Đặc điểm và điều kiện làm việc của các công trình thủy lợi

Đặc điểm và điều kiện làm việc của các công trình thủy lợi là làm việc trong nước nên chịu mọi tác dụng của nước như tác dụng cơ học, hóa lý, thấm và tác dụng của sinh vật.

I. Tác dụng của nước lên công trình thủy lợi

1. Tác dụng cơ học

Tác dụng cơ học của nước gây nên áp lực tĩnh và động lên bề mặt công trình thủy lợi. Trị số áp lực đó được xác định theo công thức thủy lực và cơ học chất lỏng. Đặc biệt thành phần nằm ngang của áp lực thủy tĩnh rất quan trọng, có thể làm cho công trình bị trượt hoặc lật đổ. Áp lực động xuất hiện trong dòng chảy tỉ lệ với bình phương của lưu tốc.

Ngoài ra cần phải kể đến áp lực sóng khi xuất hiện sóng trong hồ chứa và tác động của nước khi có động đất. Dòng chảy qua công trình tháo (đập tràn, các cống tháo nước…) mang xuống hạ lưu một năng lượng lớn, có thể làm xói lở mãnh liệt bờ và đáy sông bằng đất hay đá. Vì vậy ở hạ lưu công trình cần có biện pháp tiêu trừ năng lượng đó để bảo vệ hạ lưu công trình và lòng sông (hình 1-6)

dac-diem-cong-trinh-thuy-loi

2. Tác dụng của thấm

Khi công trình tạo ra độ chênh cột nước thượng hạ lưu thì sẽ xuất hiện dòng thấm qua nền và bờ. Nước thấm qua nền sẽ gây nên áp lực lên đáy công trình có phương thẳng góc với mặt đáy, ta gọi là áp lực thấm. áp lực đó làm giảm khả năng chống trượt của công trình. Nước thấm cũng có thể gây nên phản ứng hóa học, làm hòa tan chất muối trong nền và hình thành nên xói ngầm hóa học.

Nước thấm lại có thể mang đi các hạt đất rất nhỏ về hạ lưu và dẫn đến xói ngầm cơ học. Đặc biệt tại chỗ ra của dòng thấm ở hạ lưu công trình, phương của dòng thấm hầu như thẳng đứng hướng từ dưới lên, građien dòng thấm rất lớn có thể đẩy đi cả khối đất, gọi là hiện tượng đẩy trồi đất.

Để làm giảm áp lực thấm lên đáy công trình và chống hiện tượng xói ngầm, đẩy trồi đất người ta áp dụng các biện pháp kéo dài đường viền thấm như làm sân phủ ở thượng lưu (sân trước), cừ chống thấm, hoặc màng chống thấm (hình 1-6).

3. Tác dụng lý hóa của nước

Nước có thể tác dụng lên vật liệu làm công trình và đất nền công trình. Khi nước chuyển động có lưu tốc lớn, đặc biệt là dòng nước có mang nhiều bùn cát làm bề mặt công trình bị bào mòn. Sự ăn mòn của nước đối với kim loại, bê tông, đá, gỗ xảy ra khi nước có tính xâm thực. Dòng chảy có lưu tốc cao sẽ sinh ra vùng có chân không và dẫn đến hiện tượng khí thực. Hiện tượng xói ngầm cơ học và hoá học có thể xẩy ra trong nền công trình do dòng thấm.

4. Tác dụng của sinh vật

Một số sinh vật sống ở trong nước gây tác dụng không tốt đối với công trình như hà ăn làm mục nát gỗ. Ngoài ra còn có một số vi khuẩn xâm nhập vào vật liệu, có loại côn trùng gặm đá và móng bê tông của công trình…

II. Tác dụng tương hỗ của công trình với nền và bờ

1. Nền của công trình thủy lợi

Tính chất của đất nền và bờ phụ thuộc vào cấu tạo địa chất và có ý nghĩa quan trọng

đối với khả năng làm việc của công trình thủy lợi; đặc biệt là cường độ, độ biến dạng, mức độ nứt nẻ, độ ép nước, tình hình và chất lượng nước ngầm….Nền công trình có thể là nền đá hoặc nền đất gồm tổ hợp nhiều loại đất khác  nhau.  Nền  đá  cho  phép  xây dựng các công trình có cột nước cao, nền đất cho phép xây dựng công trình có cột nước thấp và vừa. Tuy nhiên, ngày nay người ta cũng đã xây dựng được các đập cao tới hơn 100m hoặc hơn nữa trên nền đất.

Cấu tạo địa chất ở vùng xây dựng thường làm phức tạp điều kiện làm việc của công trình. Khi thiết kế và xây dựng công trình thủy lợi cần phải khảo sát, thăm dò kỹ địa chất, tìm biện pháp tăng khả năng chịu lực tốt hơn của nền.

2. Khả năng làm việc của công trình và nền

Các lực tác dụng lên công trình thủy lợi có nhiều loại:  áp lực nước, lực  thấm,  bùn  cát, trọng lượng bản thân và các thiết bị trên nó…

Tất cả các lực đó cuối cùng truyền đến nền làm thay đổi trạng thái ứng suất tự nhiên vốn có của đất nền và dẫn đến tình trạng xấu hơn, phát sinh ứng suất nén và cắt, có thể xuất hiện ứng suất kéo và kết quả là phát triển vùng biến dạng của nền, có thể làm cho công trình mất ổn định như bị trượt, lật, nứt nẻ. Điều đó không cho phép với bất kỳ một công trình nào.

Đảm bảo cường độ tiếp xúc giữa móng và nền trong phạm vi cho phép và đảm bảo ổn định chống trượt là điều kiện quan trọng cho khả năng làm việc của công trình.

Khi thiết kế và xây dựng, nếu tính toán không đầy đủ và chính xác có thể dẫn đến tai họa sau này cho công trình, thậm chí gây thiệt hại nghiêm trọng đến tài sản và tính mạng của con người.

III. Điều kiện xây dựng và ảnh hưởng của công trình thủy lợi đối với khu vực lân cận

Xây dựng công trình thủy lợi phụ thuộc vào điều kiện tự nhiên (địa hình, địa chất, thủy văn…), các điều kiện đó có tác dụng quyết định đến việc chọn hình thức, kết cấu, kích thước và bố trí các công trình trong hệ thống. Do đó điều kiện xây dựng ảnh hưởng lớn đến giá thành, thời gian xây dựng và chất lượng công trình.

Khi công trình thủy lợi được xây dựng xong có tác dụng lớn đến điều kiện kinh tế và thiên nhiên của khu vực. Đặc biệt khi công trình thủy lợi lớn ra đời sẽ hình thành nên  khu công nghiệp mới, thành phố mới, đường giao thông mới … thúc đẩy sự phát triển kinh tế – xã hội của khu vực lân cận.

Các công trình dâng nước, tạo thành hồ chứa làm ngập một diện tích rộng lớn ở thượng lưu và làm thay đổi khí hậu của khu vực xung quanh. Đồng thời ở thượng lưu nước ngầm được dâng cao, hạ lưu nước ngầm được hạ thấp làm ảnh hưởng đến sự sinh trưởng cây trồng và các hoạt động dân sinh ở vùng lân cận.

IV. Hậu quả tai hại do công trình thủy lợi bị hư hỏng

Các công trình thủy lợi, đặc biệt là các công trình dâng nước có cột nước cao, giữ một khối lượng nước lớn, hàng triệu m3, thậm chí hàng tỉ m3. Nếu công trình bị hư hỏng, nước sẽ tuôn xuống hạ lưu với lưu tốc rất lớn, có sức phá ghê gớm, gây thiệt hại đến tính mạng và tài sản của nhân dân, có thể làm tê liệt và hư hỏng cả những khu công nghiệp rộng lớn, đường giao thông… Việc sửa chữa lại các công trình đó thường mất một thời  gian tương đối dài.

Trong lịch sử nhiều nước đã xảy ra nhiều trường hợp hư hỏng công trình, như năm 1959 đập Manpatxê (Malpasset) của Pháp bị và làm 400 người chết, trên 2000 gia đình bị thiệt hại, ước tính tổn thất lên đến 3 tỉ phơrăng; năm 1963 đập vòm cao nhất thế giới Vaiont ở  Italia  cao  265  m bị sự cố  làm  4600  người  chết…  Đập  Machchu  II  ấn  Độ xây dựng năm 1972, cao 29m. Tháng 8/1979, sau 3 ngày mưa to liên tục tạo đỉnh lũ 14.000m3/s, 3 trong số 18 cửa tràn bị kẹt làm nước tràn qua đập, gây và đập làm 2000 người thiệt mạng.

ở Việt Nam cũng đã có các sự cố và đập Suối Trầu (Khánh Hoà) tháng 11/1977 và tháng 11/1978, đập Suối Hành (tháng 12/1986), đập Am Chúa (tháng 10/1992) cũng tại Khánh Hoà, là một tỉnh miền Trung nơi có điều kiện địa chất cho xây dựng đập rất phức tạp. ở đập Dầu Tiếng (Tây Ninh), sự cố tháng 1/1986 lại xảy ra ở cửa tràn xả sâu, khi hồ tích nước chưa đầy nhưng do thiết kế tính chưa đúng tổ hợp lực nên khi làm việc, liên kết giữa tai trụ đà càng van và khung thép néo đã bị phá và làm cắt đứt trụ pin, phá hỏng cửa tràn, gây ra lũ nhân tạo trong mùa khô ở hạ du sông Sài Gòn, thiệt hại về tài sản rất lớn.

Vì vậy đối với người kỹ sư thủy lợi cần phải nhận thức đầy đủ tầm quan trọng của công trình cũng như hậu quả của sự cố để nâng cao ý thức trách nhiệm trong công tác khảo sát, thiết kế xây dựng và quản lý công trình thủy lợi.

 157 total views,  2 views today

Để lại bình luận