Nghiên cứu yếu tố thủy lực khi xả lũ thi công qua đập đá đang thi công phục vụ cho xây dựng đập đá đổ đang thi công phục vụ cho xây dựng công trình thủy lợi, thủy điện

Ngày nay, các đập lớn, kiên cố xây dựng bằng vật liệu đá đổ, bê tông đầm lăn đang được áp dụng rộng rãi, mở ra một hướng phát triển cho giải pháp xả lũ thi công qua đập đắp dở, giúp giảm

cứu yếu tố thủy lực khi xả lũ thi công qua đập đá đổ đang thi công phục vụ cho xây dựng công trình thủy lợi, thủy điện” đã hoàn thành và đáp ứng được các yêu cầu đề ra

Với thành quả đạt được, tác giả luận văn xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến quý thầy cô Trường Đại học Thủy lợi trong thời gian qua đã truyền đạt kiến thức khoa học, kinh nghiệm thực tế cho tác giả luận văn

Tác giả xin cảm ơn Trung tâm nghiên cứu thủy lực đã tạo điều kiện, giúp đỡ tác giả tham gia, thực hiện thí nghiệm mô hình thủy lực và hoàn thành luận văn

Đặc biệt tác giả luận văn xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các thầy TS.Nguyễn Đăng Giáp và PGS.TS.Trần Quốc Thưởng đã hướng dẫn tác giả hoàn thành luận văn này

Tác giả xin chân thành cảm ơn bạn bè, đồng nghiệp đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình học tập tại trường cũng như trong quá trình thực hiện luận văn này

Cuối cùng, xin cảm tạ tấm lòng, sự hy sinh, hỗ trợ của những người thân đã động viên giúp đỡ tác giả luận văn trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn này

Hà Nội, tháng 8 năm 2014

Tác giả luận văn

Trương Văn Đô

Tác giả luận văn

Trương Văn Đô

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ DẪN DÒNG THI CÔNG 4

1.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP DẪN DÒNG THI CÔNG 4

1.1.1 Dẫn dòng qua cống ngầm 4

1.1.2 Dẫn dòng qua tuy nen 5

1.1.3 Phương pháp đắp đê quai ngăn dòng nhiều đợt 7

1.2 TỔNG QUAN VỀ XẢ LŨ THI CÔNG QUA ĐẬP ĐÁ ĐỔ ĐANG THI CÔNG (ĐẮP DỞ) Ở TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM 7

1.2.1 Trên thế giới 7

1.2.2 Ở Việt Nam 26

1.3 TÍNH TOÁN DẪN DÒNG 34

1.3.2 Công thức tính toán 34

1.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 38

CHƯƠNG 2: MÔ HÌNH HÓA VÀ XÂY DỰNG MÔ HÌNH 41

2.1 LUẬT TƯƠNG TỰ CỦA MÔ HÌNH THỦY LỰC CÔNG TRÌNH 41

2.1.1 Khái niệm về tương tự cơ học 41

2.1.2 Định luật FRUT (Định luật Tương tự trọng lực) 45

2.1.3 Định luật REYNOL 48

2.2 THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG MÔ HÌNH 52

2.2.1 Tỷ lệ mô hình 52

2.3 PHẠM VI MÔ HÌNH 53

2.4 BỐ TRÍ ĐO ĐẠC 53

2.5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU THÍ NGHIỆM 55

2.6 NỘI DUNG THÍ NGHIỆM 55

2.7 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 58

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 59

3.1 KHÁI QUÁT NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 59

3.2 NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN CAO TRÌNH ĐỈNH ĐẬP HỢP LÝ 60

3.2.1 Xác định chiều dài phun xa trên bậc nước 2.25m 60

3.2.4 Chọn cao trình đỉnh đập hợp lý 67

3.3 NGHIÊN CỨU CHIỀU DÀI BẬC 4M, CAO TRÌNH ĐỈNH ĐẬP 45M 67 3.3.1 Xác định chiều dài phun xa trên bậc nước 68

3.3.2 Xác định vận tốc dòng chảy 70

3.4 KẾT QUẢ CHỌN CAO TRÌNH ĐỈNH ĐẬP VÀ CHIỀU DÀI BẬC NƯỚC 71

3.4.1 Chọn cao trình đỉnh đập 71

3.4.2 Chiều dài dòng phun trên bậc 74

3.4.3 Chọn hình thức công trình xả lũ thi công 74

3.4.4 Kết luận 75

3.4.5 Nghiên cứu chế độ thủy lực với cao trình đỉnh 45m và bậc dài 2.25m 75

3.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 83

3.5.1 Nhận xét chung 83

3.5.2 Những đóng góp của tác giả 84

3.5.3 Đề nghị 84

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 85

4.1 ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 85

4.2 TỒN TẠI VÀ HẠN CHẾ 85

4.3 KIẾN NGHỊ 85

4.4 NHỮNG VẤN ĐỀ CẦN NGHIÊN CỨU TIẾP: 85

TÀI LIỆU THAM KHẢO 87

Hình 1.1: Lựa chọn bố trí công trình tháo trong công trình đầu mối 13

Hình 1.2: Tính toán dốc nước gia cố lòng dẫn bằng đá lớn, đá khối 15

Hình 1.3: Kết cấu gia cố mái hạ của đập đá đổ 16

Hình 1.4: Gia cố mái hạ của đập đá đổ 17

Hình 1.5: Kết cấu gia cố và mặt cắt đập Liên Hoa vượt lũ năm 24

Hình 1.6: Sơ họa cắt dọc tuyến dẫn dòng phương án chọn 27

Hình 1.7: Cắt dọc thân đập đá đổ đắp dở 32

Hình 2.1: Sơ đồ bố trí mặt bằng mô hình 56

Hình 2.2: Sơ đồ đo thông số thủy lực, bậc dài 2.25m 57

Ảnh 1.1: Công trình thủy điện Tuyên Quang 28

Ảnh 1.2: Lũ chảy qua đê quai thượng lưu (Thủy điện Tuyên Quang) 29

Ảnh 1.3: Lũ chảy qua cống dẫn dòng và đê quai thượng lưu (Thủy điện Tuyên Quang) 29

Ảnh 1.4: Mô hình mặt cắt đập đá đổ dạng bậc nước nhiều cấp 32

Ảnh 1.5: Mô hình mặt cắt đập đá đổ đắp dở và đê quai hạ lưu 32

Ảnh 3.1: Mô hình mặt cắt - lòng cứng 59

Ảnh 3.2: Nước nhảy ở hạ lưu đập 65

Ảnh 3.3: Mô hình nhìn từ hạ lưu 68

Ảnh 3.4: Mô hình mặt cắt- lòng cứng, bậc dài 4m 68

Ảnh 3.5: Dòng chảy vượt ngoài mũi bậc dài 4m, Q= 2000 m3 /s 69

Ảnh 3.6: Mô tả đá hộc bảo vệ mặt đập 72

Ảnh 3.7: Dòng chảy hạ lưu đập Q= 1000 m3/s, ∇45m 78

Ảnh 3.8: Dòng chảy hạ lưu đập Q= 4500 m3/s, ∇45m 78

Ảnh 3.9: Mô hình lòng cứng bậc dài 2.25m, ∇50m 79

Ảnh 3.10: Dòng chảy hạ lưu đập Q =1000 m3/s, ∇50m 79

Ảnh 3.11: Mô hình lòng cứng bậc dài 2.25m, ∇48m 80

Ảnh 3.12: Dòng chảy hạ lưu đập Q =1000 m3/s, ∇48m 80

Ảnh 3.13: Học viên thao tác đo đạc ở mô hình 81

Ảnh 3.14: Học viên thao tác đo đạc ở mô hình 82

Bảng 1.1: Một số cống dẫn dòng 4

Bảng 1.2: Một số tuynen dẫn dòng trên thế giới 6

Bảng 1.3: Phương thức dẫn dòng thi công vượt lũ một phần đập bê tông bản mặt và chọn tiêu chuẩn vượt lũ 20

Bảng 1.4: Thông số thủy lực của mặt đập tràn nước 23

Bảng 1.5: Thông số dẫn dòng 27

Bảng 1.6: Các thông số cơ bản 27

Bảng 1.7: Sơ đồ dẫn dòng thi công 31

Bảng 2.1: Tỷ lệ các đại lượng 52

Bảng 2.1a: Lưu lượng thực tế và mô hình 52

Bảng 3.1: Kết quả đo dòng phun trên bậc dài 2,25 m của mái đập- mô hình mặt cắt - Tỷ lệ: 1/40 61

Bảng 3.2: Kết quả đo dòng phun trên bậc dài 2,25 m của mái đập - mô hình mặt cắt - Tỷ lệ: 1/40 62

Kịch bản 2: Đập chính chịu lực là chính 62

Trường hợp 1: Cao trình đỉnh đập 48.0; mô hình lòng cứng 62

Bảng 3.3: Kết quả đo dòng phun trên bậc dài 2.25 m của mái đập- mô hình mặt cắt - Tỷ lệ: 1/40 63

Bảng 3.4: Thông số nước nhảy sau đập chính 64

Bảng 3.5: Chênh lệch cột nước đầu và cuối đỉnh đập (m) 65

Bảng 3.6: Độ dốc đường mặt nước trên đỉnh đập (i) 66

Bảng 3.7: Vận tốc dòng chảy (m/s) với Q =4500 (m3/s) 66

Bảng 3.8: Vận tốc dòng chảy (m/s) với Q =6500 (m3 /s) 67

Bảng 3.9: Kết quả đo dòng phun trên bậc dài 4 m của mái đập - mô hình mặt cắt - Tỷ lệ: 1/40 70

PHẦN MỞ ĐẦU

Sau giai đoạn chặn dòng sông của những công trình thủy lợi, thủy điện lớn là giai đoạn xả lũ thi công Sự thành bại của việc xả lũ thi công nhất là đối với các công trình đập chính là đá đổ có một ý nghĩa rất quan trọng

Trong giai đoạn phát triển hiện nay của đất nước, bên cạnh vấn đề kỹ thuật, vốn đầu tư cho công trình là một trong những tiêu chí hàng đầu để lựa chọn các giải pháp xây dựng, thi công công trình

Phương án xả lũ thi công hợp lý có liên quan mật thiết với việc thiết kế,

bố trí tổng thể công trình đầu mối, hệ thống đê quai thượng, hạ lưu, tuynel dẫn dòng tạm thời, cống, tuynel thủy điện Quy mô các công trình này thường rất lớn, chi phí rất tốn kém, vấn đề xử lý kỹ thuật cũng gặp nhiều khó khăn

Ngày nay, các đập lớn, kiên cố xây dựng bằng vật liệu đá đổ, bê tông đầm lăn đang được áp dụng rộng rãi, mở ra một hướng phát triển cho giải pháp xả lũ thi công qua đập đắp dở, giúp giảm quy mô và chi phí cho công trình dẫn dòng thi công

Trong giai đoạn dẫn dòng này thường sử dụng tuynel dẫn dòng xả một phần lưu lượng lũ, lưu lượng còn lại được xả qua đập đá đổ đang đắp dở

Ở nước ta hiện nay có những công trình thủy lợi, thủy điện lớp áp dụng pgiải pháp dẫn dòng thi công qua đập đá đổ đắp dở như : Công trình thủy điện Tuyên Quang (Na Hang) xả lũ thi công với lưu lượng thiết kế P5% khoảng 4400m3/s, công trình xả lũ thi công qua đập đá đổ đắp dở Cửa Đạt với lưu lượng Q5% = 4500m3/s và sắp tới còn có nhiều công trình khác

Tuy vậy, sự hiểu biết, kinh nghiệm thiết kế cũng như các quy phạm, chỉ dẫn thiết kế về vấn đề này còn rất hạn chế cần được tiếp tục đi sâu nghiên cứu

Giữ ổn định cho đoạn đập đá đổ khi xả lũ thi công mỗi công trình dùng công nghệ khác nhau bằng các biện pháp gia cố là một vấn đề quan trọng Do

đó, việc xác định các yếu tố gây mất ổn định cho đoạn đập đá đổ khi xả lũ thi công phải được làm rõ, tránh cho sự thất bại nếu gia cố không tốt, ngược lại nếu gia cố quá chắc lại gây lãng phí về vốn đầu tư

Vì vậy nghiên cứu sơ đồ giải pháp hợp lý khi dẫn dòng xả lũ thi công qua đập đá đổ đang thi công có ý nghĩa thực tiễn và tính thời sự trong giai

p đoạn nước ta đang có yêu cầu xây dựng nhiều công trình thủy lợi, thủy điện lớn, nhằm phục vụ cho dân sinh, kinh tế

Xả lũ thi công qua đập đá đổ đang thi công thường theo 2 sơ đồ sau:

đê quai thượng lưu và đê quai hạ lưu

Luận văn nghiên cứu theo sơ đồ 2 (kịch bản 2)

Để tạo phần nào giúp các nhà chuyên môn có những đánh giá xác thực

và lựa chọn công nghệ dẫn dòng thi công hợp lý trong thực tế xây dựng các công trình thủy lợi, thủy điện Xuất phát từ ý nghĩa thực tiễn trên học viên lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu yếu tố thủy lực khi xả lũ thi công qua đập đá đổ đang thi công, phục vụ cho xây dựng công trình thuỷ lợi, thuỷ điện”

Nghiên cứu lựa chọn hình thức công trình khi xả lũ thi công qua đập đá

đổ đang thi công (hay đắp dở)

- Sử dụng phương pháp tổng hợp phân tích công tác dẫn dòng thi công công trình thuỷ lợi, thuỷ điện, các sơ đồ dẫn dòng thi công…

- Sử dụng phương pháp tính toán lý thuyết

- Sử dụng phương pháp mô hình vật lý

- Xác định được cao trình đỉnh đập đá đổ để xả lũ thi công hợp lý

- Xác định hình thức dạng bậc nước để xả lũ với các lưu lượng xả lũ thi công khác nhau

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ DẪN DÒNG THI CÔNG

1.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP DẪN DÒNG THI CÔNG

Có rất nhiều phương pháp dẫn dòng thi công, dưới đây nêu tóm tắt một số phương pháp chính:

1.1.1 Dẫn dòng qua cống ngầm

Đối với các công trình vừa và nhỏ thường sử dụng cống lấy nước để dẫn dòng mùa khô hoặc bố trí các lỗ xả trong thân đập (cống ngầm) để tháo lũ thi công Đối với các công trình lớn, cống được thiết kế riêng để dẫn dòng cả mùa khô và mùa lũ, mùa khô năm thi công cuối cùng mới hoành triệt cống;

Khi sử dụng cống ngầm để dẫn dòng, nếu lưu lượng dẫn dòng lớn thì người ta thường phải thiết kế cống ngầm có nhiều khoang (công trình Núi Cốc, Kẻ Gỗ, Yên Lập, Tuyên Quang, Bản Chát, Bình Điền, Đồng Nai ) Khi thi công xong, người ta hoành triệt và chỉ để lại một khoang để dẫn nước tưới lâu dài, các khoang đã hoành triệt sẽ trở thành các hành lang kiểm tra và sửa chữa (Bảng 1 nêu một số cống dẫn dòng)

Bảng 1.1: Một số cống dẫn dòng

Lưu lượng xả

Q xả (m 3 /s)

Số cống và kích thước (bxh)m

Tần suất thiết kế (P%)

1 Cống dẫn dòng thuỷ điện Đa M’Bri 61,2 1x(3x4) P10% kiệt

2 Cống dẫn dòng thuỷ điện Bản Chát 1410 2x(5x9) P10% kiệt

3 Cống dẫn dòng thuỷ điện Sông

4 Cống dẫn dòng thuỷ điện Bản Vẽ 1410,8 3x(5x9) P5%kiệt

5 Tuy nen dẫn dòng Cửa Đạt 361 1x9(D=9m) P5%kiệt

TT Tên công trình

Lưu lượng xả

Q xả (m 3 /s)

Số cống và kích thước (bxh)m

Tần suất thiết kế (P%)

6 Cống dẫn dòng thuỷ điện Sê San 3 634 2x(5x7) P5%kiệt

7 Cống dẫn dòng thuỷ điện Khe Bố 769 2x(5x6.5) P5%kiệt

8 Cống dẫn dòng thuỷ điện Sê San 4 1019 3x(5x7) P5%kiệt

Dẫn dòng qua cống về mùa kiệt thuận lợi, nhưng vào mùa lũ (lưu lượng lớn) chênh lệch với mùa kiệt khoảng vài chục tới vài trăm lần, cống làm việc với chế độ thủy lực phức tạp, nếu xả với lưu lượng lớn thì số cống tăng lên nhiều, kinh phí cho dẫn dòng thi công tăng Do đó thường kết hợp xả lũ thi công với công trình khác

1.1 2 Dẫn dòng qua tuy nen

Tuy nen được dùng làm công trình dẫn dòng trong điều kiện sông miền núi, lòng sông hẹp, vách đá dốc, lưu lượng lớn mà không áp dụng được phương pháp dẫn dòng qua kênh Việc tính toán thiết kế tương tự như phương pháp dẫn dòng qua cống ngầm Thi công tuy nen khó khăn và tốn kém nên khi áp dụng phương pháp này cần phải xác định mặt cắt tuy nen sao cho tổng giá thành tuy nen và đê quai là nhỏ nhất

Các phương pháp trên (dẫn dòng qua cống, kênh, cống ngầm và đường hầm) thường được dùng để dẫn dòng trong mùa kiệt, nhiều trường hợp cũng được dùng trong mùa lũ Đối với một số công trình có lưu lượng dẫn dòng lớn, về mùa lũ, người ta còn phải dùng kết hợp thêm các phương pháp dẫn dòng khác

Ở Liên Xô và nhiều nước khác những năm cuối thế kỷ 20 hầu như các công trình thủy lợi, thủy điện lớn đã được xây dựng với các công trình lớn, địa chất là đá tốt thường dùng tuynen xả lũ (nêu ở bảng1.2)

Bảng 1.2: Một số tuynen dẫn dòng trên thế giới

STT Tên công trình

Số lượng tuynen

Rộng, cao hoặc đường kính (m) Lưu lượng (m 3 /s)

1.1 3 Phương pháp đắp đê quai ngăn dòng nhiều đợt

Đối với các công trình lớn người ta thường dùng phương pháp đắp đê quai ngăn dòng nhiều đợt Phổ biến nhất là hai đợt, đợt đầu dẫn dòng qua lòng sông thu hẹp để thi công công trình đợt 1 Đợt 2 sẽ ngăn phần lòng sông còn lại và tháo nước qua các công trình dẫn dòng đã được thi công trong đợt 1 như khe răng lược, cống

xả đáy, lỗ xả sâu, tuy nen, tràn tạm hoặc chỗ lõm được chừa lại trên mặt đập (bê tông hoặc đập đá đổ) đang thi công

1.1 3.1 Dẫn dòng qua lòng sông thu hẹp

Đây là phương pháp được dùng rất phổ biến khi thi công các công trình vừa và nhỏ Đầu tiên, vào mùa khô, đắp đê quai thượng lưu, đê quai dọc và đê quai hạ lưu

để thi công một phần công trình chính và công trình dẫn dòng cho đợt 2 (tất cả được gọi là công trình đợt 1) Mùa lũ dòng chảy được dẫn qua phần lòng sông thu hẹp và tiếp tục thi công công trình đợt 1 trong phạm vi được bảo vệ bởi các đê quai

1.1.3.2 Dẫn dòng qua khe răng lược

Khe răng lược thường được dùng để phục vụ dẫn dòng giai đoạn hai Khi dòng chảy được dẫn qua các khe răng lược thì thi công các hạng mục công trình đợt 2 Khe răng lược thường được bố trí tại các khoang của đập tràn vì:

- Tại vị trí đập tràn thường có địa chất tốt nhất, thuận dòng chảy;

- Có thể lợi dụng cần trục sẵn có để thả phai hoặc van khi lấp khe răng lược;

- Không phải xây dựng các công trình tiêu năng vì đã có công trình tiêu năng của đập tràn;

- Việc lấp khe răng lược rất phức tạp

1.2 TỔNG QUAN VỀ XẢ LŨ THI CÔNG QUA ĐẬP ĐÁ ĐỔ ĐANG THI CÔNG (ĐẮP DỞ) Ở TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM

1.2.1 Trên th ế giới

Những con sông lưu lượng về mùa lũ rất lớn và về đột ngột Còn về mùa khô lưu lượng rất nhỏ Lưu lượng về mùa kiệt nhỏ hơn lưu lượng mùa lũ hàng trăm thậm chí hàng nghìn lần

Nói chung khi xây dựng các đập bằng đất, đá; nước sẽ được tháo qua các tuynen tạm thời hoặc qua các cống đặt ở đáy đập Nếu những tuynen hay cống

ngầm dùng để tháo qua lượng lũ lớn nhất thì kích thước của chúng rất lớn mà thời gian sử dụng thì rất ngắn, sẽ không kinh tế

Vì thế việc tính toán và xây dựng các tuynen hay cống ngầm tạm thời để tháo qua những lưu lượng nhỏ, còn lượng lũ lớn, đột ngột cho tràn qua đỉnh đập là một yêu cầu của thực tế

Khó khăn chính của phương pháp này là bảo đảm an toàn cho phần đá đổ ở thân đập về phía hạ lưu khi xả lũ qua

Phương án này đã được áp dụng vào việc xây dựng các công trình thủy lợi, thủy điện ở nhiều nước trên thế giới như: Úc, Nga, Trung Quốc

Từ năm 1930 trở lại đây nhiều phương pháp bảo vệ đập đất đá khỏi bị xói khi nước tràn qua được nêu ra và áp dụng Kinh nghiệm thiết kế, thí nghiệm và xây dựng đập đá đổ đã khẳng định khả năng cho phép nước tràn qua đập đang thi công Tuy vậy phương pháp tháo nước thi công qua đập đá đổ xây dựng dở tương đối mới

và chưa được đề cập nhiều

Vấn đề về tốc độ xói cho phép do dòng mặt gây ra khi nước tràn qua đập đá đổ chưa được nêu lên một cách đầy đủ Những công thức hiện có tính toán chưa đầy đủ nhất là đặc trưng của dòng thấm khi xả lũ qua đập đá đổ với độ rỗng nhỏ

Về phương diện kết cấu có thể dùng các loại sau đây:

- Đá hộc đường kính lớn

- Rọ đá có thép néo vào thân đập

- Tấm bê tông cốt thép có đục lỗ thoát nước

Dưới đây nêu kết quả nghiên cứu, ứng dụng xả lũ thi công qua đập đá đổ đang thi công ở thế giới

1.2.1.1 P hần lan

Ở Phần Lan đã xây dựng đập bằng đất đá, cao 15m nằm trên thượng lưu sông Kemb Phần tràn của đập dài 470m, xả lũ 4800 m3/s, và cho phép những tảng băng, những bè gỗ trôi qua

Chiều cao, loại và các thành phần kết cấu đập được lựa chọn trên cơ sở thí nghiệm mô hình và có xét đến tính chất vật liệu địa phương, điều kiện thi công Nền của đập là đất có lẫn đá Lưu lượng của sông Kemb do hồ Kemb cung cấp, thay đổi

trong khoảng 90∼4400 m3/s còn mực nước hồ dao động từ 142∼149 m

Trên cơ sở thí nghiệm bằng mô hình và kết quả tính toán phù hợp với số liệu thí nghiệm đã lựa chọn:

- Mặt cắt đập với chiều rộng ở đỉnh là 32m

- Lưu lượng tràn 2200∼4800 m3/s, tốc độ dòng chảy tương ứng là 6,2∼8,8 m/s

- Đập làm việc trong điều kiện chảy ngập

Kích thước đá gia cố trên mặt đập tính theo công thức IZƠBAS là 1,5∼3,0T, gia cố mái bằng khung thép bỏ đá

Đập được đắp bằng phương pháp đổ đất và đá vào trong nước Kết cấu chống thấm là cừ thép

Khối lượng đập là 350.000m3, được đắp xong vào mùa đông 1965-1966 Mùa thu 1966 lũ tràn qua đập , và trong suốt 5 năm đập làm việc tốt, không cần sửa chữa một kết cấu nào cả

1.2.1.2 Mô D ăm Bích

Đê quai Kaborbac cũng được gia cố bằng rọ đá Đây là loại đập vòm cao xây dựng trên sông Zausezuu Mực nước sông thay đổi đột ngột lưu lượng lớn nhất là 14.500 m3/s Điều kiện dẫn dòng thi công rất khó khăn, do vậy phải đào 2 đường hầm tạm thời kích thước 16×16m, dài 440m và 500m và nằm ở 2 bờ Những đường hầm này nhằm để tháo lượng lũ nhỏ 4500 m3/s, trong 9 tháng, 3 tháng còn lại hố móng có thể bị ngập và thi công tạm dừng Dựa trên tính toán đó thời hạn để xây dựng đập, không kể công tác chuẩn bị là 16 tháng Như vậy hố móng phải trải qua 2 lần ngập

Để bảo vệ hố móng gồm có đê quai thượng lưu cao 37m hạ lưu cao 32,5m Vật liệu đắp đê quai là đá đổ Hình dạng đập tràn, gia cố đỉnh đập bằng đá 5,8∼13,7T, độ dày 2m và rọ đá với kích thước 4x1,5x1,5m

Đê quai được xây dựng bằng phương pháp đổ đá 10∼1200kg vào trong nước, dùng cừ thép chống thấm, đóng sâu vào lớp sỏi ở độ sâu 19,5m và lớp cuội ở lòng sông Theo số liệu thí ngiệm khi lưu lượng của sông vượt quá 4500 m3/s thì các đê quai bị ngập; ứng với lưu lượng tràn 500 m/s lớp nước trên đỉnh đê quai thượng lưu

đạt tới 1,8m, trên đỉnh đê quai hạ lưu 1,1m Đê quai làm việc trong chế độ đập tràn đỉnh rộng, chảy ngập Theo tính toán khi lưu lượng sông 14.500 m3/s, thì lưu lượng tràn qua đê quai là 10.000 m3/s, lớp nước tràn trên đê quai thượng lưu 10,5m; ở hạ lưu 12,7m

Những loại kết cấu gia cố sau đây: đá đường kính lớn, rọ đá, tấm bê tông 3x2x1,5m đổ tại chỗ được thí nghiệm gia cố mô hình có tỷ lệ 1/75 để xác định Trên cơ sở thí nghiệm, đã cho kết quả: Gia cố bằng rọ đá thì tốt hơn về phương diện chống trượt so với các tấm bê tông và các viên đá lớn, bởi vì các kết cấu này bị phá vỡ do lực đẩy của nước trong trường hợp tốc độ dòng chảy lớn, và dần dần bị cuốn đi để bảo vệ mặt đê quai khỏi bị xói nên dùng rọ đá giữa các rọ dùng giây thép chằng lại

m3/s, chỉ riêng đập tràn bê tông làm việc, còn khi lưu lượng lớn hơn, cả 2 đập đều cho nước tràn qua với lưu lượng riêng là 10,5 m3/s.m

Nền đập là loại đất cát pha sỏi nén chặt Để bảo vệ đập khỏi xói dự định phủ lớp đá dày 4∼1,2m, kích thước ≥60cm Thành phần hạt của đá đắp đập bao gồm hạt 15cm chiếm 50% tổng trọng lượng, hạt 50mm-6%; đá đổ từng lớp 90 cm và đầm chặt

Mặt cắt đập đối xứng với mái dốc 1:2, đỉnh rộng 6,1m Gia cố đỉnh và mái

hạ lưu bằng lớp đá có cắm cọc thép dày 9,3∼6,2m Kết cấu thép gia cố bao gồm hàng thép chống đỡ đặt nằm theo các lớp đá với khoảng cách giữa 2 hàng là 20cm theo chiều thẳng đứng Nối tiếp với loại đó là lưới thép bao phủ trên mặt đập,

khoảng cách giữa các thanh đỡ theo chiều dài đập là 30cm, theo mái đập là 100cm Phần chân đập cũng gia cố cốt thép Thanh thép có φ=12mm, được sơn để chống rỉ

Trong suốt 4 năm làm việc cho tháo qua đập với lưu lượng thay đổi từ 170 đến 2600 m3/s đập làm việc ổn định

1.2.1.4 Nam Phi

Ở Nam Phi để bảo vệ đập Kconk cao 47,5m và đập Braigon cao 51m đã áp dụng gia cố bằng lưới thép bỏ đá

Đá đắp đập Braigon khai thác từ hố móng của đập tràn

Khung lưới thép gồm thanh có φ=38mm, khoảng cách 230cm nằm phía dưới,

φ=19mm, khoảng cách 150cm nằm ở trên, chiều dài các thanh đỡ thay đổi theo chiều cao Lưới thép bảo vệ mái hạ lưu được gắn vào các thanh thép chống đỡ nằm ngang Những thanh chống này do đá đè xuống, làm việc như giá giằng

Được bổ sung bằng kinh nghiệm rút ra được trong xây dựng đập đất đá hỗn hợp ở Úc, phương pháp gia cố bằng lưới thép được áp dụng, nhưng kết cấu được gia cố hoàn thiện hơn qua kết quả thí nghiệm trên mô hình và số liệu thu được trong thời gian lũ tràn qua đập Braigon Sau 1 lớp đá đổ đắp đập 1,5m đầm nén chặt đặt hàng thép nằm ngang, còn lưới thép rải trên mặt đập tiến hành sau khi đắp đập được 3m

Trong thời gian xây dựng, đập Braigon đã có 3 lần nước lũ tràn qua Lũ đầu

tiên xảy ra với lưu lượng 198 m3/s.Lớp nước tràn 0,6m, chênh lệch đầu nước 3,7m Mặc dù trên đập có những đoạn chưa kịp gia cố lưới thép song đập không bị phá hỏng Qua quan sát thấy đá φ=76mm bị cuốn trôi

Trận lũ thứ 2 xảy ra, lúc đập đạt tới độ cao 14,6m Nước tràn qua đập với lưu lượng tràn 1134 m3/s, lớp nước tràn 3,7m Do đập chưa gia cố chống tràn nên bị nước lũ gây ra những hư hỏng Dòng nước tràn qua mặt đập đá cuốn đi vật liệu gây

ra xói sâu tới 6,1m ở những chỗ lõm của đỉnh đập Trên mặt hạ lưu tạo thành 1 đường tràn rộng tới 30m 23000 m3 lớp đá gia cố bằng lưới thép và 13000 m3 đá thân đập bị nước cuốn trôi đi

Sau khi đắp bù lại những chỗ bị xói, được đầm chấn động theo từng lớp 3m; lần thứ 3 đập lại bị lũ 1700 m3/s tràn qua ở phần trũng nhất của mặt đập, khi đó lưới

thép bảo vệ mái sau của đập chưa được thi công Lớp nước tràn 10m, lớp đá d=100mm ở mặt bị cuốn đi, đập an toàn

Qua 3 lần lũ tràn qua đập Braigon có thể kết luận sau:

+ Dùng lưới thép để bảo vệ mái sau của đập khi lũ tràn qua là có hiệu quả

+ Dùng lưới thép có thể tăng thêm độ dốc của mái và giữ cho vật liệu khỏi bị nước cuốn đi

+ Lớp thép chống đỡ có thể bị phá hoại ở chỗ nối tiếp kém dưới tác dụng va chạm của các hòn đá

+ Mặt hạ lưu của đập không bằng phẳng sẽ tạo nên những vũng xoáy, chân không dẫn tới phá hoại mái

+ Mật độ và độ rỗng của đá đổ đầm bằng chấn động là không đồng nhất, đồng đều + Có thể dùng lưới thép có thanh néo để bảo vệ mái đập khỏi bị xói trong trường hợp chảy ngập và nền không bị xói

Kinh nghiệm này thu được qua việc tháo lũ thi công đối với đập Braigon và đập Kconkc có tường tâm Phần chính của đập này là đá nhỏ khai thác từ các mỏ đổ từng lớp 1,5m đầm chấn động 10T

Các kết luận trên đã áp dụng vào thiết kế và thi công đập Kconkc

1.2.1.5 Liên Xô

a) Nghiên cứu về chặn dòng

Khả năng cho nước lũ tràn qua đập làm bằng vật liệu địa phương là 1 yêu cầu lớn hiện nay được đề ra Về vấn đề này có rất nhiều công trình nghiên cứu Để lớp phủ mặt được kinh tế nhất, để chống xói cho đê quai bằng vật liệu địa phương khi có nước tràn qua, cần phải biết tốc độ xói cho phép, bảo đảm an toàn cho đê quai

Lần đầu tiên tiến sĩ khoa học kỹ thuật X.V.I.ZƠBAS [2] đã nghiên cứu một cách chi tiết sự ổn định của hòn đá nằm trên mặt với phương pháp thi công thả đá chặn dòng lấp sông

Theo tác giả quan hệ vận tốc dòng chảy với đá bảo vệ thể hiện qua quan hệ

γda – Dung trọng của đá, γda=2.6-2.7 tấn/m3

γn – Dung trọng của nước, γn=1 tấn/m3

b) Nghiên cứu xả lũ thi công qua đập đá đổ đang xây dựng ở Liên Xô

b1) Mở đầu

Khi thiết kế các đập cao tại các tuyến hẹp (hình 1), cần tính đến khả năng bố trí đường hầm 1 trong bờ đá nhằm dẫn nước đi tránh công trình đang xây dở Khi chưa hoàn thành xây dựng các đường hầm này (với mục đích tháo nước mùa kiệt và mùa lũ trong quá trình thi công), không thể bắt tay vào việc ngăn dòng, thực hiện các công việc chính liên quan đến đào kênh sau dốc nước tháo lũ cố định 2 và đổ đá vào thân đập 5 Điều này làm cho công trình chậm hoàn thành ít nhất một năm Ngoài ra việc bố trí đường hầm tháo lũ thi công và công tác lấp một phần hoặc toàn

bộ những đường hầm này cần kinh phí đáng kể, điều này dẫn đến chi phí xây dựng

sẽ tăng lên

Hình 1.1: L ựa chọn bố trí công trình tháo trong công trình đầu mối

1- Đường hầm thi công tháo lũ; 1’- đường hầm thi công tháo nước mùa kiệt; 2-C ông trình tháo bên bờ (dốc nước); 3- công trình tháo lòng sông (có lỗ xả đáy);

4- đập đá đổ xây dở; 5- đập đã xây xong

Khi thiết kế đập trên các sông có lũ lớn, kích thước của các đường hầm thi công tạm thời nhiều khi lớn đến mức cần phải xem xét phương án bố trí công trình tháo cố định trong các đường hầm thi công 1 hoặc trong lòng sông 3 để trước mắt

có thể tháo lũ thi công Tuy nhiên kể cả trong trường hợp này những công việc chính liên quan đến xây dựng đập dâng sẽ bị chậm lại Ngoài ra bản thân công trình tháo cũng đắt hơn nhiều so với dốc nước hở trên bờ 2 có kết cấu đơn giản hơn nhiều trên nền đá Do đó việc bố trí công trình tháo theo điều kiện tháo lũ thi công thường không thực tế và dẫn đến việc đội giá thành xây dựng lên rất nhiều, lưu lượng lũ càng lớn thì giá thành càng tăng cao

Chi phí và thời gian phát sinh có thể được giảm xuống nếu như tháo cơn lũ thi công đầu tiên qua thân đập đá đổ xây dở Điều này cho phép tránh được việc phải xây dựng đường hầm tháo lũ thi công tạm thời cũng như tránh được việc xây công trình tháo cố định trên lòng sông (3) mà chỉ cần bố trí tại những cao trình thấp một đường hầm nhỏ hoặc cống dẫn nước (1’) Cống dẫn nước này về sau có thể sử dụng như lỗ xả đáy hoặc cửa lấy nước Trong thời gian xây dựng công trình, nó chủ yếu được sử dụng để tháo các lưu lượng nhỏ vào mùa kiệt Để tháo những lưu lượng lũ lớn bằng những biện pháp phù hợp sử dụng đập đá đổ đang xây dở có vai trò như một công trình tháo lũ tạm thời

Sau khi tháo lũ năm đầu tiên và mực nước sông hạ xuống, việc xây dựng đập dâng (5) được tiếp tục với dự tính tháo lũ năm sau qua kênh dốc nước đã chuẩn bị trước (2) (hoặc qua đường hầm tại những cao trình cao hơn, đường hầm này được coi như công trình tháo cố định) Việc tháo lũ năm sau qua kênh dốc nước (2) cũng

có thể thực hiện trong trường hợp khi đỉnh đập dâng (5) đã được nâng đến những cao trình không ngập nước nhưng tường chống thấm chưa hoàn thành, và vì lý do

đó chỉ có lưu lượng thấm được thoát qua thân đập đá đổ

Phương pháp tháo lũ thi công tràn qua đập xây dở là một phương pháp tương đối mới và ít được nghiên cứu Tuy nhiên trong một số điều kiện thuận lợi, phương pháp này đã được ứng dụng như ở đập Karachunovskaya (Nga) Ngoài ra, trong những điều kiện phức tạp phương pháp này được áp dụng khi xây dựng đê quai thi công của công trình thủy điện Nurek, Toktogun (Liên Xô cũ) Trong tương lai, ở những công trình hồ chứa lớn của vùng Xi-bê-ri (Nga) và khu vực phía nam Liên

Xô, phương pháp tháo lũ thi công này trong nhiều trường hợp sẽ không những phù hợp mà còn cần thiết nữa

b2) Nghiên cứu về kết cấu gia cố bảo vệ

Thực tế xây dựng các công trình thủy lực, thủy điện ở Liên Xô đã rút ra các kết cấu gia cố sau:

1 Gia cố đá hộc trên mái dốc hạ lưu đê quai hay đập đắp dở

a- Cắt dọc gia cố

b- Mặt bằng gia cố

Hình 1.2: Tính toán dốc nước gia cố lòng dẫn bằng đá lớn, đá khối

2- gia cố bằng đá lớn; Δl- dải đá được liền khối bằng bê tông

Qua thí nghiệm và thực tế thi công một số công trình đã rút ra kết luận: Gia cố bằng đá cỡ lớn (d=1,50m) nhưng vẫn không ổn định khi xả lũ thi công lớn và thi công khó khăn Do đó Liên Xô đã khuyến cáo không nên áp dụng đá có kích thước lớn gia cố mái hạ lưu đê quai hạ lưu hay đập đá đổ xây dở

2 Gia cố mái bằng tấm bê tông nguyên khối không đảm bảo vì tấm sẽ bị phá hoại bởi phản lực, lún không đều gây nứt gãy tấm bê tông

3 Gia cố mái bằng các tấm lắp ghép có lỗ (hình 1.3b) có thể áp dụng được, nhưng vì hệ số ma sát giữa tấm và mái đá đổ nhỏ (k=0,6÷0,7), các tấm đặt trên mái tương đối dốc sẽ không ổn định chống trượt, vì thế mái đập cần làm thoải, đồng thời

xem xét thêm các biện pháp ngăn trượt cho tấm, dẫn đến gia cố mái sẽ đắt lên Gia cố mái bằng các tấm lượn sóng là giải pháp dễ chấp nhận hơn cả trong trường hợp này

Hình 1.3 : Kết cấu gia cố mái hạ của đập đá đổ

a, Phủ mái bằng tấm liền khối (sơ đồ tượng trưng)

b, Phủ mái bằng đệm bê tông cốt thép có lỗ

c, Phủ mái bằng bê tông cốt thép liền khối có các dải thoát nước

1- Lỗ thoát nước trong tấm 2- Cốt thép của tấm

3- Dải thoát nước trong tấm 4- Các mũi phun để hướng dòng 5- Đá mỏ 6- Đá lớn 7- Các giá đỡ, nơi đá được kết thành khối nhờ bê tông

4 Lát mái bằng các tấm bê tông lắp ghép có để chừa lại các lỗ thoát nước có tính thực tế hơn cả, đặc biệt khi khi cần bảo vệ chống xói các dốc nước có độ dốc lớn Hiện tượng đá bị trôi ra ngoài qua các lỗ thoát nước không xảy ra vì các dải lỗ này khá hẹp và trong các dải này còn có cốt thép

5 Gia cố mái bằng các khiên và dầm có neo Tấm có neo được làm từ các

dầm gỗ hoặc bê tông cốt thép ghép lại với nhau, sắp xếp dọc theo dòng chảy Khi áp

dụng trên các công trình xả tạm thời, các tấm này có thể làm đơn giản hơn Thay cho các tấm, người ta sử dụng các dầm gỗ hoặc bê tông cốt thép riêng rẽ, sắp xếp trên mái theo phương vuông góc dòng chảy

6 Bảo vệ chống xói bằng cách bố trí công trình dâng nước trên mái hạ (hình1.4b)

Hình 1.4 : Gia cố mái hạ của đập đá đổ

a, Gia cố mái bằng dầm có neo b, Gia cố bằng bê tông cốt thép

1- Dầm có neo, 2- đá (không có vụn), 3- đá mỏ, 4- Khối đá được liên kết bằng bê tông, 5- Tường dâng- dốc nước,

đang xây dựng cao 35m ∼ 175m, trong đó về mặt dẫn dòng thi công và vượt lũ đã tích lũy nhiều kinh nghiệm Nhất là xả lũ thi công qua đập đá đổ đang thi công

b2) Thân đập là đập đá đổ bản mặt, xả lũ qua có hai hình thức

+ Một loại là ngăn nước vượt lũ, thì thân đập đá đổ sau khi ngăn sông trước mùa lũ năm thứ nhất (chỉ lũ lớn), thì tranh thủ đắp đến cao trình thiết kế ngăn nước vượt lũ (đập đá đổ đa phần đắp theo mặt cắt kinh tế), dùng tuynen dẫn dòng xả lũ thi công như công trình Chu Thụ Kiều tỉnh Hồ Nam, Hoa Sơn ở Quảng Đông và đập Đông Tân ở Giang Tây…

+ Loại thứ hai là xả nước qua đập để vượt lũ đập đá đổ sau khi chặn dòng mùa

lũ năm thứ nhất, thân đập đá đổ thấp sau khi dùng biện pháp bảo vệ chống xói, thì

do phần đỉnh đập đá đổ và tuynen dẫn dòng kết hợp tháo nước vượt lũ ; mùa lũ năm thứ hai lại dùng thân đập đá đổ sau khi đắp dâng cao để ngăn nước vượt lũ, như công trình Quan Môn Sơn ở tỉnh Liêu Ninh, đập Tây Bắc Khẩu tỉnh Hồ Bắc, Vạn

An Khê tỉnh Triết Giang…và đập Bạch Vân ở Hồ Nam đang thi công; đập Liên Hoa tỉnh Hắc Long Giang, đập cấp I Thiên Sinh Kiều trên sông Nam Bàn thuộc sông Hồng

Cũng có một số công trình do bố trí lực lượng thi công, thiết bị, tiền vốn…, sau khi chặn dòng qua hai mùa lũ, đập chính mới đắp đến cao trình thiết kế ngăn nước vượt lũ Nhưng về tổng thể mà xét, các hạng mục đập bản mặt, về cơ bản đều

có thể theo tổng tiến độ của cụm công trình đầu mối yêu cầu và đáp ứng được các

hạng mục quan trọng chung hay không, có kế hoạch tiến hành xây dựng để thu được hiệu quả kinh tế kỹ thuật cần có

b3) Thân đập đá cát sỏi bản mặt

Sau khi ngăn sông vượt lũ cũng có hai loại: Một loại là móng đập và lượng công trình hố móng bản chân không nhiều lắm, cố gắng bố trí thân đập dâng cao, mặt cắt tạm thời ngăn nước vượt lũ, như đang xây dựng đập bản mặt Hắc Tuyến tỉnh Thanh Hải (123,5m) và công trình đập bản mặt San Khê Triết Giang (130,8m); một loại do mở móng khối lượng công trình xử lý móng bản chân lớn Xử lý móng sâu độ khó lớn, thời đoạn thi công mùa kiệt tương đối ngắn…, mùa lũ năm thứ nhất dùng đê quai ngăn nước thi công, mùa lũ năm thứ hai thân đập ngăn nước vượt lũ như đập bản mặt Tiểu Can Câu tỉnh Thanh Hải đã xây (cao 55 m), đập bản mặt Cổ Động Khẩu ở Hồ Bắc đang xây dựng (cao 121m), và đập bản mặt U Lu Oa Thi ở Tây Cương (cao 138m)…(đập U Lu Oa Thi nền giữ lại cục bộ lạch sâu cát sỏi, đang nghiên cứu sử dụng phương án tường chống thấm bằng thép để đơn giản việc dẫn dòng thi công vượt lũ; và tăng nhanh khả năng thi công nhanh đập chính (xem bảng 1.3)

Bảng 1.3: Phương thức dẫn dòng thi công vượt lũ một phần đập bê tông bản mặt và chọn tiêu chuẩn vượt lũ

TT Tên đập

Đập cao (m)

Tổng dung tích tỷ(m 3 )

Số Tuynen kích thước(m)

Đê quai thượng Cấp

công trình dẫn dòng

Tiêu chuẩn vượt lũ thời kỳ thi công

lấp sông

Năm hoàn thành Loại đê Cao

(m)

Dẫn dòng đợt đầu

Sau chặn dòng lũ năm thứ I

7 IV

Mùa kiệt

20 Mùa lũ 5

Đập cao 2m (tràn nước)

50 (ngăn nước) 3/1986 1988

10∼12 V Kiệt 20

Đập cao 6m (không tràn nước)

Đập cao 25m

50 (không tràn nước)

12/1986 1989

3 Tây Bắc

Khẩu 95 2,1

1∼8,8×13,2 1∼φ5

Đất đá (ngăn nước)

20 IV Kiệt 20

Đập cao 31,5

m (tràn nước 20m)

>100 (ngăn nước) 10/1986 1990

4 Chu Thụ

Kiều 78 2,78 1∼φ5,2

Đất đá (ngăn nước)

23 IV Kiệt 20

Đập cao 61m (100 ngăn

nước)

>300 (ngăn nước) 9/1988 1990

TT Tên đập

Đập cao (m)

Tổng dung tích tỷ(m 3

)

Số Tuynen kích thước(m)

Đê quai thượng Cấp

công trình dẫn dòng

Tiêu chuẩn vượt lũ thời kỳ thi công

lấp sông

Năm hoàn thành

Loại đê Cao

(m)

Dẫn dòng đợt đầu

Sau chặn dòng lũ năm thứ I

Xử lý móng đập xây tường ngăn (tràn nước)

50 (ngăn nước) 9/1988 1990

6 Vạn An

Khê 93,8 2,28 1∼9,4×11,6

Đất đá (ngăn nước)

20 IV Kiệt 20

Đập cao 8m (không tràn

nước)

50 (ngăn nước) 12/1991 1995

7 Hoa Sơn 80,8 0.63 1∼5,5×6,5 Bê tông

(tràn nước) 12,2 V Lũ 50

( 50 ngăn nước)

>100 (ngăn nước) 3/1991 1994

8 Đông Tây 85,5 7,98 1∼φ6 Đất đá

(tràn nước) 16 IV Kiệt 10

Đập cao 56.7m (100 ngăn nước)

>200 (ngăn nước) 11/1992 1995

100 (ngăn nước) 11/1993

Đang xây

TT Tên đập

Đập cao (m)

Tổng dung tích tỷ(m 3

)

Số Tuynen kích thước(m)

Đê quai thượng Cấp

công trình dẫn dòng

Tiêu chuẩn vượt lũ thời kỳ thi công

lấp sông

Năm hoàn thành

Loại đê Cao

(m)

Dẫn dòng đợt đầu

Sau chặn dòng lũ năm thứ I

16 IV Kiệt 20

Lũ 10

Đập cao 17m (tràn nước 30)

Kế hoạch

300 (ngăn nước)

20 IV Kiệt 20

Lũ 10

Chưa hạ móng (đê quai tràn nước)

Kế hoạch

30 (đập thấp tràn nước)

Đập cao hơn mặt đất lòng sông

Kế hoạch 100 đập cao 90m (ngăn nước)

11/1995 Đang

xây

c) Một số công trình đập đá đổ bản mặt xả lũ

c1) Thủy điện Liên Hoa

Thủy điện Liên Hoa là bậc thang thủy điện của hồ chứa Long Đầu trên đoạn sông hạ lưu Đỗ Đan Giang, tổng dung tích hồ chứa là 4,18 tỷ m3, công suất lắp đặt máy là 550 MW cụm công trình đầu mối bao gồm: đập ngăn sông, đường tràn xả lũ bên bờ sông, hai tuynen dẫn nước vào nhà máy thủy điện, trạm OP,….Chiều cao đập lớn nhất 71,8 m, đập chính là đập đá đổ bê tông bản mặt, đỉnh đập dài 902m (trong đó thềm bờ trái 500m, đoạn lòng sông bờ phải gần 400m), đá nền đập là đá hoa cương hỗn hợp

Vị trí đập thuộc vào vùng núi giá rét nhiệt độ bình quân nhiều năm là 3,20C Nhiệt độ thấp nhất là -45,20C, dòng nước trong sông đóng băng dài hơn 5 tháng Công trình này đã ngăn sông vào tháng 10 năm 1994, hai tuynen dẫn dòng 12×14m Sau khi ngăn sông thì bước vào thời kỳ thi công mùa đông, khó khăn rất lớn Theo thiết kế năm 1995 mùa lũ dùng phương án đê quai tràn nước phối hợp với đập thấp được bảo vệ và tuynen dẫn dòng kết hợp tháo lũ Mùa lũ năm 1996 sử dụng phương

án đập chính đến mặt cắt tạm ngăn nước vượt lũ, cố gắng thực hiện đến trước cuối năm 1996 hạ cửa van tích nước, tổ máy thứ nhất phát điện

Hình thức tháo nước qua mặt đập đá đổ:

Thông qua thí nghiệm mô hình thủy lực so sánh chọn chiều rộng đoạn đập chừa lại để tháo nước là 250m, cao trình mặt đập tháo nước là thượng lưu 171m, hạ lưu là 173m, chiều cao 19m thân đập hai bên miệng cửa tháo nước đắp đến cao trình 180 m trên 5m, mái bên tạm thời là 1:1,5; mặt cắt miệng tháo mái đập hạ lưu

là 1:2,0 để duy trì tính ổn định tháo nước (hình 1.6)

Bảng 1.4: Thông số thủy lực của mặt đập tràn nước

3 Đơn vị lưu lượng xả nước m3/s/m 16,21∼16,13 ≈20

4 Lưu tốc mặt đập m/s 1,92∼7,07 2,15∼7,83

5 Lưu tốc ở mái hạ lưu m/s 9,66∼15,12 10,27 ∼15,03

6 Chiều sâu ở mái hạ lưu m 1,22∼1,73 1,45∼2,33

Ghi chú: Lưu tốc là giá trị lưu tốc đáy theo thí nghiệm, mực nước trước đập và lưu lượng đơn vị là theo tính toán

+ Biện pháp bảo vệ

1) Mặt mái thượng lưu lớp đệm dùng vữa xi cát mác 50 để phụt vữa mái

2) Phần thượng lưu mặt đập dùng đá hộc cỡ to bảo vệ, độ dày không nhỏ hơn 0,80m, phần hạ lưu dùng bê tông mác 100 để gia cố

3) Mái đập hạ lưu dùng lưới cốt thép gia cố, thép dùng φ 25mm; khoảng cách lỗ lưới 15×15cm; thân đập bên dưới lưới thép đắp đá hộc đường kính không nhỏ hơn 20cm, chiều dày đắp 2m, mặt ngang neo thép φ 32mm dài 10m, khoảng cách dọc và ngang đều là 90 cm, thép néo ngang hàn nối với lưới thép, đồng thời yêu cầu đá đổ thân đập chặt, mái đập hạ lưu bằng phẳng và dùng đá lát khan dày 2m

4) Trước khi tràn nước chuẩn bị cho nước đầy vào đoạn giữa thân đê quai thượng

và thân đập đá đổ để đơn giản việc an toàn gia cố mặt thượng lưu đập và mặt hạ lưu của đê quai

5) Mái hai bên đoạn mặt đập chừa lại được gia cố như phần mặt đập tràn nước, cao trình bảo vệ là 180,4m

Hình 1.5 : Kết cấu gia cố và mặt cắt đập Liên Hoa vượt lũ năm

c2) Đập Thiên Sinh Kiều

Là công trình loại lớn, cụm đầu mối bao gồm đập đá đổ bản mặt, đường tràn ở

bờ phải, tuynen dẫn nước phát điện và nhà máy ở bờ trái, tuynen tháo cạn bên phải

… tổng dung tích hồ là 10,26 tỷ m3; công suất lắp máy là 1200 MW; chiều cao đập lớn nhất là 178 m, chiều dài đỉnh đập là 1168m,bờ trái bố trí hai tuynen dẫn dòng 2× (13,5×13,5)m thượng hạ lưu phân biệt bố trí đê quai bằng đất đá tràn nước, chiều cao là 20m

Sau khi khởi công vào tháng 12 năm 1994 lấp sông

Do tuynen dẫn dòng và các công trình khác thi công sau, mùa lũ năm 1995

đê quai tràn nước Sau lũ năm 1995 bắt đầu đắp thân đập đoạn lòng sông, mùa lũ thân đập hai bên bờ cần phải tiến hành trước (đều là đắp trước đến bên ngoài hạ lưu vùng bản chân 50m) Trước lũ năm 1996 thân đập đoạn lòng sông đắp cao khoảng 25∼30m (cao trình mặt đỉnh khoảng 642∼645m), chừa lại một đoạn tháo nước rộng gần 120m; đoạn bờ trái và bờ phải đắp đến cao trình 662,25m và 660m; theo tiêu chuẩn lũ 30 năm gặp 1 lần lưu lượng là 10.000m3/s Do tuynen dẫn dòng và đoạn đập chừa lại ở mặt đập kết hợp tháo lũ (thiết kế mặt đập xả nước gần 7800 m3/s) Đối với mặt mái xả nước và hai bên dùng khung thép bỏ đá hộc và thép neo bảo vệ chống xói trôi Biện pháp dẫn dòng vượt lũ giống như công trình Liên Hoa, những điều kiện tự nhiên tương đối phức tạp

c3) Tây Bắc Khẩu

Là công trình cấp II, cụm đầu mối bao gồm đập đá đổ bản mặt, tràn bờ phải dạng hở, hai tuynen xả lũ bờ trái cũng dùng để dẫn dòng; ngoài ra còn 1 tuynen dẫn nước phát điện dẫn dòng và tháo cạn dùng chung và nhà máy thủy điện…Chiều cao đập lớn nhất là 95m, chiều dài đỉnh đập 222m, thân đập đắp đá xanh 165 vạn m3, tổng dung tích 2,1 tỷ m3công suất lắp máy 16 MW

Sau khi lấp sông vào tháng 10 năm 1996 vào tháng 1 năm 1997 bắt đầu đắp đập đá

đổ, theo kế hoạch cũ thì mùa lũ năm thứ nhất đắp chính phải ngăn nước tiêu chuẩn lũ

100 năm 1 lần để vượt lũ, lưu lượng nước thiết kế Q= 3520 m3

/s, W= 2,61 tỷ m3

, thân đập đá đổ cao 64,5m, đạt tới cao trình 300m (là 68% chiều cao đập chính); cần trong 5 tháng đắp 145 vạn m3, cườngđộ đắp đập tháng là 29 vạn m3/tháng

Trong thực thi vì quy hoạch bãi vật liệu kế hoạch đắp đập và đường vận chuyển lên đập chưa hoàn toàn đáp ứng, qua mấy phương án so sánh đem cao trình đắp đập

giảm xuống 267m (cao 31,5m) dùng gấp biện pháp cho nước tràn qua để vượt lũ Dựa vào điều kiện lúc đó, mặt đập dùng đá hộc cỡ lớn bảo vệ, hạ lưu dùng lưới cốt thép xuyên néo vào hai bờ, mái đập hạ lưu phía ngoài đổ đá tăng mái dốc bề mặt 1:8,5 đến lòng sông tới bên ngoài phủ đá lòng sông cỡ lớn hình dạng sân sau chống xói Ngày 28/8/1997 lưu lượng vào hồ chỉ 400 m3/s, mực nước là 267,11m, dòng chảy từ mặt đập khe đá thấm an toàn chảy qua đập; mùa lũ 1988 thân đập ngăn nước vượt lũ

- Tần suất lưu lượng lũ thiết kế: 0,10%

- Tần suất lưu lượng lũ kiểm tra: 0,02%

- Tần suất lưu lượng dẫn dòng thi công: 5%

c) Dẫn dòng thi công mùa lũ thủy điện Tuyên Quang:

Xả lũ thi công qua cống và đê quai thượng lưu chịu lực là chính, nghĩa là cao trình đỉnh đê quai thượng lưu cao hơn cao trình đỉnh đoạn đập đá đổ đắp dở và đê quai hạ lưu (xem hình 1.6 và bảng 5)

Lũ thi công xả qua 3 cống hộp (6x6,50m), cao trình đỉnh đê quai thượng lưu

∇59,0m, cao trình đáy bể tiêu năng sau đê quai thượng lưu ∇46,0m, cao trình đoạn đập đá đổ đắp dở ∇48,0m, cao trình đỉnh đê quai hạ lưu ∇53,0m; các thông số dẫn dòng nêu ở bảng 1.5:

Hình 1.6 : Sơ họa cắt dọc tuyến dẫn dòng phương án chọn

(1) Lớp áp trúc; (2) đê quai thượng; (3) sân tiêu năng; (4) đập đá đổ đắp dở;

(5) đê quai hạ lưu Ghi chú: Kích thước, cao độ ghi là m

Một số hình ảnh dẫn dòng thủy điện Tuyên Quang (Ảnh 1.1, 1.2 và 1.3):

Ảnh 1.1: Công trình thủy điện Tuyên Quang

(1) Gia cố mái hạ lưu bằng bê tông cốt thép dày 1m;

(2) Gia cố mái thượng lưu bằng rọ đá; (3) Sân tiêu năng

Ảnh 1.2: Lũ chảy qua đê quai thượng lưu (Thủy điện Tuyên Quang)

Ảnh 1.3: Lũ chảy qua cống dẫn dòng và đê quai thượng lưu (Thủy điện Tuyên Quang)

1.2.2.2 Công trình cửa Đạt – Thanh Hóa

a) Khái quát

Công trình Cửa Đạt là công trình đập đá đổ bê tông bản mặt đầu tiên của ngành Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn và lớn nhất Đông Nam Á (tính đến năm 2006)

Lưu lượng lũ thi công về mùa lũ lớn gấp khoảng 4 lần mùa kiệt Do đó nếu xả

lũ mùa kiệt và mùa lũ qua tuynel cần 4 tuynel đường kính φ 9m với kinh phí khoảng

500 tỷ đồng Vì vậy, đã nghiên cứu phương án xả lũ qua 1 tuynel đường kính φ9m

và 1 đoạn đập đá đổ đang thi công dài 210m, dự kiến cao trình 50m

Để lựa chọn phương án hợp lý đã thiết kế và thí nghiệm với nhiều phương án khác nhau như:

- Chiều dài bậc 24m, gia cố bằng đá hộc đường kính d=60-80cm

- Chiều dài bậc 16m, gia cố bằng đá hộc đường kính d=60-80cm

Cả 2 phương án gia cố đá hộc bảo vệ mặt đập đều không đạt yêu cầu, đã bị cuốn trôi gây xói lở thân đập

- Hạ thấp cao trình xuống còn 45m, đoạn mái dốc từ 45m xuống 41m, gia cố bằng thảm rọ đá dày 0,5m; đoạn phẳng cao trình 41m gia cố bằng đá có đường kính d=60-80cm, đoạn cuối chia làm 3 bậc cao 1,6m dài 16m Kết quả thí nghiệm cho thấy gia cố không đảm bảo; đá hộc với d=60-80cm vẫn bị xói, đá ở thảm bị xô đẩy nên gây xói thân đập đá đổ

- Cao trình đỉnh đập đá đổ 50m, bậc dài 10m, cao 1,5m gia cố bằng thảm rọ đá kết cấu lưới thép φ3mm Thảm không chịu được vận tốc lớn hơn 10m/s nên gây dồn

đá ở phần cuối; kết cấu không đảm bảo an toàn Do đó chọn phương án rọ đá dài 4,5m, cao 1,5m gia cố bằng khung thép φ22mm (Hình 1.7)

b) Giới thiệu sơ bộ về công trình Cửa Đạt

Công trình thủy lợi Cửa Đạt là công trình đập đá đổ bê tông bản mặt đầu tiên của Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn

Công trình đầu mối thủy lợi hồ chứa nước Cửa Đạt là một công trình thủy lợi, thủy điện lớn; công trình cấp I theo tiêu chuẩn TCXDVN285-2002 Hệ thống công trình đầu mối gồm 3 cụm: Đầu mối đập chính Cửa Đạt, đầu mối đập phụ Dốc Cáy,

đầu mối đập phụ Hón Can; trong đó cụm đầu mối Cửa Đạt là cụm công trình lớn và phức tạp nhất Cụm công trình này bao gồm các hạng mục đập chính bằng đá đổ, chống thấm bằng bản mặt bê tông; tràn xả lũ kiểu xả mặt, tiêu năng bằng mũi phun; tuynel dẫn dòng thi công và cầu Cửa Đạt bắc qua sông Chu ở hạ lưu tuyến đập khoảng 1 km Các công trình tràn và tuynel đều nằm ở vai phải đập

c) Dẫn dòng thi công công trình Cửa Đạt

Công trình Cửa Đạt là công trình có lưu lượng dẫn dòng thi công lớn, các giai đoạn dẫn dòng phức tạp qua nhiều dạng công trình Sơ đồ dẫn dòng nêu tóm tắt ở bảng 1.7

Bảng 1.7: Sơ đồ dẫn dòng thi công

Tần suất thiết

kế

Q dẫn dòng (m 3 /s)

Q lấp sông (m 3 /s)

12

5% 1230 137 Tuy nen 2, d= 9m

MNTLmax=43,20m; MNHLmax=30,50m

ZTLmax=55,37m; ZHLmax=38,02m

Theo giải pháp dẫn dòng thi công của công trình Cửa Đạt, chúng ta chú ý tới

xả lũ thi công mùa lũ năm thứ 2: Đây là sơ đồ xả lũ thi công qua tuynel và đoạn đập

đá đổ đang thi công (đắp dở) chịu lực là chính, nghĩa là cao trình đỉnh đập đá đổ đang thi công (đắp dở) ∇50m, cao hơn cao trình đỉnh đê quai thượng ∇44,7m và hạ lưu ∇32m

Lưu lượng mùa lũ xả qua đoạn đập đắp dở: Q1 = 2065m3/s và Q2 = 4450m3/s

Ảnh 1.4: Mô hình mặt cắt đập đá đổ

dạng bậc nước nhiều cấp

Ảnh 1.5: Mô hình mặt cắt đập đá đổ đắp dở và đê quai hạ lưu

d) N hận xét

Qua thí nghiệm phương án xả lũ thi công qua đập đá đổ đắp dở dạng bậc nước,

cơ quan thí nghiệm đã có nhận xét:

- Đá có đường kính D = 40÷60cm bảo vệ mặt đập đá đổ ở cao trình ∇50,0m khi xả lũ là đảm bảo ổn định

- Lưỡi nước của dòng chảy đổ vào thân các thảm rọ đá có kích thước (4x10x1,5)m khiến các viên đá trong thân rọ rung động dịch chuyển mạnh, đá bị dồn về phía đuôi thảm

- Sau một con lũ xả qua đập đá đổ với thời gian kéo dài 6 giờ (trên thực tế) thì

các thảm rọ đá bị chuyển dịch vị trí từ 0,4m đến 0,5m, rõ nhất là từ bậc số 3 đến bậc

số 11 Do đó cần tăng chiều dài rọ và để tăng ổn định, tránh chuyển dịch của rọ nên cắm sâu rọ vào thân đập vì chiều dài rọ 4,50m cắm sâu vào đập 1,75m chưa đảm bảo

- Với tác động của dòng thấm rối qua đoạn cuối thân đập đá đổ với chiều dài khoảng 30m, đã lôi các loại vật liệu có đường kính bé của lớp IIIB khiến cho lớp vật liệu của thân đập gần các bậc nước bị rỗng, gây ra lún và chuyển dịch đối với các thảm rọ đá Hiện tượng này cần được lưu ý khi thiết kế tìm giải pháp khắc phục nhằm giữ cho khối thảm rọ đá không chỉ qua một con lũ mà cả mùa lũ đều được đảm bảo ổn định, tránh hiện tượng trượt mái sau này

- Sau thời gian xả lũ, phần lòng sông hạ lưu sau đê quai hạ 10m sinh ra xói cục

bộ, độ sâu xói cục bộ đạt khoảng 2,5÷3,0m

- Vì nghiên cứu trên mô hình mặt cắt nên không nghiên cứu được 2 bên vai của đoạn đập đá đổ đắp dở, do đó chú ý gia cố bảo vệ tiếp giáp mặt đập và 2 bên vai đập

Kết quả làm việc của kết cấu bảo vệ đoạn đập đá đổ đang thi công (đắp dở) vào mùa lũ năm 2007 cho thấy: Do lũ xuất hiện (7300 m3

/s) lớn hơn nhiều lũ thi công tính toán (5050 m3/s) nên đã làm vỡ đoạn đập bên vai phải

Do đó cần nghiên cứu kết cấu gia cố cho phù hợp