Nghiên cứu các yếu tố thủy lực và các giải pháp gia cố khi xả lũ thi công qua đê quai bằng đá đổ

Tính toán xác đ nh kích th c hòn đá.

-  -

NGUY N V N TễN

Nghiên cứu các yếu tố thủy lực và các giải pháp gia cố

khi xả lũ thi công qua đê quai bằng đá đổ

LU N V N TH C S

HÀ N I - 2014

L I C M N

Sau m t th i gian thu th p tài li u và nghiên c u, thí nghi m mô hình đ n nay

lu n v n “Nghiên c u các y u t th y l c và các gi i pháp gia c khi x l thi

công qua đê quai b ng đá đ ” đã hoàn thành và đáp ng đ c các yêu c u đ ra

V i thành qu đ t đ c, tác gi lu n v n xin bày t lòng bi t n sâu s c đ n quý th y cô Tr ng i h c Th y l i trong th i gian qua đã truy n đ t ki n th c khoa h c, kinh nghi m th c t cho tác gi lu n v n

Tác gi xin c m n Trung tâm nghiên c u th y l c đã t o đi u ki n, giúp đ tác gi tham gia, th c hi n thí nghi m mô hình th y l c và hoàn thành lu n v n

c bi t tác gi lu n v n xin đ c bày t lòng bi t n sâu s c đ n th y PGS.TS Tr n Qu c Th ng đã h ng d n tác gi hoàn thành lu n v n này

Tác gi xin chân thành c m n b n bè, đ ng nghi p đã t o đi u ki n thu n l i cho tôi trong su t quá trình h c t p t i tr ng c ng nh trong quá trình th c hi n

L I CAM OAN

Tên tôi là:Nguy n V n Tôn

H c viên l p: CH20C11

tài lu n v n cao h c “Nghiên c u các y u t th y l c và các gi i pháp gia

c khi x l thi công qua đê quai b ng đá đ ” đ c Tr ng đ i h c Th y l i Hà

N i giao cho h c viên Nguy n V n Tôn d i s h ng d n c a th yPGS.TS Tr n

M C L C

PH N M U 1

CH NG 1: T NG QUAN V D N DÒNG THI CÔNG 4

1.1 CÁC PH NG PHÁP D N DÒNG THI CÔNG 4

1.1.1 D n dòng qua c ng ng m 4

1.1.2 D n dòng qua tuynen 5

1.1.3 Ph ng pháp đ p đê quai ng n dòng nhi u đ t 6

1.2 T NG QUAN V X L THI CÔNG QUA P Á ANG THI CÔNG ( P D ) TRÊN TH GI I VÀ VI T NAM 7

1.2.1 TRÊN TH GI I 7

1.2.2 VI T NAM 24

1.3 TÍNH TOÁN D N DÒNG 30

1.3.1 C s tính toán 30

1.3.2 Công th c tính toán 31

1.4 K T LU N CH NG 1 35

1.4.1 K t lu n 35

1.4.2 Nh ng v n đ nghiên c u 36

CH NG 2: MÔ HÌNH HÓA VÀ XÂY D NG MÔ HÌNH 37

2.1 LU T T NG T C A MÔ HÌNH TH Y L C CÔNG TRÌNH 37

2.1.1 Khái ni m v t ng t c h c 37

2.1.2 nh lu t FRUT ( nh lu t T ng t tr ng l c) 40

2.1.3 nh lu t REYNOL 44

2.1.4 nh lu t EULER 46

2.2 THI T K VÀ XÂY D NG MÔ HÌNH 47

2.2.1 T l mô hình 47

2.2.2 V t li u đ p đê quai th ng l u: 48

2.2.3 Mô hình hoá v t li u đ p đ p đá đ : 48

2.2.4 p đê quai h l u: 48

2.3 PH M VI MÔ HÌNH 48

2.4 B TRÍ O C 48

2.5 PH NG PHÁP NGHIÊN C U THÍ NGHI M 49

2.6 N I DUNG THÍ NGHI M 49

2.7 K T LU N CH NG 2 49

CH NG 3: K T QU NGHIÊN C U 51

3.1 Cao trình đ nh đê quai ∇55m, gia c b ng th m r đá 51

3.1.1 Kh n ng tháo c a đê quai th ng l u 52

3.1.2 Xác đ nh v n t c dòng ch y 54

3.1.3 Di n bi n tình hình th y l c khi x l thi công 60

3.1.4 Nh n xét 62

3.2 Cao trình đ nh đê quai cao trình 59m, gia c b ng bê tông c t thép 63

3.2.1 Kh n ng tháo c a đê quai th ng l u 64

3.2.2 Xác đ nh v n t c dòng ch y 66

3.2.3 Di n bi n tình hình th y l c khi x l thi công 72

3.3 Nghiên c u n đ nh l p đá h c gia c m t đ p 74

3.3.1 Cao trình đ nh đê quai ∇55m 74

3.3.2 Cao trình đ nh đê quai ∇59m 74

3.3.3 Tính toán xác đ nh kích th c hòn đá 75

3.3.4 Ph ng án so sánh 76

3.4 K t lu n ch ng 3 78

3.4.1 Nh n xét chung 78

3.4.2 Nh ng đóng góp c a tác gi 79

K T LU N VÀ KI N NGH 84

1 K t qu nghiên c u c a lu n v n 84

2 T n t i và h n ch 84

3 Ki n ngh 85

4 Nh ng v n đ c n nghiên c u ti p: 85

TÀI LI U THAM KH O 86

DANH M C B NG BI U

B ng 1.1: M t s c ng d n dòng 4

B ng 1.2: M t s tuynen d n dòng trên th gi i 5

B ng 1.3:Ph ng th c d n dòng thi công v t l m t ph n đ p bê tông b n m t và ch n tiêu chu n v t l 15

B ng 1.4:Thông s th y l c c a m t đ p tràn n c 19

B ng 1.5: Thông s d n dòng 24

B ng 1.6: Các thông s c b n 25

B ng 1.7: S đ d n dòng thi công 28

B ng 2.1: T l các đ i l ng 47

B ng 2.2: L u l ng th c t và mô hình 48

B ng 3.1: Kh n ng tháo qua đê quai th ng l u v i cao trình đê quai 55m 53

B ng 3.2: V n t c dòng ch y v i cao trình đê quai 55m 59

B ng 3.3: Kh n ng tháo qua đê quai th ng l u v i cao trình đê quai 59m 65

B ng 3.4: V n t c dòng ch y v i cao trình đê quai 59m 67

B ng 3.5: Quan h v n t c và đ ng kính đá đ 75

DANH M C NH CH P

nh 1.1: Công trình th y đi n Tuyên Quang 25

nh 1.2: L ch y qua đê quai Th ng L u (Th y đi n Tuyên Quang) 26

nh 1.3: L ch y qua c ng d n dòng và đê quai th ng l u (Th y đi n Tuyên Quang) 26 nh 2.1: Máng kính thí nghi m mô hình m t c t 50

nh 3.1: Mái h l u đê quai th ng gia c th m r đá 57

nh 3.2: Mái h l u đ p đá đ gia c th m r đá 57

nh 3.3: N c nh y sóng h l u đê quai th ng 61

nh 3.4: Mái h l u đê quai th ng l u gia c t m BTCT 70

nh 3.5: Mái h l u đ p đá đ gia c t m BTCT 70

nh 3.6: N c nh y ng p h l u đê quai th ng 73

nh 3.7: á gia c m t đ p 74

nh 3.8: nh đê quai TL ∇55m, Q = 4000m3/s 80

nh 3.9:: nh đê quai TL ∇59m, Q = 6500m3/s 81

nh 3.10: H c viên quan sát dòng ch y 81

nh 3.11: H c viên đo đ c mô hình 82

nh 3.12: H c viên đo đ c mô hình 83

DANH M C HÌNH V

Hình 1.1: L a ch n b trí công trình tháo trong công trình đ u m i 9

Hình 1.2: Tính toán d c n c gia c lòng d n b ng đá l n, đá kh i 11

Hình 1.3: K t c u gia c mái h c a đ p đá đ 12

Hình 1.4: Gia c mái h c a đ p đá đ 13

Hình 1.5: S h a c t d c tuy n d n dòng ph ng án ch n 25

Hình 2.1: S đ b trí m t b ng mô hình 50

Hình 3.1: S h a dòng ch y qua đê quai th ng l u 52

Hình 3.2: Quan h Q = f1(Z h ) và m = f2(Q x ) 53

Hình 3.3: Th m r đá gia c mái h l u đê quai th ng l u 54

Hình 3.4: Th m r đá gia c mái h l u đ p đá đ 55

.Hình 3.5: C t d c công trình d n dòng 56

Hình 3.6: S đ m t c t đo m c n c , v n t c 58

Hình 3.7: N c nh y sóng h l u đê quai th ng 61

Hình 3.7a: Quan h l u l ng và v n t c 63

Hình 3.8: S h a dòng ch y qua đê quai th ng l u 64

Hình 3.9: ng quan h Q = f1(Z h ) và m = f2(Q x ) 65

Hình 3.10: T m bê tông côt thép gia c mái h l u đê quai TL 66

Hình 3.11: T m bê tông c t thép gia c mái h l u đ p 67

Hình 3.12: S h a c t d c công trình d n dòng 69

Hình 3.13: S đ m t c t đo m c n c, v n t c 71

Hình 3.14: N c nh y ng p h l u đê quai th ng 73

I PH N M U

1 Tính c p thi t c a tài

Sau giai đo n ch n dòng sông c a nh ng công trình th y l i, th y đi n l n là giai đo n x l thi công S thành b i c a vi c x l thi công nh t là đ i v i các công trình đ p chính là đá đ có m t ý ngh a r t quan tr ng

Trong giai đo n phát tri n hi n nay c a đ t n c, bên c nh v n đ k thu t,

v n đ u t cho công trình là m t trong nh ng tiêu chí hàng đ u đ l a ch n các gi i pháp xây d ng, thi công công trình

Ph ng án x l thi công h p lý có liên quan m t thi t v i vi c thi t k , b trí

t ng th công trình đ u m i, h th ng đê quai th ng, h l u, tuynel d n dòng t m

th i, c ng, tuynel th y đi n Quy mô các công trình này th ng r t l n, chi phí r t

Trong giai đo n d n dòng này th ng s d ng tuynel d n dòng x m t ph n

l u l ng l , l u l ng còn l i đ c x qua đê quai đá đ ho c qua đ p đá đ đang

Vì v y nghiên c u s đ gi i pháp h p lý khi d n dòng x l thi công qua đ p

đá đ đ p d có ý ngh a th c ti n và tính th i s trong giai đo n n c ta đang có yêu c u xây d ng nhi u công trình th y l i, th y đi n l n, nh m ph c v cho dân sinh, kinh t

X l thi công qua đ p đá đ đang thi công th ng theo 2 s đ :

X l thi công qua c ng và đê quai đá đ ch u l c là chính, ngh a là cao trình

đ nh đê quai đá đ cao h n cao trình đ nh đ p đá đ và đê quai h l u

có nh ng đánh giá xác th c và tính toán d n dòng thi công h p lý trong

th c t xây d ng các công trình th y l i, th y đi n Xu t phát t ý ngh a th c ti n trên h c viên l a ch n đ tài: “Nghiên c u các y u t th y l c và các gi i pháp

gia c khi x l thi công qua đê quai b ng đá đ ”

2 M c tiêu c a tài

Nghiên c u đ c đi m, ch đ th y l c khi x l thi công qua đê quai đá đ T

đó đánh giá các k t c u gia c phù h p cho công trình d n dòng

3 Cách ti p c n và ph ng pháp nghiên c u:

 Cách ti p c n:

T ng h p, thu th p và phân tích các công trình nghiên c u trong và ngoài

n c v các ph ng pháp d n dòng thi công qua đ p đang thi công nh : đ p đá đ ,

đ p đá đ bê tông b n m t, đ p bê tông và c ng d n dòng…

 P h ng pháp nghiên c u:

-Nghiên c u tài li u h ng d n, ph ng pháp tính toán d n dòng thi công qua

đ p đang thi công và c ng, t các tài li u thu th p trong và ngoài n c

II CH NG 1: T NG QUAN V D N DÒNG THI CÔNG 1.1 CÁC PH NG PHÁP D N DÒNG THI CÔNG

Có r t nhi u ph ng pháp d n dòng thi công, d i đây nêu tóm t t m t s

ph ng pháp chính:

1.1.1 D n dòng qua c ng ng m

i v i các công trình v a và nh th ng s d ng c ng l y n c đ d n dòng mùa khô ho c b trí các l x trong thân đ p (c ng ng m) đ tháo l thi công i

v i các công trình l n, c ng đ c thi t k riêng đ d n dòng c mùa khô và mùa l , mùa khô n m thi công cu i cùng m i hoành tri t c ng;

Khi s d ng c ng ng m đ d n dòng, n u l u l ng d n dòng l n thì ng i ta

th ng ph i thi t k c ng ng m có nhi u khoang (công trình Núi C c, K G , Yên

L p, Tuyên Quang, B n Chát, Bình i n, ng Nai ) Khi thi công xong, ng i ta hoành tri t và ch đ l i m t khoang đ d n n c t i lâu dài, các khoang đã hoành tri t s tr thành các hành lang ki m tra và s a ch a (B ng 1.1 nêu m t s c ng d n dòng)

T n su t thi t k (P%)

1 C ng d n dòng thu đi n a M’Bri 61,2 1x(3x4) P10%ki t

6 C ng d n dòng thu đi n Sê San 3 634 2x(5x7) P5% ki t

7 C ng d n dòng thu đi n Khe B 769 2x(5x6.5) P5% ki t

8 C ng d n dòng thu đi n Sê San 4 1019 3x(5x7) P5% ki t

( Ngu n: Thí nghi m mô hình th y l c các công trình th y đi n, th y l i –

Vi n khoa h c th y l i (2002-2007))

D n dòng qua c ng v mùa ki t thu n l i, nh ng vào mùa l (l u l ng l n) chênh l ch v i mùa ki t kho ng vài ch c t i vài tr m l n, c ng làm vi c v i ch đ

th y l c ph c t p, n u x v i l u l ng l n thì s c ng t ng lên nhi u, kinh phí cho

d n dòng thi công t ng Do đó th ng k t h p x l thi công v i công trình khác

1.1.2 D n dòng qua tuynen

Tuynen đ c dùng làm công trình d n dòng trong đi u ki n sông mi n núi, lòng sông h p, vách đá d c, l u l ng l n mà không áp d ng đ c ph ng pháp

d n dòng qua kênh Vi c tính toán thi t k t ng t nh ph ng pháp d n dòng qua

c ng ng m Thi công tuynen khó kh n và t n kém nên khi áp d ng ph ng pháp này c n ph i xác đ nh m t c t tuy nen sao cho t ng giá thành tuynel và đê quai là

S

l ng tuynen

R ng, cao ho c

đ ng kính (m)

L u l ng (m 3 /s)

STT Tên công trình

S

l ng tuynen

R ng, cao ho c

đ ng kính (m)

L u l ng (m 3 /s)

1.1.3 Ph ng pháp đ p đê quai ng n dòng nhi u đ t

i v i các công trình l n ng i ta th ng dùng ph ng pháp đ p đê quai

ng n dòng nhi u đ t Ph bi n nh t là hai đ t, đ t đ u d n dòng qua lòng sông thu

h p đ thi công công trình đ t 1 t 2 s ng n ph n lòng sông còn l i và tháo n c qua các công trình d n dòng đã đ c thi công trong đ t 1 nh khe r ng l c, c ng

x đáy, l x sâu, tuynel, tràn t m ho c ch lõm đ c ch a l i trên m t đ p (bê tông

ho c đ p đá đ ) đang thi công

1.1.3.1 D n dòng qua lòng sông thu h p

ây là ph ng pháp đ c dùng r t ph bi n khi thi công các công trình v a và

nh u tiên, vào mùa khô, đ p đê quai th ng l u, đê quai d c và đê quai h l u

đ thi công m t ph n công trình chính và công trình d n dòng cho đ t 2 (t t c đ c

g i là công trình đ t 1) Mùa l dòng ch y đ c d n qua ph n lòng sông thu h p và

ti p t c thi công công trình đ t 1 trong ph m vi đ c b o v b i các đê quai

1.1.3.2 D n dòng qua khe r ng l c

Khe r ng l c th ng đ c dùng đ ph c v d n dòng giai đo n hai Khi dòng

ch y đ c d n qua các khe r ng l c thì thi công các h ng m c công trình đ t 2 Khe r ng l c th ng đ c b trí t i các khoang c a đ p tràn vì:

- T i v trí đ p tràn th ng có đ a ch t t t nh t, thu n dòng ch y;

- Có th l i d ng c n tr c s n có đ th phai ho c van khi l p khe r ng l c;

- Không ph i xây d ng các công trình tiêu n ng vì đã có công trình tiêu n ng

c a đ p tràn;

- Vi c l p khe r ng l c r t ph c t p

1.2 T NG QUAN V X L THI CÔNG QUA P Á ANG THI

CÔNG ( P D ) TRÊN TH GI I VÀ VI T NAM

Khó kh n chính c a ph ng pháp này là b o đ m an toàn cho ph n đá đ thân đ p v phía h l u khi x l qua

Ph ng án này đã đ c áp d ng vào vi c xây d ng các công trình th y l i,

th y đi n nhi u n c trên th gi i nh : Úc, Nga, Trung Qu c

T n m 1930 tr l i đây nhi u ph ng pháp b o v đ p đ t đá kh i b xói khi

n c tràn qua đ c nêu ra và áp d ng Kinh nghi m thi t k , thí nghi m và xây

d ng đ p đá đ đã kh ng đ nh kh n ng cho phép n c tràn qua đ p đang thi công Tuy v y ph ng pháp tháo n c thi công qua đ p đá đ xây d ng d t ng đ i m i

và ch a đ c đ c p nhi u

V n đ v t c đ xói cho phép do dòng m t gây ra khi n c tràn qua đ p đá đ

ch a đ c nêu lên m t cách đ y đ Nh ng công th c hi n có tính toán ch a đ y đ

nh t là đ c tr ng c a dòng th m khi x l qua đ p đá đ v i đ r ng nh

1.2.1.1 LIÊN XÔ ( C )

a Nghiên c u v ch n dòng

Kh n ng cho n c l tràn qua đ p làm b ng v t li u đ a ph ng là 1 yêu c u

l n hi n nay đ c đ ra V v n đ này có r t nhi u công trình nghiên c u l p

ph m t đ c kinh t nh t, đ ch ng xói cho đê quai b ng v t li u đ a ph ng khi

có n c tràn qua, c n ph i bi t t c đ xói cho phép, b o đ m an toàn cho đê quai

L n đ u tiên ti n s khoa h c k thu t X.V.I.Z BAS [2] đã nghiên c u m t cách chi ti t s n đ nh c a hòn đá n m trên m t v i ph ng pháp thi công th đá

mùa l trong quá trình thi công), không th b t tay vào vi c ng n dòng, th c hi n các công vi c chính liên quan đ n đào kênh sau d c n c tháo l c đ nh 2 và đ đá vào thân đ p 5 i u này làm cho công trình ch m hoàn thành ít nh t m t n m Ngoài ra vi c b trí đ ng h m tháo l thi công và công tác l p m t ph n ho c toàn

b nh ng đ ng h m này c n kinh phí đáng k , đi u này d n đ n chi phí xây d ng

s t ng lên

1- ng h m thi công tháo l ; 1’- đ ng h m thi công tháo n c mùa ki t;

2- Công trình tháo bên b (d c n c); 3- công trình tháo lòng sông (có l x đáy);

4- đ p đá đ xây d ; 5- đ p đã xây xong

Khi thi t k đ p trên các sông có l l n, kích th c c a các đ ng h m thi công t m th i nhi u khi l n đ n m c c n ph i xem xét ph ng án b trí công trình tháo c đ nh trong các đ ng h m thi công 1 ho c trong lòng sông 3 đ tr c m t

có th tháo l thi công Tuy nhiên k c trong tr ng h p này nh ng công vi c chính liên quan đ n xây d ng đ p dâng s b ch m l i, nh h ng đ n ti n đ thi công Ngoài ra b n thân công trình tháo c ng đ t h n nhi u so v i d c n c h trên

b 2 có k t c u đ n gi n h n nhi u trên n n đá Do đó vi c b trí công trình tháo theo đi u ki n tháo l thi công th ng không th c t và d n đ n vi c kinh phí xây

d ng t ng lên r t nhi u, l u l ng l càng l n thì giá thành càng t ng cao

Chi phí và th i gian phát sinh có th đ c gi m xu ng n u nh tháo c n l thi công đ u tiên qua thân đ p đá đ xây d i u này cho phép tránh đ c vi c ph i xây d ng đ ng h m tháo l thi công t m th i c ng nh tránh đ c vi c xây công

trình tháo c đ nh trên lòng sông (3) mà ch c n b trí t i nh ng cao trình th p m t

đ ng h m nh ho c c ng d n n c (1’) C ng d n n c này v sau có th s d ng

nh l x đáy ho c c a l y n c Trong th i gian xây d ng công trình, nó ch y u

đ c s d ng đ tháo các l u l ng nh vào mùa ki t tháo nh ng l u l ng l

l n b ng nh ng bi n pháp phù h p s d ng đ p đá đ đang xây d có vai trò nh

đó ch có l u l ng th m đ c thoát qua thân đ p đá đ

Ph ng pháp tháo l thi công tràn qua đ p xây d là m t ph ng pháp t ng

đ i m i và ch a đ c p nhi u Tuy nhiên trong m t s đi u ki n thu n l i, ph ng pháp này đã đ c ng d ng nh đ p Karachunovskaya,th y đi n Nurek, Toktogun…Trong t ng lai, nh ng công trình h ch a l n c a vùng Xi-bê-ri (Nga) và khu v c phía nam Liên Xô c , ph ng pháp tháo l thi công này trong nhi u tr ng h p s không nh ng phù h p mà còn c n thi t n a

b- M t b ng gia c

2- gia c b ng đá l n; l- d i đá đ c li n kh i b ng bê tông

Qua thí nghi m và th c t thi công m t s công trình đã rút ra k t lu n: Gia c

b ng đá c l n (d=1,50m) nh ng v n không n đ nh khi x l thi công l n và thi công khó kh n Do đó Liên Xô c đã khuy n cáo không nên áp d ng đá có kích

th c l n gia c mái h l u đê quai h l u hay đ p đá đ xây d

+ Gia c mái b ng t m bê tông nguyên kh i không đ m b o vì t m s b phá

ho i b i ph n l c, lún không đ u gây n t gãy t m bê tông

+ Gia c mái b ng các t m l p ghép có l (hình 1.3b) có th áp d ng đ c,

nh ng vì h s ma sát gi a t m và mái đá đ nh (k=0,6÷0,7), các t m đ t trên mái t ng đ i d c s không n đ nh ch ng tr t, vì th mái đ p c n làm tho i,

đ ng th i xem xét thêm các bi n pháp ng n tr t cho t m, d n đ n gia c mái

s đ t lên Gia c mái b ng các t m l n sóng là gi i pháp d ch p nh n h n c trong tr ng h p này

Hình 1.3 : K t c u gia c mái h c a đ p đá đ

a, Ph mái b ng t m li n kh i (s đ t ng tr ng)

b, Ph mái b ng đ m bê tông c t thép có l

c, Ph mái b ng bê tông c t thép li n kh i có các d i thoát n c

1- L thoát n c trong t m 2- C t thép c a t m

3- D i thoát n c trong t m 4- Các m i phun đ h ng dòng

5- á m 6- á l n 7- Các giá đ , n i đá đ c k t thành kh i nh bê tông

+ Lát mái b ng các t m bê tông l p ghép có đ ch a l i các l thoát n c có tính

th c t h n c , đ c bi t khi khi c n b o v ch ng xói các d c n c có đ d c l n

Hi n t ng đá b trôi ra ngoài qua các l thoát n c không x y ra vì các d i l này khá h p và trong các d i này còn có c t thép

+ Gia c mái b ng các khiên và d m có neo T m có neo đ c làm t các d m

g ho c bê tông c t thép ghép l i v i nhau, s p x p d c theo dòng ch y Khi

áp d ng trên các công trình x t m th i, các t m này có th làm đ n gi n h n

Thay cho các t m, ng i ta s d ng các d m g ho c bê tông c t thép riêng r ,

s p x p trên mái theo ph ng vuông góc dòng ch y

+ B o v ch ng xói b ng cách b trí công trình dâng n c trên mái h (hình1.4b)

công trình đang xây d ng cao 35m ∼ 175m, trong đó v m t d n dòng thi công và

v t l đã có nhi u kinh nghi m Nh t là x l qua đ p đá đ đang thi công

Thân đ p là đ p đá đ b n m t, x l qua có hai hình th c

+ M t lo i là ng n n c v t l , thì thân đ p đá đ sau khi ng n sông tr c mùa l n m th nh t (ch l l n), thì tranh th đ p đ n cao trình thi t k ng n n c

v t l (đ p đá đ đa ph n đ p theo m t c t kinh t ), dùng tuynen d n dòng x l thi công nh công trình Chu Th Ki u, Hoa S n và đ p ông Tân …

+ Lo i th hai là x n c qua đ p đ v t l , đ p đá đ sau khi ch n dòng mùa

l n m th nh t, thân đ p đá đ th p sau khi dùng bi n pháp b o v ch ng xói, thì

do ph n đ nh đ p đá đ và tuynen d n dòng k t h p tháo n c v t l ; mùa l n m

th hai l i dùng thân đ p đá đ sau khi đ p dâng cao đ ng n n c v t l , nh công trình Quan Môn S n, Tây B c Kh u, V n An Khê, Liên Hoa, Thiên Sinh

Ki u

C ng có m t s công trình do b trí l c l ng thi công, thi t b , ti n v n…, sau khi ch n dòng qua hai mùa l , đ p chính m i đ p đ n cao trình thi t k ng n

n c v t l Nh ng v t ng th mà xét, các h ng m c đ p b n m t, v c b n đ u

có th theo t ng ti n đ c a c m công trình đ u m i yêu c u và đáp ng đ c các

h ng m c quan tr ng chung hay không, có k ho ch ti n hành xây d ng đ thu đ c

hi u qu kinh t k thu t c n có

B ng 1.3:Ph ng th c d n dòng thi công v t l m t ph n đ p bê tông b n m t và ch n tiêu chu n v t l

TT Tên đ p

p cao (m)

T ng dung tích

t (m 3 )

S Tuynen kích

th c(m)

ê quai th ng C p

công trình

d n dòng

Tiêu chu n v t l th i k thi

l p sông

N m hoàn thành

Lo i

đê

Cao (m)

D n dòng

đ t đ u

Sau ch n dòng l n m

n c)

Mùa

ki t 20 Mùa l

5

p cao 2m (tràn n c)

50 (ng n

n c)

10∼12 V Ki t 20

p cao 6m (không tràn

n c)

p cao 25m

50 (không tràn n c)

12/1986 1989

3 Tây B c

Kh u 95 2,1

1∼8,8×13,2 1∼φ5

t đá (ng n

n c)

20 IV Ki t 20

p cao 31,5

m (tràn n c 20m)

>100 (ng n

n c)

10/1986 1990

TT Tên đ p

p cao (m)

T ng dung tích

t (m 3 )

S Tuynen kích

th c(m)

ê quai th ng C p

công trình

d n dòng

Tiêu chu n v t l th i k thi

l p sông

N m hoàn thành

Lo i

đê

Cao (m)

D n dòng

đ t đ u

Sau ch n dòng l n m

n c)

23 IV Ki t 20

p cao 61m (100 ng n

n c)

>300 (ng n

50 (ng n

n c)

20 IV Ki t 20

p cao 8m (không tràn

n c)

50 (ng n

TT Tên đ p

p cao (m)

T ng dung tích

t (m 3 )

S Tuynen kích

th c(m)

ê quai th ng C p

công trình

d n dòng

Tiêu chu n v t l th i k thi

l p sông

N m hoàn thành

Lo i

đê

Cao (m)

D n dòng

đ t đ u

Sau ch n dòng l n m

n c)

16 IV Ki t 10

p cao 56.7m (100

ng n n c)

>200 (ng n

n c) 20,5 IV

L ng n

3 Tràn

n c 20

p cao 3m (tràn n c)

100 (ng n

n c)

16 IV Ki t 20

L 10

p cao 17m (tràn n c 30)

TT Tên đ p

p cao (m)

T ng dung tích

t (m 3 )

S Tuynen kích

th c(m)

ê quai th ng C p

công trình

d n dòng

Tiêu chu n v t l th i k thi

l p sông

N m hoàn thành

Lo i

đê

Cao (m)

D n dòng

đ t đ u

Sau ch n dòng l n m

n c)

20 IV Ki t 20

L 10

Ch a h móng (đê quai tràn

c M t s công trình đ p đá đ b n m t x l

Th y đi n Liên Hoa

Công trình này đã ng n sông vào tháng 10 n m 1994, hai tuynel d n dòng 12×14m Sau khi ng n sông thì b c vào th i k thi công mùa đông, khó kh n r t

l n Theo thi t k n m 1995 mùa l dùng ph ng án đê quai tràn n c ph i h p v i

đ p th p đ c b o v và tuynel d n dòng k t h p tháo l Mùa l n m 1996 s d ng

6 Chi u sâu mái h l u M 1,22∼1,73 1,45∼2,33

l ng đ n v là theo tính toán

+ Bi n pháp b o v

1) M t mái th ng l u l p đ m dùng v a xi cát mác 50 đ ph t v a mái

2) Ph n th ng l u m t đ p dùng đá h c c to b o v , đ dày không nh h n 0,80m, ph n h l u dùng bê tông mác 100 đ gia c

3) Mái đ p h l u dùng l i c t thép gia c , thép dùng φ 25mm; kho ng cách l

l i 15×15cm; thân đ p bên d i l i thép đ p đá h c đ ng kính không nh

h n 20cm, chi u dày đ p 2m, m t ngang neo thép φ 32mm dài 10m, kho ng cách d c và ngang đ u là 90 cm, thép néo ngang hàn n i v i l i thép, đ ng

th i yêu c u đá đ thân đ p ch t, mái đ p h l u b ng ph ng và dùng đá lát khan dày 2m

4) Tr c khi tràn n c chu n b cho n c đ y vào đo n gi a thân đê quai th ng

và thân đ p đá đ đ đ n gi n vi c an toàn gia c m t th ng l u đ p và m t

đ p hai bên b c n ph i ti n hành tr c (đ u là đ p tr c đ n bên ngoài h l u vùng

b n chân 50m) Tr c l n m 1996 thân đ p đo n lòng sông đ p cao kho ng 25∼30m (cao trình m t đ nh kho ng 642∼645m), ch a l i m t đo n tháo n c r ng

g n 120m; đo n b trái và b ph i đ p đ n cao trình 662,25m và 660m; theo tiêu chu n l 30 n m g p 1 l n l u l ng là 10.000m3/s Do tuynen d n dòng và đo n

đ p ch a l i m t đ p k t h p tháo l (thi t k m t đ p x n c g n 7800 m3

/s)

i v i m t mái x n c và hai bên dùng khung thép b đá h c và thép neo

b o v ch ng xói trôi Bi n pháp d n dòng v t l gi ng nh công trình Liên Hoa,

nh ng đi u ki n t nhiên t ng đ i ph c t p

Tây B c Kh u

Sau khi l p sông vào tháng 10 n m 1996 vào tháng 1 n m 1997 b t đ u đ p

đ p đá đ , theo k ho ch c thì mùa l n m th nh t đ p chính ph i ng n n c tiêu chu n l 100 n m 1 l n đ v t l , l u l ng n c thi t k Q= 3520 m3/s, W= 2,61

t m3, thân đ p đá đ cao 64,5m, đ t t i cao trình 300m (là 68% chi u cao đ p chính); c n trong 5 tháng đ p 145 v n m3, c ngđ đ p đ p tháng là 29 v n

v t l D a vào đi u ki n lúc đó, m t đ p dùng đá h c c l n b o v , h l u dùng

l i c t thép xuyên néo vào hai b , mái đ p h l u phía ngoài đ đá t ng mái d c

b m t 1:8,5 đ n lòng sông t i bên ngoài ph đá lòng sông c l n hình d ng sân sau

ch ng xói Ngày 28/8/1997 l u l ng vào h ch 400 m3/s, m c n c là 267,11m, dòng ch y t m t đ p khe đá th m an toàn ch y qua đ p; mùa l 1988 thân đ p

ê quai Kaborbac c ng đ c gia c b ng r đá ây là lo i đ p vòm cao xây

d ng trên sông Zausezuu M c n c sông thay đ i đ t ng t l u l ng l n nh t là

14.500 m3/s i u ki n d n dòng thi công r t khó kh n, do v y ph i đào 2 đ ng

b o v h móng g m có đê quai th ng l u cao 37m h l u cao 32,5m

V t li u đ p đê quai là đá đ Hình d ng đ p tràn, gia c đ nh đ p b ng đá 5,8∼13,7T, đ dày 2m và r đá v i kích th c 4x1,5x1,5m

ê quai đ c xây d ng b ng ph ng pháp đ đá 10∼1200kg vào trong n c, dùng c thép ch ng th m, đóng sâu vào l p s i đ sâu 19,5m và l p cu i lòng sông Theo s li u thí ngi m khi l u l ng c a sông v t quá 4500 m3/s thì các đê quai b ng p; ng v i l u l ng tràn 500 m3/s l p n c trên đ nh đê quai th ng

l u đ t t i 1,8m, trên đ nh đê quai h l u 1,1m ê quai làm vi c trong ch đ đ p tràn đ nh r ng, ch y ng p Theo tính toán khi l u l ng sông 14.500 m3/s, thì l u

l ng tràn qua đê quai là 10.000 m3/s, l p n c tràn trên đê quai th ng l u 10,5m;

h l u 12,7m

Nh ng lo i k t c u gia c sau đây: đá đ ng kính l n, r đá, t m bê tông 3x2x1,5m đ t i ch đ c thí nghi m gia c mô hình có t l 1/75 đ xác đ nh Trên c s thí nghi m, đã cho k t qu : Gia c b ng r đá thì t t h n v

ph ng di n ch ng tr t so v i các t m bê tông và các viên đá l n, b i vì các k t

m3/s, ch riêng đ p tràn bê tông làm vi c, còn khi l u l ng l n h n, c 2 đ p đ u cho n c tràn qua v i l u l ng riêng là 10,5 m3

/s

N n đ p là lo i đ t cát pha s i nén ch t b o v đ p kh i xói d đ nh ph

l p đá dày 4∼1,2m, kích th c ≥60cm Thành ph n h t c a đá đ p đ p bao g m h t 15cm chi m 50% t ng tr ng l ng, h t 50mm-6%; đá đ t ng l p 90 cm và đ m

ch t

M t c t đ p đ i x ng v i mái d c 1:2, đ nh r ng 6,1m Gia c đ nh và mái h

l u b ng l p đá có c m c c thép dày 9,3∼6,2m K t c u thép gia c bao g m hàng thép ch ng đ đ t n m theo các l p đá v i kho ng cách gi a 2 hàng là 20cm theo chi u th ng đ ng N i ti p v i lo i đó là l i thép bao ph trên m t đ p, kho ng cách gi a các thanh đ theo chi u dài đ p là 30cm, theo mái đ p là 100cm Ph n chân đ p c ng gia c c t thép Thanh thép có φ=12mm, đ c s n đ ch ng r

Trong su t 4 n m làm vi c cho tháo qua đ p v i l u l ng thay đ i t 170 đ n

2600 m3/s đ p làm vi c n đ nh

1.2.1.6 NAM PHI

Nam Phi đ b o v đ p Kconk cao 47,5m và đ p Braigon cao 51m áp d ng gia c b ng l i thép b đá á đ p đ p Braigon khai thác t h móng c a đ p tràn Khung l i thép g m thanh φ=38mm, kho ng cách 230cm n m phía d i, φ=19mm, kho ng cách 150cm n m trên, chi u dài các thanh đ thay đ i theo chi u cao L i thép b o v mái h l u đ c g n vào các thanh thép ch ng đ n m ngang Nh ng thanh ch ng này do đá đè xu ng, làm vi c nh giá gi ng

c b sung b ng kinh nghi m t xây d ng đ p đ t đá h n h p Úc,

ph ng pháp gia c b ng l i thép đ c áp d ng, nh ng k t c u đ c gia c hoàn thi n h n qua k t qu thí nghi m trên mô hình và s li u thu đ c trong th i gian l tràn qua đ p Braigon Sau 1 l p đá đ đ p đ p 1,5m đ m nén ch t đ t hàng thép

n m ngang, còn l i thép r i trên m t đ p ti n hành sau khi đ p đ p đ c 3m Trong th i gian xây d ng, đ p Braigon đã có 3 l n n c l tràn qua L đ u tiên x y ra v i l u l ng 198 m3/s.L p n c tràn 0,6m, chênh l ch đ u n c 3,7m

M c dù trên đ p có nh ng đo n ch a k p gia c l i thép song đ p không b phá

h ng Qua quan sát th y đá φ=76mm b cu n trôi

Tr n l th 2 x y ra, lúc đ p đ t t i đ cao 14,6m N c tràn qua đ p v i l u

l ng 1134 m3/s, l p n c tràn 3,7m Do đ p ch a gia c ch ng tràn nên b n c l gây ra nh ng h h ng Dòng n c tràn qua m t đ p đá cu n đi v t li u gây ra xói

c D n dòng thi công mùa l th y đi n Tuyên Quang:

X l thi công qua c ng và đê quai th ng l u ch u l c là chính, ngh a là cao trình đ nh đê quai th ng l u cao h n cao trình đ nh đo n đ p đá đ đ p d và đê quai h l u (xem b ng 1.5, hình 1.6)

L thi công x qua 3 c ng h p (6x6,50m), m t đo n đê quai th ng l u đá

M t s hình nh d n dòng th y đi n Tuyên Quang ( nh 1.1, 1.2 và1.3):

nh1.1: Công trình th y đi n Tuyên Quang

(1) G ia c mái h l u b ng bê tông c t thép dày 1m;

(2) Gia c mái th ng l u b ng r đá; (3) H móng

nh 1.2: L ch y qua đê quai Th ng L u (Th y đi n Tuyên Quang)

nh 1.3: L ch y qua c ng d n dòng và đê quai th ng l u(Th y đi n Tuyên

Quang)

1.2.2.2 CÔNG T RÌNH C A T – THANH HÓA

a Khái quát

Công trình C a t là công trình đ p đá đ bê tông b n m t đ u tiên c a ngành Nông nghi p và Phát tri n Nông thôn và l n nh t ông Nam Á (tính đ n

n m 2006)

L u l ng l thi công v mùa l l n g p kho ng 4 l n mùa ki t Do đó n u x

l mùa ki t và mùa l qua tuynel c n 4 tuynel đ ng kính φ 9m v i kinh phí kho ng

500 t đ ng Vì v y, đã nghiên c u ph ng án x l qua 1 tuynel đ ng kính φ9m

và 1 đo n đ p đá đ đang thi công dài 210m, d ki n cao trình 50m

l a ch n ph ng án h p lý đã thi t k và thí nghi m v i nhi u ph ng án khác nhau nh :

- Chi u dài b c 24m, gia c b ng đá h c đ ng kính d=60-80cm

- Chi u dài b c 16m, gia c b ng đá h c đ ng kính d=60-80cm

C 2 ph ng án gia c đá h c b o v m t đ p đ u không đ t yêu c u, đã b

cu n trôi gây xói l thân đ p

- H th p cao trình xu ng còn 45m, đo n mái d c t 45m xu ng 41m, gia c

b ng th m r đá dày 0,5m; đo n ph ng cao trình 41m gia c b ng đá có đ ng kính d=60-80cm, đo n cu i chia làm 3 b c cao 1,6m dài 16m K t qu thí nghi m cho

th y gia c không đ m b o; đá h c v i d=60-80cm v n b xói, đá th m b xô đ y nên gây xói thân đ p đá đ

- Cao trình đ nh đ p đá đ 50m, b c dài 10m, cao 1,5m gia c b ng th m r đá

k t c u l i thép φ3mm Th m không ch u đ c v n t c l n h n 10m/s nên gây d n

đá ph n cu i; k t c u không đ m b o an toàn Do đó ch n ph ng án r đá dài 4,5m, cao 1,5m gia c b ng khung thép φ22mm (Hình 1.7)

b Gi i thi u s b v công trình C a t

Công trình th y l i C a t là công trình đ p đá đ bê tông b n m t đ u tiên

c a B Nông nghi p và Phát tri n Nông thôn

Công trình đ u m i th y l i h ch a n c C a t là m t công trình th y l i,

th y đi n l n; công trình c p I theo tiêu chu n TCXD VN 285-2002 H th ng công

trình đ u m i g m 3 c m: u m i đ p chính C a t, đ u m i đ p ph D c Cáy,

đ u m i đ p ph Hón Can; trong đó c m đ u m i C a t là c m công trình l n và

ph c t p nh t C m công trình này bao g m các h ng m c đ p chính b ng đá đ ,

ch ng th m b ng b n m t bê tông; tràn x l ki u x m t, tiêu n ng b ng m i phun; tuynel d n dòng thi công và c u C a t b c qua sông Chu h l u tuy n đ p kho ng 1 km Các công trình tràn và tuynel đ u n m vai ph i đ p

c D n dòng thi công công trình C a t

Công trình C a t là công trình có l u l ng d n dòng thi công l n, các giai

đo n d n dòng ph c t p qua nhi u d ng công trình S đ d n dòng tóm t t b ng 1.7

T n

su t thi t k

Q d n dòng (m3/s)

Q l p sông (m3/s)

Theo gi i pháp d n dòng thi công c a công trình C a t, chúng ta chú ý t i

x l thi công mùa l n m 2: ây là s đ x l thi công qua tuynel và đo n đ p đá

đ đang thi công ch u l c là chính, ngh a là cao trình đ nh đ p đá đ đang thi công (đ p d ) ∇50m, cao h n cao trình đ nh đê quai th ng ∇44,7m và h l u ∇32m

L u l ng l thi công v mùa l l n g p kho ng 4 l n mùa ki t Do đó n u x

l mùa ki t và mùa l qua tuynel c n 4 tuynel đ ng kính φ 9m v i kinh phí kho ng

500 t đ ng Vì v y, đã nghiên c u ph ng án x l qua 1 tuynel đ ng kính φ9m

và 1 đo n đ p đá đ đang thi công dài 210m, cao trình 50m

l a ch n ph ng án h p lý đã thi t k và thí nghi m v i nhi u ph ng án khác nhau nh :

- Chi u dài b c 24m, gia c b ng đá h c đ ng kính d=60-80cm

- Chi u dài b c 16m, gia c b ng đá h c đ ng kính d=60-80cm

C 2 ph ng án gia c đá h c b o v m t đ p đ u không đ t yêu c u, đã b

cu n trôi gây xói l thân đ p

- H th p cao trình xu ng còn 45m, đo n mái d c t 45m xu ng 41m, gia c

b ng th m r đá dày 0,5m; đo n ph ng cao trình 41m gia c b ng đá có đ ng kính d=60-80cm, đo n cu i chia làm 3 b c cao 1,6m dài 16m K t qu thí nghi m cho

th y gia c không đ m b o; đá h c v i d=60-80cm v n b xói, đá th m b xô đ y nên gây xói thân đ p đá đ

- Cao trình đ nh đ p đá đ 50m, b c dài 10m, cao 1,5m gia c b ng th m r đá

k t c u l i thép φ3mm Th m không ch u đ c v n t c l n h n 10m/s nên gây d n

(4x10x1,5)m khi n các viên đá trong thân r rung đ ng d ch chuy n m nh, đá b

d n v phía đuôi th m

- Sau m t con l x qua đ p đá đ v i th i gian 6 gi (th c t ) thì các th m r

đá b chuy n d ch v trí t 0,4m đ n 0,5m, rõ nh t là t b c s 3 đ n b c s 11 Do

đó c n t ng chi u dài r và đ t ng n đ nh, tránh chuy n d ch c a r nên c m sâu

r vào thân đ p vì chi u dài r 4,50m c m sâu vào đ p 1,75m ch a đ m b o

- V i tác đ ng c a dòng th m r i qua đo n cu i thân đ p đá đ v i chi u dài kho ng 30m, đã lôi các lo i v t li u có đ ng kính bé c a l p IIIB khi n cho l p

v t li u c a thân đ p g n các b c n c b r ng, gây ra lún và chuy n d ch đ i v i các th m r đá Hi n t ng này c n đ c l u ý khi thi t k tìm gi i pháp kh c ph c

nh m gi cho kh i th m r đá không ch qua m t con l mà c mùa l đ u đ c

đ m b o n đ nh, tránh hi n t ng tr t mái sau này

- Sau th i gian x l , ph n lòng sông h l u sau đê quai h 10m sinh ra xói c c

b , đ sâu xói c c b đ t kho ng 2,5÷3,0m

- Vì nghiên c u trên mô hình m t c t nên không nghiên c u đ c 2 bên vai

c a đ p đá đ đ p d , do đó chú ý gia c b o v ti p giáp m t đ p và 2 bên vai đ p

K t qu làm vi c c a k t c u b o v đo n đ p đá đ đang thi công (đ p d ) vào mùa l n m 2007 cho th y: Do l xu t hi n (7300 m3/h) l n h n nhi u l thi công tính toán (5050 m3/s) nên đã làm v đo n đ p bên vai ph i

Do đó c n nghiên c u k t c u gia c cho phù h p

1.3 TÍNH TOÁN D N DÒNG

1.3.1 C s tính toán

Theo s đ d n dòng thi công, công tác d n dòng th ng đ c th c hi n nh sau:

- N m th nh t, mùa ki t d n dòng qua lòng sông thu h p, l u l ng tính toán

Q1 (m3/s) Mùa l , d n dòng qua lòng sông t nhiên, l u l ng tính toán Q2 (m3/s)

- N m th hai, mùa ki t d n dòng qua c ng d n dòng và đ p không tràn xây

d cao trình Y1 (m) v i Q1 (m3/s) Mùa l , d n dòng qua c ng d n dòng, đ p không tràn xây d cao trình Y1 (m) v i Q3 (m3/s)

- N m th ba mùa ki t d n dòng qua c ng d n dòng v i l u l ng tính toán tháng (I-IV) là Q (m3/s) óng c ng d n dòng Mùa l x qua tràn v n hành

1.3.2 Công th c tính toán

1.3.2.1 S đ tính th y l c dòng sông thu h p

Theo tiêu chu n TCVN 9160:2012 v i lòng sông thu h p, đ chênh m c n c

đ c xác đ nh nh đ p tràn đ nh r ng ch y ng p trong đó cao trình đ nh ng ng là cao trình đáy sông và chi u sâu ng p Hn b ng chi u sâu m c n c h l u

Khi ch y qua lòng sông thu h p, đ dâng m c n c th ng l u khi dòng sông

b thu h p xác đ nh theo công th c:

- Vs, Vc: V n t c trung bình c a sông tr c đê quây và trên m t c t thu h p

ng m t n c trong lòng sông b thu h p đ c xác đ nh theo công th c:

TB

Z L J

∆

∆ = (1-4) Trong đó:

Khi c ng ch y không áp, c ng s làm vi c theo s đ ch y qua đ p tràn Kh

n ng tháo c a c ng đ c xác đ nh theo công th c:

3 2

2 o

Q = m b g H (1-5) Trong đó:

- m: H s l u l ng

- b: B r ng khoang tràn

- g: Gia t c r i t do

- Ho: C t n c tràn

b ) Khi c ng ch y bán áp:

Khi c ng ch y không áp, c ng s làm vi c theo s đ nh c ng l thiên Kh

n ng tháo c a c ng đ c xác đ nh theo công th c: