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

B GIÁO D C VÀ ÀO T O
TR

NG

B NÔNG NGHI P VÀ PTNT
I H C TH Y L I

-------  -------

NGUY N V N TÔN

Nghiªn cøu c¸c yÕu tè thñy lùc vµ c¸c gi¶i ph¸p gia cè
khi x¶ lò thi c«ng qua ®ª quai b»ng ®¸ ®æ

LU N V N TH C S

HÀ N I - 2014


L IC M

N

Sau m t th i gian thu th p tài li u và nghiên c u, thí nghi m mô hình đ n nay
lu n v n “Nghiên c u các y u t th y l c và các gi i pháp gia c khi x l thi
công qua đê quai b ng đá đ ” đã hoàn thành và đáp ng đ
V i thành qu đ t đ
quý th y cô Tr

ng

c các yêu c u đ ra.

c, tác gi lu n v n xin bày t lòng bi t n sâu s c đ n

i h c Th y l i trong th i gian qua đã truy n đ t ki n th c

khoa h c, kinh nghi m th c t cho tác gi lu n v n.
Tác gi xin c m n Trung tâm nghiên c u th y l c đã t o đi u ki n, giúp đ
tác gi tham gia, th c hi n thí nghi m mô hình th y l c và hoàn thành lu n v n.
c bi t tác gi lu n v n xin đ
PGS.TS. Tr n Qu c Th

ng đã h

c bày t lòng bi t n sâu s c đ n th y

ng d n tác gi hoàn thành lu n v n này.

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

ng c ng nh trong quá trình th c hi n

lu n v n này.
Cu i cùng, xin c m t t m lòng, h tr c a nh ng ng

i thân đã đ ng viên

giúp đ tác gi lu n v n trong su t quá trình h c t p và hoàn thành lu n v n này.

Hà N i, tháng 11n m 2014
Tác gi lu n v n

Nguy n V n Tôn


L I CAM OAN
Tên tôi là:Nguy n V n Tôn
H c viên l p: CH20C11
tài lu n v n cao h c “Nghiên c u các y u t th y l c và các gi i pháp gia
c khi x l thi công qua đê quai b ng đá đ ” đ

c Tr

N i giao cho h c viên Nguy n V n Tôn d

ng d n c a th yPGS.TS. Tr n

Qu c Th

is h

ng đ n nay đã hoàn thành.

Tôi xin cam đoan v i Khoa Công trình và Phòng
hoc Tr

ng đ i h c Th y l i Hà

ào t o đ i h c và sau đ i

ng đ i h c Th y l i đ tài nghiên c u này là công trình c a cá nhân tôi./.
Hà N i, tháng 11 n m 2014
Tác gi lu n v n

Nguy n V n Tôn


M CL C
PH N M
CH

U ........................................................................................................ 1

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

1.1. CÁC PH

NG PHÁP D N DÒNG THI CÔNG ............................................ 4

1.1.1. D n dòng qua c ng ng m .................................................................................4
1.1.2. D n dòng qua tuynen........................................................................................5
1.1.3. Ph

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

1.2. T NG QUAN V X L THI CÔNG QUA
CÔNG (

PD )

P Á

ANG THI

TRÊN TH GI I VÀ VI T NAM. ......................................... 7

1.2.1. TRÊN TH GI I .............................................................................................7
1.2.2.

VI T NAM.................................................................................................24

1.3. TÍNH TOÁN D N DÒNG .............................................................................. 30
1.3.1. C s tính toán ...............................................................................................30
1.3.2. Công th c tính toán ........................................................................................31
1.4. K T LU N CH

NG 1 ................................................................................. 35

1.4.1. K t lu n ..........................................................................................................35
1.4.2. Nh ng v n đ nghiên c u ..............................................................................36
CH

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

2.1. LU T T

NG T

2.1.1. Khái ni m v t

C A MÔ HÌNH TH Y L C CÔNG TRÌNH ............... 37
ng t c h c ........................................................................37

2.1.2.

nh lu t FRUT (

nh lu t T

ng t tr ng l c) ...........................................40

2.1.3.

nh lu t REYNOL ........................................................................................44

2.1.4.

nh lu t EULER ...........................................................................................46

2.2. THI T K VÀ XÂY D NG MÔ HÌNH ........................................................ 47
2.2.1. T l mô hình .................................................................................................47
2.2.2. V t li u đ p đê quai th

ng l u: ....................................................................48

2.2.3. Mô hình hoá v t li u đ p đ p đá đ : ..............................................................48
2.2.4.

p đê quai h l u: ........................................................................................48

2.3. PH M VI MÔ HÌNH ....................................................................................... 48


2.4. B TRÍ O
2.5. PH

C ............................................................................................. 48

NG PHÁP NGHIÊN C U THÍ NGHI M ........................................... 49

2.6. N I DUNG THÍ NGHI M .............................................................................. 49
2.7. K T LU N CH
CH

NG 2 ................................................................................. 49

NG 3: K T QU NGHIÊN C U.............................................................. 51

3.1. Cao trình đ nh đê quai ∇55m, gia c b ng th m r đá..................................... 51
3.1.1. Kh n ng tháo c a đê quai th

ng l u...........................................................52

3.1.2. Xác đ nh v n t c dòng ch y ...........................................................................54
3.1.3. Di n bi n tình hình th y l c khi x l thi công..............................................60
3.1.4. Nh n xét .........................................................................................................62
3.2. Cao trình đ nh đê quai cao trình 59m, gia c b ng bê tông c t thép ................ 63
3.2.1. Kh n ng tháo c a đê quai th

ng l u...........................................................64

3.2.2. Xác đ nh v n t c dòng ch y ...........................................................................66
3.2.3. Di n bi n tình hình th y l c khi x l thi công..............................................72
3.3. Nghiên c u n đ nh l p đá h c gia c m t đ p ................................................ 74
3.3.1. Cao trình đ nh đê quai ∇55m. ........................................................................74
3.3.2. Cao trình đ nh đê quai ∇59m .........................................................................74
3.3.3. Tính toán xác đ nh kích th
3.3.4. Ph

c hòn đá. ...........................................................75

ng án so sánh ..........................................................................................76

3.4. K t lu n ch

ng 3 ............................................................................................ 78

3.4.1. Nh n xét chung...............................................................................................78
3.4.2. Nh ng đóng góp c a tác gi ...........................................................................79
K T LU N VÀ KI N NGH ................................................................................ 84
1. K t qu nghiên c u c a lu n v n ......................................................................... 84
2. T n t i và h n ch ................................................................................................ 84
3. Ki n ngh .............................................................................................................. 85
4. Nh ng v n đ c n nghiên c u ti p: ...................................................................... 85
TÀI LI U THAM KH O ................................................................................. 86


DANH M C B NG BI U
B ng 1.1: M t s c ng d n dòng ...............................................................................4

B ng 1.2: M t s tuynen d n dòng trên th gi i ........................................................5
B ng 1.3:Ph

ng th c d n dòng thi công v

ch n tiêu chu n v

t l m t ph n đ p bê tông b n m t và

t l ............................................................................................15

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

c ................................................19

B ng 1.5: Thông s d n dòng ..................................................................................24
B ng 1.6: Các thông s c b n ................................................................................. 25
B ng 1.7: S đ d n dòng thi công .......................................................................... 28
B ng 2.1: T l các đ i l
B ng 2.2: L u l

ng ..................................................................................47

ng th c t và mô hình .................................................................48

B ng 3.1: Kh n ng tháo qua đê quai th

ng l u v i cao trình đê quai 55m .........53

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

B ng 3.3: Kh n ng tháo qua đê quai th

ng l u v i cao trình đê quai 59m .........65

B ng 3.4: V n t c dòng ch y v i cao trình đê quai 59m .........................................67
B ng 3.5: Quan h v n t c và đ

ng kính đá đ .....................................................75


DANH M C NH CH P
nh 1.1: Công trình th y đi n Tuyên Quang ...........................................................25
nh 1.2: L ch y qua đê quai Th

ng L u (Th y đi n Tuyên Quang) ..................26

nh 1.3: L ch y qua c ng d n dòng và đê quai th ng l u (Th y đi n Tuyên Quang) . 26
nh 2.1: Máng kính thí nghi m mô hình m t c t ....................................................50
nh 3.1: Mái h l u đê quai th

ng gia c th m r đá ...........................................57

nh 3.2: Mái h l u đ p đá đ gia c th m r đá .....................................................57
nh 3.3: N

c nh y sóng h l u đê quai th

nh 3.4: Mái h l u đê quai th

ng ....................................................61

ng l u gia c t m BTCT .....................................70

nh 3.5: Mái h l u đ p đá đ gia c t m BTCT ....................................................70
nh 3.6: N

c nh y ng p h l u đê quai th

ng ....................................................73

nh 3.7:

á gia c m t đ p .....................................................................................74

nh 3.8:

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

nh 3.9::

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

nh 3.10: H c viên quan sát dòng ch y ..................................................................81
nh 3.11: H c viên đo đ c

mô hình .....................................................................82

nh 3.12: H c viên đo đ c

mô hình .....................................................................83

DANH M C HÌNH V
Hình 1.1: L a ch n b trí công trình tháo trong công trình đ u m i. .........................9
Hình 1.2: Tính toán d c n

c gia c lòng d n b ng đá l n, đá kh i. ......................11

Hình 1.3: K t c u gia c mái h c a đ p đá đ ........................................................12
Hình 1.4: Gia c mái h c a đ p đá đ ....................................................................13
Hình 1.5: S h a c t d c tuy n d n dòng ph

ng án ch n ......................................25

Hình 2.1: S đ b trí m t b ng mô hình .................................................................50
Hình 3.1: S h a dòng ch y qua đê quai th

ng l u ...............................................52

Hình 3.2: Quan h Q = f 1 (Z h ) và m = f 2 (Q x ) ......................................................53
Hình 3.3: Th m r đá gia c mái h l u đê quai th

ng l u ...................................54

Hình 3.4: Th m r đá gia c mái h l u đ p đá đ . .................................................55
.Hình 3.5: C t d c công trình d n dòng ...................................................................56
Hình 3.6: S đ m t c t đo m c n
Hình 3.7: N

c , v n t c. ......................................................58

c nh y sóng h l u đê quai th

Hình 3.7a: Quan h l u l

ng và v n t c .................................................................63

Hình 3.8: S h a dòng ch y qua đê quai th
Hình 3.9:

ng ...................................................61
ng l u ................................................64

ng quan h Q = f 1 (Z h ) và m = f 2 (Q x ) ...........................................65

Hình 3.10: T m bê tông côt thép gia c mái h l u đê quai TL ...............................66
Hình 3.11: T m bê tông c t thép gia c mái h l u đ p ..........................................67
Hình 3.12: S h a c t d c công trình d n dòng .......................................................69
Hình 3.13: S đ m t c t đo m c n
Hình 3.14: N

c, v n t c ......................................................71

c nh y ng p h l u đê quai th

ng .................................................73


1

I. PH N M
1. Tính c p thi t c a

U

tài

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

c, bên c nh v n đ k thu t,

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

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

t ng th công trình đ u m i, h th ng đê quai th

ng, h l u, tuynel d n dòng t m

th i, c ng, tuynel th y đi n ... Quy mô các công trình này th

ng r t l n, chi phí r t

t n kém, v n đ x lý k thu t c ng g p nhi u khó kh n.
V i nh ng công trình l u l

l

ng mùa l l n hàng ch c, hàng tr m l n l u

ng mùa ki t, n u dùng c ng (tuynen) x l mùa ki t cho mùa l thì ph i làm

nhi u c ng t n nhi u kinh phí.
Do đó các đ p l n, kiên c xây d ng b ng v t li u đá đ , bê tông đ m l n
đang đ

c áp d ng r ng rãi, m ra m t h

ng phát tri n cho gi i pháp x l thi

công qua đ p đ p d , giúp gi m quy mô và chi phí cho công trình d n dòng thi
công.
Trong giai đo n d n dòng này th
l ul

ng l , l u l

ng còn l i đ

ng s d ng tuynel d n dòng x m t ph n

c x qua đê quai đá đ ho c qua đ p đá đ đang

đ pd .
Tuy v y, kinh nghi m thi t k c ng nh các quy ph m, ch d n thi t k v v n
đ này còn h n ch , ch a đ

Gi

c đ c p nhi u.

n đ nh cho đ p đá đ khi x l thi công m i công trình dùng gi i pháp k

thu t và bi n pháp gia c khác nhau là m t v n đ c n quan tâm. Do đó, vi c xác
đ nh các y u t gây m t n đ nh cho đ p đá đ khi x l thi công ph i đ
tránh cho s th t b i n u gia c không t t, ng
lãng phí v v n đ u t .

c làm rõ,

c l i n u gia c quá kiên c l i gây


2

Vì v y nghiên c u s đ gi i pháp h p lý khi d n dòng x l thi công qua đ p
đá đ đ p d có ý ngh a th c ti n và tính th i s trong giai đo n n

c ta đang có

yêu c u xây d ng nhi u công trình th y l i, th y đi n l n, nh m ph c v cho dân
sinh, kinh t .
X l thi công qua đ p đá đ đang thi công th

ng theo 2 s đ :

S đ 1 (k ch b n 1)

•

X l thi công qua c ng (tuynel) và đê quai th
ngh a là cao trình đ nh đê quai th

ng l u ch u l c là chính,

ng l u cao h n cao trình đ nh đo n đ p đá đ

đ p d và đê quai h l u.
S đ 2 (k ch b n 2)

•

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

ng

l u và đê quai h l u.
Lu n v n nghiên c u theo s đ 1.
X l thi công qua c ng và đê quai đá đ ch u l c là chính, ngh a là cao trình
đ nh đê quai đá đ cao h n cao trình đ nh đ p đá đ và đê quai h l u.
có nh ng đánh giá xác th c và tính toán d n dòng thi công h p lý trong
th c t xây d ng các công trình th y l i, th y đi n. Xu t phát t ý ngh a th c ti n
trên h c viên l a ch n đ tài: “Nghiên c u các y u t th y l c và các gi i pháp
gia c khi x l thi công qua đê quai b ng đá đ ”.
2. M c tiêu c a

tài

Nghiên c u đ c đi m, ch đ th y l c khi x l thi công qua đê quai đá đ . T
đó đánh giá các k t c u gia c phù h p cho công trình d n dòng.
3. Cách ti p c n và ph


ng pháp nghiên c u:

Cách ti p c n:
T ng h p, thu th p và phân tích các công trình nghiên c u

n

c v các ph

ng pháp d n dòng thi công qua đ p đang thi công nh : đ p đá đ ,

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

Ph

trong và ngoài

ng pháp nghiên c u:


3

- Nghiên c u tài li u h

ng d n, ph

ng pháp tính toán d n dòng thi công qua

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

c.

- Tính toán lý thuy t.
- Thínghi m mô hình th y l c.
4. K t qu d ki n đ t đ

c:

- Xác đ nh các y u t th y l c v i các tr

ng h p x l thi công khác nhau v i

các cao trình đ nh đê quai khác nhau.
- Xác đ nh gi i pháp gia c v i các tr

ng h p x l thi công khác nhau.


4

II.

CH

NG 1: T NG QUAN V D N DÒNG THI CÔNG

1.1. CÁC PH
NG PHÁP D N DÒNG THI CÔNG
Có r t nhi u ph ng pháp d n dòng thi công, d i đây nêu tóm t t m t s
ph

ng pháp chính:

1.1.1. D n dòng qua c ng ng m
i v i các công trình v a và nh th

ng s d ng c ng l y n

c đ d n dòng

mùa khô ho c b trí các l x trong thân đ p (c ng ng m) đ tháo l thi công.
v i các công trình l n, c ng đ

i

c thi t k riêng đ d n dòng c mùa khô và mùa l ,

mùa khô n m thi công cu i cùng m i hoành tri t c ng;
Khi s d ng c ng ng m đ d n dòng, n u l u l
th

ng d n dòng l n thì ng

i ta

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

L p, Tuyên Quang, B n Chát, Bình i n,

ng Nai...). Khi thi công xong, ng

hoành tri t và ch đ l i m t khoang đ d n n

ct

i ta

i lâu dài, các khoang đã hoành

tri t s tr thành các hành lang ki m tra và s a ch a (B ng 1.1 nêu m t s c ng d n
dòng).
B ng 1.1: M t s c ng d n dòng
L u
TT

l

Tên công trình

ng x

S c ng và

T n su t

kích th

thi t k

c

Q x (m3/s)

(bxh)m

(P%)

1

C ng d n dòng thu đi n a M’Bri

61,2

1x(3x4)

P 10% ki t

2

C ng d n dòng thu đi n B n Chát

1410

2x(5x9)

P 10% ki t

581

3x(5x7)

P 5% ki t

1410,8

3x(5x9)

P 5% ki t

361

1x9(D=9m)

P 5% ki t

3
4
5

C ng d n dòng thu đi n Sông
Tranh 2
C ng d n dòng thu đi n B n V

Tuy nen d n dòng C a

t

6

C ng d n dòng thu đi n Sê San 3

634

2x(5x7)

P 5% ki t

7

C ng d n dòng thu đi n Khe B

769

2x(5x6.5)

P 5% ki t

8

C ng d n dòng thu đi n Sê San 4

1019

3x(5x7)

P 5% ki t


5

( Ngu n: Thí nghi m mô hình th y l c các công trình th y đi n, th y l i –
Vi n khoa h c th y l i (2002-2007)).
D n dòng qua c ng v mùa ki t thu n l i, nh ng vào mùa l (l u l

ng l n)

chênh l ch v i mùa ki t kho ng vài ch c t i vài tr m l n, c ng làm vi c v i ch đ
th y l c ph c t p, n u x v i l u l
d n dòng thi công t ng. Do đó th

ng l n thì s c ng t ng lên nhi u, kinh phí cho
ng k t h p x l thi công v i công trình khác.

1.1.2. D n dòng qua tuynen
Tuynen đ

c dùng làm công trình d n dòng trong đi u ki n sông mi n núi,

lòng sông h p, vách đá d c, l u l

ng l n mà không áp d ng đ

d n dòng qua kênh. Vi c tính toán thi t k t

ng t nh ph

c ph

ng pháp

ng pháp d n dòng qua

c ng ng m. Thi công tuynen khó kh n và t n kém nên khi áp d ng ph

ng pháp

này c n ph i xác đ nh m t c t tuy nen sao cho t ng giá thành tuynel và đê quai là
nh nh t.
Liên Xô và nhi u n

c khác nh ng n m cu i th k 20 h u nh các công

trình th y l i, th y đi n l n đã đ
t t th

ng dùng tuynen x l (nêu

c xây d ng v i các công trình l n, đ a ch t là đá
b ng 1.2).

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

Tên công trình

l

ng

tuynen
1

KaxôraBassa,
MôZ mbích

R ng, cao ho c
đ

ng kính (m)

L ul

ng

(m3/s)

2

16x16

4500

2

Kê Ban, Th Nh Kì

2

14,5x14,5

4520

3

Nui- Melônês, M

1

8,86x10,35

-

4

Temengop, Malaysia

2

9

5

Axuan, Ai C p

6

15

11000

6

Trikuasen, Mêhicô

2

13x13

4500


6

S
STT

l

Tên công trình

ng

R ng, cao ho c

ng

ng kính (m)

(m3/s)

1

11,6x14

2200

3

13,7

1

13,2

tuynen

đ

L ul

7

Toktogul, Liên Xô

8

Tarbela, Pakistan

9

Naika, Canađa

2

13,7

4250

10

Xirikit, Thái Lan

2

13,5

4500

11

ElKakhon, Honđurat

1

13

2100

12

Trikeisk, Liên Xô

1

10,2x13,6

2200

13

vorsak, M

1

12,2x12,2

1920

14

Nurêc, L.Xô

1

11x10

3200

15

Trivor, Kolômbia

1

10,35x10,35

2800

16

Môrnôs, Hi L p

1

9,6 9,6

1350

18000

( Ngu n:
tài nghiên c u H L.2012 – G/39 – Vi n khoa h c th y l i Vi t

Nam, n m 2012).
1.1.3. Ph

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

i v i các công trình l n ng

i ta th

ng dùng ph

ng pháp đ p đê quai

ng n dòng nhi u đ t. Ph bi n nh t là hai đ t, đ t đ u d n dòng qua lòng sông thu
h p đ thi công công trình đ t 1.

t 2 s ng n ph n lòng sông còn l i và tháo n

qua các công trình d n dòng đã đ

c thi công trong đ t 1 nh khe r ng l

x đáy, l x sâu, tuynel, tràn t m ho c ch lõm đ

c

c, c ng

c ch a l i trên m t đ p (bê tông

ho c đ p đá đ ) đang thi công.
1.1.3.1. D n dòng qua lòng sông thu h p
ây là ph
nh .

ng pháp đ

c dùng r t ph bi n khi thi công các công trình v a và

u tiên, vào mùa khô, đ p đê quai th

ng l u, đê quai d c và đê quai h l u


7

đ thi công m t ph n công trình chính và công trình d n dòng cho đ t 2 (t t c đ
g i là công trình đ t 1). Mùa l dòng ch y đ

c d n qua ph n lòng sông thu h p và

ti p t c thi công công trình đ t 1 trong ph m vi đ
1.1.3.2. D n dòng qua khe r ng l
Khe r ng l
ch y đ

c th

ng đ

c th

ng đ

c b o v b i các đê quai.

c

c dùng đ ph c v d n dòng giai đo n hai. Khi dòng

c d n qua các khe r ng l

Khe r ng l

c

c thì thi công các h ng m c công trình đ t 2.

c b trí t i các khoang c a đ p tràn vì:

- T i v trí đ p tràn th

ng có đ a ch t t t nh t, thu n dòng ch y;

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

c;

- Không ph i xây d ng các công trình tiêu n ng vì đã có công trình tiêu n ng
c a đ p tràn;

- Vi c l p khe r ng l

c r t ph c t p.

1.2. T NG QUAN V X L THI CÔNG QUA
CÔNG (

PD )

P Á

ANG THI

TRÊN TH GI I VÀ VI T NAM.

1.2.1. TRÊN TH GI I
Nh ng con sông l u l
l ul

ng r t nh . L u l

ng v mùa l r t l n và v đ t ng t. Còn v mùa khô
ng v mùa ki t nh h n l u l

ng mùa l hàng tr m

th m chí hàng nghìn l n.
Nói chung khi xây d ng các đ p b ng đ t, đá; n
tuynel t m th i ho c qua các c ng đ t
dùng đ tháo qua l

c s đ

c tháo qua các

đáy đ p. N u nh ng tuynen hay c ng ng m

ng l l n nh t thì kích th

c c a chúng r t l n mà th i gian s

d ng thì r t ng n, s không kinh t .
Vì th vi c tính toán và xây d ng các tuynen hay c ng ng m t m th i đ tháo
qua nh ng l u l

ng nh , còn l

ng l l n, đ t ng t cho tràn qua đ nh đ p là m t

yêu c u c a th c t .
Khó kh n chính c a ph

ng pháp này là b o đ m an toàn cho ph n đá đ

thân đ p v phía h l u khi x l qua.
Ph
th y đi n

ng án này đã đ
nhi u n

c áp d ng vào vi c xây d ng các công trình th y l i,

c trên th gi i nh : Úc, Nga, Trung Qu c...


8

T n m 1930 tr l i đây nhi u ph
n

c tràn qua đ

ng pháp b o v đ p đ t đá kh i b xói khi

c nêu ra và áp d ng. Kinh nghi m thi t k , thí nghi m và xây

d ng đ p đá đ đã kh ng đ nh kh n ng cho phép n
Tuy v y ph
và ch a đ

ng pháp tháo n

c tràn qua đ p đang thi công.

c thi công qua đ p đá đ xây d ng d t

c đ c p nhi u.

V n đ v t c đ xói cho phép do dòng m t gây ra khi n

ch a đ

ng đ i m i

c tràn qua đ p đá đ

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

nh t là đ c tr ng c a dòng th m khi x l qua đ p đá đ v i đ r ng nh .
1.2.1.1. LIÊN XÔ (C )
a. Nghiên c u v ch n dòng
Kh n ng cho n c l tràn qua đ p làm b ng v t li u đ a ph
l n hi n nay đ
ph m t đ
có n

ng là 1 yêu c u

c đ ra. V v n đ này có r t nhi u công trình nghiên c u.

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

l p
ng khi

c tràn qua, c n ph i bi t t c đ xói cho phép, b o đ m an toàn cho đê quai.
L n đ u tiên ti n s khoa h c k thu t X.V.I.Z BAS [2] đã nghiên c u m t

cách chi ti t s

n đ nh c a hòn đá n m trên m t v i ph

ng pháp thi công th đá

ch n dòng l p sông.
Theo tác gi quan h v n t c dòng ch y v i đá b o v th hi n qua quan h
Vmax = 1, 2. 2 g .(

γ da − γ n
). D
γn

Vmin = 0,86. 2 g .(

γ da − γ n
). D
γn

(1.1)

(1.2)

Trong đó:
γ da – Dung tr ng c a đá, γ da =2.6-2.7 t n/m3
γ n – Dung tr ng c a n

c, γ n =1 t n/m3

b.Nghiên c u x l thi công qua đ p đá đ đ p d ( Liên Xô c )
M đ u

Khi thi t k các đ p cao t i các tuy n h p (hình 1.1), c n tính đ n kh n ng b
trí đ

ng h m 1 trong b đá nh m d n n

ch a hoàn thành xây d ng các đ

c đi tránh công trình đang xây d . Khi

ng h m này (v i m c đích tháo n

c mùa ki t và


9

mùa l trong quá trình thi công), không th b t tay vào vi c ng n dòng, th c hi n
các công vi c chính liên quan đ n đào kênh sau d c n
vào thân đ p 5.

i u này làm cho công trình ch m hoàn thành ít nh t m t n m.

Ngoài ra vi c b trí đ
b nh ng đ

c tháo l c đ nh 2 và đ đá

ng h m tháo l thi công và công tác l p m t ph n ho c toàn

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

s t ng lên.

Hình 1.1:L a ch n b trí công trình tháo trong công trình đ u m i.
1-

ng h m thi công tháo l ; 1’- đ

2-Công trình tháo bên b (d c n

ng h m thi công tháo n

c mùa ki t;

c); 3- công trình tháo lòng sông (có l x đáy);

4- đ p đá đ xây d ; 5- đ p đã xây xong.
Khi thi t k đ p trên các sông có l l n, kích th

c c a các đ

công t m th i nhi u khi l n đ n m c c n ph i xem xét ph
tháo c đ nh trong các đ

ng h m thi

ng án b trí công trình

ng h m thi công 1 ho c trong lòng sông 3 đ tr

có th tháo l thi công. Tuy nhiên k c trong tr

cm t

ng h p này nh ng công vi c

chính liên quan đ n xây d ng đ p dâng s b ch m l i, nh h

ng đ n ti n đ thi

công. Ngoài ra b n thân công trình tháo c ng đ t h n nhi u so v i d c n

c h trên

b 2 có k t c u đ n gi n h n nhi u trên n n đá. Do đó vi c b trí công trình tháo
theo đi u ki n tháo l thi công th
d ng t ng lên r t nhi u, l u l

ng không th c t và d n đ n vi c kinh phí xây

ng l càng l n thì giá thành càng t ng cao.

Chi phí và th i gian phát sinh có th đ
công đ u tiên qua thân đ p đá đ xây d .
xây d ng đ

c gi m xu ng n u nh tháo c n l thi
i u này cho phép tránh đ

ng h m tháo l thi công t m th i c ng nh tránh đ

c vi c ph i

c vi c xây công


10

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

ng h m nh ho c c ng d n n

nh l x đáy ho c c a l y n
đ

c (1’). C ng d n n

c này v sau có th s d ng

c. Trong th i gian xây d ng công trình, nó ch y u

c s d ng đ tháo các l u l

ng nh vào mùa ki t.

tháo nh ng l u l

ng l

l n b ng nh ng bi n pháp phù h p s d ng đ p đá đ đang xây d có vai trò nh
m t công trình tháo l t m th i.
Sau khi tháo l n m đ u tiên và m c n
dâng (5) đ
tr

c sông h xu ng, vi c xây d ng đ p

c ti p t c v i d tính tháo l n m sau qua kênh d c n

c (2) (ho c qua đ

ng h m t i nh ng cao trình cao h n, đ

c đã chu n b

ng h m này đ

coi nh công trình tháo c đ nh). Vi c tháo l n m sau qua kênh d c n
có th th c hi n trong tr
cao trình không ng p n
đó ch có l u l
Ph

ng h p khi đ nh đ p dâng (5) đã đ
c nh ng t

ng th m đ

c

c (2) c ng

c nâng đ n nh ng

ng ch ng th m ch a hoàn thành, và vì lý do

c thoát qua thân đ p đá đ .

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

ng pháp t

ng

đ i m i và ch a đ c p nhi u. Tuy nhiên trong m t s đi u ki n thu n l i, ph

ng

pháp này đã đ

c

Toktogun…Trong t

ng d ng nh
ng lai,

đ p Karachunovskaya,th y đi n Nurek,

nh ng công trình h ch a l n c a vùng Xi-bê-ri

(Nga) và khu v c phía nam Liên Xô c , ph
nhi u tr

ng pháp tháo l thi công này trong

ng h p s không nh ng phù h p mà còn c n thi t n a.

Nghiên c u v k t c u gia c b o v
Th c t xây d ng các công trình th y l c, th y đi n

Liên Xô c đã rút ra các

k t c u gia c sau:
+ Gia c đá h c trên mái d c h l u đê quai hay đ p đ p d .

a-C t d c gia c


11

b-M t b ng gia c
Hình 1.2: Tính toán d c n

c gia c lòng d n b ng đá l n, đá kh i.

2- gia c b ng đá l n; l- d i đá đ

c li n kh i b ng bê tông

Qua thí nghi m và th c t thi công m t s công trình đã rút ra k t lu n: Gia c
b ng đá c l n (d=1,50m) nh ng v n không n đ nh khi x l thi công l n và thi
công khó kh n. Do đó Liên Xô c đã khuy n cáo không nên áp d ng đá có kích
th

c l n gia c mái h l u đê quai h l u hay đ p đá đ xây d .
+ Gia c mái b ng t m bê tông nguyên kh i không đ m b o vì t m s b phá
ho i b i ph n l c, lún không đ u gây n t gãy t m bê tông.
+ Gia c mái b ng các t m l p ghép có l (hình 1.3b) có th áp d ng đ

c,

nh ng vì h s ma sát gi a t m và mái đá đ nh (k=0,6÷0,7), các t m đ t trên
mái t

ng đ i d c s không n đ nh ch ng tr

đ ng th i xem xét thêm các bi n pháp ng n tr
s đ t lên. Gia c mái b ng các t m l
trong tr

ng h p này.

t, vì th mái đ p c n làm tho i,
t cho t m, d n đ n gia c mái

n sóng là gi i pháp d ch p nh n h n c

12

Hình 1.3: K t c u gia c mái h c a đ p đá đ
a, Ph mái b ng t m li n kh i (s đ t

ng tr ng)

b, Ph mái b ng đ m bê tông c t thép có l
c, Ph mái b ng bê tông c t thép li n kh i có các d i thoát n
1-L thoát n
3- D i thoát n

c trong t m. 2- C t thép c a t m.

c trong t m. 4- Các m i phun đ h

5- á m . 6- á l n. 7- Các giá đ , n i đá đ

ng dòng

c k t thành kh i nh bê tông

+ Lát mái b ng các t m bê tông l p ghép có đ ch a l i các l thoát n
th c t h n c , đ c bi t khi khi c n b o v ch ng xói các d c n
Hi n t

c.

ng đá b trôi ra ngoài qua các l thoát n

c có tính

c có đ d c l n.

c không x y ra vì các d i l

này khá h p và trong các d i này còn có c t thép.
+ Gia c mái b ng các khiên và d m có neo. T m có neo đ

c làm t các d m

g ho c bê tông c t thép ghép l i v i nhau, s p x p d c theo dòng ch y. Khi
áp d ng trên các công trình x t m th i, các t m này có th làm đ n gi n h n.


13

Thay cho các t m, ng

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

s p x p trên mái theo ph

ng vuông góc dòng ch y.

+ B o v ch ng xói b ng cách b trí công trình dâng n

c trên mái h

(hình1.4b).

Hình1.4: Gia c mái h c a đ p đá đ
a, Gia c mái b ng d m có neo. b, Gia c b ng bê tông c t thép
1-D m có neo, 2- đá (không có v n), 3- đá m ,
4- Kh i đá đ

c liên k t b ng bê tông, 5- T
6- D m ch ng, t o thành l

7- Kh i ch ng (d ng m i) nh m h

ng dâng- d c n

c,

i d m;
ng dòng xoáy n

c

1.2.1.2. TRUNG QU C
a. Khái quát
p đá đ bê tông b n m t hi n đ i

Trung Qu c t n m 1985 đ n nay đã

xây d ng xong 20 công trình, đang xây 41 công trình, trong đó đ p đá đ b n m t
47 công trình, 14 công trình đ p đá cát cu i s i b n m t, chi u cao 32m ∼ 95m, các

14

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

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

b.V ph

ng án d n dòng và v

tl

Th c ti n
Trung Qu c đ p đá đ b n m t th
nh sau: Mùa ki t đê quai ng n n

ng dùng ph

ng án d n dòng v

tl

c dùng tuynen d n dòng. Mùa l thì l i d ng

thân đ p đá đ đ p dâng cao đ n tiêu chu n quy đ nh đ ng n n

c.

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

+ M t lo i là ng n n

t l , thì thân đ p đá đ sau khi ng n sông tr

c

mùa l n m th nh t (ch l l n), thì tranh th đ p đ n cao trình thi t k ng n n

c

v

cv

t l (đ p đá đ đa ph n đ p theo m t c t kinh t ), dùng tuynen d n dòng x l

thi công nh công trình Chu Th Ki u, Hoa S n và đ p ông Tân …
+ Lo i th hai là x n

c qua đ p đ v

t l , đ p đá đ sau khi ch n dòng mùa

l n m th nh t, thân đ p đá đ th p sau khi dùng bi n pháp b o v ch ng xói, thì
do ph n đ nh đ p đá đ và tuynen d n dòng k t h p tháo n

cv

th hai l i dùng thân đ p đá đ sau khi đ p dâng cao đ ng n n

t l ; mùa l n m
cv

t l , nh

công trình Quan Môn S n, Tây B c Kh u, V n An Khê, Liên Hoa, Thiên Sinh
Ki u.
C ng có m t s công trình do b trí l c l

ng thi công, thi t b , ti n v n…,

sau khi ch n dòng qua hai mùa l , đ p chính m i đ p đ n cao trình thi t k ng n
n

cv

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

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

c các

h ng m c quan tr ng chung hay không, có k ho ch ti n hành xây d ng đ thu đ
hi u qu kinh t k thu t c n có.

c


15

B ng 1.3:Ph
p
TT Tên đ p

cao
(m)

ng th c d n dòng thi công v
T ng
dung
tích
t (m3)

ê quai th

S Tuynen
kích
th

c(m)

t l m t ph n đ p bê tông b n m t và ch n tiêu chu n v
ng

Lo i

Cao

đê

(m)

C p

1

Môn

trình

D n

Sau ch n

d n

dòng

dòng l n m

dòng

đ tđ u

th I

0,81

1∼6,5×6,5

tông

Thành

74,5

0,52

1∼10×10

3

Kh u

Mùa l

95

2,1

1∼8,8×13,2
1∼φ5

10∼12

V

Ki t 20

c)

c)

(không tràn
n

t đá
n

(tràn n

p cao 6m

c)

(ng n

p cao 2m

5

c)

(ng n
n

Bình
Tây B c

IV

ki t 20

t đá

C pI
2

7

(tràn
n

L n m
th II

Mùa

bê
58,5

t l th i k thi

công (n m)

công

Vòm
Quan S n

Tiêu chu n v

c)

IV

Ki t 20

m (tràn n
20m)

c

N m

N m

l p

hoàn

sông

thành

3/1986

1988

12/1986

1989

10/1986

1990

50
(ng n
n

c)
p cao

25m
50 (không
tràn n

p cao 31,5
20

tl

c)

>100
(ng n
n

c)

16

p
TT Tên đ p

cao
(m)

4

Chu Th
Ki u

T ng
dung
tích
t (m3)

ê quai th

S Tuynen
kích
th

c(m)

ng

Lo i

Cao

đê

(m)

C p

Tiêu chu n v

công (n m)

công
trình

D n

Sau ch n

d n

dòng

dòng l n m

dòng

đ tđ u

th I

t đá
78

2,78

1∼φ5,2

(ng n
n

p cao 61m
23

IV

Ki t 20

5

Can Câu

n

0,101

1∼4×4

tông

6

7

V n An
Khê

5

V

-

(ng n
n

Hoa S n 80,8

2,28

1∼9,4×11,6

c)

(ng n
n

0.63

1∼5,5×6,5

tông

t

ng ng n
c)

20

IV

Ki t 20

(không tràn
n

12,2

V

L 50

c)

( 50 ng n
n

c)

N m

N m

l p

hoàn

sông

thành

9/1988

1990

9/1988

1990

12/1991

1995

3/1991

1994

>300
(ng n
c)
50
(ng n
n

p cao 8m

c)
Bê

th II

n

đ p xây
(tràn n

t đá
93,8

c)

L n m

X lý móng

bê
55

(100 ng n

c)

Vòm
Ti u

t l th i k thi

c)

50
(ng n
n

c)

>100
(ng n


17

p
TT Tên đ p

cao
(m)

T ng
dung
tích
t (m3)

ê quai th

S Tuynen
kích
th

c(m)

ng

Lo i

Cao

đê

(m)

Tiêu chu n v

C p

t l th i k thi

công (n m)

công
trình

D n

Sau ch n

d n

dòng

dòng l n m

dòng

đ tđ u

th I

8

ông
Tây

7,98

1∼φ6

(tràn

n

p cao
16

IV

9

Vân

120

3,6

1∼7,5×9,2

(ng n
n

Ki t 10

c)
t đá

B ch

10

c)

20,5

3

IV

Hoa

t đá
71,8

41,8

1∼12×14

(ng n
n

l p

hoàn

sông

thành

11/1992

1995

c)

Tràn

c)

(ng n

ng n n

n

c)

16

IV

p cao 3m
(tràn n

c)

c 20

Ki t 20
L 10

>200

56.7m (100

L ng n

n
Liên

N m

c)
t đá

85,5

th II
n

(tràn
n

L n m

N m

p cao 17m
(tràn n
30)

c

c)

100
(ng n
n

11/1993

c)

K ho ch
300 (ng n
n

c)

10/1994

ang
xây

ang
xây