nghiên cứu tính toán độ bền và độ ổn định bể tiêu năng của đập bê tông đầm lăn trọng lực

B GIO DC V O TO B NễNG NGHIP V PTNT
TRNG I HC THU LI






Lấ C ANH





NGHIÊN CứU TíNH TOáN Độ BềN
Và Độ ổN ĐịNH Bể TIÊU NĂNG CủA ĐậP BÊ TÔNG
ĐầM LĂN TRọNG LựC




LUN VN THC S K THUT






H NI, 2010
B GIO DC V O TO B NễNG NGHIP V PTNT
TRNG I HC THU LI

Lấ C ANH





NGHIÊN CứU TíNH TOáN Độ BềN
Và Độ ổN ĐịNH Bể TIÊU NĂNG CủA ĐậP BÊ TÔNG
ĐầM LĂN TRọNG LựC






Chuyờn ngnh : Xõy dng cụng trỡnh thu
Mó s : 60 58 - 40

LUN VN THC S K THUT



Ngi hng dn khoa hc:
1. GS. TS Ngụ Trớ Ving
2. TS. Nguyn Trớ Trinh

H NI, 2010



- 1 -


LỜI CẢM ƠN

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật chuyên nghành Xây dựng công trình thuỷ
với đề tài: “Nghiên cứu tính toán độ bền và độ ổn định bể tiêu năng của
đập bê tông đầm lăn trọng lực” được hoàn thành với sự giúp đỡ nhiệt tình,
hiệu quả của Phòng đào tạo Đại học và sau Đại học, Khoa Công trình, cùng
các thầy cô giáo, bạn bè, đồng nghiệp và gia đình.
Tác giả xin tỏ lòng biết ơn chân thành đến các cơ quan đơn vị và các cá
nhân đã truyền thụ kiến thức, cho phép sử dụng tài liệu đã công bố cũng như
tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả hoàn thành luận văn.
Đặc biệt tác giả xin được tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến GS. TS Ngô Trí
Viềng và TS Nguyễn Trí Trinh đã trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ tận tình cho
tác giả trong quá trình thực hiện luận văn này.
Tác giả có được kết quả như hôm nay là nhờ vào sự chỉ bảo ân cần của
các thầy cô giáo, cũng như sự động viên cổ vũ của cơ quan, gia đình, bạn bè
và đồng nghiệp trong những năm qua.
Với thời gian và trình độ còn hạn chế, luận văn không thể tránh khỏi
những thiếu sót. Tác giả rất mong nhận được sự chỉ bảo và đóng góp ý kiến
của các thầy cô giáo, của các Quý vị quan tâm và bạn bè đồng nghiệp.
Luận văn được hoàn thành tại Khoa công trình và Phòng đào tạo Đại
học và sau Đại hoc, Trường Đại học Thuỷ Lợi.

Hà Nội, tháng 12 năm 2010
Tác giả
Lê Đức Anh








Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Lê Đức Anh

- 2 -



16TMỞ ĐẦU16T
16TCHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ BIỆN PHÁP TIÊU NĂNG SAU CÔNG
TRÌNH
16T 9
16T1.1. Khái niệm tiêu năng sau công trình16T 9
16T1.2. Các biện pháp tiêu năng phòng xói và phương pháp tính toán tiêu năng
sau công trình
16T 9
16T1.2.1. Sự cần thiết tính toán tiêu năng sau công trình16T 9
16T1.2.2. Nhiệm vụ tính toán tiêu năng16T 10
16T1.2.3. Các biện pháp tiêu năng sau công trình16T 10
16T1.2.4. Hình thức tiêu năng đáy16T 12
16T1.2.5. Phương pháp nghiên cứu tiêu năng16T 16

16T1.2.6. Một số hình ảnh về các hình thức tiêu năng sau công trình16T 17
16T1.3. Kết luận chương 116T 23
16TCHƯƠNG 2. CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ĐỘ BỀN VÀ ĐỘ ỔN
ĐỊNH BỂ TIÊU NĂNG CỦA ĐẬP TRÀN BÊ TÔNG ĐẦM LĂN
TRỌNG LỰC
16T 24
16T2.1. Khái niệm về phân tích độ bền, độ ổn định của bể tiêu năng16T 24
16T2.2. Xác định hệ số an toàn cho phép theo phương pháp trạng thái giới hạn16T25
16T2.3. Độ ổn định bể tiêu năng của đập bê tông16T 26
16T2.3.1. Ổn định lật của công trình16T 26
16T2.3.2. Ổn định trượt của công trình16T 27
16T2.3.3. Ổn định đẩy nổi của công trình16T 27
16T2.3.4. Tiêu chuẩn bền Mohr-Coulomb16T 29
16T2.3.5. Nhận xét công thức tính toán hệ số ổn định theo tiêu chuẩn bền
Mohr-Coulomb
16T 32
16T2.3.6. Phân tích ổn định trượt có xét đến sự phân bố ứng suất trên mặt
trượt
16T 32
16T2.4. Độ bền của bể tiêu năng16T 33
16T2.4.1. Sự phát triển của lý thuyết bê tông cốt thép (BTCT)16T 33
16T2.4.2. Phân tích độ bền theo phương pháp nội lực phá hoại16T 35
16T2.4.3. Phân tích độ bền theo phương pháp trạng thái giới hạn16T 35

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Lê Đức Anh

- 3 -


16T2.4.4. Phương pháp phần tử hữu hạn và ứng dụng16T 38

16T2.4.5. Nhận xét đánh giá các phương pháp tính16T 45
16T2.5. Kết luận chương 216T 47
16TCHƯƠNG 3. ỨNG DỤNG TÍNH TOÁN ĐỘ BỀN VÀ ĐỘ ỔN ĐỊNH
CHO BỂ TIÊU NĂNG ĐẬP BÊ TÔNG ĐẦM LĂN CÔNG TRÌNH HỒ
CHỨA NƯỚC TRONG, TỈNH QUẢNG NGÃI.
16T 49
16T3.1. Giới thiệu chung về công trình Hồ chứa nước Nước Trong16T 49
16T3.2. Các chỉ tiêu tính toán16T 52
16T3.2.1. Các hệ số lệch tải16T 52
16T3.2.2. Chỉ tiêu cơ lý của bê tông dùng trong tính toán16T 53
16T3.2.3. Đặc trưng kháng cắt của khối đá nền dùng trong tính toán16T 54
16T3.2.4. Đặc trưng chống trượt giữa bê tông và đá nền công trình16T 54
16T3.3. Tính toán độ ổn định bể tiêu năng hồ Nước Trong theo phương pháp cổ
điển và phương pháp phần tử hữu hạn
16T 55
16T3.3.1. Tính độ ổn định bể tiêu năng theo phương pháp cổ điển16T 55
16T3.3.2. Tính độ ổn định bể tiêu năng theo phương pháp phần tử hữu hạn16T 65
16T3.4. Tính toán độ bền bể tiêu năng hồ Nước Trong theo phương pháp phần
tử hữu hạn
16T 72
16T3.4.1. Các số liệu cơ bản16T 72
16T3.4.2. Tính toán kết cấu bể tiêu năng và mố16T 73
16T3.5. Kết luận chương 316T 81
16T3.5.1. Kết quả tính toán ổn định16T 81
16T3.5.2. Kết quả tính toán độ bền16T 82
16TKT LUẬN VÀ KIN NGHỊ16T

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Lê Đức Anh

- 4 -


DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

Hình 1.1. Các hình thức nối tiếp dòng chảy ở hạ lưu 12
Hình 1.2. Hình thức bể tiêu năng 13
Hình 1.3. Tường tiêu năng 14
Hình 1.4. Bể và tường tiêu năng kết hợp 14
Hình 1.5. Hình thức các thiết bị tiêu năng 15
Hình 1.6. Các hình thức mố tiêu năng 16
Hình 1.7. Hồ chứa nước Ngàn Trươi tỉnh Hà Tĩnh 17
Hình 1.8. Công trình thủy điện Tuyên Quang 18
Hình 1.9. Đập tràn hồ Lòng Sông – Bình Thuận 18
Hình 1.10. Đập thủy điện Yaly – Gia lai 19
Hình 1.11. Thủy điện Đại Ninh 19
Hình 1.12. Thủy điện Đồng Nai 3 20
Hình 1.13. Thủy điện Sơn La 20
Hình 1.14. Thủy điện Định Bình - Bình Định 21
Hình 1.15. Thủy điện Suối Đuốc - Bình Định 21
Hình 2.1. Sơ đồ áp lực thấm, đẩy nổi tác dụng vào bể tiêu năng 29
Hình 2.2. Đồ thị đường thẳng giữa cường độ chống cắt và ứng suất
pháp 30
Hình 2.3. Đồ thị đường cong giữa cường độ chống cắt và ứng suất

pháp 31
Hình 3.1. Sơ đồ bố trí bể tiêu năng 56
Hình 3.2. Sơ đồ tải trọng tác dụng lên bể tiêu năng 57
Hình 3.3. Sơ đồ tính toán ổn định bể tiêu năng 64
Hình 3.4. Biểu đồ ứng suất
σ
R
x
R 65
Hình 3.5. Biểu đồ ứng suất
σ
R
y
R 65
Hình 3.6. Biểu đồ ứng suất τ
R
xy
R 66
Hình 3.7. Biểu đồ ứng suất σ
R
x
R trong thân

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Lê Đức Anh

- 5 -


bể 66
Hình 3.8. Biểu đồ ứng suất σ

R
y
R trong thân
bể 66
Hình 3.9. Biểu đồ ứng suất τ
R
xy
R trong thân bể 66
Hình 3.10. Biểu đồ ứng suất pháp đáy móng 66
Hình 3.11. Biểu đồ ứng suất tiếp đáy móng 67
Hình 3.12. Sơ đồ tính toán mố tiêu năng 72
Hình 3.13. Sơ đồ lực tác dụng lên mố tiêu năng 75
Hình 3.14. Biểu đồ mômen và lực cắt 75
Hình 3.15. Sơ đồ minh họa đoạn 3 bể tiêu năng 76
Hình 3.16. Sơ đồ vị trí mặt cắt xác định nội lực 77
Hình 3.17. Biểu đồ mômen M
R
y
R(4-4) 77
Hình 3.18. Biểu đồ mômen M
R
y
R(3-3) 77
Hình 3.19. Biểu đồ mômen M
R
y
R(5-5) 78
Hình 3.20. Biểu đồ mômen M
R
x

R(2-2) và MR
x
R(1-1) 78
Hình 3.21. TH2-Biểu đồ mômen M
R
y
R 79
Hình 3.22. TH2-Biểu đồ lực cắt Q
R
y
R 79












Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Lê Đức Anh

- 6 -

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1. Các hình thức tiêu năng của một số công trình thủy lợi, thủy điện
nước ta………………………………………………………………….22
Bảng 3.1. Cấp công trình và các thông số kỹ thuật chính 50
Bảng 3.2. Hệ số vượt tải n
R
c
R……………………………………………….
53
Bảng 3.3. Bảng chỉ tiêu cơ lý của bê tông và đá nền dùng trong tính
toán…………………………………………………………………… 53
Bảng 3.4. Các đặc trưng kháng cắt của khối đá nền…………………… 54
Bảng 3.5. Các đặc trưng chống trượt giữa bê tông và đá nền…………….54
Bảng 3.6. Chỉ tiêu cơ lý của đất đắp…………………………………… 55
Bảng 3.7. Tổng hợp lực theo phương thẳng đứng……………………… 63
Bảng 3.8. Bảng tính toán ổn định trượt theo phương pháp PTHH……….68
Bảng 3.9. Bảng tính toán ổn định đẩy nổi theo phương pháp PTHH 69
Bảng 3.10. Bảng tính hệ số ổn định trượt, đẩy nổi phối hợp phân tích ứng
suất bằng PTHH 80

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Lê Đức Anh

- 7 -






MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của đề tài
Các công trình dạng trọng lực khi nói đến khả năng mất ổn định toàn
khối của công trình thường đề cập đến các khả năng mất ổn định sau:
- Bị trượt theo một mặt nào đó, có thể là mặt tiếp xúc giữa công trình
và nền, mặt nằm trong nền hay trong công trình. Mặt trượt được xét là mặt
phẳng hoặc mặt nghiêng.
- Bị lật quanh một trục nằm ngang khi mômen của ngoại lực gây lật lấy
đối với trục này vượt quá mômen chống lật.
- Bị đẩy nổi do tác dụng của các lực hướng từ dưới lên trên (áp lực
thấm, thủy tĩnh, động đất…).
- Hệ thống tiêu năng sau công trình bị phá hoại do dòng chảy, do đó
gây mất ổn định toàn bộ công trình
Tuy nhiên khi thiết kế các công trình dạng trọng lực, nếu ta khống chế
trong mọi trường hợp, tại các mép biên công trình không xuất hiện ứng suất
kéo, hoặc có xuất hiện với trị số nhỏ thì nói chung công trình không bị lật đổ.
Vì vậy việc kiểm tra khả năng lật thường là đảm bảo. Còn việc kiểm tra đẩy
nổi thường chỉ tiến hành với các công trình có ngưỡng thấp. Chính vì vậy
kiểm tra ổn định và độ bền của toàn bộ công trình trong đó có bể tiêu năng là
rất quan trọng đối với việc thiết kế các công trình dạng trọng lực.

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Lê Đức Anh

- 8 -


Hiện nay, các tài liệu trong nước tính toán độ ổn định của bể tiêu năng
mới chỉ dừng lại ở công thức tính toán chung – xem ứng suất là phân bố đều
mà chưa xét đến trường hợp ứng suất phân bố không đều. Vì vậy “Nghiên
cứu tính toán độ bền và độ ổn định bể tiêu năng đập tràn bê tông đầm
lăn trọng lực” là cần thiết nhằm giải quyết tồn tại hiện nay trong công tác
nghiên cứu độ bền và độ ổn định của bể tiêu năng đập bê tông đầm lăn trọng
lực.
2. Mục đích
- Tổng quan được các phương pháp tính độ bền và độ ổn định bể tiêu
năng sau công trình.
- Đề xuất, lựa chọn phương pháp tính độ ổn định và độ bền hợp lý cho
bể tiêu năng sau công trình.
- Vận dụng các kiến thức đã học vào tính toán thiết kế và ứng dụng
công nghệ mới vào sản xuất.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Khái quát tình hình sử dụng các hình thức tiêu năng sau công trình hiện
nay. Xem xét các phương pháp tính độ bền và ổn định để lựa chọn phương
pháp phù hợp với yêu cầu đặt ra .
4. Phương pháp nghiên cứu
- Sử dụng phương pháp tổng hợp thống kê các tài liệu lý thuyết, kết
hợp với phương pháp tính toán hiện đại và phần mềm ứng dụng.
- Áp dụng cho một công trình thực tế.
5. Kết quả đạt được
- Lựa chọn được phương pháp tính hợp lý để tính toán độ bền và độ ổn

định của bể tiêu năng sau công trình tràn nói chung và sau đập tràn bê tông
đầm lăn nói riêng.

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Lê Đức Anh

- 9 -


- Nghiên cứu độ ổn định, độ bền bể tiêu năng theo phương pháp tính
toán hiện đại với việc sử dụng phần mềm tính toán vào phân tích ổn định và
độ bền hồ Nước Trong tỉnh Quảng Ngãi.
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ BIỆN PHÁP TIÊU NĂNG SAU CÔNG TRÌNH
1.1. Khái niệm tiêu năng sau công trình
Khi xây dựng công trình trên sông, trên kênh thì mực nước phía trước
công trình sẽ dâng lên nghĩa là thế năng của dòng nước tăng lên. Khi dòng
chảy đổ từ thượng lưu về hạ lưu, thế năng đó chuyển thành động năng, một
phần động năng phục hồi thành thế năng (bằng mực nước hạ lưu), phần còn
lại (gọi là năng lượng thừa) nếu không có giải pháp tiêu năng hữu hiệu thì sẽ
gây xói lở nghiêm trọng ảnh hưởng đến an toàn công trình.
Công trình tiêu năng làm bằng đá xây hoặc bê tông, bê tông cốt thép có
kích thước và cấu tạo đặc biệt, nằm sau các công trình như cống, đập tràn, dốc
nước… nhằm tạo ra một đệm nước để giảm hoặc triệt tiêu năng lượng còn lại
của dòng nước khi ra khỏi công trình đó, tránh sự xói mòn chân đập ở hạ lưu.
1.2. Các biện pháp tiêu năng phòng xói và phương pháp tính toán tiêu
năng sau công trình
1.2.1. Sự cần thiết tính toán tiêu năng sau công trình
Đặc điểm dòng chảy hạ lưu:
- Có lưu tốc lớn lại phân bố rất không đều trên mặt cắt ngang.
- Mực nước hạ lưu lại thường thay đổi luôn.
- Mạch động áp lực và mạch động áp suất dòng chảy xảy ra với mức độ

cao. Thường sau một đoạn dài nhất định lưu tốc trở về dạng phân bố bình
thường, nhưng mạch động phải sau một đoạn dài hơn nhiều mới trở về trạng
thái bình thường.
- Có nhiều khả năng xuất hiện dòng chảy ngoằn nghèo, dòng xiên,
nước nhảy sóng….

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Lê Đức Anh

- 10 -


Nếu không có giải pháp tiêu năng hữu hiệu thì sẽ gây xói lở nghiêm
trọng ảnh hưởng đến an toàn công trình, dẫn tới mất ổn định tổng thể công
trình.
Từ sự phân tích trên ta thấy việc giải quyết vấn đề tiêu năng ở hạ lưu là
một trong những công việc quan trọng nhất của tính toán thiết kế các công
trình thuỷ lợi.
1.2.2. Nhiệm vụ tính toán tiêu năng
Phải tìm được biện pháp tiêu huỷ toàn bộ năng lượng thừa, điều chỉnh
lại sự phân bố lưu tốc và làm giảm mạch động, để cho dòng chảy về trạng thái
tự nhiên của nó trên một đoạn ngắn nhất, giảm chiều dài đoạn gia cố ở hạ lưu.
1.2.3. Các biện pháp tiêu năng sau công trình
Dòng chảy sau khi qua đập tràn xuống dưới hạ lưu có năng lượng rất
lớn. Năng lượng đó được tiêu hao bằng nhiều dạng khác nhau: một phần phá
hoại lòng sông và hai bên bờ gây nên xói cục bộ sau đập, một phần tiêu hao
do ma sát nội bộ dòng chảy, phần khác do ma sát giữa nước và không khí. Và
để tiêu hao năng lượng của dòng chảy thường dùng các biện pháp tiêu năng
sau: tiêu năng dòng chảy đáy, tiêu năng dòng chảy mặt, tiêu năng phóng xa.
1.2.3.1. Tiêu năng dòng đáy
+ Là hình thức lợi dụng nội ma sát để tiêu hao năng lượng thừa. Sau

thiết bị tiêu năng vẫn phải gia cố tiếp (gọi là sân sau thứ hai). Hình thức này
thường dùng với công trình tháo có cột nước thấp, vừa, nền đất, nền đá.
+ Thuộc về hình thức này có: Đào bể, xây tường hoặc bể tường kết hợp
(gọi chung là hình thức tạo bể. Bể tiêu năng có thể tạo ra bằng cách đào gọi là
bể chìm, bằng cách xây tường gọi là bể nổi, bằng cả đào và xây tường gọi là
bể nửa chìm nửa nổi). Ngoài ra còn áp dụng cách giảm độ sâu sau nước nhảy
bằng bố trí thiết bị tiêu năng phụ (mố nhám, dầm tiêu năng…), tạo tường

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Lê Đức Anh

- 11 -


phân dòng để khuyêch tán đều ở hạ lưu, làm đáy dốc ngược lại mực nước hạ
lưu nhỏ, làm đáy dốc thuận khi mực nước hạ lưu lớn.
1.2.3.2. Tiêu năng phóng xa
Theo kinh nghiệm xây dựng của nhiều nước hình thức này được dùng ở
các hồ chứa có cột nước cao và trung bình.
Ở nước ta và ở Trung Quốc, người ta ứng dụng hình thức này cả đối
với công trình loại vừa và nhỏ trên nền mềm có cột nước thấp cũng đạt được
kết quả
tốt.
Tuy nhiên hình thức này cũng còn một số tồn tại:
+ Hố xói làm biến dạng long sông, làm cho mực nước hạ lưu trạm thủy
điện thay đổi ảnh hưởng đến khả năng phát điện.
+ Xung kích của dòng phun tạo thành dòng cuộn ngược hoặc song vỗ
vào mái đập.
+ Hay xảy ra khí thực.
+ Dòng phun tạo ra sương mù ảnh hưởng đến giao thông và các thiết bị
điện ở khu vực.

1.2.3.3. Tiêu năng mặt
Hình thức này thường ứng dụng với trường hợp lưu lượng lớn nhưng
chênh lệch đầu nước thượng hạ lưu không lớn, bờ ở hạ lưu có khả năng ổn
định, chống xói tốt.
Hình thức này đã được áp dụng ở nước ta và nhiều nước trên thế giới.
Thực tế sử dụng hình thức tiêu năng này cho thấy khi ứng dụng tiêu
năng dòng mặt thì đảm bảo được điều kiện ứng dụng nhưng ở hạ lưu có sóng
xô mãnh liệt và kéo dài vì vậy rất trở ngại cho thuyền bè đi lại và đe doạ sự
ổn định của bờ.

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Lê Đức Anh

- 12 -


h
h
a
a)
b)
c) d)

Hình 1.1. Các hình thức nối tiếp dòng chảy ở hạ lưu
a. Tiêu năng dòng chảy đáy b. Tiêu năng dòng chảy mặt
c. Tiêu năng dòng mặt ngập c. Tiêu năng phóng xa
1.2.4. Hình thức tiêu năng đáy
1.2.4.1. Đặc điểm tiêu năng dòng đáy
Lợi dụng sức cản nội bộ của nước nhảy để tiêu năng.
1.2.4.2. Điều kiện cơ bản của hình thức tiêu năng này
Chiều sâu nước cuối bể phải lớn hơn chiều sâu liên hiệp thứ hai của

nước nhảy (h
R
b
R > hR
c
R”) để đảm bảo sinh nước nhảy ngập và tiêu năng tập trung.
Trong tiêu năng đáy, lưu tốc ở đáy rất lớn, mạch động mãnh liệt, có khả
năng gây xói lở, vì thế trong khu vực nước nhảy cần bảo vệ bằng bêtông (xây
sân sau). Khi nền đá xấu, đoạn nối tiếp qua sân sau (sân sau thứ hai) cần được
bảo vệ thích đáng. Muốn tăng hiệu quả tiêu năng, thường trên sân sau có xây
thêm các thiết bị tiêu năng phụ như mố, ngưỡng để cho sự xáo trộn nội bộ
dòng chảy càng mãnh liệt và ma sát giữa dòng chảy với các thiết bị đó
cũng có thể tiêu hao một phần năng lượng. Biện pháp này có hiệu quả tốt
và được ứng dụng rộng rãi. Tiêu năng dòng đáy thường dùng với cột nước
thấp, địa chất nền tương đối kém.
Khi cột nước cao h
R
c
RP
’’
P rất lớn như vậy phải hạ thấp đáy và bảo vệ kiên
cố sân sau. Lúc đó hình thức tiêu năng đáy không kinh tế.

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Lê Đức Anh

- 13 -


Người ta thường dùng các biện pháp như đào bể, xây tường hoặc bể,
tường kết hợp và các thiết bị tiêu năng khác để tạo ra nước nhảy ngập sau

đập tràn.
h
h
d
∆

∆
h
h
d

Hình 1.2. Hình thức bể tiêu năng
a. Bể tiêu năng
Sau khi xây bể làm tăng mực nước trên sân sau và thoả mãn yêu cầu:
h
R
b
R = d + hR
h
R + ∆Z > hR
c
R”, (1.1)
Chiều dài sân sau L
R
s
R lúc có bể hoặc tường tiêu năng được tính từ mặt
cắt co hẹp ngay sát chân đập tràn. Trong thực tế, trên sân sau khi có bể hoặc
tường sẽ hình thành nước nhảy không tự do nên chiều dài của nó nhỏ hơn
chiều dài nước nhảy tự do (l
R

n
R). Theo đề nghị của M.Đ.Tsêtouxôp như sau:
L
R
s
R = βlR
n
R (1.2)
Trong đó:
β : hệ số thực nghiệm .
l
R
n
R: được tính theo thực nghiệm.
Hình dạng bể tiêu năng trong mặt phẳng thẳng đứng là hình chữ nhật
(hình 1.2a) thì hiệu quả tiêu năng tốt. Nhưng do dòng chảy có thể bào mòn
cạnh và góc, nhất là khi nước có nhiều bùn cát, nên thường thiết kế bể có
dạng hình thang (hình 1.2b).
b. Tường tiêu năng
Khi do điều kiện kết cấu và thi công, bể tiêu năng không thích hợp thì
nên dùng tường tiêu năng. Tường có thể dâng mực nước hạ lưu và giảm khối
lượng đào. Sau tường tiêu năng không cho phép nước nhảy xa. Chiều cao của
tường cũng giống như chiều sâu bể được tính với nhiều cấp lưu lượng khác
nhau để tìm được chiều cao tường lớn nhất. Sau khi xác định được kích thước

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Lê Đức Anh

- 14 -

của tường cần phải kiểm tra xem sau tường có nước nhảy xa nữa không. Nếu
có thì phải thiết kế thêm tường tiêu năng thứ hai. Hình dạng tường tiêu năng
thường làm mặt cắt trơn và thuận để tránh phá hoại do bào mòn, (hình 1.3).
111
1: 0,75
105
112
122,2

Hình 1.3. Tường tiêu năng
c. Bể tường tiêu năng kết hợp
Khi dùng bể tiêu năng có khối lượng đào lớn và cao trình đáy đập phải
thấp, do đó khối lượng đập tăng; nếu dùng tường tiêu năng thì phải quá cao,
sau tường có thể sinh nước nhảy xa và cần thêm tường tiêu năng thứ 2, làm
tăng khối lượng bảo vệ. Lúc đó cần dùng bể và tường kết hợp (hình 1.4) để
giảm khối lượng đào, khối lượng đập và thiết bị bảo vệ.

∆
d
C
h
h

Hình 1.4. Bể và tường tiêu năng kết hợp

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Lê Đức Anh

- 15 -

d. Các thiết bị tiêu năng trên sân sau
Trên sâu sau thường bố trí các thiết bị để tiêu hao năng lượng dòng
chảy như mố, ngưỡng v.v (hình 1.5) làm cho dòng chảy gây ra lực phản kích lại
và giảm được h
R
c
R”, rút ngắn chiều dài sân sau. Thí nghiệm chứng minh rằng, nếu bố
trí thích hợp các thiết bị đó có thể giảm được (20% + 30%)h
R
c
R”.
C
P
L
P
L
C
10
5
3
7
3
P
C
P
7,5
2,5
15
5
a)

b)
c) d)

Hình 1.5. Hình thức các thiết bị tiêu năng
(kích thước trong hình ghi theo m)
- Ngưỡng tiêu năng (hình 1.5a) ngập trong nước nhảy, góc nghiêng mái
thượng lưu ngưỡng nhỏ hơn 90
P
0
P và lớn hơn 60P
0
P. Vị trí ngưỡng nên đặt chính
giữa chiều dài sân sau.
- Mố tiêu năng (hình 1.5b, c, d) thường bố trí gần nơi bắt đầu của sân
sau, tại khu vực dòng chảy có lưu tốc cao, cách chân đập một đoạn dài hơn
chiều sâu phân giới của dòng chảy. Kích thước và vị trí mố có ảnh hưởng
lớn đối với dòng chảy. Theo thí nghiệm, kích thước mố nên lấy như sau:
Chiều cao mố d
R
m
R = (0,75 ÷ 1,0)hR
c
R, chiều rộng mố bR
m
R = (0,5 ÷ 1) dR
m
R,
khoảng cách B
R
m

R giữa mép của hai mố gần nhau BR
m
R < bR
m
R. Nếu bố trí hai hàng
mố, hiệu quả tiêu năng tốt hơn so với một hàng. Khoảng cách giữa hai hàng
mố L
R
m
R = (2 ÷ 3)dR
m
R, bố trí các mố theo hình hoa mai. Chọn số hàng mố còn
phụ thuộc vào hình thức mố, có lúc bố trí hai hàng, lưu tốc phân bố không tốt.
Có nhiều hình thức mố tiêu năng (hình 1.6): để cải thiện điều kiện thuỷ lực, ở
cạnh mép mố thường vát cong đề phòng hiện tượng khí thực.
- Mố phân dòng có thể làm cho dòng chảy có lưu tốc cao ở chân đập
chuyển thành trạng thái dòng chảy có lợi. Nói chung sau mố phân dòng nên có

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Lê Đức Anh

- 16 -


mố tiêu năng (hình 1.6d); do ở giữa các mố phân dòng có dòng chảy tập
trung, sau đó gặp phản kích của mố tiêu năng càng làm cho hiệu quả tiêu năng
tăng thêm.

a) b) c) d)
Hình 1.6. Các hình thức mố tiêu năng
1.2.5. Phương pháp nghiên cứu tiêu năng

Chọn hình thức tiêu năng phòng xói hạ lưu, xác định các thông số của
giải pháp tiêu năng cụ thể chưa có lời giải chính xác hoàn toàn. Vì vậy hiện
nay áp dụng nhiều phương pháp khác nhau. Có thể áp dụng độc lập hoặc phối
hợp các phương pháp.
1.2.5.1. Phương pháp lý luận
Phương pháp lý luận chính xác chưa có. Phương pháp này thường dẫn
tới áp dụng các công thức lý luận kết hợp với các hệ số điều chỉnh.
1.2.5.2. Phương pháp thực nghiệm mô hình
Từ thực nghiệm mô hình thuỷ lực xây dựng các công thức thực nghiệm.
Các công thức này có phạm vi ứng dụng nhất định và có giá trị gần đúng.
Ngoài ra phương pháp này còn để kiểm chứng các kết quả có được từ phương
pháp lý luận.

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Lê Đức Anh

- 17 -


1.2.5.3. Nghiên cứu trên nguyên hình
Nguyên hình chính là mô hình có tỷ lệ 1:1. Mọi điều kiện tương tự
được đảm bảo. Nhưng dòng chảy trong thực tế lại diễn ra theo một quá trình
ngoài ý chủ quan của con người.
1.2.6. Một số hình ảnh về các hình thức tiêu năng sau công trình
* Hồ chứa nước Ngàn Trươi tỉnh Hà Tĩnh

Hình 1.7. Hồ chứa nước Ngàn Trươi tỉnh Hà Tĩnh – Hình thức tiêu năng bể
Đập tràn mặt cắt thực dụng Ôphixêrốp, tiêu năng đáy với các thông số:
- Cao trình ngưỡng tràn: +45,0.
- Cao trình đáy bể tiêu năng: +36,0.
- Chiều dài bể tiêu năng: 36,0 m.

- Chiều rộng bể tiêu năng: 53,0 m.



Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Lê Đức Anh

- 18 -


* Công trình thuỷ điện Tuyên Quang:

Hình 1.8. Công trình thuỷ điện Tuyên Quang – Tiêu năng phóng xa
Công trình thủy điện Tuyên Quang gồm có 3 hạng mục chính:
Đập chính (không tràn) cao 97,3m; tràn xả lũ có 2 phần xả mặt 4(15x15,15m)
và xả đáy 8(4,5x6m); nhà máy thủy điện có 3 tổ máy.
* Hồ Lòng Sông - Bình Thuận:

Hình 1.9. Đập tràn hồ Lòng Sông - Bình Thuận, Tiêu năng phóng xa
Tại đỉnh, đập có chiều dài là 246 m, bề rộng 6m. Phần tràn ở giữa đập
có 6 khoang, mỗi khoang có cửa rộng 8m×6m.

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Lê Đức Anh

- 19 -


* Đập thuỷ điện Yaly – Gia Lai:

Hình 1.10. Tràn xả lũ đập thuỷ điện Yaly. Hình thức tiêu năng mũi phun.
Tràn xả lũ gồm 6 cửa, dùng van cung. Mỗi cửa rộng 15 m. Ngưỡng tràn

ở cao trình +499,12 ( thấp hơn MNDBT 15,88 m ). Hình thước ngưỡng tràn
Ofixêrop, nối tiếp sau ngưỡng tràn là dốc nước có độ dốc thay đổi và tiêu
năng mũi phun. Lưu lượng xả lớn nhất là 17.400 m3/s
* Công trình thuỷ điện Đại Ninh:
Hình 1.11. Hình thức tiêu năng phóng xa

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Lê Đức Anh

- 20 -


* Công trình thủy điện Đồng Nai 3 – Lâm Đồng và Đăknông:

Hình 1.12. Hình thức tiêu năng phóng xa
Đập tràn: Đập tràn trọng lực, tiêu năng bằng mũi phun. Cao trình
ngưỡng tràn +574m (thấp hơn MNDBT 16m), có 5 cửa kích thước, mỗi cửa b
x h = 15 x 16 (m). Cửa van hình cung có b x h = 15 x 16,5 (m). Đóng mở
bằng xilanh thủy lực với sức nâng: 2 x 160T mỗi cửa
* Công trình thủy điện Sơn La:
Hình 1.13. Hình thức tiêu năng mặt và tiêu năng đáy

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Lê Đức Anh

- 21 -


Cao trình đỉnh đập: 228.1m; chiều cao lớn nhất: 138.1m; xả sâu:
12x(6x10)m (12 cửa xả kích thước 6x10m ở phía dưới bên phải ảnh), xả mặt:
6x(15x13)m (6 cửa xả mặt ở phía trên bên trái ảnh).
* Công trình thủy điện Định Bình – Bình Định:

Hình 1.14. Hình thức tiêu năng mặt và tiêu năng đáy
Dung tích hữu ích: 170 x 106 m3. Đập chính L: 380 m. Chiều
cao đập: 54 m. Diện tích tưới: 7.800 Ha.
* Công trình thủy điện Suối Đuốc – Bình Định:
Hình 1.15. Hình thức tiêu năng phóng xa

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Lê Đức Anh

- 22 -


Kiểu tràn dọc, điều tiết bằng cửa van phẳng + vít me, ngưỡng tràn mặt
cắt thực dụng kiểu Ofixerop , nối tiếp sau tràn bằng dốc nước , tiêu năng mũi
phun, kết cấu bằng BTCT M200.
- Cao trình ngưỡng tràn: 50,33 m.
- Bề rộng ngưỡng tràn (15cửa*2m): 30,00 m.
- Lưu lượng xả lũ thiết kế: 229,27 m
P
3
P/s.
- Lưu lượng xả lũ kiểm tra: 284,47 m
P
3
P/s.
Bảng 1.1. Các hình thức tiêu năng của một số công trình
thuỷ lợi, thủy điện nước ta
TT Tên công trình Hình thức tiêu năng
1 Hồ chứa nước Ngàn Trươi – Hà Tĩnh Tiêu năng đáy
2 Hồ chứa nước Khe Dứa – Thanh Hoá Tiêu năng đáy

3 Hồ chứa nước Khe Rò 1 và 2 - Quảng Trị Tiêu năng đáy
4 Hồ chứa nước Chúc Bài Sơn - Quảng Ninh Tiêu năng đáy
5 Hồ chứa nước Đồng Bò - Quảng Nam Tiêu năng đáy
6 Hồ chứa nước ALưới - Thừa Thiên Huế Tiêu năng đáy
7 Hồ chứa nước Khuôn Pin - Lạng Sơn Tiêu năng đáy
8
Công trình thủy điện Đại Ninh – Bình
Thuận
Tiêu năng phóng xa
9 Công trình thủy điện Yaly – Gia Lai Tiêu năng phóng xa
10 Hồ chứa nước Gò Miếu - Thái Nguyên Tiêu năng phóng xa
11 Hồ chứa nước Lòng Sông – Bình Thuận Tiêu năng phóng xa
12 Hồ chứa nước Dầu Tiềng – Tây Ninh Tiêu năng phóng xa
13 Công trình thủy điện Sơn La – Sơn La Tiêu năng mặt và tiêu năng đáy
14
Công trình thủy điện Định Bình – Bình
Định
Tiêu năng mặt và tiêu năng đáy
15 Hồ chứa nước Suối Chỉ - Quảng Ngãi Tiêu năng mặt

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Lê Đức Anh