“Nghiên cứu, đề xuất giải pháp công trình nhằm tăng khả năng thoát lũ và ổn định lòng dẫn của cầu Khe Trí khi xả lũ từ Hồ Ngàn Trươi”

Hồ chứa nước Ngàn Trươi, tỉnh Hà Tĩnh được Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn phê duyệt điều chỉnh, bổ sung Dự án đầu tư xây dựng công trình tại quyết định số 424/QĐ-BNN-XD ngày 25/0

LỜI CẢM ƠN

Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật “Nghiên cứu, đề xuất giải pháp công trình nhằm tăng khả năng thoát lũ và ổn định lòng dẫn của cầu Khe Trí khi xả lũ từ Hồ Ngàn Trươi” đã được hoàn thành với sự cố gắng của bản thân và sự giúp đỡ nhiệt tình của phòng đào tạo Đại học và sau Đại học, khoa Công trình, các thầy cô giáo trường Đại học Thủy lợi Trong quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn tác giả đã nhận được nhiều sự giúp đỡ của thầy cô và đồng nghiệp

Trước hết tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành tới PGS TS Lê Văn Nghị

đã trực tiếp hướng dẫn chỉ bảo tận tình trong quá trình thực hiện luận văn này

Tác giả cũng xin gửi lời cảm ơn tới các cán bộ làm việc tại Trung tâm nghiên cứu Thủy lực – Phòng TNTĐ Quốc gia về động lực học sông biển – Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam, các bạn bè lớp CH18C11 đã hỗ trợ thu thập tài liệu, chuyên môn, góp ý để luận văn được hoàn thành

Trong khuôn khổ luận văn, do trình độ và điều kiện thời gian có hạn nên luận văn không tránh khỏi những thiếu sót Vì vậy, tác giả rất mong nhận được những ý kiến đóng góp quý báu của thầy cô và những người quan tâm

TÁC GIẢ

thông tin, tài liệu, bảng biểu, hình vẽ… lấy từ nguồn khác đều được trích dẫn nguồn đầy đủ theo quy định Nếu có gì sai trái tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm theo quy định của nhà trường

Học viên

Văn Thị Kim Chung

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN - 1 -

MỤC LỤC - 3 -

Chương 1 TỔNG QUAN - 4 -

1.1 Tổng quan về tình hình xây dựng cầu ở hạ lưu tràn xả lũ 4

1.2 Diễn biến dòng chảy lũ ở khu bị thu hẹp 5

1.3 Các công trình nghiên cứu tương tự và kết quả 5

1.4 Giới thiệu về cầu Khe Trí và hệ thống Thủy lợi Ngàn Trươi – Cẩm Trang 7

-1.4.1 Tên dự án 7

-1.4.2 Địa điểm xây dựng 7

-1.4.3 Cấp công trình và tần suất thiết kế 16

-Chương 2 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM MÔ HÌNH THỦY LỰC CẦU KHE TRÍ HIỆN TRẠNG - 18 -

2.1 Mô hình hóa thí nghiệm 18

2.1.1 Mục tiêu nghiên cứu thí nghiệm mô hình 18

-2.1.2 Nội dung nghiên cứu thí nghiệm: 18

-2.1.3 Mô hình được xây dựng 19

2.1.4 Trình tự thí nghiệm mô hình 22

-2.1.5 Bố trí mặt cắt đo 22

-2.1.6 Đánh giá sai số kết quả đo 26

2.1.7 Số liệu phục vụ thí nghiệm mô hình 28

2.2 Khái quát chung các phương án hiện trạng 29

2.3 Kết quả thí nghiệm khả năng thoát lũ qua cầu 30

2.4 Tình hình thủy lực dọc tuyến và khu vực cầu 31

2.5 Đường mực nước dọc tuyến 33

2.6 Xác định sóng hai bên bờ và khu vực cầu 34

2.7 Lưu tốc trung bình và mạch đông lưu tốc C 36

2.8 Đánh giá tình hình xói lở khu vực cầu va hai bên bờ 37

2.9 Nhận xét và kiến nghị 38

2.10 Một số hình ảnh thí nghiệm 39

-Chương 3 NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ CHẾ ĐỘ THỦY LỰC CỦA CẦU KHE TRÍ BẰNG MÔ HÌNH TOÁN - 44 -

3.1 Đặc điểm lòng dẫn Khe Trí 44

-3.1.1 Điều kiện định hình, địa mạo khu vực Khe Trí 44

3.1.2 Điều kiện địa chất vùng nghiên cứu 47

-3.1.3 Điều kiện dân sinh, kinh tế, xã hội 48

3.2 Thiết lập mô hình thủy lực mạng sông 50

-3.2.1 Phạm vi mô phỏng 50

3.2.2 Tính toán thủy lực của dòng chảy khu vực cầu Khe Trí hiện trạng 52

3.3 So sánh kết quả tính toán và thí nghiệm mô hình 55

3.4 Kế luận chương 3 58

-Chương 4 PHƯƠNG ÁN CẢI TẠO CẦU KHE TRÍ BẢO DẢM THOÁT LŨ KHI XẢ TỪ HỒ NGÀN TRƯƠI - 59 -

4.1 Định hướng giải pháp 59

-4.2 Các phương án, giải pháp đề xuất nghiên cứu giảm mực nước thượng lưu cầu Khe Trí - 59 -

4.3 Kết quả tính toán thủy lực khi loại bỏ mỏm đá (PA1) 60

4.4 Kết quả tính toán thủy lực khi loại bỏ mỏm đá và nạo vét đáy cầu (PA2) 64

4.5 Kết quả tính toán thủy lực khi mở rộng nhịp cầu (PA3+4) 68

4.6 So sánh kết quả tính toán và lựa chọn giải pháp 78

-KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ - 84 -

TÀI LIỆU THAM KHẢO - 86 -

PHỤ LỤC BẢNG

Bảng 2.1 Các tỉ lệ dẫn trên mô hình - 20 -

Bảng 2.2 Bảng vị trí các mặt cắt và số thủy trực trên mỗi mặt cắt - 25 -

Bảng 2.3 Lưu lượng trên các nhánh sông tại ngã 3 Ngàn Trươi Khe Trí (m3 /s) - 28 -

Bảng 2.4 Quan hệ Q~Z trên sông Ngàn Trươi - 28 -

Bảng 2.5 Kết quả thí nghiệm cao trình mặt nước tại mặt cắt trước và sau cầu - 30 -

Bảng 2.6 Kết quả thí nghiệm cao trình mặt nước tại mặt cắt trước và sau cầu - 31 -

Bảng 2.7 Đường mặt nước trung bình dọc tuyến công trình - 33 -

Bảng 2.8 Biên độ dao động sóng tại hai bên bờ (hs) - 34 -

Bảng 2.9 Giá trị lưu tốc trung bình mặt cắt trên các mặt cắt đo - 36 -

Bảng 2.10 Giá trị lưu tốc trung bình và lưu tốc thủy động các vùng dọc tuyến - 37 -

Bảng 3.1 Cao độ đường mặt nước (m) khu vực cầu Khe Trí với các lưu lượng - 54 -

Bảng 3.2 So sánh Cao độ đường mặt nước (m) tính toán và thí nghiệm mô hình - 55 -

Bảng 3.3 So sánh chênh lệch cột nước (m) trước, sau cầu tính toán và thí nghiệm - 56 -

Bảng 3.4 So sánh chênh lệch cột nước (m) trước, sau cầu tính toán và thí nghiệm - 56 -

Bảng 4.1 Tổng hợp giá trị cao độ dòng chảy (m) các cấp lưu lượng khi loại bỏ mỏm đá - 62 - Bảng 4.2 Tổng hợp vận tốc dòng chảy (m/s) các cấp lưu lượng khi loại bỏ mỏm đá - 62 -

Bảng 4.3 Tổng hợp các tổn thất cục bộ (m) khu vực cầu Khe Trí khi loại bỏ mỏm đá - 63 -

Bảng 4.4 Tổng hợp giá trị cao độ dòng chảy (m) các cấp lưu lượng khi nạo vét đáy cầu - 66 - Bảng 4.5 Tổng hợp vận tốc dòng chảy (m/s) các cấp lưu lượng khi nạo vét đáy cầu - 67 -

Bảng 4.6 Tổng hợp các tổn thất cục bộ (m) tại khu vực cầu Khe Trí nạo vét đáy cầu - 67 -

Bảng 4.7 Tổng hợp giá trị cao độ dòng chảy (m) các cấp lưu lượng khi mở rộng 1 khoang cầu - 70 -

Bảng 4.8 Tổng hợp giá trị vận tốc dòng chảy (m/s) các cấp lưu lượng khi mở rộng 1 khoang cầu - 71 -

Bảng 4.9 Tổng hợp các tổn thất cục bộ (m) tại khu vực cầu Khe Trí khi mở rộng 1 khoang cầu - 72 -

Bảng 4.10 Tổng hợp giá trị cao độ dòng chảy (m) các cấp lưu lượng khi mở rộng 2 khoang

cầu - 74 -

Bảng 4.11 Tổng hợp giá trị vận tốc dòng chảy (m/s) các cấp lưu lượng khi mở rộng 1 khoang cầu - 75 -

Bảng 4.12 Tổng hợp các tổn thất cục bộ (m) tại khu vực cầu Khe Trí khi mở rộng 1 khoang cầu - 76 -

Bảng 4.13 So sánh cao độ đường mặt nước (m) lưu lượng lớn nhất các phương án - 79 -

Bảng 4.14 So sánh cao độ đường mặt nước (m) lưu lượng thiết kế các phương án - 79 -

Bảng 4.15 So sánh vận tốc dòng chảy (m/s) lưu lượng lớn nhất các phương án - 80 -

Bảng 4.16 So sánh vận tốc dòng chảy (m/s) lưu lượng thiết kế các phương án - 82 -

PHỤ LỤC HÌNH Hình 1.1 Các thông số kỹ thuật công trình chính - 12 -

Hình 2.1 Mặt bằng bố trí mô hình và vị trí các mặt cắt đo - 24 -

Hình 2.2 Quan hệ Q~Z trên sông Ngàn Trươi, cách ngã 3 với Khe Trí 150m - 29 -

Hình 2.3 Đường biểu diễn quan hệ QTr~Zmaxtrước Cầu - 31 -

Hình 3.1 Khe Vang, Khe Trí và mạng lưới sông suối trong vùng dự án - 44 -

Hình 3.2 Bản đồ cao độ địa hình lòng dẫn Khe Trí - 45 -

Hình 3.3 Phạm vi nghiên cứu biến hình lòng dẫn của nhiệm vụ tư vấn - 51 -

Hình 3.4 Mạng sông tính toán - 51 -

Hình 3.5 Quá trình mực nước, lưu lượng tại cầu Khe Trí , phương án hiện trạng - 53 -

Hình 3.6 Quá trình mực nước, lưu lượng tại cầu mỏm đá cuối Khe Trí phương án hiện trạng - 53 -

Hình 3.7 Đường mực nước tính toán và thí nghiệm với các cấp lưu lượng - 57 -

Hình 4.1 Mặt cắt mỏm đá cuối Khe Trí hiện trạng và nạo vét - 60 -

Hình 4.2 Mặt cắt đoạn lòng dẫn sau cầu hiện trạng và nạo vét - 61 -

Hình 4.3 Quá trình mực nước, lưu lượng tại cầu Khe Trí khi loại bỏ mỏm đá - 64 -

Hình 4.4 Quá trình mực nước, lưu lượng tại mỏm đá khi loại bỏ mỏm đá - 64 -

Hình 4.5 Mặt cắt cầu Khe Trí hiện trạng và nạo vét - 65 -

Hình 4.6 Quá trình mực nước, lưu lượng tại cầu Khe Trí khi nạo vét đáy cầu - 68 -

Hình 4.7 Quá trình mực nước, lưu lượng tại mỏm đá khi nạo vét đáy cầu - 68 -

Hình 4.8 Mặt cắt cầu Khe Trí hiện trạng và mở rộng 1 khoang - 69 -

Hình 4.9 Mặt cắt cầu Khe Trí hiện trạng và mở rộng 2 khoang - 69 -

Hình 4.10 Mực nước, lưu lượng tại cầu Khe Trí khi mở rộng thêm 1 nhịp - 73 -

Hình 4.11 Mực nước, lưu lượng tại mỏm đá khi khi mở rộng thêm 1 nhịp - 73 -

Hình 4.12 Mực nước, lưu lượng tại cầu Khe Trí khi mở rộng thêm 2 nhịp - 77 -

Hình 4.13 Mực nước, lưu lượng tại mỏm đá khi khi mở rộng thêm 2 nhịp - 77 -

MỞ ĐẦU

I Tính cấp thiết của đề tài:

Cầu Khe Trí nằm trên đường Hồ Chí Minh, cách thị trấn Vũ Quang tỉnh Hà Tĩnh về phía nam 5km, được bắc qua Khe Trí , cách hợp lưu Khe Trí và sông Ngàn Trươi 100m Khe Trí có diện tích lưu vực khoảng 15km2 tính đến cầu Khe Trí , lưu lượng ứng với tần suất P=0.1% là 900 m3

/s Cầu hiện trạng có khẩu độ là 2 nhịp, mỗi nhịp dài 33m, mặt cầu có cao trình 19.2m, đáy dầm cầu ở cao trình 17.5m, cao

độ đáy sông khu vực cầu biến đổi từ 6 ÷ 9m

Hồ chứa nước Ngàn Trươi, tỉnh Hà Tĩnh được Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn phê duyệt điều chỉnh, bổ sung Dự án đầu tư xây dựng công trình tại quyết định số 424/QĐ-BNN-XD ngày 25/02/2010 và đang được thiết kế kỹ thuật là công trình thủy lợi lớn nhất Bắc Trung bộ có dung tích hữu ích 750 triệu m3 nước với nhiệm vụ cung cấp nước tưới cho khoảng 32585ha đất canh tác nông nghiệp, nuôi trồng 5991ha thủy sản kết hợp phát điện, cấp nước cho các ngành công nghiệp khác

và dân sinh, giảm lũ và cải tạo môi trường sinh thái hạ du… Tràn xả lũ Ngàn Trươi được đặt trên tuyến đập phụ của hồ Ngàn Trươi, là vị trí phân thủy của lòng hồ Ngàn Trươi và lưu vực Khe Trí

Khi tràn Ngàn Trươi làm nhiệm vụ xã lũ sẽ làm tăng lưu lượng qua cầu Khe Trí từ 900 m3

/s lên 3147 m3/s Điều này gây nguy hiểm cho công trình, do vậy cần

có biện pháp công trình nhằm đảm báo khả năng thoát lũ, ổn định lòng dẫn và an toàn công trình tại khu vực cầu Khe Trí

Bộ Nông nghiệp & PTNT phê duyệt điều chỉnh bổ sung Dự án đầu tư xây dựng công trình tiểu dự án công trình đầu mối Hồ chứa nước Ngàn Trươi - Dự án

hệ thống Thủy lợi Ngàn Trươi - Cẩm Trang, tỉnh Hà Tính theo Quyết định số 424/QĐ-BNN-XD ngày 25/02/2010 đã xác định:

- Xây mới cầu Khe Trí với quy mô 3 nhịp mỗi nhịp dài 33m, thí nghiệm mô hình thủy lực cầu; tính toán mạng sông để xác định quy mô cầu

- Dự án Hồ chứa nước Ngàn Trươi đang trong giai đoạn Thiết kế kỹ thuật bản

vẽ thi công, tuy nhiên việc thiết kế cầu chưa được thực hiện Để phục vụ cho việc

xác định khẩu độ cầu, mô hình vật lý cầu Khe Trí đã được thiết lập và thí nghiệm với phương án hiện trạng Qua kết quả nghiên cứu cho thấy, cần thiết phải mở rộng

và nghiên cứu giải pháp khắc phục và đảm bảo an toàn cho công trình

Việc Nghiên cứu xác định chính xác khẩu độ cầu Khe Trí nhằm đưa ra các giải pháp hiệu quả nhằm đảm bảo khả năng thoát lũ, ổn định lòng dẫn và an toàn giao thông là cần thiết và vấn đề có tính thực tiễn và khoa học cao

Với mong muốn nâng cao trình độ và tiếp cận các vấn đề thực tế của công tác xây dựng thủy lợi, học viên lựa chọn đề tài “Nghiên cứu, đề xuất giải pháp công trình nhằm tăng khả năng thoát lũ và ổn định lòng dẫn của cầu Khe Trí khi xả lũ từ

Hồ Ngàn Trươi”

II Mục đích và nhiệm vụ của đề tài:

- Nghiên cứu quy luật, động lực học dòng chảy của đoạn sông khi có và không có cầu giao thông;

- Nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của việc xả lũ từ Hồ Ngàn Trươi đến cầu Khe Trí hiện trạng

- Xác định khẩu độ cầu hợp lý để đảm bảo thoát lũ khi xả lũ từ hồ Ngàn Trươi

- Đề xuất các giải pháp nâng cao khả năng thoát lũ, ổn định lòng dẫn và an toàn công trình

III Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu:

Ngàn Trươi được tính toán theo tiêu chuẩn của ngành thuỷ lợi, do vậy cần có tiếp

cận đa ngành để giải quyết bài toán hợp lý phục vục tốt nhất cho lợi ích xã hội + Phương pháp nghiên cứu:

- Phương pháp nghiên cứu thực địa: nắm bắt tính hình thực tế, địa hình, thế sông vùng nghiên cứu;

- Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm trên mô hình vật lý;

- Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm trên mô hình toán, thiết lập bài toán mạng sông vùng cầu Khe Trí và sông Ngàn Trươi

IV Kết quả dự kiến đạt được:

- Xây dựng được mô hình thủy văn thủy lực mạng sông vùng nghiên cứu;

- Sử dụng các kết quả thí nghiệm vật lý để kiểm định lại kết quả tính toán của

mô hình toán học;

- Xác định được ảnh hưởng của việc xả lũ từ hồ Ngàn Trươi đến cầu Khe Trí ;

- Các đặc trưng thuỷ động lực học của khu vực cầu hiện trạng và các phương

án cải tạo, sửa đổi, thiết kế…

- Xác định được khẩu độ cầu và đề xuất các giải pháp cải tạo lòng dẫn và bảo đảm ổn định lòng dẫn khu vực cầu Khe Trí

Chương 1 TỔNG QUAN

1.1 Tổng quan về tình hình xây dựng cầu ở hạ lưu tràn xả lũ

Hồ chứa nước là công trình thủy lợi với mục đích sử dụng tổng hợp nguồn nước phục vụ các mục tiêu phát triển bền vững về kinh tế xã hội, cải thiện giao thông thủy và môi trường Do đó, ở nước ta cũng như nhiều nước trên thế giới đều chú trọng tận dụng các điều kiện địa hình, địa chất thủy văn cho phép để xây dựng

hồ chứa Tính đến nay ở nước ta đã có hơn 500 hồ chứa nước có dung tích từ 1 triệu m3 trở lên với các mục đích phát điện, điều tiết lũ giảm ngập lụt ở hạ lưu, cấp nước tưới, cấp nước sinh hoạt, nuôi trông thủy sản…

Khi xây dựng hồ chứa thì Tràn xả lũ là hạng mục quan trọng không thể thiếu của cụm công trình đầu mối thủy lợi và thủy điện, nó có nhiệm vụ xả lượng nước thừa để khống chế mực nước cao nhất có thể chứa trong hồ để đảm bảo an toàn cho toàn bộ cụm công trình

Dòng chảy lũ sau khi điều tiết trữ lại trong hồ tạo ra chênh lệch lớn mực nước thượng hạ lưu trên đoạn sông đó gọi là Δz (Zhồ- Zhạ), khi gặp con lũ lớn hơn vượt quá lưu lượng hồ chứa cần mở cửa đập tràn để tháo lưu lượng dư xuống lòng sông

hạ lưu

Do đường tràn thường nhỏ hơn rất nhiều so với lòng sông tự nhiên nên năng lượng không rải đều trên bề mặt lòng sông mà tập trung ở phạm vi nhất định năng lượng của dòng chảy từ thượng lưu đổ xuống hạ lưu được chuyển hóa từ thế năng thành động năng lại tập trung, để nối tiếp với mặt nước ở hạ lưu phần dòng chảy này đã chảy qua công trình tiêu năng Nếu công trình tiêu năng được thiết kế tốt thì năng lượng được tiêu hao tốt, tối đa cũng chỉ từ 60% ÷70% tổng năng lượng của dòng chảy; phần năng lượng dư còn tới 30% ÷ 40% sẽ được tiếp tục tiêu hao trong quá trình chuyển động xuống đoạn lòng sông phía sau

Năng lượng dư của dòng chảy gây va đập và tạo thành sóng, sẽ được tiêu hao dần trong quá trình lan truyền sóng xuống hạ lưu, do đó cầu giao thông càng ở gần Tràn xả lũ thì độ dềnh cao mực nước càng lớn, ở cách tràn xả lũ càng xa thì độ dềnh

giảm đi nhưng vẫn cao hơn mực nước tính toán theo tài liệu thủy văn theo quan hệ Q= f(Zhạ)

Giai đoạn vừa qua có nhiểu công trình tràn xả lũ vận hành đã có tác động xấu đến cầu giao thông ở hạ lưu Như mùa lũ năm 2006, xả lũ đập tràn sông Hinh đã làm trôi cầu giao thông trên đường vào khu vực công trình mà kết quả nghiên cứu thí nghiệm mô hình thủy lực đã cảnh báo Lại như năm 2007 xả lũ thi công của công trình Cửa Đạt – Thanh Hóa đã làm vỡ mố cầu bờ trái, mà điều này cũng đã được cảnh bảo trong kết quả nghiên cứu thí nghiệm mô hình thủy lực tại viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam

1.2 Diễn biến dòng chảy lũ ở khu bị thu hẹp

Dòng chảy qua khu bị thu hẹp sẽ tạo ra các xoáy nước lớn nhỏ chuyển động hỗn độn ở hai bên trước và sau đoạn bị thu hẹp, những xoáy nước này tác động đến vật cản gây xói lở

Dòng chảy có tính liên tục nên khi giảm nhỏ tiết diện dòng chảy sẽ làm tăng lưu tốc trung bình và ứng suất tiếp đáy tại khu vực bị thu hẹp

Vì dòng chảy có tính liên tục nên khi giảm nhỏ tiết diện dòng chảy, sẽ làm tăng lưu tốc trung bình và ứng suất tiếp đáy trên đoạn sông bị thu hẹp Vì thế, khi có

sự gia tăng lực đào xói ở khu vực thu hẹp dòng chảy thì sẽ có các vật liệu đáy bị dòng nước mang đi nhiều hơn là được mang từ thượng lưu về Khi cao độ đáy sông

hạ xuống, diện tích thoát nước tăng lên, lưu tốc dòng nước và ứng suất tiếp đáy sẽ giảm đi cho đến khi đạt được sự cân bằng tương đối: lượng vật liệu đáy được dòng nước mang đến tương đương với lượng vật liệu đáy bị dòng nước mang đi; hoặc ứng suất cắt đáy được giảm đi tới trị số mà ở đó không có vật liệu đáy bị dòng nước mang đi

1.3 Các công trì nh nghiên cứu tương tự và kết quả

Tràn lũ sông Hinh năm 2006 thực hiện xả lũ xuống hạ lưu đã xói trôi cầu giao thông bắc qua sông Hinh cách vị trí tràn xả lũ khoảng 800m bị trôi; do cao trình mặt cầu thấp hơn mực nước xả lũ sau tràn;

Thí nghiệm mô hình đập tràn xả lũ Tuyên Quang năm 2003 đã cảnh báo cầu giao thông bắc qua sông Gâm ở hạ lưu công trình, khi thực hiện tràn vận hành xả lũ với lưu lượng xả lớn hơn tần suất lũ P(1%) thì chân trụ cầu có khả năng bị xói sâu tới từ 8÷10m và uy hiếp mố cầu bờ trái nối với đường dẫn đi vào thị trấn Na-Hang,

bị ngập gây trở ngại cho việc đi lại ở hai bờ; cầu giao thông này cách công trình tràn

Năm 2006 kết quả thí nghiệm mô hình thủy lực của tràn xả lũ Cửa Đạt đã cho thấy sau khi xả lũ lưu lượng xả Q > 3400m3/s chủ lưu dòng chảy đi lệch sang

bờ trái đâm vào mố cầu bờ trái có thể phá hoại mố cầu bờ trái và xói sạt sâu vùng

mố cầu bờ trái tới gần 10m; đồng thời sóng dềnh cao hơn bờ phải từ 0.5÷0.7m tràn lên đường dẫn vào cầu phía bờ trái Điều này đã được nghiên cứu thí nghiệm mô hình thủy lực cảnh báo Song chưa chú ý gia cố, nên trận lũ năm 2007 thực hiện xả

lũ thi công với lưu lượng gần 7000m3

/s nhịp dẫn bờ trái cầu sông Chu đã bị xói sập Như vậy qua việc nghiên cứu mô hình thủy lực về tình hình thủy lực ở hạ lưu diễn ra phức tạp làm dâng mực nước đoạn lòng sông có cầu giao thông không giống như mực nước sông tự nhiên khi chưa xây dựng công trình tràn xả lũ

Do vậy, vấn đề này cần được đề cập để nghiên cứu

1.4 Giới thiệu về cầu Khe Trí và hệ thống Thủy lợi Ngàn Trươi – Cẩm Trang

1.4.1 Tên dự án

Tên dự án: Hệ thống thủy lợi Ngàn Trươi - Cẩm Trang, tỉnh Hà Tĩnh

Tên tiểu dự án: Công trình đầu mối Hồ chứa nước Ngàn Trươi

1.4.2 Địa điểm xây dựng

Công trình đầu mối Ngàn Trươi được xây dựng trên sông Ngàn Trươi cách cầu Ngàn Trươi trên đường Hồ Chí Minh khoảng 0.5 km về phía thượng lưu thuộc

xã Hương Đại huyện Vũ Quang, tỉnh Hà Tĩnh

1.4.2.1 Mục tiêu, nhiệm vụ của dự án

Theo công văn số: 1037/UBND-NL2 ngày 26/5/2006 của Uỷ Ban Nhân Dân tỉnh Hà Tĩnh, số: 1435/BCT-CLH ngày 25/9/2007 của Bộ Công Thương và Quyết định số 2919/QĐ-BNN-XD ngày 24/9/2008 của Bộ Trưởng Bộ NN&PTNT về việc phê duyệt Dự án đầu tư xây dựng, căn cứ Quyết định số 424/QĐ-BNN-XD ngày 25/02/2010 về việc phê duyệt điều chỉnh, bổ sung dự án đầu tư xây dựng công trình Tiểu dự án “Công trình đầu mối Hồ chứa nước Ngàn Trươi” thuộc Dự án “Hệ thống thủy lợi Ngàn Trươi-Cẩm Trang, tỉnh Hà Tĩnh”, nhiệm vụ chính của công trình như sau:

Cấp nước cho khu công nghiệp (KCN) mỏ sắt Thạch Khê với lưu lượng Q=6m3/s và các KCN khác với diện tích là 1530 ha

Cấp nước tưới cho 32585 ha đất canh tác (trong đó vùng tưới trạm bơm Linh Cảm 21452 ha, ven Sông Nghèn 3606 ha, huyện Vũ Quang 491 ha, huyện Hương Sơn 4187 ha, huyện Nghi Xuân 2849 ha) thuộc các huyện Đức Thọ, T.T Hồng Lĩnh, Can Lộc, Thạch Hà, Nghi Xuân, Vũ Quang, Hương Sơn tỉnh Hà Tĩnh

Cấp nước sinh hoạt, chăn nuôi cho các huyện Thờ Trên

Môi trường, cấp nước các tháng mùa cạn cho hạ lưu sông Ngàn Sâu và sông

La

Cấp nước nuôi trồng thủy sản với diện tích nuôi trồng 5991 ha (trong đó

5831 ha thuộc các huyện Can Lộc, Thạch Hà, Nghi Xuân, Đức Thọ, thị xã Hồng Lĩnh và 160 ha huyện Vũ Quang)

Hồ Ngàn Trươi kết hợp phát điện với công suất từ 15 MW

Cắt giảm lũ và cải tạo môi trường sinh thái hạ du (với lưu lượng Q=4,0m3

/s), phát triển du lịch

1.4.2.2 Cấp công trình:

Công trình đầu mối : cấp II

Hệ thống kênh : cấp III

Tấn suất lũ thiết kế : P = 0.5%

Tần suất lũ kiểm tra : P = 0.1%

Dẫn dòng thi công mùa cạn công trình tạm, P = 5%, 10%

Đảm bảo cấp nước tưới cho diện tích 32585 ha đất canh tác với tần suất, P=75%, cấp nước sinh hoạt, chăn nuôi và công nghiệp, thủy sản, môi trường, đảm bảo tần suất P = 90%

Phát điện: theo tưới (không có dung tích dành cho phát điện, Wthủyđiện= 0)

1.4.2.3 Quy mô và giải pháp kỹ thuật công trình chính

Mái hạ lưu đập được gia cố bằng trồng cỏ Nối tiếp giữa lớp gia cố và thân đập là lớp lọc bằng cát, sỏi Tại chân mái đập và cơ đập xây dựng các rãnh thoát nước bằng đá xây

Tại cao độ 16.50m (cao hơn mức nước lũ thiết kế ở hạ lưu) bố trí đống đá tiêu nước hạ lưu bằng đá hộc

Khối chống thấm được bố trí ở giữa thân đập và đắp bằng lớp đất 2A, có hệ

Đáy ống khói tiêu nước là thảm tiêu nước, dày 7m, trong đó ở giữa là đá lát khan dày 2m, cuội sỏi dày 1.5m và cát dày 1.0m bao bọc xung quanh để chuyển nước về hạ lưu

Chân khay đập được cắm sâu vào đất nền ít thấm nước, chiều rộng chân khay theo chiều cao đập từng vị trí được xác định theo điều kiện đảm bảo an toàn chống thấm cục bộ tại mặt tiếp xúc giữa đập và nền, chiều rộng chân khay lớn nhất là 16m

b Đập phụ

Vị trí đặt ở yên ngựa phân thuỷ giữa sông Ngàn Trươi và Khe Trí ở bờ phải sông Ngàn Trươi, cách đường HCM khoảng 4.5 km và ở hai bên tràn xả lũ

Hình thức là đập bê tông trọng lực, cao trình đập 56.5 m

Đập dài khoảng 120.0m, chiều cao lớn nhất khoảng Hmax = 41.0 m Đỉnh đập rộng 7.0m Chống thấm qua nền bằng khoan phụt vữa xi măng

Đập được chia làm 6 đơn nguyên, mỗi đơn nguyên dài 20m Cấu tạo của một đơn nguyên:

Cao trình đáy móng 15.50m

Bề rộng đáy 42.0m

hạ lưu m =3.0, bảo vệ bằng trồng cỏ trong khung bê tông

c Tràn xả lũ

Hình th ức và qui mô: Tràn có điều tiết, quy mô 7 cửa xả mặt (nxBxH

=7x12.0x3.4m) nối tiếp dạng dốc nước với độ dốc i = 7.1%, chuyển tiếp xuống bể tiêu năng bằng một đoạn bậc nước dài 23m có độ dốc mái m = 3

Kênh d ẫn thượng lưu: dài hơn 200m, mặt cắt hình thang kết hợp với lòng

khe suối; đáy ở cao độ +24.0m, +30.0m và +44.0m, bờ bên trái có m = 2, bờ bên phải có m = 2.5 Rộng 100.8m được gia có bằng BTCT và có độ dốc là 5.71%

Đầu tràn: Dài 14.7m dạng thực dụng WES bằng BTCT, cao độ ngưỡng xả là

+48.60m Chiều rộng ngưỡng tràn là 100.8m, phần tràn có nước là 84m chia ra làm

7 khoang, kích thước mỗi khoang (bxh) là (12x3.4m) Cao trình đỉnh trụ pin là +57.80m;

Dốc nước: dài 140m, rộng 100.8m, độ dốc I = 7.1%, bằng BTCT M250 dày

1m Trên dốc có bố trí các mố nhám gia cường (Kt 0.35x0.3m) khoảng cách tim

giữa các mố nhám là 2.8m Tường bên dốc nước là dạng tường bản chống chiều cao

là 4.0m, được chia thành các đơn nguyên, mỗi đơn nguyên dài 14.0m

Đoạn chuyển tiếp theo dạng thu hẹp dần từ cao trình +36.4m xuống cao trình +30m: Dài 23m, rộng 100.8m, độ dốc m = 3, kết cấu là BTCT M250 có chiều dày là 3m, trên mặt đốc có bố trí các bậc cao 0.75m

B ể tiêu năng: Kết cấu là BTCT M250 dài 30m, rộng 100,8m, cao trình đáy là

+30m Tường bên bể tiêu năng là tường bản chống cao 10m, chiều dày bản đáy biến đổi từ 1.5m ÷ 0.8m

Đoạn kênh chuyển tiếp được nối từ cuối bê tiêu năng đến đầu kênh xả: dài

310m, có mặt cắt hình thang; hệ số mái m = 2 được chia ra làm 4 đoạn Kết cấu bằng BTCT M200

Kênh x ả hạ lưu (có dạng thu hẹp dần - bề rộng mặt cắt tiếp giáp với phần đầu

mối công trình là 100.8m, bề rộng mặt cắt cuối kênh là 53m): Nối tiếp với đoạn kênh chuyển tiếp sau tiêu năng có chiều dài là 700m; mặt cắt hình thang; đáy ở cao trình +30m, bề rộng 53m, hệ số mái m = 2 Gia cố bằng BTCT M200 đến cơ +40m

1.4.2.4 Công trình lấy nước số 1 – Tuynel xả lũ thi công

Xây dựng một tuyến ống lấy nước phục vụ cho các nhu cầu ở hạ du

Xây dựng đường hầm lấy nước đặt tại vai trái đập chính, tại cửa vào với nhiệm vụ dẫn dòng thi công có cao độ đáy là +10 m, đường hầm có đường kính D=7 m Sau khi dẫn dòng kết thúc, đường hầm có nhiệm vụ dẫn nước vào nhà máy thủy điện và dẫn nước về hạ du Cao độ ngưỡng khi vận hành +19.0 m Cửa vào có

2 cửa với kích thước tầng dẫn dòng thi công B×H=(4×6)m và kích thước cửa vận hành B×H=(2.6×4.0)m Cửa vận hành thượng lưu chủ yếu là cửa sự cố, cửa van phẳng Tại cuối đường hầm (cửa ra) bố trí nhà có đường lên xuống để vào đường hầm (sau khi kết thúc dẫn dòng, đường hầm trở thành hành lang kiểm tra) Tại cửa

ra đường ống thép được nối với đường dẫn chính có kết cấu bằng BTCT M200 bên trong lót thép dày 10 ly và được chia làm 4 nhánh trong đó, 3 nhánh với đường kính mỗi ống D1=2.2 m dẫn vào nhà máy thủy điện còn 01 nhánh với đường kính D2=3.0 m dẫn thẳng ra hạ lưu nhà máy có nhiệm vụ dẫn nước về hạ du khi các tổ máy thủy điện ngừng hoạt động để bảo dưỡng Cuối đường ống dẫn nước về hạ du được lắp đặt một van côn điều tiết và đóng mở bằng thủy lực

1.4.2.5 Nhà máy th ủy điện

Xây dựng nhà máy thủy điện đặt sau đập, tại vai trái đập chính có 3 tổ máy công suất mỗi tổ là 5.0 MW với tổng công suất lắp máy là 15 MW

1.4.2.6 Công trình l ấy nước số 2

Công trình lấy nước số 2, lấy nước tưới cho Hương sơn và Vũ Quang được xây dựng một đường hầm lấy nước phục vụ tưới cho 4678 ha đất canh tác của huyện Vũ Quang và Hương Sơn Đặt tại eo núi bên vai trái đập chính, hình thức tròn có kích thước đường kính D=2 m Cao trình ngưỡng cửa vào +20m, thượng lưu cống bố trí van sự cố bằng van phẳng có kích thước B×H=(2×3) m, đóng mở bằng thủy lực Cuối đường ống được lắp đặt một van côn để điều tiết và đóng mở bằng thủy lực

Xây dựng một tuyến kênh dẫn sau đường hầm lấy nước tưới với hình thức kênh chữ nhật, kết cấu BTCT M200, kích thước kênh B×H=(3 ×3.1) m để đảm bảo tải lưu lượng thiết kế QTK = 8.86 m3

/s Chiều dài kênh L = 250 m

1.4.2.7 Cầu giao thông

Xây dựng mới một cầu giao thông trên đường Hồ Chí Minh tại vị trí Khe Trí, cách cầu cũ 20m về thượng lưu Cầu có 3 nhịp, mỗi nhịp dài 33m, chiều rộng cầu B

=9.0 m Cầu phải đảm bảo cho xe có tải trọng H30 và xe bánh xích 50T

Hình 1.1 Các thông s ố kỹ thuật công trình chính

canh tác nông nghiệp

- Nuôi trồng 5991ha thủy

sản

- Kết hợp phát điện với công suất lắp máy khoảng 15MW

- Cấp nước cho các nghành công nghiệp khác và dân sinh

Cấp công trình

Hạng mục Đơn vị Quy mô công trình

Lưu lượng d/dòng mùa lũ p=0,2% m3/s 5530.0

Lưu lượng dẫn dòng mùa lũ p =1% m3/s 4233.0

Lưu lượng dẫn dòng mùa lũ p= 5% m3/s 2905.0

Công trình đầu mối

Đập chính

Hạng mục Đơn vị Quy mô công trình

Hạng mục Đơn vị Quy mô công trình

Kiểu cửa bằng thép và đóng mở

van cung

Số lượngxkích thước cửa nx( BxH) 7 x (12 x 3.4)

Giai đoạn quản lý khai thác

- Lưu lượng tưới thiết kế Qtk m3/s 56.8

- Số lượng x kích thước cửa vào nx(

- Đ/kính van côn hạ lưu ống áp lực m 3,0

Nhà máy thủy điện

Hạng mục Đơn vị Quy mô công trình

Công trình lấy nước số 2 (TN2)

Cầu Khe Trí xây mới

− Tần suất lũ thiết kế cầu, P = 1,0%

− Dẫn dòng thi công mùa cạn công trình tạm, P = 5%, 10%

− Đảm bảo cấp nước tưới cho diện tích 32.585 ha đất canh tác với tần suất, P=75%,

− Cấp nước sinh hoạt, chăn nuôi và công nghiệp, thủy sản, môi trường, đảm bảo tần suất P = 90%

Chương 2 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM MÔ HÌNH THỦY LỰC CẦU

KHE TRÍ HIỆN TRẠNG 2.1 Mô hình hóa thí nghiệm

2.1.1 Mục tiêu nghiên cứu thí nghiệm mô hình

Nghiên cứu thí nghiệm mô hình cầu Khe Trí nhằm:

- Xem xét khả năng thoát lũ của cầu khi lưu lượng trên Khe Trí tới Cầu Khe Trí có xét đến quá trình xả lũ của tràn Ngàn Trươi;

- Xác định các thông số thủy lực, nối tiếp trước và sau cầu…đánh giá tình hình xói lở lòng sông, hai bên bờ khu vực cầu; các vị trí trụ cầu;

- Diễn biến thuỷ lực dọc tuyến trên đoạn sông có cầu Khe Trí tương ứng với các chế độ lưu lượng về các yếu tố thủy lực: Q, v, p, z … làm căn cứ cho việc đánh giá mức độ thoát lũ, mức độ chịu được lũ của cầu theo hiện trạng, làm cơ sở cho gia

cố bảo vệ khu vực cầu, vị trí các trụ cầu; các vị trí xung yếu ở hai bờ

2.1.2 Nội dung nghiên cứu thí nghiệm:

Cầu Khe Trí với kết cấu hiện trạng khi chịu ảnh hưởng bởi quá trình xả lưu lượng qua tràn, ứng với mỗi trường hợp mực nước thí nghiệm cho các phương án ta tiến hành nghiên cứu các nội dung:

- Nghiên cứu đường mặt nước trên đoạn sông phía trước và sau cầu

- Xác định sóng trên sông và hai bờ ứng với các chế độ xả lũ khác nhau trong đoạn sông có cầu

- Xác định chế độ thuỷ lực dòng chảy trên đoạn sông, khu vực trước và sau cầu giao thông với các tổ hợp lưu lượng và mực nước khác nhau;

- Xác định lưu tốc trung bình theo mặt cắt dọc sông phía trước và sau cầu,

- Xác định lưu tốc mạch động dòng chảy tại các vị trí tương ứng

- Xác định áp suất động tại khu vực cầu, 2 bên bờ sông tại các vị trí xung yếu

- Thí nghiệm nghiên cứu chế độ nối tiếp dòng chảy ở hạ lưu và khu vực cầu

- Đánh giá khả năng xói lở hai bên bờ sông khu vực phía trước và sau cầu

2.1.3 Mô hình được xây dựng

2.1.3.1 Loại mô hình

Căn cứ yêu cầu mục đích thí nghiệm, căn cứ vào bản đồ đo vẽ hiện trạng khu vực lòng sông và khu vực cầu Khe Trí , mô hình được xây dựng là mô hình chính thái, tổng thể, lòng không xói

2.1.3.2 Tiêu chuẩn tương tự

Đây là loại mô hình công trình nên lực tác dụng chủ yếu là trọng lực, tiêu chuẩn tương tự mô hình được chọn là tương tự trọng lực, hay tiêu chuẩn Froude :

idem Fr

m gh

Như vậy: mô hình tổng thể cầu Khe Trí i áp dụng tiêu chuẩn Froude; Tỷ lệ

mô hình λL =50 là đảm bảo cho điều kiện dòng chảy ở trạng thái tự động mô hình đồng thời đảm bảo điều kiện làm việc bình thường cho bố trí các thiết bị đo ở mọi

vị trí Với tỉ lệ đó ta có bảng các tỉ lệ :

- Chiều dài mô hình: Phía thượng lưu cầu dài 980m, phía hạ lưu cầu (Kể cả phần

bãi bồi đối diện cửa ra của Khe Trí ) 420m như vậy tổng chiều dài mô hình là

L

28 50

L

TT 11 0 50

40 =

=

λ +Dh (chọn Hmh=1.0m) Như vậy mô hình tổng thể cầu Khe Trí có kích thước :

Chiều dài : 32m

Chiều rộng : 11m

Chiều cao : 1m

Để đảm bảo hướng dòng chủ vào mô hình, đoạn đầu mô hình còn có đoạn quá độ để lặng nước, ở cuối mô hình sau cửa đuôi còn có đoạn máng dẫn nước về Mặt bằng bố trí mô hình (Xem Hình 2.1)

b Vật liệu xây dựng mô hình

+ Phần địa hình lòng sông phía thượng, hạ lưu cầu (Khe Trí , sông Ngàn Trươi) trong thực tế có độ nhám n=0.025÷0.030 nên trong mô hình khu vực này vật liệu chọn có độ nhám là: 0 01303 0 01563

9194 1

03 0 025

=

mh

măng trát, xoa nhẵn và đánh bóng tuỳ từng vị trí

+ Phần công trình như, cầu, trụ pin trong thực tế bằng bê tông có độ nhám n=0.016÷0.018, vì vậy trong mô hình các hạng mục này chọn vật liệu có độ nhám

9194

1

018 0 016

.

=

mh

công chế tạo và để thuận tiện cho việc quan sát dòng chảy

2.1.3.4 Các thiết bị sử dụng trong thí nghiệm

Máy thăng bằng độ chính xác cao Ni-005

Các kim đo mực nước độ chính xác cao H1-8, và H1-3 di động, cố định, và hiện số do Amfield - Anh sản xuất

Thiết bị đo chính:

- Thiết bị khoa học Hà Lan sản xuất:

- Máy đo lưu tốc kiểu điện từ PEMS-E30, và E-40

- Đầu đo lưu tốc kiểu ống CM-10S-0071

- Máy đo lưu tốc cánh quay WVM

- Máy đo mực nước thay đổi GHM

- Thiết bị khoa học Mỹ sản xuất:

- Máy đo lưu tốc cực nhỏ kiểu 1205 (1,5 – 91 cm/s)

- Đầu đo lưu tốc nhỏ kiểu 1210 (3 – 6 cm/s)

- Bộ lưu trữ và xử lý số liệu HYDRA-DATALOGGER (hãng Fluke)

Thiết bị Nhật sản suất:

- Bộ lưu trữ và xử lý số liệu TDS-303

- Máy tính, máy in …

Thiết bị Anh, Mỹ, Nhật sản xuất:

- Đầu đo áp lực, chuyển vị, áp suất, biến dạng và rung động

- Thiết bị thí nghiệm thấm (Drainage and seepage Tank)- Amfield - Anh sản xuất

Nhiều thiết bị trên đây thuộc vào số hiện đại hiện nay, có khả năng thu nhận tín hiệu, xử lý tự động, kết nối và xuất số liệu theo yêu cầu người sử dụng một cách thuận lợi, có thể đo trị số tức thời và trung bình theo các khoảng thời gian bất kỳ

2.1.4 Trình tự thí nghiệm mô hình

Công tác thí nghiệm được tiến hành trên mô hình lòng cứng theo các trình tự sau:

Thí nghiệm kiểm nghiệm mô hình theo các phương án

Thí nghiệm kiểm tra các thông số theo đồ án

Thí nghiệm các phương án sửa đổi trên mô hình

Thí nghiệm khi có sự hiệu chỉnh các kết cấu, bố trí để đi đến hoàn thiện Qua các kết quả thí nghiệm trên sẽ rút ra những kết luận và kiến nghị

2.1.5 Bố trí mặt cắt đo

Căn cứ yêu cầu thí nghiệm, nội dung nghiên cứu, ngoài việc xác định các nội dung:

- Nghiên cứu đường mặt nước trên đoạn sông phía trước và sau cầu

- Xác định sóng trên sông và hai bờ ứng với các chế độ xả lũ khác nhau trong đoạn sông có cầu

- Xác định chế độ thuỷ lực dòng chảy trên đoạn sông, khu vực trước và sau cầu giao thông với các tổ hợp lưu lượng và mực nước khác nhau;

- Xác định lưu tốc trung bình theo mặt cắt dọc sông phía trước và sau cầu,

- Xác định lưu tốc mạch động dòng chảy tại các vị trí tương ứng

- Xác định áp suất động tại khu vực cầu, 2 bên bờ sông tại các vị trí xung yếu

- Thí nghiệm nghiên cứu chế độ nối tiếp dòng chảy ở hạ lưu và khu vực cầu

- Đánh giá khả năng xói lở hai bên bờ sông khu vực phía trước và sau cầu

còn cần xác định:

- Áp lực tác dụng lên hai mố bên cũng như trụ cầu

- Xói lở ở chân cầu, mố cầu

- Đường mặt nước dọc ngang sông

- Xác định phạm vi dòng chảy tại các khoang cầu, nên phải đo lưu hướng dòng chảy

- Xác định giá trị lưu tốc trung bình thuỷ trực tại các mặt cắt,

- Quan sát, so sánh tình hình thuỷ lực trong các trường hợp nước tràn qua cầu và đường Hồ Chí Minh với trường hợp nước khoang tràn qua cầu và đường

- Xác định khả năng xói bồi ở vùng cửa lấy nước

Để đáp ứng các nội dung đo đạc đã nêu, trên mô hình đoạn sông từ thượng lưu đến hạ lưu bố trí 14 mặt cắt ngang Khe Trí và 2 mặt cắt ngang sông Ngàn

Trươi, ứng với mỗi mặt cắt tại từng vị trí mà số thủy trực từ 3-9 thủy trực (Hình 2.1

và Bảng 2.1)

1 2 3

8 7 6 5 4 3 2 1

1 2 3 4 5 6 7 8 9

1 2 3 4 5 6 7 8

1 3 5 6 7 8

1 2 3 4 5 6 7

12

345

1 2 3 4 5

1 2 3 4 5

1 2

34

5 5 4 2

1 2 3 4 5 6 7

1 2

345

1

3

3 4 5

4

5

6 7 8

12

13

13 14

Bảng 2.2 Bảng vị trí các mặt cắt và số thủy trực trên mỗi mặt cắt

TT Kí hiệu

Số T.Trực

Ghi chú

1 MC 1 Cách tim cầu về thượng lưu Khe Trí -895.00 m 3

2 MC 2 Cách tim cầu về thượng lưu Khe Trí -755.00 m 4

3 MC 3 Cách tim cầu về thượng lưu Khe Trí -675.00 m 4

4 MC 4 Cách tim cầu về thượng lưu Khe Trí -485.00 m 9

5 MC 5 Cách tim cầu về thượng lưu Khe Trí -412.50 m 9

6 MC 6 Cách tim cầu về thượng lưu Khe Trí -407.00 m 8

7 MC 7 Cách tim cầu về thượng lưu Khe Trí -363.80 m 8

8 MC 8 Cách tim cầu về thượng lưu Khe Trí -220.50 m 7

9 MC 9 Cách tim cầu về thượng lưu Khe Trí -124.40 m 5

10 MC 10 Cách tim cầu về thượng lưu Khe Trí -99.00 m 5

11 MC 11 Cách tim cầu về thượng lưu Khe Trí -77.30 m 5

12 MC 12 Cách tim cầu về thượng lưu Khe Trí -16.20 m 5

13 MC 12A Cách tim cầu về thượng lưu Khe Trí -4.25 m 5

14 MC 13A Cách tim cầu về hạ lưu Khe Trí +4.25 m 5

15 MC 13 Cách tim cầu về hạ lưu Khe Trí +16.20 m 5

16 MC 14 Cách tim cầu về hạ lưu Khe Trí +68.40 m 5

17 MC 14A Cách tim cầu về hạ lưu Khe Trí +43.30 m 5

18 MC 14B Cách tim cầu về hạ lưu Khe Trí +121.70 m 5

19 MC 15 Cách tim cầu về TL sông Ngàn Trươi -188.70 m 7

20 MC 16 Cách tim cầu về HL sông Ngàn Trươi +147.70 m 7

Ghi chú :

1- Mặt cắt đo vuông góc với dòng chảy, khoảng cách (xác định vị trí) các mặt tính theo đờng vuông góc được tính bởi đường thẳng qua tim cầu vời đường thẳng qua điểm trung điểm mặt cắt và song song với tim cầu

2 - Giá trị mang dấu '+" là về Hạ lưu, mang dấu "-" là về phía thượng lưu.Khi

đo lưu tốc dòng chảy và đường mặt nước thì tùy cấp lưu lượng mà số thủy trực thay

đổi sao cho phù hợp (loại đi những thủy trực không ngập nước), trên các mặt cắt thì mỗi mặt cắt đo ứng với mỗi thuỷ trực đo các yếu tố như nhau như :

Khi xác định lưu hướng dòng chảy: Để xác định lưu hướng dòng chảy ta dùng các chất chỉ thị màu thả xuồng và quan sát, hoặc dùng hạt xốp nhỏ thả và quan sát Để mô tả hiện tượng dòng quẩn, khu vực có thể gây bồi lắng dùng các chất chỉ thị màu hoặc phao nổi như giấy, xốp để xác định;

Khi đo sóng dềnh: đo hai bên bờ ứng với mực nước thấp nhất và cao nhất Khi đo lưu tốc dòng chảy: 1 thủy trực đo 3 điểm (0.2H, 0.6H, 0.8H)

Khi đo đường mực nước cần đo 1 điểm ứng với 1 thủy trực

Trong thí nghiệm mô hình để khống chế hai biên đầu vào và đầu ra ta bố trí 2 trạm kim đo mực nước là:

Kim đo số 1: đo mực nước ở đầu mô hình (Kiểm tra mực nước thượng lưu) Kim đo số 2: đo khống chế mực nước cuối mô hình (cách ngã ba Khe Trí – Ngàn Trươi về hạ lưu 150m)

2.1.6 Đánh giá sai số kết quả đo

Mô hình tổng thể cầu Khe Trí được xây dựng theo dạng mô hình chính thái với tỷ lệ mô hình λL=50 Tuy nhiên, việc gia công đầu mối cũng như xây dựng mô hình không thể đảm bảo chính xác tuyệt đối mà vẫn còn những sai số Đánh giá sai

số của công tác xây dựng và chế tạo cũng như sai số các thiết bị quan trắc cho người đọc thấy rõ hơn về mức độ chính xác của các tài liệu thí nghiệm

Các đại lượng đặc trưng cho chuyển động dòng rối:

( ) ( )

n

U U U

U D

'

n

P P P

' '

- Cường độ rối, cường độ mạch động áp suất:

( )

U

U D U

'

=σ

Đánh giá sai số các kết quả đo đạc:

- Sai số về địa hình và các cao độ khác tại điểm khống chế: ±0,3÷±0,5mm quy đổi ra thực tế là ±1.2÷±2.0cm Sai số về kích thước các bộ phận đầu mối: ±0.3mm tương đương 1.2cm ngoài thực tế Như vậy, so sánh với thực tế, sai số

độ nhám cơ bản ngoài thực tế là cho phép

- Sai số về cột nước đo áp khi dùng ống đo áp ±0.1mm tương đương 0,4cm ngoài thực tế

- Sai số về cột nước đo áp: ±0.3mm đến ±0.5mm quy đổi ra thực tế là

từ ±1.20cm đến ±2.0cm

- Sai số về cao độ mặt nước của dòng chảy, độ sâu dòng chảy: ±1.0mm tương

ứng 4.0cm thực tế (kim đo cố định có gắn duxich cho phép đọc phân biệt đến

0.1mm); khi đo sóng: ±3.5mm đến ±5mm

Vận tốc mạch động, áp lực mạch động theo sai số của máy đo là 1%

- Sai số về lưu lượng: Sai số khi đo lưu lượng qua đập tràn hình chữ nhật mỏng

+ Sai số do công thức tính: (Công thức Reybhock): 0 01

1

,

=

∆ Q

Q

+ Sai số do chế tạo lắp đặt cột nước đập lường:

H

H B

B Q

Q =∆ + ∆

∆

2 3

2

; Trên mô hình tuy nen sử dụng máng lường thành mỏng có B=100cm Sai số

do chế tạo ∆B=0.5cm Cột nước thí nghiệm trước máng trung bình là 10cm, sai số

∆H=0.01cm nên có sai số do chế tạo là:

01 0 0075 0 10

01 0

* 2

3 100

5 0 2

3

2

≈

= +

=

∆ +

B Q

Q

+ Cộng sai số về lưu lượng : 0 01 0 01 0 02 2 %

2 1

=

= +

=

∆ +

∆

=

∆

Q Q Q

Q Q Q

2.1.7 Số liệu phục vụ thí nghiệm mô hình

Lưu lượng đỉnh lũ (m3/s) trên các nhánh sông tại ngã 3 Ngàn Trươi, Khe Trí theo tần suất được ghi trong Bảng 2.3, Quan hệ mực nước lưu lượng tại hạ lưu cầu Khe Trí ghi trong Bảng 2.4

Bảng 2.3 Lưu lượng trên các nhánh sông tại ngã 3 Ngàn Trươi Khe Trí (m3

Bảng 2.4 Quan hệ Q~Z trên sông Ngàn Trươi

quan hệ q~z hạ lưu SAU NGã BA KHE TRí - sông ngàn trươi

Hỡnh 2.2 Quan h ệ Q~Z trờn sụng Ngàn Trươi, cỏch ngó 3 với Khe Trớ 150m 2.2 Khỏi quỏt chung cỏc phương ỏn hiện trạng

Phương ỏn hiện trạng là lũng suối với địa hỡnh hiện trạng và cầu hiện trạng với kớch thước thụng số:

• Số nhịp : 02

• Chiều dài mỗi nhịp: 33m

• Số trụ cầu: 01

• Bề rộng mặt cầu : 10m

• Cao trỡnh đỏy dầm cầu : ∇17.55m; Cao trỡnh mặt cầu : ∇19.40m

Khi mực nước hạ lưu cao - bất lợi về khả năng thoỏt lũ: nghiờn cứu thớ nghiệm với 05 cấp lưu lượng (mực nước hạ lưu tương ứng) xỏc định cỏc yờu cầu sau:

- Xỏc định khả năng thoỏt lũ của cầu

- Xỏc định đường mực nước dọc tuyến sụng phớa trước và sau cầu

- Nghiờn cứu xỏc định súng tương ứng với cỏc cấp lưu lượng khu vực sụng

và hai bờn bờ trong phạm vi cầu

- Xác định chế độ thuỷ lực dòng chảy trên đoạn sông, khu vực trước và sau cầu Khe Trí với các tổ hợp lưu lượng và mực nước khác nhau;

- Xác định lưu tốc trung bình theo mặt cắt dọc sông phía trước và sau cầu

- Xác định lưu tốc mạch động dòng chảy

- Xác định áp suất động tại khu vực trụ cầu và 2 bên bờ sông

- Thí nghiệm nghiên cứu chế độ nối tiếp dòng chảy ở hạ lưu và khu vực cầu

- Đánh giá khả năng xói lở hai bên bờ sông khu vực phía trước và sau cầu

2.3 Kết quả thí nghiệm khả năng thoát lũ qua cầu

Để đánh giá khả năng thoát nước của cầu khi xả lũ qua tràn Ngàn Trươi, mô hình

đã được thí nghiệm với 05 cấp lưu lượng, kết quả đo đạc mực nước trước và sau cầu

tại điểm cao nhất và thấp nhất ghi ở Bảng 2.5

Bảng 2.5 Kết quả thí nghiệm cao trình mặt nước tại mặt cắt trước và sau cầu

(m3/s)

P (%)

Zmaxtrước cầu (m)

Zmaxsau cầu (m) Thượng hạ lưu (m) Chênh lệch

Từ bảng số liệu trên ta vẽ được đường quan hệ Q~Zmaxtrước cầu (Hình 2.3)

- Qua số liệu và đường quan hệ ta thấy khả năng khi xả lũ với lưu lượng lớn hơn hoặc bằng 1750 (m3/s) thì mực nước trên dòng chính bắt đầu có những điểm chạm đáy dầm cầu (+17.55m)

- Chênh lệch mực nước trước và sau cầu lên đến 1.4 m, nếu so sánh mực nước lớn nhất tại mặt cắt thượng lưu và mực nước thấp nhất tại hạ lưu thí chênh lệch lên đến 4.14m (với Q=3147m3

/s) Như vậy khi tính toán thủy lực qua cầu Khe Trí phải chú ý đến tổn thất cục bộ tại khu vực cầu

Đường biểu diễn quan hệ giữa Q ~Zmax trước cầu

Poly (Quan hệ QTran~Zmax) Poly (Quan hệ Q Khe Tris~Zmax)

Hình 2.3 Đường biểu diễn quan hệ Q Tr ~Z max trước Cầu 2.4 Tình hình thủy lực dọc tuyến và khu vực cầu

Qua thí nghiệm với 05 cấp lưu lượng qua cầu Khe Trí, thu được kết quả như Bảng 2.6

Bảng 2.6 Kết quả thí nghiệm cao trình mặt nước tại mặt cắt trước và sau cầu

STT Q

(m3/s) P (%)

Mực nước trước cầu (m) Mực nước sau cầu (m)

Zmax Zmin Max-Min Zmax Zmin Max-Min

chính thay đổi hưởng chảy đột ngột một góc 90o khiến dòng chảy đi thẳng vào mố cầu bên phải tại dây dòng chảy bị chặn lại bởi dầm cầu và mố cầu sinh ra sóng, làm đường ngập sâu trong nước 1.0÷ 1.20m, bên trái chảy mạnh và xiết hơn bên phải Cùng với hiện tượng đó là khả năng thoát nước tại 2 khoang cầu có khác nhau, do dòng chảy lệch dòng sang phải, nên nước chảy chủ yếu bên khoang phải và 1/3 khoang bên trái

- Với Q=2680 (m 3

/s) mực nước cao nhất trên dòng chảy đạt tới cao trình

∇20.40m, với mực nước như thế đường Hồ Chí Minh tại vị trí bên trái cầu ngập sâu trong nước từ 0.50 ÷ 0.75 m, còn tại bên phải mực nước dập dềnh lúc lên lúc xuống

có thấp hơn đường nhưng cũng bị ngập sâu từ 0.50 ÷ 0.75 m

Do mực nước trên Khe Trí tại mặt cát trước cầu (+20.4m) cao hơn cao trình đáy dầm cầu (+17.55 m) nên làm cho mực nước trước và sau cầu chênh nhau khá lớn

Do ảnh hưởng của trụ cầu và bãi đất dưới chân cầu khiến dòng chảy tại vị trí này bị hất lên cao tới 2.5m (ở cao trình 20.05m) so với đáy dầm cầu nên nước tràn mạnh qua cầu

Về phía hạ lưu cầu dòng chảy lũ khác hoàn toàn với dòng chảy mùa kiệt Khi qua cầu do gặp địa hình ghềnh, nhiều mô đất cao làm dòng chéo qua bên phải (tức chéo về hạ lưu sông Ngàn Trươi)

Dòng chảy chủ lưu bị lệch sang phải (nằm trong thủy trực 2-3 của mặt cắt 13

và mặt cắt 14) do tác động của lũ trên sông Ngàn Sâu

- Với Q=2549 m 3

/s Tại vị trí giữa mặt cắt mặt cắt số 2 và mặt cắt số 3 (cách mặt cắt số 3 khoảng 75m theo chiều dòng chảy) do địa hình nên sinh do một dốc nước tự nhiên chiều rộng khoảng 40 đến 750 m, chiều dài khoảng 55-60m và sinh ra hiện tượng nước nhảy sóng làm lưu tốc tại đây khá lớn đạt khoảng 6.066 (m/s) và giảm nhanh sau (đó xuống còn từ 1-3m/s) khi dòng chảy gặp một vùng địa hình rộng lớn tương đối bằng phẳng

Tại mặt cắt trước cầu (mặt cắt 12), bên phải mực nước mấp mé đường Hồ Chí Minh chỉ tràn qua khi có sóng, còn bên trái vẫn có hiện tượng tràn qua đường nhưng không nhiều từ 5÷10cm

Tại cầu: Dòng chủ lưu có xu hưởng chảy thẳng vào mố bên phải, do dòng chảy tới cầu có lưu tốc khá lớn (lên tới gần 7 m/s) gặp mố cầu tạo nên dòng xáo trộn khá mạnh Tại mố cầu bên trái do dòng chảy lệch nên 1/3 khoang bên trái mực nước thấp hơn đáy dầm cầu khoảng 4m (cao trình ∇13.55m) Cách vị trí mố trái khoảng 7.5-8m do địa hình không bằng phẳng ở đáy (bãi đất) và trụ cầu nên mực nước từ vị trí này đến mố phải dâng cao chạm dầm cầu và lên tới mặt cầu khi có sóng

- Với Q= 1214.8m 3

/s và Q= 737m 3 /s Đối với 2 cấp lưu lượng này do lưu lượng khá thấp nên dòng chảy phân bố khá đều và không có hiện tượng gì đặc biệt bám sát lòng chính Không có hiện tượng dòng chảy ngập cầu hay tràn đường nhưng dòng chảy qua cầu vẫn mạnh và khá xiết và lệnh về bên khoang trái

2.5 Đường mực nước dọc tuyến

Ứng với 5 cấp lưu lượng số liệu đường mặt nước được ghi trong Bảng 2.7, chi tiết xem phụ lục Từ kết quả cho thấy :

Đối với 2 cấp lưu lượng kiểm tra và thiết kế, dòng chảy trên Khe Trí rất mạnh

và đều gây ra hiện tượng tràn bờ và cầu Tại hai bên cầu trên đường Hồ Chí Minh mặt đường gập sâu trong nước xấp xỉ 1m, nhưng bên phải cao hơn bên trái Trên cầu do cao trình dầm cầu ∇17.55m nên tại đây nước bị chặn lại gây ra sóng và làm dâng cao trình mặt nước tại vị trí này có vị trí cao hơm mặt cầu lên đến 2m

Hạ lưu sau cầu mực nước có những vị trí thấp hơn mực nước trước và sau cầu chênh nhau lên đến 2.5m

Bảng 2.7 Đường mặt nước trung bình dọc tuyến công trình