Giáo trình thủy công

www.vncold.vn

H i

p l n và Phát tri n ngu n n

c Vi t Nam

Gs. Ts. Ngô Trí Viềng (Chủ biên), pgs. Ts. Phạm ngọc quý,
Gs. Ts. Nguyễn Văn Mạo, pgs. Ts. Nguyễn chiến,
Pgs. Ts. Nguyễn phơng mậu, ts. Phạm văn quốc

Tập II

Nh xuất bản xây dựng
H Nội - 2004

1


www.vncold.vn

H i

p l n và Phát tri n ngu n n

c Vi t Nam

Lời nói đầu
Bộ giáo trình Thuỷ công gåm 2 tËp do Bé m«n Thủ c«ng - Tr−êng Đại học Thuỷ
lợi biên soạn v đợc xuất bản năm 1988 - 1989 đà góp phần to lớn vo việc giảng dạy môn

Thuỷ công cho các đối tợng sinh viên các ngnh học khác nhau của Trờng Đại học Thuỷ
lợi. Mời lăm năm qua, nền khoa học kỹ thuật thuỷ lợi nớc nh tiếp tục có những bớc
phát triển mạnh mẽ v những đóng góp to lớn cho công cuộc công nghiệp hoá, hiện đại
hoá đất nớc, đặc biệt l trong lĩnh vực nông nghiệp v phát triển nông thôn. Nhiều công
trình thuỷ lợi lớn đà v đang đợc xây dựng nh thuỷ điện Yaly, Hm Thuận - Đa Mi, hệ
thống tiêu úng, thoát lũ đồng bằng sông Cửu Long, các hồ chứa Ya Yun hạ, Đá Bn, Sông
Quao v.v... Nhiều vấn đề khoa học kỹ thuật thuỷ lợi đang đợc tổng kết, hệ thống hoá; nhiều
hình loại công trình, chủng loại vật liệu mới đà đợc áp dụng ở Việt Nam trong những năm qua;
một số quy trình quy phạm mới đà đợc phổ biến v áp dụng.
Để không ngừng nâng cao chất lợng đo tạo chuyên môn, đáp ứng sự phát triển đa
dạng v phong phú của kỹ thuật thuỷ lợi v ti nguyên nớc trong giai đoạn mới, Bộ môn
Thuỷ công Trờng Đại học Thuỷ lợi tổ chức biên soạn lại giáo trình ny. Khi biên soạn,
các tác giả đà theo đúng phơng châm cơ bản, hiện đại, Việt Nam, dựa trên cơ sở của
giáo trình cũ, cố gắng cập nhật các kiến thức, thông tin về các khái niệm v phơng pháp
tính toán mới, các loại vật liệu v hình thức kết cấu công trình mới.
Ton bộ giáo trình thuỷ công gồm 5 phần v chia thnh 2 tập.
Tập I gồm:
- Phần I: Công trình thuỷ lợi - kiến thức chung và các cơ sở tính toán;
- Phần II: Các loại đập.
Tập II gồm:
- Phần III: Các công trình tháo nớc, lấy nớc và dẫn nớc.
- Phần IV: Các công trình chuyên môn
- Phần V: Khảo sát, thiết kế, quản lý và nghiên cứu công trình thuỷ lợi.
Tham gia biên soạn tập II gồm: GS. TS. Ngô Trí Viềng chủ biên v viết các
chơng 12, 22; PGS. TS. Phạm Ngọc Quý viết chơng 13, 14; GS. TS. Nguyễn Văn Mạo
viết chơng 15, 16; PGS. TS. Nguyễn ChiÕn viÕt ch−¬ng 17; PGS. TS. Ngun Ph−¬ng MËu
viÕt ch−¬ng 18, 19; v TS. Phạm Văn Quốc viết chơng 20, 21.
Giáo trình ny dùng lm ti liệu học tập cho sinh viên ngnh Thuỷ lợi v ti liệu
tham khảo cho c¸n bé khoa häc kü thuËt khi thiÕt kÕ vμ nghiên cứu các công trình thuỷ lợi.
Các tác giả xin chân thnh cảm ơn lÃnh đạo Vụ Khoa học công nghệ v chất lợng

sản phẩm - Bộ Nông nghiệp v phát triển nông thôn, lÃnh đạo Trờng Đại học Thuỷ lợi v
Nh xuất bản Xây dựng đà khuyến khích v tạo mọi điều kiện để sách đợc xuất bản.
Chúng tôi mong nhận đợc những ý kiến đóng góp của quý bạn đọc. Các ý kiến xin
gửi về Bộ môn Thuỷ công - Trờng Đại học thuỷ lợi.
Xin chân thnh cảm ơn.
Các tác giả

2


www.vncold.vn

H i

p l n và Phát tri n ngu n n

c Vi t Nam

Phần III
Các công trình tháo nớc, lấy nớc v dẫn nớc
Chơng 12 - Công trình tháo lũ
Đ12.1. Mục đích yêu cầu

w
w
w
.v

nc
ol

d.
v

n

Khi xây dựng đầu mối công trình hồ chứa nớc, ngoi đập, công trình lấy nớc v
một số công trình phục vụ cho mục đích chuyên môn, cần phải xây dựng công trình để tháo
một phần nớc thừa hoặc tháo cạn một phần hay ton bộ hồ chứa để kiểm tra sửa chữa,
đảm bảo hồ chứa lm việc bình thờng v an ton.
Thiết kế công trình tháo lũ trớc hết phải xác định lu lợng thiết kế tháo qua công
trình. Dựa vo quy phạm, xác định tần suất lũ thiết kế v qua tính toán điều tiết hồ, xác
định đợc lu lợng thiết kế phải tháo qua công trình tháo lũ. Lúc tính lu lợng qua
công trình tháo lũ, cần xét đến lu lợng tháo qua các công trình khác nh qua nh máy
thuỷ điện, âu thuyền v.v...
Trong các công trình đầu mối, có thể lm công trình ngăn nớc v tháo nớc kết
hợp, cũng có thể lm riêng công trình tháo ở bên bờ. Đối với đập bêtông trọng lực v
bêtông cốt thép, thờng bố trí công trình tháo nớc ngay trên thân đập. Đối với các đập
dùng vật liệu tại chỗ, đập vòm, bản chống, liên vòm thì công trình tháo lũ đợc tách riêng
gọi l đờng trn lũ bên bờ; trờng hợp cá biệt có thể kết hợp ngăn nớc v tháo nớc
nhng phải thËn träng.
§−êng trμn lị cã thĨ cã cưa van khèng chÕ, cịng cã thĨ kh«ng cã. Khi kh«ng cã
cưa van, cao tr×nh ng−ìng trμn võa b»ng cao tr×nh mùc n−íc dâng bình thờng. Lúc mực
nớc trong hồ bắt đầu dâng lên v cao hơn ngỡng trn thì nớc trong hồ tự động chảy
xuống hạ lu. Khi đờng trn có cửa van khống chế, cao trình ngỡng trn thấp hơn mực
nớc dâng bình thờng. Lúc đó cần có dự báo lũ, quan sát mực nớc trong hồ chứa để xác
định thời điểm mở cửa trn v điều chỉnh lu lợng tháo. Về giá thnh của đờng trn lũ thì
loại không có cửa van rẻ hơn loại có cửa van, việc quản lý khai thác cũng đơn giản. Nhng
tháo nớc cùng một lu lợng thì loại không có cửa van cần một mực nớc trong hồ cao
hơn. Muốn giảm thấp mực nớc trong hồ cần phải tăng chiều rộng đờng trn, nh vậy tăng
khối lợng đo, giá thnh của ton bộ công trình đầu mối có thể tăng lên. Khi công tác dự

báo lũ lm tốt, thiết kế đờng trn có cửa van khống chế có thể kết hợp dung tích phòng lũ
với dung tích hữu ích, lúc đó hiệu quả công trình sẽ tăng lên. Cho nên, với hệ thống công
trình tơng đối lớn, dung tích phòng lũ lớn, khu vực ngập ở thợng lu rộng thì thờng
dùng loại đờng trn có cửa van khống chế. Đối với hệ thống công trình nhỏ, tổn thất ngập
lụt không lớn, thờng dùng đờng trn không có cửa van.
Khi thiết kế đầu mối thuỷ lợi, cần nghiên cứu nhiều phơng án để chọn cách bố trí, hình
thức, kích thớc công trình tháo lũ cho hợp lý nhất về mặt kỹ thuật (tháo lũ tốt, an ton, chủ động)
v kinh tế (vốn đầu t ton bé hÖ thèng Ýt nhÊt).

3


www.vncold.vn

H i

p l n và Phát tri n ngu n n

c Vi t Nam

nc
ol
d.
v

n

Đ12.2. Phân loại
Có nhiều loại công trình tháo lũ. Căn cứ vo cao trình cửa vo công trình tháo lũ, có
thể phân lm hai loại: Công trình tháo lũ dới sâu v công trình tháo lũ trên mặt.

I. Công trình tháo lũ dới sâu
Công trình loại ny đợc đặt ở đáy đập (cống ngầm), trong thân đập bêtông (đờng
ống), có thể đặt ở bờ (đờng hầm) khi điều kiện địa hình, địa chất cho phép. Với loại ny
có thể tháo đợc nớc trong hồ chứa với bất kỳ mực nớc no, thậm chí có thể tháo cạn hồ.
Loại ny không những dùng để tháo lũ, m còn tuỳ cao trình, vị trí v mục đích sử dụng có
thể dùng để dẫn dòng thi công lúc xây dựng, tháo bùn cát trong hồ, hoặc lấy nớc tới, phát
điện. Do ®ã t ®iỊu kiƯn cơ thĨ mμ cã thĨ kết hợp nhiều mục đích khác nhau trong một
công trình tháo nớc dới sâu.
II. Công trình tháo lũ trên mặt
Loại ny thờng đặt ở cao trình tơng đối cao. Do cao trình ngỡng trn cao, nên
chỉ có thể dùng để tháo dung tích phòng lũ của hồ chứa. Dựa vo hình thức, cấu tạo công
trình tháo lũ trên mặt có thể phân thnh đập trn trọng lực, đờng trn dọc, đờng trn
ngang (máng trn bên), xi phông tháo lũ, giếng tháo lũ, đờng trn kiểu gáo v.v...
Đối với từng đầu mối công trình chúng ta cần phân tích kỹ đặc điểm lm việc, điều
kiện địa hình, địa chất v thủy văn, các yêu cầu về thi công, quản lý, khai thác ... để chọn
công trình tháo lũ thích hợp.
Trong chơng ny, chủ yếu trình by các công trình tháo lũ trên mặt, còn công trình
tháo lũ dới sâu trình by ở chơng 15.

w
w
w
.v

Đ12.3. Đập trn trọng lực
Đập trn trọng lực l công trình vừa ngăn nớc, vừa tháo nớc, vì thế không cần xây
dựng thêm các công trình tháo nớc khác ngoi thân đập, đó l u điểm lớn của đập trn
trọng lực. Đập trn trọng lực có khả năng tháo nớc lớn, việc bố trí v đóng mở cửa van
thn tiƯn. Ngμy nay, do sù ph¸t triĨn vỊ khoa học kỹ thuật thuỷ lợi hiện đại đà cho phép
xây dựng các loại đập trn cao đến 200m. Xây dựng đợc loại đập trn cao do điều kiện địa

chất v kết cấu quyết định, ngoi ra cần phải giải quyết các vấn đề dòng chảy có lu tốc lớn
nh dòng chảy hm khí, mạch động, khí thực, tiêu năng hạ lu v.v...

I. Bố trí đập tràn

Việc bố trí đập trn tháo lũ trong đầu mối công trình có quan hệ đến điều kiện địa
chất, địa hình, lu lợng tháo, lu tốc cho phép ở hạ lu...
Khi lu lợng tháo lớn, cột nớc nhỏ, lòng sông không ổn định v nền không phải
l đá có cấu tạo địa chất phức tạp thì hình thức v bố trí đập trn có ý nghĩa quyết định. Khi
cột nớc lớn, phải tiêu hao năng lợng lớn, việc chọn vị trí đập trn có ý nghĩa quan trọng.
Khi thiết kế đập trn, cần cố gắng thoả mÃn các điều kiện sau đây:
1. Khi có nền đá, phải tìm mọi cách bố trí đập trn trên nền đá. Nếu không có nền

đá hoặc nền đá xấu thì cũng có xem xét bố trí trên nền không phải l đá.

4


www.vncold.vn

H i

p l n và Phát tri n ngu n n

c Vi t Nam

nc
ol
d.
v

n

2. Cần tạo cho điều kiện thiên nhiên của lòng sông không bị phá hoại, do đó trớc
tiên cần nghiên cứu bố trí đập trn tại lòng sông hoặc gần bÃi sông. Nếu rút ngắn chiều
rộng đập trn thì điều kiện thuỷ lực ban đầu có thể bị phá hoại, do đó phải có biện pháp
tiêu năng phức tạp. Tuy nhiên, nhiều trờng hợp, phơng án rút ngắn chiều rộng đập trn
vẫn l kinh tế hơn. Nếu lu lợng tháo nhỏ hoặc dòng chảy đà điều tiết tốt thì không nhất
thiết phải bố trí đập trn giữa lòng sông.
3. Bố trí đập trn phải phù hợp với điều kiện tháo lu lợng thi công v phơng
pháp thi công.

7,50

m

6,5

=

18 22

13,0

8,0

7,0

10,0

0,9
0

R=

,0
15

w
w
w
.v

44,76

87,20

Hình 12-1. Đập tràn kết hợp xả sâu
4. Khi phạm vi nền đá không rộng, đập không trn không phải l đập bêtông, có thể

dùng biện pháp tăng lu lợng đơn vị để rút ngắn chiều rộng đập trn, đồng thời có thể kết
hợp hình thức xả mặt v xả đáy để tháo lũ (hình 12-1) v tận dụng khả năng tháo lũ qua

nh máy thuỷ điện, âu thuyền v.v... Ngoi ra cũng có thể xây dựng những đập m nh máy

thuỷ điện nằm ngay trong đập v loại ®Ëp cho n−íc trμn qua ®Ønh nhμ m¸y thủ ®iƯn.
5. Khi có công trình vận tải thuỷ, việc bố trí đập trn cần chú ý đảm bảo cho dòng

chảy v lu tốc ở hạ lu không ảnh hởng đến việc đi lại của tu bè.
6. Bố trí đập trn cần đảm bảo cho lòng sông v hai bờ hạ lu không sinh ra xói lở,

đảm bảo an ton của công trình.
7. Đối với sông nhiều bùn cát, bố trí đập trn cần tránh sinh ra bồi lắng nghiêm
trọng.

5


www.vncold.vn

H i

p l n và Phát tri n ngu n n

c Vi t Nam

nc
ol
d.
v

n

132,0

114,0

Hình 12-2. Bố trí lỗ tràn
Cần chú ý rằng, một vấn đề quan trọng có liên quan ®Õn vËn hμnh cđa hƯ thèng lμ
chän vÞ trÝ vμ kích thớc của lỗ trn.

Bố trí mặt bằng của đập trn phải xét đến sự bố trí chung của các công trình khác
trong đầu mối, tình hình địa chất, địa hình, vấn đề thi công, tiêu năng v.v...
II. Kích thớc đập tràn

1. Cao trình ngỡng tràn
Đối với đập trn không cã cưa van th× cao tr×nh ng−ìng b»ng mùc n−íc dâng bình
thờng. Khi có cửa van, cao trình ngỡng trn b»ng hiƯu sè gi÷a mùc n−íc lị thiÕt kÕ vμ
cét nớc trên đỉnh trn ứng với tần suất lũ thiết kế. Vấn đề có cửa van hay không phải dựa

w
w
w
.v

vo tÝnh to¸n vμ so s¸nh kinh tÕ kü thuËt c¸c phơng án để quyết định (xem Đ12.1).

2. Lu lợng đơn vị qua đập tràn

Một trong những vấn đề quan trọng khi thiết kế đập trn l xác định lu lợng đơn
vị cho phép. Nếu phần ngăn nớc gồm đập đất v đập trn bêtông thì thờng cố gắng tăng
lu lợng đơn vị để giảm chiều di đập trn. Lu lợng đơn vị tăng thì việc tiêu năng ở hạ lu khó
khăn phức tạp v ngợc lại.
Khi chọn lu lợng đơn vị, cần xem xét kỹ cấu tạo địa chất của lòng sông, chiều
sâu nớc ở hạ lu, lu tốc cho phép, hình thức v cấu tạo bộ phận bảo vệ sau đập v trình tự
đóng mở cửa van.
Xác định lu lợng đơn vị v lu tốc cho phép ở cuối sân sau, phải so sánh với lu
lợng đơn vị v lu tốc lớn nhất lúc cha xây dựng đập, đồng thời phải xét đến độ sâu xói
cục bộ có khả năng sinh ra m không ảnh hởng đến an ton của công trình. Lu lợng đơn
vị nhất định phải thích ứng với hình thức của bộ phận bảo vệ sau đập v khả năng bảo đảm
cho công trình không bị xói lở. Do đó xác định chiều rộng đập trn v các thiết bị nối tiếp

phải xuất phát từ lu lợng đơn vị qp ở bộ phận bảo vệ sau sân tiêu năng. Nếu biết bề rộng
Bp của lòng sông sau sân tiêu năng, lu tốc cho phép [v] ứng với chiều sâu nớc h ở hạ lu
v lu lợng sau đập trn Qp thì lu lợng đơn vị để thiết kế sẽ đợc xác định nh sau:

6


www.vncold.vn

H i

q p = [v ].h =

p l n và Phát tri n ngu n n

Qp

c Vi t Nam

(12-1)

Bp

nc
ol
d.
v

n

NhiỊu lóc phải dựa vo kinh nghiệm để xác định qp, ví dụ: đập có cột nớc vừa (10
ữ 25m) với nền cát có thể lấy qp = 25 ữ 40m3/s, nền sét qp 50m3/s.m, nền đá qp = 50 ữ
60m3/s.m v.v...
Ngy nay đà thu đợc nhiều thnh tựu về nghiên cứu tiêu năng nên lu lợng đơn vị
đà đợc nâng lên.
3. Bề rộng lỗ tràn
Bề rộng lỗ trn phải đảm bảo ®−ỵc l−u l−ỵng lín nhÊt trong tr−êng hỵp hå lμm việc
bình thờng, ngoi ra cần xét đến yêu cầu tháo các vật nổi (cây, củi...) về hạ lu. Có thể sơ
bộ xác định bề rộng lỗ trn nh sau:

B=

B tr
,
q

(12-2)

w
w
w
.v

trong đó:
q - lu lợng đơn vị tháo qua đập trn;
Qtr = Qth - Q0
(12-3)
Qth - lu lợng cần tháo (đợc xác định dựa vo tính toán điều tiết lũ);
Q0 - lu lợng tháo qua các công trình khác nh trạm thuỷ điện, cống lấy nớc, âu
thuyền, lỗ xả đáy v.v...;

- hƯ sè lỵi dơng, cã thĨ lÊy α = 0,75 ữ 0,9 (vì xét đến trờng hợp không phải tất
cả tuốc bin đều lm việc, các lỗ tháo có thể bị sự cố cửa van v.v...).
Khi bề rộng lỗ trμn B lín, ng−êi ta th−êng lμm c¸c trơ pin chia phần trn thnh
nhiều khoang (xem hình 12-2). Trụ pin có tác dụng giữ cửa van hoặc cầu giao thông, cầu
công tác. Kích thớc của khoang cần xét đến điều kiện tiêu năng, quản lý, hình thức cửa
van, máy đóng mở v dầm cầu v.v... Khi phần trn không di, số khoang ít thì tốt nhất lấy
lẻ số khoang để tiện điều hnh cho dòng chảy qua trn đợc đối xứng.
4. Hình dạng mặt cắt đập tràn
Hình dạng mặt cắt của đập trn có ảnh hởng rất lớn đến hệ số lu lợng. Đập
thờng dùng l loại không chân không kiểu Ôphixêrốp có hệ số lu lợng từ 0,46 ữ 0,50
(hình 12-3a). Dựa vo mặt cắt cơ bản v mặt cắt kinh tế của đập không trn (chơng 9) đÃ
đợc xác định, ta tiến hnh xác định mặt trn CD theo toạ độ Ôphixêrôp. Mặt trn CD tiếp
tuyến với mặt đập không trn DE tại điểm D. Toạ độ các điểm của mặt trn rất có thể vợt
ra ngoi tam giác cơ bản AOE (hình 12-3b), bởi vì với đập trn trên nền đá theo yêu cầu về
ổn định v cờng độ, chiều rộng đáy đập khá hẹp. Trờng hợp đó cần dịch tam giác cơ bản
về phía hạ lu một đoạn sao cho mặt đập DE của tam giác cơ bản AOE tiếp tuyến với
mặt trn tại D. Nh vậy mặt trn CDEF thoả mÃn điều kiện thuỷ lực. Đối với điều kiện ổn
định v cờng độ, tam giác AOE l đảm bảo, do đó có thể giảm bớt khối lợng ABBA
(hình 12-3b), nhng cần đảm bảo h1 0,4Htk (Htk - cột nớc thiết kế trên đỉnh trn) để khỏi
ảnh hởng đến khả năng tháo nớc. Trờng hợp đập trn cần bố trí cửa van sửa chữa, trên
đỉnh đập cần có một đoạn nằm ngang CC (hình 12-3c) ®Ĩ dƠ bè trÝ cưa van. Lóc ®ã to¹ ®é

7


www.vncold.vn

H i

p l n và Phát tri n ngu n n

c Vi t Nam

các điểm của mặt trn từ điểm C trở đi phải dời một đoạn đến cuối đoạn nằm ngang. Chú ý
rằng, trên đỉnh trn có đoạn nằm ngang nh vậy thì hệ số lu lợng sẽ giảm. Nối tiếp mặt
hạ lu đập với sân sau bằng mặt cong có bán kính R:
R = (0,2 ữ 0,5) (P + H),
(12-4)
trong ®ã:
P - chiỊu cao ®Ëp;
H - cét n−íc trên đỉnh trn.

a)

b)
x

Htk
h1

C

x
D

C

R

A

y

B

y

e)

C

r

B

R

E

F

E

A'

E'

R

y

d)

D

B1

E'

E

x

C'

B B'

B

B

C

nc
ol
d.
v

D

Htk
h1

O O'

n

O O'

O

A

c)

y'

C

R

R

D

A

A

D

w
w
w
.v

Hình 12-3. Hình dạng mặt cắt đập tràn
Nếu nối tiếp với mũi phun, bán kính R có thể xác định:
(12-5)
R = (6 ữ 10)hc,
trong đó: hc - độ sâu co hẹp trên mũi phun.
Mặt trn có thể lm theo dạng mặt cắt chân không (hình 12-3d, e), đỉnh l hình tròn
hoặc elíp. Hình thức ny có hệ số lu lợng tơng đối lớn, có thể đạt từ 0,55 ữ 0,57. Khi
cùng tháo một lu lợng thì cột nớc trên đỉnh trn của loại ny sẽ nhỏ hơn, vì vậy có thể hạ
thấp một phần độ cao đập không trn. Nhng loại ny khi nớc chảy qua dễ sinh áp lực
chân không, gây chấn động v khi áp lực chân không đạt quá 6m cột nớc có thể sinh ra
khí thực, phá hoại mặt trn. Vì vậy đối với đập cao, ít dùng loại ny.
III. Khả năng tháo nớc của đập tràn
Trờng hợp đỉnh đập không có cửa van khống chế, lu lợng chảy qua đập trn có
mặt cắt thực dụng tính theo công thức:

Q tr = σ n εmB 2g .H 30 / 2 ,

trong ®ã:
B - tỉng chiỊu réng trμn n−íc; B = Σb;
b - chiều rộng mỗi khoang trn;
n - hệ số ngập (trờng hợp không ngập n = 1).
- hệ số co hẹp bên;
m - hệ số lu lợng;

8

(12-6)


www.vncold.vn

H i

p l n và Phát tri n ngu n n

c Vi t Nam

H0 - cột nớc trên đỉnh trn có kể đến cột nớc lu tốc tiến gần.
Các hệ số n, , m đợc xác định trong các sách chuyên đề thuỷ lực.
Nếu trên đỉnh đập có cửa van, khi më cưa víi mét ®é më a nμo ®ã (hình 12-4), lu
lợng tháo qua đập đợc tính theo công thøc:

Q tr = εϕBa 2g(H 0 − αa );
H

n

a
a
+ (0,25 0,357 ) cos
H
H
Hình 12-4. Sơ đồ nớc chảy qua

nc
ol
d.
v

ϕ = 0,65 − 0,186

= 90°
a

trong ®ã:
a - ®é më cửa van;
- hệ số co hẹp đứng do ảnh hởng độ
mở;

w
w
w
.v

đập tràn có cửa van
Các ký hiệu khác xem hình (12-4). Khi cửa van mở hon ton, công thức tính lu
lợng trở về dạng (12-6).
IV. Tiêu năng sau đập tràn
Dòng chảy sau khi chảy qua đập trn xuống hạ lu có năng lợng rất lớn. Năng
lợng đó đợc tiêu hao bằng nhiều dạng khác nhau: một phần năng lợng ny phá hoại
lòng sông v hai bờ gây nên xói lở cục bộ sau đập, một phần tiêu hao do ma sát nội bộ
dòng chảy, phần khác do ma sát giữa nớc v không khí . Sức cản nội bộ dòng chảy
cng lớn thì tiêu hao năng lợng do xói lở cng nhỏ v ngợc lại. Vì vậy thờng dùng
biện pháp tiêu hao năng lợng bằng ma sát nội bộ dòng chảy v dùng hình thức phóng

xa lm cho nớc hỗn hợp với không khí gây ma sát có tác dụng tiêu hao năng lợng v
giảm xói lở. Để đạt đợc những mục đích trên thờng dùng các hình
thức tiêu năng sau đây: tiêu năng dòng
đáy (hình 12-5a), tiêu năng dòng mặt
a)
b)
(hình 12-5b), tiêu năng dòng mặt ngập
(hình 12-5c), tiêu năng phóng xa (hình
12-5d).
hh
Nguyên lý cơ bản của các hình
thức tiêu năng l lm cho năng lợng tiêu
c)
d)
hao bằng ma sát nội bộ, phá hoại kết cấu
dòng chảy bằng xáo trộn với không khí,
khuyếch tán để giảm lu lợng đơn vị.
a
Các hình thức tiêu năng có liên quan lẫn
nhau.
Hình 12-5. Các hình thức nối tiếp dòng chảy ở
hạ lu
Khi mực nớc hạ lu thay đổi, các hình thức đó có thể chuyển hoá lẫn nhau.
1. Tiêu năng dòng đáy

9


www.vncold.vn

H i

p l n và Phát tri n ngu n n

c Vi t Nam

nc
ol
d.
v

n

Đặc điểm tiêu năng dòng đáy l lợi dụng sức cản nội bộ của nớc nhảy để tiêu
năng. Điều kiện cơ bản của hình thức tiêu năng ny l chiều sâu nớc cuối bể phải lớn hơn
chiều sâu liên hiệp thứ hai của nớc nhảy (hb > hc) để đảm bảo sinh nớc nhảy ngập v
tiêu năng tập trung. Trong tiêu năng đáy, lu tốc ở đáy rất lớn, mạch động mÃnh liệt, có
khả năng gây xói lở, vì thế trong khu vực nớc nhảy cần bảo vệ bằng bêtông (xây sân sau).
Khi nền đá xấu, đoạn nối tiếp qua sân sau (sân sau thứ hai) cần đợc bảo vệ thích đáng.
Muốn tăng hiệu quả tiêu năng, thờng trên sân sau có xây thêm các thiết bị tiêu năng phụ
nh mố, ngỡng để cho sự xáo trộn nội bộ dòng chảy cng mÃnh liệt v ma sát giữa
dòng chảy với các thiết bị đó cũng có thể tiêu hao một phần năng lợng. Biện pháp ny
có hiệu quả tốt v đợc ứng dụng rộng rÃi. Tiêu năng dòng đáy thờng dùng với cột
nớc thấp, địa chất nền tơng đối kém.
Khi cột nớc cao, hc rất lớn, nh vậy
phải hạ thấp đáy v bảo vệ kiên cố sân sau.
Lúc đó, hình thức tiêu năng đáy không kinh
tế.
Ngời ta thờng dùng các biện pháp nh đo
bể, xây tờng hoặc bể, tờng kết hợp v các

thiết bị tiêu năng khác để tạo ra nớc nhảy
ngập sau đập trn. Dới đây sẽ giới thiệu các
biện pháp đó.



hh

d



hh

d

w
w
w
.v

Hình 12-6. Hình thức bể tiêu năng

a. Bể tiêu năng (hình 12-6)
Sau khi xây bể lm tăng mực nớc trên sân sau v thoả mÃn yêu cầu:
(12-9)
hb = d + hh + Z > hc,
Chiều di sân sau Ls lúc có bể hoặc tờng tiêu năng đợc tính từ mặt cắt co hẹp
ngay sát chân đập trn. Trong thực tế, trên sân sau khi có bể hoặc tờng sẽ hình thnh nớc
nhảy không tự do nên chiều di của nó nhỏ hơn chiều di nớc nhảy tự do (ln). Theo đề

nghị của M.Đ.Tsêtouxôp nh sau:
(12-10)
Ls = βln;
trong ®ã:
β - hƯ sè thùc nghiƯm, lÊy b»ng 0,7 ữ 0,8;
ln - đợc tính theo thực nghiệm:
(12-11)
ln = 5(hc - hc);
hoặc
ln = 4,5hc
(12-12)
Hình dạng bể tiêu năng trong mặt phẳng thẳng đứng l hình chữ nhật (hình 12- 6a)
thì hiệu quả tiêu năng tốt. Nhng do dòng chảy có thể bo mòn cạnh v góc, nhất l khi
nớc có nhiều bùn cát, nên thờng thiết kế bể có dạng hình thang (hình 12-6b).

10


www.vncold.vn

H i

p l n và Phát tri n ngu n n

c Vi t Nam

b. Tờng tiêu năng (hình 12-7)
Khi do điều kiện kết cấu v thi công, bể tiêu năng không thích hợp thì nên dùng
tờng tiêu năng. Tờng có thể dâng mực nớc hạ lu v giảm khối lợng đo. Sau tờng
tiêu năng không cho phép nớc nhảy xa. Chiều cao của tờng cũng giống nh chiều sâu bể

đợc tính với nhiều cấp lu lợng khác nhau để tìm đợc chiều cao tờng lớn nhất. Sau khi
xác định đợc kích thớc của tờng cần phải kiểm tra xem sau tờng có nớc nhảy xa nữa
không. Nếu có thì phải thiết kế thêm tờng tiêu năng thứ hai. Hình dạng tờng tiêu năng

1:

nc
ol
d.
v

n

thờng lm mặt cắt trơn v thuận để tránh phá hoại do bo mòn, (hình 12-7).

0,7

5

122,2

112

111

105

w
w
w

.v

Hình 12-7. Tờng tiêu năng
c. Bể và tờng tiêu năng kết hợp (hình 12-8)
Khi dùng bể tiêu năng có khối lợng đo lớn v cao trình đáy đập phải thấp, do đó
khối lợng đập tăng;
nếu dùng tờng tiêu năng thì phải quá
cao, sau tờng có thể sinh nớc

nhảy xa v cần thêm tờng tiêu năng
hh
thứ 2, lm tăng khối lợng bảo vệ.
C
d
Lúc đó cần dùng bể v tờng kết hợp
(hình 12-8) để giảm khối lợng đo,
khối lợng đập v thiết bị bảo vệ.
Hình 12-8. Bể và tờng tiêu năng kết hợp

d. Các thiết bị tiêu năng trên sân sau
Trên sâu sau thờng bố trí các thiết bị để tiêu hao năng lợng dòng chảy nh mố,

ngỡng v.v... (hình 12-9) lm cho dòng chảy gây ra lực phản kích lại v giảm đợc hc, rút ngắn
chiều di sân sau. Thí nghiệm chứng minh rằng, nếu bố trí thích hợp các thiết bị đó có thể giảm
đợc (20% + 30%)hc.

11


H i

p l n và Phát tri n ngu n n

c Vi t Nam

b)

a)

L

P

P

L

C
37 3

C

d)

n

nc
ol
d.
v

C

2,5

15
7,5

P

P

c)

5 10 5

www.vncold.vn

H×nh 12-9. H×nh thøc các thiết bị tiêu năng
(kích thớc trong hình ghi theo m)

- Ngỡng tiêu năng (hình 12-9a) ngập trong nớc nhảy, góc nghiêng mái thợng lu
ngỡng nhỏ hơn 900 v lớn hơn 600 thì không ảnh hởng đến hiệu quả tiêu năng. Vị trí
ngỡng nên đặt chính giữa chiều di sân sau.
- Mố tiêu năng (hình 12-9b, c, d) thờng bố trí gần nơi bắt đầu của sân sau, tại khu
vực dòng chảy có lu tốc cao, cách chân đập một đoạn di hơn chiều sâu phân giới của
dòng chảy. Kích thớc v vị trí mố có ảnh hởng lớn đối với dòng chảy. Theo thí
nghiệm, kích thớc mố nên lấy nh− sau:

w

w
w
.v

ChiỊu cao mè dm = (0,75 ÷ 1,0)hc, chiỊu rộng mố bm = (0,5 ữ 1) dm, khoảng cách Bm
giữa mép của hai mố gần nhau Bm < bm. Nếu bố trí hai hng mố, hiệu quả tiêu năng tốt hơn
so với một hng. Khoảng cách giữa hai hng mố Lm = (2 ữ 3)dm, bố trí các mố theo hình
hoa mai. Chọn số hng mố còn phụ thuộc vμo h×nh thøc mè, cã lóc bè trÝ hai hμng, lu tốc
phân bố không tốt. Có nhiều hình thức mố tiêu năng (hình 12-10): để cải thiện điều kiện
thuỷ lực, ở cạnh mép mố thờng vát cong đề phòng hiện tợng khí thực.
- Mố phân dòng có thể lm cho dòng chảy có lu tốc cao ở chân đập chuyển thnh
trạng thái dòng chảy có lợi. Nói chung sau mố phân dòng nên có
mố tiêu năng (hình 12-9d); do ở
a)
b)
c)
d)
giữa các mố phân dòng có dòng
chảy tập trung, sau đó gặp phản kích
của mố tiêu năng cng lm cho hiệu
quả tiêu năng tăng thêm.

Hình 12-10. Các hình thức mố tiêu năng

e. Các biện pháp tiêu năng khác
Sân sau mở rộng dần (hình 12-11): dòng chảy đợc khuếch tán sang hai bên, giảm
đợc lu lợng đơn vị, do đó giảm đợc hc”.

12

www.vncold.vn

H i

p l n và Phát tri n ngu n n

c Vi t Nam

20.0

v2

vc
8 ữ 10

h

Hình 12-11. Bể tiêu năng khuếch
tán

l

n

d

nc
ol
d.

v

Hình 12-12. Sân tiêu năng có độ dốc thuận

Góc khuếch tán không nên lớn quá, nếu lớn quá dòng chảy bị tách khỏi tờng bên
v tạo nên dòng xoáy hoặc chảy xiên gây xói lở.

<

1 1
ữ
10 8

(12-13)

- Sân sau dốc thuận: khi độ sâu nớc hạ lu lớn rất nhiều so với hc thì dòng chảy
khó khuếch tán theo phơng thẳng đứng, gây nên dòng chảy ngập có lu tốc lớn ở đáy,
lòng sông có thể bị xói lở. Trờng hợp ny nên lm sân sau dốc thuận (hình 12-12) để với
mọi mực nớc v lu lợng đều có nớc nhảy với độ ngập không lớn lắm. Sân sau có độ
dốc thuận nên trọng lợng nớc có thnh phần song song với đáy, hớng về hạ lu lm tăng
hc. Theo định luật động lợng, hc có thể tính nh sau:

⎞
h c ⎛⎜
8q 2 cos 3 α
⎟,
−
+
1
.

1
3
⎟
gh c 1 − 2tg
2 cos


w
w
w
.v
h c "=

(12-14)

trong đó:
- góc nghiêng của đáy sân sau với mặt phẳng nằm ngang;
- hệ số điều chỉnh của áp lực nớc lên mặt nghiêng đối với thnh phần lực nằm

ngang, khi độ dốc đáy bằng 0,05 ữ 0,30 thì:
= 3,75 + 25tg - 15tg2α.

(12-15)

Khi α = 0, c«ng thøc (12-14) trë thμnh công thức nớc nhảy thông thờng. Dòng
chảy trên dốc thuận bất kỳ lu lợng lớn hay bé đều có nớc nhảy để hạn chế dòng ngập có
lu tốc cao ở đáy. Độ dốc đáy không đợc dốc hơn 1 : 4.
- Sân sau dốc ngợc: khi chiều sâu nớc hạ lu rất bé thì sân sau có thể lm hình
thức dốc ngợc. Bắt đầu tại mặt cắt co hẹp đợc ®μo s©u xuèng vμ sau ®ã s©n sau lμm theo
®é dốc ngợc khiến cho dòng chảy có phản lực trở lại v tạo thnh nớc nhảy.

Nh vậy, khi thiết kế sân sau ngoi việc xét lu lợng thiết kế qua đập trn, còn cần
phải xét tình hình lm việc của sân sau ứng với các lu lợng khác nhau để ®¶m b¶o bÊt kú

13


www.vncold.vn

H i

p l n và Phát tri n ngu n n

c Vi t Nam

víi mét l−u l−ỵng nμo cịng sinh ra nớc nhảy ngập thích hợp. Độ ngập thích hợp nhất

=

hh
= 1,2 ữ 1,3 .
hc"

2. Tiêu năng mặt: Dòng chảy của hình thức tiêu năng ny ở trạng thái chảy mặt (hình 125b, c). Kinh nghiệm cho biết, hiệu quả tiêu năng ny so với tiêu năng đáy không kém hơn

đồng thời lu tốc ở đáy nhỏ
nên chiều dy sân sau bé, thậm chí
trên nền đá cứng không cần lm sân
sau. Ngoi ra có thể tháo vật nổi qua
đập m không sợ hỏng sân sau. Tuỳ
theo mực nớc hạ lu, trạng thái

dòng chảy sẽ phân thnh dòng chảy
mặt không ngập v dòng chảy mặt
ngập.
Khi hgh1 < hh < hgh2 có dòng
chảy mặt không ngập.

a

E

a

R

nc
ol
d.
v

vo

1 1
ữ
lần,
5 2

n

nhiều, nhng chiều di sân sau ngắn hơn

hh

i= 0

Hình 12-13. Trạng thái chảy ở hạ l−u ®Ëp cã bËc

Khi hh > hgh2 sÏ sinh ra dòng mặt ngập.

ở đây hgh1, hgh2 gọi l độ sâu giới hạn thứ nhất v độ sâu giới hạn thứ hai. Việc xác
định hgh1 v hgh2 bằng lý thuyết đa đến biểu thức phức tạp, T.N.Axtafitsêva đề nghị công
thức thực nghiÖm nh− sau:
(12-16)

⎛
a ⎞
h gh 2 = 1,22a + ⎜⎜ 2,50 − 2,55 ⎟⎟ h pg ;
Ch ⎠
⎝

(12-17)

w
w
w
.v

⎛
a ⎞
h gh1 = 0,82a + ⎜⎜ 2,44 − 2 ⎟⎟ h pg ;
Ch

trong đó: hpg - chiều sâu phân giới.
Các ký hiệu khác nh hình (12-13), công thức (12-16) v (12-17) đợc dùng trờng

hợp khi cửa van trên đỉnh đập mở hon ton, cột nớc trên đỉnh H

2
Ch v cũng có thể
3

tính gần đúng cho trờng hợp mở cửa van với một độ mở no đó. Công thức (12-16) chỉ
đúng với điều kiện

a
a
0,2 l trờng hợp thờng dùng nhất. Nếu
< 0,2,
Ch
Ch

T.N.Axtafitsêva đề nghị:


a
h gh1 = 0,82a + 3,44 − 7 ⎟⎟ h pg ;
Ch ⎠
⎝

14

(12-18)


www.vncold.vn

H i

p l n và Phát tri n ngu n n

c Vi t Nam

Dòng mặt không ngập yêu cầu hh > hc của nớc chảy đáy, đồng thời hh> a, th−êng
dïng chiỊu cao a = (0,25 ÷ 0,35) chiỊu cao đập. Góc nghiêng ở chân đập có ảnh hởng đến
trạng thái chảy, lớn quá có thể sinh chảy phóng xa, bé quá có thể xuất hiện dòng chảy đáy.
Thờng dùng < 100 ữ 150 l thích hợp.
Hình thức tiêu năng mặt còn một số nhợc điểm l lm việc không ổn định khi
mực nớc hạ lu thay đổi nhiều, ở hạ lu có sóng ảnh hởng đến sự lm việc của các
công trình khác nh thuỷ điện, âu tu v xói lở bờ sông.

n

3. Tiêu năng phóng xa (xem hình 12-15d)
a. Đặc điểm:

nc
ol
d.
v

Hình thức tiêu năng phóng xa l lợi dụng mũi phun ở chân đập hạ lu để dòng chảy
có lu tốc lớn phóng xa khỏi chân đập. Dòng chảy đợc khuếch tán trong không khí, sau
đó đổ xuống lòng sông. Do dòng chảy đợc tiêu hao năng lợng rất lớn trong không khí
nên giảm năng lực xói lòng sông v giảm ảnh hởng nguy hại đến an ton đập. ở hình thức
ny, năng lợng dòng chảy đợc tiêu hao trong không khí v một phần ở lòng sông. Dòng
chảy phóng xuống hạ lu v gây ra hố xói có độ sâu nhất định no đấy thì năng lợng thừa
của dòng chảy đợc hon ton tiêu hao bằng ma sát nội bộ, cho nên nếu chiều sâu nớc hạ
lu cng lớn cng giảm đợc xói lở lòng sông.

Độ di phóng xa cng lớn cng có lợi. Đập trn cng cao, độ di lấy cng lớn. Trái
lại, đập thấp thì chiều di phóng xa cng ngắn, nếu dùng hình thức tiêu năng ny sẽ bị hạn
chế.

Để đạt đợc hiệu quả tiêu năng cao, chúng ta muốn chiều di phóng xa lớn, m yêu

w
w
w
.v

cầu xói lở lại ít, nh−ng thùc tÕ chiỊu dμi phãng xa cμng lín th× khả năng xói lở cng lớn, do

t0
lm tiêu chuẩn khống chế, trong đó t0 - chiều sâu
L
t
lớn nhất của hố xói, L - khoảng cách từ đáy hố xói đến chân đập. Tốt nhất chọn tỷ số 0 l
L

đó trong thiÕt kÕ th−êng dïng tû sè

nhá nhÊt. §é phãng xa của dòng phun chủ yếu phụ thuộc: lu tốc trên mũi phun, góc phun,

cao trình mũi phun, bán kính cong mặt trn gần mũi phun v.v... Chiều sâu v phạm vi xói lở

phụ thuộc: độ sâu nớc hạ lu, địa chất lòng sông, chênh lệch mực nớc thợng hạ lu (lu
tốc), lu lợng đơn vị, tình hình khuếch tán của dòng chảy.
b. Các hình thức kết cấu mũi phun:
- Mũi phun liên tục (hình 12-14)
Với quan điểm chiều di phun lớn thì ngời ta dùng hình thức ny (hình 11-14a).
Ưu điểm l cấu tạo đơn giản, khoảng cách phóng xa lớn, nhng dòng chảy khuếch tán kém
v xói lở lòng sông nhiều. có thể lm các tờng phân dòng nối liền trụ pin kéo di đến phần
mũi phun (hình 2-14b) để cho dòng chảy tập trung ở trên mặt trn vμ gi¶m tỉn thÊt
thủ lùc.

15


www.vncold.vn

H i

p l n và Phát tri n ngu n n

c Vi t Nam

Nh vậy chiều di dòng phun tăng v
mức độ khuếch tán dòng chảy trên mặt
bằng cũng đợc mở rộng. Khi thiết kế
mũi phun liên tục cần chú ý: góc

nghiêng của mũi phun thờng dùng

R=

6h

a)

300 ữ 350 l hợp lý, bán kính cong R
của ngỡng phun không nên lấy R <
6h, phải đảm bảo R > (8 ữ 10)h (h - độ
sâu nớc trên ngỡng), cao trình
ngỡng phun cng thấp thì góc
nghiêng của dòng nớc đổ xuống mặt
nớc hạ lu cng nhỏ, hố xói cng
nông. Vì vậy cao trình ngỡng cng
thấp cng có lợi, nhng phải cao hơn
mực nớc lớn nhất ở hạ lu khoảng 1 ữ
2m.

nc
ol
d.
v

n

b)

Hình 12-14. Mũi phun liên tục

- Mũi phun không liên tục (hình 12-15) l loại cải tiến của mũi phun liên tục. Dòng
chảy trên mũi phun đợc phân thnh các phần trên đỉnh răng v ở giữa các khe răng. Theo
phơng thẳng đứng dòng chảy đợc khuếch tán nhiều hơn so với mũi phun liên tục, đồng
thời có sự va chạm các tia dòng nên có thể tiêu hao một phần năng lợng, giảm khả năng xói,
chiều sâu hố xói có thể giảm đợc 35% so với mũi phun liên tục, nhng chiều di phóng xa kém
hơn.

b)

A

A-A

30

a1
a2 d

35

w
w
w
.v

a)

A

b
a

Hình 12-15. Mũi phun không liên tục
Theo thí nghiệm, kích thớc hợp lý đối với mũi phun không liên tục có răng hình
chữ nhật (hình 12-15a) nh sau:
1 - 2 5 ÷ 100, tû sè gi÷a chiÒu réng khe a vμ chiều rộng răng b l

a 1 1
ữ ,
b 3 2

tỷ số giữa độ lệch của mũi d v độ sâu nớc trên mũi phun h thờng khống chế vo khoảng
0,5 <

d
< 1,0 l thích hợp, khi lu tốc lớn hơn 20m/s. Nhợc điểm của mũi phun kiểu
h
16


www.vncold.vn

H i

p l n và Phát tri n ngu n n

c Vi t Nam

răng chữ nhật l dòng chảy ở giữa các khe rất tập trung, khó khuếch tán, nên ng−êi ta

th−êng dïng mịi phun lƯch h×nh thang (h×nh 12-15b) để khắc phục.
V. Cấu tạo đập tràn
1. Khe lún và khe nhiệt độ: Trong đập trn cần bố trí khe lún v khe nhiệt độ (hình 12-16).
Xác định khoảng cách giữa khe cần xét đến sự phối hợp giữa trụ pin v lỗ trn, thờng
dùng các hình thức nh hình (12-16).

a)

c)

nc
ol
d.
v

n

b)

Hình 12-16. Bố trí khe lún và khe nhiệt độ
- Khe ở giữa trụ pin (hình 12-16a) chia trụ pin thnh hai phần bằng nhau. Lúc nền
lún không đều, không ¶nh h−ëng ®Õn sù lμm viƯc cđa cưa van.
- Khe ở hai bên trụ pin (hình 12-16b) lm cho trụ pin v thân đập lm việc độc lập
với nhau, trụ pin có thể lm mỏng hơn, thích hợp với việc dẫn dòng thi công. Khuyết điểm
l lúc lún không đều sẽ ảnh hởng đến thao tác cửa van.
- Khe ở giữa lỗ trn (hình 12-16c) chia lỗ trn thnh hai phần. ở hai bên trụ pin nên
có khe nhiệt độ để thích hợp với sự biến hoá nhiệt độ của bộ phận trên thân đập; khe ny
không cần thông suốt xuống đến nền.

w

w
w
.v

2. Trụ pin: Phân đập thnh nhiều khoang để tiện bố trí cửa van v cầu công tác, cầu giao
thông v.v... Chiều cao trụ pin quyết định bởi hình thức cửa van v máy đóng mở. Chiều cao
trụ pin hp kể từ đỉnh đập trở lên có thể tính nh sau:
Khi cửa van mở bằng hình thức hạ xng:
(12-19)
hp = hv + d;
Khi cưa van më b»ng h×nh thức kéo lên:
- Trờng hợp máy đóng mở cố định
hp = H + hv + d;
(12-20)
- Trờng hợp máy đóng më di ®éng
hp = H + 0,6hv;
(19-21)
trong ®ã:
hv - chiỊu cao cưa van;
H - cét n−íc lín nhÊt trªn cưa van;
d - độ cao an ton, thờng lấy 1 ữ 2m.

Ngoμi ra chiỊu cao trơ pin cßn phơ thc vμo cao trình cầu công tác. Chiều di trụ
pin cần đảm bảo để bố trí cầu công tác, cầu giao thông, máy đóng mở v.v... Hình dạng trụ
pin nên thiết kế sao cho nớc chảy qua đập trn đợc thuận. Hình (12-17) l các loại trụ
pin, thờng dùng nhất l loại b vμ d, lóc trơ pin kÐo dμi vỊ phÝa thợng lu có thể dùng loại
a (dễ thi công), loại e ít ảnh hởng nhất đến khả năn trn nớc, nhng thi công phức tạp.

17

www.vncold.vn

H i

p l n và Phát tri n ngu n n

0.7~ 2 1~ 1.5

b)

c)

d)

d

d

1~ 1.5

0.7~ 2

1 ~ 1.5

e)

d

d/2

a)

c Vi t Nam

d
d

d

H×nh 12-18. KÝch th−íc trơ pin
(ghi theo m)
ChiỊu dμi trơ pin phơ thc vμo kÝch th−íc khe van vμ bè trí khe lún (hình 12-18);
đối với cửa van phẳng chính thì khe van sâu 0,7 ữ 2m, rộng 1 ữ 4m; đối với van cung có
thể không dùng khe hoặc dùng khe rất nông; đối với cửa van sửa chữa, kích thớc khe van
thờng 0,5 x 0,5m; chiều dy chỗ mỏng nhất của trụ pin không đợc nhỏ hơn 1 ữ 1,5m, vì

nc
ol
d.
v

n

Hình 12-17. Các hình thức trụ pin

thế chiều dμy trơ pin nãi chung th−êng 2 ÷ 2,5m trë lên. Nếu giữa trụ pin có khe lún, thì
chiều dy trụ pin có thể đến 6 ữ 7m.
Cửa van chính thờng bố trí chỗ cao nhất của đỉnh trn. Khoảng cách lu không
giữa cửa van chính v cửa van sửa chữa nên đảm bảo 1,5 ữ 2,0m để tiện sửa chữa.

3. Bố trí cốt thép trong trụ pin và thân ®Ëp
Ngoμi viƯc bè trÝ thÐp chÞu lùc trong trơ pin theo tính toán kết cấu, còn cần phải bố
trí thép phân bố, thờng dùng loại 6 ữ 9, khoảng cách giữa các thép 25 ữ 30cm. Đỉnh trn
chịu tải trọng cửa van v chịu tải trọng động khi đóng mở van, nên cần có cốt thép gia cố.

w
w
w
.v

ở mặt trn v mũi phun do dòng chảy lu tốc cao, tác dụng mạch động nên cần có cốt thép
cấu tạo.
4. Cấu tạo sâu sau
Việc tính toán chiều dy sân sau trên nền đá vẫn cha có công thức lý luận, đại
bộ phận xác định theo kinh nghiệm, nhỏ nhất l 1m, thờng 2 ữ 4m. Khi thiết kế, thờng
khó khăn chủ yếu l khó xác định tải trọng tác dụng lên sân sau; tải trọng đó bao gồm

trọng lợng bản thân, độ chênh áp

lực nớc trên v dới sân sau, áp lực thấm,
mạch động v áp lực do các thiết bị trên sân
sau truyền xuống, chủ yếu l lực đẩy ngang.
Các lực đó lm sân sau bị trợt, đẩy nổi, bị
cuốn đi hoặc bị phá hoại do cờng độ. Vì
thế cần có biện pháp kết cấu v các biện
pháp cấu tạo khác để liên kết chặt chẽ giữa
sân sau v nền.

l

Hình 12-19. Sơ đồ lực và bố trí thép
néo trên sâu sau
a. Thép néo: Dùng để liên kết chặt chẽ giữa nền đá v sâu sau. Khi tính có thể bỏ

qua tác dụng liên kết giữa bêtông v đá nền. Khoảng cách l giữa các thép néo (hình 12 -19) cần

18


www.vncold.vn

H i

p l n và Phát tri n ngu n n

c Vi t Nam

so sánh chọn cho thích hợp, thờng lấy bằng 1 ữ 2m l kinh tế, đờng kính cốt thép 25 ữ
40mm, chiều sâu thép néo chôn vo đá, tốt nhất không vợt quá 3 ữ 5m.
b. Cấu tạo sân sau
Diện tích sân sau lớn, cần bố trí khe nhiệt độ v khe lún, khoảng cách giữa các khe
15 ÷ 25m, bỊ réng khe 1 ÷ 2cm, gi÷a khe có nhựa đờng. Mặt sâu sau cần có lớp bảo vệ

nc
ol
d.
v

n

chống bo mòn nh lớp phủ bêtông lới thép có cờng độ cao. ở gần chân đập hạ lu nên bố
trí lỗ thoát nớc để giảm áp lực thấm. Nếu có hệ thống thoát nớc hon thiện thì áp lực thấm
dới sân sau rất bé.

Đ12.4. Đờng trn dọc
Đây l loại đờng trn thờng gặp trong đầu mối công trình có đập không trn bằng
vật liệu tại chỗ v đập có trụ chống. Đặc điểm chủ yếu của nó l th−êng n»m trªn bê hå
chøa n−íc vμ cã nhiỊu −u điểm: thi công v quản lý đơn giản, xây dựng đợc trong nhiều
điều kiện địa hình khác nhau, yêu cầu về địa chất không cao, an ton về tháo lũ v.v...
I. Chọn vị trí đờng tràn

Khi chọn vị trí của đờng trn phải theo các nguyên tắc sau đây:

1. Phải xét đến điều kiện địa chất để tránh bị sạt lở, ảnh hởng tới an ton của công

w
w
w
.v

trình.

2. Lợi dụng điều kiện địa hình để giảm tối đa khối lợng đo đắp đất, đá, bêtông.

Khi bờ sông tơng đối bằng phẳng hoặc có eo núi, lợi dụng chỗ lõm có cao độ gần bằng
mực nớc dâng bình thờng của hồ chứa để bố trí đờng trn l tốt nhất. Lợi dụng đất, đá
đo đi có thể dùng lm vật liệu, sử dụng cho việc xây dựng công trình, thì dù có phải đo

cũng vẫn hợp lý.

3. Vị trí v hớng bộ phận vo v ra của đờng trn phải thích hợp để không lm

xói lở đập v công trình khác, bảo đảm lm việc bình thờng cho ton bộ hệ thống. Đờng

trn nên tách khỏi đập dâng để sự nối tiếp giữa công trình bêtông (của đờng trn) với đập

dâng bằng vật liệu địa phơng đỡ phức tạp v giảm đợc khối lợng tờng chắn đất. Đặc
biệt phần cửa vo v cửa ra phải cách xa đập (riêng phần cửa ra phải cách chân đập hạ lu ít

nhất 60m). Tuy nhiên đờng trn cũng không nên cách đập quá xa lm ảnh hởng đến việc
khống chế mực nớc trong hồ hoặc đặt quá sâu vo bờ lm khối lợng đo sẽ tăng (hình
12-20). Nói chung, trừ những trờng hợp đặc biệt, để việc quản lý v thi công đợc tập
trung nên bố trí đờng trn ở một bên bờ v cách đập không xa lắm.

19


p l n và Phát tri n ngu n n

105
11
1150
12
1 0
130 25

135
130

a)

H i

125
120
115
110
105

www.vncold.vn

A

B

c Vi t Nam

b)

A

B

n

C

C

c)

A

nc
ol
d.
v

B

C

w
w
w
.v

Hình 12-20. Đờng tràn dọc
a) mặt bằng tổng thể; b) mặt cắt dọc; c) mặt cắt ngang
II. Các bộ phận chủ yếu của đờng tràn dọc
Đờng trn dọc gồm ba bộ phận chính: kênh dẫn vo, ngỡng trn v kênh tháo.
1. Kênh dẫn vào
Kênh dẫn có nhiệm vụ hớng nớc chảy thuận dòng vo ngỡng trn. Tuỳ vị trí
ngỡng trn, phía thợng lu đờng trn, có kênh dẫn di, ngắn hoặc không có kênh dẫn,
nhng cần có tờng cánh hớng dòng. Trên mặt bằng, kênh dẫn có thể l đờng thẳng hoặc
đờng cong (hình 12-21).

a)

b)

c)

3

3

3

2

1

2
1

2

4
1

Hình 12-21. Kênh dẫn ở thợng lu

1. ngỡng tràn; 2. kênh dẫn; 3. bờ kênh; 4. tờng hớng dòng

Đáy kênh có ®é dèc i = 0 hc i < 0 theo chiều dòng chảy.
Mặt cắt ngang của kênh có thể hình chữ nhật (nền đất, có tờng bên) hoặc hình

thang (nền đá). Mặt cắt kênh tơng đối lớn v thu hẹp dần về phía ngỡng trn đảm bảo
tháo đợc lu lợng với lu tốc không lớn lắm để không sinh ra xói lở, đồng thời giảm

đợc tổn thất cột nớc ở phần vo. Đoạn gần ngỡng trn, lu tốc tăng, cần bảo vệ đáy v

20


www.vncold.vn

H i

p l n và Phát tri n ngu n n

c Vi t Nam

bờ bằng lát đá, đá xây hoặc bêtông v.v... Đờng viền hai bờ kênh ảnh hởng lớn ®Õn chÕ ®é
lμm viƯc cđa kªnh dÉn, cho nªn khi thiết kế cần chú ý chọn hình dạng hợp lý.

w
w
w
.v

nc
ol
d.
v

n

2. Ngỡng tràn
Ngỡng trn có thể l đập trn thực dụng hoặc đập trn đỉnh rộng, trên đỉnh có hoặc

không có cửa van. Trên nền đất, thờng ngỡng thấp nên theo hình thức đỉnh rộng. Trên
nền đá để tăng thêm khả năng tháo nớc v giảm chiều rộng đờng trn có thể dùng đập
trn thực dụng (ở Đ 12-3 đà giới thiƯu kü vỊ ®Ëp trμn thùc dơng).
Ng−ìng trμn nãi chung l thẳng v bố trí cho dòng nớc chảy vo đợc thuận lợi v
thẳng góc với ngỡng. Cũng có trờng hợp bố trí ngỡng trn thnh đờng cong, thậm chí
có lúc thnh đờng gÃy để tăng thêm chiều di trn nớc. Trờng hợp ny, dòng chảy sau
ngỡng thờng rối loạn, nªn ng−êi ta cịng Ýt dïng. Sau ng−ìng trμn cã thể bố trí thiết bị
tiêu năng hoặc nối tiếp ngay với kênh tháo. Đập trn đỉnh rộng có chiều rộng đỉnh ngỡng
C theo chiều nớc chảy trong phạm vi:
(3 ữ 10)H > C > (2 ÷ 3)H
(12-22)
NÕu C >> H thì dòng chảy qua đập giống nh qua kênh hở đáy nằm ngang.
Nếu C < 2H, hệ số lu lợng không ổn định v lớn hơn của đập trn đỉnh réng (biÕn
thμnh ®Ønh nhän), trong ®ã H - cét n−íc trn.
Đập trn đỉnh rộng lm việc theo chế độ chảy không ngập hoặc chảy ngập. Trờng
hợp chảy ngập, khả năng tháo giảm đi rất nhiều, do đó ngỡng trn của đờng trn dọc
thờng thiết kế theo chế độ chảy không ngập.
Theo R.R.Tsugaep, tiêu chuẩn chảy không ngập l:
(12-23)
hn < nH0,
trong đó:
hn - chiều sâu nớc hạ lu so với đỉnh trμn;
H0 - cét n−íc trμn;
n - hƯ sè, lÊy b»ng 0,75 ữ 0,85.
Lu lợng tính theo công thức (12-6) với σn = 1;

Q = εmB 2gH 30 / 2 .

Tr−êng hợp chảy ngập xảy ra khi
hn > nH0

v lu lợng đợc tính theo công thức (12-6);

(12-24)

Q = n mB 2gH 30 / 2

3. Kênh tháo
Kênh tháo nối tiếp sau ngỡng tràn để chuyển nớc xuống hạ lu. Kênh tháo
thờng là dốc nớc hoặc bậc nớc. Nó đợc bố trí dựa vào địa hình thiên nhiên để giảm
khối lợng đào đắp.
a. Dốc nớc:
Dốc nớc l loại kênh hở có độ dốc lớn, đợc xây dựng trên nền đất hoặc đá. Khi
thiết kế, cần so sánh độ dốc id ứng với l−u tèc cho phÐp lín nhÊt víi ®é dèc cđa địa hình tự
nhiên i0 (hình 12-22).

21


www.vncold.vn

H i

[v ]
=

p l n và Phát tri n ngu n n

c Vi t Nam

2

id

C2R

,

(12-25)
trong ®ã:
[v] - l−u tèc cho phÐp cđa vËt
liƯu lμm dèc n−íc;
R - b¸n kÝnh thủ lực mặt cắt
của dốc nớc;
C - hệ số Sêdi.

A

id

io

B

C

nc
ol
d.
v

n

Hình 12-22. AB - địa hình tự nhiên i0;
AC - giới hạn độ dốc cho phép id.

Nếu i0 < id thì nên dùng độ dốc địa hình tự nhiên v đảm bảo cho lu tốc trên dốc
không vợt quá lu tốc cho phÐp. Thùc tÕ cã thĨ cho ®é dèc dèc n−íc thay đổi từ i0 đến id.
Nếu cng dốc, khối lợng đo cng tăng, nhng chiều di dốc nớc giảm, cần phải so sánh
về kinh tế.
Nếu i0 > id thì không thể dùng độ dốc tự nhiên, nếu không có biện pháp đặc biệt.
Lúc đó, tuỳ theo tình hình cụ thể m có thể tăng độ nhám hoặc lm hai dốc nớc nối tiếp có
độ dốc khác nhau v.v...
a)

w
w
w
.v

b)

Hình 12-23. Dốc nớc
a) Mặt cắt dọc; b) Hình chiều bằng.
- Trờng hợp dốc nớc (hình 12-23) xây dựng trên nền đất hoặc đá xấu, đáy dốc
phải đợc gia cố bằng bêtông, bêtông cốt thép hoặc đá xây v độ dốc không nên vợt quá
8%. Mặt cắt ngang thờng l hình thang (hình 12-24a) có mái dốc 1 : 1 đến 1 : 1,5, cũng có
khi l hình chữ nhật hai bờ l tờng trọng lực (hình 12-24b). Độ dy của đáy tuỳ tính chất
của đất nền v lu tốc dòng chảy m xác định: đáy bằng bêtông có thể dy 0,3 ữ 0,80m,
bằng bêtông cốt thép 0,15 ữ 0,30m. Các bản v tờng đều có khe lún đặt cách nhau 4 ữ
25m; chiều rộng khe khoảng 1cm, trong đó có đổ nhựa đờng, dới khe có thể bố trí thiết

bị thoát nớc để giảm áp lực thấm.

22


www.vncold.vn

H i

p l n và Phát tri n ngu n n

c Vi t Nam

- Trờng hợp dốc nớc xây dựng trên nền đá, độ dốc đáy cho phép lớn hơn, cã thĨ
tíi 50% vμ cã thĨ thay ®ỉi thÝch øng với điều kiện địa hình, địa chất để giảm khối lợng
đo. Mặt cắt ngang l hình chữ nhật hoặc hình thang với mái dốc (hình 12-24c). Đáy dốc
có chiều dy 0,1 5 ữ 0,6m v nếu độ dốc lớn cần có neo thép vo đá để tăng cờng sự liên
kết giữa đá v tấm bêtông.

a)
3,0

b)

12

6,6

1

nc
ol
d.
v

4,0

n

0,0

0,0

-2,25

5

c)

1

1

8,5

6,0

0 ,3

0,3

0,0

7,8

w
w
w
.v

Hình 12-24. Mặt cắt ngang của dốc nớc
a, b) trên nền đất; c) trên nền ®¸ (kÝch th−íc ghi theo m)
- Tun cđa dèc n−íc có thể thẳng hoặc cong tuỳ theo điều kiện địa hình, địa chất,
bảo đảm khối lợng công trình hợp lý v dòng chảy ở phần tiêu năng không gây tác hại đối
với đập v bờ.
- Chiều rộng của dốc nớc có thể không đổi trong suốt cả chiều di hoặc để tiết
kiệm khối lợng công trình, ở đầu dốc nớc lm đoạn thu hẹp hoặc lm dốc nớc thu hẹp
dần; trong tất cả các trờng hợp đều phải đảm bảo lu lợng đơn vị ở cuối dốc không đợc
vợt quá lu lợng đơn vị cho phép đối với mỗi loại nền.
Sơ đồ bố trí dốc nớc có nhiều dạng khác nhau, mặt khác dòng chảy trong dốc l
chảy xiết, nên khi thiết kế phải đề cập đến các vấn đề thuỷ lực phức tạp v có biện pháp
công trình thích hợp sau đây:
- Đờng mặt nớc tại chỗ uốn cong, do lực ly tâm nên mặt nớc bờ lõm cao hơn bờ
lồi, vì thế bên bờ lõm có tờng bên cao (hình 12-25a), hoặc để giảm khối lợng công trình,
tại đoạn cong theo hớng ngang của dốc nớc lm đáy nghiêng về bờ lồi một góc (hình
12-25b); góc thòng nhỏ hơn góc nghiêng của mặt nớc do lùc ly t©m g©y ra;

v2
tgα =
,

gR

(12-26)

23


www.vncold.vn

H i

p l n và Phát tri n ngu n n

c Vi t Nam

a)

nc
ol
d.
v

n

trong đó:
v - lu tốc trung bình của dòng chảy đoạn tại đoạn cong;
R - bán kính cong của trục dốc tại đoạn cong;
g - gia tốc träng tr−êng.
NÕu bÒ réng dèc vμ l−u tèc trong dèc lớn, có thể lm tờng phân dòng, phân dòng
chảy trong dốc nớc thnh nhiều luồng để giảm độ nghiêng của mặt nớc (hình 12-25c).

- Vấn đề sóng trong dốc nớc do dòng chảy có độ xiết lớn có thể xảy ra hiện tợng
sóng truyền từ trên xuống dới theo chu kỳ (hình 12-26). Chiều cao sóng khá lớn, vợt quá
độ cao an ton bờ dốc, gây áp lực động lên bản đáy, ảnh hởng đến sự lm việc của bể tiêu
năng v kênh tháo sau bể tiêu năng. Nguyên nhân chủ yếu phát sinh sóng l tỷ lệ giữa chiều
rộng dốc nớc v chiều sâu nớc lớn, do độ dốc của dốc nớc lớn, do ảnh hởng của độ
nhám đáy dốc, lớp nớc gần đáy hầu nh bị giữ lại, còn lớp nớc phía trên bị trợt đi với
tốc độ lớn. Hình dạng mặt cắt ngang của dốc l parabôn, hình tam giác hoặc đa giác có tỷ
lệ giữa chiều rộng v chiều sâu nớc trong dốc l bé thì giảm đợc hiện tợng sóng.

y

b)

ho

w
w
w
.v

c)

Hình 12-25. Mặt cắt ngang dốc nớc
tại đoạn cong

Hình 12-26. Sóng trong dốc nớc

- Vấn đề hm khí trong dốc nớc. Khi dòng chảy có lu tốc lớn, lớp không khí ở

gần mặt nớc bị hút vo nớc, các bọt khí đó pha trộn vo nớc trên vùng mặt, chuyển

động cùng với dòng chảy lm cho chiều sâu nớc trên dốc tăng so với tính toán khi không
có hm khí. Do đó tờng bên của dốc nớc phải cao hơn. Chiều sâu nớc ngậm khí có thĨ
tÝnh theo c«ng thøc:

v ⎞
⎛
h nk = h⎜ 1 +
⎟,
⎝ 100

(12-27)

trong đó:
h - chiều sâu nớc khi không có ngậm khí;
v - lu tốc dòng chảy, với v > 3m/s thì dòng nớc bắt đầu ngậm khí.

24


www.vncold.vn

H i

p l n và Phát tri n ngu n n

c Vi t Nam

Ngoμi ra cã thĨ tÝnh theo ph−¬ng pháp của T.G.Vôinhitr -Xianôjenxki v phơng pháp
của N.B.Itxatrencô [10].
h

d)
a)

n

e)
b)

nc
ol
d.
v

c)

h

f)

h

g)

w
w
w
.v

Hình 12-27. Các loại mố nhám nhân tạo

- Trờng hợp lu tốc của dòng chảy trong dốc nớc lớn hơn lu tốc cho phép lm
vật liệu dốc nớc thì cần lm mố nhám nhân tạo để tăng chiều sâu dòng chảy, giảm lu tốc
v lm nhiệm vụ tiêu năng dọc theo dốc (hình 12-27). Việc tính toán dốc nớc có mố nhám
nhân tạo chủ yếu dựa vo yêu cầu khống chế lu tốc, chọn loại mố nhám cần thiết v sau
đó tính đợc các yếu tố thuỷ lực của dốc.
- Tiêu năng cuối dốc nớc thờng dùng các hình thức nh tiêu năng đáy (xem Đ123-IV) v các thiết bị tiêu năng phụ nh biện pháp tiêu năng sau đập trn; trờng hợp địa
hình dốc v thay đổi đột ngột dùng hình thức máng phun (hình 12-28) lm cho dòng chảy
sau khi rời mũi phun sẽ hắt vo không khí, bị khuếch tán hai chiều v rơi xuống hạ lu, lu
tốc sẽ giảm rất nhiều nên hạn chế đợc khả năng xói lở hạ lu.
I
II

I

I-I

II-II

II

Hình 12-28. Tiêu năng kiểu máng phun
Máng phun đợc xây dựng cả trên nền đất; khi mực nớc hạ lu sâu, hố xói sẽ
không phát triển rộng. Tuy nhiên để đảm bảo an ton, cần gia cố v lm sẵn hố xói. Trờng
hợp xây trên nền đá, địa hình dốc, máng phun l hình thức đợc xem l hỵp lý vμ kinh tÕ.

25