Đập đất là đập dâng nước được xây dựng bằng đất có yêu cầu chặt chẽ về cấu tạo đập và chủng loại đất, được rải thành từng lớp, đầm nén bằng thiết bị chuyên dụng để đắp thành đập, có khả năng tự chống thấm hoặc sử dụng các loại vật liệu khác có tính chống thấm cao để chống thấm.
Đập đất là loại đập xuất hiện sớm nhất và cũng đang được sử dụng phổ biến hiện nay trên thế giới và ở Việt Nam do có nhiều ưu điểm so với các loại đập khác đó là: sử dụng vật liệu tại chỗ, dễ tìm, dễ khai thác; cấu tạo đập đơn giản, dễ dàng xây dựng; thích hợp với các điều kiện địa hình, địa chất nơi xây dựng, tính an toàn về ổn định cao ngay cả khi chịu tải trọng động đất lớn; dễ quản lý, tôn cao, đắp dày thêm khi có yêu cầu nâng cấp; giá thành thấp.
Đặc điểm[sửa]
- Hình 1 - Các loại đập đất trên nền không thấm
(a) Đập đất đồng chất
(b) Đập đất không đồng chất
(c) Đập đất nhiều khối
(d) Đập đất đá hỗn hợp
(đ) Đập đất tường nghiêng
(e) Đập đất tường nghiêng bê tông
(g) Đập đất có lõi giữa
(h) Đập đất có lõi giữa bằng bê tông
Đập đất có nhiều loại tùy theo cấu tạo và vật liệu xây dựng, như minh họa ở hình trên: đập đất đồng chất với thân đập được đắp bằng cùng một loại đất (hình 1a); đập đất không đồng chất thân đập được đắp bằng hai hay nhiều loại đất (hình 1b,c,d); đập đất có tường nghiêng hoặc tường giữa (hình 1đ,e,g,h), lõi chống thấm bằng vật liệu có tính chống thấm nước tốt (sét hoặc bê tông…) được đắp phía trước hoặc giữa đập, các loại đất khác được đắp phía sau hoặc đắp hai bên; đập hỗn hợp đất- đá thường bố trí lõi đất ở giữa, lăng trụ đá ở hai bên; giữa phần đất và đá có các lớp đệm chuyển tiếp.
Cấu tạo của đập đất gồm ba bộ phận kết cấu chính: (1) Bộ phận chịu lực là thân đập được giới hạn bởi đỉnh đập, đáy đập, mái thượng lưu và mái hạ lưu bao gồm các khối đất đắp được đầm nén chặt theo các yêu cầu kỹ thuật chặt chẽ về dung trọng, độ chặt, hệ số thấm v.v… Đây là bộ phận chịu lực chính để đảm bảo ổn định cho đập dưới tác động của trọng lượng bản thân và áp lực nước thượng hạ lưu. Cao trình và chiều rộng đinh đập đảm bảo điều kiện an toàn không cho nước tràn qua và đáp ứng điều kiện giao thông; Nền đập được gia cố hoặc khoan phụt vữa chống thấm để đảm bảo điều kiện ổn định và chống mất nước hồ chứa; Mái thượng lưu được gia cố bằng đá đổ, lát đá hoặc bê tông để chống sóng trong hồ chứa, mái hạ lưu được trồng cỏ hoặc lát đá, lát tấm bê tông để đảm bảo an toàn xói thân đập khi có mưa lũ. Để đảm bảo điều kiện an toàn ổn định trượt mái dưới tác động của mực nước hồ chứa, mái thượng lưu đập thường được thiết kế thoải hơn mái hạ lưu. (2) Bộ phận chống thấm trong thân đập là tường nghiêng hoặc tường lõi sử dụng các loại vật liệu có tính chống thấm tốt (đất sét, bê tông, nhựa đường…) được thiết kế khi đất đắp đập không đảm bảo điều kiện chống thấm. Riêng loại đập đất đồng chất không có bộ phận chống thấm do đất có khả năng chống thấm tốt. (3) Thiết bị thoát nước được bố trí ở hạ lưu thân đập có nhiệm vụ thu nước thấm từ đập và nền và dẫn ra ngoài thân đập, được cấu tạo theo kiểu tầng lọc ngược với vật liệu là cát, đá dăm, đá đổ.
Cơ chế vận hành của đập đất mang theo các đặc điểm làm việc của đập đó là: không cho nước tràn qua mặt đập nhưng nước có thể thấm qua thân và nền đập với lưu lượng thấm cho phép. Dòng thấm qua thân và nền đập có thể làm tổn thất nước của hồ, tạo ra áp lực thấm gây ra xói, lún thân đập và nền làm biến dạng đập, giảm chiều cao, gây nứt nẻ sạt trượt mái đập và các thiết bị chống thấm làm mất ổn định và an toàn đập; mực nước thượng lưu, hạ lưu hồ chứa tạo thành sóng vỗ vào mái đập có thể gây xói, cuốn trôi các vật liệu bảo vệ mái; các điều kiện tự nhiên như mưa, nhiệt độ thây đổi đều ảnh hưởng lớn đến điều kiện làm việc của đập đất.
Dựa vào các đặc điểm làm việc, xét đến các điều kiện thi công và quản lý đập trong thiết kế đập đất các nhà thiết kế tuân thủ các nguyên tắc chung theo các yêu cầu kỹ thuật như sau:
- Vật liệu đắp đập: Đất đắp đập phải được thăm dò khối lượng và phân loại đầy đủ, đảm bảo các thông số cơ bản của chủng loại đất đắp tại các vùng thân đập. Trường hợp đập đất có tường và lõi chống thấm thì vật liệu cho bộ phận chống thấm phải đảm bảo khả năng chống thấm tốt hơn nhiều so với đất đắp đập.
- Cao trình đỉnh đập phải đảm bảo yêu cầu không cho phép nước tràn qua trong mọi trường hợp tính toán, chiều rộng đỉnh đập được xác định dựa vào yêu cầu vận hành và bố trí thiết bị trên đỉnh đập. Nếu đỉnh đập kết hợp làm đường giao thông thì chiều rộng đỉnh đập phải tuân theo các tiêu chuẩn của ngành giao thông. Một số đập đất thường bố trí tường chắn sóng ở đỉnh đập phía thượng lưu, chiều cao tường chắn sóng thông thường từ 1,0m đến 1,5m.
- Mái đập thượng lưu, hạ lưu và cơ đập: Mái thượng lưu và hạ lưu đập đất được thiết kế (m) có độ dốc từ 1:2,5 đến 1:3,5 tùy theo chiều cao của đập, chủng loại đất đắp và đặc điểm của nền đập. Các đập cao không quá 15m thường có độ dốc mái không đổi, những đập cao hơn mái có độ dốc thay đổi, mái dốc thượng lưu xoải hơn mái hạ lưu. Mái thượng lưu được gia cố bằng đá đổ, đá lát khan hoặc bằng các tấm bê tông phía dưới có tầng lọc ngược. Mái hạ lưu được trồng cỏ hoặc lát đá khan có bố trí các rãnh thoát nước để bảo vệ mái dốc. Với đập đất có chiều cao lớn, ở các khoảng trung gian trên mái thường bố trí các cơ đập để tăng ổn định, tiện cho thi công và có thể kết hợp làm đường quản lý vận hành.
- Ổn định của đập trong quá trình thi công cũng như vận hành lâu dài phụ thuộc vào chất lượng đất đắp và vật liệu chống thấm, chất lượng thiết kế và thi công cũng như công tác quản lý vận hành. Thiết kế và thi công đập đất phải đảm bảo điều kiện ổn định đập trong hai lĩnh vực là ổn định trượt mái thượng hạ lưu đập đất và ổn định dòng thấm qua thân đập không gây xói lở thân đập trong mọi điều kiện bất lợi của thiên nhiên.
Lịch sử[sửa]
Từ thời kỳ Cổ đại hàng ngàn năm trước công nguyên đã xuất hiện các đập đất đầu tiên được xây dựng đó là các đập Jawa (Jordan), đập Sadd-el-Kafara (Ai Cập), đập Đô Giang Yến (Trung Quốc) và đập Kallanai (Ấn Độ) …Với nền văn minh của mình, người La Mã cổ đại đã xây dựng nhiều công trình đập đất có quy mô lớn, hình thành nên các hồ chứa có dung tích điều tiết nước và tạo ra các hệ thống thủy lợi cung cấp nước tưới cho các cánh đồng và dân sinh cho các khu đô thị. Đến thời kỳ Trung cổ, Hà Lan là đất nước có nhiều đập đất còn mang tên các thành phố hiện nay đó là đập Amsteiredam (sông Amstel), Rottedam (sông Rotte). Thời kỳ công nghiệp, khoa học phát triển thế giới đã chứng kiến những đập đất có chiều cao rất lớn và còn tồn tại đến hiện nay đó là các đập Anderson Ranch (Hoa Kỳ) cao 139m, xây dựng năm 1950; đập Xerơ Pôngsong (Pháp) cao 122m, xây dựng năm 1961; đập Bariri (Braxin) cao 112m, xây dựng năm 1967 và đập Teton (Mỹ) cao 93m xây năm 1975.
Một số đập đất có quy mô lớn được xây dựng ở Việt Nam trong thời gian gần đây:
- Đập Cấm Sơn: Vị trí công trình huyện Lục Ngạn, tỉnh Bắc Giang; thời gian xây dựng 1966-1974; Đập dâng: Đập đất đồng chất, chiều cao đập Hmax= 41,5m; Tràn xả mặt có cửa van, lưu lượng xả thiết kế Q=726,8m3/s.
- Đập Xạ Hương: Vị trí công trình xã Minh Quang, huyện Tam Đảo, tỉnh Vĩnh Phúc; thời gian xây dựng 1977-1982; Đập dâng: Đập đất đồng chất, chiều cao đập Hmax=41,0m; Tràn xả mặt có cửa van, lưu lượng xả thiết kế Q=259,0m3/s.
- Đập Sông Quao: Vị trí công trình xã Hàm Trí, huyện Hàm Thuận Bắc, tỉnh Phan Thiết; thời gian xây dựng 1988-1997; Đập dâng: Đập đất đồng chất, chiều cao đập Hmax= 40,0m; Tràn xả mặt có cửa van, lưu lượng xả thiết kế Q=1058,0m3/s.
- Đập Ngàn Trươi: Vị trí công trình xã Hương Đại, huyện Vũ Quang, tỉnh Hà Tĩnh; thời gian xây dựng 2009–2018; Đập dâng: Đập đất đá nhiều khối, chiều cao đập Hmax= 53,9m, chiều dài theo đỉnh L=342,0m; Tràn xả mặt, số cửa xả tràn 5 cửa kích thước 8,0mx7,0m, lưu lượng xả thiết kế Q=1937m3/s.
- Đập Tả Trạch: Vị trí công trình thị xã Hương Thủy, tỉnh Thừa thiên – Huế; thời gian xây dựng 2005 – 2016; Đập dâng: Đập đất đá nhiều khối, chiều cao đập Hmax=60,0m, chiều dài theo đỉnh L=1.187m; Tràn xả mặt, số cửa xả tràn 5 cửa kích thước 9,0mx10,0m, tràn xả sâu, số cửa xả tràn 5 cửa kích thước 4,0mx3,2m lưu lượng xả thiết kế Q=4.367m3/s.
Đập Tả Trạch tại Thừa Thiên Huế
Đập đất New Waddell ở Mỹ
Tài liệu tham khảo[sửa]
- Nguyễn Xuân Trường. Thiết kế đập đất. Nxb. Khoa học kỹ thuật, Hà Nội, 1972.
- TCVN 8216-2009 Thiết kế đập đất đầm nén, 2009.
- Sổ tay kỹ thuật thủy lợi (Phần 2 -Tập 1 -Mục B). Nxb. Nông nghiệp, 2005.
- Nguyễn Xuân Đặng, Nguyễn Xuân Trường, Trịnh Trọng Hàn. Thủy công (Tập 1), Nxb. Xây Dựng, 2005.
- TCVN 10396:2015 Công trình thủy lợi - Đập hỗn hợp đất đá đầm nén - Yêu cầu thiết kế,2015.
- S.W. HelmsJawa. Excavations 1975. Third Preliminary Report, Levant, 1977
- Günther Garbrecht.Wasserspeicher in der Antike, Antike Welt, 2nd special edition. Antiker Wasserbau, pp.51–64, 1986
- Needham, Joseph. Science and Civilization in China. Taipei Caves Books, Ltd.Volume 4, Part 3, 1986.
- Mục từ Dam tại Encyclopedia Britannica
