NGHIÊN CỨU CHẾ ĐỘ THỦY LỰC CỦA TRÀN XẢ LŨ NHẰM XÁC ĐỊNH CAO TRÌNH CẦU GIAO THÔNG Ở HẠ LƯU CÔNG TRÌNH HỒ SÔNG CÁI-TỈNH NINH THUẬN
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (5.55 MB, 139 trang )
B
GIÁO D C VÀ ÀO T O
TR
NG
B
NÔNG NGHI P & PTNT
I H C TH Y L I
PH M PH̀NG TH
NG
NGHIÊN C U CH
TH Y L C C A TRÀN X L
NH M XÁC NH CAO TRÌNH C U GIAO THÔNG H
L U CÔNG TRÌNH H SÔNG CÁI – T NH NINH THU N
LU N V N TH C S K THU T
Hà N i - 2010
B
GIÁO D C VÀ ÀO T O
TR
NG
B
NÔNG NGHI P & PTNT
I H C TH Y L I
PH M PH̀NG TH
NG
NGHIÊN C U CH
TH Y L C C A TRÀN X L
NH M XÁC NH CAO TRÌNH C U GIAO THÔNG H
L U CÔNG TRÌNH H SÔNG CÁI – T NH NINH THU N
Chuyên ngành:
Xây d ng công trình th y
M̃ s :
60 – 58 - 40
LU N V N TH C S K THU T
Ng
ih
ng d n khoa h c: PGS.TS LÊ V N NGH
Hà N i - 2010
1
Lu n v n th c s k thu t
L I CÁM
N
G n ba n m h c t p l p cao h c khóa 16 t i tr
th y cô
các b môn khoa h c c a tr
đào t o sau đ i h c quan tâm.
viên đã đ
ng, h c viên đã đ
ng t n tình ch d n, giúp đ , đ
c các
c khoa
ng th i trong th i gian h c t p cao h c, h c
c s giúp đ c a các anh ch em h c viên cùng khóa giúp đ , trao
đ i các bài gi ng t i tr
ng, giúp cho b n thân h c viên hi u sâu h n v n i
dung các bài gi ng.
n nay chuy n sang ph n vi t lu n v n, h c viên l i đ
cs h
ng d n
t n tình c a th y PGS – TS Lê V n Ngh công tác t i Phòng thí nghi m tr ng
đi m qu c gia v đ ng l c h c sông bi n – Vi n khoa h c Th y l i Vi t Nam
h
ng d n khoa h c th c hi n lu n v n này. Song đ có đ
v n h c viên đã đ
c tài li u vi t lu n
c s giúp đ c a Trung tâm nghiên c u th y l c, c a c
quan t v n thi t k – Công ty t v n xây d ng th y l i HEC1.
Vì v y nhân d p này h c viên xin chân thành g i t i nhà tr
cô, b n bè khóa h c, anh ch em
ng, các th y
đ n v công tác và gia đình h c viên l i bi t
n và cám n sâu s c nh t.
Trong khuôn kh lu n v n th c s , do trình đ và đi u ki n th i gian có h n
nên lu n v n không th tránh kh i nh ng t n t i, h n ch , h c viên r t mong
nh n đ
c ý ki n đóng góp quý báu c a các th y cô, các anh ch và b n bè đ ng
nghi p./.
H c viên
Ph m Phùng Th
Ph m Phùng Th
ng
ng
2
Lu n v n th c s k thu t
M CL C
M
U ................................................................................................................ 5
I. Tính c p thi t c a đ tài. ................................................................................ 5
II. M c đích và nhi m v c a đ tài:................................................................. 6
III. Cách ti p c n và ph ng pháp nghiên c u. ................................................ 7
IV. K t qu d ki n đ t đ c. ........................................................................... 8
CH NG I: T NG QUAN .................................................................................. 9
1.1. T ng quan v công trình tiêu n ng sau tràn x l . .................................. 9
1.1.1 Tình hình xây d ng công trình th y l i, th y đi n trên thê gi i: ...... 9
1.1.2 T ng quan tình hình xây d ng công trình tràn x l tiêu n ng d ng
m i phun Vi t Nam ta. .............................................................................. 13
1.1.3 T ng quan v hình th c tiêu n ng phòng xói. ................................. 14
1.1.4. D ng m i phun so le. ......................................................................... 18
1.1.5. T ng quan xác đ nh chi u sâu h xói và chi u dài phun xa. ............. 21
1.2. T ng quan v ch đ th y l c h l u tiêu n ng theo d ng dòng phun nh
h ng t i c u giao thông................................................................................. 22
1.3 Nh n xét ch ng 1: ................................................................................... 24
CH NG 2: NGHIÊN C U Ĺ THUY T CH
TH Y L C D̀NG
CH Y SAU CÔNG TRÌNH TIÊU N NG H L U .................................... 26
2.1. c đi m c a công trình tiêu n ng sau tràn x l .................................... 26
2.1.1.Tiêu n ng dòng đáy: ............................................................................ 27
2.1.2.Tiêu n ng m t. ..................................................................................... 30
2.1.3. Tiêu n ng phóng xa: ........................................................................... 31
2.2. Chi u dài ph́ng xa c a các công trình tiêu n ng b ng m i phun........... 33
2.3. Quá trình x́i l n n đá và xác đ nh chi u sâu h x́i. ............................. 40
2.3.1. Tác đ ng c a dòng phun gây xói n n đá. .......................................... 40
2.3.2. Quá trình v t lý c a hi n t ng xói do dòng phun. ........................... 41
2.4. Các nhân t nh h ng t i chi u sâu h x́i. ........................................... 43
2.4.1. nh h ng c a l u l ng đ n v ....................................................... 44
2.4.2. nh h ng c a tính ch t c lý c a n n đá h l u. ......................... 44
2.4.3. nh h ng chi u sâu n c đ m h l u đ n chi u sâu h xói. .......... 45
2.4.4. nh h ng c a th i gian x l t i chi u sâu h xói. ......................... 47
2.4.5. nh h ng c a góc h t và góc t i c a dòng phun đ n chi u sâu h xói. 48
2.4.6. nh h ng c a m ch đ ng áp l c đ n chi u sâu xói. ....................... 50
2.4.7. nh h ng xói c a quy trình v n hành c a van đ x l . ................. 50
2.5. C ch x́i n n đá trong h x́i và d báo chi u sâu x́i ......................... 51
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
Ph m Phùng Th
T
0
ng
3
Lu n v n th c s k thu t
2.5.1 C ch xói n n đá trong h xói: ............................................................. 51
2.5.2. Công th c c tính đ sâu xói c a h xói. ........................................... 52
2.5.2.1 Lo i công th c kinh nghi m: .............................................................. 52
2.5.2.2 Lo i công th c bán kinh nghi m: ....................................................... 52
2.6. N i ti p dòng ch y và n ng l ng d tác đ ng đ n m c n c c a c u giao
thông h l u công trình ................................................................................ 55
2.7. Nh n xét ch ng 2: .................................................................................. 61
CH NG 3: NGHIÊN C U THÍ NGHI M MÔ HÌNH TH Y L C TIÊU
N NG C A CÔNG TRÌNH
U M I H SÔNG CÁI .................................. 64
3.1. Gi i thi u chung v công trình................................................................ 64
3.1.1 V trí công trình:..................................................................................... 64
3.1.2. Nhi m v công trình:............................................................................. 64
3.1.3 Quy mô công trình: ................................................................................ 65
3.1.4 Các yêu c u thí nghi m:......................................................................... 65
3.1.5. Yêu c u v lo i mô hình và t l mô hình: ............................................ 66
3.1.6 Trình t nghiên c u thí nghi m: ........................................................... 66
3.2. Các yêu c u nghiên c u thí nghi m chi ti t trên mô hình ....................... 66
3.2.1. i t ng thí nghi m mô hình th y l c.............................................. 66
3.2.2.Thí nghi m ph ng án thi t k . .......................................................... 67
3.2.3. H ng m c công trình thí nghi m và yêu c u thí nghi m ...................... 69
+ Hình th c tiêu n ng: Tiêu n ng ph́ng xa.
3.2.4.Thi t k ch t o, l p ráp mô hình và các thi t b đo ........................... 70
3.3. K t qu nghiên c u thí nghi m ph ng án thi t k .............................. 78
3.3.1 V tình hình dòng ch y ....................................................................... 78
3.3.2 V n i ti p tiêu n ng h l u. ............................................................... 80
3.3.3 V chi u dài dòng phun ....................................................................... 80
3.3.4 V l u t c, m ch đ ng l u t c ............................................................ 83
3.3.5 ánh giá kh n ng xói l do dòng ch y khi x l gây ra. .................. 90
3.3.6 V đ ng m t n c ............................................................................. 93
3.3.7 V m ch đ ng áp su t ......................................................................... 95
3.4. K t qu thí nghi m ph ng án s a đ i và : ............................................. 97
3.4.1. Ph ng án s a đ i .............................................................................. 97
3.4.2. V tình hình dòng ch y d i h l u: ................................................. 98
3.4.3. K t qu v n i ti p tiêu n ng h l u: .............................................. 98
3.4.4. V l u t c và m ch đ ng l u t c: ...................................................... 99
3.5. Nh n xét ch ng 3: ................................................................................ 105
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
Ph m Phùng Th
T
0
ng
4
Lu n v n th c s k thu t
CH NG 4: SO SÁNH K T QU TÍNH TOÁN Ĺ THUY T VÀ THÍ
NGHI M MÔ HÌNH TH Y L C V TIÊU N NG ....................................... 106
TRÀN X L SÔNG CÁI ................................................................................ 106
4.1. S li u c b n đ tính tiêu n ng ............................................................. 106
4.2. So sánh k t qu tính toán lý thuy t và thí nghi m mô hình th y l c..... 111
4.4. Phân tích v gi i pháp thi công h x́i. .................................................. 114
4.5. Nh n xét ch ng 4 ................................................................................. 116
K T LU N VÀ KI N NGH ............................................................................ 117
1. K t lu n: .................................................................................................... 117
2. Ki n ngh : .................................................................................................. 118
TÀI LI U THAM KH O .................................... Error! Bookmark not defined.
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
T
0
Ph m Phùng Th
T
0
ng
5
Lu n v n th c s k thu t
M
U
I. Tính c p thi t c a đ tài.
H ch a n
n
c là công trình th y l i v i m c đích s d ng t ng h p ngu n
c ph c v các m c tiêu phát tri n b n v ng v kinh t xã h i, c i thi n giao
thông th y và môi tr
ng.
Vi c thi t k , xây d ng các h ch a thì đ
ng tràn x l là m t h ng m c
quan tr ng trong c m đ u m i công trình th y l i và th y đi n. H ch a ć
nhi m v tích n
c, đi u ti t l , còn đ p tràn ć nhi m v x l u l
ng n
cd
đ đ m b o an toàn cho toàn b c m công trình.
Trong thi t k đ p tràn x l thì vi c l a ch n hình th c tiêu n ng nào đ
phù h p v i các yêu c u:
- B trí chung c m công trình đ u m i;
- Phù h p v i đi u ki n đ a hình, đ a ch t, th y v n và các thông s th y
l c c a dòng ch y;
- Tiêu hao đ
c t t nh t n ng l
d đ xu ng h l u ít nh h
ng c a dòng ch y, đ ph n n ng l
ng
ng đ n s an toàn c a công trình lân c n, đ n s
x́i l hai b , đ n các công trình quân s , công nghi p, giao thông, dân sinh
h
l u đ p tràn.
V hình th c tiêu n ng th
ng áp d ng hi n nay g m hai d ng:
+ D ng tiêu n ng đáy (dùng b tiêu n ng và các bi n pháp tiêu n ng ph
nh ng
ng tiêu n ng, m tiêu n ng, rãnh tiêu n ng). B tiêu n ng đ
c b trí
ngay sau chân đ p nh đ p tràn công trình th y đi n An Khê, hay đ p tràn N
Ph m Phùng Th
ng
c
6
Lu n v n th c s k thu t
Trong. Song c ng ć công trình do đi u ki n đ a hình nên sau chân đ p còn ć
d cn
c và đo n cong chuy n ti p n i v i b tiêu n ng nh công trình th y l i
á Hàn (Hà T nh) hay công trình đ p tràn EA R t (
c L c)…
- D ng tiêu n ng dòng phun: v i đi u ki n đ a ch t t i n n và h l u công
trình t t (là lo i đá g c: granite, hoa c
ng, th ch anh…ć c
ng đ kháng nén
>600 kg/cm2 tr lên thì nên dùng d ng tiêu n ng này.
Trong lu n v n này h c viên đi sâu nghiên c u tác d ng c a h tiêu n ng
sau dòng phun c a công trình đ p tràn H Sông Cái nh h
th y l c h l u đ c bi t là cao trình c u giao thông
ng đ n tình hình
h l u.
Giai đo n v a qua ć nhi u công trình tràn x l v n hành đã ć tác đ ng
x u đ n c u giao thông
h l u. Nh mùa l n m 2006, x l đ p tràn sông
Hinh đã làm trôi c u giao thông trên đ
ng vào khu v c công trình mà k t qu
nghiên c u thí nghi m mô hình th y l c đã c nh báo. L i nh n m 2008 x l thi
công c a công trình C a
này c ng đã đ
t – Thanh H́a đã làm v m c u b trái, mà đi u
c c nh b o trong k t qu nghiên c u thí nghi m mô hình th y
l c t i vi n Khoa h c Th y l i Vi t Nam.
Vì tình hình th y l c di n ra ph c t p khi x l , mà trong đ án thi t k
không tính toán l
ng tr
ch tđ
c. B i v y, tác gi lu n v n cho r ng đi sâu
nghiên c u v n đ xác đ nh cao trình c u giao thông khi x l xu ng h l u c a
H Sông Cái s là m t đ́ng ǵp c n thi t cho công vi c thi t k c u giao thông
h l u tràn x l trong giai đo n s p t i.
II. M c đích và nhi m v c a đ tài:
Ph m Phùng Th
ng
7
Lu n v n th c s k thu t
- Là đ h c viên làm quen và ti p c n v i ph
h c ć tính đ c l p, t p phân tích các v n đ , hi n t
l , nh n bi t các nh h
ng x u đ n các công trình
- Nghiên c u ph
ng pháp nghiên c u khoa
ng th y l c c a dòng ch y
h l u đ p tràn;
ng th c tính toán, đánh giá s khác bi t c a dòng ch y
t nhiên khi ch a ć và đã xây d ng công trình x l , đ a ra quy lu t nh h
ng
c a dòng ch y sau khi công trình x l ;
- Thu th p các tài li u tham kh o ć liên quan đ làm t li u tham kh o
cho công tác c n thi t sau này, d a trên c s đ́ đ đánh giá tác đ ng c a dòng
ch y đ n các công trình t
ng t .
III. Cách ti p c n và ph
ng pháp nghiên c u.
- Cách ti p c n:
+ D a vào các tài li u tham kh o: giáo trình th y công, giáo trình th y l c,
đ ng l c h c dòng sông, các tài li u chuyên kh o v đ p tràn – n i ti p tiêu n ng
sau đ p tràn x l , các báo cáo k t qu nghiên c u thí nghi m mô hình th y l c
c a hai Vi n: Vi n n ng l
d ch t n
ng và Vi n khoa h c Th y l i Vi t Nam, các tài li u
c ngoài đ c p nh t các thông tin c n thi t ć liên quan đ n đ tài c a
lu n v n.
+ S d ng thuy t minh tính toán th y l c c a thi t k và báo cáo k t qu
nghiên c u thí nghi m th y l c đ u m i H ch a Sông Cái c a “ Phòng thí
nghi m tr ng đi m qu c gia v đ ng l c h c sông bi n”.
- Ph
ng pháp nghiên c u:
+ Nghiên c u lý thuy t v cách tính toán trong các tài li u tham kh o.
Ph m Phùng Th
ng
8
Lu n v n th c s k thu t
+ K t h p v i nghiên c u th c nghi m trên mô hình th y l c c a công trình
đ u m i h ch a n
c Sông Cái (t nh Ninh Thu n) đ so sánh v i tính toán theo
thi t k , t đ́ đ a ra các ki n ngh th c hi n theo gi i pháp h p lý.
IV. K t qu d ki n đ t đ
- V i ph
c.
ng pháp nghiên c u khoa h c, phân tích hi n t
ng th y l c c a
dòng ch y khi ch a ć công trình và sau khi đã xây d ng công trình tràn x l ,
dùng các s li u khi đã xây d ng công trình tràn x l , dùng các s li u thu đ
c
t k t qu thí nghi m mô hình th y l c đ đ xu t vi c xác đ nh cao trình c u
giao thông.
- Nghiên c u cách tính toán, đ a ra các y u t
nh h
ng c a dòng ch y sau
công trình tràn x l đ n vi c an toàn n đ nh c a c u giao thông
h l ug n
đ p tràn (nh c u giao thông b c qua sông Cái).
-
a ra các ph
ng án v b trí kích th
c h x́i sau tràn x l đ c i
thi n tình hình th y l c đ i v i hai b và h l u nh m gi m b t đáng k m c
n
c, dao đ ng śng, v n t c dòng ch y t i v trí c u giao thông, trên c s đ́
ki n ngh ph
ng pháp ch n kích th
c h x́i c n thi t.
- Là tài li u tham kh o đ i v i các công trình t
-
xu t m t s ý ki n đ́ng ǵp vào vi c ch n t n su t l thi t k c u giao
thông trong đi u ki n th y v n ch u nh h
tr
ng t .
ng c a bi n đ i khí h u và môi
ng r ng đ u ngu n b xâm h i nh hi n nay.
Ph m Phùng Th
ng
9
Lu n v n th c s k thu t
CH
1.1.
NG I: T NG QUAN
T ng quan v công trình tiêu n ng sau tràn x l .
1.1.1 Tình hình xây d ng công trình th y l i, th y đi n trên thê gi i:
Th y đi n là ngu n n ng l
ng s ch chi m g n 1/5 s n l
ng đi n trên
toàn th gi i. Trong th c t ń đ́ng vai trò ch y u v vi c cung c p đi n
55
qu c gia. Công su t l p đ t th y đi n hi n nay kho ng 737,4 GW v i t ng đi n
l
ng hàng n m
m i đang đ
c tính kho ng 2.767 TWh và ć kho ng 118 GW công su t
c xây d ng.
th gi i ch a đ
n nay g n 2/3 ti m n ng v th y đi n kh thi c a
c khai thác.
Song ph m vi khai thác
các vùng l i khác nhau m t cách đáng k .
Châu Âu và B c M h u h t ti m n ng th y đi n đã đ
Châu Á, Châu Phi và Nam M n i mà nhu c u v n
thi t l i v n còn ti m n ng đáng k ch a đ
ć đ
ti t n
c khai thác h t, còn
c và n ng l
ng là c p
c s d ng.
c ngu n than đá tr ng ph c v cho tu c bin phát đi n, và đi u
c h p lý cho h du vào mùa ki t là c n thi t nên ph i xây d ng các h
ch a đ tích n
dung tích n
c, đ ng th i đi u ti t l , gi m b t ng p l t đ i v i h l u. Ngoài
c c n thi t đ
c gi l i trong h , l
ng n
c d ph i x xu ng h
l u qua tràn x l .
M t dòng sông t nhiên khi ch a đ
chuy n đ ng theo quy lu t thông th
2,50m/s ÷ 3,0m/s, m c n
đ n, n ng l
ng, t c đ c a dòng ch y l th
c trên t ng đo n sông t
ng c a dòng ch y đ
ng
ng ng v i l u l
c tiêu hao theo t n th t d c đ
c a lòng d n và hai b ; không ć hi n t
Ph m Phùng Th
c khai thác thì dòng ch y trong sông
ng là
ng l
ng do s c c n
ng dòng ch y t p trung m nh gây ra
10
Lu n v n th c s k thu t
śng l n dao đ ng
trình giao thông
hai b và tác đ ng đ n đ dâng m c n
c đ i v i công
đo n h l u sau đ́.
Song khi xây d ng h ch a và c m công trình đ u m i đ p dâng, đ p tràn x
l , nhà máy th y đi n, âu thuy n, âu tàu vv… thì dòng ch y l đ
l i trong lòng h , t o ra m c n
l n mà ta g i là z (Z h - Z
R
R
R
h
R
c th
c đi u ti t tr
ng h l u trên đo n sông ć chênh l ch
), khi g p các l l n v
t quá l u l
ng đi u ti t
c a h ch a, c n m c a đ p tràn (c a x đáy ho c c a x m t) đ tháo l u
l
ng d xu ng lòng sông h l u. Ph n l u l
ng này t p trung đ xu ng sau
đ p tràn b ng m t trong hai hình th c đ́ là:
- N i ti p theo d ng tiêu n ng đáy;
- Ho c n i ti p theo d ng tiêu n ng dòng phun. Mà đ i v i h Sông Cái
dùng hình th c này.
n
c ngoài đ p tràn x l n i ti p theo d ng dòng phun ć th k đ n nh
đ p Brack (Liên Xô c ); đ
k q= 30,5m3/s-m.
P
c xây d ng t n m 1960 v i l u l
ng đ n v thi t
p tràn ć 10 khoang, m i khoang ć chi u r ng b=18m,
P
Q x =5490m3/s, l u t c trên m i ph́ng đ t V mp = 35m3/s, bán kính cong cu i đ p
R
R
P
P
R
R
R =15m, ǵc m i h t = 35o, th hi n nh hình 1-1.
P
Ph m Phùng Th
ng
P
P
P
11
Lu n v n th c s k thu t
Hình 1-1. M t c t ngang đ p tràn Brack.
Hay nh đ p tràn công trình th y đi n Guri (Venezuela) công trình đ
xây d ng n m 1982 v i l u l
tràn B=40m, l u l
ng đ n v thi t k q= 150m3/s-m . Chi u r ng
P
P
ng x Q=600m3/s.
P
P
L u t c ch y trên m i ph́ng V mp = 41m/s, đ p ć chênh l ch c t n
R
R
l u z = 130m; M t c t ngang đ p tràn Guri xem hình 1-2.
Ph m Phùng Th
c
ng
c th
ng h
12
Lu n v n th c s k thu t
Vï n g bª t « n g bÞph ¸ h o ¹ i
Hình 1-2. M t c t ngang đ p tràn Guri.
Hay nh m t c t đ p tràn công trình th y đi n Tam Hi p
xem hình 1-3). Công trinh này m c n
c h Zh
R
Z mp = 85m, ǵc m i h t = 27050’; l u l
R
n
R
P
ct
ng ng
R
175m, cao trình m i h t
ng đ n v thi t k q= 174m3/s.m; m c
P
P
h l u là Z hl = 77.05m.
R
max =
Trung qu c (
R
pđ
P
c xây d ng trên n n đá g c
granite, ć ng su t nén = 1200kg/cm2; l u t c dòng ch y t i m i h t h mp =
P
5.10m; bán kính cong ng
c
P
cu i tràn ch n R= 24.0m.
Hình 1-3. M t c t đ p tràn Tam Hi p (TQ)
Ph m Phùng Th
ng
R
R
Lu n v n th c s k thu t
13
Nh v y qua 3 công trình đ p tràn n i ti p tiêu n ng d ng dòng phun nêu
trên có hình d ng t
ng t đ p tràn x l H Sông Cái mà
n
c ngoài đã áp
d ng.
1.1.2 T ng quan tình hình xây d ng công trình tràn x l tiêu n ng d ng m i
phun
Vi t Nam ta.
T th p niên 80 c a th k 20,
n
c ta b t đ u xây d ng các công trình
h ch a th y l i- th y đi n l n nh :
-
p tràn th y đi n Hòa Bình;
-
p tràn th y đi n Sông Hinh;
-
p tràn th y đi n Yaly;
-
p tràn th y đi n Tuyên Quang;
-
p tràn h ch a T Tr ch;
-
p tràn th y đi n S n La;
-
p tràn th y đi n B n V ;
-
p tràn th y đi n B n Chát;
-
p tràn h ch a th y l i – th y đi n C a
t, v.v…
- H T Tr ch th a Thiên Hu ;
S p t i xây d ng các công trình:
-
p tràn th y đi n Lai Châu;
-
p tràn h ch a Krong Pach Th
-
p tràn Sông Cái t nh Ninh Thu n;
-
p tràn h ch a B n Mòng t nh S n La, vv…
Ph m Phùng Th
ng
ng
c L c;
14
Lu n v n th c s k thu t
Trong vi c b trí đ u m i th y l i- th y đi n thì tràn x l và v n đ bi n
pháp tiêu n ng sau tràn nh m n i ti p dòng ch y t th
m t v trí quan tr ng; b i l hình th c tiêu n ng đ
gi
ng l u xu ng h l u ć
c ch n thích h p không ch
n đ nh cho vùng chân đ p tràn x l mà còn không gây tác đ ng x u đ n
các công trình lân c n, ít gây x́i l đ i v i hai b h l u sau công trình, c ng
nh tác đ ng x u đ n c u giao thông và các công trình dân sinh khác
h l u
sau đ p tràn.
1.1.3 T ng quan v hình th c tiêu n ng phòng xói.
Cách l a ch n là d a trên các đi u ki n:
-
i u ki n đ a hình, đ a ch t, đ a th sau tràn;
-
i u ki n các y u t th y l c x l qua tràn, nh l u l
x qua tràn, l u t c dòng ch y
l ut
- Ph
ng ng v i l u l
ng đ n v thi t k
cu i tràn ho c m i phun, m c n
ch
ng x ;
ng th c v n hành tràn x l .
Vi t Nam đ p tràn x l tiêu n ng d ng m i phun đã đ
bi n. T n m 1990 đ n nay đã ć 48 công trình tràn đ
c áp d ng r t ph
c xây d ng, trong đ́ ć
t i 25 công trình áp d ng d ng tiêu n ng m i phun chi m t i 52%.
c bi t các công trình th y l i th y đi n l n ngày nay xu h
ng s d ng
tràn x l tiêu n ng d ng m i phun ngày m t gia t ng chi m t i 65% trong t ng
s các công trình đã xây d ng và s xây d ng.
V i d ng tiêu n ng m i phun khi mà lu ng ch y ph́ng xu ng dòng sông h
l u, n ng l
ng mà dòng ch y ń mang theo c n đ
khi dòng phun r i vào h x́i đ
Ph m Phùng Th
ng
c đào tr
c tiêu hao m t cách t t nh t
c (đào m t ph n ho c đào c ) là đ
15
Lu n v n th c s k thu t
t ođ
cl pn
h l u. N ng l
c đ m đ cho lu ng ch y ph́ng xu ng n i ti p v i m t n
ng đ
c tiêu hao t t nh t, ph n n ng l
c
ng d ít gây x́i l , bào
x́i lòng d n h l u, ít gây ra śng d nh lan truy n vào hai b và đ n các công
trình lân c n, đ n c u giao thông b c qua sông. V ph
ng th c đào h x́i ć
hai cách th c hi n là:
-
ào sâu m t ph n, ti p đ́ khoan t i đ khi v n hành x l , dòng n
xói trôi l p đá khoan t i, dùng n ng l
ng dòng n
trên bãi và lòng sông h l u. Cách này đã đ
cs
c d ch chuy n chúng r i ra
c th c hi n
h tiêu n ng sau tràn
x l th y đi n Hòa Bình;
- C n c vào lý thuy t tính toán kh n ng dòng phun s x́i sâu đ đào s n
h x́i đ n cao trình d ki n, nh m t o đ l p n
k tiêu n ng và đ
c ki m tra ng v i l u l
c đ m ng v i l u l
ng x l thi t k .
Hai cách th c hi n trên, m i cách ć u đi m, nh
phân tích trong ch
ng thi t
c đi m riêng, tác gi s
ng 4 c a lu n v n này đ ng th i đ a ra ý ki n c a mình khi
v n d ng m t trong hai cách trên.
Vì v y khi thi t k tràn x l tiêu n ng theo d ng dòng phun (dòng phun t
m i h t cu i đ p tràn v i đ p b trí
n
c khi đ p tràn b trí
gi a dòng sông, hay dòng phun t cu i d c
bên b ) c n ph i chú đ n vi c tính toán là:
- Ch n hình d ng m i phun: dùng m i phun liên t c hay m i phun d ng so
le;
- V i m i phun liên t c thì nên ch n góc h t
thích h p đ ć đ
c dòng
phun xa nh t, ngh a là v i d ng m i phun đ́ ta ć chi u dài dòng phun L max và
R
góc t i (ǵc đ vào m t n
Ph m Phùng Th
ng
c h l u ) thích h p. (Hình 1-3 và 1-4)
R
16
Lu n v n th c s k thu t
- V i m i phun so le (m i phun hai t ng) thì c n ch n góc h t c a rãnh và
góc h t c a r ng phun thích h p (Xem hình 1-5);
- D a vào lý thuy t đ tính chi u dài phun xa Lmax và Lmin đ xác đ nh
tim và kích th
c h x́i khi đã đ nh ch n góc h t
toán th y l c V mp ,
R
R
R
mp ,
R
ng v i các tham s tính
Q tk , Z tk c a công trình tràn x l mà ta đang nghiên c u
R
R
R
R
(Trong lu n v n này là tràn x l H Sông Cái).
- D a vào tài li u đ a ch t
tính toán
chân công trình và lòng sông sau công trình đ
c tính chi u sâu h xói;
- D a vào tình hình đ a hình đo n sông sau đ p tràn, c u giao thông, các
công trình ki n trúc dân sinh khác hai bên b h l u sau đ p tràn x l đ xác
đ nh ph
ng th c đào sâu h xói, tránh các nh h
ng x u đ n các công trình k
trên nh m tránh m i t n h i đ n các công trình đ́.
ây m i là quan đi m xem
xét toàn c c, tránh phi n di n đ gây ra hi u qu x u sau này.
Hình 1.4. D ng m i phun liên t c cu i đ p tràn.
Ph m Phùng Th
ng
Lu n v n th c s k thu t
17
Hình 1.5. D ng m i phun liên t c cu i d c n
Hình 1.6. D ng m i phun so le cu i đ p tràn.
Ph m Phùng Th
ng
c.
18
Lu n v n th c s k thu t
V giá tr góc h t
c a m i phun liên t c th
tài li u nghiên c u th y r ng góc h t
M t s công trình tràn x l
th
ng đ
ng đ
c ch n t 25o đ n 35o, qua
P
= 25o là t t h n so v i
P
n
P
c ta đã đ
P
P
P
= 35o.
P
P
c xây d ng thì góc h t
c ch n là:
+ Góc h t cu i d c n
c tr m th y đi n Tuyên Quang
+ Góc h t cu i d c n
c sau tràn tr m th y đi n Hòa Bình
+ Góc h t cu i d c n
c sau tràn C a
+ Góc h t cu i đ p tràn tr m th y đi n
Góc h t cu i tràn B n Mòng
t
= 25o;
P
P
= 27o;
= 27o;
m Bri
= 25o;
= 25o;
1.1.4. D ng m i phun so le.
V kích th
th c t n
c c a rãnh và m c a m i phun so le thì m t s công trình
c ta đã áp d ng nh :
+ M i phun so le cu i d c n
c sau tràn th y đi n Hòa Bình (đ
c
nghiên c u s a đ i sau l 1991);
+ M i phun so le cu i đ p tràn th y đi n
+ M i phun so le cu i d c n
m Bri;
c sau tràn T Tr ch (ph
ng án tiêu
n ng dòng phun);
+ M i phun so le cu i d c n
c sau tràn Krong Pách Th
ng(
c
L c);
V kích th
c gi a rãnh và m c a m i phun so le đã đ
nhi u, t k t qu nghiên c u
n
n
c ngoài c ng nh đ tài nghiên c u khoa h c
c ta do PGS.TS Tr n Qu c Th
t t trong B ng 1.1
Ph m Phùng Th
ng
c nghiên c u
ng ch trì đã công b k t qu có th tóm
19
Lu n v n th c s k thu t
B ng 1.1 . Các thông s m i h t hai t ng c a các tràn x l
Ǵc h t
Cao đ
t
R
1
R
1
T s
ng
b r ng
đ ic a
rãnh và
m d/h 0
m a/b
R
Chi u
Góc
Mái
r ng
khu ch
bên
tán
c a
ngang
m
t
ng
đ ic a
m b/h 0
0
R
100
P
P
0
P
P
25 ÷30
÷150
P
0
P
P
chú
m
P
0.8
1.0 ÷
2.3 ÷
200
÷1.0
1.1
2.5
÷250
P
Ghi
P
P
P
0.5
P
Chi ti t c th xem hình 1.6
Qua nghiên c u c a các tác gi trong và ngoài n
c th y r ng d ng m
phun hình thang xuôi là lo i m phun h p lý nh t b i l chi u sâu h xói nông
nh t, đ ng th i trên vùng m i h t và m không xu t hi n áp su t âm.
Khi áp d ng n u ch n
m
R
R
o
2 =25 ,
R
P
o
2 =30 ,
R
P
P
P
R
o
1 =10
R
P
P
(ǵc h t c a rãnh) thì nên ch n ǵc h t c a
n u ch n ǵc h t c a rãnh
R
o
1 =15 ,
R
P
P
thì nên ch n ǵc h t c a m
c m và rãnh đ u ć cùng bán kính cong ng
cu i d c n
c, và giá tr c a bán kính cong ng
R ng
R
Ph m Phùng Th
c =(6÷7)
R
ng
h oTK
R
cR
c nên l y:
cu i m t tràn ho c
Lu n v n th c s k thu t
20
Hình 1.7a. M t b ng b trí 7 m phun trên d c n
c tr m T Hòa Bình.
Hình 1.7b. D ng m phun hình thang.
Ph m Phùng Th
ng
21
Lu n v n th c s k thu t
Hình 1.7c. So sánh đ sâu x́i c a các d ng m phun
Ghi chú: q TN = 54,3 l/s;
R
R
Th i gian x́i T = 1 gi ;
V t li u x́i cát thô: d = 27 cm;
sâu h l u: h h = 27 cm;
R
R
ng vi n x́i 1 c a m hình thang;
ng vi n x́i 2 c a m hình ch nh t;
ng vi n x́i 3 c a m i phun liên t c;
1.1.5. T ng quan xác đ nh chi u sâu h xói và chi u dài phun xa.
Tr
toán đ
ng h p áp d ng hình th c tiêu n ng theo d ng dòng phun c n tính
c chi u dài dòng phun L phun xa và chi u sâu T x c a h x́i.
R
R
R
R
Tính chi u dài phun xa ć nhi u công th c, nh ng th
ng dùng công th c
theo quy ph m (Liên Xô c ) là:
Lp =
αv 2 sin α cos β + v cos β v 2 sin 2 β + 2 g ( p + h)
Trong đ́:
Ph m Phùng Th
g
– Ǵc h t c a m i phun (o);
P
ng
P
(1.1)
22
Lu n v n th c s k thu t
V – L u t c t i m i phun (m/s);
sâu trên m i phun (m);
H–
P – Chênh cao t m i phun đ n m t n
c
h l u(m).
Ngoài ra còn nhi u công th c lý thuy t và kinh nghi m khác đ tính chi u
dài phun xa.
i v i chi u sâu h x́i c ng ć không ít công th c tính đ sâu h x́i
c a nhi u tác gi nh công th c c a M.C V zgo; công th c c a M.A Mikhalop;
công th c c a T
Th
ng Thiên, công th c c a Tr
Nh ng tính chi u sâu x́i đ i v i n n đá đ
ng Phúc Ngh a vv…
c áp d ng nhi u là công th c c a
Tr n Xuân ình (TQ):
T= kq 0,5 h 0, 25
(1.2)
Trong đ́: T- Chi u sâu tính t m t n
q- l u l
l pn
ng đ n v (m3/sm)
P
P
c h l u đ n đáy h xói (m);
ch l
in
c c a dòng phun đi vào m t
c đ m;
h- Chênh l ch c t n
c th
ng và h l u c a công trình tràn (m);
k- H s t ng quát t t c các y u t
nh h
ng đ n đ sâu x́i, xét t i tính
ch t c a đá lòng sông.
1.2. T ng quan v ch đ th y l c h l u tiêu n ng theo d ng dòng phun
nh h
ng t i c u giao thông.
H nm
i l m n m qua t k t qu nghiên c u thí nghi m mô hình th y l c
v đ p tràn x l n i ti p v i m c n
Ph m Phùng Th
ng
c h l u theo d ng tiêu n ng dòng phun,
23
Lu n v n th c s k thu t
mà ch đ th y l c
h l u đã nh h
ng x u t i c u giao thông
h l u công
trình ć th k đ n là:
Tràn x l sông Hinh n m 2006 th c hi n x l xu ng h l u đã x́i trôi c u
giao thông b c qua sông Hinh cách v trí tràn x l kho ng 800m b trôi; do cao
trình m t c u th p h n m c n
c x l sau tràn;
Thí nghi m mô hình đ p tràn x l Tuyên Quang n m 2003 đã c nh báo c u
giao thông b c qua sông Gâm
l v il ul
h l u công trình, khi th c hi n tràn v n hành x
ng x l n h n t n su t l P (1%) thì chân tr c u ć kh n ng b x́i
R
R
sâu t i t 8 ÷ 10m và uy hi p m c u b trái n i v i đ
Hang, b ng p gây tr ng i cho vi c đi l i
ng d n đi vào th tr n Na-
hai b ; c u giao thông này cách công
trình tràn x l g n 1500m v h l u;
N m 1998 c ng d a trên k t qu thí nghi m mô hình th y l c đã th y rõ
tình hình th y l c
l
h l u tràn x l Hòa Bình di n ra r t ph c t p. n u l u
ng x l Q ≥ 25000 m3/s xu ng h tiêu n ng thì dòng phun ph́ng xu ng h x́i
P
P
tiêu n ng và ch y ra kh i h x́i gây ra śng l n lan truy n xu ng h l u, śng
cao s va đ p vào d m c u giao thông
cao t i 1,5m ć kh n ng tràn n
ph
h l u b c qua sông à, v i ng ng śng
c lên m t c u gây nguy hi m cho ng
ng ti n qua c u. M t khác l i t o thành khu n
hàn v t
c qu n ch y ng
i và
ct m
ng lái dòng bên b ph i r i ch y thúc vào chân mái đá h l u c a đ p
Hòa Bình gây x́i s t mái h l u, đ ng th i t o ra dòng qu n
chân đ p, ć śng
dao đ ng cao t 2,5-3,0m làm kéo trôi các t m bê tông b o v m t mái n ng t i
24 t n; ngoài ra còn t o ra đ d c ngang c a m t n
l ch m t n
c t i 7-8m, gây s t l cho hai b ;
Ph m Phùng Th
ng
c gi a hai b , mà đ chênh
