Nghiên cứu giải pháp đảm bảo an toàn cho công trình đập tràn tháo lũ Nam Thạch Hãn, tỉnh Quảng Trị

1
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯

PHẠM HỒNG LỢI

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP ĐẢM BẢO AN TOÀN
CHO CÔNG TRÌNH ĐẬP TRÀN THÁO LŨ NAM THẠCH HÃN,
TỈNH QUẢNG TRỊ

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình thủy
Mã số: 60.58.02.02

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH THỦY

Đà Nẵng – Năm 2018


2

Công trình được hoàn thành tại
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Người hướng dẫn khoa học: TS. HOÀNG NGỌC TUẤN
Phản biện 1: TS. NGUYỄN VĂN HƯỚNG
Phản biện 2: TS. KIỀU XUÂN TUYỂN

Luận văn được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp
thạc sĩ kỹ thuật xây dựng công trình thủy họp tại Trường Đại học

Bách khoa vào ngày 10 tháng 11 năm 2018.

Có thể tìm hiểu luận văn tại:
− Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng tại Trường Đại học Bách
khoa.
− Thư viện Khoa Xây dựng Thủy Lợi – Thủy điện, Trường Đại
học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng.


1
MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Trong suốt quá trình vận hành khai thác, mặc dù đã nhiều lần
được đầu tư sửa chữa, nâng cấp nhưng công trình vẫn tiềm ẩn nhiều
rủi ro, nguy cơ mất an toàn là rất lớn. Trong đợt mưa lũ từ ngày 13
đến ngày 17/10/2017, nước qua tràn xả lũ Nam Thạch Hãn đã làm
phá vỡ phần kết cấu sân tiêu năng phía bờ Nam với diện tích gần
1000 m2, chiều sâu trung bình 2m, chỗ sâu nhất là 3,5m, nhiều vị trí
khác phần bê tông mặt tràn đã bị phồng rộp và lún sập; phần cát sỏi
khoan phụt xử lý nền đá bị cuốn trôi, phía dưới nền bê tông tạo ra
nhiều hang rỗng; phần xử lý tiếp giáp với lòng sông, kết cấu bằng đá
xây đã bị sập, nhiều chổ bị xói rỗng vào sân sau tràn.
Việc nghiên cứu giải pháp đảm bảo an toàn cho công trình
đập tràn tháo lũ Nam Thạch Hãn, tỉnh Quảng Trị là hết sức cần thiết
và cấp bách.
2. Mục tiêu của đề tài
Mục tiêu của đề tài là phân tích, xác định nguyên nhân gây
mất an toàn của công trình đập tràn Nam Thạch Hãn để từ đó đề xuất
giải pháp hợp lý đảm bảo an toàn cho công trình.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng: Là công trình đầu mối thủy lợi Nam Thạch Hãn,
trong đó chủ yếu là Tràn tháo lũ và các đặc trưng khí tượng thủy văn,
điều kiện địa hình, địa chất.
- Phạm vi nghiên cứu: Toàn bộ khu vực xây dựng công trình
đầu mối, thượng lưu, hạ lưu có ảnh hưởng do tác động của công
trình.
4. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp điều tra, khảo sát, thu thập;


2
- Phương pháp kế thừa;
- Phương pháp tổng hợp, phân tích, đánh giá;
- Phương pháp thực nghiệm;
- Phương pháp sử dụng mô hình, phần mềm tính toán địa kỹ
thuật để tính toán.
5. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài
- Ý nghĩa khoa học: Luận văn đã sử dụng các phương pháp
nghiên cứu cả truyền thống và hiện đại để xác định được nguyên
nhân chính gây mất an toàn cho công trình đập tràn tháo lũ Nam
Thạch Hãn. Đã sử dụng phần mềm địa kỹ thuật SEEP/W trong bộ
GEO-SLOPE Office để xác định mức độ ổn định về thấm dưới đáy
công trình một cách chính xác.
- Ý nghĩa thực tiển: Đã đề xuất được giải pháp đảm bảo an
toàn cho công trình đập tràn Nam Thạch Hãn, góp phần để đảm bảo
cấp nước tưới tiêu cho 13.867 ha đất canh tác của 3 huyện thị (Triệu
Phong, Hải Lăng, TX Quảng Trị), tạo nguồn cung cấp cho 200 ha đất
nuôi trồng thủy sản vùng đất nhiễm mặn và cấp nước sinh hoạt cho
86.000 dân trong hệ thống nước sạch thị xã Quảng Trị.
6. Cấu trúc luận văn

3
Chương 1-TỔNG QUAN VỀ ĐẦU MỐI CÔNG TRÌNH
THỦY LỢI
1.1. Tình hình xây dựng của các đập tràn dâng nước và
tràn tháo lũ trên thế giới.
Trình bày về một số thông số chính các công trình thủy lợi
hiện có.
1.2. Phân tích, đánh giá các nguyên nhân gây mất an toàn
cho công trình đập tràn.
- Các sự cố do nguyên nhân khảo sát.
- Các sự cố do nguyên nhân thiết kế.
- Các sự cố do nguyên nhân thi công.
- Các sự cố do nguyên nhân Quản lý vận hành.
1.3. Cơ sở lý thuyết tính toán, thiết kế công trình
1.3.1. Tính toán thủy văn
Nhiệm vụ của tính toán thủy văn là dự báo các đặc trưng thủy
văn có thể xảy ra cho công trình trong thời gian thi công và vận hành,
cung cấp cơ sở cho thiết kế công trình.
1.3.2. Tính toán thủy lực cho tràn tháo lũ
Nhiệm vụ của tính toán thủy lực là xác định khả năng tháo của
đập tràn; biện pháp tiêu năng và tính toán tiêu năng sau đập tràn.
1.3.3. Tính toán ổn định đập bê tông trọng lực
Đập tràn là một dạng của đập bê tông trọng lực, có xem xét
đến yếu tố nước chảy qua tràn; địa chất của nền tràn Nam Thạch Hãn
là đá, nên ổn định của đập tràn Nam Thạch Hãn được tính như ổn
định của đập bê tông trọng lực trên nền đá .
1.3.4. Tính toán thấm dưới đáy đập bê tông trọng lực

4
Giới thiệu Module SEEP/W dùng để tính toán thấm trong bộ
phần mềm Geostudio. Nghiên cứu chống thấm cho nền tràn tháo lũ
bằng khoan phụt truyền thống.
1.4. Tổng quan chung về khu vực nghiên cứu:
1.4.1. Điều kiện tự nhiên
Công trình đầu mối Nam Thạch Hãn có tọa độ 16o41’30” Vĩ
độ Bắc; 107o08’50” Kinh độ Đông, thuộc thôn Đá Đứng, xà Hải Lệ,
thị xã Quảng Trị, tỉnh Quảng Trị.
Sông Thạch Hãn: Bắt nguồn từ dãy Trường Sơn ở độ cao
700m, chảy trên vùng đồi núi Quảng Trị, xuống đồng bằng rồi đổ ra
biển tại Cửa Việt. Diện tích lưu vực 2660 km2, có chiều dài 156 km,
hệ số uốn khúc 2,5o, chiều rộng bình quân lưu vực 38,6 km. Sông có
tất cả 28 phụ lưu nhưng một số phụ lưu chính lại nằm ở phía Bắc
sông như nhánh Vĩnh Phước, sông Hiếu, Rào Quán.
- Trên sông Thạch Hãn có 2 trạm thủy văn Rào Quán và trạm
thủy văn Quảng Trị. Trạm Rào Quán chỉ đo đạc 3 năm(1983-1985),
trạm thủy văn Thạch Hãn là trạm ảnh hưởng triều chỉ quan trắc mực
nước. Lân cận lưu vực sông Thạch Hãn có trạm thủy văn Gia Vòng trên
sông Bến Hải, trạm Kiến Giang trên sông Kiến Giang (tỉnh Quảng
Bình).
Bảng 1.3: Tình hình tài liệu thuỷ văn trong khu vực.
T

Tên trạm

Tên sông

Yếu tố

Thời gian

đo đạc

quan trắc

1

Rào Quán

Rào Quán

Q, H

1983-1985

2

Thạch Hãn

Thạch Hãn

H

1976-2015

3

Gia Vòng

Bến Hải

Q, H

1977-2015


5
1.4.2. Hệ thống thủy lợi, thủy điện khu vực nghiên cứu
Trên dòng chính sông Thạch Hãn, thượng lưu đập Nam Thạch
Hãn có công trình Thủy lợi - Thủy điện Quảng Trị và công trình thủy
điện Hạ Rào Quán trên sông Rào Quán. Trên sông Đak Rông có các
thủy điện thủy điện Đak Rông 1,2,3.
1.4.3. Hệ thống thủy lợi Nam Thạch Hãn
Hệ thống thủy nông Nam Thạch Hãn được xây dựng tháng
3/1978. Công trình vừa khai thác vừa thi công, đến tháng 9/1990 mới
hoàn thành và bàn giao cho tỉnh Quảng Trị. Hệ thống sử dụng lượng
nước của sông Thạch Hãn và các hồ thượng nguồn.
Công trình đầu mối xây dựng tại Thuộc thôn Đá Đứng, xã Hải
Lệ, thị xã Quảng Trị, tỉnh Quảng Trị. Toạ độ địa lý: 16o41'30" vĩ độ
Bắc; 107o08'15" kinh độ Đông. Tràn xả lũ được bố trí trên sông
Thạch Hãn.

Hình 1: Vị trí công trình Đập tràn Nam Thạch Hãn trên bản đồ khu
vực TX.Quảng Trị


6
Bảng 1.4: Các thông số chủ yếu của hệ thống thủy lợi Nam Thạch Hãn

Thông số cơ bản

TT
I

Các thông số kỹ thuật hồ chứa

1

Diện tích lưu vực (Flv)

2

Tần suất lũ thiết kế p=0,5%

3

4

5
6
7

Đơn vị

Theo QTVH
830/2012

Km2

1.301,0

- Q(0,5% )

(m3/s)

6.850,0

- W(0,5% )

(106 m3)

366,31

- Q(0,1% )

(m3/s)

8.290,0

- W(0,1% )

(106 m3)

386,4

- Q(0,01%)

(m3/s)

10.460,0

- W(0,01%)

(106 m3)

456,0

(m3/s)

1.473,0

(m3/s)

1.668,0

106 m3

17,8

Tần suất lũ KT p=0,1%

Tần suất lũ cực hạn p=0,01%

Lưu lượng xả lũ nhà máy thủy điện
Quảng Trị p=0,5 %
Lưu lượng xả lũ nhà máy thủy điện
Quảng Trị p=0,1 %
Dung tích ứng với MNDBT khi có

đập cao su

8

MNDBT (khi có đập cao su)

m

+10,5

9

MNLTK ứng với P=0,5%

m

+18,62

10

MNLKT với P=0,1%

m

+19,99

11

MNLKT ứng với P=0,01%

m

+20,88

II

Các hạng mục công trình chính


7
1

Đập chính

Tuyến

1

2

Đập phụ

Tuyến

7

3

Cống lấy nước kết hợp âu thuyền và

Cái

1

cống xả cát
4

Tràn xã lũ chính

-

1

5

Tràn sự cố

-

1

III Thông số tràn tháo lũ
1

Vị trí

2

Hình thức tràn

3

Kết cấu

4

Số lượng cửa

5

Vai trái đập
phụ 3
Tràn tự do
BTCT
Cửa

02

Khẩu độ tràn; Btràn

m

2x67,5=135

6

Cao độ ngưỡng tràn

m

+8,5

7

Chiều dài ngưỡng tràn

m

20

8

Đập cao su khi bơm đầy nước

m

+10,5

9

Cột nước thiết kế

m

10,12

10

Lưu lượng xả thiết kế, Qtk

(m3/s)

6.740,0

11

Cột nước lũ kiểm tra trên tràn

(m)

11,49

12

Lưu lượng xả lũ kiểm tra

(m3/s)

8.150,0

13

Hình thức nối tiếp với hạ lưu

14

Hình thức tiêu năng

Sân tiêu năng

15

Nối tiếp hạ lưu

Sông tự nhiên

Dốc nước


8
Chương 2- ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG VÀ PHÂN TÍCH CÁC
NGUYÊN NHÂN HƯ HỎNG ĐẬP TRÀN THÁO LŨ NAM
THẠCH HÃN
2.1. Đánh giá hiện trạng tràn tháo lũ Nam Thạch Hãn
2.1.1. Quá trình xây dựng và tình hình hư hỏng
Ngay từ khi mới xây dựng, tràn xả lũ Nam Thạch Hãn đã gặp
sự cố liên tiếp trong các năm từ 1981-1983, diển biến sự cố như sau:
- Năm 1980 và 1981: Do các đập đất đã thi công xong nên tràn
chính vừa thi công vừa phải tháo lũ nên đã gây ra xói nghiêm trọng
ngưỡng tràn và mái bờ Bắc, hình thành các hố xói hình ô van có
đường kính lớn nhất là 45m. Sau lũ được xử lý bằng: Cát sỏi lấp kín
các hố xói, mặt đổ bê tông.

Hình 2.2 Mặt bằng tình hình xói ở tràn do lũ năm 1981
1- Hố xói chân tường bờ bắc dài 45m rộng 30m; 2 - Đáy hố
xói bờ bắc ở cao trình 1,47m; 3 - Hố xói ngưỡng và dốc nước dài
60m rộng 40m; 4 - Đáy hố xói ở cao trình -2,35m; 5 - Tường chắn bị
đổ; 6 - Rọ đá bị hư hỏng nặng; 7 - tấm bê tông rộng 12,5 dài 25,2m bị
gãy cuốn trôi.
- Năm 1982 vẫn phải xả lũ qua đập tràn chưa thi công nên tiếp

tục gây xói thêm ở bờ Bắc và bờ Nam tạo thành các hố xói sâu từ 0,5


9
đến 2m, đường kính từ 1 đến 5m. Sau lũ được xử lý bằng rọ đá bỏ
vào các rãnh và hố xói.
- Năm 1983 xẩy ra lũ lịch sử 7000m3/s gần bằng lũ thiết kế
7300m3/s gây xói nghiêm trọng ở bờ Bắc và Nam tạo thành các hố
xói dạng hàm ếch sâu từ 5 đến 6m, rộng từ 20 đến 30m. Sau lũ dược
xử lý bằng: Đất và cát sỏi lấp kín hố xói, mặt đổ bê tông.
\

Hình 2.3 Mặt bằng hiện trạng xói ở tràn do lũ năm 1983
1- Kênh dẫn vào; 2 – Cửa vào; 3 – Ngưỡng tràn; 4 – Dốc nước;
5 – Sân tiêu năng 1; 6 – Sân tiêu năng 2; 7 – Sân sau; 8,9 – Hố
xói bờ bắc; 10 – Rãnh xói bờ bắc; 11 – Hố xói bờ nam;
12 – Rãnh xói bờ nam.
- Năm 1987, để đảm bảo ổn định công trình Bộ Thủy lợi đã
cho xử lý khoan phụt chống thấm, gia cố nền bằng cát sỏi lèn chặt,
sau đó khoan phụt xi măng và đổ ốp lớp bê tông cốt thép dày 15cm
tại bề mặt bê tông bị bong xói, khoan phụt xử lý bê tông bị nứt nẻ,
mặt nền bị phong hóa rỗng.
- Năm 2000 đã thực hiện các công việc: (1) Bổ sung đập cao su
để nâng mực nước giữ lên cao độ 10,5m, tăng dung tích khoảng 10


10
triệu m3, đập cao su được thay mới mùa khô năm 2016; (2) Đào đá và
kè để cải tạo lòng dẫn hạ lưu.
- Năm 2010, Dự án ADB4 tiếp tục sửa chữa một số vị trí bề

mặt bê tông bị bong xói tại sân tiêu năng bằng bê tông cốt thép dày
20cm và gia cố hố xói hạ lưu tràn .
- Trong đợt mưa lũ từ ngày 13 đến ngày 17/10/2016, nước qua
đã làm phá vở phần kết cấu bê tông sân tiêu năng phía bờ Nam với
diện tích gần 1000 m2, chiều sâu trung bình 2m, chỗ sâu nhất là 3,5m,
nhiều vị trí khác phần bê tông mặt đã bị phồng rộp và lún sập; quan
sát thấy phần cát sỏi khoan phụt xử lý nền đá bị cuốn trôi, phía dưới
nền bê tông tạo ra nhiều hang rỗng.

Hình 2.5: Sự cố xói sân tiêu năng do lũ năm 2016
- Để xử lý hố xói tạm thời, hạn chế không phát triển thêm, đảm
bảo an toàn công trình trong mùa mưa lũ 2016, nhằm hạn chế thiệt
hại do các trận lũ tiếp theo, đã gia cố bảo vệ hố xói bằng cách đổ
tường bê tông trọng lực bao quanh phía thượng lưu và 2 bên hố xói.
2.1.2. Hiện trạng hư hỏng một số hạng mục chính của tràn
+ Sân tiêu năng bờ phải : Hiện tại nhiều nơi mặt bê tông bị nứt,
vỡ hở cốt thép, nhiều chỗ bị lún. Khu vực cuối sân tiêu năng bê tông
bị phá vỡ với diện tích gần 1000 m2, tạo thành hố có chiều sâu trung


11
bình 2m, chỗ sâu nhất là 3,5m, khi đập cao su đóng, nước chảy rất
mạnh từ phần tiếp giáp giữa bê tông và nền sân tiêu năng. Mép bờ hạ
lưu sân tiêu năng và hố xói, bê tông bị nứt, vỡ và sập, nhiều chỗ lộ
nước lũ phá hủy đá nền (đá cát bột kết xen kẹp phiến sét phong hóa
vừa) tạo thành hốc bên dưới gầm sân bê tông.
- Hố xói: Khu vực hố xói phân bố đá cát bột kết xen kẹp phiến
sét phong hóa vừa đến phong hóa nhẹ, khi tràn xả lũ, khu vực phân
bố đá phiến sét phong hóa vừa có chỉ tiêu cơ lý thấp bị bào phá mạnh
tạo thành hố khá sâu, nhiều chỗ tạo thành hàm ếch bên dưới bê tông

mép hạ lưu sân tiêu năng, khu vực phân bố đá cát kết phong hóa nhẹ
cứng chắc bền vững hơn và đá nhô khá cao.
Hố xói hiện trạng được hình thành khá sâu, cao độ trung bình
khoảng - 6m, cá biệt có một số vị trí cao độ - 10m.

Hình 2.8: Cận cảnh về xói ngược từ hạ lưu vào sân tiêu năng
Đánh giá xói rỗng nền tiếp giáp với bê tông nền tràn xả lũ
- Quan sát tại hiện trường nhìn thấy có dòng nước chảy ra từ
các tấm thân dốc nước, tấm bê tông sân tiêu năng, tấm gia cố mái bờ
về hạ lưu chứng tỏ nền bị thấm và xói rỗng rất nghiêm trọng.


12
2.2. Phân tích, đánh giá các nguyên nhân hư hỏng tràn
tháo lũ Nam Thạch Hãn
Có nhiều nguyên nhân ảnh hưởng đến hư hỏng của Tràn xả lũ
Nam Thạch Hãn như do nguyên nhân khảo sát, nguyên nhân thiết kế
và do nguyên nhân thi công
2.2.1. Nguyên nhân do khảo sát
Khi tính toán thủy văn đã không điều tra vết lũ lịch sử đã xảy
ra năm 1926 trên sông Thạch Hãn là trận lũ lớn gần bằng trận lũ thiết
kế, vì thế mực nước dùng để thiết kế tại sông Thạch Hãn ở cửa ra của
kênh xả sau tràn chỉ là kết quả tính toán, không có số liệu thực đo để
kiểm chứng, kết quả này là quá cao so với thực tế đo được sau này.
2.2.2. Nguyên nhân do thiết kế
- Chênh lệch mực nước thượng - hạ lưu thực đo lớn hơn nhiều
so với số liệu thiết kế ban đầu. Sự sai lệch này lại thiên về phía rất bất
lợi gây ra mất an toàn cho công trình.
Bảng 2.1: Số liệu mực nước thượng, hạ lưu đập tràn
STT

Lưu

Mực nước thượng lưu

lượng

(m)

m3/s

Mực nước hạ lưu (m)

Thiết

Thực

Chênh

Thiết

Thực

Chênh

kế

đo

lệch

kế

đo

lệch

1

1000

10,50

10,50

0,00

6,10

5,10

+1,00

2

2000

12,90

12,90

0,00

8,40

6,60

+1,80

3

3000

14,30

14,30

0,00

10,40

7,70

+2,70

4

4000

15,50

15,50

0,00

12,50

8,60

+3,90

5

5000

16,80

16,60

0,20

14,20

9,40

+4,80

6

6000

18,30

17,50

0,80

15,80

10,00

+5,80

7

7000

19,80

18,50

1,30

17,10

10,50

+6,60

8

7330

20,05

18,80

1,25

17,50

10,70

+6,80


13
- Khi khảo sát đã phát hiện địa chất nền đập có xen kẹp các lớp
diệp thạch phong hóa mạnh mềm yếu. Thực tế mở móng nền còn xấu
hơn dự kiến nhưng lại chấp nhận giảm bớt chiều dày toàn bộ bê tông
của đập tràn.
-Khi tính toán đường mực nước trong kênh xả sau tràn, chỉ căn
cứ vào tài liệu địa hình ở hiện trạng, mà không xem xét điều kiện địa
chất công trình của tuyến kênh xả có đá gốc nằm rất sâu tới hàng
chục mét, lớp phủ trên mặt lại bở rời nên bị xói lỡ với lưu tốc v=1
m/s, trong khi lưu tốc của kênh xả là V> 6m/s; vì thế lòng kênh xả
sau tràn vừa bị xói rộng trên 200m vừa bị xói sâu trên 10m trên suốt
chiều dài kênh xả làm cho mực nước hạ lưu tràn hạ thấp tới 6,80 m
so với thiết kế ở trận lũ thiết kế.
- Do xác định sai cột nước thiết kế và mức nước ở hạ lưu dẫn

đến sự thay đổi chế độ thủy lực hạ lưu đập tràn, nên khi thiết kế đã
xác định sai chế độ thủy lực nối tiếp sau đập tràn, thay vì nước nhảy
ngập và phóng xa lại cho là chảy ngập, hình thức tiêu năng là bể tiêu
năng thì lại chọn hình thức sân tiêu năng, do đó năng lượng chưa tiêu
hao hết trong phạm vi sân tiêu năng đã phá hoại mãnh liệt hạ lưu đập
tràn trên suốt chiều dài kênh xả.
2.2.3. Nguyên nhân do thi công
Do tiến độ thi công nên vừa thi công, vừa phải tham gia tháo
lũ, các trận lũ năm 1980,1981, 1983 gây xói lớn và sâu ở nền tràn,
sau đó được đắp lại bằng đất và cát cuội sỏi.
Chương 3- NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP ĐẢM BẢO
AN TOÀN CHO CÔNG TRÌNH TRÀN THÁO LŨ NAM
THẠCH HÃN
Tập trung nghiên cứu về chế độ thủy văn, tính toán đường mực
nước sau tràn hiện trang; đề xuất giải pháp khắc phục các hạn chế về


14
mặt thủy lực và thấm qua nền tràn. Tính toán thấm, ổn định của
phương án đề xuất.
3.1. Cơ sở đề xuất giải pháp và các tài liệu phục vụ tính
toán
3.1.1. Cơ sở đề xuất giải pháp
Hồ sơ thiết kế công trình của Viện Khảo sát thiết kế thủy lợi.
Căn cứ vào các Quy chuẩn, tiêu chuẩn, quy phạm… hiện hành
Xem xét lại chế độ thủy văn : về diện tích lưu vực, tần suất thiết kế
(theo QCVN 04-05:2012/BNNPTNT)… Tham khảo tài liệu tính toán
thủy văn do Tổng Công ty Tư vấn Xây dựng Thủy lợi Việt NamCTCP cung cấp và tài liệu thực đo mực nước thượng hạ lưu tràn của
Công ty TNHH MTV QLKT CTTL Quảng Trị. Phân tích sự khác
nhau của đường mực nước hạ lưu khi lũ lên và lũ xuống (cùng cấp

lưu lượng).
Tính toán đường mực nước trong kênh xả sau tràn theo hiện
trạng, xem xét điều kiện địa chất công trình của tuyến kênh xả .
3.1.2. Các tài liệu phục vụ tính toán
3.1.2.1. Tài liệu khảo sát địa hình và địa chất
- Tài liệu khảo sát khi lập dự án và sửa chữa năm 1987;tài liệu
khảo sát khi nâng cấp năm 2009 (dự án ADB 4); tài liệu của Công ty
TNHH MTV QLKT CTTL Quảng Trị trong quá trình quản lý.
- Tài liệu địa chất do Tổng Công ty Tư vấn Xây dựng Thủy lợi
Việt Nam- CTCP cung cấp;
3.1.2.2. Tài liệu phục vụ tính toán thủy văn
- Quy trình vận hành điều tiết Hệ thống thủy lợi Nam Thạch
Hãn ban hành kèm theo Quyết định số 830/QĐ-UBND ngày
11/5/2012 của UBND tỉnh Quảng Trị;


15
- Tài liệu đo đạc mực nước của Công ty TNHH MTV QLKT
CTTL Quảng Trị trong quá trình quản lý;
- Tài liệu tính toán thủy văn do Tổng Công ty Tư vấn Xây
dựng Thủy lợi Việt Nam- CTCP cung cấp.
3.1.3. Kết quả tính toán thủy văn:
Tham khảo tài liệu tính toán thủy văn kết hợp với việc sử dụng
tài liệu mực nước thực đo.
3.1.3.1. Các đặc điểm địa lý thủy văn của khu vực
3.1.3.2. Tài liệu khí tượng
3.1.3.3. Tài liệu thuỷ văn
3.1.3.4. Tính toán kiểm tra dòng chảy lũ , xác định quan hệ Q
~ f(Z) hạ lưu tràn xả lũ
3.2. Tính toán thủy lực tràn xả lũ hiện trạng

3.2.1. Các thông số tràn xả lũ
3.2.2. Tiêu chuẩn và tài liệu tính toán
3.2.3. Quan hệ lưu lượng lũ Q với mực nước ZHL
3.2.4. Hệ số lưu lượng, năng lực xả và mực nước thiết kế của
tràn
3.2.5. Tính toán kiểm tra chế độ thủy lực hạ lưu tràn
3.2.5.1. Đường mực nước sau ngưỡng tràn và chế độ chảy ở
hạ lưu
Đường mực nước sau ngưỡng tràn là đường nước đổ, tại vị trí
đầu dốc chiều sâu cột nước bằng chiều sâu phân giới hk , tại vị trí cuối
dốc nước cũng là điểm đầu của sân tiêu năng, là chỗ dòng chảy xiết
nhất, gọi là hc, Chiều dài nước nhảy tính theo công thức Pavlopxki
như sau :Ln = 2.5(1.9h"c - hc)


16
3.2.5.2. Tính toán chế độ thủy lực khi lòng sông chưa bị xói
Ở thiết kế ban đầu năm 1977 lòng sông chỉ đào đến cao trình
+2.2m lúc này chế độ thủy lực ở hạ lưu tràn như thể hiện ở hình 3.1
20.0

Z hå
Ho

L hl

25.2
50.0

Vc.ng = 4.1-8.5 m/s

Ht
+8.50

10m-210m

Z hl

hk
m=4

P

hc
Vc = 12-15.6 m/s

+2.20

h cb
Vcb = 9.5-15.1 m/s

h chl

h hl
V s = 5.3-7.5 m/s

Vcs = 5.9-9.4 m/s

¸p lùc ®Èy ng-îc tõ h¹ l-u

Hình 3.6 : Sơ đồ thủy lực từ dốc nước đến hết sân tiêu năng và ở

lòng sông trường hợp lòng dẫn chưa bị xói, đáy sông ở +2.2m
Nhận xét:
- Độ sâu dòng chảy hc ở mặt cắt cuối dốc nước (đầu sân tiêu
năng) tạo nên độ sâu liên hiệp của nước nhảy là hc" > hhl ở mọi cấp
lưu lượng nên không có nước nhảy ở trong sân tiêu năng.
- Dòng chảy ở sân tiêu năng là dòng xiết có vận tốc lớn từ
12.6m/s đến 15.54 m/s . Vận tốc trong sân tiêu năng lớn hơn vận tốc
cho phép của bê tông nên tình hình xói và xâm thực ở bề mặt bê tông
phát triển mạnh.
- Dòng chảy ở lòng sông vẫn là dòng chảy xiết, đường mực
nước dâng lên đến độ sâu đạt độ sâu hchl là độ sâu liên hiệp của hhl thì
xuất hiện nước nhảy, vị trí xuất hiện nước nhảy phải sau dốc nước
một khoảng cách là Lhl = 60 đến 260m, vận tốc dòng chảy trong
đoạn này từ 5.9 đến 14.9m/s lớn hơn nhiều so với vận tốc cho phép
của đất đá lòng dẫn, đất đá lòng dẫn là đá trầm tích sét phiến có [Vs]
= 3.1m/s, do vậy lòng dẫn hạ lưu sân tiêu năng bị xói mạnh. Sau


17
nước nhảy vận tốc giảm xuống còn 3.25 đến 6.47 m/s nhưng vẫn lớn
hơn [Vs] nên lòng sông vẫn còn bị xói tiếp.
3.2.5.3. Tính toán chế độ thủy lực khi lòng sông bị xói như
hiện nay
20.0

Z hå
Ho

25.2

L rhx

50.0

L nhx

Vc.ng = 4.1-8.5 m/s
Ht
+8.50

Z hl

hk
m=4

P

hc
Vc = 12-15.6 m/s

+2.20

Pcs

h cb

h"cs
h csngËp

Vcb = 9.5-15.1 m/s

h cs
¸p lùc ®Èy ng-îc tõ h¹ l-u

V s = 1.1-4.1 m/s h hl
-4.5 ®Õn -6.5
-6.5 ®Õn -8.5

Vcs = 16.1-19.5 m/s

Hình 3.7 : Sơ đồ thủy lực từ dốc nước đến hết sân tiêu năng và ở
lòng sôngtrường hợp lòng dẫn bị xói, đáy sông ở -5.5 đến -7.5m
Đáy sông ở vị trí hố xói ở cao trình khoảng -7.5m, đáy sông hạ
lưu trung bình khoảng -5.5m; Chiều rộng trung bình ở vị trí hố xói và
ở lòng sông hạ lưu khoảng 105.6m. Dòng chảy sau sân tiêu năng có
dạng đường nước rơi như sau tràn, độ sâu dòng chảy đến vị trí hố xói
đạt tới độ sâu co hẹp hcs sau đó nối tiếp với dòng hạ lưu qua nước
nhảy ở độ sâu hcs", khi hhl cao hơn h"sc thì sinh nước nhảy ngập tại hcs
là hcsng. Tính toán với các cấp lưu lượng từ 1000m3/s đến 9790m3/s
Nhận xét:
- Đường mực nước sau sân tiêu năng là đường nước rơi đến
đáy hố xói đạt độ sâu co hẹp hcs = 0.58 đến 3.52 m (cao độ đáy
khoảng -7.5m), độ sâu liên hiệp của hcs là độ sâu qua nước nhảy hcs"
= 5.19 đến 15.55 m < hshl = 10.78 đến 17.69 m ở mọi cấp lưu lượng
từ 1000m3/s đến lũ thiết kế 7641m3/s (Q1%), độ sâu mực nước hạ lưu
hshl luôn lớn hơn hcs" từ 5.59m đến 3.15m đạt tỷ lệ =

hshl
=2.08 đến
,,

hhcs


18
1.22 > 1.05 nên luôn đảm bảo có nước nhảy ngập ổn định ở hố xói
sau sân tiêu năng.
- Dòng chảy ở hố xói là dòng co hẹp (xiết) có vận tốc lớn từ
16.1m/s (khi Q=1000m3/s, hc=0.58m) đến 19.6 m/s (khi Q=7641m3/s,
hc=3.52m), với đá nền là loại đá trầm tích sét phiến có vận tốc cho
phép khoảng 3.1m/s nên khả năng xói ở sau sân tiêu năng (hố xói)
vẫn tiếp diễn và cần đề phòng dòng chảy xói sâu và xói ngược lên đá
nền của sân tiêu năng.
- Dòng chảy ở lòng sông sau nước nhảy (lòng sông xói sâu nên
diện tích ướt tăng) có lưu tốc chỉ còn từ 1.02 đến 3.92 m/s so với vận
tốc cho phép là 3.1 m/s thì lòng sông không bị xói nữa ở các cấp lưu
lượng Q < 6000 m3/s.
- Do có nước nhảy ngập ngay sau sân tiêu năng nên mực nước
hạ lưu phía sau sân tiêu năng cao, tạo nên áp lực đẩy ngược từ hạ lưu
lên đáy móng các tấm bê tông ở sân tiêu năng lớn hơn nhiều so với
trường hợp khi lòng sông chưa xói, trong khi dòng chảy trong sân
tiêu năng là dòng xiết có độ sâu mực nước thấp, trọng lượng nước và
bê tông ở sân tiêu năng nhỏ hơn áp lực đẩy ngược từ hạ lưu lên đáy
móng nên các tấm bê tông lúc này dễ dàng bị đẩy nổi và bị nước
cuốn lên rồi đập xuống gây bóc và xói như hiện tượng xói và lún sập
diện tích bê tông sân tiêu năng ở bờ phải trong trận lũ bão số 6 năm
2016 vừa qua.
Kết luận: Để giữ ổn định cho tràn cần tạo ra một chế độ chảy
ngập ổn định ở trong sân tiêu năng làm giảm vận tốc dòng chảy đảm
bảo chống xâm thực và tăng chiều sâu lớp nước trên tấm bê tông để
đảm bảo ổn định chống đẩy nổi đồng thời cần gia cố mái ở hạ lưu sân

sau đến đáy hố xói và chân mái hố xói bằng bê tông để bảo vệ chống
xói sâu và xói ngược lên sân tiêu năng.


19
3.3. Tính toán xác định các thông số của công trình tiêu
năng tràn tháo lũ
3.3.1. Giải pháp công trình Bể tiêu năng

Hình 3.8: Sơ đồ thủy lực ở bể tiêu năng hạ lưu của sân tiêu năng
3.3.2. Giải pháp công trình Tường kết hợp bể tiêu năng
3.3.2.1. Sơ đồ thủy lực

Hình 3.9: Sơ đồ thủy lực ở sân tiêu năng và bể tiêu năng hạ lưu
3.3.2.2. Tính toán xác định chiều cao tường C (bể tiêu năng số 1)
Tính toán với trường hợp xả lũ thiết kế: Xác định được chiều
cao tường C = 3,4m.


20
3.3.2.3. Tính toán bể tiêu năng số 2 (sau tường tiêu năng)
Tính chiều dài nước nhảy: Ln = 2.5(1.9h"c - hc) = 50.3m,
với lũ kiểm tra Ln = 55.01m;
Do độ ngập của nước nhảy lớn nên chiều dài bể lấy : Lb =
0,8.Ln = 44,0m. Chọn chiều dài của bể tiêu năng số 2 là Lb = 44,0m.
3.4. Phân tích lựa chọn phương án hợp lý để đề xuất áp
dụng
3.4.1. Phương án Bể tiêu năng
Ưu điểm: Gia cố mái hạ lưu sân tiêu năng đảm bảo chống xói
ngược từ hạ lưu lên nền của sân tiêu năng. Vấn đề tiêu năng ở hạ lưu

công trình được đảm bảo.
Nhược điểm : Chưa giải quyết được vấn đề dòng chảy xiết ở
sân tiêu năng 25m đoạn thượng lưu. Chiều sâu lớp nước ở trên sân
tiêu năng vẫn như cũ (vẫn dòng xiết như cũ) nên hệ số ổn định của
các tấm bê tông này vẫn chưa cao.
3.4.2. Phương án Tường kết hợp bể tiêu năng
Ưu điểm : Tường tiêu năng ở cuối sân tạo nước nhảy ngập ổn
định trong sân tiêu năng nên lưu tốc dòng chảy ở cuối sân chỉ còn 1.2
đến 4.2m/s đảm bảo nhỏ hơn vận tốc cho phép của bê tông M200, vì
vậy tình hình xói và xâm thực ở bề mặt bê tông sân tiêu năng được
đảm bảo. Lớp nước trong bể tiêu năng được dâng lên nên hệ số ổn
định chống đẩy nổi của các tấm bê tông sân tiêu năng được đảm bảo.
Nhược điểm : Ở trong sân tiêu năng phải chịu thêm lưu tốc
mạch động tác dụng lên bề mặt các tấm bê tông trong bể tiêu năng.
3.4.3. Lựa chọn Phương án đề xuất áp dụng
Qua so sánh các ưu và nhược điểm như trên, đề xuất lựa chọn
phương án Tường kết hợp bể tiêu năng để áp dụng.


21
3.5. Biện pháp xử lý, gia cố nền đập tràn
Khoan phụt chống thấm : Dọc tim ngưỡng tràn bố trí 2 hàng
khoan phụt chống thấm có độ sâu bằng 16m (1H+3m); khoảng cách
giữa các hàng là 2m; khoảng cách giữa các hố là 3m. Khoan phụt gia
cố nền được bố trí trên toàn bộ thân dốc nước, sân tiêu năng và phần
còn lại của ngưỡng tràn. Mật độ hàng cách hàng 3m; hố cách hố 3m;
độ sâu khoan phụt gia cố là 4m. Vật liệu khoan phụt là dung dịch xi
măng.
3.6. Tính toán kiểm tra thấm dưới đáy tràn tháo lũ
3.6.1. Phương pháp tính thấm

Để tính toán kiểm tra thấm , sử dụng phương pháp phần tử hữu
hạn. Quá trình này được thực hiện bằng cách sử dụng modul
SEEP/W của phần mềm GEO-SLOPE (Geostudio 2007), Canada.
3.6.2. Mục tiêu tính toán
- Tính toán, kiểm tra hiện trạng thấm của tràn xả lũ , xác định
các mối nguy hiểm về thấm hiện có của công trình. Tính toán, kiểm
tra thấm qua tràn xả lũ sau khi đã áp dụng các biện pháp đề xuất.
3.6.3. Các trường hợp tính toán : 04 trường hợp
- Trường hợp 1: Tràn không xả lũ, mực nước thượng lưu (MNTL)
giữ ổn định tại cao trình +10.50m, hạ lưu tràn không có nước.
- Trường hợp 2: Tràn không xả lũ, mực nước thượng lưu giữ ổn định
tại cao trình +10.50m, hạ lưu tràn mực nước tương ứng là +2,3m.
- Trường hợp 3: Tràn xả lũ, thượng lưu là mực nước lũ thiết kế
+19,30m, hạ lưu tràn mực nước tương ứng là +10,19m.
- Trường hợp 4: Tràn xả lũ, thượng lưu là mực nước lũ kiểm tra
+21,24m, hạ lưu tràn mực nước tương ứng là +11,33m.
Cả 4 trường hợp trên đều được tính với thời điểm hiện tại
(Hiện trạng) và thời điểm đã áp dụng biện pháp đảm bảo an toàn .


22
3.6.4. Số liệu tính toán
3.6.5. Sơ đồ tính toán

Hình 3.12: Sơ đồ tính toán thấm cho tràn hiện trạng

Hình 3.13: Sơ đồ tính toán thấm tràn sau khi áp dụng giải pháp đề xuất

3.6.6. Kết quả tính toán
Hiện trạng

Trường hợp

qt

Jra

(m3/s.m)

max

[Jcp]

Kết luận

Trường hợp 1 4,7111.10-5 0,650 0,55

Thấm ra không an toàn

Trường hợp 2 3,0130.10-5 0,152 0,55

Thấm ra an toàn


23
Hiện trạng
Trường hợp

[Jcp]

Kết luận

Trường hợp 3 3,3216.10-5 0,155 0,55

Thấm ra an toàn

Trường hợp 4 3,4416.10-5 0,200 0,55

Thấm ra an toàn

qt

Jra

(m3/s.m)

max

Như vậy: Hiện trạng tràn không đảm bảo an toàn về thấm
(nguy cơ xảy ra biến hình thấm) đối với trường hợp MNTL= +10.5m,
khi hạ lưu không có nước.
Sau khi áp dụng
Trường hợp

[Jcp]

Kết luận

0,450

0,55

Thấm ra an toàn

1,5367.10-5

0,252

0,55

Thấm ra an toàn

Trường hợp 3

1,8033.10-5

0,253

0,55

Thấm ra an toàn

Trường hợp 4

1,9430.10-5

0,255

0,55

Thấm ra an toàn

qt (m3/s.m)

Jra max

Trường hợp 1

3,0772.10-5

Trường hợp 2

Nhận xét: Tràn xả lũ đảm bảo an toàn về thấm, lưu lượng thấm nhỏ,
không gây nguy hiểm cho công trình.
3.7. Tính toán kiểm tra ổn định tràn
3.7.1. Mục tiêu tính toán ổn định: Nhằm kiểm tra mức độ
an toàn của tràn trong các trường hợp bất lợi nhất.Trong phạm vi luận
văn này, tác giải chỉ tính toán kiểm tra ổn định đối với bộ phận
Tường + Bể tiêu năng sau khi áp dụng giải pháp.
3.7.2. Số liệu phục vụ tính toán:
3.7.3. Các trường hợp tính toán:
Tính toán 04 trường hợp như tính toán thấm.