Nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của hố xói sau tràn vận hành đến ổn định bể đập bê tông trọng lực

BỘ CÔNG THƯƠNG
VIỆN NĂNG LƯỢNG



ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP BỘ - 2010



BÁO CÁO TỔNG HỢP
KẾT QUẢ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ ĐỀ TÀI

NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG
CỦA HỐ XÓI SAU TRÀN VẬN HÀNH ĐẾN ỔN
ĐỊNH ĐẬP BÊ TÔNG TRỌNG LỰC

MÃ SỐ ĐỀ TÀI: I170



CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI VIỆN NĂNG LƯỢNG



Nguyễn Danh Oanh


8765
Hà nội 12- 2010
DANH SÁCH THAM GIA THỰC HIỆN

1 Phòng Khoa học và Kỹ thuật- Viện Năng lượng
2 Phòng Thuỷ Điện- Viện Năng lượng
Chủ nhiệm đề tài: TS. Nguyễn Danh Oanh
Tham gia chính:
PGS. TS. Nguyễn Quang Hùng

TS.Lê Xuân Khâm

ThS. Hoàng ĐứcThuật

KS. Đặng Xuân Hanh


MỤC LỤC

Nội dung Trang
Mở đầu 1
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ ĐẬP BÊ TÔNG TRỌNG LỰC VÀ HÌNH
THÀNH HỐ XÓI SAU CÔNG TRÌNH THÁO LŨ
3
1.1 Đập bê tông và đập bê tông trọng lực 3
1.2 Tình hình xây dựng đập bê tông trọng lực 4
1.3 Nối tiếp tiêu năng hạ lưu và tính toán xói nền đá dưới
tác dụng dòng phun
17
Kết luận chương 1 26
Các hình ảnh
Chương 2
PHÂN TÍCH CÁC QUAN DIỂM TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH ĐẬP

BÊ TÔNG TRỌNG LỰC THEO HAI HỆ THỐNG TIÊU
CHUẨN VIỆT-NGA VÀ MỸ
27
2.1 Khái quát 27
2.2 Phương pháp tính theo trạng thái giới hạn (Việt Nam-
Nga)
33
2.3 Phương pháp cân bằng giới hạn (Mỹ) 41
2.4 Phân tích ổn định đập bê tông trọng lực theo các tiêu
chuẩn thiết kế
46
Kết luận chương 2 48
Chương 3
XÂY DỰNG CÔNG NGHỆ TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH TRƯỢT
SÂU CỦA ĐẬP BÊ TÔNG TRỌNG LỰC KHI CÓ XÉT ĐẾN
ẢNH HƯỞNG CỦA SỰ PHÁT TRIỂN HỐ XÓI

49
3.1
Xây dựng công nghệ tính ổn định trượt sâu cho đập bê
tông trọng lực
49
3.2 Kết quả tính toán ổn định trượt sâu 51
3.3 Ứng dụng tính ổn định cho công trình tháo lũ Hua Na 55
Kết luận chương 3 68
Kết luận 69
Tài liệu tham khảo 70
Phụ lục chương 1, chương 3 72

1
MỞ ĐẦU
Việt Nam có khoảng 10.000 đập lớn nhỏ các loại trong đó có khoảng gần 500
đập lớn, là nước có nhiều đập cao trên thế giới. Tuy nhiên sự phân bố về hình loại
đập theo loại vật liệu không đều nhau. Trong số các đập có chiều cao đập nhỏ hơn
100 m thì đập vật liệu địa phương chiếm tới hơn 80%, còn đối với đập có chiều cao
lớn hơn 100m thì đập bê tông nói chung và đậ
p bê tông trọng lực nói riêng lại chiếm
một tỷ lệ đáng kể. Hơn nữa, trong những năm gần đây, đã tiến hành xây dựng hàng
loạt công trình thủy điện với chiều cao đập tương đối lớn đa phần đều sử dụng hình
thức đập bê tông trọng lực.
Ở các hệ thống công trình đầu mối thuỷ lợi - thuỷ điện phải b
ố trí công trình
tháo để xả lưu lượng lũ xuống hạ lưu. Một trong những vấn đề hàng đầu trong
thiết kế, bố trí công trình tháo lũ là giải quyết tốt vấn đề nối tiếp thuỷ lực sau
công trình xả. Các dạng nối tiếp và tiêu năng ở hạ lưu có thể được dùng:
Tiêu năng mũi phóng –dòng phun thường thích hợp với đầu mối có cột
nước cao hoặc vừa n
ền móng bằng đá. Hình thức mặt bằng của thiết bị tiêu năng
dòng phun có loại bề rộng không đổi, kiểu mở rộng và kiểu thu hẹp (bao gồm
kiểu khe hẹp). Mũi hắt nước nhảy có loại liên tục, loại không liên tục và các loại
mũi hắt dị hình khác v.v…
Tiêu năng chảy đáy có thể thích nghi với các loại nền đá hoặc không phải
là đá với yêu cầu đối v
ới trạng thái dòng chảy rất nghiêm khắc Tiêu năng đáy
có bể tiêu năng, bể tường kết hợp kiểu đáy bằng, đáy nghiêng hoặc đáy mở rộng,
đáy thu hẹp v.v… và các loại công trình tiêu năng phụ trợ. Ngoài ra có thể dùng
kiểu tiêu năng dòng mặt, hiệu quả của dạng tiêu năng này so với tiêu năng dòng
đáy không kém hơn nhiều.

Nếu dùng tiêu năng dòng phun cần phải nghiên cứu thận trong do dòng tia
văng xa tạ
o mù ảnh hưởng đến các hạng mục công trình đầu mối và vận hành an
toàn. Nếu gặp các trường hợp sau đây cần phải dùng biện pháp thỏa đáng để xử lý.
Trong nền móng tồn tại mặt tầng đá có đứt gãy kéo dài đến hạ lưu và cấu tạo địa
chất có khả năng bị đào xói cắt đứt, uy hiếp tới an toàn của đập và bộ phận công
trình khác.
− Bờ
dốc có khả năng bị xói đổ, uy hiếp tới ổn định vai đập, lấp đầy kênh dẫn
nước ra và dòng sông hạ lưu.
− Sóng dồn và nước vật hạ lưu uy hiếp an toàn của đập chính và các bộ phận
khác khác, uy hiếp tới vận hành bình thường.

2
− Đặc biệt sự nguy hiểm đối với ổn định của đập khi tràn vận hành được bố trí
ở thân đập bê tông trọng lực hay đập vòm, hố xói nằm ngay chân đập.
Đề tài này tiến hành phân tích sự ổn định của đập bê tông trọng lực khi xét
đến sự ảnh hưởng của việc hình thành hố xói dưới tác dụng của dòng phun. Kết
quả tính toán sẽ xác định được sự khác nhau cơ bản trong hai tr
ường hợp có xét
và không xét đến sự hình thành hố xói.
Việc tính toán thiết kế hiện nay trong nước được quy định bởi các tiêu chuẩn
“Công trình thuỷ lợi- các quy định chủ yếu về thiết kế TCVN -285-2002”, tiêu
chuẩn ngành 14TCN-56-88 “Thiết kế đập bê tông và bê tông cốt thép- tiêu chuẩn
thiết kế”, một số tiêu chuẩn, quy phạm và hướng dẫn khác…
Mục tiêu của đề tài
Nghiên cứu, phân tích, tính toán và đánh giá ảnh hưởng về hình dạng và
kích thước c
ủa hố xói hạ lưu tràn vận hành đến ổn định của đập bê tông trọng
lực. Kiến nghị phương pháp tính toán để có thể áp dụng thực tế ở các công trình

thuỷ điện
Nội dung nghiên cứu
− Tổng quan đập bê tông trọng lực và hành thành hố xói sau công trình
tháo lũ;
− Nghiên cứu lựa chọn mô hình tính toán ổn định khi xét đến hình dạng
và kích thước hố xói;
− Phân tích các yếu tố ả
nh hưởng, chọn số liệu tính toán, phương pháp
tính toán;
− Ứng dụng tính toán cho công trình cụ thể ở Việt Nam
− Kết luận và kiến nghị



3
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ ĐẬP BÊ TÔNG TRỌNG LỰC VÀ HÌNH THÀNH HỐ
XÓI SAU CÔNG TRÌNH THÁO LŨ
1.1. Đập bê tông và bê tông đập trọng lực
Theo tiêu chuẩn 14-TCVN- Thiết kế đập bê tông và bê tông cốt thép-tiêu
chuẩn thiết kế- năm 2003. Theo đó có thể phân loại các đập bê tông và bê tông
cốt thép như hình 1 (bảng 1.1). Đối với các các công trình tháo lũ thì có thể trên
nền đá hoặc trên nền không phải là đá (hình 2).
Đối tượng chính xem xét tính ổn định của đề tài nay tập trung vào loại đậ
p
tràn bê tông trọng lực trên nền đá có kết cấu tiêu năng kiểu dòng phun. Tính toán
độ bền và ổn định của đập được trình bày ở mục 2.1 của chương 2. Việc tính toán
ổn định chống trượt của đập bê tông trong lực thực hiện theo chỉ dẫn của tiêu
chuẩn thiết kế nền của công trình thủy công. Phải xét sự ổn định chống trượt ở
mặt tiếp giáp giữa công trình và nề

n, và cả những mặt trượt tính toán khác có thể
xảy ra, đi qua toàn bộ hay một phần thấp hơn đế móng đập và được xác định
bằng sự có mặt của các lớp kẹp yếu, các khe nứt nghiêng rỗng, các vùng xói lở
trong nền và sự bố trí các công trình nào đó ở hạ lưu đập. Sư ổn định của đập
phải được bảo đảm với tất cả các mặt trượt có th
ể có.
Bảng 1.1. Phân loại đập bê tông









4


Hình 1.1. Phân loại đập bê tông và bê tông

a). Đập tràn mặt, b). Xả sâu, c). Kết hợp xả mặt và sâu
Hình 1.2. Các loại đập tràn bê tông chủ yếu trên nền không phải là đá
1.2. Tình hình xây dựng đập bê tông trọng lực
1.2.1. Tình hình xây dựng đập bê tông trọng lực trên thế giới
Đập trọng lực được cho là đầu tiên trên thế giới được xây dựng tại Jordan
tên là đập Jawa, xây vào khoảng 3000 năm trước Công nguyên. Đập Jawa có
chiều cao 4,5m, dài 80m là đầu mối của một hồ chứa nước làm nhi
ệm vụ cung
cấp nước cho khoảng 2000 người.

5

Hình 1.3 Bản đồ hệ thống cấp nước Jawa

Hình 1.4 Dấu vết của đập Jawa
Những vết tích còn lại cho thấy kết cấu bên trong đập gồm hai tường xây
khép kín, giữa được đắp đất tạo thành lõi dày 2m, phía thượng lưu đập có một lớp
chống thấm. Đập được đảm bảo ổn định bởi khối đất đắp phía hạ lưu có hệ số
mái m=1,0.
Đến năm 54-64 sau Công Nguyên, ở Subiaco thuộc Italy. Người ta đã cho
xây một con đậ
p cao 40m, rộng 13,5m và dài 80m. Đây là đập trọng lực cao nhất
trong số 3 chiếc được xây vào thời La Mã cổ đại ở Italy và tồn tại cho đến năm
1305.
Vào những năm 284 sau công nguyên, có rất nhiều đập trọng lực được xây
dựng ở khu vực bán đảo Iberian, Bắc Phi và Trung Đông, những người La Mã cổ
đại đã tạo một hồ chứa lớn nhất thời đó tại Homs Syria. Đập có chiều dài kỷ l
ục
là 2.000m, cao 7m và rộng 14m, dung tích hồ khoảng 90 triệu m
3
.
Đập bê tông trọng lực được áp dụng khá rộng rãi và phổ biến những năm
30 của thế kỷ 20, nhiều đập bê tông cao đã được xây dựng với mục đích như tưới,
phát điện và cấp nước sinh hoạt… và vấn đề an toàn ổn định là vấn đề quan tâm
hàng đầu khi triển khai xây dựng các đập lớn.
Đập Chambon được xây dựng (1929-1934) trên sông Romanche thuộc tỉnh
Rhône-Aples miền Tây Nam nước Pháp có chiều cao 136,7m là bê tông trọng l
ực
cao nhất Châu Âu trong khoảng 20 năm, bề rộng đỉnh đập là 5m, móng là 70m.

Thể tích đập 415.000 m
3
. Dung tích hồ 51 triệu m
3
nước, lưu vực hồ rộng 220
km
2
trong vùng Alpes nơi có phong cảnh thiên nhiên tuyệt đẹp.
Đập bê tông trọng lực cao nhất là đập Grand Dixence được khởi công năm
1951 và hoàn thành vào năm 1962 tại Swiss Alps với chiều cao 285m.
Tốc độ xây dựng đập trên thế giới tăng nhanh vào những năm 1950 đến
1980, thời kỳ này có khoảng 5.000 đập lớn được xây dựng trên toàn thế giới. Tập

6
trung chủ yếu ở các nước phát triển ở khu vực Bắc Mỹ và Châu Âu, nơi có nền
khoa học kỹ thuật tương đối phát triển.



Hình 1.6 Mặt cắt ngang đập Chambon

Hình 1.5. Đập Chambon, Pháp

7
Theo thống kê của hộ đập cao thế giới (ICOLD), tính đến năm 2000, trên
thế giới đã có khoảng 45.000 đập lớn phân bố ở 140 nước. Năm nước hàng đầu
về xây dựng đập trên thế giới bao gồm Trung Quốc, Mỹ, Ấn Độ, Tây Ban Nha và
Nhật Bản. Số lượng đập trong các nước này chiếm khoảng 80% tổng số các đập
lớn trên thế giới. Chỉ riêng Trung Quốc đã xây dựng kho
ảng 22.000 đập lớn

trong thế kỷ 20 và tập trung vào khoảng thời gian sau năm 1949 (trước năm 1949
Trung Quốc chỉ có 22 đập lớn), các nước khác là Mỹ khoảng 6.575, Ấn độ 4.291,
Nhật Bản 2.675 và Tây Ban Nha khoảng 1.196.
Hiện nay đập bê tông trọng lực chiếm khoảng 12% trong tổng số các loại đập
đã được xây dựng trên thế giới. Với đập cao trên 100m, đập bê tông trọng lực chiếm
khoảng 30%.
Trung Quốc hiện nay đ
ang đứng đầu thế gới về số lượng đập được xây
dựng. Trong quá khứ, đập đã được xây dựng từ thời xa xưa ở Trung Quốc, tại
tỉnh Thiểm Tây, người ta đã cho xây dựng hệ thống thủy lợi Zhibo (năm 453
tr.CN) và Dujiangyan (năm 219 tr.CN) với đập dâng bằng đá xây cao 3,8m rất
nổi tiếng.
Đến đầu thế kỷ XX, những đập bê tông được xây dựng ở vùng
Đông Bắc
cùng với những đập dâng bằng đá xây để cấp nước sinh hoạt và một số đập đất để
lấy nước tưới. Cho đến năm 1949 mới chỉ có 22 đập lớn được xây dựng.


Hình 1.7 Tốc độ phát triển đập từ năm 1900 đến năm 2000

8
Hình 1.8 Tốc độ xây dựng đập trên thế giới trong thế kỷ 20


Trung Quèc
46%
T©y Ban Nha
2%
Ê
n §é

9%
Mü
14%
C¸c n−íc kh¸c
23%
NhËt
6%

Hình 1.9 Tỷ lệ % phân bố đập trên thế giới

Theo thống kê đến năm 1999 đã có 17.526
đập cao trong khoảng 15-30m, 4.578 đập
cao trên 30m, 32 đập cao trên 100m. Do số
đập cao ngày càng nhiều nên vật liệu bê
tông trở nên phổ biến. Đập Tam Hiệp trên
sông Dương Tử có thể tích gần 28 triệu m
3

bê tông, tạo hồ chứa có dung tích 39,3 tỷ
m
3
nước, tràn xả lũ 124.300 m
3
/s và nhà
máy thủy điện có công suất 18,2 GW lớn
nhất thế giới.

Hình 1.10 Đập Tam Hiệp, sông
Dương Tử

9
Hình 1.11. So sánh số lượng đập lớn ở
Trung Quốc với các châu lục
Nguồn: ICOLD-2000

Đầu thế kỷ XXI, hàng loạt đập lớn được
triển khai như: đập vòm Xiluodu cao
273m, và đập trọng lực Xiangjiaba cao
191m trên sông Jinshai, đập vòm cong
theo 2 phương Jinping 1 cao 305m trên
sông Yalong, đập CFR Hongjadu cao
178m trên sông Wu, đập vòm Xiaowan
trên sông Lanciang (thượng nguồn sông Mêkông), đập RCC Longtan cao 216m
trên Hongshui, đập vòm Laxiwa cao 250m trên sông Hoàng Hà, là những đập
lớn vào loại kỷ lục trên thế giới.
Bảng 1.2 Một số công trình đậ
p bê tông lớn ở Trung Quốc
TT
Tên công
trình
Chiều cao
đập (m)
Năm hoàn
thành
Vị trí
1 Yantan 111 1992 Sông Hồng,Quảng Tây
2 Shuikou 101 1993 Sông Mân,Phúc Kiến
3 Jiangya 131 1999 Sông Lâu,Hồ Nam
4 Mianhuatan 115 2001 Sông Thing,Phúc Kiến
5 Dachaoshan 111 2002 Sông Lan Thương, Vân Nam

6 Sufengying 122 2005 Sông Ô,Quý Châu
7 Baise 130
Đang xây
dựng
Sông Thạch, Quảng Tây
8 Jinghong 110
Đang xây
dựng
Sông Lan Thương, Vân Nam
9 Pengshui 116.5
Đang xây
dựng
Sông Ô,Quý Châu
10 Longtan 216.5
Đang xây
dựng
Sông Hồng,Quảng Tây
11 Jinanqiau 161
Đang xây
dựng
Sông Kim Sa,Vân Nam
12 Gelantan 113
Đang xây
dựng
Sông Lý Tiên,Vân Nam
(theo Viện nghiên cứu khảo sát thiết kế Côn Minh KHIDI - Trung Quốc)

Mỹ hiện đang là nước thứ hai trên thế giới về số lượng đập (14%).

10

Bảng 1.3. Một số công trình đập bê tông lớn ở Mỹ
STT Tên công trình
Chiều cao
đập (mét)
Năm hoàn
thành
Trên sông
1 Oroville 262,4 1968 Feather, California
2 Hoover 248,8 1936 Colorado, Nevada
3 Dworshak 244,4 1973
N
. Fork Clearwater, Idaho
4 Glen Canyon 242,0 1964 Colorado, Arizona
5
N
ew Bullards Ba
r
219,8 1969
N
orth Yuba, California
6 Seven Oaks 215,4 1999 Santa Ana, California
7
N
ew Melones 213,0 1979 Stanislaus, California
8 Mossyrock 206,5 1968 Cowlitz, Washington
9 Shasta 205,2 1945 Sacramento, California
10 Don Pedro 199,4 1971 Tuolumne, California
11 Hungry Horse 192,2 1953 S. Fork Flathead, Montana
12 Grand Coulee 187,4 1942 Columbia, Washington
13 Ross 184,0 1949 Skagit, Washington

14 Trinity 183,4 1962 Trinity, California
15 Yellowtail 178,9 1966 Bighorn, Montana
16 Cougar 176,9 1964 S. Fork McKenzie, Oregon
17 Flaming Gorge 171,1 1964 Green, Utah

Hình 1.12. Phân bố đập theo thể loại

11

Hình 1.13.Phân bố đập theo chiều cao
Bảng 1.4. Một số đập cao nhất theo kiểu khác nhau đã xây dựng trên thế giới
Trên thế giới Ở Trung Quốc
Kiểu đập
Tên công
trình
Tên nước
Chiều
cao
Năm
hoàn
thành
Tên công
trình
Chiều
cao
Năm
hoàn
thành
Đập bê tông
trọng lực

Grand
Dixence
Switzerla
nd
285 1961 Three Gorges
(Tam hiệp)
175 2007
Đập vòm Inguri Georgia 272 1980 Ertan 240 1999
Đập vòm
trọng lực
Sayano
Shushensk
Russia 245 1980 Longyangxia 178 1989
Đập trụ
chống
Daniel
Johnson
Canda 214 1968 Hunanzhen 129 1979
Đập đá đổ
bê tông bản
mặt
Aguamilpa Mexico 187 1993 Tiansheng
qiao No.1
178 1999
Đập lõi
Asphalt
Finstertal Austria 96/150 1980 High Island 95/107 1979
Đập đá đổ
lõi đất
Rogun Tadjikist

an
335 Đang
xây
dựng
155 1999
Đập đá xây
trọng lực
Nagarjuna-
sagar
India 125 1974 Qunying 101 1962
Bảng 1.5. Các đập bê tông cao nhất thế giới
TT Tên công trình
Năm
hoàn
thành
Quốc gia Loại đập
Chiều
cao (m)
1 Grande Dixence 1961 Switzerland PG 285
2 Inguri 1980 CIS VA 272
3 Vajont 1961 Italy VA 262
4 Mauvoisin 1957 Switzerland VA 250,5
5 Sayano Shushensk 1989 CIS VA/PG 245
6 Ertan u/c China VA 240

12
7 Kishau 1995 India TE/ER 236
8 El Cajon 1985 Honduras VA 234
9 Chirkey 1978 CIS VA 233
10 Bhakra 1963 India PG 226

11 Hoover 1936 USA VA/PG 221
12 Mrantinje 1976 Yugoslavia VA 220
13 Contra 1965 Switzerland VA 220
14 Dworshak 1973 USA PG 219
15 Glen Canyon 1966 USA VA 216
16 Toktogul 1978 CIS PG 215
17 Daniel Johnson 1968 Canada MV 214
18 Berke u/c Turkey VA 210
19 Luzzone 1963 Switzerland VA 208
20 Lakhwar u/c India PG 204
21 Dez 1962 Iran VA 207
22 Almendra 1970 Spain VA 202
23 Khdoni 1991 CIS VA 201
24 Kolmbrei 1977 Austria VA 200
25 Karun 1 1975 Iran VA 200
26 Zirnapan 1994 Mexico VA 200
27 Itaipu 1982 Brasil/Paraguay TE/PG/ER 196
28 New Bullards Bar 1970 USA VA 194
29 Kurobe 1964 Japan VA 186
30 Zillergrundl 1986 Austria VA 186
31 Mossyrock 1968 USA VA 185
32 VA Oymapinar 1984 Turkey VA 185
1.2.2. Tình hình xây dựng đập bê tông trọng lực ở Việt Nam
Việt Nam có khoảng 10.000 đập lớn nhỏ các loại (phân bố ở 41/63 tỉnh
thành nhưng tập trung chủ yếu ở miền Bắc và miền Trung) trong đó có khoảng
gần 500 đập lớn đứng hàng thứ 16 trong số các nước có nhiều đập cao trên thế
giới. Các đập đã được xây dựng ở Việt Nam chủ yếu là đập vật liệu địa ph
ương,
đập bê tông chiếm một tỷ lệ rất nhỏ.
Trước những năm 30 của thế kỷ 20, ở Việt Nam vẫn chưa có các đập bê

tông trọng lực lớn. Nếu có chủ yếu là các đập bê tông có chiều cao thấp (khoảng
5-10m) với kết cấu đơn giản, dễ thi công, thời điểm này hầu như công tác thiết
kế, nguyên vật liệu và chỉ đạo thi công là do các kỹ sư nướ
c ngoài thực hiện.
Các công trình bê tông xây dựng trong thời gian này hầu như bị hư hỏng
đáng kể sau một thời gian vận hành, nguyên nhân một phần do công tác khảo sát
chưa kỹ, một phần giải pháp công trình chưa hợp lý, công nghệ thi công chưa phù
hợp với điều kiện trong nước.
Trong giai đoạn từ 1930 đến 1945, một số đập bê tông trọng lực được xây
dựng như đập dâng Đô Lương, Nghệ
An làm nhiệm vụ cấp nước tưới, đập Đáy ở
Hà Tây với nhiệm vụ phân lũ, một số đập dâng nhỏ khác như đập dâng An Trạch

13
ở Quảng Nam, đập dâng Cẩm Ly ở Quảng Bình… do các kỹ sư người Pháp thực
hiện, lực lượng cán bộ kỹ thuật của Việt Nam hầu như không có.

Bảng 1.6. Một số đập bê tông lớn được xây dựng ở Việt Nam trước 1945
TT Tên
Chiều cao
đập (m)
Năm xây
dựng
Địa điểm xây dựng
1 Cầu Sơn - 1902
Sông Thương-Bắc
Giang
2 Liễn Sơn 16,35 1914-1917 Sông Phó Đáy
3 Bái Thượng 23,50 1920 Sông Chu-Thanh Hóa
4 Thác Huống 21,13 1922-1929

Sông Cầu-Thái
Nguyên
5 Đồng Cam 22,4 1925-1929
Sông Đà Rằng-Tuy
Hòa, Phú Yên
Từ năm 1945 cho đến 1975, do đặc điểm đất nước bị chiến tranh nên việc
đầu tư xây dựng các công trình thủy lợi bị hạn chế, nhưng đã có những tiêu chuẩn
về thiết kế và thi công bê tông thủy công, cũng có một số đập tràn thấp được xây
dựng trong thời kỳ này như đập tràn thủy điện Thác Bà, đập tràn thủy điện Cấm
Sơn, Đa Nhim…Không có nhiề
u đập bê tông được xây dựng trong thời kỳ này
nhưng các kết quả nghiên cứu đã là nền tảng quan trọng, khởi đầu cho quá trình
phát triển công nghệ xây dựng đập bê tông trong nước.
Từ năm 1975 đến nay, những nghiên cứu thiết kế và công nghệ thi công
đập bê tông trên thế giới đã khá hoàn chỉnh, sự giao lưu về khoa học kỹ thuật
thuận lợi nên việc tiếp thu và ứng dụng công nghệ thiết kế và thi công
đập bê
tông trọng lực trở nên dễ dàng. Cùng với sự phát triển, hiện đại hóa của đất nước,
các công trình thủy lợi, thủy điện được xây dựng ở nhiều nơi, và đập bê tông
cũng trở nên khá phổ biến với quy mô và hình thức ngày càng phong phú. Đầu
mối các công trình như: Hòa Bình, Trị An, Hàm Thuận-Đa My, Tuyên Quang,
Plêikrông, Sê San 3 và Sê San 4, Thạch Nham, Tân Giang, Lòng Sông, Nước
Trong… là những đập bê tông với khối lượng hàng triệu m
3
bê tông, chiều cao
đập đến trên 70m, tự trong nước đảm nhận toàn bộ các khâu từ thiết kế đến thi
công, hoàn thiệt bàn giao vận hành công trình. Điều đó chứng tỏ rằng quy trình
thiết kế, công nghệ thi công đập bê tông trọng lực ở nước ta đã được nghiên cứu,
chuyển giao và phát triển mạnh, các vấn đề về tính toán ổn định công trình bê
tông có chiều cao lớn đã có sự quan tâm và đạt những tiến bộ vượt b

ậc. Tuy
nhiên, trong giai đoạn thiết kế, những nghiên cứu về ổn định công trình bê tông
trọng lực vẫn còn khá mới mẻ và không nhiều, tổng kết kinh nghiệm thực tiễn và
ban hành các tiêu chuẩn, quy phạm riêng vẫn chưa có. Vì vậy, rất cần có những
tổng kết kinh nghiệm và nghiên cứu về đập BTTL ngay từ những ngày đầu áp
dụng để có thể rút ra những kinh nghiệm, bài học thiết thực trong công tác thiết
kế
và thi công những công trình tiếp theo áp dụng công nghệ thiết kế đập BTTL
này.

14
















Trong số các đập có chiều cao đập nhỏ hơn 60m thì đập vật liệu địa
phương chiếm tới hơn 80%, còn đối với đập có chiều cao lớn hơn 60m thì đập bê
tông nói chung và đập bê tông trọng lực nói riêng lại chiếm một tỷ lệ đáng kể.

Hơn nữa, trong những năm gần đây, đã tiến hành xây dựng hàng loạt công trình
thủy điện với chiều cao đập t
ương đối lớn đa phần đều sử dụng hình thức đập bê
tông trọng lực. Thống kê gần 40 đập lớn của các công trình thủy điện đã và đang
xây dựng trong nước cho thấy: trước những năm 2000, các đập lớn hầu hết là đập
vật liệu địa phương (đá đổ, đất đá, đất); sau năm 2000, xu thế gia tăng việc xây
dựng các đập bê tông và đậ
p đá đổ- bê tông bản mặt (bảng 1.7)
Dù kết cấu đập là loại vật liệu gì, ở tất cả các công trình thủy lợi, thủy điên
đều phải bố trí đập tràn tháo lũ. Hầu hết các đập tràn đề bằng vật liệu bê tông
hoặc bê tông cốt thép (trừ một số đập thấp có thể bằng đá hộc, gỗ, cao su…),
trong đó chủ yếu với các đập thấp là đặ
t trên nền không phải là đá và có giải pháp
nối tiếp tiêu năng hạ lưu. Thống kê một số công trình thuỷ điện đã và đang xây
dựng ở nước ta, có các đặc điểm chính về bố trí tổng thể, dạng mặt cắt tràn, nối
tiếp tiêu năng hạ lưu được ghi trong (bảng 1.8). Nhìn chung về hình thức là khá
phong phú về bố trí cũng như ứng dụng các hình thức đập tràn .
Trong các công trình tràn tháo lũ nêu trên, có 4 công trình được thiết kế
tràn xả mặt kết hợp tràn xả sâu với nhiệm vụ chính là tạo dung tích phòng lũ của
hồ chứa.

Bảng 1.7. Tình hình xây dựng các đập lớn thủy điện
STT Tên công trình Tỉnh Công suất Loại đập Chiều cao

Hình 1.14. Toàn cảnh đập bê tông trọng lực Tân Giang nhìn từ hạ lưu

15

(MW) đập (m)
1 Hòa bình Hòa Bình 1920 Đá đổ 128

2 Thác Bà Yên Bái 108 Đất đá 45
3 Trị An Đồng Nai 420 Đất 45
4 Thác Mơ Bình Phước 150 Đất đá 46
5 Vĩnh Sơn Quảng Ngãi 66 Đất 37
6 Sông Hinh Phú Yên 70 Đất đá 42
7 Đa Nhim Ninh Thuận 160 Đất 38
8 Ialy Gia Lai 720 Đá đổ 69
9 Hàm Thuận Lâm Đồng 300 Đá đổ 94
10 Đa Mi Lâm Đồng 175 Đá đổ 69
11 Tuyên Quang Tuyên Quang 342 Bê tông bản mặt 93
12 Sơn La Sơn La 2400 RCC 138
13 Huội Quảng Sơn La 520 CVC 130
14 Bản Chát Lai Châu 220 RCC 104
15 Bản Vẽ Nghệ An 320 RCC 136
16 Quảng Trị Quảng Trị 64 Bê tông bản mặt 75
17 Sông Tranh 2 Quảng Nam 190 RCC 95
18 Sông Ba Hạ Phú yên 220 Đập đất 60
19 An Khe-Kanak Gia Lai 173 Bê tông bản mặt 64
20 A Vương Quảng Nam 210 RCC 82
21 Đồng Nai 3 Lâm Đồng 240 RCC 108
22 Đồng Nai 4 Lâm Đồng 270 RCC 128
23 Đại Ninh Lâm Đồng 300 Đập đá đổ 50
24 Bắc Bình Bình Thuận 33 Đập đất 14
25 Buôn Tou Sarh Đắc Lắc 86 Đập đá đổ 85
26 Buôn Kuop Đắc Lắc 280 Đập đất 30
28 Srêpok 3 Đắc Lắc 220 Đập đá đổ 60
29 Pleikrông Kontum 110 RCC 71
30 Sê San 4 Gia Lai 330 RCC 74
31 Sê San 4a Gia Lai 63 CVC 20
32 Khe bố Nghệ An 90 CVC 35

33 Trung Sơn Thanh Hóa 250 RCC 85
34 Sông Bung 2 Quảng Nam 100 Bê tông bản mặt 100
35 Sông Bung 4 Quảng Nam 145 RCC 110
36 Sông Bung 5 Quảng Nam 60 CVC 40
37 Lai Châu Lai Châu 1200 RCC 130

16
- Đập tràn thuỷ điện Hoà Bình: có 6 cửa tràn mặt xả với lưu lượng Q ≈
24.000m
3
/s và 12 lỗ xả đáy xả với lưu lượng Q ≈ 13.000m
3
/s, tháo lưu lượng tổng
cộng khoảng 36.000m
3
/s ứng với lũ thiết kế.
- Công trình đập tràn thuỷ điện Tuyên Quang có 4 cửa tràn mặt xả có lưu lượng
Q≈11.000m
3
/s, 8 cửa xả đáy xả lưu lượng Q≈7.000 m
3
/s, tháo lưu lượng tổng
cộng khoảng 18.000m
3
/s ứng với lũ thiết kế.
- Đập tràn thuỷ điện Sơn La có 6 cửa tràn mặt xả với lưu lượng Q≈24.000m
3
/s
và 12 lỗ xả sâu có thể xả lưu lượng Q ≈13.000m
3

/s, tháo lưu lượng tổng cộng
khoảng 36.000m
3
/s ứng với lũ thiết kế.
- Đập tràn thuỷ điện hồ chứa Tả Trạch gồm 5 cửa tràn mặt có thể xả được lưu
lượng Q≈5700m
3
/s và 5 lỗ xả đáy có thể xả được lưu lượng Q≈1250m
3
/s, tháo
lưu lượng tổng cộng khoảng 7.000m
3
/s ứng với lũ kiểm tra .
Bảng 1.8. Các đặc điểm chính về thiết kế các đập tràn
Loại bố trí Dạng Tên công trình
Đập tràn bố trí ở
lòng sông
Thác Bà, Trị An, An Khê, Sông Ba
Hạ, Bình Điền, Sông Tranh 2, Đăm
Bri, Sê San 3, Sê San 4,
Bố trí tổng
thể
Đập tràn bố trí ở
bên bờ
Hoà Bình, Ialy, Tuyên Quang, Cửa
Đạt, Sơn La, Tả Trạch, KanaK, Sông
Hinh, Quảng Trị, v.v.
Tiêu năng đáy (bể,
bể tường)
Thác Bà, Trị An, An Khê, Sông Ba

Hạ, Sê san 3, Thác Mơ, BuônTauSra,
A Vương, Bình Điền, Sông Tranh 2,
Sê San 4, Đăm Bri,
Nối tiếp tiêu
năng hạ lưu
Dốc nước -mũi
phun
Hoà Bình, Sơn La, Tuyên Quang,
Quảng Trị, Ialy, Cửa Đạt, Tả Trạch,
Quảng Trị, KaNak, Sông Hinh,
Tràn Đỉnh rộng,
Tràn bên, Ngưỡng
thấp
Vĩnh Sơn, ĐaMi, Ialy, Sông Hinh,
Hàm Thuận, Quảng Trị,
Creager -
Ophixerop
Thác Bà, Hoa Bình, Trị An, Thác Mơ,
Tuyên Quang, Sê San3, Sông Ba Hạ,
BuônTauSra, Sê San 4,
Dạng mặt cắt
tràn
WES Sơn La, Cửa Đạt, Bản Chát, DamBri,
Sông Tranh 2, Tả Trạch, Kanak
Xả kết hợp
(xả mặt+ xả
sâu)
Hoà Bình, Sơn La, Tuyên Quang, Tả
Trạch

17
1.3. Nối tiếp tiêu năng hạ lưu và tính toán xói nền đá dưới tác dụng dòng
phun
1.3.1. Tiêu năng
Tiêu năng phía hạ lưu công trình xả lũ thường dùng kiểu tiêu năng dòng
phun hoặc chảy đáy. Hình thức mũi phóng –dòng phun có thể cùng với việc tạo
hố xói tự tạo hoàn toàn hoặc phải đào trước.Thông thường thì tiêu năng đáy là
đảm bảo tin tưởng hơn cả, tuy nhiên giá thành cao. Song không phải lúc nào cũng
có thể phóng tự do để không ph
ải xây dựng bộ phận công trình tiêu năng.Vấn đề
thuỷ lực nối tiếp giữa công trình xả với hạ lưu cho đến đoạn sông thiên nhiên là
một vấn đề phức tạp mà về mặt lý thuyết khó phản ánh hết các điều kiện muôn
màu muôn vẻ của nối tiếp dòng chảy đã do công trình tạo nên với thiên nhiên về
địa hình, địa chất, thuỷ văn… của lòng dẫn và cả hai b
ờ của hạ lưu.
Để chọn hình thức tiêu năng có thể căn cứ vào chiều cao đập và chiều dài
tương đối của tuyến tràn.
Bảng 1.9. Chọn sơ đồ nối tiếp thượng hạ lưu
Chiều dài tương
đối của tuyến tràn
Chiều cao đập Sơ đồ nối tiếp thượng hạ lưu
Tới 40m
− Nước nhảy đáy
− Nước nhảy mặt không ngập(*)
L/H>3
Trên 40m
− Hất dòng chảy bằng mũi phun
L/H<3 Bất kỳ
− Nước nhảy đáy

(*) Khi có luận chứng về mặt thủy lực, cho phép nối tiếp thượng hạ lưu bằng
nước nhảy không ngập đối với đập cao hơn 40m
Tiêu năng dòng phun là biện pháp tiêu năng vừa an toàn vừa kinh tế. Nó
chủ yếu nhờ vào mũi hắt khiến cho dòng chảy có tốc độ lớn vọt xa chân công
trình và hoà nhập với nước ở hạ lưu của lòng sông. Nền đá bền cứng có tính năng
chống xói khá tốt, nên đối với đầu mối có thuỷ đầu cao, dùng tiêu năng dòng
phun là thích hợp. Hình thức nối tiếp tiêu năng của tràn xả lũ kiểu dòng phun ở
Trung Quốc 85%, còn lại 15% đều dùng tiêu năng đáy; ở các nước khác 75%
dùng kiểu dòng phun còn lại 25% dùng kiểu tiêu năng đáy hoặc mặt. Ở Việt nam,
đại đa số các công trình thuỷ điện loại lớn và vừa được ứng dụng tiêu năng xả lũ
kiểu dòng phun. Một số điểm hạn chế khi áp dụng nối tiếp hình thức tiêu năng
dòng phun, cần có biện pháp xử lý thoả đáng và khi thiế
t kế tiêu năng nên chú ý
đầy đủ các yếu tố bất lợi sau đây:
− Đối với trường hợp đập tràn xả lũ đặt cạnh đập vật liệu địa phương, cần chú ý
tới dòng phun gây ra dòng chảy quẩn hạ lưu làm xói lở chân đập.

18
− Tạo sương mù trong quá trình nước nhảy sẽ ảnh hưởng tới vận hành trạm thuỷ
điện và giao thông đầu mối, khi thiết kế bố trí đầu mối cần phải tính kỹ tới điều
này.
− Nếu nền móng mềm yếu vài kéo dài đến tận hạ lưu và cấu tạo địa chất có khả
năng bị dòng chảy có động năng cực lớn trự
c tiếp đào xói cắt đứt thì có thể gây
nguy hại đến ổn định của nền và bờ.
− Bờ dốc có khả năng bị xói sập hoặc do trạng thái dòng chảy vòng xoáy đào
xói làm nguy hại tới ổn định vai đâp, bồi lấp dòng sông hạ lưu hoặc kênh dẫn
phía sau hoặc tạo nên khối lượng xử lý công trình quá lớn.
− Sóng vỗ do nước nhảy và dòng xoáy sẽ uy hiếp tới trạ
m thuỷ điện và âu

thuyền hoạt động bình thường.
Thực tế chế độ làm việc của các công trình xả thuộc các công trình thủy điện
Việt Nam, cho thấy mặc dù vận hành chưa đạt lưu lượng thiết kế (khoảng 40-50%),
nhưng ở hạ lưu công trình xả và đập dâng nước đã có những ảnh hưởng xấu làm sạt
lở chân đập hạ lưu và bờ sông (Thác Bà, Hoà Bình, Ialy v.v…)
điều đó cho thấy
việc tính toán và nghiên cứu về tiêu năng sau chưa thật sự hoàn chỉnh.Vấn đề đặt ra
là nếu vận hành đầy đủ 100% công suất xả thiết kế thì điều gì sẽ sảy ra đối với hạ
lưu.
Việc tạo ra hố xói “ nhân tạo” hoặc “thiên nhiên” cần được tính toán kỹ
lưỡng cùng với việc nghiên cứu mô hình thuỷ lực (mô hình không xói và mô hình
xói được) với nhiề
u cấp lưu lượng và nhiều chế độ mực nước thượng hạ lưu. Một số
điểm hạn chế khi áp dụng nối tiếp hình thức tiêu năng dòng phun, cần có biện pháp
xử lý thoả đáng và khi thiết kế tiêu năng cần chú ý đầy đủ các yếu tố bất lợi
Hiện nay trong TCVN chưa quy định về tần suất lũ cho thiết kế tiêu năng
phòng xói. Vấn đề
chọn lưu lượng thiết kế tiêu năng phòng xói cũng cần đươc quy
định rõ ràng theo mức độ ảnh hưởng đến an toàn công trình chính và hạ lưu. Đây là
vấn đề có ý nghĩa về cả kỹ thuật và kinh tế. Theo chúng tôi có thể tham khảo các
kinh nghiệm của Trung Quốc để áp dụng.
Thực tế vận hành các công trình tràn mới chỉ khoảng 1/2 đến 1/3 khả năng xả
theo thiết kế cho thấy, nhìn chung các thiết kế n
ối tiếp tiêu hạ lưu và tiêu năng
tương đối phù hợp. Công trình tràn vận hành an toàn, có một số sự cố nhỏ nhưng
chưa có ảnh hưởng lớn đến tuyến áp lực và hạ lưu. Trong các công trình đã xây
dựng, các thuỷ điện Trị An, Thác Mơ, Vĩnh Sơn, Đrâyhlinh, phía hạ lưu cận công
trình không có những nguy hiểm đe dọa. Hai công trình Trị An và Thác Mơ có công

19

trình nối tiếp theo kiểu cổ điển bể tiêu năng sâu, chế độ nối tiếp thuỷ lực thượng hạ
lưu rõ ràng.
Công trình Thác Bà tuy có bể tiêu năng nhưng về cơ bản là không đủ chiều
dài, mũi phóng của khoảng giữa lại phóng đúng vào sân sau nên chế độ tiêu năng
hết sức phức tạp. Chỉ qua lũ năm 1971 trong lúc thi công cũng như xả lưu lượng qua
tràn năm 1990 đủ
gây hư hại cho phía sau sân sau, năm 2000 đã phải tiến hành sửa
chữa. Nếu xả lũ thường xuyên hơn như các công trình điều tiết mùa (Hoà Bình, Trị
An…) thì chắc công trình đã hư hỏng nhiều hơn, nặng hơn. Quan niệm cho rằng
việc đan chéo các dòng chảy khi phóng ra sẽ có hiệu quả tiêu năng lớn nên làm bể
tiêu năng quá ngắn, khoang tràn giữa lại cho phóng ra sân sau thì dù là đá xốp cũng
đã bị trôi, thậm trí dù là bê tông cố
t thép với động năng ấy cũng không chịu nổi.
Công trình thủy điện Hoà Bình, nối tiếp hạ lưu có dạng dốc nước với mũi
phun, hố xói được “nổ mìn trước” nhưng không bốc dỡ sẽ hình thành dần trong quá
trình xả lũ. Thực tế hố xói hiện nay được đào sâu khoảng 15m với lưu lượng xả tối
đa khoảng 11.000 m
3
/s.
Đập Hoà Bình, đã trên 10 năm vận hành, qua các mùa lũ, công tác gia cố, xử
lý chân đập đều phải thực hiện thường xuyên. Hư hỏng nhiều nhất và phải chi phí
tốn kém nhiều tập trung vào những năm đầu (1990,1991); các năm ấy thực tế lưu
lượng xả mới chỉ bằng khoảng 30% lưu lượng thiết kế. Nếu như xẩy ra lưu lượng
lớn hơn thì chưa thể
dự báo được sự phá hoại của nó đến mức độ nào (chưa nói đến
xả lưu lượng thiết kế). Các giải pháp thiết kế để gia cố những năm qua nhằm mục
đích chống với lũ thiết kế, nhưng thực tế như đã nói trên, chỉ mới xảy ra lưu lượng
khoảng 30% thiết kế mà khối lượng xử lý đến con số không nhỏ.V
ề nghiên cứu
thuỷ lực công trình xả lũ, cơ quan thiết kế đã thành công khi áp dụng lý thuyết điều

khiển dòng xiết để bố trí kết cấu dốc nước có độ dốc 2 chiều, phân tán lưu lượng
đơn vị từ 380m
3
/s/m tại đầu dốc thành 268m
3
/s/m ở mặt cắt cuối dốc. Trong điều
kiện cụ thể này nếu không áp dụng giải pháp trên thì tình hình nối tiếp còn gặp
nhiều phức tạp hơn.
Công trình Yali có tuyến xả ở đập tràn gần như thẳng góc với sông, làm giảm
khối lượng đào hố xói và do hiệu quả tiêu năng là tối đa ở vùng dòng phóng ra giữa
sông, sẽ làm cho công trình chuyển tiếp làm việc ổn định hơn, ít uy hiế
p đến chân
dốc nước và phía bên kia bờ (có đường ở cao độ cao) cũng như đất đá “ lấp lại” ở
kênh ra của nhà máy thuỷ điện Yali nằm ở hạ lưu. Đây cũng là vấn đề phức tạp, cần
rút kinh nghiệm về tầm quan trọng của công trình nối tiếp thuỷ lực thượng hạ lưu.
Nhưng quá trình thi công đã bị sạt lở phần chân khay cuối tràn do n
ền bị xói.

20
1.3.2. Dự báo chiều sâu xói
Sự an toàn của đập khi xảy ra lũ phải được bảo đảm bởi khả năng tháo của
các công trình. Công trình tháo lũ được thiết kế cho trận lũ theo tiêu chuẩn khác
nhau của từng nước; hơn nữa, đập phải không bị nguy hiểm khi gặp các trận lũ
cao hơn, gọi là lũ kiểm tra, có thể là lũ nằm giữa 10000 năm và PMF. Tại vùng
ảnh hưởng của dòng phun năng l
ượng dư thừa lớn, lòng sông sẽ bị xói, có thể đạt
đến một độ
sâu lớn đe
doạ sự ổn
định của các

mái hạ lưu,
trong một số
trường hợp
thì nền móng
đập và vai
đập cũng bị
nguy hiểm.
Điều kiện xói
đặc biệt nguy
hiểm xảy ra
trong trường hợp là đập bê tông hay đập vòm bê tông ở thung lũng hẹp với lưu
lượng lũ lớn. Trong thiết kế đập ngày nay có xu hướng tăng lưu lượng đơn vị
Hình 1.15. Sơ đồ tính dòng phun và độ sâu xói
a
D
ϕ
H
m
n
b
o
v
o
m
v
m
v
2
2g
H

o
α
θ
s
h
H
k
t
T
H'
h
l
Quan hệ độ sâu xói Y=f(q,Z)
30.0
40.0
50.0
60.0
70.0
80.0
90.0
20.00 25.00 30.00 35.00 40.00 45.00 50.00
Trị số q
0.5
H
0.25
Y(m)
Tính toán
Các giá trị thực nghiệm

Hình 1.16. Kết quả tính và thí nghiệm độ sâu xói

21
của dòng phun vận tốc cao. Nếu tràn có mũi hắt với các cửa van đóng mở, lưu
lượng đơn vị nằm trong khoảng từ 200÷300m
3
/sm không còn hiếm gặp nữa. Đối
với tràn ở đập vòm thì lưu lượng đơn vị thiết kế ngày nay lên tới 70m
3
/sm và tới
120m
3
/sm, tràn qua lỗ xả ở cao trình thấp có thể xả đến 300÷400m
3
/sm.
Các phương pháp hiện nay dùng để tính xói được nhóm lại như sau
(Bollaert & Schleiss 2002 [1]): công thức kinh nghiệm do quan trắc trong phòng
thí nghiệm và ngoài hiện trường; công thức kết hợp việc quan trắc trong phòng
thí nghiệm, ngoài hiện trường với việc phân tích bản chất vật lý; công thức dựa
vào các giá trị áp lực dao động tại đáy hố xói, sự sai khác giữa áp lực tức thời và
áp lực trung bình theo thời gian có xem xét đặc điểm của đá, dựa trên các áp lực
nước trong các khe nứt đá.
Quá trình xói phức tạp đã được giản hoá đi bằng các công thức kinh
nghiệm với một vài thông số. Chiều sâu xói cuối cùng Y được đo từ mực nước hạ
lưu (hình 1.3) được xem là hàm số của: lưu lượng đơn vị q(m
2
/s), chiều cao cột
nước rơi của dòng phun H(m), độ sâu mực nước hạ lưu h
h
(m), kích cỡ hoặc
đường kính viên đá d (m), chiều sâu xói tính từ đáy sông ban đầu t

k
(m). Hầu hết
các công thức được viết dưới dạng:

z
m
v
wxy
hk
dg
hqH
KhtY =+=
(1.1)
Hiện nay, có thể thống kê được khoảng 40 công thức tính toán xói hiện
hành. Số lượng các công thức tương đối nhiều; các yếu tố ảnh hưởng được các
học giả xem xét, điều kiện thực nghiệm và áp dụng thực tế cũng rất khác nhau.
Với số lượng công thức nhiều như trên đã nêu, việc chọn công thức dự tính xói là
khó khăn và cần có sự lựa chọn rất cẩ
n thận các phương trình thích hợp được áp
dụng cho mỗi một công trình.
Để tránh phá hoại do xói, hai phương pháp sau đây là có thể: Một là tránh
hình thành xói một cách toàn diện lan rộng, hai là giới hạn vị trí và phạm vi xói.
Do các công trình kiểm soát xói là khá đắt, thường chỉ phương pháp thứ hai là
thường khả thi về kinh tế. Phạm vi xói bị chi phối bởi các biện pháp sau: Giới
hạn lưu lượng đơn vị qua tràn, hoà khí và làm phân tán dòng phun, tăng độ sâu
mực nước hạ lư
u bằng cách xây đập ở hạ lưu, đào trước hố xói, gia cố hố xói
bằng bê tông
Nghiên cứu mô hình thủy lực vẫn là phương pháp tiếp cận tốt nhất cho xói
nền đá. Có thể có một vài phương pháp mô hình hoá nền đá sau đây: Một là mô

hình hóa nền đá bởi vật liệu rời, với kích thước viên đá rời có đường kính trong

22
mô hình được tính đổi từ kích thước khối đá ở nguyên hình theo tỉ lệ hình học
hoặc được qui đổi từ vận tốc xói cho phép của nền đá. Hai là mô hình hóa nền đá
bởi vật liệu dính, với kích thước các viên đá như trong mô hình rời, được kết hợp
với chất kết dính kết như xi măng, thạch cao, bentonit, bột sắt… Ba là mô hình
hóa nền đá bởi vật liệu thành khối xếp l
ớp kể đến thớ nghiêng của lớp đá có chất
kết dính. Thông thường thì phương pháp (1), (2) hoặc kết hợp (1) và (2) được sử
dụng nhiều nhất do đảm bảo độ tin cậy và dễ thực hiện trong thực tế.
Trong [4], đã tiến hành thí nghiệm xói nền đá hạ lưu dưới tác dụng của
dòng phun với khoảng 50 trường hợp khác nhau, với sự thay đổi các thông số lưu
lượng
đơn vị q (m
2
/s), chiều cao cột nước rơi của dòng phun H(m), độ sâu mực
nước hạ lưu hh.v.v.v. Kết quả đo độ xâu xói cuối cùng được ghi ở bảng 3. Phân
tích kết quả cho thấy, độ sâu xói tăng khi lưu lượng đơn vị tăng hoặc độ chênh
mức nước thượng hạ lưu tăng, phản ánh đúng các quy luật đã được công bố. Tuy
vậy, giá trị thí nghiệm đo được tương
đối phân tán. Kết quả được so sánh với
công thức tính độ sâu xói, hiện nay được sử dụng khá phổ biến ở Trung Quốc, có
dạng:

25,05,0
HKqY =
(1.2)
Đa số các mẫu đo có giá trị đo sai khác với tính toán khoảng 10%, một số
mẫu có sai số lớn hơn từ 20-30%. Điều đó có thể lý giải sự phức tạp của nghiên

cứu, sai số của mô hình, sai số đo và kích cỡ vật liệu, điều kiện thí nghiệm,…,
mặt khác công thức (1.2) cũng là gần đúng được xây dựng từ kết quả thực
nghiệ
m.
Công thức dự tính xói là khá nhiều, kết quả tính toán của các công thức
thông thường lại rất sai khác nhau. Nên lựa chọn các công thức đơn giản, dễ tính
toán và tránh phải xác định các yếu tố trung gian mà nó đôi khi khó xác định và
gặp phải sai số lớn. Lựa chọn cẩn thận công thức thích hợp áp dụng cho mỗi một
công trình cụ thể để phản ánh được các yếu tố cơ bản về thuỷ lực cũ
ng như đặc
điểm của nền đá, và những ảnh hưởng đến xói nền đá. Có thể so sánh kết quả tính
toán của một vài công thức khác nhau để quyết định. Theo nghiên cứu, cho thấy
việc sử dụng công thức (1.2)[3], để tính toán dự báo chiều sâu hố xói là có thể
chấp nhận được. Đôi khi các phép đo chiều sâu xói nguyên mẫu của một đập
đang tồn tại với điề
u kiện địa chất tương tự và dự đoán cho công trình cần tính là
rất hiệu quả.
Để kiểm tra và dò tìm thông số cho các mô hình xói phức tạp, các dữ liệu
quan trắc xói nguyên mẫu chi tiết về sự phát triển xói với đầy đủ dữ liệu về lưu