Nghiên cứu công nghệ phát hiện sớm nguy cơ sự cố đê sông, đập đất, đập đá, đập bê tông trọng lực và đề xuất giải pháp xử lý

Các loại đập bê tông (BT) đã được xây dựng nhiều ở trên thế giới cũng như ở Việt Nam. Bê tông là loại vật liệu có độ bền cơ học cao. Tuy nhiên do nhiều nguyên nhân, thực tế đã xảy ra nhiều sự cố hay nguy cơ dẫn đến sự cố ở đập bê tông. Trong khoảng gần hai chục năm qua, Việt Nam đã xây dựng khá nhiều đập bê tông trọng lực với chiều cao lớn (trên 50m) để phục vụ các mục đích thủy lợi, thủy điện... Thực tế khai thác cho thấy các đập BT đã xây dựng ở Việt Nam về cơ bản là làm việc an toàn; chưa xẩy ra các sự cố lớn ở đập BT.

Tuy nhiên do trong thời gian đầu chưa tích lũy được nhiều kinh nghiệm trong thiết kế, thi công và quản lý khai thác nên trong thực tế vẫn tồn tại những khuyết tật, sai sót có nguy cơ ảnh hưởng đến an toàn đập. Do tác động thường xuyên của nước, những hư hỏng nhỏ ở đập có thể nhanh chóng phát triển thành hư hỏng lớn, có nguy cơ phá vỡ đập, gây ngập lụt và có thể dẫn đến thảm họa cho khu vực hạ du. Các đập cao thường tạo ra hồ chứa có dung tích lớn, có thể chứa hàng trăm triệu đến hàng tỷ mét khối nước. Khi đập bị phá hoại, khối nước khổng lồ này sẽ ồ ạt tuôn về hạ lưu, gây ngập lụt và tàn phá một vùng rộng lớn ở hạ du đập. Hậu quả sẽ tồi tệ hơn nếu ở hạ lưu đập có các khu dân cư, cơ sở kinh tế, văn hóa, an ninh quốc phòng, thiệt hại hữu hình và vô hình ở hạ du là rất lớn, lớn hơn nhiều lần so với thiệt hại ở chính công trình đầu mối. Xuất phát từ thực tế trên, nhóm nghiên cứu của PGS. TS. Nguyễn Cảnh Thái tại Trường Đại học Thủy lợi đã thực hiện đề tài:Nghiên cứu công nghệ phát hiện sớm nguy cơ sự cố đê sông, đập đất, đập đá, đập bê tông trọng lực và đề xuất giải pháp xử lý” từ năm 2016 đến năm 2020.

Đề tài hướng đến thực hiện các mục tiêu sau:

- Với đê sông: cần phát hiện sớm các nguy cơ xảy ra sự cố cho các công trình đê điều trước mùa lũ bão, tránh trường hợp trước mùa lũ báo cáo an toàn, nhưng bước vào mùa lũ lại để ra sự cố. Đối với các cống dưới đê, cần nghiên cứu, tổng kết các bài học kinh nghiệm đã xảy ra với cống có sự cố, điển hình là hiện tượng cống Tắc Giang, đưa ra các giải pháp ngăn ngừa, hạn chế thiệt hại sự cố đê và cống dưới đê, giải pháp xử lý với từng loại sự cố.

- Với đập (đập đất, đập đá, đập bê tông trọng lực): tổng kết, đề xuất các quy trình, và nghiên cứu các công nghệ mới phát hiện sớm nguy cơ sự cố và giải pháp xử lý với từng loại nguy cơ sự cố; nghiên cứu về hiện trạng công tác quan trắc ở từng loại đập, và đề xuất các giải pháp duy tu, sửa chữa và nâng cấp hệ thống quan trắc; và đưa ra các tiêu chí đánh giá chất lượng đập, các bộ số liệu chuẩn để đối chiếu với số liệu quan trắc trong đánh giá an toàn đập.

Sau bốn năm nghiên cứu, đề tài đã thu được một số kết quả nổi bật như sau:

- Đã đưa ra các giải pháp xử lý cho từng loại sự cố từ xử lý sự cố giờ đầu đến xử lý bền vững; từ biện pháp công trình đến phi công trình; từ các giải pháp truyền thống đến công nghệ mới. Các giải pháp được đề cập cơ bản phù hợp với điều kiện Việt Nam.

- Đã xây dựng được bộ tiêu chí đánh giá cho đê và cống dưới đê và áp dụng để đánh giá cho 10 đoạn đê vùng đồng bằng sông Hồng và miền Trung.

- Đã tổng hợp các giải pháp công nghệ sửa chữa nâng cấp cống, trong đó có nghiên cứu về giải pháp xử lý tháp cống bằng thép ứng suất trước thích hợp trong sửa chữa nâng cấp ứng với các hồ chứa tương đối lớn không thể hạ thấp mực nước trong quá trình thi công, xây dựng quy trình thiết kế kết cấu cống lắp ghép ứng suất trước căng sau; giải pháp đào đường hầm cỡ nhỏ Micro-tunneling để thay thế hoặc bổ sung cho cống cũ, áp dụng thích hợp đập có chiều cao từ 6 ÷ 15m; kích thước cống: D = 30 ÷ 100cm; cống đặt trong nền hoặc vai đập.

- Đưa ra quy trình tổng quát và một số qui trình chi tiết công nghệ phát hiện sớm nguy cơ sự cố cho đập đá đổ và đập đá đổ bản mặt bê tông.

- Đã tính toán thiết lập bộ số liệu chuẩn an toàn để đối chiếu với số liệu quan trắc từ hệ thống mốc trắc đạc ở đỉnh đập và các thiết bị quan trắc được lắp đặt mới trong nền và thân đập Định Bình. Sử dụng bộ số liệu chuẩn này cùng với số liệu quan trắc, đơn vị quản lý sẽ kết luận được một cách có cơ sở là đập có đang làm việc bình thường hay không và ra các quyết định xử lý khi cần thiết.

- Đã đề xuất được các giải pháp xử lý để ngăn ngừa nguy cơ sự cố cho đập Định Bình, bao gồm các nguy cơ từ thân đập, nền đập và bể tiêu năng sau tràn xả sâu.

- Đã nghiên cứu chế tạo 01 Robot nhằm thăm dò khảo sát bên trong cống dưới thân đập của công trình thủy lợi. Robot hoạt động thích hợp với những đường ống, các cống ngầm kích thước đường kính trên 40mm, môi trường ngập nước tới 35cm, cả trong điều kiện bùn lầy. So sánh với Robot khảo sát cống thoát nước nhập khẩu nguyên chiếc ở TP Hồ Chí Minh trong cùng điều kiện hoạt động, sản phẩm robot của đề tài có ưu điểm lớn về giá thành và chi phí vận hành.

- Đã chế tạo và lắp đặt 2 thiết bị phục vụ mục đích kiểm tra đánh giá hiện tượng xói, một trong những nguyên nhân chính gây phá hoại đập vật liệu địa phương: thiết bị xói tiếp xúc (Contact Erosion Test) và thiết bị xói mặt (Jet Erosion Test). Đối với thiết bị này, do thiết bị nguyên chiếc nhập khẩu có giá thành rất cao, nên các tác giả đã cải tiến và chế tạo thiết bị, chỉ mua bộ phận chính để đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật hoàn toàn giống thiết bị của nước ngoài, còn các bộ phận phụ trợ chế tạo trong nước để giảm giá thành. Kết quả thu được của các thiết bị đảm bảo yêu cầu kỹ thuật.

Việc nghiên cứu để hoàn thiện công nghệ phát hiện sớm các nguy cơ sự cố ở đập và có biện pháp xử lý kịp thời là rất cần thiết để bảo vệ an toàn cho bản thân công trình đầu mối cũng như vùng hạ du đập.

Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu (mã số 19337/2020) tại Cục Thông tin khoa học và công nghệ quốc gia.

N.P.D (NASATI)