(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu các yếu tố thủy lực và các giải pháp gia cố khi xả lũ thi công qua đê quai bằng đá đổ

(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu các yếu tố thủy lực và các giải pháp gia cố khi xả lũ thi công qua đê quai bằng đá đổ(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu các yếu tố thủy lực và các giải pháp gia cố khi xả lũ thi công qua đê quai bằng đá đổ(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu các yếu tố thủy lực và các giải pháp gia cố khi xả lũ thi công qua đê quai bằng đá đổ(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu các yếu tố thủy lực và các giải pháp gia cố khi xả lũ thi công qua đê quai bằng đá đổ(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu các yếu tố thủy lực và các giải pháp gia cố khi xả lũ thi công qua đê quai bằng đá đổ(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu các yếu tố thủy lực và các giải pháp gia cố khi xả lũ thi công qua đê quai bằng đá đổ(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu các yếu tố thủy lực và các giải pháp gia cố khi xả lũ thi công qua đê quai bằng đá đổ(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu các yếu tố thủy lực và các giải pháp gia cố khi xả lũ thi công qua đê quai bằng đá đổ(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu các yếu tố thủy lực và các giải pháp gia cố khi xả lũ thi công qua đê quai bằng đá đổ(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu các yếu tố thủy lực và các giải pháp gia cố khi xả lũ thi công qua đê quai bằng đá đổ(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu các yếu tố thủy lực và các giải pháp gia cố khi xả lũ thi công qua đê quai bằng đá đổ(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu các yếu tố thủy lực và các giải pháp gia cố khi xả lũ thi công qua đê quai bằng đá đổ(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu các yếu tố thủy lực và các giải pháp gia cố khi xả lũ thi công qua đê quai bằng đá đổ(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu các yếu tố thủy lực và các giải pháp gia cố khi xả lũ thi công qua đê quai bằng đá đổ(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu các yếu tố thủy lực và các giải pháp gia cố khi xả lũ thi công qua đê quai bằng đá đổ(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu các yếu tố thủy lực và các giải pháp gia cố khi xả lũ thi công qua đê quai bằng đá đổ(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu các yếu tố thủy lực và các giải pháp gia cố khi xả lũ thi công qua đê quai bằng đá đổ(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu các yếu tố thủy lực và các giải pháp gia cố khi xả lũ thi công qua đê quai bằng đá đổ(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu các yếu tố thủy lực và các giải pháp gia cố khi xả lũ thi công qua đê quai bằng đá đổ(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu các yếu tố thủy lực và các giải pháp gia cố khi xả lũ thi công qua đê quai bằng đá đổ(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu các yếu tố thủy lực và các giải pháp gia cố khi xả lũ thi công qua đê quai bằng đá đổ(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu các yếu tố thủy lực và các giải pháp gia cố khi xả lũ thi công qua đê quai bằng đá đổ(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu các yếu tố thủy lực và các giải pháp gia cố khi xả lũ thi công qua đê quai bằng đá đổ(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu các yếu tố thủy lực và các giải pháp gia cố khi xả lũ thi công qua đê quai bằng đá đổ(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu các yếu tố thủy lực và các giải pháp gia cố khi xả lũ thi công qua đê quai bằng đá đổ(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu các yếu tố thủy lực và các giải pháp gia cố khi xả lũ thi công qua đê quai bằng đá đổ(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu các yếu tố thủy lực và các giải pháp gia cố khi xả lũ thi công qua đê quai bằng đá đổ(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu các yếu tố thủy lực và các giải pháp gia cố khi xả lũ thi công qua đê quai bằng đá đổ(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu các yếu tố thủy lực và các giải pháp gia cố khi xả lũ thi công qua đê quai bằng đá đổ(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu các yếu tố thủy lực và các giải pháp gia cố khi xả lũ thi công qua đê quai bằng đá đổ(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu các yếu tố thủy lực và các giải pháp gia cố khi xả lũ thi công qua đê quai bằng đá đổ(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu các yếu tố thủy lực và các giải pháp gia cố khi xả lũ thi công qua đê quai bằng đá đổ(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu các yếu tố thủy lực và các giải pháp gia cố khi xả lũ thi công qua đê quai bằng đá đổ(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu các yếu tố thủy lực và các giải pháp gia cố khi xả lũ thi công qua đê quai bằng đá đổ(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu các yếu tố thủy lực và các giải pháp gia cố khi xả lũ thi công qua đê quai bằng đá đổ(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu các yếu tố thủy lực và các giải pháp gia cố khi xả lũ thi công qua đê quai bằng đá đổ(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu các yếu tố thủy lực và các giải pháp gia cố khi xả lũ thi công qua đê quai bằng đá đổ(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu các yếu tố thủy lực và các giải pháp gia cố khi xả lũ thi công qua đê quai bằng đá đổ(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu các yếu tố thủy lực và các giải pháp gia cố khi xả lũ thi công qua đê quai bằng đá đổ(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu các yếu tố thủy lực và các giải pháp gia cố khi xả lũ thi công qua đê quai bằng đá đổ(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu các yếu tố thủy lực và các giải pháp gia cố khi xả lũ thi công qua đê quai bằng đá đổ(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu các yếu tố thủy lực và các giải pháp gia cố khi xả lũ thi công qua đê quai bằng đá đổ(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu các yếu tố thủy lực và các giải pháp gia cố khi xả lũ thi công qua đê quai bằng đá đổ(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu các yếu tố thủy lực và các giải pháp gia cố khi xả lũ thi công qua đê quai bằng đá đổ(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu các yếu tố thủy lực và các giải pháp gia cố khi xả lũ thi công qua đê quai bằng đá đổ(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu các yếu tố thủy lực và các giải pháp gia cố khi xả lũ thi công qua đê quai bằng đá đổ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NễNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI



NGUYỄN VĂN 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

LUẬN VĂN THẠC SĨ

HÀ NỘI - 2014

LỜI CẢM ƠN

Sau một thời gian thu thập tài liệu và nghiên cứu, thí nghiệm mô hình đến nay

luận văn “Nghiên cứu các yếu tố thủy lực và các giải pháp gia cố khi xả lũ thi công qua đê quai bằng đá đổ” 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 đếnquý thầy cô Trường Đại học Thủy lợi trong thời gian qua đã truyền đạt kiến thứckhoa 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 đỡtác 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 thầyPGS.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 lợicho tôi trong suốt quá trình học tập tại trường cũng như trong quá trình thực hiệnluận văn này

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

Hà Nội, tháng 11năm 2014

Tác giả luận văn

Nguyễn Văn Tôn

LỜI CAM ĐOAN

Tên tôi là:Nguyễn Văn Tôn

Tác giả luận văn

Nguyễn Văn Tôn

MỤC LỤC

PHẦN MỞ ĐẦU 1

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 tuynen 5

1.1.3.Phương pháp đắp đê quai ngăn dòng nhiều đợt 6

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 VIỆTỞ NAM 24

1.3.TÍNH TOÁN DẪN DÒNG 30

1.3.1 sởCơ tính toán 30

1.3.2.Công thức tính toán 31

1.4.KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 35

1.4.1 luậnKết 35

1.4.2.Những vấn đề nghiên cứu 36

CHƯƠNG 2: MÔ HÌNH HÓA VÀ XÂY DỰNG MÔ HÌNH 37

2.1.LUẬT TƯƠNG TỰ CỦA MÔ HÌNH THỦY LỰC CÔNG TRÌNH 37

2.1.1.Khái niệm về tương tự cơ học 37

2.1.2.Định luật FRUT (Định luật Tương tự trọng lực) 40

2.1.3.Định luật REYNOL 44

2.1.4.Định luật EULER 46

2.2.THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG MÔ HÌNH 47

2.2.1 lệTỷ mô hình 47

2.2.2 liệuVật đắp đê quai thượng lưu: 48

2.2.3 hìnhMô hoá vật liệu đắp đập đá đổ 48

2.2.4.Đắp đê quai hạ lưu: 48

2.3.PHẠM VI MÔ HÌNH 48

2.4.BỐ TRÍ ĐO ĐẠC 48

2.5.PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU THÍ NGHIỆM 49

2.6.NỘI DUNG THÍ NGHIỆM 49

2.7.KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 49

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 51

3.1.Cao trình đỉnh đê quai  55m, gia cố bằng thảm rọ đá 51

3.1.1.Khả năng tháo của đê quai thượng lưu 52

3.1.2 địnhXác vận tốc dòng chảy 54

3.1.3.Diễn biến tình hình thủy lực khi xả lũ thi công 60

3.1.4.Nhận xét 62

3.2.Cao trình đỉnh đê quai cao trình 59m, gia cố bằng bê tông cốt thép 63

3.2.1.Khả năng tháo của đê quai thượng lưu 64

3.2.2.Xác định vận tốc dòng chảy 66

3.2.3.Diễn biến tình hình thủy lực khi xả lũ thi công 72

3.3.Nghiên cứu ổn định lớp đá hộc gia cố mặt đập 74

3.3.1.Cao trình đỉnh đê quai  55m 74

3.3.2.Cao trình đỉnh đê quai  59m 74

3.3.3.Tính toán xác định kích thước hòn đá 75

3.3.4.Phương án so sánh 76

3.4.Kết luận chương 3 78

3.4.1.Nhận xét chung 78

3.4.2.Những đóng góp của tác giả 79

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 84

1.Kết quả nghiên cứu của luận văn 84

2.Tồn tại và hạn chế 84

3.Kiến nghị 85

4.Những vấn đề cần nghiên cứu tiếp: 85

TÀI LIỆU THAM KHẢO 86

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1: Một số cống dẫn dòng 4

Bảng 1.2: Một số tuynen dẫn dòng trên thế giới 5

Bảng 1.3:Phương thức dẫn dòng thi công vượt lũ một phần đập bê tông bản mặt và chọn tiêu chuẩn vượt lũ 15

Bảng 1.4:Thông số thủy lực của mặt đập tràn nước 19

Bảng 1.5: Thông số dẫn dòng 24

Bảng 1.6: Các thông số cơ bản 25

Bảng 1.7: Sơ đồ dẫn dòng thi công 28

Bảng 2.1: Tỷ lệ các đại lượng 47

Bảng 2.2: Lưu lượng thực tế và mô hình 48

Bảng 3.1: Khả năng tháo qua đê quai thượng lưu với cao trình đê quai 55m 53

Bảng 3.2: Vận tốc dòng chảy với cao trình đê quai 55m 59

Bảng 3.3: Khả năng tháo qua đê quai thượng lưu với cao trình đê quai 59m 65

Bảng 3.4: Vận tốc dòng chảy với cao trình đê quai 59m 67

Bảng 3.5: Quan hệ vận tốc và đường kính đá đổ 75

DANH MỤC ẢNH CHỤP

Ảnh 1.1: Công trình thủy điện Tuyên Quang 25

Ảnh 1.2: Lũ chảy qua đê quai Thượng Lưu (Thủy điện Tuyên Quang) 26

Ảnh 1.3: Lũ chảy qua cống dẫn dòng và đê quai thượng lưu (Thủy điện Tuyên Quang) 26 Ảnh 2.1: Máng kính thí nghiệm mô hình mặt cắt 50

Ảnh 3.1: Mái hạ lưu đê quai thượng gia cố thảm rọ đá 57

Ảnh 3.2: Mái hạ lưu đập đá đổ gia cố thảm rọ đá 57

Ảnh 3.3: Nước nhảy sóng hạ lưu đê quai thượng 61

Ảnh 3.4: Mái hạ lưu đê quai thượng lưu gia cố tầm BTCT 70

Ảnh 3.5: Mái hạ lưu đập đá đổ gia cố tấm BTCT 70

Ảnh 3.6: Nước nhảy ngập hạ lưu đê quai thượng 73

Ảnh 3.7: Đá gia cố mặt đập 74

Ảnh 3.8: Đỉnh đê quai TL 55m, Q = 4000m3/s 80

Ảnh 3.9:: Đỉnh đê quai TL 59m, Q = 6500m3/s 81

Ảnh 3.10: Học viên quan sát dòng chảy 81

Ảnh 3.11: Học viên đo đạc ở mô hình 82

Ảnh 3.12: Học viên đo đạc ở mô hình 83

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Lựa chọn bố trí công trình tháo trong công trình đầu mối 9

Hình 1.2: Tính toán dốc nước gia cố lòng dẫn bằng đá lớn, đá khối 11

Hình 1.3: Kết cấu gia cố mái hạ của đập đá đổ 12

Hình 1.4: Gia cố mái hạ của đập đá đổ 13

Hình 1.5: Sơ họa cắt dọc tuyến dẫn dòng phương án chọn 25

Hình 2.1: Sơ đồ bố trí mặt bằng mô hình 50

Hình 3.1: Sơ họa dòng chảy qua đê quai thượng lưu 52

Hình 3.2: Quan hệ Q = f1(Z hồ) và m = f2(Q xả) 53

Hình 3.3: Thảm rọ đá gia cố mái hạ lưu đê quai thượng lưu 54

Hình 3.4: Thảm rọ đá gia cố mái hạ lưu đập đá đổ 55

.Hình 3.5: Cắt dọc công trình dẫn dòng 56

Hình 3.6: Sơ đồ mặt cắt đo mực nước , vận tốc 58

Hình 3.7: Nước nhảy sóng hạ lưu đê quai thượng 61

Hình 3.7a: Quan hệ lưu lượng và vận tốc 63

Hình 3.8: Sơ họa dòng chảy qua đê quai thượng lưu 64

Hình 3.9: Đường quan hệ Q = f1(Z hồ) và m = f2(Q xả) 65

Hình 3.10: Tấm bê tông côt thép gia cố mái hạ lưu đê quai TL 66

Hình 3.11: Tấm bê tông cốt thép gia cố mái hạ lưu đập 67

Hình 3.12: Sơ họa cắt dọc công trình dẫn dòng 69

Hình 3.13: Sơ đồ mặt cắt đo mực nước, vận tốc 71

Hình 3.14: Nước nhảy ngập hạ lưu đê quai thượng 73

PHẦN MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của Đề tài

Sau giai đoạn chặn dòng sông của những công trình thủy lợi, thủy điện lớn làgiai đoạn xả lũ thi công Sự thành bại của việc xả lũ thi công nhất là đối với cáccông 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 giảipháp xây dựng, thi công công trình

Phương án xả lũ thi công hợp lý có liên quan mật thiết với việc thiết kế, bố trítổng thể công trình đầu mối, hệ thống đê quai thượng, hạ lưu, tuynel dẫn dòng tạmthời, cống, tuynel thủy điện Quy mô các công trình này thường rất lớn, chi phí rấttốn kém, vấn đề xử lý kỹ thuật cũng gặp nhiều khó khăn

Với những công trình lưu lượng mùa lũ lớn hàng chục, hàng trăm lần lưulượng mùa kiệt, nếu dùng cống (tuynen) xả lũ mùa kiệt cho mùa lũ thì phải làmnhiều cống tốn nhiều kinh phí

Do đó 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 thicông 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 phầnlưu lượng lũ, lưu lượng còn lại được xả qua đê quai đá đổ hoặc qua đập đá đổ đangđắp dở

Tuy vậy, kinh nghiệm thiết kế cũng như các quy phạm, chỉ dẫn thiết kế về vấn

đề này còn hạn chế, chưa được đề cập nhiều

Giữ ổn định cho đập đá đổ khi xả lũ thi công mỗi công trình dùng giải pháp kỹthuật và biện pháp gia cố khác nhau là một vấn đề cần quan tâm Do đó, việc xácđịnh các yếu tố gây mất ổn định cho 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 kiên cố lại gâylãng 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 đắp dở có ý nghĩa thực tiễn và tính thời sự trong giai 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:

 Sơ đồ 1 (kịch bản 1)

Xả lũ thi công qua cống (tuynel) 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

 Sơ đồ 2 (kịch bản 2)

Xả lũ thi công qua cống (tuynel) và đoạn đập đá đổ đắp dở chịu lực là chính,nghĩa là cao trình đỉnh đoạn đập đá đổ đắp dở cao hơn cao trình đỉnh đê quaithượng lưu và đê quai hạ lưu

Luận văn nghiên cứu theo sơ đồ 1.

Xả lũ thi công qua cống và đê quai đá đổ chịu lực là chính, nghĩa là cao trìnhđỉnh đê quai đá đổ cao hơn cao trình đỉnh đập đá đổ và đê quai hạ lưu

Để có những đánh giá xác thực và tính toán dẫn dòng thi công hợp lý trongthực 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 các yếu tố thủy lực và các giải pháp gia cố khi xả lũ thi công qua đê quai bằng đá đổ”.

2 Mục tiêu của Đề tài

Nghiên cứu đặc điểm, chế độ thủy lực khi xả lũ thi công qua đê quai đá đổ Từ

đó đánh giá các kết cấu gia cố phù hợp cho công trình dẫn dòng

3 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu:

Tổng hợp, thu thập và phân tích các công trình nghiên cứu ở trong và ngoàinước về các phương pháp dẫn dòng thi công qua đập đang thi công như: đập đá đổ,đập đá đổ bê tông bản mặt, đập bê tông và cống dẫn dòng…

- Nghiên cứu tài liệu hướng dẫn, phương pháp tính toán dẫn dòng thi công quađập đang thi công và cống, từ các tài liệu thu thập trong và ngoài nước.

- Tính toán lý thuyết

- Thínghiệm mô hình thủy lực

4 Kết quả dự kiến đạt được:

- Xác định các yếu tố thủy lực với các trường hợp xả lũ thi công khác nhau vớicác cao trình đỉnh đê quai khác nhau

- Xác định giải pháp gia cố với các trường hợp 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 sốphương 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 dòngmùa khô hoặc bố trí các lỗ xả trong thân đập (cống ngầm) để tháo lũ thi công Đốivới 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 tathường phải thiết kế cống ngầm có nhiều khoang (công trình Núi Cốc, Kẻ Gỗ, YênLập, Tuyên Quang, Bản Chát, Bình Điền, Đồng Nai ) Khi thi công xong, người tahoành triệt và chỉ để lại một khoang để dẫn nước tưới lâu dài, các khoang đã hoànhtriệt sẽ trở thành các hành lang kiểm tra và sửa chữa (Bảng 1.1 nêu một số cống dẫndòng)

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) P 10% kiệt

2 Cống dẫn dòng thuỷ điện Bản Chát 1410 2x(5x9) P 10% kiệt

3 Cống dẫn dòng thuỷ điện Sông

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

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

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

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

( Nguồn: Thí nghiệm mô hình thủy lực các công trình thủy điện, thủy lợi –Viện khoa học thủy lợi (2002-2007)).

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 độthủy lực phức tạp, nếu xả với lưu lượng lớn thì số cống tăng lên nhiều, kinh phí chodẫn dòng thi công tăng Do đó thường kết hợp xả lũ thi công với công trình khác

1.1.2 Dẫn dòng qua tuynen

Tuynen 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 phápdẫn dòng qua kênh Việc tính toán thiết kế tương tự như phương pháp dẫn dòng quacống ngầm Thi công tuynen khó khăn và tốn kém nên khi áp dụng phương phápnày cần phải xác định mặt cắt tuy nen sao cho tổng giá thành tuynel và đê quai lànhỏ nhất

Ở Liên Xô và nhiều nước khác những năm cuối thế kỷ20 hầu như các côngtrình thủy lợi, thủy điện lớn đã được xây dựng với các công trình lớn, địa chất là đátốt thường dùng tuynen xả lũ (nêu ở bảng 1.2)

Bảng 1.2: Một số tuynen dẫn dòng trên thế giới

Số lượng tuynen

Rộng, cao hoặc đường kính (m)

Lưu lượng (m 3 /s)

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 quaingăn dòng nhiều đợt Phổ biến nhất là hai đợt, đợt đầu dẫn dòng qua lòng sông thuhẹp để thi công công trình đợt 1 Đợt 2 sẽ ngăn phần lòng sông còn lại và tháo nướcqua các công trình dẫn dòng đã được thi công trong đợt 1 như khe răng lược, cống

xả đáy, lỗ xả sâu, tuynel, tràn tạm hoặc chỗ lõm được chừa lại trên mặt đập (bê tônghoặc 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 hạlưu

để thi công một phần công trình chính và công trình dẫn dòng cho đợt 2 (tất cả đượcgọi là công trình đợt 1) Mùa lũ dòng chảy được dẫn qua phần lòng sông thu hẹp vàtiếp 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 Khidòng 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 năngcủa 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 THẾ GIỚI

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

Nói chung khi xây dựng các đập bằng đất, đá; nước sẽ được tháo qua các tuynel tạm thời hoặc qua các cống đặt ở đáy đập Nếu những tuynen hay cống ngầmdùng để tháo qua lượng lũ lớn nhất thì kích thước của chúng rất lớn mà thời gian sửdụng thì rất ngắn, sẽ không kinh tế

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

Khó khăn chính của phương pháp này là bảo đảm an toàn cho phần đá đổ ởthân 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

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 chưađầy đủ nhất là đặc trưng của dòng thấm khi xả lũ qua đập đá đổ với độ rỗng nhỏ

1.2.1.1 LIÊN XÔ (CŨ)

a Nghiên cứu về chặn dòng

Khả năng cho nước lũ tràn qua đập làm bằng vật liệu địa phương là 1 yêu cầulớn hiện nay được đề ra Về vấn đề này có rất nhiều công trình nghiên cứu Để lớpphủ 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 mộtcách chi tiết sự ổn định của hòn đá nằm trên mặt với phương pháp thi công thả đáchặn dòng lấp sông

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

n – Dung trọng của nước, n=1 tấn/m3

b.Nghiên cứu xả lũ thi công qua đập đá đổ đắp dở( Liên Xô cũ )

Mở đầu

Khi thiết kế các đập cao tại các tuyến hẹp (hình 1.1), cần tính đến khả năng bốtrí đường hầm 1 trong bờ đá nhằm dẫn nước đi tránh công trình đang xây dở Khichưa 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 hiệncác công việc chính liên quan đến đào kênh sau dốc nước tháo lũ cố định 2 và đổ đávào 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:Lựa 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;

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 trìnhtháo 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 việcchính liên quan đến xây dựng đập dâng sẽ bị chậm lại, ảnh hưởng đến tiến độ thi công 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 kinh phí xâydựng tăng 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 thicông 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 mộtđường hầm nhỏ hoặc cống dẫn nước (1’) Cống dẫn nước này về sau có thể sử dụngnhư lỗ xả đáy hoặc cửa lấy nước Trong thời gian xây dựng công trình, nó chủ yếuđược sử dụng để tháo các lưu lượng nhỏ vào mùa kiệt Để tháo những lưu lượng lũlớn bằng những biện pháp phù hợp sử dụng đập đá đổ đang xây dở có vai trò nhưmột công trình tháo lũ tạm thời.

Sau khi tháo lũ năm đầu tiên và mực nước sông hạ xuống, việc xây dựng đậpdâng (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 tươngđối mới và chưa đề cập nhiều Tuy nhiên trong một số điều kiện thuận lợi, phươngpháp này đã được ứng dụng như ở đập Karachunovskaya,thủy điện Nurek,

Toktogun…Trong tương lai, ở những công trình hồ chứa lớn của vùng Xi-bê-ri (Nga) và khu vực phía nam Liên Xô cũ, phương pháp tháo lũ thi công này trongnhiều trường hợp sẽ không những phù hợp mà còn cần thiết nữa

Nghiên cứu về kết cấu gia cố bảo vệ

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

+ 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 cốbằng 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 cũ 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

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

+ 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 trênmái 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.

5- Đá mỏ 6- Đá lớn 7- Các giá đỡ, nơi đá được kết thành khối nhờ bê tông

+ Lát mái bằng các tấm bê tông lắp ghép có để chừa lại các lỗ thoát nước cótính 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

+ 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.

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

Hình1.4: 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,

công trình đang xây dựng cao 35m  175m, trong đó về mặt dẫn dòng thi công vàvượt lũ đã có nhiều kinh nghiệm Nhất là xả lũ qua đập đá đổ đang thi công.

b.Về phương án dẫn dòng và vượt lũ

Thực tiễn

Ở Trung Quốc đập đá đổ bản mặt thường dùng phương án dẫn dòng vượt lũnhư sau: Mùa kiệt đê quai ngăn nước dùng tuynen dẫn dòng Mùa lũ thì lợi dụngthân đập đá đổ đắp dâng cao đến tiêu chuẩn quy định để ngăn nước

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 trướcmùa lũ năm thứ nhất (chỉ lũ lớn), thì tranh thủ đắp đến cao trình thiết kế ngăn nướcvượt lũ (đập đá đổ đa phần đắp theo mặt cắt kinh tế), dùng tuynen dẫn dòng xả lũthi công như công trình Chu Thụ Kiều, Hoa Sơn và đập Đông Tân …

+ 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 nămthứ hai lại dùng thân đập đá đổ sau khi đắp dâng cao để ngăn nước vượt lũ, như công trình Quan Môn Sơn, Tây Bắc Khẩu, Vạn An Khê, Liên Hoa, Thiên SinhKiều

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

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)

công trình dẫn dòng

Tiêu chuẩn vượt lũ thời kỳ thi

lấp sông

Năm hoàn thành

Loại đê

Cao (m)

Dẫn dòng đợt đầu

Sau chặn dòng lũ năm thứ I

Lũ năm thứ II

1 Quan Sơn

Vòmbêtông(trànnước)

Mùakiệt 20Mùa lũ5

Đập cao 2m(tràn nước)

50(ngănnước)

1012 V Kiệt 20

Đập cao 6m(không trànnước)

Đập cao25m

50 (khôngtràn nước)

12/1986 1989

3 Tây Bắc

18,813,215

Đất đá(ngănnước)

20 IV Kiệt 20

Đập cao 31,5

m (tràn nước20m)

>100(ngănnước)

10/1986 1990

TT Tên đập

Đập cao (m)

Tổng dung tích tỷ(m 3 )

Số Tuynen kích thước(m)

công trình dẫn dòng

Tiêu chuẩn vượt lũ thời kỳ thi

lấp sông

Năm hoàn thành

Loại đê

Cao (m)

Dẫn dòng đợt đầu

Sau chặn dòng lũ năm thứ I

Lũ năm thứ II

4 Chu Thụ

Đất đá(ngănnước)

23 IV Kiệt 20

Đập cao 61m(100 ngănnước)

>300(ngănnước)

9/1988 1990

Vòmbêtông(ngănnước)

-Xử lý móngđập xâytường ngăn(tràn nước)

50(ngănnước)

9/1988 1990

6 Vạn An

Khê 93,8 2,28 19,411,6

Đất đá(ngănnước)

20 IV Kiệt 20

Đập cao 8m(không trànnước)

50(ngănnước)

12/1991 1995

7 Hoa Sơn 80,8 0.63 15,56,5 Bê

( 50 ngănnước)

>100(ngăn 3/1991 1994

TT Tên đập

Đập cao (m)

Tổng dung tích tỷ(m 3 )

Số Tuynen kích thước(m)

công trình dẫn dòng

Tiêu chuẩn vượt lũ thời kỳ thi

lấp sông

Năm hoàn thành

Loại đê

Cao (m)

Dẫn dòng đợt đầu

Sau chặn dòng lũ năm thứ I

Lũ năm thứ II

(trànnước)

nước)

Đất đá(trànnước)

16 IV Kiệt 10

Đập cao56.7m (100ngăn nước)

>200(ngănnước)

11/1992 1995

Đất đá(ngăn

Lũ ngăn3Trànnước 20

Đập cao 3m(tràn nước)

100(ngănnước)

Lũ 10

Đập cao 17m(tràn nước30)

Kế hoạch

300 (ngănnước)

10/1994 Đang

xây

TT Tên đập

Đập cao (m)

Tổng dung tích tỷ(m 3 )

Số Tuynen kích thước(m)

công trình dẫn dòng

Tiêu chuẩn vượt lũ thời kỳ thi

lấp sông

Năm hoàn thành

Loại đê

Cao (m)

Dẫn dòng đợt đầu

Sau chặn dòng lũ năm thứ I

Lũ năm thứ II

Lũ 10

Chưa hạmóng (đêquai trànnước)

Kế hoạch

30 (đậpthấp trànnước)

12/1994 Đang

xây

( Nguồn: Đập đá đổ bê tông bản mặt - Nhà xuất bản thủy lợi, thủy điện Trung Quốc, năm 2004)

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

Thủy điện Liên Hoa

Công trình này đã ngăn sông vào tháng 10 năm 1994, hai tuynel dẫn dòng 1214m Sau khi ngăn sông thì bước vào thời kỳ thi công mùa đông, khó khăn rấtlớn Theo thiết kế năm 1995 mùa lũ dùng phương án đê quai tràn nước phối hợp vớiđập thấp được bảo vệ và tuynel dẫn dòng kết hợp tháo lũ Mùa lũ năm 1996 sử dụngphương 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 (bảng 1.4)

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

3 Đơn vị lưu lượng xả nước m 3/s/m 16,2116,13 20

5 Lư u tốc ở mái hạ lưu m/s 9,6615,12 10,27 15,03

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 hơn0,80m, phần hạ lưu dùng bê tông mác 100 để gia cố

3) Mái đập hạ lưu dùng lưới cốt thép gia cố, thép dùng  25mm; khoảng cách lỗ lưới 1515cm; thân đập bên dưới lưới thép đắp đá hộc đường kính không nhỏhơn 20cm, chiều dày đắp 2m, mặt ngang neo thép  32mm dài 10m, khoảngcách 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 látkhan 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

Đập Thiên Sinh Kiều

Do tuynen dẫn dòng và các công trình khác thi công sau, mùa lũ năm 1995 đêquai tràn nước Sau lũ năm 1995 bắt đầu đắp thân đập đoạn lòng sông, mùa lũ thânđập 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 rộnggần 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 10.000m 3/s Do tuynen dẫn dòng và đoạnđập 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 neobảo 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

Tây Bắc Khẩu

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 m 3, 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 trìnhđắp 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

1.2.1.3 PHẦN LAN

Ở Phần Lan đã xây dựng đập bằng đất đá, cao 15m nằm trên thượng lưu sôngKemb 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 thínghiệm 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 liệuthí nghiệm đã lựa chọn:

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

- Lưu lượng tràn 22004800 m 3/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 chốngthấm là cừ thép

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

1.2.1.4 MÔ DĂM BÍCH

Đê quai Kaborbac cũng được gia cố bằng rọ đá Đây là loại đập vòm cao xâydựng 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 đườnghầm tạm thời kích thước 1616m, dài 440m và 500m và nằm ở 2 bờ Những đườnghầm này nhằm để tháo lượng lũ nhỏ 4500 m3/s, trong 9 tháng, 3 tháng còn lại hốmóng có thể bị ngập và thi công tạm dừng Dựa trên tính toán đó thời hạn để xâydựng đập, không kể công tác chuẩn bị là 16 tháng Như vậy hố móng phải trải qua 2lần 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 đá5,8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 lòngsông Theo số liệu thí ngiệm khi lưu lượng của sông vượt quá 4500 m3/s thì các đêquai bị ngập; ứng với lưu lượng tràn 500 m3/s lớp nước trên đỉnh đê quai thượnglưu đạt tới 1,8m, trên đỉnh đê quai hạ lưu 1,1m Đê quai làm việc trong chế độ đậptràn đỉnh rộng, chảy ngập Theo tính toán khi lưu lượng sông 14.500 m3/s, thì lưulượng tràn qua đê quai là 10.000 m3/s, lớp nước tràn trên đê quai thượng lưu10,5m; 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 kếtcấu 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

1.2.1.5 MỸ

Hàng loạt đập tràn bằng đất, gia cố bằng các loại trên, được xây dựng trên sông Iub thuộc miền nam bang Kalifocnia ở Mỹ Ở miền bắc Kalifocnia năm 1965 xây dựng đập Apgevai trên sông Jun, cao 11m Phần tràn của đập đá và bê tông cho phép lượng lũ tràn qua là 2600 m3/s, lớp nước tràn 3m Khi lưu lượng của sông 170

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

Nền đập là loại đất cát pha sỏi nén chặt Để bảo vệ đập khỏi xói dự định phủlớp đá dày 41,2m, kích thước ≥60cm Thành phần hạt của đá đắp đập bao gồm hạt15cm chiếm 50% tổng trọng lượng, hạt 50mm-6%; đá đổ từng lớp 90 cm và đầmchặt

Mặt cắt đập đối xứng với mái dốc 1:2, đỉnh rộng 6,1m Gia cố đỉnh và mái hạlưu bằng lớp đá có cắm cọc thép dày 9,36,2m Kết cấu thép gia cố bao gồm hàngthép 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 =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

1.2.1.6 NAM PHI

Ở Nam Phi để bảo vệ đập Kconk cao 47,5m và đập Braigon cao 51m áp dụnggia cố bằng lưới thép bỏ đá Đá đắp đập Braigon khai thác từ hố móng của đập tràn.Khung lưới thép gồm thanh=38mm, khoảng cách 230cm nằm phía dưới,

=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 từ 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 hoànthiện hơn qua kết quả thí nghiệm trên mô hình và số liệu thu được trong thời gian lũtràn 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 pháhỏng Qua quan sát thấy đá =76mm bị cuốn trôi.

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

- 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 caotrình đỉnh đê quai thượng lưu cao hơn cao trình đỉnh đoạn đập đá đổ đắp dở và đê quai hạ lưu (xem bảng 1.5, hình 1.6)

Lũ thi công xả qua 3 cống hộp (6x6,50m), một đoạn đê quai thượng lưu đá đổ; các thông số dẫn dòng nêu ở bảng 1.5:

Hình 1.5: 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 và1.3):

Ảnh1.1: 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) Hố

móng

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  9m với kinh phíkhoảng 500 tỷ đồng Vì vậy, đã nghiên cứu phương án xả lũ qua 1 tuynel đườngkính 9m 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 ánkhác 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 bịcuốn trôi gây xói lở thân đập

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

- Cao trình đỉnh đập đá đổ 50m, bậc dài 10m, cao 1,5m gia cố bằng thảm rọ đákết cấu lưới thép 3mm 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 dài4,5m, cao 1,5m gia cố bằng khung thép 22mm (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 tiêncủa 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 TCXD VN 285-2002 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 giaiđoạn dẫn dòng phức tạp qua nhiều dạng công trình Sơ đồ dẫn dòng tóm tắt ở bảng 1.7

Bảng 1.7: Sơ đồ dẫn dòng thi công

Tầnsuấtthiết kế

Q dẫndòng (m3/s)

Q lấpsông (m3/s)

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

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

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

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

đổ đang thi công 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

d Khái quát các phương án gia cố

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  9m với kinh phíkhoảng 500 tỷ đồng Vì vậy, đã nghiên cứu phương án xả lũ qua 1 tuynel đườngkính 9m và 1 đoạn đập đá đổ đang thi công dài 210m, cao trình 50m

Để lựa chọn phương án hợp lý đã thiết kế và thí nghiệm với nhiều phương ánkhác 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 bịcuốn trôi gây xói lở thân đập

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

- Cao trình đỉnh đập đá đổ 50m, bậc dài 10m, cao 1,5m gia cố bằng thảm rọ đákết cấu lưới thép 3mm Thảm không chịu được vận tốc lớn hơn 10m/s nên gây dồn

đá ở phần cuối; kết cấu không an toàn Do đó chọn phương án rọ đá đặc biệt

(4x10x1,5)m khiến các viên đá trong thân rọ rung động dịch chuyển mạnh, đá bịdồn về phía đuôi thảm.

- Sau một con lũ xả qua đập đá đổ với thời gian 6 giờ (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 dàikhoảng 30m, đã lôi các loại vật liệu có đường kính bé của lớp IIIB khiến cho lớpvật liệu của thân đập gần các bậc nước bị rỗng, gây ra lún và chuyển dịch đối vớicác thảm rọ đá Hiện tượng này cần được lưu ý khi thiết kế tìm giải pháp khắc phụcnhằm giữ cho khối thảm rọ đá không chỉ qua một con lũ mà cả mùa lũ đều đượcđảm 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 xóicục 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 vaicủa 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/h) lớn hơn nhiều lũ thicông 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

1.3 TÍNH TOÁN DẪN DÒNG

1.3.1 Cơ sở tính toán

Theo sơ đồ dẫn dòng thi công, công tác dẫn dòng thường được thực hiện như sau:

- Năm thứ nhất, mùa kiệt dẫn dòng qua lòng sông thu hẹp, lưu lượng tính toán

Q1 (m3/s) Mùa lũ, dẫn dòng qua lòng sông tự nhiên, lưu lượng tính toán Q2 (m3/s)

- Năm thứ hai, mùa kiệt dẫn dòng qua cống dẫn dòng và đập không tràn xây

dở ở cao trình Y1 (m) với Q 1 (m3/s) Mùa lũ, dẫn dòng qua cống dẫn dòng, đậpkhông tràn xây dở ở cao trình Y1 (m) với Q3 (m3/s)

- Năm thứ ba mùa kiệt dẫn dòng qua cống dẫn dòng với lưu lượng tính toántháng (I-IV) là Q1 (m3/s) Đóng cống dẫn dòng Mùa lũ xả qua tràn vận hành

1.3.2 Công thức tính toán

1.3.2.1 Sơ đồ tính thủy lực dòng sông thu hẹp

Theo tiêu chuẩn TCVN 9160:2012 với lòng sông thu hẹp, độ chênh mực nướcđược xác định như đập tràn đỉnh rộng chảy ngập trong đó cao trình đỉnh ngưỡng làcao trình đáy sông và chiều sâu ngập Hn bằng chiều sâu mực nước hạ lưu

Khi chảy qua lòng sông thu hẹp, độ dâng mực nước thượng lưu khi dòng sông

bị thu hẹp xác định theo công thức:

- g: Gia tốc rơi tự do

- Vs, Vc: Vận tốc trung bình của sông trước đê quây và trên mặt cắt thu hẹpĐường mặt nước trong lòng sông bị thu hẹp được xác định theo công thức:

-L: Khoảng cách giữa mặt cắt i và i+1

-Z: Chênh lệch đường mặt nước giữa mặt cắt i và i+1

- Jtb: Độ dốc mặt nước trung bình giữa mặt cắt i và

i+1 Mực nước thượng lưu: ZTL = L + Z

1.3.2.2 Sơ đồ tính thủy lực cống dẫn dòng

a) Khi cống chảy không áp:

Khi cống chảy không áp, cống sẽ làm việc theo sơ đồ chảy qua đập tràn Khảnăng tháo của cống được xác định theo công thức:

Khi cống chảy có áp, khả năng xả được tính bằng công thức:

Q   . (1-8)

Trong đó:

- Q: Lưu lượng qua cống.

- : Hệ số lưu lượng của cống

- : Diện tích cống