Xử lý kỹ thuật trong thiết kế và thi công trạm bơm Nghi Xuyên, tỉnh Hưng Yên - Nguyễn Minh Việt

KHOA HỌC CÔNG NGHỆ TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 36 - 2016 1 XỬ LÝ KỸ THUẬT TRONG THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG TRẠM BƠM NGHI XUYÊN, TỈNH HƯNG YÊN Nguyễn Minh Việt, Vũ Chí Linh Viện Thủy điện và Năng lượng tái tạo Tóm tắt: Tiểu dự án Trạm bơm Nghi Xuyên, huyện Khoái Châu, tỉnh Hưng Yên, Dự án “Tăng cường quản lý thuỷ lợi và cải tạo các hệ thống thuỷ nông” do ADB và AFD tài trợ (ABD5). Ban Quản lý Trung ương các dự án thủy lợi (CPO) làm chủ đầu tư. Hồ sơ thiết kế bản vẽ thi công Tiểu dự án trạm bơm Nghi Xuyên, tỉnh Hưng Yên do Liên danh Viện Thủy điện và năng lượng tái tạo - Công ty CP tư vấn Xây dựng Thủy lợi Thái Bính lập tháng 9/2012. Công trình được khởi công xây dựng vào tháng 9/2013 và hoàn thành vào tháng 6/2016. Bài báo giới thiệu về công trình và những xử lý kỹ thuật trong quá trình thiết kế và thi công xây dựng. Từ khóa: Bể hút, bể xả, cọc xiên, trạm bơm Nghi Xuyên, ADB5. Summary: The subproject Nghi Xuyen pumping station, Khoai Chau district, Hung Yen province, the project "Strengthening management and improving irrigation irrigation systems" funded by ADB and AFD (ABD5). Central Projects Office (CPO) as an investor. Profile construction drawing design subproject Nghi Xuyen pumping station, Hung Yen Of irrigation of Institute for Hydro Power and renewable energy & ThaiBinh J.S.C Consulting Construction joint venture 9/2012 up months. Construction began construction in January 2013 and finish in 2016. The paper introduces the work and the processing techniques during design and construction. Keywor ds : Swim mi ng s ucti on, dis charge tank, obli que piles, Nghi Xuyen pumpi ng station, ADB5. 1. GIỚI THIỆU * 1.1. Địa điểm xây dựng Trạm bơm Nghi Xuyên xây dựng tại Km104+400 đê tả sông Hồng thuộc địa phận xã Thành Công huyện Khoái Châu tỉnh Hưng Yên. Công trình được khởi công xây dựng vào tháng 9/2013 và hoàn thành vào tháng 6/2016. 1.2. Nhiệm vụ công trình Chủ động tiêu úng cho 8.274 ha (ra ngoài sông Hồng) diện tích thuộc tiểu vùng Châu Giang và thị trấn Khoái Châu, tỉnh Hưng Yên. Kết hợp bơm tưới tiếp nguồn cho hệ thống Bắc Hưng Hải với Q=20m3/s (sau khi xây dựng cống qua đê lấy nước từ sông Hồng vào bể hút TB). Ngày nhận bài: 05/9/2016 Ngày thông qua phản biện: 15/11/2016 Ngày duyệt đăng: 28/12/2016 1.3. Quy mô xây dựng, công suất, các thông số kỹ thuật chủ yếu Xây dựng TB gồm 11 tổ máy bơm công suất Qtrạm= 55 m3/s, lưu lượng thiết kế 1 tổ Qtổ= 5 m3/s với các thông số kỹ thuật chủ yếu sau: 1.3.1. Các chỉ tiêu thiết kế - Cấp công trình: Trạm bơm (Cấp III); Cống qua đê (Cấp I). - Tần suất thiết kế tiêu: P= 10% - Hệ số tiêu: q=6,13 l/s-ha - Cột nước bơm: + Cột nước bơm lớn nhất: 8,50m; + Cột nước bơm thiết kế: 7,80m; + Cột nước bơm nhỏ nhất: 2,80m; + Cột nước bơm thường xuyên: 4,90m. KHOA HỌC CÔNG NGHỆ TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 36 - 2016 2 1.3.2. Chỉ tiêu kỹ thuật máy bơm: - Lưu lượng thiết kế máy bơm: q= 5m3/s; - Cột nước bơm thiết kế: Hb= 7,80m. 2. BỐ TRÍ TỔNG THỂ VÀ GIẢI PHÁP KỸ THUẬT Sơ đồ khai t hác: Kênh dẫn → Trạm bơm → B ể xả → Kênh nối tiếp + cống qua đê → Kênh xả. Hình 1. Phối cảnh trạm bơm Nghi Xuyên (1). Trạm bơm: * Nhà máy: Nhà máy kiểu buồng ướt, gồm 13 gian trong đó có 11 gian lắp máy, 1 gian sửa chữa, 1 gian điện. Chiều rộng gian máy 5,3m, riêng gian điện 7,30m. Kích thước toàn bộ phần dưới BxL = 17,9x72,7x10,6m được chia thành hai đơn nguyên. Kích thước toàn bộ phần trên LxBxH = (11,9x72,2x14,5)m. Tầng bơm có chiều cao 10,6 m được chia làm 2 sàn: Cao trình sàn đặt bơm +0,9m, cao trình sàn động cơ +5,0m, dầm cầu trục +14,0m. Tường phía bể hút dày 70cm, tường phía bể xả dày 80cm. Khuôn viên khu nhà trạm có cao độ +4,5m được đổ bê tông dày 15cm. * Buồng hút: Cao độ đáy buồng hút -4,50m, được bố trí thành 11 khoang, ngăn cách bằng trụ pin có chiều dày 0,8m. Chiều rộng mỗi khoang hút 4,5m, kết cấu bằng BTCT M250. Gia cố bản đáy bằng cọc BTCT M300 kích thước 30x30x1600cm, trong đó 3 hàng cọc giáp bể hút là cọc xiên với độ xiên 3:1, kích thước 30x30x1700cm. * Đoạn chuyển tiếp và tường cánh: Đoạn chuyển tiếp nối liền giữa kênh dẫn và buồng hút có chiều dài 13,2m, cao độ đầu đoạn chuyển t iếp là -2,02m, độ dốc đoạn 20%. Tường cánh dạng chữ h, có cao trình đỉnh tường: +3,5m; gia cố nền bằng cọc BTCT M300, kích thước 30x30x1600cm. (2). Bể xả + cống tiếp nguồn: Bể xả dạng tháp, móng tách dời nhà máy, kích thước trong bể BxLxH = (6x59,3x9,5) m. Chiều rộng bản đáy 8,4m; dày 1,10m. Kết cấu BTCT M250, gia cố nền bằng cọc BTCT M300 KT 30x30x2200cm. Tại cao trình +5,70m bố trí các dầm ngang. Cống tiếp nguồn bố trí thành bên trái của bể xả, bổ sung nước vào hệ thống Bắc Hưng Hải khi có yêu cầu với Q= 20m3/s. KHOA HỌC CÔNG NGHỆ TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 36 - 2016 3 Hình 2. Cắt ngang trạm bơm Nghi Xuyên (3). Kênh nối tiếp (kênh nối giữa bể xả và cống qua đê) và cống qua đê: Tổng chiều dài chiều dài 120m, trong đó đoạn kênh nối tiếp dài 57m gồm 3 đơn nguyên dài 19m. Cống qua đê có chiều dài 48,0m chia hai đơn nguyên (19m+29m). Khẩu diện kênh nối tiếp và cống qua đê giống nhau, đều gồm 4 khoang kích thước BxH=3.0x3.0m, tổng chiều rộng cống Bc=14,5m. Trụ ngăn giữa các khoang dày 0,5m. Cao trình đáy +1,0m, tại cửa ra bố trí các cánh van phẳng bằng thép, đóng mở bằng điện. Bể tiêu năng liền tường cánh dài L=15m, cao trình đáy bể (0.0m), chiều rộng bể thay đổi từ 14,5 đến 20m. Kết cấu BTCT M250, gia cố nền các đoạn bằng cọc BTCT M300 kích thước 30x30x1600cm. Hình 3. Trạm bơm Nghi Xuyên - Nhìn từ phía bể xả (4). Kênh xả và công trình trên kênh: Tuyến kênh xả được nối tiếp sau đoạn cống xả ngầm, nhận nước tiêu từ cống ngầm và tiếp tục chuyển nước ra sông Hồng. Tuyến kênh xả có chiều dài 325m có cửa ra nằm giữa mỏ hàn số 5 và số 6 trong hệ thống kè mỏ hàn Nghi Xuyên, được chia làm hai đoạn: + Đoạn 1: Nối tiếp từ cống xả qua đê đến hết đê ngoài dài 150m, có kết cấu đất đắp, mặt cắt ngang hình thang: Bề rộng đáy (20m); mái kênh (2,5 và 3,0); cao trình đáy đầu kênh (+1,0m); cao trình cơ trong và ngoài (+6,0m); cao trình đỉnh (+11,5m), hai bờ kênh xả có vai trò như đê trong và đê ngoài, cấp công trình bằng cấp đê (cấp I). Mái kênh từ đáy đến cao trình +6,0m được gia cố bằng tấm đan BTCT. Từ cao trình +6,0m trở lên được trồng cỏ bảo vệ. Bề mặt đỉnh bờ kênh được gia cố theo tiêu chuẩn đường giao thông. + Đoạn 2 (ngoài bãi): từ đê ngoài ra đến mép sông dài 185m, cao trình bờ kênh dốc dần theo cao độ tự nhiên từ chân đê ra đến mép sông. KHOA HỌC CÔNG NGHỆ TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 36 - 2016 4 Kết cấu dạng kênh đào có bề rộng đáy, mái kênh, độ dốc như đoạn 1. * Cửa ra kênh xả: Đáy được gia cố bằng rọ đá, mái được gia cố bằng thảm đá 6x2x0,3m, gia cố cửa ra kênh xả rồng đá và thảm đá. * Cống cân bằng áp: Cống có tổng chiều dài là 75,25m, thân có là cống tròn bằng ống thép đường kính 800, bọc BTCT M200 dày 40cm. (5). Kênh dẫn: Kênh có chiều dài 540m bắt đầu từ sông cụt Cửu An về tới bể hút, có mặt cắt hình thang, bề rộng đáy tại bể hút là 58,3m, hệ số mái m =2. Cao độ đáy -2,0m, cao độ đỉnh kênh là +3,5m. Đoạn kênh giáp đoạn chuyển tiếp vào bể hút dài 35m có đáy được gia cố bằng BTCT M200 đổ tại chỗ dày 15cm. Mái kênh gia cố tấm đan kích thước 1x1m, dày 12cm kết hợp hệ khung giằng, dưới tấm đan là dăm lót dày 10cm và vải lọc. Đoạn kênh lát mái dài 150m, tiếp theo là kênh đất. (6). Khu quản lý vận hành: + Khuôn viên: Giới hạn 3 mặt là tường rào, phía trước bố trí hai cổng ra vào, toàn bộ khuôn viên có diện tích 15.300m2. Sân khuôn viên có kết cấu BT M150 dày 15cm, ngoài phạm vi sân được trồng cây trang trí. + Nhà quản lý: có kết cấu 2 tầng, tổng diện tích là 476m2 gồm: phòng hội trường; phòng làm việc; phòng ở; phòng ăn; phòng vệ sinh. + Đường quản lý vận hành: Từ trên đê bố trí 2 đường xuống cơ đê cao trình +7,2m từ hai phía để, mặt đường là BT M250 dày 25cm. Hình 4. Trạm bơm Nghi Xuyên – Nhìn từ phía bể hút (7). Thiết bị + Máy bơm: 11 tổ máy bơm hỗn lưu, trục đứng lưu lượng mỗi tổ máy Q= 5m3/s; động cơ cảm ứng lồng sóc có công suất 560 Kw; điện áp làm việc 6KV + Điện điều khiển các tổ máy bơm: bao gồm 11 tủ khởi động động cơ, 11 tủ tụ bù 6KV và các thiết bị khác. + Các tủ đầu vào MBA và các hệ thống. (8). Phần điện * Tuyến đường dây: dài 15.500m có 01 mạch đơn, điểm đầu đấu nối tại tủ máy cắt hợp bộ 24kV trong TBA 110kV Khoái Châu, điểm cuối là trạm biến áp trạm bơm; * Trạm biến áp: gồm 02 MBA công suất 5000kVA, và 01 máy biến áp 100KVA, 22/0,4 KV dùng cho điều khiển và chiếu sáng * Phần hạ áp. KHOA HỌC CÔNG NGHỆ TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 36 - 2016 5 Hình 5. Gian động cơ Hình 6. Gian tủ điện 3. MỘT SỐ VẤN ĐỀ KỸ THUẬT TRONG THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG 3.1. Lựa chọn loại máy bơm Theo Quyết định 395/QĐ-BNN-HTQT ngày 11/02/2010 của Bộ NN&PTNT v/v phê duyệt dự án đầu tư thì TB Nghi Xuyên dùng máy bơm trục ngang. Trong quá trình lập hồ sơ TKKT-BVTC, đơn vị tư vấn thiết kế đã đề xuất sử dụng máy bơm trục đứng và đã được các chuyên gia đầu ngành về trạm bơm, Chủ đầu tư, Bộ NN&PTNT chấp thuận dựa trên những phân tích dưới đây. Bảng 2: Ưu nhược điểm của máy bơm trục đứng và trục ngang Máy bơm trục đứng Máy bơm trục ngang Ưu điểm:  Diện tích nhà trạm nhỏ hơn t rạm bơm t rục ngang  Thời gian khởi động máy bơm nhanh hơn máy bơm t rục ngang vì không phải mồi  Vận hành đơn giản hơn máy bơm t rục ngang  Không có hiện tượng xâm thực vì bánh xe công tác chìm dưới nước  Không cần có biện pháp chống ngập cho thiết bị vì động cơ nằm trên MNmax bể hút  Sàn động cơ l uôn khô vì t rên MNmax bể hút  Các gi an cùng một cao độ nên đẹp và QLVH thuận lợi hơn bơm t rục ngang.  KL công t ác chính và CP XD bể hút + TB nhỏ hơn  Hiệu suất bơm cao 65% - 87% Ưu điểm:  Lắp đặt , bảo dưỡng, kiểm t ra, sửa chữa thuận lợi và dễ dàng hơn so với bơm trục đứng vì các bộ phận chính của máy bơm lắp đặt ở trên sàn  Sức nâng của cầu trục nhỏ hơn so với bơm trục đứng  Trọng lượng tổ máy nhẹ hơn tổ máy bơm t rục đứng  Chiều cao nhà t rạm thấp hơn t rạm bơm t rục đứng  Kết cấu nhà t rạm đơn giản hơn nhà trạm lắp đặt bơm t rục đứng  Tải t rọng t rên cùng đơn vị l à nhỏ , thuận tiện và phù hợp với những nơi có địa chất yếu  Độ ăn mòn ít hơn bơm t rục đứng vì các bộ phận chính không bị ngập nước. Nhược điểm:  Lắp đặt và bảo dưỡng khó khăn hơn so với bơm trục ngang  Cần t rục cần có sức nâng lớn hơn so với máy bơm t rục ngang vì trọng lượng thiết bị nặng hơn Nhược điểm:  Diện tích nhà trạm lớn hơn  Cần có thêm hệ thống mồi  Thời gi an khởi động l âu hơn vì phải mồi  Vận hành phức tạp hơn bơm trục đứng KHOA HỌC CÔNG NGHỆ TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 36 - 2016 6 Máy bơm trục đứng Máy bơm trục ngang  Kết cấu nhà trạm phức tạp hơn trạm bơm t rục ngang  Bị ăn mòn nhiều hơn vì bánh xe công tác và vành mòn nằm t rong nước  Không thuận lợi t rên nền địa chất yếu  Trọng lượng thiết bị nặng hơn bơm t rục ngang.  Dễ xảy ra xâm thực vì B XCT nằm t rên khô  Làm kín hệ thống bơm khá phức tạp  Mùa lũ phải có biện pháp chống ngập cho t rạm bơm vì động cơ nằm dưới MNmax bể hút  Sàn động cơ t hường bị ẩm.  Các sàn không cùng cao độ nên không đẹp và khó khăn hơn cho vận hành.  KL công t ác chính và CPXD bể hút + TB lớn hơn  Hiệu suất bơm thấp 44% - 87% 3.2. Lựa chọn vùng làm việc hiệu suất cao của máy bơm Hiện nay có tồn tại là chọn máy bơm với cột nước quá lớn: HTK = Zbx.TK (10%) – Zbh.min điều đó dẫn đến trong thực tế máy bơm thường xuyên làm việc ở cột nước nhỏ hơn và điểm công tác không nằm ở vùng có hiệu suất cao trên đường đặc tính. Tại trạm bơm Nghi Xuyên, Tư vấn thiết kế đã đề xuất quan điểm tính toán cột nước thiết kế để lựa chọn bơm như dưới đây. Bên cạnh đó còn đề xuất thêm việc đưa đại lượng "Cột nước bơm thường xuyên" để lựa chọn thiết bị: + Cột nước địa hình t hiết kế: HT K= Zbx . T K – Zbh . T K ; + Cột nước địa hình t h.xuyên: HT X = Zb x . T B – Zb h. T B; + Cột nước địa hình nhỏ nhất: Hm in= Zb x . m in– Zb h. T K ; + Cột nước địa hình lớn nhất: HT K = Zbx . m a x – Zbh . m in; + Cột nước địa hình khi tưới: Htướ i= Zb x . tướ i– Zbh . tư ớ i; Trong đó: Zbx.TK ; Zbx.TB ; Zbx.min ; Zbx.max; Zbx.tưới là mực nước bể xả thiết kế; trung bình; nhỏ nhất; lớn nhất và mực nước bể xả khi tưới. Zbh.TK ; Zbh.TB ; Zbh.min ; Zbh.max; Zbh.tưới là mực nước bể hút thiết kế; trung bình; nhỏ nhất; lớn nhất và mực nước bể hút khi tưới. Cột nước HTK dùng để chọn bơm, đảm bảo máy bơm thường xuyên làm việc ở vùng hiệu suất cao. Bên cạnh đó có đề xuất thêm việc lựa chọn thiết bị có hiệu suất cao tại vùng có cột nước bơm HTX là cột nước bơm thường xuyên khi tiêu. Cột nước Hmax và Hmin dùng để kiểm tra trạng thái làm việc của máy móc, lưu lượng, công suất, hiệu suất khí thực... Bảng 1. Phạm vi vận hành bơm TT Điểm vận hành H(m) Q (m 3/s ) Hiệu suất 1 Cột nước lớn nhất 8,5 4,5 82% 2 Cột nước thiết kế 7,8 5 83% 3 Cột nước khi tưới 5,6 6 82% 4 Cột nước th . xuyên 4,9 6,2 81% 5 Cột nước nhỏ nhất 2,8 6,9 65% Hình 7. Đường đặc tính bơm KHOA HỌC CÔNG NGHỆ TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 36 - 2016 7 3.2. Áp dụng giải pháp đóng cọc xiên trong gia cố nền Theo thống kê, hầu hết các trạm bơm vùng đồng bằng tại những vùng có điều kiện địa chất nền yếu và có phần công trình chìm dưới đất không lớn nên trong thiết kế tính toán gia cố nền, ổn định thường không xét đến tải trọng ngang (chủ yếu là áp lực đất tác dụng nên tường nhà trạm) nên chỉ cần gia cố cọc đứng. Tuy nhiên, TB Nghi Xuyên có nhiệm vụ tưới tiêu kết hợp được thiết kế trong điều kiện biến đổi khí hậu (mực nước yêu cầu thiết kế tưới thấp hơn nhiều so với những năm trước đây) làm cho đáy buồng hút rất sâu và phần chìm dưới đất công trình lớn (trên 10m). Khi đó nhà trạm phải chịu một tải trọng ngang là áp lực đất rất lớn, với địa chất nền yếu, đất đắp xung quanh nhà trạm có chỉ tiêu cơ lý thấp thì áp lực ngang tác dụng nên tường nhà trạm là rất đáng lo ngại, có thể gây mất ổn định công trình như nhà trạm bị trượt. Hình 8. Cắt ngang bản đáy Do đó, nếu chỉ dùng giải pháp đóng cọc đứng thì đòi hỏi khối lượng cọc rất lớn. Việc dùng giải pháp đóng cọc xiên kết hợp với cọc đứng trong gia cố nền trạm bơm sẽ khắc phục việc mất ổn định do tải trọng ngang gây ra, đảm bảo điều kiện kỹ thuật và tiết kiệm được chi phí xây dựng rất lớn, trong khi công nghệ và thiết bị thi công cọc xiên hiện nay khá đơn giản. Kết quả áp dụng trong việc tính toán xử lý nền của trạm bơm Nghi Xuyên đối với đơn nguyên I (một nửa nhà trạm) chỉ cần 07 hàng cọc đứng và 03 hàng cộc xiên với độ xiên 1:3, tổng cộng là 150 cọc BTCT kích thước 30x30cm dài 16m, trong khi nếu chọn giải pháp chỉ đóng cọc đứng thì số cọc phải là 720 cọc. 3.3. Lựa chọn hình thức bể xả Bể xả trạm bơm thường được thiết kế có tường và bản đáy liền khối với nhà trạm. Tường kéo dài sau đó thu hẹp dần và nối tiếp với cống qua đê. Đối với những trạm bơm có ít tổ máy, chiều rộng bể xả nhỏ thì hình thức như trên là phù hợp. Trạm bơm Nghi Xuyên có 11 tổ máy, nhà trạm dài lớn (72,2m) dẫn đến chiều rộng bể xả lớn (59,3m). Nếu bể xả theo hình thức truyền thống thì bản đáy bể xả quá lớn, mặt bằng rộng, chi phí xây dựng và xử lý nền lớn. Về mặt thủy lực, nếu áp dụng theo hình thức truyền thống thì dòng chảy ra khỏi ống bơm mở quá nhanh, sau đó lại thu vào quá đột ngột để vào cống qua đê làm cho dòng chảy không thuận. Khi trạm bơm làm việc, bể xả chứa một khối lượng nước quá lớn, không có lợi về mặt ổn định cho nhà máy. Khắc phục những nhược điểm trên, TB Nghi Xuyên đã áp dụng hình thức bể xả dạng tháp (bể điều áp), móng tách rời nhà máy, khoảng cách từ tường hạ lưu nhà máy tới bể xả là 7,50m, kích thước trong bể BxLxH = (6 x 59,3 x 9,5)m. Hình thức ngăn dòng chảy ngược bằng nắp ống đẩy kiểu van bướm và van clape. Hình thức như trên tiết kiệm được chi phí xây dựng khá nhiều, ước tính giảm được 1/3 kinh phí xây dựng so với hình thức truyền thống và rất phù hợp với những công trình hạn chế về mặt bằng xây dựng. Hình thức bể xả dạng tháp của trạm bơm Nghi Xuyên đã được thí nghiệm mô hình thủy lực và vận hành thực tế. Kết quả vận hành cho thấy bể xả ổn định về thủy lực, kết cấu. Hình thức này đã được áp dụng hiệu quả ở trạm bơm Yên Sở và Nghi Xuyên. KHOA HỌC CÔNG NGHỆ TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 36 - 2016 8 Hình 9. Mặt bằng và cắt ngang bể xả 3.4. Điều chỉnh hình thức cửa vào buồng hút Theo phê duyệt TKBVTC thì kênh dẫn có bể rộng 38,1m. Tư vấn đã thiết kế lựa chọn góc nghiêng tường cánh bể hút, góc thu hẹp và đoạn kênh dẫn vào bể hút theo đúng tiêu chuẩn thiết kế hiện hành. Tuy nhiên, nhiều chuyên gia đã thảo luận và nêu hiện tượng là ở nhiều trạm bơm, loại máy bơm lớn được xây dựng với hình dạng bể hút áp dụng đúng theo tiêu chuẩn thiết kế, nhưng khi trạm vận hành thì 02 tổ máy bơm ở hai biên làm việc không êm (thiếu nước), thường bị ồn, rung; và khi đại tu máy thường thấy hư hỏng bị nặng hơn các tổ máy khác. TS Phạm Văn Thu đã có chuyên đề nghiên cứu sâu về hiện tượng trên, trong đó lưu ý thiết kế bể hút phải bảo đảm chế độ thủy lực êm, thuận cho dòng chảy tại cửa vào buồng hút cho hai máy biên. Các bên thống nhất điều chỉnh thiết kế phần nối tiếp của đoạn kênh hút với 2 tường cánh, theo hướng mở rộng đáy đoạn kênh sát cửa vào bể hút, với chiều rộng đáy bằng chiều rộng bể hút (58,3m), tạo chế độ chảy êm và thuận dòng vào 2 buồng hút của 2 máy biên. Hình 10. Mặt bằng kênh dẫn đã duyệt Hình 11. Mặt bằng kênh dẫn thực tế KHOA HỌC CÔNG NGHỆ TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 36 - 2016 9 3.5. Xử lý nền kênh xả trên nền đất yếu Theo thiết kế, đoạn kênh xả nối giữa hai đê dài 110m, là kênh đắp hình thang, có bề rộng đáy 20m, mái trong kênh (m=2); mái ngoài kênh (2,5 và 3,0); cao trình đáy đầu kênh (+1,0m); cao trình cơ trong và ngoài (+7,0m); cao trình đỉnh (+11,5m); bề rộng cơ (4m); bề rộng đỉnh (6m). Khi mở móng thi công cho thấy địa chất nền khu vực này rất yếu. Sau khi bổ sung khảo sát, để kiểm tra lại thì thấy hệ số ổn định của bờ kênh xả rất thấp (K=0,7), do đó kênh đã thiết kế không đảm bảo điều kiện ổn định. TVTK đã đi sâu nghiên cứu 03 giải pháp xử lý: (1) phương án xử lý nền bằng cọc xi măng đất; (2) phương án thay đất nền kết hợp gia cố vải địa kỹ thuật và đắp phản áp; (3) phương án mở rộng cơ phản áp lòng kênh kết hợp gia cố vải địa kỹ thuật. Sau khi phân tích, TVTK kiến nghị giải pháp là rộng cơ phản áp lòng kênh kết hợp gia cố vải địa kỹ thuật. Phương án này đã được Bộ NN&PTNT đồng ý và Chủ đầu tư chấp thuận phê duyệt. Mô tả: Mái bờ kênh được điều chỉnh thoải hơn so với thiết kế ban đầu, đắp phản áp phía mái ngoài bằng đất thải. Cơ phản áp lòng kênh tại cao trình +6,0m đoạn từ cống qua đê tới đê ngoài có bề rộng là 12m, đoạn tiếp theo tới cửa ra có bề rộng cơ là 4m. Xử lý nền bờ kênh bằng 03 lớp vải địa kỹ thuật (T=200 KN/m), lòng kênh được gia cố phản áp gồm: Đổ lớp đá hộc tạo phản áp lòng kênh dày 1,0m sau đó đổ lớp bê tông đá hộc M150 dày 1,0m. x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x K >=0,95 Bê tông d á hôc dày 1, 0m - Ðá hôc xêp dày 1, 0m - Hình 12. Mặt cắt ngang bờ kênh xả 3.6. Xử lý gia cố cửa xả trạm bơm Theo hồ sơ thiết kế được duyệt, cửa ra kênh xả được gia cố từ kè mỏ hàn số 5 đến số 6 với tổng chiều dài chân kè 333m. Cao trình đỉnh (+4,5m), thân kè có mái dốc m=2,5 là thảm đá; cơ kè có cao độ +1,3m, rộng 5,0m, có kết cấu phía dưới là đá hộc thả rối, phía trên là đá xếp. Toàn bộ chân kè khu vực cửa ra được thả một lớp rồng vỏ thép mạ kẽm lõi đá hộc theo phương song song với dòng chảy. Khi nhà thầu tiến hành thi công thì xảy ra hai hiện tượng chính là (1) một số con rồng bị trôi khỏi vị trí thiết kế và (2) sạt lở khu vực cửa xả, cụ thể như sau: + Công tác thả rồng: Đã thả 266/631 rồng thì có 62 rồng trượt về phía lòng sông khoảng 20- 30m và nằm ngang dọc không theo chiều nhất định nào, có những rồng nằm chồng lên nhau + Diễn biến, quá trình sạt lở: Khi thi công, khu vực cửa ra xuất hiện sạt lở với diện tích khoảng 1700m2, từ bờ ra lòng sông trong phạm vi 100m cho thấy cao độ đáy sông tại một số vị trí bị xói sâu xuống từ (0,2 ÷ 5,0m); có những vị trí cục bộ bị xói sâu tới 7,0m, lượng cát và phù sa bị trôi mất khoảng 9000 m3. * Xác định nguyên nhân gây sạt lở: Sau khi xây dựng hệ thống kè mỏ hàn thì mái sông khu vực này được bồi đắp hằng năm, do đó khu vực cửa xả là đất mượn (đất bồi). Kết quả khảo sát địa chất cho thấy, khối trượt chủ yếu nằm ở lớp đất 2 là lớp đất yếu, là lớp đất sét pha trạng thái dẻo mềm, dẻo chảy, chỉ cần một tác động nhỏ là có thể gây ra sự biến đổi. Bên cạnh đó, đây là khu vực thuộc bờ lõm của đoạn sông cong, dòng chảy có xu hướng tác động trực tiếp vào bờ cả trên mặt và dưới đáy, kết hợp với địa chất nền yếu sẽ gây xói lở phía chân, sau khi mất chân, sẽ dẫn tới sạt trượt cả khối, bên cạnh đó chỉ cần tác động nhỏ của xe máy trong quá trình thi công cũng có thể gây lên sạt lở. Vì vậy, sự cố trôi rồng và sạt lở cửa xả là điều bất khả kháng.* Kiến nghị giải pháp: Sau khi xảy ra hiện tượng sạt lở, Chủ đầu tư đã KHOA HỌC CÔNG NGHỆ TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 36 - 2016 10 mời rất nhiều chuyên gia, cán bộ quản lý, nhà thầu, có nhiều kinh nghiệm về thiết kế, thi công đê kè đến hiện trường để đóng góp ý kiến về giải pháp khắc phục. Sau khi tham khảo các góp ý, TVTK đã đề xuất giải pháp gia cố như sau: Tại khu vực sạt lở, bỏ toàn bộ phần rồng đá như đã thiết kế, tại những vị trí bị lõm so với độ dốc thiết kế (m=2,5) được lấp đầy bằng đá hộc thả rối, dưới lớp đá rối và thảm đá là vải lọc, sau đó gia cố bằng thảm đá kích thước 6x2x0,5m, các thảm đá được buộc với nhau bằng dây thép. Sau khi thi công theo đề xuất, hiện nay công trình đã đi vào vận hành và cửa ra vẫn ở trạng thái ổn định. 2 +0.50 Th¶m ®¸ § ¸héc ®æ V¶i läc - 2 - 4 -6 -8 -10 -12 -14 -16 -18 0 mÆt ®Êt tù nhiªn Th¶m ®¸ V¶i läc 2 3 4 1:2 .50 4 0 00 sau s¹t lë mÆt ®Êt tù nhiªn tr−íc s¹t lë Hình 13. Cắt ngang gia cố kè cửa ra Hình 14. Mặt bằng gia cố cửa ra 3.7. Xử lý đùn sủi trong quá trình mở móng nhà trạm Do có hiện tượng cát đùn cát chảy nên trong hồ sơ TKKT đã dùng cừ vây bốn phía hố móng (cừ thuê, Lasen IV dài 12m) để thi công. Đến giai đoạn lập hồ sơ BVTC, do nguồn vốn bị hạn chế, các bên thống nhất chỉ đóng cừ vây một phía bể xả để hạn chế nước ngầm, cát đùn cát chảy, ba phía còn lại, mở móng taluy. Khi bắt đầu tiến hành đào hố móng giai đoạn 2 (từ cao độ +0,0m đến -5,7m) thì xuất hiện nhiều mạch đùn sủi trên phạm vi rộng, địa chất hố móng rất mềm yếu, mặc dù đã dùng tôn chống lầy nhưng máy thi công vẫn bị lún sâu. Các mạch sủi có lưu lượng lớn, đùn lên bề mặt là cát non màu hồng nhạt hoặc màu xám đen gây rỗng phía dưới hố móng và sạt lở thành vách hố móng, có nguy cơ mất an toàn lao động, ảnh hưởng đến tiến độ và chất lượng công trình. Hình 15. Một vị trí đùi sủi hố móng Sau khi nghiên cứu tài liệu địa chất và khảo sát hiện trường, biện pháp xử lý được thống nhất là đóng cừ Larsen ba mặt còn lại và bố trí hệ thống rãnh thu nước, tập trung nước vào hố KHOA HỌC CÔNG NGHỆ TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 36 - 2016 11 bơm, bơm ra ngoài hố móng để hạ thấp mực nước ngầm, đảm bảo kinh tế và kỹ thuật. 4. KẾT LUẬN Hiện nay, trạm bơm Nghi Xuyên đã hoàn thành, trạm bơm đã vận hành thử để nghiệm thu theo quy định và đã tiến hành tiêu úng cho khu vực sau cơn bão số 3 vào tháng 8/2016, các hạng mục công trình và thiết bị vận hành ổn định, đảm bảo kỹ thuật. Trên đây là một số vấn đề trong thiết kế và một số xử lý kỹ thuật trong quá trình thi công. Kiến nghị có thể áp dụng trong thiết kế và lưu ý trong quá trình thi công xây dựng cho những công trình tương tự. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Quyết định số 395/QĐ-BNN-HTQT ngày 11/02/2010 của Bộ NN&PTNT v/v phê duyệt dự án đầu tư Dự án “Tăng cường quản lý thuỷ lợi và cải tạo các hệ thống thuỷ nông” do ADB và AFD tài trợ (ADB5); [2] Quyết định số 1396/QĐ-BNN-TCTL ngày 14/6/2012 của Bộ NN&PTNT v/v Phê duyệt Tiểu dự án đầu tư; Xây dựng trạm bơm Nghi Xuyên; [3] Quyết định số 402/QĐ-CPO-TĐ ngày 02/11/2012 của Ban CPO V/v Phê duyệt Thiết kế Bản vẽ thi công Tiểu dự án đầu tư xây dựng trạm bơm Nghi Xuyên; [4] Tiểu dự án Trạm bơm Nghi Xuyên, tỉnh Hưng Yên thuộc dự án ADB5 - Hồ sơ thiết kế bản vẽ thi công do Viện Thủy điện và Năng lượng tái tạo lập tháng 10/2012.