CÔNG TÁC DẪN DÒNG THI CÔNG TRONG XÂY DỰNG THỦY LỢI, THỦY ĐIỆN

Luận văn Thạc sĩ

-1-

MỞ ĐẦU ....................................................................................................................3
T
1

T
1

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG TÁC DẪN DÒNG THI CÔNG
T
1

TRONG XÂY DỰNG THỦY LỢI, THỦY ĐIỆN ..................................................4
1.1. Các phương pháp dẫn dòng thường dùng và lựa chọn phương án ......................... 4
T
1

T
1

1.1.1 Các công trình dẫn dòng thường dùng và điều kiện sử dụng ...................... 5
T
1

T
1

1.1.2 Những nhân tố ảnh hưởng tới phương án dẫn dòng .................................... 9

T
1

T
1

1.1.3 Chọn phương án dẫn dòng .......................................................................... 11
T
1

T
1

1.2. Tính toán thủy lực dẫn dòng thi công .................................................................... 12
T
1

T
1

1.2.1 Tính toán thủy lực các giai đoạn dẫn dòng ................................................ 12
T
1

T
1

1.2.2 Tính toán thủy lực qua lỗ chừa lại thân đập, khe răng lược và đê quai cho
T
1

nước tràn qua ....................................................................................................... 16
T
1

1.2.3 Tính toán thủy lực tháo nước qua kênh (máng).......................................... 26
T
1

T
1

1.3. Kết luận chương 1 ................................................................................................... 30
T
1

T
1

CHƯƠNG 2. DẪN DÒNG THI CÔNG QUA CỐNG, TUY NEN VÀ GIẢI
T
1

PHÁP NÚT CỐNG, TUY NEN ..............................................................................31
2.1. Dẫn dòng thi công qua cống................................................................................... 31
T
1

T
1

2.1.1. Giới thiệu công tác dẫn dòng thi công cho công trình thủy điện Sơn La . 31
T
1

T
1

2.1.2. Giới thiệu công tác dẫn dòng thi công cho công trình thủy điện Bình Điền
T
1

(Hương Trà – Thừa Thiên Huế ) .......................................................................... 42
T
1

2.2. Dẫn dòng thi công qua tuy nen ............................................................................... 47
T
1

T
1

2.2.1.Tiêu chuẩn thiết kế dẫn dòng ...................................................................... 48
T
1

T
1

2.2.2. Tính toán thủy lực dẫn dòng thi công ........................................................ 49
T
1

T
1

2.2.3. Hình thức kết cấu công trình dẫn dòng ..................................................... 52
T
1

T
1

2.3. Giải pháp nút cống, tuy nen .................................................................................... 55
T
1

T
1

2.3.1 Chọn tần suất, lưu lượng tính toán hạ van đóng cống dẫn dòng ............... 57
T
1

T
1

2.3.2. Các chỉ tiêu so sánh các phương án và tính toán chiều dài hoành triệt
T

1

cống dẫn dòng, tuy nen dẫn dòng thi công .......................................................... 58
T
1

2.4. Công nghệ nút cống dẫn dòng ................................................................................ 57
T
1

Bùi Thành Vinh - CH 16C2

T
1


Luận văn Thạc sĩ

-2-

2.4.1. Sơ đồ bố trí cốp pha thi công bê tông ........................................................ 61
T
1

T
1

2.4.2. Công nghệ thi công bê tông khối bê tông nút đỉnh ................................... 63
T
1

T
1

2.4.3. Công tác phụt vữa xi măng lấp đầy ........................................................... 64
T
1

T
1

2.4.4. Trình tự bịt ống thoát nước thi công – Phụt vữa chống thấm Epoxy ........ 67
T
1

T
1

2.5 Kết luận chương 2 ................................................................................................... 66
T
1

T
1

CHƯƠNG 3. THI CÔNG NÚT CỐNG DẪN DÒNG CÔNG TRÌNH THỦY
T
1

ĐIỆN BÌNH ĐIỀN ...................................................................................................71

3.1. Phương pháp tính toán thiết kế nút cống ............................................................... 68
T
1

T
1

3.1.1. Lưu lượng thiết kế khi hạ cửa van đóng cống ........................................... 71
T
1

T
1

3.1.2. Các tiêu chí chọn phương án và tính toán chiều dài hoành triệt cống dẫn
T
1

dòng ...................................................................................................................... 71
T
1

3.2. Kết cấu và biện pháp hoành triệt cống dẫn dòng................................................... 78
T
1

T
1

3.2.1. Hoành triệt tại cửa vào ............................................................................ 78

T
1

T
1

3.2.2. Đoạn thân cống ......................................................................................... 79
T
1

T
1

3.3. Tiến độ và biện pháp thi công ................................................................................ 79
T
1

T
1

3.3.1. Tiến độ thi công .......................................................................................... 79
T
1

T
1

3.3.2. Biện pháp thi công ...................................................................................... 79
T
1

T
1

3.4. Kết luận chương 3 ................................................................................................... 86
T
1

T
1

KẾT LUẬN KIẾN NGHỊ .......................................................................................88
T
1

T
1

1. Kết luận....................................................................................................................... 88
T
1

T
1

2. Kiến nghị .................................................................................................................... 89
T
1

T

1

TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................91
T
1

T
1

CÁC PHỤ LỤC .......................................................................................................92
T
1

T
1

Phụ lục PL1: Sơ đồ thi công bê tông lấp cống dẫn dòng thủy điện Bình Điền ........... 92
T
1

T
1

Phụ lục PL2: Sơ đồ bố trí ống phun vữa lấp đầy cống công trình thủy điện Bình
T
1

Điền” ............................................................................................................................... 95
T
1

Bùi Thành Vinh - CH 16C2


Luận văn Thạc sĩ

-3-

MỞ ĐẦU
Cho đến nay nước ta đã có rất nhiều công trình thuỷ lợi – thuỷ điện được xây
dựng, dù công trình lớn hay nhỏ thì công tác dẫn dòng thi công luôn là công tác
quan trọng hàng đầu trong qua trình xây dựng. Việc lựa chọn phương pháp dẫn
dòng thi công thường chi phối đến việc lựa chọn kết cấu công trình và đóng vai trò
quyết định đến tiến độ thi công toàn bộ dự án.
Các công trình phục vụ công tác dẫn dòng là các công trình tạm phục vụ chắn
nước và tháo nước như đê quai, các loại công trình tháo nước khác nhau như cống,
tuy nen, đập tràn, kênh. Cống tạm (cống đáy) trong thân đập bê tông, tuy nen tạm
phục vụ tháo nước thi công được ứng dụng phổ biến khi xây dựng các công trình
thủy lợi thủy điện. Ở Việt Nam, các công trình như: Hòa Bình, Tuyên Quang, Cửa
Đạt, Sê San 3, Sê san 4, Sơn La, Bình Điền, Hương Điền … đều sử dụng các loại
công trình tháo nước này để tháo nước thi công. Khi hết nhiệm vụ dẫn dòng thì phải
tiến hành công tác nút cống, tuynen dẫn dòng. Công nghệ thi công, giải pháp kĩ
thuật nút cống, tuynen dẫn dòng quyết định việc tích nước thành công, an toàn cho
đập khi vận hành.
Đề tài “Nghiên cứu giải pháp nút cống dẫn dòng thi công” có ý nghĩa thiết
thực cho thiết kế và thi công các công trình xây dựng thủy lợi và thủy điện.

Bùi Thành Vinh - CH 16C2

Luận văn Thạc sĩ

-4-

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ CÔNG TÁC DẪN DÒNG THI CÔNG TRONG XÂY
DỰNG THỦY LỢI, THỦY ĐIỆN
Dẫn dòng thi công là dẫn dòng chảy trong sông theo một phần của lòng sông
thiên nhiên hoặc theo một đường dẫn nhân tạo khác, nhằm mục đích tạo hố móng
được cách ly với dòng chảy để thi công các công trình thủy công trong đó. Dẫn dòng
thi công có thể được thực hiện bằng cách đắp đê quai ngăn dòng một đợt để ngăn
toàn bộ lòng sông, chuyển hướng dòng chảy đi qua một đường dẫn khác (kênh,
tuynen, đập tràn, cống, ...) đã được chuẩn bị trước hoặc đắp đê quai ngăn dòng nhiều
đợt và dẫn dòng qua lòng sông thu hẹp. Đắp đê quai ngăn dòng nhiều đợt thường
ứng dụng với sông khu vực hạ du và khu vực trung du, nơi lòng sông tương đối
rộng, thuận lợi nhất là nơi sông có bãi bồi, bãi nổi, đảo đá ngầm. Ví dụ: Tam Môn
Hiệp (Trung Quốc), Cát Châu (Trung Quốc)... đều lợi dụng đảo đá ngầm, bãi nổi
giữa sông để xây dựng đê quai dọc.
Dẫn dòng thi có vai trò quyết định đến thành công và chi phí đầu tư xây dựng
hệ thống công trình đầu mối thủy lợi thủy điện. Khi chọn tuyến xây dựng đập, chọn
phương án xây dựng hệ thống công trình đầu mối thủy lợi thủy điện, luôn phải xem
xét đến phương án dẫn dòng đồng thời với phương án và giải pháp xây dựng nhằm
mục đích thi công nhanh, thuận lợi, an toàn và chi phí xây dựng nhỏ nhất. Ở nhiều
công trình, phương án dẫn dòng chi phối cả việc lựa chọn hình thức kết cấu công
trình cũng như bố trí hệ thống công trình đầu mối.
1.1. Các phương pháp dẫn dòng thường dùng và lựa chọn phương án
Dẫn dòng thi công công trình thủy lợi thủy điện dựa vào tình hình ngăn nước
và dẫn dòng trong thời kỳ thi công khác nhau, phân thành nhiều giai đoạn.
Đối với công trình có cột nước thấp thường chỉ có một hoặc hai giai đoạn ngăn
nước. Đối với công trình có cột nước cao và vừa, có thể chia thành ba giai đoạn:

(1) Giai đoạn đê quai ngăn nước (thời kỳ đầu), là thời kỳ sau khi chặn dòng
đến trước lúc thân đập chuẩn bị điều kiện để ngăn nước.

Bùi Thành Vinh - CH 16C2


Luận văn Thạc sĩ

-5-

(2) Giai đọan thân đập ngăn nước (thời kỳ giữa), là thời kỳ sau khi thân đập
chuẩn bị điều kiện ngăn nước đến trước lúc hoành triệt công trình dẫn dòng.
(3) Giai đoạn hoàn thành và tích nước (thời kỳ cuối), là thời kỳ sau khi hoành
triệt công trình dẫn dòng đến lúc công trình vĩnh cửu đi vào vận hành.
Việc phân chia các giai đoạn ngăn nước trong phương án dẫn dòng cần phân
biệt rõ ràng. Nếu phân chia các giai đoạn ngăn nước không thật rõ ràng, thì dẫn đến
tình trạng các giai đoạn chồng chéo nhau. Vì vậy, các phương thức tháo nước và
ngăn nước của các giai đoạn phải được thiết kế quy hoạch chu đáo cẩn thận, giúp
cho phương án dẫn dòng được hoàn chỉnh.
1.1.1 Các công trình dẫn dòng thường dùng và điều kiện sử dụng

Hình 1.1: Sơ đồ đắp đê quai ngăn dòng một
đợt
1) Đê quai thượng lưu; 2) Đê quai hạ lưu;
3) Công trình dẫn dòng; 4) Tim đập

(1) Dẫn dòng qua máng:

Hình 1.2: Sơ đồ đắp đê quai ngăn dòng
nhiều đợt (Phân kỳ dẫn dòng)

1) Đê quai giai đoạn 1; 2) Đê quai giai đoạn
2; 3) Nhà máy TĐ; 4) Công trình xả

Máng được bắc qua đê quai thượng lưu và hạ lưu để dẫn nước về hạ lưu công
trình. Thường dùng cho lòng sông hẹp, công trình nhỏ, thi công trong một mùa khô.
Ví dụ: công trình Kim Giang thuộc Hồ Nam - Trung Quốc, lưu lượng lớn nhất dẫn
dòng qua máng là 146m3/s.
P

P

(2) Dẫn dòng qua kênh:

Bùi Thành Vinh - CH 16C2


Luận văn Thạc sĩ

-6-

Kênh được đào ở một bên bờ để dẫn dòng thi công. Thường áp dụng cho các
công trình xây dựng trên các sông có địa hình thuận lợi như dốc thoải có dòng sông
cũ, eo núi, sông cong .…và điều kiện địa chất thuận lợi cho công tác đào kênh. Việc
thi công đào kênh tương đối đơn giản, có thể thi công cơ giới, cũng có thể đào thủ
công. Kênh dẫn dòng thuận lợi cho đẩy nhanh tiến độ, rút ngắn thời gian thi công,
thông thuyền, chở gỗ…

Hình 1.3: Kênh dẫn dòng thi công - Công trình thủy điện Sơn La
(3) Dẫn dòng qua tuy nen:
Tuy nen dẫn dòng thường ứng dụng ở các sông miền núi, lòng sông hẹp, vách đá

dốc, lưu lượng lớn mà không thể áp dụng giải pháp dẫn dòng qua kênh. Ở Việt nam
đã ứng dụng khá phổ biến. Ví dụ: Tuy nen TN2 dẫn dòng thi công công trình Cửa
Đạt – Thanh Hoá, tiết diện hình móng ngựa BxH=(10x10)m, đường kính trung bình
D=9m, chiều dài hầm khoảng 850m, một phần vỏ hầm qua đá yếu có kết cấu bê tông
cốt thép dày 0,5m.

Bùi Thành Vinh - CH 16C2


Luận văn Thạc sĩ

-7-

Hình 1.4: Tuynen dẫn dòng thi công - Công trình thủy lợi Cửa Đạt
(4) Dẫn dòng qua cống ngầm
Thường cống ngầm sử dụng những vùng có lòng sông hẹp, địa chất nền cho
phép và không thể dùng giải pháp dẫn dòng qua kênh. Cống ngầm nằm trong thân
đập đất, đập đất đá hỗn hợp hay đập bê tông trọng lực. So với tuy nen thì cống có ưu
điểm là thi công giản đơn, tốc độ nhanh, giá thành rẻ vv…. Ở Việt nam sử dụng
cống tạm hoặc cống lâu dài phục vụ dẫn dòng rất phổ biến. Ví dụ: Cống dẫn dòng
thi công công trình thủy điên Sơn La có kích thước mặt cắt nx(bxh)= 2x(12x12)m;
Cống dẫn dòng thi công công trình thủy điện Bình Điền – Thừa Thiên Huế có kích
thước mặt cắt nx(bxh)= 2x(5,0x9,0)m ...

Hình 1.5: Mặt cắt ngang cống dẫn dòng thi công-thủy điện Bình Điền.
Bùi Thành Vinh - CH 16C2


Luận văn Thạc sĩ

-8-

Hình 1.6: Mặt cắt dọc tim đập – Công trình thủy điện Huội Quảng
(5) Dẫn dòng qua lòng sông thu hẹp:
Dẫn dòng qua lòng sông thu hẹp thường ứng dụng cho các công trình vừa và lớn
có lòng sông rộng, lưu lượng, mực nước thay đổi mạnh, thi công trong nhiều trong
năm, là một trong các giai đoạn của sơ đồ đắp đê quai ngăn dòng nhiều đợt. Giai
đoạn đầu, vào mùa khô, đắp đê quai thượng lưu, đê quai dọc và đê quai hạ lưu quây
một phần lòng sông để thi công một phần công trình chính và công trình dẫn dòng
cho giai đoạn sau trong phạm vi bảo vệ của đê quai.
(6) Dẫn dòng qua đập đang xây dở hoặc khe răng lược
Dẫn dòng qua đập xây dở được dùng rộng rãi, thường phối hợp với cống đáy
hoặc các công trình tháo nước khác trở thành phương thức dẫn dòng chủ yếu vào
thời kỳ giữa và thời kỳ cuối của thi công vượt lũ của đập bê tông. Ví dụ: Công trình
thủy điện Nước Trong – Quảng Ngãi: Đập tràn xây dở cao trình 82.70m, B tràn =98m.
R

R

Dẫn dòng qua khe răng lược ít dùng, thường được dùng trong thi công công trình
đập cống có cột nước thấp. Ở Việt Nam chưa ứng dụng.
Dẫn dòng qua đập đá đổ đang xây dựng dở được ứng dụng rất rộng rãi. Ở Việt
Nam đã ứng dụng rất thành công khi xây dựng đập Hòa Bình đã cho nước lũ tràn
qua đập ở đoạn đập có nền là phần kênh dẫn dòng bờ phải; khi xây dựng đập Tuyên
Quang. Đập Cửa Đạt ứng dụng dẫn dòng qua đập đá đổ đang xây dựng dở không

Bùi Thành Vinh - CH 16C2


Luận văn Thạc sĩ

-9-

thành công (vỡ đập 04-10-2007), sau đó phải đẩy nhanh tiến độ thi công vượt lũ của
năm sau (2008).

Hình 1.7: Công trình thủy điện Nước Trong mùa lũ 2010 - Tràn qua đập chính
(7) Dẫn dòng qua nhà máy thủy điện đang xây dở
Dẫn dòng qua phần bê tông của nhà máy thủy điện sau đập phần lòng sông đang
xây dở thường ứng dụng khi xây dựng nhà máy thủy điện lòng sông cột nước thấp.
Ví dụ: Công trình thủy điện Luông PraBăng (Lào) đang chuẩn bị xây dựng. Ở Việt
Nam sơ đồ này chưa được ứng dụng.
Khi lựa chọn phương án dẫn dòng thi công phải căn cứ vào điều kiện cụ thể của
công trình, có thể dùng một hoặc phối hợp vài phương thức dẫn dòng. Ví dụ dẫn
dòng qua kênh hoặc cống đáy kết hợp với tuy nen; Cống đáy hoặc chỗ lõm chừa lại
của đập bê tông kết hợp với kênh dẫn dòng ... . Ngoài ra bất kỳ một lần ngăn dòng
hoặc các giai đoạn dẫn dòng đều có thể dùng đê quai cho nước tràn qua hoặc không
cho nước tràn qua.
1.1.2 Những nhân tố ảnh hưởng tới phương án dẫn dòng
Có nhiều nhân tố ảnh hưởng tới chọn phương án dẫn dòng, nhưng chủ yếu có
mấy nhân tố sau:
(1) Điều kiện địa hình, địa chất:

Bùi Thành Vinh - CH 16C2


Luận văn Thạc sĩ

-10-

Điều kiện địa hình địa chất của lòng sông khu vực đập thường là nhân tố chủ yếu
quyết định phương án dẫn dòng. Các phương thức dẫn dòng ngoài việc lợi dụng
điều kiện địa hình thuận lợi, còn cần kết hợp điều kiện địa chất. Có khi điều kiện địa
hình lòng sông phù hợp với đắp đê quai ngăn dòng nhiều đợt, nhưng do tầng phủ
đáy sông lớn, việc xử lý phòng xói và phòng thấm cho đê quai dọc gặp khó khăn,
nên không dùng kênh dẫn dòng.
(2) Đặc điểm thủy văn:
Sông có lưu lượng lớn hay nhỏ, thời đoạn và biên độ lưu lượng của mùa lũ và
mùa khô, lượng đỉnh lũ và quy luật xuất hiện… đều trực tiếp ảnh hưởng tới phương
án dẫn dòng. Đối với dòng sông có lưu lượng lớn, việc dẫn dòng qua đường hầm
khó thỏa mãn yêu cầu, cần phân kỳ dẫn dòng, dẫn dòng qua kênh hoặc dẫn dòng qua
các phương thức khác. Đối với sông có biên độ mực nước mùa khô, mùa lũ lớn, có
thể dùng đê quai cho nước tràn qua để giảm bớt giá thành dẫn dòng. Với dòng sông
có lưu lượng không lớn, biên độ mực nước mùa lũ mùa khô không lớn, dùng đê quai
không cho nước tràn qua có thể kéo dài thời gian thi công.
(3) Hình thức và bố trí công trình chính:
Hình thức kết cấu công trình thủy công, bố trí tổng thể và khối lượng công trình
chính vv…là một trong những căn cứ chủ yếu khi chọn phương án dẫn dòng. Yêu
cầu dẫn dòng cần lợi dụng công trình vĩnh cửu; lựa chọn hình dạng đập, đặc điểm
lưu vực cần được xét tới trong công tác dẫn dòng, hai việc đó ảnh hưởng chi phối
lẫn nhau. Đối với đập đất đá, nói chung không dùng phân kỳ dẫn dòng, mà thường
dùng phương thức dẫn dòng qua đường hầm, qua cống ngầm, qua kênh vv… ,
không dùng đê quai cho nước tràn qua. Đối với đập bê tông, cho phép tràn qua mặt
đập, thường dùng đê quai cho nước tràn qua. Đối với công trình có quy mô lớn, thời
gian thi công hố móng dài, không nên cho nước tràn qua đê quai để có thể bảo đảm
thi công hố móng cả năm. Đối với trạm thủy điện cột nước thấp có thể sử dụng đê
quai ngăn nước để phát điện sớm và thu lợi như công trình Cát Châu – Trung Quốc.
(4) Nhân tố thi công:

Bùi Thành Vinh - CH 16C2

Luận văn Thạc sĩ

-11-

Phương án dẫn dòng quan hệ mật thiết với tổng tiến độ thi công. Phương án dẫn
dòng thi công khác nhau thì trình tự thi công khác nhau. Trình tự thi công khác nhau
ảnh hưởng tới phân kỳ dẫn dòng và bố trí công trình dẫn dòng. Trình tự thi công hợp
lý không ảnh hưởng tới thời gian hữu ích thi công và tổng thời gian thi công. Vì vậy,
khi chọn phương án dẫn dòng cần xét tới trình tự và phương pháp thi công, cường
độ và tiến độ thi công, tới bố trí thi công và bố trí giao thông bên ngoài cũng như
bên trong công trường.
(5) Nhân tố lợi dụng tổng hợp
Việc lợi dụng tổng hợp dòng chảy trong thời gian thi công gồm: thông thuyền,
chở gỗ, phát điện, tưới, cấp nước vv…Khi chọn phương án dẫn dòng, nên xét tổng
hợp để các công trình tháo nước dẫn dòng thỏa mãn các yêu cầu đó.
Trên đây là những nhân tố ảnh hưởng tới chọn phương án dẫn dòng thi công.
Tùy tình hình cụ thể, phân tích để xác định. Nhìn chung thì hình dạng đập và địa
hình lòng sông là một trong những điều kiện chủ yếu chọn phương án dẫn dòng.
Nếu lấy tỷ số chiều dài đỉnh đập và chiều cao đập η = L/H là hệ số biểu thị hình
dạng lòng sông, qua phân tích và thống kê có được quan hệ sau: đối với đập bê tông
khi η nhỏ hơn 3, thường thích hợp dẫn dòng qua đường hầm và chặn dòng 1 lần; η ở
giữa 3 và 4.5 thích hợp với phân kỳ dẫn dòng và chặn dòng 1 lần. Đối với đập đất đá
khi η nhỏ hơn 10 thường dùng 1 lần chặn dòng và dẫn dòng qua đường hầm hoặc
dẫn dòng qua cống ngầm, khi η lớn hơn 10 thường dùng kênh, đường hầm, cống
ngầm dẫn dòng. Nếu bề rộng lòng sông rộng rãi có thể dùng phân kỳ dẫn dòng.
1.1.3 Chọn phương án dẫn dòng
Khi chọn phương án dẫn dòng, tùy theo điều kiện cụ thể công trình, có thể ấn
định một vài phương án, phân tích toàn diện, so sánh, không chỉ phân tích trước lúc

dẫn dòng mà cần phân tích toàn diện giữa và sau khi dẫn dòng. Phân tích phương án
dẫn dòng không chỉ là định lượng giá thành công trình dẫn dòng mà cần so sánh
toàn diện về kinh tế và kỹ thuật như tổng tiến độ thi công và các yêu cầu kinh tế
quốc dân khác. Phương án tối ưu của dẫn dòng thể hiện trên một số mặt sau:

Bùi Thành Vinh - CH 16C2


Luận văn Thạc sĩ

-12-

(1) Tiến độ thi công toàn bộ hệ thống công trình với thời gian ngắn, giá thành hạ;
rút ngắn thời gian đầu tư ban đầu, phát huy nhanh hiệu quả đầu tư;
(2) Thi công công trình chính an toàn, cân bằng cường độ thi công, tránh chồng
chéo, bảo đảm tính chủ động trong thi công;
(3) Công trình dẫn dòng giản đơn, khối lượng công trình nhỏ, giá thành hạ, thi
công thuận tiện, tốc độ nhanh;
(4) Thỏa mãn yêu cầu các thành phần kinh tế quốc dân (thông thuyền, chở gỗ,
nước tưới, cấp nước, di dân vv…).
Khi chọn phương án dẫn dòng cần đề xuất một số kết quả sau:
- Chọn lưu lượng dẫn dòng, thời đoạn thi công và tiêu chuẩn dẫn dòng;
- Khối lượng công trình và giá thành công trình của các phương án;
- Sơ đồ dẫn dòng, kích thước và hình thức công trình ngăn nước và tháo nước,
trình tự và tiến độ thi công;
- Chỉ tiêu và phương thức chủ yếu của chặn dòng tháo nước hố móng;
- Phương thức và chỉ tiêu chủ yếu của thi công đập vượt lũ, hoành triệt công
trình dẫn dòng và tích nước;
- Chỉ tiêu chủ yếu của tổng tiến độ, bao gồm tổng thời gian thi công, ngày giờ
phát điện tổ máy 1, chặn dòng, ngừng thông thuyền, chở gỗ, số nhân lực…;

- Biện pháp tổng hợp lợi dụng dòng chảy;
- Kết quả thực nghiệm mô hình thủy lực của phương án chủ yếu.
1.2. Tính toán thủy lực dẫn dòng thi công
1.2.1 Tính toán thủy lực các giai đoạn dẫn dòng
Khi dùng phương thức dẫn dòng qua lòng sông thu hẹp, mực nước thượng lưu
dâng cao (hình 1.8). Trạng thái chảy khi dẫn dòng tùy thuộc chiều dài L của đê quai
dọc và chiều cao nước dâng thượng lưu H khác nhau mà xử lý theo dòng chảy tràn
đỉnh rộng hoặc dòng chảy trong kênh. Thông thường chiều dài giới hạn của tràn
đỉnh rộng bằng 10 lần mực nước thượng lưu H. Đối với công trình tạm có thể lấy tới
20 lần mực nước thượng lưu. Trạng thái chảy theo có thể tham khảo bảng 1.1.

Bùi Thành Vinh - CH 16C2


Luận văn Thạc sĩ

-13-

b

b

o

b

hs

hc

o

hs

Hình 1.8: Hình thức bố trí đê quai phân kỳ
1 – Đê quai thượng lưu; 2 – Đê quai dọc; 3 – Đê quai hạ lưu

Bảng 1-1: Giới hạn trạng thái chảy trong các giai đoạn dẫn dòng
Tràn đỉnh rộng

Chảy trong kênh

L/H = 2,5 ÷ 20

L/H > 20

Chảy tự do

Chảy ngập

h s < 1,25 h k
R

R

R

h s ≥ 1,25 h k
R

R

R

Chảy êm

Chảy xiết

i < ik

i > ik

Chú thích
H 0 : Cột nước thượng lưu
R

h k : Chiều sâu phân giới
R

R

R

R

R

h s ≥ 0,8 H 0
R

R

h0 > hk
R

R

R

R

h0 < hk
R

R

R

Trong đó:
* Đối với kênh mặt cắt hình chữ nhật:
- Chiều sâu phân giới h kCN
R

Bùi Thành Vinh - CH 16C2

R

q2
Q2
3

= α. = α.
g
( Bk ) 2 g
3

R

h 0 : Chiều sâu dòng đều

R

R

h s < 0,8 H 0

R

R

Ký hiệu khác xem hình vẽ


Luận văn Thạc sĩ

-14hKCN
Bk

Hệ số đặc trưng hình dạng mặt cắt hình chữ nhật: δ N =
* Đối với kênh mặt cắt hình thang: h k = h kCN . [1R

R

R

RP

δN

P

3

+ 0.105.δ N2 ]

1.2.1.1 Tính toán thủy lực qua lòng sông thu hẹp
Trong thiết kế dẫn dòng qua lòng sông thu hẹp phải xác định mức độ thu hẹp cho
phép, chiều sâu lòng sông bị bào mòn và độ dâng nước ở thượng lưu.
- Tính gần đúng như chảy ngập qua tràn, lưu lượng được xác định:

Q = ϕA c 2g(H 0 − h s )

Z=

hay

Vc2
V02
−
ϕ2 2g 2g

Đối với lòng sông mặt cắt hình chữ nhật, công thức trên viết thành:

Q = ϕbh s 2g(h 0 − h s )

(1.1)

1 Q2
Q2
Z= 2
−
2
ϕ 2gb 2 h s2 2gB12 (h s + Z )

hay
Trong đó:

h c – Độ sâu mặt cắt co hẹp.
R

R

A c – Diện tích mặt cắt ướt tại mặt cắt co hẹp.
R

R

hs - có thể lấy gần đúng bằng mực nước hạ lưu.
ϕ - Hệ số lưu tốc, xem bảng 1-2
Q

V 0 , V c - Lưu tốc tới gần, lưu tốc tại mặt cắt thu hẹp V c = µ .ω c
R

R

R

R

R

RP

Hệ số co hẹp ngang µ =0,95 khi thu hẹp một bên, khi thu hẹp hai bên µ =0,90.
H 0 - Cột nước thượng lưu H 0 = H +
R

R

V02
2g

H - Độ sâu mực nước thượng lưu H = hs + Z1
Z - Chênh lệch mực nước thượng hạ lưu.

Bùi Thành Vinh - CH 16C2


Luận văn Thạc sĩ

-15-

Tính toán co hẹp lòng sông được tiến hành theo phương pháp thử dần để xác
định độ dâng mực nước ở thượng lưu Z: Khi tính toán đầu tiên lấy Z = 0 làm giá trị
ban đầu, sau đó dùng giá trị tính toán được Z thay vào công thức cho tới khi đạt
được độ chính xác.
- Đối với dòng chảy không ngập dùng công thức:

Q = m Bk 2g H 30 2

(1.2)
13

 Q2


H0 = 
 2gm 2 B 2 

k 
Trong đó:
m - Hệ số lưu lượng - xem bảng 1-2.

H 0 - Cột nước thượng lưu có kể đến cột nước lưu tốc tới gần
R

R

Bk - Chiều rộng bình quân tại chiều sâu phân giới: Bk =

αV02
2g

Ak
hk

h k - Chiều sâu phân giới
R

R

A k - Diện tích mặt cắt ướt ứng với chiều sâu phân giới
R

R

Bảng 1-2: Giá trị hệ số lưu lượng m và hệ số lưu tốc ϕ
Hệ số lưu lượng

Hình thức bố trí

Hệ số lưu tốc (ϕ)

Chữ nhật (H1-8.a)

0,80

0,30

Hình thang (H1-8.b)

0,8 ÷ 0,85

0,3 ÷ 0,32

0,85 ÷ 0,95

0,32 ÷ 0,35

Hình thang thêm đê
quai cánh (H1-8.c)

(m)

Ghi chú
Hình thang thân đỉnh đập
chảy hệ số giống nhau
Hình thang thân đỉnh đập
chảy thuận, hệ số giống nhau

Khi hệ số co hẹp lòng sông lớn, lòng sông co hẹp coi như kênh lăng trụ dốc
thuận, mực nước cửa ra gần giống mực nước dòng đều, tính toán gần đúng như
dòng chảy đều trong kênh.

Bùi Thành Vinh - CH 16C2


Luận văn Thạc sĩ

-16-

1.2.1.2 Tính toán đường mặt nước qua lòng sông thu hẹp
Dòng chảy qua lòng sông thu hẹp nói chung là dòng chảy không đều. Khi độ
dốc đáy tương đối thoải, khi dọc lòng sông mặt cắt đều đặn, có thể dùng phương
pháp cộng trực tiếp tính đường mặt nước. Khi độ dốc đáy sông và mặt cắt biến đổi
lớn thì căn cứ vào sơ đồ thủy lực cụ thể để xác định đường mặt nước, chú ý tính
thêm tổn thất cột nước cục bộ.
1.2.2 Tính toán thủy lực qua lỗ chừa lại thân đập, khe răng lược và đê quai
cho nước tràn qua
1.2.2.1 Đập tràn đỉnh rộng
Tháo nước qua chỗ lõm chừa lại ở thân đập, khe răng lược như hình 1-9, khi
quan hệ giữa chiều dài L của tràn và cột nước H là 2,5H< L ≤ 20H, tính toán theo
công thức đập tràn đỉnh rộng. Khi chảy tự do (mực nước hạ lưu đỉnh đê quai
h s <1,25h k hoặc h s < 0,8H o ). Tính toán lưu lượng theo công thức sau:
R

R

R

R

R

R

R

R

Q= εmB 2g H 3o / 2

(1.3)

Trong đó:
B – Chiều rộng lỗ tràn, đối với khe răng lược B = nb, với n là số lượng khe.
H o – Cột nước thượng lưu tính từ ngưỡng tràn nước
R

R

ε - Hệ số co hẹp bên, cửa vào gập nhọn, có thể tra trên đường cong của biểu

đồ hình 1.3. Đối với khe răng lược nhiều lỗ, hệ số co hẹp bình quân theo chiều
ngang là:

ε=

ε c (n − 1) + ε s
n

ε c - Hệ số co hẹp bên lỗ ở giữa. Tra trên hình 1.10
B/B’ =
b - Chiều rộng khe răng lược

Bùi Thành Vinh - CH 16C2

b
b+t

Luận văn Thạc sĩ

-17-

t - Chiều dày giữa răng lược
ε s - Hệ số co hẹp bên của khe răng lược bên cạnh.

Khi tra trên hình 1.10: B/B’ =

b
b + ∆t

Trong đó:
∆t là khoảng cách của cạnh khe răng lược bên cạnh tới đường viền của đập

m - hệ số lưu lượng, khi dạng ngưỡng vào vuông góc:
m = 0,32 + 0,01

3 − P1 / H
0,46 + 0,75P1 / H

Hình 1.9: Tháo nước qua chỗ lõm chừa lại và khe răng lược của đạp bê tông
Phạm vi sử dụng: 0< P1 / H ≤ 3 . Khi P1 / H > 3,0 thì m = 2. Khi dạng ngưỡng
vào xiên góc (độ dốc 1÷0,7). Qua thực nghiệm tìm được hệ số lưu lượng:
m = 0,34 + 0,01

4 − P1 / H
0,89 + 2,24 P1 / H

Công thức sử dụng trong phạm vi 0 < P1 / H ≤ 4,0 Khi P1 / H > 4 ; m = 0,34
Đối với chỗ lõm chừa lại và khe răng lược, khi dự tính hệ số lưu lượng (tính
đến ảnh hưởng co hẹp bên) có thể xét bình quân B/B’ = 0,5 sẽ được ε m ≈ 0,32. Đối
với công trình lớn nên xét qua thực nghiệm mô hình. Khi tính toán cần căn cứ tỷ lệ
L/H, tùy theo là đập tràn thực dụng, tràn đỉnh rộng chảy tự do, tràn đỉnh rộng chảy
ngập mà dùng công thức phù hợp để tính toán. Đối với hệ số lưu lượng đập tràn
thực dụng cần tham khảo tài liệu có liên quan.

Bùi Thành Vinh - CH 16C2


Luận văn Thạc sĩ

-18-

Khi chảy ngập (h s ≥ 1,25 h k hoặc h s ≥ 0,8Ho). Căn cứ vào công thức đập tràn
R

R

đỉnh rộng để tính toán:

R

R

R

R

Q = εσmB 2 g H 03 / 2

(1.4)

Trong đó σ - hệ số chảy ngập xem bảng 1-3.
Bảng 1-3 : Hệ số σ ngập của đập tràn đỉnh rộng
H s /H o ≤0,8

0,81

0,82

0,83

0,84

0,85

0,86

0,87

0,88

0,89

σ

0,995

0,99

,098

0,97

0,96

0,95

0,93

0,9

0,87

H s /H o 0,90

0,91

0,92

0,93

0,94

0,95

0,96

0,97

0,98

σ

0,82

0,78

0,74

0,70

0,65

0,59

0,50

0,40

R

R

R

1,0
R

R

R

0,84

Hình 1.10 : Đường cong hệ số co hẹp bên của chỗ lõm chừa lại, khe răng lược tháo
nước
1.2.2.2 Đập tràn mặt cắt hình thang
Đập tràn mặt cắt hình thang, thường gặp là đê quai hỗn hợp đất đá cho nước
tràn qua. Căn cứ thực nghiệm của Nhật Bản được công thức tháo nước của 3 trạng
thái chảy (chảy tự không ngập, trạng thái chảy quá độ, chảy ngập) như sau:

Bùi Thành Vinh - CH 16C2


Luận văn Thạc sĩ

-19-

Chảy không ngập

Hình 1.11: Đập tràn qua mặt cắt hình thang
Q= m p B 2g H 3 / 2
(1.5)

Trạng thái chảy quá độ

Q= σ p m p B 2g H 3 / 2

(1.6)

Chảy ngập
Q= φp Bh s 2g (H − h s )
(1.7)
Trong đó: m p - Hệ số lưu lượng đập tràn hình thang xem bảng 1-4
h
σ p - Hệ số ngập, chảy quá độ: σ p = α − β s
H
φ p – Hệ số lưu lượng khi chảy ngập xem bảng 1-4.
R

R

R

R

R

R

Bảng 1-4: Hệ số quan hệ của đập tràn hình thang
Hệ số
mái
thượng
lưu m 1
<0,6
≈1

≈1,5

Hệ số
mái hạ
lưu m 2
R

Hệ số lưu lượng
chảy không
ngập m p
R

R

Điểm
phân
giới
h s /H
0,60
0,45
0,25
R

0÷3/4
0÷1,5
0÷3,0

0,31+0,23H/P 1
0,29+0,32H/P 1
0,28+0,37H/P 1

R

R

R

Chảy quá độ
α

β

R

Điểm
phân
giới
h s /H
0,7
0,8
0,8
R

1,018
1,090
1,032

0,030
0,200
0,124

Chảy
ngập
φp /m p
R

R

R

R

2,6
2,6
2,6

1.2.2.3 Tràn bên
Tim của tràn bên song song với phương của dòng chảy đến hình 1.12, tháo
nước qua lỗ chừa lại trên đê quai dọc.

Bùi Thành Vinh - CH 16C2


Luận văn Thạc sĩ

-20-

Hình 1.12: Phân dòng của tràn bên
Công thức tính lưu lượng tràn bên của phần dòng chảy thẳng góc:
Q = cb 2g H3/2

(1.8)

P

P

Lưu lượng phân lưu của tràn bên
Q = Q1 - Q2
R

R

R

R

Trong đó:
c – Hệ số lưu lượng tràn bên có thể lấy bằng 0,95m; với m là hệ số lưu lượng
tương ứng của tràn chính diện
H – Cột nước thượng lưu so với đỉnh ngưỡng bình quân của tràn bên

H=

H1 + H 2
. Trong đó: H 1 = h 1 -P ; H 1 = h 2 -P
2
R

R

R

R

R

R

R

R

h 1 , h 2 – Chiều sâu ở đầu cửa vào và ở cuối cửa vào của tràn bên; Giả định
R

R

R

R

năng lượng đơn vị mặt cắt Es dọc theo dòng chảy không đổi, độ dốc đáy nằm
ngang
V22
V12
E s = h1
= h2 +
2g
2g
Bùi Thành Vinh - CH 16C2

Luận văn Thạc sĩ

-21-

V 1 , V 2 – Lưu tốc của mặt cắt ở đầu và ở cuối dòng chảy trên đoạn có bố trí
R

R

R

R

tràn bên
P,b – Chiều cao ngưỡng và chiều rộng của tràn bên.
b=

 h
B   h2 P 
P 
 − F  1 ,

,
 F 
C   E s 2 E S2 
 E S 1 E S 1 

B – Độ rộng lòng sông

F – Hàm của h/E s và P/E s (xem hình 1.13).
R

R

R

R

Hình 1.13: Biểu đồ quan hệ của h/E s và P/E s
R

R

R

1.2.2.4 Tràn xiên
Tính toán lưu lượng tháo của tràn dùng công thức tràn bình thường nhân với
hệ số hiệu chỉnh: Q= k s mb 2 g H 3 / 2
R

R

(1.9) (Xem hình 1.14).

Trong đó: m- hệ số lưu lượng tràn chính
k s - hệ số hiệu chỉnh (xem bảng 1-5)
R

R

Bùi Thành Vinh - CH 16C2


Luận văn Thạc sĩ

-22-

α

Hình 1.14 Tràn xiên
Bảng 1-5: Hệ số hiệu chỉnh của tràn xiên
Góc α

150

300

450

600

900

ks

0,86

0,91

0,94

0,96

1,0

R

P

P

P

P

P

1.2.2.5 Tràn hình cung
Để tính toán đập vòm hoặc đê quai vòm ta áp dụng dạng tràn này (Hình 1.15).

β

b

α

Hình 1.15: Tràn hình cung
Lưu lượng tháo theo công thức sau:
Q = k R mb 2 g H 3 / 2

R

R

Trong đó:
m- hệ số lưu lượng tràn chính
b- chiều dài theo chiều cong của tràn
k R - Hệ số hiệu chỉnh: k R =1R

R

Bùi Thành Vinh - CH 16C2

R

ηH

R

p

(1.10)


Luận văn Thạc sĩ

-23-

+ H.P – Cột nước tràn và chiều cao của ngưỡng tràn
+ η - Hệ số hình dạng, xem bảng 1-6.

Bảng 1-6: Hệ số hình dạng của tràn hình cong η
η

Hình dạng dòng sông

150

300

450

600

750

900

Dòng sông rộng

0,71

0,35

0,20

0,11

0,04

0,0

Dòng sông hẹp

0,82

0,48

0,28

0,13

0,04

0,0

P

P

P

P

P

P

1.2.2.6 Nối tiếp dòng chảy và tiêu năng
Để giảm thiểu ảnh hưởng xói do dòng chảy tháo tập trung gây nên cần xử lý
tốt nối tiếp dòng chảy và tiêu năng. Những phương thức nối tiếp tiêu năng thường

gặp như sau:
a. Tiêu năng dòng đáy: Công thức cơ bản tính toán độ sâu co hẹp hc
E 0 =h c +
R

Trong đó:

R

R

R

q2

(1.11)

2 gϕ 2 hc2

E 0 – Năng lượng mặt cắt tới gần
R

R

h c – Chiều sâu co hẹp
R

R

ϕ - Hệ số lưu tốc, tra bảng 1-7.

Hình 1.16: Chiều sâu mực nước co hẹp
h c của dòng chảy qua lỗ cống đáy phẳng: h c = εe
R

R

R

R

Trong đó: ε- hệ số co hẹp đứng, xem bảng 1-8.
e- độ cao mở của cống

Bùi Thành Vinh - CH 16C2


Luận văn Thạc sĩ

-24-

Bảng 1-7:.Giá trị hệ số lưu tốc tháo qua công trình
Phương thức tháo nước
Tháo nước qua tràn thực
dụng đáy hình cong
Tháo

nước

qua

Phương thức tháo nước

ϕ

ϕ

Tháo nước qua tràn đỉnh rộng và
tràn thực dụng, ngưỡng hình

0,90÷0,95

0,80÷0,90

thang
tường

ngực,lỗ cống đỉnh tràn, tràn

Tháo nước qua tường ngực, lỗ
cống đỉnh tràn thực dụng ngưỡng 0,75÷0,85

0,85÷0,95

thực dụng, ngưỡng hình cong

hình thang

Bảng 1-8: Hệ số co hẹpε của cống bản phẳng thẳng đứng
Độ mở

e/H
ε
Độ mở
e/H
ε

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0,615

0,618

0,620

0,622

0,625

0,628

0,40

0,45

0,50

0,55

0,60

0,65

0,630

0,638

0,645

0,650

0,660

0,675

Tiêu năng lòng dẫn có mặt cắt chữ nhật đáy phẳng, độ sâu mực nước nối tiếp
sau nước nhảy (độ sâu liên hiệp)
hc’’ =

hc
2

( 1 + 8Fr − 1)
2

Fr – hệ số Froud mặt cắt co hẹp: Frc=

q
ghc3

Chiều sâu nước nhảy lòng dẫn có mặt cắt chữ nhật, tính toán theo công thức
li/hc = 10,8(Fr -1)0,93
P

P

Trạng thái nối tiếp nước nhảy, lấy độ sâu liên hiệp hc’’ và độ sâu thực tế hạ
lưu h s và độ sâu thực tế hạ lưu h s để phân biệt so sánh. Khi h c ’’>h s có nước nhảy xa,
R

R

R

R

R

RP

P

R

R

khi h c ”R

R

R

R

R

R

R

R

nhảy ngập và nâng cao hiệu quả tiêu năng thì nên để mực nước sau nước nhảy thấp
hơn mực nước hạ lưu.
b. Tiêu năng dòng chảy mặt

Bùi Thành Vinh - CH 16C2


Luận văn Thạc sĩ

-25-

Cuối đoạn chảy tràn có bậc thụt, khiến bề mặt của dòng chính có lưu tốc cao,
hình thành tiêu năng mặt. Trạng thái chảy của dòng chảy mặt tương đối phức tạp,
đối với chiều cao bậc thụt và mực nước hạ lưu có một yêu cầu nhất định. Lợi dụng
ưu điểm của tiêu năng mặt là trên bề mặt dòng chính, giảm xói đáy sông, thuận lợi
cho vật trôi nổi, lợi cho thả bè, tháo nước. Khuyết điểm là hình thức nối tiếp phức
tạp, thay đổi nhiều, khó khống chế chảy mặt.
c. Tiêu năng bằng mũi phun
Đoạn cuối của công trình làm mũi phun, dòng chảy qua mũi phun nhảy xa,
người ta thường lợi dụng lưỡi nước trong không trung và hố xói hạ lưu để tiêu năng.
Chiều dài l của trung tâm lưỡi nước từ mũi phun đến lòng sông hạ lưu dùng
công thức sau để tính toán


l = 2ϕ2cosθ sin φ sin 2 φ +
P

P



1  P 
  S
ϕ 2  S  

(1.12)

Các ký hiệu:

P- Chiều cao từ lỗ phun đến đáy sông phía hạ lưu.
S- Chiều cao chênh lệch từ mực nước thượng lưu đến mũi phun
θ- Góc nhảy
ϕ- Hệ số lưu tốc của dòng chảy từ mũi phun
Căn cứ thực nghiệm của viện nghiên cứu thủy lợi Trường Giang – Trung
Quốc, đề ra công thức sau:

ϕ = 3 1−

0,055
k 0,5

k- Tỷ năng dòng chảy;

k=

q
g E1,5

E- Chênh lệch giữa mực nước thủy lực so với đáy sông phía hạ lưu.

Bùi Thành Vinh - CH 16C2