm trong thi công đập nên đôi khi bị động trong việc xử lý kỹ thuật hiện trường;

- Phòng thí nghiệm hiện trường sơ sài, thiết bị thí nghiệm chưa được kiểm định theo định kỳ; một số trường hợp thiết bị thí nghiệm và các phép thử đưa vào công trường nhưng chưa có sự chấp thuận của chủ đầu tư;

  - Giám sát tác giả thường là cán bộ chưa có nhiều kinh nghiệm và không phải chủ nhiệm thiết kế, dẫn đến việc phát hiện những bất hợp lý trong hồ sơ thiết kế so với thực tế hiện trường chưa kịp thời.

Để công trình có chất lượng tốt, hệ thống QLCL phải được tổ chức và duy trì thường xuyên tại hiện trường từ giai đoạn chuẩn bị đến giai đoạn hoàn thiện đập. Ngoài ra, việc duy trì hệ thống này tạo sự phối hợp tốt giữa chủ đầu tư và các đơn vị trong quá trình thực hiện.

2.4. Công tác phòng chống lụt bão trong giai đoạn thi công

Do đặc điểm địa lý của nước ta, hàng năm các công trình chịu tác động mạnh bởi mưa bão, việc phòng chống lụt bão trong giai đoạn đắp đập là một trong các yêu cầu đảm bảo an toàn đập. Trong giai đoạn này đập chưa đủ mặt cắt, gia cố mặt đập chưa đáp ứng theo yêu cầu thiết kế... nếu không có biện pháp bảo vệ và khắc phục kịp thời dễ bị dòng chảy phá hoại. Mặt khác, sau khi chặn dòng hồ chứa bắt đầu hình thành; khi xuất hiện lũ, một phần nước được tích trong hồ, một phần xả qua công trình dẫn dòng là cống lấy nước, tràn xả lũ hoặc tuy nen. Thời điểm này, các công trình xả cũng chưa hoàn chỉnh: đang đắp đất mang công trình, thiếu lưới chắn rác, thiết bị đóng mở chưa đồng bộ, khả năng tháo nhỏ hơn yêu cầu thiết kế dẫn đến cao trình mực nước có thể sai khác so với tính toán. Có trường hợp dòng chảy phá đất đắp mang tràn hoặc tuy nen dẫn dòng bị cây cối nút đầy làm mực nước hồ dâng cao, cần có giải pháp khắc phục kịp thời mới hạn chế được thiệt hại.

Do một số đặc điểm trên, để đảm bảo an toàn trong thi công đập, trước thời gian xuất hiện lũ tiểu mãn chủ đầu tư yêu cầu các đơn vị thi công lập phương án phòng chống lụt bão cho công trường (thành lập ban chỉ huy, đề xuất các tình huống và phương án thực hiện, chuẩn bị vật tư thiết bị…), tổ chức phê duyệt và sẵn sàng triển khai thực hiện.

3. Kết luận, kiến nghị

- An toàn đập đất chịu ảnh hưởng nhiều của giai đoạn thi công xây dựng, do vậy nếu công tác tổ chức thi công đập thực hiện một cách phù hợp thì ngoài việc khống chế được chất lượng còn đảm bảo tiến độ và an toàn công trình.

- Thiết kế tổ chức thi công là khâu không thể thiếu trong xây dựng đập đất; để góp phần nâng cao an toàn đập, trong quá trình thực hiện cần xem xét điều chỉnh cho phù hợp với điều kiện thực tế hiện trường và điều kiện tự nhiên, đặc biệt trước giai đoạn thi công đắp đập vượt lũ.

  - Trong các Tiêu chuẩn hiện hành, Tiêu chuẩn XDVN 285:2002 liên quan chặt chẽ đến thiết kế và an toàn đập. Tuy nhiên, quá trình áp dụng vẫn còn một số điểm chưa thật rõ ràng xung quanh việc chọn tần suất LLTKDD như đã đề cập ở trên. Tác giả đề nghị khi chỉnh sửa Tiêu chuẩn này cần quy định rõ để tránh nhầm lẫn trong thiết kế tổ chức thi công xây dựng đập./.

 Tài liệu tham khảo

[1]. Bộ môn thi công Trường Đại học Thủy lợi, Giáo trình Thi công Tập I, Tập II (2007), Nxb Xây dựng 2007

[2]  Lê Kim Truyền (1998), Tập bài giảng sau đại học về thi công công trình đất, Hà Nội 1998

[3]. Lê Xuân Roanh (2003), Nghiên cứu thi công đập đất vùng miền Trung, Luận án TSKT, Bộ giáo dục đào tạo, Hà Nội – 2003

[4]. Lê Quang Hòa (2011), Nghiên cứu giải pháp dẫn dòng thi công các công trình Thủy lợi miền núi phia Bắc, Luận văn thạc sĩ kỹ thuật, Hà Nội 2011.

[5]. Phan Sĩ Kỳ (1994), Những sự cố thường gặp trong xây dựng công trình Thủy lợi, Nxb Xây dựng 1994

[6]. Tiêu chuẩn Quốc gia (2009), TCVN 8297:2009 Công trình thủy lợi - Đập đất - Yêu cầu kỹ thuật trong thi công bằng phương pháp đầm nén, Hà Nội 2009.

Tác giả: TS. Nguyễn Trung Anh
Cục Quản lý Xây dựng công trình - Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn

Tạp chí KH&CN Thủy lợi