Nghiên cứu hiệu quả hệ thống giếng giảm áp K160÷161 đê Tả Hồng

NGHIÊN CỨU HIỆU QUẢ HỆ THỐNG GIẾNG GIẢM ÁP
K160÷161 ĐÊ TẢ HỒNG
BÙI VĂN TRƢỜNG*

Research effects of pressure relief wells K160 ÷ 161 left red river dike
Abstract: This paper presents the results of empirical observation technical
parameters of pressure relief wells K160÷161 left Red rive dike. From that
analysis, performance assessment and proposals management solutions,
operational safety and improve the efficiency of the relief wells.
Keywords: Experimental efficiency, pressure reducing wells, the Red
River dike.
1. ĐẶT VẤN ĐỀ *
Giếng giảm áp (GGA) là giải pháp kỹ thuật
được áp dụng khá phổ biến để xử lý biến dạng
thấm (BDT) đảm bảo an toàn cho hệ thống đê
(hình 1). GGA có ưu điểm là tốn ít diện tích nên
đối với những đoạn đê có mật độ dân cư đông
đúc, phía sông không có bãi, việc áp dụng các
giải pháp khác như đắp tầng phản áp hạ lưu
(TPA), sân chống thấm (SCT) và tường chống
thấm (TCT) gặp nhiều khó khăn thì GGA là giải
pháp có tính khả thi cao.

Hình 1. Hệ thống giếng đào giảm áp tại
K160÷161 đê Tả Hồng
Hiện nay việc giải phóng mặt bằng để thực
hiện dự án thường gặp nhiều khó khăn, vật liệu
*

Đại học Thủy lợi
175 Tây Sơn - Đống Đa - Hà Nội

Email:

ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2-2016

đất đắp khan hiếm, để nâng cấp hệ thống đê
ứng phó với biến đổi khí hậu và nước biển
dâng, nếu áp dụng rộng rãi các giải pháp
truyền thống như TPA, SCT sẽ không thể có
đủ khối lượng đất để đắp và như vậy công
trình cũng sẽ chiếm dụng mặt bằng rất lớn,
ảnh hưởng đến quỹ đất, ảnh hưởng kiến trúc
hạ tầng, môi trường sinh thái, mỹ quan của
vùng và sự phát triển kinh tế xã hội dải ven
đê. Trong điều kiện đó, GGA được xem là một
trong những giải pháp ưu việt và khá linh
hoạt. Tuy nhiên, hiệu quả của hệ thống GGA
phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố của địa hệ Tự
nhiên - kỹ thuật (TNKT) dải ven đê, phương
pháp tính toán thiết kế, đặc biệt là kỹ thuật thi
công lắp đặt và bảo dưỡng hệ thống giếng.
Việc nghiên cứu, đánh giá hiệu quả của
một hệ thống GGA cụ thể tại K160÷161 đê Tả
Hồng trên cơ sở các số liệu quan trắc thực
nghiệm, từ đó đúc rút kinh nghiệm cho công
tác khảo sát, thiết kế, thi công và vận hành
nhằm tối ưu hoá khả năng hoạt động cho hệ
thống GGA có vai trò quan trọng đảm bảo an
toàn cho hệ thống đê.
2. TÁC DỤNG, CẤU TẠO CỦA GIẾNG
ĐÀO GIẢM ÁP

Giếng đào giảm áp có tác dụng giảm áp lực
của dòng thấm ở nền đê, biến dòng thấm tự
nhiên thành dòng thấm chủ động, có thể kiểm
soát, từ đó ngăn chặn các hình thức BDT như
37


xúi ngm, ựn t, gi cho nn ờ c n nh.
Ging o gim ỏp c b trớ theo tuyn dc
ờ, cỏch chõn ờ phớa ng t 20m n 40m.
sõu ca ging ph thuc vo cu trỳc nn t,
sao cho ging cm sõu vo tng cha nc
khong 0,5-1,0m. Thụng thng ging cú
sõu t 5m n 8m. Khi ging hot ng, nc
ỏp lc trong tng cha nc c thoỏt qua ỏy
ging, chy vo rónh thu ri thoỏt ra ngoi.
Thõn ging c lp ghộp t cỏc khoanh ging
ỳc sn bng bờ tụng ct thộp cú ng kớnh
1,01,2m , gia cỏc khoanh ging cú lp vi a
k thut bc lút phớa ngoi v bt ộp chc chn
vi nhau bng ai thộp. ỏy ging cú thit k
tng lc ngc, di cựng l cỏt ht thụ dy
0,2m sau ú n lp vi a k thut
(Geostextile), trờn cựng l lp cui si hoc ỏ
dm c 1020mm, dy 0,5m.
3. THIT K, THI CễNG H THNG
GING GIM P
Ging o gim ỏp c xõy dng th
nghim trờn on K160ữ161 ờ T Hng
(Hỡnh 1&2). Ti õy h thng GGA c

thit k theo mt tuyn dc ờ gm 5 ging,
cỏch chõn ờ 2022m, khong cỏch gia cỏc
ging l 10m, ging sõu 5 m, ng kớnh
ging D=1.0m. V trớ xõy dng h thng
GGA l khu vc nn ờ xung yu, thng
xut hin tp on mch ựn. H thng quan
trc gm 8 ging khoan c b trớ theo mt
tuyn song song v mt tuyn vuụng gúc vi
tuyn GGA v tuyn ờ (hỡnh 3).
Lu lng thoỏt ca ging c xỏc nh
theo cụng thc Cụdni :
r0
KaS
a , trong ú :
Q 2,73

lg

cos
1 5
R
a
2t
r0

Q- Lu lng thoỏt ca ging;
K- H s thm ca tng cha nc;
a - Chiu sõu ngp ca ging vo TCN;
S - h thp mc ỏp lc ca ging;
r0- Bỏn kớnh ca ging;

R- Bỏn kớnh nh hng ca ging;
38

t - Chiu dy tng cha nc.
Kt qu tớnh toỏn lu lng thoỏt nc ca
ging c trỡnh by bng 1.
K thut thi cụng ging cú nh hng quan
trng n cht lng, hiu qu ca GGA. Ging
o gim ỏp thng c thi cụng theo phng
phỏp truyn thng, o, ỏnh tht tng on
buy. Phng phỏp ny thng gp khú khn do
nc cú ỏp, theo ú cht lng thi cụng ging
cng khú c m bo nu khụng cú gii phỏp
x lý phự hp. Bm nc to ỏp v xúi t l
cụng ngh thi cụng cú nhiu u im v cú tớnh
kh thi cao (hỡnh 2).

Hỡnh 2. Thi cụng ging o gim ỏp ti
K160ữ161 ờ T Hng
QS5

Bổng Điền

Bách Thuận
Ph
ía
Sô

QS6
QS4

n

g

h

ồ
ng
Chú giải :
Đê chính
Khu dân sinh
G1 Giếng đào giảm áp
QS1 Giếng quan trắc
QS1 Tuyến quan trắc
QS1

G2

QS3
QS2

G1

G4
G3
QS1

G5

Tân Lập

QS7

QS8

Hỡnh 3. S b trớ h thng GGA v ging
quan trc ti K160ữ161 ờ T Hng
A K THUT S 2-2016


Bảng 1. Lƣu lƣợng tính toán của hệ thống giếng giảm áp
Mực
nước lũ
BĐII
BĐIII
ĐL

Độ hạ thấp
S, m
0.47
0.56
1.22

G1
0,15
0,18
0,39

4. KẾT QUẢ QUAN TRẮC

Công tác quan trắc địa chất thuỷ văn và các
thông số kỹ thuật của hệ thống GGA được thực
hiện trong mùa lũ năm 1996, 2003, 2004. Lưu
lượng thoát của mỗi giếng được đo trực tiếp tại

Lưu lượng thoát Q, l/s
G2
G3
G4
0,15
0,15
0,15
0,18
0,18
0,18
0,39
0,39
0,39

G5
0,15
0,18
0,39

cửa thoát của giếng. Mực nước áp lực (MNAL)
trong tầng chứa nước dưới tầng phủ được đo tại
các giếng quan trắc và giếng nước sinh hoạt.
Kết quả quan trắc lưu lượng thoát và độ hạ thấp
MNAL của giếng được trình bày ở bảng 2&3.

Bảng 2. Lƣu lƣợng thoát của hệ thống giếng đào giảm áp ứng với các mức lũ
Thời gian
quan trắc

Mức
lũ
BĐII
BĐIII
ĐL
BĐII
BĐIII
ĐL

Mùa lũ 1996
Mùa lũ 2004

G1
0,08
0,09
0,21
0,05
0,05
0,07

G2
0,03
0,05
0,09
0,02
0,03

0,04

Q, l/s
G3
0,13
0,12
0,31
0,06
0,07
0,09

G4
0,12
0,13
0,32
0,08
0,09
0,10

G5
0,11
0,14
0,30
0,09
0,11
0,12

Bảng 3. Độ hạ thấp mực nƣớc áp lực (S, m) của hệ thống GGA ứng với các mức lũ
Thời gian
quan trắc

Mùa lũ 1996
Mùa lũ 2004

Mực
lũ
BĐII
BĐIII
ĐL
BĐII
BĐIII
ĐL

24 m
(QS1)
0,25
0,31
0,64
0,16
0,20
0,26

5. HIỆU QUẢ CỦA HỆ THỐNG GIẾNG
GIẢM ÁP
Kết quả thực tế cho thấy, GĐGA là giải pháp
có hiệu quả tốt, trong một khoảng thời gian dài
trong khu vực nền đê được xử lý không còn xuất
hiện mạch đùn. GĐGA dễ thi công, giá thành rẻ.
Tuy nhiên kết quả quan trắc ở bảng 2 cũng cho
thấy, lưu lượng thoát thực tế của giếng đạt thấp
hơn khá nhiều so với số liệu tính toán ban đầu và

giảm dần không đồng đều. Theo số liệu quan trắc
năm 1996, trong 5 giếng đã thi công, có 3 giếng
đạt lưu lượng Q > 0,30l/s, 1 giếng đạt 0,21l/s và 1
giếng chỉ đạt 0,09l/s. Hầu hết các giếng có lưu
ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2-2016

Khoảng cách từ tim đê ( L, m)
47 m
62 m
96 m
(QS2)
(QS3)
(QS4)
0,33
0,25
0,15
0,40
0,31
0,20
0,86
0,65
0,40
0,20
0,16
0,10
0,25
0,20
0,13
0,33
0,27

0,17

171 m (QS5)
0,08
0,11
0,20
0,05
0,07
0,09

lượng thoát đạt 55%80% lưu lượng tính toán, có
giếng chỉ đạt 22%. Khả năng thoát nước của giếng
cũng suy giảm theo thời gian (bảng 2). Sau 8 năm
(từ 1996 đến 2004), lưu lượng thoát của giếng chỉ
còn 16%54% lưu lượng tính toán. Độ hạ thấp
MNAL của giếng phụ thuộc vào mực nước lũ, vị
trí, khoảng cách và “tuổi thọ” của giếng. Ở mức
đỉnh lũ năm 1996, thời điểm hệ thống giếng xây
dựng được 1 năm, MNAL tại vị trí chân đê giảm
được 0,64m, ở gần giếng giảm 0,86m, cách tim đê
về phía đồng 172m giảm được 0,2m.
Năm 1996 ở mức lũ 4.51m, MNAL tại chân
đê giảm được 0,31m, ở gần giếng giảm được
39


0.40m. Nhưng đến năm 2004 với mức lũ 4,58m,
MNAL tại chân đê chỉ giảm được 0,20m, ở gần
2.00

giếng giảm được 0,25m. Rõ ràng, hiệu quả giảm áp
của hệ thống giếng có sự suy giảm theo thời gian.

H, m

1.90
1.80
1.70
1.60
1.50
25

50
75
MN ®o ¸p n¨m 1996

100
125
MN ®o ¸p n¨m 2004

150

175

200

Kho¶ng c¸ch tõ tim ®ª (L, m)

Hình 2. Đường hạ thấp mực nước áp lực theo mặt cắt ngang tuyến giếng giảm áp ở mức lũ BĐIII
Để nhìn nhận cụ thể hơn về hiệu quả hoạt động

của hệ thống GGA theo thời gian, đã sử dụng
phần mềm Visual Modflow phiên bản 4.2.0.151
mô phỏng hệ thống GGA trong mô hình địa hệ
TNKT dải ven đê theo mô hình bài toán thấm 3D.
Kết quả mô hình đã xác lập được trường phân bố
áp lực thấm, phễu hạ thấp MNAL ở nền đê ứng
với từng thời điểm lũ (hình 3). Hình dạng, kích
thước của phễu phụ thuộc vào mức lũ và khả năng
thoát nước của hệ thống giếng. Dùng phương
pháp chập bản đồ phiễu hạ thấp MNAL tại từng
thời điểm (thiết kế, 1996, 2004) với bản đồ
MNAL cho phép, dễ dàng xác định được phạm vi
(diện tích) có nguy cơ phát sinh BDT tương ứng ở
từng thời điểm. Tổng hợp loạt bản đồ này cho

Chú giải: tuyến đê;

phép thành lập được bản đồ đánh giá hiệu quả của
hệ thống GGA theo thời gian (hình5). Đây là bức
tranh rất trực quan về hiệu quả của hệ thống GGA.
Tại thời điểm sau 1 năm hoạt động (năm 1996),
phạm vi được đảm bảo ổn định thấm chỉ đạt 76%
so với thiết kế ban đầu và sau 8 hoạt động (từ
1996 đến 2004), phạm vi có nguy cơ phát sinh
BDT gia tăng 21%. Như vậy, sự suy giảm hiệu
quả của hệ thống giếng theo thời gian là rất rõ
ràng. Nguyên nhân chủ yếu do keo sắt kết tủa,
dính bám và bụi sét làm tắc tầng lọc. Phương pháp
tính toán, khối lượng khảo sát còn hạn chế chưa
phản ánh đầy đủ cấu trúc địa chất phức tạp ở nền

đê là yết tố dẫn đến hiệu quả tính toán còn chưa
sát với thực tế.

đường đẳng mực nước áp lực thực tế;
2.7
đường đẳng mực nước áp lực cho phép
Hình 3. Phễu hạ thấp mực nước áp lực của hệ thống GGA ở mức lũ BĐII

40

2.5

ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 2-2016


ng
Sô
ng

hồ

Bổng điền

1
3

4

Bách thuận

Chú giải :

Sông
Đê chính
Đê bối
Kênh dẫn
Khu dân sinh

2

Phạm vi phát sinh BDT :
Khi không có giếng giảm áp :
1 + 2 + 3 + 4
Khi có GGA theo quan trắc năm 2004 : 2 + 3 + 4
3 + 4
Khi có GGA theo quan trắc năm 1996 :
Khi có GGA theo tính toán lý thuyết :
4

Hỡnh 5. S ỏnh giỏ hiu qu ca h thng ging gim ỏp theo thi gian
6. KT LUN
- GGA l gii phỏp mang li hiu qu tt, d
thi cụng, giỏ thnh r. Tuy nhiờn, hiu qu thoỏt
nc v gim ỏp ca GGA suy gim theo thi
gian. Nguyờn nhõn ch yu do keo st dớnh bỏm
v bi sột lm tc tng lc. m bo an ton
cho cụng trỡnh, cn nh k bo dng h thng
ging theo ỳng k thut.
- Nhng ni nn ờ cú tng cha nc nm
nụng, s dng gii phỏp GGA l phự hp. Nờn

m rng gii phỏp ny ni cú iu kin thớch
hp, ng thi cú th kt hp vi TPA cú chiu
rng, chiu dy phự hp nõng cao hiu qu x
lý BDT nn ờ. Khi s dng gii phỏp ny, cn
kho sỏt, thu thp y , chớnh xỏc cỏc ti liu
mụi trng a cht nn ờ.
- Trong iu kin thớch hp nờn kt hp GGA
lm ging khai thỏc nc thng xuyờn cung
cp nc cho sinh hot ca dõn c v ti. Nh
th s cú tỏc dng gim hin tng kt ta gõy tc
ging, nõng cao hiu qu ca ging.
TI LIU THAM KHO
[1]. T Vn Kha, V Cao Minh (1997), Mt
s kt qu bc u nghiờn cu hiu qu h

thp ỏp lc nc ngm bng ging gim ỏp,
Cỏc bỏo cỏo khoa hc, Hi ngh khoa a cht
cụng trỡnh vi s nghip Cng nghip hoỏ Hin i hoỏ t nc, H Ni.
[2]. Bựi Vn Trng (2004), Nghiờn cu,
ỏnh giỏ kh nng n nh thm nn ờ sụng
tnh Thỏi Bỡnh, Bỏo cỏo ti khoa hc cp
tnh, Thỏi Bỡnh.
[3]. Bựi Vn Trng, Phm Vn T (2008),
Bin dng thm nn ờ sụng tnh Thỏi Bỡnh v
mt s kt qu nghiờn cu, Bỏo cỏo tuyn tp
cụng trỡnh khoa hc, Hi tho khoa ton quc Tai
bin a cht v gii phỏp phũng chng, H Ni.
[4]. Bựi Vn Trng, Phm Vn T (2009),
Nghiờn cu, d bỏo bin dng thm nn ờ
sụng tnh Thỏi Bỡnh bng phng phỏp mụ hỡnh

khụng gian, Tp chớ Khoa hc k thut M a cht s 25/01-2009, H Ni.
[5]. TCVN 8413 : 2010 Cụng trỡnh thy li
Vn hnh v bo dng h thng ging gim ỏp
cho ờ.
[6]. TCVN 9157 : 2012 Cụng trỡnh thy li
Ging gim ỏp Yờu cu thi cụng, kim tra v
nghim thu.
[7]. Waterloo Hydrogeologic, Visual
Modflow 4.2.0.151, Canada.

Ngi phn bin: PGS.TS. ON TH TNG

A K THUT S 2-2016

41